Synthesis and evaluation of 5-substituted (thio)barbiturates as proteasome inhibitors for cancer therapy
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.6/8913 |
Resumo: | The present training report was developed to obtain the integrated master’s degree in pharmaceutical sciences. It is subdivided in three chapters that address the three main activities enclosed in the curricular unit “Internship” of the Integrated Master in Pharmaceutical Sciences. The first chapter detailed the laboratorial research component, developed at the Health Sciences Research Center from University of Beira Interior in the area of pharmaceutical chemistry. The ubiquitin proteasome system has been defined as potential target in the treatment of a range of clinical conditions, such as inflammation, neurodegenerative diseases and cancer, particularly, haematological malignancies. A variety of chemical synthesized and natural products have exhibited proteasome inhibitory activity from which three were approved for use in multiple myeloma treatment. 2-Thioxoimidazolidin-4-one arylaldehyde derivatives were described as novel noncovalent proteasome inhibitors in a recent study. Considering the structural similarity of thiobarbituric acid and 2-thioxoimidazolidin-4-one systems, 5-substituted (thio)barbiturate derivatives where designed and efficiently synthesized in this work as a potential novel class of proteasome inhibitors with anticancer interest. In this context, several barbiturate derivatives demonstrated promising antiproliferative effects in different cancer cell lines. Stability study of the 5-benzilidene(thio)barbiturates derivatives in solution was performed and led to the exclusion of 5-benzilidene thiobarbiturates due to their instability. Then, a xanthine oxidase and proteasome inhibition assay were performed. None of the compounds showed relevant inhibition of xanthine oxidase enzyme. However, 5-[1-[2-(4-nitrophenyl)hydrazinyl]ethylidene]barbiturate, 9b, showed interesting inhibitory activity in the proteasome inhibition assay. Cytotoxicity of the assayed compounds was evaluated by the MTT assay in healthy (NHDF) and antiproliferative effect of 9b in cancer cell lines (Caco-2 and PC-3) was assessed and compared with the effect of bortezomib, an approved proteasome inhibitor. Although 9b showed cytotoxicity against healthy and cancer cell lines, it was less potent than bortezomib. The second chapter describes the activities accomplished during the internship in Community Pharmacy that took place in the Pharmacy Holon Covilhã under the supervision of Dr. Patrícia Pais. It is divided to present generally the operations performed at the pharmacy, the legislation that regulates the sector, and the tasks and activities perform. The third chapter describes the hospital pharmacy internship at The Barts Heart Centre in St Bartholomew's Hospital in London, UK that was guided by my main supervisor and contact person, Paul Wright, the Lead Cardiac Pharmacist at Barts. It is organized based on the activity I observed or performed myself. It is divided into four main subchapters, The Barts Heart Centre, Oncology, Clinical trials, and Dispensary. |
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Synthesis and evaluation of 5-substituted (thio)barbiturates as proteasome inhibitors for cancer therapyExperiência Profissionalizante na vertente de Farmácia Comunitária, Hospitalar e Investigação(Tio)Barbituratos 5-SubstituídosCitotoxicidadeFarmácia ComunitáriaFarmácia HospitalarInibidores do Proteassoma:cancroDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Ciências da Saúde::Ciências FarmacêuticasThe present training report was developed to obtain the integrated master’s degree in pharmaceutical sciences. It is subdivided in three chapters that address the three main activities enclosed in the curricular unit “Internship” of the Integrated Master in Pharmaceutical Sciences. The first chapter detailed the laboratorial research component, developed at the Health Sciences Research Center from University of Beira Interior in the area of pharmaceutical chemistry. The ubiquitin proteasome system has been defined as potential target in the treatment of a range of clinical conditions, such as inflammation, neurodegenerative diseases and cancer, particularly, haematological malignancies. A variety of chemical synthesized and natural products have exhibited proteasome inhibitory activity from which three were approved for use in multiple myeloma treatment. 