Thesis (doctoral)--Ludwig Maximilians-Universität zu München, 1979.

Thesis. / Includes bibliographical references (p. 27-37).

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Le mélanome est l’un des cancers à la croissance la plus rapide, avec une incidence mondiale de plus de 360% rapporté depuis la fin des années 1970. Malgré les progrès incroyables réalisés dans le développement de thérapies anti-mélanome au cours des 10 dernières années, de nombreux patients atteints de mélanome sont encore en échec thérapeutique en raison du développement rapide de résistances acquises. Dans ce contexte, ma thèse décrit la synthèse et l'optimisation de nouveaux composés de type biguanide actifs contre le mélanome afin de surmonter la pharmacorésistance. Nous avons concentré notre attention sur l'optimisation Hit-to-Lead de deux composés anti-mélanomes identifiés au laboratoire : HIT 1 et HIT 2. Un nouveau protocole a été développé pour la synthèse des précurseurs de HIT 1, à savoir la préparation de 2-benzoxazolylguanidines et de 2-aminobenzoxazoles à l'aide de cyanoguanidine et catalysée par un acide de Lewis. Au cours de l'optimisation Hit-to-Lead de HIT 1, une ouverture de cycle non attendue nous a permis de préparer des amidinourées hautement actives. Cela a conduit au développement de nouvelles méthodes rapides et efficaces pour leur synthèse. Une étude complète des relations structure-activité de 79 nouveaux analogues d'amidinourées et l'identification d'un nouveau composé Lead sont présentées. L’optimisation Hit-to-Lead de HIT 2 nous a conduit à la révision de sa structure et à la découverte concomitante d’un nouveau réarrangement. Des études mécanistiques de l'action du HIT 2, appuyées par la synthèse de sondes fluorescentes et de type biotine, ont également été réalisées. Une étude approfondie du nouveau réarrangement, la synthèse de 71 structures analogues de biguanides, ainsi que de 35 produits réarrangés correspondants est ensuite présentée. L'évaluation biologique de ces composés a abouti à l'identification de 2 nouveaux Lead hautement actifs contre le mélanome. La dernière partie du manuscrit porte sur l’étude d’un nouveau protocole efficace pour la synthèse de 1,2,4-triazole-5-amines via la formation oxydative de liaisons N-N induites par I2/TBAI, dans le cadre de l’exploration de la réactivité des nouveaux dérivés biguanides synthétisés. / Melanoma is one of the fastest growing cancer with more than 360% increasing worldwide incidence since the late 1970s. Despite incredible progress in the development of anti-melanoma therapies in the last 10 years, there are still a lot of melanoma patients in therapeutic failure due to rapid development of acquired resistance. In this context, my thesis describes the synthesis and optimization of new biguanidelike compounds active against melanoma in order to overcome drug-resistance. In this manuscript, we focused our attention on Hit-to-Lead optimization of two anti-melanoma compounds identified in the laboratory: HIT 1 and HIT 2. A novel Lewis acid-catalyzed new transformation for the synthesis of HIT 1 precursors has been developed: the preparation of 2benzoxazolylguanidines and 2-aminobenzoxazoles from cyanoguanidine as safe and inexpensive reagent. During the course of HIT 1 Hit-to-Lead optimization, an unexpected cycle-opening led us to prepare highly active amidinoureas via an efficient and unprecedented methodology. A comprehensive structureactivity relationships study of 79 new amidinoureas analogues and the identification of a new Lead compound have been established. Hit-to-Lead optimization of HIT 2 led us to its structure revision and the concomitant discovery of a new rearrangement. Biological studies of the mechanism of action of HIT 2 have been investigated. The mode of action has been attested by the synthesis of biotin and fluorescent probes. A comprehensive investigation of the new rearrangement, the synthesis of 71 biguanide-like structures, as well as the synthesis of 35 corresponding rearranged products is then presented. The biological evaluation of these compounds resulted in the identification of 2 new highly active Lead compounds. The last part of the manuscript focused on the study of a new and effective protocol for the synthesis of 1,2,4-triazole-5-amines via I2/TBAI-mediated oxidative N−N bond formation, as part of the exploration of the reactivity of the new synthesized biguanide derivatives.

