Σχεδιασμός, σύνθεση και φαρμακοχημική αξιολόγηση νέων ενώσεων με πιθανή δράση σε νευροεκφυλιστικές παθήσεις
Creators: name: Παπαγιουβάννης, Γεώργιος Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Νευροεκφυλιστικές παθήσεις
Φλεγμονή
Οξειδωτικό Στρες
Neurodegenerative disorders
Inflammation
Oxidative Stress

description: Η νόσος Alzheimer αποτελεί μια από τις πλέον κοινές νευροεκφυλιστικές διαταραχές παγκοσμίως. Χαρακτηρίζεται από απώλεια μνήμης και έκπτωση των γνωσιακών λειτουργιών και επηρεάζει εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, κυρίως μετά το εξηκοστό έτος της ηλικίας. Κύρια ιστοπαθολογικά χαρακτηριστικά της νόσου είναι οι εξωκυττάριες β-αμυλοειδείς πλάκες και οι ενδοκυττάριοι νευροϊνώδεις κόμβοι. Η νόσος Alzheimer συνδέεται στενά με το οξειδωτικό στρες και τη φλεγμονή. Τόσο οι δραστικές μορφές οξυγόνου, όσο και φλεγμονώδεις διαδικασίες οδηγούν στο σχηματισμό πλακών άνοιας και νευροϊνωδών κόμβων. Η λιποξυγονάση διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη νευρωνική εκφύλιση, καθώς ευθύνεται για τη σύνθεση λευκοτριενίων, τα οποία εμπλέκονται σε μονοπάτια φλεγμονής. Επιπλέον, η GABAεργική δραστηριότητα διαταράσσεται κατά τη νόσο Alzheimer, προκαλώντας αλλαγές στη συμπεριφορά του ατόμου. Αναμένεται ότι ενώσεις με αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδη δράση που περιέχουν υπόλοιπο του GABA μπορούν να αποδειχθούν χρήσιμες στη θεραπεία και συμπτωματική αντιμετώπιση παρόμοιων νευροεκφυλιστικών διαταραχών. Στην παρούσα εργασία γίνεται σχεδιασμός, σύνθεση και εκτίμηση της βιολογικής δραστικότητας ενώσεων με πιθανή δράση σε νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Συντίθενται συνολικά εννέα ενώσεις, έξι από τις οποίες είναι πρωτότυπες. Πρόκειται για αμίδια καρβοξυλικών οξέων με το GABA, το μεθυλεστέρα του GABA και την 2-πυρρολιδινόνη. Τα καρβοξυλικά οξέα που χρησιμοποιούνται είναι το 3,5-δι-t-βουτυλ-4-υδροξυ-κινναμωμικό οξύ (BHCA), το 4-υδροξυ-3-μεθοξυ-κινναμωμικό οξύ (φερουλικό) και το κινναμωμικό οξύ. Οι ενώσεις συντίθενται με μια από τις παρακάτω μεθόδους: • Αμιδοποίηση με τη χρήση δικυκλοεξυλκαρβοδιιμιδίου (DCC) • Αμιδοποίηση με τη βοήθεια του ενδιάμεσου χλωριδίου • Κυκλοποίηση των παραγώγων του GABA προς τα αντίστοιχα παράγωγα 2-πυρρολιδινόνης • Υδρόλυση των μεθυλεστέρων προς τα αντίστοιχα οξέα Οι ενώσεις καθαρίζονται με χρωματογραφία στήλης flash ή/και ανακρυστάλλωση και ταυτοποιούνται με φασματοσκοπία IR και 1H-NMR.Η αντιοξειδωτική δράση των ενώσεων εκτιμάται από την ικανότητα αναστολής της λιπιδικής υπεροξείδωσης, καθώς και από την ικανότητα αντίδρασης με την ελεύθερη ρίζα DPPH. Τα παράγωγα του BHCA έχουν την καλύτερη αντιοξειδωτική ικανότητα, γεγονός που αποδίδεται στο φαινολικό υδροξύλιο. Τα φερουλικά παράγωγα, παρόλο που διαθέτουν φαινολικό υδροξύλιο, δεν εμφανίζουν υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα, καθώς λόγω μειωμένης λιποφιλικότητας θεωρείται ότι αδυνατούν να προσεγγίσουν ικανοποιητικά τόσο τις μικροσωμικές μεμβράνες όσο και την ελεύθερη ρίζα DPPH. Τα κινναμωμικά παράγωγα δεν εμφανίζουν αντιοξειδωτική δράση καθώς στερούνται φαινολικού υδροξυλίου. Η αντιφλεγμονώδης ικανότητα των ενώσεων εξετάζεται in vitro, μέσω της ανασταλτικής τους ικανότητας επί της λιποξυγονάσης, αλλά και in vivo, μέσω της ικανότητας αναστολής του οιδήματος που προκαλείται από ενδοδερμική χορήγηση καρραγενίνης. Οι ενώσεις εμφανίζουν καλή έως πολύ καλή αντιφλεγμονώδη δράση (μέχρι και 58% αναστολή οιδήματος), παρόλο που δε διαθέτουν δομικά στοιχεία γνωστών αντιφλεγμονωδών φαρμάκων. Επιπλέον, οι ενώσεις εξετάζονται για την ικανότητά τους να αναστέλλουν την ακετυλοχολινεστεράση (AchE). Η μικρή τους δραστικότητα μπορεί να αποδοθεί σε ασθενείς δεσμούς ανάμεσα στις ενώσεις και το ενεργό κέντρο του ενζύμου, γεγονός που παρεμποδίζει την προσέγγιση του υποστρώματος. Τέλος, εκτιμάται υπολογιστικά η ικανότητα των ενώσεων να διαπερνούν παθητικά βιολογικές μεμβράνες και ιδιαίτερα των αιματοεγκεφαλικό φραγμό. Για το σκοπό αυτό υπολογίζονται οι φυσικοχημικές παράμετροι ClogP και TPSA και εφαρμόζεται κατάλληλη εξίσωση QSAR, Οι περισσότερες ενώσεις προβλέπεται ότι μπορούν να εισέλθουν ικανοποιητικά στο ΚΝΣ. Συμπερασματικά, οι ενώσεις που μελετήθηκαν διαθέτουν καλή αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδη δράση, ενώ αναμένεται να κατανέμονται ικανοποιητικά στον εγκέφαλο. Ως εκ τούτου θα μπορούσαν να αποδειχθούν χρήσιμες ως ενώσεις- οδηγοί για το σχεδιασμό μορίων με στόχο την αντιμετώπιση νευροεκφυλιστικών διαταραχών (πχ νόσος Alzheimer).
