Potential Orally-Active Heparin-Like Compounds: Synthesis and - - PowerPoint PPT Presentation

Potential ¡Orally-­‑Active ¡Heparin-­‑Like ¡Compounds: ¡Synthesis ¡and ¡ Anticoagulant ¡Activity ¡

Ana ¡Rita ¡Neves ¡1, ¡Emília ¡Sousa ¡1,2, ¡Madalena ¡Pinto ¡1,2, ¡and ¡Marta ¡Correia-­‑da-­‑Silva1,2,* ¡

1 ¡Laboratório ¡de ¡Química ¡Orgânica ¡e ¡Farmacêutica, ¡Departamento ¡de ¡Ciências ¡Químicas, ¡Faculdade ¡de ¡Farmácia, ¡

Universidade ¡do ¡Porto, ¡Rua ¡de ¡Jorge ¡Viterbo ¡Ferreira ¡n.º ¡228, ¡4050-­‑313, ¡Porto, ¡Portugal; ¡ ¡

2 ¡Centro ¡Interdisciplinar ¡de ¡Investigação ¡Marinha ¡e ¡Ambiental ¡(CIIMAR/CIMAR), ¡Universidade ¡do ¡Porto, ¡Rua ¡dos ¡

Bragas ¡289, ¡4050-­‑123, ¡Porto, ¡Portugal. ¡ ¡ ¡ * ¡Corresponding ¡author: ¡m_correiadasilva@ff.up.pt

1

Potential ¡Orally-­‑Active ¡Heparin-­‑Like ¡Compounds: ¡Synthesis ¡ and ¡Anticoagulant ¡Activity

2

Bile acid receptors Passive diffusion

Epithelial barrier

?

O O OR O O O OR OR O O OR OR OR RO O NH O H H OR RO H H HN

R=SO3

• APTT2 ¡= ¡44 ¡μM

O O O N N N O O OR RO RO NH2 O N N N O O RO OR OR H2N

APTT2 ¡= ¡129 ¡μM

Bile ¡acid Triazole

Abstract: ¡ ¡

According ¡to ¡World ¡Health ¡Organization, ¡cardiovascular ¡diseases ¡are ¡the ¡first ¡cause ¡of ¡death ¡worldwide. ¡ Although ¡ health ¡ improved ¡ in ¡ the ¡ last ¡ decades, ¡ lifestyle ¡ changes ¡ led ¡ to ¡ an ¡ increased ¡ incidence ¡ of ¡ cardiovascular ¡ diseases. ¡ Currently, ¡ the ¡ available ¡ antithrombotic ¡ drugs ¡ are ¡ associated ¡ with ¡ significant ¡ drawbacks ¡that ¡limit ¡their ¡use ¡and ¡the ¡development ¡of ¡more ¡advantageous ¡drugs ¡with ¡less ¡secondary ¡effects ¡ is ¡necessary. ¡A ¡new ¡class ¡of ¡polysulfated ¡small-­‑molecules ¡with ¡anticoagulant ¡and ¡antiplatelet ¡activities ¡was ¡ discovered ¡in ¡our ¡group. ¡However, ¡these ¡polysulfated ¡derivatives ¡showed ¡poor ¡antithrombotic ¡efficacy ¡by ¡in ¡ vivo ¡oral ¡administration ¡in ¡mice, ¡predicted ¡to ¡be ¡due ¡to ¡poor ¡absorption ¡in ¡the ¡gastrointestinal ¡(GI) ¡tract. ¡The ¡ main ¡ aim ¡ of ¡ this ¡ work ¡ was ¡ to ¡ improve ¡ the ¡ oral ¡ bioavailability ¡ of ¡ these ¡ compounds. ¡ In ¡ order ¡ to ¡ get ¡ new ¡

