Разработка новых фармакологических агентов для терапии нейродегенеративных заболеваний

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-13-20085

НазваниеРазработка новых фармакологических агентов для терапии нейродегенеративных заболеваний

Руководитель Корсаков Михаил Константинович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского" , Ярославская обл

Конкурс №66 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности

Ключевые слова Моноаминооксидаза, первичные сульфонамиды, ингибиторы моноаминооксидазы, нейродегенеративные заболевания, болезнь Паркинсона, сульфохлорирование, конвергентный синтез.

Код ГРНТИ31.21.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Открытие сульфониламидных препаратов является одним из самых известных и успешных решений фармакологии XX века. В настоящий момент в клинической практике применяется несколько десятков препаратов самой различной терапевтической направленности, содержащих сульфонамидные производные. К ним, безусловно, относится широкий ряд противомикробных агентов (стрептоцид), противовоспалительные препараты группы коксибов (виокс, бекстра, целекоксиб), диуретики (диурексан, хлорталидон, эзибрекс), препараты для снижения внутриглазного давления (бринзоламид) и цитостатики (пазопаниб). Целый ряд препаратов, содержащих в своей структуре первичный сульфонамидный фармакофор проходит в настоящий момент 1-2 фазу клинических испытаний: противоопухолевый препарат индисулан, противорвотное средство левосульпирид, препараты next in class группы коксибов (симикоксиб, анрикоксиб). Однако, до настоящего момента в литературе не было найдено информации об успешном применении первичных сульфонамидов в лечении нейродегенеративных расстройств и депрессии, традиционными средствами для лечения которых являются ингибиторы моноаминооксидазы. Разработка новых классов изоформ-селективных ингибиторов моноаминооксидазы - важная задача медицинской химии, которая позволит пролить свет на решение проблемы неизлечимых на сегодняшний нейрологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и паркинсонический синдром, объяснит роль ферментов МАО в развитие раковых опухолей и заболеваний эндокринной системы. Настоящий проект ставит перед собой амбиционную цель разработки нового класса высокоактивных и изоформ-селективных ингибиторов МАО на основе первичного сульфонамидного фармакофора. Данная цель будет достигнута с привлечением методов медицинской химии, фармакологии, компьютерного моделирования и современных методологий тонкого органического синтеза. В результате успешного выполнения биохимия получит новый инструмент для изучения биологических механизмов нейрорегуляции, фармакология и фарминдустрия – перспективный класс лекарственных кандидатов-ингибиторов моноаминооксидазы широкого спектра действия, а органический синтез пополнит свой арсенал новыми конвергентными методами получения сульфонамидных производных. С точки зрения органического синтеза проект направлен на развитие новых методов введения сульфамидного фрагмента в молекулы гетероциклических соединений. В настоящее время существует проблема селективного получения первичных сульфонамидных производных. Как правило, традиционные процессы введения данного фрагмента сводятся к реакциям получения соответствующих сульфохлоридов и последующего сульфамидирования. Непосредственное сульфохлорирование субстратов, активных в реакциях электрофильного замещения, характеризуется низкой региоселективностью, нетолерантностью к наличию ацидофобных функциональных групп и накладывает строгие ограничения на строение конечного продукта. В результате реализации проекта будут разработаны новые стратегии создания сульфонамидных производных, направленные на обход традиционных синтетических ограничений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Макарова Е.С., Кабанова М.В., Филимонов С.И., Чиркова Ж.В., Шетнев А.А., Супонитский К.Ю. Synthesis and properties of substituted oxo- and thioxohexahydropyrimidine-5-carboxylic acids Russian Chemical Bulletin, Vol. 71, No. 10, p. 2255–2262 (год публикации - 2022)
10.1007/s11172-022-3653-5

2. шетнев А., Котов А., Куничкина А., Байков С., Корсаков М., Петзер А., Петзер Ж.П. Monoamine oxidase inhibition properties of 2,1-benzisoxazole derivatives Molecular Diversity (год публикации - 2022)

