Σχεδιασμός, σύνθεση και βιολογική μελέτη υβριδικών κουμαρινικών παραγώγων
Creators: name: Σαραγατσής, Μιχαήλ Αθανασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Υβρίδια
Κουμαρίνες
Αντιφλεγμονώδη
Hybrids
Coumarins
Anti-inflammatories

description: Τα τελευταία χρόνια, η αποκάλυψη των πολυπαραγοντικών παθοφυσιολογικών διαταραχών οδήγησε στην αύξηση της πολυφαρμακίας, μια κατάσταση στην οποία ο ασθενής λαμβάνει δύο ή περισσότερα σκευάσματα προκειμένου να αντιμετωπίσει τα συμπτώματα της νόσου. Δυστυχώς, η κατάσταση αυτή έχει ως αποτέλεσμα τη μη συμμόρφωση του ασθενούς στο θεραπευτικό πρωτόκολλο, όπως επίσης και την εμφάνιση ανεπιθύμητων ενεργειών. Για το λόγο αυτό, η υβριδοποίηση βιολογικά δραστικών μορίων δημιουργεί μόρια με δράση σε πολλαπλούς στόχους (multi-target drugs), τα οποία συνδυάζουν τις φαρμακολογικές ιδιότητες των επί μέρους μορίων. Η φλεγμονή αποτελεί μια φυσιολογική διαδικασία του οργανισμού που έχει στόχο την προστασία του εσωτερικού περιβάλλοντος από διάφορους παράγοντες (φυσικούς, χημικούς, βιολογικούς). Πληθώρα κυττάρων, χημικών μεσολαβητών και ενζυμικών συστημάτων εμπλέκονται στη διαδικασία της φλεγμονής. Δύο από τα σημαντικότερα ενζυμικά συστήματα είναι το ενζυμικό σύστημα της κυκλοξυγονάσης και της λιποξυγονάσης. Οι λιποξυγονάσες (LOXs) αποτελούν ένζυμα οι οποίες καταλύουν την διοξυγόνωση του αραχιδονικού οξέος, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό των λευκοτριενίων (LTs). Πρόσφατα, ανακαλύφθηκε ότι τα λευκοτριένια, τα οποία χαρακτηρίζονται ως πρόδρομοι της φλεγμονής, σχετίζονται με την θρομβίνη και με την διαδικασία σχηματισμού θρόμβου. Ο μηχανισμός δράσης των κουμαρινικών αντιπηκτικών έχει διευκρινιστεί πλήρως, ωστόσο η μελέτη της επίδρασής τους στη φλεγμονή είναι περιορισμένη. Για όλους τους παραπάνω λόγους, στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε προσπάθεια δημιουργίας νέων υβριδικών μορίων, αποτελούμενων από δύο κουμαρινικούς πυρήνες και μία τρίτη δραστική ομάδα. Οι διπλές 4-υδροξυ-κουμαρίνες αποτελούν υβρίδια με περιορισμένες βιολογικές μελέτες, όσον αφορά τη φλεγμονή. Δεδομένα βιβλιογραφικών πηγών, καθώς και δεδομένα από προηγούμενες έρευνες του εργαστηρίου οδήγησαν στην ανεύρεση ποσοτικών σχέσεων δομής-δράσης, προκειμένου να σχεδιαστούν ορθολογικά τα νέα μόρια και να ακολουθήσει η σύνθεση αυτών. Ακόμη, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση διπλών 4-υδροξυ-κουμαρινών, που είχαν συντεθεί παλαιότερα στο εργαστήριο με μικρές αποδόσεις, με νέα μέθοδο με στόχο την βελτίωση της απόδοσης και τη χρήση της «Πράσινης Χημείας». Η ταυτοποίηση των ενώσεων πραγματοποιήθηκε τόσο με τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους (σημείο τήξεως), όσο και με την λήψη φασμάτων (1H-NMR, 13C-NMR, IR, MS). Οι νεοσυντιθέμενες ενώσεις μελετήθηκαν για την βιολογική τους δράση in vitro στα παρακάτω πειράματα: I) Αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης του λινελαϊκού οξέος, II) Αναστολή του ενζύμου λιποξυγονάση φυτικής προέλευσης, III) Αναστολή του ενζύμου θρυψίνη, IV) Αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης λιποσωμάτων. Όλα τα παράγωγα εμφάνισαν χαμηλή δράση επί της θρυψίνης, ενώ η αντιοξειδωτική τους δράση είναι μέτρια. Αντίθετα, τα περισσότερα παράγωγα εμφάνισαν πολύ καλή αντιφλεγμονώδη δράση αναστέλλοντας τη λιποξυγονάση. Ακόμη, παρατηρήθηκε παρεμπόδιση της λιπιδικής υπεροξείδωσης των λιποσωμάτων. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι ενώσεις (100) και (101), οι οποίες εμφανίζουν αυξημένη αντιφλεγμονώδη δράση, ενώ η ένωση (101) μπορεί να χαρακτηριστεί ως πλειοτροπικός παράγοντας. Οι φαρμακοκινητικές ιδιότητες των ενώσεων υπολογίσθηκαν in silico για να διερευνηθεί η φαρμακο-ομοιότητα των ενώσεων. Επίσης, πραγματοποιήθηκε προσπάθεια συσχέτισης της βιολογικής δράσης που προσδιορίστηκε με συγκεκριμένες φυσικοχημικές ιδιότητες. Με αυτόν τον τρόπο εξάγονται συμπεράσματα που αφορούν τα δομικά και φυσικοχημικά χαρακτηριστικά που είναι απαραίτητα για την εμφάνιση δράσης.
