Inhibidores de la interacción HA-CD44 con actividad antitumoral: diseño, síntesis, evaluación biológica y liberación selectiva

Abstract

El cáncer representa un grave problema clínico en la sociedad actual y un reto para la comunidad científica. Esta enfermedad es una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en España. El ácido hialurónico o hialuronano (HA) desempeña un papel fundamental en el crecimiento, migración e invasión de tumores malignos. Las funciones del HA están mediadas por su interacción con el cluster de diferenciación 44 (CD44) y otras hialadherinas. Numerosos estudios científicos han destacado el papel de CD44 y su expresión en cantidades anómalas en la mayoría de tumores sólidos humanos. La interacción HA-CD44 está asociada a determinadas patologías que incluyen el cáncer y la inducción de angiogénesis. Además, en condiciones patológicas se promueven modificaciones postranslacionales que dan lugar a isoformas del receptor CD44 con una mayor capacidad de unión al HA, lo que conduce a una mayor tumorigenicidad. Aunque se han propuesto diferentes estrategias para inhibir la unión entre el HA y el CD44, pocos trabajos se han centrado en el desarrollo de pequeñas moléculas como inhibidores de la interacción. La tetrahidroisoquinolina (THIQ) es una de las primeras estructuras no glucosídicas que ha mostrado actividad inhibitoria en la interacción HA-CD44, por lo que ha sido nuestra base para el desarrollo y optimización de nuevos inhibidores. El empleo de nanotecnología ofrece numerosas ventajas en el tratamiento del cáncer. Dirigir el fármaco selectivamente a las células tumorales y reducir su exposición al tejido sano conlleva una notable disminución de los efectos tóxicos tan acusados de las actuales terapias antitumorales. El objetivo general de esta tesis doctoral es el desarrollo de nuevos inhibidores de la interacción HACD44 así como el diseño de un nanosistema que permita su liberación selectiva en células tumorales. El diseño de los inhibidores se ha realizado utilizando los datos cristalográficos existentes. Se han sintetizado tres series de compuestos derivados de THIQ. Específicamente, derivados de N-aril (serie A), derivados de 3-(indacen-4-ilcarbamoil)-2-arilsulfonil (serie B) y derivados de N-alquil (serie C) THIQ. Se ha evaluado la actividad de los compuestos frente a diferentes líneas tumorales y se ha analizado la interacción de los compuestos más potentes con el CD44. Se ha llevado a cabo un estudio más exhaustivo del mecanismo de acción de uno de los inhibidores mediante estudios de espectroscopía resonancia magnética nuclear de diferencia de transferencia de saturación (STD NMR, acrónimo del inglés saturation transfer difference nuclear magnetic resonance) y redistribución de masa dinámica (DMR, acrónimo del inglés dynamic mass redistribution). Para dirigir de forma selectiva este inhibidor al tejido tumoral, se han utilizado nanoesferas de poliestireno debido a su biodisponibilidad y facilidad de funcionalización. Tras la conjugación con el inhibidor seleccionado se ha llevado a cabo la evaluación de la eficacia del nanosistema en términos de capacidad para liberar el inhibidor y sus efectos hacia células tumorales.

Cancer represents an unmet clinical need and an intellectual challenge for the scientific community. It is one of the main causes of morbidity and mortality in Spain. Hyaluronic acid or hyaluronan (HA) plays a key role in the growth, migration and invasion of malignant tumors. HA functions are mediated by its interaction with cluster of differentiation 44 (CD44) and other hyaladherins. Many scientific studies have emphasized the role of CD44 and its expression in abnormal amounts in the majority of human solid tumors. HA-CD44 interaction is associated with certain pathologies including cancer and induction of angiogenesis. In addition, pathological conditions promote alternate splicing and post-translational modifications to produce diversified CD44 molecules with enhanced HA binding, leading to increased tumorigenicity. Although different strategies have been proposed to inhibit the binding between HA and CD44, limited work has focused on the development of small molecules as inhibitors of the HA-CD44 interaction. Tetrahydroisoquinoline (THIQ) is one of the first non-glycosidic structures that has shown inhibitory activity on HA-CD44 interaction and is therefore our basis for the development and optimization of new inhibitors. Nanotechnology has made a remarkable contribution to cancer therapy. In order to provide more effective and safer treatments, a wide variety of nanostructures have been explored to selectively carry and deliver drugs into the targeted cell or tissue. Thus, the exposure of noncancerous tissue to the drug is reduced, leading to less toxicity. The general objective of this doctoral thesis is the development of new inhibitors of HA-CD44 interaction and the design of a nanosystem that allows its selective release in tumor cells. The inhibitors have been designed using existing crystallographic data. Three series of THIQ-derived compounds have been synthesized. Specifically, N-aryl (A series), 3-(indacen-4-ylcarbamoyl)-2- arylsulfonyl (B series) and N-alkyl (C series) THIQ derivatives. The activity of the compounds has been evaluated against different tumor lines and the interaction of the most potent compounds with CD44 has been analyzed. Further study of the mechanism of action of one of the inhibitors has been carried out using saturation transfer difference nuclear magnetic resonance spectroscopy (STD NMR) and dynamic mass redistribution (DMR) studies. To selectively target this inhibitor to tumor tissue, polystyrene nanospheres have been used due to their bioavailability and easy functionalisation. After conjugation with the selected inhibitor, the efficacy of the nanosystem was evaluated in terms of its ability to release the inhibitor and its effects on tumor cells.