La kératite à Acanthamoeba (KA) est une kératite infectieuse rare et grave,potentiellement cécitante. L'infection est causée par Acanthamoeba spp., unprotozoaire ubiquitaire présent dans le sol, l'air et l'eau. Jusqu'à 85% des cas de KAsont associés au port de lentilles cornéennes, et plus rarement suite à untraumatisme.Actuellement, aucune molécule n’a d’autorisation de mise sur le marché danscette indication dans l'Union européenne et aux États-Unis. Ces dernières années,des combinaisons d'agents anti-amibiens tels que les biguanides et les diamidinesont été utilisées comme traitement de référence. Cependant, les schémasthérapeutiques et les concentrations d'agents actifs reposent sur des donnéesempiriques. Récemment, le voriconazole, antifongique triazolé, a été utilisé avecsuccès pour traiter des KA humaines. Malgré cela, la communauté ophtalmologiquese heurte le plus souvent dans les formes sévères à de grandes difficultés de prise encharge et se retrouve parfois en situation d’impasse thérapeutique. La pertefonctionnelle et anatomique de l’oeil est encore possible.A partir d’un modèle de KA chez le rat, plusieurs molécules et voiesd’administration ont été testées. Dans une première partie, en lien avec projeteuropéen ODAK (Orphan drug for Acanthamoeba Keratitis), nos travaux ont suggéréqu’une concentration de collyre PHMB supérieure ou égale à 0,04% devait êtrepréférée. Dans une deuxième partie, nous avons pu montrer la supériorité duvoriconazole en collyre par rapport à la voie orale. Enfin, l’étude de lapharmacocinétique du voriconazole et du posaconazole après injections directesintracornéennes, démontre leur faible utilité en clinique humaine du fait de lafréquence nécessaire de réinjection, bien que des analyses complémentairesconcernant le posaconazole en collyre pour confirmer son intérêt soient nécessaires.L'ensemble de ces travaux pourrait permettre d’adapter les protocolesthérapeutiques de la KA. / Acanthamoeba keratitis (AK) is a rare and severe form of infectious keratitis,which is potentially sight-threatening. The infection is caused by Acanthamoeba spp.a common protozoan present in soil, air and water. Up to 85% of AK cases areassociated with contact lens wearing, more rarely after corneal injury.Currently, there are no agents approved for the treatment of AK in theEuropean Union or in the United States of America. In recent years, combinations ofunlicensed anti-amoebic agents such as biguanides and diamidines have been usedas the reference treatment. Treatment regimens and concentrations of active agentsare based on empirical data. Recently, voriconazole, a mono-triazole, wassuccessfully used to treat cases of human AK. Despite this, the ophthalmologicalcommunity is most often faced with severe forms of the disease with severemanagement difficulties and sometimes with a situation of therapeutic impasse. Thefunctional and anatomical loss of an eye can occur.Several agents and routes of administration have been tested in a rat model ofAK. First, as part of the European ODAK project (Orphan drug for AcanthamoebaKeratitis), our work suggested that a concentration of PHMB eye drops greater thanor equal to 0.04% should be preferred. Second, we were able to show the superiorityof voriconazole in eye drops compared to the oral route. Finally, our study on thepharmacokinetics of voriconazole and posaconazole after intrastromal injections,demonstrates their low utility in human because of the need for frequent reinjection.Nevertheless, additional analyses are necessary to confirm the interest ofposaconazole eye drops. All of this work could make it possible to adapt thetherapeutic protocols of AK.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’adénocarcinome pancréatique ductal (PDAC) est une des tumeurs solides les plus malignes retrouvées dans la population humaine actuelle. Plusieurs chercheurs s’intéressent donc à trouver un nouveau traitement efficace pour ce type de cancer. Les biguanides, souvent utilisés comme antidiabétiques, intéressent de plus en plus les chercheurs par la découverte de leurs propriétés antiprolifératives. Dans notre groupe, une variété de nouveaux biguanides a été synthétisée et étudiée pour leurs propriétés antiprolifératives des cellules cancéreuses du pancréas. Nous avons identifié un biguanide avec une chaîne de phényléthynylbenzyle, appelé composé A, comme un composé de choix par son activité 800 fois plus élevée que celle de la metformine et 10 fois plus élevée que celle de la phenformine, deux biguanides commercialement disponibles. Des études in vivo ont été effectuées en greffant des cellules PDAC humaines dans l’espace sous-cutané de souris et laissées croître pendant 28 jours jusqu’à une taille de 100 mm3. Différents groupes de souris ont reçu des doses quotidiennes de 50 mg/kg de metformine, phenformine ou du composé A. Par la