UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO DIRETORIA DE PESQUISA
PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA
RELATÓRIO TÉCNICO - CIENTÍFICO
Período : Agosto/2015 a Março/2016 (X) PARCIAL
( ) FINAL
IDENTIFICAÇÃO DO PROJETO
Título do Projeto: Transformação de Produtos Naturais no Desenvolvimento de Moléculas Bioativas para o Tratamento de Doenças Infecciosas Negligenciadas incidentes no Estado do Pará.
Nome do Orientador: ROSIVALDO DOS SANTOS BORGES Titulação do Orientador: Doutor
Faculdade: Farmácia Unidade: ICS
Laboratório: Química Farmacêutica
Título do Plano: Planejamento e síntese de compostos inspirados e derivados de produtos naturais da Amazônia aplicados em doenças negligenciadas.
Nome do Bolsista: PAULO HENRIQUE DA CUNHA CRISTO
Tipo de Bolsa: (X) PIBIC/CNPq
( ) PIBIC/UFPA ( ) PIBIC/INTERIOR ( ) PIBIC/FAPESPA ( ) PRODOUTOR ( ) PARD - renovação ( ) PIBIC/PIAD ( ) PIBIC/AF-CNPq ( ) PIBIC/AF-UFPA ( ) PIBITI ( ) PADRC ))
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INTRODUÇÃO:
A Região Amazônica é conhecida em todo o mundo pela sua biodiversidade e pelo seu potencial em termos de recursos naturais explorados e estimados. O uso de plantas medicinais e a garantia de acesso ao medicamento de forma racional, segura e responsável para sua população. No entanto, muitos produtos naturais passaram por transformações químicas para a aplicação terapêutica.
As doenças negligenciadas (DN) afligem principalmente as camadas mais pobres da população de países em desenvolvimento, em particular daqueles localizados nas regiões de clima tropical, e são infecções ocasionadas por bactérias, parasitas, fungos ou vírus. Segundo Organização Mundial de Saúde a leishmaniose é a uma das DN mais importantes, em termos de mortalidade e prevalência e os fármacos disponíveis para tratamento dessa DN são limitados, apresentando na maioria dos casos, baixos índices de eficácia ocasionado pela baixa especificidade ou fraca adesão terapêutica devido a sua alta toxicidade ao pacientes, o que tem proporcionado o aparecimento de cepas resistentes.
Este projeto visa o planejamento e desenvolvimento de moléculas bioativas, oriundas do aproveitamento de plantas medicinais da Amazônia através do estudo da seleção, caracterização, transformação molecular através de reações clássicas, avaliação química e farmacológica. Os estudos serão acompanhados dos métodos de modelagem molecular e os compostos serão selecionados por técnica de titulação isotérmica calorimétrica, seguidos da avaliação biológica. Espera-se desenvolver novos derivados do óleo essencial de Aniba canellila para o tratamento de leishmaniose.
JUSTIFICATIVA:
As doenças negligenciadas afetam milhares de pessoas no mundo que não dispõem de tratamentos eficazes ou adequados. Em sua maioria, são doenças tropicais infecciosas que afetam principalmente pessoas pobres gerando um impacto devastador sobre esta população.
Tais doenças têm sido progressivamente marginalizadas por aqueles encarregados pelos programas de pesquisa principalmente do setor privado, essencialmente porque pacientes com baixo poder aquisitivo não oferecem um retorno lucrativo para que a indústria farmacêutica invista em pesquisa e desenvolvimento de novos medicamentos voltados para essas doenças, pois apesar do aumento de pesquisa científica nas áreas de biologia, imunologia e genética dos parasitas causadores destas doenças, esse conhecimento ainda não se reverteu, até o momento, em novas ferramentas terapêuticas para as pessoas afetadas.
O arsenal terapêutico disponível para estas doenças e antigo e tóxico, de modo que a falta de tratamentos adequados chegou às atuais proporções não por falta de conhecimento científico na área, mas pela lacuna entre a pesquisa básica e a pré-clínica, sendo agravada pelo baixo interesse econômico que esses pacientes representam para a indústria. Ao contrário das doenças globais, como o câncer, doenças cardiovasculares, doenças mentais e distúrbios neurológicos representam a maior concentração de P&D da indústria farmacêutica.
