На кафедре органической химии нашего вуза прогноз биологической активности осуществляется на основе комплексного подхода к молекулярному конструированию, принципы и алгоритмы которого изложены ранее [1,2]. В настоящей работе мы приводим только данные, полученные на основе компьютерной программы PASS (Prediction of Activity Spectra for Substance), которая дает возможность экспериментатору прогнозировать фармакологические эффекты, механизмы действия и токсичность моделируемых соединений [7].
В последнее время среди производных хиназолинона-4 найдены вещества с высокой биологической активностью и минимальной токсичностью, что делает эти объекты привлекательными и для химиков, и для фармакологов [5].
Целями данной работы являются прогноз биологической активности виртуальных структур, целенаправленный синтез производных N-амидопроизводных хиназолинона-4, изучение некоторых их физико-химических и фармакологических свойств.
Материал и методика. Исходными веществами для синтеза служили 2-фенил-3,1-бензоаксизон-4, гидразиды кислот. Объектами исследований являлись синтезированные N-(4-оксо-2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)-изоникотинамид (I), N-(4-оксо-2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)-бензамид (II), 2-(3,4-диметокси-фенил)-N-(4-оксо-2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)-ацетамид (III), 2-(2-бромо-4,5-диметоксилфенил)-N-(4-оксо-2-фенил-4Н-хиназолин-3-ил)-ацетамид (IV).
Прогнозируемые соединения были получены взаимодействием 2-фенилбензоксазинона-4 (V) с соответствующими гидразидами в условиях кислотного катализа (при добавлении каталитических количеств диметилсульфоксида (ДМСО)) по следующей оригинальной методике: в 10 мл ледяной уксусной кислоты растворяли 0,02 моля 2-фенилбензоксазинона-4 и 0,02 моля гидразида соответствующей кислоты. После полного растворения реагентов в реакционную смесь добавляли 0,5 мл ДМСО и кипятили в течение 1 ч с обратным холодильником. После охлаждения реакционной среды разбавляли ее диэтиловым эфиром (100 мл). Выпавшие кристаллы отфильтровывали, сушили и перекристаллизовывали из этанола.
Известны и другие методики синтеза прогнозируемых соединений [5].
Для исследования структуры полученных соединений в работе были использованы химические (синтез, качественные реакции), оптические (ИК-, электронные спектры поглощения) и физико-химические (ТСХ) методы анализа.
Фармакологическую активность изучали на белых половозрелых крысах обоего пола линии Wistar весом 220-250 г и на белых беспородных мышах-самцах весом 21-22 г. Животные были разделены на группы по 6 в каждой и содержались в стандартных условиях вивария. Исследуемые вещества вводили животным внутрибрюшинно в виде суспензии с Твином-80 в дозе 30 мг/кг.
Полученные результаты сравнивали с контрольными данными и с действием препарата сравнения. Контролем являлась группа животных, получавших физраствор в соответствующих объемах. Результаты обрабатывали статистически с использованием пакета Microsoft Excel 2003 с учетом t-критерия Стьюдента. Нейротропную активность оценивали тестами «вращающийся стержень» и «открытое поле». Способность изучаемых объектов повышать физическую выносливость крыс оценивали по увеличению времени удерживания мышей на «вращающемся стержне» (модель актографии) [4]. Влияние на двигательную активность определяли на крысах по числу пересеченных квадратов, а на исследовательскую деятельность - по числу «стоек» [3,6].
Диуретическую активность изучали на крысах по методу Taylor, Topliss [5]. За сутки до опыта животные не получали пищу и воду. Водная нагрузка составляла 25 мл/кг через желудочный зонд. После этого крыс помещали в обменные клетки и в течение 4 ч регистрировали объем мочи. Доза диакарба соотнесена с суточной дозой для человека.
Антигипоксическую активность синтезированных веществ изучали на мышах-самцах, которым за 30 мин до опыта вводили исследуемые вещества. Животных по одному помещали в герметично закрытые банки объемом 200 мл, в которых постепенно снижался уровень кислорода и нарастала концентрация углекислого газа. Критерием оценки противогипоксического действия служило время появления судорог у животных [3].
