UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KATOWICACH WYDZIAŁ MATEMATYKI FIZYKI I CHEMII
INSTYTUT CHEMII
ZAKŁAD CHEMII ORGANICZNEJ
Rozprawa doktorska
Wioleta Cieślik
Badanie spektrum aktywności biologicznej wybranych pochodnych chinoliny
Dr hab. Robert M usioł
P rom otor p ra c y
K atow ice 2015
Praca fin a n so w a n a w ram ach p ro jektu badaw czego N a rod ow ego C en tru m N a u k i - P R E L U D IU M 4 (2012/07ZN/NZ7/02110) oraz P rogram ów Stypendialnych U P G O W (U niwersytet P artnerem G ospodarki O partej na W iedzyj i D o k to R IS (Program na rzecz innow acyjnego Slqska) w spółfinansow anych p rze z Unię E uropejską w ram ach Europejskiego F unduszu Społecznego.
D o k t & R ! S
. •
N a r o d o w e | Q „ » m T A m ir ™ i
C e n t r u m k a p it a ł l u d z k i
N a u k %
N A R O D O W A ST R A T EG IA S P O JN O S C I
Pragnę g o d z ą fow ać w szystk im , ftó r z y wnieś ft zn a czą cy w f l a d w g o w stan ie n in iejszej g r a c y .
P ed yfu ję Mężowi.
Spis tr e śc i
1. CEL PRACY...8
2. W STĘP... 9
2.1. Przyczyny poszukiwania nowych leków - problem lekooporności...9
2.2. Metody poszukiwania nowych leków ... 12
2.3. Koncepcja struktur uprzywilejowanych... 14
2.3.1. Pochodne chinoliny-spektrum aktywności biologicznej... 15
2.3.2. Pochodne 8-hydroksychinoliny - spektrum aktywności biologicznej... 25
3. BADANIA WŁASNE...30
3.1. Pochodne styrylochinolinowe - analogi naftifiny... 30
3.1.1. Wstęp oraz projektowanie celów syntetycznych... 30
3.1.2. Otrzymywanie oraz analiza strukturalna styrylochinolin...33
3.1.3. Właściwości przeciwgrzybicze... 40
3.1.4. Hamowanie procesu fotosyntezy...45
3.1.5. Właściwości przeciwbakteryjne...47
3.1.6. Właściwości przeciwnowotworowe oraz oznaczenia cytotoksyczności... 51
3.2. Bliskie analogi terbinafiny i butenafiny... 56
3.2.1. Wstęp oraz projektowanie nowych analogów... 56
3.2.2. Otrzymywanie analogów terbinafiny oraz butenafiny...57
3.2.3. Właściwości biologiczne... 58
3.3. Pochodne 1,2,3-triazoli...60
3.3.1. Wstęp oraz projektowanie 1,2,3-triazoli... 60
3.3.2. Otrzymywanie oraz analiza strukturalna 1,2,3-triazoli...61
3.3.3. Właściwości biologiczne... 66
4. PODSUMOWANIE...71
5. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA... 73
5.1. Metody badań fizykochemicznych... 73
5.2. Synteza...74
5.2.1. Otrzymywanie styrylochinolin (1- 36, 43, 4 6 )... 74
5.2.2. Otrzymywanie bliskich analogów terbinafiny i butenafiny, sprzęganie Sonogashiry (37-42, 44, 45)... 106
5.2.3. Otrzymywanie 1,2,3-triazoli opartych na pierścieniu chinoliny... 112
5.2.3.1. Bromowanie 8-chlorochinaldyny (47-48)... 112
B) Azydkowanie 2-(bromometylo)-8-chlorochinoliny (49)...113
C) 1,2,3-triazole (50-57)...114
6. LITERATURA... 121
7. DOROBEK NAUKOWY...134
7.1. Publikacje...134
7.2. Patenty... 134
7.3. Zgłoszenia patentowe... 134
7.4. Konferencje międzynarodowe (postery)... 135
7.5. Konferencje krajowe (prezentacje)...135
7.6. Konferencje krajowe (postery)...136
8. CURRICULUM VITAE... 137
W ykaz stosow anych skrótów:
8-HQ - 8-hydroksychinolina AIBN - azobis(izobutyronitryl)
AIDS - Zespół nabytego niedoboru odporności (ang. Acquired Immune Deficiency Syndrome)
COSY - spektroskopia korelacyjna (ang. Correlation SpectroscopY) DMF - dimetyloformamid
DMSO - dimetylosulfotlenek
ESI-MS - elektrorozpylanie-spektrometria mas ( ang. ElectroSpray Ionization-Mass Spectrometry)
HCT 116 - komórki nowotworów okrężnicy
HIV - ludzki wirus niedoboru odporności, HIV (ang. Human Immunodeficiency Virus) HMQC - heterojądrowa korelacja z detekcją przejść wielokwantowych (ang. Heteronuclear Multiple Quantum Correlation)
HRMS - wysokorozdzielcza spektrometria mas (ang. High Resolution Mass Spectrometry) LoVo - komórki ludzkich guzów okrężnicy
MAOS - synteza organiczna wspomagana mikrofalami (ang. Microwave Assisted Organie Synthesis)
MAPK - szlak kinaz aktywowanych mitogenami (ang. mitogen-activated protein kinases).
MDR - wielolekooporność (ang. multidrug resistance)
MIC- minimalne stężenie hamujące (ang. minimum inhibitory concentration) NBS - V-Bromosukcynoimid
NHDF - ludzkie fibroblasty (ang. Human Dermal Fibroblasts)
NMR - spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (ang. nuclear magnetic resonance)
PET - fotosyntetyczny transport elektronów (ang. Photosynthetic Electron Transport) PI3K - 3-kinaza fosfatydyloinozytolu
PS - struktura uprzywilejowana (ang. privileged structure)
SAR - zależność struktura - aktywność (ang. structure-activity relationships) TB — gruźlica (ang. tuberculosis)
TEA - trietyloamina THF - tetrahydrofuran
TLC - chromatografia cienkowarstwowa (ang. thin layer chromatography) TP53 - gen kodujący białko p53 (ang. transcription protein 53)
WHO - Światowa Organizacja Zdrowia (ang. World Health Organization)
1. CEL PRACY
C elem niniejszej pracy było otrzym anie w ybranych pochodnych chinoliny oraz badanie aktyw ności biologicznej uzyskanych połączeń w zakresie w łaściw ości przeciw grzybiczych, przeciw bakteryjnych oraz przeciw now otw orow ych. Zakres pracy obejm uje projektow anie celów syntetycznych, opracow anie m etod syntezy i oczyszczania otrzym anych produktów , analizę fizykochem iczną oraz analizę w yników testów biologicznych.
