En aquesta tesi s’ha realitzat una aproximació terapèutica per a la malaltia de Gaucher, basada en xaperones farmacològiques. La malaltia de Gaucher és una malaltia d’acúmul lisosòmic d'herència autosòmica recessiva, causada per mutacions en el gen GBA, o en alguns pocs casos, per mutacions en el gen PSAP. El gen GBA codifica la hidrolasa lisosòmica glucocerebrosidasa i el gen PSAP codifica la proteïna activadora de l'enzim anterior, la Saposina C. Fins al moment s'han descrit més de 300 mutacions en el gen GBA causants de la malaltia de Gaucher, que han permès desenvolupar un diagnòstic molecular de la malaltia, i unes poques en el gen PSAP. Aquestes mutacions produeixen una deficiència en alguna d'aquestes dues proteïnes, la glucocerebrosidasa o la Saposina C, que estan implicades en la via de degradació dels glicoesfingolípids. La manca d’una bona correlació genotip-fenotip fa que els estudis d’expressió puguin aprofundir en el coneixement sobre la fisiopatologia de la malaltia de Gaucher. En aquest treball presentem els estudis cel•lulars que han permès expressar els al•lels mutats en cèl•lules COS així com establir l’origen de l’al•lel doble D409H;H255Q. A més a més, hem confirmat l’efecte negatiu acumulatiu d’aquestes dues mutacions a nivell d’activitat enzimàtica, gràcies a l’expressió heteròloga dels al•lels únics i doble mutant. Una de les teràpies que actualment s'està utlitzant en la malaltia de Gaucher és la teràpia de reducció de substrat com a complement o alternativa a la teràpia de reemplaçament enzimàtic. En els darrers anys, una nova estratègia terapèutica basada en l’ús de xaperones farmacològiques ha aparegut. Aquesta nova aproximació es basa en la hipòtesi que les xaperones farmacològiques impedeixen que els enzims amb mutacions que impedeixen el bon plegament podien estabilitzar-se i arribar a seu destí, el lisosoma. Els dos objectius principals han estat: 1. L’expressió in vitro, mitjançant cèl•lules COS-7, de diversos al•lels mutats del gen GBA i la caracterització de les proteïnes GBA mutades. 2. Assajar l’efecte dels iminosucres (NN-DNJ i NB-DNJ), aminociclitols i dels seus derivats com a possibles xaperones farmacològiques sobre les proteïnesmutades, tant en cèl•lules COS-7 transfectades amb cDNAs mutats com en fibroblasts de pacients. Els resultats s’han presentat en els articles següents: 1. Homozygosity for the double D409H+H255Q allele in type II Gaucher disease Autors: Helen Michelakakis, Marina Moraitou, Evagelia Dimitriou, Raül Santamaria, Gessamí Sànchez, Laura Gort, Amparo Chabás, Daniel Grinberg, Maria Dassopoulou, Spyros Fotopoulos, Lluïsa Vilageliu. Publicació: Journal of Inherited and Metabolic Diseases (2006) 29:591 2. Haplotype Analysis Suggests a Single Balkan Origin for the Gaucher Disease [D409H;H255Q] Double Mutant Allele Autors: Raül Santamaria, Helen Michelakakis, Marina Moraitou, Evangelia Dimitriou, Silvia Dominissini, Serena Grossi, Gessamí Sánchez-Ollé, Amparo Chabás, María Gabriela Pittis, Mirella Filocamo, Lluïsa Vilageliu, Daniel Grinberg Publicació: HUMAN MUTATION Mutation in Brief #1010, 29:E58-E67, 2008 3. Promising results of the chaperone effect caused by imino sugars and aminocyclitol derivatives on mutant glucocerebrosidases causing Gaucher disease. Autors: Gessamí Sánchez-Ollé, Joana Duque, Meritxell Egido-Gabás, Josefina Casas, Montserrat Lluch, Amparo Chabás, Daniel Grinberg, Lluïsa Vilageliu Publicació: Blood Cells, Molecules, and Diseases 42 (2009) 159–166 4. Chaperone effects caused by new aminocyclitol derivatives on mutant glucocerebrosidases causing Gaucher disease. Autors: Lucía Díaz, Gessamí Sánchez-Ollé, Josefina Casas, Daniel Grinberg, Antonio Delgado and Lluïsa Vilageliu Publicació: In press. Les dades recents presentades fan pensar que les xaperones farmacològiques podrien arribar a ser un tractament tant per les formes no neuronopàtiques com per a les neuronopàtiques de la malaltia de Gaucher. / Lysosomal storage diseases are a group of disorders caused by the loss of function of lysosomal enzymes, which leads to the intralysosomal storage of non-degraded substrates. Gaucher disease (GD, OMIM 230800) is the most prevalent sphingolipidosis caused by deficiency of glucocerebrosidase (GBA, E.C. 3.2.1.45), which produces the progressive accumulation of glucosylceramide. Clinically, GD is classified into three major types depending on the absence (Type I) or presence (Type II and III) of central nervous system involvement. The main symptoms of GD are anaemia, thrombocytopenia, hepatosplenomegaly and skeletal disease. Two disease-specific therapies have been approved to treat GD. Enzyme replacement therapy (ERT) has been applied for more than 15 