Riassunto analitico
Le malattie trascurate tropicali (NTDs) e la tubercolosi (TB) rappresentano un notevole onere mondiale. Le NTDs colpiscono globalmente un miliardo di persone nel mondo e nel 2015 sono stati segnalati 10,4 milioni di nuovi casi di tubercolosi. I farmaci attualmente disponibili presentano limitazioni in termini di sicurezza, efficacia, resistenza e periodi di trattamento. Il mio lavoro di dottorato si è concentrato sulla sintesi di nuovi agenti per il trattamento delle infezioni da tripanosomatidi e della tubercolosi, e sulla sintesi di polimersomi per la veicolazione di molecole ad attività antitubercolare.
1) Infezioni da tripanosomatidi. Nell’ambito del progetto europeo FP7 NMTrypI (www.nmetrypi.com), ho esplorato chimicamente diversi scaffolds.
Flavonoli, flavanoni e calconi che hanno come target la pteridina reduttasi 1. Partendo da una libreria di prodotti naturali, i flavonoidi sono stati identificati come molecole hits [1]. Al fine di esplorare lo scaffold dei flavonoidi, ho sintetizzato 16 flavonoli [1], 3 flavanoni [2] e 13 calconi. Successivamente, ho sostituito l'anello fenilico tipico dei flavonoidi classici con anelli eteroaromatici e anelli bifenilici, ed è stata sintetizzata una libreria di 58 composti. Un composto mostra efficacia verso L. infantum paragonabile a quella della Miltefosine, uno dei farmaci attualmente utilizzati per trattare le infezioni da Leishmania spp.; inoltre, presenta una minore tossicità. La molecola è attualmente in corso di valutazione in vivo, su topi e criceti.
Derivati di eteri fosfolipidici (analoghi della Miltefosine). Al fine di accrescere l'attività e ridurre la tossicità della Miltefosine, ho sintetizzato 5 nuovi derivati di eteri fosfolipidici recanti anelli eteroaromatici a 5 termini, in particolare isossazolo, 1,2,4-ossadiazolo ed 1,3,4-ossadiazolo. Un composto ha mostrato maggiore potenza e selettività rispetto alla Miltefosine (EC50 verso L. infantum: 0.8 (SI = 13) e 2.6 µM (SI = 5), rispettivamente). Inoltre, due composti sono risultati attivi nei confronti del T. cruzi, agente eziologico del Morbo di Chagas.
2) La tubercolosi.
Scoperta di nuovi agenti che hanno come target la Timidilato Sintasi FAD-dipendente di Mycobacterium Tuberculosis (MtbThyX). Approcci di target-based sono stati ampiamente impiegati in programmi di ricerca volti alla scoperta di nuovi farmaci per la tubercolosi [3]. MtbThyX è un bersaglio promettente per la scoperta di farmaci antitubercolari. Abbiamo identificato la 1H-imidazo[4,5-d]piridazina come scaffold per lo sviluppo di inibitori MtbThyX [4]. Inoltre, al fine di individuare nuovi inibitori non analoghi del substrato, 21 flavonoli sono stati valutati verso MtbThyX ed un composto si è rivelato inibire del 39% l'attività di MtbThyX alla concentrazione di 50 µM.
Delivery di farmaci per la tubercolosi. I polimersomi (Ps), formati da blocchi anfifilici copolimerici di sintesi, sono diventati una strategia attraente per la veicolazione di molecole terapeutiche. La pirazinamide (PZA) è un farmaco di prima linea per il trattamento della tubercolosi. Analoghi della pirazinamide hanno mostrato una potenza maggiore della pirazinamide, ma una bassa stabilità nel siero, per questo ho sintetizzato Ps come sistemi di drug delivery. In particolare, ho sintetizzato blocchi copolimerici formati da poli-stirene e poli-isocianodipeptide utilizzando il poli-stirene funzionalizzato con un amino gruppo come iniziatore nella reazione di polimerizzazione catalizzata del nichel (II). I blocchi copolimerici anfifilici ottenuti dalla saponificazione degli esteri si auto-assemblano in ambiente acquoso
formando vescicole sferiche.
