Investigación químico-farmacéutica de agentes antimicrobianos

Este proyecto interdisciplinario comprende la síntesis de nuevos agentes antimicrobianos, particularmente antimicrobianos flourquinolónicos (AMFQ) y compuestos estructuralmente relacionados, y la evaluación de sus propiedades específicas. En etapas previas se prepararon varios derivados y entre ellos se seleccionaron los de la serie que poseía el grupo sulfanililpiperacinil en posición 7 del anillo quinolónico. Estas moléculas exhiben una interesante actividad cuando se evalúa la potencia antimicrobiana in vitro (CIM), por lo que se está avanzando en el estudio de su actividad in vivo. Estos AMFQ son absorbidos por vía oral (estudios en ratas) y actualmente el Laboratorio esta estudiando su toxicidad y farmacocinética como parte de un trabajo en colaboración con nuestro grupo. La actividad in vitro (CIM) de los AMFQ esta determinada en parte por la cinética de ingreso a la bacteria y en parte por la actividad intrínseca del compuesto frente a lo topoisomerasa. En consecuencia, se está estudiando la cinética de captación de los AMFQ por las bacterias, en una variedad de condiciones experimentales, con el objeto de obtener un mejor conocimiento de su mecanismo de acción. Paralelamente se están planificando los experimentos para medir la capacidad de inhibir la topoisomerasa. Por otro lado, se estudian las propiedades físico-químicas de los nuevos AMFQ, consideradas relevantes para interpretar su comportamiento biológico. Hasta el presente han sido determinados los perfiles solubilidad-ph de algunos compuestos modelos y se estudiaron las propiedades hidrofílicas-lipofílicas de una variedad de AMFQs zwitteriónicos y no zwitteriónicos. Se continuará profundizando sobre estos puntos y con la determinación de otras propiedades de interés farmacéutico, tanto en estado sólido como en solución. Sobre la base de los anteriores resultados, se han elaborado algunas hipótesis e trabajo que condujeron a la síntesis de nuevas estructuras, cuyas propiedades antibacterianas y antimicobacterianas están siendo evaluadas. Se han sintetizado, también, complejos de AMFQ metales al estado sólido, los que exhiben interesantes propiedades farmacéuticas. Se está avanzando sobre la confirmación de sus estequiometrías y otras propiedades físico-químicas de interés biofarmacéutico.

Estudios de compuestos heterocíclicos y modificaciones químicas de membranas con fines farmacéuticos 4127

Teniendo en cuenta las propiedades bactericidas y tripanosas de algunos de los derivados sintetizados en nuestro laboratorio, se continuará con la obtención de nuevos derivados naftoquinónicos con sustituyentes hetericíclicos, derivados del isoxazol y del pirazol. A los compuestos obtenidos se le estudiarán sus propiedades físico-químicas y su estabilidad, tanto en solución como en estado sólido. Por otro lado se prepararán y caracterizarán membranas de polisacáridos naturales o semisintéticos con el objeto de obtener materiales farmacéuticos con propiedades especiales. Los estudios comprenderán: I. Síntesis de nuevos análogos nitrogenados de naftoquinonas. Se obtendrán derivados con sustituyentes carboxílicos, y con la posterior formación de sales se intentarán mejorar las propiedades hidrofílicas de derivados de isoxazolilnaftoquinonas. Se continuará con la síntesis de las pirazolilnaftoquinonas. II. Estabilidad de isoxazolilnaftoquinonas. Se realizarán estudios hidrolíticos, utilizando espectrofotometría UV-visible y cromatografía líquida de alta presión, y térmicos, por DSC, TG y DTA, a diversas isoxazolilnaftoquinonas con finalidad de establecer las mejores condiciones para su formulación. III. Se aplicarán los conceptos de QSAR a fin de establecer los parámetros que mejor se correlacionen con la actividad biológica. También se determinarán las modificaciones moleculares que incrementen la actividad biológica mediante cálculos utilizando métodos semiempíricos. IV. Preparación de membranas asimétricas de polisacáridos naturales o semisintéticos y sus modificaciones químicas. Estas investigaciones comprenderán cuatro etapas: 1- preparación de membranas; 2- reacciones de superficie; 3- estudios de liberación de los principios activos en diferentes medios; 4- caracterización de las membranas.