• ptimized ¡ analogues ¡ two ¡ strategies ¡ were ¡ considered: ¡ i) ¡ obtaining ¡ conjugates ¡ with ¡ bile ¡ acids ¡ and ¡ ii) ¡

introduction ¡of ¡a ¡triazole ¡ring. ¡ ¡ Naringin-­‑deoxycholic ¡ acid ¡ conjugate ¡ was ¡ obtained ¡ through ¡ a ¡ crosslinking ¡ reaction ¡ using ¡ 2-­‑(1H-­‑ benzotriazol-­‑1-­‑yl)-­‑1,1,3,3-­‑tetramethyluronium ¡tetrafluoro ¡borate ¡(TBTU) ¡as ¡coupling ¡reagent. ¡Triazole ¡linked ¡ xanthone ¡glycoside ¡was ¡obtained ¡through ¡a ¡copper(I)-­‑catalyzed ¡alkyne-­‑azide ¡cycloaddition ¡following ¡by ¡O-­‑ ¡ and ¡ N-­‑deacetylation. ¡ Sulfation ¡ was ¡ successfully ¡ achieved ¡ with ¡ triethylamine-­‑sulfur ¡ trioxide ¡ adduct ¡ under ¡ microwave ¡irradiation. ¡ The ¡three ¡sulfated ¡derivatives ¡were ¡screened ¡for ¡anticoagulant ¡activity ¡using ¡the ¡three ¡classic ¡clotting ¡ times: ¡activated ¡partial ¡thromboplastin ¡time ¡(APTT), ¡prothrombin ¡time ¡(PT), ¡and ¡thrombin ¡time ¡(TT). ¡All ¡the ¡ sulfated ¡ compounds ¡ prolonged ¡ the ¡ clotting ¡ times ¡ and ¡ the ¡ most ¡ active ¡ compound ¡ was ¡ the ¡ persulfated ¡ naringin-­‑deoxycholic ¡ acid ¡ conjugate, ¡ exhibiting ¡ a ¡ double ¡ concentration ¡ value ¡ on ¡ the ¡ APTT ¡ (APTT2) ¡ in ¡ the ¡ micromolar ¡range ¡(around ¡44 ¡µM). ¡These ¡new ¡optimized ¡analogues ¡with ¡anticoagulant ¡activity ¡are ¡expected ¡ to ¡cross ¡the ¡GI ¡tract ¡membranes ¡after ¡oral ¡administration. ¡ ¡ Keywords: ¡Bile ¡acid; ¡triazole; ¡flavonoid; ¡sulfates; ¡anticoagulant ¡

3

Introduction ¡ Oral ¡bioavailability ¡of ¡drugs

4

Rule ¡of ¡5: ¡

• Molecular ¡Weight ¡≤500 ¡
• CLogP ¡≤5 ¡
• H-­‑bond ¡donor ¡≤5 ¡
• H-­‑bond ¡acceptors ¡(N+O) ¡≤10 ¡

Extensions: ¡

• Polar ¡surface ¡area ¡≤140 ¡Å ¡or ¡H-­‑bond ¡

donors ¡+ ¡acceptors ¡≤12 ¡

• Rotatable ¡bonds ¡≤10 ¡

Oral ¡bioavailability ¡plays ¡an ¡important ¡role ¡in ¡drug ¡discovery ¡and ¡ development.

Keller ¡et ¡al., ¡Curr. ¡Opin. ¡Chem. ¡Biol. ¡2006, ¡10:357–361.

Structure ¡

• ptimization

Drug ¡formulation

Molecular ¡modification ¡(e.g. ¡prodrugs) ¡ Excipients ¡or ¡micro ¡and ¡nanoparticles

5

O O O O- O O NH2 O S O- O O HO O S O

• O

O O OH O OH O HO O O NH HO O O S O

• O

O S O O

• O

O OR1 O O- O O NHR2 O R3O OR1 O OR4 O OH O HO O O NHR2 HO O OR1 R1=SO3

• or H

R2=SO3

• or COCH3

R3=SO3

• or H

R4=SO3

• or H

LMWH UFH 12,000-15,000 kDa 4,000- 6,500 kDa

UFH ¡-­‑ ¡Unfractioned ¡heparin; ¡LMWH ¡-­‑ ¡Low ¡molecular ¡weight ¡heparins

↑ ¡Negative ¡charge ¡ ↑ ¡Molecular ¡weight

Epithelial ¡membrane Linhardt, ¡J. ¡Med. ¡Chem. ¡2003, ¡46(13):2551-­‑64; ¡Page, ¡ISRN ¡Pharmacol. ¡2013, ¡13; ¡ ¡

