Νιτροετεροαρωματικά παράγωγα του αδαμαντανίου με αντιτρυπανοσωμιακή δράση

Abstract

In the context of the present PhD thesis, a series of new admantane derivatives of aryl hydroxamic acids, 5-nitrofuramides, 2-nitroimidazole acetamides, 3-nitrotriazole alkyl alkylamides, hydrazones of 5-nitro-1H-2-imidazolcarboxaldehyde, 5-nitro-2-thiophenecarboxaldehyde and 5-nitro-2-furaldehyde with adamantanephenylalkanohydrazides were designed, synthesized and evaluated for their in vitro trypanocidal activity. The design of the hydroxamic acids was based on our recently published findings describing the low cytotoxicity of 4-(adamant-1-yl)phenyl- and 4-(adamant-1-yl)phenoxy- moieties in a number of scaffolds and the anti-trypanosomal activity of known adamantane hydroxamic derivatives. Then, based on the structure–activity relationships of the amido derivatives of the nitrofuran and the nitroimidazole or the nitrotriazole, with trypanocidal activity, the 4-(adamant-1- or 2-yl)phenyl-5-nitroduramides and the nitroimidazole-based analogous series were synthesized. In addition, the reversed amides were studied, in which the distance between the nitrogen atom of the imidazole ring and the phenacetamide nitrogen was altered by inserting 2 and 3 methylene units, respectively. Subsequently, in order to assess the effect of the length of the chain linking the amido group and the 4-(adamant-1-yl)phenyl core on the pharmacological activity, the 3-nitrotriazole derivates, which are distinguished in analogues that bear an ethylenediamine-linker and analogues that bear a propydiamine linker, were synthesized. Finally, based on the promising results of the trypanocidal activity of the 5-nitrofuran hydrazone derivatives, previously prepared by our research team (MSc dissertation), we integrated the 4-(adamant-1- or 2-yl)phenyl core into the scaffold of these compounds and at the same time expanding the study of structure-activity relationship with two more heterocycles, the 5-nitro-imidazole and the 5-nitro-thiophene. For the synthesis of the previous adamantane compounds, synthetic methods based on literature were used and modified for the best possible result.The following conclusions emerge from the study of the pharmacological effects against T. brucei and T. cruzi trypanosomes: As far as the hydroxamic acids are concerned, it is evident that, the most active analogue was found to be the phenoxy-acetohydroxamide 21 (IC50Tb= 0.286 μΜ και IC50Tc= 0.631 μΜ). Regarding, 5-nitrofurane-2-carboxamides, the C2-substitued adamantane derivatives appear to be more active than their C1-substituted counterparts. The most active compounds are the benzylamido derivative and its phenylacetamido-analogue, which exhibit trypanocidal active against T. brucei in the range of IC50Tb= 17nM και IC50Tb= 42 nM, respectively. Substituting the 2-nitroimidazole with 3-nitro-1H-1,2,4-triazole greatly improved the activity of the tested compounds. In fact, the triazole analogues bearing a side chain propydiamine-linker show activity at sub-micromolecular levels (IC50Tb= 0.14 – 0.236 μΜ και IC50Tc= 0.135 – 0.45 μΜ). Comparing the activity of the examined hydrazones it became clear that the heterocycle at the end of the side chain indubitably affects their activity. The 5-nitrofurane analogues are more active than the homologues of the 5-nitro-imidazoles or 5-nitro-thiophene. Regarding the 5-nitrofuran hydrazones, those that are C1-substitued adamantane appear to be more potent. The acetamide and the propanoate hydrazones have the highest activity IC50Tb= 11 nM, IC50Tb= 16 nΜ and IC50Tc= 33.9 nM, IC50Tb= 70.7 nM, respectively. The low cytotoxicity of these derivatives, with therapeutic index SI = 770 and SI = 520 against T. brucei, respectively, is also noteworthy. In summary, certain conclusions for the enhancement of the trypanocidal activity were derived from the comparison of the adamantane derivatives of the present work. In particular, the structural characteristics of the benzene-substituted adamantane scaffold and the 5-nitrofuran heterocycle appear to provide optimum potency against the trypanosomes at the nanomolecular scale. However, the type of bond and the length of the spacer affect the pharmacological activity as well as the cytotoxicity, with hydrazones clearly endowed with the highest therapeutic indices. The research work was supported by the Hellenic Foundation for Research and Innovation (HFRI) under the HFRI PhD Fellowship grant (Fellowship Number: 1539).