2-Thioxoimidazolidin-4-one arylaldehyde derivatives were described as novel noncovalent proteasome inhibitors in a recent study. Considering the structural similarity of thiobarbituric acid and 2-thioxoimidazolidin-4-one systems, 5-substituted (thio)barbiturate derivatives where designed and efficiently synthesized in this work as a potential novel class of proteasome inhibitors with anticancer interest. In this context, several barbiturate derivatives demonstrated promising antiproliferative effects in different cancer cell lines. Stability study of the 5-benzilidene(thio)barbiturates derivatives in solution was performed and led to the exclusion of 5-benzilidene thiobarbiturates due to their instability. Then, a xanthine oxidase and proteasome inhibition assay were performed. None of the compounds showed relevant inhibition of xanthine oxidase enzyme. However, 5-[1-[2-(4-nitrophenyl)hydrazinyl]ethylidene]barbiturate, 9b, showed interesting inhibitory activity in the proteasome inhibition assay. Cytotoxicity of the assayed compounds was evaluated by the MTT assay in healthy (NHDF) and antiproliferative effect of 9b in cancer cell lines (Caco-2 and PC-3) was assessed and compared with the effect of bortezomib, an approved proteasome inhibitor. Although 9b showed cytotoxicity against healthy and cancer cell lines, it was less potent than bortezomib. The second chapter describes the activities accomplished during the internship in Community Pharmacy that took place in the Pharmacy Holon Covilhã under the supervision of Dr. Patrícia Pais. It is divided to present generally the operations performed at the pharmacy, the legislation that regulates the sector, and the tasks and activities perform. The third chapter describes the hospital pharmacy internship at The Barts Heart Centre in St Bartholomew's Hospital in London, UK that was guided by my main supervisor and contact person, Paul Wright, the Lead Cardiac Pharmacist at Barts. It is organized based on the activity I observed or performed myself. It is divided into four main subchapters, The Barts Heart Centre, Oncology, Clinical trials, and Dispensary.O presente relatório de estágio foi elaborado com o objectivo de obter o grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas. Encontra-se subdividida em três capítulos que abordam cada um dos períodos de aprendizagem inseridos na unidade curricular “Estágio” do Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas. No primeiro capítulo é descrito todo o trabalho realizado no âmbito da área de investigação desenvolvida no Centro de Investigação em Ciências da Saúde da Universidade da Beira Interior, na área da química farmacêutica, sendo este intitulado “Synthesis and evaluation of 5-substituted (thio)barbiturates as proteasomal inhibitors for cancer therapy”. O sistema ubiquitina-proteassoma foi definido como um potencial alvo terapêutico no tratamento de uma série de condições clínicas, tais como inflamação, doenças neurodegenerativas e cancro, particularmente, malignidades hematológicas. Uma variedade de produtos sintéticos e naturais têm sido associados a atividade inibitória do proteassoma, dos quais três compostos, bortezomib, carfilzomib, e ixazomib foram aprovados para uso clínico no tratamento do mieloma múltiplo. Os derivados de arilaldeídos de 2-tioxoimidazolidin-4-ona foram descritos como novos inibidores não covalentes de proteassoma num estudo recente. Face a isso, e considerando a similaridade estrutural dos últimos com os ácidos (tio)barbituricos, hipotetizou-se que derivados 5-substituídos de ácidos (tio)barbitúricos também poderiam ter atividade inibitória do proteassoma. Neste contexto, é também conhecido que vários derivados de barbituratos demonstraram efeitos antiproliferativos promissores em diferentes linhas celulares de cancro. No presente trabalho, foram desenvolvidos varios derivados 5-benzilideno(tio)barbitúricos utilizando como precursores ácidos (tio)barbitúricos e benzaldeídos e água como solvente. Os compostos obtidos foram devidamente caracterizados por determinação dos seus pontos de fusão, e espectroscopia de ressonância magnética nuclear de protão e carbono-13. Verificou-se, durante o estudo, a degreadação dos derivados 5-benzilideno tiobarbitúricos