Estudo de síntese e estabilidades química e enzimática de fármaco dirigido dendrimérico potencialmente ativo em doença de Chagas / Synthesis, chemical and enzymatic stability studies of targeted dendrimer potentially active in Chagas disease

A doença de Chagas representa um problema de saúde pública em muitos países e regiões. O tratamento consiste em fármacos tóxicos, com eficácia discutível, principalmente, na fase crônica da doença. Assim, faz-se necessário o planejamento de novos quimioterápicos, mais seguros e eficazes. Os dendrímeros são novas arquiteturas moleculares formadas por um foco central e ramificações partindo desse foco. Apresentam diversas aplicações biológicas como, por exemplo, atuar como transportadores de fármacos. Face ao exposto, o objetivo deste trabalho foi o estudo de condições para ligar o ácido anacárdico (AA) em derivado dendrimérico com potencial ação na doença de Chagas, o qual tem como foco central o ácido succínico (AS) e ramificações compostas por arginina (Arg) e lisina (Lys). Sabe-se que a cruzaína, uma cisteíno-protease do T. cruzi, catalisa a hidrólise de ligação peptídica entre lisina e arginina. A síntese dos compostos em fase sólida forneceu os derivados brutos: (1) pró-fármaco AA-K-R-NH2 e (2) G.05 AA-K(AS)-R-NH2, que foram purificados e caracterizados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência e espectrometria de massas. Os compostos purificados AA-K-R-NH2 e AA-K(AS)-R-NH2 apresentaram rendimentos de 34% e 47%, com pureza de 88% e 98%, respectivamente. Os resultados dos experimentos enzimáticos utilizando o AA-K-R-NH2 não foram conclusivos. Acredita-se que a baixa solubilidade e/ou baixa concentração podem ter contribuído para tal. Já na estabilidade química em pH 7,4 (que simula pH sanguíneo), pH 1,2 (que simula pH estomacal) e pH 8,5 (que simula pH intestinal), observou-se que o AA-K(AS)-R-NH2 foi estável durante as 24 h de ensaio. Estes últimos resultados são interessantes, pois espera-se que o pró-fármaco dendrimérico alcance o T. cruzi estruturalmente integro, sofrendo hidrólise e liberação do composto ativo no interior do parasita

Chagas disease is a public health problem in many countries and regions. The treatment consists of toxic drugs, with debatable efficacy, mainly, in the chronic phase of the disease. Thus, it is necessary to plan new chemotherapeutics, safer and more effective than those drugs. Dendrimers are new molecular architectures composed by a central focus and branching from that focus. They present several biological applications, such as acting as drug carriers. Thereby, the goal of this work was the study of conditions to bind anacardic acid (AA) in a dendrimeric derivative with potential action in Chagas disease, which was composed by a central focus of succinic acid (AS) and branches of arginine (Arg) and lysine (Lys). Cruzain, a T. cruzi cysteine protease, is known to catalyze the peptide-binding hydrolysis between lysine and arginine. Synthesis of the solid phase compounds provided the crude derivatives: (1) prodrug AA-KR-NH2 and (2) G.05 AA-K(AS)-R-NH2, which were purified and characterized by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and mass spectrometry. The purified AA-K-R-NH2 and AA-K(AS)-R-NH2 compounds showed yields of 34% and 47%, with purity of 88% and 98% respectively. The results of the enzymatic experiments using AA-K-R-NH2 were not conclusive. It is believed that the low solubility and/or low concentration may have contributed for this. On the chemical stability at pH 7.4 (which simulates blood pH), pH 1.2 (which simulates stomach pH) and pH 8.5 (which simulates intestinal pH), it was observed that AA-K(AS)R-NH2 was stable for 24 hours. These latter results are interesting because the dendrimeric prodrug is expected to reach structurally integral T. cruzi, undergoing hydrolysis and release of the active compound within the parasite

Nitric oxide releasing-dendrimers: an overview

Platforms able to storage, release or scavenge NO in a controlled and specific manner is interesting for biological applications. Among the possible matrices for these purposes, dendrimers are excellent candidates for that. These molecules have been used as drug delivery systems and exhibit interesting properties, like the possibility to perform chemical modifications on dendrimers surface, the capacity of storage high concentrations of compounds of interest in the same molecule and the ability to improve the solubility and the biocompatibility of the compounds bonded to it. This review emphasizes the recent progress in the development and in the biological applications of different NO-releasing dendrimers and the nitric oxide release pathways in these compounds.

