Derivados de ácidos orgânicos-β-ciclodextrina : síntese, purificação e avaliação da toxicidade in vitro

Abstract

As ciclodextrinas (CDs) apresentam a propriedade de formar complexos de inclusão reversíveis com diversas moléculas. As CDs podem ser modificadas por meio da adição de grupamentos funcionais em sua estrutura visando à obtenção de derivados com características favoráveis a aplicações farmacêuticas. O número de derivados de ciclodextrinas hidrossolúveis e compatíveis com a via parenteral, comercialmente disponíveis, ainda é restrito e de domínio de empresas estrangeiras. Neste sentido, foi proposta a síntese de novos derivados de ciclodextrina ligados a ácidos orgânicos (poli-hidroxiácidos) visando obter melhores características, tais como, hidrossolubilidade, reduzida toxicidade e compatibilidade com a via parenteral. No presente trabalho, foi realizada a síntese de derivados de β-CD ligados ao ácido B, C, D ou E, devido as características de hidrossolubilidade e conhecida biocompatibilidade. Procedeu-se à ativação da β-CD pela adição do grupamento tosila, resultando em ____________________________ (6-XA- β-CD) com rendimento de 32% e pureza 94,2% (p/p). Na análise de massas foi identificado o sinal com m/z de 667,1785 [M+Na] +2, correspondente ao 6-XA- β-CD. Na análise de 1H RMN, foram identificados os sinais característicos do grupamento tosila (7,75 e 7,43 ppm do anel aromático e 2,43 ppm da metila). Na segunda etapa, o grupamento tosila foi substituído pela amina primária (-NH2) da etilenodiamina, produzindo _______________________________ (6-XXA -β-CD) com pureza de 94,9% (p/p). No espectro de massas identificou-se o 6-XXA -β-CD com m/z de 600,2127 [M+Na+H]+2 . A última etapa da síntese foi a reação do 6-XXA-β-CD com os ácidos lactobiônico, maltobiônico, glicônico ou galacturônico, que resultou em ________________________ (6-XB-β-CD), _________________________________ _________ (6-XC-β-CD), _______________________________ (6-XD-β-CD), ___________________________________ (6-XE-β-CD), respectivamente. A síntese de 6-XB-β-CD teve rendimento de 68% e pureza de 90,6% (p/p). Na caracterização por espectrometria de massas identificou-se o m/z de 770,2630 [M+H+Na]+2 . 6-XC-βCD apresentou rendimento de 64%, pureza de 89,0% (p/p) e m/z de 770,2651 [M+H+Na]+2 . Para o 6-XD-β-CD obteve-se rendimento de 70%, pureza de 89,8% (p/p) e m/z de 689,2382 [M+H+Na]+2 . Para o 6-XE-β-CD, rendimento de 73% e pureza de 96,2% (p/p) foram obtidos e caracterizado com m/z de 688,2307 [M+H+Na]+2 . A solubilidade em água, a 30°C, dos derivados 6-XB-β-CD, 6-XC-βCD, 6-XD-β-CD, 6-XE-β-CD foi determinada em 820, 860, 760 e 780 mg mL-1 , respectivamente, valores que representam de 32 a 36 vezes a hidrossolubilidade da βCD. Os compostos 6-EDA-β-CD (produto intermediário), 6-XB-β-CD, 6-XC-β-CD, 6- XD-β-CD, 6-XE-β-CD e o ácido lactobiônico, não apresentaram sinais de toxicidade em células HepG2 e Hek293, em concentração de até 100 μM, pelo ensaio de MTT. Os derivados sintetizados apresentaram baixa atividade hemolítica e baixa complexação com o colesterol, em comparação com a β-CD. Em seu conjunto os resultados demonstram que os derivados poli-hidroxilados de β-CD sintetizados são hidrossolúveis, não são citotóxicos, não causam hemólise ou complexação com o colesterol, o que revela seu alto potencial de utilização para a via parenteral.

Cyclodextrins (CDs) have the property of forming reversible inclusion complexes with various molecules. Natural CDs can be modified through the addition of functional groups in their structure aiming at the obtainment of derivatives with favorable characteristics for pharmaceutical applications. The number of commercially available cyclodextrin derivatives with water solubility and compatibility with the parenteral route is still limited, and its production belongs to few foreign companies. In this sense, the synthesis of new cyclodextrin derivatives linked to organic acids (polyhydroxy acids) was proposed to obtain better characteristics, such as water solubility, reduced toxicity and compatibility with the parenteral route. In the present thesis, the synthesis of β-CD derivatives linked to B, C, D or E acid was performed, due to the characteristics of water solubility and known biocompatibility. Firstly, the activation of β-CD was performed by the addition of the tosyl group. The synthesis of ___________________________ (6-XA-β-CD) had a yield of 32% and purity of 94.2% (w/w). In HRMS analysis the signal with m/z of 667.1796 [M+Na]+2 was identified as 6-XA-β-CD. In the analysis of 1H NMR, signals characteristic of the tosyl group were identified (7.75 and 7.43 ppm for the aromatic ring and 2.43 ppm for the methyl). In the second step, the tosyl group was replaced by the primary amine (-NH2) from ethylenediamine, producing _________________________ (6-XXA-β-CD) with purity of 94.9% (w/w). In the mass spectrum, 6-XXA-β-CD was identified with m/z of 600.2127 [M+Na+H]+2. The last step of the synthesis was the reaction of 6-XXA-βCD with lactobionic, maltobionic, gluconic or galacturonic acid, resulting in _______________________ ______ (6-XB-β-CD), ___________________________ (6-XC-β-CD), ___________ _______________________(6-XD-β-CD), __________________________________ ________ (6-DE-β-CD), respectively. The synthesis of 6-XB-β-CD had a yield of 68% and purity of 90.57% (w/w). In the characterization by mass spectrometry, the m/z of 770.2591 [M+H+Na]+2 . 6-XC-β-CD showed a yield of 64%, purity of 89.00% (w/w) and m/z of 770.2642 [M+H+Na]+2 For 6-XD-β-CD a yield of 70% was obtained, purity of 89.85% (w/w) and m/z of 689.2382 [M+H+Na]+2 . For 6-XE-β-CD, yield of 73% and purity 96.26% (w/w). were obtained and characterized with. m/z of 688.2307 [M+H+Na]+2 . The water solubility, at 30°C, of the 6-XB-β-CD, 6-XC-β-CD, 6-XD-β-CD, 6-XE-β-CD derivatives was determined at 820, 860, 760 and 780 mg ml-1 , respectively. These water solubility values were 32 to 36 times higher than that β-CD exhibit. The compounds 6-XXA-βCD, 6-XB-β-CD, 6-XC-β-CD, 6-XD-β-CD, 6-XE-β-CD and lactobionic acid did not show toxicity in HepG2 and Hek293 cells, in concentration up to 100μM, in MTT assay. The synthesized derivatives showed low hemolytic activity and low complexation with the cholesterol molecule, compared to β-CD. Taken together, the results demonstrate that the synthesized polyhydroxylated derivatives of β-CD are water soluble, not cytotoxic, do not cause hemolysis or cholesterol complexation, which reveals their high potential for use in the parenteral route.