2. WSTĘP
2.1. Przyczyny poszukiw ania nowych leków - problem lekooporności
Rozwój nauk m edycznych pozw olił opanow ać w iele chorób, w ciąż jednak istnieje potrzeba poszukiw ania now ych m etod terapii. Nadal brakuje skutecznych farm aceutyków w leczeniu m .in. now otw orów czy zakażeń w yw ołanych przez w irusy (HIV, Ebola, w ścieklizna). Choroby now otw orow e stanow ią jedn ą z głów nych przyczyn śmierci XXI wieku. Dotykają one coraz w iększą część społeczeństw a i pom im o zaaw ansow anych m etod leczenia prow adzą do około 8,2 m iliona zgonów rocznie w skali św iatow ej. Przew iduje się, że liczba nowych zachorow ań w zrośnie o około 70% w ciągu najbliższych 20 lat [1].
Ponadto brak je s t skutecznych, bezpiecznych oraz przystępnych cenow o leków do kontroli wielu tropikalnych chorób zakaźnych (tzw. choroby zaniedbane).
Pom im o rozw oju podstaw ow ej w iedzy na tem at tych chorób, ja k i postępów w procesie projektow ania leków, choroby takie ja k m alaria, leiszm anioza, słoniow acizna czy choroba C hagasa nadal są przyczyną wysokiej śm iertelności, głów nie w krajach rozw ijających się. Tylko 10% w ydatków na badania w dziedzinie zdrow ia przeznaczane je s t na tego typu choroby, choć istniejące m etody leczenia są coraz mniej skuteczne, m.in. z pow odu m ałych m ożliw ości diagnostycznych oraz rosnącej oporności na leki. Chociaż podstaw ow e badania naukow e odbyw ają się w laboratoriach uniw ersyteckich i rządow ych, to rozwój leków prow adzony je s t głów nie przez firm y farm aceutyczne. N atom iast wybór o biecujących kandydatów na leki spow odow any je s t potencjalnym i zyskam i, a nie globalnym i problem am i zdrow ia publicznego. System ten oczyw iście nie uw zględnia potrzeb krajów trzeciego św iata [2], [3].
Innym, stosunkow o nowym problem em współczesnej m edycyny je st znaczny w zrost zakażeń bakteryjnych oraz grzybiczych. Okazuje się, iż nie m ożna lekcew ażyć chorób, które w ydają się ju ż opanow ane. W raz z rozw ojem chirurgii i pojaw ieniem się intensywnej opieki m edycznej liczba oraz różnorodność owych zakażeń gw ałtow nie w zrasta [4]—[7]. D odatkow o pandem ia AIDS oraz rozwój chem oterapii doprow adziły do zw iększenia liczby pacjentów o obniżonej odporności [8], [9]. Idąc dalej zauw ażam y w zrost popularności stosow ania antybiotyków , często o szerokim spektrum działania. W skutek tego, na przestrzeni
lat m ikroby w ykształciły różnorodne m echanizm y oporności na leki. Co więcej, liczba lekoopornych szczepów stale rośnie [ 10]—[ 12], Oporność na antybiotyki to typow a ew olucyjna cecha niektórych m ikroorganizm ów (AM R, ang. antim icrobial resistance), która um ożliw ia im przetrw anie w środow isku zawierającym ksenobiotyczne substancje toksyczne. M ikroorganizm y, które są oporne na wiele leków, określa się term inem w ielolekoopornych (M D R ang. m ultidrug resistance [13]. W yróżniam y dwa typy oporności: naturalną (pierwotną) oraz nabytą (w tórną) [14]. Oporność naturalna jest cechą wrodzoną i nie jest zw iązana z w cześniejszym kontaktem z lekiem, w tym przypadku to naturalna specyfika m ikroorganizm u uniem ożliw ia działanie leku. Oporność tego typu m oże być zw iązana z brakiem receptora dla danego leku, bądź z w ytw arzaniem enzym u odpow iedzialnego za rozkład antybiotyku [15]. W 1952 roku w ykazano, że bakterie odporne na penicylinę istniały jeszcze przed stosow aniem jej w lecznictwie [16].
Przykładem lekooporności naturalnej jest wiele szczepów gronkowca, np. M R SA - gronkow iec złocisty oporny na m etycylinę (ang. m ethicyllin-resistant Staphylococcus aureus) [17], [18]. Z kolei oporność nabyta pojaw ia się po kontakcie z lekiem , występuje gdy początkow o efektyw na daw ka leku nie jest ju ż skuteczna. O porność ta je s t wynikiem nabycia genów oporności od innych m ikroorganizm ów , np. na drodze koniugacji, lub spontanicznych mutacji [14], Przyczyną tego rodzaju oporności je s t głównie częste i nieum iejętne stosow anie antybiotyków zarów no w m edycynie ludzkiej [19], ja k i w eterynaryjnej [11].
B akterie są bardzo dobrze przystosow ane ew olucyjnie do radzenia sobie z w szelaką presją środow iska. N iebezpieczeństw o w yodrębnienia się bakterii opornych na w szystkie znane do tej pory środki przeciw bakteryjne jest więc całkiem realną perspektyw ą i grozi pow rotem do „ery przedantybiotykow ej” [20], [21], Oporność nie je s t jed n a k problem em dotyczącym jedynie bakterii, zarów no wirusy, grzyby, ja k i pasożyty m ogą stać się oporne na działanie czynników , na które kiedyś były podatne. O porność ich m oże pow stać na skutek m utacji genetycznej lub nabyw ania (transferu) genów oporności od innych gatunków . Infekcje w yw ołane przez grzyby są przyczyną w ysokiej zachorow alności i śm iertelności, szczególnie u osób z obniżoną odpornością. Szczepy z rodzaju Candida oraz C ryptococcus neoform ans i A sperg illus fu m ig a tu s są przyczyną w iększości tych infekcji, dodatkow o dla w szystkich tych przypadków w ystępuje lekooporność. Podobnie ja k w przypadku
bakterii, oporność grzybów rośnie z pow odu zbyt częstego stosow ania leków [22], [23].
Lekoopom ość m ikroorganizm ów stanow i pow ażny i nasilający się problem globalny. Raport Św iatowej O rganizacji Z drow ia (W H O ) w ydany w kw ietniu 2014 roku donosi, iż problem lekooporności nie je s t ju ż przew idyw aniem przyszłości, lecz je s t obecnie jednym z głów nych zagrożeń dla zdrow ia publicznego [24], W 2013 roku stw ierdzono 9 min zachorow ań na gruźlicę (TB - tuberculosis), stając się przyczyną śmierci 1,5 m in pacjentów , z czego 500 tys. zgonów było w yw ołane przez lekoopom e prątki gruźlicy (M D R -TB - M ultidrug resistance tuberculosis) [25], O becnie z pow odu lekoopornych m ikrobów um iera ok. 700 tys. osób rocznie. Szacuje się, iż za 35 lat liczba ta m oże zw iększyć się do około 10 m ilionów (Rye. 1) [26], to więcej niż obecnie liczba zgonów z pow odu chorób now otw orow ych.
O O O
Cholera Odra Malaria 100-120 tys.. 150 tys. 600 tys.
O o
Biegunka Gruźlica (TB) podróżnych 1,5 min
1,4 min
Rye. 1. Roczna liczba zgonów ludzi z powodu lekooporności mikroorganizmów (MDR) w porównaniu do innych głównych przyczyn zgonów na świecie (dane z 2012-2013 r.)[27].
