Σχεδιασμός και συγκριτική μελέτη νέων δομών βασισμένων σε αντιφλεγμονώδη / αντιοξειδωτικά δομικά χαρακτηριστικά

Abstract

Inflammation is a defensive mechanism of the organism to cope with chemical or cellular challenges. However, uncontrolled inflammatory process results in extensive cell and tissue destruction, associated with various chronic inflammatory conditions. Non steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are one of the most commonly prescribed classes of drugs for pain and inflammation, although their use is connected with serious undesired effects, mainly from the gastrointestinal tract and the kidneys. Inflammation plays an essential part in the development of atherosclerosis, through upregulating endothelial adhesion receptors, promoting platelet aggregation, altering vascular permeability and inducing oxidative stress. Furthermore, genetic deletion of lipoxygenase decreases LDL oxidation and atherosclerotic lesions in animal models. Reactive oxygen species (ROS) are involved in aerobic life, however they are able to cause oxidative damage. ROS and inflammation participate in the pathology and progression of conditions, such as atherosclerosis and Alzheimer’s disease (AD). Nitric oxide (NO) exists in mammalian cells, as a signalling molecule. In addition, NO acts as an endogenous inhibitor of neutrophil activation. The multitarget-directed approach for the rational design of new drug candidates acting simultaneously on diverse biological targets has gained increasing interest. Based on the above approach and considering the pathological events mentioned before, in the present thesis, 56 compounds have been designed, synthesised, identified and tested for biological activities considered to derive from their structures. Thus, they combine anti-inflammatory, antioxidant, hypolipidemic, anti-stress, neuroprotective activities or NO donating ability. The first group of compounds are derivatives of NSAIDs and antioxidant acids, e.g. trolox, esterified with cinnamyl alcohol. They possess significant antioxidant activity and/or anti-inflammatory action. The important property found in all these compounds is their potent inhibition of LOX.Another group includes amides of NSAIDs and antioxidant acids with thiomorpholine or nitric ester derivatives. Besides their remarkable activity as anti-inflammatory and antioxidant agents, they could considerably reduce hyperlipidemia induced to rats, as designed. Selected members of this group could inhibit protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B), implicated in diabetes mellitus. The anti-inflammatory and antioxidant acids were esterified with lorazepam, a GABAmimetic benzodiazepine, since reduced GABAergic neurotransmission, as well as neuroinflammation, hypercholesterolemia and oxidative stress contribute to the pathogenesis of AD. These compounds are effective anti-inflammatory agents and demonstrated potent hypolipidemic activity even at a lower dose (50 μmoles/kg). Some esters of 3-pyridyl-propanol, with neurotrophic effect, as well as amides with 4-amino-pyridine, used for the treatment of multiple sclerosis and considered as a tacrine residue, were also synthesized. Similarly, esters of NSAIDs with (3,4,5-trimethoxyphenyl)methanol, related to gallic acid, 2,6-di-t-butyl-4-(hydroxymethyl)phenol, and antioxidant molecule, or 2-methoxy-4-methylphenol, a neuroprotective compound, synthesizes and demonstrated anti-inflammatory, antioxidant and hypolipidemic activities. There are substantial indications that the compounds act as whole molecules, without prior biotransformation. Furthermore, in all in vivo experiments, no toxic effects of the studied compounds could be seen either macroscopically or by autopsy. Finally, an effort for theoretical calculation of the ability of the synthesized compounds to pass biologic membranes has been performed. In conclusion, the synthesised compounds may add to the current knowledge about agents acting against various inflammatory disorders.

