Biological assessment of novel series of Multitarget-Directed Ligands based on donepezil to be used in Alzheimer’s disease therapy

Abstract

En l’actualitat, el tractament de la malaltia d’Alzheimer es basa principalment en l’ús d’inhibidors de colinesterases, els quals, juntament amb un antagonista de receptor NMDA han estat aprovats per la FDA. Tanmateix, l’ús d’aquests fàrmacs no només ha resultat terapèuticament ineficaç, sinó que a més el benefici simptomàtic que aquests compostos produeixen és temporalment. En el context d’una malaltia multifactorial com l’Alzheimer, la recerca de nous fàrmacs capaços de produir un efecte modulador de llarga durada és urgentment necessària. Una de les aproximacions farmacològiques més acceptades recentment pel tractament de l’Alzheimer és l’ús dels lligands dirigits multidiana o MTDL. Aquests compostos multifuncionals són capaços de presentar diverses activitats farmacològiques amb la finalitat d’actuar simultàniament sobre diferents dianes terapèutiques. En aquesta tesi s’ha realitzat l’estudi i avaluació del compost ASS234 i de diverses sèries de compostos MTDL de nova síntesi derivats del donepezil com a agents potencialment actius en la teràpia d’Alzheimer. Primerament, l’estudi s’ha dirigit en la millora de la caracterització del compost ASS234, un MTDL àmpliament descrit pel nostre grup com a agent amb diverses propietats que incluen una potent capacitat inhibitòria de les activitats MAO i ChE, un efecte neuroprotector i antiagregant de la proteïna beta amiloide in vitro i in vivo i una activitat antioxidant i antiapoptòtica. S’ha dut a terme la caracterització el mecanisme i cinètica del compost ASS234 com a inhibidor de les MAO i s’ha estudiat mitjançant HPLC el seu efecte modulador en el sistema monoaminèrgic en cultius cel·lulars i per microdiàlisi i UHPLC en rates tractades amb una única dosi d’aquesta molècula. Seguidament, compostos derivats de l’ASS234, com a híbrids de donepzil i propargilamines, han estat evaluats farmacològicament com a molècules potencials per l’Alzheimer. D’entre aquests compostos, s’han identificat potents inhibidors (en rang nanomolar) duals de les MAO i colinesterases com a estructures útils per al disseny i síntesi de futurs derivats millorats. Finalment, s’ha seleccionat el compost DPH-4, d’entre una nova sèrie de compostos MTDL amb activitat quelant de metalls. Amb aquesta molècula s’han identificat múltiples propietats d’interés farmacològic en l’Alzheimer incloent una capacitat d’inhibició equimolar de les activitats MAO i ChE, un potent efecte quelant per complexar coure, ferro i zinc, una habilitat per restablir dels dèficits cognitius en rates tractades amb escopolamina, i efectes antioxidants, antiagregants de proteïna beta amiloide i antiinflamatoris in vitro. En general, els resultats d’aquesta tesi reafirmen els potencials beneficis en l’ús farmacològic dels MTDLs en la teràpia d’Alzheimer, i proposen la molècula DPH-4 com a lead d’especial interés pel seu ús contra aquest transtorn neurològic.

The current treatment of Alzheimer’s disease is essentially based on the use of cholinesterase inhibitors that together with a NMDA receptor antagonist have been approved by the FDA. Nevertheless, the use of these drugs in therapy has been reported ineffective accompanied with temporary sympomatic benefits. In the context of a multifactorial disorder such as Alzheimer’s disease, the search for new pharamacological approaches able to produce real long-term modulator effects is urgently encouraged. A well-accepted recent pharmacological approach for the treatment of Alzheimer’s disease is the so-called Multi-target directed ligards or MTDLs, as multifunctional compounds exhibiting multiple pharmacological activites to simultaneously interact with several therapeutic targets. In this thesis, the study and evaluation of compound ASS234 and other series of novel donepezil-derived MTDLs has been carried out as potentially active ligands for use in Alzheimer’s disease. First, a study focused on the improvement of the biochemical characterisation of compound ASS234 has been undertaken. This widely described MTDL by our group is a molecule bearing multiple properties including potent dual MAO and ChE inhibition, neuroprotective and anti-Aβ aggregating effect in vivo and in vitro and antioxidant and anti-apoptotic capacities. With ASS234, the mechanism and kinetics as MAO inhibitor was studied and its modulator effect on the monoaminergic system in both cell culture by HPLC and in vivo by microdialysis and UHPC was also assessed. Subsequently, novel ASS234-derived compounds as donepezil and propargylamine hybrids, were pharmacologically evaluated as potential drugs for potential use in Alzheimer’s disease therapy. Among the tested compunds, some potent dual MAO/ChE inhibitors were identified (nanomolar range) as scaffolds for further design a synthesis of new derivatives. Finally, compound DPH-4 was selected among a new series of MTDLs with metal-chelating properties. Multiple interesting activites were identified with this molecule for use in Alzheimer’s disease including a moderate equimolar capacity to dually inhibiting MAO/ChE activities, an ability to complex metals copper, iron and zinc, an effect to restore the cognitive deficits in scopolamine-treated rats and antioxidant, anti-Aβ aggreganting and anti-inflammatory properties in vitro. Overall, the results obtained in this thesis reinforce the potential pharmacological benefits of MTDLs for use in Alzheimer’s disease and suggest molecule DPH-4 as a lead compound for the treatment of this neurologic disorder.