Σχεδιασμός, σύνθεση και φαρμακοχημική μελέτη υβριδικών μορίων με πιθανή δράση έναντι της νόσου Alzheimer

Abstract

Alzheimer's disease (AD) is the leading cause of dementia worldwide and the population of AD patients continues to grow, yet no new treatments have been approved in the last decade. AD is a multifactorial disease related to neuroinflammation, oxidative stress and AChE.The existing treatments may temporarily improve the symptoms, however the disease is not cured radically and, in many cases, intense side effects of the drugs occur.Multifactorial diseases, such as Alzheimer's disease, have many different drug targets, so treatments of these diseases can be achieved using drugs that target multiple molecular targets.The research approach of hybrid drugs offers significant advantages in the fight against multifactorial diseases.Knowing from previous studies that curcumin analogues as well as cinnamic acids show a strong anti-inflammatory effect, the main purpose of this thesis is the synthesis of new hybrid molecules from the combination of cinnamic acids with curcumin analogues, which inhibit lipid peroxidation, lipoxygenase, cyclooxygenase 2 and acetylcholinesterase to have a pleiotropic effect.In this thesis, with the help of previous quantitative structure-activity relationships (2D-QSAR) and binding studies, a library of hybrid molecules was designed with the aim of developing new inhibitors of LOX, COX-2 and AChE. The molecules were evaluated in silico in terms of their metabolic profile, their pharmaco-similarity and their pharmacokinetics.The new hybrid compounds synthesized were identified and evaluated in vitro for their potential antioxidant activity through inhibition of linoleic acid peroxidation (AAPH) as well as their potential anti-inflammatory activity through inhibition of COX-2 and LOX enzymes. Their ability to inhibit AChE was also evaluated. Can3c6 and Can2c2 derivatives showed sufficient multifactorial activity with APPH :82.2%, LOX IC50 :67.5μM, COX-2 IC50 :67.5μM and APPH :91%, LOX IC50 :52μM, AChE IC50 :70μM.In addition, the same compounds were tested for their ability to bind to interleukin 6 (IL-6), an inflammatory factor associated with neuroinflammation. Also evaluated with the same technique were the compounds Can5c9 and Can6c2, which showed the strongest activity in the inhibition of COX-2 (1 µM) and LOX (37.5 µM) respectively.The pleiotropic compound Can2c2 (inhibition rate of lipid peroxidation: 91%, IC50 (SLOX-1): 52 µM), COX-2: 19% and IC50 (AChE): 70 µM was selected to study its in vitro ability to inhibit the aggregation of pathological ATXN1 (ATXN1Q82), in the neural cell line SH-SY5Y.Finally, the effect of the new pleitropic compounds Can3c6 and Can2c2 on the functional recovery observed after rat sciatic nerve crush was studied in vivo in Wistar rats. Nerve regeneration of the sciatic nerve was established by behavioral experiments such as sensory recovery test and motor assessment.

