Synthesis and evaluation of new boronated cytotoxic platforms

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fernandes, João Pedro Lavado
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/52207
Resumo: Trabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, 2020, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.
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spelling Synthesis and evaluation of new boronated cytotoxic platformsCancerBortezomibSN-38IminoboronateMestrado integrado - 2020Ciências da SaúdeTrabalho Final de Mestrado Integrado, Ciências Farmacêuticas, 2020, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia.O cancro da mama é um problema que afeta milhões de pessoas em todo o mundo, sobretudo pacientes do sexo feminino. Existem atualmente várias opções terapêuticas, como a terapêutica hormonal, que utiliza os recetores de estrogénios e progesterona, ou a imunoterapia, de que é exemplo o trastuzumab, um anticorpo monoclonal que se liga com elevada afinidade ao recetor HER2. Dependendo do tipo de cancro em causa e consequentemente do seu perfil de expressão de recetores, estas terapêuticas podem mostrar-se limitadas ou mesmo ineficazes. O cancro da mama triplo negativo, por apresentar ausência de recetores de estrogénios, recetores de progesterona e HER2, assume-se como um tipo de cancro da mama particularmente difícil de tratar. No entanto, devido à ausência de recetores hormonais, estas células tumorais apresentam uma sobrexpressão seletiva de recetores de folatos, o que torna estes recetores num alvo terapêutico com elevado potencial. Os “Targeting Drug Conjugates” têm vindo a ser uma área em crescente expansão. Estes consistem em associações entre fármacos citotóxicos e biomoléculas endógenas com elevada afinidade para recetores à superfície da célula cancerígena que direcionam seletivamente estes fármacos para estas células. Esta abordagem, por minimizar a ligação dos agentes citotóxicos a locais inespecíficos do organismo, permite minimizar os fortes efeitos adversos associados à quimioterapia convencional. As biomoléculas utilizadas podem ser anticorpos monoclonais, no caso dos Antibody-drug Conjugates, ou pequenos ligandos orgânicos, de que é exemplo o ácido fólico, nos Small-molecule-drug Conjugates. Estes últimos apresentam algumas vantagens sobre os Antibody-drug Conjugates, como menores custos de produção, uma menor capacidade imunogénica e melhor penetração na massa tumoral devido às suas dimensões mais reduzidas. Para que os Targeting Drug Conjugates tenham aplicabilidade em terapêutica, a sua estabilidade deve ser mantida em circulação, sendo a libertação do fármaco feita apenas no interior ou à superfície da célula neoplásica. O sucesso destas associações depende, assim, fortemente do linker utilizado para conectar o fármaco citotóxico e a biomolécula que o direcionará para a célula tumoral. O linker deve apresentar grupos funcionais que permitam conectar ambas as unidades que constituem o complexo, grupos que permitam modelar as características farmacocinéticas, e unidades cliváveis que levem à libertação do fármaco apenas em resposta a um estímulo dado pela célula cancerígena. O átomo de boro, na sua forma neutra, apresenta uma conformação trigonal planar com apenas seis eletrões de valência e uma orbital p livre. Por este motivo, este átomo pode facilmente sofrer um ataque por um nucleófilo, adquirindo oito eletrões na camada de valência, com alteração da conformação para tetraédrica aniónica. Os ácidos borónicos são grupos funcionais constituídos por um átomo de boro central, dois grupos hidroxilo e um grupo alquilo ou arilo. Pelas características do átomo de boro, estes grupos podem sofrer ataque nucleofílico por grupos presentes numa proteína alvo, que leva à formação de ligações covalentes. Esta característica levou ao desenvolvimento de inibidores de protease pela substituição da ligação amida clivável no substrato da enzima por uma função ácido borónico. O ataque ao ácido borónico leva a que este permaneça ligado ao resíduo catalítico da enzima, mantendo-a inibida. O bortezomibe é um fármaco antineoplásico que contém uma função ácido borónico e que atua como inibidor da proteassoma. O proteassoma é um complexo multiproteico que catalisa a clivagem de várias proteínas envolvidas no ciclo celular, assim como a destruição de proteínas anormais. A inibição do proteassoma pelo bortezomibe leva a uma acumulação de proteínas anormais na célula tumoral, que culmina na sua apoptose. Os iminoboronatos são complexos covalentes reversíveis constituídos por uma base de Schiff e um grupo ácido borónico. Estes complexos podem sofrer hidrólise em condições fisiológicas, sendo essa hidrólise favorecida pela presença de espécies como a glutationa, cujos níveis são superiores nas células neoplásicas face às células normais, apresentando assim as características que lhes conferem aplicabilidade em bioconjugação. O bortezomibe, devido ao seu grupo ácido borónico, pode ser introduzido num destes complexos. Nesta abordagem, o ácido borónico do bortezomibe deixa de estar disponível para desenvolver interações com proteínas ou açúcares presentes na corrente sanguínea, responsáveis pela sua toxicidade inespecífica. O grupo de investigação no qual foi inserido, desenvolveu anteriormente complexos iminoboronados com bortezomibe, contendo uma ou mais moléculas de ácido fólico. Através de ensaios de citotoxicidade in vitro em células de cancro da mama foi provada a entrada dos complexos mediada pelo ácido fólico, assim como a citotoxicidade dos mesmos. Foi também proposto um mecanismo de libertação do bortezomibe a partir dos complexos iminoboronatos, por ação da glutationa. No entanto, o sucesso da utilização de um único fármaco citotóxico no tratamento da doença cancerígena pode ser altamente limitado pela existência de