New quinolizinium derivatives: design, synthesis and study on biological and photobiological activity

Le neoplasie risultano essere una delle più importanti cause di morte nel mondo: negli Stati Uniti il cancro rappresenta la seconda causa di morte dopo le malattie cardiovascolari. Quindi la ricerca, la scoperta e lo sviluppo di nuovi composti a potenziale attività antitumorale è considerato uno dei più importanti obiettivi in campo della chimica farmaceutica, cercando anche di distinguere in termini di citotossicità le cellule sane da quelle cancerose e malate. Ad oggi, molti approcci terapeutici sono disponibili per il trattamento del cancro in ambito clinico: chirurgia, radioterapia sono usate nel trattamento di tumori localizzati; chemioterapia, terapie ormonali, immunoterapia si sono invece rivelate utili nella cura di leucemia e tumori metastatici. Nell’approccio chemioterapico un alto numero di molecole interagisce con gli acidi nucleici come groove binders, agenti alchilanti e intercalanti. Le molecole che appartengono a quest’ultima classe interagiscono con il DNA intercalandosi appunto fra le coppie di basi attraverso interazioni di Van der Waals, legami idrogeno, legami idrofobici e/o interazioni di carica. Molte di queste molecole hanno suscitato particolare interesse durante il loro sviluppo come potenziali agenti chemioterapici perché è noto che una conseguenza dell’intercalazione da parte di molecole esogene nella doppia elica è proprio una modifica strutturale e chimico-fisica della struttura che vede come risultato un’alterata o arrestata funzione del DNA nei processi fisiologici. Ma l’applicazione clinica di questi composti ha mostrato problemi in termini di insorgenza di resistenze (MDR), effetti secondari o collaterali. Questi inconvenienti hanno spinto alla ricerca di nuovi composti che potessero sostituire o migliorare i composti già esistenti. I poli(etero)cicli aromatici condensati sono solitamente considerati buoni agenti intercalanti, specialmente se nel core aromatico presentano cariche positive. Gli studi sulla valutazione quantitativa della costante di binding e sull’attività biologica dei complessi DNA-agenti intercalanti e di QSAR hanno portano alla conclusione che potrebbe esistere una relazione tra attività citotossica e forza di binding. Comunque la citotossicità non è soltanto dipendente dall’abilità a interagire con il DNA, dal momento che alcuni intercalanti si sono rivelati anche non citotossici: infatti per poter esercitare il suo effetto, un farmaco deve prima passare barriere, vie metaboliche, membrane citoplasmatiche e nucleari. La citotossicità può anche essere conseguenza dell’azione di veleno contro le topoisomerasi, enzimi direttamente coinvolti in processi che coinvolgono gli acidi nucleici in fondamentali steps della crescita cellulare e regolano la topologia del DNA. Gli intercalanti del DNA possono esplicare un’azione citotossica attraverso stabilizzazione del complesso DNA-intercalatore-topoisomerasi in modo che il ciclo biochimico venga bloccato. Questo complesso con il DNA danneggiato poi può essere riconosciuto dalla cellula che attiva una serie di vie biochimiche che portano all’apoptosi. Si sono rivelati anche interessanti quei composti, chiamati fotonucleasi, che inducono danno al DNA dopo irradiazione con luce UV-VIS; mentre l’associazione di cationi organici al DNA è un processo reversibile, il danno al DNA generato dopo irradiazione del complesso ligando-DNA è spesso irreversibile e questo può portare a morte cellulare, mutazioni che dovrebbero essere evitati in sistemi sani. Comunque, un fotodanno al DNA potrebbe essere applicato in fotochemioterapia al fine di rimuovere cellule malate. Tra i composti studiati in tutto questo contesto, i derivati del chinolizinio, come la coralina e molecole correlate, hanno suscitato particolare interesse. Essi constano di anelli aromatici condensati con una carica positiva sull’azoto quaternario e hanno mostrato di legare il DNA. Durante gli studi sulle modifiche chimiche del chinolizinio in termini di legame al DNA, è stato mostrato che la struttura chimica tetraciclica del nafto[1,2-b]chinolizinio bromuro 2 presenta interessanti proprietà di binding agli acidi nucleici: in particolare viene osservata una forte interazione se comparata al derivato triciclico benzo[b]chinolizinio 1, dovuta all’addizione del quarto anello aromatico che estende la superficie planare del cromoforo ed aumenta le interazioni  tra il composto e le basi del DNA. Altro aspetto importante è rappresentato dalle attività fotobiologiche: è stato mostrato che esiste un efficiente taglio del DNA fotoindotto appunto dal nafto[1,2-b]chinolizinio bromuro 2. In questo progetto di ricerca sono stati analizzati e sintetizzati derivati 3-aril del nafto[1,2-b]chinolizinio; e successivamente sono stati effettuati studi per determinare la tipologia di binding al DNA e l’attività citotossica. Particolare attenzione è stata riposta sulla valutazione dell’effetto dell’introduzione del quarto anello aromatico e della sostituzione in posizione 3. Quest’ultima posizione è stata scelta in analogia a alcuni derivati del triciclico benzo[b]chinolizinio 1 con migliore attività biologica rispetto alla molecola di partenza. Successivamente prendendo come riferimento il nafto[1,2-b]chinolizinio bromuro 2, senza quindi sostituenti in posizione 3, si sono condotti studi preliminari sull’identificazione, oltre agli acidi nucleici, di un probabile target molecolare (topoisomerasi I e II); si è cercato di ipotizzare una relazione struttura-attività e infine di valutare l’attività fotobiologica.