A dinâmica do mercado revela que se pode fazer, ainda, uma distinção entre doenças "negligenciadas" e "extremamente negligenciadas". As negligenciadas podem também afetar indivíduos dos países ricos, como pacientes com tuberculose e pessoas que contraem malária em viagens, para as quais a indústria farmacêutica baseada em pesquisa tem interesse apenas marginal. Nas extremamente negligenciadas, como doença de Chagas, esquistossomose e leishmaniose, os pacientes são tão pobres que praticamente não possuem poder de compra, desestimulando as empresas farmacêuticas.
Assim, este projeto visa desenvolver novos compostos bioativas como alternativa para o tratamento de doenças negligenciadas.
OBJETIVOS:
Avaliação biológica de de compostos inspirados e derivados de produtos naturais da Amazônia aplicados em doenças negligenciadas.
1) Planejar novos derivados análogos de nitroderivados;
2) Estudar os aspectos conformacionais, geométricos, eletrônicos e de solubilidade usando cálculos de química quântica;
3) Sintetizar os compostos aplicando técnicas de planejamento racional; 4) Estudar a relação estrutura e atividade destes compostos.
MATERIAIS E MÉTODOS: Síntese Orgânica:
As reações de modificação molecular do nitrofeniletano para obtenção dos derivados modificados serão do tipo clássico tais como acilação, alquilação, condensação, redução e esterificação (House, 1972). Devido ao potencial como patente, esta metodologia será apresentada de maneira esquemática neste projeto. Assim, esta proposta visa fundamentalmente utilizar os recursos naturais da Amazônia tanto na geração de moléculas e produtos isolados ou transformados sinteticamente, selecionados através de métodos de modelagem molecular. De fato, a principal metodologia empregada no nosso grupo de pesquisa é o uso das estruturas químicas dos produtos naturais como protótipo (bioinspiração) para a geração de derivados sintéticos como mostrado na Figura 8, através do estudo da correlação entre os parâmetros de solubilidade, eletrônicos e conformacionais usando modelagem molecular entre produtos naturais e sintéticos tais como as flavonas e seus derivados S1 e o heterocíclico isoxazolonas S2 (Marques, 2012), outras classes de derivados que tem sido investigado são chalconas S3 (Pereira, 2013), neoliganas S4 (Pereira, 2013), análogos de lignanas S5 (Moreira, 2006; Pinherio et al, 2004), derivados do ácido cinâmico S6 (Moreira, 2006), análogos de difenilactonas S7 (Gonçalves, 2008), enterolactonas S8 (Gonçalves, 2008), nitrofeniletano S9 (Lima, 2008; Vale, 2011; Vale et al., 2013), estilbenos S10 (Queiroz et al., 2009), acido gálico S11 (Queiroz, 2010) e xantonas S12 (Borges e da Silva, 2013).
Elucidação estrutural e determinação de propriedades:
Os compostos terão suas estruturas elucidadas através dos métodos espectroscópicos de analise orgânica, como ultravioleta (UV), infravermelho (IV) e ressonância magnética nuclear (RMN) de hidrogênio e carbono. Outras propriedades determinadas são o ponto de fusão, solubilidade e coeficiente de partição.
Modelagem Molecular:
As propriedades físico-químicas calculadas podem determinar possíveis sítios ou formas de interação com os receptores biológicos e fatores que afetam as propriedades de ADMET (absorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxidade), entre as quais o orbital molecular ocupado de maior energia (HOMO), o orbital molecular desocupado de menor energia (LUMO), o logaritmo do coeficiente de partição óleo/água (LogP) e a energia de hidratação (EH) (Stewart, 1989). Estes cálculos são realizados utilizando os programas computacionais Hyperchem 7.5 (2002) e ChemOffice (2005). Os cálculos de teoria do funcional de densidade (TFD) são também empregados nas determinações de geometria e propriedades físico-químicas (Parr et al, 1989).