Od m om entu odkrycia pierw szego antybiotyku oraz zrozum ienia m echanizm ów zw alczania chorób o podłożu m ikrobiologicznym , firm y farm aceutyczne prześcigały się w dostarczaniu coraz to now ych, bardziej aktyw nych środków . Szybko jed n a k nastąpiła stagnacja, a proponow ane leki od pew nego czasu są podobne do siebie i oferują m arginalną przew agę nad istniejącym i. Jednocześnie rozw ój leków stał się procesem bardziej kosztow nym oraz czasochłonnym [28].
MDR 700 tys.
O
HIV/AIDS 1,5 min
Nowotwory 8,2 min
Choroby sercowo-naczyniowe 17,5 min
W 2000 roku stw ierdzono, iż głównymi czynnikam i dyskw alifikującym i potencjalne antybiotyki w badaniach klinicznych są w 30% brak skuteczności działania oraz w kolejnych 30% w ysoka toksyczność [29], O graniczenie stosow ania antybiotyków staje się kluczowym aspektem przeciw działania rozw oju oporności.
D otyczy to przede wszystkim nieracjonalnego stosow ania lub ich nadużyw ania.
Ponadto niezbędne je s t poszukiw anie nowych leków o unikalnych m echanizm ach działania tak aby ograniczyć skutki oporności krzyżow ej. K oncerny farm aceutyczne próbując utrzym ać skuteczność oferow anych leków dążą do w prow adzania nowych specyfików co 5-7 lat. Stąd nieustanna presja poszukiw ania now ych strategii działania w tej dziedzinie [28]. W przypadku chorób w yw ołanych przez chorobotw órcze bakterie i grzyby, ja k rów nież „chorób zaniedbanych" główny ciężar poszukiw ania nowych środków spoczyw a na ośrodkach akadem ickich oraz naukow o-badaw czych, które w przeciw ieństw ie do firm farm aceutycznych nie są nastaw ione na zyski finansowe.
Podsum owując, choć pozornie wydaje się, że dysponujem y szerokim arsenałem środków leczniczych to dostępna ilość leków nie przekłada się w prosty sposób na m ożliw ości prow adzenia terapii. Lekooporność oraz skutki uboczne stanow ią głów ną przyczynę dalszych poszukiw ań innow acyjnych leków, które okazałyby się bardziej skuteczne przeciw ko czynnikow i chorobotw órczem u oraz m niej szkodliw e dla zdrow ia człowieka.
2.2. Metody poszukiw ania nowych leków
Zapotrzebow anie na nowe środki lecznicze spow odow ało znaczny rozwój m etod poszukiw ania leków. Początki ich projektow ania datuje się na koniec lat 40-stych XX wieku. Jednym z pierwszych i na ogół najtrudniejszych etapów projektow ania leków je s t odkrycie struktury wiodącej. Jest to prototypow y zw iązek, który w ykazuje pew ne pożądane w łaściw ości biologiczne, na przykład efektyw nie łączy się z receptorem , lecz m oże posiadać cechy niepożądane, takie ja k toksyczność czy słabe param etry farm akokinetyczne. Dopiero m odyfikacje struktury wiodącej mają na celu popraw ienie jej param etrów biologicznych i farm akologicznych. Zw iązki wiodące poszukuje się zarów no wśród substancji pochodzenia naturalnego (produkty m etabolizm u m ikroorganizm ów , roślinne lub m orskie), ja k i syntetycznego. Do najstarszego i stosunkow o najprostszego sposobu poszukiw ania now ych zw iązków w iodących należą badania przesiew ow e (ang. screening).
Polegają one na przebadaniu ja k najw iększej puli substancji w w ybranym teście biologicznym . Związki nieaktyw ne są odrzucane, natom iast spośród zw iązków w ykazujących pew ną aktyw ność tylko jed en na kilka tysięcy m a szanse dostać się do etapu badań klinicznych [14], [30]. Przykładem takich badań je s t w ytypow anie aktyw nego układu diketokw asu w w yniku przesiew ow ych badań tysięcy losowych zw iązków w poszukiw aniu inhibitorów integrazy H1V [31], [32]. O becnie, obok wciąż stosow anych badań przesiew ow ych w prow adza się inne bardziej w ydajne, a przede w szystkim mniej kosztow ne m etody poszukiw ania leków . Przykładem takiego podejścia są badania nieprzesiew ow e, w których rodzaj badanych substancji jest ograniczony. Zw iązki w ykazujące podobieństw o strukturalne do słabo działającej substancji (na przykład odkrytej w badaniach przesiew ow ych), m ogą być poddane testom biologicznym w sposób selektyw ny. Źródłem badanych substancji m ogą być leki pochodzące z m edycyny naturalnej, tradycyjnie stosow ane w leczeniu konkretnych schorzeń. Struktury w iodące są rów nież poszukiw ane podczas badań m etabolizm u leków, a m ianow icie określa się czy w łaściw ości biologiczne są spow odow ane działaniem sam ego leku, czy też je g o m etabolitu.
O pisane dotychczas m etody poszukiw ania struktur w iodących bywają krytykow ane, jak o nie do końca racjonalne. W dalszym ciągu ew entualny sukces zależy od przypadku. O becnie zasadniczym aspektem w projektow aniu leków je s t określenie m olekularnych przyczyn badanej choroby, tak zw anych celów . W ów czas struktury wiodące stają się naturalnym i agonistam i receptora lub substratam i enzym u. Takie podejście określa się m ianem zorientow anego na strukturę (structure based drug design) lub na cel. W ym aga bow iem dobrej znajom ości celu działania przyszłych leków np. struktury krystalograficznej białka. Po identyfikacji struktury wiodącej przystępuje się do określenia farm akoforu, są to w ystępujące w cząsteczce grupy odpow iedzialne ze działanie biologiczne. Inne grupy obecne w zw iązku w iodącym m ogą dodatkow o w pływ ać na to działanie. W oparciu o zgrom adzone inform acje kolejnym etapem je s t projektow anie zw iązków o korzystniejszych w łaściw ościach terapeutycznych niż w ybrana struktura w iodąca. W tym celu zw iązek w iodący poddaje się różnym przekształceniom chem icznym , takim jak : w ym iana podstaw ników , m odyfikacje stopnia nasycenia pierścieni arom atycznych lub w iązań w ielokrotnych, zm iana długości łańcucha czy w ielkości pierścienia, upraszczanie lub usztyw nianie struktury cząsteczki. Po zsyntezow aniu szeregu analogów zw iązku w iodącego i poddaniu ich testom biologicznym , ustala się
w jak im stopniu zm iany struktury chemicznej w pływ ają na ich aktyw ność. Relacje te określa się jak o zależność m iędzy strukturą a aktyw nością (SA R - ang. structure- activity relationships), która polega na w prow adzeniu rów nania m atem atycznego wiążącego biologiczną aktyw ność badanych zw iązków z ich w łaściw ościam i fizykochem icznym i. Podstawowym i zmiennym i są tu: hydrofobow ość, czynniki elektronow e oraz steryczne. Rezultaty tych badań pozw alają w skazać elem enty strukturalne, które odpow iadają za aktywność biologiczną badanych zw iązków .