Introduction ¡ Heparins ¡case ¡study

6

HO H H H HO H OH O OH H H H

O OH R=H lauric acid R=CH2CH3 myristic acid R=(CH2)3CH3 palmitic acid R=(CH2)5CH3 stearic acid R Kim ¡et ¡al., ¡J. ¡Controll. ¡Release ¡2007, ¡120 ¡(1-­‑2), ¡4-­‑10; ¡Lee ¡et ¡al., ¡Circulation ¡2001, ¡104(25):3116-­‑20; ¡Eom ¡et ¡al., ¡Thromb. ¡Res. ¡2010, ¡126(3):220-­‑4

Introduction: ¡Heparins ¡case ¡study ¡ Drug ¡conjugates

7

HO H OH O O H H H N O O O O O O O O NH2 O S O O O HO O S O O O O OH O OH O HO O O NH HO O O S O O O S O O O O O O O O O NH O S O O O HO O S O O O O OH O O O HO O O NH HO O O S O O O S O O O HO H OH O H H H

+

DMF:H2O (1:1)

DOCA-­‑COO-­‑NHS DOCA-­‑COOH HEPARIN-­‑NH2

DCC ¡ NHS

NHS ¡-­‑ ¡N-­‑hydroxy ¡succinimide ¡ DMF ¡-­‑ ¡dimethylformamide Lee ¡et ¡al., ¡J. ¡Control. ¡Release ¡2006, ¡111(3):290–8; ¡Eom ¡et ¡al., ¡Thromb. ¡Res. ¡2010, ¡126(3):220-­‑24.

Introduction: ¡Heparins ¡case ¡study ¡ Drug ¡conjugates

8

HO H OH O N H H H H NH2 O O O O- O O NH2 O S O- O O HO O S O

• O

O O OH O O O HO O O NH HO O O S O

• O

O S O O

• O

N HN NH O O O O- O O NH2 O S O- O O HO O S O

• O

O O OH O NH O HO O O NH HO O O S O

• O

O S O O

• O

HO H OH O NH H H H

+

FA or DMF:H2O (1:1) r.t.

HEPARIN-­‑COO-­‑EDAC DOCA-­‑CONH(CH2)2NH2 DOCA-­‑COOH DOCA-­‑COO-­‑NHS

NHS ¡ ¡ DCC EDA EDAC

HEPARIN-­‑COOH

Park ¡et ¡al., ¡Langmuir ¡2004, ¡20:11726-­‑31; ¡Kim ¡et ¡al., ¡J. ¡Control. ¡Release ¡2007, ¡120(1-­‑2):4–10; ¡Kim ¡et ¡al., ¡Bioconjugate ¡Chem. ¡2011, ¡22:1451–8.

DCC ¡-­‑ ¡N,N-­‑dicyclohexylcarbodiimide; ¡EDA ¡– ¡ethylenediamine; ¡EDAC ¡-­‑ ¡1-­‑ethyl-­‑3-­‑(3-­‑dimethylaminopropyl)-­‑carbodiimide; ¡FA ¡– ¡formamide; ¡DMF ¡-­‑ ¡dimethylformamide

Introduction: ¡Heparins ¡case ¡study ¡ Drug ¡conjugates

9

HEPARIN-­‑COO-­‑EDAC DOCA-­‑3-­‑OCOHN(CH2)2NH2

EDAC

HEPARIN-­‑COOH

DOCA-­‑3-­‑OH DOCA-­‑3-­‑NPC

• 1. ¡NMM ¡
• 2. ¡EDA

4-­‑NPC

4-­‑NPC ¡-­‑ ¡4-­‑nitrophenyl ¡chloroformate; ¡NMM ¡– ¡4-­‑methylmorpholine. Moon ¡et ¡al., ¡Macromol. ¡Res. ¡2009, ¡17(2):79-­‑83; ¡Khatun ¡et ¡al., ¡Carbohydr. ¡Polym. ¡2012, ¡90(4):1461-­‑8.

