Bases morfológicas e fisiológicas das vias de administração, absorção, metabolização e excreção de fármacos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Relação ácido-base na absorção de fármacos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Utilização de glicopolímeros anfifílicos na distribuição de fármacos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

Aplicação de polihidroxialcanoatos produzidos por via biológica em sistemas de veiculação de fármacos

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Superior de Ciências da Saúde Egas Moniz

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Avaliação do efeito anti-inflamatório dos fármacos: atorvastatin, carvedilol, olmesartan e telmisartan, em modelo experimental da doença periodontal induzida em ratos

A periodontite é uma doença crônica inflamatória mediada por marcadores inflamatórios, tais como as citocinas: IL-1β, IL-10 e TNF-α, que provoca a destruição dos tecidos gengivais e osso alveolar, causando perda de inserção dentária e posterior perda dental. A perda óssea é causada pela ativação de prostaglandinas oriundas do ácido araquidônico, através da ação da enzima ciclooxigenase 2 (COX-2), promovendo a liberação de enzimas proteolíticas, as metaloproteinases de matriz, principalmente a MMP-2 e MMP-9, que promovem reabsorção óssea. Além disso, ocorre o desequilíbrio entre a ação de RANKL e OPG, havendo uma maior ativação de RANKL, e por consequência a maior ativação de osteoclastos e maior reabsorção óssea. Mediadores inflamatórios e espécies reativas de oxigênio (ROS) produzidos localmente possuem potencial para disseminar na corrente sanguínea e iniciar ou exacerbar doenças sistêmicas como as cardiovasculares. O tratamento atual da doença consiste em terapêutica local, mas a necessidade de estudos sobre fármacos de atuação sistêmica culminou nesta pesquisa, que realizou a avaliação dos fármacos: atorvastatin, carvedilol, olmesartan e telmisartan, quanto a sua ação anti-inflamatória sobre a doença periodontal induzida por ligadura em ratos Wistar. Os animais foram divididos em 5 grupos, para cada fármaco, separadamente: (NL) grupo não ligado, (L) grupo ligado sem tratamento, (1mg/Kg) grupo ligado que recebeu dose de 1mg/Kg de fármaco, (5 ou 6 mg/Kg) grupo ligado que recebeu dose de 5 ou 6 mg/Kg de fármaco, (10 mg/Kg) grupo ligado que recebeu dose de 10mg/Kg de fármaco. Foram realizadas avaliações: histopatológica, perda óssea alveolar, imuno-histoquímica (para COX-2, MMP-2, MMP-9, RANK-L, RANK e OPG), e ELISA (para mieloperoxidase, glutationa, malonaldeído e as citocinas: IL-1β, IL-10 e TNF-α). Os grupos tratados com olmesartana a 6 mg/Kg, e atorvastatin, carvedilol e telmisartan a 10mg/Kg, mostraram diminuição da perda óssea, redução de: MPO, MDA, IL-1β, TNF-α, MMP-2, MMP-9, COX-2, RANKL/RANK, e aumento na expressão da OPG e da IL-10.

Novos protocolos teóricos utilizados nos estudos das ligações hidrogênio-hidrogênio, na estabilidade do tetraedrano, seus derivados e das reações de diels-alder e na quantificação da afinidade de fármacos

This thesis was performed in four chapters, at the theoretical level, focused mainly on electronic density. In the first chapter, we have applied an undergraduate minicourse of Diels-Alder reaction in Federal University of Rio Grande do Norte. By using computational chemistry tools students could build the knowledge by themselves and they could associate important aspects of physical-chemistry with Organic Chemistry. In the second chapter, we studied a new type of chemical bond between a pair of identical or similar hydrogen atoms that are close to electrical neutrality, known as hydrogen-hydrogen (H-H) bond. In this study performed with complexed alkanes, provides new and important information about their stability involving this type of interaction. We show that the H-H bond playing a secondary role in the stability of branched alkanes in comparison with linear or less branched isomers. In the third chapter, we study the electronic structure and the stability of tetrahedrane, substituted tetrahedranes and silicon and germanium parents, it was evaluated the substituent effect on the carbon cage in the tetrahedrane derivatives and the results indicate that stronger electron withdrawing groups (EWG) makes the tetrahedrane cage slightly unstable while slight EWG causes a greater instability in the tetrahedrane cage. We showed that the sigma aromaticity EWG and electron donating groups (EDG) results in decrease and increase, respectively, of NICS and D3BIA aromaticity indices. In addition, another factor can be utilized to explain the stability of tetra-tert-butyltetrahedrane as well as HH bond. GVB and ADMP were also used to explain the stability effect of the substituents bonded to the carbon of the tetrahedrane cage. In the fourth chapter, we performed a theoretical investigation of the inhibitory effect of the drug abiraterone (ABE), used in the prostate cancer treatment as CYP17 inhibitor, comparing the interaction energies and electron density of the ABE with the natural substrate, pregnenolone (PREG). Molecular dynamics and docking were used to obtain the CYP1ABE and CYP17-PREG complexes. From molecular dynamics was obtained that the ABE has higher diffusion trend water CYP17 binding site compared to the PREG. With the ONIOM (B3LYP:AMBER) method, we find that the interaction electronic energy of ABE is 21.38 kcal mol-1 more stable than PREG. The results obtained by QTAIM indicate that such stability is due a higher electronic density of interactions between ABE and CYP17

