Objetivo general
 

Diseño y obtención de compuestos químicos análogos del propilparabeno con actividad anticonvulsivante y neuroprotectora, orientados al tratamiento del síndrome de Dravet.

Objetivos específicos

Diseño asistido por computadora de análogos de propilparabeno que permitan bloqueo altamente selectivo de Nav1.2.Síntesis de los compuestos diseñados. Evaluación de la actividad anticonvulsiva de los compuestos obtenidos en distintos modelos animales de crisis epiléptica, incluido un modelo de convulsión resistente a fármacos.

Evaluación del efecto neuroprotector de los candidatos más prometedores en modelo animal de status epilepticus (modelo de litio-pilocarpina en rata). Finalmente, los compuestos así caracterizados engrosarán nuestra quimoteca de agentes anticonvulsivantes y se pondrán a disposición de ApoyoDravet / INDRE para ser evaluados en modelos específicos del síndrome de Dravet (moscas y ratgones Dravet, zebrafish, etc).

Justificación

Mediante búsqueda asistida por computadora, nuestro equipo identificó que el propilparabeno, un éster del ácido para-aminobenzoico, presenta efectos anticonvulsivos en distintos modelos de crisis epiléptica (Talevi et al., J Comput-Aided Mol Des 2007; Pisera-Fuster et al., Synapse 2017). Se verificó que el mecanismo de acción de la familia de los parabenos involucra el bloqueo dependiente del uso de canales de sodio operados por voltaje (Lara-Valderrábano et al., Neurotoxicology 2016; Enrique et al., en vías de publicación) y que propilparabeno posee efectos anticonvulsivantes y neuroprotectores en modelos animales de status epilepticus (ver, por ejemplo, Santana-Gómez et al., Neurotoxicology, 2017). La información farmacológica compilada respecto a este compuesto nos permitió, en 2018, la obtención de una patente de invención vinculada a sus ya mencionados efectos neuroprotectores.

Es interesante señalar que los parabenos presentan una química notablemente versátil, que permite prever la obtención de numerosos y diversos análogos en un tiempo relativamente corto.

Aunque el uso de antiepilépticos bloqueantes de canales de sodio como fenitoína o carbamazepina está contraindicado como terapia del síndrome de Dravet en cuanto su administración exacerba las convulsiones, debe señalarse que tales fármacos carecen de alta selectividad hacia subtipos específicos de canales de sodio (Meldrum & Rogawski, Neurotherapeutics 2007; Eijkelkamp et al., Brain 2012). En otras palabras, los bloqueantes clásicos de canales de sodio agravarían las convulsiones en el síndrome de Dravet por bloquear indistintamente las isoformas Nav1.2 (asociada a propagación de estímulos excitatorios) y Nav1.1 (asociada a activación de vías inhibitorias, y con función disminuida en Dravet por mutaciones en el gen SCN1A).

Los notables avances en el campo del tratamiento del dolor neuropático e inflamatorio utilizando bloqueantes selectivos de los canales de sodio Nav1.7 indican que, aunque desafiante, es posible el desarrollo de fármacos con especificidad diferencial hacia subtipos puntuales de este tipo de canales iónicos (Theile & Cummings, Front Pharmacol 2011; Bankar et al., Cell Reports 2018; Corry, Sci Reports 2018) Teniendo esto en cuenta, el presente proyecto propone aprovechar el perfil farmacológico interesante de los parabenos y su gran versatilidad química para, utilizando métodos de diseño racional, obtener análogos con efecto altamente selectivo sobre Nav1.2 (es decir, que no bloqueen Nav1.1), que puedan potencialmente utilizarse en la terapia del síndrome de Dravet.

Breve state-of-the-art

En tanto los clásicos bloqueantes de canales de sodio presentan relativamente poca selectividad (poca especificidad hacia subtipos específicos de canales de sodio), el desarrollo de bloqueantes altamente selectivos permitiría todo un rango de nuevas aplicaciones terapéuticas, con un perfil de seguridad mejorado (ver, por ejemplo, Corry B. Physical basis of specificity and delayed binding of a subtype selective sodium channel inhibitor. Scientific Reports, 2018).

