Desenvolvimento de derivados fotossensíveis da ß-lapachona para terapia antitumoral

Abstract

A ß-Lapachona, derivada do Ipê-Roxo (Handroanthus impetiginosus), apresenta atividade antitumoral promissora devido à geração de espécies reativas de oxigênio mediada pela ativação da enzima NQO1. No entanto, sua aplicação clínica é limitada por efeitos adversos significativos. Para mitigar esses problemas, nosso grupo de pesquisa desenvolveu derivados da ß-Lapachona projetados para clivagem bio-ortogonal mediada por nanopartículas de iodeto de paládio (II). Isso foi alcançado pela inserção de um grupo sensível ao paládio na molécula, resultando em compostos com citotoxicidade reduzida em relação ao composto original, que podem ser ativados na presença do metal. Com base nesses avanços, este projeto explorou o potencial alternativo de liberação da ß-Lapachona mediada por luz. Para tanto, a ß-Lapachona foi modificada com o grupo de proteção o-nitrobenzil, além de um grupo sem a presença do substituinte nitro. Essa estratégia levou à obtenção de ONB-Lap e BenzilLap. Inicialmente, esperava-se que apenas o ONB-Lap pudesse liberar ß-Lapachona sob irradiação com luz de 365 nm em condições biológicas. Contudo, o Benzil-Lap também demonstrou um comportamento de liberação semelhante. A análise espectrofotométrica UV-vis revelou distorções espectrais inesperadas nas bandas associadas à ß-Lapachona, sugerindo a presença de espécies adicionais absorvendo em comprimentos de onda semelhantes. Para investigar essa observação, foram empregadas técnicas como HPLC e RMN, que confirmaram a geração de ßLapachona. Os estudos também mostraram que o efeito do solvente desempenha um papel fundamental nas reações. Para o ONB-Lap, a liberação de ß-Lapachona foi mais pronunciada em condições de pH ácido, próximas a 4. Já para o Benzil-Lap, a desproteção foi favorecida em valores de pH mais elevados, além de apresentar um efeito significativo da concentração de cloreto. Esses resultados sugerem que os mecanismos de desproteção dos derivados de ß-lapachona são distintos, dado que os compostos apresentaram comportamentos divergentes em todas as análises realizadas. Em testes de dose resposta, as moléculas pró- ß -lapachona foram menos tóxicos que a molécula livre. Portanto, este trabalho foi fundamental para a compreensão da fotoativação de derivados fotossensíveis da ß-Lapachona, além de demonstrar a ampla aplicação da química bio-ortogonal.

Abstract: ß-Lapachone, derived from the Ipê-Roxo tree (Handroanthus impetiginosus), exhibits promising anticancer activity due to the generation of reactive oxygen species mediated by the activation of the NQO1 enzyme. However, its clinical application is limited by significant side effects. To address these challenges, our research group developed ß-Lapachone prodrugs designed for bio-orthogonal cleavage mediated by palladium (II) iodide nanoparticles. This was achieved by incorporating a palladiumsensitive group into the molecule, resulting in compounds with reduced cytotoxicity compared to the original drug, which can be activated in the presence of the metal. Based on these advancements, this project explored the alternative potential of lightmediated ß-Lapachone release. For this purpose, ß-Lapachone was modified with two o-nitrobenzyl protecting groups, as well as one group without the nitro substituent. This strategy led to the development of ONB-Lap and Benzil-Lap. Initially, it was expected that only ONB-Lap would release ß-Lapachone under irradiation with 365 nm light in biological conditions. However, Benzil-Lap also demonstrated a similar release behavior. UV-Vis spectrophotometric analysis revealed unexpected spectral distortions in the bands associated with ß-Lapachone, suggesting the presence of additional species absorbing at similar wavelengths. To investigate this observation, techniques such as HPLC and NMR were employed, which confirmed the generation of ß-Lapachone. The studies also showed that solvent effects play a crucial role in the reactions. For ONB-Lap, ß-Lapachone release was more pronounced under acidic pH conditions, around 4. Meanwhile, Benzil-Lap deprotection was favored at higher pH values and showed a significant effect of chloride concentration. These results suggest that the deprotection mechanisms of the prodrugs are distinct, as the compounds exhibited divergent behaviors across all analyses performed. In dose-response tests, the prodrugs were less toxic than the free drug. Therefore, this work was essential for understanding the photoactivation of ß-Lapachone prodrugs and demonstrated the broad application of bio-orthogonal chemistry.