Synteza, struktura i właściwości antyproliferacyjne in vitro

Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Analityki Medycznej
Katedra i Zakład Technologii Leków
Rozprawa doktorska
Streszczenie
Synteza, struktura i właściwości antyproliferacyjne in vitro
pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny.
mgr inż. Anna Nowicka
Promotor: prof. dr hab. Wanda Paulina Nawrocka
Promotor pomocniczy: dr inż. Anna Wójcicka
Wrocław, 2015
Prace nad poszukiwaniem nowych leków, często z wykorzystaniem chemii
kombinatorycznej czy komputerowego modelowania cząstek, polegają na:

modyfikacji chemicznej struktury, już stosowanych środków leczniczych, która ma na
celu poprawę ich właściwości fizykochemicznych oraz farmakokinetycznych, często
odkrywa się też ich nowe właściwości lecznicze;

poszukiwaniu w nowych grupach chemicznych związków;

poszukiwaniu mechanizmów fizjologicznych, w które mogłyby ingerować potencjalne
leki.
2-Amino-1H-benzimidazol
jest
strukturą
wiodącą
dla
ponad
30
leków,
zarejestrowanych również w Polsce, wykazujących różną aktywność farmakologiczną m.in.
przeciwrobaczą,
przeciwgrzybiczą,
przeciwnowotworową,
przeciwwirusową
czy
przeciwhistaminową. W strukturze 2-amino-1H-benzimidazolu zawarte jest ugrupowanie
guanidynowe. Jego obecność stwarza możliwości syntezy podstawionych lub policyklicznych
pochodnych, a także koordynacyjnych połączeń z metalami. Większość stosowanych leków
ma budowę podstawionych pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu. Pochodne 2-amino-1Hbenzimidazolu znalazły także zastosowanie pozamedyczne jako substancje antykorozyjne czy
grzybobójcze środki ochrony roślin.
Obecność układu 2-amino-1H-benzimidazolu stwierdzono także w alkaloidach m.in.
Agelirefynie, Benzosceptrynie i Nagleamidach, wyizolowanych z morskich gąbek z rodzaju
Agelas, występujących w morzu Karaibskim. Alkaloidy te wykazują właściwości
przeciwbakteryjne i są skuteczne, co jest bardzo istotne, w usuwaniu biofilmu Pseudomonas
aeruginosa. Otrzymano je również na drodze totalnej syntezy.
Z kolei układ imidazo[4,5-b]pirydyny występuje w kilku stosowanych lekach
o działaniu
przeciwwrzodowym,
przeciwalergicznym,
kardiostymulującym.
Pochodne
imidazo[4,5-b]pirydyny, podstawione lub policykliczne, wykazują różnorodną aktywność
biologiczną:
przeciwwrzodową,
przeciwnowotworową,
antyneurodegeneracyjną,
hipotensyjną, przeciwbakteryjną i przeciwgruźliczą, przeciwzapalną oraz przeciwbólową.
Celem mojej rozprawy doktorskiej była synteza nowych pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny, ustalenie ich struktury i badania antyproliferacyjne
in vitro.
Testy na aktywność cytotoksyczną otrzymanych związków zostały wykonane
w Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu.
Podstawą mojej rozprawy doktorskiej jest trzynaście prac opublikowanych
w prestiżowych, recenzowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym*.
2
Część teoretyczną stanowi dziesięć prac przeglądowych, opublikowanych w latach
2012-2014 w Wiadomościach Chemicznych. Prace przygotowano na podstawie przeglądu
ponad 300 pozycji najnowszego piśmiennictwa chemii medycznej.
Z ogromnej liczby publikacji dotyczących tej tematyki wybrano najbardziej
reprezentatywne prace i uporządkowano wiedzę na temat syntezy: leków, związków
aktywnych biologicznie - pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny.