3. Ефимова Ю.А., Шетнев А.А., Байков С.В., Петзер А., Петзер Ж.П., 3-(3,4-Dichlorophenyl)-5-(1H-indol-5-yl)-1,2,4-oxadiazole Molbank (год публикации - 2022)

Публикации

1. Хохлов А.Л., Яичков И.И., Корсаков М.К., Каграманян И.Н., Вольхин Н.Н., Петухов С.С., Зайкова В.Е. Разработка и валидация методики количественного определения моноаминовых нейромедиаторов и их метаболитов в тканях мозга крыс с помощью ВЭЖХ-МС/МС Acta Biomedica Scientifica (год публикации - 2023)

2. Петзер А., Шетнев А., Ефимова Ю., Корсаков М., Филимонов С., Петзер Ж.П. Pyridazinone-substituted Benzenesulfonamides Demonstrate Inhibition of Monoamine Oxidase Letters in Drug Design & Discovery, 2023, 20 (0), 1-8 (год публикации - 2024)
10.2174/1570180820666230321090227

3. Гасилина О.А., Романычева А.А. Шетнев А.А., Корсаков М.К. Синтез, антибактериальные и антимонооксидазные свойства 4-(2-метил-1,3-оксазол-5-ил)-бензолсульфонамида Журнал общей химии, 2023, том 93, № 11, с. 1672–1679 (год публикации - 2023)
10.31857/S0044460X23110045

4. Шетнев А.А., Ефимова Ю.А., Корсаков М.К., Петзер А, Петзер Ж.П. 4-(2-Methyloxazol-4-Yl)benzenesulfonamide Molbank, 2023, 2023120899 (год публикации - 2023)
10.20944/preprints202312.0899.v1

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
С целью создания новых селективных ингибиторов моноаминоксидазы Б были разработаны новые синтетические подходы к структурной оптимизации обнаруженных ранее соединений с ингибиторной активностью к МАО. В первую очередь интерес представляло разработка новых методов синтеза сульфонамидных производных, как новых высокоактивных лигандов для МАО-Б. Так, был предложен подход к синтезу ряда новых замещенных (хинолин-2-ил)бензолсульфонамидов с конвергентным введением сульфонамидного фрагмента в целевую структуру. Варьируя природу заместителя в 4- положении удалось получить высокоактивный селективный ингибитор МАО-Б на основе сульфонамидного производного хинолин-4-карбоновых кислоты. В рамках развития направления исследования 1,2,4-оксадиазолов был разработан новый эффективный метод N-ацил 2-(1,2,4-оксадиазол-5-ил)анилинов путем взаимодействия 2-замещенных 3,1-бензоксазинов с амидоксимами, не требующий повышенных температур и длительного времени реакции. Данный подход обладает потенциалом для введения сульфонамидного фрагмента как прямым сульфохлорированием, так и с помощью сульфонамидсодержащих прекурсоров. Разработан метод синтеза конденсированных дибензо[b,f]пиримидо[1,6-d][1,4]оксазепинов на основе ряда продуктов реакции Биджинелли - замещенных дигидропиримидинов и фталонитрилов. Для подтверждения строения полученных соединений использовали совокупность данных ИК-, ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии, а так же рентгеноструктурного анализа. Изучена ингибиторная активность синтезированных соединений по отношению к МАО-А и МАО-Б человека. Для этой цели использовали метод определения каталитической активности моноаминоксидазы путем количественного измерения скорости образования 4-гидроксихинолина из кинурамина под действием моноаминоксидазы. Концентрацию 4-гидроксихинолина измеряли методом флуоресцентной спектрофотометрии. Значения IC50 оценивали по сигмоидальным графикам зависимости скорости ферментативного катализа от концентрации ингибитора. Полученные результаты измерений дополнили знания об отношении структура-активность для ингибиторов МАО. В результате испытаний были выявлены несколько активных и высоко специфичных ингибиторов МАО-Б на основе сульфонамидных производных замещенных арилтиазолов. Фармакологическая активность 9 соединений-лидеров изучена на животных моделях нейродегенеративных заболеваний в сравнении с мощным ингибитором МАО-Б разагилином. Модель паркинсонического синдрома, вызванная введением 1-метил-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина (МФТП) является наиболее адекватной патогенезу и клинике заболевания у человека, поскольку интоксикант избирательно повреждает дофаминергические нейроны чёрной субстанции. Нейротоксичность МФТП в отношении чёрной субстанции обусловлена его превращением при помощи МАО Б в 1-метил-4-фенилпиридиний, который непосредственно оказывает нейротоксический эффект. Оценку выраженности мышечной ригидности в модели оценивали по уменьшению длины шага животных. Выраженность олигокинезии оценивали в тесте «открытое поле». Модель тремора у мышей, вызванная введением ареколина, воспроизводит дрожательную форму паркинсонического синдрома за счёт активации холинергического звена регуляции мышечного тонуса. В качестве критериев оценки выраженности паркинсонического синдрома использовали продолжительность латентного периода начала тремора в секундах, продолжительность тремора в минутах и максимальную выраженность в баллах. Модель каталепсии у крыс, вызванная галоперидолом основана на блокаде дофаминовых рецепторов головного мозга. Наиболее частым побочным эффектом галоперидола являются экстрапирамидные расстройства, что выражается в повышении тонуса скелетных мышц, а в высоких дозировках — каталепсии, патологически длительного сохранения приданной непривычной позы. В качестве критериев оценки выраженности паркинсонизма определялся процент животных в группе, у которых развилась каталепсия после введения галопиредола и длительность обездвиживания животных, у которых развилась каталепсия. В результате исследования фармакологической активности выделено 7 соединений-лидеров по совокупной активности в трех моделях. Для них определена острая токсичность на мышах при внутрижелудочном и внутрибрюшинном способах введениях. Все изученные соединения показали низкую токсичность и могут быть использованы для расширенных доклинических исследований в качестве кандидатов в противопаркинсонические препараты.