Introduction: ¡Heparins ¡case ¡study ¡ Drug ¡conjugates

10

Krug ¡et ¡al., ¡Biomaterials ¡2013, ¡34(1):275-­‑82; ¡Motlekar ¡et ¡al., ¡Drug ¡Dev. ¡Res. ¡2006, ¡67(2):166-­‑74; ¡Thanou ¡et ¡al., ¡J. ¡Pharm. ¡Sci. ¡2001, ¡90(1):38-­‑46; ¡Thanou ¡et ¡al., ¡J. ¡Controll. ¡ Release ¡2007, ¡117(2):171-­‑8; ¡Bernkop-­‑Schnürch ¡et ¡al., ¡Adv. ¡Drug ¡Deliv. ¡Rev. ¡2005, ¡57(11):1569-­‑82; ¡Pineo ¡et ¡al., ¡Best ¡Pract. ¡Res. ¡Clin. ¡Haematol. ¡2004, ¡17(1):153-­‑60; ¡Hayes ¡et ¡ al., ¡Biorg. ¡Med ¡Chem. ¡2006, ¡14 ¡(1):143-­‑52; ¡Lee ¡et ¡al., ¡J. ¡Crontrol. ¡Release ¡2007, ¡123(1):39-­‑45.

NH2 O N H O H N O H2C N H Lys Lys Lys Lys Lys Lys Lys H2C n n

HO H OH O N H H H H NH2

Polycationic ¡lipophilic-­‑core ¡dendrons Deoxycholylethylamine

N H OH O O OH

SNAC

OH H N OH O O

9

SNAD

7

Non-­‑α ¡aminoacids

O NHCH2CO2H O OH HO O HOH2C O NHCH2OO HO O NH O H2C O HO OCH2CH2OO Na O3S Na C O C O OH OH C O NH O OH SH PCP-Cys Na MCC SNOCC

Mucoadhesive ¡polymers

O O Na

HO H O O OH H

Sodium ¡caprate 18β-­‑Glycyrrhetinic ¡acid

Introduction: ¡Heparins ¡case ¡study ¡ Penetration ¡enhancers

Mimetize sulfated polysaccharides

Correia-­‑da-­‑Silva ¡et ¡al., ¡J. ¡Med. ¡Chem. ¡2011, ¡54(1):95-­‑106; ¡Correia-­‑da-­‑Silva ¡et ¡al., ¡J. ¡Med. ¡Chem. ¡2011, ¡54(15):5373-­‑84. 11

Previous ¡work: ¡our ¡strategy

More hydrophobic Less polyanionic Feasible synthesis

SULFATED OLIGO-PHENOLIC MOLECULES

12

Previous ¡work: ¡old ¡drugs ¡as ¡building ¡blocks ¡for ¡sulfation

Correia'da'Silva,et#al.,,J.#Med.#Chem.#2011,,54(1):95'106;,Correia'da'Silva,,M.;,et#al.,Eur.#J.#Med.#Chem.#2011,,46,,2347'2358,, Correia'da'Silva,et#al.,,J.#Med.#Chem.#2011,,54(15):5373'84.,

13

Previous ¡work: ¡synthesis ¡of ¡polysulfated ¡derivatives

Correia'da'Silva,et#al.,,J.#Med.#Chem.#2011,,54(1):95'106;,Correia'da'Silva,,M.;,et#al.,Eur.#J.#Med.#Chem.#2011,,46,,2347'2358,, Correia'da'Silva,et#al.,,J.#Med.#Chem.#2011,,54(15):5373'84.,

Correia-­‑da-­‑Silva ¡et ¡al., ¡J. ¡Med. ¡Chem. ¡2011, ¡54(1):95-­‑106; ¡Correia-­‑da-­‑Silva ¡et ¡al., ¡J. ¡Med. ¡Chem. ¡2011, ¡54(15):5373-­‑84.