Materiais bionanocompósitos a base de argilominerais e hidróxidos duplos lamelares como sistemas de liberação de fármacos

Bionanocomposites systems clay base (montmorillonite and sepiolite), layered double hidroxides and biopolymers (carboxymethylcellulose and zein) were evaluated as topical delivery systems with antibacterial activity and as oral delivery systems. For this study, neomycin, a topical antibiotic, indicated mainly for open wound infections. The drug amoxicillin, an antibiotic indicated mainly for throat infections, were also used in this study. Both antibiotics were used as model drugs. Initially, drugs were incorporated directly into the biopolymer matrix, comprising the combination of carboxymethylcellulos and zein, being conformed as movies and balls and evaluated for their antibacterial activity and controlled release simulating gastrointestinal fluids. Moreover, hybrids materials have been prepared where the neomycin drug was incorporated into the lamellar inorganic solids, such as montmorillonite by ion exchange reaction, and the fibrous type, such as sepiolite by adsorption in aqueous solution. But the drug amoxicillin was incorporated into layered double hydroxides by anion exchange and montmorillonite by cation exchange. The resulting hybrids were in turn combined with the biopolymer matrix yielding bionanocomposites shaped materials such as films were tested for their antibacterial activity, and the shaped materials beads were tested for their release in the gastrointestinal fluids. Through the analysis of various physico-chemical techniques, we observed the interactions between the studied materials, the formation of hybrids materials, obtaining the bionanocomposites materials and material efficiency when applied in controlled release of drugs both topical and use oral mainly influenced by the presence of zein, are promising as topical delivery systems and oral drugs.

Desenvolvimento e validação de metodologia analítica para a determinação de fármacos em amostyras de água, superficial e tratada, utilizando a cromatografia líquida de ultra performance acoplada a espectrometria de massas tandem (UPLC-MS/MS)

Dissertação (Mestrado)

Avaliação do papel dos polimorfismos em enzimas metabolizadoras e enzimas transportadoras de fármacos em neoplasias hematológicas