Η νόσος του Alzheimer (AD) είναι η κύρια αιτία άνοιας παγκόσμια και ο πληθυσμός των ασθενών με AD συνεχίζει να αυξάνεται, πάρα ταύτα δεν έχουν εγκριθεί νέες θεραπείες την τελευταία δεκαετία. Η AD αποτελεί πολυπαραγοντική νόσο σχετιζόμενη με την νευροφλεγμονή, το οξειδωτικό στρες και την AChE. Οι υπάρχουσες θεραπείες μπορεί να βελτιώνουν πρόσκαιρα τα συμπτώματα, ωστόσο η νόσος δεν θεραπεύεται ριζικά και σε πολλές περιπτώσεις παρουσιάζονται έντονες παρενέργειες των φαρμάκων. Οι πολυπαραγοντικές ασθένειες, όπως είναι η νόσος Alzheimer, διαθέτουν πολλούς και διαφορετικούς φαρμακευτικούς στόχους, επομένως οι θεραπείες αυτών των ασθενειών μπορούν να επιτευχθούν με την χρήση φαρμάκων που στοχεύουν πολλαπλούς μοριακούς στόχους. Η ερευνητική προσέγγιση των υβριδικών φαρμάκων προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στην καταπολέμηση των πολυπαραγοντικών ασθενειών. Γνωρίζοντας από προγενέστερες μελέτες ότι τα ανάλογα κουρκουμίνης καθώς και τα κινναμωμικά οξέα εμφανίζουν ισχυρή αντιφλεγμονή δράση, κύριος σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η σύνθεση νέων υβριδικών μορίων από τον συνδυασμό κινναμωμικών οξέων με ανάλογα κουρκουμίνης, τα οποία να αναστέλλουν την λιπιδική υπεροξείδωση, την λιποξυγονάση, την κυκλοξυγονάση 2 και την ακετυλοχολινεστεράση ώστε να διαθέτουν πλειοτροπική δράση. Στη παρούσα διατριβή σχεδιάστηκε με την βοήθεια προηγούμενων ποσοτικών συσχετίσεων δομής-δράσης (2D-QSAR) και μελετών πρόσδεσης μια βιβλιοθήκης υβριδικών μορίων με στόχο την ανάπτυξη νέων αναστολέων των LOX, COX-2 και AChE. Τα μόρια αξιολογήθηκαν in silico ως προς το μεταβολικό τους προφίλ, τη φαρμακο-ομοιότητά τους αλλά και ως προς τη φαρμακοκινητική τους. Οι νέες υβριδικές ενώσεις που συντέθηκαν ταυτοποιήθηκαν και αξιολογήθηκε in vitro η πιθανή αντιοξειδωτική τους δράση μέσω της αναστολής της υπεροξείδωσης του λινελαϊκού οξέος (ΑΑPH) καθώς και η πιθανή αντιφλεγμονώδης δράση τους μέσω της αναστολής των ενζύμων COX-2 και LOX. Αξιολογήθηκε επίσης η ικανότητα τους να αναστέλλουν την AChE. Τα παράγωγα Can3c6 και Can2c2 παρουσίασαν επαρκώς πολυπαραγοντική δράση με APPH :82,2%, LOX IC50 :67,5μΜ, COX-2 IC50 :67,5μΜ και APPH :91%, LOX IC50 :52μΜ, AChE IC50 :70μΜ.Επιπλέον οι ίδιες ενώσεις ελέγχθηκαν για την δυνατότητα σύνδεσής τους με την ιντερλευκίνη 6 (IL-6) ενός παράγοντα που επάγει την φλεγμονή και σχετίζεται με την νευροφλεγμονή. Επίσης αξιολογήθηκαν με την ίδια τεχνική οι ενώσεις Can5c9 και Can6c2, οι οποίες παρουσίασαν την ισχυρότερη δράση στην αναστολή της COX-2 (1 µM) και LOX (37,5 μΜ) αντίστοιχα. Η πλειοτροπική ένωση Can2c2 (ποσοστό αναστολής της λιπιδικής υπεροξείδωσης: 91%, IC50(SLOX-1): 52 μΜ), COX-2: 19% και IC50(AChE): 70 μΜ επιλέχθηκε για να μελετηθεί η ικανότητά της in vitro να αναστέλλει τη συσσωμάτωση της παθολογικής ATXN1 (ATXN1Q82), στην νευρική κυτταρική σειρά SH-SY5Y.Τέλος, μελετήθηκε in vivo σε επίμυες της φυλής Wistar η επίδραση των νέων πλειτροπικών ενώσεων Can3c6 και Can2c2, στη λειτουργική αποκατάσταση που παρατηρείται μετά από σύνθλιψη ισχιακού νεύρου επίμυων. Η νευρική αναγέννηση του ισχιακού νεύρου διαπιστώθηκε με πειράματα συμπεριφοράς όπως είναι ο έλεγχος αποκατάστασης αισθητικότητας και η αξιολόγηση της κινητικότητας.