Estudio de las propiedades dieléctricas y ópticas de películas de sólidos moleculares sobre sustratos de diversa naturaleza

El tema de investigación propuesto en el presente proyecto es el estudio de las propiedades dieléctricas y ópticas de películas de sólidos moleculares formadas a partir de compuestos derivados del bifenilo, con halógenos como sustituyentes. Se analizará el comportamiento de bis (4 cloro fenil) sulfona y 4-4' dicloro benzofenona comparativamente con fenil sulfona y benzofenona. Se continuará con otros compuestos, variando la posición y naturaleza de los sustituyentes. Se utilizarán sustratos de naturaleza metálica como plata y oro, y dióxido de titanio. Se analizarán efectos específicos de la orientación cristalina de la superficie del sustrato. Una de las motivaciones del presente proyecto es la diversidad de aplicaciones prácticas de estas películas en el campo de la contaminación ambiental, la optoelectrónica y la industria farmacéutica. Efectivamente la actividad biológica y toxicidad de compuestos bifenílicos clorados está directamente relacionada con la conformación molecular y la movilidad relativa de los anillos bencénicos entre sí. Por otra parte muchos de estos compuestos presentan respuestas ópticas no lineales lo cual los hace atractivos para su utilización en el diseño de instrumental optoelectrónico. Además el estudio de estos compuesto presenta interés académico en el campo de la Física del Estado Sólido. En la elaboración de modelos teóricos es importante el conocimiento de los mecanismos a través de los cuales las distintas contribuciones de las fuerzas intramoleculares, intermoleculares y de interacción con el sustrato determinan la estructura del sólido molecular. (...) El objetivo general del presente proyecto es lograr controlar la estructura de películas de compuestos derivados del bifenilo variando las condiciones de trabajo. Específicamente se pretende determinar las condiciones experimentales bajo las cuales son energéticamente más estables las diferentes fases que se observan en estos compuestos. A su vez se intentará determinar los cambios en sus propiedades dieléctricas y ópticas y la toxicidad variando diversos parámetros experimentales con fines prácticos. Por otra parte, con el conocimiento del comportamiento de estas películas aportará información para la elaboración de modelos teóricos que expliquen los mecanismos involucrados en la competencia de los diversos tipos de interacciones que determinan las diferentes estructuras.

Estudio básico y aplicado de polímeros elastómeros mediante la Técnica de Resonancia Magnética Nuclear (RMN)

Los polímeros son materiales que poseen una variedad muy grande de aplicaciones. Por esta razón, el estudio de sus propiedades físicas y químicas resulta de gran interés. Un polímero es una macromolécula cuyo peso molecular puede llegar a varios millones de umas. Mediante la selección de el o los monómeros y de su secuenciamiento en el proceso de polimerización (microestructura del polímero), se puede lograr que el material tenga propiedades predeterminadas. Es posible, entonces, encontrar o desarrollar polímeros para las más variadas aplicaciones: elásticos, rígidos, resistentes a la temperatura, conductores, aisladores, inertes, etc. (...) La Resonancia Magnética Nuclear (RMN) de alta resolución es una de las técnicas más poderosas para la caracterización de los polímeros, brindando información sobre la microestructura y la dinámica de estas macromoléculas, tanto cuando se encuentran en estado sólido como cuando están disueltas en soluciones líquidas. El entendimiento de la microestructura de un polímero es de interés porque ella está íntimamente relacionada con las propiedades macroscópicas del material. Por otra parte, la microestructura de un polímero depende del proceso de polimerización utilizado y en consecuencia, es posible obtener información sobre los mecanismos de reacción química que ocurren durante su síntesis, dentro de los reactores de polimerización. NMR permite, también, obtener información detallada sobre la dinámica de los polímeros. La gran longitud de los polímeros hace que su dinámica molecular sea sumamente compleja. Sin embargo, mediante el empleo de secuencias de pulsos particulares y mediciones de los tiempos de relajación característicos de los espines nucleares, se obtiene información sobre la dinámica de la macromolécula, de los segmentos que la componen y de los grupos colgantes que pueda poseer. Objetivos Generales y Específicos El trabajo a realizar en el período correspondiente al subsidio solicitado, es la continuación de las investigaciones comenzadas en septiembre de 1995. Se avanzará en el entendimiento de los elastómeros que se están estudiando actualmente. El estudio abarca los elastómeros sin tratamientos térmicos y con tratamientos térmicos (vulcanizados).

