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Tipo: Tese
Título: Prospecção in silico, in vitro e in vivo de derivados aminoquinolínicos e β-carbolínicos com potencial antimalárico
Autor(es): Bellei, Jessica Corrêa Bezerra
Primeiro Orientador: Scopel, Kézia Katiani Gorza
Membro da banca: Abramo, Clarice
Membro da banca: Tavares, Guilherme Diniz
Membro da banca: Braga, Erika Martins
Membro da banca: Sanchez, Bruno Antônio Marinho
Resumo: Com 241 milhões de novos casos e 650.000 mortes estimadas em 2020, a malária continua sendo um dos maiores desafios de saúde pública em todo o mundo, com maior incidência de casos (94%) na África Subsaariana. Dentre as espécies de Plasmodium responsáveis pela malária humana, P. falciparum é a mais prevalente na África e a responsável pela complicação mais grave da infecção, a malária cerebral. Na ausência de uma vacina eficaz e devido à disseminação da resistência dos plasmódios aos antimaláricos disponíveis, é urgente a necessidade de desenvolvimento de novas drogas eficazes contra P. falciparum. Nesse contexto, os alcaloides representam um importante grupo de moléculas que têm sido utilizados como ferramenta na busca de novos fármacos. Dentre as diversas classes de alcaloides existentes na natureza destacam-se os quinolínicos e os β-carbolínicos que possuem diversas atividades biológicas, inclusive antimalárica. Com base nessas afirmações, esse trabalho se propôs a avaliar derivados sintéticos de 4- aminoquinolinas e β-carbolinas quanto ao potencial antimalárico in silico e in vitro a fim de selecionar as drogas mais promissoras para estudos in vivo contra a malária cerebral experimental (MCE). Os derivados β-carbolínicos foram incialmente testados contra 35 alvos moleculares de P. falciparum, selecionando 7 moléculas com provável interação com enzimas essenciais para o metabolismo do parasito, podendo causar sua morte. As propriedades físico-químicas e farmacocinéticas de absorção dessas moléculas, bem como dos derivados quinolínicos, foram analisadas por meio de ferramentas computacionais. Os parâmetros de citotoxicidade foram avaliados em fibroblastos de pulmão humano (WI26VA4) e em células de hepatocarcinoma humano (HepG2) e a atividade antiplasmodial foi avaliada contra cepa P. falciparum cloroquinaresistente (W2). Um provável mecanismo de ação foi investigado, in vitro, através da interação com a ferriprotoporfirina ou inibição da síntese de óxido nítrico. Finalmente, a atividade antimalárica in vivo foi determinada pelos testes curativo e/ou supressivo de Peters, realizado em camundongos C57BL/6 infectados com P. berghei ANKA e tratados com os candidatos à fármacos. Em geral as moléculas apresentaram boa biodisponibilidade via oral, predita in silico, com baixa citotoxicidade e adequada seletividade para os parasitos nos ensaios in vitro, destacando o quinolínico 3 e o βcarbolínico 10. Em relação à atividade in vivo, o tratamento com o derivado quinolínico 3 resultou em valores importantes de inibição da multiplicação do parasito (IMP) no 7° dia pós infecção (dpi) (76,9% (15mg/kg), 90,1% (30mg/kg) e 92,9% (50mg/kg)), com alta taxas de sobrevivência ao período crítico da MCE e perfil de toxicidade hepática e renal melhores do que a cloroquina. Este resultado pode estar relacionado à interação do composto teste com a ferriprotoporfirina, identificada através de ensaio in vitro, impedindo a formação de cristais de hemozoína no vacúolo digestivo do parasito, causando sua morte. Com relação à atividade in vivo dos alcaloides βcarbolínicos, o composto 10 apresentou importantes valores de IMP no 5° dpi (67,92% (10mg/kg) e 82,07% (10mg/kg)) no esquema de tratamento curativo e supressivo, respectivamente, com altas taxas de sobrevivência ao período crítico da MCE e ausência de hemorragia e oclusão vascular observados macro e microscopicamente em tecido cerebral. Entretanto, apesar da sobrevivência, os animais desenvolveram hiperparasitemia nos dias subsequentes, sugerindo que o composto possa apresentar fraca atividade antimalárica in vivo, porém adequada atividade anti-inflamatória para impedir o quadro de MCE. Tal atividade, determinada in vitro através da redução da síntese de oxido nítrico por macrófagos peritoneais estimulados e tratados com o composto teste, pode estar relacionada à interação do composto 10 como a enzima óxido nítrico sintase induzível (iNOS) predita através de modelagem molecular. Em conjunto, nossos resultados sugerem que as duas classes de compostos testadas apresentam importantes características para drogas antimaláricas, destacando o derivado quinolínico 3 e o β-carbolínicos 10 como compostos HIT (bioativos), dado seus baixos valores de CI50, elevados CC50 e IS, adequado perfil farmacocinético de absorção e predição in silico de boa biodisponibilidade pela via oral. Sugerimos ainda que o derivado quinolínico 3 é um candidato a composto “early lead” (líder precoce), por apresentar IC50 em escala nM, redução da parasitemia com valores superiores a 90%, alta taxa de sobrevivência proteção contra o desenvolvimento da MCE além de segurança hepática e renal. Sendo assim, o processo de síntese da série de derivados 4-aminoquinolínicos e β-carbolínicos deste estudo foi promissor, produzindo HITs antimaláricos.
