[eng] This PhD thesis entitled “Squaramide-Based Self-Immolative Spacers for Drug
Delivery” describes the development of squaramide spacers able to undergo triggereddisassembly for the release of bioactive compounds.
As a starting point, we synthesised a small collection of squaramate esters to study
their hydrolytic stability in biologically simulated conditions. These compounds bear
different side chains with chemical functionalities that may assist the hydrolysis or
cyclization reaction. The kinetic study has permitted to find that the propanediamino
and the ethyl sulphur side chains successfully undergo the cyclization reaction
releasing ethanol as the leaving group.
Based on the results found for squaramate ester derivatives, we designed and
synthesized squaramide-based self-immolative models bearing amines as the leaving
group. We explored both anilines and aliphatic amines to this purpose. The kinetic
study revealed that the rate of disassembly was strongly dependent on the pH and the
nucleofugacity of the leaving group. Henceforth the release of anilines was faster than
n-butylamine. Additionally, N-methylated models showed faster cyclization rates and
better aqueous solubility. Overall, the most suitable squaramide-based self-immolative
linker should present the following key features: 1) Propanediamino chain as the
nucleophile 2) Aniline as the chemical nature of the leaving group or cargo 3) Nmethylation of the squaryl ring.
As proof of concept, we applied the optimised design in the synthesis of a prodrug. We
selected the p-nitrobenzyl carbamate residue as the trigger group and
phenylenediamine mustard as the active drug. The disassembly process was
enzymatically triggered by a nitroreductase using NADH as the reductive agent. We
tested the biological activity of the prodrug against glioblastoma cancer cells. The
clonogenic assay performed with LN229 cells showed that the treatment with the
parent mustard drug had no effect on the cell growth but, when treated with the
mustard prodrug, we could observe the significant decrease in the survival factor
(down to 24 %). This result was outstanding since the treatment with temozolomide, a
common antitumor agent used in the treatment of brain cancer, showed a survival
factor of 58 %.
[spa] Esta tesis, titulada “Espaciadores Autoinmolativos de base Escuaramida para la
Administración de Fármacos” describe el desarrollo de espaciadores derivados de
escuaramida capaces de desensamblarse para liberar compuestos bioactivos.
En primer lugar, se han sintetizado una colección de escuaramato ésteres y se ha
estudiado su estabilidad hidrolítica en condiciones fisiológicas. Estos compuestos
presentan diferentes grupos funcionales en la cadena lateral que pueden asistir la
reacción de hidrólisis o la ciclación. El estudio cinético ha permitido determinar que
los compuestos con cadenas de propandiamina y etilsulfuro son capaces de llevar a
cabo la reacción de ciclación, liberando etanol como grupo saliente.
En base a estos resultados, se han diseñado y sintetizado modelos autoinmolativos de
base escuaramida para el estudio de liberación de aminas como grupo saliente. Se han
considerado tanto anilinas como aminas alifáticas. Los estudios cinéticos han
demostrado la dependencia de la autoinmolación con el pH y la nucleofugacidad del
grupo saliente, encontrando velocidades de liberación mayores en anilinas respecto a
las aminas alifáticas. Así mismo, se ha observado que los modelos N-metilados
presentan cinéticas de liberación más rápidas y son más solubles en medio acuoso. De
estos estudios se determinan los atributos clave para el diseño de sistemas
autoinmolativos: 1) el uso de la cadena de propandiamina como nucleófilo 2) el uso de
anilinas como grupo saliente del compuesto de interés 3) N-metilación del nitrógeno
escuaramídico.
Como prueba de concepto, el módulo autoinmolativo optimizado se ha introducido en
la síntesis de un profármaco. Éste consta del p-nitrobencil carbamato como grupo
protector (gatillo) y un derivado de mostaza de nitrógeno como fármaco. El proceso de
autoinmolación se ha activado por efecto de la enzima nitroreductasa usando NADH
como agente reductor. La actividad biológica del profármaco y la mostaza se ha
probado frente a células cancerosas de glioblastoma mediante un ensayo clonogénico
con células LN229. Mientras que la mostaza no presenta efecto sobre la proliferación
celular, el profármaco reduce el factor de supervivencia del cultivo al 24 %. Este
resultado es muy significativo ya que, el ensayo con temozolomida, un antitumoral
comúnmente usado en el tratamiento de tumores cerebrales, presenta un factor de
supervivencia del 58 %.
Además de la línea principal de esta tesis, el estudio de los productos de
autoinmolación (cicloescuaramidas) ha llevado a la formación de cristales en agua. Se
ha visto cómo el grado de metilación influye en la formación de tres tipos de redes de
agua en la estructura: cintas, capas bidimensionales hexagonales y cadenas
monodimensionales.
[cat] Aquesta tesi, titulada “Espaiadors Autoimmolatius de base Esquaramida per a
l’Administració de Fàrmacs” descriu el desenvolupament d’espaiadors derivats
d’esquaramida capaços de desencadellar-se per alliberar composts bioactius.
En primer lloc, s’ha sintetitzat una col·lecció d’esquaramat èsters y s’ha estudiat la
seva estabilitat hidrolítica en condicions fisiològiques. Aquests composts presenten
diferents grups funcionals a la cadena lateral que poden assistir la reacció d’hidròlisi o
la ciclació. L’estudi cinètic ha permès determinar que els composts amb cadenes de
propandiamina i etilsulfur son capaços de dur a terme la reacció de ciclació alliberant
etanol como grup sortint.
En base a aquests resultats, s’han dissenyat i sintetitzat models autoimmolatius de base
esquaramida per a l’estudi d’alliberament d’amines como a grup sortint. S’han
considerat tant anilines como amines alifàtiques. Els estudis cinètics han demostrat la
dependència de l’autoimmolació amb el pH i la nucleofugacitat del grup sortint,
trobant velocitats d’alliberament majors per anilines respecte les amines alifàtiques.
Així mateix, s’ha observat que els models N-metilats presenten cinètiques
d’alliberament més ràpides i son més solubles en medi aquós. D’aquests estudis es
conclouen els atributs clau per al disseny de sistemes autoimmolatius: 1) l’ús de la
cadena de propandiamina com a nucleòfil 2) l’ús d’anilines como grup sortint del
compost d’interès 3) N-metilació del nitrogen esquaramídic.
Com a prova de concepte, el mòdul autoimmolatiu optimitzat s’ha introduït a la
síntesis d’un profàrmac. La seva estructura consta del p-nitrobenzil carbamat com a
grup protector (gallet) i un derivat de mostassa de nitrogen com a fàrmac. El procés
d’autoimmolació s’ha activat mitjançant l’acció de l’enzim nitroreductasa fent servir
NADH com agent reductor. L’activitat biològica del profàrmac i de la mostassa s’ha
provat front cèl·lules canceroses de glioblastoma mitjançant un assaig clonogènic amb
cèl·lules LN229. Mentre que la mostassa no presenta efecte sobre la proliferació
cel·lular, el profàrmac redueix el factor de supervivència del cultiu al 24 %. Aquest
resultat és molt significatiu ja que, l’assaig amb temozolomida, un antitumoral molt
usat en el tractament de tumors cerebrals, presenta un factor de supervivència del 58
%.
A més de la línia principal d’aquesta tesi, l’estudi dels productes d’autoimmolació
(cicloesquaramides) ha dut a la formació de cristalls en aigua. S’ha vist com el grau de
metilació influeix en la formació de tres tipus de xarxes d’aigua a l’estructura: cintes,
capes bidimensionals hexagonals y cadenes monodimensionals.