New similarity measures for ligand-based virtual screening

The process of drug discovery using virtual screening techniques relies on “molecular similarity principle” which states that structurally similar molecules tend to have similar physicochemical and biological properties in comparison to other dissimilar molecules. Most of the existing virtual screening methods use similarity measures such as the standard Tanimoto coefficient. However, these conventional similarity measures are inadequate, and their results are not satisfactory to researchers. This research investigated new similarity measures. It developed a novel similarity measure and molecules ranking method to retrieve molecules more efficiently. Firstly, a new similarity measure was derived from existing similarity measures, besides focusing on preferred similarity concepts. Secondly, new similarity measures were developed by reweighting some bit-strings, where features present in the compared molecules, and features not present in both compared molecules were given strong consideration. The final approach investigated ranking methods to develop a substitutional ranking method. The study compared the similarity measures and ranking methods with benchmark coefficients such as Tanimoto, Cosine, Dice, and Simple Matching (SM). The approaches were tested using standard data sets such as MDL Drug Data Report (MDDR), Directory of Useful Decoys (DUD) and Maximum Unbiased Validation (MUV). The overall results of this research showed that the new similarity measures and ranking methods outperformed the conventional industry- standard Tanimoto-based similarity search approach. The similarity measures are thus likely to support lead optimization and lead identification process better than methods based on Tanimoto coefficients

Búsqueda racional de nuevos fármacos antichagásicos inhibidores de la cruzipaína

En el presente trabajo de tesis se propone descubrir nuevos agentes terapéuticos aplicables en la farmacoterapia de la Enfermedad de Chagas, mediante Cribado Virtual (CV) (también conocido como screening o tamizado virtual) de grandes bases de datos de compuestos químicos. La diversidad química de las bases de datos utilizadas permitirá encontrar prototipos activos novedosos (nuevos líderes). Se han desarrollado, desde el ligando, modelos computacionales capaces de establecer qué características estructurales fundamentales debe reunir un compuesto químico para poseer actividad inhibitoria sobre la cruzipaína (Cz). La Cz es la principal cisteín proteasa del Trypanosoma cruzi (T. cruzi), involucrada en diversas etapas relacionadas con el ciclo de vida del parásito lo cual la convierte en un interesante blanco terapéutico para el desarrollo de nuevos fármacos antichagásico. Aplicamos el conocimiento teórico generado en la búsqueda racional, mediante CV, de nuevos agentes terapéuticos contra la enfermedad de Chagas, contrastando cada estructura química de la base de datos con los modelos generados, para determinar qué compuestos de la base de datos cumplen con los requisitos estructurales definidos por el modelo. Por último a fin de validar de manera experimental las predicciones de los modelos teóricos adquirimos aquellas estructuras señaladas como más promisorias por los modelos desarrollados y evaluamos experimentalmente sus efectos sobre Cz y su capacidad de inhibir el crecimiento de epimastigotes de T. cruzi. 6 compuestos demostraron un efecto inhibitorio sobre Cz dependiente de la concentración y efectos antiproliferativos en T. cruzi. Se estudiaron posteriormente los efectos sobre amastigotes de tres de ellos, y finalmente se avanzó a ensayos preclínicos (modelo murino de infección aguda) con 2 candidatos obteniéndose resultados positivos los cuales permiten ilustrar el potencial de la estrategia propuesta. Este trabajo integra con éxito la búsqueda racional de fármacos asistida por computadora con la biología molecular, celular y ensayos pre-clínicos, lo cual confirma la utilidad de CV para desarrollar el reposicionamiento de fármacos basados en el conocimiento orientado a enfermedades olvidadas.Facultad de Ciencias Exacta

Tamizado virtual aplicado a la búsqueda de nuevos fármacos antiepilépticos activos en el modelo de 6 Hz

La Epilepsia es uno de los desórdenes neurológicos más comunes, afectando a alrededor de 50 millones de personas en todo el mundo sin distinguir raza, sexo, edad y/o clase social. Esta enfermedad está caracterizada por crisis recurrentes y espontáneas provocadas por una actividad neuronal excesiva. Pese a los múltiples esfuerzos por encontrar nuevos tratamientos para esta patología existe un 30% de pacientes que no logra controlar las convulsiones con la farmacoterapia disponible, lo cual se conoce como epilepsia refractaria o intratable. Esta proporción de pacientes refractarios no se ha modificado a pesar de la considerable introducción en el mercado farmacéutico de numerosos fármacos antiepilépticos (FAEs) de última generación. Con el propósito de buscar nuevos candidatos a fármacos que demuestren protección frente a distintos tipos de crisis epilépticas, el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos (National Institute of Health, NIH) ha modificado en los últimos tiempos el Programa de Screening de Fármacos Anticonvulsivos, reincorporando al modelo animal de crisis epiléptica de 6 Hz para ser utilizado en el screening primario de nuevos FAEs. A través de este modelo animal se ha identificado al fármaco de uso clínico levetiracetam, el cual está asociado a un mecanismo de acción novedoso. En el presente trabajo de tesis se propone realizar una búsqueda racional mediante tamizado virtual de nuevos compuestos activos frente al modelo de 6 Hz en ratones. Se ha realizado una campaña de tamizado virtual a partir del desarrollo de modelos computacionales basados en el ligando con capacidad de identificar compuestos candidatos con actividad anticonvulsiva frente el modelo animal en cuestión. Los modelos clasificatorios individuales han sido combinados y aplicados sobre las bases de datos DrugBank y SweetLead, revelando 57 fármacos que podrían poseer la actividad deseada. A partir de ello, se han adquirido 3 compuestos para ser evaluados durante la validación experimental frente al modelo de crisis epiléptica de 6 Hz. Como resultado, uno de los candidatos demostró poseer actividad anticonvulsiva, mientras que un segundo candidato demostró una leve tendencia a proteger frente a las crisis provocadas en el modelo animal. Los resultados obtenidos demuestran que las estrategias computacionales basadas en el ligando y aplicadas durante este trabajo de tesis, como el cribado virtual y el reposicionamiento de fármacos asistido por computadoras, han sido particularmente útiles para abordar de manera sistemática la búsqueda de nuevos usos terapéuticos de fármacos ya existentes. Asimismo, se ha destacado la importancia de aplicar estas metodologías escasamente exploradas y explotadas en el campo de la epilepsia.Facultad de Ciencias Exacta

