Νέα κυτταροτοξικά C2-υποκατεστημένα διμερή παράγωγα της 1H-πυρρολο[2,3-f]κινολίνης: μελέτες μοριακής προσομοίωσης Monte Carlo και φασματοσκοπίας NMR στην ελεγχόμενη αποδέσμευσή τους από στερεές φαρμακοτεχνικές μορφές

Abstract

In the context of the present PhD thesis, two new derivatives of 1H-pyrrolo[2,3-f] quinoline were synthesized (compounds 19ε and 19n). These molecules exhibited a highly selective cytotoxic action against the non-small lung cancer cell line (NSCLC-N16-L16). In view of the poor water solubility of these compounds, their exploitation as bioactive probes in in vivo tests and clinical trials, is seriously hampered. It was thus intriguing to develop cylindrical-shaped solid pharmaceutical formulations of these analogs and examine their controlled release in simulated aqueous gastric and intestinal media. It was deciphered from the test results that the two derivatives show different release behavior in both acidic and neutral media. In detail, in gastric simulated fluids, compound 19ε is released in higher percentages than its congener 19n. This could be ascribed to the fact that the linker moiety in compound 19ε involves two protonable nitrogen atoms, whereas 19n only one. In the form of their monofumaric salts, the two compounds exhibit once again a different release profile in the case of pH 1.2 media (% release of 19ε > % release of 19n). This is due to the same reason quoted above. Moreover, the release of the monofumarates of compounds 19ε and 19η depends on the geometrical characteristics of the tablets used. It was found that an increase of the S/V ratio (surface/volume) led to an increase in their % release. Conversely, in the neutral media, the monofumaric salt of 19ε had a lower % release than its counterpart 19n. It is noteworthy, though, that 19ε exhibits even minimal aqueous solubility in a medium of pH 7.4. From Monte Carlo molecular graphics, as well as 2D NMR (NOESY) experiments, it was deciphered that the energetically favored conformation of 19ε is of the form of π-π stacking and therefore of minimum global energy. Moreover, in this conformer the distance between the two aromatic nuclei decreases and as a result more water molecules are trapped in this region. This facilitates the solubilization of 19ε as its aromatic heterocyclic rings are forced to form hydrogen bonds with water. The release of the fumarate salts of compounds 19ε and 19n in the case of media of neutral pH is once again directly proportional to the increase of the S/V ratio. The presence of sodium alginate, as excipient, facilitates, irrespectively of the pH of the medium, the release of compound 19ε, both in the free base and mono-fumarate form. Similarly, but only in neutral media, the presence of sodium alginate in the 19n tablets leads to improved release. The % release of 19n in gastric simulated fluids from tablets containing Carbopol is similar to that observed in the case of tablets with sodium alginate as excipient. Zero or near zero order release kinetics of the monofumarate salt of compound 19ε were observed in the case of formulations 8, 10 and 15. Case II drug transport was also observed for compound 19n in the case of formulations 17 and 19. The transport of the monofumarate salt of compound 19ε, from tablets of different weight, was found to fall into the Case II category in formulations 27, 28 and 29.

