Nous antagonistes del receptor NMDA pel tractament de la malaltia d’Alzheimer. Caracterització farmacològica in vivo

Abstract

Actualment, el tractament de la malaltia d’Alzheimer (MA) és una necessitat mèdica no coberta, ja que només existeixen tres grups de fàrmacs aprovats que no són suficientment eficaços pel control de la malaltia. La naturalesa complexa de la fisiopatologia de la MA i la manca de biomarcadors són els principals obstacles per al desenvolupament de nous fàrmacs pel tractament de la MA. Tenint en compte l’alta taxa de fracàs, l’optimització dels fàrmacs ja en el mercat representa una eina interessant ja que es reduirien els costos en comparació amb l’assaig de nous compostos dirigits a noves dianes.

La memantina, un antagonista dels receptors N-metil-D-aspartat (NMDA), ha demostrat beneficis clínics en relació tant en aspectes cognitius i no cognitius, com en vies moleculars implicades en el procés neurodegeneratiu. Malgrat tot, la seva efectivitat és limitada. Per aquest motiu, aquesta tesi doctoral s’ha centrat en caracteritzar farmacològicament en models in vivo dos nous compostos anàlegs a la memantina (l’RL-208 i l’UB-ALT-EV) que s’han desenvolupat amb l’objectiu de millorar l’eficàcia terapèutica de la memantina. Durant la tesi doctoral, es van dur a terme estudis cognitius i de comportament en el nematode C.elegans, en un model de ratolí amb senescència accelerada (SAMP8) i en un model de ratolí transgènic de la MA, el 5XFAD, després del tractament amb els nous antagonistes. A més, es va avaluar molecularment vies associades a la MA per poder avaluar l’efecte modulador dels antagonistes dels receptors NMDA sobre elles.

Els resultats obtinguts en el models animals de ratolí demostren com el tractament crònic per via oral a una dosi baixa amb els nous compostos és capaç de millorar les alteracions de la memòria, així com regular les alteracions de la conducta social i el comportament de tipus ansiós. Per altra banda, el compost UB-ALT-EV va demostrar efectes positius sobre els dèficits locomotors i del comportament els cucs C.elegans causats per l’acumulació del pèptid β-amiloide. Així mateix, els antagonistes del receptor NMDA avaluats van reduir els marcadors neuropatològics típics de la MA com la formació i l’acumulació del pèptid Aβ i la fosforilació de la proteïna tau. De la mateixa manera es va demostrar l’efectivitat dels nous compostos en la modulació de vies de senyalització molecular implicades en la neurodegeneració, com la desregulació dels nivells de calci intracel·lular, l’estrès oxidatiu, el flux autofàgic i la neuroinflamació.

De manera global, els estudis duts a terme en aquesta tesi permeten demostrar l’efecte neuroprotector dels dos antagonistes del receptor NMDA a més de suggerir que l’optimització de fàrmacs aprovats suposa una estratègia de desenvolupament de nous fàrmacs que permetria l’abordatge de la MA de manera més eficaç. Particularment, donada la capacitat dels nous compostos de regular no només aspectes cognitius i no cognitius sinó també vies moleculars implicades en el procés neurodegeneratiu, aquestes noves teràpies podrien acabar sent considerades com teràpies modificadores de la malaltia i no només tractaments simptomatològics.

Nowadays, the treatment of Alzheimer’s Disease (AD) is an unmet medical need, as there are only three groups of approved drugs that are not sufficiently effective for the control of the disease. The complex nature of the pathophysiology of AD and the lack of biomarkers constitute major obstacles for the development of new drugs for the treatment of AD. Given the high rate of failures, optimisation of already available drugs represents an interesting tool, as the cost would be reduced in comparison to the testing of new compounds against new targets.

Memantine, an N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonist, has shown clinical benefits regarding cognitive and non-cognitive aspects and molecular pathways involved in the neurodegenerative process. However, its efficacy is limited. Therefore, this thesis dissertation has focused on the pharmacological characterization of two new memantine-like compounds (RL-208 and UB-ALT-EV) that have been developed with the aim of improving the therapeutic efficacy of memantine. During the research, cognitive and behavioural studies have been performed in the nematode C.elegans, in a mouse model with accelerated senescence (SAMP8) and in a transgenic mouse model of MA, 5XFAD, after the treatment with the new antagonists. Furthermore, the molecular pathways associated to AD were evaluated to evaluate the modulating effect of NMDA receptor antagonists on these pathways.

The results obtained with animal mice models demonstrate that the chronic oral treatment at low doses with the new compounds is able to improve memory impairment, as well as to regulate social and anxiety-like behavioural disturbances. Moreover, the compound UB-ALT-EV showed positive effects on locomotor and behavioural deficits in C.elegans worms caused by accumulation of amyloid-β peptide. Additionally, the NMDA receptor antagonists tested reduced typical neuropathological markers of AD, such as Amyloid-β formation and accumulation and tau protein hyperphosphorylation. The efficacy of the new compounds in modulating molecular signaling pathways involved in neurodegeneration, such as dysregulation of intracellular calcium levels, oxidative stress, autophagic flux and neuroinflammation, was also demonstrated.

Overall, the studies conducted in this thesis demonstrate the neuroprotective effect of the two NMDA receptor antagonists and suggest that the optimization of approved drugs is a strategy for the development of new drugs that would address AD more effectively. In particular, given the ability of the new compounds to regulate not only cognitive and non-cognitive aspects, but also the molecular pathways involved in the neurodegenerative process, these new therapies could eventually be considered as disease-modifying therapies and not only as symptomatic treatments.