Os processos farmacocinéticos de absorção, distribuição, metabolismo e excreção (ADME), têm sido identificados como as principais causas do insucesso de candidatos a fármacos em estágios avançados de desenvolvimento clínico. As metodologias modernas de modelagem in silico de propriedades farmacocinéticas estão integradas ao processo de planejamento de fármacos, sendo de extremo valor na identificação e seleção de novas entidades químicas candidatas a fármacos. Esta área emergente está atraindo grande atenção da indústria farmacêutica mundial, que tem integrado a otimização de múltiplas propriedades farmacodinâmicas e farmacocinéticas em todos os estágios de projetos de pesquisa e desenvolvimento (P&D). As propriedades farmacocinéticas podem ser estudadas através do uso de métodos in silico como o estudo das relações quantitativas entre a estrutura e atividade (QSAR), ou estrutura e propriedade (QSPR), entre outros. O trabalho desenvolvido nesta tese de doutorado teve como importante objetivo estudar as relações quantitativas entre a estrutura química e propriedades farmacocinéticas como absorção intestinal, metabolismo de primeira passagem mediado pelo CYP, permeabilidade da barreira hematoencefálica, bem como eventos de extremo interesse que as influenciem como a inibição da glicoproteína-P e solubilidade aquosa. Para a realização deste trabalho, conjuntos padrões de dados foram organizados para as propriedades farmacocinéticas contendo a informação qualificada sobre a estrutura química e a propriedade alvo correspondente. Os conjuntos de dados criados formaram as bases científicas para o desenvolvimento dos modelos preditivos empregando o método holograma QSAR (HQSAR). Os modelos finais de HQSAR gerados neste trabalho possuem elevada consistência interna e externa, apresentando bom poder de correlação e predição das propriedades alvo. Os modelos desenvolvidos, assim como os dados farmacocinéticos coletados, foram disponibilizados para acesso livre através da internet na base de dados PK/DB (www.pkdb.ifsc.usp.br). Devido à simplicidade, robustez e consistência, estes modelos são guias úteis em Química Medicinal nos estágios iniciais do processo de descoberta e desenvolvimento de fármacos. / The pharmacokinetic (PK) processes of absorption, distribution, metabolism and excretion (ADME), have been identified as one of the major causes of new chemical entities (NCEs) failure in early clinical trials. In silico models are receiving increased attention in recent years from the pharmaceutical industry, which is integrating a paradigm of multiple pharmacodynamic and pharmacokinetic properties optimization for the development of NCEs. ADME properties can be studied by in silico methods, such as quantitative structure-activity relationships (QSAR) or structure-property (QSPR), among other methodologies. The main goal of this PhD thesis was to study the quantitative relationships between chemical structure and pharmacokinetic properties, such as intestinal absorption, CYP mediated first pass metabolism, blood brain barrier permeability, as well as other important events that have influence on these PK properties, such as P-glycoprotein inhibition and water solubility. In the present work, standard data sets were organized encompassing the structural information and corresponding pharmacokinetic data. The standard data sets established the scientific basis for the development of predictive models using the hologram QSAR (HQSAR) method. The final HQSAR models possess high internal and external consistency with good correlative and predictive power for endpoint PK properties. All in silico models generated and standard data sets are freely available on the internet through the Database for Pharmacokinetic Properties (PK/DB - www.pkdb.ifsc.usp.br). Due to the simplicity, robustness and effectiveness, these models are useful guides in Medicinal Chemistry in the early stages of the drug discovery and development process.

O câncer é uma das doenças que mais acometem a população no mundo. Dessa forma, estudar suas terapêuticas é importante para o entendimento dos mecanismos e alvos biológicos por detrás da doença. Apesar dos tratamentos convencionais apresentarem uma boa eficácia, eles também provocam respostas indesejadas, como danos moleculares, resistência de células neoplásicas e efeitos colaterais fortes, colaborando para uma maior taxa de reincidência de neoplasias e mortalidade de pacientes. Sendo assim, a busca por alternativas é um importante desafio da Ciência Moderna para aprimorar e/ou substituir esses tratamentos. As plantas medicinais, como alternativa, são o foco de muitos estudos voltados ao câncer. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito citotóxico de 59 extratos em linhagens celulares humanas de câncer de mama (MDA-MB-231 e MCF7), próstata (PC-3 e DU 145) e fígado (HepG2). Foi realizada, inicialmente, uma triagem dos extratos por MTT em duas diluições 100x e 1000x para análise da viabilidade celular desses extratos. No total, 35 extratos obtiveram uma resposta para, pelo menos, uma das linhagens de câncer. A próxima etapa envolveu estudar os extratos pré-seletivos na triagem através de curvas-resposta quantificando a seletividade desses extratos para cada linhagem testada. Para essa etapa, foram selecionados 31 extratos. No câncer de mama, para a linhagem MDA-MB-231 nove extratos foram seletivos, e para MCF7 foram seis extratos. No câncer de próstata, para a linhagem PC-3, quinze extratos foram seletivos, e para DU 145 dezesseis extratos foram seletivos, mostrando uma maior sensibilidade do câncer de próstata comparado ao câncer de mama e fígado (HepG2 - sete extratos seletivos) em relação aos extratos testados. De todos os resultados apresentados, algodão de seda (Calotropis procera), camomila (Matricaria chamomilla), casca de anta (Drimys winteri), erva de São Caetano (Momordica charantia L.), estigmas de milho (Zea mays), graviola (Annona muricata), ipê roxo (Tabebuia sp.), malva - folhas (Malva sylvestris) e unha de gato (Uncaria tomentosa) foram os extratos mais amplamente significativos atingindo as linhagens celulares apresentando altos índices de seletividade. Com a realização desse trabalho podemos concluir que os extratos apresentam atividade antiproliferativa e seus fitoquímicos podem ser utilizados no estudo de novos fitoterápicos. O próximo passo é elucidar os mecanismos moleculares onde eles atuam. / Cancer is one of the most common diseases overworld. Studying the therapeutics of it is important to understand the biological mechanisms and targets behind this disease. Although conventional treatments show a good outcome against some types of cancer, they also currently cause undesired responses, such as molecular damage, neoplastic cell