N ow oczesne podejście łączy tradycyjne projektow anie leków opisane powyżej z m odelow aniem m olekularnym , które um ożliw ia zbadanie sposobów oddziaływ ania zw iązku w iodącego z docelowym m iejscem w iążącym . Zatem m etoda SAR pozw ala zidentyfikow ać farm akofor i ustalić sposób oddziaływ ania w m iejscu w iążącym , natom iast m odelowanie m olekularne dostarcza inform acji na tem at dalszych analogów zw iązku wiodącego, które warto syntezow ać. Dzięki takiem u podejściu uw aga jest koncentrow ana na analogach, które m ają najw iększe szanse oddziaływ ania z m iejscem wiążącym , pom ijając etap syntezy w szystkich m ożliw ych analogów . N iestety projektow anie now ych, aktyw nych zw iązków jest zadaniem bardzo trudnym i czasochłonnym . M im o znacznego zainteresow ania i dostępności w ielu badań wiążących strukturę chem iczną i aktyw ność biologiczną, często nie m ożna ustalić jednoznacznych kryteriów jakie pow inny spełniać aktyw ne zw iązki. W ciąż potrzeba danych dotyczących now ych struktur oraz zależności pom iędzy ich cecham i m olekularnym i i aktyw nością [14], [30]. Sytuacja kom plikuje się dodatkow o gdy nie je st znany cel m olekularny i z konieczności badania m uszą koncentrow ać się na poznanych strukturach aktyw nych substancji, są to tak zwane badania zorientow ane na ligand (ligand based drug design).
2.3. Koncepcja struktur uprzywilejowanych
Term in struktura uprzyw ilejow ana (ang. privileged structure, PS) po raz pierw szy został zaproponow any przez Evansa i w spółpracow ników w roku 1988 [33]. Dwa lata później Johnson i M aggiora sform ułow ali zasadę podobieństw a, która mówi, że strukturalnie pokrew ne zw iązki w ykazują podobną aktyw ność biologiczną [34], Później definicję zm odernizow ali i rozszerzyli Patchett i N argund [35]. K oncepcja struktur uprzyw ilejow anych m ówi, iż pew ne struktury (cechy strukturalne) m ogą w yw oływ ać skutki biologiczne częściej niż inne. M oże być to w ynikiem zdolności do interakcji z różnym i celami biologicznym i.
Z praktycznego punktu w idzenia, jak o czynnik rozróżniający, w ykorzystuje się częstość w ystępow ania danego fragm entu strukturalnego w cząsteczkach zw iązków w ykazujących aktyw ność biologiczną, w szczególności leków [36], [37],
Od m om entu w prow adzenia term inologii struktur uprzyw ilejow anych pojaw iło się w iele prac porządkujących stan wiedzy w tej dziedzinie [38]—[40]. Jako struktury uprzyw ilejow ane opisano m iędzy innymi: benzim idazol [40], benzodiazepinę [35], benzylopiperydynę [35], difenylotetrazol [35], indol [35], [41], bifenyl [35], [42], 1,4-dihydropirydynę
benzopiran [44] (Ryc. 2) i wiele innych.
Benzim idazol B enzodiazepina
[43],
Indol
Ryc. 2. Przykładowe struktury uprzywilejowane.
2.3.1. Pochodne chinoliny - spektrum aktyw ności biologicznej
A naliza baz danych oraz doniesienia literaturowe w skazują chinolinę (Ryc. 3), jak o strukturę uprzyw ilejow aną [32], [45]-[47], a więc fragm ent o szczególnym
znaczeniu w projektow aniu nowych, aktyw nych pochodnych.
N 2
8 1
Ryc. 3. Struktura chinoliny.
Z naczna liczba produktów naturalnych oraz środków farm aceutycznych zaw iera chinolinow y fragm ent w cząsteczce. Antybiotyki chinolonow e są tutaj najbardziej spektakularnym przykładem potencjalnej skuteczności tego układu w chem ii m edycznej [48], N atom iast cząsteczka chininy (Ryc. 4), która rów nież je s t oparta na ugrupow aniu chinoliny, je s t dow odem na preferencje natury dla tego układu [49], C hinina w ystępuje w korze drzew a chinow ego (C inchona L.) i była
pierw szym skutecznym lekiem przeciw ko m alarii, szeroko stosow ana od XVII w ieku. O prócz zarodźca malarii chinina działa słabiej na niektóre pierw otniaki i bakterie, posiada rów nież własności przeciw gorączkow e i przeciw bólow e [50], [51]. Obecnie w celu nadania gorzkiego sm aku jest dodaw ana do napojów gazow anych, np. toniku. Chinina jest ju ż rzadko stosow ana w lecznictw ie, zastąpiły ją środki o m niejszych skutkach ubocznych.
Innym alkaloidem pochodzącym również z kory drzew a chinow ego jest chinidyna (Ryc. 4). M im o, iż je st praw oskrętnym diastereoizom erem chininy, jej aktyw ność biologiczna różni się dość istotnie. Chinidyna ma słabe w łaściw ości przeciw m alaryczne, je s t znana natom iast jak o środek do zm niejszania kurczliw ości m ięśni sercow ych oraz szkieletow ych, m .in. przez rozszerzanie naczyń krw ionośnych obniża ciśnienie krwi. Stosow ana jest w leczeniu m igotania przedsionków oraz kom orow ych zaburzeń rytm u serca [52].
Ryc. 4. Struktura chininy oraz chinidyny.
W czesne m odyfikacje struktury chininy były spow odow ane niedoborem naturalnych źródeł tego alkaloidu. Kora chinow a była dostępna jedy nie na plantacjach poza granicam i Europy. Próby znalezienia niezależnego i solidnego źródła leków przeciw m alarycznych doprow adziły do odkrycia w 1925 roku pam achiny, a w 1932 m epakryny (Ryc. 5). Oba te leki były szeroko stosow ane podczas II w ojny światow ej, szczególnie na południow o-zachodnim Pacyfiku [53].
Z pow odu wysokiej toksyczności oraz pow ażnych efektów ubocznych, m .in. psychozy, pow staw ały dalsze m odyfikacje tych leków. Kolejnym analogiem pam achiny była prym achina (Ryc. 5), odkryta w latach 40. N ow y analog okazał się skuteczniejszy oraz mniej toksyczny od dotychczasow ych środków [54]. Jednak przełom em okazała się chlorochina (Ryc. 5), którą otrzym ano ju ż w roku 1934, lecz
om yłkow o uznano za zbyt toksyczną i zaniechano jej stosow ana, aż do 1946 roku.
Od tego czasu, chlorochina stała się najw ażniejszym i najbardziej skutecznym lekiem przeciw m alarii, ponadto ze w zględu na niską toksyczność je s t lekiem z w yboru a nie wyborem m niejszego zła. Poza działaniem przeciw m alarycznym , działa rów nież na takie pasożyty ja k Pełzak czerw onki oraz Lam blie jelitow e (np. G iardia lam blia - O goniastek jelitow y), ponadto posiada w łaściw ości przeciw zapalne [55]. W celach profilaktycznych chlorochinę dodaw ano do soli kuchennej w w ybranych częściach A m eryki Południow ej, A fryki i Azji.
