Introdução à Química Farmacêutica & Medicinal

Transcrição

1 Introdução à Química Farmacêutica & Medicinal Eliezer J. Barreiro Parte 3 Laboratório de Avaliação e Síntese de Substâncias Bioativas

2 Introdução a Química farmacêutica medicinal Sumário; o FÁRMAC e o medicamento & benefício social; a QUÍMICA Medicinal; DEFINIÇÃ; Como nascem os fármacos? processo de descoberta de novos fármacos; o berço da Química Medicinal; Ernest forneau; Alfred Burger; a linha do TeMP da Química Medicinal; as moléculas pioneiras; alcaloides; MRFINA; STREPTEASE molecular; s fármacos e o Prêmio Nobel; Alexander Fleming; Ernest Chain; Howard FLREY = penicilina; bent Samuelsson; Sune bergstron; John VANE =AAS; teoria das assinaturas; James Black e o propranolol; A estrutura química e a atividade: características estrutrais dos FÁRMACS; dissecação molecular; conceito de fragmento molecular; as razões moleculares DA ação dos fármacos: sutis efeitos da estrutura na atividade; pontos e grupos farmacofóricos, auxofóricos e toxicofóricos; o PARADIGMA de Fischer; o centenário modelo chave-fechadura; TIPS de interações FÁRMACS-biorreceptores; os alfabetos bioquímicos; AS ligações frágeis: ligações-h; Topografia 3D dos BIRRECEPTRES; QUÍMICA CMPUTACINAL; QUEM são S biorreceptores; reconhecimento MLECULAR; SIMILARIDADE MLECULAR; as fases DA ação dos FÁRMACS; FASE farmacocinética (PK); metabolismo dos fármacos; A origem dos fármacos: o papel dos produtos NATURAIS; Digoxina, o décano dos FÁRMACS Planejamento RACINAL; abordagem fisiológica; CNCEIT de composto-prtótip; Estratégias de desenho MLECULAR; MLÉCULAS inteligentes; simplificação molecular; hibridação molecular; biososterismo; Do BLR aos fármacos bilionários; estatinas; S FÁRMACS do século 21: fármacs multi-alvos; Tinibes; epílogo; Blog de I m

3 Biorreceptor Estrutura 3D do alvo terapêutico Sítio de reconhecimento molecular Fármaco

4 Química Computacional

5 CH 3 HN S Sítio da CX-2

6

7 1 CH 3 H CH 3 H H 8 H testosterona CH 3 CH 3 1 CH 3 H H 8 H progesterona

8 Esqueleto ciclopentano peridrofenantreno C 19 C 21 similaridade molecular 19 CH 3 CH 3 H C D A B 7 H H H 21 CH 3 B/C C/D trans

9 1,41 A progesterona testosterona

10 H H C 2 H CH 3 PGF 2α em cães provoca forte broncodilatação H H PGF 2 PGF 2α em cães provoca severa broncoconstrição

11 1,59 PGF2α PGE 2

12

13 As fasesde ação dos fármacos. Fase farmacocinética (PK) Biorreceptor Posologia Efeito terapêutico Biofase Fase farmacodinâmica (PD)

14

15 SciEL - Scientific Electronic Library nline

16 s produtos naturais e os fármacos natural product-derived drugs A D Buss & MS Butler (Eds) V Cechinel-Filho (Editor) Inter-alia:GACordell,MDColvard,J.Nat.Prod. 2012,75,514; DNewman,GMCragg, J.Nat.Prod.2012,75,311; DGI Kingston, J. Nat. Prod, 2011, 74, 496; EJ Barreiro, VS Bolzani, 30/01/2014 Quim.Nova2009,32,679

