Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej Katedra i Zakład Technologii Leków Rozprawa doktorska Streszczenie Synteza, struktura i właściwości antyproliferacyjne in vitro pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny. mgr inż. Anna Nowicka Promotor: prof. dr hab. Wanda Paulina Nawrocka Promotor pomocniczy: dr inż. Anna Wójcicka Wrocław, 2015
Prace nad poszukiwaniem nowych leków, często z wykorzystaniem chemii kombinatorycznej czy komputerowego modelowania cząstek, polegają na: modyfikacji chemicznej struktury, już stosowanych środków leczniczych, która ma na celu poprawę ich właściwości fizykochemicznych oraz farmakokinetycznych, często odkrywa się też ich nowe właściwości lecznicze; poszukiwaniu w nowych grupach chemicznych związków; poszukiwaniu mechanizmów fizjologicznych, w które mogłyby ingerować potencjalne leki. 2-Amino-1H-benzimidazol jest strukturą wiodącą dla ponad 30 leków, zarejestrowanych również w Polsce, wykazujących różną aktywność farmakologiczną m.in. przeciwrobaczą, przeciwgrzybiczą, przeciwnowotworową, przeciwwirusową czy przeciwhistaminową. W strukturze 2-amino-1H-benzimidazolu zawarte jest ugrupowanie guanidynowe. Jego obecność stwarza możliwości syntezy podstawionych lub policyklicznych pochodnych, a także koordynacyjnych połączeń z metalami. Większość stosowanych leków ma budowę podstawionych pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu. Pochodne 2-amino-1Hbenzimidazolu znalazły także zastosowanie pozamedyczne jako substancje antykorozyjne czy grzybobójcze środki ochrony roślin. Obecność układu 2-amino-1H-benzimidazolu stwierdzono także w alkaloidach m.in. Agelirefynie, Benzosceptrynie i Nagleamidach, wyizolowanych z morskich gąbek z rodzaju Agelas, występujących w morzu Karaibskim. Alkaloidy te wykazują właściwości przeciwbakteryjne i są skuteczne, co jest bardzo istotne, w usuwaniu biofilmu Pseudomonas aeruginosa. Otrzymano je również na drodze totalnej syntezy. Z kolei układ imidazo[4,5-b]pirydyny występuje w kilku stosowanych lekach o działaniu przeciwwrzodowym, przeciwalergicznym, kardiostymulującym. Pochodne imidazo[4,5-b]pirydyny, podstawione lub policykliczne, wykazują różnorodną aktywność biologiczną: przeciwwrzodową, przeciwnowotworową, antyneurodegeneracyjną, hipotensyjną, przeciwbakteryjną i przeciwgruźliczą, przeciwzapalną oraz przeciwbólową. Celem mojej rozprawy doktorskiej była synteza nowych pochodnych 2-amino-1H- -benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny, ustalenie ich struktury i badania antyproliferacyjne in vitro. Testy na aktywność cytotoksyczną otrzymanych związków zostały wykonane w Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu. Podstawą mojej rozprawy doktorskiej jest trzynaście prac opublikowanych w prestiżowych, recenzowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym *. 2
Część teoretyczną stanowi dziesięć prac przeglądowych, opublikowanych w latach 2012-2014 w Wiadomościach Chemicznych. Prace przygotowano na podstawie przeglądu ponad 300 pozycji najnowszego piśmiennictwa chemii medycznej. Z ogromnej liczby publikacji dotyczących tej tematyki wybrano najbardziej reprezentatywne prace i uporządkowano wiedzę na temat syntezy: leków, związków aktywnych biologicznie - pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny. 1. A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy wybranych leków pochodnych 2-amino-1Hbenzimidazolu. Wiad. Chem. 2013, 67, 695-714. 