Praw dopodobnie w w yniku tego zabiegu pierw sze przypadki oporności na chlorochinę pojaw iły się ju ż pod koniec lat 50. Szczepy oporne na chlorochinę {Plasm odium fa lc ip a ru m - Zarodziec sierpow aty i do pew nego stopnia P. vivat - Zarodziec ruchliw y) stały się pow szechne w e w szystkich obszarach endem icznych na całym świecie. Ponadto pojaw iają się w yniki badań sugerujące, że nadm ierne stosow anie chlorochiny m oże pow odow ać pow stanie oporności krzyżow ej na chinolony (cyprofloksacynę) u bakterii jelitow ych Escherichia coli [56].
chinina mepakryna chlorochina
Rye. 5. Modyfikacje leków przeciwmalarycznych opartych na szkielecie chinoliny.
W obliczu śm iertelnych ofiar malarii podczas w ojny w W ietnam ie, doprow adzono do rozw oju now ych pochodnych przeciw m alarycznych.
W prow adzono kolejny analog chininy - m eflochinę (Ryc. 5), obecnie dostępną w sprzedaży jak o Lariam . Choć m a ona silne w łaściw ości przeciw m alaryczne, m oże rów nież w yw oływ ać wiele niepożądanych skutków ubocznych, m .in. zaw roty
głowy, halucynacje czy depresje. Zarów no chlorochina, ja k i m eflochina są stosow ane do dziś w lecznictw ie. C hlorochina wciąż stanow i jed en z najczęściej używ anych leków przeciw m alarycznych m .in. ze w zględu na bardzo niskie koszty produkcji [56], [57]. M eflochina natom iast je s t traktow ana ja k o standardow y środek terapeutyczny w przypadku walki ze szczepam i opornym i na chlorchinę. Jednak jej stosow anie je s t ograniczone z uwagi na w ysokie koszty produkcji oraz m ożliw ość w ystąpienia skutków ubocznych [58]. W połow ie lat 70. zainteresow anie przem ysłu oraz w ojska na nowe środki do walki z m alarią znacznie spadło, co przełożyło się na zm niejszenie ilości w prow adzanych, now ych leków. N a rynek w prow adzono dw a kolejne analogi chlorochiny: am odiachinę, a później pironarydynę (Ryc. 5).
A m odiachina okazała się być bardziej skuteczna w leczeniu infekcji m alarii niż chlorochina, je s t rów nież na ogół dobrze tolerow ana. Jednak od połow y lat 80.
w niektórych częściach świata została w ycofana z użytku z pow odu rzadkich, ale niebezpiecznych efektów ubocznych, tj. agranulocytozy (spadek liczby neutrofili, czyli kom órek układu odpornościow ego w e krwi. Pom im o tego, am odiachina zachow uje w ysoką skuteczność i je s t pow szechnie dostępna w A fryce [59].
N atom iast pironarydyna Rryc. 5) je s t najbardziej aktyw ną 4-am ino pochodną chinoliny, rów nież w obec szczepów opornych na chlorochinę. Została otrzym ana w Chinach w latach 70. i je s t stosow ana w tym kraju od ponad trzydziestu lat [60].
W innych częściach św iata środek ten nie został od razu w prow adzony do lecznictw a. D opiero od 2012 roku K om itet Produktów Leczniczych (C H M P-C om m ittee for M edicinal Products) w ydał pozytyw ną opinię na tem at stosow ania preparatu Pyram ax, gdzie jed ny m ze składników je s t pironarydyna. Lek je s t przeznaczony w yłącznie do stosow ania poza terenem Unii E uropejskiej [61].
Inną grupą leków opartych na fragm encie chinoliny są w spom niane ju ż w cześniej, chinolony (Ryc. 6). Zw iązki te stanow ią najw iększą grupę syntetycznych antybiotyków , rozw ijanych ju ż od lat 60. K olejne m odyfikacje struktur doprow adziły do zm iany siły oraz spektrum działania otrzym anych zw iązków , ja k rów nież ich w łaściw ości farm akokinetycznych [62]. O pisano ju ż ponad 10 tysięcy analogów , z czego ponad 15 zostało zarejestrow anych ja k o leki [63],
R5 O O
Rye. 6. Ogólna struktura chinolonów.
Z uwagi na ich bardzo szerokie spektrum działania, oraz długoletnie badania i rozw ój, zostały podzielone na cztery generacje (Ryc. 7). Leki pierw szej generacji są najstarszym i i obecnie najrzadziej używanym i chinolonam i, w przeciw ieństw ie do pozostałych generacji (fluorochinolonów ) nie zaw ierają atom u fluoru w pozycji 6 . Zastosow anie tych środków ogranicza się do leczenia nieskom plikow anych zakażeń dróg m oczow ych. Chinolony drugiej generacji w ykazują zw iększoną aktywność na bakterie G ram -ujem ne, ja k rów nież na niektóre bakterie Gram -dodatnie. W porównaniu z pierw szą generacją leków środki te m ają szersze zastosow anie kliniczne w leczeniu skom plikow anych zakażeń dróg m oczow ych, zapalenia nerek, w ybranych chorób przenoszonych drogą płciową, zapalenia płuc oraz infekcji skóry. Najczęściej używane fluorochinolony drugiej generacji to cyprofloksacyna i ofloksacyna, ze w zględu na ich dostępność w preparatach doustnych. Fluorochinolony trzeciej generacji obejm ują m .in. lew ofloksacynę, gatifloksacynę oraz sparfloksacynę. Środki te zostały zakw alifikow ane do kolejnej generacji leków ze w zględu na ich rozszerzoną aktyw ność przeciw bakteriom G ram -dodatnim . Leki te w ykazują aktyw ność w zględem penicylino-opom ej bakterii Streptococcus p n eu m oniae (D w oinka zapalenia płuc), nazyw ana popularnie pneum okokiem oraz w zględem atypow ych patogenów , takich ja k M ycoplasm a pneum oniae czy C hlam ydia pneum oniae.
C hociaż chinolony trzeciej generacji zachow ują szeroki zakres aktyw ności wobec bakterii G ram -ujem nych, są one mniej aktyw ne niż cyprofloksacyna na gatunki P seudom onas. Leki te są przydatne w leczeniu pozaszpitalnego zapalenia płuc, ostrego zapalenia zatok oraz przew lekłego zapalenia oskrzeli. C hinoliny czwartej generacji posiadają dodatkow o w łaściw ości przeciw bakteryjne w obec bakterii beztlenow ych, jednocześnie zachow ując aktyw ność w zględem bakteri G ram -dodatnich i G ram -ujem nych porów nyw alną z lekami trzeciej generacji.
Posiadają rów nież aktyw ność w obec gatunków Pseudom onas porów nyw alną do cyprofloksacyny [64], [65],
I generacja o o
c o y
o o
IV generacja
o o o o o o
gatyfloksacyna klinafloksacyna
N y N O
NHH ' ^ moksyfloksacyna
Próby kliniczne o o
OH HO
nemonoksacyna delafloksacyna
NH,
JN J-Q 2
Ryc. 7. Wybrani przedstawiciele poszczególnych generacji chinolonów.
