Design, synthesis and biological activity of ortho-substituted benzene derivatives linked to purinessix-membered homochiral heterocycles with estereospecific antiproliferative activity

Resumen

1. Importancia de la quiralidad en los fármacos Aproximadamente el 80% de los compuestos activos que las compañías farmacéuticas tienen en proyecto lanzar al mercado son quirales y se estima que esta fracción se incrementará en un futuro muy próximo. Se está imponiendo el lanzamiento al mercado de sustancias activas enantioméricamente puras con la normativa cada vez más restrictiva del organismo americano que regula a los alimentos y a los fármacos (US Food and Drug Administration, FDA). Las autoridades responsables del registro de nuevos compuestos activos exigen cada vez más la síntesis de un único enantiómero. Desde 1992 tanto la FDA americana como su análogo paralelo europeo (European Committee for Proprietary Medicinal Products) han establecido que hay que caracterizar de manera individual la acción fisiológica de cada enantiómero de todo producto farmacéutico con un centro estereogénico, y desde el año 1997 el programa ¿Un Único Isómero¿ ha permitido a las compañías farmacéuticas acortar los tiempos de registro con el llamado ¿cambio quiral¿. Además de la disminución de las dosis y la mejora de la eficacia, las extensiones de las patentes han representado también la fuerza motriz para que las compañías farmacéuticas conviertan los compuestos activos racémicos en sus formas enantioméricamente puras. Un reto importante de esta tesis es el del control estereoquímico en la síntesis de purinas alquiladas por heterociclos de seis miembros con un centro estereogénico y con actividad anticancerosa específica frente a genes apoptóticos. Los siguientes datos son contundentes: las ventas en todo el mundo de fármacos quirales en forma de un único enantiómero han seguido creciendo un 13% anual hasta alcanzar los 133.000 millones de dólares en el año 2000, de acuerdo con los datos suministrados por la firma consultora Technology Catalysts International (EE UU). De acuerdo con la tendencia observada, en el año 2010, se alcanzaron los 250.000 millones de dólares. De acuerdo con la misma firma, el 40% de los fármacos vendidos a nivel mundial durante el 2000 fueron enantiómeros puros, mientras que en 1999, el porcentaje fue un tercio del anterior. En resumen, la preparación de fármacos homoquirales representa un mercado potencial para la industria farmacéutica y un reto intelectual para la Ciencia, desde el punto de vista de metodología química y por la estéreo-especificidad que suelen mostrar los fármacos en sus interacciones con las dianas biológicas. 1.2. Nuevas investigaciones A continuación, se van a resumir brevemente las cuatro contribuciones más importantes de esta tesis doctoral: 1.2.1. Síntesis y actividad anticancerosa de (RS)-9-(2,3-dihidro-1,4-benzoxaheteroin-2-ilmetil)-9H-purinas En este apartado se describe la síntesis y la actividad anticancerosa de dos series bioisostéricas [(RS)-9-(2,3-dihidro-1,4-benzoxatiin-2-ilmetil)purinas sustituidas y (RS)-9-(2,3-dihidro-1,4-benzodioxin-2-ilmetil)purinas sustituidas]. Durante la preparación de [(RS)-9-(2,3-dihidro-1,4-benzoxatiin-2-ilmetil)purinas sustituidas, se aíslan también productos de isomerización. Formalmente, tiene lugar una migración 1,4-tio (desde el resto 2,3-dihidro-1,4-benzoxatiin-2-ilmetil para producir el esqueleto 2,3-dihidro-1,4-benzoxatiin-3-ilmetil) a través de dos participaciones de grupo vecino O-3 y S-3 (o S-4 más improbable) en el anillo de seis miembros. Los compuestos más activos presentan un valor de CI50 = 2.75 ± 0.03 y 4.87 ± 0.02. Por otra parte, la inducción de apoptosis tras tratamiento de 48 h, con dos de los compuestos sintetizados en esta tesis, se encuentra en el mismo rango {con un porcentaje de células que sufren apoptosis del 70.08% y del 76.22%}. Se ha obenido un inductor apoptótico, el más potente publicado por nuestro grupo de investigación. La inducción de la parada del ciclo celular en la fase G2/M y la de apoptosis por los tres compuestos más activos está asociada con el aumento de fosforilación del factor eIF2¿ en células cancerosas humanas de mama. 1.2.2. Síntesis y actividad anticancerosa de (R)- y (S)-9-(2,3-dihidro-1,4-benzoxaheteroin-2-ilmetil)-9H-purinas Cuando se lleva a cabo la reacción de Mitsunobu entre las formas homoquirales (R)- y la (S)-3,4-dihidro-2H-1,5-benzoxatiepina-3-ol y varias purinas con irradiación en microondas, se reproduce la regioselectividad observada cuando se parte del alcohol secundario 3,4-dihidro-2H-1,5-benzoxatiepina-3-ol racémico y además, los productos de contracción de anillo se obtienen con excelentes enantioespecificidades, de la misma forma que se obtienen a partir del alcohol secundario. 