17 Ebers Papyrus bufanolidos cardenolidos H CH 3 CH 3 H H H Digitalis purpurea Digitalis lanata Dedaleira Plantaginaceae CH 3 H CH 3 H Digoxina 1542 Leonhard Fuchs Digitalis purpurea 1785 William Withering, UK 1875 Johann Schmiedeberg isola DGX 1928 Sydney Smith, Burroughs Welcome 1930 Adolf R Windaus, Un. Göttingen, AL 1965 JC Skou*/ Hansen (Na + /K + -ATPase) H H 1928/1997 & H Zhang et al., Digoxin and other cardiac glycosides inhibit hypoxia inducible factor-1 (HIF-1a) synthesis and block tumor growth, PNAS 2008, 105, 19579; * JR Huh et al, Digoxin and its derivatives suppress T(H)17 cell differentiation, Nature 2011, 472, 486 CH 3 H H

18 Introdução a Química farmacêutica medicinal Sumário; o FÁRMAC e o medicamento & benefício social; a QUÍMICA Medicinal; DEFINIÇÃ; Como nascem os fármacos? processo de descoberta de novos fármacos; o berço da Química Medicinal; Ernest forneau; Alfred Burger; a linha do TeMP da Química Medicinal; as moléculas pioneiras; alcaloides; MRFINA; STREPTEASE molecular; s fármacos e o Prêmio Nobel; Alexander Fleming; Ernest Chain; Howard FLREY = penicilina; bent Samuelsson; Sune bergstron; John VANE =AAS; teoria das assinaturas; James Black e o propranolol; A estrutura química e a atividade: características estrutrais dos FÁRMACS; dissecação molecular; conceito de fragmento molecular; as razões moleculares DA ação dos fármacos: sutis efeitos da estrutura na atividade; pontos e grupos farmacofóricos, auxofóricos e toxicofóricos; o PARADIGMA de Fischer; o centenário modelo chave-fechadura; TIPS de interações FÁRMACS-biorreceptores; os alfabetos bioquímicos; AS ligações frágeis: ligações-h; Topografia 3D dos BIRRECEPTRES; QUÍMICA CMPUTACINAL; QUEM são S biorreceptores; reconhecimento MLECULAR; SIMILARIDADE MLECULAR; as fases DA ação dos FÁRMACS; FASE farmacocinética (PK); metabolismo dos fármacos; A origem dos fármacos: o papel dos produtos NATURAIS; Digoxina, o décano dos FÁRMACS Planejamento RACINAL; abordagem fisiológica; CNCEIT de composto-prtótip; Estratégias de desenho MLECULAR; MLÉCULAS inteligentes; simplificação molecular; hibridação molecular; biososterismo; Do BLR aos fármacos bilionários; estatinas; S FÁRMACS do século 21: fármacs multi-alvos; Tinibes; epílogo; Blog de FARMACS e suas descobertas; F I m.

19

20

21 hit/ligante Estratégias de desenho molecular

22 Conceito de composto-protótipo É a primeira substância de uma série congênere i.e. estruturalmente relacionada com atividade em modelos farmacológicos validados in vivo - que pode vir a ser otimizado por modificações moleculares subsequentes, planejadas.

23 timização do protótipo

24

25 hit/ligante Estratégias de desenho molecular

26 Introdução a Química farmacêutica medicinal Sumário; o FÁRMAC e o medicamento & benefício social; a QUÍMICA Medicinal; DEFINIÇÃ; Como nascem os fármacos? processo de descoberta de novos fármacos; o berço da Química Medicinal; Ernest forneau; Alfred Burger; a linha do TeMP da Química Medicinal; as moléculas pioneiras; alcaloides; MRFINA; STREPTEASE molecular; s fármacos e o Prêmio Nobel; Alexander Fleming; Ernest Chain; Howard FLREY = penicilina; bent Samuelsson; Sune bergstron; John VANE = AAS; James Black e o propranolol; A estrutura química e a atividade: características estrutrais dos FÁRMACS; dissecação molecular; conceito de fragmento molecular; as razões moleculares DA ação dos fármacos: sutis efeitos da estrutura na atividade; pontos e grupos farmacofóricos, auxofóricos e toxicofóricos; o PARADIGMA de Fischer; o centenário modelo chave-fechadura; TIPS de interações FÁRMACS-biorreceptores; os alfabetos bioquímicos; AS ligações frágeis: ligações-h; Topografia 3D dos BIRRECEPTRES; QUÍMICA CMPUTACINAL; QUEM são S biorreceptores; reconhecimento MLECULAR; SIMILARIDADE MLECULAR; as fases DA ação dos FÁRMACS; FASE farmacocinética (PK); metabolismo dos fármacos; A origem dos fármacos: o papel dos produtos NATURAIS; Digoxina, o décano dos FÁRMACS Planejamento RACINAL; abordagem fisiológica; CNCEIT de composto-prtótip; Estratégias de desenho MLECULAR; MLÉCULAS inteligentes; simplificação molecular; hibridação molecular; biososterismo; Do BLR aos fármacos bilionários; estatinas; S FÁRMACS do século 21: fármacs multialvos; Tinibes;epílogo; Blog de FARMACS e suas descobertas; F I m.