NOT ¡ACTIVE ¡BY ¡ORAL ¡ADMINISTRATION

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Previous ¡work: ¡anticoagulant ¡activity ¡in ¡vitro ¡and ¡in ¡vivo ¡

✓ In ¡ vitro ¡ and ¡ in ¡ vivo ¡ anticoagulant ¡ activity ¡ ✓ Fast ¡onset ¡of ¡action ¡ ✓ Low ¡toxicity ¡ ✓ Plasma ¡stability

Bile acid receptors Passive diffusion Polysulfated oligophenols-DOCA conjugate Glucoside triazole-linked xanthone

Epithelial barrier

?

TRIAZOLE

N N H N HO H OH O OH H H H

Synthesis ¡of ¡potential ¡orally-­‑active ¡polysulfated ¡compounds

15

Aims

16

Neuroprotective ¡ effects Attenuates ¡mitochondrial ¡ dysfunction Commercialized ¡as ¡ supplement

Sachdeva ¡et ¡al., ¡Pharmacol. ¡Biochem. ¡Behav. ¡2014, ¡127:101-­‑10; ¡Kandhare ¡et ¡al., ¡Fitoterapia ¡2012, ¡83(4):650-­‑59; ¡Choi ¡et ¡al., ¡Ann. ¡Nutr. ¡Metab. ¡ 2001, ¡45(5):193-­‑201. ¡

Suitable ¡model ¡to ¡plan ¡antithrombotic ¡derivatives

Results ¡and ¡discussion ¡ Strategy ¡1: ¡Conjugation ¡with ¡DOCA

O OH OH O O O HO HO O O OH OH HO OH

2 3 4 9 5 6 7 8 10 1' 6' 5' 4' 3' 2' 1'' 2'' 3'' 4'' 5'' 6'' 1''' 2''' 3''' 4''' 5''' 6'''

Naringin (1)

17

HO H OH O OH H H H

4 NHS, DCC THF, N2, r.t.

HO H OH O O H H H O O N

5 (88%) EDA DMF, r.t.

HO H OH O NH H H H H2N

6 (81%)

O OH OH O O O HO HO O O OH HO HO OH

1 BrCH2COOCH3 K2CO3, DMF, r.t

O OCH2COOCH3 OH O O O HO HO O O OH HO HO OH

2 (18%) MeONa/MeOH r.t.

O OCH2COOH OH O O O HO HO O O OH HO HO OH

3 (99%) O O OH O O O OH OH O O OH OH OH HO O NH O H H OH HO H H HN

7 (73%) TBTU, TEA DMF, r.t.

DMF ¡ – ¡ dimethylformamide; ¡ ; ¡ NHS ¡ – ¡ N-­‑hydroxysuccinimide; ¡ DCC ¡ -­‑ ¡ N,N-­‑dicyclohexylcarbodiimide; ¡ EDA ¡ – ¡ ethylenediamine. ¡ TBTU ¡ -­‑ ¡ 2-­‑(1H-­‑benzotriazol-­‑1-­‑ yl)-­‑1,1,3,3-­‑tetramethyluronium ¡tetrafluoro ¡borate; ¡TEA ¡– ¡triethylamine ¡

Results ¡and ¡discussion ¡ Strategy ¡1: ¡Conjugation ¡with ¡DOCA

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O OH OH O O O HO HO O O OH OH HO OH O OR OR O O O RO RO O O OR OR RO OR

SO3:TEA (6eq/OH), DMA MW (200W), 100ºC, 1h 9 (48%) R=SO3- 1

O O OR O O O OR OR O O OR OR OR RO O NH O H H OR RO H H HN

8 (50%) SO3:Et3N (10eq/OH) DMA, MW (200W), 100ºC, 2h R=SO3-

O O OH O O O OH OH O O OH OH OH HO O NH O H H OH HO H H HN

7

SO3:Et3N ¡– ¡triethylamine-­‑sulfur ¡trioxide ¡adduct; ¡DMA ¡– ¡dimethylacetamide. ¡

