SUSTANCIAS BIOACTIVAS Y FÁRMACOSDERIVADOS DE COMPUESTOS NATURALES

IBEROAMERICANOS

Arturo San Feliciano

Departamento de Química Farmacéutica. Facultad de Farmacia Centro de Investigación de Enfermedades Tropicales (CIETUS)Instituto de Investigaciones Biomédicas de Salamanca (IBSAL)

F

RIBECANCER

Contenido… Antecedentes históricos del desarrollo de fármacos

obtenidos a partir de la Biodiversidad Iberoamericana.

Cuántos ? Cuáles ? Cómo y Dónde ? …… Posibilidades actuales para generar nuevos fármacos

a partir de la Biodiversidad Iberoamericana…

medios materiales ? investigadores ? marco ?…Formación de investigadores en el descubrimiento de

nuevos compuestos bioactivos naturales y de la mejora de su perfil fármo-toxo-terapéutico,…

etapas investigador USAL… Algunos estudios colaborativos DOMOBIO – CYTED, sobre especies nativas iberoamericanas.

Cáncer, microbios, virus, otros

1

2

3

4

Antecedentes…de FÁRMACOS … de la Biodiversidad IberoamericanaCuántos ? Cuáles ? Cómo y Dónde ? …

Biodiversidad Iberoamericana:Riqueza inmensa y extraordinaria !! Adecuadamente aprovechada ?Suficientemente conocida ? … (amenazada !!)

Biodiversidad Medicinal espléndida !!Medicina Tradicional establecida y muy extendida Agentes Fitoterápicos con >500 especies

uso controlado ? validados ? legalizados ?toxicidad crónica ? efectos adversos ?Composición?: activos, inocuos, tóxicos ?

Uso terapéutico Sustancia(s)actividad Estructura(s)

1

?

1492 … el Mundo se Completó !!AMÉRICA >>> IBERIA <<< (EUROPA-ASIA–ÁFRICA)

GLOBALIZACIÓNIntercambio de productos y especies,…

Alimentarias,patata, maíz, tomate, fréjol, pimiento, piña, chirimoya,

aguacates, papaya, cacao, vainilla,… pavo, EURAMER trigo, arroz, olivo, vid, naranjo, ajo, cebolla,…

café, caña, mango,…caballo, vaca, gallina, cerdo,…

Medicinales,quina, ipeca, guayacán, tabaco…IBE-EUR (Vaticano)AMER EU-AS-AF ??? adventicias !!!

Ornamentales,Jardines botánicos: La Orotava, Sevilla,…Viena…EUR,

11492

PLA-MED “TRADICIONALES y LEGALIZADAS”

Plantas Americanas con uso en Medicina ~ 160(Dicc. Esteban Terrero y Pando, 1786 - 93)

…“Indias (30), América (30), Brasil (28), Nueva España (10), Indias Occidentales (8), Perú (7), California (4), Méjico (3), Mechoacán (3), La Florida (2), Jamaica (2), Antillas (2), Campeche (2), Santa Cruz (2), Ambas Indias (Orientales y Occidentales) (2), Santa Marta (1), Quito (1), Popayán (1), Los Mojos (1), Nuevo Méjico (1), países cálidos (1), Maldivas (1), Cumaná (1), Guadalupe (1), Cayena (1), Santa Fé (1), Orinoco (1), Chile (1) y 14 sin Especificar”…

Plantas medicinales de Brasil en PLAFARIB 34,ANVISA-Brasil 65 (2011).