Topología molecular aplicada a la búsqueda de nuevos fármacos para el tratamiento de la epilepsia refractaria

La epilepsia es un desorden crónico del cerebro que afecta a alrededor de 50 millones de personas en todo el mundo. Esta enfermedad no tiene una preferencia etaria, afectando a personas de cualquier edad, sino una regional: el 80% de los pacientes epilépticos pertenecen a países en vías de desarrollo (Organización Mundial de la Salud, 2015). La epilepsia en la mayoría de los casos se caracteriza por la presencia de convulsiones recurrentes, las cuales son breves episodios de contracciones musculares involuntarias de alguna parte del cuerpo (convulsión parcial) o del cuerpo entero (convulsión generalizada). Estos episodios en ocasiones se acompañan por perdida de la conciencia, así como también del control de esfínteres. Las convulsiones son el resultado de una descarga eléctrica excesiva de un grupo neuronal que puede situarse en partes del cerebro muy diversas. Estas cubren un rango de intensidad que va desde breves lapsos de pérdida de atención o espasmos musculares, a severos episodios de contracciones musculares de larga duración. La frecuencia con la que aparecen los episodios epilépticos también es variable, siendo en ocasiones menos de una por año hasta varias por día (Organización Mundial de la Salud, 2015). La batería de tratamientos destinados a hacer frente a esta enfermedad comprende desde sofisticadas técnicas quirúrgicas de resección del foco epileptogénico, pasando por un arsenal de fármacos de diversas familias químicas, hasta llegar a dietas específicas y terapia basada en deportes (Laxer et al., 2014; Löscher, 2011; Arida, 2011). A pesar de los muchos esfuerzos realizados para encontrar un tratamiento exitoso para este mal, actualmente existe un 30% de la población de epilépticos que no logra controlar la aparición de convulsiones, condición conocida como epilepsia refractaria o intratable (Organización Mundial de la Salud, 2015). Además, las terapias farmacológicas actuales, presentan efectos adversos graves y comprometen seriamente la calidad de vida y la adherencia al tratamiento de los pacientes epilépticos (Löscher, 2011; Talevi & Bruno-Blanch, 2013). El impacto de la epilepsia, es multifacético y posee un amplio espectro de efectos. El carácter impredecible y peligroso de las convulsiones eleva el riesgo de lesiones, hospitalización y mortalidad y afecta negativamente la salud mental de los pacientes, que con frecuencia, deriva en ansiedad, depresión y deterioro cognitivo (Kerr, 2012). El presente trabajo de tesis persigue el objetivo general de descubrir nuevos fármacos anticonvulsivos, capaces de controlar la sintomatología de la epilepsia refractaria asociada a regulación hacia arriba de la glicoproteina-P (P-gp), una proteína transportadora que restringe la biodistribución y promueve la eliminación de una gran diversidad de compuestos exógenos desde el organismo (Fromm, 2004; Taft, 2009) entre otras funciones. Abundante evidencia científica relaciona la sobre-expresión de esta glicoproteina con el fenómeno de resistencia múltiple a fármacos en varias enfermedades, entre ellas la epilepsia (Thomas, 2003; Kim, 1998; Löscher, 2005; Chengyun, 2006; Brandt, 2006; Marchi, 2004; Lazarowski, 2007; Robey, 2008). La afinidad de las sustancias por esta macromolécula es una propiedad relacionada con los procesos ADME/Tox (Administración, Distribución, Metabolismo, Excreción y Toxicidad) a tener en cuenta al momento de iniciar un proyecto de descubrimiento de nuevos fármacos. La incorporación de filtros ADME/Tox in vitro e in silico en las etapas iniciales del proceso de desarrollo de nuevos fármacos ha logrado reducir considerablemente el porcentaje de proyectos que fracasan a nivel preclínico o clínico debido a problemas en la distribución de la droga en el organismo (Kola, 2004; Hop, 2004). Tales filtros descartan en las fases tempranas del proyecto de investigación de nuevos agentes terapéuticos aquellas estructuras que potencialmente podrían presentar características ADME/Tox desfavorables.Facultad de Ciencias Exacta