years and has proved successful mainly for symptoms of type I patients. The other approved treatment is substrate reduction therapy, which is based on the inhibition of glucosylceramide synthase (GCS), the rate-limiting first step in the glycosphingolipid biosynthetic pathway, by the oral administration of N-butyl-deoxynojirimycin (NB-DNJ). This reduction therapy is used for type I patients for whom ERT is not a therapeutic option. The small size of NB-DNJ makes it of potential use for neurological cases. To date, other alternative strategies, such as gene therapy, have had very limited success in the treatment of GD. However, new experimental approaches in cellular and animal models have been assayed either for conventional gene therapy or based on the partial inhibition of the GCS gene using siRNAs. Recently, a new line of research, using small molecules that act as chemical chaperones, has emerged. This approach is based on the assumption that some mutations cause the misfolding of lysosomal enzymes after their synthesis. Misfolding is responsible for enzyme degradation in the endoplasmic reticulum (ER), thereby preventing enzyme transport to the lysosome. In this scenario, the chaperone stabilizes the mutant protein, thereby allowing that, at least, some molecules reach their final destination. Here we analyzed the effect of iminosugars NB-DNJ and NN-DNJ and aminocyclitols, on COS cells transfected with either the wild-type or mutant GBA cDNAs. The effect of these compounds was also tested on the residual β-glucosidase activity of fibroblasts from patients with diverse genotypes.

The aim of the present work was to contribute to establish robust and high throughput methodology of interest in the "Drug Discovery" step commonly done in pharmaceutical laboratories. This purpose involves the exploration of the possibilities of the potentiometric Sirius methodology to determine both acidity constants and solubilities of drugs and other bioactive compounds and also to do a study about how to improve bioavailability of a model drug, Amphotericine 8, by increasing its dissolution rate. In the first part of this project, the acidic dissociation enthalpies and constants of anilinium, protonated tris (hydroxymethyl)- aminomethane (HTris+), benzoic and acetic acids, have been determined at several temperatures in pure water and in methanol/water mixtures by potentiometry method. The pK(a) values determined by this technique are in accordance with those values determined by ITC method in our laboratory and also with those other values from literature. Also dissociation enthalpies can be obtained from potentiometric pK(a) values by means of the Van't Hoff approach and these obtained values are in agreement with those ones determined directly by calorimetry in our laboratory. In the second part, we focused on studying about solubility. The Chasing Equilibrium method offers an alternative to the classical procedures to measure the solubility of compounds with acid-base properties. The method is fast and yields accurate results. In this work, the solubility of several compounds including acids and bases was determined through the Chasing Equilibrium approach. A study of experimental conditions in terms of sample weight was performed to measure solubilities. The study shows that only a limited range of weights, depending on the nature and solubility of the compounds, is adequate to obtain reliable results. In the third part of this work, the solubility vs. pH profiles of five ionizable drugs of different nature (a monoprotic acid, a monoprotic base, a diprotic base and two amphoteric compounds showing a zwitterionic species each one) have been determined through two different methodologies: the classical Shake-Flask (S-F) and the potentiometric Cheqsol methods using in both instances the appropriate Henderson-Hasselbalch (H-H) or derived relationships. The results obtained independently from both approaches are consistent. A critical revision about the influence of the electrolyte used as buffering agent in the S-F method on the obtained solubility values is also performed. Thus, some deviations of the experimental points with respect the H-H profiles can be attributed to specific interactions between the buffering electrolyte and the drug due to the hydrotrophic character of citric and lactic acids. In other cases, the observed deviations are independent of the buffers used since they are caused by the formation of new species such as drug aggregates (cefadroxil) or the precipitation of a salt from a cationic species of the analysed compound (quetiapine). In the forth part, the objective was to compare the dissolution behavior of