Aprobadas AGEMED-España 109 (>170 prohibidas)

1

PLA-MED “LEGALIZADAS Brasil ANVISA”ANVISA-Brasil (2014) 109 especiesRENISUS 45 fitoterápicos y 25 en revisión

1 Achillea millefolium2 Achyrocline satureioides3 Aesculus hippocastanum4 Agerantum conyzoides5 Allium sativum

Aloe vera6 Alpinia zerumbet7 Anacardium occidentale

Ananas comosusApuleia ferrea Arctostaphylos uva-ursi

8 Arctium lappa9 Arnica montana10 Arrabidaea chica

1

11 Artemisia absinthium 12 Baccharis trimera

Bauhinia aculeataBidens pilosa

13 Calendula officinalis Carapa guianensis

14 Casearia sylvestrisCentella asiática

15 Chamomilla recutita Chenopodium ambrosioides Cimicifuga racemosa

16 Cinnamomum verum17 Citrus aurantium18 Copaifera spp*

Los estudios académicos y la informaciónsobre las plantas y sus usos medicinalessobre los componentes de los extractosasociación de ACTIVIDAD y ESTRUCTURA- no discriminada- área farmacológica/familia biogenésica*- actividad definida/sustancia concreta**

precisa bioensayos confirmatorios

-diana específica/interacción molecular***precisa bioensayos confirmatorios +

pruebas fisico-químicas confirmatorias

ensayos preclínicos de eficacia-seguridadFÁRMACO (patente-transferencia)

candidato a desarrollo Q.F.M >>> clínico

1

10001000

150100305

0,5

0,1

O

OOO

O

O

HOOH

HO

HO

O

O

OH

OH

digoxina

atropina

colchicina

quinina

morfinapodofilotoxina

FÁRMACOS Naturales de origen Iberoamericano ?QUININA, QUINIDINA (Cinchona officinalis),

COCAÍNA (Erythroxylon coca),

EMETINA (Carapichea ipecachuana),

NICOTINA (Nicotiana tabacum),

TUBOCURARINA (Chondodendron tomentosum),

PILOCARPINA (Pilocarpus jaborandi)

CAPSAICINA (Capsicum annuum),

BOLDINA (Peumus boldo),

CLORANFENICOL (Streptomyces venezuelae)

MATERIALES de partida DIOSGENINA (Dioscorea mex. comp.),

HECOGENINA (Agave sisalana),

1

QUININA: Francia, PJ Pelletier / JB Caventou 1860

USA, RB Woodward 1944

COCAÍNA: Alemania, A Niemann 1849, R Willstätter 1898 /1902

Inglaterra, R Robinson 1917

procaína, Alemania, A Einhorn 1905

EMETINA Inglaterra, AR Battersby 1949

NICOTINA Alemania, R Wollfstein, A Pictet 1893 /1904

TUBOCURARINA Inglaterra, H King 1935

sales de decametonio, atracurio, Escocia, GH Dewar 1974

PILOCARPINA Eur, S. Coutinho, E Hardy, A Weber 1873 /1876

CAPSAICINA Alemania, CF Bucholz 1816, E Späth 1930

CLORANFENICOL USA, PR Burkholder 1947 /1949

DIOSGENINA USA, R MArker 1940 /1943

1

QUÉ TENEMOS ? QUE NOS FALTA?

Laboratorios: QUÍMICA, Tecn. Separ. Estruct. SÍNTESIS, MODELADO,

DIANAS, MECANISMOSFORMUL. FARMACÉUTICA,…

BIOLOGÍA: BIOQ./ FISIOL./ MICROB…IN VITRO/ VIVOFARMA-TOXMETABOLISMO, ADME,..

Investigadores: FORMACIÓN y NÚMERO ESPECIALISTAS,

EQUIPOS POR ÁREAS QBFT

2

QUÉ TENEMOS ? QUE NOS FALTA?

Cómo trabajamos?INTEGRACIÓN MULTIDISCIPLINARIA !! ??

Planteamiento, fines, objetivos, método, plazos,… presupuestos,… CRÍTICA ?

!!! Calidad !!!FONDOS: Públicos / Privados,

Gobiernos: Subvenciones / IncentivosIndustria Farmaceutica: Local / Multinacional

Sería rentable invertir? “TOP22/14” C&ENBrasil (+ otros) puede(n) lograrlo?

Por qué NO ?

