Type 1 Agents photothérapeutiques, Partie I: Préparation et études sur la viabilité des cellules cancéreuses des nouveaux sulfamides photo-solubles

Les agents photothérapeutiques sont classés selon la voie de réaction impliquée dans le processus de mort cellulaire. En général, les photosensibilisateurs fonctionnent par l’intermédiaire de deux mécanismes principaux, les photocapteurs de type 1 et de type 2,1 − 3 et 2 ont été largement utilisés pour le traitement de diverses lésions.4 − 9 Par exemple, des photosensibilisateurs commerciaux tels que Visudyne pour le traitement de la dégénérescence maculaire humide et Photofrin utilisé pour le traitement de certains types de cancers, sont des agents de type 2 à base de porphyrine. La grande majorité de la recherche actuelle est axée sur l’amélioration de l’efficacité de tels agents de type 2 à base de porphyrine. De façon surprenante, très peu d’attention a été consacrée aux agents de type 1 malgré le fait qu’il existe de nombreuses classes de composés appropriés pour le développement de tels photosensibilisateurs.Dans le procédé de type 2 (appelé thérapie photodynamique ou “ PDT ”), l’énergie du photosensibilisateur excité est transférée à l’oxygène moléculaire voisin, créant de l’oxygène singulet et des espèces réactives de l’oxygène (ROS) suivantes comme radical hydroxyle, Ce processus peut être répété en continu car une proportion substantielle du photosensibilisateur retourne à l’état fondamental sans photodégradation, mais l’appauvrissement en oxygène (hypoxie locale) induit une réponse inflammatoire qui provoque une vasodilatation et permet le transport de cellules cancéreuses vers d’autres régions entraînant des métastases tumorales.13 Cependant, le risque de métastases peut être atténué en utilisant un traitement combiné, où un agent anti-VEGF (facteur de croissance endothéliale vasculaire), tel que comme Avastin, est co-administré avec le photosensibilisateur.14 D’autre part, dans le processus de type 1, l’absorption de la lumière provoque le photosensibilisateur lui-même à subir une fragmentation de liaison pour générer des intermédiaires réactifs tels que les radicaux libres, ce qui induit la mort cellulaire. Alors que la PDT est médiée par l’oxygène singulet et nécessite de la lumière rouge pour la génération optimale d’oxygène singulet, le processus de type 1 ne nécessite pas d’oxygène pour l’activité, ni n’est limité par la longueur d’onde de la lumière. Par conséquent, les photosensibilisateurs de type 1 pourraient être utiles pour l’ablation des lésions dans des conditions hypoxiques. Dans le procédé de type 1, le photosensibilisateur subit un changement irréversible, et l’administration d’une quantité efficace d’agents de type 1 à une lésion pourrait être un facteur limitant. Cependant, l’avènement de nouveaux systèmes de délivrance de médicaments, en particulier les nombreuses variétés de nanoparticules, devrait permettre une administration efficace de ces agents avec des marges de sécurité accrues.15 Ainsi, nous avons mis en place un effort de recherche sur les agents photothérapeutiques de type 1 , nous présentons une étude préliminaire sur la synthèse et l’évaluation in vitro de composés de type 1 contenant des liaisons N161b – 14b photolabile S (# 1) .Chart 1Structures de SulfenamidesThe sulfenamides 1b, 2b, et 6b – 10b ont été préparé en une étape par la réaction du chlorure de 4-nitrobenzènesulfényle avec les arylamines 1a, 2a et 6a correspondantes 10 disponibles dans le commerce (schéma 1). Les composés 3b et 5b et 11b ont été préparés de manière similaire à partir des amines tricycliques connues correspondantes 3a – 5a et 11a – 14a.17,18 On sait que la réaction des chlorures de sulfényle avec des diarylamines génère du sulfure de diarlyle B (Schéma 1) résultant de la C-sulfénylation du cycle phényle, mais les facteurs électroniques contrôlant la distribution du produit de A et B n’ont pas été entièrement compris.19 Par exemple, les diarylamines 1a – 5a, 7a et 14a ont donné N produits sulfénylés A exclusivement, alors que 6a et 12a donnaient exclusivement les isomères C-sulfénylés. Toutes les autres amines ont donné des mélanges variables de A et B. On peut également noter que la préparation des sulfénamides sans groupe