Síntesis y evaluación antidiabética de hidantoínas y bioisósteros ácidos

RESUMEN La diabetes mellitus tipo II (DM2) es una enfermedad crónica caracterizada por hiperglucemia y deficiencia en la producción o resistencia a la insulina, y representa el 90% de todos los casos. Actualmente, las moléculas con el anillo de tiazolidin2,4-diona (TZD) y ácidos carboxílicos han mostrado ser efectivas para el tratamiento de esta enfermedad, actuando sobre diferentes blancos terapéuticos dentro de los que destaca GPR-40; este receptor es clave para la secreción de insulina dependiente de glucosa. Otra diana terapéutica importante es PTP1B, proteína citosólica expresada en hígado, músculo y tejido graso actúa como regulador negativo en las cascadas de señalización de insulina y leptina. Finalmente podemos mencionar a aldosa reductasa que juega un papel crucial en la mediación del estrés oxidativo inducido por hiperglucemia. Es importante destacar que estas 3 dianas terapéuticas además de estar implicadas en el desarrollo de la DM2, también comparten ligandos sintéticos de tipo ácido como las TZD y los ácidos carboxílicos. Este trabajo tuvo como objetivo generar una serie de moléculas que puedan actuar como secretagogos de insulina dependientes de glucosa por medio de GPR-40, y favorecer positivamente la sensibilidad a la insulina y leptina a partir de la inhibición de PTP-1B y adicionalmente que sea capaz de inhibir a la enzima aldosa reductasa para tratar las complicaciones y así abordar la enfermedad por distintas vías. Para la síntesis de los compuestos THA 1-5 se realizaron reacciones de tipo SN2 para obtener los precursores, posteriormente se les realizó una condensación de Knoevenagel con el anillo de hidantoína (THA 1-3) o el ácido de Meldrum (THA 45) para la obtención de los compuestos finales. Haciendo uso de herramientas quimioinformáticas, se hizo la estimación de propiedades fármacocinéticas (admetSAR, molinspiration), farmacodinámicas (docking, PASS online, SwissTargetPrediction, DIA-DB) y toxicológicas (ACD/Tox Suite, admetSAR) para determinar las moléculas con las mejores características para su evaluación en un ensayo in vivo. Con un análisis de consenso farmacológico se eligieron a los compuestos THA-1 y THA-4 para su evaluación in vivo en un modelo murino no insulino-dependiente (ratones CD1 diabetizados con estreptozotocina-nicotinamida), donde el compuesto THA-1 disminuyó de forma estadísticamente significativa la hiperglucemia a partir de la tercera hora, mientras que para el compuesto THA-4 no se observó una disminución debido a que es necesaria su biotransformación (O-desalquilación del ácido de Meldrum) para presentar la actividad antihiperglicemica. En conclusión, el compuesto THA-1 es candidato para seguir siendo estudiado en el tratamiento experimental de la DM2 y para el compuesto THA-4 es necesario realizar un ensayo subagudo para poder observar si tendrá el efecto terapéutico deseado, así como realizar los ensayos in vitro con los blancos terapéuticos propuestos.

ABSTRACT Type II diabetes mellitus (DM2) is a chronic disease characterised by hyperglycemia and impaired insulin production or resistance, accounting for 90% of all cases. Currently, the molecules with thiazolidin-2,4-dione (TZD) ring and carboxylic acids have been shown to be effective for the treatment of this disease, acting on different therapeutic targets including GPR-40; this receptor is key for the secretion of glucose-dependent insulin. Another important therapeutic target is PTP-1B, a cytosolic protein expressed in liver, muscle and fat tissue that acts as a negative regulator in insulin and leptin signaling cascades. Finally, aldose reductase plays a crucial role in the mediation of oxidative stress induced by hyperglycemia. It is important to highlight that these 3 therapeutic targets, besides being involved in the development of DM2, also share acid type ligands such as TZD and carboxylic acids. The aim of this work is to generate molecules that can act as glucose-dependent insulin secretagogues by means of GPR-40, and positively favor sensitivity to insulin and leptin from the inhibition of PTP-1B and additionally be able to inhibit the enzyme aldose reductase to treat complications and thus deal the disease in different ways. For the synthesis of the THA 1-5 compounds, SN2 type reactions were carried out to obtain the precursors, then Knoevenagel condensation was performed with the hydantoin ring (THA 1-3) or Meldrum acid (THA 4-5) to obtain the final compounds. Using chemoinformatic tools, the estimation of pharmacokinetic (admetSAR, molinspiration), pharmacodynamic (docking, PASS online, SwissTargetPrediction, DIA-DB) and toxicological (ACD/Tox Suite, admetSAR) properties were made to determine the molecules with the best characteristics for evaluation in an in vivo assay. With a pharmacological consensus analysis, THA-1 and THA-4 compounds were chosen for in vivo evaluation in a non-insulin-dependent murine model (CD1 mice diabetized with streptozotocin-nicotinamide), where the compound THA-1 showed statistically significat decreasing of hyperglycemia starting at the third hour and the compound THA-4 was not observed a decrease in plasma glycemia due to the fact that it needs biotransformation (O-dealkylation of the Meldrum acid) to present the activity. In conclusion, the compound THA-1 is a candidate to continue being studied for the experimental treatment of DM2, whereas for the compound THA-4 it’s necessary to do a subacute test to be able to observe if it will have the desired therapeutic effect, as well as to carry out in vitro tests with the proposed therapeutic targets.