La presente Tesis Doctoral es un trabajo de investigación aplicada en el campo de la Química Médica. Se centra en el estudio de las integrinas GPIIb-IIIa y VLA-4, unos receptores de adhesión celular de tipo proteínico, que recientemente han sido validados como dianas potencialmente terapéuticas. Por un lado los antagonistas de la integrina GPIIb-IIIa han demostrado su eficacia como potentes antiagregantes plaquetarios y por otro, los antagonistas de la VLA-4 podrían aportar un nuevo tratamiento en enfermedades inflamatorias crónicas (esclerosis múltiple, asma, ó artritis reumatoidea).El trabajo se estructura en dos capítulos independientes. En el primero se plantea la optimización de la síntesis del ácido 2(S)-(bencenosulfonilamino)-3-[N-[[2-(4,4'-bipiperidin-1-il)-4-isopropiltiazol-5-il]carbonil]amino]propiónico ó UR-12947. Este compuesto había sido identificado previamente como un potente antagonista de la integrina GPIIb-IIIa y fue elegido como candidato para iniciar estudios clínicos. En esta parte se han estudiado todas las reacciones necesarias para preparar este compuesto, y se ha conseguido finalmente adecuar la síntesis para su ejecución en una planta piloto: se han mejorado los rendimientos en todos los pasos y se han evitado las cromatografías. Finalmente, también se ha puesto a punto un método de separación de enantioisómeros mediante electroforesis capilar para asegurar la pureza óptica del producto final.En el segundo capítulo, en primer lugar se han diseñado una serie de nuevas moléculas con carácter peptidomimético que podrían actuar como potentes antagonistas de la VLA-4. Este estudio se ha realizado empleando técnicas computacionales de modelado molecular. Como resultado de este trabajo se propuso la síntesis de 61 compuestos divididos en tres familias: derivados del ácido glutámico, del ácido (S)-2,3-diaminopropiónico (DAP) y de la serina. Se desarrollaron esquemas de síntesis convergentes comunes para las dos primeras familias y un esquema específico para los derivados de la serina, y se prepararon todos los compuestos pretendidos. En el caso concreto de las ureas derivadas del DAP se ha puesto a punto una nueva metodología sintética para su preparación a partir de la apertura nucleofílica de imidazolonas usando radiación de microondas. Finalmente, todos los compuestos se han evaluado farmacológicamente y se ha realizado un estudio estructura-actividad (SAR). En este estudio se han identificado compuestos con una potente actividad in vitro como antagonistas de la VLA-4 y se han seleccionado los más activos para iniciar estudios farmacocinéticos. Además se han deducido importantes hechos estructurales que nos han permitido entender mejor la interacción entre la integrina VLA-4 y su ligando natural, el VCAM-1. ABSTRACT / This work is focused in a Medicinal Chemistry research in the Integrin field. Integrins are a large family of cell surface transmembrane receptors involved in numerous biological processes. Two integrins are studied in this thesis: the GPIIb-IIIa, implicated in cardiovascular diseases and the VLA-4, involved in autoimmune diseases. This thesis has two parts. First, the synthetic route for the preparation of 2(S)-(benzenesulphonylamino)-3-[N-[[2-(4,4'-bipiperidin-1-yl)-4-isopropylthiazol-5-yl]carbonyl]amino]propionic acid (UR-12947) was optimised in order to scale it up in a pilot plant. This compound had been identified as a potent GPIIb-IIIa integrin antagonist. In the second part, the design, synthesis and biological activities of novel VLA-4 antagonist series are described. These compounds could potentially be effective therapies for asthma, multiple sclerosis, and rheumatoid arthritis. Several compounds showed nanomolar IC50 values, and they were selected for pharmacokinetics studies. Furthermore, new ideas about the interaction between the VLA-4 and its natural ligand, the VCAM-1 are proposed.