nitro ou avec un groupe donneur d’électrons sur le cycle thiophényle n’a pas réussi, ce qui est cohérent avec l’observation rapportée précédemment Pour la préparation de sulfénates.20Scheme 1All des sulfénamides généré de copieux radicaux libres lors de la photofragmentation de S – N liaison comme mis en évidence par les mesures de résonance de spin électronique (ESR). La spectroscopie ESR est une technique puissante et largement utilisée pour la détection et la caractérisation d’espèces chimiques avec des électrons non appariés (par exemple, des radicaux libres). Les spectres ESR représentatifs correspondant aux sulfénamides photolysés lb et 7b sont représentés sur la figure ​ Comme la plupart des radicaux libres ont une durée de vie courte, un agent piégeur de spin, le 5,5-diméthyl-1-pyrroline-1-oxyde (DMPO), a été utilisé pour piéger les espèces radicalaires dans les études ESR. Les adduits de spin DMPO sont des nitroxydes relativement stables avec des paramètres de spin ESR uniques et des spectres en fonction du type de radicaux libres ajoutés à l’atome de carbone en position 2 (ie, le carbone dans le DMPO.21). les composés ont généré les mêmes produits d’addition de spin DMPO (DMPO / ArS •) à désintégration rapide et dépendant de la photolyse, comme en témoignent les mêmes paramètres paramagnétiques et les mêmes caractéristiques de désintégration (Figure1a, c) .1a, c) . Les paramètres paramagnétiques de tous les DMPO / ArS • les adduits de spin sont g = 2.0052; aN = aH β = 1,32 mT. La demi-vie de désintégration (t1 / 2) de DMPO / ArS • les adduits de spin de 1b et 7b sont d’environ 10 s. D’autre part, les adduits de spin DMPO centrés sur l’azote (DMPO / Ar2N •) (Figure 1b, d) 1b, d) sont sensiblement différents parce que la partie aromatique des adduits de spin N-centrés sont différent et peut expliquer les différences dans les propriétés de mort cellulaire. Les paramètres typiques pour DMPO / Ar2N • les adduits de spin sont g = 2.0050; aN α = 1,77 mT; aH β = 1,77 mT; et aN β = 0,26 mT pour le composé lb.Des paramètres similaires sont obtenus pour les composés 7b sauf que l’on observe davantage de dissociations de protons (aH γ) en raison de la conjugaison prolongée du π system.Figure 1SR spectres des sulfénamides 1b et 7b dans le benzène avec l’agent de piégeage de spin DMPO: (a) composé 1b pendant l’exposition à la lumière, (b) composé 1b après irradiation en période d’éclairement, (c) composé 7b pendant exposition à la lumière, et (d) le composé 7b pendant la période d’extinction. … Les valeurs de aN β et aH γ les paramètres variaient légèrement entre les composés en fonction de la délocalisation de l’électron non apparié dans le composé aromatique π système. Notez que ces paramètres se réfèrent aux adduits de spin et non au radical naissant original lors de l’irradiation. Certains de ces paramètres sont similaires à ceux des valeurs rapportées.22 − 25 Nous avons en outre observé que les radicaux N-centrés forment des complexes moléculaires avec l’oxygène dans les spectres RPE des échantillons non dégazés (résultats non publiés). Le complexe oxygéné du radical centré sur l’azote peut en outre subir un transfert d’électrons pour former des radicaux anion superoxyde (O2), ce qui est préjudiciable à la survie cellulaire. La viabilité des cellules cancéreuses exposées aux sulfénamides en l’absence et en présence de lumière a été évaluée par le test standard WST-126 en utilisant des lignées cellulaires de leucémie U937. Pour les deux sulfénamides 7b et 8b les plus actifs, trois lignées cellulaires supplémentaires (HTC11, KB et HT29) ont également été utilisées. Tous les composés ont été dissous dans du DMSO à une concentration initiale d’environ 8 mM et ont été dilués avec un milieu de culture cellulaire de sorte que la quantité de DMSO exposée aux cellules était inférieure à 0,5% (64 mM). Les cellules ont été incubées avec diverses concentrations du photosensibilisateur pendant 2 h avant l’exposition à la lumière. Les conditions de contrôle correspondantes étaient (a) DMSO seulement (pas de photosensibilisateur), pas de lumière; (b) DMSO seulement (pas de photosensibilisateur) lumière; et (c) photosensibilisateur, pas de lumière (toxicité foncée). Les cellules ont été irradiées