Nuestro laboratorio ha identificado, mediante búsqueda computacional, los efectos anticonvulsivos de los ésteres del ácido p-hidroxibenzoico (Talevi et al., J Computer Aided Mol Des 2007). Posteriormente, mediante una extensa colaboración con los equipos de las Dras. Luisa Rocha (Departamento de Farmacobiología del Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados, México) y la Dra. Sandra Orozco ( Unidad de Investigación Médica en Enfermedades Neurológicas del Instituto Mexicano del Seguro Social) profundizamos en la caracterización farmacológica de este grupo de compuestos, lo que concluyó con la obtención de una patente de invención (MX2013011437A) asociada a los efectos neuroprotectores del propilparabeno frente a status epilepticus. Se estudiaron sus efectos en la excitabilidad de neuronas hipocampales utilizando técnicas de patch clamp, así como también en sistema heterólogo (Lara-Valderrábano et al., Neurotoxicology 2016; Enrique et al., en vía de publicación) observándose que los mismos son capaces de bloquear, de manera dependiente del uso, las corrientes de sodio de inactivación rápida. Se observó luego que propilparabeno es capaz de suprimir la actividad epileptiforme inducida por 4-aminopiridina (Lara-Valderrábano, Epilepsy Res. 2017). En otro estudio, observamos que la administración de propilparabeno a ratas luego del status epiléptico inducido por pilocarpina reduce las consecuencias a corto y largo plazo del status (Santana-Gómez et al., Neurotoxicology 2017). Se evaluó inicialmente el efecto de la administración de una única dosis de propilparabeno luego del status: en comparación con animales que recibieron diazepam, los animales que recibieron la combinación de propilparabeno + diazepam presentaron una reducción del 126% en los niveles extracelulares de glutamato en el hipocampo, lo cual se asoció a un aumento de las oscilaciones de baja frecuencia y a una disminución de las de alta frecuencia, además de disminuir el daño neuronal a nivel hipocampal. En un segundo experimento, se observó que la administración subcrónica de propilparabeno durante el período post-status reduce la liberación de glutamato y el daño a nivel del giro dentado. Similares resultados fueron obtenidos más recientemente al co-administrar propilparabeno y levetiracetam (Santana-Gómez et al., Neurochem. 2018). Asimismo, verificamos el efecto anticonvulsivamente en el modelo de PTZ en zebrafish (Pisera-Fuster et al., Synapse 2017).

Estos resultados nos sugieren que esta clase de agentes químicos podrían ser utilizados para suprimir el status epilepticus y prevenir el daño neuronal ocasionado por el mismo.

Por otro lado, la versatilidad química de los parabenos permite explorar de manera relativamente eficiente las relaciones estructura-actividad, dando lugar a la posibilidad de avanzar hacia la síntesis de compuestos activos con mayor selectividad y perfiles de seguridad y farmacocinéticos mejorados. En particular, en este proyecto se plantea el desarrollo y evaluación farmacológica de análogos con: a) farmacocinética mejorada y; b) alta selectividad por el subtipo de canales de sodio Nav1.2 (es decir, con alta afinidad por Nav1.2 y baja afinidad por el resto de los subtipos, en particular, Nav1.1).

Debe destacarse que el grupo de trabajo posee experiencia en el modelado computacional de canales de sodio operados por voltaje, lo que permite guiar de manera racional y eficiente la síntesis de análogos selectivos (ver, por ejemplo. Palestro et al. Searching for New Leads To Treat Epilepsy: Target-Based Virtual Screening for the Discovery of Anticonvulsant Agents. J Chem. Ind. Model. 2018). Ya hemos desarrollados modelos de los canales de sodio Nav1.1 y Nav1.2, los cuales están inmediatamente disponibles para guiar el diseño de inhibidores selectivos.

