Computermodellierung und Synthese von Pyridinvarianten von Benzoyl

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 12236 (2023) Diesen Artikel zitieren

240 Zugriffe

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Glioblastome sind hochaggressive Hirntumoren, für die die therapeutischen Möglichkeiten sehr begrenzt sind. Auf der Suche nach neuen Anti-Glioblastom-Medikamenten konzentrierten wir uns auf spezifische strukturelle Modifikationen der Benzoylphenoxyacetamid (BPA)-Struktur, die in einem gängigen lipidsenkenden Medikament, Fenofibrat, und in unserem ersten Prototyp eines Glioblastom-Medikaments, PP1, vorhanden ist. Hier schlagen wir umfangreiche Computeranalysen vor, um die Auswahl der wirksamsten Glioblastom-Medikamentenkandidaten zu verbessern. Zunächst wurden über 100 strukturelle BPA-Variationen und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften analysiert, wie z. B. Wasserlöslichkeit (− logS), berechneter Verteilungskoeffizient (ClogP), Wahrscheinlichkeit für die BBB-Kreuzung (BBB_SCORE), Wahrscheinlichkeit für die ZNS-Penetration (CNS-MPO) und berechnete Kardiotoxizität (hERG) wurden ausgewertet. Dieser integrierte Ansatz ermöglichte es uns, Pyridinvarianten von BPA auszuwählen, die eine verbesserte BHS-Penetration, Wasserlöslichkeit und geringe Kardiotoxizität aufweisen. Hierin wurden die 24 wichtigsten Verbindungen synthetisiert und in Zellkultur analysiert. Sechs von ihnen zeigten eine Glioblastom-Toxizität mit einem IC50-Wert im Bereich von 0,59 bis 3,24 µM. Wichtig ist, dass sich eine der Verbindungen, HR68, im Gehirntumorgewebe mit 3,7 ± 0,5 µM anreicherte, was den IC50-Wert des Glioblastoms (1,17 µM) um mehr als das Dreifache übersteigt.

Glioblastome sind die aggressivsten Neoplasien des Gehirns mit einer erschreckend niedrigen 5-Jahres-Überlebensrate der Patienten von unter 5 %1. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) werden Gliatumoren in Grad I und Grad II (niedriggradige Gliome), Grad III (anaplastisch) und Grad IV (Glioblastom) eingeteilt2. Aktuelle Standardtherapien umfassen eine maximale chirurgische Resektion, gefolgt von einer Strahlentherapie sowie einer Begleit- und Erhaltungstherapie mit Temozolomid (TMZ)3. Darüber hinaus wurde bei Glioblastomen eine Vielzahl unterschiedlicher genetischer und epigenetischer Veränderungen gefunden, wobei p53-, EGFR-, PTEN- und IDH-Mutationen am häufigsten vorkommen4,5,6,7,8,9. Diese validierten molekularen Ziele sowie Immuntherapien, einschließlich Immun-Checkpoint-Inhibitoren10, Tumorimpfstoffe11 und Therapien mit chimären Antigenrezeptor-T-Zellen (CAR T)12, wurden jedoch alle ausführlich untersucht, konnten jedoch das Therapieergebnis bei Glioblastompatienten nicht signifikant verbessern.

Es gibt mehrere Gründe, warum es schwierig ist, wirksamere Glioblastom-Therapien zu entwickeln: (1) Glioblastome zeichnen sich durch viele fehlregulierte Signalwege aus, die nicht gleichzeitig durch eine einzige Therapie blockiert werden können13: (2) Glioblastome sind stark infiltrierende und heterogene Tumoren, die sehr schwer zu behandeln sind durch chirurgische Resektion entfernen, ohne die Funktion der umliegenden Gehirnbereiche zu beeinträchtigen14; (3) Es ist schwierig, Glioblastome im Frühstadium zu diagnostizieren, daher sind bei der Diagnose häufig große, stark infiltrierende und vaskularisierte Tumoren vorhanden15; (4) Die Verwendung von syngenen und von Patienten abgeleiteten Nagetiermodellen ist üblich, um klinische Protokolle zu optimieren. Ein großes Problem besteht darin, dass diese experimentellen Tumoren typischerweise etwa 103–104 kleiner sind als tatsächliche Tumoren beim Menschen. Daher lassen sich Daten aus Experimenten zur Arzneimittelabgabe, Arzneimittelretention und Gewebepenetration, die aus diesen Kleintiermodellen gewonnen wurden, nur schwer auf Glioblastompatienten übertragen16; und schließlich (5) verhindert die Blut-Hirn-Schranke (BBB), dass die meisten Krebsmedikamente in klinisch relevanten Konzentrationen Tumorstellen erreichen, und aktuelle Methoden zur Verbesserung der BHS-Penetration sind bei Glioblastompatienten nicht sehr wirksam17.

Ein Medikament, das die BHS leicht passiert, ist Temozolomid (TMZ). Bei oraler Verabreichung kann die maximale Plasmakonzentration von TMZ in etwa einer Stunde erreicht werden, und die Eliminationshalbwertszeit beträgt etwa 1,8 Stunden. Wichtig ist, dass die Penetrationseffizienz von TMZ in das Zentralnervensystem (ZNS) experimentell auf etwa 20 % der Plasmaspiegel geschätzt wird. Dies ist wichtig, da die Anwendung dieser Schätzung zur Berechnung von logBB (Gehirn-Blut-Verteilung)18 einen Wert von -0,7 ergibt, was auf eine hohe Fähigkeit der Verbindung hinweist, die BHS zu passieren. Trotz dieser positiven Eigenschaften entwickeln TMZ-behandelte Glioblastompatienten eine TMZ-Resistenz und wiederkehrende Tumoren sind praktisch unheilbar19.

Darüber hinaus wurde TMZ in Kombination mit anderen Medikamenten eingesetzt, was seine therapeutische Wirkung verstärkte. Ein Beispiel ist eine Kombination von TMZ mit lipidsenkenden Arzneimitteln, einschließlich Statinen20 und Fibraten, wie zum Beispiel Fenofibrat (FF), das in Zellkulturen und in intrakraniellen Glioblastom-Mausmodellen eine starke Anti-Glioblastom-Aktivität aufweist21. Wir haben jedoch auch herausgefunden, dass die Fähigkeit von FF, die Blut-Hirn-Schranke zu passieren, gering ist und die Verbindung schnell von Blut- und Gewebeesterasen verarbeitet wird, um den PPARα-Agonisten Fenofibrinsäure (FFA) zu bilden, der bei der Auslösung von Tumoren nicht mehr wirksam ist Zelltod22. Wir haben zahlreiche Modifikationen an der chemischen Struktur von FF vorgenommen und unseren ersten Medikamentenkandidaten, PP123, ausgewählt, der ähnlich wie FF die mitochondriale Atmung blockiert und einen schweren ATP-Abbau auslöst. Bei Verwendung beider Substanzen folgt auf den ATP-Abbau eine Phosphorylierung/Aktivierung der AMP-aktivierten Proteinkinase (AMPK – intrazellulärer Energiesensor), eine Blockade der p70S6K-Phosphorylierung (Marker der aktiven Proteinsynthese), eine Aktivierung der Autophagie (p62-Abbau) usw ausgedehnter Glioblastom-Zelltod24. Trotz dieser vielversprechenden Ergebnisse und trotz der Tatsache, dass wir PP1 im Gehirn in therapeutisch relevanten Konzentrationen nachgewiesen haben (Ergänzende Materialien, Seite 154), waren die therapeutischen Wirkungen von PP1 gegen Glioblastome nur marginal, wenn die Behandlung auf große intrakranielle Tumoren angewendet wurde bei Mäusen24. Diese Daten deuten darauf hin, dass kontinuierlich weitere Anpassungen des BPA-Gerüsts erforderlich sind, die sich auf die Verbesserung der Zytotoxizität der Verbindung, der BHS-Penetration und der Retention im Hirntumorgewebe konzentrieren.

In frühen Phasen des Arzneimitteldesigns ist es wichtig, relevante physikalisch-chemische Eigenschaften potenzieller Arzneimittelkandidaten zu bewerten. Über zwei Jahrzehnte lang war Lipinskis Fünferregel der Goldstandard in der Arzneimittelentwicklung25. Bei Arzneimitteln, die mit dem ZNS in Zusammenhang stehen, ist ihre Fähigkeit, die Blut-Hirn-Schranke (BBB) zu überwinden, das wichtigste Merkmal und wird von der Lipinski-Fünfregel nicht direkt angesprochen. Daher wurden zwei rechnerische Bewertungssysteme eingeführt, um die Wahrscheinlichkeit zu bewerten, dass neue Arzneimittelkandidaten in das ZNS eindringen. Einer davon ist der CNS-MPO-Algorithmus (CNS Multiparameter Optimization)26, der sechs physikalisch-chemische Eigenschaften nutzt [ClogP (berechneter Verteilungskoeffizient – Lipophilie), ClogD (berechneter Verteilungskoeffizient bei physiologischem pH-Wert (7,4) – Lipophilie), MW (Molekulargewicht), TPSA ( topologische polare Oberfläche), HBD (Wasserstoffbrückendonor bei pH = 7) und pKa (-log Säuredissoziationskonstante)] zur Abschätzung der Eintrittswahrscheinlichkeit in das ZNS. Der ZNS-MPO-Score-Bereich liegt zwischen 0 und 6, und Werte ≥ 4,0 wurden als Grenzwerte für Verbindungen mit erhöhter Fähigkeit, in das ZNS einzudringen, verwendet26. Ein weiteres Bewertungssystem ist der Blut-Hirn-Schranken-Score (BBB_SCORE)27. BBB_SCORE basiert auf fünf physikalisch-chemischen Parametern, darunter die Anzahl der aromatischen Ringe, Schweratome, MWHBN (ein Wert, der Molekulargewicht, Wasserstoffbrückenbindungsdonor und Wasserstoffbrückenbindungsakzeptor umfasst), pKa und topologische polare Oberfläche. Ähnlich wie bei CNS-MPO berücksichtigt BBB_SCORE auch den Wert von 4,0 als Grenzwert für eine akzeptable BBB-Penetration27. Folglich dienen CNS-MPO und BBB_SCORE beide als komplementäre Algorithmen, in denen CNS-MPO Informationen über die Wahrscheinlichkeit liefert, dass die Verbindung im ZNS gefunden wird, und BBB_SCORE auf spezifische physiochemische Eigenschaften ausgerichtet ist, die die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Verbindung die BHS passiert.

