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Type: Tese
Title: O primeiro estudo amplo da relação estrutura-atividade do benznidazol: atividades in vitro e in vivo contra Trypanosoma cruzi e na enzima nitroredutase
Author(s)/Inventor(s): Menozzi, Cheyene Almeida Celestino
Advisor: Boechat, Nubia
Co-advisor: Castelo Branco, Frederico Silva
Abstract: A doença de Chagas, causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi, continua sendo um desafio significativo para a saúde pública, especialmente devido às limitações dos tratamentos disponíveis. O benznidazol (BZN) é atualmente o único fármaco utilizado no Brasil para o tratamento da doença e, apesar de suas restrições, continua sendo a melhor alternativa terapêutica, conforme evidenciado em estudos clínicos recentes. Seu mecanismo de ação bem estabelecido e sua eficácia consolidada o tornam um protótipo valioso para o desenvolvimento de novas moléculas. Neste contexto, este trabalho propôs a síntese e avaliação de 27 derivados do BZN, buscando otimizar sua atividade anti-T. cruzi e realizar um estudo preliminar de relação estrutura-atividade (SAR), ainda não explorado e documentado na literatura. Os derivados foram obtidos através de uma rota sintética simples e de baixa custo, composta de duas etapas realizadas através do sistema one-pot. As predições in silico indicaram propriedades físico-químicas e farmacocinéticas favoráveis, incluindo boa solubilidade aquosa, excelente potencial de absorção gastrointestinal e conformidade com os principais critérios de drug-likeness. A atividade biológica foi determinada por meio de ensaios in vitro contra formas intracelulares do parasito (cepa Tulahuen) e tripomastigotas sanguíneos (cepa Y), além da citotoxicidade nas células L929. Nove compostos demonstraram maior potência e seletividade do que o BZN (EC50 = 2,52 ± 0,60 μM) contra a forma intracelular do parasito, com destaque para os três compostos mais potentes, cujos EC50 variaram de 1,01 a 2,52 μM. Todos apresentaram CC50 > 200 μM, indicando alto índice de seletividade e ausência de citotoxicidade até a concentração máxima testada, evidenciando um perfil de segurança favorável. Contra tripomastigotas sanguíneos, 8 dos 17 compostos testados apresentaram EC50 inferiores ao do BZN (5,8 μM), variando de 2,37 a 5,18 μM. A avaliação in vitro na enzima nitroredutase (TcNTR) classificou nove derivados como substratos artificiais. As taxas de conversão enzimática, expressas em relação ao BZN (100%), foram iguais ou superiores a esse valor para oito compostos, reforçando a hipótese de envolvimento dessa via no mecanismo de ação. A análise de relação estrutura-atividade (SAR) permitiu a identificação de padrões estruturais que favorecem a atividade anti-T. cruzi, sugerindo possíveis direções para o desenvolvimento de novos compostos. Cinco dos derivados mais promissores foram avaliados in vivo, e o composto N-(2-metilbenzil)-2-(2-nitro-1Himidazol-1-il)acetamida foi capaz de reduzir 100% da parasitemia e garantir 100% de sobrevivência dos animais testados. Esses achados reforçam o potencial dessas moléculas como candidatos promissores para o desenvolvimento de novos agentes antichagásicos.
Abstract: Chagas disease, caused by the protozoan Trypanosoma cruzi, remains a significant public health challenge, particularly due to the limitations of current treatments. Benznidazole (BZN) is currently the only drug used in Brazil for the treatment of the disease and, despite its limitations, remains the best therapeutic alternative, as evidenced by recent clinical studies. Its well-established mechanism of action and consolidated efficacy make it a valuable prototype for the development of new molecules. In this context, this work proposed the synthesis and evaluation of 27 BZN derivatives, aiming to optimize their anti-T. cruzi activity and to carry out a preliminary structure–activity relationship (SAR) study, which has not yet been explored or documented in the literature. The derivatives were obtained through a simple and low-cost synthetic route, consisting of two steps performed using a one-pot system. In silico predictions indicated favorable physicochemical and pharmacokinetic properties, including good aqueous solubility, excellent gastrointestinal absorption potential, and compliance with major drug-likeness criteria. Biological activity was determined through in vitro assays against intracellular forms of the parasite (Tulahuen strain) and bloodstream trypomastigotes (Y strain), as well as cytotoxicity in L929 cells. Nine compounds exhibited greater potency and selectivity than BZN (EC50 = 2.52 ± 0.60 μM) against the intracellular form of the parasite, with three of them standing out as the most potent, showing EC50 values ranging from 1.01 to 2.52 μM. All compounds showed CC50 > 200 μM, indicating a high selectivity index and no cytotoxicity up to the maximum concentration tested, highlighting a favorable safety profile. Against bloodstream trypomastigotes, 8 of the 17 compounds tested showed EC50 values lower than BZN (5.8 μM), ranging from 2.37 to 5.18 μM. The in vitro evaluation on the nitroreductase enzyme (TcNTR) classified nine derivatives as artificial substrates. Enzymatic conversion rates, expressed relative to BZN (100%), were equal to or higher than this value for eight compounds, reinforcing the hypothesis of this pathway's involvement in the mechanism of action. The SAR analysis enabled the identification of structural patterns that enhance anti-T. cruzi activity, suggesting potential directions for the development of new compounds. Five of the most promising derivatives were evaluated in vivo, and the compound N-(2-methylbenzyl)-2- (2-nitro-1H-imidazol-1-yl)acetamide was able to reduce parasitemia by 100% and ensure 100% survival of the treated animals. These findings reinforce the potential of these molecules as promising candidates for the development of new anti-Chagas agents.
Keywords: Antiparasitários
Doença de Chagas
Tratamento farmacológico
Benznidazol
Compostos orgânicos
Nitrorredutases
Citotoxicidade
Relação estrutura-atividade
Simulação por computador
Técnicas in vitro
Subject CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::FARMACOLOGIA::FARMACOLOGIA BIOQUIMICA E MOLECULAR
Program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Farmacologia e Química Medicinal)
Production unit: Instituto de Ciências Biomédicas
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: 7-May-2025
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Citation: Menozzi, Cheyene Almeida Celestino ; Andrade, Nubia Boechat, orient. O primeiro estudo amplo da relação estrutura-atividade do benznidazol: atividades in vitro e in vivo contra Trypanosoma cruzi e na enzima nitroredutase. Rio de Janeiro : UFRJ, 2025. 511 f. Tese (doutorado) - Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Ciências Biomédicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Farmacologia e Química Medicinal), 2025-05-07.
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