27

28

29 Patent (USPT) (15/08/2006) Cardiotônicos vasoativos Patente obtida LASSBio-294 N H N S

30 Mecanismos Alternativos para o Aumento do Inotropismo Cardíaco Propriedades inotrópicas, vasodilatadoras (arritmias ventriculares)

31 N Piridinona NH Piridazinona H N N H 3 C N N H benzimidazola CH A HN N N mirilnona N Imazodana CH3 Pimobendana 2H-piridazinona

32 Desenhoestrutural NH N NH N zoom acila NH N hidrazona N N E. J. Barreiro, C. A. M. Fraga et al. Qu Química Medicinal de Derivados N-Acilidrazônicos Acilidrazônicos,, Protótipos tipos de Agentes Antiinflamatórios rios,, Analgésicos e Anti-tromb trombóticos ticos, Química Nova, 25, ( 2002).

33 Síntesede LASSBio-294 KH aq. CH3 a) 3/2 AcH CH CH2 tbuh -10 o C b)zn/ach o 0 C M.E.F. Lima & E. J. Barreiro, J. Pharm. Sci. 1992, 81, 1219 I2, KH, MeH C2 CH3 N2H4, H2 EtH NH NH2 N N H LASSBio-286 H CH EtH, HCl (cat.) ca. 56% overall yield S CH EtH, HCl (cat.) N N S H H LASSBio-294

34 Z-isomer E-isomer M. R. L. Santos, M. G. de Carvalho, R. Bráz-Filho, E. J. Barreiro, " 1 H and 13 C of New Bioactive Isochromanylactylarylhydrazone Derivatives", Magn. Reson. Chem. 1998, 36, 533. L. F. C. C. Leite, E. J. Barreiro, M. N. Ramos, J. B. P. da Silva, S. L. Galdino & I. R. Pitta, Electron Impact Mass Spectrometry of Some 3-[3-(4-aryl)-1,2,4-oxadiazole-5-yl] acyl arylaldehyde Hydrazone derivatives, Spectroscopy 2000, 14, 115.

35 Análise espectroscópica e por difração de Raios X da configuração relativa de LASSBio-294 Kummerle, A. E.; Raimundo, J. M.; Leal, C. M.; Silva, G. S.; Balliano, T. A.; Pereira, M. A.; DeSimone, C. A.; Sudo, R. T.; Zapata- Sudo, G.; Fraga, C. A. M.; Barreiro, E. J., Eur. J. Med. Chem. 2009, 44,

36 NH N NH N LASSBio-252 N LASSBio-294 NH N N N LASSBio-286 N N Imazodana benzodioxola (safrol) P. C. Lima, L. M. Lima, K. C. M. da Silva, P. H.. Léda, A. L. P. Miranda, C. A. M. Fraga & E. J. Barreiro, Synthesis and Non-addictive Analgesic Activity of Novel N-acylarylhydrazones and Isosters, Derived from Natural Safrole, Eur. J. Med. Chem., 35, 187 (2000).