Para nossos estudos serão verificadas as seguintes descritores disponíveis dentro do HyperChem e do PM3: Energia Total (eV); Energia de Ligação (eV), Energia Eletrônica (eV); Energia
de Hidratação (kcal mol-1); Calor de Formação (kcal mol-1); Volume (Å3); Área (Å2); Refratividade; Polarizabilidade Molecular (a.u.); Momento de Dipolo (D); Coeficiente de partição (Log P) Orbital de fronteria mais alto ocupado (HOMO) (eV); Orbital de fronteira mais baixo desocupado (LUMO) (eV); Dureza (Hardness) (eV); Eletronegatividade de Mullikan (eV); Ângulos diedros e cargas líquidas sobre átomos.
A capacidade antioxidante será realizado através do método TFD usando o funcional híbrido B3LYP (Becke et al., 1993; Lee et al., 1998) e o conjunto de base 6-31G(d) (Hehre, 1986), para derivados fenólicos (ArOH), que funcionam como doadores de elétrons (Eq. 1) ou hidrogênio (Eq. 2), e os resultados correlacionados com os mecanismos antioxidantes.
ArOH + R• = ArOH•+ + R- (Eq. 1) ArOH + R• = ArO• + RH (Eq. 2)
O potencial de ionização (PI) foi calculado como a diferença de energia entre a molécula neutra (PhOH) e o respectivo cátion radical livre (PhOH•+) (equação 3). A energia de dissociação da ligação fenólica com a formação da semiquinona (PhO•) foram calculadas pela diferença de energia entre a molécula neutra (PhOH) e a respectiva semiquinona (PhO•) mais radical hidrogênio (H•) (equação 4) (Queiroz et al., 2009).
PI = EPhOH•+ – EPhOH (Eq. 3)
EDLOH = (EPhO• + EH•) – EPhOH (Eq. 4)
Os estudos são complementados pela análise de distribuição de spin, com a finalidade de localizar as posições e os grupos responsáveis pela maior ou menor estabilidade do radical livre formado (Diniz et al., 2004). Os resultados podem ser comparados com um conjunto de composto em estudo ou compostos com atividade conhecida como flavonoides e vitamina C (Galati & O’brien, 2004). De posse destas informações poderemos fazer uma previsão qualitativa e quantitativa da relação que possa existir entre o nitrofeniletano, nitrofenileteno e derivados do ácido cinâmicos que foram sintetizados ou adquiridos comercialmente.
RESULTADOS:
Nesta fase do trabalho a bolsista participou de atividades de levantamento bibliográfico e estudo de trabalhos publicados relacionados com seu modelo de estudo, de metodologias de cálculos moleculares, síntese e mecanismos químicos de ação, mesmo dos mecanismos teóricos de interação com as enzimas envolvidas no efeito antiparasitário.
Algumas moléculas foram selecionadas para síntese, as quais serão sinterizadas nestes próximos meses
PUBLICAÇÕES:
A proposta está correlacionada com outros trabalhos de mestrado usando métodos teóricos. Os métodos teóricos são facilmente publicáveis, e com a análise dos resultados podemos elaborar as publicações.
ATIVIDADES A SEREM DESENVOLVIDAS NOS PRÓXIMOS MESES:
Analise dos resultados de cálculos, elaboração de novos métodos de cálculos e publicação dos resultados.
Até o presente momento, as metodologias de cálculos moleculares já foram implantadas faltando as etapas finais de síntese molecular.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
DIFICULDADES:
O atraso nos estudos de síntese e avaliação por outros discentes do grupo e a reforma do laboratório de química farmacêutica paralisou algumas das atividades experimentais de todo o grupo de pesquisa.
PARECER DO ORIENTADOR:
A bolsista tem disposição e interesse por aprender, apresentando boas qualidades necessárias para o desenvolvimento do trabalho que foi proposto até o final do período.
INFORMAÇÕES ADICIONAIS: Nada a acrescentar.
DATA: 24 / Abril / 2016
Rosivaldo dos Santos Borges _________________________________________
ASSINATURA DO ORIENTADOR
Paulo Henrique da Cunha Cristo
____________________________________________ ASSINATURA DO ALUNO