Abstract: With 241 million new cases and 650,000 deaths estimated in 2020, malaria remains one of the greatest public health challenges worldwide, with the highest incidence of cases (94%) in sub-Saharan Africa. Among the Plasmodium species responsible for human malaria, P. falciparum is the most prevalent in Africa and responsible for the most serious infection, cerebral malaria. In the absence of an effective vaccine and due to the spread of Plasmodium resistance to antimalarials available, there is an urgent need to develop new drugs that are effective against P. falciparum. In this context, alkaloids represent an important warning group that have been used as a tool in the search for new drugs. Among the different classes of alkaloids existing in nature, the quinoline and β-carboline stand out, which have different biological activities, including antimalarials. Based on this assumption, this work controlled synthetics of 4 aminoquinolines and β-carbolines for their antimalarial potential in silico and in vitro in order to select the most promising drugs for in vivo studies against experimental cerebral malaria (ECM). The β-carbolines were initially tested against 35 molecular targets of P. falciparum, selecting 7 with interaction with essential enzymes for the metabolism of the parasite, which could cause its death. The physicochemical and pharmacokinetic properties of absorption of these symptoms, as well as the quinoline derivatives, were symptoms using computational tools. Cytotoxicity parameters were evaluated in human lung fibroblasts (WI26VA4) and in human hepatocarcinoma cells (HepG2) and an antiplasmodial activity was evaluated against chloroquine-resistant P. falciparum strain (W2). A mechanism of action was investigated, in vitro, through interaction with ferriprotoporphyrin or following nitric oxide synthesis. Finally, in vivo antimalarial activity was determined by Peters' curative and/or suppressive testes, performed in C57BL/6 mice infected with P. berghei ANKA and treated with the drug candidates. In general, the molecules showed good oral bioavailability, predicted in silico, with low cytotoxicity and adequate selectivity for the parasites in the in vitro assays, highlighting quinolinic 3 and β-carbolinic 10. Quinolinic derivative 3 resulted in important parasite multiplication inhibition (IMP) values on the 7th day post infection (dpi) (76.9% (15mg/kg), 90.1% (30mg/kg) and 92.9% (50mg/kg)), with high survival rates to the critical period of ECM and a better liver and kidney toxicity profile than chloroquine. This result may be related to the interaction of the test compound with ferriprotoporphyrin, identified through an in vitro assay, preventing the formation of hemozoin crystals in the parasite's digestive vacuole, causing its death. Regarding the in vivo activity of β-carboline alkaloids, compound 10 showed important IMP values at the 5th dpi (67.92% (10mg/kg) and 82.07% (10mg/kg)) in the curative treatment scheme and suppressive, respectively, with high rates of survival to the critical period of ECM and absence of hemorrhage and vascular occlusion observed macro and microscopically in brain tissue. However, despite survival, the animals developed hyperparasitemia in the subsequent days, suggesting that the compound may have weak antimalarial activity in vivo, but adequate anti-inflammatory activity to prevent ECM. Such activity, determined in vitro through the reduction of nitric oxide synthesis by peritoneal macrophages stimulated and treated with the test compound, may be related to the interaction of compound 10 with the inducible nitric oxide synthase enzyme (iNOS) predicted through molecular modeling. Together, our results suggest that the two classes of compounds tested have important characteristics for antimalarial drugs, highlighting the quinolinic derivative 3 and the β-carbolinic 10 as HIT (bioactive) compounds, given their low IC50 values, high CC50 and IS, adequate pharmacokinetic absorption profile and in silico prediction of good oral bioavailability. We also suggest that the quinolinic derivative 3 is a candidate for an early lead compound, as it presents IC50 in nM scale, reduction of parasitemia with values above 90%, high survival rate, protection against the development of ECM, in addition to Liver and kidney safety. Therefore, the process of synthesizing the series of 4- aminoquinoline and β-carboline derivatives in this study was promising, producing antimalarial HITs.
Palavras-chave: Malária cerebral
Quimioterapia
4-aminoquinolinas
Alcaloides βcarbolínicos
Cerebral malaria
Chemotherapy
4-aminoquinolines
β-carboline alkaloids
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::IMUNOLOGIA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: ICB – Instituto de Ciências Biológicas
Programa: Programa de Pós-graduação em Ciências Biológicas: Imunologia e Doenças Infecto-Parasitárias/Genética e Biotecnologia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15070
Data do documento: 16-Dez-2022
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciências Biológicas - Imunologia e Doenças Infecto - Parasitárias/Genética e Biotecnologia (Teses)



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