resistance and strong side effects, increasing recurrence of neoplasms, metastasis formation, and patient mortality. Therefore, the search for new alternatives is a challenge for Modern Science to improve or replace conventional treatments. In view of their antiproliferative effects medicinal plants have become the focus of many cancer studies as an alternative. The aim of the present study was to evaluate the cytotoxic and antiproliferative effect of 59 plant extracts in human cancer cell lines as breast cancer (MDA-MB-231 and MCF7), prostate cancer (PC-3 and DU 145) and liver cancer (HepG2). Initially, the extracts were screened in two different dilutions 100x and 1000x by MTT to analyze the cellular viability and cytotoxicity effects of them. To 59 extracts analyzed, 35 were effective against at least one of the tested lineages. The next step involved studying those pre-selective extracts through response curves to quantify the selectivity of these extracts for each cell lineage tested. For this stage, 31 extracts were selected. In breast cancer, for MDA-MB-231, nine extracts were selective and for MCF7 were six extracts. In prostate cancer, for PC-3, fifteen extracts were selective and for DU 145 were sixteen extracts. For liver cancer (HepG2) only seven extracts were selective. Comparing all the cancer lineages we can see a greater sensitivity of prostate cancer lineages compared to breast cancer and liver cancer in response of these tested extracts. Of all the results presented, silk cotton (Calotropis procera), chamomile (Matricaria chamomilla), winter\'s bark (Drimys winteri), bitter melon (Momordica charantia L.), corn silk (Zea mays), graviola (Annona muricata), purple trumpet tree (Tabebuia sp.), malva - folhas (Malva sylvestris) e unha de gato (Uncaria tomentosa) silk cotton (Calotropis procera), chamomile (Matricaria chamomilla), graviola (Annona muricata) and mallow-leaves (Malva sylvestris) were the most effective extracts reaching different cell types and present high selectivity indices. With the accomplishment of this work we can conclude that the natural extracts of plants presented antiproliferative activity in cancer lines and their phytochemicals can be used to study new herbal medicines. The next step, then, is to understand the molecular mechanisms where they act.

Submitted by ANA KARLA PEREIRA RODRIGUES (anakarla_@hotmail.com) on 2017-08-04T17:21:10Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 15443881 bytes, checksum: a81c2afaef7e1fccdeb2543bc340d5a1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-04T17:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 15443881 bytes, checksum: a81c2afaef7e1fccdeb2543bc340d5a1 (MD5) Previous issue date: 2015-08-10 / Nitroaromatic compounds derived from Morita-Baylis-Hillman reaction (RMBH) have been tested in the treatment of most neglected diseases such as malaria, Chagas disease and leishmaniasis. An important experimental observation is the relation between biological activity (measured by IC50) and reduction potential of these compounds (estimated by the cathodic and anodic peak potentials determined by electroanalytical techniques), the latter directly connected to the reduction of the nitro group (-NO2 ). For this reason, electrochemical methods have been used in order to mimic the enzymatic bioreduction of these compounds, as reported by Vasconcellos et al. (J. Braz. Chem. Soc. 23:894, 2012). The objective of this work was to develop a computational protocol to predict the reduction potential in aprotic media to support the molecular modeling of new compounds with desired pharmacological activity. The developed direct protocol (for aprotic solvents) consists of performing DFT calculations with B98, PBE1PBE or M06-2X functionals with 6-31+G(d,p) basis set and C-PCM solvation method (with standard cavitation method UFF/VdW). The results show that it is possible to predict the experimental variation of the reduction potential of at least 70 % of confidence (in a range of experimental data of only 140 mV) with absolute average errors less than 45 mV (much less than the experimental uncertainty of the absolute reaction potential of hydrogen electrode, approximately 400 mV) and standard deviation of about 35 mV (inferior to 1,0 kcal/mol). The application of direct protocol for a series of 65 uncorrelated molecules, whose reduction potentials vary in a range of more than 6 V, provided a model with more than 99% of predictive power. From the application of the protocol to a series of 40 molecules, for which experimental results are not available, it was possible to predict that some of these structures may have more favorable potentials to bioreduction process than the systems used in the calibration step, which makes them candidates for new drugs. / Compostos nitroaromáticos derivados da reação de Morita-Baylis-Hillman (RMBH) vêm sendo testados no tratamento de doenças extremamente negligenciadas, tais como malária, doença de Chagas e leishmanioses. Uma importante observação experimental consiste na relação entre a atividade biológica (medida pelo IC50) e o potencial de redução (estimado pelos potencias de pico anódico e catódico determinados por técnicas eletroanalíticas) destes compostos, este último diretamente ligado à redução do grupo nitro (-NO2). Por esta razão, métodos eletroquímicos têm sido utilizados com o intuito de simular a biorredução enzimática destes compostos, como reportado por Vasconcellos e colaboradores (J. Braz. Chem. Soc. 23:894, 2012). O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver um protocolo computacional para a predição de potenciais de redução em meio aprótico para auxiliar a modelagem molecular de novos compostos com a atividade farmacológica desejada. O protocolo direto desenvolvido (para solventes apróticos) consiste na realização de cálculos DFT com os funcionais B98, PBE1PBE ou M06-2X, com o conjunto de funções de base 6-31+G(d,p) e método de solvatação C-PCM (com o método de cavitação padrão UFF/VdW). Os resultados mostram que é possível prever a variação experimental do potencial de redução com pelo menos 70 % de confiança (em uma faixa de valores experimentais de apenas 140 mV) e erros médios absolutos inferiores a 45 mV (muito inferior à incerteza experimental do potencial de redução absoluto do eletrodo de hidrogênio, que é de cerca de 400 mV) e desvio-padrão de cerca de 35 mV (inferior a 1,0 kcal/mol). A aplicação do protocolo direto a uma série de 65 moléculas não-correlacionadas, cujos potenciais de redução variam em uma faixa de mais de 6 V, forneceu um modelo com mais de 99 % de poder preditivo. A partir da aplicação do protocolo a uma série de 40 moléculas, para as quais ainda não estão disponíveis resultados experimentais, foi possível prever que algumas destas estruturas podem possuir potenciais mais favoráveis ao processo de biorredução que os estudados na etapa de calibração, o que as tornam candidatos à novos fármacos.