Results ¡and ¡discussion ¡ Strategy ¡1: ¡Conjugation ¡with ¡DOCA

O OSO3

• OSO3-

O O O O OSO3- O

• O3SO
• O3SO

OSO3- OSO3-

• O3SO

10

19

¡Xanthones ¡ Privileged ¡scaffold ¡with ¡ several ¡biological ¡activities

Dual ¡anticoagulant ¡and ¡ antiplatelet ¡activity

Results ¡and ¡discussion ¡ Strategy ¡2: ¡Introduction ¡of ¡triazole

Negi ¡et ¡al., ¡J. ¡Appl. ¡Chem. ¡2013, ¡2013, ¡9; ¡Klyosov, ¡ACS ¡Symposium ¡Series; ¡American ¡Chemical ¡Society: ¡Washington, ¡DC, ¡2012; ¡Correia-­‑da-­‑Silva ¡ et ¡al., ¡J. ¡Med. ¡Chem. ¡2011, ¡54(15):5373-­‑84. ¡

NOT ¡ACTIVE ¡BY ¡ORAL ¡ ADMINISTRATION

N N N R H R

APTT2 ¡= ¡60 ¡μM

20

Results ¡and ¡discussion ¡ Strategy ¡2: ¡Introduction ¡of ¡triazole

21

Dose-­‑dependent ¡ effects ¡ of ¡ polysulfated ¡ compounds ¡ 8 ¡ and ¡ 9 ¡ on ¡ APTT, ¡ PT, ¡ and ¡ TT ¡ clotting ¡ assays ¡ using ¡ human ¡ pooled ¡ plasma, ¡ expressed ¡as ¡ratio ¡of ¡clotting ¡time ¡in ¡the ¡presence/absence ¡of ¡compound. ¡a ¡clotting ¡time ¡values ¡greater ¡than ¡180s, ¡b ¡clotting ¡time ¡ values ¡greater ¡than ¡120s, ¡c ¡clotting ¡time ¡values ¡greater ¡than ¡240s, ¡* ¡P ¡< ¡0.05

O O OR O O O OR OR O O OR OR OR RO O NH O H H OR RO H H HN

8 R=SO3- O OR OR O O O RO RO O O OR OR RO OR

9 R=SO3

• APTT2 ¡= ¡44 ¡μM

APTT2 ¡= ¡209 ¡μM

Results ¡and ¡discussion ¡ Anticoagulant ¡activity

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Dose-­‑dependent ¡effects ¡of ¡polysulfated ¡compound ¡16 ¡on ¡APTT, ¡PT, ¡and ¡TT ¡clotting ¡assays ¡using ¡human ¡pooled ¡plasma, ¡expressed ¡as ¡ ratio ¡of ¡clotting ¡time ¡in ¡the ¡presence/absence ¡of ¡compound. ¡a ¡clotting ¡time ¡values ¡greater ¡than ¡180s, ¡c ¡clotting ¡time ¡values ¡greater ¡ than ¡240s, ¡* ¡P ¡< ¡0.05

O O O O N N N N N N O O O OR RO RO NH2 O RO OR OR H2N

16

R=SO3

• APTT2 ¡= ¡129 ¡μM

Results ¡and ¡discussion ¡ Anticoagulant ¡activity

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➢ Successful ¡synthesis ¡of ¡optimized ¡polysulfated ¡compounds ¡with ¡the ¡application ¡of ¡ microwave ¡ radiation ¡ in ¡ copper(I)-­‑catalyzed ¡ alkyne-­‑azide ¡ 1,4-­‑cycloaddition ¡ and ¡

• sulfation. ¡

➢ Persulfated ¡naringin-­‑DOCA ¡conjugate ¡(8) ¡and ¡triazole-­‑linked ¡xanthone ¡glycoside ¡(16) ¡ showed ¡anticoagulant ¡activity ¡and ¡persulfated ¡naringin-­‑DOCA ¡conjugate ¡was ¡the ¡ most ¡potent ¡anticoagulant ¡sulfated ¡compound ¡synthesized ¡in ¡OUR ¡GROUP.

FUTURE ¡WORK: ¡

Test ¡ permeability ¡ of ¡ the ¡ optimized ¡ polysulfated ¡ derivatives.

Conclusions

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Acknowledgements