Результаты и их обсуждение. Прогноз биологической активности осуществлялся на основании компьютерной программы PASS. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1
Прогноз биологической активности целевых N-амидных производных (I - IV) хиназолинона-4, значения Ра %
|
Прогнозируемый вид биологической активности |
Потенциальная активность синтезированных соединений, Ра% |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
|
Ноотропная |
70,1 |
68,5 |
- |
- |
|
Лечение когнитивных расстройств |
41,3 |
35,5 |
- |
- |
|
Анксиолитическая |
32,9 |
39,8 |
25,3 |
27,9 |
|
Психотропная |
29,5 |
38,3 |
25,2 |
22,3 |
|
Снотворная |
37,4 |
46,8 |
46,5 |
43,0 |
|
Нейропротекторная |
- |
- |
34,7 |
- |
|
Бронхорасширяющая |
72,6 |
75,2 |
81,2 |
56,0 |
|
Диуретическая |
53,2 |
60,8 |
24,3 |
24,2 |
С помощью ИК-спектров поглощения установлено, что все синтезированные соединения содержат группы С=О (область 1660-1700 см-1), NH (область 3190-3240 см-1), а также другие функциональные группы. В электронных спектрах (растворитель-этанол) наблюдаются полосы поглощения с максимумами в области 203, 235, 253, 275 и 285 нм, что говорит о присутствии сопряженных двойных связей и неподеленных пар электронов у гетероатомов азота.
Реакциями щелочного гидролиза, соле- и комплексообразования подтверждено наличие в структуре полученных веществ амидной, имидной и третичной аминогрупп.
Отсутствие продуктов исходных веществ, посторонних примесей в полученных соединениях доказали при помощи метода ТСХ на пластинках «Sorbfil - UV 254» в системах растворителей н-бутанол-уксусная кислота-вода (4:1:1), хлороформ-этилацетат (7:2), этанол. Во всех случаях наблюдали появление только одного пятна (проявитель УФ-свет).
С целью подтверждения компьютерного прогноза биологической активности синтезированных веществ проводились экспериментальные исследования нейротропной, антигипоксической, актопротекторной и диуретической и активности.
Результаты определения нейротропной активности полученных соединений в тесте «открытое поле» показали, что наиболее активны вещества III и IV (табл. 2). Вещество IV достоверно повышало исследовательскую активность на 51,4%, при этом повышалась и двигательная активность (на 75%). Вещество III повышало исследовательскую активность на 46,3%, а двигательную активность - на 74,3%, что является достоверным относительно контроля.
Таблица 2
Изучение влияния N-амидных производных (I - IV) хиназолинона-4 на двигательную и исследовательскую активность методом «открытое поле», крысы, (М±m)
|
Исследуемое вещество |
Число пересеченных квадратов |
Число «стоек» |
|
Контроль |
18,3±7,2 |
17,7±1,04 |
|
I |
27,0±6,8* |
23,4±1,86* |
|
III |
31,9±5,2* |
25,9±2,08* |
|
IV |
31,2±6,6* |
26,8±1,62* |
|
Примечание: * - изменения достоверны относительно контроля (р˂0,05) |
||
Результаты исследования влияния производных хиназолинона-4 на физическую выносливость животных на модели актографии представлены в таблице 3.
Таблица 3
Изучение актопротекторной активности производных хиназолинона-4, мыши-самцы, с, Δ%, (М±m)
|
Исследуемое вещество |
Время удерживания, сек |
||
|
до введения |
через 30 мин после введения |
Δ% к исходным данным |
|
|
Контроль |
16,3±2,08 |
18,6±3,56 |
+14,1±2,23 |
|
I |
41,3±9,40 |
389,3±90,56 |
+842,6±140,90* |
|
II |
31,5±4,30 |
11,2±2,91 |
-64,4±5,51* |
|
III |
14,6±1,28 |
74,3±22,61 |
+409,0±98,41* |
|
IV |
18,4±3,21 |
19,8±4,32 |
+7,6±2,82 |
|
Примечание: * - изменения достоверны относительно контроля (р˂0,05) |
|||
Данные таблицы 3 свидетельствуют о том, что вещество III значительно адаптировало животных к физической нагрузке, т.е. повышало физическую выносливость в 5 раз. Соединение I проявляло еще большую актопротекторную активность, повышая выносливость животных в 9,4 раза относительно исходных данных. В сравнении с контрольными результатами вещество III повышало физическую выносливость на 349, 9%, вещество I - достоверно увеличивало на 828,5%.