O cancro é um dos maiores causadores globais de mortalidade e morbilidade, ocorrendo cerca de 14 milhões de novos casos por ano e 8,2 milhões de mortes anuais com esta patologia, números que tendem a aumentar 70% nas próximas duas décadas. A característica tumoral mais nefasta é a sua capacidade de metastização para outros órgãos, um mecanismo que pode ser despoletado pela falha dos mecanismos normais de controlo de crescimento, proliferação e reparação celulares, que facilita o processo de transformação de células normais em células cancerígenas. A oncogénese processa-se em três etapas, a iniciação, a promoção e a progressão e pode ter origem em células estaminais cancerígenas, que regulam as capacidades de propagação e recidiva do tumor. As neoplasias hematológicas resultam de alterações genéticas e /ou epigenéticas que conduzem à desregulação da proliferação, ao bloqueio da diferenciação e/ou à resitência à apoptose. Para além dos fatores de risco exógenos, como agentes carcinogénicos físicos, químicos e biológicos, existem também fatores endógenos, incluindo características genéticas, que podem alterar a predisposição para o aparecimento de neoplasias, bem como influenciar a resposta à terapêutica. Uma das terapêuticas aplicadas no tratamento do cancro é a quimioterapia. Os fármacos administrados a doentes oncológicos seguem normalmente o percurso de absorção, distribuição, metabolização e eliminação. Este curso pode sofrer alterações caso as proteínas transportadoras e metabolizadoras necessárias não atuem corretamente. Para um melhor conhecimento da influência das alterações provocadas por variações nos genes que codificam proteínas transportadoras de efluxo (MDR1, MRP1), proteínas de influxo (OCTN2) e proteínas metabolizadoras (UCK2), o objetivo deste trabalho consistiu na avaliação de polimorfismos nos genes MDR1, MRP1, OCTN2 e UCK2 e da sua relação com a predisposição para o desenvolvimento de neoplasias hematológicas. Para isto, foram utilizadas amostras de 307 doentes com neoplasias hematológicas, 83 de Síndrome Mielodisplásica (SMD), 63 Leucemia Mieloide Aguda (LMA), 16 de Síndrome Mielodisplásica/Neoplasias Mieloproliferativas (SMD/NMP), 77 de Mieloma Múltiplo (MM) e 68 de Gamapatia Monoclonal de Significado Indeterminado (MGUS) e 164 de controlos não neoplásicos e/ou indivíduos saudáveis. As amostras de ADN foram extraídas do sangue periférico com protocolo adequado. De forma a determinar os genótipos correspondentes a cada amostra, realizaram-se técnicas de RFLP-PCR e ARMS-PCR. Posteriormente, calcularam-se estatisticamente as frequências alélicas e genotípicas relativas às variantes polimórficas dos genes MDR1, MRP1, OCTN2 e UCK2 e verificou-se se estavam em Equilíbrio de Hardy-Weinberg. De seguida, avaliou-se a força de associação entre as formas polimórficas e o risco de desenvolvimento de neoplasias hematológicas, através do cálculo do risco relativo por análise de regressão logística. Avaliaram-se ainda os perfis genéticos e a possível relação com o desenvolvimento e progressão da neoplasia com recurso a regressão logística e análise de Kaplan-Meier. De um modo geral as frequências alélicas e genotípicas não se revelaram alteradas comparativamente ao esperado. A análise do odds ratio associado ao polimorfismo rs1045642 do gene MDR1 revelou que o genótipo CT pode constituir um fator de risco aumentado de 1,84x para o desenvolvimento de Gamapatias Monoclonais e 2,27x para o desenvolvimento de Mieloma Múltiplo. Por outro lado, a presença de genótipos portadores do alelo T têm um efeito protetor no desenvolvimento de MM (OR=0,41). O cálculo do risco associado ao polimorfismo rs4148330 do gene MRP1 revela que o genótipo AG é um fator protetor (OR=0,50) para o desenvolvimento de LMA, assim como o alelo G (OR=0,50). Além disso, verificámos que existe uma associação de risco de desenvolver neoplasia com o polimorfismo rs2185268 do gene UCK2. De facto, a presença dos genótipos CC e AC representam um fator de risco 4,59x aumentado para o desenvolvimento de SMD/NMP. O polimorfismo rs274561 do gene OCTN2 não apresenta relação com o risco relativo de desenvolvimento neoplásico. Da avaliação da influência dos polimorfismos em estudo na sobrevivência global dos doentes, podemos assumir que a presença do genótipo GG relativo ao polimorfismo rs2185268 do gene UCK2 representa uma diminuição da sobrevivência em 11 meses. Os resultados obtidos a partir do nosso estudo permitem-nos concluir que os polimorfismos podem ser fatores relevantes na predisposição para o desenvolvimento de neoplasias hematológicas e na progressão destas doenças.

Reacções adversas a fármacos com manifestações na mucosa oral

Existe uma grande quantidade de fármacos que provocam reacções adversas na mucosa oral. Os efeitos que causam são variados, nomeadamente angioedema, língua pilosa nigra, bruxismo, síndrome da boca ardente, candidose, queilite, xerostomia, eritema multiforme, hiperplasia gengival, glossite, halitose, hiperpigmentação das mucosas, hipersalivação, reações liquenóides, lupóides, penfigóides e tipo pênfigo, osteonecrose, tumefação das glandulas salivares, alterações do paladar, ulcerações, mucosite e lesões potencialmente malignas, entre outras. Com o presente trabalho pretende-se criar uma base de dados que facilite a pesquisa dos diferentes efeitos adversos e relação com a terapêutica prescrita ao paciente, de modo a auxiliar a vida ao Médico Dentista no contexto da prestação de serviços aos seus Utentes.