Im Hinblick auf die Toxizität ist eine der häufigsten Hürden bei Arzneimitteltests die Kardiotoxizität, die durch die Hemmung des kardialen Kaliumkanals ausgelöst wird, der durch das menschliche Ether-à-go-go-bezogene Gen (hERG) kodiert wird. Dieser Toxizitätstest wurde zu einer zwingenden Voraussetzung für das Design und die Entwicklung von Arzneimitteln und kann mit dem hERG-Algorithmus28,29 berechnet werden. Basierend auf der Struktur der Verbindung ermittelt der hERG-Algorithmus einen Wert, der Aufschluss über die hemmende Wirkung der Verbindung gegenüber hERG gibt. Mit anderen Worten: Damit das Medikament als sicher gilt, sollte sein hERG-IC50 deutlich höher sein als sein therapeutischer IC5028.

Um Glioblastom-spezifische und therapeutisch relevante Werte für alle vorgeschlagenen Algorithmen/Scores, einschließlich hERG, zu bestimmen, haben wir fünfzehn Medikamente ausgewählt (siehe ergänzende Materialien, Seiten 57–79), die entweder derzeit als Glioblastom-Medikamente verwendet werden oder sich in klinischen Studien befinden bei Glioblastom-Patienten30. Die Ergebnisse in Abb. 1B zeigen, dass sechs dieser Verbindungen (Abb. 1A) eine relativ hohe Wasserlöslichkeit (LogS < 0), eine geringe Lipophilie (logD < 3) und akzeptable Werte für CNS-MPO und BBB_SCORE (zwischen 3 und 5) aufweisen. und geringe Herztoxizität (hERG ≤ 5,5). Wir haben diese kritischen Werte als Richtlinie für die Entwicklung neuer Medikamentenkandidaten gegen Glioblastome verwendet, die auf der chemischen Struktur von BPA basieren, die in einem gängigen lipidsenkenden Medikament, Fenofibrat21,22,31,32, und in unserem ersten Glioblastom-Prototyp-Medikament, PP123, vorhanden ist ,24.

(A) Chemische Strukturen der häufigsten Chemotherapeutika zur Behandlung von Gehirn und Rückenmark und ihre berechneten psychopharmakologischen Eigenschaften. (B) Für die in Tafel A dargestellten Verbindungen berechnete physikalisch-chemische Eigenschaften. LogS = Wasserlöslichkeit; logD = Verteilung bei pH 7,4; CNS-MPO = CNS-Multiparameter-Optimierungsalgorithmus; BBB_SCORE = Wert für die Durchdringung der Blut-Hirn-Schranke; hERG = geschätzter pIC50-Wert für hERG (der menschliche Ether-a-go-go (hERG)-Kaliumkanal).

Auf der Suche nach wirksameren Benzoylphenoxyacetamid (BPA)-Derivaten haben wir uns entschieden, Pyridinvarianten zu untersuchen (Abb. 2). Dies liegt daran, dass die Pyridineinheiten Teil einer vielfältigen Gruppe von Verbindungen mit breiten pharmakologischen Anwendungen sind33,34. Darüber hinaus ist gut dokumentiert, dass Verbindungen auf Pyridinbasis mit hoher Wahrscheinlichkeit in das ZNS eindringen35. Hierin konzentrierten wir uns auf die Entwicklung und Prüfung von fünf BPA-Varianten auf Pyridinbasis, die nach ihrer strukturellen Beziehung zu Pyridin- und Amideinheiten gruppiert werden: (I) eine mit einer direkt angehängten unsubstituierten Pyridineinheit (Pyridin-BPA), (II) und eine mit einer getrennten unsubstituierten Pyridineinheit mit einem Kohlenstoff (Methylenpyridin-BPA), (III) mit zwei Kohlenstoffen (Ethylenpyridin), (IV) ein benzokondensiertes Pyridin (Benzopyridin-BPA) und (V) ein hydroxysubstituiertes Pyridin (Hydroxypyridin-BPA). ) (Abb. 2).

Auf der Suche nach dem optimalen Anti-Glioblastom-Medikament wurde die Pyridinregion des BPA-Gerüsts zur Modifikation (Kreis) ausgewählt.

Diese strukturellen Variationen von BPA-Pyridinen wurden anhand berechneter Werte aus vier Algorithmen entworfen und getestet: Kardiotoxizität (hERG)36; Gehirndurchdringungsfähigkeit (CNS-MPO und BBB_SCORE) und Wasserlöslichkeit (− logS). Die Werte für die besten 24 BPA-Pyridine sind in Abb. 3 dargestellt (eine vollständige Liste der berechneten Werte finden Sie in den ergänzenden Materialien, Seiten 77–138). Nach unseren ersten Berechnungen weisen die Verbindungen in Abb. 3 eine geringe Kardiotoxizität (alle vorhergesagten hERG-Werte liegen unter 5,5) und eine akzeptable Wasserlöslichkeit (geschätzter -logS unter 7,5) auf. Darüber hinaus liegen die ZNS-MPO-Werte für fast alle BPA-Pyrimidine über 3, was auf eine Wahrscheinlichkeit einer Gehirnpenetration von über 50 % hinweist. Darüber hinaus haben diese Verbindungen einen BBB_SCORE zwischen 4 und 5, was auf eine hohe Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung der BBB schließen lässt.

Geschätzte Kardio-Kaliumkanal-Toxizität (hERG), ZNS-Penetrierbarkeit (CNS-MPO), BBB-Penetrierbarkeit (BBB_SCORE) und Wasserlöslichkeit (-LogS) der ausgewählten Pyridin-basierten BPA-Varianten.

Nachdem wir festgestellt hatten, dass die vorgeschlagenen 24 BPA-Pyridine ein akzeptables Gehirnpenetrationsvermögen, eine Wasserlöslichkeit und eine geringe Kardiotoxizität aufweisen, entwickelten wir für jede Verbindung spezifische Herstellungsmethoden. Aus unseren früheren Studien haben wir gezeigt, dass die Carboxylgruppe von Fenofibrinsäure (FFA) und ihren Derivaten eine außergewöhnlich geringe Reaktivität gegenüber nukleophiler Acylsubstitution aufweist. Der offensichtliche Syntheseweg zur Herstellung dieser Verbindungen ist die Kopplung von FFA mit entsprechenden Aminen37. Bei der Durchführung der FFA-Kupplung mit Aminopyridinen gibt es zwei Hauptprobleme: (a) FFA weist aufgrund der sterischen Einschränkungen, die durch die beiden Methylgruppen in Alpha-Position zur Carbonylgruppe erzeugt werden, eine außergewöhnlich geringe Reaktivität auf, und (b) Aminogruppen von Aminopyridinen sind aufgrund dieser außergewöhnlich schwachen Nukleophilie zur Elektronendelokalisierung der Aminogruppe durch den Pyridinring. Die Schwierigkeit, diese Art von Kopplungsreaktion durchzuführen, wurde kürzlich von anderen untersucht38. Allerdings kann FFA in entsprechendes Fenofibrinchlorid umgewandelt werden (Abb. 4), das ausreichend reaktiv gegenüber aliphatischen Aminen und aktivierten Anilinen ist. Kupplungsreaktionen mit Aminopyridinen wie 4-Aminopyridin sind jedoch bestenfalls eine Herausforderung. Dies ist ein großer Nachteil beim Arzneimitteldesign, da es in der medizinischen Chemie vielfältige Anwendungen für Pyridingerüste gibt34. Aus diesen Gründen haben wir uns entschieden, die Nukleophilie von Aminopyridinen anhand ihrer Computerdaten zu untersuchen.

Verfahren zur Herstellung von Pyridinderivaten von BPA (weitere Einzelheiten finden Sie unter „Methoden“ und ergänzende Materialien, Seiten 2–56).

In Molekülen mit ähnlichem Strukturgerüst ist es möglich, Grenzmolekülorbitale zu vergleichen, um die Reihenfolge der nukleophilen und elektrophilen Reaktivität zu bestimmen39. Wir haben die Dichtefunktionaltheorie verwendet, um HOMO-Energien zu berechnen. Die in den ergänzenden Materialien (Seite 153) bereitgestellten Ergebnisse deuten darauf hin, dass Aminopyridine im Vergleich zu Anilin weniger reaktiv (niedriges HOMO) sein sollten, während Aminophenol nukleophiler ist. Basierend auf unseren Berechnungen sollte die Kopplung von sterisch gehindertem FFA über das reaktive Fenofibric Chlorid (FFC) mit 4-Aminophenol ein Produkt mit einer hohen isolierten Ausbeute ergeben. Unsere früheren Studien23,40 haben gezeigt, dass FFC ein brauchbares, reaktives FFA-Zwischenprodukt für die Aminkopplung ist. Aus diesen Gründen haben wir eine neue Synthesemethode entwickelt, die in Abb. 4 dargestellt ist.