1. A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy wybranych leków pochodnych 2-amino-1Hbenzimidazolu. Wiad. Chem. 2013, 67, 695-714.
2. W.P. Nawrocka, A. Nowicka, H. Liszkiewicz: Aktywność biologiczna pochodnych 2amino-1H-benzimidazolu. Część I. Wiad. Chem. 2012, 66, 811-838.
3. W.P. Nawrocka, A. Nowicka, H. Liszkiewicz: Aktywność biologiczna pochodnych 2amino-1H-benzimidazolu. Część II. Wiad. Chem. 2012, 66, 839-865.
4. A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy wybranych, nowych pochodnych 2-amino-1Hbenzimidazolu i ich mechanizmy działania biologicznego. Wiad. Chem. 2013, 67,
203-225.
5. W.P. Nawrocka, A. Nowicka: Wybrane metody syntezy 2-amino-1H-benzimidazolu.
Wiad. Chem. 2013, 67, 715-732.
6. H. Liszkiewicz, A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy, struktury i aktywność
biologiczna pochodnych imidazo[4,5-b]pirydyny. Część 1. Wiad. Chem. 2012, 66,
1071-1096.
7. H. Liszkiewicz, A. Nowicka, W.P. Nawrocka: Syntezy, struktury i aktywność
biologiczna pochodnych imidazo[4,5-b]pirydyny. Część 2. Wiad. Chem. 2013, 67,
227-250.
8. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka: Zasady Schiffa - wybrane syntezy,
reakcje i aktywność biologiczna. Wiad. Chem. 2014 T.68 nr 3-4; s.187-209.
9. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka: Syntezy wybranych zasad Mannicha o
aktywności przeciwbakteryjnej i przeciwgrzybiczej in vitro. Wiad. Chem. 2014, 68,
161-186.
10. W.P. Nawrocka, A. Nowicka: Syntezy i aktywność biologiczna wybranych zasad
Mannicha. Wiad. Chem. 2014, 68, 981-1008.
3
Prace [1-5] dotyczą syntezy stosowanych leków i pochodnych 2-amino-1Hbenzimidazolu oraz ich właściwości biologicznych. Syntezy, struktury i aktywność
biologiczna wybranych pochodnych imidazo[4,5-b]pirydyny zostały zaprezentowane
w pracach [6,7].W pracach [8-10] przedstawiono wybrane metody syntezy i aktywność
biologiczną zasad Schiffa i Mannicha, pochodnych różnych układów heterocyklicznych.
Zasady Schiffa i Mannicha stanowią użyteczne farmokofory stosowane w syntezie
nowych związków, wykazujących działanie biologiczne.
Zasady Schiffa były dogodnymi substratami do syntezy pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu i imidazo[4,5-b]pirydyny. W następnych etapach poddano je modyfikacjom
chemicznym m.in. reakcjom z wybranymi nitrylami z aktywną grupą metylenową czy
kondensacjom Mannicha. Jest to zgodne z nową tendencją w projektowaniu leków, w której
istotą jest łączenie w jedną cząsteczkę, dwóch lub większej liczby farmakoforów, o określonej
aktywności biologicznej.
Wykonane
syntezy,
struktury
otrzymanych
związków
i
wyniki
badań
antyproliferacyjnych in vitro zawarto w trzech pracach doświadczalnych [11-13], które
stanowią
badania
własne.
Opublikowane
prace
zostały
zakończone
wnioskami
i podsumowaniem. Wyniki badań były również prezentowane na konferencjach chemii
medycznej [1-3].
Prace doświadczalne
11. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka, J. Wietrzyk, K. Kempińska, A. Dryś:
Synthesis and antiproliferative activity in vitro of new 2-aminobenzimidazole
derivatives. Reaction of 2-arylideneaminobenzimidazole with selected nitriles
containing active methylene group. Cent.Eur.J.Chem. 2014, 12, 1047-1055.
12. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka, J. Wietrzyk, J.Sadowska: Synthesis and
in vitro antiproliferative activity of novel 2-arylideneaminobenzimidazole derivatives.