[1] Borsari C et. al. J Med Chem. 2016, 59 (16), 7598-616.
[2] Siragusa L et. al. ChemMedChem. 2016, 11 (15), 1653-66.
[3] Borsari C et. al. Review. Drug Discovery Today. 2016. In Press, Accepted Manuscript.
[4] Luciani R et. al. J Med Chem. 2016, 59 (19), 9269-9275.
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Abstract
Neglected tropical diseases (NTDs) and tuberculosis (TB) represent a major burden worldwide. NTDs collectively affect one billion people worldwide and 10.4 million new cases of tuberculosis have been reported in 2015. The currently available drugs present many drawbacks including toxicity, poor efficacy, resistance and long periods of treatment. My PhD project was focused on the synthesis of novel agents for the treatment of trypanosomatidic infections and tuberculosis, and on the synthesis of polymersomes for the delivery of anti-TB molecules.
1) Trypanosomatyidic infections. In the context of the FP7 European project NMTrypI (www.nmetrypi.com), I have explored different chemical scaffolds.
Flavonols, flavanones and chalcones targeting pteridine reductase 1. Starting from a library of natural products, flavonoids were identified as hits[1]. In order to explore the flavonoid scaffold, I have synthesized 16 flavonols[1], 3 flavanones[2] and 13 chalcones. Afterwards, I have replaced the phenyl ring of classical flavonoids with heteroaromatic rings and byphenyl rings and a novel library of 58 compounds was synthesized. One compound showed potency towards L. infantum comparable to that of Miltefosine, one of the drugs currently used to treat Leishmania infections, together with lower toxicity and is currently being evaluated in-vivo (mice and hamsters).
Ether phospholipids (miltefosine analogs). With the aim of increasing the activity and to reduce the toxicity of Miltefosine, I have synthesized 5 novel ether phospholipids derivatives bearing 5-membered heteroaromatic rings, in particular 3,5-disubstituted isoxazole, 1,2,4- and 1,3,4-oxadiazole. One compound exhibited higher potency and selectivity than Miltefosine (EC50 towards L. infantum: 0.8 (SI = 13) and 2.6 µM (SI = 5), respectively). Moreover, two compounds were active towards T. cruzi, the etiologic agent of Chagas’ disease.
2) Tuberculosis.
Drug discovery targeting Mycobacterium Tuberculosis Flavin-Dependent Thymidylate Synthase (MtbThyX). Target-based approaches have been widely employed in drug discovery programs for TB[3]. MtbThyX is a promising target for tuberculosis drug discovery. We discovered the 1H-imidazo[4,5-d]pyridazine as scaffold for the development of MtbThyX inhibitors[4]. Moreover, aiming to identify novel non substrate analogs inhibitors, 21 flavonols were evaluated towards MtbThyX and one compound turned out to inhibit the MtbThyX activity by 39% at 50 µM.
Drug delivery for Tuberculosis. Polymersomes, made from amphiphilic synthetic block copolymers, have become an attractive strategy for the encapsulation of therapeutic molecules. Pyrazinamide (PZA) is a critical component of first-line drug combination therapy for TB. Pyrazinamide analogs presented higher potency than PZA, but showed low serum stability, thus I have synthesized polymersomes as drug delivery systems. In particular, I have synthesized poly(styrene)-poly(isocyanodipeptide) block copolymers using the amino-terminated polystyrene as initiator in the nickel(II)-catalyzed polymerization reaction. Amphiphilic diblock copolymers resulting from the saponification of the ester groups self-assemble in an aqueous environment to form spherical vesicles.
[1] Borsari C et. al. J Med Chem. 2016, 59 (16), 7598-616. Doi: 10.1021/acs.jmedchem.6b00698
[2] Siragusa L et. al. ChemMedChem. 2016, 11 (15), 1653-66. Doi: 10.1002/cmdc.201600121
[3] Borsari C et. al. Review. Drug Discovery Today. 2016. In Press, Accepted Manuscript. Doi: 10.1016/j.drudis.2016.11.014
[4] Luciani R et. al. J Med Chem. 2016, 59 (19), 9269-9275. Doi: 10.1021/acs.jmedchem.6b00977
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