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotal.pdf: 14314411 bytes, checksum: 28743a0226eb51126ce933c575333208 (MD5) Previous issue date: 2013-08-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work is described the synthesis of ten new tetrahydropyran derivatives (compounds 42-51) designed from (±)-Naproxen structure utilizing the Prins reaction of cyclization as the key step to building shaped diastereoselective 2,4- cis and 2,4,6-cis rings tetrahydropyran, with overall yields between 62 - 65%. These new tetrahydropyran derivatives were in vivo bioevaluated on antinociceptive effect in the acetic acid-induced abdominal writhing test, the tail flick test, the rota-rod performance and open field tests, and all these new compounds showed greater antinociceptive activity compared to compound (±)- 1a, highlighting high activity tetraidropirânico derivative (±)-49, which showed 87.5% of inhibition, whereas compound (±)-1a gave only 14% inhibition in in the acetic acid-induced abdominal writhing test. Moreover, the (tail-flick test) indicated compounds (±)-46 and (±)-49 as the most actives, and all compounds showed antinociceptive activity (except compound (±) -51) without harming the motor impairment and without showing toxicity in mice. In continuation to this work, there was the synthesis of new hybrid molecules based on the structure of six non-steroidal anti-inflammatory drugs with a portion tetrahydropyran using molecular hybridization strategy. These new hybrid tetrahydropyran (74 - 79) were obtained in yields between (70 - 93%). Preliminary studies antinociceptive effect in the acetic acid-induced abdominal writhing test in the compounds (74 - 79) showed that all tetrahydropyran derivatives were more efficacious (lower ED50) and their precursors drugs and no sign of intoxication were observed in the animals. / Neste trabalho, é descrito a síntese de 10 novos derivados tetraidropirânicos compostos (42 51) planejados a partir da estrutura do (±)-Naproxeno, utilizando a reação de ciclização de Prins como etapa chave para a construção em forma diastereosseletiva 2,4-cis e 2,4,6-cis de anéis tetraidropirânicos, com rendimentos globais entre 62 65%. Estes novos derivados tetraidropirânicos foram bioavaliados in vivo em testes de contorções abdominais, retirada de cauda, desempenho no rota-rod e campo aberto, sendo que todos estes compostos apresentaram uma maior atividade antinociceptiva em relação ao composto (±)-1a, com destaque para a alta atividade do derivado tetraidropirânico (±)-49, que apresentou 87,5% de inibição, enquanto que o composto (±)-1a apresentou apenas 14% de inibição no teste de contorções abdominais induzida por ácido acético. Além disso, os testes de retirada de cauda indicaram os compostos (±)-46 e (±)-49 como os mais ativos, sendo que todos os compostos apresentaram atividade antinociceptiva (exceto composto (±)-51) sem prejudicar o comprometimento motor e sem demonstrar toxicidades em camundongos. Em continuação ao nosso trabalho, realizou-se a síntese de moléculas híbridas inéditas baseadas na estrutura de seis fármacos antiinflamatórios não esteroidais com uma porção tetraidropirânica utilizando a estratégia de hibridização molecular. Estes novos derivados tetraidropirânicos híbridos (74 79) foram obtidos em rendimentos entre 70 93%. Estudos preliminares realizados em teste contorções abdominais induzidas por ácido acético realizados nos compostos (74 79) revelaram que todos os derivados tetraidropirânicos foram mais eficazes (DE50 menor) que os seus fármacos percusores e nenhum sintoma de intoxicação foi observado nos animais.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 9887169 bytes, checksum: df02b626a4888063d509afbbb46317e8 (MD5) Previous issue date: 2014-08-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work was presented using the technique of molecular hybridization which is a classic strategy in medicinal chemistry and useful in the design of new drugs, consisting of the covalent joining of two or more fragments known pharmacophoric or already present recognized therapeutic activities. Described the technique of extraction, isolation and purification of piperine 6 with 2% yield, with the same natural molecule mostly present in black pepper, where studies have shown a variety of biological activities as analgesic, anti-inflammatory, anti-thermal, antitumor, antifungal, antichagasic, insecticide, leishmanicidal, among others. Next, was performed the synthesis of the respective piperic acid 12 obtained via basic hydrolysis with 87% yield. A series of alcohols tetrahydropyran derivatives replaced (33, 34, 37, 38, 79 and 80) were synthesized in good yields (76% -100%), with synthetic route and potent antinociceptive already described by our group research. The Prins cyclization reaction was used as key step to build diastereoselective 2,4-cis and 2,4,6-cis tetrahydropyranyl rings. Subsequently, we performed the synthesis of 6 novel hybrid molecules (64, 65, 66, 67, 68 and 69), based on the structure of an analog of piperine (piperic acid) with 6 alcohols substituted tetrahydropyran derivatives, using the classical approach molecular hybridization by Steglich esterification reaction to join the two portions with relatively good yields (42% - 78%), which was the intention enhance the analgesic activity by these two chemical entities. All molecular hybrids were characterized by spectroscopic (1H and 13C) and IR / Neste trabalho foi apresentado o uso da técnica de hibridização molecular que é uma estratégia clássica em química medicinal e bastante útil na concepção de novos fármacos, consistindo na junção covalente de dois ou mais fragmentos reconhecidamente farmacofóricos ou que já apresentem atividades terapêuticas reconhecidas. Descreveu-se a técnica de extração, isolamento e purificação da piperina 6 com 2% de rendimento, sendo a mesma uma molécula natural presente principalmente na pimenta preta, onde estudos mostraram uma série de atividades biológicas como, analgésico, antiinflamatório, antitérmico, antitumoral, antifúngico, antichagásico, inseticida, leishmanicida, dentre outras. Em seguida, foi realizado a síntese do seu respectivo ácido pipérico 12 obtido via hidrólise básica com 87% de rendimento. Uma série de derivados álcoois tetraidropiranos substituídos (33, 34, 37, 38, 79 e 80) foram sintetizados em bons rendimentos (76%-100%), com rota sintética e potente atividade antinociceptiva já descritas pelo nosso grupo de pesquisa. A reação de ciclização de Prins foi usada como etapa chave para a construção, em forma diastereosseletiva 2,4-cis e 2,4,6-cis, dos anéis tetraidropiranos. Posteriormente, realizou-se a síntese de 6 moléculas híbridas inéditas (64, 65, 66, 67, 68 e 69), baseadas na estrutura de uma análogo da piperina (ácido pipérico) com os 6 derivados álcoois tetraidropiranos substituídos, utilizando a estratégia clássica de hibridização molecular através da reação de esterificação de Steglich para unir as duas porções, com rendimentos relativamente bons (42%-78%), onde o intuito foi potencializar a atividade analgésica apresentada por estas duas entidades químicas. Todos os híbridos moleculares foram caracterizados pelas técnicas de espectroscopia (1H e 13C) e infravermelho