Plataformas capazes de armazenar, liberar ou capturar NO de forma controlada e específica são de grande interesse tendo-se em vista aplicações biológicas. Dentre as possíveis matrizes que podem ser utilizadas para esse fim, os dendrímeros são excelentes candidatos. Essas moléculas têm sido empregadas em sistemas para o transporte de fármacos e apresentam propriedades interessantes tais como a possibilidade de modificações químicas em sua superfície, a capacidade de estocar altas concentrações de compostos de interesse em uma só molécula e a possibilidade de aumentar a solubilidade e a biocompatibilidade dos compostos a eles ligados. Esta revisão enfatiza os recentes avanços no desenvolvimento e nas aplicações biológicas de diferentes dendrímeros liberadores de NO e a forma em que o óxido nítrico é liberado nesses compostos.

From dendrimers to fractal polymers and beyond

The advent of dendritic chemistry has facilitated materials research by allowing precise control of functional component placement in macromolecular architecture. The iterative synthetic protocols used for dendrimer construction were developed based on the desire to craft highly branched, high molecular weight, molecules with exact mass and tailored functionality. Arborols, inspired by trees and precursors of the utilitarian macromolecules known as dendrimers today, were the first examples to employ predesigned, 1 → 3 C-branched, building blocks; physical characteristics of the arborols, including their globular shapes, excellent solubilities, and demonstrated aggregation, combined to reveal the inherent supramolecular potential (e.g., the unimolecular micelle) of these unique species. The architecture that is a characteristic of dendritic materials also exhibits fractal qualities based on self-similar, repetitive, branched frameworks. Thus, the fractal design and supramolecular aspects of these constructs are suggestive of a larger field of fractal materials that incorporates repeating geometries and are derived by complementary building block recognition and assembly. Use of terpyridine-M2+-terpyridine (where, M = Ru, Zn, Fe, etc) connectivity in concert with mathematical algorithms, such as forms the basis for the Seirpinski gasket, has allowed the beginning exploration of fractal materials construction. The propensity of the fractal molecules to self-assemble into higher order architectures adds another dimension to this new arena of materials and composite construction.

O advento da química dendrítica tem facilitado a pesquisa de materiais por permitir o controle preciso do posicionamento do componente funcional na arquitetura macromolecular. Os protocolos sintéticos iterativos usados para construção dos dendrímeros foram desenvolvidos baseados no desejo de elaborar moléculas extremamente ramificadas, com alta massa molecular, massa exata e funcionalidade planejada. Arborols, inspirados em árvores e precursores de macromoléculas utilitárias, conhecidas hoje como dendrímeros, foram os primeiros exemplos a empregar blocos de construção de ramificação-C 1→3; Características físicas dos Arborols, incluindo a sua forma globular, excelente solubilidade, e agregação, combinam-se para revelar o potencial supramolecular inerente (isto é, a micela unimolecular) destas espécies únicas. A arquitetura que é característica dos materiais dendríticos também exibe qualidades fractais com base em estruturas repetitivas, ramificadas e auto-similares. Assim, o design fractal e os aspectos supramoleculares destas construções são sugestivas de um campo maior de materiais fractais que incorporam geometrias repetidas. O uso de terpiridina-M2+-terpiridina (onde, M = Ru, Zn, Fe, etc) em conjunto com algoritmos matemáticos tais como as formas da base do Triângulo de Seirpinski, tem permitido o início da exploração da construção de materiais fractais. A propensão da auto-criação de moléculas fractais para arquiteturas de ordem superior adiciona outra dimensão para essa nova arena de materiais e construção de compostos.

De novo DESIGN AND SYNTHESIS OF AN ICE-BINDING, DENDRIMERIC, POLYPEPTIDE BASED ON INSECT ANTIFREEZE PROTEINS / SÍNTESIS Y DISEÑO De novo DE UN POLIPÉPTIDO DENDRÍMERO CON UNIÓN AL HIELO BASADO EN LAS PROTEINAS ANTICONGELANTES DE INSECTOS / Síntes e desenhoo de novo de um polipetídeos dendrímero com uniâo ao gelo baseado nas proteínas anticongelantes de insetos

