La caratterizzazione della stabilità metabolica di un nuovo potenziale farmaco e l’identificazione del sistema enzimatico coinvolto nella sua biotrasformazione rivestono notevole importanza nello sviluppo di nuovi agenti terapeutici [Foti e Dalvie, Drug Metab Dispos, 44:1229, 2016]. Un primo obiettivo dell’attività svolta nell’ambito del Dottorato di Ricerca era rappresentato dalla valutazione della reattività nei confronti del tripeptide glutatione (GSH) di alcuni derivati del nitrobenzossadiazolo in fase di caratterizzazione preclinica, quali agenti antitumorali, rappresentati dall’inibitore di GSTP1-1 6-(7-nitro-2,1,3-benzossadiazol-4-iltio)esanolo (NBDHEX) e dai suoi analoghi MC3181, MC2753. I risultati ottenuti dimostrano come l’estere benzoico di NBDHEX (MC2753) presenti, a differenza di NBDHEX e MC3181, elevata stabilità in presenza di concentrazioni fisiologiche di GSH [Fulci et al., J Enzyme Inhib Med Chem, 32:240, 2017]. Successivi esperimenti, volti a valutare la stabilità di MC2753 all’azione di esterasi, hanno tuttavia dimostrato un’elevata suscettibilità del composto all’idrolisi mediata da carbossilesterasi (CES) microsomiali epatiche umane. La sostituzione della funzione esterea presente in MC2753 con una funzione ammidica ha permesso l’ottenimento di un composto (MC4351) molto promettente, in quanto dotato di stabilità all’azione di CES microsomiali e, a differenza di NBDHEX e MC3181, scarsamente reattivo vs. GSH. Alla luce di un possibile riposizionamento in ambito oncologico della pirimetamina (PYR) [Fang, Cancers (Basel), 6:494, 2014], sostanza nota per la sua attività antiprotozoaria, è stato inoltre intrapreso uno studio con l’obiettivo di ampliare le conoscenze sul suo destino metabolico. Studi di metabolismo epatico in vitro, condotti al fine di valutare la possibile glucuronidazione e/o ossidazione del farmaco in presenza di frazioni microsomiali umane e di ratto, hanno dimostrato come esso non vada incontro a glucuronidazione nelle due specie considerate. Per contro, l’incubazione di PYR con adenina dinucleotide fosfato ridotto (NADPH) e microsomi epatici di ratto, o microsomi epatici umani isolati da un soggetto trattato con fenobarbital, ha condotto alla formazione di almeno 3 prodotti di mono-ossigenazione, rilevati grazie ad analisi in cromatografia liquida accoppiata a rivelatore spettrofotometrico a serie di diodi e spettrometria di massa (LC-DAD-MS). È stato esaminato, inoltre, il metabolismo microsomiale epatico di una piccola batteria (n=6) di nuovi inibitori della polimerizzazione della tubulina, derivati del 7-fenilpirrolochinolinone (7-PPyQ). Particolarmente interessanti, in virtù della stabilità dimostrata in presenza di microsomi epatici umani sia in assenza (metabolismo idrolitico) sia in presenza di NADPH (metabolismo ossidativo), sono risultati gli N-benzoil derivati del 7-PPyQ denominati MG2718 e MG2854. Entrambi i composti sono attualmente in fase di screening per l’attività antineoplastica. Un ulteriore obiettivo dell’attività svolta nell’ambito del Dottorato di Ricerca riguardava la comparazione nelle specie uomo, ratto e topo della stabilità al metabolismo ossidativo citosolico epatico di una piccola batteria di aldeidi aromatiche, rappresentate dall’o-vanillina, un inibitore di NFkB dotato di significativa attività antitumorale [Marton et al., Anticancer Res, 36:5743, 2016] e alcuni suoi analoghi strutturali. Gli stessi composti sono in fase di screening per l’attività antineoplastica presso il Biological Research Centre (BRC) dell’Accademia delle Scienze Ungheresi di Szeged e il Dipartimento di Scienze del Farmaco dell’Università di Padova. Il progetto ha la finalità di identificare composti con attività biologica sovrapponibile o superiore all’o-vanillina e caratterizzati, al tempo stesso, da più elevata stabilità metabolica. I risultati sino ad ora ottenuti indicano un significativo coinvolgimento di aldeidi ossidasi (AOX) murine nel metabolismo citosolico di tutte le aldeidi aromatiche studiate e l’esistenza di profonde differenze interspecie tra l’uomo e il topo nel metabolismo di questi composti. Infine, in collaborazione con il Centro Ricerche Aptuit di Verona e la Molecular Modeling Section del DSF dell’Università di Padova è stato avviato un progetto con l’obiettivo di identificare inibitori selettivi di solfotrasferasi (SULT) umane che consentano l’esecuzione di studi di fenotipizzazione di reazione. Ad oggi, infatti non vi è la disponibilità di un panel completo di inibitori selettivi verso singole SULT. Gli studi sino ad ora condotti hanno portato all’identificazione di due potenti inibitori delle principali SULT epatiche coinvolte nel metabolismo degli xenobiotici ossia SULT1A1 e SULT1B1

