Σύνθεση νέων μορίων με αντικαρκινική δράση

Abstract

The significant biological/pharmaceutical interest of azaheterocyclic compounds has initiated a vigorous research activity towards the development of methodologies for the efficient synthesis of novel bioactive molecules containing in their structural frameworks diverse azaheterocyclic rings. The endeavor herein falls within this initiative, focusing on the development of several novel derivatives of pyrazoles and isoxazoles, molecules containing the azaheterocyclic ring residue and displaying multidimensional biological activities. Final goal was the development of novel molecules with potent anticancer and/or antiangiogenic activities.In this respect, we designed, synthesized and determined the bioactivities of novel derivatives of: 1)pyrazoles, synthesized via the condensation of 1,3-diketones with hydrazines,2)isoxazoles, prepared by the condensation of 1,3-diketones with hydroxylamines,3)pyrazole[1,5a]pyrimidines, analogues of the bioactive molecule dorsomorphinSubsequently, the biological activities of the novel compounds, along with their chemical structures were utilized for the development and validation of an in silico model, used for the design, synthesis and bioactivity determination of several additional target molecules with anticipated anticancer activities. The structures of all novel molecules were elucidated using NMR spectroscopy (1H, 13C, 2D, etc) experiments, while their anticancer activity was evaluated through several in vitro assays determing the inhibition of endothelial and cancer cells proliferation. Finally, their antiangiogenic activity was evaluated by in vitro assays of the inhibition of cell tubes formation and cell migration.In particular, during the implementation of this thesis the following activities were performed: a) Synthesis of 59 novel molecules, which had been set as the target compounds. Amongst them, 23 are pyrazole derivatives, 20 isoxazole and 16 are analogues of dorsomorphin.b) Development, validation and utilization of novel in silico model for the discovery of potentially bioactive molecules. The model was used for the design and synthesis of novel derivatives of isoxazole.c) Determination of the anticancer activities of all novel molecules synthesized herein. The results pointed out the pyrazolic compound Π-9 as the most active against the MCF-7 cells, displaying IC50 = 1.5 ± 0.4 µM, while isoxazoles Π-35 and Π-38 (developed using the classification model) exhibited the best antiproliferative activities, with IC50 values below 1μM against most cell lines tested. d) Synthesis of novel dorsomorphine analogues, with compounds Π-46, Π-50 and Π-57 showing the most potent antiproliferative activity with IC50 values below 10 μM against most cancer cell lines.e) Evaluation of all novel compounds as inhibitors of angiogenesis through the assessment of their tube formation inhibition potencies, highlighting as the most actives the derivatives of pyrazole Π-12 and isoxazole Π-35 and Π-38. In addition, the antiangiogenic mechanism of compounds Π-22, Π-23, Π-36 and Π-38 was found to proceed through the deactivation of VEGF pathway.f) It was found that the novel pyrazolo[1,5a]pyrimidine derivative Π-46 exhibits significant antiviral activity against a variety of herpes viruses.