G eneralnie fluorochinolony odgryw ają w ażną rolę w leczeniu ciężkich zakażeń bakteryjnych, zw łaszcza gdy je st podejrzenie zakażenia szczepam i opornym i na starsze klasy środków przeciw bakteryjnych, zostały m.in. w prow adzone do drugiej linii leczenia gruźlicy [66]. Fluorochinolony są na ogół dobrze tolerow ane przez pacjentów , w iększość działań niepożądanych przebiega łagodnie. T ypow e skutki uboczne terapii to objaw y żołądkow o-j elito we, takie ja k nudności, w ym ioty czy biegunka, a także bóle głow y i bezsenność [67]. O statnie doniesienia literaturow e w skazują rów nież na przeciw now otw orow e oraz przeciw w irusow e działanie
fluorochinolonów , co dodatkow o czyni je atrakcyjnym i i obiecującym i obiektam i dalszych badań [68]—[71 ].
Oprócz tego, pew ne związki również oparte na strukturze chinoliny w ykazują bardzo skuteczne działanie antyproliferacyjne w zględem szerokiego spektrum now otw orów . R óżnorodne analogi chinoliny zostały zbadane pod kątem ham ow ania w zrostu kom órek now otw orow ych, m .in. poprzez blokow anie kinaz białkow ych czy napraw y DNA [45]. Otrzym ano tysiące pochodnych, lecz do tej pory tylko kilka znalazło zastosow anie w lecznictwie. W tradycyjnej m edycynie chińskiej do leczenia now otw orów stosow ano w yciąg z kory drzew a
„szczęścia” - Cam ptotheca acuminata. W 1966 roku odkryto, iż za działanie przeciw now otw orow e owej kory je s t odpow iedzialna kam ptotecyna - alkaloid, który zaw iera fragm ent chinoliny w swojej strukturze (Ryc. 8) [72]. W badaniach klinicznych wykazano znaczącą aktyw ność tego zw iązku, jed n a k niska rozpuszczalność oraz działania niepożądane ograniczyły jeg o zastosow anie w lecznictwie. Z tych pow odów strukturę kam ptotecyny poddano m odyfikacjom chem icznym , w skutek czego pow stały kolejne aktyw ne analogi. Pierw szym zarejestrow anym lekiem przeciw now otw orow ym , pochodzącym od kam ptotecyny je s t topotekan (Ryc. 8) [73]. W roku 1998 został zarejestrow any jeg o kolejny analog, irynotekan (Ryc. 8) [74], Substancje te należą do grupy inhibitorów topoizom erazy I i ham ują replikację DNA, prow adząc do śm ierci kom órki [75].
Topotekan je s t stosow any w leczeniu raka jajników oraz szyjki m acicy [76], może być rów nież używ any w terapii drobnokom órkow ego raka płuc [77]. W ciąż trw ają badania kliniczne nad zastosow aniem topotekanu do leczenia innych typów now otw orów [78], [79]. N atom iast irynotekan je s t głównie stosow any w terapii raka je lita grubego, ponadto poddany je s t badaniom klinicznym , m .in. nad jeg o zastosow aniem w leczeniu raka płuc, w ątroby i jajnika [80], [81]. Ciągle trw ają prace nad rozw ojem pochodnych kam ptotecyny, aktualnie prow adzone są badania kliniczne dw óch kolejnych jej analogów: BNP 1350 oraz LE-SN38 (LE - Liposom e E ncapsulated) (Ryc. 8) [82], [83].
HO
* OH O — ^ OH O
HO
OH O OH O
Rye. 8. Struktura kamptotecyny i jej analogów.
Innym, ciekaw ym celem m olekularnym dla zw iązków przeciw now otw orow ych są kinazy białkow e - grupa enzym ów odpow iedzialna za fosforylację białek, a w konsekw encji uw ikłana w w iększość szlaków m etabolicznych w kom órkach.
Spośród nich kluczow e znaczenie mają procesy sygnalizacji i regulacji, np. cyklu życiow ego kom órki. G rupa badaw cza A u gur’a opracow ała inhibitor kinazy PI3K (3-kinazy fosfatydyloinozytolu) (G S K 2 12645) (Ryc. 9). PI3K odgryw a istotną rolę w regulacji procesów zw iązanych ze wzrostem , m etabolizm em , przeżyciem oraz proliferacją kom órek. Inhibitor G S K 2 12645 je s t oparty na strukturze chinoliny i posiada niezw ykle silne w łaściw ości przeciw now otw orow e w zakresie nanom olow ym (PI3K IC50 = 0.04 nM). Obecnie zw iązek ten je s t w I fazie badań klinicznych zm ierzających do ustalenia w łaściw ego daw kow ania u pacjentów z guzam i litymi lub chłoniakam i [84],
R ów nie atrakcyjnym celem m olekularnym są receptory kinazy tyrozynow ej, które przyczyniają się do rozw oju i w zrostu kom órek rakow ych (np. receptor czynnika w zrostu G FR - grow th fa c to r receptor). Pochodne 4-anilinochinoliny stanow ią obiecującą grupę zw iązków ham ującą działanie tych receptorów . N aukow cy od wielu lat m odyfikują tę klasę zw iązków w celu popraw y siły i selektyw ności ich działania, co zaow ocow ało w ielom a aktyw nym i
pochodnym i [44], W issner i w spółpracow nicy odkryli pochodną EKB-569, a następnie H K I-272 (Ryc. 9) [69], Zw iązki te cechują się zarów no silnym , selektyw nym , ja k i nieodw racalnym działaniem wobec guzów. Jak dotąd, próby kliniczne dały obiecujące wyniki, które czynią EK B-569 i H K I-272 potencjalnym i kandydatam i na leki skuteczne w leczeniu now otw orów okrężnicy, płuc oraz piersi [86].
Ryc. 9. Struktury przykładowych pochodnych chinoliny, wykazujących właściwości przeciwnowotworowe.
Jak w skazują w yniki badań pochodne 4-anilinochinoliny m ogą działać przeciw now otw orow o rów nież w edług innego m echanizm u, polegającego na blokow aniu szlaku kinaz aktyw ow anych m itogenam i (M A PK - m itogen-activated p ro tein kinases). B lokow anie tego szlaku daje m ożliw ości ham ow ania niekontrolow anego w zrostu kom órek. Przykłady zw iązków ham ujących szlak M A PK , ja k rów nież w zrost kom órek LoV o (linia ludzkich guzów okrężnicy) przedstaw iono poniżej (ryc. 10) [87], [88].
N
GSK212645
EKB-569 HKI-272
LoV o IC 50 = 7 nM
Ryc. 10. Związki o właściwościach przeciwnowotworowych.
LoVo IC 50= 7 nM
O prócz opisanych powyżej zw iązków istnieje w iele innych pochodnych opartych na szkielecie chinoliny, które w ykazują interesujące w łaściw ości przeciw now otw orow e. Liczba potencjalnych leków znajdujących się obecnie w fazie badań klinicznych pozw ala przypuszczać, że w najbliższej przyszłości zapew ne niektóre z nich będą używane jako pierw sza linia bardziej skutecznych i bezpiecznych chem oterapeutyków [45].