2. W.P. Nawrocka, A. Nowicka, H. Liszkiewicz: Aktywność biologiczna pochodnych 2- amino-1h-benzimidazolu. Część I. Wiad. Chem. 2012, 66, 811-838. 3. W.P. Nawrocka, A. Nowicka, H. Liszkiewicz: Aktywność biologiczna pochodnych 2- amino-1h-benzimidazolu. Część II. Wiad. Chem. 2012, 66, 839-865. 4. A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy wybranych, nowych pochodnych 2-amino-1Hbenzimidazolu i ich mechanizmy działania biologicznego. Wiad. Chem. 2013, 67, 203-225. 5. W.P. Nawrocka, A. Nowicka: Wybrane metody syntezy 2-amino-1H-benzimidazolu. Wiad. Chem. 2013, 67, 715-732. 6. H. Liszkiewicz, A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy, struktury i aktywność biologiczna pochodnych imidazo[4,5-b]pirydyny. Część 1. Wiad. Chem. 2012, 66, 1071-1096. 7. H. Liszkiewicz, A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy, struktury i aktywność biologiczna pochodnych imidazo[4,5-b]pirydyny. Część 2. Wiad. Chem. 2013, 67, 227-250. 8. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka: Zasady Schiffa - wybrane syntezy, reakcje i aktywność biologiczna. Wiad. Chem. 2014 T.68 nr 3-4; s.187-209. 9. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka: Syntezy wybranych zasad Mannicha o aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej in vitro. Wiad. Chem. 2014, 68, 161-186. 10. W.P. Nawrocka, A. Nowicka: Syntezy i aktywność biologiczna wybranych zasad Mannicha. Wiad. Chem. 2014, 68, 981-1008. 3
Prace [1-5] dotyczą syntezy stosowanych leków i pochodnych 2-amino-1Hbenzimidazolu oraz ich właściwości biologicznych. Syntezy, struktury i aktywność biologiczna wybranych pochodnych imidazo[4,5-b]pirydyny zostały zaprezentowane w pracach [6,7].W pracach [8-10] przedstawiono wybrane metody syntezy i aktywność biologiczną zasad Schiffa i Mannicha, pochodnych różnych układów heterocyklicznych. Zasady Schiffa i Mannicha stanowią użyteczne farmokofory stosowane w syntezie nowych związków, wykazujących działanie biologiczne. Zasady Schiffa były dogodnymi substratami do syntezy pochodnych 2-amino-1H- -benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny. W następnych etapach poddano je modyfikacjom chemicznym m.in. reakcjom z wybranymi nitrylami z aktywną grupą metylenową czy kondensacjom Mannicha. Jest to zgodne z nową tendencją w projektowaniu leków, w której istotą jest łączenie w jedną cząsteczkę, dwóch lub większej liczby farmakoforów, o określonej aktywności biologicznej. Wykonane syntezy, struktury otrzymanych związków i wyniki badań antyproliferacyjnych in vitro zawarto w trzech pracach doświadczalnych [11-13], które stanowią badania własne. Opublikowane prace zostały zakończone wnioskami i podsumowaniem. Wyniki badań były również prezentowane na konferencjach chemii medycznej [1-3]. Prace doświadczalne 11. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka, J. Wietrzyk, K. Kempińska, A. Dryś: Synthesis and antiproliferative activity in vitro of new 2-aminobenzimidazole derivatives. Reaction of 2-arylideneaminobenzimidazole with selected nitriles containing active methylene group. Cent.Eur.J.Chem. 2014, 12, 1047-1055. 12. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka, J. Wietrzyk, J.Sadowska: Synthesis and in vitro antiproliferative activity of novel 2-arylideneaminobenzimidazole derivatives. Acta Polon. Pharm. Drug Res. 2015, 72 (5), 951-963. 13. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka, J. Wietrzyk, A. Zubiak, W. Kołodziejczyk: Synthesis and antiproliferative activity in vitro of new 2- thioxoimidazo[4,5-b]pyridine derivatives. Acta Polon. Pharm. Drug Res. 2015, 72 (1), 101-111. 4
