Σχεδιασμός, σύνθεση και μελέτη βιολογικής δράσης νέων ετεροκυκλικών ενώσεων

Abstract

In the present doctoral thesis, the design, synthesis, and study of the biological activity of new heterocyclic compounds were attempted. Initially, in an effort to expand the research field of our Laboratory, we synthesized 16 new (7,9-dimethylpyrido[3',2':4,5]furo[3,2-d]pyrimidin-4-amines) in two steps which were studied for their anticonvulsive and anxiolytic activities in the Scientific Technological Center of Organic and Pharmaceutical Chemistry of National Academy of Science of Republic of Armenia , our collaborator for a long time. These compounds were identified using spectroscopic methods (IR, 1H-NMR, 13C-NMR) and evaluated for their antimicrobial, anticonvulsant, and anxiolytic properties. Following an in silico study using the PASS activity prediction software, which suggested potential antineoplastic activity against solid tumors for some of these compounds, we thought it was important to also investigate their antineoplastic activity against sarcoma 37.In parallel, we continued our Laboratory's previous research on thiazolidinones with potential activity against the Human Immunodeficiency Virus (HIV), as despite the fact that many compounds have already been approved and used as HIV drugs, there is still a great need for the development of new drugs. This is due to the resistant strains that the virus has developed, which limit the efficacy of current treatments. In this context, and taking into account structural characteristics that have been shown in the literature to enhance the likelihood of activity against HIV reverse transcriptase, we proceeded with the one-step three components synthesis (one-pot) of 30 compounds. These compounds were identified spectroscopically and studied in vitro against the HIV-1 reverse transcriptase enzyme, while in silico docking studies were also conducted at the enzyme's active site. During the course of this dissertation, humanity experienced the COVID-19 pandemic, caused by the novel coronavirus SARS-CoV-2, which affected society on all levels -economically and psychologically- while approximately 7 million people lost their lives. In their efforts to quickly find a drug against SARS-CoV-2, scientists turned to existing drugs that were found to potentially be effective against the virus. Among these, there were HIV drugs, so we considered it appropriate to study in vitro the activity of our 30 compounds against the main protease of SARS-CoV-2. We also conducted in silico docking studies at the active site of the enzyme. Finally, due to the great importance of antimicrobial drugs in treating microbial infections in immunocompromised individuals, such as those suffering from AIDS, we performed in vitro experiments to assess the potential antimicrobial activity of the compounds, as well as in silico docking studies to determine the possible mechanism of their antimicrobial activity.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή επιχειρήθηκε ο σχεδιασμός, η σύνθεση και η μελέτη βιολογικής δράσης νέων ετεροκυκλικών ενώσεων. Αρχικά, σε μία προσπάθεια να διευρύνουμε το πεδίο έρευνας του Εργαστηρίου μας συνθέσαμε 16 νέες (7,9-διμεθυλοπυριδο[3',2':4,5]φουρο[3,2-d]πυριμιδιν-4-αμίνες σε δύο στάδια οι οποίες μελετήθηκαν για την αντισπασμωδική και αγχολυτική δράση στο Scientific Technological Center of Organic and Pharmaceutical Chemistry of National Academy of Science of Republic of Armenia με το οποίο έχουμε μακροχρόνια συνεργασία. Οι ενώσεις αυτές, αφού ταυτοποιήθηκαν με φασματοσκοπικές μεθόδους (IR, 1H-NMR, 13C-NMR), μελετήθηκαν για τις αντιμικροβιακές, αντισπασμωδικές και αγχολυτικές τους ιδιότητες, ενώ μετά από την in silico μελέτη με το πρόγραμμα πρόβλεψης δράσης PASS, που έδειξε για κάποιες από αυτές πρόβλεψη αντινεοπλασματικής δράσης έναντι συμπαγών όγκων, θεωρήσαμε σκόπιμο να μελετήσουμε και την αντινεοπλασματική δράση των συγκεκριμένων έναντι του σαρκώματος 37. Παράλληλα συνεχίσαμε την προηγούμενη έρευνα του Εργαστηρίου μας στο κομμάτι των θειαζολιδινονών με πιθανή δράση έναντι του ιού της Ανθρώπινης Ανοσοανεπάρκειας (HIV), διότι παρά το γεγονός ότι πολλές ενώσεις έχουν πάρει ήδη έγκριση και χρησιμοποιούνται ως φάρμακα κατά του HIV, η ανάγκη για την ανάπτυξη νέων φαρμάκων είναι μεγάλη, καθώς ο ιός αναπτύσσει ανθεκτικά στελέχη, που περιορίζουν τη χρήση τους. Στα πλαίσια αυτά και λαμβάνοντας υπόψη δομικά χαρακτηριστικά που έχει αποδειχτεί βιβλιογραφικά ότι ενισχύουν την πιθανότητα δράσης έναντι της αντίστροφης μεταγραφάσης του HIV, προχωρήσαμε στη σύνθεση 30 ενώσεων με αντίδραση τριών ενώσεων ενός σταδίου (one pot). Οι ενώσεις αυτές ταυτοποιήθηκαν φασματοσκοπικά και μελετήθηκαν έναντι του ενζύμου αντίστροφη μεταγραφάση του HIV-1, ενώ διενεργήθηκαν και in silico μελέτες πρόσδεσης (Docking) στο ενεργό κέντρο του ενζύμου. Κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της παρούσας διατριβής, η ανθρωπότητα βίωσε την πανδημία COVID-19, που προκλήθηκε από το νέο κορονοϊό SARS-CoV-2 και επηρεάσε την κοινωνία σε όλα τα επίπεδα, οικονομικά και ψυχολογικά, ενώ περίπου 7 εκατομμύρια άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους. Στην προσπάθειά να βρεθεί γρήγορα κάποιο φάρμακο έναντι του SARS-CoV-2, οι επιστήμονες στράφηκαν σε ήδη υπάρχοντα φάρμακα που βρέθηκε ότι μπορεί να έχουν αποτέλεσμα έναντι του ιού. Ανάμεσα σε αυτά, ήταν και φάρμακα έναντι του HIV, οπότε θεωρήσαμε σκόπιμο να μελετήσουμε τη δράση των 30 ενώσεών μας και έναντι της κύριας πρωτεάσης του ιού SARS-CoV-2. Διενεργήσαμε, επίσης, in silico μελέτες πρόσδεσης (Docking) στο ενεργό κέντρο του ενζύμου. Τέλος, λόγω της μεγάλης σημασίας των αντιμικροβιακών φαρμάκων για τη θεραπεία μικροβιακών λοιμώξεων σε άτομα με ανοσοκαταστολή, όπως είναι και οι πάσχοντες από AIDS, πραγματοποιήσαμε in vitro πειράματα για την πιθανή αντιμικροβιακή δράση των ενώσεων, καθώς και in silico μελέτες πρόσδεσης (Docking) για την εξακρίβωση του πιθανού μηχανισμού της αντιμικροβιακής δράσης τους.