Diseño, síntesis y bioevaluación antidiabética in combo de benciliden-1,3-tiazolidin-2,4-dionas y derivados del ácido fenilpropanoico

RESUMEN La diabetes mellitus tipo 2 (DM2) se caracteriza por hiperglucemia crónica, lo cual deriva en múltiples complicaciones. Por esta razón los pacientes recurren a la polifarmacia; sin embargo, esto solo aborda algunos de los síntomas de la enfermedad. Para este proyecto se tomaron en cuenta dianas farmacológicas que mejoren la sensibilidad a la insulina como PPAR- y PTP1B, agentes que promuevan la secreción de insulina dependiente de glucosa como los agonistas de GPR40 y moléculas que aborden las complicaciones de la DM2 como los inhibidores de la enzima aldosa reductasa. Se ha descrito una amplia variedad de compuestos de tipo tiazolidindiona (TZD) y ácido fenilpropanoico (AF) como ligandos de estas dianas. Con base en lo anterior, se diseñaron moléculas que contengan los fragmentos de TZD y AF que actúen sobre PPAR-, PTP-1B, GPR40 y aldosa reductasa de manera simultánea a lo cual se le ha denominado polifarmacología. La síntesis de las benciliden-1,3-tiazolidin-2,4-dionas (serie A) se llevó a cabo mediante una sustitución nucleofílica bimolecular en medio básico y disolventes polares no próticos, posteriormente se llevó a cabo una condensación de Knoevenagel para la obtención de ACB-1-6. Los compuestos ACB-7-10 (serie B) se sintetizaron a partir de una esterificación con SOCl2 y etanol obteniendo 17, mismo que se hizo reaccionar vía SN2 obteniendo los precursores 18-22. Finalmente se realizó una hidrólisis básica con KOH en donde se obtuvieron los productos ACB-7-10. La purificación de los compuestos se llevó a cabo mediante cromatografía en columna y ó recristalización. La identidad de los compuestos fue confirmada mediante métodos espectroscópicos y espectrométricos (RMN: H1, C13, 2D y EM: IE). En la evaluación in vitro sobre PPAR- sobre adipocitos de la línea celular 3T3-L1 los compuestos ACB-1 y ACB-4 de tipo tiazolidindiona mostraron un efecto importante sobre PPAR-. Por otro lado los compuestos ACB-8-9 incrementaron de manera significativa la expresión relativa de este receptor. En el ensayo de inhibición sobre PTP1B los compuestos ACB-1-3 y ACB-5-6 mostraron CI50 de 3.6 a 22 μM. Por otro lado, los compuestos de la serie de ácidos fenilpropanoicos ACB-7-10 se comportaron como inhibidores débiles. En los ensayos in vitro sobre aldosa reductasa, el compuesto ACB-5 tuvo una CI50 de 11.2 μM y el compuesto ACB-6 una CI50 QUÍMICA FARMACÉUTICA RESUMEN V de 1.9 μM siendo este el más activo de ambas series. Los compuestos ACB-7-10 mostraron CI50 7.4-30.2 μM. En la actividad sobre GPR40 los compuestos de tipo tiazolidindiona ACB-1-6 no mostraron efecto. El compuesto ACB-7 de tipo ácido fenilpropanoico manifestó una CE50 0.0755 μM, siendo el más potente de ambas series. Los compuestos ACB-8-9 revelaron actividad moderada sobre este receptor y el compuesto ACB-10 mostró baja actividad. En los ensayos in vivo en un modelo murino de diabetes no insulino-dependiente (estreptozotocina y nicotinamida), los compuestos ACB-1 y ACB-4 mostraron disminución de la glucemia in vivo con una reducción de hasta el 49.7 % y 55% respectivamente. El compuesto ACB-6 mostró un efecto hiperglucémico durante la primera hora después de la administración. El compuesto ACB-7 mostró comportamiento como antihiperglicémico. El compuesto ACB-8 mostró actividad hipoglucemiante similar a Glibenclamida. El compuesto ACB-9 mostró una disminución de la glucemia a partir de la hora 3 hasta la hora 7. Los estudios de acoplamiento molecular revelaron el posible modo de unión de los compuestos más activos sobre los blancos farmacológicos planteados