Unter dem Gesichtspunkt der Aminreaktivität und ihrer Herstellung gibt es zwei unterschiedliche Gruppen von HR-Verbindungen (a) eine mit einem aromatischen heterocyclischen Ring, der direkt an das Stickstoffatom gebunden ist (HR66-HR70, HR82, HR83, HR88-HR90) und (b ) eine mit Trennung eines aromatischen heterocyclischen Rings durch ein oder zwei aliphatische Kohlenstoffe (HR71-HR81, HR84-HR87). Die Herstellung der zweiten Verbindungsgruppe (mit reaktiven Aminen) erfolgt unkompliziert durch Mischen von FFC mit entsprechenden Aminen in Gegenwart einer Base. Da die entsprechenden Amine nukleophiler als Wasser sind und die Reaktionen bei Raumtemperatur in wenigen Minuten abgeschlossen sind, können diese Reaktionen mit einer umweltfreundlichen Base wie Natriumcarbonat in Wasser durchgeführt werden. Die isolierten Ausbeuten sind nahezu quantitativ und diese Methode (Methode A) eignet sich gut für die Synthese im kleinen (Milligramm) und großen (Hunderte Gramm) Maßstab. Außerdem erfordert dieses Syntheseverfahren keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen oder Vorbereitungen. Die Herstellung der ersten Gruppe, bei der der heterozyklische aromatische Ring direkt an die Aminogruppe gebunden ist, erfordert bestimmte Vorsichtsmaßnahmen. Da Wasser ein besseres Nukleophil als diese Amine ist, muss die Reaktion unter wasserfreien (trockenen) Bedingungen durchgeführt werden. Darüber hinaus neigen auch weniger nukleophile Amine unter basischen Bedingungen zur Oxidation40. Aus diesem Grund sollten solche Reaktionen in einer sauerstofffreien Atmosphäre durchgeführt werden (Methode B). Unter trockenen Bedingungen wurde eine Pyridinlösung eines entsprechenden Aminopyridins mit wasserfreiem Natriumcarbonat gemischt und über Nacht unter einer Stickstoffatmosphäre gehalten. Eine separate Dichlormethanlösung von FFC wurde ebenfalls unter trockenen Bedingungen unter Stickstoffatmosphäre hergestellt. Die Dichlormethanlösung wurde langsam unter einer Stickstoffatmosphäre zu einer kalten (~ 0–5 °C) Pyridinsuspension eines entsprechenden Aminopyridins und Natriumcarbonat gegeben. Nahezu quantitative Ausbeuten wurden erzielt, wenn die Reaktionen 3 Stunden lang bei 0–5 °C, dann über Nacht bei Raumtemperatur und schließlich weitere 3 Stunden lang bei 60 °C durchgeführt wurden. Das Produkt wurde nach dem Verdampfen des Lösungsmittels und der Zugabe von Wasser durch einfache Filtration und gründliches Waschen mit Wasser isoliert. Diese Methode lieferte Produkte in hoher Ausbeute mit einer Reinheit von mehr als 97 % und erforderte keine zusätzliche Reinigung durch Extraktion oder Chromatographie. Es ist auch auf Milligramm- und Multigramm-Präparationswaagen für Amine mit einem breiten Reaktivitätsbereich anwendbar (Abb. 4).

Die erste Gruppe von Pyridin-BPA-Varianten ist in Abb. 5 dargestellt, in der die Lebensfähigkeit von Glioblastomzellen (CV basierend auf MTT-Assay), geschätzte minimale Projektionsfläche (MPA), Lipophilie (ClogD), molekulare Polarisierbarkeit (PL) sowie Es wurden die Energie des niedrigsten unbesetzten Molekülorbitals (ELUMO) und die Energie des höchsten besetzten Molekülorbitals (EHOMO) bestimmt. Wir haben MPA auf der Grundlage von Studien einbezogen, die zeigen, dass eine Verbindung, wenn sie nicht mit Zellmembranen interagiert und einen MPA-Wert von weniger als 60 Å2 aufweist, in der Lage sein sollte, über passive Diffusion in das ZNS einzudringen41,42,43. Daher gilt MPA als besserer Parameter als das Molekulargewicht zur Unterscheidung der Fähigkeit einer Verbindung, in das ZNS einzudringen44.

BPA-basierte Arzneimittelkandidaten mit Pyridin-Einheit. (A) Zelllebensfähigkeit (MTT-Assay), bewertet nach Exposition von Glioblastomzellen (LN229) gegenüber 25 μM der entsprechenden BPA-Pyrimidine. Die Daten geben Durchschnittswerte mit Standardabweichung an (n = 3). (B) Tabellierte Werte für Glioblastom-relevante Parameter. CV = Lebensfähigkeit der Zellen (% der Kontrolle), Mittelwert ± SD bei 25 μM; ClogD = berechneter Verteilungskoeffizient bei physiologischem pH-Wert (Lipophilie); MPA = Minimale Projektionsfläche (Å2); PL = Molekulare Polarisierbarkeit (Å3); ELUMO = Energie des LUMO (unterstes unbesetztes Molekülorbital) (eV); EHOMO = Energie des HOMO (höchstes besetztes Molekülorbital) (eV). (C) IC50-Diagramme und Bilder der Zellen bei 5 und 25 µM für HR67 und HR68, die als die vielversprechendsten Arzneimittelkandidaten in dieser Gruppe gelten. Die Daten stellen Durchschnittswerte mit Standardabweichung dar (n = 3).

Im Zusammenhang mit dem Vergleich von Verbindungen mit hoher struktureller Ähnlichkeit können Grenzorbitalenergien (HOMO und LUMO) verwendet werden, um zu bestimmen, welche der ähnlichen Verbindungen möglicherweise eine stärkere Proteinbindungsfähigkeit und damit eine höhere Wahrscheinlichkeit einer BHS-Penetration aufweisen45,46.

In dieser Hinsicht weisen HR67 und HR68 (Abb. 5) beide niedrige HOMO- und LUMO-Energien sowie eine akzeptable Lipophilie (ClogD) und sehr vielversprechende Glioblastom-IC50-Werte (0,59 bzw. 1,17 µM) auf, was darauf hindeutet, dass diese beiden Verbindungen zu einer Substanz werden könnten führende Kandidaten für die Entwicklung von Hirntumormedikamenten.

Die nächste Gruppe von Verbindungen gehört zu Methylenpyridin-BPA (Abb. 6). Alle diese Verbindungen zeigen eine vielversprechende Anti-Glioblastom-Aktivität bei 25 µM und ihre geschätzten Verteilungen (ClogD) sind relativ hoch, was auf eine hohe Lipophilie hinweist. Die MPA-Werte liegen unter 60, was darauf hindeutet, dass hinsichtlich der Molekülgröße kein Hindernis für die Penetration ins ZNS besteht. Die Polarisierbarkeit (PL) liegt zwischen 40 und 50, was darauf hinweist, dass sich diese Moleküle durch komplementäre Polarisation an den Bindungsbereich eines Biomoleküls anpassen können47. Unter Berücksichtigung der berechneten Grenzorbitalenergien (LUMO und HOMO) sollte HR74 die beste Bindungsfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus sind alle HR-Verbindungen in Abb. 6 bei 25 µM hoch zytotoxisch, mit Ausnahme von HR75, und die entsprechenden IC50-Werte für die vielversprechendsten Verbindungen in dieser Gruppe, HR73 und HR76, betragen 3,24 bzw. 2,87 µM.

Arzneimittelkandidaten mit Methylenpyridin-Einheit. (A) Zelllebensfähigkeit (MTT-Assay), bewertet nach Exposition von Glioblastomzellen (LN229) gegenüber 25 μM der entsprechenden BPA-Pyrimidine. Die Daten geben Durchschnittswerte mit Standardabweichung an (n = 3). (B) Tabellierte Werte für Glioblastom-relevante Parameter. CV = Lebensfähigkeit der Zellen (% der Kontrolle), Mittelwert ± SD bei 25 μM; ClogD = berechneter Verteilungskoeffizient bei physiologischem pH-Wert (Lipophilie); MPA = Minimale Projektionsfläche (Å2); PL = Molekulare Polarisierbarkeit (Å3); ELUMO = Energie des LUMO (unterstes unbesetztes Molekülorbital) (eV); EHOMO = Energie des HOMO (höchstes besetztes Molekülorbital) (eV). (C) IC50-Diagramme und Bilder der Zellen bei 5 und 25 µM für HR73 und HR76, die als die vielversprechendsten Arzneimittelkandidaten in dieser Gruppe gelten. Die Daten stellen Durchschnittswerte mit Standardabweichung dar (n = 3).

Als nächstes fragten wir, ob sich die Aktivität der Verbindung durch die Zugabe eines Ethylen-Linkers zu Ethylenpyridin-BPA oder durch eine Erhöhung der molekularen Delokalisierung des Pyridins in Benzopyridin-BPA ändern würde (Abb. 7). Wie erwartet nahm die Lipophilie durch die Erhöhung der Anzahl der Kohlenstoffatome, entweder durch Hinzufügen einer Methylengruppe oder eines zusätzlichen aromatischen Rings, deutlich zu (zum Beispiel beträgt ClogD für HR83 7,29). Mit zunehmender Molekülgröße folgen die MPA-Werte, was darauf hindeutet, dass HR81, HR82 und HR83 eine geringe Wahrscheinlichkeit haben, in das ZNS einzudringen. Betrachtet man die Energien beider Grenzmolekülorbitale von drei ähnlichen Verbindungen (HR78, HR79 und HR80), sollte HR80 am aktivsten sein. Tatsächlich korrelierten die erhaltenen Daten zur Zelllebensfähigkeit (CV) dieser Verbindungen mit Computerdaten und legen nahe, dass HR80 der beste Medikamentenkandidat aus dieser Gruppe ist. Obwohl beide Benzopyridin-BPAs (HR82 und HR83) ermutigende IC50-Werte von 1,4 bzw. 2,75 µM aufweisen, deuten ihre berechneten physikalischen Eigenschaften wie ClogD und MPA darauf hin, dass die Wahrscheinlichkeit, dass diese Verbindungen in das ZNS eindringen, sehr gering ist, was eine weitere Bestätigung darstellt HR80 als bester Glioblastom-Medikamentenkandidat in dieser Gruppe. Darüber hinaus wurde HR81, das eine geringe Glioblastom-spezifische Zytotoxizität aufweist (Abb. 7A), hier als Negativkontrolle für IC50-Berechnungen verwendet (Abb. 7C).

Arzneimittelkandidaten mit Ethylenpyridin- und Benzopyridin-Einheiten. (A) Zelllebensfähigkeit (MTT-Assay), bewertet nach Exposition von Glioblastomzellen (LN229) gegenüber 25 μM der entsprechenden BPA-Pyrimidine. Die Daten geben Durchschnittswerte mit Standardabweichung an (n = 3). (B) Tabellierte Werte für Glioblastom-relevante Parameter. CV = Lebensfähigkeit der Zellen (% der Kontrolle), Mittelwert ± SD bei 25 μM; ClogD = berechneter Verteilungskoeffizient bei physiologischem pH-Wert (Lipophilie); MPA = Minimale Projektionsfläche (Å2); PL = Molekulare Polarisierbarkeit (Å3); ELUMO = Energie des LUMO (unterstes unbesetztes Molekülorbital) (eV); EHOMO = Energie des HOMO (höchstes besetztes Molekülorbital) (eV). (C) IC50-Diagramme und Bilder der Zellen bei 10, 20 und 40 µM für HR82, HR83 und HR81 (Negativkontrolle für Glioblastom-spezifische Toxizität). Die Daten stellen Durchschnittswerte mit Standardabweichung dar (n = 3).