pendant 20 minutes avec une lampe UV de 100 W (modèle B-100A, UVP, Upland, CA) avec un pic de sortie à 365 nm et une bande passante d’environ 50 nm. La source de lumière n’a pas été optimisée pour chaque composé en ce qui concerne la puissance et la longueur d’onde. La puissance totale près de la surface de la plaque de microtitrage est d’environ 8 mW. La température à la surface des plaques de microtitrage a été maintenue en dessous de 37 ° C avec un refroidissement à l’air externe. La viabilité des cellules a été évaluée après 24 h après exposition à la lumière. Les valeurs de & maxi et IC50 (définies comme la concentration à laquelle on observe une diminution de 50% de la viabilité cellulaire lorsque les cellules sont exposées à la lumière et le photosensibilisateur ) sont donnés dans le tableau 1. Les maxima d’absorption pour tous les sulfénamides se situent dans l’intervalle de 305 ° 420 nm. Les sulfénamides peuvent être modifiés en fusionnant des anneaux aromatiques supplémentaires dans leurs structures pour une conjugaison prolongée afin de permettre leur activation avec la lumière visible. Tous les sulfénamides à l’exception de 6b présentaient une diminution de la viabilité cellulaire dépendante de la dose et de l’exposition à la lumière. Il convient de noter que le DMSO lui-même présente une cytotoxicité uniquement à forte concentration et à longue durée d’exposition à la lumière. En fait, la viabilité cellulaire du DMSO n’a été réduite que d’environ 15% à une concentration de 100 mM lorsqu’il a été irradié pendant 20 minutes. La concentration de DMSO dans les études de viabilité est inférieure à 64 mM. Des graphiques de réponse de viabilité de cellules exemplaires pour les sulfénamides 7b et 8b dans quatre lignées de cellules cancéreuses (HTC116, HT29, KB et U937) sont montrés sur les Figures ​ Figures 22 et ​ et33.Figure 2Phototoxicité de 7b. . Bleu, pas d’exposition à la lumière (toxicité foncée); rouge, 20 min d’exposition à la lumière (phototoxicité). Figure 3Phototoxicité de 8b. Bleu, pas d’exposition à la lumière (toxicité foncée); rouge, 20 min d’exposition à la lumière (phototoxicité). Tableau 1 Données d’absorption et de viabilité cellulaire (IC50) Le sulfénamide parent 1b présente une activité modérée avec une CI50 d’environ 9 μ M. Relier les deux groupes phényle avec une simple liaison abroge essentiellement l’activité. L’insertion d’un pont méthylène ou éthylène entre l’azote et le noyau phényle (composés 3b et 4b respectivement) ou l’insertion d’un méthylène entre l’azote et le noyau phényle et l’autre entre les deux noyaux phényles (composé 5b) rétablit l’activité . L’activité du composé 6a, qui contient un pont éthylène entre les deux groupes phényle, n’a pas pu être déterminée en raison de la formation exclusive du produit thioéther C-sulfénylé. Au contraire, l’insertion d’un pont vinylène entre les deux cycles phényle dans 1 (composé 7b) ou la transposition d’un des groupes phényle dans 2 d’un arrangement tricyclique angulaire à linéaire (composé 8b) augmente considérablement l’activité. En effet, la dibenzazépine 7b et la dihydroacridine 8b sont les plus puissants parmi tous les composés avec une CI50 d’environ 1,3 et 1,2 μ M, respectivement. Le remplacement du pont méthylène en 8b par un atome d’oxygène ou de soufre réduit sensiblement ou même supprime l’activité (composés 9b et 10b).De même, le remplacement d’une unité méthylène dans 5b ou 6b (composés 11b et 12b) a également éliminé l’activité. L’introduction du pont imino entre les deux groupes phényle dans 1 a abouti à un composé puissant 13b, mais de manière surprenante, l’introduction d’un pont azoïque (composé 14b) a complètement abrogé l’activité. La différence d’activité entre les sulfénamides 2b et 7b pourrait être rationalisée. Si l’état de transition est de nature dipolaire ou si le clivage homolytique de la liaison N suivie d’un transfert d’électron de l’azote au soufre conduit à des espèces ioniques telles que 15 et 16, alors l’état de transition pour la photofragmentation du composé 2b devrait ressembler au cation cyclopentadiényle 15, qui est antiaromatique, alors que pour 7b, l’état de transition devrait ressembler au cation azatropylium2716, qui est aromatique. Le spectre de masse à haute résolution