Результаты определения диуретической активности приведены в таблице 4.
Таблица 4
Результаты определения диуретической активности производных хиназолинона-4, крысы, мл/кг (М±m)
|
Исследуемое вещество |
Время/объем, мин/мл/кг |
||||
|
30 |
60 |
120 |
180 |
240 |
|
|
Контроль |
0,0±00,00 |
2,5±0,11 |
7,1±0,42 |
8,3±0,93 |
9,2±1,15 |
|
I |
1,7±0,14* |
5,8±0,40* |
9,1±0,86 |
9,1±0,86 |
9,1±0,86 |
|
II |
3,3±0,30* |
8,4±1,06* |
15,9±0,78*# |
16,3±1,12*# |
20,0±1,16*# |
|
III |
2,1±0,12* |
5,3±0,36* |
19,2±0,82*# |
23,7±1,51*# |
25,7±2,11*# |
|
IV |
3,3±0,21* |
7,8±0,52* |
18,4±0,25*# |
20,5±1,06*# |
20,5±1,06*# |
|
Диакарб |
0,8±0,29* |
5,8±0,76* |
8,6±0,58 |
10,2±0,47 |
10,7±0,89 |
|
Примечание: * - изменения достоверны относительно контроля (р˂0,05) # - изменения достоверны относительно диакарба (р˂0,05) |
|||||
Наблюдение за диуретической функцией почек крыс показало, что к окончанию опыта достоверно наибольший объем мочи был у животных, которым вводили вещество III, как по отношению к контролю, так и по отношению к диакарбу (на 123-186%).
Результаты изучения влияние производных хиназолинона-4 на устойчивость животных к недостатку кислорода представлены в таблице 5.
Таблица 5
Влияние производных хиназолинона-4 на продолжительность жизни мышей-самцов при гиперкапнии, t с, (М±m)
|
Исследуемое вещество |
Время наступления судорог, с |
|
Контроль |
1197±25,1 |
|
I |
1386,6±176,8 |
|
II |
1375,6±66,1* |
|
III |
1746,6±128,8* |
|
IV |
1307,5±75,2* |
|
Примечание: * - изменения достоверны относительно контроля (р˂0,05) |
|
Достоверное увеличение времени нахождения животных в условиях гипоксии показали вещества III и II. Устойчивость животных к гипоксии на их фоне увеличилась на 46,0% и 15,0% соответственно в сравнении с результатами контрольной группы.
Изучение «острой» токсичности производных хиназолинона-4 показало, что они относятся к веществам 5-го класса токсичности по Сидорову, т.е. являются практически нетоксичными.
Таким образом, исследование фармакологической активности показало, что наибольшей антигипоксической активностью обладает производное хиназолинона-4 II; наиболее выраженный мочегонный эффект проявляет соединение IV; достоверной нейротропной активностью обладают вещества I, III и IV. Соединение I с фрагментом N-изоникотинамида проявило достоверное актопротекторное действие.
Выводы. С помощью компьютерной программы PASS осуществлен прогноз биологической активности некоторых производных хиназолинона-4. Осуществлен синтез четырех N-амидопроизводных хиназолинона-4, установлена их структура с помощью ИК- и электронных спектров поглощения, а также химическими реакциями комплексо- и солеобразования, щелочного гидролиза. Фармакологическая активность изучена на белых половозрелых крысах обоего пола линии Wistar весом 220-250 г и беспородных мышах-самцах весом 21-22 г. Установлена нейротропная, актопротекторная, диуретическая и антигипоксическая активность четырех синтезированных N-амидопроизводных хиназолинона-4. Определена «острая» токсичность данных соединений. Установлено, что они относятся к веществам 5-го класса токсичности по Сидорову.
Рецензенты:
Компанцева Е.В., д.ф.н., профессор кафедры фармацевтической и токсикологической химии ПМФИ - филиала ГБОУ ВПО ВолгГМУ МЗ РФ, г. Пятигорск;
Кайшева Н.Ш., д.ф.н., профессор кафедры фармацевтической и токсикологической химии ПМФИ - филиала ГБОУ ВПО ВолгГМУ МЗ РФ, г. Пятигорск.