Wir haben auch die Bedeutung untersucht, die Chiralität für die Aktivität dieser Verbindungen haben könnte (Abbildung 8). Beispielsweise sind HR84 und HR85 Strukturisomere von HR78, die bei 25 µM eine mäßige Zytotoxizität zeigen (CV = 26,33). Es gibt deutliche Unterschiede zwischen den beiden Stereoisomeren: Das R-Isomer HR84 ist dreimal zytotoxischer als das S-Isomer HR85 (Abbildung 8). Andererseits gibt es keinen Unterschied zwischen racemischem HR86 (beide R&S) und optisch reinem R-Isomer HR87. Dieser Befund ist aufgrund der Nähe des Pyridinstickstoffs zum Chiralitätszentrum sinnvoll. Man könnte argumentieren, dass die Pyridin-Stickstoffbindung in HR85 im Vergleich zu HR84 sterisch verringert ist. Aufgrund der Position des Pyridinstickstoffs in Bezug auf das chirale Zentrum ist der sterische Unterschied in HR87 verringert, was mit einer verbesserten Zytotoxizität verbunden ist. Die Hydroxypyridin-BPAs können sowohl in der Hydroxypyridin- als auch in der Amidform vorliegen, wobei die Amidform gemäß der DFT ωB97X-D/6-31G*-Berechnungsmethode um 8,97 kcal/mol bevorzugt ist. Computerstudien und NMR-Spektroskopie weisen darauf hin, dass HR88 in der Hydroxypyridinform vorliegt, während HR89 und HR90 in ihrer Amidform vorliegen.

Arzneimittelkandidaten mit chiralen Methylenpyridin- und Hydroxypyridin-Einheiten. (A) Zelllebensfähigkeit (MTT-Assay), bewertet nach Exposition von Glioblastomzellen (LN229) gegenüber 25 μM der entsprechenden BPA-Pyrimidine. Die Daten geben Durchschnittswerte mit Standardabweichung an (n = 3). (B) Tabellierte Werte für Glioblastom-relevante Parameter. CV = Lebensfähigkeit der Zellen (% der Kontrolle), Mittelwert ± SD bei 25 μM; ClogD = berechneter Verteilungskoeffizient bei physiologischem pH-Wert (Lipophilie); MPA = Minimale Projektionsfläche (Å2); PL = Molekulare Polarisierbarkeit (Å3); ELUMO = Energie des LUMO (unterstes unbesetztes Molekülorbital) (eV); EHOMO = Energie des HOMO (höchstes besetztes Molekülorbital) (eV). (C) IC50-Diagramme und Bilder der Zellen bei 5 und 25 µM für HR87 und HR90. Die Daten stellen Durchschnittswerte mit Standardabweichung dar (n = 3).

Von den drei Hydroxypyridin-BPAs können nur berechnete Daten für HR89 und HR90 verglichen werden, da sie in der Amidform vorliegen, während HR88 in der Hydroxypyridinform vorliegt. Alle berechneten Parameter legen nahe, dass sowohl HR89 als auch HR90 leicht in das ZNS eindringen sollten. Die berechneten Grenzorbitalenergien für HR90 sind jedoch niedriger, was darauf hindeutet, dass es die BHS effektiver durchdringen dürfte. Darüber hinaus ist die HR90-induzierte Glioblastom-Zytotoxizität im Vergleich zu HR89 fast zehnmal höher, was HR90 zum besseren Medikamentenkandidaten macht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass HR87 und HR90 die besten Arzneimittelkandidaten in dieser Gruppe mit entsprechenden, Glioblastom-spezifischen IC50-Werten von 5,38 bzw. 2,05 µM sind (Abb. 8C).

Bei der Suche nach neuen Medikamentenkandidaten ist es sehr wichtig, sich die möglichen Metaboliten vorzustellen und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften, einschließlich der Toxizität, abzuschätzen48. Wir verwendeten rechnerische Methoden, um Metaboliten aller untersuchten Verbindungen zu generieren, und bewerteten dann deren Toxizität, Löslichkeit, Lipophilie und ZNS-Penetration mithilfe der BioTransformer-Methode49. Hier werden nur Ergebnisse für unsere besten Medikamentenkandidaten HR67 und HR68 gemeldet (Ergänzende Materialien, Seite 155). Die am Phase-I-Metabolismus beteiligten Reaktionstypen sind Hydrolyse, Oxidation und Reduktion50. Alle vorhergesagten Metaboliten von HR67 und HR68 haben eine bessere oder vergleichbare berechnete Wasserlöslichkeit sowie eine berechnete Fähigkeit, in das ZNS einzudringen. Wichtig ist, dass alle diese Metaboliten voraussichtlich relativ sicher sind (hERG-Werte liegen zwischen 5,76 und 4,95), mit Ausnahme der Amidhydrolyse, die eine gewisse Herztoxizität auslösen kann und weiter analysiert werden sollte (hERG = 3,91) (Ergänzende Materialien, Seite 155).

Unsere in den Abbildungen dargestellten Daten. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 ermöglichten es uns, einen hohen Durchsatz und eine unvoreingenommene Auswahl BPA-basierter Verbindungen durchzuführen, die gute Chancen haben, Kandidaten für Glioblastom-Medikamente zu werden. Anschließend wurden zwei Pyrimidinvarianten von BPA, HR67 (PP23) und HR68 (PP21), auf ihre Fähigkeit getestet, künstliche BHS-Modellmembranen zu durchdringen (Abb. 9A, B). In diesem Experiment wurden die BHS-Permeabilitätswerte (P) zwischen den beiden experimentellen Medikamenten HR67 und HR68, unserem Prototyp-Medikamentenkandidaten PP124 und einer Positivkontrolle (Koffein) verglichen. Wir haben auch die Negativkontrolle (FF) verglichen, bei der wir zuvor gezeigt haben, dass sie sich nicht im Hirntumorgewebe ansammeln kann22. Obwohl die ZNS-MPO-Werte für HR67 (3,71) und HR68 (3,71) im Vergleich zum ZNS-MPO unseres Prototyp-Arzneimittels PP1 (CNS-MPO = 3,9)23,24 etwas niedriger sind, können diese beiden Verbindungen das BHS-Modell überschreiten Membran (Abb. 9B). Wichtig ist, dass wir HR68 im Hirntumorgewebe in Konzentrationen nachgewiesen haben, die mehr als dreimal höher sind als der Glioblastom-spezifische IC50 für diese Verbindung (1,17 µM) (Abb. 9C), was ein weiterer Hinweis auf ihr Potenzial als neuer Medikamentenkandidat für Glioblastome ist.

Penetration ausgewählter PP-Verbindungen durch die In-vitro-BBB-Modellmembran: (A) Schematische Darstellung eines Dreifach-Kokulturmodells der BHS, das aus Astrozyten, Perizyten und Epithelzellen besteht, die auf 24-Well-Transwellmembranen mit 3 μm Poren kultiviert werden. Der transendotheliale elektrische Widerstand (TEER) wurde mit einem EVOM2-Messgerät mit einer STX3-Elektrode (World Precision Instruments) gemessen. (B) Die BHS-Permeabilität (P) für die ausgewählten Verbindungen wurde unter Verwendung der Gleichung P = VA⋅CA/(t⋅S⋅CL)51 berechnet und durch den TEER-Koeffizienten normalisiert. Die Daten stellen Durchschnittswerte aus zwei unabhängigen Experimenten in dreifacher Ausführung (n = 6) mit Standardabweichung SD dar. * zeigt Werte an, die sich deutlich von denen von Fenofibrat (Negativkontrolle) unterscheiden, und Koffein wurde als Positivkontrolle verwendet. Panel C: HR68 (PP21)-Gewebekonzentration, bewertet in Foxn1-Nacktmäusen mit intrakraniellem Glioblastom (GBM12). Mäuse wurden intraperitoneal (ip) mit HR68, verdünnt in 20 % Cyclodextrin bei 15 mg/kg/Tag, behandelt und die HR68-Spiegel im Blut, Herz, Leber, Niere, Milz, Lunge, Gehirn und im Hirntumor (BT) betrugen durch HPLC ausgewertet, wie wir bereits berichteten21,24. Die Daten stellen Durchschnittswerte mit Standardabweichung dar (n = 3). Bitte beachten Sie, dass der durchschnittliche Glioblastom-IC50-Wert für HR68 1,17 µM beträgt und wir 3,7 ± 0,5 µM HR68 im Hirntumorgewebe nachgewiesen haben.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einführung von Pyridineinheiten in das BPA-Gerüst die chemopharmakologischen Eigenschaften neuer Arzneimittelkandidaten verbessert. Insbesondere sind die Wasserlöslichkeit und die vorhergesagte ZNS-Penetration dieser Pyridin-Derivate von BPA höher als bei zuvor untersuchten Alkyl- und Phenol-Derivaten von BPA23,52. Hier wurde auch gezeigt, dass eine richtig positionierte Pyridineinheit in Bezug auf das BPA-Gerüst die Anti-Glioblastom-Wirksamkeit dieser Verbindungen steigerte, wobei die Glioblastom-spezifischen IC50-Werte nahe bei 1 µM lagen. Wichtig ist, dass diese spezifischen Modifikationen, die die molekulare Flexibilität und die Wasserlöslichkeit der Verbindungen erhöhten, erreicht wurden, ohne die Glioblastom-spezifische Zytotoxizität zu beeinträchtigen. Darüber hinaus ist die Stereochemie des Chiralitätszentrums in der Nähe der Pyridineinheit aufgrund der unterschiedlichen dreidimensionalen Orientierung des Pyridinstickstoffs wichtig, wodurch sich die Wechselwirkung der Verbindung mit den Zielbiomolekülen verändern kann.

Alle in diesem Manuskript enthaltenen intellektuellen, experimentellen und gemeinschaftlichen Arbeiten wurden vom Louisiana Board of Ethics und in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften vom Institutional Biosafety Committee (IBC, Protokoll Nr. 4351) der Louisiana State University (LSU) genehmigt. und LSU Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC, Protokoll Nr. 4966). Darüber hinaus folgen unsere von der IACUC genehmigten Tierversuche den 10 wesentlichen Empfehlungen der ARRIVE-Richtlinie.

