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Bioisosteros de indolquinona : diseño, síntesis, citotoxicidad, propiedades redox y estudio de DFT
(2022) Sánchez Reyes, Patricio José; Tapia Apati, Ricardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y Farmacia
Un profundo estudio sintético de benzoquinonas heterocíclicas se llevó a cabo con el propósito de conocer la viabilidad de obtención de estos compuestos y sus posibles aplicaciones. Se estudiaron los heterociclos de tiazol, furano y oxazol. Se prepararon mediante un protocolo de ocho pasos para cada serie y las primeras síntesis tuvieron como objetivo la formación de un intermediario clave, que posteriormente fue sometido a un acoplamiento intramolecular para formar el anillo heterocíclico respectivo. Seguido de un proceso de oxidación y adición/sustitución nucleofílica permitió obtener los compuestos finales. Luego, debido a la regioselectividad de las reacciones finales se calcularon estructuras electrónicas basados en la teoría de los funcionales de la densidad y se exploró la superficie de energía potencial para la reacción de adición y sustitución nucleofílica. El estudio revelo que la adición nucleofílica es el camino de más baja energía y que durante la reacción se genera un proceso de transferencia protónica que actúa de etapa limitante, lo que permitió explicar el origen de la regioselectividad. Posteriormente, se evaluó los mecanismos de reducción de los derivados de benzoquinona por Voltametría, los resultados evidenciaron que las benzoquinonas estudiadas ocurren en 2 ondas voltamétricas, la primera onda corresponde a la dupla redox quinona/semiquinona y representa un proceso reversible, mientras que la segunda onda representa a la dupla semiquinona/hidroquinona y es en un proceso cuasi-reversible. A continuación, se inició la evaluación biológica de los derivados como drogas contra células parasitarias y tumorales pancreáticas. Los resultados preliminares evidenciaron que los compuestos heterocíclicos de tiazol fueron los más activos contra las células cancerígenas (BxPC-3 y AsPC-1), en donde los compuestos 7 y 8 dieron valores de IC50 de 1,73 y 5,28 µM, respectivamente. Mientras que el derivado de oxazol resultó ser el más activo contra las células MIA-PaCa-2 (compuesto 31, IC50: 4,39 µM). Como control se usó gemcitabina dando valores de IC50 entre 1,31 y 8,02 µM. Asimismo, el heterociclo de furano fue el más citotóxico frente al parásito Trypanosoma cruzi, el compuesto 19 dio un valor de IC50 de 0,70 µM, siendo 10 veces más potente que la droga nifurtimox. Las propiedades redox mostraron que se genera una correlación entre los potenciales de reducción y la citotoxicidad, indicando que los compuestos afectan a las células por la producción de radicales libres. Finalmente, la obtención de benzoquinonas heterocíclicas requiere una secuencia lineal de reacciones caracterizadas por una ciclación intramolecular, oxidación y sustitución. Los compuestos estudiados presentaron una citotoxicidad contra células parasitarias y tumorales comparable y mejor que las drogas de referencia, mostrando ser una guía precisa para posteriores modificaciones químicas en pro de un incremento de las propiedades anticancerígenas y antiparasitarias.