1.2.3. Síntesis, caracterización química inequívoca y estudio de la reactividad de 2,3,4,5-tetrahidro-1,5-benzoxazepinas-3-ol La Ciencia debe construirse sobre lo que otros investigadores han descubierto previamente, por lo que una investigación previa imprecisa, puede retrasar y entorpecer otros trabajos. Nuestra intención es la de ayudar a los investigadores que trabajan en el campo de los 1,4-diheterociclos de seis y de siete miembros, habiendo establecido de una manera clara y concluyente las diferencias espectroscópicas de estos dos sistemas bicíclicos. Creemos que la aclaración de la confusión estructural publicada en dos artículos y en una patente, podrá evitar la proliferación de los errores científicos y en consecuencia, evitará el efecto dominó negativo debido a la rapidez con que se divulga la información, incluida la científica, en nuestros días. Los compuestos obtenidos pueden servir como sintones para el desarrollo de nuevos prototipos biológicamente activos. Aunque los anillos de seis miembros son más estables que los correspondientes ciclo-homólogos superiores de siete miembros y en general, su formación se favorece cuando se dan ambas posibilidades estructurales, el uso de técnicas de resonancia magnética nuclear mono- y bi-dimensionales, ha aclarado de manera unívoca que lo que está publicado en la bibliografía científica (incluyendo una patente) 1.2.4. Alquilación estereoespecífica de adeninas sustituidas por medio de la reacción de Mitsunobu bajo condiciones asistidas por microondas La purina es una estructura privilegiada. La importancia biológica y la incidencia de este heterociclo en la naturaleza convierten a este sistema bicíclico en un objetivo atractivo desde el punto de vista de modificación química. Entre las purinas destaca la adenina frente a la amplia variedad de purinas, entre otras cosas, como componente fundamental tanto del ADN como del ARN. En este apartado se describe un novedoso y eficaz método sintético por reacción entre varias aminopurinas alquiladas [6-(N,N-dimetil)-, 2-cloro-6-(N-metil)-, y 6-(N-metil)-adeninas)] y los alcoholes secundarios aquiral y quiral 3,4-dihidro-2H-1,5-benzoxatiepin-3-ol por medio de la reacción de Mitsunobu bajo microondas. En este caso se confirma que el átomo de azufre del anillo de siete miembros ejerce un notable efecto de participación de grupo vecino en su reacción con varias aminopurinas, produciéndose una inversión SN2 completa en el centro estereogénico, tras la correspondiente contracción del anillo. A título de ejemplo, el Esquema 1 muestra una de las reacciones estudiadas. La alquilación de las purinas da lugar, generalmente, a la formación de N-9¿ y de N-7¿ alquilpurinas, resultando ser generalmente el producto N-9¿ el producto mayoritario. Frente a los regioisómeros anteriores, los derivados N-3¿ de las purinas se conocen muy poco, especialmente cuando un resto quiral se encuentra unido al anillo de purina, y estas sub-estructuras pueden conducir a inhibidores específicos de objetivos biológicos conocidos y/o preparar el terreno hacia nuevos inhibidores o antagonistas de objetivos que todavía no se han descubierto. 1.2.5. Compuestos selectivos frente a células madre cancerosas El hallazgo de células madre cancerosas podría conducir a un cambio radical en el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad. Las investigaciones llevadas a cabo en ratones confirman la larga y controvertida hipótesis de que el desarrollo de los tumores está dirigido por estas células. Los tratamientos de cáncer disponibles actualmente, a menudo, logran reducir con éxito el tamaño de un tumor, pero muchos pacientes sufren una recaída y el tumor vuelve a crecer. Se piensa que esto ocurre porque las terapias no logran erradicar una pequeña proporción de células -las células madre- que son las encargadas de dirigir el desarrollo del tumor. En pruebas con ratones, la salinomicina elimina las células madre del cáncer de mama de manera mucho más eficaz que algunos fármacos ya existentes y además, desacelera el crecimiento del tumor. Disponemos de tres compuestos que, in vitro, presentan una actividad análoga al compuesto de referencia. Sin embargo, por razones de patentabilidad no se dará ningún tipo de información estructural de esta última familia de compuestos. En la síntesis de los compuestos objetivo, se hace necesario la protección de determinados grupos funcionales para evitar reacciones de transposición, que serán oportunamente publicadas, una vez que los compuestos estén protegidos intelectualmente.