Diseño racional basado en estructura de inhibidores tirosina quinasa tipo II del Receptor del Factor Estimulante de Colonia-1 (CSF-1R)

Abstract

Un número creciente de evidencias sugiere que el carácter inmunosupresor del microambiente tumoral (TME), representado principalmente por los macrófagos asociados a tumor (TAMs), constituye la principal barrera para el éxito de las inmunoterapias. Los TAMs corresponden a macrófagos que han infiltrado el tejido tumoral y se han diferenciado hacia un fenotipo pro-tumoral inmunosupresor M2. Dentro del TME, los TAMs además de participar en procesos que promueven el crecimiento tumoral, angiogénesis, invasión y metástasis; juegan un papel crucial en la supresión de la respuesta inmune antitumoral y la quimioresistencia. Recientes hallazgos clínicos han vinculado a estos macrófagos con la resistencia a las inmunoterapias a través de mecanismos directos e indirectos. Interesantemente evidencias emergentes han validado el concepto de que la inhibición de vías de señalización claves para la sobrevida y funcionamiento de los TAMs podría provocar potentes actividades antitumorales en modelos preclínicos de cáncer y pacientes con malignidades. En particular, el receptor tirosina quinasa del Factor Estimulante de Colonia-1 (CSF-1R) se ha presentado como un atractivo blanco terapéutico debido a su función crucial en la señalización para el reclutamiento, diferenciación, polarización y sobrevida de los TAMs. En la actualidad significativos esfuerzos por parte de la comunidad farmacéutica están comenzando a desarrollarse para identificar moléculas pequeñas inhibidoras de la actividad tirosina quinasa de CSF-1R para la posterior evaluación clínica. Lamentablemente inhibidores de este tipo son conocidos por sus promiscuidades por varias quinasas blancos lo que puede comprometer el perfil de tolerancia y seguridad de la molécula, mermando un potencial desarrollo como droga. De aquí que un objetivo prominente en el desarrollo de inhibidores quinasa clínicamente viables, además de la potencia y las propiedades tipo-droga, es controlar su selectividad. Ante la necesidad de ampliar el repertorio de estrategias terapéuticas seguras para intervenir a los TAMs, el siguiente proyecto de investigación doctoral describe el diseño racional basado en estructura y optimización de inhibidores tirosina quinasa tipo II de CSF-1R a partir de un farmacóforo no selectivo 3-benzamido-N-fenilbenzamida (bis-amida). Mediante una plataforma de evaluación que consistió de pruebas bioquímicas in vitro y ensayos de viabilidad celular dependiente de CSF-1R fue posible caracterizar al farmacóforo bis-amida parental y las series de análogos derivados de éste. Esta estrategia permitió identificar diferentes sustituciones que otorgaron una alta potencia de inhibición de CSF-1R así como también un grupo amida que resultó ser clave para el aumento de la selectividad sobre c-KIT, el receptor tirosina quinasa homologo más cercano a CSF-1R. Si bien las primeras series de moléculas análogas contuvieron un grupo N-metil piperazina que fue requerido para la actividad inhibitoria, éste luego fue identificado como un grupo metabólicamente lábil que contribuyó al deficiente perfil farmacocinético in vivo en ratones. Mediante análisis por acoplamiento molecular in sillico y caracterización bioquímica, fue posible remover el grupo N-metil piperazina y diseñar nuevos análogos en los cuales se introdujeron sustituciones que favorecieron la formación de nuevas interacciones con el bolsillo catalítico de CSF-1R. Esta estrategia permitió diseñar y sintetizar nuevos compuestos con potentes actividades inhibitorias de CSF-1R, tanto enzimática como celular, y estabilidades metabólicas mejoradas. Afortunadamente, la eliminación del grupo N-metilpiperazina trajo consigo también la optimización de propiedades fisicoquímicas mediante la reducción del peso molecular, coeficiente de partición, carga a pH fisiológico y número de aceptores/donantes para interacciones por puente de hidrógeno. Por virtud de la mejora de estas propiedades, el compuesto 22 demostró poseer una alta permeabilidad aparente en células Caco-2 in vitro que se correlacionó luego con un perfil farmacocinético optimizado in vivo y una alta biodisponibilidad oral en ratones. Finalmente, el compuesto 22 mostró una variación marginal de su potencia inhibitoria contra CSF-1R en presencia de altas concentraciones de ATP, denotando un mecanismo de inhibición similar al que se esperaría de un inhibidor tirosina quinasa tipo II. Los estudios realizados en este trabajo condujeron al descubrimiento del compuesto 22 (5-(1-metil-1H-pirazol-4-il)-N-{2-metil-5-[3-(trifluorometil) benzamido] fenil} piridin-3-carboxamida), un potente y selectivo inhibidor tirosina quinasa tipo II de CSF-1R que es biodisponible oralmente. Las propiedades “tipo-droga” del compuesto 22 lo convierten en un promisorio candidato para ser evaluado farmacológicamente in vivo en modelo preclínicos relevantes de cáncer u otras enfermedades sean conducidas por macrófagos dependientes de CSF-1R.