Analog buspironu

Niehigieniczny tryb życia, poczucie zagrożenia i pogarszające się stosunki międzyludzkie są przyczyną coraz częstszych nerwic, depresji, stanów lękowych i psychoz.

Lęk jest jedną z najczęściej przeżywanych emocji w życiu człowieka. Odczuwają go zarówno ludzie zdrowi, jak i cierpiący na rozmaite zaburzenia somatyczne i psychiczne. Można go opisać jako odczuwanie nieuzasadnionych obaw lub zagrożenia o różnym nasileniu i różnym czasie trwania. Jest on często przeciwstawiany strachowi – lęk jest stanem pozbawionym obiektu, natomiast strach jest zawsze strachem przed czymś, kimś lub jakimś zdarzeniem. Zaburzeniom lękowym dosyć często towarzyszą inne zaburzenia psychiczne, m.in. depresje.

Badania analogu buspironu
Badania nad opracowaniem związku chemicznego posiadającego krótki czas odpowiedzi organizmu po jego podaniu i łączącego działanie zarówno przeciwlękowe, jak i przeciwdepresyjne prowadzone są w Katedrze i Zakładzie Syntezy i Technologii Środków Leczniczych na Wydziale Farmaceutycznym Akademii Medycznej w Warszawie.

Przedmiotem badań był analog buspironu – związku chemicznego o działaniu anksjolitycznym. Jego cząsteczka została zmodyfikowana w taki sposób, aby związek łączył cechy ligandów receptora serotoninergicznego 5-HT1A i białka transportowego 5-HT-T. W zamyśle związek ten ma charakteryzować się krótszym okresem, jaki jest potrzebny do uzyskania działania terapeutycznego poprzez jak najszybsze podwyższenie poziomu synaptycznej serotoniny.

Zastosowanie leku
Leki z grupy antagonistów receptora 5-HT1A (m.in. buspiron) wykorzystywane są w leczeniu zaburzeń lękowych. Ligandy 5-HT-T to selektywne inhibitory wychwytu zwrotnego serotoniny – SSRI (selective serotonin reuptake inhibitor). Mechanizm działania SSRI polega na łączeniu się z białkiem transportującym serotoninę (5-HT-T) z przestrzeni synaptycznej do neuronu. W wyniku inhibicji 5-HT-T następuje wzrost poziomu synaptycznej serotoniny. Leki z grupy SSRI (fluoksetyna, fluwoksamina, citalopram, sertralina) stosowane są w leczeniu zaburzeń depresyjnych.

Zmiany w cząsteczce buspironu
Po pierwsze, część farmakoforowa: podstawnik 2-pirymidyno-1-piperazynowy buspironu zastąpiono ugrupowaniem 4-(1H-3-indolilo)-3,6-dihydro-2H-1-pirydylowym (prawdopodobny ligand 5-HT-T).

Po drugie, część niefarmakoforowa uległa niewielkiej przebudowie zachowując ugrupowanie imidowe niezbędne przy łączeniu się z receptorem 5-HT1A. Układ 8-azaspiro [4,5] dekano-7,9-dionu zamieniono na pirydo [1,2-c] pirymidyno-1,3-dionu (zamiar zwiększenia wiązalności z receptorem 5-HT1A).

Po trzecie, czterowęglowy łańcuch łączący część farmakoforową i niefarmakoforową pozostawiono bez zmian. Liczne wcześniejsze publikacje sugerują, że jest to optymalna długość dla osiągnięcia maksymalnego powinowactwa do receptorów 5-HT1A (rysunek 1).

Celem pracy było zbadanie konformacji i dynamiki molekuł 2-{4-[4-(1H-3-indolilo)-3,6-dihydro-2H-1-pirydylo]-butylo}-4-(4-metoksyfenylo)-2H-pirydo [1,2-c] pirymidyno-1,3-dionu (analogu buspironu) przy zastosowaniu spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i modelowania molekularnego.