Alle Ausgangsmaterialien waren analysenrein und wurden von AmBeed (https://www.ambeed.com), Millipore Sigma (https://www.sigmaaldrich.com) und TCI America (https://www.tcichemicals.com) erworben. . 1H-NMR-Spektren wurden auf den Geräten Varian Mercury 300 und Varian Mercury 400 Plus in CDCl3 und DMSO-d6 aufgezeichnet, wobei die chemischen Verschiebungen des Lösungsmittels als interner Standard verwendet wurden. NMR-Lösungsmittel wurden von Cambridge Isotope (https://www.isotope.com) bezogen. Im Lösungsmittel DMSO-d6 zeigen unsere Endverbindungen wie HR68 aufgrund der eingeschränkten Rotation der CN-Amidbindung53 zwei Signalsätze. Diese Einschränkung besteht bei CDCl3 als NMR-Lösungsmittel nicht [siehe ergänzende Daten; S. 9–13]. Alle untersuchten Verbindungen weisen eine Reinheit von 96 % oder mehr auf, wie mit H-NMR und HPLC bestimmt. Alle berechneten molekularen Deskriptoren wurden mit ChemAxon MarvinSketch Version 22.21 (https://chemaxon.com/products/marvin) generiert. Alle berechneten Werte für jede einzelne Verbindung wurden mit MarvinSketch durchgeführt und sind in den ergänzenden Materialien enthalten. Grenzorbitalenergien, Konformationsstudien, Energieunterschiede zwischen verschiedenen Isomeren und ihre elektrostatischen Potentialkarten wurden mit der Methode der Dichtefunktionaltheorie (DFT) ωB97X-D/6-31G* berechnet, wie sie in Spartan '18 v 1.1.0 implementiert ist (https:// www.wavefun.com) und sind in den ergänzenden Materialien (Seiten 150–152) enthalten. 1H-NMR- und 13C-NMR-Spektren für alle in dieser Studie generierten HR-Verbindungen sind in den Zusatzmaterialien enthalten. Die Vorhersage der Phase-I-Metaboliten wurde mit BioTransformer 3.0 (https://biotransformer.ca/new) durchgeführt [Wishart DS, Tian S, Allen D, Oler E, Peters H, Lui VW, Gautam V, Djoumbou-Feunang Y, Greiner R, Metz ZU. BioTransformer 3.0 – ein Webserver zur genauen Vorhersage von Stoffwechseltransformationsprodukten54.

(Allgemeine Methode zur Herstellung aller HR66-HR90-Verbindungen im großen Maßstab ohne Extraktion oder Kristallisation). Herstellung von 2-[4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy]-2-methyl-N-(pyridin-3-yl)propenamid (HR67). Eine trockene Pyridinsuspension aus 3-Aminopyridin (14,2 g; 0,15 Mol) und wasserfreiem Natriumcarbonat (42,4 g; 0,4 Mol) wurde 30 Minuten lang mit Ultraschall behandelt und über Nacht in einem geschlossenen System unter Stickstoffatmosphäre bei Raumtemperatur belassen, um sicherzustellen, dass die Pyridinsuspension erhalten blieb trocken. Separat wurde Fenofibrinchlorid (FFC) wie folgt hergestellt: Dichlormethan (500 ml), Suspension aus Fenofibrinsäure (47,4 g; 0,15 Mol), Oxalylchlorid (25,7 ml; 38,1 g; 0,3 Mol) und DMF (wenige Tropfen) wurden gerührt bei Zimmertemperatur über Nacht. Nach etwa 1,5 Stunden wurde die Reaktionsmischung hellbraun. Der Großteil des Lösungsmittels wurde durch Destillation bei Atmosphärendruck entfernt und das verbleibende Lösungsmittel wurde unter einem Argonstrom bei Raumtemperatur entfernt. Das resultierende feste Material wurde in Dichlormethan (150 ml) unter Stickstoffatmosphäre und unter langsamem Rühren gelöst und zu der zuvor hergestellten, mit Eiswasser gekühlten Pyridinsuspension aus 3-Aminopyridin und Natriumcarbonat gegeben. Die resultierende Suspension wurde 3 Stunden lang bei 0–5 °C, dann über Nacht bei Raumtemperatur gerührt und anschließend weitere 3 Stunden lang bei 60 °C gerührt. Das resultierende Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck entfernt, um den festen Rückstand abzutrennen. Dieser Rückstand wurde mit Wasser (1 l) gemischt und 4 Stunden lang durch Ultraschall gerührt. Das unlösliche weiße kristalline Produkt wurde durch Filtration abgetrennt, gründlich mit Wasser (20 × 100 ml) gewaschen und bei 60 °C unter Vakuum getrocknet. Die isolierte Ausbeute betrug 90 % (53,3 g). 1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 10,31 (1H, s), 8,83 (1H, s), 8,26 (1H, d, J = 4,4 Hz), 8,06 (1H, d, J = 8,4 Hz), 7,72 (2H, d, J = 8,4 Hz), 7,67 (2H, d, J = Hz), 7,54 (2H, d, J = 8,4 Hz), 7,31 (1H, d von d, J1 = 8,4 Hz, J2 = 4,4 Hz), 7,04 (2H, d, J = 8,8 Hz) und 1,63 (6H, s) ppm. 13C-NMR (DMSO-d6, 100 MHz) δ 193,7, 172,9, 159,4, 145,2, 142,6, 137,6, 136,6, 135,6, 132,3, 131,6, 130,6, 129,0, 128,0, 123,9, 118,8, 81,5 und 25,2 ppm.

Allgemeine Herstellung von HR71-HR81 und HR84-HR87 im großen Maßstab mit Natriumcarbonat in Wasser als Basis. Herstellung von 2-(4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy)-2-methyl-N-(2-(pyridin-4-yl)ethyl)propenamid (HR80). Fenofibrinchlorid (FFC) (0,3 Mol) wurde nach dem in Methode A beschriebenen Verfahren aus Fenofibrinsäure (95,6 g; 0,3 Mol) und Oxalylchlorid (63,5 g; 43 ml) in Dichlormethan (1 l) hergestellt. Vorbereitetes FFC (0,3 mmol) wurde über einen Zeitraum von 45 Minuten bei Eiswasserbadtemperatur langsam tropfenweise in eine magnetisch gerührte Mischung aus Natriumcarbonat (106 g; 1 Mol) in Wasser (500 ml) und 1-(Pyridin-4) gegeben -yl)ethanamin (24,4 g; 0,2 mmol) in Tetrahydrofuran (500 ml). Nachdem die Zugabe abgeschlossen war, wurde die resultierende Reaktionsmischung über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Das Volumen der Reaktionsmischung wurde durch Lösungsmittelverdampfung unter Luftstrom (erzeugt durch eine Luftpumpe) um 75 % reduziert. Die resultierende weiße Suspension wurde mit Wasser (500 ml) gemischt und das unlösliche Produkt durch Filtration abgetrennt, mit Wasser (10 × 50 ml) gewaschen und über Nacht bei 50 °C getrocknet. Die isolierte Ausbeute betrug 97 % (82 g) reines Produkt. Das Filtrat wurde mit Salzsäure auf pH = 2 angesäuert. Der resultierende weiße feste Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt, mit Wasser (10 × 20 ml) gewaschen und über Nacht bei 50 °C getrocknet, um 34,2 g (95 % Ausbeute) Fenofibrinsäure zu ergeben . 1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 8,36 (2H, d, J = 4,8 Hz), 8,21 (1H, t, J = 5,2 Hz), 7,66 (6H, m), 7,13 (2H, d, J = 5,2 Hz), 6,86 (2H, d, J = 8,0 Hz), 3,85 (2H, m), 2,73 (2H, t, J = 7,2 Hz) und 1,45 (6H, s) ppm. 13C-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 193,7, 173,1, 159,6, 149,7, 148,7, 137,5, 136,7, 132,1, 131,6, 130,2, 129,1, 124,6, 118,7, 81,1, 3 9,4, 34,3 und 25,5 ppm.

Vorbereitung in kleinem Maßstab, anwendbar auf alle HR66-HR90. Herstellung von 2-(4-(4-Chlorbenzoyl)phenoxy)-2-methyl-N-(2-oxo-1,2-dihydropyridin-3-yl)propanamid (HR89). Eine frisch zubereitete Dichlormethanlösung (5 ml) von Fenofibrinsäurechlorid wurde aus Fenofibrinsäure (80 mg; 0,25 mmol) und Oxalylchlorid (1 mmol) wie oben beschrieben hergestellt. Diese wurden unter einer Stickstoffatmosphäre und Rühren zu Pyridin (10 ml)-Tetrahydrofuran (10 ml)-Natriumcarbonat (212 mg; 2 mmol) von 3-Aminopyridin-2(1H)-on (27,5 mg; 0,25) gegeben mmol) Lösung. Die resultierende Mischung wurde bei Raumtemperatur in der Stickstoffatmosphäre 3 Stunden lang gerührt, gefolgt von Rühren unter der Stickstoffatmosphäre bei 60 °C für weitere 3 Stunden. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Lösungsmittel unter einem Luftstrom (erzeugt durch eine Luftpumpe) bei Raumtemperatur verdampft, was einen festen Rückstand ergab. Dieser feste Rückstand wurde mit Dichlormethan (30 ml) gemischt und? Wasser (100 ml). Die Wasserschicht wurde verworfen und die organische Schicht mit Wasser (3 × 100 ml), 5 % Natriumcarbonat (3 × 100 ml) gewaschen und über wasserfreiem Natriumcarbonat getrocknet. Das Trocknungsmaterial wurde durch Filtration abgetrennt. Das Volumen des Filtrats wurde auf ~ 2 ml reduziert, dann wurden Hexane (~ 10 ml) zugegeben. Die resultierende Lösung wurde offen bei Raumtemperatur belassen, sodass das Lösungsmittel langsam verdampfen konnte. Das resultierende weiße kristalline Produkt wurde durch Filtration abgetrennt, mit Hexan (3 × 3 ml) gewaschen und über Nacht an der Luft getrocknet. Isolierte Ausbeute = 93 % (95 mg). 1H-NMR (DMSO-d6, 400 MHz) δ 12,08 (1H, s), 9,29 (1H, s), 8,24 (1H, d von d, J1 = 7,2 Hz, J2 = 1,6 Hz), 7,73 (2H, d , J = 8,8 Hz), 7,71 (2H, d, J = 8,8 Hz), 7,59 (2H, d, J = 8,4 Hz), 7,12 (1H, m), 7,10 (2H, d, J = 8,8 Hz), 6,26 (1H, t, J = 7,2 Hz) und 1,58 (6H, s) ppm. 13C-NMR (DMSO-d6, 100 MHz) δ 193,8, 172,4, 158,5, 157,6, 137,7, 136,4, 132,3, 131,7, 131,6, 129,1, 128,7, 128,6, 123,1, 120,3, 105,9, 82,3 und 25,2 ppm.

