Σχεδιασμός και φαρμακοχημική μελέτη νέων ενώσεων με πιθανή δράση σε νευροεκφυλιστικές διαταραχές
Creators: name: Παπαγιουβάννης, Γεώργιος Δ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Νευροεκφυλιστικές διαταραχές
Πολυδραστικές ενώσεις
Αντιοξειδωτικά
Αντιφλεγμονώδη
Neurodegenerative disorders
Multi-targeting compounds
Antioxidants
Anti-inflammatory

description: Η νόσος Alzheimer (AD) αποτελεί μία από τις πλέον κοινές νευροεκφυλιστικές διαταραχές παγκοσμίως. Χαρακτηρίζεται από απώλεια μνήμης και έκπτωση των γνωσιακών λειτουργιών, συμπτώματα που εμφανίζονται σε ήπια μορφή αρχικά και επιδεινώνονται δραματικά με το πέρασμα του χρόνου. Η θεραπευτική αντιμετώπιση της νόσου περιλαμβάνει τη χορήγηση κυρίως αναστολέων της ακετυλο-χολινεστεράσης, οι οποίοι επιτυγχάνουν απλώς επιβράδυνση της εξέλιξης των συμπτωμάτων. Βασική αιτία της αναποτελεσματικής θεραπευτικής αντιμετώπισης αποτελεί ο πολυ-παραγοντικός χαρακτήρας της ασθένειας. Κύρια ανατομικά χαρακτηριστικά της νόσου Alzheimer είναι η εναπόθεση β-αμυλοειδών πλακών και ο σχηματισμός νευροϊνωδών κόμβων (NFTs). Έχει βρεθεί ωστόσο ότι το οξειδωτικό στρες, αλλά και η φλεγμονή αποτελούν σημαντικούς παράγοντες που διαδραματίζουν πρωτεύοντα ρόλο στην εξέλιξη της ασθένειας, επάγοντας τόσο τη συσσώρευση των αμυλοειδών πεπτιδίων, όσο και την υπερφωσφορυλίωση της πρωτεΐνης ταυ, οδηγώντας σε δημιουργία NFTs. Ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί στον σχεδιασμό πολυδραστικών μορίων, τα οποία είναι σε θέση να δρουν σε περισσότερους στόχους που σχετίζονται με την AD. Στο πλαίσιο αυτής της προσέγγισης σχεδιάσαμε και συνθέσαμε ενώσεις, οι οποίες αποτελούνται από ένα τμήμα που αναμένεται να προσδίδει αντιοξειδωτικές δράσεις και ένα τμήμα, το οποίο αναμένεται να προσδίδει δράση στο ΚΝΣ. Οι ενώσεις που προέκυψαν αποτελούν αμίδια φαινολικών οξέων με γνωστή αντιοξειδωτική ικανότητα με αμίνες, όπως η προλίνη, το GABA, η γκαμπαπεντίνη και το νιπεκοτικό οξύ, οι οποίες εκδηλώνουν δράση στον εγκέφαλο. Όσον αφορά τη βιολογική δραστικότητα, εξετάστηκε η αντιοξειδωτική δράση των ενώσεων, καθώς και η ικανότητά τους να αναστέλλουν τη γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών, διαδικασία η οποία οδηγεί σε νευροτοξικά τελικά προϊόντα γλυκοζυλίωσης που εμφανίζονται σε ιδιαίτερα υψηλές συγκεντρώσεις κατά την AD. Παράλληλα εξετάστηκε και η ανασταλτική δράση τους επί της ακετυλο-χολινεστεράσης, ενώ θεωρήθηκε σκόπιμο να μελετηθεί και η αντιφλεγμονώδης δράση, η οποία εκφράστηκε ως ανασταλτική δράση επί του οιδήματος που παράγεται από καρραγενίνη. Τέλος, έγινε προσπάθεια εκτίμησης της ικανότητας των ενώσεων να διέρχονται μέσω του αιματοεγκεφαλικού φραγμού. Επιβεβαιώθηκε ότι η παρουσία φαινολικού υδροξυλίου στις ενώσεις προσδίδει σημαντική αντιοξειδωτική δράση. Ενώσεις με αντιοξειδωτική δράση αναστέλλουν σε σημαντικό βαθμό και τη γλυκοζυλίωση πρωτεϊνών που πραγματοποιείται με τη βοήθεια φρουκτόζης. Επιπλέον μερικές ενώσεις βρέθηκαν να αναστέλλουν σε σημαντικό βαθμό την ακετυλο-χολινεστεράση εμφανίζοντας τιμές IC50&lt;50μΜ. Αναφορικά με την αντιφλεγμονώδη τους δράση, οι ενώσεις εμφάνισαν ικανοποιητική έως πολύ καλή ανασταλτική δράση επί του παραγόμενου από καρραγενίνη οιδήματος. Μάλιστα η αντιοξειδωτική ικανότητα των ενώσεων οδήγησε και αυξημένη αντιφλεγμονώδη δράση. Τέλος, όπως προέκυψε από μελέτες, οι οποίες βασίστηκαν στον υπολογισμό φυσικοχημικών ιδιοτήτων, όπως η λιποφιλικότητα και η συνολική πολική επιφάνεια των ενώσεων, οι τιμές logBB κυμαίνονται σε τέτοια πλαίσια, που υποδεικνύουν μέτρια έως υψηλή κατανομή στο ΚΝΣ. Τα παραπάνω ευρήματα επιβεβαιώνουν τον αρχικό επιτυχή σχεδιασμό των ενώσεων. Προβλέπεται ότι ενώσεις με δυνατότητα κατανομής εντός του ΚΝΣ, οι οποίες εμφανίζουν τις παραπάνω δράσεις, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως ενώσεις-οδηγοί για την περαιτέρω έρευνα σχετικά με την ανακάλυψη πολυδραστικών ενώσεων ενάντια στην AD.