Poza opisanym i wcześniej przykładam i, pochodne chinoliny m ożna znaleźć rów nież m .in. w śród leków przeciw grzybiczych (dekw alina), przeciw w irusow ych (sakw inaw ir - anty-H IV ) oraz przeciw bólow ych (antrafenina). Znane są rów nież analogi chinoliny stosow ane w leczeniu choroby A lzheim era (takryna), astm y i alergii (m ontelukast, nedokrom il) (Rye. 11) [89].
Spośród pochodnych chinoliny szczególne znaczenie m a fragm ent 8-hydroksychinoliny (8-HQ) (Ryc. 12), który je s t jednym z najw ażniejszych odczynników chelatujących jo n y m etali i stanowi doskonałe rusztow anie dla zw iązków z ciekaw ym spektrum zastosow ań farm aceutycznych [90]. Już w 1922 roku zostały opisane w łaściw ości grzybobójcze 8-hydroksychinoliny i jej kom pleksów z m etalam i [91], [92], Prace te dotyczyły głów nie aktyw ności w zględem grzybów atakujących rośliny. Później w ykazano ich w łaściw ości antyseptyczne oraz dezynfekujące, co więcej substancje te były stosow ane w stom atologii do dezynfekcji jam y ustnej [93]. 8-HQ była rów nież obiektem zainteresow ań jak o lek przeciw now otw orow y [94], Ponadto proste m odyfikacje Ryc. 11. Inne przykłady leków zawierających strukturę chinoliny w cząsteczce.
2.3.2. Pochodne 8-hydroksychinoliny - spektrum aktyw ności biologicznej
8-hydroksychinoliny dają pochodne o interesujących w łaściw ościach grzybo- i bakteriobójczych. Jednym z takich środków je s t chlorchinaldol (Ryc. 12), znany środek o w łaściw ościach przeciw bakteryjnych, przeciw grzybiczych oraz przeciw pierw otniakow ych, szczególnie silnie działa na ziarniaki G ram -dodatnie oraz drożdżaki, m .in. Candida albicans. Chlorchinaldol stosuje się w leczeniu m iejscow ym bakteryjnych i grzybiczych zakażeń błon śluzow ych jam y ustnej, gardła, dróg rodnych oraz skóry. Środek ten je s t dostępny w tabletkach do ssania, tabletkach dopochw ow ych oraz jako m aść, stosuje się go rów nież w niektórych szam ponach przeciw łupieżow ych [95]. K olejnym znanym preparatem pochodzącym od 8-HQ je s t kliochinol (Ryc. 12), który znalazł zastosow anie w lecznictwie jako środek o silnym i długotrw ałym działaniu odkażającym i w ysuszającym rany. Stosowany m iejscow o je s t nietoksyczny, ale daw niej był stosow any doustnie w leczeniu biegunek bakteryjnych, lecz został w ycofany w 1983 roku ze w zględu na neurotoksyczne działanie [96]. Kliochinol był podejrzany o w yw oływ anie ciężkiej w skutkach choroby znanej ja k o neuropatia rdzeniowo w zrokow a - SM ON (Subacute M elo-O ptic N eu ropa thy), której objawami są m .in. zaburzenia czucia i w idzenia [61]. Inną stosow aną pochodną 8-hydroksychinoliny je s t nitroksolina (Ryc. 12), która działa bakteriobójczo na w iększość bakterii G ram -ujem nych i G ram -dodatnich, w yw ołujących zakażenia dróg m oczow ych [97]. W Europie je s t w użyciu od około pięćdziesięciu lat, w ykazuje znaczną skuteczność w zw alczaniu zakażeń bakterii tw orzących biofilm [98]. Ponadto znane jest jej działanie grzybobójcze na szczepy z rodzaju Candida oraz w łaściw ości przeciw now otw orow e [99].
OH OH OH OH
8-HQ ch lorch in aldol kliochinol nitroksolina
Ryc. 12. Struktury prostych analogów 8-hydroksychinoliny.
Obecnie trw ają badania nad zastosow aniem pochodnych 8-hydroksychinoliny jak o potencjalnych środków do leczenia chorób zw yrodnieniow ych układu nerw owego, takich ja k choroba A lzheim era czy Parkinsona [90]. D ziałanie neuroprotekcyjne je s t w ynikiem chelatow ania m etali, takich ja k żelazo, m iedź czy cynk. W yjściowym zw iązkiem do poszukiw ań chelatorów żelaza był kliochinol,
dając początek kolejnym m odyfikacją chem icznym , których przykładem jest zw iązek PBT2 (Ryc. 12), znajdujący się w II fazie prób klinicznych w leczeniu choroby A lzheim era [100],
Do bardziej złożonych pochodnych 8-hydroksychinoliny stosow anych w lecznictw ie m ożna zaliczyć prokaterol oraz indakaterol (Ryc. 13). Obie substancje są stosow ane do leczenia przew lekłej obturacyjnej choroby płuc.
Ponadto prokaterol je s t stosow any w leczeniu astm y [89], natom iast indakaterol jest aktualnie pod tym kątem oceniany. Przeprow adzone badania kliniczne w ykazują w ysoką skuteczność leku w kontroli objaw ów klinicznych i popraw ie param etrów spirom etrycznych [ 101].
prokaterol indakaterol
Ryc. 13. Struktura prokaterolu i indakaterolu.
Pochodne 8-HQ posiadają rów nież w łaściw ości antyretrow irusow e, okazało się, że pochodne styrylochinolinow e m ogą być m iędzy innymi inhibitoram i integrazy H IV -1. A ktyw nym inhibitorem z tej grupy pochodnych je s t zw iązek o sym bolu FZ-41 (Ryc. 14), który dotarł do fazy badań klinicznych. Jest on aktyw ny zarów no w etapie 3 ’-term inacji, ja k i w etapie przeniesienia nici.
W artości IC50 dla obu reakcji w ynoszą odpow iednio: 0,7 pM i 1,7 pM [102].
Ryc. 14. Struktura FZ-41.
W trakcie badań nad pochodnym i chinoliny prow adzonych w Zakładzie Chem ii Organicznej U niw ersytetu Śląskiego okazało się, że pew ne pochodne chinoliny mogą stanow ić interesujące czynniki przeciw grzybicze. K ilka z badanych pochodnych w ykazuje aktyw ność ham ującą rozwój grzybów M IC {M inim al Inhibitory Concentration) przy stężeniach niższych niż znany przeciw grzybiczy środek flukonazol (Tabela 1) [103].
Tabela 1. Przykłady aktywności przeciwgrzybiczej wybranych związków, otrzymanych w Zakładzie Chemii Organicznej Uniwersytetu Śląskiego.