de 7b indique clairement la formation de deux fragments: le cation d’azatropylium (masse exacte, 193.0886) et l’anion sulfure de p-nitrophényle (masse exacte, 153.9967). En outre, des études de voltampérométrie cyclique avec 7a indiquent que la formation du cation 16 à partir du radical 17 est un processus hautement favorisé avec E1 / 2 de 0,88 V.28 Ainsi, on pourrait s’attendre à ce que la formation d’intermédiaire réactif à partir de 2b soit considérablement supprimée comparé à 7b dans les mêmes conditions photolytiques. Bien que la contribution, le cas échéant, de l’anion p-nitrophénylsulfure sur la cytotoxicité ne soit pas déterminée, elle devrait être la même pour tous les sulfénamides et ne devrait pas affecter les viabilités cellulaires relatives parmi ces photosensibilisateurs.Scheme 2Les activités élevées de 7b et 8b pourraient être expliquée sur la base de deux voies différentes comme illustré sur le schéma 2. Dans le cas de 7b, le radical N-centré 17 pourrait également réagir avec l’oxygène moléculaire pour produire, par transfert d’électrons, une paire d’ions 18, où le radical anion superoxyde est connu être préjudiciable à la viabilité cellulaire. Dans la photolyse de 8b, le radical dihydroacridine 19 pourrait lui-même provoquer la mort cellulaire directement ou réagir avec l’oxygène pour former un radical nitroxyde stable 20,29 qui pourrait provoquer la mort cellulaire. En variante, les radicaux 19 ou 20 pourraient subir une oxydation en la nitrone 21, qui peut former une paire d’ions avec un radical anion superoxyde (• O2 –). En effet, le spectre ESR de 8b ainsi que les précédentes études ESR avec les phénoxazines et les phénothiazines24,25 supportent la formation de tels radicaux nitroxyde. Dans cette communication préliminaire, nous avons démontré que l’incorporation de la fraction S dans la structure du photosensibilisateur est une approche viable pour la conception d’agents photothérapeutiques de type 1 appropriés. Les résultats soutiennent clairement l’hypothèse que la mort cellulaire se produit par la formation initiale de radicaux centrés sur l’azote. Que ces radicaux provoquent la mort cellulaire directement ou à travers les ROS secondaires ainsi que le mécanisme d’action précis ne peut être vérifiée avec des études spectroscopiques ESR et ultrarapides supplémentaires et des calculs théoriques rigoureux. La recherche et le développement d’une molécule biologiquement active ayant des propriétés thérapeutiques est une tâche de plus en plus complexe, hautement imprévisible au début et fréquemment. marqué, à la fin, par des taux élevés d’échec. En conséquence, le processus global menant à la production d’un médicament réussi est très long et coûteux. L’amélioration des résultats nets dans la découverte et le développement de médicaments nécessiterait, entre autres facteurs importants, une bonne compréhension des événements moléculaires qui caractérisent la maladie ou la pathologie afin de mieux identifier les cibles d’intérêt probables, afin d’optimiser l’interaction d’un agent actif (une petite molécule ou une macromolécule d’origine naturelle ou synthétique) avec ces cibles, et pour faciliter l’étude de la pharmacocinétique, de la pharmacodynamique et de la toxicité d’un agent actif dans des modèles appropriés et des sujets humains. Cette série d’articles a été mettre en évidence de nouveaux développements et applications de techniques d’imagerie dans le but d’effectuer des études pharmacologiques in vivo, dans des modèles animaux ainsi que chez l’homme. L’imagerie a la capacité d’étudier divers processus biologiques et chimiques de manière non invasive chez des sujets vivants de manière longitudinale. Pour cette raison, les technologies d’imagerie sont devenues partie intégrante du programme de découverte et de développement de médicaments et sont couramment utilisées dans les phases précliniques et cliniques. Les informations anatomiques, fonctionnelles, métaboliques et moléculaires qui deviennent accessibles grâce à l’imagerie fournissent des informations précieuses sur les mécanismes de la maladie et les mécanismes d’action des médicaments.La tomographie informatisée (CT) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) appartiennent aux techniques d’imagerie