Many quinones have been associated with a wide range of biological activities, including antitumoral, antimalarial, larvicidal and antibacterial activities. Although, there are many clinically important agents containing a quinone nucleus with excellent anticancer activity, many other quinones require testing for additional activities, for instance: Oncocalyxone A, Juglone, Biflorin and some hydroxylated and halogenated quinones. DNA represents one of the main targets of biologically active quinonoid compounds, which, generally, belong to the group of DNA intercalating and/or alkylating agents, and/or topoisomerase inhibitors. As such, the use of DNA biosensors or other electrochemical methods based on the investigation of nucleic acid/organic compound interaction, would allow to predicting a biological action, if this one is related to damage to DNA. Due to the importance of quinones, for instance, Oncocalyxone A, Juglone and Biflorin, electrochemical analysis and the development of a new electroanalytical method for detection in nanomolar quantities, together with DNA interaction analysis with those quinones was therein performed. We have used diverse electrochemical methods performed in protic and aprotic media, using glassy carbon electrode, Ag/AgCl electrode as reference and latinum wire as counter electrode. The pKa of juglone was determined (5.98). The development of a highly sensitive voltammetric sensor for oncocalyxone A using a glassy carbon electrode modified with a bilayer iron(II) tetrasulfonated phthalocyanine (FeTSPc) and iron(III) tetra-(N-methyl-4-pyridyl)-porphyrin (FeT4MPyP) was described. The modified electrode showed catalytic activity and stability for the oncocalyxone A reduction, provoking the anodic shift of the reduction peak potentials of ca. 30 mV and presenting much higher peak currents than those obtained on the bare GC electrode. A wide linear response range between 0.005-1.210-6 mol L-1, with a sensitivity of 8.11 μA L μmol-1 and limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of 1.5 and 5.010-9 mol L-1 were obtained with this sensor, respectively. The interaction of chosen quinones with ssDNA, poly-guanilic and poly-adenilic acid was investigated, using voltammetric analysis, in solution. The DNA interaction investigation with juglone, oncocalyxone and biflorin had shown significant DNA activity, represented by the decrease of oxidation current and shift of oxidation peaks of guanine and adenine and the binding constant values obtained for these aducts; these observations could be related to Michael addition reaction, among other possible effects. Some of the quinones do not cause any change on the oxidation peaks of the used bases, as is the case of -lapachone, being used as negative control. These results, upon comparison with biological/ pharmacological activities, show correlation and indicate electrochemistry and DNA sensors as important tools in the screening of biologically active compounds. / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Muitas quinonas têm sido associadas a uma grande variedade de atividades biológicas, incluindo atividades antitumorais, antimaláricas, larvicidas e antibacterianas. Embora existam muitos agentes clinicamente importantes contendo núcleo quinônico com excelente atividade anticâncer, muitas outras quinonas requerem testes para busca de atividades adicionais, como por exemplo: Oncocalixona A, Juglona, Biflorina e outras quinonas hidroxiladas e halogenadas. O DNA representa um dos principais alvos de compostos quinônicos, que, geralmente, pertencem aos grupos de intercaladores de DNA e/ou agentes alquilantes, e/ou inibidores de topoisomerases. Desta forma, o uso de biossensores de DNA ou outros métodos eletroquímicos baseados na investigação da interação entre ácidos nucléicos e compostos orgânicos, permitiria predizer a ação biológica, e se estas estão relacionadas aos danos ao DNA. Devido à importância das quinonas, entre elas, Oncocalixona A, Juglona e Biflorina, análises eletroquímicas e eletroanalíticas para detecção em quantidades nanomolares, bem como a investigação da interação destas quinonas com o DNA foram realizadas, no presente trabalho.Utilizou-se uma série de métodos eletroquímicos, em diferentes condições, em meios aprótico e prótico, usando eletrodo de carbono vítreo, como eletrodo de trabalho, Ag/AgCl, como eletrodo de referência e fio de platina, como contra-eletrodo. O pKa da juglona foi determinado (5,98). O desenvolvimento de um sensor voltamétrico altamente sensível para oncocalixona A, usando eletrodo de carbono vítreo modificado com uma bicamada de ftalocianina tetrassulfonada de ferro(II) (FeTSPc) e tetra-(N-metil- 4-piridil)-porfirina de ferro(III) (FeT4MPyP) foi descrito. O eletrodo modificado mostrou atividade catalítica e estabilidade para a redução da oncocalixona A, proporcionando o deslocamento anódico do potencial de pico de redução de ca. 30mV, apresentando correntes de pico maiores do que aquelas obtidas em eletrodo de carbono vítreo limpo. Uma faixa linear entre 0,005-1,210-6 mol L-1, com uma sensibilidade de 8,11 μA L μmol-1 e limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) de 1,5 e 5,010-9 mol L-1 foram obtidos com este sensor, respectivamente. A interação das quinonas escolhidas com ssDNA, ácido poliguanílico e ácido poliadenílico foi investigada usando análises voltamétricas, em solução. Juglona, oncocalixona e biflorina mostraram forte interação em relação ao DNA, representado experimentalmente pela diminuição da corrente de oxidação e deslocamento dos picos diagnósticos de guanina e adenina, bem como pelos valores das constantes de associação calculadas para o aduto formado. Algumas das quinonas não causaram qualquer mudança nos picos de oxidação das bases usadas, como foi o caso da -lapachona, o que serviu como controle negativo, indispensável em relação a comparações com métodos farmacológicos. Estes resultados foram correlacionados positivamente com atividades biológicas/farmacológicas. Sensores de DNA são importantes ferramentas no mapeamento de compostos biologicamente ativos.