Estudio de efectos moleculares en polímeros, copolímeros y oligómeros

El tema de investigación en desarrollo se enmarca en la Física del Estado Sólido, estudiando las propiedades estáticas y dinámicas en sólidos moleculares empleando las técnicas de Resonancia Magnética Nuclear (RMN), la Resonancia Cuadrupolar Nuclear (RMN) y del Calor Específico. El plan de trabajo contempla la formulación de los formalismos teóricos, pertinentes al tema de investigación, a los efectos de dar una explicación de los fenómenos físicos observados. La familia de polímeros estudiados la constituyen los polioligómeros; éstos están formados por cadenas de polímeros entrecruzadas por otros polímeros. Estos compuestos presentan una estructura "tipo caucho". Entre los fenómenos físicos de interés se encuentran los de tipo estático y los dinámicos. De los fenómenos estáticos nos interesa, en particular, dar una respuesta sobre los distintos polimorfismos y los distintos mecanismos de estructuración de agua. Del conjunto de fenómenos dinámicos nos interesan los movimientos de grupos moleculares, la propagación de movimientos reptantes de baja frecuencia, los puente hidrógeno, las transiciones de fase, etcétera. Los compuestos bajo estudio son los polioligómeros de sacarosa entrecruzada con 1-4bunedioldiglycidilether y puede estructurar agua como hidrogel hasta 30 veces su volumen. La primera etapa de este proyecto consistió en la caracterización del compuesto mediante RMN de 13C. Esto permite la identificación de los distintos grupos moleculares que lo componen y por lo tanto, determinar una relación cuantitativa de polímero y entrecruzante. A los efectos de estudiar los mecanismos de estructuración de agua, se realizará una hidratación progresiva del compuesto con agua pesada (2H2O) midiendo la RMN de deuterio (2H). Esto permite separar la señal proveniente de las moléculas de agua de los hidrógenos (1H) de las cadenas de polímeros. Los parámetros de la RMN a medir son forma de línea de resonancia del 2H, tiempo de relajación espín-espín (T2) y distintos experimentos con desacople 1H-2H, todos en función de la temperatura. Los efectos dinámicos se estudiarán principalmente mediante el comportamiento en función de la temperatura, de los tiempos de relajación. A saber, tiempo de relajación espín-red (T1) y tiempo de relajación en el sistema rotante (T1r). De estos estudios se podrá determinar el tipo de estructuración y grado de movilidad. También se prevé construir un nuevo cabezal de RMN para medir difución del agua.

Preformulación y formulación de nuevas drogas. Primera parte: Antimicrobianos fluoroquinolónicos (AMFQs)

Las fluoroquinolonas constituyen una familia de antimicrobianos que, desde su introducción en terapéutica, han demostrado propiedades anti-infecciosas que los hacen insustituibles en el tratamiento de numerosas patologías. El presente proyecto forma parte de un plan interdisciplinario de trabajo que comprende: 1) la síntesis y el estudio de actividad antimicrobiana de nuevos AMFQs; 2) el comportamiento farmacocinético de nuevas moléculas en animales de laboratorio; 3) el estudio de propiedades fisicoquímicas de los AMFQs; y 4) la preparación de derivados, sales y complejos de los AMFQs de interés farmacocinético. Como parte del trabajo realizado en nuestro laboratorio hemos logrado obtener, al estado sólido, complejos entre AMFQs zwiteriónicos y el catión aluminio (Al+3) que responden a la fórmula: (CI-+HAMFQ)3Al. Estos complejos AMFQ-Al pueden ser de interés en la formulación de constituyentes farmacéuticos sólidos de los mencionados antimicrobianos ya que exhiben una alta solubilidad en agua y, por ende, una alta velocidad de disolución. Este factor puede contribuir tanto a mejorar la biodisponibilidad de formas farmacéuticas orales cuanto a ampliar las posibilidades de formulación; constituyendo el estudio de este aspecto el eje de esta investigación. En coherencia con lo expuesto, nos proponemos como objetivos: 1) completar la caracterización física y química de los complejos al estado sólido; 2) consolidar el método de preparación de modo que pueda realizarse a mayor escala y en forma paralela desarrollar los estudios de preformulación, formulación de comprimidos y de cápsulas y la evaluación de la biodisponibilidad y toxicidad de los nuevos complejos en tales formulaciones; 3) evaluar las ventajas y/o desventajas de la formulación bajo la forma de complejos en relación con las ya existentes. En lo metodológico, cabe señalar que se prevé la utilización de métodos químicos para preparar complejos AMFQ-Al al estado sólido de norfloxacina, ciprofloxacina y ofloxacina. Asimismo, para establecer la estequimetría y caracterizar su estructura se emplearán métodos analíticos mediante los cuales se extraerá información preliminar que luego será complementada con métodos espectroscópicos, análisis térmico y microscopía electrónica.