37 100 µm de LASSBio-294 L-NAME (500 µm, A) Indo, 10 µm, B C. L. M. Silva, F. Noël & E. J. Barreiro, Vasodilatory Properties of LASSBio- 294 and its dependence on cgmp increase, Brit. J. Pharmacol., 235, 239 (2002). cgmp inhibitor IC 50 = 74 µm

38 Estudos de Toxicidade Aguda e Sub-aguda A toxicidade sistêmica aguda e sub-aguda foi investigada em ratos, por duas vias de administração, p.o. e i.p., nas doses de 1000 µm/kg e 73 µm/kg, respectivamente(i.p., administrando-se 2vezesaodia,durante15diasseguidos:~100vezessuperiorà ED 50 invivo). Não tem efeito letal, não provoca letargia, não reduz a motilidade, nemalteraopêsodosanimais. Não provoca alterações na contagem de células sanguíneas, hematócrito, nem altera a taxa de glicose, uréia, TG, TGP, creatinina. Não altera histopatologicamente orgãos vitais, tais como fígado, pulmão, SNC. Não se observaram efeitos neurotóxicos em culturas de neurônios hipocampais de ratos, tratadas com LASSBio-294(500 µm). Efeito neuroprotetor foi observado em < doses.

39 hit/ligante Estratégias de desenho molecular validação precoce do alvo-terapêutico

40 lead optimisation is defined as those activities that are required to optimise a screening hit to a preclinical candidate. Thus, lead optimisation invariably comprises synthetic and medicinal chemistry, biochemical and functional screening, computer-aided drug design, in vitro and in vivo pharmacokinetic studies and physicochemical (e.g. solubility, partition coefficient and acidity) studies Baxter,A.D.&Lockey,P.M.(2001)DrugDiscov.World 2, a = Introdução de grupos com diferente perfil de contribuição estereoeletrônica; b = Substituinte R na posição 6 do anel benzodioxola efeitos estereoeletrônicos; c = Alquilação do grupamento farmacofõrico Modificação da habilidade como doador de ligação de H; Alterações conformacionais; d = Introdução de substituintes alquila Efeitos estéricos e/ou conformacionais; e = Redução da dupla ligação imínica Modificação da extensão de conjugação do grupamento farmacofórico; aumento da liberadade conformacional; f = Troca do anel tiofeno por núcleos isostéricos com diferentes contribuições eletrônicas; g = Introdução de grupos com diferente perfil de contribuição estereoeletrönica.

41 Novos Análogos do Protótipo Cardioativo LASSBio-294 Silva,A.G.etal.,Bioorg.Med.Chem.2005,13,3431;Zapata-Sudo,G.etal.,Am.J.Hypertens.2010,23,135

42 Síntese e Caracterização Estrutural de LASSBio-897

43 ESTUD D MECANISM DE AÇÃ CEREP Diversity In vitro Profile pharmacology 101 Alvos Moleculares Receptores de Adenosina A 2A IC 50 = 9.5µM IC 50 = 4.6µM GPCR Receptor A 2A PDB 3EML V.Jaakola et al. Science 2008, 322, 1211 ML Ruiz, Y-H Lim, J Zheng, AdenosineA2A Receptor as a Drug Discovery Target, J. Med. Chem. 2014, 58,000

44 LASSBio-294 e LASSBio-897 são ligantes de receptores de adenosina A 2A LASSBio-294 A 2A IC 50 = 9,5 µm LASSBio-897 A 2A IC 50 = 4,6 µm CEREP STUDY NUMBER / FINAL REPRT 44

45 mais um exemplo dos efeitos sutis da estrutura na atividade. LASSBio-294 S N H N 3 LASSBio-897 C=S ~1.57 A

46 Novo protótipode fármacocardioativo* *US Patent US /08/2006 *European Patent EP ; W Thienylhydrazone with digitalis-like properties (positive inotropic effects) C 13 H 10 N 2 3 S PM 274 Estruturalmente simples; rota de síntese com >55% de rendimento global, empregando matéria-prima acessível; escalonável até 5,0 kg(18,2 M); Potentes propriedades inotrópicas positivas & vasodilatadoras; também neuroprotetoras; ativo por via oral; boa biodisponibilidade; Novo mecanismo farmacológico de ação: ligante de receptores adenosinérgicos; Sem citotoxicidade, genotoxicidade, nem toxicidade sistêmica (aguda e sub-aguda) em duas vias de administração (p.o. e i.p.*) nas doses 1000 µm/kg e 73 µm/kg, respectivamente; *i.p.=2vezesaodia,durante15diasseguidos:~100vezesed 50 invivo.

