Planejamento e desenvolvimento de novos compostos com atividade frente a Leishmania spp: Síntese, avaliação da atividade e toxicidade de derivados 5-nitro-2-furfurilidênicos e estudos de relações estrutura-atividade / Design of new compounds against Leishmania spp: synthesis, biological evaluation and toxicity of 5-nitro-2-furfurylidene derivates and structure-activity relationship studies

A leishmaniose é uma zoonose de ampla distribuição mundial, causada pelos parasitas tripanossomatídeos do gênero Leishmania. Infelizmente, o arsenal terapêutico disponível é precário, mas vê-se crescente o interesse científico pela busca do potencial de derivados nitroheterocíclicos como alternativas terapêuticas. Nesse contexto, este trabalho analisou o potencial de derivados 5-nitro-2-furfurilidênicos contra diferentes cepas de Leishmania, assim como investigou um possível modo de ação para esta classe de nitrocompostos. Para tal, a quimioteca foi sintetizada de acordo com publicações prévias do grupo. O potencial de inibição de crescimento das culturas de promastigotas de L. (L.) infantum (Linf) e L. (L.) major (Lmaj) foi determinado, utilizando miltefosina (MILT) (Linf - IC50: 8,28±0,33 µM), anfotericina B (AMB) (Linf - IC50: 0,02±0,002 µM) e nifurtimox (NFX) (Lmaj - IC50: 3,5±0,09 µM) como referência. A maioria dos compostos apresentaram maior potencial que as referênias, destacando o composto 40 (Linf - IC50: 0,2±0,019 µM/ Lmaj - IC50: 0,087 ± 0,001 µM) como mais eficaz. Contra as formas amastigotas intracelulares, para Linf os compostos 40, 13 e 15 foram mais eficazes em reduzir a carga parasitária dos macrófagos infectados que fármacos de referência. Para Lmajor, o composto 40 (IC50: 0,006 ± 0,0003 µM) foi mais ativo que o NFX (IC50: 2,15 ± 0,01 µM). Também foi determinada a atividade da quimioteca frente a enzima nitrorredutase (NTR1), utilizando cepas de T. brucei superexpressantes de NTR1, e os compostos analisados foram até 18 vezes mais eficazes que à cepa wild-type. Ademais, a partir da análise exploratória de dados por análise de componentes principais (PCA) e de grupamentos hierárquicos (HCA), foi reconhecida a influência das propriedades relacionadas com o equilíbrio hidrófilo-lipófilo e da natureza estérica/geométrica das moléculas para atividade anti-Leishmania

Leishmaniasis is a worldwide zoonosis caused by trypanosomatid parasites of the genus Leishmania. Unfortunately, the available therapeutic arsenal is precarious, but there is growing scientific interest in searching the potential of nitroheterocyclic derivatives as therapeutic alternatives. In this context, this work analyzed the potential of 5-nitro-2-furfurylidene derivatives against different Leishmania strains, as well as investigated the potential mode of action for this nitro compounds class. To this end, the chemolibrary was synthesized according to our group's previous publications. The growth inhibitory potential potential for promastigote cultures of L. (L.) infantum (Linf) and L. (L.) major (Lmaj) was determined using miltefosine (MILT) (Linf - IC50: 8.28±0.33 µM), amphotericin B (AMB) (Linf - IC50: 0.02±0.002 µM) and nifurtimox (NFX) (Lmaj - IC50: 3.5±0.09 µM) as reference. Most of the compounds were more potent than the references, highlighting compound 40 (Linf - IC50: 0.2±0.019 µM/ Lmaj - IC50: 0.087 ± 0.001 µM) as the most effective. Against intracellular amastigote, for Linf, compounds 40, 13 and 15 were more effective in reducing the parasite load of infected macrophages than reference drugs. For Lmajor, compound 40 (IC50: 0.006 ± 0.0003 µM) was more active than NFX (IC50: 2.15 ± 0.01 µM). The activity against nitroreductase (NTR1) enzyme was determined using overexpressing NTR1 mutant T. brucei strains, and the analyzed compounds were up to 18 times more effective than wild-type. Furthermore, exploratory data analysis using principal component analysis (PCA) and hierarchical clustering (HCA) methods were used. The influence of properties related to the hydrophiliclipophilic balance and the steric/geometric nature of the molecules was associated with the anti-Leishmanial activity