O câncer é uma das doenças que mais acometem a população no mundo. Dessa forma, estudar suas terapêuticas é importante para o entendimento dos mecanismos e alvos biológicos por detrás da doença. Apesar dos tratamentos convencionais apresentarem uma boa eficácia, eles também provocam respostas indesejadas, como danos moleculares, resistência de células neoplásicas e efeitos colaterais fortes, colaborando para uma maior taxa de reincidência de neoplasias e mortalidade de pacientes. Sendo assim, a busca por alternativas é um importante desafio da Ciência Moderna para aprimorar e/ou substituir esses tratamentos. As plantas medicinais, como alternativa, são o foco de muitos estudos voltados ao câncer. O objetivo do presente trabalho foi avaliar o efeito citotóxico de 59 extratos em linhagens celulares humanas de câncer de mama (MDA-MB-231 e MCF7), próstata (PC-3 e DU 145) e fígado (HepG2). Foi realizada, inicialmente, uma triagem dos extratos por MTT em duas diluições 100x e 1000x para análise da viabilidade celular desses extratos. No total, 35 extratos obtiveram uma resposta para, pelo menos, uma das linhagens de câncer. A próxima etapa envolveu estudar os extratos pré-seletivos na triagem através de curvas-resposta quantificando a seletividade desses extratos para cada linhagem testada. Para essa etapa, foram selecionados 31 extratos. No câncer de mama, para a linhagem MDA-MB-231 nove extratos foram seletivos, e para MCF7 foram seis extratos. No câncer de próstata, para a linhagem PC-3, quinze extratos foram seletivos, e para DU 145 dezesseis extratos foram seletivos, mostrando uma maior sensibilidade do câncer de próstata comparado ao câncer de mama e fígado (HepG2 - sete extratos seletivos) em relação aos extratos testados. De todos os resultados apresentados, algodão de seda (Calotropis procera), camomila (Matricaria chamomilla), casca de anta (Drimys winteri), erva de São Caetano (Momordica charantia L.), estigmas de milho (Zea mays), graviola (Annona muricata), ipê roxo (Tabebuia sp.), malva - folhas (Malva sylvestris) e unha de gato (Uncaria tomentosa) foram os extratos mais amplamente significativos atingindo as linhagens celulares apresentando altos índices de seletividade. Com a realização desse trabalho podemos concluir que os extratos apresentam atividade antiproliferativa e seus fitoquímicos podem ser utilizados no estudo de novos fitoterápicos. O próximo passo é elucidar os mecanismos moleculares onde eles atuam. / Cancer is one of the most common diseases overworld. Studying the therapeutics of it is important to understand the biological mechanisms and targets behind this disease. Although conventional treatments show a good outcome against some types of cancer, they also currently cause undesired responses, such as molecular damage, neoplastic cell resistance and strong side effects, increasing recurrence of neoplasms, metastasis formation, and patient mortality. Therefore, the search for new alternatives is a challenge for Modern Science to improve or replace conventional treatments. In view of their antiproliferative effects medicinal plants have become the focus of many cancer studies as an alternative. The aim of the present study was to evaluate the cytotoxic and antiproliferative effect of 59 plant extracts in human cancer cell lines as breast cancer (MDA-MB-231 and MCF7), prostate cancer (PC-3 and DU 145) and liver cancer (HepG2). Initially, the extracts were screened in two different dilutions 100x and 1000x by MTT to analyze the cellular viability and cytotoxicity effects of them. To 59 extracts analyzed, 35 were effective against at least one of the tested lineages. The next step involved studying those pre-selective extracts through response curves to quantify the selectivity of these extracts for each cell lineage tested. For this stage, 31 extracts were selected. In breast cancer, for MDA-MB-231, nine extracts were selective and for MCF7 were six extracts. In prostate cancer, for PC-3, fifteen extracts were selective and for DU 145 were sixteen extracts. For liver cancer (HepG2) only seven extracts were selective. Comparing all the cancer lineages we can see a greater sensitivity of prostate cancer lineages compared to breast cancer and liver cancer in response of these tested extracts. Of all the results presented, silk cotton (Calotropis procera), chamomile (Matricaria chamomilla), winter\'s bark (Drimys winteri), bitter melon (Momordica charantia L.), corn silk (Zea mays), graviola (Annona muricata), purple trumpet tree (Tabebuia sp.), malva - folhas (Malva sylvestris) e unha de gato (Uncaria tomentosa) silk cotton (Calotropis procera), chamomile (Matricaria chamomilla), graviola (Annona muricata) and mallow-leaves (Malva sylvestris) were the most effective extracts reaching different cell types and present high selectivity indices. With the accomplishment of this work we can conclude that the natural extracts of plants presented antiproliferative activity in cancer lines and their phytochemicals can be used to study new herbal medicines. The next step, then, is to understand the molecular mechanisms where they act.