suite, les souris ont été sacrifiées afin de recueillir les organes et les tumeurs pour des analyses par spectrométrie de masse MALDI-TOF. Le développement d’une méthode d’analyse par MALDI-TOF a permis de localiser et quantifier les biguanides dans les organes et tumeurs. Différents paramètres, tels que le choix de matrice et la méthode de dépôt, ont été optimisés afin d’obtenir des courbes d’étalonnage par IMS des trois composés biguanides. Une accumulation du composé A est observée dans le foie et le rein. Avec une régression linéaire, les concentrations approximatives du composé A dans le rein et le foie sont de 16,8 µg/mL et 4,1 µg/mL respectivement. De plus, pour en apprendre davantage sur le mécanisme d’action des biguanides dans le traitement du cancer, une étude différentielle d’expression de certaines biomolécules a été effectuée sur les foies des différents groupes de souris traitées. Des différences d’expression de certaines biomolécules ont été observées par rapport aux foies des animaux non-traités, notamment pour le signal à m/z 558 qui montre une grande abondance de ce phospholipide seulement dans les foies traités au composé A. Bref, le mécanisme d’action des biguanides dans le traitement du cancer demeure à l’étude pour de futurs travaux et développements. / The development of new therapies against pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), one of the most malignant and deadly tumors, has become of great interest for finding effective treatment. Many research groups have studied different types of biguanides in cancer treatment which inspired our group to synthesize a library of biguanide analogs. These new compounds can inhibit the tumor growth and show a great selectivity. We identified a biguanide with a phenylethynylbenzyl side chain as our hit compound, designated as compound A, which is 800 times more active than metformin and 10 times more active than phenformin, two commercial biguanide compounds used as antidiabetics. In vivo studies have been performed where human PDAC cells have been grafted in the subcutaneous space of mice and let to grow for 28 days to about 100 mm3. Different groups of mice were exposed to daily doses of 50mg/kg of metformin, phenformin or compound A. The tumors and organs of the treated mice were recovered to analyze their mechanism of action by MALDI-TOF mass spectrometry. A method of analysis by MALDI-TOF was developed in order to locate and quantify the biguanide compounds in the treated organs and tumors. Various parameters, such as the choice of matrix and the deposition method were optimized to obtain IMS calibration curves for each biguanide compound. The analyzed organs and tumors showed accumulation of compound A in the liver and kidney. With linear regression, this semi-quantitative method allowed to determine a concentration of 16.8 µg/mL in the kidney and 4.1 µg/mL in the liver. Another objective to understand the mechanism of action of biguanides in cancer therapy is to detect molecular patterns of biomolecules that correlate with the diagnostic, the prognostic and to the response of the therapy. The livers from mice treated with compound A showed differences of expression of certain phospholipids compared to the other livers, namely at m/z 558. In short, the mechanism of action of biguanides in cancer therapy is still a work in progress for future developments.

Pharmaceutical solids tend to exist in different physical forms termed as polymorphs. Issues about pharmaceutical systems are mainly concerned with the active ingredient's physico-chemical stability and bioavailability. The main aim of this study is to investigate the non-bonded interactions in pharmaceutical solids that govern the physical pharmaceutics performance of such materials and through the use of structural techniques and correlation of these results with crystal structural database to establish the presence of physical motifs in selected systems. Structural motifs were identified by the use of single crystal and crystal packing analysis on diverse range of pharma-relevant materials including chalcones, cryptolepines, biguanides and xanthines. These selected systems were validated using functional group and molecular analysis and correlating them to the Cambridge Structural Database. Crystallization studies are done on these selected systems as well as exploiting those using synthetic analogues. A total of 51 crystal structures were investigated including 16 new structure determinations. Addition synthesis of new xanthines to investigate novel intermolecular patterns was also undertaken. The understanding and exploitation of intermolecular interactions involving hydrogen bonds and coordination complexation during packing can be used in the design and synthesis of solid state molecular structures with desired physical and chemical properties.