Detection of Leishmania infantum amastigotes in neutrophil from peripheral blood in a naturally infected dog / Detecção de formas amastigotas de Leishmania infantum em neutrófilos do sangue periférico de cão naturalmente infectado

Abstract Canine visceral leishmaniasis (CVL) is a zoonotic disease of high lethality caused by Leishmania infantum in the Americas. In the infected dog, the amastigotes are scarce in blood, especially in the late phase of the disease. This study aimed to report a rare case of L. infantum amastigotes found in neutrophils from peripheral blood of a naturally infected dog in terminal phase of CVL, also describing its clinical status before and after treatment with miltefosine 2%. The dog, which presented as polysymptomatic and with classical signs and symptoms of CVL was submitted to the following tests: Dual Path Platform (DPP) rapid test, ELISA and parasitological examination of peripheral blood. Hematological and biochemical parameters were obtained before and after treatment. All diagnostic tests were positive for CVL. The identification of L. infantum amastigotes inside neutrophils from peripheral blood was confirmed through microscopy, and the species was confirmed by molecular analysis. At the end of the treatment, peripheral parasitemia was not detected, and improvements were observed in clinical and laboratorial parameters. Finally, this atypical finding can be used as example to raise discussions about the real immunological role of neutrophils in late phases of CVL and its clinical/therapeutic implications.

Resumo A leishmaniose visceral canina (LVC) é uma doença zoonótica de alta letalidade causada por Leishmania infantum nas Américas. No cão infectado, as formas amastigotas são escassas no sangue, principalmente na fase tardia da doença. Este estudo teve como objetivo relatar um caso raro de amastigotas de L. infantum encontradas em neutrófilos do sangue periférico de um cão naturalmente infectado e terminal da LVC, descrevendo também seu estado clínico antes e após o tratamento com miltefosina a 2%. O cão, que se apresentou como polissintomático e com sinais e sintomas clássicos da LVC foi submetido aos seguintes testes: teste rápido Dual Path Platform (DPP), ELISA e exame parasitológico de sangue periférico. Os parâmetros hematológicos e bioquímicos foram obtidos antes e após o tratamento. Todos os testes diagnósticos foram positivos para LVC. A identificação de formas amastigotas de L. infantum, dentro de neutrófilos do sangue periférico foi confirmada por microscopia, e a espécie foi confirmada por análise molecular. Ao final do tratamento, não foi detectada parasitemia periférica, observando-se melhora dos parâmetros clínicos e laboratoriais. Por fim, esse achado atípico pode ser usado como exemplo para levantar discussões sobre o real papel imunológico dos neutrófilos nas fases tardias da LVC e suas implicações clínicas/terapêuticas.

Are Aedes aegypti mosquitoes potential vectors for leishmaniasis? ­ Case report / Mosquitos Aedes aegypti são vetores potenciais de leishmaniose? ­ Relato de caso

In Brazil dipters of the Lutzomyia genus are the main vectors of leishmaniasis for humans and animals. However, other hematophagous insects such as ticks, fleas, and horse flies may also be considered potential vectors of this protozoon. This paper, regarding an endemic area for visceral leishmaniasis, is the the first description of the Leishmania spp. presence in Aedes aegypti mosquitoes. Two A. aegypti mosquitoes were captured: one of them was feeding on a polysymptomatic dog with leishmaniasis, confirmed by parasitic demonstration and positive PCR for Leishmania spp., and the other was collected in the environment where the dog was isolated. The mosquito engorged with dog's blood was crushed between two microscopic slides and the other one was processed by the polymerase chain reaction assay (PCR) searching for the presence of Leishmania spp. DNA. Amastigote forms of Leishmania sp, were observed in the smear prepared from one mosquito by microscopic examination, as well as other protozoa's flagellated forms. In the other insect it was observed Leishmania DNA amplification. This observation reinforces the role of dogs as sources of infection of Leishmania spp. even to other potential vector species.(AU)