tablets prepared from solid dispersions prepared in DMSO dissolvent with and without drug-carrier and also with and without surfactants in aqueous and acidic solutions. Amphotericine B was used as a model drug. Two types of carriers were used; mannitol, inulin. Solid dispersions with two different drug loads were prepared by freeze drying method. It was found that the drug dissolution rate in aqueous and acidic solutions was significantly increased in the presence of drug-carrier and surfactants. X-ray powder diffraction revealed that all solid dispersions were fully amorphous. / El objetivo del presente trabajo ha sido contribuir a establecer metodología robusta y de high throughput de interés en la etapa conocida como "Drug Discovery" que tiene lugar en los laboratorios farmacéuticos al inicio del proceso de desarrollo de nuevos fármacos. Este objetivo ha implicado la exploración de las posibilidades de la metodología potenciométrica establecida y comercializada por Sirius Analytical Ltd. para la determinación de las constantes de acidez y de la solubilidad de compuestos bioactivos y también un estudio sobre la mejora de la biodisponibilidad de un fármaco muy insoluble tomado como modelo mediante el aumento de su velocidad de disolución. En la primera parte de esta Tesis se han determinado potenciométricamente las constantes de disociación ácida y la variación de entalpía asociada de dos bases y dos ácidos tomados como modelo en agua pura y en mezclas de metanol/agua (0-60% w/w) a varias temperaturas (25-55°C). Esto ha implicado la puesta a punto de la estandarización del sistema potenciométrico en las condiciones de trabajo. Los valores de pK(a) determinados son concordantes con los que ofrece la literatura. Se han calculado también las entalpias de disociación en los distintos solventes binarios estudiados mediante la ecuación de Van't Hoff a partir de los valores experimentales de pK(a). La consistencia de los resultados obtenidos con los de la literatura, obtenidos directamente por calorimetría, confirma la robustez de la metodología. En la segunda parte de este trabajo, el estudio se centró sobre la determinación potenciométrica de la solubilidad de ácidos y bases mediante el método conocido como Chasing Equilibrium, como alternativa a los procedimientos clásicos de equilibración. El método es rápido y produce resultados precisos. Se ha realizado un estudio sobre las condiciones experimentales óptimas en términos de peso de la muestra para medir eficazmente la solubilidad. El estudio muestra que, en función de la naturaleza y solubilidad de los compuestos, existe un intervalo limitado de peso de muestra adecuado para obtener resultados fiables. En la tercera parte de la presente memoria, se estudian los perfiles de solubilidad en función del pH de cinco fármacos ionizables de naturaleza diferente, un ácido y una base monopróticos, una base diprótica y dos compuestos anfóteros que muestran una especie zwitteriónica cada uno. Se han determinado los perfiles de solubilidad mediante el método clásico de equilibración (Shake-Flak, S-F) y el potenciómétrico y, en ambos casos, se han utilizado las relaciones apropiadas de Henderson-Hasselbalch (H-H) o derivadas. Los resultados obtenidos de forma independiente por ambos métodos son consistentes. Se ha hecho un estudio crítico acerca de la influencia del electrolito utilizado como agente tampón en el método S-F en los valores de solubilidad obtenidos y se han observado algunas desviaciones de los puntos experimentales con respecto a los perfiles esperados que pueden ser debidas a interacciones específicas entre el electrolito tampón y el fármaco. En otros casos, las desviaciones observadas son independientes de los tampones utilizados y se pueden atribuir a la formación de nuevas especies tales como agregados iónicos del fármaco en estudio o la precipitación de una sal a partir de una especie catiónica del compuesto analizado. En la cuarta parte de esta memoria el objetivo ha sido estudiar la velocidad de disolución de comprimidos preparados a partir de dispersiones sólidas de un fármaco modelo con y sin portador del fármaco y también en presencia y en ausencia de tensioactivo en soluciones acuosas neutras y ácidas. Como fármaco modelo se estudió la Anfotericina B y se utilizaron como portadores manitol e inulina y como tensioactivos se ensayaron el deoxicolato de sodio (SDC) y el laurilsulfato de sodio (SLS). La difracción de rayos X reveló que el fármaco en estudio se hallaba en estado amorfo en todas las dispersiones sólidas estudiadas. Se puede concluir que la velocidad de disolución del fármaco se incrementa significativamente en presencia de portador y tensioactivo.

