Oligoescuaramidas cíclicas: síntesis y actividad biológica

Abstract

En esta Tesis Doctoral, titulada “Oligoescuaramidas cíclicas: síntesis y actividad biológica”, se recoge la síntesis de diferentes derivados escuaramídicos con aplicaciones biológicas. La Tesis se divide en cuatro capítulos. El primer capítulo es una introducción y los tres capítulos restantes recogen los resultados obtenidos siguiendo el flujo de trabajo temporal, ya que los objetivos de cada capítulo derivan de los resultados del capítulo anterior. El primer capítulo es una introducción donde se describe la unidad escuaramida y las aplicaciones biológicas de algunos compuestos que incluyen esta estructura. En el segundo capítulo se presenta la síntesis de oligoescuaramidas cíclicas con diferentes modificaciones estructurales. Una vez resuelta la síntesis y elucidación estructural, se ha estudiado su actividad antitumoral comparando los resultados con los obtenidos en un estudio previo. Las nuevas oligoescuaramidas cíclicas sintetizadas presentan una actividad tumoral similar o inferior que aquellas estudiadas previamente. En este capítulo se detallan además las diferentes alternativas sintéticas que se han seguido para hacer frente a los inconvenientes que se han ido presentando durante las etapas de elongación y macrociclación. En el tercer capítulo se describe la síntesis de tres sondas fluorescentes con la finalidad de seguir la evolución temporal y la localización intracelular de las oligoescuaramidas una vez realizado el tratamiento. El estudio se ha realizado utilizando la oligoescuaramida cíclica de menor tamaño debido a su baja citotoxicidad. En total se han preparado tres sondas que se diferencian en el fluoróforo utilizado y en el método de conjugación. Los mejores resultados se han obtenido con una sonda que incluye un derivado de BODIPY como marcador fluorescente. Esta sonda se internaliza mediante transporte activo y es fotoestable. La facilidad de internalización celular se ha explicado en base a la afinidad observada entre la oligoescuaramida cíclica y moléculas fosforiladas presentes en la membrana celular y en el citoplasma. Para apoyar esta hipótesis, se describen los estudios realizados mediante ITC para determinar la afinidad entre una oligoescuaramida cíclica cuaternizada y modelos de algunas biomoléculas relevantes tales como: manosa 6-fosfato, fosfocolina, etc. Los conjugados covalentes de oligoescuaramidas cíclicas pueden facilitar el transporte de fármacos. Por esto y contando con las evidencias de la internalización celular, se ha planteado su utilización futura como transportadores autoinmolativos. Así pues, el cuarto capítulo se ha dedicado al diseño, síntesis y evaluación de un sistema autoinmolativo compuesto por una unidad escuaramida y un modelo de "carga", en este caso un fluoróforo. Después de diversos intentos se ha conseguido optimizar un sistema basado en el uso de grupos disulfuro como gatillo. El sistema desarrollado libera la totalidad de la “carga” en condiciones fisiológicas propias de un entorno intracelular en un periodo de dos horas. De este modo se abre la posibilidad de funcionalizar uno de sus extremos con oligoescuaramidas cíclicas u otros transportadores, activando la liberación de la “carga” únicamente en el interior celular y separando de esta manera el transportador de la "carga".

