GRUPOS DE INVESTIGACIÓN

Quimioterapia antiparasitaria

Otros Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)

El grupo desarrolla su línea de investigación en el campo de las enfermedades parasitarias.Nuestro ... fundamentalmente del diseño y la síntesis de nuevas moléculas activas contra parásitos patógenos, especialmente por parásitos tripanosomátidos (Leishmania spp., T. cruzi, T. brucei spp.).

Christophe Dardonville

Líneas de Investigación

Quimioterapia antiparasitaria de zoonosis

El grupo desarrolla la línea de investigación “New chemical entities for drug discovery” en el campo de las enfermedades parasitarias, especialmente las producidas por protozoos patógenos. Desde su creación, el grupo ha desarrollado varias series de compuestos químicos muy activos frente a diversos protozoos parásitos (T. cruzi, T. brucei spp., T. vaginalis, Leishmania spp., Plasmodium spp.). Varios prototipos demostraron también eficacia in vivo en modelos animales (ratón) de tripanosomiasis, leishmaniasis y de malaria. En la actualidad el grupo prosigue el estudio de estos prototipos, así como el desarrollo de otros nuevos, diseñados para atacar dianas específicas de estos parásitos. El grupo se ocupa fundamentalmente del diseño y la síntesis de nuevas moléculas activas, y cuenta con la colaboración de otros grupos españoles e internacionales (químicos computacionales, bioquímicos, parasitólogos, tecnólogos farmacéuticos, cristalografos) para alcanzar sus objetivos.

Proyectos de Investigación

Estudios de seguridad y eficacia in vivo de una nueva entidad química para el tratamiento oral de la leishmaniosis veterinaria

Año: 2022
Convocatoria: Proyectos Prueba de Concepto (2022-133269-I00), MCIU, AEI

Desarrollo de farmacos dirigidos a la mitocondria y organulos similares como enfoque terapeutico para el tratamiento de enfermedades parasitarias desatendidas

Año: 2018
Convocatoria: Proyectos de I+D+i «Retos investigación» del Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad

Patentes

Compuestos derivados de 4-amino-N-(4-aminofenil)benzamida y análogos y uso de los mismos

Código de la patente: P202230181 (04/03/2022), su extensión internacional PCT/ES2023/070084 y las solicitudes en Europa y en EEUU

Sales de 4-hidroxifenil fosfonio con propiedades antiparasitarias

Código de la patente: PCT/ES2020/070421

Publicaciones

Descubrimiento del inusual mecanismo de inhibición de un inhibidor alternativo de la oxidasa del tripanosoma que muestra una actividad de amplio espectro contra los tripanosomas animales africanos

La respiración dependiente de la glucosa de las formas sanguíneas del parásito Trypanosoma brucei depende de un sistema de transporte de electrones mitocondrial inusual y esencial, compuesto por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa y la oxidasa alternativa del tripanosoma (TAO). En este artículo describimos el descubrimiento de un inhibidor alostérico de la TAO que muestra una actividad muy potente (valores de EC50 en el rango de 1-20 nM) contra importantes patógenos veterinarios como T. b. brucei, Trypanosoma evansi, Trypanosoma equiperdum y Trypanosoma congolense, es decir, una potencia más de cinco veces superior a la de los fármacos estándar. El derivado de 2-metil-4-hidroxibenzoato 2-piridinildifenilfosfonio unido a metileno (1) fue el mejor inhibidor de la TAO recombinante (IC50 = 1,3 nM) a través de un mecanismo no competitivo/alostérico (Ki = 3,46 nM). Cabe destacar que la cristalografía de rayos X mostró que 1 se unía a un sitio de la TAO a unos 25 Å del bolsillo catalítico. Aunque 1 demostró una buena seguridad frente a las células de mamíferos in vitro (índice de selectividad >2300), no eliminó completamente la parasitemia en animales de experimentación, lo que se atribuyó a un alto aclaramiento hepáticohttps://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.5c00631

Transportador lipídico nanoestructurado para la administración intracelular de un ligando del surco menor del ADN bis(piridina-2-carboxamidina) activo contra la leishmania

Se sintetizaron dos tipos de formulaciones de portadores lipídicos nanoestructurados (NLC) del compuesto antileishmanial 4-(picolinimidamido)-N-(4-(picolinimidamido)fenil)benzamida (1), que se une al surco menor del ADN, mediante el método de microemulsión para evaluar su potencial como sistema de administración a las formas intracelulares del parásito Leishmania. Las formulaciones NLC cargadas con el compuesto 1, funcionalizadas con ácido fólico (FA) o sin él, mostraron una buena estabilidad coloidal tanto durante el almacenamiento como después de la dilución en medios biológicamente relevantes. La liberación del fármaco, que no dependía del pH, se produjo de manera eficiente a 37 °C. El compuesto 1 y sus formulaciones NLC mostraron un buen índice de selectividad (SI > 40) y fueron activos en el rango submicromolar contra promastigotas y promastigotas metacíclicas de Leishmania major y en el rango micromolar bajo (∼2 μM) contra amastigotas intramacrofágicas. Sin embargo, fueron inactivos contra Leishmania mexicana. Este estudio de prueba de concepto demostró que el compuesto 1 podía cargarse eficazmente en NLC y NLC recubiertas de FA, cuyo tamaño y naturaleza aniónica (es decir, FA-NLC) son favorables para su absorción en los macrófagos. La funcionalización de las NLC con FA tuvo un efecto beneficioso sobre la actividad antileishmanial del 1 en comparación con las formulaciones de NLC sin recubrimiento, lo que dio lugar a un aumento de la selectividad hacia el parásito.https://doi.org/10.1021/acsomega.4c08138