No Brasil, os dípteros do gênero Lutzomyia são os principais vetores da leishmaniose para humanos e animais. No entanto, tem sido constatado que outras espécies de invertebrados hematófagos, como carrapatos, pulgas e mutucas, também podem ser vetores desse protozoário. Este trabalho, realizado em uma área endêmica de leishmaniose visceral, é a primeira descrição da presença de Leishmania spp. em mosquitos da espécie A. aegypti. Dois mosquitos A. aegypti foram capturados no local onde estava isolado um cão polissintomático acometido por leishmaniose visceral, confirmada pela demonstração do parasita em biópsias de órgãos e por resultado positivo na prova de PCR para Leishmania spp. Um dos mosquitos estava sugando o sangue do cão e o outro estava livre no ambiente. O mosquito ingurgitado com o sangue do animal foi esmagado entre duas lâminas de microscopia e o outro foi processado por meio da reação em cadeia pela polimerase (PCR) aplicada à pesquisa do ADN de Leishmania spp. Ao exame microscópico do esfregaço preparado com o mosquito que estava parasitando o cão foram observadas formas amastigotas de Leishmania spp., bem como formas flageladas de outra espécie de protozoário. No outro inseto foi detectada amplificação de ADN do gênero Leishmania. Esta constatação reforça o papel dos cães como fontes de infecção de Leishmania spp. até mesmo para outras espécies de vetores potenciais.(AU)

Sensibilidade parasitológica de diferentes locais de colheita para o diagnóstico de leishmaniose em cães / Sensitivity parasitological of different places of harvest for the diagnosis of leishmaniose in dogs / Sensibilidad parasitológica de diferentes sitios de recogida para diagnóstico de leishmaniosis en perros

A leishmaniose é uma zoonose de grande importância para a saúde pública. São grandes os estudos para que se conheçam diferentes técnicas para diagnóstico e que estes testes tenham alta sensibilidade. Este estudo teve como objetivo comparar a sensibilidade do teste parasitológico frente a diferentes locais de colheita de material biológico. As amostras colhidas do linfonodo e medula óssea se mostraram igualmente os mais sensíveis, na ordem de 44% dos casos. Estes valores elevaram-se ao realizar a pesquisa do parasito simultaneamente em duas técnicas.

Leishmaniasis is a zoonosis of great importance to public health. They are great studies to get to know different techniques for diagnosis and these tests have high sensitivity. This study aimed to compare the sensitivity of parasitological testing against different biological material collection sites. Samples taken from the lymph node and bone marrow also showed the most sensitive in the order of 44% of the cases. These figures amounted to perform the search of the parasite simultaneously in both techniques.

La leishmaniosis es una zoonosis de gran importancia para la salud pública. Son grandes los estudios para que se conozcan diferentes técnicas de diagnóstico y que estas pruebas tengan alta sensibilidad. Este estudio tuvo como objetivo comparar la sensibilidad de prueba parasitológica frente a diferentes sitios de recolección de material biológico. Las muestras tomadas de los ganglios linfáticos y médula ósea se demostraron, igualmente, los más sensibles, en el orden de 44% de los casos. Estas cifras se elevaron al realizar la investigación del parásito de forma simultánea en dos técnicas.

Planejamento de fármacos anti-T. cruzi: Síntese de compostos nitrofurânicos, avaliação da atividade biológica in vitro e estudos de relações estrutura-atividade / Design of anti-T. cruzi compounds: Synthesis of 5-nitrofuran derivatives, in vitro biological activity and study of structure-activity relationships