47 1. RC Braga, VM Alves, CAM Fraga, EJ Barreiro, V de liveira, CH Andrade, Combination of docking, molecular dynamics and quantum mechanical calculations for metabolism prediction of 3,4- methylenedioxybenzoyl-2-thienylhydrazone, J. Mol. Model., 18, (2012). 2. RC Braga, ACB Tôrres, CB Persiano, R Alves, CAM Fraga, EJ Barreiro, V de liveira, Determination of the cardioactiveprototype LASSBio-294 and its metabolites in dog plasma by LC MS/MS: Application for a pharmacokinetic study, Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,55, (2011). (Times cited: 2) 3. A G M Fraga, L Lda Silva, CAM Fraga, EJ Barreiro, CYP1A2-mediated biotransformation of cardioactive 2-thienylidene-3,4-methylenedioxybenzoylhydrazine(LASSBio-294) by rat liver microsomes and human recombinant CYP enzymes, European Journal of Medicinal Chemistry, (2011). (Times cited: 1) 4. DG Costa, JS dasilva, AE Kummerle, et al., LASSBio-294, A Compound With Inotropicand Lusitropic Activity, Decreases Cardiac Remodeling and Improves Ca2+ Influx Into Sarcoplasmic Reticulum After Myocardial Infarction, Am. J.Hypertension, 23, (2010). (Times cited:3) 5. FCF Brito, AE Kummerle, C Lugnier, et al., Novel thienylacylhydrazonederivatives inhibit platelet aggregation through cyclic nucleotides modulation and thromboxane A(2) synthesis inhibition, Eur.J. Pharmacol., 638, 5-12 (2010). (Times cited: 4) 6. ECarneiro, CH Andrade, RC Braga, et al., Structure-based prediction and biosynthesis of the major mammalian metabolite of the cardioactiveprototype LASSBio-294, Bioorg. Med. Chem. Lett., 20, (2010). (Times cited:4) 7. L Pol-Fachin, CAM Fraga, EJ Barreiro, et al., Characterization of the conformational ensemble from bioactive N-acylhydrazone derivatives, J. Mol. Graphics & Modelling, 28, (2010). 8. G Zapata-Sudo, SL Pereira, HJV Beiral, et al., Pharmacological Characterization of (3-Thienylidene)- 3,4-Methylenedioxybenzoylhydrazide: A Novel MuscarinicAgonist With Antihypertensive Profile, Am. J.Hypertension,23, (2010). (Times cited: 2 )

48 8. AE Kummerle, JM Raimundo, CM Leal, et al., Studies towards the identification of putative bioactive conformation of potent vasodilator arylidenen-acylhydrazonederivatives, Eur. J. Med. Chem., 44, (2009). (Times Cited: 16 ) 9. AG Silva, G Zapata-Sudo, AE Kummerle, et al., Synthesis and vasodilatory activity of new N- acylhydrazonederivatives, designed as LASSBio-294 analogues, Bioorg. Med. Chem, 13, (2005). (Times Cited: 44) 10. H Gonzalez-Serratos, EFR Pereira, RZ Chang, et al., The thienylhydrazone, (2 '-thienylidene)3,4- methylenedioxvbenzoylhydrazine (LASSBio-294), develops fatigue resistance and has a positive inotropiceffect in mammalian skeletal muscle, Biophys. J., 86, 225A-225A Suppl. (S 2004). 11. G Zapata-Sudo, RT Sudo, PA Maronas, et al., Thienylhydrazone derivative increases sarcoplasmic reticulum Ca2+ release in mammalian skeletal muscle, Eur. J. Pharmacol., 470, (2003) (Times Cited: 4) 12. EJ Barreiro, Strategy of molecular simplification in rational drug design: The discovery of a new cardioactive agent, Quim. Nova, 25, (2002) (Times Cited: 14) 13. CLM Silva, F Noel, EJ Barreiro, Cyclic GMP-dependent vasodilatoryproperties of LASSBio 294 in rat aorta, Br. J. Pharmacol., (2002) (Times Cited: 16 ) 14. H Gonzalez-Serratos, RZ Chang, EFR Pereira, et al., A novel thienylhydrazone, (2-thienylidene)3,4- methylenedioxybenzoylhydrazine, increases inotropismand decreases fatigue of skeletal muscle, J. Pharmacol. Exp. Ther., 299, (2001) (Times Cited: 14) 15. RT Sudo, G Zapata-Sudo, EJ Barreiro, The new compound, LASSBio 294, increases the contractility of intact and saponin-skinned cardiac muscle from Wistar rats, Br. J. Pharmacol., 134, (2001) (Times Cited: 13) 16. PC Lima, LM Lima, KCM da Silva, PH Léda, ALP Miranda, CAM Fraga, EJ Barreiro, Synthesis and analgesic activity of novel N-acylarylhydrazonesand isosters, derived from natural safrole, Eur. J. Med. Chem., 35, (2000). (Times cited: 70)