Στην παρούσα εργασία περιγράφεται ο σχεδιασμός, η σύνθεση και η αξιολόγηση της in vitro αντιτρυπανοσωμιακής δράσης νέων αδαμαντανικών παραγώγων υδροξαμικών οξέων, 5-νιτροφουραμιδίων, 2-νιτροϊμιδαζολακεταμιδίων, 3-νιτροτριαζολαλκυλακυλαμιδίων και υδραζονών της 5-νιτρο-1H-ιμιδαζολο-2-καρβοξαλδεΰδης, της 5-νιτροθειοφαινο-2-καρβοξαλδεΰδης και της 5-νιτρο-2-φουραλδεΰδης με αδαμαντανοβενζολαλκανοϋδραζίδια. Ο σχεδιασμός των υδροξαμικών παραγώγων βασίστηκε σε προηγούμενα δεδομένα, που αφορούν στη χαμηλή κυτταροτοξικότητα των 4-(1-αδαμαντυλο)φαινυλο- και 4-(1-αδαμαντυλο)φαινοξυ-ομάδων και στις αντρυπανοσωμιακές ιδιότητες αδαμαντανικών υδροξαμικών παραγώγων. Στη συνέχεια, με βάση τις σχέσεις δομής-δράσης αμιδικών παραγώγων νιτροφουρανίου και νιτροϊμιδαζολίου, νιτροτριαζολίου με αντιτρυπανοσωμιακή δράση, σχεδιάστηκαν τα 4-(1- ή 2-αδαμαντυλο)φαινυλο-5-νιτροφουρανικά παράγωγα καθώς και ομόλογη σειρά 2-νιτροϊμιδαζολικών παραγώγων. Επιπλέον, έγινε μελέτη των αντίστροφων αμιδίων, στα οποία μεταβλήθηκε η απόσταση του ιμιδαζολικού αζώτου από το φαινακεταμιδικό άζωτο κατά δύο και τρία μεθυλένια, αντίστοιχα. Ακολούθως, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση της απόστασης του αμιδικού δεσμού από τον 4-(1-αδαμαντυλο)φαινυλο πυρήνα στη φαρμακολογική δράση σχεδιάστηκαν και παρασκευάστηκαν τα 3-νιτροτριαζολικά παράγωγα, τα οποία διακρίνονται στα παράγωγα που φέρουν έναν αιθυλοδιαμινινο συνδέτη και στα παράγωγα που διαθέτουν έναν προπυλοδιαμινο συνδέτη. Τέλος, στηριζόμενοι στα ενθαρρυντικά αποτελέσματα του ελέγχου της αντιτρυπανοσωμιακής δράσης των υδραζονών της 5-νιτρο-2-φουραλδεΰδης, που παρασκευάσθηκαν κατά το παρελθόν από την ερευνητική μας ομάδα (μεταπτυχιακό δίπλωμα ειδίκευσης) πραγματοποιήθηκε ενσωμάτωση του 4-(1- ή 2-αδαμαντυλο)φαινυλο πυρήνα στο σκελετό των ενώσεων αυτών και με στόχο τη διεύρυνση της μελέτης των σχέσεων δομής-δράσης με δύο ακόμα ετερόκυκλους, το 5-νιτροϊμιδαζόλιο και το 5-νιτρο-θειοφαίνιο. Για τη σύνθεση των προηγούμενων αδαμαντανικών ενώσεων χρησιμοποιήθηκαν συνθετικές μέθοδοι που βασίστηκαν στη βιβλιογραφία και τροποποιήθηκαν για το βέλτιστο δυνατό αποτέλεσμα. Από τη μελέτη των φαρμακολογικών αποτελεσμάτων επί των τρυπανοσωμάτων T. brucei και T. cruzi προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα: Όσον αφορά στα υδροξαμικά οξέα, το φαινοξυ-ακετοϋδροξαμίδιο είναι το δραστικότερο παράγωγο, έναντι των αναλόγων του υδροξαμικών οξέων (IC50Tb= 0.286 μΜ και IC50Tc= 0.631 μΜ). Προκειμένου για τα 5-νιτροφουραμίδια φαίνεται ότι τα παράγωγα με C2-υποκατάσταση στον αδαμαντανικό σκελετό υπερτερούν σε δράση έναντι των ομολόγων τους με C1-υποκατάσταση. Δραστικότερα είναι το βενζυλάμιδο παράγωγο και το φαινυλακετάμιδο ανάλογο που εμφανίζουν δράση IC50Tb= 17nM και IC50Tb= 42 nM, αντίστοιχα έναντι του T. brucei.Η αντικατάσταση του 2-νιτροϊμιδαζολίου από το 3-νιτροτριαζόλιο επιφέρει σημαντική βελτίωση στη φαρμακολογική δράση των εξεταζόμενων ενώσεων. Μάλιστα, τα τριαζολικά ανάλογα, που φέρουν ένα προπυλοδιάμινο συνδέτη της πλάγιας αλυσίδας εμφανίζουν δράση σε υπομικρομοριακά επίπεδα (IC50Tb= 0.14 – 0.236 μΜ και IC50Tc= 0.135 – 0.45 μΜ). Από τη σύγκριση της δράσης των εξεταζόμενων υδραζονών, της παρούσας εργασίας, προκύπτει ότι ο ετερόκυκλος στο άκρο της πλάγιας αλυσίδας επηρεάζει καθοριστικά τη φαρμακολογική δράση. Τα ανάλογα των 5-νιτροφουρανίων είναι πιο δραστικά από τα ομόλογα τους, του 5-νιτροθειοφαινίου και τα 5-νιτροϊμιδαζολίου. Από τις υδραζόνες του 5-νιτροφουρανίου, αυτές που φέρουν C1-υποκατάσταση στον αδαμαντανικό σκελετό εμφανίζονται ως περισσότερο δραστικές. Η ακεταμιδική και η προπανοϊκή υδραζόνη διαθέτουν την υψηλότερη δράση IC50Tb= 11 nM, IC50Tb= 16 nΜ και IC50Tc= 33.9 nM, IC50Tb= 70.7 nM, αντίστοιχα. Αξιοσημείωτη είναι και η χαμηλή κυτταροτοξικότητα των συγκεκριμένων ενώσεων με θεραπευτικό δείκτη SI= 770 και SI=520 έναντι του T. brucei, αντίστοιχα. Συμπερασματικά, τα δομικά χαρακτηριστικά του αδαμαντανικού σκελετού με βενζολική υποκατάσταση και του 5-νιτροφουρανικού ετερόκυκλου φαίνεται να εξασφαλίζουν ισχυρή δράση έναντι των τρυπανοσωμάτων σε νανομοριακή κλίμακα. Ωστόσο το είδος του δεσμού και το μήκος της αλυσίδας επηρεάζουν τη φαρμακολογική δράση και την κυτταροτοξικότητα, με τις υδραζόνες να έχουν εμφανώς τους υψηλότερους θεραπευτικούς δείκτες. Η ερευνητική εργασία υποστηρίχτηκε από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ.) στο πλαίσιο της Δράσης «Υποτροφίες ΕΛ.ΙΔ.Ε.Κ. Υποψηφίων Διδακτόρων» (Αριθμός Υποτροφίας:1539).