Magíster en Química / En esta tesis se estudió el comportamiento electroquímico de un grupo de p-naftoquinonas, específicamente, derivados halogenados de arilaminonaftoquinonas, como asimismo, derivados de índoles, furano y quinolinquinonas. Se analizó el impacto de las modificaciones en los sustituyentes de la estructura base de la p-naftoquinona, sobre su capacidad tripanocida, como asimismo, sus propiedades de reducción y sus propiedades tripanocidas sobre epimastigotes y tripomastigotes del Trypanosoma cruzi. Las moléculas de p-naftoquinonas estudiadas, son derivados que presentan diferentes sustituyentes del anillo bencénico de la izquierda (Figura 1) el cual ha sido reemplazado por heterociclos oxigenados o nitrogenados, como una forma de estudiar las variaciones que pueden provocar en la citotoxicidad y tripanocidad de la molécula. Por otro lado, los grupos denominados R1 y R2 (Figura 1), de las moléculas, presentan diferentes combinaciones de sustituyentes, por ejemplo, una cadena lipofílica R1 y un halógeno (Cl o Br) en R2, o viceversa, o de manera conjugada, heterociclos oxigenados o nitrogenados. Se espera que estas variaciones aumenten la selectividad, la lipofilia, la citotoxicidad o la acción tripanocida de las moléculas. Los potenciales electroquímicos de reducción de las especies radicalarias de las moléculas de naftoquinonas estudiadas, fueron determinados a través de voltametría cíclica en medio aprótico de dimetilsulfóxido (DMSO) utilizando perclorato de tetrabutilamonio como electrolito soporte, en una atmósfera de nitrógeno y a temperatura ambiente. Los resultados electroquímicos, mostraron que las moléculas estudiadas presentan potenciales de reducción que varían entre -0,51 V y -0,70 V, en solvente aprótico de DMSO, menores que el Nifurtimox y que el Benznidazol (Epc = -0,91 V y Epc = -1,33)), excepto la molécula NAFQ 10 cuyo potencial fue de -1,63 V. En resumen, se puede decir que la familia de p-naftoquinonas estudiadas presenta mayor facilidad de realizar reducciones que el Nifurtimox y que el Benznidazol, lo cual podría también ocurrir en sistemas biológicos. De acuerdo a los datos obtenidos, las moléculas de p-naftoquinonas estudiadas formaron efectivamente especies radicalarias asociadas a reacciones monoelectrónicas controladas por difusión, en las cuales se formaría la semiquinona o hidroquinona correspondiente. A través de los voltamogramas obtenidos, se observó, en algunas moléculas, reacciones químicas asociadas a las electroquímicas. Los radicales detectados por la voltametría cíclica fueron corroborados con las pruebas de resonancia de espín electrónico. En estos últimos ensayos, en todas las moléculas se observó la presencia de una sola señal de REE, dando cuenta de la formación del radical, solo en algunas de las moléculas se observó un doblete producto del acoplamiento de un átomo de hidrógeno del anillo heterocíclico. En cuanto a las caracterizaciones de los radicales formados, por generación biológica, esta se llevó a cabo con epimastigotes y la técnica de Spin trapping. Los espectros observados corroboran la formación de las especies quinónicas radicales sin la formación de especies reactivas de oxígeno. Los ensayos de muerte celular se realizaron por reducción (MTT) en estadios de tripomastigote del parásito Trypanosoma cruzi. A 10 µM, las moléculas: NAFQ 2, NAFQ 4, NAFQ 6, NAFQ 9, NAFQ 10, NAFQ 11, NAFQ 12 y NAFQ 13, presentan porcentajes de sobrevivencia menores al 50%. A 100 µM, las mismas moléculas bajan aún más estos porcentajes, quedando bajo el 20%. Con respecto a los IC50, calculados las moléculas: NAFQ 2, NAFQ 4, NAFQ 6, NAFQ 9, NAFQ 10, NAFQ 11, NAFQ 12 y NAFQ 13, presentaron valores inferiores al IC50 del Nifurtimox. Con respecto al estudio en macrófagos, este se realizó sólo en dos compuestos representativos de las familias de naftoquinonas estudiadas, el compuesto NAFQ 2 y el NAFQ 4. Para el NAFQ 2 se encontró un valor de IC50 = 29,19 ± 2,19 µM en macrófago, mientras que en el parásito su valor fue de 0,349 ± 0,089 µM, lo que farmacológicamente es esperado para una droga terapéutica, sin embargo, este compuesto sería más tóxico que Nifurtimox y que el Benznidazol. En el caso del compuesto NAFQ 4, el IC50 en macrófago fue de 15,74 ± 0,49 µM, en tanto que en parásito fue de 85,78 ± 7,50 µM, indicando en este último una gran toxicidad / In this thesis, the electrochemical behavior of a group of p-naphthoquinones was studied, specifically, arilaminonaftoquinonas halogenated derivatives, and also derivatives of indoles, furan and quinolinquinonas. The impact of changes in substituents of the base structure of the p-naphthoquinone, on its trypanocidal capacity was analyzed, as also their reduction properties and properties trypanocides on epimastigotes and trypomastigotes