Публикации

1. Хохлов А.Л., Яичков И.И., Шетнев А.А., Панова В.А., Ефимова Ю.А., Ивановский С.А., Корсаков М.К., Вольхин Н.Н., Петухов С.С, The Identification and synthesis of metabolites of 4-(5-methyl-1,3,4-oxadiazole-2-yl)-benzenesulfonamide Research Results in Pharmacology, 10(4): 15–27 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.18413/rrpharmacology.10.498

2. Ефимова Ю., Шетнев А., Корсаков М., Петерсен Е., Петзер А., Петзер Д. Synthesis and Monoamine Oxidase Inhibition Properties of (Sulfamoylphenyl)quinoline-4-carboxylic Acids Russian Journal of General Chemistry, 94, 2593–2602 (2024) (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1134/S1070363224100049

3. Баклагин В. Л., Бухалин В. В., Смирнова Е. А., Абрамов И. Г., Филимонов С. И., Ивановский С. А., Супоницкий К. Ю. Получение конденсированных дибензо[b,f]пиримидо[1,6-d][1,4]оксазепинов на основе продуктов реакции Биджинелли Известия Академии наук. Серия химическая., том 73, № 11, с. 3352-3357 (год публикации - 2024)

4. Шетнев А., Ефимова Ю., Гасилина О., Шабалина Е., Байков С., Лифанов Д., Елена П., Михаил К., Петзер А., Петзер Д. Monoamine oxidase inhibition by thiazole derivatives substituted with the benzenesulfonamide moiety. Medicinal Chemistry Research (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1007/s00044-024-03346-5

Возможность практического использования результатов
Соединения лидеры, созданные в ходе выполнения проекта, являются перспективными кандидатами для разработки лекарственного средства для лечения болезни Паркинсона, по полученным результатам in vitro и in vivo исследований, не уступающие существующим на рынке препарата ингибиторам МАО. Планируется проведение дальнейших исследований с целью превращения их в инновационный лекарственный препарат для терапии нейродегенеративных заболеваний. Для этого необходимо проведение комплекса доклинических и клинических исследований, а так же разработка производственных технологий и методов контроля качества.