A Doença de Chagas, causada pelo parasito tripanossomatídeo Trypanosoma cruzi, é endêmica e se distribuí por toda América Latina. É uma das parasitoses mais negligenciadas pela indústria farmacêutica e os únicos fármacos disponíveis para seu tratamento foram introduzidos há décadas. Infelizmente, eles são ineficientes e apresentam sérios efeitos colaterais. Esse panorama mostra a necessidade do desenvolvimento de novos fármacos para a quimioterapia contra a doença de Chagas. As enzimas pertencentes a vias metabólicas essenciais para a sobrevivência do parasito tais como a via glicolítica e a de síntese de novo de nucleotídeos de pirimidinas, têm sido propostas como alvos interessantes no planejamento novos fármacos para o tratamento da doença de Chagas. Neste trabalho, as enzimas Gliceraldeído 3-fosfato desidrogenase (TcGAPDH) e a Diidroorotato desidrogenase (TcDHODH) de Trypanosoma cruzi foram estudadas como alvos para o planejamento de inibidores enzimáticos com propriedades físico-químicas e características estruturais similares à de compostos-líderes. Para isso, foram utilizados métodos e ferramentas de Quiminformática tanto baseadas nas estruturas dos ligantes (LBVS) quanto dos receptores (SBVS). Para a identificação e seleção de potenciais inibidores da enzima GAPDH, uma coleção virtual obtida do banco de dados ZINC, contendo aproximadamente 2,5 milhões de compostos, foi avaliada através de vários filtros de seleção com o objetivo de priorizar aqueles compostos mais interessantes do ponto de vista estrutural, de propriedades físico-químicas e farmacocinéticas. A aplicação desses filtros originou uma subcoleção de aproximadamente 450 mil estruturas que foram avaliadas segundo a complementaridade de interações com a estrutura da enzima através de métodos de docagem molecular. Com base nestes resultados, doze compostos que se mostraram promissores foram selecionados e adquiridos comercialmente para serem testadas in vitro contra a enzima TcGAPDH. Dos doze compostos testados, três exibiram afinidade (Ki) pela enzima em concentrações inferiores a 80 μM, Além disso, esses compostos também são caracterizados pelo baixo peso molecular (274 a 330 g mol-1) e no máximo 24 átomos diferentes do hidrogênio e, como consequência, apresentam eficiências do ligante entre 0,24 e 0,34 Kcal mol-1 átomo-1, o que os tornam ótimos candidatos à otimização molecular visando aumento da afinidade pelo alvo. Para a busca de inibidores da enzima TcDHODH, primeiramente foi realizada uma busca por cavidades na estrutura 3D do alvo para a identificação de regiões distintas do sítio catalítico e passíveis de serem exploradas no planejamento de ligantes. Através desta análise foi possível o estabelecimento de quatro novas regiões com forma, volume e localizações adequadas para acomodar pequenas moléculas capazes de modular a atividade da TcDHODH. Uma destas regiões, chamada S2, localizada sob a alça β4-αA e no canal de acesso dos substratos ao sítio ativo, foi escolhida para o planejamento baseado na estrutura do alvo. As estruturas de aproximadamente cem compostos derivados de pirimidinas, substituídos em posições estrategicamente definidas e selecionados através de buscas por subestruturas, foram docadas no sítio de interesse e nove compostos adquiridos e testados in vitro contra a enzima com o objetivo de validar as hipóteses estabelecidas inicialmente. Destes, cinco compostos mostraram potências (IC50) superiores à do produto de reação (inferior a 150 μM), Os resultados encontrados validaram as hipóteses geradas na primeira etapa e foram usados para direcionar a seleção de outras quinze novas moléculas através de um protocolo de docagem molecular com ajuste induzido. A avaliação in vitro desses compostos contra a enzima TcDHODH resultou na identificação de outros 11 compostos ativos, dos quais o mais potente exibiu afinidade pela enzima em concentração igual a 124 nM. Este composto possui eficiência do ligante igual a 0,56 Kcal mol-1 átomo-1 e pode ser considerado um fragmento molecular com excelentes características do ponto de vista do potencial para futuro desenvolvimento como agente terapêutico. Os resultados encontrados também evidenciaram a importância de determinadas características estruturais impressas nos inibidores da TcDHODH para a complementaridade com o novo sítio de interação identificado. Assim, novos compostos foram propostos para otimização molecular com o objetivo de melhorar afinidade e aumentar a diversidade de classes e, deste modo, ampliar o espectro de perfis farmacocinéticos para posteriores ensaios celulares e in vivo, Através da realização deste trabalho foi possível validar as estratégias adotadas na utilização dos métodos computacionais e também as hipóteses construídas a partir da aplicação dos mesmos. A taxa de acerto (TA) alcançada foi superior a 30% no planejamento de inibidores para ambos os alvos, ou seja, muito superiores às encontradas em experimentos de ensaio em massa. Deste modo, este estudo contribuiu com a proposição de novos esqueletos moleculares que podem ser usados como compostos-líderes no desenvolvimento de novos agentes tripanocidas focando nas enzimas TcGAPDH e TcDHODH como alvos. / Chagas\' disease, an endemic illness widely distributed throughout Latin America, is caused by the protozoa parasite Trypanosoma cruzi. It is one of the tropical diseases that are among the most neglected by the pharmaceutical industry, for which available treatments were launched more than 30 years ago. In addition, these drugs are ineffective and cause severe side effects to patients. This panorama shows the need for the development of new and more effective chemotherapeutic agents for the treatment of the disease. Enzymes belonging to metabolic pathways that are essential for the parasite survival such as the glycolysis and pyrimidine nucleotide biosynthesis have been proposed as attractive targets for the design of new drugs for the treatment of Chagas disease. In this work, the enzymes Gyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (TcGAPDH) and the Dihydroorotate dehydrogenase (TcDHODH) from Trypanosoma cruzi were studied as targets for the design of inhibitors with physicochemical properties and structural characteristics similar to lead-compounds. Methods in Cheminformatics within the Ligand- and Structure-based Virtual Screening (LBVS and SBVS, respectively) approaches were thoroughly employed as tools to identify new hits. For the selection and identification of potential inhibitors of the GAPDH enzyme, a compound database containing nearly 2.5 million of small molecules retrievable from ZINC was evaluated through several molecular filters aiming at prioritizing those compounds more interesting from the point of view of their structures, physicochemical and predicted ADME/Tox properties. The application of Filter originated a subcollection of approximately 450 thousand structures that were then scored according to their complementary interactions with the 3D structure of the enzyme through molecular docking. Based on docking results, twelve compounds that showed to be promising ligands were selected and commercially acquired for in vitro assays