M IC /IC 8„ [fj.M |
Zw iązek
Candida albicans
Candida krusei
Candida glabrata 24h
48h
24h 48h
24h 48h
Aspergillus fum igatus
24h 48h
n o2
1.95 15.63 15.63 3.91
O H 7.81 31.25 31.25 3.91
O H
7.81 15.63
15.63 31.25
7.81 15.63
15.63 31.25
OH OH
1.95 31.25
15.63 31.25
0.24 0.49
7.81 62.50 3.91
15.63
3.91 7.81
1.95 3.91
3.91 125
Flukonazol 0.06
0.12
3.91 15.62
0.98 3.91
>125
>125
W Zakładzie Chem ii Organicznej Uniwersytetu Śląskiego od kilku lat prow adzi się badania skoncentrow ane na poszukiw aniu nowych, aktyw nych zw iązków chem icznych. R ozw ijana jest m etoda w ykorzystująca przeszukiw anie w irtualnych baz danych takich ja k PubChem czy D rugBank, skupiających dane dotyczące struktur i aktyw ności tysięcy związków . Z ostały przeprow adzone badania na szeregu m onoazanaftalenów , które potw ierdziły częstość w ystępow ania szkieletu chinolinow ego w zw iązkach w ykazujących aktyw ność biologiczną [46], [47],
Z uwagi na tak szerokie spektrum aktyw ności biologicznej pochodnych chinoliny (w tym również 8-hydroksychinoliny), niew ątpliw ie jej struktura wpisuje się w definicję struktury uprzyw ilejow anej. M im o ograniczeń i pew nych niejasności koncepcyjnych, idea struktur uprzyw ilejow anych w ydaje się być skuteczna
w projektow aniu leków, co potw ierdzają now e, aktyw ne analogii fragm entów uprzyw ilejow anych. K oncepcja ta jest często używ ana w laboratoriach syntetycznych posługujących się chem ią kom binatoryczną, gdzie potrzeba prostych i w yraźnych schem atów projektow ania now ych substancji [40], [90]. Takie podejście m oże przyczynić się znacznie do rozw oju chem ii m edycznej, dostarczając now ych pom ysłów w projektow aniu leków. Zatem poszukiw anie now ych zw iązków z wbudow anym fragm entem chinolinow ym w ydaje się być ja k najbardziej słuszne.
3. BADANIA WŁASNE
3.1. Pochodne styrylochinolinow e - analogi naftifiny.
3.1.1. W stęp oraz projektow anie celów sy n tety czn y ch .
Leki przeciw grzybicze charakteryzują się dużą różnorodnością budowy oraz m echanizm em działania. W śród leków stosow anych obecnie m ożna wyróżnić m .in. alliloam iny, azole, antybiotyki polienow e i inne. M echanizm działania takich leków zw iązany je s t z zakłóceniem funkcji fizjologicznych grzyba. W przypadku alliloam in oraz azoli polega on na ham ow aniu syntezy ergosterolu. Ergosterol jest ważnym składnikiem strukturalnym grzybów o funkcji i budow ie analogicznej do cholesterolu u człow ieka. Ten ostatni fakt je s t niestety, pow odem m ożliw ych działań niepożądanych om aw ianych leków, gdyż podobieństw o strukturalne obydwu steroli m oże spow odow ać, że m edykam ent zadziała też na kom órki ludzkie [65]. W śród dostępnych obecnie leków przeciw grzybicznych najczęściej stosow ane składniki czynne to związki z grupy azoli (Ryc. 15) [104],
Ryc. 15. Przedstawiciele stosowanych leków z grupy azoli.
Pom im o, iż leki te są dobrze tolerow ane przez pacjentów oraz posiadają szerokie spektrum aktyw ności biologicznej, są rów nież bardzo podatne na pojaw ianie się lekoopom ości [105], M niej podatne na to zjaw isko są pochodne alliloam iny tj. naftifina, terbinafina czy butenafina [106], ponadto działają na w cześniejszym etapie ham ow ania syntezy ergosterolu, blokując epoksydazę skw alenow ą (Ryc. 16) [107].
O
Flukonazol Ketokonazol
Cl
f 2-acetylo-CoA)
( s k w a l e n
A L L IL O A M IN Y e p o k sy d a z a sk w a lc n u (E R G 1 )
S-2,3-epoksyskwalen
A Z O L E
s y n ta z a (E R G 7 )
LANOSTEROL
C 1 4 a -d em ety laz a la n o s te ro lu (E R G 1 1 )
C14-demetylolanosterol
ERGOSTEROL
Ryc. 16. Uproszczona biosynteza ergosterolu [108].
Zauw ażono, iż struktura chinoliny stanow i usztyw niony analog jed n e g o z mniej uprzyw ilejow anych konform erów hom oalliloam iny (Ryc. 17). Fakt ten dał początek projektow aniu analogów opartych na fragm encie chinoliny. Co więcej styrylochinoliny w ykazują znaczne podobieństw o do alliloam in [109], zatem potencjalnie będą naśladow ać naftifinę czy terbinafinę (Ryc. 17). T akie podejście w ydaje się być słuszne ze względu na duże praw dopodobieństw o aktyw ności biologicznej zaprojektow anych zw iązków [109]. Ponadto postuluje się, że zw iązki oparte na takich układach m ogą być pozbaw ione toksyczności, ja k np. terb in afin a. 1
1 Zagadnienia omówiono szerzej w rozdziale 3.2.
Rye. 17. Podobieństwo strukturalne styrylochinolin do alliloamin.
W Zakładzie Chem ii Organicznej U niw ersytetu Śląskiego od 2004 roku prow adzone są badania dotyczące projektow ania nowych pochodnych chinoliny 0 działaniu przeciw grzybiczym oraz przeciw bakteryjnym [103], [110], [111].
W zw iązku z interesującym i w łaściw ościam i biologicznym i styrylochinolin, postanow iono rozbudow ać bibliotekę tych zw iązków . D otychczasow e wyniki badań w skazują, że fragm ent chinolinow y z podstaw nikiem hydroksylow ym w pozycji 8 je st kluczow y dla aktyw ności badanych zw iązków . N atom iast pierścień fenylow y pow inien być podstaw iony grupam i hydroksylow ym i lub halogenow ym i [103], [110]. A by zw eryfikow ać pow yższe hipotezy zaprojektow ano 1 otrzym ano szereg zw iązków opartych na szkielecie chinoliny o różnych podstaw nikach, m .in. 8-hydroksychinoliny oraz 5,7-dichloro- 8-hydroksychinoliny (Ryc. 18).
Ryc. 18. Projektowanie styrylochinolin.
3.1.2. O trzym ywanie oraz analiza strukturalna styrylochinolin.
Styrylochinoliny otrzym ano w reakcji kondensacji chinaldyny oraz aldehydu arom atycznego, stosując m etodę konw encjonalnego lub m ikrofalow ego ogrzew ania (M A O S) (Schem at 1). W szystkie syntezow ane styrylochinoliny zebrano w Tabeli 2.
1 3 0 ° C ,16 h
Schemat 1. Otrzymywanie styrylochinolin.
Tabela 2. Wzory strukturalne otrzymanych styrylochinolin 1-36 oraz ich lipofilowość (clogP) obliczona w programie ChemBioOffice 12.
N r S tr u k tu r a clogP N r S tr u k tu r a clogP
1
ci
6.21 2 5.43
3
oh
4.05 4 5.16
5 6.23 6 6.81