Complejos biosupramoleculares de derivados de Azul de toluidina unidos covalentemente a albúmina de suero humana y su interacción con cucurbit[7]urilo : estudios de su fototoxicidad en células tumorales cultivadas in vitro
(2022) Mariño Ocampo, Nory Johana; Fuentealba Patiño, Denis Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Química
El cáncer es la segunda causa de muerte reportada a nivel mundial, entre las diversas terapias empleadas para su tratamiento se encuentra la terapia fotodinámica (PDT). La PDT consta del uso de tres componentes: oxígeno, un agente fotoactivo llamado fotosensibilizador (PS) y luz. En el contexto de la terapia fotodinámica, el presente trabajo se basó en la síntesis de dos derivados del fotosensibilizador Azul de Toluidina y el empleo de dos vehículos como lo son la albúmina de suero humana (HSA) y el macrociclo cucurbit[7]urilo (CB[7]). Los derivados sintetizados poseen un enlace disulfuro y un anillo de maleimida respectivamente, lo que permitió realizar su conjugación covalente con el residuo de cisteína 34 de la HSA y posteriormente la formación de un complejo biosupramolecular con el CB[7], esto con el objetivo de incrementar su incorporación y efecto fototóxico en células tumorales cultivadas in vitro. Los resultados obtenidos comprueban la síntesis de los derivados, conjugados con la HSA, formación de los complejos de inclusión con el CB[7] y complejos biosupramoleculares con la HSA y el CB[7]. La caracterización química se realizó empleando técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN), espectrometría de masas y dicroísmo circular. La caracterización fotofísica y fotoquímica se realizó determinando los espectros de absorción, fluorescencia en estado estacionario, fluorescencia resuelta en el tiempo, determinación de la fotoestabilidad, rendimiento cuántico de oxígeno singlete y rendimiento cuántico de fluorescencia. Los derivados presentaron mayor fotoestabilidad y un rendimiento cuántico de oxígeno singlete similar respecto a su precursor en solución buffer, estos resultados son de gran interés para su aplicación en la terapia fotodinámica. Los complejos de inclusión entre los derivados y el CB[7] presentaron constantes de asociación altas y cambios en sus propiedades fotofísicas como se vio reflejado en el rendimiento cuántico de fluorescencia y de oxígeno singlete. Los conjugados con la HSA presentaron cambios en sus propiedades fotofísicas con la aparición de una banda de absorción y emisión en el rango visible, y así mismo, cambios considerables en el rendimiento cuántico de oxígeno singlete. Finalmente, los estudios in-vitro de los diferentes derivados y sistemas mostraron una diferencia significativa en la incorporación de los sistemas en los que participaba la HSA como vehículo e influenciando en su fototoxicidad. La información obtenida permitió demostrar las ventajas y el potencial uso de los conjugados y complejos biosupramoleculares en la terapia fotodinámica.
Diseño, síntesis racémica, regio- y estereoselectiva de compuestos derivados de 2-(benciloxi)-N,N-dialquil-2-feniletan-1-aminas como posibles inhibidores de transportadores de monoaminas
(2023) Rivero Jerez, Paula Sofía; Pérez Hernández, Edwin Gregorio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Química
Las monoaminas biogénicas tales como, serotonina (SER), dopamina (DA) y norepinefrina (NE), transmiten impulsos nerviosos entre neuronas específicas dentro del cerebro. Estos neurotransmisores son liberados por una neurona hacía el espacio sináptico e, inmediatamente, unidos a un receptor de otra neurona vecina, dando origen a la transferencia del impulso nervioso. Una vez que esto ocurre, el complejo neurotransmisor-receptor se disocia y el neurotransmisor es recapturado por la neurona que originalmente lo liberó. Así, SER, DA y NE son recapturados por transportadores que se conocen como transportadores de monoaminas, tales como, transportador de serotonina (SERT), dopamina (DAT), norepinefrina (NET), respectivamente. Como consecuencia, una mala regulación de este sistema es responsable de una serie de síntomas relacionados con desórdenes mentales, tales como, esquizofrenia, ansiedad, adicción, narcolepsia, fatiga, obesidad, desórdenes alimenticios, bipolaridad, desordenes que afectan el ánimo y depresión. La síntesis de compuestos que bloquean los transportadores de monoaminas inhibe la recaptura de SER, DA y NE, aumentando la concentración de éstas en el espacio sináptico. Así, estos bloqueadores son ampliamente usados como mecanismo de acción contra la depresión. Fluoxetina, fármaco comercialmente disponible, es empleado por excelencia para el tratamiento del trastorno depresivo mayor y se conoce como inhibidor selectivo de la recaptación de serotonina (SSRI, por sus siglas en inglés). En ese sentido, el aporte de este proyecto se fundamenta en la síntesis de nuevos análogos de fluoxetina con posible potencial actividad inhibitoria de SERT, NET o DAT. La formación de estos análogos, (R/S)-2-(benciloxi)-N,N-dialquil-2-feniletan-1-aminas, se proponen mediante tres rutas de síntesis que parten de una reacción de apertura de óxido de estireno con alcoholes bencílicos, Ruta A, ruta sintética nueva regio y estereoselectiva y, con aminas secundarias, Ruta B y C, ruta sintética regioselectiva para dar lugar a los productos de interés en su forma enantioméricamente enriquecida y racémica, respectivamente.
