Σύνθεση πυρρολυλοβενζοθειαζολίων και φαρμακοχημική μελέτη τους σε in vitro πρότυπα που σχετίζονται, κυρίως, με τις χρόνιες επιπλοκές του σακχαρώδους διαβήτη μελέτη βασισμένη σε βιοϊσοστερή σχεδιασμό

Abstract

Diabetes mellitus is a universal health problem. Its incidence (especially of type 2) has increased dramatically over the past decades, predominantly because of changes in lifestyle and ageing of populations. The estimated world-wide number of people with diabetes is over 100 million. The diabetic individual is prone to late onset complications that are largely responsible for the morbidity and mortality observed in the patients. The direct economic cost of diabetes is about 6%-10% of the total health care budget and approximately 80 to 90% of the total direct cost is needed for the treatment of diabetic complications. Furthermore, it should be stressed that the indirect cost (economic loss due to disability and premature death from diabetes) is even bigger than the direct expenses. The complications of diabetes originate in tissues that do not require insulin for glucose transport and are, therefore, exposed to the ambient blood-glucose level, which may increase dramatically even in well-controlled diabetic patients. With the existing pharmacotherapy, normalisation of glucose levels can only be effected partially. Diabetes is a disease state that needs but has not had a recent treatment breakthrough. The mechanism(s) through which hyperglycaemia causes tissue damage are controversial. The toxicity of glucose is the result of certain special chemical-biochemical properties. Glucose can be reduced to the polar sugar alcohol sorbitol by the aldose reductase, the first enzyme of the polyol pathway. The enzyme has a low affinity with glucose, however, in diabetes mellitus, a marked increase in intracellular glucose occurring in some cells possessing insulin independent glucose transport results in a marked increase in the production of sorbitol. The increased accumulation of sorbitol has been linked to cellular damage (e.g. through hyper osmosis or depletion of myo-inositol and taurine). Glucose and fructose can react with proteins to form Schiff bases that could be transformed to alpha keto-amines by Amadori rearrangement. This series of reactions is reversible, however, it can lead through Maillard type reactions, which are irreversible and involve transition state metal ions catalysed oxidative processes, to advanced glycosylation end products (AGE) and damage of proteins. In diabetic patients, fructose is also formed intracellularly from sorbitol by the action of fructose dehydrogenase, the second enzyme of the polyol pathway. Fructose reacts with proteins at faster rates than glucose and produces about 10 times more protein-bound fluorescence than glucose. Glucose and fructose can undergo transition metal catalysed oxidation (through their enediol tautomers) generating hydrogen peroxide, superoxide anion and hydroxyl radicals that contribute to the development of generalised oxidative stress and acceleration of oxidative modifications in the tissues that are involved in late onset diabetic complications. Oxidative stress also induces aldose reductase enzyme and converts it to a form that is quite insensitive to known inhibitors.

Στην εργασία αυτή πραγματοποιούνται η σύνθεση και η φαρμακοχημική μελέτη παραγώγων του 2-(1H-πυρρολ-3-υλο)βενζοθειαζολίου με πιθανή χρησιμότητα στην αντιμετώπιση των χρόνιων επιπλοκών του σακχαρώδους διαβήτη. Για την παρασκευή των ενώσεων αυτών εφαρμόζονται κατάλληλες συνθετικές προσεγγίσεις. Στόχος ήταν η εύρεση απλών και αποδοτικών μεθοδολογιών. Κύρια σημεία ήταν η χρήση της 1-μεθυλο-2-πυρρολιδόνης ως διαλύτη για το σχηματισμό του βενζοθειαζολικού δακτυλίου, και η χρήση του καταλύτη διαμεταφοράς μέσω φάσεων τρις [2-(2-μεθοξυαιθοξυ)αιθυλ]αμίνης TDA-1 για την εισαγωγή υποκαταστάτη στη θέση-1 του πυρρολικού δακτυλίου. Επίσης, οι αντιδράσεις αροϋλίωσης Friedel-Crafts για τη παρασκευή συγκεκριμένων παραγώγων, ήταν επιτυχής. Συντίθενται συνολικά σαράντα (40) ενώσεις. Είκοσι τρείς (23) ενώσεις ταυτοποιήθηκαν πλήρως, τόσο φασματοσκοπικά όσο και με στοιχειακή ανάλυση. Εξετάζεται η ικανότητα έξι πρωτότυπων ενώσεων να αναστέλουν in vitro την αναγωγάση της αλδόζης και βρέθηκε ότι είναι ισχυροί αναστολείς του ενζύμου, με δραστικότητα παραπλήσια γνωστών αναστολέων, όπως σορβινίλης, τολρεστάτης και ζοπολρεστάτης. Εξετάζεται το αντιοξειδωτικό τους δυναμικό με βάση την ικανότητά τους να δεσμεύουν in vitro ρίζες υδροξυλίου και να αλληλεπιδρούν με τη σταθερή ελεύθερη ρίζα του 1,1-διφαινυλο-2-πικρυλυδραζυλίου (DPPH). Οι τιμές που προκύπτουν υποδεικνύουν ότι, πιθανά, οι αντιοξειδωτικές ιδιότητες αυτών των μορίων θα μπορούσαν να εκδηλωθούν και in vivo. Επίσης, εξετάζεται η ικανότητα μιάς από τις πρωτότυπες ενώσεις, που διαθέτει συγκριτικά καλύτερο συνδυασμό φαρμακοχημικών ιδιοτήτων (3-βενζοθειαζολ-2-υλ-πυρρολ-1-υλ) οξικό οξύ (21) (Σχήμα 17, σελ. 62), να αναστέλλει in vitro τη γλυκοζυλίωση (glycation) των πρωτεϊνών από φρουκτόζη (fructation). Βρίσκεται ότι η ένωση αυτή παρουσιάζει ισχυρή δραστικότητα, παραπλήσια αυτής του γνωστού αναστολέα γλυκοζυλίωσης τρολόξης. Η τελευταία, όμως, αναστέλλει μόνον ασθενώς την αναγωγάση της αλδόζης. Θεωρείται ότι η ένωση που παρασκευάστηκε και εξετάστηκε και στα τέσσερα βιολογικά πρότυπα, παρουσιάζει επιθυμητό συνδυασμό ιδιοτήτων που εμπλέκονται στη φαρμακοθεραπεία χρόνιων επιπλοκών του σακχαρώδους διαβήτη. Eκτιμάται η λιποφιλικότητα των ενώσεων με δύο διαφορετικές υπολογιστικές μεθόδους (ClogP και logPGC), οι οποίες βρίσκεται ότι συσχετίζονται. Από τα αποτελέσματα διαπιστώνεται ότι οι υπολογισμένες αυτές τιμές λιποφιλικότητας είναι αρκετά αξιόπιστες. Tέλος, καταβάλλεται προσπάθεια συσχετισμού επιλεγμένων υπολογισμένων φυσικοχημικών ιδιοτήτων των τελικών ενώσεων με τη δραστικότητά τους ως αναστολέων του ενζύμου αναγωγάση της αλδόζης. Βρίσκεται ότι υπάρχει τάση συσχέτισης με τη διπολική ροπή των μορίων, αποτέλεσμα χρήσιμο για το σχεδιασμό/ανάπτυξη βελτιωμένων φαρμακομορίων στην κατεύθυνση αυτή.