ABSTRACT Type 2 diabetes (T2D) is characterized by chronic hyperglycemia, this usually leads to chronic complications. For this reason patients draw on to polypharmacy, increasing the risk of adverse effects and drug interactions. One interesting target is the PPAR-, the agonism of this receptor results in increased insulin sensitization. In the same way, the PTP1B inhibition improves insulin sensitivity. On the other hand GPR40 is associated in the regulation of glucose-dependent insulin secretion. Moreover the aldose reductase enzyme is involved in the pathogenesis of chronic complications of T2D. It has been reported that a large variety of thiazolidinediones and carboxylic acids have activity on these targets. Based on the above, we designed molecules containing the core of thiazolidinedione and phenylpropanoic acid, to generate agents that act on PPAR-, PTP1B, GPR40 and aldose reductase simultaneously (polypharmacology). For the synthesis of the benzylidene-1, 3-thiazolidin-2, 4-diones, 4-hydroxybenzaldehyde was reacted with the appropriately substituted methyl aryl halides in basic medium and non-protic polar solvents to obtain 11- 16, followed by Knoevenagel condensation to obtain the title compounds ACB-1-6. The compounds ACB-7-10 were synthesized via esterification with thionyl chloride and ethanol as solvent, obtaining 17. Subsequently, 17 was reacted with the appropriately substituted methylaryl halide in polar aprotic solvents and potassium carbonate to give compounds 18-21. All were treated separately by basic hydrolysis with potassium hydroxide, to give ACB-7-10. The purification of the compounds was carried out by column chromatography and recrystallization. The identity of the compounds was confirmed by spectroscopic and spectrometric methods (NMR H1, 13C, 2D and MS EI). Compounds ACB-1 and ACB-4 induced the expression of PPAR-, however it did not show a significant increase in the relative expression of GLUT-4. On the other hand, the compounds ACB-8 and ACB-9 increase significantly the levels of relative expression for PPAR- and GLUT-4 mRNA′s in the same way as Pioglitazone. The evaluations against aldose reductase and PTP1B were conducted by enzyme inhibition assays. In the enzymatic inhibitory assay against PTP1B the compounds ACB-1-3 and ACB-5-6 presented a range of potency (IC50) between 3.6-22 μM. It is noteworthy that ACB-1-3 compounds were equipotent to ursolic acid, considered as hits. Moreover, the compounds of the phenylpropanoic acid series (ACB-7-10) behaved as weak inhibitors. QUÍMICA FARMACÉUTICA ABSTRACT VII In vitro assay on aldose reductase showed ACB-5 had an IC50 of 11.2 μM and compound ACB-6 an IC50 of 1.9 μM, being the most active of the both series. The ACB-7-10 compounds showed an IC50 in the low micromolar order. Neverthless none of them were more active than sorbinil, a well-known aldose reductase inhibitor (1.2 μM). The activity on GPR40 was measured with calcium flux assay in GPR40-transfected HEK293 cells. Results revealed that thiazolidinedione compounds ACB-1-6 were inactive against this receptor. However the phenylpropanoic acid series showed that compound ACB-7 (3-byphenyl) was the most potent agonist displayed an EC50 value of 0.075 μM, followed by compounds ACB-8 and ACB-9, with substituents naphthyl and biphenylcarbonitrile, respectively. Compound ACB-9, with a quinolynyl substituent, provided a significant decrease in agonistic activity. Compounds ACB-1, ACB-4 and ACB-6-8 were the most active against the targets of this work, and they were selected to tested in vivo at 100 mg/kg dose in a non insulin-dependent diabetes mellitus mice model. Compound ACB-1 and ACB-4 decreased of blood glucose by 49.7% and 55% respectively during 7h after administration. The compound ACB-8 showed hypoglycemic activity similar to Glibenclamide. Compound ACB-9 showed a decrease in blood glucose from hour 3 to hour 7. These compounds showed robust in vitro and in vivo efficacy, and could be considered as promising multitarget antidiabetic drug candidates. Molecular docking studies revealed the possible binding mode of the most active compounds on these targets.