2

Investigación y Formación enEstudio Fitoquímico

Extracción, aislamiento (bioguiado)Identificación, Determinación EstructuralESTEREOQUÍMICA

Estudio Químico OrgánicoCompuestos Bioactivos (escasez)

Semisíntesis, síntesis totalmejora de bioactividad

Compuestos Inactivos (accesibilidad)SemisíntesisInducción de bioactividad

Estudio Químico Medicinal / BioactividadModelado de moléculas e interaccionesColaboraciones con grupos especializados

F3

.

ESTUDIANTES E INVESTIGADORES EXTRANJEROS RECIBIDOS EN EL GRUPO QF- USAL (1999 – 2014)

Pasantías,… Doctorados (3 meses - >3 años)TOTAL 79 (>100 publicaciones Q1/Q2)IBEROAMERICANOS 57 (75%)BRASILEIROS 12 (20%)

Simone A.(MG), Ronan B.(MG), Andreia (BA), Tamara C.(SP), Ydia V.(MG), Louise D.(SC), Yoko e Leno F.(SP), Marcos M.(SP), Amparo A.(PE), Ernane S.(MG), Bruna P. (SP), Tiago (SC).

Visitantes Profesores e Investigadores SeniorAlaide (UFMG), Lapa (USP), Thereza (UFSC), Cechinel(UNIVALI), Eliezer (UFRJ), Lu, Marli e Yoko (UNISO), Leno (UNIMEP), Sergio (UNIBAN), Marcelo (USF), Joao E. (UNICAMP),…

3

Estudios fitoquímicosIdentificación de componentes aislados de dos especies iberoamericanas

Plumeria pudicaJuan Andrés Abad, Carolina Santiago

ULA, Mérida, VZ

Notholaena nivea. niveaCuti-Cuti

Juan Marlon García-ArmasUPAO, Trujillo, Perú.BB UCHI, MIY UNT, AEGC USAL…

Plumeria pudica Jacquin.Apocynaceae

Colombia, Venezuela, Curaçao

Sin antecedentes FitoquímicosOtras especies del Género contienen:

Iridoides, lignanoides, flavonoides.

Sin antecedentes medicinales o de bioactividadP. rubra, P. alba, P. Phagedaenica y P. sucubase usan como antiverrucosas

Estudios fitoquímicosbioguiados por la citotoxicidad antineoplásica y por el estudio espectroscópico de los extractos de varias especies venezolanas

IRIDOIDES

OO

H3COH

H

H

O

OCH3O

OH

5a

H

OO

H3COH

H

H

H

O

OCH3O

5b

OO

H3COH

H

H

H

O

OCH3O

6 O

O

CH3O

H

H

HO

O

OCH3O

7

OHO OH

OHO OH

OH

OH

O

OH O

OH

OH

OHO OH

OH

OH

allamcidinas plumierida

FLAVONOIDES

8

O

OH

HO

OH O

OCH3

O

OH

HO

OH O

OH

O

O

HO

OH O

OH

O

O

HO

OH O

OH

OH OH

OOH

OHHO

O

O

HOOH

OH

HOOHOH

CH3

9 10 11

metil-kanferol quercetina -arabinosil-canferol rutinosil-quercetina

O

O

HH

OH

HO

OCH3

OCH3

2

1

4

5

1

7

9 7´

9´

O

O

HH

OH

HO

OCH3

OCH3

2

1

4

5

2

HO

7

9 7´

9´

O

O

HH

OH

HO

OCH3

OCH3

2 1

4

5

3

H3CO 7

9

9´

7´

H3CO

OCH3

O

OO

OH

OCH3

O

4

H3CO

OCH3

O

OO

OH

OCH3

O

4a

LIGNANOIDES de Plumeria pudica

podofilotoxina

pinorresinoles

ciclolignanos

HO

26CO2H

1

4 6

810

11 13

15

18

20

22

23 24

25

27

28

2930

12 HO

30

CO2H

29

13

TRITERPENOIDES

OTROS COMPONENTES

CO2CH3

OCH3

OH

14

CO2CH3

OH16

CO2CH3

OH

15

Sin antecedentes fitoquímicos de la variedadOtras variedades de la especie contienen:Triterpenoides, estilbenoides, flavonoides.