description: In recent years, the revelation of multifactorial pathophysiological disorders has led to an increase in polypharmacy, a condition in which patients receive two or more drugs in order to treat the symptoms of disease. Unfortunately, this condition results in patient’s non compliance with treatment protocol, as well as the development of side effects. For this reason, the hybridization of biologically active molecules creates multi-target drugs, which combine pharmacological properties of individual active molecules. Inflammation is a physiological process that protects internal environment from different factors (natural, chemical, biological). Numerous cells, various chemical mediators and enzyme systems are involved in inflammation. Two of the most important enzyme systems are the system of cyclooxygenase and the system of lipoxygenase. Lipoxygenases (LOXs) are enzymes that catalyze dioxidation of arachidonic acid, resulting in the formation of leukotrienes (LTs). Recently, leukotrienes, which are characterized as precursors of inflammation, have been linked to thrombin and the thrombus formation process. Coumarin’s mechanism of anticoagulant action has been fully elucidated, but there is limited research on their effect on inflammation. Taking all the above into consideration, the present dissertation focused on formation of new hybrid molecules, consisting of two coumarin nuclei and a third active group. Biscoumarins are hybrids with limited biological studies in the area of inflammation. Bibliographic data, as well as data from previous research in our laboratory, resulted in finding quantitative structure-action relationships, in order to rationally design and synthesize new molecules. In addition, synthesis of biscoumarins, which had been previously synthesized in our laboratory, was performed with a new method, aiming to improve yields and using «Green Chemistry». The characterization of new compounds was carried out both by determination of their physicochemical properties (melting point) and by their spectroscopic data (1H-NMR, 13C-NMR, IR, MS). The newly obtained compounds were studied in vitro for their biological activity in the following experiments: I) Inhibition of lipid peroxidation of linoleic acid, II) Inhibition of soybean lipoxygenase, III) Inhibition of trypsin, IV) Inhibition of liposomes’ lipid peroxidation. All derivatives show low activity on trypsin protocol and moderate antioxidant activity. In contrast, most derivatives show high anti-inflammatory action by inhibiting lipoxygenase. In addition, inhibition of lipid peroxidation of liposomes was observed. Significant activities are presented by (100) and (101) derivatives, while (101) derivative may be characterized as a pleiotropic agent. Pharmacokinetic properties of synthesized compounds were calculated in silico in order to investigate compounds’ drug-likeness. In addition, the In vitro results were subjected to a QSAR analysis and the role of the most significant properties implicated in the mechanism of action were described.