From the design to the in vivo evaluation of novel soluble epoxide hydrolase inhibitors

Abstract

Epoxieicosatrienoic acids acids (EETs) are endogenous chemical mediators derived from arachidonic acid that show anti-inflammatory, antihypertensive, analgesic, angiogenic and antiatherosclerotic effects. Soluble epoxide hydrolase (sEH) converts EETs to their corresponding dihydroxyeicosatrienoic acids, whereby the biological effects of EETs are diminished, eliminated, or altered. Therefore, it has been proposed that inhibition of sEH may have therapeutic effects in various inflammatory and pain-related diseases. A number of very potent sEH inhibitors (sEHIs) have been developed, several of them featuring an adamantane moiety that may account for the low solubility and poor pharmacokinetic profile that have hampered their progress into clinics. In this context, the present thesis has been focused on the design and synthesis of novel sEHIs replacing the adamantane moiety by adamantane-like scaffolds in order to improve their drug- like properties. First, the introduction of an oxygen atom in the adamantane nucleus of known sEHI provided a new family of 2-oxaadamantane-based inhibitors endowed with nanomolar potency and improved aqueous solubility and permeability. A screening cascade was conducted in order to biological characterize the new inhibitors and to select a candidate for the in vivo studies, which revealed that the candidate reduced inflammatory and ER stress markers and diminished the pancreatic damage in a murine model of cerulein-induced acute pancreatitis (AP). Second, the exploration of the size of the lipophilic unit of sEHIs showed that the active center of sEH is flexible and can accommodate both larger and smaller polycycles than adamantane, and that the replacement of the adamantane moiety by larger polycyclic rings led to more potent compounds than the replacement by smaller ones. Taking into account these results, the last step was the development of a new family of sEHIs bearing the benzohomoadamantane scaffold, which features in its structure the synthetically versatile homoadamantane unit fused with an aromatic ring. This new family lead to compounds endowed with excellent inhibitory activities in both human and murine sEH, improved water solubility and microsomal stability. Further in vitro profiling and pharmacokinetic studies allowed us to select different candidates for the in vivo efficacy studies. One of them significantly reduced pancreatic damage and improved the health status of the animals after the induction of AP by cerulein. On the other hand, the compound optimized for the treatment of neuropathic pain fully abolished the capsaicin-induced allodynia and outperformed other sEHI tested. Overall, a plethora of very potent sEHIs endowed with improved DMPK properties that present efficacy in several in vivo murine models have been developed in the present Thesis.

Los ácidos epoxieicosatrienoicos (EETs) son mediadores químicos endógenos derivados del ácido araquidónico que presentan efectos antiinflamatorios, antihipertensivos y analgésicos entre otros, pero son metabolizados rápidamente por la epóxido hidrolasa soluble (sEH), disminuyendo o alterando sus efectos beneficiosos. Así pues, se ha demostrado que la inhibición de la sEH estabiliza los niveles de EETs in vivo y puede tener efectos terapéuticos en diversas enfermedades que cursan con inflamación y dolor. Recientemente se han desarrollado varios inhibidores de la sEH (sEHIs) muy potentes, y muchos de ellos presentan un adamantano en su estructura, hecho que puede explicar su baja solubilidad y su inadecuado perfil farmacocinético. Por este motivo, la presente tesis doctoral se ha centrado en el diseño y síntesis de nuevos sEHIs, reemplazando el anillo de adamantano por policiclos relacionados, para mejorar las propiedades farmacocinéticas de los compuestos existentes. Primero, la introducción de un oxígeno en el núcleo de adamantano dio lugar a una nueva familia de inhibidores que presentaban mejor solubilidad y permeabilidad manteniendo la potencia inhibidora. Se llevó a cabo una cascada de cribaje para seleccionar un candidato para los estudios in vivo, en los que se demostró que reducía los marcadores de inflamación y de estrés del retículo endoplásmico y disminuía el daño pancreático en un modelo murino de pancreatitis aguda (AP). En segundo lugar, la exploración del tamaño de la unidad lipofílica de los sEHIs mostró que el centro activo del enzima es flexible y puede acomodar policiclos más grandes y más pequeños que el adamantano, siendo los más grandes los que mostraban más potencia. Finalmente, se desarrolló una nueva familia de sEHIs con el núcleo de benzohomoadamantano, dando lugar a compuestos extremadamente potentes, mejorando la solubilidad y la estabilidad microsomal de los sEHIs conocidos. Estudios adicionales nos permitieron seleccionar dos candidatos para los estudios in vivo: el primero para el tratamiento de la AP que produjo una reducción del daño pancreático y mejoró del estado de salud de los animales tratados, mientras que el segundo eliminó por completo la alodinia en un modelo predictivo de dolor neuropático. Así pues, en la presente tesis doctoral se han desarrollado diferentes familias de sEHIs muy potentes con propiedades de DMPK mejoradas y se ha demostrado su eficacia en diferentes estudios in vivo.