Uso medicinal como antidiabética (infusión)

Estudios fitoquímicosguiados por la actividad antidiabética

Notholaena nivea. niveaFam. polypodiaceae

Subfam.: gymnogramnoidaeHelecho endémico Andino

(500 - 4000 msnm)

UPAO UNMSM PUCP

Evaluación Actividad Anti-hiperglicémicaExtractos: acuoso, metanólico y diclorometánico

Dra. Hilda Jurupe. UNMSM, Lima. Perú

Fraccionamiento bioguiadoIng. Quim. J Marlon García Armas, UPAO, Trujillo.

Dra.. Olga Lock, PUCP, Lima.

Notholaena niveaValidación Farmacológica

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 1 2 3 4 5Horas

Glic

emia

(m

g/dL

)

Control no diabéticas (ND)

Ext (500mg/kg) (D)

Ext (250mg/Kg) (D)

Ext (500mg/Kg) (ND)

Control Diabéticas (D)

0

100

200

300

400

500

0 30 60 90 300

Horas

Glic

emia

(m

g/dL

)

DD (1g/Kg)

DD (250mg/Kg)

Control diabéticas

Notholaena niveaValidación Farmacológica

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 0,5 1 2 3 4 90Días

Glic

emia

(m

g/dL

)

Diabéticas+ MC2Diabéticas

Notholaena niveaValidación Farmacológica

Flavonoides

11

O

OR2

OH

R1O

O

O

OH

OH

HO

O

OH

OH

R1 R2

H H 8

H CH3 9

CH3 CH3 10

O

OR2

OR1

CH3O

O

R1 R2

H H 5

H CH3 6

CH3 CH3 7

CH2N2H CH3 6

11

COMPONENTES AISLADOS: FENOLICOS

Componentes ACTIVOS identificados:

5-hidroxi-7,4’-dimetoxiflavona (6)

quercetina (11)

USAL

Notholaena niveaIdentificación de Componentes Antidiabéticos

050

100150200250300350

0 60 120 180 240 300

Horas

Gli

cem

ia (

mg/

dL)

Control

Fl-6

Quercetina

Fármaco

COMPONENTES AISLADOS: FENOLICOS

R 1 R 2

COOH H 1

H H 2

H CH3 3

Estilbenoides

OCH3

OCH3

R2O

R1

OCH3

OCH3

H3CO

OCH3

OCH3

CH3O

H3CO 54

COOH H 1

ácido mangiferólico

COOH

HO

Cicloartanos

R3

R1

R2

R1 R2 R3 R1 R2 R3

OH H=O

=O

OH H=O

=O

OH H=O

=O

COMPONENTES IDENTIFICADOS: TRITERPENOIDES

COMPONENTES AISLADOS: TRITERPENOIDES

R1

H

H

R2

12

18

Oleananos

OH

OH

R2

R1

1812

R1 O

Hopanos

di-nor-hopanoR1 R1

R1

OH

H

Quimioinducción de bioactividad

HO

OCH3

COOH

OCH3

ACIDO ISONOTHOLAENICO

- Relajante – antiadrenérgica, USAL34% de relajación, a conc. 10-4 M, sobre anillos deaorta de rata estimulados con Fenilefrina (10-5 M )

- Antiparasitaria, UNMS-IBBA-IIFBLeishmania donovani: CI50 > 30 g/mLTrypanosoma cruzi: CI50 >100 g/mLPlasmodium falciparum: CI50 10/36 g/mL

4,8% (DCM)

Inútil !! ??

ACTIVIDAD:

No hipoglucemiaNo antihiperglucemia

- Citotoxicidad: P388: CI50 >10 g/mL (PhMar)

USALQuímicaFarmac.