La membrana sinovial, és el lloc on s'inicia i es perpetua el procés inflamatori que caracteritza a les diferents artropaties inflamatòries. A diferència d'altres òrgans no té una estructura definida, motiu pel qual el context on es produeix la investigació és un teixit poc diferenciat que dificulta trobar diferències rellevants.Els treballs presentats en aquesta tesi, intenten aportar algunes claus per aprofundir en la patògenia i el pronòstic dels diferents tipus d'artritis.L'objectiu de la tesi seria demostrar si existeixen diferències macroscòpiques vasculars (patrons vasculars valorats per artroscòpia) així com d'expressió cel·lular i de certes mol.lècules entre els diferents tipus d'artritis i la seva correlació amb els mecanismes fisiopatogènics subjacents i amb el pronòstic.La hipòtesi de treball seria que aquestes diferències ens poden orientar sobre el tipus de sinovitis i ens ajuden a trobar marcadors sinovials d'utilitat diagnòstica i pronòstica.L'artroscòpia ha demostrat ser el millor mètode per l'estudi directe de la membrana sinovial i l'obtenció de mostres dirigides. La introducció d'aquesta tècnica en algunes unitats d'artritis ha permès un estudi sistemàtic dels patrons vasculars i la seva correlació amb la clínica. Per altra banda, la anàlisi immunohistoquímica de l'expressió de diferents tipus cel·lulars i mol.leculars, ha estat àmpliament validada en l'estudi microscòpic del teixit sinovial.Els patrons sinovials són útils per diferenciar entre entitats clíniques i entre subtipus d'una mateixa malaltia. Existeixen diferències d'expressió cel·lular i de la proteïna p53 entre els pacients amb artritis reumatoide (AR) i artritis psoriàsica (APso), i aquestes diferències tant a nivell macroscòpic com microscòpic es corresponen amb una realitat clínica i pronòstica dels pacients.Les aportacions d'aquesta tesi apunten a utilitzar aquestes troballes com a ajuda en el coneixement fisiopatògenic d'aquestes malalties i com a via per establir factors pronòstics i de resposta al tractament. / "CLASSIFICATION OF SYNOVITIS BY ARTHROSCOPIC AND IMMUNOHISTOQUIMIC METHODS. DIAGNÒSTIC AND PROGNOSTIC VALUE"TEXT:Inflammation of synovial tissue (synovitis) is a common final pathway in different inflammatory arthritides. Synovium, has not a well defined structure compared with other organs, so investigation in this field makes difficult to find relevant differences. The studies conforming this Doctoral Thesis, try to clarify some of the aspects of pathogenesis and prognostic of different types of arthritis. Our objective would be to assess if there are macroscopic vascular differences (vascular patterns by arthroscopy) either different molecular and cellular expression among different types of arthritis. We also try to correlate these features, with subjacent pathogenic mechanisms and prognosis.Our hypothesis would be that these differences may give us information about the type of synovitis and aid us to find synovial markers with diagnostic and prognostic utility.Arthroscopy has been proved as the best method to provide a direct study of synovial membrane and to obtain specific samples. Introduction of this technique in arthritis units has provide insight into the systematic study of vascular patterns and their correlation with clinical. Furthermore, immunohistochemical analysis of different cellular and molecular expression has been widely validated in the microscopic study of synovial tissue. Synovial vascular patterns may be of interest to discriminate different types of arthritis and different subgroups of patients with the same disease. There is a differential cellular expression and of the protein p53 between patients with rheumatoid arthritis (RA) and psoriatic arthritis (PsA). These differences correlate with a clinical and prognostic reality. The contribution of this thesis aim to use these findings as a pathway in the pathogenic knowledge of inflammatory diseases and alights a way to establish prognostic factors and evaluate the efficacy of treatments.

La malaltia de Crohn és una malaltia inflamatòria intestinal de base immunitària. L’etiologia de la malaltia és desconeguda, encara que en general s’admet la següent definició: la malaltia és conseqüència d’una desregulació de la resposta immunitària en front als antígens comuns de la flora bacteriana intestinal en individus genèticament susceptibles. Un component important de la desregulació immunitària es la hiperactivació dels limfòcits T que es dóna en aquesta i altres malalties de tipus autoimmunitari, i en les que tradicionalment s’ha atribuït una major presència i producció de citocines per part de la població limfocitària Th1 en el teixit inflamat. Recentment, amb la descripció de la citocina IL-23 i la població Th17 se ha posat en dubte el paper principal de la població Th1 en les malalties inflamatòries de base immunitària. De