La quimioterapia del cáncer tiene algunos inconvenientes como son: la falta de selectividad ya que se afectan tanto células tumorales como células sanas, en particular, aquellas que se dividen rápidamente como las del folículo piloso, del tracto gastrointestinal y la médula ósea con la consecuencia de severos efectos secundarios que dependerán tanto del fármaco como del paciente; además la efectividad del tratamiento dependerá de la naturaleza del cáncer ya que no existe un fármaco efectivo contra todos los tipos de cáncer y otro punto, no menos importante, es la resistencia que han desarrollado algunos tipos de cáncer a los quimiterápicos empleados. Por todo lo anterior es necesario continuar desarrollando fármacos que permitan superar estos y otros inconvenientes. Bajo este enfoque hemos desarrollado durante los últimos años derivados de tiazolo[5,4-b]quinolina que son compuestos tricíclicos, análogos bioisostéricos de las acridinas por substitución de un anillo benceno por un anillo de tiazol. La determinación de sus propiedades citotóxicas en líneas celulares tumorales humanas in vitro, así como la evaluación de sus propiedades intercalantes en ADN y de sus propiedades inhibitorias de la topoisoemerasa II nos indican que estos compuestos pueden ser considerados como potenciales antitumorales. En particular, hemos estudiado el patrón de monosustitución en el anillo de anilina de las 9-anilinotiazolo[5,4-b]quinolinas pero ahora pretendemos estudiar la influencia de la disustitución en dicho anillo sobre la actividad citotóxica, además pretendemos variar la fusión tiazol-quinolina de [5,4-b] a [4,5-b] con el fin modificar las propiedades conformacionalesy electrónicas de este tipo de tricíclicos que sabemos que están asociadas a sus propiedades biológicas. Otro compuestos, también ya investigados por nuestro grupo de trabajo, son los derivados de 3H-imidazo[4,5-b]quinolina que han mostrado regular actividad citotóxica, pero que ahora pretendemos también modificar sus propiedades electrónicas con el objeto de incrementar su actividad biológica, y lo cual haremos mediante la incorporación de un sustituyente que polariza sensiblemente la densidad electrónica en el anillo. Además de la evaluación de la actividad citotóxica de los nuevos compuestos se realizarán ensayos de intercalación al ADN, inhibición de la ADN-topoisomerasa I, determinación de daño celular mediante la técnica de TD-PCR (terminal transferase dependent PCR) y análisis del proteoma de las células tratadas con los derivados más citotóxicos. Todo esto último con el fin de determinar un posible mecanismo de acción que permita identificar, de manera más precisa, la posible diana biológica de los derivados de tiazoloquinolina e imidazoquinolina, según sea el caso. En este proyecto participarán 2 profesores de carrera de dos departamentos académicos (Bioquímica, Farmacia) así como un profesor definitivo de una institución externa, 1 técnico académico (Departamento de Biología), tres estudiantes de licenciatura, tres de maestría y uno de doctorado.

De acuerdo a nuestros estudios computacionales la orientación del vector del momento dipolar, partiendo de la parte central del anillo tricíclico hacia el anillo de anilina, correlaciona con la actividad biológica, entonces, en principio, si mantenemos dicha orientación se logrará tener actividad citotóxica. Se propone la preparación de compuestos disustituidos en el anillo de anilina debido a que se desconoce como este factor estructural influye en la actividad citotóxica, sobre todo considerando que algunos análogos ya utilizados en la clínica presentan dicho patrón de sustitución y son muy bioactivos. De acuerdo a nuestros estudios aquellos compuestos con grupos o átomos electronegativos en la posición 3' del anillo de anilina favorecen la actividad citotóxica. Entonces, manteniendo dicho tipo de sustituyentes pero alternando ya sea en las posiciones 3' y 4' ó 3' y 5' esperamos tener una variación en la actividad biológica. Por otra parte, sabemos que el sustituyente en la posición 2' de la anilina afecta la disposición espacial de este anillo y que esto no es favorable para la actividad, sin embargo, también debemos estudiar aquellos compuestos que muestran la relación 2'/3' para determinar cómo afecta esta relación la orientación del momento dipolar y en consecuencia la actividad biológica. Adicionalmente a lo expuesto y tomando en cuenta que la conectividad es un parámetro de suma importancia en la determinación de la relación estructura-actividad, ha surgido el interés de estudiar sistemas tricíclicos