Diseño, síntesis y estudios biológicos de nuevos inhibidores de las quinasas BCR-ABL y BTK que poseen el núcleo purínico 2,6,9-Trisustituído como potenciales agentes para el tratamiento de la leucemia
(2022) Bertrand Delard, Jean-Luc Gerard; Salas Sánchez, Cristián Osvaldo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y Farmacia
Las quinasas Bcr-Abl y BTK se encuentran entre las dianas terapéuticas para el tratamiento de la leucemia. Por lo tanto, algunas estrategias se han centrado en el uso de inhibidores de estas quinasas como herramientas quimioterapéuticas para tratar la leucemia, como imatinib (para Bcr-Abl) o ibrutinib (para BTK). Sin embargo, la eficacia de estos fármacos se ha visto reducida debido a varios mecanismos de resistencia, lo que ha motivado el desarrollo de nuevos inhibidores más efectivos. En un estudio previo, en nuestro grupo de laboratorio se diseñó, sintetizó y evaluó una pequeña serie de derivados de purina 2,6,9-trisustituidos como inhibidores de Bcr-Abl y BTK. A partir de ello, se identificaron dos potentes inhibidores de ambas quinasas con valores de IC50 de 40 nM y 580/660 nM para Bcr-Abl y BTK, respectivamente. En esta tesis de doctoral, continuando con el programa para desarrollar derivados de purina 2,6,9-trisustituidos con actividad anticancerígena, se reporta una nueva serie de cuarenta y nueve derivados de purina con efectos interesantes sobre ambas proteínas, en donde se remarcan los compuestos 10i y 12j como inhibidores de Bcr-Abl y BTK. Se identificó que la longitud y el volumen de la cadena de alquilo en N-9 influyeron dramáticamente en el efecto inhibidor de estas quinasas. Mientras que para Bcr-Abl un grupo voluminoso (isopentilo) o una cadena de alquilo lineal de más de cinco carbonos disminuyó la potencia (valores IC50 = 100 µM). Para BTK, una cadena lineal de cinco o seis carbonos aumentó de manera interesante la actividad (dependiendo del resto aminofenilo en C-6, puede ser n-pentilo o n-hexilo). Mediante estudios de inmunotransferencia se comprobó que los compuestos 10i y 12j inhibían la vía de señalización de Bcr-Abl y BTK, respectivamente a nivel celular. Además, 10i detiene el ciclo celular en G1 y promueve la expresión de proteínas pro-apoptóticas. Los resultados del acoplamiento demuestran que la cadena alquílica juega un papel crucial en la posición para la inhibición con en cada quinasa asi como una doble interacción de puente de hidrógeno entre el fragmento aminofenilo en C-6 y N-7 con Met318 (Bcr-Abl) y Met477 (BTK). Para sistematizar la información de la relación estructura-actividad se realizó un 3D-QSAR para validar nuestro diseño y proponer una serie racional de modificaciones estructurales que den lugar a una nueva familia de compuestos.