UPAO UNMSMPUCP

diabetes

UMSA. La PazParasitosis

CIBIS/CIBIN-IMSS, Xochitepec/Monterrey, Méx.: ansiolisis/ tuberculosis.UNRosario, Arg.: Antifúngicos, ISCIII, UCM, CSIC, Granada: Anti-palúdico, ISCIII, Madrid; UCÓrdoba: anti-VIH. King´s College, London: vasodilatación.Univ. di Pavia, Ita.: antihistamínico. FAES FARMA, Leioa, Esp.: antidepresión,…

Red X.AProyectos X.5, X.7, X.8, X.11

UNT. TucumánUCHI. Santiago de Chile

Bioevaluaciones, Resultados:

Antineoplásicas +Antiparasitarias + + + + (in vivo)Anti-VIH + +Antituberculosas +Antifúngicas + +

Vasodilatación + + + + (in vivo)Antihistamínicas + + Ansiolíticas + + + (in vivo)Antidepresivas +

Síntesis de Análogos deácido Isonotholaénico

HO

OCH3

COOH

OCH3

Y

O

O

O

X YCOOH

O

O

X+

Benzalphthalides

N-R

O

Y

X

HO

Isoindolinones

OR

O

O

X

Y

Dihydrostilbenoids

O

N

NR

Y

X

Phthatalazinones

W

Z

O

N-RX Stilbenamides

Y

N

N

HO

Y

Pyrimido[2,1-a]isoindoles

N

N

HO

Y

Imidazo[2,1-a]isoindoles

Relajación vascular (aorta de rata)inducida por ftalazinonas

0

20

40

60

80

100

120

-8 -7 -6 -5 -4

log (fenilefrina) M

% C

on

trac

ci—

n

Control F-061 F-081 F-071 F-091

% c

ontr

acci

ónN

N

O

R1

R3

R2

Contracción producida por NE, en presencia de Ftalazinonas (10-6 M)

-10

10

30

50

70

90

110

-7,5 -6,5 -5,5 -4,5 -3,5

log [Noradrenalina (M)]

control F-011 F-050 F-060 F-061

Relajación vaso deferente de rata Recept: 1A

Act. anti-Histamínica

-10

10

30

50

70

90

110

-8 -6 -4 -2

log [Histamina (M)]

Control

F-041

F-031

F-050

F-060

F-063

F-011

F-021

F-061

Efectos de la histamina sobre tráquea de cobaya en presencia de diversas ftalazinonas (10-5 M)

N

N

O

CH3

Cl

061

-10

10

30

50

70

90

110

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2

log [Histamina (M)]

Control

1x10-6

3x10-6

1x10-5

3x10-5

Efecto contráctil de histamina en presencia de F-050

Act. anti-Histamínica

NUEVOS LÍDERES ANTI-Leishmania spp.

L. Donovani (PP75), CI50 = 5 g/mL

O

N

OCH3

HO

OCH3

N

N

HO

NO2Tripo. CI50 = 2,3 g/mL

I. VG = 30

Epi. CI50 = 10 g/mL

I. BENZ = 1,1

NUEVO LÍDER ANTI-Trypanosoma cruzi y T. brucei

N

N

HO

NO2

NUEVO LÍDER ANTI-Trypanosoma cruzi y T. brucei

Tripo. CI50 = 2,3 g/mLI. VG = 30

Epi. CI50 = 10 g/mL

I. BENZ = 1,1N

N

HO

NO2

NUEVO LIDER ANTIPLASMODIO

CI50 F32(S) D2(R) 1,6 ng/mL

! 8 veces más potente que cloroquina in vitro !