Menschliche Glioblastom-LN-229-Zellen (ATCC CRL-2611) wurden als halbkonfluente Monoschichtkultur in DMEM mit 1 g/L Glucose, Natriumpyruvat und L-Glutamin (Corning) gehalten, ergänzt mit 10 % hitzeinaktiviertem FBS (Gibco). ) und P/S (50 Einheiten/ml Penicillin und 50 µg/ml Streptomycin) bei 37 °C in einer 5 % CO2-Atmosphäre. Vor der Behandlung mit HR-Verbindungen wurden die Zellen in 96-Well-Platten (BD Falcon) mit einer Anfangsdichte von 2 × 104 Zellen/cm2 ausplattiert. Vierundzwanzig Stunden nach dem Ausplattieren wurden Stammlösungen der HR-Verbindungen in DMSO hergestellt, in Zellkulturmedium verdünnt und für jede Versuchsbedingung dreifach zu zuvor ausplattierten Zellen gegeben (Endkonzentration 25 µM). Als Vehikelkontrolle wurde DMSO (0,5 %) verwendet. Nach 72-stündiger Inkubation wurde ein MTT-Assay durchgeführt, um die Stoffwechselaktivität der Zellen zu messen (Ersatz für die Lebensfähigkeit der Zellen). Nach einer 1,5-stündigen Inkubation mit 0,5 mg/ml MTT in serumfreiem DMEM mit niedrigem Glucosegehalt wurden die resultierenden Formazankristalle in 5 mM HCl in Isopropanol gelöst und die Absorption bei 540 nm abgelesen. Die Daten stellen Mittelwerte dar, ausgedrückt als Prozentsatz der Fahrzeugkontrolle ± SD. Phasenkontrastbilder der behandelten Zellen wurden 72 Stunden nach der Behandlung mit HR-Verbindungen unter Verwendung eines BZ-X800-Fluoreszenzmikroskops (Keyence) aufgenommen, das mit einem 20-fach-Objektiv ausgestattet war. Die Arzneimitteldosis, die zu einer 50-prozentigen Hemmung der Zellstoffwechselaktivität führte (Ersatz für die Lebensfähigkeit der Zellen), wurde mit dem MTT-Assay zum Zeitpunkt 72 Stunden gemessen und die halbe maximale Hemmkonzentration (IC50) mit GraphPad Prism 8 berechnet.

Die BHS wurde in vitro unter Verwendung eines modifizierten Protokolls von Stone et al.55 wiederhergestellt. Kurz gesagt, 24-Well-Transwell-Einsätze (Falcon, Katalognummer 353096) wurden 24 Stunden lang bei 4 °C mit 10 μg/cm2 Kollagen Typ IV (Sigma) beschichtet. Die Einsätze wurden mit sterilem Wasser gewaschen und 2 Stunden lang an der Luft getrocknet. Anschließend wurden die Einsätze 1 Stunde lang bei 37 °C mit 2 μg/cm2 Poly-L-Lysin (ScienCell) beschichtet, dann zweimal mit sterilem H2O gewaschen und 2 Stunden lang luftgetrocknet. Primäre menschliche Astrozyten (1,5 × 105) und 3 × 104 primäre menschliche Perizyten (beide ScienCell) wurden in 25 μl Astrozytenmedium bzw. Perizytenmedium (ScienCell) resuspendiert und dann im Verhältnis 1:1 für ein Gesamtvolumen von 50 μl kombiniert. Getrocknete, beschichtete Einsätze wurden auf den Kopf gestellt, so dass die basolaterale Oberfläche oben freilag, und 50 μl der Zellmischung wurden zur Membran gegeben, mit dem Plattendeckel abgedeckt und 2 Stunden lang bei 37 °C inkubiert, um die Zellbildung zu ermöglichen Adhäsion. Jegliches auf der Membran verbliebene Medium wurde vorsichtig entfernt, bevor die Einsätze mit der apikalen Oberfläche nach oben wieder in ihre aufrechte Position gebracht wurden, während sie in eine Platte mit 24 Vertiefungen gegeben wurden, die 500 μl Astrozyten/Perizyten-Medium pro Vertiefung (1:1) enthielt. . Weitere 300 μl Medium wurden in das apikale Kompartiment gegeben. Vier Tage nach dem Ausplattieren wurde das apikale Kompartimentmedium entfernt und 3,75 × 104 Telomerase-immortalisierte Venenendothelzellen (TIVE; bereitgestellt von Dr. Rolf Renne) in 50 μl TIVE-Medium56 wurden zugegeben und 5 Stunden lang bei 37 °C inkubiert um die Zellanhaftung zu ermöglichen, gefolgt von der Zugabe von zusätzlichen 250 μl TIVE-Medium. Jeden dritten Tag wurde die Hälfte des Volumens der entsprechenden Medien im unteren und oberen Fach durch frische Medien ersetzt. Zehn Tage nach der ersten Plattierung wurde der transendotheliale elektrische Widerstand (TEER) mit einem EVOM2-Messgerät mit einer STX3-Elektrode (World Precision Instruments) gemessen. Die Fähigkeit ausgewählter HR-Verbindungen, die BHS in vitro zu passieren, wurde mithilfe von Einsätzen mit effektiv rekonstruierter BHS getestet, was durch TEER-Werte bestätigt wurde55,57.

Nach der TEER-Messung wurde das Medium aus dem apikalen Kompartiment (Einsatz) des In-vitro-BBB-Modells (Abb. 9A) durch 350 µL frisches TIVE-Medium ersetzt, das die entsprechenden Verbindungen enthielt [HR67 (PP23), HR68 (PP21), beide verwendet bei 25 µM. Darüber hinaus wurden 25 µM Fenofibrat (FF), das die BHS22 nicht passiert, als Negativkontrolle und 50 µM Koffein als Positivkontrolle verwendet58. Platten mit den Einsätzen wurden in den Inkubator zurückgebracht (37 °C, 5 % CO2) und nach 3-stündiger Inkubation wurden konditionierte Medien aus der Vertiefung und dem Einsatz gesammelt (Abb. 9A). Die Aliquots (100 μl) der gesammelten Proben wurden anschließend mit 100 μl 100 % Acetonitril gemischt, zentrifugiert (16.000 U/min bei 4 °C für 10 Minuten) und die Überstände für den HPLC-basierten Nachweis von HR67 und HR68 gesammelt.

HPLC-Analysen wurden mit einem UltiMate 3000-System (Thermo Scientific) durchgeführt, das mit einer analytischen YMCbasic-Säule mit 3 µm und 150 × 4,6 mm (Octylsilan C8; YMC America, Inc.) ausgestattet war. Die isokratische Elution der Verbindungen wurde unter Verwendung einer mobilen Phase durchgeführt, die aus Lösungsmittel A (50 mM Essigsäure in dH2O) und Lösungsmittel B (Acetonitril) bestand, die in vorgegebenen Verhältnissen für jede Verbindung gemischt wurden (Tabelle 1). Alle Trennungen wurden mit 5 μl Probenvolumen bei einer Flussrate von 1 ml/min bei 25 °C durchgeführt. Die Konzentration jeder Verbindung wurde unter Verwendung serieller Verdünnungen der bekannten Konzentration der im selben Lauf getrennten Verbindung mit Versuchs- und Kontrollproben berechnet. Nach der Trennung wurden integrierte Flächen unter dem Peak zur Erstellung von Kalibrierungskurven und zur Bestimmung der Konzentration der Verbindungen verwendet.

In dieser Studie wurden weibliche immundefiziente Foxn1nu-Mäuse im Alter von 6 bis 8 Wochen verwendet (sowohl männliche als auch weibliche Mäuse sind gleichermaßen von Glioblastomen betroffen). Die Mäuse wurden mit GBM12-TMZ-resistenten, vom Patienten stammenden Glioblastomen geimpft, die den Luciferase-Reporter stabil exprimieren24,59, wurden freundlicherweise von Dr. Sarkaria (Cleveland Clinic, Brain Tumor National Resource) zur Verfügung gestellt und gemäß den empfohlenen Protokollen kultiviert und vermehrt59 . Die Zellen wurden unter Verwendung von 5 μl PBS, das 1 × 105 der Tumorzellen enthielt, in die Striatumregion injiziert, wobei der stereotaktische Ansatz angewendet wurde [1,5 mm hinter Bregma; 1,5 mm seitlich der Sagitalnaht; 3 mm von der Oberfläche entfernt], wie in unserer vorherigen Studie berichtet24. Die Behandlung begann, als die intrakraniellen Tumoren gut etabliert waren (bewertet mit dem Optical Image System für Kleintiere (Xenogen IVIS CT). Die HR68-Injektionslösung wurde aus der 50 mM DMSO-Stammlösung, verdünnt in 20 % Cyclodextrin (2-Hydroxypropyl-β), hergestellt -Cyclodextrin) in sterilem PBS und intraperitoneal (ip) mit 15 mg/kg verabreicht. Blut, Leber, Nieren, Milz, Herz, Gehirn und Gehirntumor wurden anschließend gesammelt, feste Gewebe wurden in PBS aus dem Blut gewaschen und zur Untersuchung auf Eis gelegt eine unmittelbare Probenvorbereitung für die HPLC-Analyse (siehe oben). Gewebe wurden für die HPLC vorbereitet, indem 150 μl Probengewebe (~ 120 mg), das mit 3 Volumina Methanol: H2O-Mischung (4:1) gut vermischt worden war, gemischt wurden Unter Verwendung von TissueRuptor II (Qiagen) wurden die Proben 10 Minuten lang bei 4 °C und 15.000 g zentrifugiert. Die Überstände wurden in 1,5-ml-Eppendorf-Röhrchen gesammelt und 3 Minuten lang bei 95 °C inkubiert. Nach der Blitzkühlung auf Eis wurden die Proben erneut bei 15.000 zentrifugiert g für 10 Minuten bei 4 °C und Überstände wurden für die HPLC-basierte Messung verwendet.