Diseño, síntesis, estudios biológicos e in silico de nuevos derivados purínicos trisustituidos como potenciales inhibidores de tirosina quinasas de importancia terapéutica en la leucemia
(2024) Delgado Aguilar, Thalía; Salas Sánchez, Cristián Osvaldo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Química y Farmacia
En la actualidad, el tratamiento de la leucemia se centra en inhibir vías de señalización relacionadas con la proliferación descontrolada y supervivencia de células cancerosas de origen hematopoyético. Esta estrategia quimioterapéutica está dirigida a inhibir ciertas proteínas Tirosina Quinasas (TK), como Bcr-Abl, BTK y FLT3-ITD. Es por ello por lo que, inhibidores de estas proteínas (TKIs) son fármacos de gran utilidad clínica, pero debido a diversos mecanismos de resistencia y efectos adversos, se requiere contar con nuevas alternativas más eficaces y seguras.En este contexto, esta tesis se logró sintetizar un total de 47 nuevos derivados purínicos. Dentro de los compuestos con mayor potencia inhibitoria en Bcr-Abl, se destacan 7l, 7m, 9c y 10b. Estos presentaron valores de IC50 en el rango nanomolar (4,6 – 14 nM) y fueron más potentes que los fármacos imatinib y nilotinib (IC50 = 327 y 47 nM). Para BTK, los derivados más potentes fueron 9b y 10i (IC50= 0,19 y 0,20 μM) y para FLT3-ITD, 7b y 10e con valores de IC50 de 0,15 y 0,16 μM respectivamente. Los estudios de relación estructura-actividad e in silico permitieron explicar las diferencias de potencia y selectividad en estas quinasas, revelándose información química valiosa en términos de patrones de interacciones relevantes en los sitios de unión y las sustituciones del anillo de purina. Para los ensayos de citotoxicidad en líneas celulares relacionadas con cada una de las quinasas se encontró que en el caso de Bcr-Abl, el compuesto 9c fue el más citotóxico en células K562 (GI50 = 0,59 μM); para BTK, fue el derivado 10i en células Ramos (GI50 = 1,35 μM) y para FLT3-ITD, fue el derivado 10b en células MV4-11 (GI50 = 0,55 μM). Así mismo, considerando que los mejores resultados biológicos de la tesis fueron para Bcr-Abl, se evidenció que, 9c también inhibe a esta quinasa en fosforilaciones rio abajo en células K562 a concentraciones más bajas que imatinib. Por último, cabe destacar que, además 10b, mostró una elevada citotoxicidad en cuatro líneas celulares de leucemia mieloide crónica (GI50 entre 0,7 y 1,3 μM). Por otro lado en un panel de subclones de células KCL22, para las células B8 (Bcr-AblT315I) y F4 (Bcr-AblE255K), 10b fue más eficaz que imatinib y nilotinib en la inhibición del crecimiento de estas y en B10 (Bcr-AblY253H) solo fue más eficaz que imatinib. Estos últimos resultados son muy relevantes sobre todo para Bcr-AblT315I que está relacionada con la resistencia de TKIs y con ello su falta de eficacia clínica. Por lo tanto, a partir de todos los resultados generados en esta tesis, se puede concluir que, gracias al diseño basado en ligandos y nuestros resultados previos, se logró obtener un conjunto de nuevos y potentes inhibidores purínicos para estas tres quinasas, demostrado a través de ensayos bioquímicos e in vitro usados en el desarrollo de nuevos fármacos para la leucemia. De esta forma, a lo menos dos de estos derivados purínicos podrían ser candidatos para los siguientes ensayos in vivo.