Las ciclodextrinas y su utilización en Química Farmacéutica

Se conocen una serie de derivados naftoquinónicos los cuales poseen propiedades tripanosidas, bactericidas y antineoplásicas. Desafortunadamente estos compuestos presentan una muy baja solubilidad en agua, la cual es de 3-4 órdenes de magnitud inferior a la concentración mínima necesaria para la formulación de soluciones parentales utilizadas en estudios clínicos. Además este es también un factor limitante para la realización de estudios in vitro a algunos de estos derivados. Para revertir esta situación se intentará la la formación de complejos de inclusión con ciclodextrinas, ya que en la literatura se encuentra una gran cantidad de antecedentes respecto al aumento de la solubilidad en agua de diversas drogas mediante la utilización de ciclodextrinas. Los estudios comprenderán: 1. Formación de complejos de inclusión. a. En solución. Se intentará la formación de complejos entre la 2-hidroxi-N-(3,4-dimetil-5-isoxazolil) -1, 4-naftoquinona-4-imina con la 2-hidroxi-N-(5-metil-3-isoxazolil)-1,4- naftoquinona-4-imina con la 2-hidroxipropil-b-ciclodextrina. Se analizará el efecto que produce la encapsulación molecular sobre la solubilidad acuosa y la estabilidad. b. En estado sólido. Se prepararán complejos de inclusión sólidos, los cuales se caracterizarán por métodos de análisis térmicos y por IR. 2. HPLC utilizando soluciones acuosas de Ciclodextrinas como fase móvil. Se analizará el efecto que ejerce, sobre la separación de ácido acetilsalicílico y ácido salicílico, la adición de ciclodextrinas a la fase móvil de un sistema de HPLC, con el objeto de encontrar un método de análisis rápido y sencillo para muestras comerciales de AAs.

Adecuación de catalizadores zeolíticos para su aplicación en síntesis de productos químicos finos y catálisis ambiental

La catálisis es la ciencia estratégica por excelencia ya que de ella depende todo el desarrollo de la industria. Si se analiza toda la química y la petroquímica en el mundo se verá que el impacto de ésta alcanza al 50 % en ahorro de material, energía y disminución de sustancias peligrosas para el ambiente. En catálisis heterogénea se emplean materiales sólidos o productos químicos sólidos que poseen un elevado valor de mercado en función de su especificidad. La preparación de dichos materiales involucra principalmente la química del estado sólido y fenómenos de adhesión, gas-sólido y líquido-sólido. Asimismo, presentan una textura complicada y un área superficial bien desarrollada cuya manufactura implica la química coloidal y varios fenómenos de interfase relacionados con la adición, difusión y procesos de movilidad en los sólidos o en sus superficies. Algunos científicos consideran que hacer un catalizador, además de ser una ciencia, es un arte. En este sentido, preparar catalizadores con elevada actividad, selectividad y prolongada vida útil, requiere incrementar el conocimiento de las bases científicas para el desarrollo de diferentes métodos de preparación así como también atender a la actividad inherente a sus componentes (composición química), la estructura física del catalizador, la resistencia mecánica (estabilidad) y las condiciones operativas de la reacción. En función de lo antedicho, cabe señalar que los objetivos de esta investigación son: adecuar y modificar catalizadores zeolíticos selectores de forma según la necesidad del proceso a encarar; y aplicarlos a reacciones de síntesis de productos químicos finos y especialidades, y a procesos catalíticos que involucren el mejoramiento de la calidad del medio ambiente. Para la realización de este plan de trabajo se estudiará el efecto de las condiciones de intercambio en el desarrollo de catalizadores con funciones activas del tipo protónico, amonio, Zn, Ga, Mn, Ni, PB, Mo, Cu, W. También, se tendrá en cuenta su caracterización fisicoquímica y aplicación en reacciones de química fina y catálisis ambiental, tales como: sustitución de aromática electrofílica de anilina con metanol; transalquilación de naftaleno con mesitileno; oxidación de 2 metil naftaleno hacia 2 metil 1,4 naftoquinona (vitamina K3); transformación de residuos plásticos (polietileno, polipropileno y copolimero etileno-polipropileno) en hidrocarburos aromáticos; relación naturaleza sitio activo y actividad catalítica.