of Trypanosoma cruzi. The molecules p-naphthoquinones studied, are derivatives having different substituents of the benzene ring on the left (Figure 1) which has been replaced by oxygen or nitrogen heterocycles, as a way to increase the cytotoxicity and tripanocidad of the molecule. Furthermore, so-called groups R1 and R2 (Figure 1), of the molecules have different combinations of substituents, for example, a lipophilic chain R1 and a halogen (Cl or Br) in R2, or vice versa, or conjugated way, oxygen and nitrogen heterocycles. It is expected that these changes will increase the selectivity, lipophilicity, cytotoxicity and trypanocidal action of molecules. The electrochemical reduction potential of radical species naphthoquinones molecules studied were determined by cyclic voltammetry in an aprotic medium in dimethylsulfoxide (DMSO) using tetrabutylammonium perchlorate as supporting electrolyte in a nitrogen atmosphere at room temperature. The electrochemical results showed that the molecules studied have reduction potentials ranging from -0.51 V and -0.70 V, aprotic solvent DMSO, lower than nifurtimox and Benznidazol (Epc = -0.91 V and Epc = -1.33)), except NAFQ 10 molecule whose potential was -1.63 V. in summary, one can say that the family of p-naphthoquinones studied exhibits greater ease of making reductions that Nifurtimox and the Benznidazol, which may also occur in biological systems. According to the data obtained, the molecules studied p-naphthoquinones effectively formed one-electron radical species associated with diffusion-controlled reactions, in which the corresponding hydroquinone or semiquinone form. Through the voltammograms obtained, was observed in some molecules, chemical reactions associated with the electrochemical. As for the characterizations of the radicals formed, for biological generation. The latter was performed with epimastigotes and Spin trapping technique. The observed spectra confirm the formation of radical species quinonicas without the formation of reactive oxygen species Cell death assays were performed by reduction (MTT) in trypomastigote stages of the parasite Trypanosoma cruzi. At 10 µM, molecules: NAFQ 2, NAFQ 4, NAFQ 6, NAFQ 9, NAFQ 10, NAFQ 11, NAFQ 12 and 13, have lower survival rates than 50%. At 100 µM, the same molecules further down these percentages, being under 20%. With respect to IC50 calculated molecules: NAFQ 2, NAFQ 4, NAFQ 6, NAFQ 9, NAFQ 10, NAFQ 11, NAFQ 12 and NAFQ 13, presented below Nifurtimox IC50 values. Regarding the study in macrophages, this was done only in two representative compounds naphthoquinones families studied, the compound NAFQ 2 and NAFQ 4. For NAFQ 2 a value of IC50 = 29.19 ± 2.19 µM in macrophage was found, whereas in the parasite its value was 0.349 ± 0.098 µM, which is pharmacologically expected for a therapeutic drug, yet still more toxic than nifurtimox and benznidazole. In the case of compound NAFQ 4, the IC50 in macrophage was 15.74 ± 0.40 µM, while parasite was at 85.78 ± 0.40 µM, indicating in this high toxicity

Tesis para optar al grado académico de Doctor en Química / La presente tesis doctoral exhibe un estudio químico y biológico de dos familias de nitrocompuestos: derivados de Nitrofurano y derivados de Nitroindazol, con el propósito principal de obtener nuevos aspectos acerca de los mecanismos de acción tripanocida de estos potenciales nuevos fármacos, capaces de superar las limitancias que presentan las actuales drogas empleadas en el tratamiento de la enfermedad de Chagas. Nifurtimox, Benznidazol y otros fármacos empleados en contra el mal de Chagas y algunos tipos de cánceres son capaces de producir radicales libres, los cuales en presencia de oxígeno, generan a través de un ciclo redox, especies reactivas de oxígeno, las cuales son sustancias altamente reactivas. El exceso de radicales libres puede generar daño celular (estrés oxidativo), este daño ocurre sólo si la acción de estos radicales no es remediada por los mecanismos de defensa presentes en cada organismo, como son los antioxidantes. En el mismo orden de ideas, se utilizó la Resonancia de Espín Electrónico para obtener información directa de las especies radicalarias. Además el uso de la técnica de spin trapping permitió evidenciar especies reactivas de oxígeno en medio biológico, durante la metabolización de los compuestos testeados. Voltamperometría cíclica se empleó como una herramienta valiosa para evaluar el mecanismo de reducción de ambas familias, donde fue posible identificar un mecanismo de autoprotonación. Además resultó útil para la determinación parámetros de significancia biológica. Por otra parte, también se realizó la exploración de los confórmeros de mínima energía y de las propiedades electrónicas empleando cálculos teóricos, específicamente