Referaty zjazdowe 1. A. Nowicka, W.P. Nawrocka, H. Liszkiewicz, A. Dryś: Synthesis of new 2- aminobenzimidazole derivatives. Reactions of 2-arylideneaminobenzimidazole with selected nitriles containing active methylene group. VIII MKNOL 2012, Konferencja Nauki o Leku 30 maja 1czerwca 2012 Hotel OSSA Congress& SPAk/Rawy Mazowieckiej. 2. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, J.Pawlik, W. P. Nawrocka: Zasady Mannicha - pochodne 2-amino-1H-benzimidazolu oraz imidazo[4,5-b]pirydyny o aktywności przeciwbakteryjnej. Szkoła Chemii Medycznej. Wrocław, 17-18 października 2013 r.; poz.pp-15. 3. A. Nowicka, W. Nawrocka, H. Liszkiewicz, J. Wietrzyk, J. Sadowska: Synthesis and antiproliferative activity in vitro of novel 2-arylideneaminobenzimidazole derivatives. VI Konwersatorium Chemii Medycznej. Lublin, 18-20 września 2014; s.123-124 poz.p52. W wyniku przeprowadzonych syntez otrzymano i określono strukturę chemiczną 73 nowych, dotychczas nieopisanych w piśmiennictwie chemicznym pochodnych 2-amino-1H- -benzimidazolu oraz imidazo[4,5-b]pirydyny. Zsyntezowane związki mają różną budowę chemiczną. Są to zasady Schiffa, produkty ich redukcji, zasady Mannicha, pochodne: pirymido[1,2-a]benzimidazolu oraz kwasu α-cyjanocynamonowego. Są one również aktywne w testach antyproliferacyjnych in vitro wobec linii komórkowych nowotworów: płuc, piersi i białaczki. Cytotoksyczność otrzymanych pochodnych badano na liniach normalnych mysich fibroblastów. Najwyższą aktywność antyproliferacyjną in vitro wobec leku referencyjnego Cisplatyny (IC50=0.04±0.01) wykazały: 2-(2-bromofenyleno)-3-cyjano-4-fenylo-1,2- dihydropirymido[1,2-a]benzimidazol (IC50=0.09±0.07), 3-cyjano-4-fenylo-2-(2,4- dimetoksyfenylo)-1,2-dihydropirymido[1,2-a]benzimidazol (IC50=0.3±0.1) [11], 4-amino-3- cyjano-2-(4-hydroksyfenyleno)-1,2-dihydropirymido[1,2-a]benzimidazol (IC50=0.23±0.05) [12], 5-bromo-3-(p-metoksybenzylidenoamino)pirydyna (IC50=1.82±0.84), 1-benzylo-6- bromo-3-morfolinometylo-2-tioksoimidazo[4,5-b]pirydyna(ic50=2.82±0.61) [13]. 5
Uzyskane wyniki badań dostarczyły nowej wiedzy na temat syntezy, struktury i aktywności antyproliferacyjnej in vitro pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu oraz imidazo[4,5-b]pirydyny. Do rozprawy dołączone są oświadczenia wszystkich współautorów publikacji, stanowiących podstawę rozprawy, określające ich indywidualny wkład w powstanie poszczególnych prac. Rozprawa doktorska została wykonana i sfinansowana w ramach działalności statutowej ST-528 (2010-2012) i ST-771 (2013-2015). Moim miłym obowiązkiem jest złożenie serdecznych podziękowań za wykonanie: Badań antyproliferacyjnych in vitro pani dr hab. Joannie Wietrzyk i jej zespołowi z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu obliczeń fizykochemicznych panom: dr Andrzejowi Drysiowi i dr Wojciechowi Kołodziejczykowi z Katedry i Zakładu Chemii Fizycznej Uniwersytetu Medycznego we Wrocławiu. * Prace opublikowano w czasopismach znajdujących się w bazach: Chemical Abstract, Chemistry Citation Index, Science Citation Index, Journal Citation Reports i Scopus. 6