e a formação de bis-(tio)barbiturates em soluções aquosas, levando à exclusão destes compostos da avaliação biológica. Assim, tentou-se sintetizar seletivamente os bis-(tio)barbiturates puros, embora sem sucesso. Alternativamente, realizou-se a redução da dupla ligação exocíclica de 5-benzilidenotiobarbituratos como uma tentativa de aumentar a estabilidade dos compostos sintetizados. Os compostos obtidos foram incluídos nos estudos biológicos. Nos estudos da avaliação biológica foram incluídos os derivados 5-benzilidenobarbitúricos e os 5-benzyl(thio)barbituratos, determinado-se a sua atividade como inibidores do proteassoma e da xantina oxidase, tendo sido também analisando os seus efeitos citotóxicos em linhas celulares saudáveis (NHDF) e cancerígenas (Caco-2 e PC-3). A atividade inibitória do proteasoma dos compostos foi determinada mediante o bioluminescent Proteasome-Glo™ Assay. Num screening inicial, incubaram-se os compostos com a enzima em duas concentrações (10 e 100 µM), tendo sido utilizado o bortezomib como controlo positivo. Para o 5-[1-[2-(4-nitrofenil)hidrazinil]etilideno]-barbiturato 9b, composto que demonstrou a melhor atividade inibitória, procedeu-se a ensaio posterior para determinar a curva concentração-resposta. Os valores de IC50 foram calculados por um ajuste sigmoidal dos resultados obtidos, considerando-se um intervalo de confiança de 95%. Adicionalmente, os compostos foram avaliados quanto à capacidade para inibir a xantina oxidase, não se verificando atividade inibitória da mesma. A similaridade estrutural de 9b e bortezomib foi verificada visualmente, sendo realizados estudos in silico de superposição bidimensional e tridimensional. Os estudos de viabilidade celular foram realizados em fibroblastos normais da derme humana em células de cancro da próstata, e em células de cancro de cólon. Num screening inicial, as células de NHDF foram expostas aos compostos, em concentração de 10 e 100 µM durante 72 horas, tendo sido utilizado o 5-fluorouracilo como controlo positivo. A determinação da proliferação celular foi realizada mediante o ensaio do brometo de [3-(4,5-dimetiltiazol-2-yl)-2,5-difenil tetrazólio]. Para o composto 9b, que apresentou a maior atividade inibitória no ensaio do proteassoma e para bortezomib, efectuaram-se estudos de concentração-resposta. Para tal, os compostos foram incubados com as células, em seis concentrações distintas de cada composto no mesmo período de 72 horas, e os valores de IC50 foram calculados por um ajuste sigmoidal, considerando-se um intervalo de confiança de 95%. Adicionalmente, as células PC-3 e Caco-2 foram expostas a 9b e a bortezomib em diferentes concentrações, igualmente durante um período de 72 h. O composto 9b demonstrou citotoxicidade nas linhas celulares saudáveis e cancerígenas mas, contudo, esta foi inferior à citotoxicidade apresentada pelo bortezomibe. Como trabalho futuro, propõe-se estudos de viabilidade celular linha celular Jurkat, linha de células T leucémicas. Adicionalmente, propõe-se realizar estudos do docking molecular para prever o modo de ligação e afinidade de ligação do 9b com o proteassoma. Por outro lado, será igualmente importante sintesar mais derivados destes compostos, variando os substituintes no seu esqueleto molecular de modo a otimizar os resultados biológicos obtidos. O segundo capítulo é dedicado ao estágio em Farmácia Comunitária orientado pela Dr.ª Patrícia Pais e realizado na Farmácia Holon Covilhã. O terceiro capítulo refere-se ao estágio em Farmácia Hospitalar, que foi realizado no Barts Heart Centre, no Hospital St Bartholomew, em Londres, Reino Unido orientado pelo Dr.Paul Wright, Lead Cardiac Pharmacist em Barts Health NHS Trust. Em ambos os relatórios são abordados as atividades desenvolvidas, os conhecimentos adquiridos ao longo dos meus estágios em farmácia comunitária e em farmácia hospitalar.Silvestre, Samuel MartinsSantos, Adriana Oliveira dosSerrano, João Paulo LourençouBibliorumHummeid, Sara2020-01-29T16:34:29Z2019-07-162019-06-242019-07-16T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.6/8913TID:202369021enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-12-15T09:49:19Zoai:ubibliorum.ubi.pt:10400.6/8913Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-20T00:49:11.092248Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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