1H,3H-Pirrolo[1,2-c]tiazóis quirais no tratamento do cancro colorretal: síntese de novos derivados do composto líder MANIO

Abstract

Atualmente, o cancro é uma das doenças mais incidentes e impactantes a nível mundial, afetando mais de vinte milhões de pessoas. É estimado que em 2040 haja um aumento de quase cinquenta por cento na incidência do cancro, passando a afetar cerca de trinta milhões de pessoas em todo o mundo. Um dos cancros com maior expressão a nível mundial é o cancro colorretal (CCR), que sendo o terceiro tipo de cancro mais comum, é o segundo mais mortífero. Assim, dada a sua elevada incidência e uma vez que o cancro pode ser muito heterogéneo, a descoberta de moléculas promissoras para o seu tratamento não é uma tarefa fácil, mas muito relevante.O grupo de investigação onde foi desenvolvido o presente projeto de mestrado, em colaboração com o grupo da Prof. Filomena Botelho (Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra) e posteriormente com o grupo do Prof. Lucília Saraiva (Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto), foi responsável pela identificação de um composto líder da família dos pirrolotiazóis quirais com atividade antitumoral. Inicialmente este composto foi estudado em linhas celulares humanas do cancro da mama, mas, rapidamente, avanços na compreensão do seu mecanismo de ação levaram a um redireccionamento para o estudo da sua utilização no CCR. O principal objetivo do projeto científico que deu origem a esta dissertação era a modulação estrutural do composto líder, MANIO, de forma a melhorar as suas propriedades farmacodinâmicas e farmacocinéticas, e a identificação de relações estrutura-atividade da família de pirrolotiazóis quirais. Na introdução desta dissertação é feita uma breve revisão do estado da arte sobre o CCR e o seu tratamento atual. Neste contexto, é apresentada a atividade antitumoral do MANIO e de alguns dos seus derivados anteriormente sintetizados em linhas celulares do cancro colorretal que expressam a proteína p53 (HCT116 p53+/+) e que não expressam a proteína p53 (HCT116 p53-/-), de forma a avaliar o potencial uso de compostos da família dos pirrolotiazóis quirais no tratamento do CCR como ativadores da proteína p53.No capítulo seguinte são contempladas as metodologias sintéticas, e respetivos processos de otimização, utilizadas para a obtenção de novos derivados de 1H,3H-pirrolo-[1,2-c]tiazóis quirais. O trabalho desenvolvido neste projeto de investigação permitiu a síntese de dois novos derivados mono-hidroximetilo com configuração absoluta S, 6- e 7-hidroximetil-3-fenil-5-metil-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazol e de um conjugado do enantiómero do MANIO com o ácido linoleico. Adicionalmente, foi possível sintetizar derivados de 1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazóis contendo ácidos carboxílicos, amidas primárias ou N-benzilamidas em C-6 e/ou C-7. Por fim, foi ainda demonstrado que apesar das dificuldades encontradas na redução de derivados bis(amida), era possível reduzir eficientemente os derivados contendo apenas um grupo funcional amida, o que culminou na síntese de um derivado mono-aminometilo protegido com o grupo benzilo, (3R)-6-(N-benzil-aminometil)-3-fenil-5-metil-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazol.No terceiro capítulo é apresentado o estudo da atividade antitumoral (na linha celular HCT116) de sete novos derivados sintetizados ao longo deste projeto. Os resultados obtidos permitem a identificação de um derivado com elevada atividade, o (3S)-7-hidroximetil-3-fenil-5-metil-1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazol. Adicionalmente, é também demonstrada a importância do(s) grupo(s) hidroximetilo(s) em C-6/C-7 para garantir uma elevada atividade antitumoral e concluir que estes grupos possuem um elevado grau de sinergismo com a configuração absoluta em C-3. No último capítulo desta dissertação são apresentadas todas as técnicas laboratoriais, protocolos de síntese e a caraterização dos novos derivados de 1H,3H-pirrolo[1,2-c]tiazol e respetivos precursores, mencionados ao longo deste projeto.

Cancer is currently one of the world's most prevalent and devastating diseases, affecting more than twenty million people worldwide. It is estimated that the incidence of cancer will increase by almost fifty per cent by 2040, affecting around thirty million people worldwide. One of the most important is colorectal cancer (CRC), which is the third most common cancer and the second most deadly type of cancer worldwide. Given its high incidence and the fact that cancer can be very heterogeneous, the discovery of promising molecules for its treatment is not easy, but very relevant. Our research group, in collaboration with the group of Prof. Filomena Botelho (Faculty of Medicine, University of Coimbra) and later with the group of Prof. Lucília Saraiva (Faculty of Pharmacy, University of Porto), was responsible for identifying a lead compound from the family of chiral pyrrolothiazoles with anti-tumour activity. This compound was initially studied in human breast cancer cell lines, but progress in understanding its mechanism of action soon led to a redirection to study its use in CRC. The main objective of this study was to structurally modulate the lead compound, MANIO, in order to improve its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and to identify structure-activity relationships of the chiral pyrrolothiazole family. To begin with, this dissertation presents a brief review of the state of the art of CRC and its current treatment. In this context, the antitumour activity of MANIO and some of its previously synthesised derivatives in colorectal cancer cell lines expressing protein p53 (HCT116 p53+/+) and cell lines not expressing protein p53 (HCT116 p53-/-) is presented in order to evaluate the potential use of compounds from the chiral pyrrolothiazole family in the treatment of CRC as protein p53 activators. The following chapter describes the synthetic methods and the respective optimisation processes used to obtain new chiral 1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazole derivatives. The work carried out in this research project allowed the synthesis of two new mono-hydroxymethyl derivatives with absolute S-configuration, 6- and 7-hydroxymethyl-5-methyl-3-phenyl-1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazole and a conjugate of the MANIO enantiomer with linoleic acid. It was also possible to synthesise 1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazole derivatives containing carboxylic acids, primary amides and N-benzyl amides at C-6 and/or C-7. Finally, despite the difficulties encountered in the reduction of bis(amide) derivatives, it was also possible to efficiently reduce derivatives containing only one amide functional group, culminating in the synthesis of a mono-aminomethyl derivative protected by the benzyl group, (3R)-6-(N-benzyl-aminomethyl)-5-methyl-3-phenyl-1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazole.The study of the antitumour activity (in the HCT116 cell line) of seven new derivatives synthesised during this project is presented in the third chapter. The results obtained allow the identification of a derivative with high activity, (3S)-7-hydroxymethyl-5-methyl-3-phenyl-1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazole. Furthermore, the importance of the hydroxymethyl group(s) at C-6/C-7 in ensuring high antitumour activity is demonstrated and it is concluded that these groups have a high degree of synergism with the absolute configuration at C-3.All the laboratory techniques, synthesis protocols and characterisation of the new 1H,3H-pyrrolo[1,2-c]thiazole derivatives and their precursors mentioned throughout this project are presented in the final chapter of this thesis.