Η κυκλοοξυγονάση (COX) αποτελεί ένα καλά μελετημένο θεραπευτικό στόχο για την αντιμετώπισης της φλεγμονής και τα κυριότερα μη στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα στόχο έχουν να αναστείλουν τη δράση της. Όμως, φαινόμενα όπως ποικιλία ισομορφών και τόπων έκφρασης του ενζύμου δυσχεραίνουν την ασφάλεια και τη δράση των αναστολέων τους. Επίσης, η ύπαρξη εναλλακτικών της COX μονοπατιών, όπως της λιποξυγονάσης, η οποία διαθέτει και αυτή ποικίλες ισομορφές κάνουν την διαχείριση της φλεγμονής δύσκολη. Το μονοξείδιο του αζώτου (NO) και οι λοιπές ενεργές μορφές αζώτου, αλλά και οξυγόνου λειτουργούν κατά περίπτωση επιβαρυντικά ή βοηθητικά, ενώ τα αντιοξειδωτικά μόρια φαίνεται ότι μπορούν να δράσουν θετικά, μιας και η φλεγμονή και το οξειδωτικό στρες σχετίζονται τόσο μεταξύ τους όσο και με φαινόμενα καρδιαγγειακά, νευροεκφυλιστικά και μεταβολικού συνδρόμου. Βασιζόμενοι στις ευεργετικές επιδράσεις γνωστών αντιοξειδωτικών μορίων και συγγενών τους ενώσεων, αλλά και στη δράση κλασσικών μη εκλεκτικών για την COX αντιφλεγμονωδών φαρμάκων καθώς και στην άποψη των πολυστοχευουσών ενώσεων (“multi-targeting compounds”), με σκοπό τη μείωση των φαρμακοκινητικών αλληλεπιδράσεων και παρενεργειών και την αποφυγή συνδυασμού φαρμάκων με πιθανή διαφορετική φαρμακοκινητική, προβήκαμε στο σχεδιασμό, στη σύνθεση και στη μελέτη ενώσεων που διαθέτουν αντιφλεγμονώδες ή/και αντιοξειδωτικό δομικό τμήμα και μία επιπλέον βιολογικά δραστική ομάδα. Οι ομάδες που χρησιμοποιήσαμε διέθεταν δομή σχετική με δράση υπολιπιδαιμική, αντιφλεγμονώδη, αντι-στρες, νευροπροστατευτική και δότη μονοξειδίου του αζώτου δράση. Στόχο αποτελούσε η συνδυασμένη δράση των τελικών μορίων να είναι ίση ή ανώτερη των αρχικών παραγόντων που χρησιμοποιήθηκαν. Στην πρώτη κατηγορία ενώσεων θελήσαμε να ελέγξουμε τη δράση της κινναμυλικής αλκοόλης με στόχο την ενίσχυση της αντιφλεγμονώδους δράσης, γεγονός που επετεύχθη, αφού όλες ανεξαιρέτως προσέφεραν ανασταλτική δράση επί της λιποξυγονάσης. Θεωρούμε ότι η ιδιότητα αυτή ενισχύει και την υπολιπιδαιμική τους δράση, θέτοντας παράλληλα και ως στόχο τη μελλοντική διερεύνηση αναστολέων COX/LOX. Στην ομάδα των παραγώγων θειομορφολίνης επιβεβαιώθηκε η υπόθεση για υψηλή ικανότητα μείωσης των λιπιδίων και αυξημένη αντιφλεγμονώδη δράση με πιθανότητα ύπαρξης υπογλυκαιμικής δράσης, θέτοντας βάσιμη πιθανότητα για δράση τους κατά του μεταβολικού συνδρόμου. Σε επόμενο στάδιο μελετήθηκαν ενώσεις δότες μονοξειδίου του αζώτου, που εκτός από δότες ήταν πολύ καλοί υπολιπιδαιμικοί παράγοντες και αναστολείς της λιποξυγονάσης. Να τονισθεί ότι έγινε χρήση της 2-αιθυλο-νιτροοξυ-αλκοόλης που περιέχει μικρή αλειφατική αλυσίδα, με σκοπό να είναι ισχυρότερος δότης. Η δράση των τελικών ενώσεων επιβεβαίωσε τις υποθέσεις. Από την κατηγορία των παραγώγων της λοραζεπάμης, οι ενώσεις που συντέθηκαν έδωσαν την υψηλότερη αντιφλεγμονώδη, αλλά και υπολιπιδαιμική δράση, γεγονός που ίσως οφείλεται και σε δράση τους έναντι του βιολογικού στρες. Τονίζεται ότι στις περισσότερες περιπτώσεις, με εξαίρεση τα παράγωγα του 4-υδροξυ-3,5-δι-t-βουτυλο-βενζοϊκού οξέος, οι τελικές ενώσεις εμφάνισαν πολύ υψηλή αντιοξειδωτική δράση, πολύ υψηλότερη γενικά σε σχέση με τα αρχικά αντιοξειδωτικά μόρια από τα οποία προήλθαν. Ορισμένα από τα οξέα συνδέθηκαν με αντιφλεγμονώδεις ή αντιοξειδωτικές αλκοόλες και νευροτροπικές αλκοόλες ή αμίνες. Όλες σχεδόν έδειξαν πλειοτροπική δράση με πιο σημαντικές τους εστέρες της 3,5-δι-t-βουτυλο-4-υδροξυβενζυλικής αλκοόλης με τη ναπροξένη και της 2-μεθοξυ-4-μεθυλοφαινόλης με την κετοπροφαίνη. Τέλος, οφείλουμε να αναφέρουμε ότι δεν παρατηρήθηκαν ενδείξεις τοξικότητας, γεγονός που, μαζί με την εμφάνιση ποικίλων βιολογικών δράσεων στην πλειονότητα των ενώσεων, ενισχύει την επιβεβαίωση του σχεδιασμού πολυστοχευουσών ενώσεων.