description: Alzheimer’s Disease (AD) is one of the most common neurodegenerative disorders worldwide. It is characterized by short- and long-term memory loss and cognitive dysfunction. Having in mind the increase of life expectancy, the socio-economic impact of this disease is expected to rise significantly. Current AD therapies either relieve symptoms temporarily by inhibiting acetylcholinesterase (AchE) and thus increasing the activity of acetylcholine or regulating the activation of NMDA receptors. Ineffective treatment of AD can be attributed to the multi-factorial character of the disease, as various biochemical pathways are disrupted. The histopathological hallmark lesions are extracellular deposits of β-amyloid peptides and intracellular neurofibrillary tangles (NFTs). Oxidative stress and inflammation have been found to play a key role in the development of AD. Oxidative stress is easily established in brain, leading to cellular death and neurodegeneration. Moreover, oxidative stress induces β-amyloid peptide aggregation and NFT formation and leads to the production of AGEs. Microglia activation leads to immune-response and subsequently to the production of inflammation mediators. Inflammatory enzymes such as LOX and COX are overexpressed during AD, resulting in general inflammatory reactions causing apoptosis and neurodegeneration. Considering the multi-factorial character of AD, we have designed and synthesized molecules, combining more than one pharmacophore. Such compounds could be able to act at various targets associated with AD, achieving more effective treatment of the disease. We have used carboxylic acids with antioxidant activity which were amidated with moieties that could act in the CNS (proline, GABA, gabapentin, nipecotic acid). The synthesized compounds were tested for their antioxidant potential through their inhibitory effect on lipid peroxidation and their ability to reduce the stable free radical DPPH. In addition, their activity against protein glycation induced by reducing sugars (fructose) was examined. We also tested their inhibitory activity against AchE and their effect on paw oedema produced by carrageenan in rats. Finally, we tried to estimate the ability of our compounds to penetrate Blood-Brain-Barrier. Compounds with antioxidant moieties and high lipophilicity proved to possess very good antioxidant activity. Compounds with antioxidant potential inhibited the formation of AGEs significantly (35-56% at 1mM). Additionally, some of our compounds had moderate to very good inhibitory activity against AchE. All compounds inhibited the carrageenan-induced oedema in rats, especially the ones with significant antioxidant activity. Finally, considering ClogP and TPSA values of our molecules, all of them are supposed to reach the CNS adequately. Our results confirm our successful initial design, since our compounds can act against various targets related to AD and can penetrate the Blood-Brain-Barrier. Therefore, they could be used as lead compounds for further investigation and optimization for the development of multi-functional molecules against Alzheimer’s Disease.