Estrategias de screening basadas en espectroscopía Raman para la caracterización de mieles nativas chilenas: estudio de azúcares adulterantes y pesticidas neonicotinoides
(2023) Leyton Soto, Felipe Arturo; Isaacs Casanova, Mauricio; Giordano Villatoro, Ady; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Química
Actualmente, la búsqueda de metodologías analíticas rápidas, sencillas y económicas para la determinación de adulteración y presencia de contaminantes en matrices ambientales es fundamental. La espectroscopía Raman surge como una alternativa, ya que proporciona una huella dactilar vibracional única que permite identificar una molécula y además mediante el uso de plataformas SERS mejora la intensidad de señales características de grupos de alta densidad electrónica. En este trabajo, para determinar el contenido de azúcares adulterante en muestras de miel, se adulteraron intencionalmente muestras de miel auténtica en proporciones desde 10 a 90% con soluciones de glucosa, fructosa, sacarosa y un jarabe comercial. De esta forma, a partir de la espectroscopía Raman junto con algoritmos quimiométricos multivariados de tipo PCA, SIMCA y PLSR se determinó la autenticidad de un grupo de muestras de mieles Chilenas, además de poder clasificar y cuantificar a nivel de screening el contenido de adulterante en muestras de miel. Por otro lado, para la determinación de pesticidas se sintetizaron sustratos SERS con nanohojas de plata (AgNS) sobre una superficie de cobre, lo que produjo un fuerte efecto SERS y una intensidad de señal reproducible a partir de la molécula de sonda de azul de metileno en un tiempo de reacción óptimo de 1 min. Se realizó un análisis cuantitativo del plaguicida imidacloprid en solución variando la concentración del plaguicida, obteniendo espectros con señales características y detectando este analito a 0,02 µmol L 1, para luego realizar una extracción de QuEChERS en miel obteniendo un porcentaje de recuperación del 75%, permitiendo establecer una metodología de screening. Además, se llevaron a cabo simulaciones de la teoría funcional de la densidad para de esta forma poder realizar una asignación de los modos vibracionales del imidacloprid.
Rol de triptófano y tirosina en las modificaciones oxidativas de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa inducidas por radicales peroxilo y anión radical carbonato
(2022) Figueroa Alegría, Juan David; López Alarcón, Camilo Ignacio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Química
La enzima Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD) cumple un rol importante en sistemas biológicos. Es la primera enzima de la ruta de las pentosas fosfato, vía fundamental para la síntesis de nucleótidos y para la producción de nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido (NADPH), cofactor clave para mantener la homeostasis redox intracelular. Aunque se ha sugerido en sistemas biológicos una relación entre los niveles de especies reactivas (ERO) y la actividad de G6PD, son pocos los estudios que han investigado la oxidación de esta enzima y sus consecuencias funcionales. En el presente trabajo de tesis se planteó como hipótesis que las modificaciones oxidativas sobre G6PD, mediadas por radicales peroxilo (ROOl) y radical anión carbonato (CO3l–), dependen de la dosis de radicales y de la disponibilidad de residuos susceptibles a la oxidación. Tales procesos afectarían la actividad catalítica e inducirían cambios en la masa molecular de la proteína, con participación de Trp y Tyr en procesos de entrecruzamiento. En función de dicha hipótesis, se estudió la oxidación de aminoácidos libres (Trp y Tyr) y G6PD, con especial énfasis en la formación de especies di-Tyr, di-Trp y Tyr-Trp, como también en los mecanismos de inactivación de la enzima. Se desarrollaron metodologías por espectrometría de masas (UPLC-MS/MS) para detectar las especies entrecruzadas y se establecieron condiciones experimentales para modular la dosis de los radicales libres. Los resultados obtenidos demostraron que la exposición de Trp y Tyr a diferentes flujos radicalarios no mostró una relación con la formación de di-Tyr y di-Trp. En condiciones experimentales similares, la oxidación de G6PD se asoció con pérdida de la actividad enzimática mediante un proceso dependiente de la dosis, pero no del flujo radicalario. Se determinó una pérdida de 40% de actividad después de la incubación de la enzima con 60 mM de AAPH por 90 minutos. La inactivación de G6PD se relacionó con cambios en su contenido de estructura secundaria como también con un aumento de bolsillos hidrofóbicos. Estos fenómenos indicarían desplegamiento proteico probablemente relacionado con la oxidación de residuos específicos de Met y Trp. Esto último demostrado a través de experimentos desarrollados empleando cloramina T, un oxidante no biológico, específico de residuos de Met. Los resultados obtenidos permiten plantear que la exposición a oxidantes de G6PD conduce a la pérdida de su actividad catalítica lo que puede ser relevante a nivel celular. No obstante, se requieren nuevas investigaciones que permitan establecer, bajo condiciones celulares, la importancia de tales procesos.

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