Drug metabolism studies play an important role in drug discovery and development [Foti and Dalvie, Drug Metab Dispos, 44: 1229, 2016]. A first aim of this work was to evaluate the reactivity of some nitrobenzoxadiazole (NBD) derivatives, namely the experimental antitumor agent 6-(7-nitro-2,1,3-benzoxadiazol-4-ylthio)hexanol (NBDHEX) and its analogues MC3181 and MC2753, towards the tripeptide glutathione (GSH). The obtained results showed that, differently from NBDHEX and MC3181, the benzoic acid ester of NBDHEX (MC2753), was stable in the presence of a physiological concentration of GSH [Fulci et al., J Enzyme Inhib Med Chem, 32: 240, 2017]. Subsequent experiments, aimed at assessing the stability of MC2753 to esterases, demonstrated its high susceptibility to hydrolysis catalyzed by a human liver microsomal carboxylesterase(s). Substitution of the ester group of MC2753 with an amide group gave compound MC4351, which was stable in the presence of human liver microsomes (HLMs), and quite less reactive than NBDHEX and MC3181 towards GSH. In the perspective of a possible repositioning of the antiprotozoal drug pyrimethamine (PYR) in the oncological field [Fang, Cancers (Basel), 6:494, 2014], a study was undertaken to improve the knowledge on its metabolic fate. In vitro studies were therefore conducted to investigate the possible oxidation and/or glucuronidation of PYR by HLMs or rat liver microsomes (RLMs). PYR was found to be stable in the presence of uridine 5'-diphospho-glucuronic acid (UDPGA)-supplemented HLMs or RLMs. On the other hand, PYR underwent NADPH-dependent metabolism by phenobarbital-induced RLMs, as well as by HLMs from a subject receiving phenobarbital; liquid chromatograpy coupled to diode array detection and mass spectrometry (LC-DAD-MS) analysis indicated formation of at least three monoxygenated metabolites. In vitro microsomal stability experiments were also conducted on a small panel of derivatives of the experimental tubulin polymerization inhibitor 7-phenylpyrroloquinolinone (7-PPyQ). Among the studied compounds, the N-benzoyl derivatives of 7-PPyQ named MG2718 and MG2854 are of considerable interest, due to their stability in HLMs both in the absence (hydrolytic metabolism) and in the presence of NADPH (oxidative metabolism). Both compounds are currently being screened for antineoplastic activity. Further trials analyzed the liver cytosolic stability of a small panel of aromatic aldehydes including o-vanillin, an inhibitor of NFkB with significant antitumor activity [Marton et al., Anticancer Res, 36: 5743, 2016], and some of its structural analogues. The same compounds are currently being screened for antitumor activity at the Biological Research Center (BRC) of the Hungarian Academy of Sciences (Szeged), and at the Department of Pharmaceutical Sciences (DSF) of Padua University. The aim of the project is to identify o-vanillin analogues endowed with a better pharmacological profile, in terms of both anticancer efficacy and metabolic stability. The results obtained indicate a significant involvement of a murine aldehyde oxidase(s) (AOX) in the metabolism of all the studied aldehydes, and the existence of remarkable differences between human and mouse in the rate of liver cytosolic metabolism of these compounds. Finally, a collaborative project has been recently established with the Aptuit Research Center in Verona and the Molecular Modeling Section of the DSF of Padua University, to identify form-selective inhibitors of the main human sulfotransferases (SULTs) involved in drug metabolism. The studies have led to the identification of two potent inhibitors of two major hepatic SULTs, namely SULT1A1 and SULT1B1.

Caratterizzazione in vitro della biotrasformazione di nuovi potenziali farmaci per la terapia dei tumori / Di Paolo, Veronica. - (2019 May 29).