against the TcGAPDH. Of the twelve compounds evaluated in vitro, three exhibited affinity constants (Ki) at concentrations lower than 80 μM. Furthermore, the selected compounds are also characterized by the low molecular weight (274 to 330 g mol-1) and a maximum of non-hydrogen atom count of 24, as a result, they have Ligand Efficiencies between 0,24 and 0,34 Kcal mol-1 átomo-1, what grant them great potential as candidates for molecular optimization and potency improvement. For the search of TcDHODH inhibitors, cavities in the 3D structure of the target for the identification of areas apart from catalytic site but likely to be explored in the design of ligands were selected a priori. This resulted in four new regions with appropriate shape, volume and locations to accommodate small molecules capable of modulating the activity of TcDHODH. One of the areas, called S2 site, is located under the α4 - βA loop and in the access channel of the substrate to the active site and was chosen to be explored in the SBDD studies. Approximately one hundred of pyrimidine derivatives containing strategically defined posítions for molecular substitution were retrieved from commercially available compounds database through substructure searching and docked into the previously defined site. Based on the docking results nine compounds were selected, purchased and assayed in vitro against the enzyme with the objective of validating the hypothesis. Of these, five compounds showed potencies (IC50) better than that exhibited by the product of the reaction (values lower than 150 μM). Thus, the results found validated the hypotheses generated in the first stage of the designing and they were used to drive the selection of other fifteen new molecules through induced fit molecular docking protocol. The in vitro evaluation of those compounds against the TcDHODH enzyme resulted in the identification of other eleven ligands, of which the most potent exhibited affinity for enzyme at the concentration of 124 nM. This molecule has a Ligand Efficiency of 0.56 Kcal mol-1 atom-1 and can be considered a fragment-like compound with excellent characteristics from the point of view of its potential for future development as therapeutic agent. The results found also evidenced the importance of certain structural characteristics in the inhibitor of TcDHODH for the complementarily with the new identified site of interaction. Thus, new compounds were proposed for potency and class diversity improvement. By doing so we hope to enlarge ADME profile spectrum for further cellular and in vivo assays. Through the success of this work, it was possible to validate the strategies adopted in the use of computational methods and also the hypotheses built from the application of that. The success rate (TA) obtained was higher than 30% in the design of ligands for both studied targets, which is much better than that usually found along High Throughput Screening assays. Thus, this study contributed with the proposítion of new molecular scaffolds that can be used as lead compounds in the development of new tripanocidal agents having as targets the enzymes TcGAPDH or TcDHODH.

Os receptores dos hormônios da tireóide (TRs) são fatores de transcrição envolvidos na diferenciação celular, metabolismo e funções fisiológicas da maioria dos tecidos. Muitos estudos mostram que diversos efeitos farmacológicos mediados pelos TRs podem ser benéficos na farmacoterapia, especialmente aqueles mediados pelo TR que podem ser úteis em condições médicas importantes como obesidade, hipercolesterolemia e diabetes. Além disso, a descoberta que o TR é a isoforma predominante no coração, mediando a maioria dos efeitos cardiovasculares prejudiciais, estimulou a pesquisa por ligantes seletivos para o TR que poderiam ser utilizados em quadros clínicos importantes com perfil de segurança aceitável. Foi realizado um estudo das relações quantitativas entre a estrutura e atividade (QSAR) de um conjunto de compostos com atividade biológica descrita para TR e TR, que gerou modelos de Holograma QSAR com elevada consistência interna e externa, apresentando bom poder de correlação e predição das propriedades biológicas. Também foi realizado um minucioso estudo de triagem virtual, que propiciou a seleção de 7 compostos que foram adquiridos para terem suas atividades biológicas avaliadas. Ensaios de transfecção e gene repórter foram estabelecidos e utilizados na avaliação da atividade biológica dos compostos selecionados pelo ensaio virtual. Finalmente, um ensaio utilizando ressonância plasmônica de superfície (SPR) foi desenvolvido e utilizado para avaliar a atividade agonista desses compostos, e que pode ser útil para avaliar a atividade de novos ligantes. A técnica de SPR também foi empregada em um cuidadoso estudo da interação do TR com seus correguladores, que incluiu estudos cinéticos e termodinâmicos, propiciando a determinação das taxas cinéticas e parâmetros termodinâmicos para a interação do complexo TR-T3 com peptídeos derivados de dois de seus correguladores. Os resultados obtidos são relevantes e devem ser considerados no planejamento de futuros experimentos utilizando o LBD de TR e agonistas. / The thyroid hormone receptors (TRs) are transcriptional factors involved in cell differentiation, development, metabolism and physiological function of most tissues. Many lines of evidence show that several pharmacological actions of TRs might be beneficial in medical therapy, specially those mediated by TR that target important medical conditions like obesity, hypercholesterolemia and diabetes. Additionally, the findings that TR is the predominant isoform in the heart and mediates most of the TRs deleterious cardiovascular effects, stimulated the research for selective TR ligands which could address important medical needs with an acceptable safety profile. In this PhD thesis, studies of the quantitative structure-activity relationships (QSAR) of a dataset of compounds with reported biologic activity for both TR and TR were performed, and statistically significant Hologram QSAR models with good predictive ability for untested compounds were created. In parallel, a careful virtual screening procedure was executed, leading to the selection of 7 compounds which were purchased for the evaluation of their biological activities. Cell transfection and reporter gene assays were developed, validated and used to evaluate the biological activities of these compounds. Finally, a surface plasmon resonance (SPR) assay was developed and used to assess the agonistic activity of these compounds. The SPR technique was also employed in a careful study of the interaction between the ligand binding domain of TR and peptides derived from its coregulators, which included the determination of the kinetic and thermodynamic parameters for this interaction. The results suggest that flexibility plays an important role in the interaction between the receptor and its coregulators, and point out important aspects of experimental design that should be addressed when using TR LBD and its agonists. Furthermore, the methodology described here may be useful for the identification of new TR ligands.