Hipótesis o primeros datos si se disponen y no son confidenciales

Hipótesis 1: es posible la obtención de bloqueantes de canales de sodio operados por voltaje altamente selectivos, con alta afinidad por el subtipo Nav1.2 y baja afinidad por el resto de los subtipos. En particular, se probará esta hipótesis desarrollando análogos de parabenos anticonvulsivos y neuroprotectores ya reportados por nuestro equipo, explotando la versatilidad química de esta familia de compuestos.

Hipótesis 2: Los parabenos con alta afinidad por Nav1.2 y baja afinidad por Nav1.1 podrían ser alternativas terapéuticas interesantes para el tratamiento de los episodios de status epilepticus asociados al síndrome de Dravet, contribuyendo a la supresión de los mismos y a la atenuación de sus consecuencias patofisiológicas.

Fases del proyecto si las hubiera

Dividiremos al proyecto en dos fases: una primera fase de un año de duración se orientará al diseño y síntesis de análogos de parabenos selectivos hacia Nav1.2. En una segunda fase desarrollaremos la evaluación farmacológica de los compuestos obtenidos en modelos animales agudos y subcrónicos de crisis epiléptica, y en el modelo de status epilepticus inducido por litio-pilocarpina (este último será desarrollado mediante nuestra colaboración con el grupo de la Dra. Luisa Rocha, del CINVESTAV, México).

En paralelo a la segunda etapa, es decir en 2020, los compuestos serán puestos a disposición de otros grupos asociados a ApoyoDravet que deseen evaluarlos en otros modelos específicos para esta enfermedad, tales como moscas y ratones Dravet.

Cronograma y milestones

• Meses 1-3: Diseño asistido por computadora de los candidatos a sintetizar.
• Meses: 3-12: Obtención y caracterización química de los candidatos diseñados.

Milestone: Obtención de al menos diez análogos de propilparabeno en las cantidades necesarias para su subsecuente evaluación farmacológica.

• Meses 12-24: Evaluación de los candidatos en distintos modelos de crisis epiléptica y epilepsia: MES, 6Hz, modelo agudo ácido mercaptopropiónico, PTZ, MP23, status epilepticus inducido por litio pilocarpina. Se ofrecerán los compuestos obtenidos, en paralelo, para evaluación en modelos Dravet disponibles en otros grupos de investigación asociados a la red.
• Milestone: Evaluación del 100% de los compuestos obtenidos en modelos agudos de crisis epiléptica. Evaluación de los mejores 2-3 candidatos en modelo subcrónico de crisis epiléptica farmacorresistente (MP23) y modelo de litio-pilocarpina.

Importancia del proyecto

El proyecto propone aportar potenciales nuevas alternativas terapéuticas para tratar los episodios de status epilepticus en el síndrome de Dravet. Se propone testear una hipótesis relativamente novedosa, en tanto en general, dada la etiología de este tipo de epilepsia y la evidencia empírica con bloqueantes clásicos relativamente poco selectivos, los bloqueantes de canales de sodio son contraindicados en Dravet. Sin embargo, creemos que la obtención de bloqueantes altamente selectivos hacia Nav1.2 presenta una perspectiva interesante y poco explorada desde el punto de vista terapéutico. Se trabajará sobre una familia química con probados efectos anticonvulsivos y neuroprotectores, optimizando la selectividad Nav1.2 y su farmacocinética.

El modelado computacional de los distintos subtipos de canales de sodio voltaje operados (con énfasis en Nav1.1 y Nav1.2) sirve además como base para el diseño de compuestos con otros mecanismos de acción (por ejemplo, moduladores positivos de NAv1.1).

Resultados esperados

• Obtención de compuestos químicos anticonvulsivos y neuroprotectores, capaces de suprimir episodios de status epilepticus, con selectividad NAv1.2 (y baja afinidad Nav1.1).

Necesidades económicas hasta 31 diciembre 2019
 

Además de fondos ya disponibles a través de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica (Argentina) y la Universidad de La Plata, se requieren 5000 Euros.

Necesidades económicas hasta 31 diciembre 2020
 

Sería ideal contar, durante 2020, con 12000 Euros para contrato de un investigador post-doctoral dedicado al proyecto de forma exclusiva