Caratterizzazione in vitro della biotrasformazione di nuovi potenziali farmaci per la terapia dei tumori

Di Paolo, Veronica
2019

Abstract

Drug metabolism studies play an important role in drug discovery and development [Foti and Dalvie, Drug Metab Dispos, 44: 1229, 2016]. A first aim of this work was to evaluate the reactivity of some nitrobenzoxadiazole (NBD) derivatives, namely the experimental antitumor agent 6-(7-nitro-2,1,3-benzoxadiazol-4-ylthio)hexanol (NBDHEX) and its analogues MC3181 and MC2753, towards the tripeptide glutathione (GSH). The obtained results showed that, differently from NBDHEX and MC3181, the benzoic acid ester of NBDHEX (MC2753), was stable in the presence of a physiological concentration of GSH [Fulci et al., J Enzyme Inhib Med Chem, 32: 240, 2017]. Subsequent experiments, aimed at assessing the stability of MC2753 to esterases, demonstrated its high susceptibility to hydrolysis catalyzed by a human liver microsomal carboxylesterase(s). Substitution of the ester group of MC2753 with an amide group gave compound MC4351, which was stable in the presence of human liver microsomes (HLMs), and quite less reactive than NBDHEX and MC3181 towards GSH. In the perspective of a possible repositioning of the antiprotozoal drug pyrimethamine (PYR) in the oncological field [Fang, Cancers (Basel), 6:494, 2014], a study was undertaken to improve the knowledge on its metabolic fate. In vitro studies were therefore conducted to investigate the possible oxidation and/or glucuronidation of PYR by HLMs or rat liver microsomes (RLMs). PYR was found to be stable in the presence of uridine 5'-diphospho-glucuronic acid (UDPGA)-supplemented HLMs or RLMs. On the other hand, PYR underwent NADPH-dependent metabolism by phenobarbital-induced RLMs, as well as by HLMs from a subject receiving phenobarbital; liquid chromatograpy coupled to diode array detection and mass spectrometry (LC-DAD-MS) analysis indicated formation of at least three monoxygenated metabolites. In vitro microsomal stability experiments were also conducted on a small panel of derivatives of the experimental tubulin polymerization inhibitor 7-phenylpyrroloquinolinone (7-PPyQ). Among the studied compounds, the N-benzoyl derivatives of 7-PPyQ named MG2718 and MG2854 are of considerable interest, due to their stability in HLMs both in the absence (hydrolytic metabolism) and in the presence of NADPH (oxidative metabolism). Both compounds are currently being screened for antineoplastic activity. Further trials analyzed the liver cytosolic stability of a small panel of aromatic aldehydes including o-vanillin, an inhibitor of NFkB with significant antitumor activity [Marton et al., Anticancer Res, 36: 5743, 2016], and some of its structural analogues. The same compounds are currently being screened for antitumor activity at the Biological Research Center (BRC) of the Hungarian Academy of Sciences (Szeged), and at the Department of Pharmaceutical Sciences (DSF) of Padua University. The aim of the project is to identify o-vanillin analogues endowed with a better pharmacological profile, in terms of both anticancer efficacy and metabolic stability. The results obtained indicate a significant involvement of a murine aldehyde oxidase(s) (AOX) in the metabolism of all the studied aldehydes, and the existence of remarkable differences between human and mouse in the rate of liver cytosolic metabolism of these compounds. Finally, a collaborative project has been recently established with the Aptuit Research Center in Verona and the Molecular Modeling Section of the DSF of Padua University, to identify form-selective inhibitors of the main human sulfotransferases (SULTs) involved in drug metabolism. The studies have led to the identification of two potent inhibitors of two major hepatic SULTs, namely SULT1A1 and SULT1B1.