teoría de funcionales de la densidad (DFT). Estos indicaron que los derivados de nitrofurano neutros tendían a adoptar una conformación plana estabilizada, mientras que los radicalarios lo hacían a través del plegado de su cadena lateral respecto del anillo. La familia de nitroindazoles también mostró que las conformaciones más estables dependían de la influencia de los sustituyentes. La correlación de las propiedades electrónicas con el potencial de pico catódico fue posible empleando el funcional híbrido B3LYP/6-31G*+(d,p). Finalmente, los ensayos biológicos mostraron que los derivados de nitrofurano resultan ser activos contra T. cruzi cepa Dm28C, frente a sus formas morfológicas epimastigotes y tripomastigote, encontrando valores de IC50 comparables y mejores a los reportados para las drogas parentales / The present investigation show a chemical and biological study about two families of nitro compounds: Nitrofurane and Nitroindazole derivatives, whith the target to obtain the main characteristic about tripanocide action mechanism of its new potential drugs, able to overcome the limitation the current treatment of Chagas disease. Nifirtimox, benznidazol and other drugs used against Chagas disease and some of the other types of cáncer disease are able to produce free radicals in which the presence of the oxygen, create through the redox cicle a reactive oxygen species (ROS) they are higly reactive subtances . The excess of the free radical can produce a celular damage (oxidative stress) this damage ocurs only if the action of these free radicals is not avoided by the action of antioxidant mechanism present in the organism. In the same order we used the Electronic Spin Resonance to get direct information about the free radicals. Besides the technique use of Spin Trapping allowed to show the ractive oxygen species of in a biological enviroment, during the methabolism of the testing compound. We used a very important tool called Cyclic Voltametry in order to valued the reduction mechanism of these compund. It was posible to identify an autoprotonation mechanism, besides CV was used to obtain parameters of biologycal significance. In the other hand we also realized a conformational study and the electronic properties using theorical calculations, specifically Density Functional Theory (DFT). This study indicates that the neutral nitrofurane derivatives adopt one plane stabilized conformation, meanwhile the nitro radical structures adopted the stabilised conformation trough the plication of the lateral chains respect to the nitrofurane ring. The Nitroindazoles family showed that stabilised conformation depends on the influence of the subtituents. The correlation of the electronic properties with the cathodic peak potential was possbile using the Hybrid functional B3LYP/6-31G*+(d,p). Finally the biologycal essays showed that the nitrofuranes derivates are actives against T. cruzi strain Dm28C, obtained values of IC50, better and comparables with the parental drugs / Conicyt

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Memoria para optar al Título Profesional de Médico Veterinario / La enfermedad de Chagas es una parasitosis endémica en Latinoamérica. Es causada por Trypanosoma cruzi, protozoario hemoflagelado, que afecta al hombre como uno de los hospederos mamífero. La transmisión congénita ha adquirido cada vez más importancia epidemiológica y es parcialmente responsable de la “globalización” de esta patología. Nifurtimox (Nx) y Benznidazol (Bz) constituyen las principales drogas disponibles para el tratamiento de esta enfermedad. Sin embargo, presentan importantes efectos secundarios. En esta memoria de título se ha estudiado en un modelo de infección ex vivo de explantes de vellosidades coriónicas humanas con tripomastigotes de T. cruzi, los posibles efectos tóxicos y terapéuticos de Nx y Bz. La infección placentaria se comprobó mediante detección del parásito por PCR e inmunohistoquímica (Ac anti-cruzipaína). El análisis histopatológico se efectuó mediante tinciones de hematoxilina-eosina, picro rojo sirio e inmunohistoquímica (Ac anti-lactógeno placentario humano). La apoptosis se determinó por la detección de células TUNEL+ y la inducción de lipoperoxidación mediante determinación de malondialdehído mediante HPLC. El parásito provoca un marcado daño tisular así como inducción de apoptosis en las vellosidades coriónicas humanas. Nx muestra un efecto citotóxico sobre el tejido placentario, que no se observa con Bz. Este último además revierte parcialmente el daño tisular, causado por el parásito. Las drogas no eliminan al parásito del tejido placentario, ni con las concentraciones más altas ensayadas / Financiamiento: Proyectos Biecentenario Anillo ACT 29 y ACT 112 , Bicentenario Red 07, Fondecyt 11080166