A aquesta Tesi Doctoral, titulada “Oligoesquaramides cícliques: síntesis i activitat biològica”, es recull la síntesis de diferents derivats esquaramídics amb aplicacions biològiques. La Tesi es divideix en quatre capítols. El primer capítol és una introducció i els tres capítols restants recullen els resultats obtinguts seguint un flux de treball temporal, ja que els objectius de cada capítol deriven dels resultats del capítol anterior. El primer capítol és una introducció on es descriu la unitat esquaramida i les aplicacions biològiques d’alguns composts que inclouen aquesta estructura. Al segon capítol es presenta la síntesis d’oligoesquaramides cícliques amb diferents modificacions estructurals. Una vegada resolta la síntesis i elucidació estructural, s’ha estudiat la seva activitat antitumoral comparant els resultats amb els obtinguts a un estudi previ. Les noves oligoesquaramides cícliques sintetitzades tenen una activitat tumoral similar o inferior que aquelles estudiades prèviament. En aquest capítol es detallen a més les diferents alternatives sintètiques que s’han seguit per fer front als inconvenients que s’han anat presentant durant les etapes d’elongació i macrociclación. Al tercer capítol es descriu la síntesis de sondes fluorescent amb la finalitat de seguir l’evolució temporal i la localització intracel•lular de les oligoesquaramides una vegada realitzat el tractament. L’estudi s’ha realitzat emprant l’oligoesquaramida cíclica més petita degut a la seva baixa citotoxicitat. En total s’han preparat tres sondes fluorescent que es diferencien al fluoròfor emprat i al mètode de conjugació. Els millors resultats s’han obtingut amb una sonda que inclou un derivat de BODIPY com a marcador fluorescent. Aquesta sonda s’internalitza mitjançant transport actiu i es fotoestable. La facilitat d’internalització cel•lular s’ha explicat en base a l’afinitat observada entre l’oligoesquaramida cíclica i molècules fosforilades presents a la membrana cel•lular i al citoplasma. Per suportar aquesta hipòtesis, es descriuen els estudis realitzats amb ITC per determinar l’afinitat entre una oligoesquaramida cíclica quaternitzada i models d’algunes biomolècules rellevants tals com: manosa 6-fosfat, fosfocolina, etc. Els conjugats covalents d’oligoesquaramides cícliques poden facilitar el transport de fàrmacs. Per aquest motiu i amb les evidències de la internalització cel•lular, s’ha plantejat la seva utilització futura com a transportadors autoimmolatius. Així doncs, el quart capítol s’ha dedicat al disseny, síntesis i avaluació d’un sistema autoimmolatiu format per una unitat esquaramida i un model de “càrrega”, en aquest cas un fluoròfor. Després de diversos intents s’ha aconseguit optimitzar un sistema basat en l’ús de grups disulfur com a gallet. El sistema desenvolupat allibera la totalitat de la “càrrega” en condicions fisiològiques pròpies d’un entorn intracel•lular en un període de dues hores. D’aquesta forma s’obre la possibilitat de funcionalizar un dels seus extrems amb oligoesquaramides cícliques o altres transportadors, activant l’alliberació de la “càrrega” únicament a l’interior cel•lular i separant d’aquesta forma el transportador de la “càrrega”.

This Doctoral thesis, entitled “Cyclic oligosquaramides: synthesis and biological activity”, describes the synthesis of different squaramidic derivatives with biological applications. The Thesis is divided in four chapters. Chapter 1 is an introduction and the remaining chapters compile the results obtained. They are organized following the temporal workflow. Thus, the objectives of every chapter arise from the results of the previous one. Chapter 1 describes the squaramide unit properties and the biological applications of some compounds with this structure. Chapter 2 presents the synthesis of cyclic oligosquaramides with different structural modifications. Once solved the synthesis and structural elucidation, their antitumor activity has been evaluated, comparing the results with those obtained in a previous assay. The new synthetized cyclic oligosquaramides have similar or lower antitumoral activity that those studied before. In this chapter are also included the different synthetic strategies followed in order to overcome the drawbacks arisen during the elongation and macrocyclization stages. Chapter 3 reports the synthesis of cyclic oligosquaramides fluorescent probes with the aim to investigate the cell permeabilization process and the inner cell localization of these compounds once the treatment is done. The study has been done with the smallest cyclic oligosquaramide due to its low cytotoxicity. Altogether, three fluorescent probes have been prepared, differing in the fluorophore used and the conjugation procedure. Best results have been achieved with a probe containing a BODIPY derivative as a fluorescent marker. This probe is internalized by active transport, has a great photostability and remains located at late endosomes within the cell. The easily achieved cell internalization has been explained with the affinity observed between the cyclic oligosquaramide and phosphorylated molecules found in cell membranes and in the cytoplasm. To support this hypothesis, this chapter includes the experiments done with ITC in order to determine the affinity between a cyclic quaternized oligosquaramide and models from some relevant biomolecules as: mannose 6-phosphate, phosphocholine, etc. The covalent conjugates with cyclic oligosquaramides are able to facilitate drugs transportation. Because of this, and with the evidence of the observed cell internalization, their utilization as autoimmolative carriers has been proposed. So, Chapter 4 describes the design, synthesis and evaluation of an autoimmolative system consisting in a squaramide unit and a load, in this case a fluorophore. After some attempts, the system has been optimized using a disulfide bond as the trigger. The developed autoimmolative system releases the entire load in physiological conditions after two hours.