A new strategy is presented for the design and synthesis of peptides that exhibit ice-binding and antifreeze activity. A pennant-type dendrimer polypeptide scaffoíd combining an a-helical backbone with four short (β-strand branches was synthesized in solid phase using Fmoc chemistry in a divergent approach. The 51-residue dendrimer was characterized by reverse phase high performance liquid chromatography, mass spectrometry and circular dichroism. Each (β-strand branch contained three overlapping TXT amino acid repeats, an ice-binding motif found in the ice-binding face of the spruce budworm (Choristoneura fumiferana) and beetle (Tenebrio molitor) antifreeze proteins. Ice crystals in the presence of the polypeptide monomer displayed fiat, hexagonal plate morphology, similar to that produced by weakly active antifreeze proteins. An oxidized dimeric form of the dendrimer polypeptide also produced fiat hexagonal ice crystals and was capable of inhibiting ice crystal growth upon temperature reduction, a phenomenon termed thermal hysteresis, a defining property of antifreeze proteins. Linkage of the pennant-type dendrimer to a tri-functional cascade-type polypeptide produced a trimeric macromolecule that gave flat hexagonal ice crystals with higher thermal hysteresis activity than the dimer or monomer and an ice crystal burst pattern similar to that produced by samples containing insect antifreeze proteins. This macromolecule was also capable of inhibiting ice recrystallization.

Una nueva estrategia se presenta para el diseño y síntesis de péptidos que se unen al hielo y evidencian actividad anticongelante. Un polipéptido dendrímero del tipo banderín, que combina en su estructura un núcleo a-hélice con cuatro ramificaciones cortas de hojas β, se sintetizó en fase sólida utilizando la química Fmoc con una estrategia divergente. El dendrímero de 51 residuos se caracterizó por cromatografía líquida de alta resolución, espectrometría de masas y dicroís-mo circular. Cada ramifcación de hoja β contiene tres repeticiones de los motivos de aminoácidos TxT sobrelapados, un motivo de unión al hielo presente en la cara de unión de las proteínas anticongelantes del gusano de brotes de abeto (Choristoneura fumiferana) y en el escarabajo (Tenebrio molitor). Los cristales de hielo en presencia del polipéptido monomérico presentan una morfología hexagonal plana, similar a la producida por las proteínas anticongelantes con una débil actividad. Un dímero oxidado del polipéptido también produce cristales de hielo hexagonales planos que fueron capaces de inhibir el crecimiento de los cristales de hielo a medida que se disminuía la temperatura, un fenómeno conocido como histéresis térmica, esto es, una propiedad que define las proteínas anticongelantes. La vinculación del dendrímero tipo banderín a un polipéptido tipo cascada trifuncional produjo una macro-molécula trimérica que generó cristales de hielo hexagonales planos con una mayor actividad de histéresis térmica que los dímeros y los monómeros y un patrón de estallido del cristal de hielo muy similar al producido por las muestras que contienen proteínas anticongelantes de insectos. Estas moléculas además fueron capaces de inhibir la recristianización del hielo.

Uma nova estratégia é apresentada para o desenho e síntese de peptídeos que se unem ao gelo e apresentam atividade anticongelante. Um polipeptídeo dendrímero do tipo pennant que combina em sua estrutura um núcleo a-hélice com quatro ramifcacoes curtas de folhas β foi sintetizado em fase sólida utilizando a química Fmoc com uma estratégia divergente. O dendrímero de 51 resíduos foi caracterizado por cromatografa líquida de alta resolução, espectrometria de massas e dicroísmo circular. Cada ramifcacao de folha (β contém três repeticoes dos motivos de aminoácidos TxT sobrepostos, um motivo de união ao gelo presente na cara de união das proteínas anticongelantes do verme de Choristoneura fumiferana e no escaravelho (Tenebrio molitor). Os cristais de gelo, em presença do polipeptídeo monomérico, apresentam urna morfologia hexagonal plana, similar à produzida pelas proteínas anticongelantes com uma atividade fraca. Um dímero oxidado do polipeptídeo também produz cristais de gelo hexagonais planos e fo-ram capazes de inibir o crescimento dos cristais de gelo à medida que a temperatura diminuia, um fenômeno conhecido como histerese térmica una propriedade que def ne as proteínas anticongelantes. A vinculação do dendrímero tipo pen-nant a um polipeptídeo tipo cascata tri-funcional produziu uma macromolécula trimérica que gerou cristais de gelo hexa-gonais planos com uma maior atividade de histerese térmica que os dímeros e os monómeros e um padrão de estouro do cristal de gelo muito similar ao produzi-do pelas amostras que contêm proteínas anticongelantes de insetos. Estas moléculas, aliás, foram capazes de inibir a recristalização do gelo.