Analiza widma NMR
Widma NMR badanego związku rejestrowane były przy użyciu spektrometru firmy Bröker typu Avance DMX 400 WB o częstotliwości podstawowej dla protonów 400,163 MHz, a dla jąder 13C – 100,623 MHz. Do celów badawczych zarejestrowano następujące widma: 1HNMR, 13CNMR, 2D NMR: 1H, 1H COSY i 13C, 1H HETCOR. Widma NMR rejestrowano w temperaturze 300K (27°C). Badaną substancję rozpuszczono w deuterowanym chloroformie (CDCl3). Jako wzorzec zastosowano tetrametylosilan (TMS) – wzorzec wewnętrzny. Analiza widm eksperymentalnych poparta została widmami teoretycznymi i danymi literaturowymi.

Analiza konformacyjna wykonana została przy pomocy programu Hyper Chem 7.0. Wykorzystując metodę półempiryczną została obliczona cząsteczka o najbardziej korzystnej konformacji, czyli o najbardziej prawdopodobnym ułożeniu przestrzennym (rysunek 2).

Wyniki analizy
Interpretacja wyników analizy widm NMR i modelowania molekularnego badanej cząsteczki wykazały opisane poniżej cechy jej budowy przestrzennej.

Optymalne przestrzenne ułożenie elementów grupy niefarmakoforowej, tj. podstawnika 4-metoksyfenylowego i układu 2H-pirydo [1,2-c] pirymidyno-1,3-dionu, jest prostopadłe.

W części farmakoforowej układ 3,6-dihydro-2H-1-pirydyny jest strukturą dynamiczną i wykonuje szybkie przejścia konformacyjne typu krzesło – krzesło; jego przestrzenne ułożenie związane jest z możliwością niekorzystnych oddziaływań (efekt stłoczenia atomów) z protonami czterowęglowego łącznika części farmakoforowej i niefarmakoforowej.

W cząsteczce obecne jest słabe wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe. Łańcuch butylowy „łącznik” charakteryzuje się swobodnym obrotem wokół wiązań.

Budowa cząsteczki buspironu
Interpretacja widm NMR i wyniki modelowania molekularnego cząsteczki daje wyobrażenie o budowie przestrzennej i oddziaływaniach w niej zachodzących. Wzór cząsteczki narysowany na kartce papieru najczęściej niewiele ma wspólnego z rzeczywistymi proporcjami długości wiązań, wielkości kątów. Jednak nawet uwzględnienie proporcji i budowy przestrzennej nie wyczerpuje opisu struktury, gdyż cząsteczki nie są sztywne, lecz dynamiczne. Ich fragmenty wykonują rotacje i oscylacje. Niektóre przestrzenne formy geometryczne (konformacje) są korzystniejsze energetycznie, trwalsze i występują częściej niż inne.

Działanie badanego związku związane jest nie tylko z obecnością kluczowych struktur odpowiedzialnych za łączenie się wiązaniami niskoenergetycznymi – z atomami budującymi receptor serotoninergiczny czy białko transportowe 5-HT-T – ale też z jego budową przestrzenną. Tylko niektóre konformacje pasują do układu, z którym mają się połączyć (duże dopasowanie przestrzenne). Jedne osiągają większy stopień powinowactwa i tym samym silniejsze działanie, a inne mniejszy i efekt działania mniejszy. Zmiana konformacji może prowadzić do zmiany odległości między newralgicznymi punktami, co może przejawiać się w zmianie właściwości całego liganda. Dokładne badania na wiązalność z receptorem 5-HT1A oraz białkiem 5-HT-T zostaną wykonane w Instytucie Farmakologii Polskiej Akademii Nauk w Krakowie.

Praca magisterska wykonywana w latach 2004-2006, obroniona w Katedrze i Zakładzie Technologii Środków Leczniczych Akademii Medycznej w Warszawie