Die Daten wurden mit einem homoskedastischen Student-t-Test analysiert. Unterschiede zwischen Kontroll- und Versuchsgruppe wurden bei P-Werten von ≤ 0,05 als signifikant angesehen.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Gould, J. Aufschlüsselung der Epidemiologie von Hirntumor. Natur 561, S40–S41. https://doi.org/10.1038/d41586-018-06704-7 (2018).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Louis, DN et al. Die WHO-Klassifikation von Tumoren des Zentralnervensystems 2021: Eine Zusammenfassung. Neuro Oncol. 23, 1231–1251. https://doi.org/10.1093/neuonc/noab106 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fernandes, C. et al. In Glioblastoma (Hrsg. S. De Vleeschouwer) (2017).

Brennan, CW et al. Die somatische Genomlandschaft des Glioblastoms. Zelle 155, 462–477. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.09.034 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Netzwerk, TC Corrigendum: Umfassende genomische Charakterisierung definiert menschliche Glioblastom-Gene und Kernpfade. Nature 494, 506. https://doi.org/10.1038/nature11903 (2013).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Ohgaki, H. & Kleihues, P. Genetische Wege zum primären und sekundären Glioblastom. Bin. J. Pathol. 170, 1445–1453 (2007).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Romanidou, O., Kotoula, V. & Fountzilas, G. Brücke zwischen Krebsbiologie und Klinik: IDH-Genmutationen in Gliomen verstehen und nutzen. Krebsgenom. Proteom. 15, 421–436. https://doi.org/10.21873/cgp.20101 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Wu, F. et al. Molekulare Klassifizierung von IDH-mutierten Glioblastomen basierend auf Genexpressionsprofilen. Karzinogenese https://doi.org/10.1093/carcin/bgz032 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Zhou, L. et al. Integrierte Metabolomics- und Lipidomics-Analysen zeigen die metabolische Neuprogrammierung bei menschlichen Gliomen mit IDH1-Mutation. J. Proteome Res. 18, 960–969. https://doi.org/10.1021/acs.jproteome.8b00663 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Romani, M., Pistillo, MP, Carosio, R., Morabito, A. & Banelli, B. Immun-Checkpoints und innovative Therapien beim Glioblastom. Vorderseite. Oncol. 8, 464. https://doi.org/10.3389/fonc.2018.00464 (2018).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Cuoco, JA et al. Impfbasierte Immuntherapeutika zur Behandlung von Glioblastomen: Fortschritte, Herausforderungen und Zukunftsperspektiven. Weltneurochirurg. 120, 302–315. https://doi.org/10.1016/j.wneu.2018.08.202 (2018).

Artikel PubMed Google Scholar

Bagley, SJ & O'Rourke, DM Klinische Untersuchung von CAR-T-Zellen für solide Tumoren: gewonnene Erkenntnisse und zukünftige Richtungen. Pharmakol. Dort. https://doi.org/10.1016/j.pharmthera.2019.107419 (2019).

Artikel PubMed Google Scholar

Drakulic, D. et al. Aktuelle Möglichkeiten zur gezielten Bekämpfung fehlregulierter neurologischer Entwicklungssignalwege beim Glioblastom. Zellen https://doi.org/10.3390/cells11162530 (2022).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Seker-Polat, F., Pinarbasi Degirmenci, N., Solaroglu, I. & Bagci-Onder, T. Tumorzellinfiltration in das Gehirn beim Glioblastom: Von Mechanismen zu klinischen Perspektiven. Krebserkrankungen https://doi.org/10.3390/cancers14020443 (2022).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Kelly, PJ Gliome: Überleben, Entstehung und Früherkennung. Surg. Neurol. Int. 1, 96. https://doi.org/10.4103/2152-7806.74243 (2010).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Sahu, U., Barth, RF, Otani, Y., McCormack, R. & Kaur, B. Gehirntumormodelle von Ratten und Mäusen für die experimentelle neuroonkologische Forschung. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 81, 312–329. https://doi.org/10.1093/jnen/nlac021 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Arvanitis, CD, Ferraro, GB & Jain, RK Die Blut-Hirn-Schranke und Blut-Tumor-Schranke bei Hirntumoren und Metastasen. Nat. Rev. Cancer 20, 26–41. https://doi.org/10.1038/s41568-019-0205-x (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Naef, R. Ein allgemein anwendbarer Computeralgorithmus basierend auf der Gruppenadditivitätsmethode zur Berechnung von sieben molekularen Deskriptoren: Verbrennungswärme, LogPO/W, LogS, Brechung, Polarisierbarkeit, Toxizität und LogBB organischer Verbindungen; Umfang und Grenzen der Anwendbarkeit. Molecules 20, 18279–18351. https://doi.org/10.3390/molecules201018279 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Singh, N., Miner, A., Hennis, L. & Mittal, S. Mechanismen der Temozolomid-Resistenz beim Glioblastom – Eine umfassende Übersicht. Resistenz gegen Krebsmedikamente. 4, 17–43. https://doi.org/10.20517/cdr.2020.79 (2021).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Shojaei, S. et al. Simvastatin erhöht den durch Temozolomid verursachten Zelltod, indem es auf die Fusion von Autophagosomen und Lysosomen abzielt. FEBS J. 287, 1005–1034. https://doi.org/10.1111/febs.15069 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wilk, A. et al. Molekulare Mechanismen der Fenofibrat-induzierten Stoffwechselkatastrophe und des Zelltods von Glioblastomen. Mol. Zelle. Biol. 35, 182–198. https://doi.org/10.1128/MCB.00562-14 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Grabacka, M. et al. Subzelluläre Verteilung von Fenofibrat als Begründung für die intrakranielle Verabreichung durch biologisch abbaubare Träger. J. Physiol. Pharmakol. 66, 233–247 (2015).

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Stalinska, J. et al. Erforschung der Antikrebsaktivität von strukturell modifiziertem Benzylphenoxyacetamid (BPA); I: Synthesestrategien und rechnerische Analysen substituierter BPA-Varianten mit hohem Anti-Glioblastom-Potenzial. Wissenschaft. Rep. 9, 17021. https://doi.org/10.1038/s41598-019-53207-0 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Stalinska, J. et al. Chemisch modifizierte Varianten von Fenofibrat mit Antiglioblastom-Potenzial. Übers. Oncol. 12, 895–907. https://doi.org/10.1016/j.tranon.2019.04.006 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Mullard, A. Neubewertung der 5-Regel, zwei Jahrzehnte später. Nat. Rev. Drug Discov. 17, 777. https://doi.org/10.1038/nrd.2018.197 (2018).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wager, TT, Hou, XJ, Verhoest, PR & Villalobos, A. Wünschbarkeit der Multiparameteroptimierung des Zentralnervensystems: Anwendung in der Arzneimittelforschung. ACS Chem. Neurosci. 7, 767–775. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.6b00029 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Gupta, M., Lee, HJ, Barden, CJ & Weaver, DF Der Wert der Blut-Hirn-Schranke (BBB). J. Med. Chem. 62, 9824–9836. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.9b01220 (2019).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lanevskij, K., Didziapetris, R. & Sazonovas, A. Physikochemische QSAR-Analyse der hERG-Hemmung überarbeitet: Auf dem Weg zu einer quantitativen Wirksamkeitsvorhersage. J. Comput. Unterstützt Mol. Des. 36, 837–849. https://doi.org/10.1007/s10822-022-00483-0 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Garrido, A., Lepailleur, A., Mignani, SM, Dallemagne, P. & Rochais, C. hERG-Toxizitätsbewertung: Nützliche Richtlinien für das Arzneimitteldesign. EUR. J. Med. Chem. 195, 112290. https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2020.112290 (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Miller, S. et al. CRY2-Isoformenselektivität eines zirkadianen Uhrmodulators mit Antiglioblastom-Wirksamkeit. Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA 119, e2203936119. https://doi.org/10.1073/pnas.2203936119 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Grabacka, MM et al. Fenofibrat induziert die Ketonkörperproduktion in Melanom- und Glioblastomzellen. Vorderseite. Endokrinol. 7, 5. https://doi.org/10.3389/fendo.2016.00005 (2016).

Artikel Google Scholar

Wilk, A. et al. Die durch Fenofibrat induzierte nukleare Translokation von FoxO3A löst in vitro eine Bim-vermittelte Apoptose in Glioblastomzellen aus. Zellzyklus 11, 2660–2671 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

De, S. et al. Pyridin: Die Gerüste mit bedeutender klinischer Vielfalt. RSC Adv. 12, 15385–15406. https://doi.org/10.1039/d2ra01571d (2022).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sahu, R. et al. Pyridin-Einheit: Ein Einblick in die jüngsten Fortschritte in der Krebsbehandlung. Mini Rev. Med. Chem. 22, 248–272. https://doi.org/10.2174/1389557521666210614162031 (2022).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Bortolami, M. et al. Neue Pyrimidin- und Pyridinderivate als Multitarget-Cholinesteraseinhibitoren: Design, Synthese und In-vitro- und In-Cellulo-Bewertung. ACS Chem. Neurosci. 12, 4090–4112. https://doi.org/10.1021/acschemneuro.1c00485 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lee, HM et al. Computergestützte Bestimmung der hERG-bedingten Kardiotoxizität von Arzneimittelkandidaten. BMC Bioinform. 20, 250. https://doi.org/10.1186/s12859-019-2814-5 (2019).