49 RESULTADS RECENTES Life Sciences 2014, 94, 30 36

50 hit/ligante Estratégias de desenho molecular

51

52

53

54

55 C 18 H 16 N 2 4 S 2 Peso Molecular = 388,4 clog P = 2,3 MR = 100 [cm 3 /mol]

56 Novo composto-protótipo dual LASSBio-468 Desenhado por hibridação molecular TNF-α PDE-4 TNF-α ED 50 2,5 mg/kg PDE-4 IC 50 = 13,6 µm Estudos do metabolismo LASSBio-596 L. M. Lima, P. Castro, A. L. Machado, C. A. M. Fraga, C. Lugnier, V. L. G. Moraes, E. J. Barreiro, Synthesis and Anti-inflammatory activity of Phthalimide Derivaatives, Designed as New Thalidomide Analogues, Bioorg. Med. Chem. 2002, 10, 3067.

57 N H C 2 H S N LASSBio-596 anti-fibrogenic S L. M. Lima et al., Synthesis and Anti-inflammatory Activity of Phthalimide Derivatives, Designed as New Thalidomide Analogues, Bioorg. Med. Chem. 2002, 10, 3067; A. L. Machado et al., Design, Synthesis and anti-inflammatory activity of novel phthalimide derivatives, structurally related to thalidomide, Bioorg. Med. Chem. Lett. 2005, 15, 1169; M. S. Alexandre-Moreira et al., LASSBio-468: a New achiral Thalidomide Analogue which Modulates TNF-α and N Production and Inhibit Endotoxic Shock and Arthritis in Animal Model, Internat. Immunopharmacol. 2005, 5, 485; L. M. Lima, N. M. de Lima, Contribuição do LASSBio no desenvolvimento de novos candidatos a protótipos de fármacos antiasmáticos, Rev. Virtual Quim. 2009, 1, 35; R.M.P. Rocco et al., LASSBio-596: da descoberta aos ensaios pré-clínicos, Rev. Virtual Quim. 2010, 2, 10; G.M.C. Carvalho et al., Can LASSBio-596 and dexamethasone treat acute lung and liver inflammation induced by microcystin-lr?, Toxicon 2010, 56, 604; N.V. Casquilho et al., LASSBio-596 per os avoids pulmonary and hepatic inflammation induced by microscystin-lr, Toxicon 2011, 58, 195.

58 LASSBio-468 x-ray diffraction Ames Test The bacteria reversed mutation assay : in the presence or absence of liver S9 fraction LASSBio-596 ( µg/plate) not presented carcinogenic potential Micronucleus Test Used to quantify chromosomal damage in eukaryotic cell: in the presence or absence of liver S9 fraction LASSBio-596 ( µμ) not presented genotoxic potential LASSBio-596 x-ray diffraction Differential scanning calorimetry of LASSBio-596

59 LASSBio YouTube