Pharmaceutical solids tend to exist in different physical forms termed as polymorphs. Issues about pharmaceutical systems are mainly concerned with the active ingredient's physico-chemical stability and bioavailability. The main aim of this study is to investigate the non-bonded interactions in pharmaceutical solids that govern the physical pharmaceutics performance of such materials and through the use of structural techniques and correlation of these results with crystal structural database to establish the presence of physical motifs in selected systems. Structural motifs were identified by the use of single crystal and crystal packing analysis on diverse range of pharma-relevant materials including chalcones, cryptolepines, biguanides and xanthines. These selected systems were validated using functional group and molecular analysis and correlating them to the Cambridge Structural Database. Crystallization studies are done on these selected systems as well as exploiting those using synthetic analogues. A total of 51 crystal structures were investigated including 16 new structure determinations. Addition synthesis of new xanthines to investigate novel intermolecular patterns was also undertaken. The understanding and exploitation of intermolecular interactions involving hydrogen bonds and coordination complexation during packing can be used in the design and synthesis of solid state molecular structures with desired physical and chemical properties.

Le développement d’agents anticancéreux s’étend de la découverte d’une cible thérapeutique à la commercialisation du médicament. La chimie médicinale intervient dans la conception et la synthèse de molécules. Les essais réalisés in vitro puis in vivo sont ensuite déterminants pour évaluer le mode d’action, l’efficacité et la sélectivité du principe actif. À cette étape, si une molécule n’est pas sélectionnée, son étude s’arrête. Afin de tirer profit du temps et de l’argent investis dans son développement, des stratégies s’inspirant de ces composés peuvent être utilisées, en modifiant leur structure afin d’améliorer leur efficacité. La première méthode exploitée ici consiste à synthétiser des molécules bifonctionnelles, incorporant le pharmacophore du principe actif d’intérêt, ainsi qu’un ligand capable d’induire la dégradation de sa cible. Ces molécules sont appelées AUTAC ou PROTAC, selon le mode de dégradation induit, soit l’autophagie ou la protéolyse. La deuxième méthode repose sur le développement de molécules hybrides, capables d’interagir avec différentes cibles. Deux principes actifs sont alors liés de manière covalente afin de synthétiser une nouvelle molécule dont les propriétés pharmacocinétiques diffèrent. L’hybride pourrait être ainsi plus efficace, cumulant les activités de ses deux ligands de base. Pour viser les cellules cancéreuses, une stratégie attrayante est le ciblage de certaines voies métaboliques. L’ATP étant une source d’énergie essentielle pour l’intense prolifération des cellules cancéreuses, réduire sa production en ciblant la phosphorylation oxydative dans la mitochondrie et la glycolyse peut être un traitement efficace. Les dérivés de biguanides, comme la metformine, sont connus pour inhiber la phosphorylation oxydative. Par ailleurs, le NAD+ étant un cofacteur nécessaire à de nombreux processus biologiques essentiels, notamment la glycolyse, diminuer sa production peut alors induire des effets anticancéreux. De nouveaux dérivés de biguanides et d’inhibiteurs de la NAMPT sont donc synthétisés afin de développer des molécules bifonctionnelles ciblant le métabolisme des cellules cancéreuses. / The development of new anticancer agents covers all the steps from the discovery of a target to the commercialisation of a drug. Medicinal chemists are responsible for the design and synthesis of molecules but the future of the drug relies on their activity in vitro and in vivo. However, compounds that failed because of their lack of efficiency or selectivity can be reused to take advantage of the time and money invested on their development. To develop more potent drugs, these compounds can be modified using different strategies. One of them consists in synthesising bifunctional molecules, also called chimeras, incorporating a pharmacophoric moiety from the drug and a ligand inducing its target’s degradation. These molecular degraders are named according to the mode of degradation involved: AUTAC for Autophagy Targeting Chimera or PROTAC for Proteolysis Targeting Chimera. Another strategy is to design a dual targeting agent based on two different drugs bound covalently. The resulting hybrid is then able to interact with each ligand’s target but exhibits a new pharmacokinetic profile that might increase its efficiency. Targeting cancer cell metabolism is an attractive strategy that can be applied to many different types of cancer. Since ATP is the main energy source of the cells, its production is necessary to insure the intense proliferation rate of cancer cells. Targeting the oxidative phosphorylation in mitochondria and the glycolysis, the two main ways to produce ATP, can be effective to inhibit the proliferation of cancer cells. Biguanides derivatives such as metformin are known to inhibit OXPHOS. Furthermore, NAD+ being an essential cofactor involved in many biological processes including glycolysis, targeting its production by the NAD salvage pathway allows the discovery of effective anticancer agents. New biguanides and NAMPT inhibitors derivatives are thus synthesized for the development of bifunctional molecules targeting the energy metabolism of cancer cells.