Diseño y Desarrollo de Drogas y Medicamentos Huérfanos

Nuestro grupo de investigación trabaja desde hace unos años en plantear soluciones a problemas de medicamentos con conflictos de disponibilidad. Esta situación generalmente está asocada a las enfermedades huérfanas (raras y olvidadas). Desde la investigación básica y aplicada se intenta lograr una interacción entre la Farmacoquímica y la Farmacoepidemiología, estrategia que justamente usa la industria farmacéutica cuando quiere desarrollar un nuevo medicamento. Esto nos ha permitido consolidar un grupo de investigación con la experiencia suficiente para encarar actividades de campo y experimentales. Para los primeros se utilizan métodos descriptivos cualitativos y cuantitativos, de observación y de intervención. Se trabaja en colaboración con los 14 Hospitales Públicos de la ciudad de Córdoba y con algunas clínicas privadas (6), con ANMAT y con las bases de datos de Agencias Oficiales de Medicamentos de países de referencia (EEUU y Europa), entre otros. A continuación, se analizan los factores que causan la “orfandad” de los medicamentos, la significancia clínica y el impacto sanitario, social y económico originado por su falta de disponibilidad. Respecto al diseño y desarrollo de nuevas entidades químicas farmacológicas, se decidió enfocar el estudio en fármacos para enfermedades huérfanas, principalmente las parasitarias (malaria, Chagas, leishmaniasis). Estas enfermedades son raras en países desarrollados y olvidadas o desatendidas en países pobres o menos desarrollados como el nuestro. En este sentido, se utilizan las metodologías propias de la Química Medicinal, como son el descubrimiento y optimización de prototipos. Se recurre a las estrategias más racionales actualmente utilizadas, como son el diseño y preparación de una quimioteca focalizada, su evaluación biológica, la identificación de líderes y su optimización utilizando la farmacomodulación, el diseño directo e indirecto asistido por computadoras y el estudio de las REA, QSAR y 3D-QSAR. La quimioteca actual está compuesta de derivados bencenosulfonilos de heterocíclicos, y cuenta actualmente con 105 compuestos, muchos de los cuales demostraron actividad antiparasitaria. La quimioteca se la diseñó utilizando la estrategia denominada "diseño de fármacos basada en fragmentos". La hipótesis es que tanto la fracción bencenosulfonilo como la heterocíclica han probado ser bioactivas. El objetivo general del proyecto es contribuir al mejoramiento de la salud humana, al avance científico y tecnológico y a la formación de recursos humanos por medio del diseño y desarrollo de Drogas y Medicamentos Huérfanos. Proponemos los siguientes objetivos específicos: 1) Incrementar el número de compuestos de la quimioteca de N-bencenosulfonilos de heterociclos. 2) Evaluar la actividad antiparasitaria in vitro. 3) Estudiar las propiedades del estado sólido de los derivados. 4) Usar la información adquirida en los puntos 1-3 para estudios de cribado virtual y mejorar la solubilidad de los compuestos seleccionados. 4) Continuar con los estudios farmacoepidmiológicos sobre medicamentos huérfanos o no disponibles en nuestro país, que retroalimenta y complementa los estudios farmacoquímicos. El proyecto presenta un impacto científico y socio-económico importante, ya que abarca varios aspectos de la problemática de medicamentos no disponibles o huérfanos, desde el diagnóstico de la situación en nuestro medio, pasando por la identificación de nuevas entidades químicas y el desarrollo de posibles soluciones para su transferencia a la industria. Esto se debe a su enfoque original (en academias) al plantearse la retroalimentación entre la farmacoquímica y la farmacoepidemiología. Esta experiencia es muy estimulante, el contacto con los profesionales del equipo de salud enriquece el intercambio de opiniones y la consolidación de proyectos multidisciplinarios, permitiendo abordar el problema de un modo integral.