Στα πλαίσια της παρούσης διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε η σύνθεση δύο νέων διμερών παραγώγων της 1Η-πυρρολο[2,3-f]κινολίνης (ενώσεις 19ε & 19n), τα οποία διαθέτουν εκλεκτική in vitro δράση έναντι του μεγαλοκυτταρικού καρκίνου του πνεύμονα NSCLC-N16-L16. Λόγω της δυσδιαλυτότητας των συγκεκριμένων νέων ενώσεων στο νερό, γεγονός που εμποδίζει την περαιτέρω χρήση τους ως βιοδραστικών ουσιών σε in vivo πειράματα και κλινικούς ελέγχους, διερευνήθηκε στη συνέχεια η ικανότητά τους να αποδεσμεύονται, κατά ελεγχόμενο τρόπο, σε υγρά γαστρικού και εντερικού περιβάλλοντος, από διάφορες στερεές φαρμακοτεχνικές μορφές. Από τις μελέτες αυτές προέκυψε ότι οι εν λόγω ενώσεις δεν εμφανίζουν την ίδια συμπεριφορά ως προς την αποδέσμευσή τους. Συγκεκριμένα, σε όξινο περιβάλλον (pH=1.2), η ένωση 19ε εμφανίζει βελτιωμένη αποδέσμευση έναντι της δραστικής ουσίας 19n. Αυτό οφείλεται στο ότι η 19ε διαθέτει δύο πρωτονιώσιμα άτομα αζώτου, στη γέφυρα μεταξύ των δύο αρωματικών δακτυλίων, σε σχέση με την αντίστοιχη γέφυρα της ένωσης 19n, η οποία διαθέτει ένα άτομο αζώτου. Υπό τη μορφή των μονοφουμαρικών τους αλάτων, οι ως άνω ενώσεις εμφανίζουν επίσης διαφορετική συμπεριφορά ως προς την αποδέσμευσή τους σε περιβάλλον με pH 1.2, (αποδέσμευση της 19ε > αποδέσμευσης της 19n), γεγονός που οφείλεται στον προαναφερθέντα λόγο. Αντίθετα, στο ουδέτερο μέσο διάλυσης, το μονοφουμαρικό άλας της ένωσης 19ε εμφανίζει μικρότερο ποσοστό αποδέσμευσης από ότι το αντίστοιχο άλας της ένωσης 19n. Επίσης, στην περίπτωση των μονοφουμαρικών αλάτων των ενώσεων 19ε και 19n σημαντικό ρόλο στην αποδέσμευσή τους διαδραματίζουν και τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των δισκίων στα οποία περιέχονται. Αύξηση του λόγου S/V (surface/volume) οδηγεί σε βελτίωση της αποδέσμευσης και στις δύο περιπτώσεις ενώσεων. Είναι βέβαια αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το άλας της ένωσης 19ε εμφανίζει έστω και περιορισμένη διαλυτότητα σε περιβάλλον με pH 7.4. Aπό μελέτες μοριακών γραφικών (Monte Carlo), καθώς και πειράματα 2D NMR (NOESY), προκύπτει ότι η διαμόρφωση που λαμβάνει το μόριο 19ε στο χώρο εμφανίζει χαρακτηριστικά συμπλόκου μεταφοράς φορτίου (π-π stacking) και συνεπώς σχετικά ελαττωμένης ολικής ενέργειας. Επιπλέον, η διαμόρφωση αυτή ευνοεί τον εγκλωβισμό μεγάλου αριθμού μορίων νερού στην περιοχή μεταξύ των δύο αρωματικών δακτυλίων της συγκεκριμένης ένωσης με αποτέλεσμα τη σχετικά ευχερή διαλυτοποίησή της σε υδατικό περιβάλλον. Και στην περίπτωση αυτή (pH μέσου 7.4) η αποδέσμευση των αλάτων των ενώσεων 19ε και 19n είναι ανάλογη με την αύξηση του λόγου S/V. Eπίσης σε υδατικό μέσο με pH 1.2, αλλά και pH 7.4, η παρουσία του εκδόχου sodium alginate στα δισκία που μελετήθηκαν επηρεάζει θετικά την αποδέσμευση της ελεύθερης βάσης 19ε, καθώς και του φουμαρικού της άλατος. Aναφορικά με τα έκδοχα που χρησιμοποιήθηκαν σε δισκία που περιείχαν το φουμαρικό άλας της ένωσης 19n, απεδείχθη ότι και σε αυτή την περίπτωση η παρουσία του sodium alginate οδηγεί σε ευχερέστερη αποδέσμευση της δραστικής ουσίας, σε pH 7.4. Σε μέσον με pH 1.2 η χρήση του εκδόχου Carbopol οδηγεί σε παρεμφερείς τιμές αποδέσμευσης με αυτές που παρατηρήθηκαν στην περίπτωση των δισκίων που περιείχαν sodium alginate. Τέλος, μηδενοταξική κινητική αποδέσμευσης (Case II) παρατηρήθηκε, ως προς το φουμαρικό άλας της ένωσης 19ε, στις περιπτώσεις των συνταγών 8, 10 και 15 σε ουδέτερο υδατικό περιβάλλον. Στο ίδιο περιβάλλον, το φουμαρικό άλας της ένωσης 19n, εμφάνισε μηδενοταξική κινητική αποδέσμευσης (Case II) στις περιπτώσεις των συνταγών 17 και 19. Όσον αφορά στην κινητική της αποδέσμευσης του φουμαρικού άλατος της ένωσης 19ε σε ουδέτερο μέσο διάλυσης, από δισκία διαφορετικών συνολικών βαρών, προκύπτει ότι ακολουθείται το μηδενοταξικό μοντέλο στις περιπτώσεις των συνταγών 27, 28 και 29.