Development and Characterization of A New Oral Antileishmanial Bis(pyridine-2-Carboxamidine) Drug Through Innovative Dissolution Testing in Biorelevant Media Combined with Pharmacokinetic Studies

Actualmente existen muy pocos tratamientos antileishmaniales orales eficaces. En este estudio evaluamos un nuevo fármaco antileishmanial bis(piridina-2-carboxamidina) (JNII40_base) y su sal clorhidrato (JNII40_HCl). Métodos: Los estudios de caracterización realizados nos permitieron determinar la cristalinidad, el agua de hidratación y la presencia de enlaces de hidrógeno en estos fármacos. Se emplearon diferentes métodos de disolución para predecir la absorción intestinal. Se desarrolló un método de cromatografía líquida de alta resolución-espectrofotometría de masas (HPLC-MS/MS) para la determinación de JNII40 en plasma.https://www.mdpi.com/1999-4923/17/7/838

Síntesis y estudios biofísicos y biológicos de derivados de N-fenilbenzamida dirigidos a parásitos kinetoplástidos

El ADN mitocondrial rico en AT (kDNA) de los parásitos tripanosomátidos es una diana de los compuestos que se unen al surco menor del ADN. Presentamos la síntesis, el cribado antiprotozoario y los estudios SAR de tres series de análogos del conocido ligando antiprotozoario del kDNA 2-((4-(4-((4,5-dihidro-1H-imidazol-3-ium-2-il)amino)benzamido)fenil)amino)-4,5-dihidro-1H-imidazol-3-ium (1a). Las bis(2-aminoimidazolinas) (1) y las bis(2-aminobenzimidazoles) (2) mostraron una actividad en el rango micromolar contra Trypanosoma brucei, mientras que las bisarilimidamidas (3) fueron inhibidores submicromolares de T. brucei, Trypanosoma cruzi y Leishmania donovani. Ninguno de los compuestos mostró actividad relevante contra el parásito urogenital no cinetoplastido Trichomonas vaginalis. Demostramos que las series 1 y 3 se unen de forma fuerte y selectiva al surco menor del ADN AT, mientras que la serie 2 también se une por intercalación. El pKa medido indicó diferentes estados de ionización a pH 7,4, lo que se correlacionó con las afinidades de unión al ADN (ΔTm) para las series 2 y 3. El compuesto 3a, que fue activo y selectivo contra los tres parásitos y mostró una estabilidad metabólica adecuada, es un buen candidato para estudios in vivo.https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.3c00697

New benzophenone-derived bisphosphonium salts as leishmaniccidal leads targeting mitochondria through inhibition of respiratory complex II

A set. of benzophenone-derived bisphosphonium salts was synthesized and assayed for lethal activity on the human protozoan parasite Leishmania. A subset of them, mostly characterized by phosphonium substituents with an intermediate hydrophobicity, inhibited parasite proliferation at low micromolar range of concentrations. The best of this subset, 4, 4`̌prime;-bis((tri-n- pentylphosphonium)methyl)benzophenone dibromide, showed a very scarce toxicity on mammalian, cells. This compound targets complex II of the respiratory chain, of the parasite, based on, (i) a dramatically swollen mitochondrion in treated parasites, (ii) fast decrease of cytoplasmic ATP, (iii) a decrease of the electrochemical mitochondrial potential, and, (iv) inhibition of the oxygen consumption rate using succinate as substrate. Thus, this type of compounds represents a new lead in the development of leishmanicidal drugs.http://hdl.handle.net/10261/83057

Antiprotozoal activity and DNA binding of dicationic acridones

Two series of N-alkyl, N-alkoxy, and N-hydroxy bisguanidines derived from the N-phenylbenzamide and 1,3-diphenylurea scaffolds were synthesised in three steps from the corresponding 4-amino-N-(4-aminophenyl)benzamide and 1,3-bis(4-aminophenyl)urea, respectively. All of the new compounds were evaluated in vitro against T. b. rhodesiense (STIB900) trypomastigotes and Plasmodium falciparum NF54 parasites (erythrocytic stage). N-alkoxy and N-hydroxy derivatives showed weak micromolar range IC50 values against T. b. rhodesiense and P. falciparum whereas the N-alkyl analogues displayed submicromolar and low nanomolar IC50 values against P. falciparum and Trypanosoma brucei, respectively. Two compounds, 4-(2-ethylguanidino)-N-(4-(2-ethylguanidino)phenyl)benzamide dihydrochloride (7b) and 4-(2-isopropylguanidino)-N-(4-(2-isopropylguanidino)phenyl)benzamide dihydrochloride (7c), which showed favourable drug-like properties and in vivo efficacy (100% cures) in the STIB900 mouse model of acute human African trypanosomiasis represent interesting leads for further in vivo studies. The binding of these compounds to AT-rich DNA was confirmed by surface plasmon resonance (SPR) biosensor experiments.http://hdl.handle.net/10261/98250

