Applications of Flow Chemistry Methods and Computer-Aided Approaches to Expedite the Development of HBV Inhibitors

Abstract

L’hepatitis B és una infecció hepàtica greu, i la principal causa de càncer de fetge, causada pel virus de l’hepatitis B (VHB). Tot i que hi ha disponible una vacuna profilàctica, l’hepatitis B continua sent un problema de salut greu. Actualment, les teràpies antivirals aprovades per la FDA es limiten a Interferons de tipus 1 i anàlegs de nucleòs(t)id que redueixen els nivells d’antigen del VHB. En els darrers anys, s’ha identificat una nova classe de compostos anomenats moduladors d’assemblatge de la càpside (CAM) com a agent antiviral, que mostren el potencial d’eliminar eficientment l’ADN del VHB de les cèl·lules hepàtiques infectades. L’objectiu d’aquesta tesi doctoral és el desenvolupament de metodologies innovadores, en fluix continu i impulsades computacionalment, per accelerar el descobriment de nous inhibidors del VHB dins del projecte VIRO-FLOW. Aquests nous processos van facilitar l’obtenció de components d’interès en el desenvolupament d’un nou quimiotip de compostos CAM. A més, també s’ha desenvolupat una ruta eficient per sintetitzar [1,2,4]triazolo-[1,5-a]-piridina-2-carboxamides en flux continuo. S'ha avaluat les limitacions de la reacció i s’ha proporcionat un mecanisme de la reacció mitjançant càlculs DFT. A més, s’han dissenyat i optimitzat rutes sintètiques que combinen processos batch i flux continu per obtenir una nova quimioteca. Mitjançant un estudi de la relació estructura-activitat,

La hepatitis B es una infección hepática grave, y la principal causa de cáncer de hígado, causada por el virus de la hepatitis B (VHB). Aunque se dispone de una vacuna profiláctica, la hepatitis B sigue siendo un problema de salud grave. Actualmente, las terapias antivirales aprobadas por la FDA se limitan a Interferones de tipo 1 y análogos de nucleós(t)idos que reducen los niveles de antígeno del VHB. Recientemente, se ha identificado una nueva clase de compuestos denominados moduladores de ensamblaje de la cápside (CAM) como agente antiviral, que muestra el potencial de eliminar eficazmente el ADN del VHB de las células hepáticas infectadas. El objetivo de esta tesis doctoral es el desarrollo de metodologías novedosas, en flujo continuo y computacionalmente impulsadas, para acelerar el descubrimiento de nuevos inhibidores del VHB dentro del proyecto VIRO-FLOW. Estos nuevos procesos facilitaron la obtención de componentes de interés en el desarrollo de un nuevo quimiotipo de compuestos CAM. Además, también se ha desarrollado una ruta eficaz para sintetizar [1,2,4]triazolo- [1,5-a]-piridina-2-carboxamidas en flujo continuo. Se evaluaron las limitaciones de la reacción y se ha proporcionado una mecanismo de la reacción mediante cálculos DFT. Además, se diseñaron y optimizaron rutas sintéticas que combinan procesos batch y flujo continuo para obtener una nueva quimioteca. Mediante un estudio de la relación estructura-actividad y se identificaron dos compuestos lead. Por otro lado, se creó un método de cribado virtual que combina modelos de farmacóforos y el acoplamiento molecular para priorizar la síntesis de nuevos compuestos, dando como resultado nuevos análogos con mayor actividad que el lead inicial. Finalmente, se utilizó una combinación de dinámica molecular y modelos de farmacóforos para realizar un gran cribado virtual. El método condujo a la selección de treinta moléculas con una excelente relación con fármacos antivirales que serán posteriormente evaluados.

Hepatitis B is a serious liver infection and the primary cause of liver cancer caused by Hepatitis B Virus (HBV). Even though a prophylactic vaccine is available, Hepatitis B remains as a serious health issue. Currently, FDA-approved antiviral therapies are limited to type 1 interferons and nucleos(t)ide analogues which reduce HBV antigen levels. In recent years, a new class of compounds named capsid assembly modulators (CAMs) have been identified as antiviral agent, showing the potential to efficiently eliminate HBV DNA from infected liver cells. This doctoral thesis objective are the development of novel methodologies, in continuous flow and computationally driven, that will support and accelerate the discovery of new HBV inhibitors within the VIRO-FLOW project. These new processes facilitated the obtention of several building blocks of interest in the development of a new HBV CAMs chemotype. Furthermore, an efficient route for the synthesis of 1,2,4-triazolo-[1,5-a]-pyridine-2-carboxylate in continuous flow has been also developed. The limitations of the reaction were assessed, and an acute mechanistic understanding of the reaction process was afforded by DFT calculations. Moreover diversity-oriented synthetic routes combining batch and flow processes were designed and optimized to obtain a focused library of a new compound series. A structure-activity relationship study was conducted, and two compounds were identified as potential lead. On another hand, a virtual screening workflow combining pharmacophore modelling and molecular docking was created to prioritize the synthesis of new analogues in compound series under development, resulting in new analogues with higher activity than the initial lead. Finally, a combination of molecular dynamics and pharmacophore modelling was used to conduct a large virtual screening (ca. 65 million compounds). The method led to the selection of thirty molecules with excellent antiviral drug-likeness to be further evaluated.