Artikel CAS Google Scholar

Mahjour, B., Shen, Y., Liu, W. & Cernak, T. Eine Karte des Amin-Carbonsäure-Kopplungssystems. Natur 580, 71–75. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2142-y (2020).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Ghosh, AK & Shahabi, D. Synthese von Amidderivaten für elektronenarme Amine und funktionalisierte Carbonsäuren unter Verwendung von EDC und DMAP und einer katalytischen Menge HOBt als Kopplungsreagenzien. Tetraeder Lett. https://doi.org/10.1016/j.tetlet.2020.152719 (2021).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Yu, J., Su, NQ & Yang, W. Beschreibung der chemischen Reaktivität mit Grenzmolekülorbitalets. JACS Au 2, 1383–1394. https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00085 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Raczynska, ED, Stepniewski, TM & Kolczynska, K. DFT-Studien zur Einelektronenoxidation und Einelektronenreduktion für 2- und 4-Aminopyridine. J. Mol. Modell. 18, 4367–4380. https://doi.org/10.1007/s00894-012-1446-8 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Gosselet, F., Loiola, RA, Roig, A., Rosell, A. & Culot, M. Lieferung von Molekülen durch das Zentralnervensystem über die Blut-Hirn-Schranke. Neurochem. Int. 144, 104952. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2020.104952 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lipinski, CA, Lombardo, F., Dominy, BW & Feeney, PJ Experimentelle und rechnerische Ansätze zur Schätzung der Löslichkeit und Permeabilität in der Arzneimittelforschung und -entwicklung. Adv. Drogenlieferung Offb. 46, 3–26. https://doi.org/10.1016/s0169-409x(00)00129-0 (2001).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mikitsh, JL & Chacko, AM Wege für die Abgabe kleiner Moleküle an das Zentralnervensystem über die Blut-Hirn-Schranke. Perspektive. Med. Chem. 6, 11–24. https://doi.org/10.4137/PMC.S13384 (2014).

Artikel Google Scholar

Matsson, P. & Kihlberg, J. Wie groß ist zu groß für die Zellpermeabilität?. J. Med. Chem. 60, 1662–1664. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.7b00237 (2017).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Smith, QR, Fisher, C. & Allen, DD Die Rolle der Plasmaproteinbindung bei der Arzneimittelabgabe an das Gehirn 311–321 (Springer, 2001).

Google Scholar

Du, X. et al. Einblicke in Protein-Ligand-Wechselwirkungen: Mechanismen, Modelle und Methoden. Int. J. Mol. Wissenschaft. https://doi.org/10.3390/ijms17020144 (2016).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Hansch, C. et al. Zur Rolle der Polarisierbarkeit bei chemisch-biologischen Wechselwirkungen. J. Chem. Inf. Berechnen. Wissenschaft. 43, 120–125. https://doi.org/10.1021/ci020378b (2003).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Kirchmair, J. et al. Vorhersage des Arzneimittelstoffwechsels: Experiment und/oder Berechnung?. Nat. Rev. Drug Discov. 14, 387–404. https://doi.org/10.1038/nrd4581 (2015).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Djoumbou-Feunang, Y. et al. Biotransformer: Ein umfassendes Rechentool zur Vorhersage des Metabolismus kleiner Moleküle und zur Identifizierung von Metaboliten. J. Cheminform. 11, 2. https://doi.org/10.1186/s13321-018-0324-5 (2019).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Hodges, RE & Minich, DM Modulation metabolischer Entgiftungswege mithilfe von Lebensmitteln und aus Lebensmitteln gewonnenen Bestandteilen: Eine wissenschaftliche Übersicht mit klinischer Anwendung. J. Nutr. Metab. 2015, 760689. https://doi.org/10.1155/2015/760689 (2015).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, Y. et al. Ein experimentell validierter Ansatz zur Berechnung der Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke kleiner Moleküle. Wissenschaft. Rep. 9, 6117. https://doi.org/10.1038/s41598-019-42272-0 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Stalinska, J. et al. Anti-Glioblastom-Wirkung phenolischer Varianten von Benzoylphenoxyacetamid (BPA) mit hohem Potenzial für die Durchdringung der Blut-Hirn-Schranke. Wissenschaft. Rep. 12, 3384. https://doi.org/10.1038/s41598-022-07247-8 (2022).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Quintanilla-Licea, R. et al. NMR-Nachweis von Isomeren, die aus der eingeschränkten Rotation der CN-Amidbindung von N-Formyl-o-toluidin und N,N'-Bis-formyl-o-toluidin resultieren. Moleküle 7, 662–673. https://doi.org/10.3390/70800662 (2002).

Artikel CAS PubMed Central Google Scholar

Wishart, DS et al. Biotransformer 3.0 – ein Webserver zur genauen Vorhersage von Stoffwechseltransformationsprodukten. Nukleinsäuren Res. 50, W115-123. https://doi.org/10.1093/nar/gkac313 (2022).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Stone, NL, England, TJ & O'Sullivan, SE Ein neuartiges Transwell-Blut-Hirn-Schrankenmodell unter Verwendung primärer menschlicher Zellen. Vorderseite. Zellneurosci. 13, 230. https://doi.org/10.3389/fncel.2019.00230 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

An, FQ et al. Langfristig infizierte, mit Telomerase immortalisierte Endothelzellen: Ein Modell für die Latenz des Kaposi-Sarkom-assoziierten Herpesvirus in vitro und in vivo. J. Virol. 80, 4833–4846. https://doi.org/10.1128/JVI.80.10.4833-4846.2006 (2006).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Srinivasan, B. et al. TEER-Messtechniken für In-vitro-Barrieremodellsysteme. J. Lab. Autom. 20, 107–126. https://doi.org/10.1177/2211068214561025 (2015).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Garberg, P. et al. In-vitro-Modelle für die Blut-Hirn-Schranke. Toxicol In Vitro 19, 299–334. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2004.06.011 (2005).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Carlson, BL, Pokorny, JL, Schroeder, MA & Sarkaria, JN Etablierung, Wartung und In-vitro- und In-vivo-Anwendungen von primären humanen Glioblastoma-multiforme (GBM)-Xenotransplantatmodellen für translationale Biologiestudien und Arzneimittelentwicklung. Curr. Protokoll. Pharmakol. https://doi.org/10.1002/0471141755.ph1416s52 (2011).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde von P20-GM121288-01 (KR), 1R41CA275433 (KR) und LSU-2022-CCRI-8 (KR/GK) unterstützt. Alle Chemie- und Computerstudien wurden von STEPFARM, LLC unterstützt. (BSJ).

Fakultät für Chemie, University of New Orleans, New Orleans, LA, 70148, USA

Charles H. Ingraham IV, Sean C. Carson und Branko S. Jursic

Stepharm LLC., PO Box 24220, New Orleans, LA, 70184, USA

Branko S. Jursic

Neurologische Krebsforschung, Abteilung für Medizin, Stanley S. Scott Cancer Center, LSU Health Sciences Center, New Orleans, LA, 70112, USA

Charles H. Ingraham IV, Joanna Stalinska, Susan B. Colley, Monica Rak, Adam Lassak, Francesca Peruzzi und Krzysztof Reiss

Neurologische Krebsforschung, Abteilung für interdisziplinäre Onkologie, LSU Health Sciences Center, New Orleans, LA, 70112, USA

Charles H. Ingraham IV, Joanna Stalinska, Susan B. Colley, Monica Rak, Adam Lassak, Francesca Peruzzi und Krzysztof Reiss

Abteilung für Zellbiologie, Fakultät für Biochemie, Biophysik und Biotechnologie, Jagiellonen-Universität, Krakau, Polen

Joanna Stalinska & Monika Rak

WayPath Pharma, New Orleans BioInnovation Center (NOBIC), 1441 Canal Str., New Orleans, LA, 70112, USA

Charles H. Ingraham IV & Krzysztof Reiss

Büro für Zuschüsse und Entwicklung, Stanley S. Scott Cancer Center, LSU Health Sciences Center, New Orleans, LA, 70112, USA

Susan B. Colley

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

CI: beteiligte sich an der Durchführung spezifischer chemischer Reaktionen, die von BSJ entwickelt wurden. Durchführung und Unterstützung bei der Gestaltung von Zellkulturanalysen, Zelltoxizitätstests, Mikroskopie, Bildgebung, Datenanalysen, Interpretation von In-vitro-Studien und Erstellung von Abbildungen sowie Bearbeitung und konzeptionelle Bemühungen im Zusammenhang mit der endgültigen Gestaltung des Manuskripts; JS: Durchführung und Unterstützung bei der Gestaltung von Zellkulturanalysen, Zelltoxizitätstests, Zellbildgebung, Datenanalysen und Erstellung von Zahlen für Zellkulturexperimente; MR: führte nach dem Ausscheiden von JSSCC mehrere Zellkulturexperimente, Zelltoxizitätstests und Zellbildgebung durch: beteiligte sich an der Durchführung spezifischer chemischer Reaktionen, die von BSJ entwickelt wurden; AL: HPLC-basierte Bewertung der HR68-Konzentration in Zellkulturen und in Mausgeweben; SBC: redaktioneller und konzeptioneller Aufwand im Zusammenhang mit der endgültigen Gestaltung des Manuskripts. FP: Sowohl konzeptioneller als auch experimenteller Beitrag während der Überarbeitung. Alle Autoren haben das Manuskript überprüft; KR: half bei der Gestaltung von Zellkulturexperimenten, verfasste Manuskriptabschnitte zu Glioblastom, Zellkultur, Zelltoxizität und Interpretation von Zellkulturstudien; BSJ: entwarf chemische Strategien für die Entwicklung neuer HR-Verbindungen, führte entsprechende chemische Reaktionen durch, rechnerische Analysen der neuen Verbindungen, verfasste den Abschnitt des Manuskripts, der sich auf die Entwicklung chemischer Modifikationen und rechnerische Analysen bezieht.

Korrespondenz mit Krzysztof Reiss oder Branko S. Jursic.

Dr. Branko Jursic ist mit Stepharm LLC, PO Box 24220, New Orleans, LA verbunden; Dr. Reiss ist mit WayPath Pharma LLC verbunden. 217 Sena Dr. Metairie LA 70005. Dr. Krzysztof Reiss und Dr. Branko Jursic besitzen ein vorläufiges LSU-Patent für die in diesem Manuskript vorgestellten HR-Verbindungen („Anti-Krebs-Zusammensetzung und Anwendungsmethoden“ 2932719-056-us2). Andere Autoren haben in Bezug auf diesen Beitrag kein konkurrierendes Interesse.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Ingraham, CH, Stalinska, J., Carson, SC et al. Computergestützte Modellierung und Synthese von Pyridinvarianten von Benzoylphenoxyacetamid mit hoher Glioblastom-Zytotoxizität und Hirntumorpenetration. Sci Rep 13, 12236 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39236-w

Zitat herunterladen

Eingegangen: 3. April 2023

Angenommen: 21. Juli 2023

Veröffentlicht: 28. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39236-w

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.