A doença de Chagas afeta cerca de 6 a 7 millhões de pessoas no mundo, principalmente América Latina. A busca de alternativas terapêuticas para esta enfermidade tem grande relevância para a sociedade, já que as opções atuais são limitadas, sendo disponível apenas o benznidazol (BZD) e nifurtimox. Os derivados nitroheterocíclicos são considerados compostos bioativos com número crescente de estudos na comunidade científica contra seu agente etiológico, o Trypanosoma cruzi. Neste sentido, o presente trabalho tem por objetivo a identificação de derivados do 5-nitrofurano com atividade frente a diferentes cepas do T. cruzi, assim como estudar possíveis modo de ação desta classe de compostos. Esta investigação envolve estudos computacionais com o propósito de construir modelos quantitativos de relações estrutura-atividade (QSAR multivariado) que possam auxiliar na previsão de novas estruturas com perfil farmacológico otimizado. No presente trabalho foram realizadas as etapas de planejamento, síntese e identificação de 36 compostos com resultados satisfatórios quanto à identificação estrutural, pureza e rendimento, que foi da ordem de 70%. A determinação da atividade anti-T. cruzi in vitro dos compostos obtidos foi realizada frente às cepas Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 cl10 e Colombiana na forma epimastigota do parasito. A maioria dos compostos analisados apresentou maior capacidade de inibição de crescimento do parasito, comparado ao BZD: Silvio X10 cl1 - IC50 = 29,16 ±2,90 µM, Y - IC50 = 40,40 ±3,37µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 30,63 ±3,21 µM, Colombiana - IC50 = 47,91 ±4,96 µM. O composto mais ativo (BSF-35) apresentou os seguintes valores: Silvio X10 cl1 - IC50 = 3,17 ±0,32 µM, Y - IC50 = 1,17 ±0,12 µM, Bug 2149 cl10 - IC50 = 1,81 ±0,18 µM e Colombiana - IC50 = 3,06 ±0,23 µM. Foram realizados cálculos de propriedades moleculares das estruturas tridimensionais dos compostos, seguido pela análise exploratória de dados por análise de agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise de componentes principais (PCA), possibilitando o reconhecimento de padrões do conjunto. Considerando esta análise prévia, foram obtidos modelos QSAR com abordagem multivariada, aplicando algorítmo OPS e método de regressão por quadrados mínimos parciais, PLS. Os melhores modelos gerados foram obtidos considerando os compostos benzenos substituídos para as quatro cepas estudadas. Os descritores que mais influenciaram na análise foram o ClogP (coeficiente de partição) e cargas CHELPG. Considerando as informações obtidas, foram planejados e sintetizados quatro novos compostos com objetivo de obter compostos mais ativos e validar os modelos QSAR. Estes compostos apresentaram alta atividade frente a forma epimastigota das quatro cepas estudadas. Os compostos mais ativos foram avaliados quanto a citotoxicidade frente células LLC-MK2 e apresentaram seletividade até 25 vezes superior ao BZD. Estudos in vitro frente a forma amastigota da cepa Y em células U2OS foram realizados com metodologia fenotípica de análise de alto conteúdo (HCA') e os compostos apresentaram atividade até 64 vezes superior ao BZD e com seletividade de até 50 vezes superior a este fármaco. Quanto à determinação da atividade dos compostos frente às enzimas tripanotiona redutase (TcTR) e glutationa redutase (GR), os compostos analisados não apresentaram atividade relevante, indicando não ser este o mecanismo desta classe de compostos. Com finalidade de explorar outro possível mecanismo de ação dos compostos 5-nitrofurânicos, foi realizada a análise de potencial de redução da membrana mitocondrial, porém a morte parasitária não foi atribuída à despolarização da membrana em estudos simultâneos com iodeto de propídio