resistências. Essas resistências podem dever-se a mecanismos intrínsecos da célula cancerígena, ou ser adquiridos através da exposição prévia ou prolongada a esse agente citotóxico. Desta forma é comum a utilização de mais do que um agente anticancerígeno, devendo estes agentes apresentar mecanismos de ação distintos, de forma a produzir sinergismo por ação dos agentes combinados, ou aumentar as probabilidades de o tumor ser sensível a pelo menos um dos fármacos. O SN-38 é o metabolito ativo do irinotecano, um pró-fármaco derivado da camptotecina. Estes derivados atuam como inibidores da topoisomerase I, levando à quebra irreversível da cadeia de DNA, que provoca dano e morte da célula tumoral. Tendo o primeiro demonstrado atividade contra carcinoma da mama em ensaios clínicos, e apresentando um mecanismo de ação diferente do bortezomibe, possui as características necessárias à associação com este último em complexos iminoboronados. Neste trabalho são apresentadas as abordagens sintéticas de formação de complexos iminoboronados contendo dois fármacos citotóxicos, o bortezomibe e um derivado do SN-38. Começou-se por sintetizar complexos mais simples contendo apenas o bortezomibe, de forma a testar a formação da estrutura iminoboronada, seguindo-se da síntese dos complexos contendo ambos os fármacos. O bortezomibe, pela sua função ácido borónico já presente, foi inserido diretamente nos complexos, enquanto que o SN-38 sofreu uma funcionalização prévia através da inserção de uma função benzilamina, necessária para a formação da base de Schiff que está na origem do complexo iminoboronado. De acordo com informação disponível na literatura, esta abordagem não deverá alterar consideravelmente a atividade citotóxica do SN-38. A inserção da molécula de ácido fólico deve ocorrer apenas após a formação dos iminoboronatos com os dois fármacos. Essa inserção é feita através de uma reação de strain-promoted alkyne-azide cycloaddition para a qual é necessária a existência de uma função azida nos complexos previamente formados. Desta forma, aquando da formação do complexo inicial, além dos fármacos citotóxicos é utlizado um building block com uma cadeia de polietilenoglicol de forma a melhorar a farmacocinética dos conjugados, em cuja extremidade existe uma função azida que permitirá a inserção da molécula de ácido fólico. A primeira abordagem levada a cabo no desenvolvimento de um conjugado resultou no complexo 28 com estabilidade reduzida nas condições de purificação, tendo-se procedido ao desenvolvimento de complexos 30, 34 e 35 cuja função imina estará mais protegida da hidrolise devido a um substituintes mais volumoso, o grupo fenil e p-motoxifenil, em vez de etil. No decorrer deste trabalho não foi, no entanto, possível concluir a formação dos complexos finais com ácido fólico, tendo apenas sido sintetizados alguns iminoboronatos contendo os dois fármacos citotóxicos que servirão de base à síntese final dos complexos desejados. Uma vez sintetizados os complexos finais, deverá ser testada a sua estabilidade, assim como deverão estes ser sujeitos a ensaios de citotoxicidade que atestem a sua atividade contra células de cancro da mama.Breast cancer is a problem that affects millions of women worldwide. Triple-negative breast cancer has an absence of estrogen, progesterone, and HER2 receptors, necessary for the main therapeutic options. For this reason, it is a particularly difficult type of breast cancer to treat. However, these tumor cells have overexpression of folate receptors, which makes these receptors a therapeutic target with high potential. Targeting Drug Conjugates are associations between cytotoxic drugs and endogenous biomolecules with high affinity for receptors on the surface of the cancer cell. The success of these associations depends on the linker used to connect the cytotoxic drug and the biomolecule, which must maintain the integrity in circulation and promoted the release of the cytotoxic drug only in response to a stimulus in the tumor cell. The boron atom, in its neutral form, has a planar trigonal conformation and can undergo a nucleophilic attack with alteration of the conformation to tetrahedral, which makes it an element with high potential for applicability in bioconjugation. Bortezomib contains a boronic acid function that can form iminoboronates. These complexes can undergo hydrolysis under physiological conditions, this hydrolysis being favored by the presence of species such as glutathione. However, the success of using a single cytotoxic drug in the treatment of a cancerous disease can be severely limited by the existence of resistance. This work presents synthetic approaches to the formation of iminoboronated complexes containing two cytotoxic drugs, bortezomib, and an SN-38 derivative. The first approach made resulted in a conjugate with low stability during the purification protocol. Then, were developed complexes whose imine function will be more protected from hydrolysis due to a bulkier substituent, the phenyl, and p-methoxyphenyl group, instead of ethyl. However, it was not possible to complete the formation of the final complexes with folic acid, having only been synthesized some iminoboronates containing the two cytotoxic drugs that will serve as the basis for the final synthesis of the desired complexes.Com o patrocínio da GoisLab.Góis, Pedro Miguel PimentaSantos, Fábio Miguel FigueiredoRepositório da Universidade de LisboaFernandes, João Pedro Lavado2020-11-162020-11-112023-11-16T00:00:00Z2020-11-16T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/52207TID:202680568enginfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:57:20Zoai:repositorio.ul.pt:10451/52207Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T22:03:22.456278Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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