Human Ezrin: Prediction of the 3D structure and interactions with mTOR

The protein Ezrin, is a member of the ERM family (Ezrin, Radixin and Moesin) that links the F-actin to the plasma membrane. The protein is made of three domains namely the FERM domain, a central α-helical domain and the CERMAD domain. The residues in Ezrin such as Ser66, Tyr145, Tyr353 and Tyr477 regulate the function of the protein through phosphorylation. The protein is found in two distinct conformations of active and dormant (inactive) state. The initial step during the conformation change is the breakage of intramolecular interaction in dormant Ezrin by phosphorylation of residue Thr567. The dormant structure of human Ezrin was predicted computationally since only partial active form structure was available. The validation analysis showed that 99.7% residues were positioned in favored, allowed and generously allowed regions of the Ramachandran plot. The Z-score of Ezrin was −7.36, G-factor was 0.1, and the QMEAN score of the model was 0.61 indicating a good model for human Ezrin. The comparison of the conformations of the activated and dormant Ezrin showed a major shift in the F2 lobe (residues 142-149 and 161-177) while changes in the conformation induced mobility shifts in lobe F3 (residues 261 to 267). The 3D positions of the phosphorylation sites Tyr145, Tyr353, Tyr477, Tyr482 and Thr567 were also located. Using targeted molecular dynamic simulation, the molecular movements during conformational change from active to dormant were visualized. The dormant Ezrin auto-inhibits itself by a head-to-tail interaction of the N-terminal and C-terminal residues. The trajectory shows the breakage of the interactions and mobility of the CERMAD domain away from the FERM domain. Protein docking and clustering analysis were used to predict the residues involved in the interaction between dormant Ezrin and mTOR. Residues Tyr477 and Tyr482 were found to be involved in interaction with mTOR.

Comparación de los diferentes esquemas de tratamiento de artritis reumatoide con fármacos de segunda línea en los pacientes del los hospitales José Carrasco Arteaga ( IESS-Cuenca) y Vicente Corral Moscoso. Cuenca 2000-2001

Con el objetivo de comparar respuesta clínica a la hidroxicloroquina, sulfasalazina y metrotexato en tres grupos de pacientes en un período de doce meses. Se realiza un ensayo clínico controlado a 93 pacientes adultos, clase funcional I-II, de ambos sexos, en tres grupos de 31 pacientes cada uno seleccionando aleatoriameste: grupo A recibió metrotexato a 7.5 mg/semana; grupo B recibió sulfasalazina 2 g/día; y grupo C hidroxicloroquina 400 mg/día. Se evaluó la respuesta terapeútica cada tres meses por el lapso de un año. Resultados: utilizando los índices de Pincus y Ritchie se detectó mejoría clínica en los tres grupos, pero las diferencias encontradas en el grupo que recibió metrotexato fueron estadísticamente significativas respecto de los dos grupos (p menor que 0.05). Según los criterios de remisión en el grupo de metrotexato hubo mayor disminución de la rigidez articular y dolor (p= 0.03) y fatiga (p=0.006) desde el tercer mes de tratamiento. La disminución de la VSG fue mayor en respuesta al metrotexato a pesar de que las diferencias no fueron significativas. Conclusiones: las terapiras modificadoras del curso de la AR parecen ser mejores que el esquema piramidal. El metrotexate sigue siendo de elección como fármaco único o combinado

Avaliação da técnica de dispersão da matriz em fase sólida assistida por vórtex para análise de fármacos em peixes

Os fármacos classificados como contaminantes orgânicos emergentes tornaramse tópico de discussão ambiental pois estes são capazes de atingir diferentes matrizes do meio ambiente, como água, solo e organismos aquáticos, e estudos demonstrando a toxicidade tem despertado o interesse científico. Neste estudo um método analítico foi otimizado e validado para determinação de quinze fármacos em amostras de peixes empregando preparo de amostras por dispersão da matriz em fase sólida (MSPD) assistida por vórtex e determinação por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas sequencial (LC-MS/MS). O estudo ainda focou na aplicação de diferentes suportes sólidos na etapa de dispersão da MSPD, sendo que três (quitina, quitosana e concha de mexilhão dourado) foram utilizados pela primeira vez para esta finalidade, O método otimizado foi validado seguindo os parâmetros do INMETRO, ANVISA, SANCO e FDA. A curva analítica e linearidade foram avaliados através da calibração externa e superposição na matriz. Os compostos demonstraram linearidade dentro da faixa recomendada, com coeficiente de correlação maior do que 0,99. Os limites de detecção do método variaram de 1 a 100 ng g -1 , e os limites de quantificação a variaram de 5 a 1000 ng g -1 . Os valores de recuperação variaram de 68% a 108%, com RSD menores que 13% para todos os compostos. O efeito de matriz foi avaliado e quatro dos quinze compostos apresentaram efeito maior que ±20%. Na aplicabilidade o método demonstrou ser eficiente para extração de fármacos de diferentes espécies de peixe, apresentando exatidão e precisão adequados. Não foram encontrados resíduos de fármacos nas amostras analisadas.