fet, en algunes d’aquestes malalties s’ha descrit un augment de las cèl•lules Th17 així com de les citocines produïdes per aquesta població. L’objectiu d’aquesta tesi ha sigut caracteritzar el paper relatiu de les poblacions Th1 i Th17 en la mucosa intestinal inflamada i en la circulació perifèrica de pacients amb malaltia de Crohn activa o en remissió així com avaluar el paper i l’evolució d’aquestes poblacions limfocitàries en els estadis inicials (primers brots de la malaltia) i avançats de la malaltia. En aquest estudi observem que els períodes d’activitat inflamatòria en la malaltia de Crohn s’associen a una resposta sistèmica exacerbada de la població Th17, essent la producció de IL-17 en sobrenedant del cultiu de sang total, el percentatge de limfòcits CD4+IL-17+ i la producció de IL-17 per part d’aquestes cèl•lules més elevada que en els pacients amb malaltia inactiva i que en els controls sans. Paral•lelament hem descrit que la població Th1 circulant no presenta durant un brot d’activitat un augment tan generalitzat com la població Th17, sinó que només observem un augment en el percentatge de limfòcits CD4+IFN-γ+ circulants i en els dobles productors de IL-17 y IFN-γ. Els pacients que denominem debut (pateixen el primer brot de la malaltia) no presenten a nivell sistèmic un augment de la resposta Th17 ni Th1. A diferència del que observem en circulació perifèrica, en la mucosa intestinal inflamada trobem un augment dels trànscrits de les citocines característiques de la població Th17, tant en els pacients debut com en els que es troben en un estat més avançat de la malaltia. A més, en la mucosa inflamada d’ambdós grups de pacients trobem una major infiltració de cèl•lules IL-17+. A partir d’aquests resultats hipotetitzem un model per a la fisiopatologia de la malaltia de Crohn en el que la generació de limfòcits Th17 memòria podrien estar implicats en la cronicitat i recurrència de la malaltia. Així en les primeres fases de la malaltia només detectem un augment d’aquesta població en la mucosa intestinal, com seria d’esperar d’una resposta immunitària local. A conseqüència d’aquesta es generarà una població limfocitària de memòria immunitària que només detectem en circulació en aquells malalts que es troben ja en estadis més crònics de la malaltia. Amb aquesta hipòtesi podem explicar mitjançant mecanismes immunitaris diferents el fet que, en general, la malaltia de Crohn no es manifesta fins la segona o tercera dècada de vida d’un individu, mentre que un cop s’ha manifestat, la recurrència d’activitat inflamatòria és molt més freqüent (degut a la participació dels limfòcits memòria). / One component of the immune deregulation observed in Crohn’s disease is the massive infiltration of T lymphocytes in the inflamed tissue. Classically these hyperreactive lymphocytes have been attributed to the Th1 subpopulation. Recently the description of IL-23 cytokine and Th17 population has questioned the main role given to Th1 population. In this regard, an increase in the frequency of Th17 cells and in the production of their signature cytokines has been already described in some inflammatory diseases. In this study we have observed that active inflammation in Crohn’s disease associates to an increased systemic response of Th17 cells described as overproduction of IL-17 in supernatants of whole blood cultures, increased percentage of CD4+IL-17+ lymphocytes and increased production of IL-17 from these cells related to remission periods of disease or healthy controls. Early patients (patients who suffer their first flare of the disease) do not present a systemic increase of Th1 or Th17 cells despite suffering of active inflammation. Otherwise, in inflamed intestinal mucosa there is an increase in the expression of Th17 cytokines both in early as well as late chronic patients. Moreover we found a significant higher number of Th17 cells infiltrating the mucosa of both groups of patients. Taking these results into account we hypothesize a model for the physiopathology of Crohn’s disease in which the generation of memory Th17 lymphocytes could be involved in the chronicity and recurrence of the disease. Therefore, in early phases of disease we only detect an increase of this population in the intestinal mucosa, as we could expect from a local immune response. As a consequence of this activation there would be a generation of memory lymphocytes that we can detect in peripheral circulation only in that patients that have already suffered repeated flares of the disease. This hypothesis allows us to explain the different immune mechanisms that could be acting during the evolution of Crohn’s disease, as it is the first appearance of disease, generally occurring during the second or third decade of the individual life, and the subsequent appearance of recurrences that are much more frequent and life-long lasting.