ENSAYOS IN VIVO (4d, 25mg/kg/d)

85% reduc parasitemiaEur J Med Chem 46 (2011) 5379-86

N

N

HO

SCH3

Colaboraciones:QUIMICA – USAL / PUCP

Dra. Esther del Olmo, USAL Ing. Olga Lock. PUCP, Lima, PerúDr. J. Luis López-Pérez. USAL Dr. Marlon García Armas, UPAO, Trujillo, PerúDra. M.Inés Ybarra, Tucumán, ArgentinaDra. Bianca Barboza, Santiago, ChileDr. Alejandro Zamilpa, CIBIS, Xochitepec, MéxicoDra. Ana E. García-Cadenas. USALMSc. Louise D. Chiaradia. UFSC. Florianópolis, Brasil.Lic. Sobinson A. Mananandro. Madagascar

BIOACTIVIDADDra. Hilda Jurupe. UNMSM. Lima, PerúDr. Alberto Giménez, IIFB, UMSA, La Paz, BoliviaDra. Antonieta Rojas, IICS, UNA, Asunción, ParaguayDr. Hernán Sagua, Univ. Antofagasta, Chile.Dr. Jaime Tortoriello, CIBIS-IMSS, Xochitepec, MéxicoDr. Albert Ferro, King’s College, London. UKDra. Cintia Boselli, Universita degli studi di Pavia, ItaliaDr. Aurelio Ojales, FAES FARMA, Leioa. EspañaDrs. José Alcamí, ISCIII. Madrid y Eduardo Muñoz. UCOrdoba

Financiación:MCYT, CICYT, JCyL, FEDER-CEFAES - FARMA

Cooperación: CYTED-SUBPROG.X; Red X.A, RIBIOFAR,RIBECANCERProy.X.5, X.7, X.8, X.11

Becas:AECID - ICI, ALFA, ALBAN - UEUSAL- B Santander

MEJORA de la BIOACTIVIDAD de la PODOFILOTOXINA

Antineoplásicacitotóxica

“Antivirus”Condiloma acuminado

OH

O

O

OCH3

H3CO OCH3

O

O

muy potente Inhibidorade la polimerización de tubulinaactuando en el sitio de la colchicina

Fármacos anticáncer derivados de podo: etopósido/etopofós, tenipósido, taflupósidoInhibidores TOPO II de ADN y TOPO II + TOPO I

Podofilotoxina “docked”En el sitio de colchicina de la tubulina

Diseño basado en la estructuradel complejo de interacción

Región disponible para

fragmentos unidos a Pod

GTP

-tub

-tub

Región disponible para

fragmentos unidos a Pod

GTP

-tub

-tub

Podo

Región vacía

disponible

para fragmentos

Región vacía

disponible

para fragmentos

Ar

O

OO

O

O

R2 R1+

O

Rendimientos: 85 – 98%epipodo / podo: 7 : 3

epipodo podo

Ar

O

OO

O

R1R2

protocolo 1

TiCl4/Zn/THF24 h/60 ºC

MXAr

O

OO

O

R1R2

MXR

H2/Pd-C

H

76

Ar

O

OO

O

R1R2

OH

+

HO

protocolo 2

Ar

O

OO

O

R1R2

OHHO

TiCl4/Zn/THF4 h/-10 ºC

MXE MXP

REACCIONES DE ACOPLAMIENTO DE McMURRY

Datos de citotoxicidad (GI50 mM) para pinacoles, derivados de Podofilotoxina

J. Med. Chem. 2012, 55, 6724−6737

Datos de citotoxicidad (GI50 mM) para otros derivados de Podofilotoxina

Inhibición reversible de la polimerizacion

podo

Efecto sobre el ciclo celular

0.5 μM 16βcontrol

50 μM 16α 100 μM 16α

New series of podophyllotoxin ethers and alkyl derivs.

score

Química Bioactividad

USAL PHARMAMAR SA.Dr José L. López-Pérez Dr. G.T. Faircloth, Dr. Esther del Olmo Dr. C. Cuevas

Dr J. Andrés Abad Dr. Andrés Francesch

MSC Carolina R. Santiago CIC-USAL

Dr. Faustino Mollinedo

Financiación Dra. Janis de la Fuente

MCYT, Junta de Castilla y León CIB-CSIC Madrid

EU- FEDER Dr. Fernando Díaz

B. Santander Dr. Isabel Barasoain

Universidad de

Salamanca

!! Muito Obrigado ¡¡