Alternative oxidase inhibitors: Mitochondrion-targeting as a strategy for new drugs against pathogenic parasites and fungi

The alternative oxidase (AOX) is a ubiquitous terminal oxidase of plants and many fungi, catalyzing the four-electron reduction of oxygen to water alongside the cytochrome-based electron transfer chain. Unlike the classical electron transfer chain, however, the activity of AOX does not generate adenosine triphosphate but has functions such as thermogenesis and stress response. As it lacks a mammalian counterpart, it has been investigated intensely in pathogenic fungi. However, it is in African trypanosomes, which lack cytochrome-based respiration in their infective stages, that trypanosome alternative oxidase (TAO) plays the central and essential role in their energy metabolism. TAO was validated as a drug target decades ago and among the first inhibitors to be identified was salicylhydroxamic acid (SHAM), which produced the expected trypanocidal effects, especially when potentiated by coadministration with glycerol to inhibit anaerobic energy metabolism as well. However, the efficacy of this combination was too low to be of practical clinical use. The antibiotic ascofuranone (AF) proved a much stronger TAO inhibitor and was able to cure Trypanosoma vivax infections in mice without glycerol and at much lower doses, providing an important proof of concept milestone. Systematic efforts to improve the SHAM and AF scaffolds, aided with the elucidation of the TAO crystal structure, provided detailed structure-activity relationship information and reinvigorated the drug discovery effort. Recently, the coupling of mitochondrion-targeting lipophilic cations to TAO inhibitors has dramatically improved drug targeting and trypanocidal activity while retaining target protein potency. These developments appear to have finally signposted the way to preclinical development of TAO inhibitors.https://doi.org/10.1002/med.21560

Synthesis, biological, and photophysical studies of molecular rotor-based fluorescent inhibitors of the Trypanosome Alternative Oxidase

We have recently reported on the development and trypanocidal activity of a class of inhibitors of Trypanosome Alternative Oxidase (TAO) that are targeted to the mitochondrial matrix by coupling to lipophilic cations via C14 linkers to enable optimal interaction with the enzyme’s active site. This strategy resulted in a much-enhanced anti-parasite effect, which we ascribed to the greater accumulation of the compound at the location of the target protein, i.e. the mitochondrion, but to date this localization has not been formally established. We therefore synthesized a series of fluorescent analogues to visualize accumulation and distribution within the cell. The fluorophore chosen, julolidine, has the remarkable extra feature of being able to function as a viscosity sensor and might thus additionally act as a probe of the cellular glycerol that is expected to be produced when TAO is inhibited. Two series of fluorescent inhibitor conjugates incorporating a cationic julolidine-based viscosity sensor were synthesized and their photophysical and biological properties were studied. These probes display a red emission, with a high signal-to-noise ratio (SNR), using both single- and two-photon excitation. Upon incubation with T. brucei and mammalian cells, the fluorescent inhibitors 1a and 2a were taken up selectively in the mitochondria as shown by live-cell imaging. Efficient partition of 1a in functional isolated (rat liver) mitochondria was estimated to 66 ± 20% of the total. The compounds inhibited recombinant TAO enzyme in the submicromolar (1a, 2c, 2d) to low nanomolar range (2a) and were effective against WT and multidrug-resistant trypanosome strains (B48, AQP1-3 KO) in the submicromolar range. Good selectivity (SI > 29) over mammalian HEK cells was observed.https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2021.113470

Descubrimiento y estudio farmacológico de sales de fosfonio derivadas del 4-hidroxifenilo con actividad en un modelo murino de leishmaniasis visceral

We report the discovery of new 4-hydroxyphenyl phosphonium salt derivatives active in the submicromolar range (EC50 from 0.04 to 0.28 μM, SI > 10) against the protozoan parasite Leishmania donovani. The pharmacokinetics and in vivo oral efficacy of compound 1 [(16-(2,4-dihydroxyphenyl)-16 - oxohexadec yl)triphenylphosphonium bromide] in a mouse model of visceral leishmaniasis were established. Compound 1 reduced the parasite load in spleen (98.9%) and liver (95.3%) of infected mice after an oral dosage of four daily doses of 1.5 mg/kg. Mode of action studies showed that compound 1 diffuses across the plasma membrane, as designed, and targets the mitochondrion of Leishmania parasites. Disruption of the energetic metabolism, with a decrease of intracellular ATP levels as well as mitochondrial depolarization together with a significant reactive oxygen species production, contributes to the leishmanicidal effect of 1. Importantly, this compound was equally effective against antimonials and miltefosine-resistant clinical isolates of Leishmania infantum, indicating its potential as antileishmanial lead.https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.9b00998

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