Acta Polon. Pharm. – Drug Res. 2015, 72 (5), 951-963.
13. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, W.P. Nawrocka, J. Wietrzyk, A. Zubiak, W.
Kołodziejczyk: Synthesis and antiproliferative activity in vitro of new 2thioxoimidazo[4,5-b]pyridine derivatives. Acta Polon. Pharm. – Drug Res. 2015, 72
(1), 101-111.
4
Referaty zjazdowe
1. A. Nowicka, W.P. Nawrocka, H. Liszkiewicz, A. Dryś: Synthesis of new 2aminobenzimidazole derivatives. Reactions of 2-arylideneaminobenzimidazole with
selected nitriles containing active methylene group. VIII MKNOL 2012, Konferencja
Nauki o Leku 30 maja – 1czerwca 2012 Hotel OSSA Congress& SPAk/Rawy
Mazowieckiej.
2. A. Nowicka, H. Liszkiewicz, J.Pawlik, W. P. Nawrocka: Zasady Mannicha - pochodne
2-amino-1H-benzimidazolu
oraz
imidazo[4,5-b]pirydyny
o
aktywności
przeciwbakteryjnej. Szkoła Chemii Medycznej. Wrocław, 17-18 października 2013 r.;
poz.PP-15.
3. A. Nowicka, W. Nawrocka, H. Liszkiewicz, J. Wietrzyk, J. Sadowska: Synthesis and
antiproliferative activity in vitro of novel 2-arylideneaminobenzimidazole derivatives.
VI Konwersatorium Chemii Medycznej. Lublin, 18-20 września 2014; s.123-124
poz.P52.
W wyniku przeprowadzonych syntez otrzymano i określono strukturę chemiczną 73
nowych, dotychczas nieopisanych w piśmiennictwie chemicznym pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu oraz imidazo[4,5-b]pirydyny. Zsyntezowane związki mają różną budowę
chemiczną. Są to zasady Schiffa, produkty ich redukcji, zasady Mannicha, pochodne:
pirymido[1,2-a]benzimidazolu oraz kwasu α-cyjanocynamonowego. Są one również aktywne
w testach antyproliferacyjnych in vitro wobec linii komórkowych nowotworów: płuc, piersi
i białaczki. Cytotoksyczność otrzymanych pochodnych badano na liniach normalnych mysich
fibroblastów.
Najwyższą aktywność antyproliferacyjną in vitro wobec leku referencyjnego
Cisplatyny
(IC50=0.04±0.01)
wykazały:
dihydropirymido[1,2-a]benzimidazol
2-(2-bromofenyleno)-3-cyjano-4-fenylo-1,2-
(IC50=0.09±0.07),
3-cyjano-4-fenylo-2-(2,4-
dimetoksyfenylo)-1,2-dihydropirymido[1,2-a]benzimidazol (IC50=0.3±0.1) [11], 4-amino-3cyjano-2-(4-hydroksyfenyleno)-1,2-dihydropirymido[1,2-a]benzimidazol
[12],
5-bromo-3-(p-metoksybenzylidenoamino)pirydyna
(IC50=0.23±0.05)
(IC50=1.82±0.84),
1-benzylo-6-
bromo-3-morfolinometylo-2-tioksoimidazo[4,5-b]pirydyna(IC50=2.82±0.61) [13].
5
Uzyskane wyniki badań dostarczyły nowej wiedzy na temat syntezy, struktury
i aktywności antyproliferacyjnej in vitro pochodnych 2-amino-1H-benzimidazolu oraz
imidazo[4,5-b]pirydyny.
Do rozprawy dołączone są oświadczenia wszystkich współautorów publikacji,
stanowiących podstawę rozprawy, określające ich indywidualny wkład w powstanie
poszczególnych prac.
Rozprawa doktorska została wykonana i sfinansowana w ramach działalności
statutowej ST-528 (2010-2012) i ST-771 (2013-2015).
Moim miłym obowiązkiem jest złożenie serdecznych podziękowań za wykonanie:

Badań antyproliferacyjnych in vitro pani dr hab. Joannie Wietrzyk i jej zespołowi
z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu

obliczeń fizykochemicznych panom: dr Andrzejowi Drysiowi i dr Wojciechowi
Kołodziejczykowi z Katedry i Zakładu Chemii Fizycznej Uniwersytetu Medycznego
we Wrocławiu.
_____________________________
* Prace opublikowano w czasopismach znajdujących się w bazach: Chemical
Abstract, Chemistry Citation Index, Science Citation Index, Journal Citation Reports
i Scopus.
6