Doenças como malária, esquistossomose, filaríase linfática, dengue, leishmaniose e mal de Chagas são endêmicas em países tropicais. Referente ao período entre 1975 e 2004, apenas 1% dos 1.556 novos fármacos registrados foi destinado ao tratamento destas doenças. Somente a doença de Chagas possui aproximadamente 18 milhões de casos em todo mundo. Até o momento, a quimioterapia para o tratamento dessa antropozoonose constitui-se basicamente de dois fármacos, o nifurtimox, proscrito no Brasil, e o benznidazol. Estes fármacos, além de apresentarem vários efeitos colaterais, são pouco eficazes, o que dificulta a adesão dos pacientes ao tratamento. Diante da necessidade imediata de novos fármacos para o combate de tripanossomíase americana, estratégias de modificação molecular têm se mostrado como ferramenta promissora para obtenção de novos fármacos, geralmente inspirados na estrutura molecular de fármacos já conhecidos. A estratégia de modificação molecular permite aumentar as chances de sucesso no processo de descoberta de novos fármacos, reduzindo tempo e custo da pesquisa. Este trabalho teve como objetivo o planejamento, a síntese e a avaliação da atividade anti-T. cruzi e a identificação das propriedades físico-químicas que são responsáveis por modular a atividade anti-T. cruzi da série dos 2-[5-nitrotiofeno- 2-il]-3-acetil-5-[4-fenil-substituído]-2,3-diidro-1,3,4-oxadiazolinas, compostos com estrutura análoga à nifuroxazida, fármaco antimicrobiano que também apresenta atividade antiparasitária. O planejamento da série de compostos estudados foi realizado com base no diagrama de Craig. A obtenção dos derivados 1,3,4-oxadiazolínicos foi realizada em quatro etapas sintéticas: esterificação, amonólise, obtenção da base de Schiff e ciclização oxidativa. As estruturas planejadas foram confirmadas por RMN 1H e RMN 13C, enquanto a pureza foi avaliada pela faixa de fusão e de análise elementar de CHN. A atividade antiparasitária dos compostos foi determinada frente à cepa Y da forma epimastigota do T. cruzi e a concentração de parasitas foi quantificada através da absorbância em espectrofotômetro UV/Vis (λ = 580 nm). Os quinze compostos da série foram avaliados em 6 diferentes concentrações (3,75; 5; 7,5 ; 10; 15; 20 µM), sendo que somente o etoxi-derivado não foi mais ativo que o fármaco padrão, o benznidazol. Entre os compostos analisados identificaram-se o mais e o menos ativo da série, respectivamente: o 2-[5-nitro-tiofeno-2-il]-3-acetil-5-[4 fenil-acetoxi]-2,3-diidro-1,3,4-oxadiazolinas (IC50=7,91 µM) e o 2-[5-nitrotiofeno-2-il]-3-acetil-5-[4 fenil-etoxi]-2,3-diidro-1,3,4-oxadiazolinas ((IC50=26,60 µM). Através de estudos de QSAR-2D, a atividade anti-T. cruzi foi correlacionada com descritores físico-químicos, como a hidrofobicidade, os efeitos eletrônicos e o volume molecular. Com a aplicação de modelos matemáticos, ficou evidenciado que a atividade anti-T. cruzi desta série de compostos sofre notável influência da hidrofobicidade e dos efeitos eletrônico de ressonância, o que permite a continuidade deste trabalho através da variação planejada destas propriedades, visando identificar o análogo mais potente da série de compostos estudados. / Diseases like malaria, schistosomiasis, lymphatic filariasis, dengue, leishmaniasis and Chagas\'disease are endemic in tropical countries. From 1975 to 2004, only 1% of 1.556 new drugs were registered for the treatment of these diseases. Chagas disease itself has approximately 18 million of cases worldwide, and the chemotherapy for the treatment of this anthropozoonosis consists basically of two drugs, nifurtimox, which is prohibited in Brazil, and benznidazole. These drugs have various side effects and can also be ineffective, making patients give up the treatment. Given the immediate need for new drugs to treat american trypanosomiasis, molecular modification strategies have been shown as a promising tool for obtaining new drugs, often inspired by the molecular structure of known drugs. The strategy of molecular modification will increase the chances of success in the discovery process of new drugs, reducing the time and the costs of research. Given the situation above described, this work aims to design synthesis and evaluate the anti-Trypanosoma cruzi activity of new drugs as well as identification physicochemical properties that are responsible for modulating the anti-T. cruzi activity. Series of 2-[5-nitro-thiofen-2-yl]-3-acetyl-5-[4-phenyl-substituted]-2,3-dihydro-1,3,4-oxadiazolines, compounds with similar structure to nifuroxazide, an antimicrobial drug that also has antiparasitic activity. The planning of the series of compounds was carried out based on the Craig diagram. The obtainment of the1,3,4-oxadiazolinics derivatives was performed with four synthetic steps, as follows: esterification, ammonolysis, obtention of the Schiff base and oxidative cyclization. The designed structures were confirmed by 1H and 13C NMR and purity was assessed by melting point and elemental analysis of CHN. The antiparasitic activity of compounds was determined against the Y strain of T. cruzi in the epimastigote form and the concentration of parasites was quantified by absorbance in a spectrophotometer UV / Vis (λ = 580 nm). The fifteen compounds obtained were evaluated in six different concentrations (3.75, 5, 7.5, 10, 15, 20 µM), and only the ethoxy-derivative was less active than the standard drug, benznidazole. The 2-[5-nitrothiofen- 2-yl]-3-acetyl-5-[4-acetoxyphenyl]-2,3-dihydro-1,3,4-oxadiazolines (IC50=7.91µM) and of 2-[5-nitro-thiofen-2-yl]-3-acetyl-5-[4-etoxyphenyl]-2,3-dihydro-1,3,4-oxadiazolines (IC50=26.60 µM) derivatives were identified as the most and the least active of the series, respectively. Through 2D-QSAR studies, the anti-T. cruzi activity was correlated with physicochemical descriptors such as hydrophobicity, molecular volume and electronic effects. Applying mathematical models, it became evident that the activity of anti-T. cruzi activity in this series of compounds undergoes remarkable influence of hydrophobicity and electronic effects of resonance, which allows the continuity of the work planned by varying these properties to identify the most potent analogue among the series of compounds studied.