description: Alzheimer’s disease (AD) is one of the most common neurodegenerative disorders worldwide. It is characterized by memory loss and cognitive impairment and affects millions of people, mainly after the 6th decade of their life. The histopathological hallmark lesions of AD are extracellular deposits of β-amyloid peptides and intracellular neurofibrillary tangles (NFTs) of hyperphosphorylated protein-tau. AD is highly associated with oxidative stress and inflammation. Both reactive oxygen species (ROS) and inflammatory processes lead to the formation of senile plaques and NFTs. 5-Lipoxygenase (LOX) plays a very important role in neurodegenaration, as it is responsible for the synthesis of leukotrienes, which are involved in inflammatory pathways. Moreover, GABAergic neurotransmission is affected during AD, leading to behavioral changes. It is expected that compounds, which possess antioxidant and anti-inflammatory activity and contain GABA moieties could be proven useful for the treatment of AD and other neurodegenerative disorders. The current study deals with the design, synthesis and evaluation of the biological activity of compounds with possible effect on neurodegenerative disorders. Nine compounds are synthesized, six of which are novel. All compounds are amides of various carboxylic acids with GABA, GABA methyl ester and 2-pyrrolidinone. Three carboxylic acids are used for the synthesis: 3,5-bis-tert-butyl-4-hydroxycinnamic acid (BHCA), 4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid (ferulic acid) and cinnamic acid. The compounds are synthesized, applying one of the following methods: i. Amidation using Dicyclohexylcarbodiimide (DCC), a classical reagent for amide synthesis ii. Amidation by conversion of the acid to the corresponding chloride, which then reacts with the amine iii. Cyclisation of GABA derivatives to give 2-pyrrolidinone derivatives iv. Hydrolysis of methyl esters to the corresponding acids The compounds are purified with column chromatography or/and recrystallization and their structures are identified spectroscopically (IR, 1H-NMR). The antioxidant activity of the compounds is evaluated by the inhibition of rat liver microsomal membrane lipid peroxidation, as well as from their interaction with the stable, N-centered free radical DPPH. Derivatives of BHCA show the best antioxidant activity, attributed to the hydroxyphenyl moiety. Although ferulic acid derivatives possess hydroxyphenyl group, they do not show high antioxidant activity, possibly because their low lipophilicity does not allow them to approach neither the microsomal membranes nor DPPH. Cinnamic acid derivatives have no antioxidant activity, as they do not possess hydroxyphenyl group. The anti-inflammatory potential is evaluated both in vitro and in vivo, by the produced inhibition of lipoxygenase and their effect on acute inflammation, expressed as paw oedema reduction, after carrageenan administration. The compounds possess good to very good anti-inflammatory activity (up to 58% oedema reduction), although they do not possess the structural characteristics of the classical non-steroidal anti-inflammatory drugs. Moreover, the compounds are tested for their ability to inhibit the activity of acetylcholinesterase (AchE). Their low activity may be attributed to reversible inhibition of AchE, possibly because of weak bonds between the compounds and the active center of the enzyme, which prevent the approach of the substrate. Finally, the compounds are evaluated for their ability to penetrate biological membranes and especially the Blood-Brain Barrier (BBB). This ability is estimated by determination of ClogP and Topological Polar Surface Area (TPSA) and application of an appropriate QSAR equation. Most compounds are expected to adequately reach the Central Nervous System. In conclusion, the designed compounds possess good antioxidant and anti-inflammatory activity. In addition, they are expected to penetrate BBB and enter into the CNS. As a result, they could be proven useful for the design of molecules against neurodegenerative disorders, such as Alzheimer’s disease.