29-mag-2019
La caratterizzazione della stabilità metabolica di un nuovo potenziale farmaco e l’identificazione del sistema enzimatico coinvolto nella sua biotrasformazione rivestono notevole importanza nello sviluppo di nuovi agenti terapeutici [Foti e Dalvie, Drug Metab Dispos, 44:1229, 2016]. Un primo obiettivo dell’attività svolta nell’ambito del Dottorato di Ricerca era rappresentato dalla valutazione della reattività nei confronti del tripeptide glutatione (GSH) di alcuni derivati del nitrobenzossadiazolo in fase di caratterizzazione preclinica, quali agenti antitumorali, rappresentati dall’inibitore di GSTP1-1 6-(7-nitro-2,1,3-benzossadiazol-4-iltio)esanolo (NBDHEX) e dai suoi analoghi MC3181, MC2753. I risultati ottenuti dimostrano come l’estere benzoico di NBDHEX (MC2753) presenti, a differenza di NBDHEX e MC3181, elevata stabilità in presenza di concentrazioni fisiologiche di GSH [Fulci et al., J Enzyme Inhib Med Chem, 32:240, 2017]. Successivi esperimenti, volti a valutare la stabilità di MC2753 all’azione di esterasi, hanno tuttavia dimostrato un’elevata suscettibilità del composto all’idrolisi mediata da carbossilesterasi (CES) microsomiali epatiche umane. La sostituzione della funzione esterea presente in MC2753 con una funzione ammidica ha permesso l’ottenimento di un composto (MC4351) molto promettente, in quanto dotato di stabilità all’azione di CES microsomiali e, a differenza di NBDHEX e MC3181, scarsamente reattivo vs. GSH. Alla luce di un possibile riposizionamento in ambito oncologico della pirimetamina (PYR) [Fang, Cancers (Basel), 6:494, 2014], sostanza nota per la sua attività antiprotozoaria, è stato inoltre intrapreso uno studio con l’obiettivo di ampliare le conoscenze sul suo destino metabolico. Studi di metabolismo epatico in vitro, condotti al fine di valutare la possibile glucuronidazione e/o ossidazione del farmaco in presenza di frazioni microsomiali umane e di ratto, hanno dimostrato come esso non vada incontro a glucuronidazione nelle due specie considerate. Per contro, l’incubazione di PYR con adenina dinucleotide fosfato ridotto (NADPH) e microsomi epatici di ratto, o microsomi epatici umani isolati da un soggetto trattato con fenobarbital, ha condotto alla formazione di almeno 3 prodotti di mono-ossigenazione, rilevati grazie ad analisi in cromatografia liquida accoppiata a rivelatore spettrofotometrico a serie di diodi e spettrometria di massa (LC-DAD-MS). È stato esaminato, inoltre, il metabolismo microsomiale epatico di una piccola batteria (n=6) di nuovi inibitori della polimerizzazione della tubulina, derivati del 7-fenilpirrolochinolinone (7-PPyQ). Particolarmente interessanti, in virtù della stabilità dimostrata in presenza di microsomi epatici umani sia in assenza (metabolismo idrolitico) sia in presenza di NADPH (metabolismo ossidativo), sono risultati gli N-benzoil derivati del 7-PPyQ denominati MG2718 e MG2854. Entrambi i composti sono attualmente in fase di screening per l’attività antineoplastica. Un ulteriore obiettivo dell’attività svolta nell’ambito del Dottorato di Ricerca riguardava la comparazione nelle specie uomo, ratto e topo della stabilità al metabolismo ossidativo citosolico epatico di una piccola batteria di aldeidi aromatiche, rappresentate dall’o-vanillina, un inibitore di NFkB dotato di significativa attività antitumorale [Marton et al., Anticancer Res, 36:5743, 2016] e alcuni suoi analoghi strutturali. Gli stessi composti sono in fase di screening per l’attività antineoplastica presso il Biological Research Centre (BRC) dell’Accademia delle Scienze Ungheresi di Szeged e il Dipartimento di Scienze del Farmaco dell’Università di Padova. Il progetto ha la finalità di identificare composti con attività biologica sovrapponibile o superiore all’o-vanillina e caratterizzati, al tempo stesso, da più elevata stabilità metabolica. I risultati sino ad ora ottenuti indicano un significativo coinvolgimento di aldeidi ossidasi (AOX) murine nel metabolismo citosolico di tutte le aldeidi aromatiche studiate e l’esistenza di profonde differenze interspecie tra l’uomo e il topo nel metabolismo di questi composti. Infine, in collaborazione con il Centro Ricerche Aptuit di Verona e la Molecular Modeling Section del DSF dell’Università di Padova è stato avviato un progetto con l’obiettivo di identificare inibitori selettivi di solfotrasferasi (SULT) umane che consentano l’esecuzione di studi di fenotipizzazione di reazione. Ad oggi, infatti non vi è la disponibilità di un panel completo di inibitori selettivi verso singole SULT. Gli studi sino ad ora condotti hanno portato all’identificazione di due potenti inibitori delle principali SULT epatiche coinvolte nel metabolismo degli xenobiotici ossia SULT1A1 e SULT1B1
Biotrasformazione, xenobiotici, drug metabolism
Caratterizzazione in vitro della biotrasformazione di nuovi potenziali farmaci per la terapia dei tumori / Di Paolo, Veronica. - (2019 May 29).
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