Síntesis, caracterización y afinidad por docking de derivados del1- fenilbencimidazol por la ciclooxigenasa

Abstract

RESUMEN: Alrededor de un 35% de la población llega a padecer alguna de las 100 enfermedades cuya sintomatología se relaciona con el reumatismo. Debido a que no se conoce el origen de estas enfermedades, no existe cura capaz de erradicarlas, por lo que el tratamiento consiste únicamente en el alivio de algunos síntomas como el dolor y la inflamación. Los fármacos anti-inflamatorios no esteroideos, así como los inhibidores de la COX-2, producen alivio efectivo de estos síntomas, por lo que son comúnmente elegidos entre las diferentes terapias disponibles. Sin embargo, hace necesaria la búsqueda de nuevos compuestos analgésicos y anti-inflamatorios más efectivos. Considerando que actualmente se cuenta con numerosas herramientas que permiten acelerar y economizar la búsqueda de nuevos compuestos con actividad farmacológica, en el presente trabajo se propuso llevar a cabo un estudio por modelado molecular que permita orientar el diseño de nuevos compuestos con actividad analgésica y anti-inflamatoria, a través de la inhibición de la ciclooxigenasa. Se utilizó el método computacional de docking, el cual permitió simular la unión de inhibidores en el sitio activo de la enzima. Se eligió utilizar como compuestos de prueba a una serie de 1-fenilbencimidazoles, así como sus derivados sulfonamida, considerando similitudes estructurales que comparten con otros fármacos comúnmente utilizados. En este análisis se estudiaron diferentes factores que afectan la afinidad de los inhibidores por la coclooxigenasas, como son las variaciones conformacionales en la estructura de la enzima, los efectos electrónicos hidrofóbicos y estéricos de los grupos sustituyentes, la sustitución del grupo sulfonamida y el modo de unión observado en cada isoforma. En el estudio se consideraron varias estructuras de las ciclooxigenasas para incluir el efecto de la conformación de la enzima. Se encontró que los factores que afectan la afinidad de los diferentes derivados, depenten de los diferentes modos de unión observados. La afinidad de los derivados con sustituyentes no polares dependen de factores electrónicos, hidrogobicos y estéricos, mientras que la afinidad de los derivados que se unen mediante interacciones por puente de hidrogeno, depende principalmente de efectos electrónicos y estructurales. La sustitución del grupo sulfonamida mostro que es posible incrementar la selectividad por COX-2. Considerando el estudio de docking, se propuso llevar a cabo la síntesis de algunos de los derivados estudiados, seleccionando compuestos cuya afinidad estimada por ambas ciclooxigenasas fuese alta, intermedia y baja. Se optimizaron las condiciones de síntesis y purificación de seis derivados, incluyendo un derivado sulfonamida, los cuales fueron caracterizados mediante RMN y, para cuatro de estos compuestos, por difracción de rayos X. Finalmente se probó la actividad analgésica in vivo ed cinco compuestos sintetizados, mediante el modelo de inducción de contorciones abdominales por ácido acético (i.p.). Todos los compuestos disminuyeron significativamente el número de contorciones abdominales comparando con un grupo control, tratado solo con vehículo. Dos de los compuestos presentaron actividad equivalente a la indometacina, mientras que el resto presento mayor actividad.

ABSTRACT: Around 35% of the world population ends up suffering some of the 100 illnesses whose symptomatology is related to rheumatism. Because of the origin of these illnesses is not known, the cure is not available, then the treatment only consists on the relief of some symptoms like pain and inflammation. The nonsteroid anti-inflammatory drugs as well as COX-2 inhibitors, produce the effective relief of these symptoms, for this reason they are commonly chosen among several available therapies. However, the incidence of serious secondary effects of the nowadays used drugs, makes necessary the research and developmentof more effective analgesic and anti-inflammatory compounds. At the present moment, there have been developed numerous tools to allow the fast and cheap search of compounds with pharmacological activity. In this thesis it was carried out a molecular modeling study with the aim to be used as a guide in the design of new compounds with analgesic and anti-inflammatory activity, through the inhibition of cyclooxygenase. The computational method of docking was used, which allowed to simulate the ligand binding in the active site of the enzyme. A series of 1-phenylbenzimidazole derivatives and their sulfonamide derivatives were chosen to be tested, taking into account the structural similarities that they share with other commonly used drugs. In this contribution, several factors that affect the affinity of the inhibitors to cyclooxygenase enzymes were studied like enzyme structure conformation; electronic, hydrophobic and steric effects of the substituent groups; the position of sulfonamide group in bencimidazole ring and the observed binding mode to each isoform. Several structures of the enzymes were considered to include the effect of its conformation. It was found that the factors that affect the affinity of each derivative are related with the several observed binding modes. The affinities of those derivates with non polar substituents depends on electronic, hydrophobic and steric factors, while the affinity of those derivates that binds through hydrogen bonding, mainly depends on electronic and structural affects. The substitution with sulfonamide group increased the selectivity for COX-2. In agreement with the results of docking calculations, the synthesis of some derivatives was perfomed. Those compounds showing high, intermediate and low affinity by both cyclooxygenases were selected. The synthesis conditions and purification of six derivates, including sulfonamine derivate, were optimized. All the synthesized compounds were characterized by H, CNMR spectroscopy and four of them were studied by X-ray diffraction. Finally the analgesic activity of the synthesized compounds was tested in vivo, by means of the acetic acid (i.p.) writhing test. The tested compounds significantly diminished the number of abdominal contortions in comparison to the control group, only tried with vehicle. Two of the tested compounds showed activity equivalent to the positive indomethacin control, while the rest of them showed higher activity.