Το σημαντικό βιολογικό/φαρμακευτικό ενδιαφέρον που παρουσιάζουν οι αζαετεροκυκλικές ενώσεις έχει αποτελέσει έναυσμα για τη διενέργεια πλήθους ερευνητικών εργασιών με αντικείμενο το σχεδιασμό και την ανάπτυξη μεθοδολογιών σύνθεσης νέων βιοδραστικών μορίων που εμπεριέχουν στη δομή τους ποικίλους αζαετεροκυκλικούς δακτυλίους. Η παρούσα διατριβή εντάσσεται στην προσπάθεια αυτή και επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μιας σειράς νέων παραγώγων των πυραζολίων και ισοξαζολίων, μορίων με αζαετεροκυκλικούς δακτύλιους και πολυδιάστατη βιολογική δράση. Απώτερος στόχος ήταν η ανάπτυξη νέων μορίων με αντικαρκινική ή/και αντιαγγειογενετική δράση. Στο πλαίσιο εκπόνησης της διατριβής, σχεδιάστηκαν, συντέθηκαν και αξιολογήθηκαν νέα παράγωγα των: πυραζολίων, που συντέθηκαν με συμπύκνωση υδραζινών με ποικίλες 1,3-δικετόνεςισοξαζολίων, τα οποία παρασκευάστηκαν μέσω της συμπύκνωσης της υδροξυλαμίνης με ποικίλες 1,3-δικετόνες, πυραζολο[1,5a]πυριμιδινών, μορίων που είναι ανάλογα της ντορσομορφίνηςστη συνέχεια, τα αποτελέσματα των βιοδοκιμών των παραπάνω μορίων –σε συνδυασμό με τη χημική τους δομή– χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη & πιστοποίηση ενός νέου in silico μοντέλου για τον περαιτέρω σχεδιασμό, σύνθεση και μελέτη βιοδραστικότητας μιας επιπλέον σειράς νέων μορίων-στόχων με προσδόκιμη αντικαρκινική δραστικότητα. Οι δομές όλων των νέων μορίων διαλευκάνθηκαν με σειρά πειραμάτων φασματοσκοπίας NMR (1Η, 13C, 2D, κλπ), ενώ η αντικαρκινική τους ικανότητα αξιολογήθηκε μέσω ποικίλων in vitro δοκιμασιών προσδιορισμού της ανασταλτικής τους δράσης κατά του πολλαπλασιασμού διαφόρων ενδοθηλιακών και καρκινικών κυτταρικών σειρών. Τέλος, η αντι-αγγειογενετική τους δράση πιστοποιήθηκε σε δοκιμασίες αναστολής του σχηματισμού μικροσωληνίσκων και του βαθμού της κυτταρικής μετανάστευσης. Αναλυτικότερα, κατά τη διενέργεια της διατριβής υλοποιήθηκαν οι παρακάτω δράσεις: α) Σύνθεση 59 νέων μορίων-στόχων. Από αυτά, τα 23 είναι παράγωγα του πυραζολίου, τα 20 ισοξαζολίου και τα 16 είναι νέα ανάλογα της ντορσομορφίνης. β) Αναπτύχθηκε, επικυρώθηκε και δοκιμάστηκε ένα νέο in silico μοντέλο για τον εντοπισμό-επιλογή νέων μορίων με πιθανή βιοδραστικότητα. Στη συνέχεια, το μοντέλο αυτό χρησιμοποιήθηκε για το σχεδιασμό και τη σύνθεση των νέων ισοξαζολικών παραγώγων.γ) Προσδιορίστηκε η αντικαρκινική δράση όλων των μορίων που συντέθηκαν. Οι δοκιμές ανέδειξαν το πυραζολικό παράγωγο Π-9 ως το πλέον δραστικό κατά της καρκινικής σειράς μαστού MCF-7, με τιμή IC50 = 1.5 ± 0.4, ενώ τα ισοξαζολικά παράγωγα Π-35 και Π-38 (προήλθε από την εφαρμογή του in silico μοντέλου επιλογής), εμφάνισαν τις καλύτερες αντι-πολλαπλασιαστικές δράσεις με τιμές IC50 μικρότερες από 1μM έναντι των περισσότερων κυτταρικών σειρών που μελετήθηκαν. δ) Συντέθηκαν νέα ανάλογα της ντορσομορφίνης, από τα οποία τα Π-46, Π-50 και Π-57 εμφάνισαν την καλύτερη αντι-πολλαπλασιαστική δράση με τιμές IC50 κάτω από 10 μM εναντίον σειράς καρκινικών κυτταρικών σειρών. ε) Μελετήθηκε η αντιαγγειογενετική δράση όλων των παραπάνω μορίων σε πειράματα αναστολής σχηματισμού μικροσωληνίσκων, αναδεικνύοντας ως πλέον δραστικά τα παράγωγα πυραζολίου Π-12 και ισοξαζολίου Π-35 και Π-38. Επίσης, επιβεβαιώθηκε ότι ο τα μόρια Π-22, Π-23, Π-36 και Π-38 αναστέλλουν την αγγειογένεση μέσω της απενεργοποίησης του VEGF.στ) Προσδιορίστηκε ότι το νέο ανάλογο της ντορσομορφίνης Π-46 διαθέτει μια αξιοσημείωτη αντιϊκή δράση εναντίον ποικίλων ιών έρπητα.