anatomique.Ils exploitent les caractéristiques intrinsèques des tissus comme source de contraste de l’image. Cependant, les deux modalités peuvent aussi dépendre de l’utilisation d’agents pour mettre en évidence un contraste particulier. Le développement des agents de contraste IRM a été brièvement discuté par Terreno et Aimé. Le grand avantage de la TDM et de l’IRM dans le contexte de la recherche sur les médicaments est leur nature translationnelle. Ainsi, ils peuvent être utilisés pour tester des composés dans des modèles animaux de maladies et également dans des études cliniques. Ici, Ashton et al. examiné des applications de micro-CT sans contraste et à contraste amélioré pour l’étude de l’anatomie et de la fonction chez les petits rongeurs. Les progrès récents de l’IRM cardiovasculaire, neurovasculaire et rénale chez les petits rongeurs ont été abordés par Niendorf et al .; Jonckers et al. décrit la façon dont l’IRM fonctionnelle (IRMf) peut être utilisée pour étudier les effets des modulations pharmacologiques sur la fonction cérébrale d’une manière non invasive et longitudinale. Enfin, Marzola et al. a souligné l’utilisation de l’imagerie, en particulier la micro-CT et l’IRM, pour l’identification in vivo, la quantification et la caractérisation fonctionnelle des tissus adipeux dans des modèles animaux d’obésité, principalement du point de vue de la biophysique et de la physiologie. Transitions des applications anatomiques / fonctionnelles aux applications moléculaires, le développement de sondes moléculaires devient crucial pour l’avancement du domaine. La tomographie par émission de positons (PET) et la tomographie par émission de photons uniques (SPECT) sont des techniques d’imagerie moléculaire d’un grand intérêt dans la recherche pharmacologique. Ils ont la capacité de fournir des biomarqueurs qui permettent l’évaluation spatiale des changements moléculaires physiopathologiques et, par conséquent, d’évaluer et de suivre objectivement les réponses thérapeutiques. Ils sont connus principalement pour leurs applications cliniques, cependant, des études animales sont également réalisables, en soulignant le caractère traductionnel de ces techniques. Ici, Declercq et al. illustré l’utilisation de SPECT et PET dans le contexte du développement de médicaments pour la maladie d’Alzheimer (AD), en discutant spécifiquement un certain nombre de biomarqueurs qui soutiennent des thérapies cliniques émergentes pour cette maladie. La thérapie ciblée avec des anticorps monoclonaux (mAbs) est une avenue poursuivie dans la contexte de la médecine personnalisée, en particulier pour les patients cancéreux. L’évaluation de la biodistribution in vivo et du ciblage tumoral des AcM pour prédire la toxicité et l’efficacité est une étape importante vers le développement de médicaments pour des traitements individualisés. Jauw et al. discuté comment PET employant mAbs marqué au zirconium-89 (89Zr), une approche également appelée 89Zr-immuno-PET, peut être utilisé pour visualiser et quantifier l’absorption de mAbs radiomarqués dans les tumeurs. Globalement, 89Zr-immuno-PET fournit des biomarqueurs d’imagerie pour évaluer l’expression de la cible ainsi que le ciblage tumoral des mAbs.Ultrasound est une technique d’imagerie diagnostique classique souvent utilisée pour localiser une source d’une maladie ou pour exclure toute pathologie. Il est largement utilisé pour visualiser les structures internes du corps, tels que les tendons, les muscles, les articulations ou les vaisseaux, et les organes internes. Outre sa capacité à fournir des informations anatomiques, l’échographie peut également afficher des informations sur le flux sanguin, le mouvement des tissus dans le temps et la raideur des tissus. Comparée à d’autres méthodes d’imagerie médicale, l’échographie présente plusieurs avantages, notamment l’acquisition d’images en temps réel, elle est portable et peut être amenée au chevet du patient, son coût est nettement inférieur et elle n’utilise pas de rayonnements ionisants nocifs. Les inconvénients de l’échographie comprennent un champ de vision limité, une difficulté à imager les structures derrière l’os et l’air et sa dépendance à l’égard d’opérateurs qualifiés. Seitz et al. ont montré que les ultrasons