Chagas disease affects approximately 6-7 millions people worldwide, especially Latin America. The search for therapeutic alternatives for this disease is of great relevance to society, as current options are limited and there are only two available drugs: benznidazole (BZD) and nifurtimox. The nitroheterocyclic derivatives are considered bioactive compounds with increasing number of studies in the scientific community against its etiologic agent, Trypanosoma cruzi. In this sense, this work aims to identify derivatives of 5-nitrofuran with activity against different strains of T. cruzi, and to study possible mode of action of this compounds. This research involves computational studies to obtain models of quantitative structure-activity relationships (QSAR multivariate) that can help predict new structures with optimized pharmacological profile. In this work were carried out the design, synthesis and identification of 36 compounds with satisfactory results regarding the structural identification, purity and yield (approximately 70%). The determination of anti-T. cruzi activity in vitro of the compounds obtained was carried out with Silvio X10 cl1, Y, Bug 2149 CL10 and Colombiana strains of epimastigote form of the parasite. Most of the compounds examined showed greater capacity of growth inhibition of the parasite compared to the BZD (Silvio X10 CL1 - IC 50 = 29.16 ± 2.90 µM, Y - IC50 = 40.40 ± 3,37µM, 2149 CL10 Bug - IC 50 = 30.63 ± 3.21 µM, Colombiana - IC 50 = 47.91 ± 4.96 µM). The most active compound (BSF-35) showed the following values: Silvio X10 cl1 - IC 50 = 3.17 ± 0.32 uM, Y - IC 50 = 1.17 ± 0.12 µM, Bug 2149 CL10 - IC50 = 1, 81 ± 0.18 µM and Colombiana - IC 50 = 3.06 ± 0.23 µM. Calculations were performed for the molecular properties of three-dimensional structures of the compounds, followed by exploratory data analysis by hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA), allowing the recognition of the set. Considering this preliminary analysis were obtained QSAR models with multivariate approach, using OPS algorithm and regression method of partial least squares, PLS. The best generated models were obtained considering the benzyl substituted compounds for the four strains. The descriptors that most influenced the analysis were ClogP (partition coefficient) and CHELPG charges. Considering the information obtained, four new compounds were designed and synthesized to obtain more active compounds and validate QSAR models. These compounds showed high activity against epimastigote form of the four strains studied. The most active compounds were evaluated for cytotoxicity against LLC-MK2 cells and the compounds selectivity values were up to 25 times higher than BZD. In vitro studies against amastigote form of the Y strain in U2OS cells were performed with phenotypic method of high content analysis (HCA') and the compounds showed activity to 64 times higher than BZD and selectivity of up to 50 times. The activity of the compounds against trypanothione reductase enzymes (TcTR) and glutathione reductase (GR) showed no significant activity, indicating that this is not the mechanism of this class of compounds. In order to exploit another possible mechanism of action of 5-nitrofuran derivatives, analysis reduction of mitochondrial membrane potential was held, however the cell death was not attributed to membrane depolarization in simultaneous studies with propidium iodide

El estadio amastigota precede la evolución del epimastigota durante la epimastigogénesis in vitro de Trypanosoma cruzi / The amastigote stadium precedes epimastigote evolution during in vitro Trypasnosoma cruzi epimastigogenesis

La transformación de tripomastigotas sanguíneos de Trypanosoma cruzi en epimastigotas, ocurre naturalmente en el intestino del insecto y se identifica como epimastigogénesis. Aquí reportamos que durante la epimastigogénesis in vitro, los tripomastigotas se transforman en formas redondeadas, biológica y antigénicamente equivalentes al estadio amastigota; con un tiempo de persistencia dependiente de la altura del medio de cultivo. Formas tripomastigotas procedentes de cultivo de tejidos infectados se incubaron en envases con diferentes alturas de medio LITB (3 y 83 mm), y se compararon las cinéticas de transformación hacia epimastigotas. Para la obtención de antígenos se colectaron masas de parásitos a diferentes tiempos de diferenciación. Los cambios morfológicos, incremento del inóculo y resistencia a complemento, se estudiaron por microscopía de contraste de fases y extendidos coloreados con Giemsa. Los cambios antigénicos se analizaron mediante Western Blot usando anticuerpo IgY anti-amastigotas. Los resultados mostraron que las formas redondeadas resisten la lisis por complemento, expresan antígenos amastigota-específicos y la velocidad de transformación hacia epimastigotas depende de la altura del medio sobrenadante en el cultivo. Las evidencias sugieren que además de caída de la temperatura, una baja tensión de oxígeno disuelto y una alta densidad de parásitos por área, aceleran el proceso de diferenciación.