Mejoramiento de insecticidas de banda verde por incorporación en ciclodextrinas, co-cristales y niosomas

La aplicación de agroquímicos para proteger granos y vegetales es una parte importante de los procedimientos corrientes en el manejo integrado de plagas ya que 20- 40% de la producción mundial potencial se pierde cada año por plagas, malezas y enfermedades. La necesidad de modificar la naturaleza química de los pesticidas para hacerlos más amigables con el ambiente llevó al desarrollo de un gran número de pesticidas clasificados como de banda verde, menos tóxicos, menos contaminantes y más selectivos que los tradicionales. Entre ellos se incluyen los insecticidas reguladores de crecimiento (IGR) seleccionados para este proyecto. Sin embargo, como compuestos orgánicos, tienen baja solubilidad acuosa lo que usualmente requiere de la formulación para su uso agrícola con otros vehículos como aceites o solventes que son contaminantes. Las regulaciones internacionales son cada vez mas estrictas en cuanto al uso de pesticidas por lo que es muy importante el desarrollo de tecnologías apropiadas para la utilización de compuestos de banda verde en los cultivos de la región. Nuestra propuesta se enfoca en generar formas alternativas (‘paquetes moleculares’ multi-componentes) de estos IGR que tengan mayor solubilidad acuosa que los compuestos no tratados, posibilitando su formulación en medio acuoso ambientalmente amigable. Las rutas elegidas comprenden la inclusión de los IGR dentro de sistemas nanoestructurados como la cavidad de ciclodextrinas (CDs), su incorporación en co-cristales y el encapsulado en niosomas. Las CDs son moléculas cíclicas biodegradables y no-tóxicas, formadas por unidades de glucosa. Los niosomas son vesículas microscópicas con un corazón acuoso encerrado por una membrana de surfactantes no iónicos que forman estructuras bicapa cerradas. Los co-cristales resultan de la interacción entre un compuesto y un co-formador con una estructura complementaria con el primero que permite la formación de enlaces puente H entre ambos. Los tres procesos involucran interacciones ‘suaves’ entre el IGR y la otra especie, dejando intacta la integridad biológica del insecticida. Se espera así obtener una diversidad de sistemas para diferentes opciones de formulación. Se eligieron IGR derivados de benzoilfenilurea (BPU), dibenzoilhidracinas (DBH) e isopreno, clasificados como clase U (unlikely to present acute hazard in normal use) por la OMS que tienen relativamente baja toxicidad para humanos y otros mamíferos, alta selectividad para insectos y muy poca solubilidad acuosa. Luego del aislamiento de las nuevas construcciones moleculares, se establecerán los efectos sobre las propiedades fisicoquímicas de los IGR. Se efectuarán estudios en estado sólido y en solución. Los complejos sólidos en CDs preparados por distintos métodos se examinarán por FTIR y RMN en estado sólido, microscopía FTIR, difracción de Rayos X de polvo y monocristales, TGA, DSC y microscopía ‘hot stage’. Por RMN, dicroísmo circular inducido y titulación calorimétrica isotérmica se estudiarán aspectos termodinámicos y estructurales de la inclusión en solución. El efecto sobre la solubilidad y estabilidad química de los IGR se investigará midiendo, respectivamente, las velocidades de disolución de los complejos y las velocidades de degradación de los IGR en presencia y ausencia de CDs. Para la obtención de co-cristales se usarán moléculas co-formadoras ‘GRAS’ (generally regarded as safe) elegidas en base a la complementariedad de sus grupos funcionales capaces de formar enlaces de H con los de los IGR. Las medidas de los puntos de fusión y velocidad de disolución son parámetros importantes para determinar su eventual utilidad. Los niosomas se prepararán en presencia de los IGR por distintas técnicas usando los surfactantes no iónicos y no tóxicos Tween 20 y 80, Span 20 y 80 y Brij-35. Se analizarán el tamaño y morfología de los agregados por microscopía de transmisión electrónica y se determinará la estabilidad en el tiempo de los niosomas por UV-vis.