En el patró fibroestenosant de la malaltia de Crohn els fibroblasts intestinals augmenten en número contribuint al desenvolupament de la fibrosi. Un dels principals promotors de la proliferació d’aquestes cèl•lules és el bFGF. En el present estudi la fracció rica en tocotrienol ha demostrat tenir efectes antiproliferatius en fibroblasts intestinals humans independentment de la procedència dels fibroblasts. Els tocotrienols redueixen tant la proliferació basal com la induïda per bFGF en fibroblasts. L’apoptosi de les cèl•lules efectores en el desenvolupament de la fibrosi sembla ser el principal mecanisme de la seva resolució. Els tocotrienols instauraren un procés complert d’apoptosi en els fibroblasts. A diferència del que passa amb la majoria d’agents proapoptòtics, els tocotrienols provoquen l’activació tant de la via extrínseca com de la via intrínseca de l’apoptosi ja que activa les caspases 8 i 9. Sorprenentment, l’addició de ciclosporina A (CsA), un conegut inhibidor de la via intrínseca de l’apoptosi, bloqueja completament el procés d’apoptosi induït per FRT. Això demostra que tot i l’activació de la caspasa 8 i per tant, de la via extrínseca, en el tractament amb tocotrienols la predominant és la via intrínseca. L’autofàgia té un paper molt rellevant en l’aclariment de cossos apoptòtics. Els tocotrienols han demostrat eficàcia en la inducció d’autofàgia en fibroblasts, ja que provoca la maduració de la proteïna LC3 i l’aparició de vacuoles autofàgiques en el citoplasma d’aquestes cèl•lules. Un cop més la CsA reverteix aquest procés, i per tant inhibeix l’autofàgia, demostrant que aquest procés requereix la participació de la mitocòndria. Les patologies que cursen amb desenvolupament de fibrosi estan associades a alts nivells de TGF-β que resulta en el reclutament de fibroblasts al lloc de la lesió i a un increment en la producció de matriu extracel•lular. A nivell intracel•lular, la fosforilació d’Smad3 és el pas clau que regula les accions del TGF-β. Els tocotrienols han mostrat eficàcia en la disminució dels nivells intracel•lulars d’Smad3 fosforilada induïda per TGF-β. La fosforilació d’Smad3 té efectes oposats en la regulació de l’expressió gènica. Regula positivament l’expressió de TIMP-1, en canvi, regula negativament l’expressió de MMP-3. Tot i ser efectes oposats en quant a expressió gènica, aquests dos fenòmens afavoreixen l’acumulació de matriu extracel•lular. L’exposició a tocotrienols fa que es reverteixi aquest estat profibrogènic ja que indueix l’expressió de MMP-3 però no afecta als nivells de TIMP-1. La síntesi de MEC i especialment la síntesi de COL1, COL3 i COL5 està incrementada en la fibrosi intestinal, aquest fet està directament relacionat amb l’activitat de TGF-β en la zona afectada. Els tocotrienols interfereixen en la síntesi de col•lagen. A més, els tocotrienols disminueixen la fosforilació d’Smad3 induïda per TGF-β, un fet clau en la síntesi de matriu extracel•lular. Aquests resultats permeten hipotetitzar un potencial antifibrogènic dels tocotrienols. Per a confirmar aquest potencial “in vivo” ens calia disposar d’un model experimental de fibrosi intestinal. A diferència del que succeeix amb la colitis, en la que es disposa d’un gran nombre de models animals, hi ha pocs models experimentals específicament dissenyats per a reproduir la fibrosi intestinal. Aquest fet, ha limitat molt el desenvolupament de noves estratègies de tractament antifibrogènic en l’intestí. Mitjançant l’administració intracolònica repetida a dosis baixes de l’haptè TNBS vam poder establir fibrosi intestinal en la rata de manera rellevant i reproduïble. En aquest model de fibrosi intestinal, els animals que van rebre la dosi més alta de tocotrienols provada en aquest estudi van mostrar nivells disminuïts en paràmetres que mesuren la inflamació, això és, es va disminuir l’índex d’activitat de la malaltia i la pèrdua de pes causada pel TNBS així com també va reduir l’expressió de TNF-α. / Excessive fibroblast expansion and extracellular matrix deposition are key events for the development of bowel stenosis in Crohn’s disease patients. Tocotrienols are vitamin E compounds with proven in vitro antifibrogenic effects on rat pancreatic fibroblasts. We aimed at investigating the effects of tocotrienols on human intestinal fibroblast proliferation, apoptosis, autophagy, and synthesis of ECM. Intestinal fibroblasts isolated from patients with Crohn’s disease were treated with tocotrienol-rich fraction from palm oil. Tocotrienols significantly reduced proliferation, enhanced cell death by promoting apoptosis and autophagy. Fibroblast apoptosis, but not autophagy, was prevented by the pan-caspase inhibitor zVAD-fmk, whereas both types of cell death were prevented when the mitochondrial permeability transition pore was blocked by cyclosporin A, demonstrating a key role of the mitochondria in these processes. TRF diminished procollagen type I and laminin γ production these cells. Transforming growth factor-β plays a key role in matrix deposition during fibrosis. Treatment of intestinal fibroblasts with tocotrienol rich fraction prevents Smad3 phosporylation induced by transforming growth factor-β and reduces collagen type 1 and 3 production by these cells. Besides, in a rat model of intestinal fibrosis, treatment with tocotrienols reduces diarrhea, rectal bleeding and weight loss, as well as levels of colonic tumor necrosis factor-α and vimentin expression demonstrating that this compound has anti-inflammatory effects in vivo.