Transformation of blood Trypanosoma cruzi tripomastigotes into epimastigotes occurs naturally at the insect gut and is identified as epimastigogenesis. Here we report that during in vitro epimastigogenesis, tripomastigotes transform into rounded forms, biologically and antigenically equivalent to the amastigote stadium, with a persistance time which depends on the height of the culture medium. Tripomastigote forms from cultures of infected tissues were incubated in flasks with different LITB medium heights (3 and 83 mm), and kinetics of transformation to epimastigotes were compared. Masses of parasites at different differentiation times were collected for antigen production. Morphological changes, inoculum increase and resistance to complement were studied by phase contrast microscopy and Giemsa stained smears. Antigenic changes were analyzed through Western Blot using an IgY anti-amastigote antibody. Results showed that rounded forms resist lysis by complement, express amastigote-specific antigens, and that the speed of transformation to epimastigotes depends on the height of the supernatant medium in the culture. Evidences suggest that apart from a temperature fall, a low dissolved oxygen tension and a high parasite per area density accelerate the differentiation process.

Actividad in vitro de la mezcla de alcaloides de Ervatamia coronaria (Jacq) Staff. Apocynaceae sobre amastigotes de Leishmania braziliensis / Atividade in vitro da mistura de alcalóides de Ervatamia coronaria (Jacq) Staff. Apocynaceae sobre amastigotas de Leishmania braziliensis / In vitro activity of the alkaloids mixture of Ervatamia coronaria (Jacq) Staff. Apocynaceae on Leishmania braziliensis amastigotes

A leishmaniose é considerada uma importante causa de morbidade e mortalidade a nível mundial, principalmente nos países tropicais. As formas cutânea e mucocutânea são causadas, entre outras espécies, por Leishmania braziliensis. Na procura de compostos leishmanicidas de origem natural, foi estudada a atividade da mistura de alcalóides de Ervatamia coronaria (Apocynaceae) contra amastigotas de L. braziliensis em 6 concentrações diferentes (1, 10, 20, 25, 50 e 100 µg/mL). Foram tratados macrófagos de ratos da linha J774, infectados com promastigotas de L. braziliensis, com a mistura de alcalóides 1 hora após-infecção e diariamente por 3 dias sem mudança de meio. As experiências de citotoxicidade foram efetuadas sobre os macrófagos com azul tripam. Todos os cultivos foram feitos de forma triplicada e os grupos de controle não foram submetidos à mistura de alcalóides. Foi obtido que o composto adicionado exerce atividade doses/dependente sobre a parasita. No entanto, as concentrações mais altas (50 e 100 µg/mL), adicionado durante 3 dias, mostraram os maiores índices de infecção, provavelmente devido a diminuição no número de macrófagos, sobre os quais não foi observado efeito tóxico do tratamento durante 24 horas DL50/24h = 233,52 µg/mL. Os resultados dessa pesquisa revelaram uma nova atividade farmacológica de alcalóides da espécie Ervatamia coronaria sobre a forma amastigota de Leishmania braziliensis, com IC50 = 2,6 e 12,4 µg/mL sem mostrar toxicidade sobre a célula hospedeira.

Leishmaniasis, caused by Leishmania sp., is one of the mean reason of considerable mortality and morbidity throughout the world, especially in the tropics. Cutaneous and mucocutaneous manifestations are caused by Leishmania braziliensis, and the cutaneous form is the most common one in Colombia. In the search for antileishmanial compounds from natural sources, we studied the alkaloids mixture from Ervatamia coronaria against L. braziliensis at six different concentrations (1.0, 10, 20, 25, 50 and 100 µg/mL). Macrophages J774 infected with L. braziliensis were treated with alkaloids one hour, and once a day for three days, after parasitic infection and preserving the same culture medium. Cytotoxicity with trypan blue was undertaken in macrophages J774 by using the same concentrations. Three different cultures samples were carried out. As a control we used medium alone. The alkaloids mix showed a dose/dependent activity on amastigote, but by increasing concentrations from 50 to 100 µg/mL for three days, we saw a high index of infection, probably caused by cellular death. We did not see any toxic effect on macrophages J774 at 100 µg/mL, LD50/24h= 233.52 µg/mL. These results revealed a novel pharmacological activity of alkaloids from E. coronaria against amastigotes of L. braziliensis IC50 = 2.6 and 12.4 µg/mL without toxicity on host cells.