L’el•lipticina, un compost aïllat originàriament d’Ocrosia elliptica Labill. (família Apocinaceae), posseeix una elevada activitat antiproliferativa. La seva estructura química consisteix en un esquelet tetracíclic format de carbazole fusionat amb una piridina. L’el•lipticina i els seus derivats exerceixen els seus efectes citotòxics i antineoplàstics a través d’un mecanisme multimodal d’acció biològica (inhibició de l’ADN-topoisomerasa II, intercalació a l’ADN, unió covalent a l’ADN i generació de radicals lliures citotòxics mitjançant reaccions d’oxidació-reducció). Prèviament en el grup de treball, s’han estudiat les 1,4-benzodioxinoisoquinolines dissenyades i sintetitzades com a anàlegs de l’el•lipticina. Tenint en compte els precedents bibliogràfics i la recerca duta a terme pel nostre grup en relació amb la preparació de compostos amb activitat anticancerígena, els objectius d’aquest treball van adreçats a la preparació i avaluació biològica de compostos policíclics que continguin el nucli de carbazole unit a un anell D pentacíclic i incorporin diferents cadenes alquíliques laterals. Es tracta d’estructures dissenyades a partir de l’el•lipticina principalment per farmacomodulació modulativa. Els intermediaris clau per a la obtenció d’aquestes estructures tetracícliques són diens de tipus furo[3,4-b]indole. En un primer lloc s’estableix una ruta sintètica a partir de l’àcid indole-2-carboxílic (ruta A, de 8 etapes i un rendiment global del 8-22%). D’aquesta ruta, cal destacar-ne la utilització d’N,N-dimetilhidrazida com a grup ortodirigent de metal•lació, que s’oxida a àcid mitjançant MnO2 en una etapa posterior. També es proposen d’altres rutes a partir del propi nucli indòlic (ruta B, de 5 etapes i un rendiment global del 31-76%). De la ruta B en destaquen la utilització de la funció acetal com a grup orto-dirigent de metal•lació i la utilització de resina àcida d’intercanvi iònic com a reactiu sòlid. D’altres rutes a partir de l’àcid indole-3-carboxílic o de l’indole-3-acetonitril no han resultat satisfactòries. El tractament dels diens obtinguts amb els dienòfils adients condueix als compostos tetracíclics desitjats. De la sèrie de compostos sintetitzats, s’han realitzat proves de citotoxicitat en les línies cel•lulars de leucèmia K562, càncer de pulmó NCIH460 i càncer de còlon HT-29. Per tal d’avaluar també la selectivitat dels compostos respecte a les cèl•lules no canceroses, s’ha realitzat un control en cèl•lules no canceroses de tipus HuDe (fibroblasts). Tots els productes obtinguts i els principals intermediaris s’han caracteritzat per tècniques d’RMN, IR i p.f. Es posa especial èmfasi en l’estudi de la reactivitat i en l’estabilitat dels intermediaris implicats i aïllats de les diferents rutes sintètiques. Finalment, durant una estada a la Universitat de Huddersfield (Anglaterra), s’ha realitzat la síntesi en fase sòlida de derivats indòlics, així com la posta al punt d’un mètode analític basat en les tècniques d’HPLC-Masses (ESI-ToF) per a la quantificació del pèptid fosfo-pRbING procedent de la reacció de fosforilació del pèptid pRbING mediada per CDK4/6. Aquest nou mètode constitueix una alternativa a la determinació de l’activitat de compostos inhibidors de CDK4/6 amb l’avantatge que no necessita de derivats de fòsfor marcats radioactivament i, per tant, ofereix menys riscos i major seguretat en el treball del laboratori. / “Design and synthesis of polycyclic compounds that contain the indolyc nucleus. Evaluation of antitumor activity.” Ellipticine is a natural product isolated from Ochrosia elliptica with significant cytotoxic activity by several mechanisms of action. Its tetracyclic structure exhibits antineoplasic activity against several human cancer cell lines. Many syntheses have been reported by Gribble and col. and other authors, and its structure has been widely modified in order to obtain more efficacious, selective and less toxic new compounds. Our group had previously reported a series of ellipticine analogues including 1,4-benzodioxin nucleus. Herein, we present two new alternative pathways to prepare the intermediate isobenzofuroindole starting from either indole-2-carboxylic acid (8 steps, 8-22% overall yield) or 3-indolylalkanones (4 steps, 31-76% overall yield). Some interesting steps (involving protection of indole, directed ortho-metallation and cyclization) had been studied and developed in our laboratory. These methods lead us to the intermediate diene, which reacts with the corresponding dienophiles to obtain the desired compounds. These compounds were tested in cancer cell lines K-562 (leukaemia), NCI-H460 (lung) and HT-29 (colon), as well as in fibroblasts cell line HuDe to evaluate toxicity. All compounds were characterized by NMR, IR and m.p. techniques. Finally, over a PhD stage at the University of Huddersfield (England), some indole derivatives were synthesised by solid phase and a new HPLC-MS CDK4/6 inhibition test was designed. It was developed a 22-min HPLC-MS method to elute and quantify the phospho- pRbING product and the pRbING substrate from reaction samples containing buffer solution, ATP and CDK4/6. Peptide pRbING was efficiently quantified by HPLC-MS (ESI-ToF), within a range between 1 – 100 ppm and a detection limit as low as 3 pmol. This method should allow the evaluation of new CDK4/6 inhibitors.