derivados de tiazoloquinolina invirtiendo la conectividad en la fusión del anillo de tiazol con la quinolina. Esto es cambiando de derivados tiazolo[5,4-b]quinolina a tiazolo[4,5-b]quinolina, determinando así mismo su actividad citotóxica en líneas celulares tumorales. Esta parte de la investigación resulta muy atractiva tanto desde el punto de vista sintético como de la actividad citotóxica. En el primer caso no se encuentra descrita en la literatura alguna metodología para obtener el núcleo tricíclico de tiazolo[4,5-b]quinolina, por otra parte la fusión tiazol-quinolina inversa origina compuestos en los que el átomo de azufre está cercano al anillo de anilina y la posible repulsión electrónica causada por el azufre quizá afecte la conformación del anillo de anilina y en consecuencia la actividad biológica. Un tipo de compuestos relacionados con las tiazoloquinolinas son sus análogos, las imidazo[4,5-b]quinolina y dado que se observó que también el valor energético del LUMO afecta la actividad citotóxica (a menor energía del LUMO, mayor actividad citotóxica) se propone la incorporación de grupos electroatractores enla posición 2 del anillo tricíclico para disminuir el valor energético del LUMO. Esto afectaría la magnitud y orientación del momento dipolar, que como ya se mencionó, afecta la actividad citotóxica. Para ello se propone la incorporación de grupos electroatractores o electrodonadores que provoquen una disminución en la magnitud del momento dipolar y, como ya se mencionó, la dirección del mismo sea ortogonal al núcleo tricíclico. Además, se sabe que algunos compuestos muestran una asociación entre sus altos puntos de fusión y su baja solubilidad acuosa, y que esto a su vez depende de la formación de puentes de hidrógeno intermoleculares por lo que se propone la incorporación, en la posición 3, de grupos alquílicos que bloqueen la formación de dichos fuerzas de atracción, lo que provocaría el abatimiento del punto de fusión y en consecuencia se esperaría una mayor solubilidad en medio acuoso. Una etapa posterior podría llevar a la incorporación de grupos alquílicos con otros grupos funcionales (aminas terciarias por ejemplo) que pueden afectar en la solubilidad y/o actividad citotóxica. Propuesta de estudios del blanco de tiazolo[5,4b]quinolinas (TZQ) en líneas de células tumorales humanas que media la citotoxicidad de estos fármacos potenciales. Los resultados obtenidos a la fecha no apoyan la idea de que el blanco molecular in vivo de los derivados citotóxicos de TZQ sea la DNA topoisomerasa II. Por otro lado, las TZQ no resultaron inhibidores efectivos de las DNA polimerasas in vitro. Por lo tanto, se requiere encontrar otro posible blanco molecular para estos fármacos, lo que ayudaría a orientar el diseño de nuevas estructuras con mayor potencial terapéutico. Se plantean tres líneas de trabajo: A) Mediante la técnica de TD-PCR (terminal transferase dependent PCR se buscaría cuantificar la magnitud de los daños al DNA que pudieran inducirse por la administración de TZQ a los cultivos. B) Si lo anterior resulta cierto, explorar si la DNA topoisomerasa I pudiera ser el blanco de estos compuesto, para lo cual se evaluará la inhibición de la actividad de esta enzima in vitro por diversas TZQ, para determinar si hay correlación entre la citotoxicidad y la inhibición de esta enzima. C) Analizar el proteoma de las células tratadas con TZQ altamente citotóxicas para identificar manchas de proteína que cambien notoriamente como consecuencia del tratamiento. Esta estrategia busca identificar algunas de estas proteínas, con la esperanza de que su función nos oriente sobre los cambios fisiológicos que se están disparando como resultados de la administración de las TZQ, lo que permitiría plantear ideas más concretas sobre el mecanismo que media la muerte celular en los cultivos. Esto nos permitiría plantear posibles blancos moleculares a estudiar. Todo este estudio implica obtener sustancias que sean bastante activas en estudios de citotoxicidad in vitro para su posterior evaluación in vivo, y que las sustancias más activas de estos ensayos muestren una mayor actividad hacia las células tumorales que hacia las células normales. Esto último lo hemos podido establecer en evaluaciones in vitro, siendo cuatro veces más activos los nuevos compuestos sobre células tumorales que sobre células normales. Otra contribución que considero importante es la formación de recursos humanos (estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado) en esta área de la Farmacia que es el diseño racional de nuevos fármacos.