sont suffisamment fiables pour mesurer les changements aigus et chroniques du diamètre des veines splanchniques chez les rats intacts. Bien que l’imagerie ultrasonore des vaisseaux abdominaux ne soit pas nouvelle dans la recherche expérimentale ou dans les cliniques, l’évaluation des changements de diamètre dans de multiples vaisseaux splanchniques est nouvelle car ils concernent la capacité veineuse. Récemment, l’échographie est également entrée dans l’imagerie moléculaire. Paefgen et al. examiné ici le développement d’agents de contraste à base de bulles pour l’imagerie par ultrasons et pour l’administration de médicaments par imagerie. La base pour les applications d’imagerie moléculaire est le couplage à la coque de bulles de ligands spécifiques qui se lient aux molécules marqueurs dans la zone d’intérêt. En outre, des bulles peuvent être chargées ou attachées à des médicaments, des peptides ou des gènes. En appliquant des impulsions ultrasoniques, les bulles sont détruites, conduisant à une libération locale de l’agent piégé. L’utilisation d’ultrasons assistés par microbulles pour délivrer des agents chimiothérapeutiques a été largement discutée par Lammertink et al. Une catégorie spécifique d’agents qui pourraient présenter un intérêt pour une telle administration sont les liposomes fonctionnalisés par la S-tanathine, présentés ici par Fan et al. S-thanatine est un peptide antimicrobien court avec une activité antibactérienne sélective (Wu et al., 2010). L’imagerie optique ajoute au domaine des approches d’imagerie moléculaire.Les principaux avantages de l’imagerie optique sont la sécurité et la rentabilité. Les inconvénients majeurs, cependant, sont la diffusion élevée et la forte absorption de la lumière dans les tissus vivants. Arranz et Ripoll ont décrit les dernières avancées de l’imagerie optique in vivo avec des applications pharmacologiques, en mettant l’accent sur le développement de nouvelles sondes d’imagerie optique pour surmonter la forte absorption introduite par différents composants tissulaires, en particulier l’hémoglobine, et le développement de systèmes d’imagerie multimodaux afin de surmonter les limitations de résolution imposées par diffusion. Bien qu’il soit principalement limité aux petits rongeurs, l’imagerie optique présente un grand intérêt dans le contexte de la recherche pharmacologique, car l’imagerie optique est utile pour sélectionner et valider de nouvelles sondes potentielles d’un point de vue économique et sûr (sans radiation). La performance in vivo des sondes optiques peut prédire les résultats du développement du traceur SPECT / PET qui en découlera beaucoup plus (Sandanaraj et al., 2010). Les modèles animaux ont généralement été considérés comme importants dans le processus de découverte de médicaments. D’autre part, l’utilisation répandue et l’évolution de l’imagerie n’aurait pas été possible sans études sur les animaux. Les modèles animaux ont permis, par exemple, le développement technique de différents outils d’imagerie et de sondes. Santos et al. ont discuté de manière critique de la valeur des modèles animaux dans le contexte de l’imagerie cardiovasculaire. L’objectif de cette série a été consacré aux applications d’imagerie macroscopique in vivo dans le cadre de la recherche pharmacologique. Néanmoins, l’imagerie microscopique a également un rôle important à jouer dans ce domaine. À titre d’exemple, Xu a souligné les dernières avancées en matière d’hépatotoxicité, de cardiotoxicité et de tests de toxicité génétique utilisant l’imagerie cellulaire comme stratégie de dépistage.Dans le domaine de la découverte de médicaments, les questions pharmacologiques et biomédicales constituent le centre d’attention. En ce sens, il est fondamental de garder à l’esprit les forces et les limites de chaque technique d’analyse ou d’imagerie. Dans cette série, notre objectif était d’illustrer le fait que l’application judicieuse d’une technique donnée à la recherche de réponses à de nombreuses questions survenues au cours d’une longue et laborieuse démarche continuera à dépendre de l’imagerie comme outil indispensable dans la découverte et le développement de médicaments Les dépenses pharmaceutiques et le fardeau des maladies non transmissibles en Serbie