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Attualmente molte malattie virali non possono essere prevenute mediante un vaccino, né curate con un farmaco anti-virale ad hoc. In molti casi, inoltre, il virus può diventare resistente al trattamento farmacologico e non tutte le molecole attive presentano proprietà chimico-fisiche idonee a renderle utilizzabili tal quali come farmaci. Per superare qualcuno di questi ostacoli, l’uso di profarmaci, ad esempio, si è rivelato un approccio di successo, in quanto, essendo dotati di una migliore biodisponibilità, consentono l’attivazione in vivo delle molecole farmacologicamente attive. La creazione di un profarmaco implica modifiche strutturali sulla molecola (es. inserimento di determinati gruppi funzionali) tali da renderla un buon candidato farmaco.
Lo scopo del presente lavoro di ricerca, oggetto di una tesi sperimentale di laurea in Chimica e Tecnologia Farmaceutiche, svoltosi presso la Cardiff School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences all’interno del Programma LLP Erasmus, ha riguardato, appunto, la sintesi di profarmaci, in particolare di PronucleoTidi (ProTides). Essi furono sintetizzati per la prima volta dal gruppo del Prof. McGuigan negli anni ‘90. Tale sintesi è stata applicata con successo ad una vasta serie di nucleosidi e nucleosidi fosfonati aciclici aventi attività antivirale. Questa tecnologia sintetica è stata poi estesa, nel lavoro di tesi, ad una serie di nucleosidi aciclici fosfonati, a catena insatura, che si erano rivelati attivi come tali e come pivalossimetilesteri su VZV (Varicella Zoster Virus) e HSV (Herpes Simplex Virus). E’ stata, inoltre, esplorata la sintesi di fosforoamidati di Ganciclovir e di Penciclovir. Infine, la ProTide technology è stata applicata per la prima volta anche a nucleosidi aciclici monofosfato aventi un gruppo alchenilico trisostituito. I ProTides realizzati sono arilossifosforoamidati (derivati di Ganciclovir e Penciclovir) in cui il nucleoside aciclico è unito ad un atomo di fosforo con legame P-O ed arilossifosfonoamidati aciclici in cui vi è un legame P-C che ne aumenta la stabilità in vivo. L’atomo di fosforo viene, poi, legato ad un gruppo arilossi e all’azoto di un amminoacido esterificato. Attraverso questo tipo di sintesi sono stati ottenuti mono- e bis-ProTides nel caso dei nucleosidi arilossifosforoamidati e coppie diasteroisomeriche per i nucleosidi arilossifosfonoamidati che, in alcuni casi, sono state separate. Inoltre, durante la sintesi di questi ultimi, sono stati recuperati anche derivati fosfonodiamidati, ottenendo così un’altra classe di analoghi nucleotidici aciclici che, per la presenza di due sostituenti identici, possiedono un atomo di fosforo achirale. In questo lavoro sono stati perciò realizzati 5 ProTides di Ganciclovir e Penciclovir, una quindicina di derivati insaturi compresi ProTides e Di-amidati e sono stati, inoltre, ottimizzati i primi 3 step della via di sintesi dei nucleotidi aciclici con funzione insatura trisostituita.
Sui derivati di Ganciclovir e Penciclovir è stato eseguito il saggio delle placche su fibroblasti umani infettati con CMV (CitoMegaloVirus), linea cellulare AD169, dai cui è emerso un composto promettente per l’inibizione della DNA polimerasi virale. Gli altri composti sintetizzati saranno testati su linee cellulari infettate dai diversi tipi di virus.

Nowadays many viral diseases cannot be prevented by a vaccine or treated with a specific antiviral drug. Moreover some drugs discovered with modern technologies, although showing good pharmacological profile, do not have the best physicochemical properties to lead them to the clinical approval. Therefore, in order to overcome some of these problems, the use of prodrugs has been applied successfully to increase cellular penetration and bioavailability of the pharmacologically active molecules. It is based on the principle that some specifically studied moieties can be enzimatically or chemically hydrolyzed in vivo, leading to the desired drug. The experimental work of this thesis, performed at the Cardiff School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences within the LLP Erasmus Program, concerns the synthesis of antiviral prodrugs, in particular of PronucleoTides (ProTides). This class of prodrugs was produced for the first time by the McGuigan’s group in 1990 and the synthetic method was applied successfully to nucleosides and acyclic phosphonated nucleosides. Then, in this work, the ProTide technology was extended to unsaturated acyclic phosphonated nucleosides which were found active against VZV (Varicella Zoster Virus) and HSV (Herpes Simplex Virus), also as pivaloxymethylesters. Phosphoroamidates of Ganciclovir and Penciclovir have been also synthesised. Furthermore this technology has been applied to phosphonates of trisubstituted-alkenyl acyclic nucleosides. The projected and realised ProTides are aryloxyphosphoramidates (Ganciclovir and Penciclovir derivatives) in which the acyclic nucleotide presents a P-O bond and aryloxyphosphonoamidates in which the P-O bond is replaced by a P-C one, useful to increase the in vivo stability. In both classes the phosphorous atom bears an aryloxy and an aminoacid ester moieties. In the aryloxyphosphoramidated class mono- and bis-ProTides were both obtained. Furthermore, aryloxyphosphonoamidates were collected as a mixture of diastereoisomers and in some cases these isomers were separated. In general, the purification by flash chromatography of the aryloxyphosphonoamidate reaction mixtures provided also Di-amidates, another class of acyclic nucleotide analogues in which the phosphorous atom is achiral. In conclusion 5 ProTides of Ganciclovir and Penciclovir and many unsaturated derivatives (ProTides, Diamidates) have been synthesised in this work. Moreover, the first 3 steps of the synthetic pathway that leads to phosphonates of the trisubstituted-alkenyl acyclic nucleosides have been optimized. ProTides of Ganciclovir and Penciclovir were tested on human foreskin fibroblasts infected with CMV (CytoMegaloVirus)-AD169 cell line and an interesting compound which inhibits viral DNA polymerase was discovered. More biological tests, with different virus-infected cell lines, will be performed on the other synthesised ProTides.