СИНТЕЗ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ АНТИТРИПАНОСОМНОЇ АКТИВНОСТІ НОВИХ 5-ІЛІДЕН-2-(1,3,4-ТІАДІАЗОЛ-2-ІЛ)ІМІНОТІАЗОЛІДИН-4-ОНІВ

The aim of work. Synthesize the new thiadiazolo-2-iminothiazolidin-4-ones and their 5-arylidene derivatives based on the heterocyclization reaction and Knoevenagel condensation and study their antitrypanosomal activity.Materials and Methods: organic synthesis, NMR spectroscopy, elemental analysis, pharmacological screening.Results and Discussion. Following the cyclization reaction of N-(1,3,4-thiadiazol-2-yl)substituted 2-chloroacetamides with ammonium thiocyanate in dry acetone the corresponding 2-imino-4-thiazolidinone derivatives have been obtained. Further chemical modification of synthesized methylene active 2-(1,3,4-thiadiazol-2-yl)imino-4-thiazolidinones was performed via Knoevenagel condensation with various aromatic or heterocyclic aldehydes, isatin or cinnamic aldehyde derivatives have yielded a series of 5-aryl(heteryl)ylidene- and 5-isatin(3-phenylpropene)ylidene derivatives as potential antitrypanosomal agents. The structure of obtained compounds was confirmed by NMR spectroscopy and elemental analysis.Conclusions. The results of in vitro screening of antitrypanosomal activity against Trypanosoma brucei gambiense (TBG) allowed us to identify four highly active compounds which owned essential trypanocidal effect with a range of values IC50 within 7.3-12.8 µM.Мета роботи. На основі реакцій гетероциклізації та Кньовенагеля здійснити синтез нових тіадіазоло-2-імінотіазолідин-4-онів та їх 5-ариліденпохідних для скринінгу антитрипаносомної активності.Матеріали і методи. Органічний синтез, спектроскопія ЯМР, елементний аналіз, фармакологічний скринінг.Результати й обговорення. Циклізацією N-(1,3,4-тіадіазол-2-іл)заміщених 2-хлороацетамідів під дією амонію тіоціанату в середовищі ацетону синтезовано серію нових похідних 2-імінотіазолідин-4-ону. Наявність метиленактивної групи в положенні 5 тіазолідинового циклу отриманих 2-(1,3,4-тіадіазол-2-іл)імінотіазолідин-4-онів дозволила провести їх подальшу модифікацію в умовах реакції Кньовенагеля з різноманітними арил(гетерил)карбальдегідами, ізатином або похідними коричного альдегіду з утворенням серій відповідних 5-арил(гетерил)іліден- та 5-ізатин(3-фенілпропен)іліденпохідних як потенційних антитрипаносомних агентів. Структуру синтезованих сполук підтверджено елементним аналізом та спектроскопією ПМР.Висновки. Результати скринінгу антитрипаносомної активності in vitro синтезованих сполук на штамі Trypanosoma brucei gambiense (TBG) дозволили ідентифікувати чотири високоактивні сполуки, які зі значеннями IC50 в межах 7,3-12,8 мкМ володіли суттєвим трипаноцидним ефектом

Thiazolidinone motif in anticancer drug discovery. Experience of DH LNMU medicinal chemistry scientific group

The aim was analysis of 4-thiazolidinones and related heterocyclic systems anticancer activity data and formation of some rational design directions of potential anticancer agents. Synthetic research carried out in Danylo Halytsky Lviv National Medical University (DH LNMU) allowed us to propose a whole number of new molecular design directions of biological active 4-thiazolidinones and related heterocyclic systems, as well as obtain directed library that numbers over 5000 of novel compounds. At the present time in vitro anticancer activity screening was carried out for more than 1000 compounds (US NCI protocol (Developmental Therapeutic Program), among them 167 compounds showed high antitumor activity level. For the purpose of optimization and rational design of highly active molecules with optimal «drug-like» characteristics and discovering of possible mechanism of action SAR, QSAR analysis and molecular docking were carried out. The ultimate aim of the project is creating of innovative synthetic drug with special mechanism of action and sufficient pharmacological and toxicological features. Some aspects of structure–activity relationships were determined and structure design directions were proposed. The series of active compounds with high anticancer activity and/or selectivity levels were selected. Key words: synthesis, 4-thia(imida)zolidinones, thiopyrano[2,3-d]thiazoles, anticancer activity, (Q)SAR.Метою роботи був аналіз результатів дослідження протипухлинної активності 4-азолідонів і споріднених гетероциклічних сполук та формування деяких напрямків раціонального дизайну потенційних протипухлинних агентів. Синтетичні дослідження, проведені у ЛНМУ імені Данила Галицького, дозволили запропонувати низку нових спрямувань молекулярного дизайну біологічно активних 4-тіазолідинонів та споріднених гетероциклічних систем, а також одержати сфокусовану бібліотеку, яка нараховує понад 5000 нових сполук. На цей час здійснено in vitro скринінг протипухлинної активності понад 1000 сполук (US NCI протокол Developmental Therapeutic Program), з-поміж яких 167 ідентифіковано як такі, що мають високу протиракову активність. Для оптимізації і раціонального дизайну високоактивних молекул з оптимальними «лікоподібними» характеристиками та визначення можливого механізму біологічної дії проведено SAR- і QSAR-аналіз і молекулярний докінг. Кінцевою метою проекту є створення інноваційного синтетичного лікарського препарату з оригінальним механізмом дії та достатнім фармакологічним і токсикологічним профілем. Ключові слова: синтез, 4-тіа(іміда)золідинони, тіопірано[2, 3-d]тіазоли, протипухлинна активність, (Q)SAR.Цель работы состояла в анализе результатов исследования противоопухолевой активности 4-азолидонов и родственных гетероциклических систем и формировании некоторых направлений рационального дизайна потенциалных противоопухолевых агентов. Синтетические исследования, проведенные в ЛНМУ имени Данила Галицкого, позволили предложить ряд новых направлений молекулярного дизайна биологически активных 4-тиазолидинонов и родственных гетероциклических систем, а также получить сфокусированную библиотеку, насчитывающую более 5000 новых соединений. На данный момент осуществлен in vitro скрининг противоопухолевой активности (US NCI протокол Developmental Therapeutic Program) более 1000 соединений, позволивший идентифицировать 167 соединений с высоким противораковым эффектом. Для оптимизации и рационального дизайна высокоактивных молекул с оптимальными «drug-like» характеристиками и установления вероятного механизма биологического действия проведен SAR- и QSAR-анализ и молекулярный докинг. Конечная цель проекта – создание инновацинного синтетического лекарственного сресдтва с оригинальным механизмом действия, достаточным фармакологическим и токсикологическим профилем. Ключевые слова: синтез, 4-тиа(имида)золидиноны, тиопирано[2,3-d]тиазолы, противоопухолевая активность, (Q)SAR

Synthesis of novel 4H-1,2,4-triazole-3-thiol derivatives with 2-(2,6-dichlorophenylamino)benzyl fragment in molecules and their anti-inflammatory activity

Aim. The study of anti-inflammatory activity of novel 4H-1,2,4-triazole-3-thiol derivatives is one of the most priority direction of pharmacological investigation of mentioned heterocyclic system. Methods and results. Based on the heterocyclization reaction of N-substituted thiosemicarbazides in alkaline medium the synthesis of novel non-condensed derivatives with 4H-1,2,4-triazole and 2-(2,6-dichlorophenylamino)benzyl fragments was carried out. Further chemical modification of synthesized 5-[2-(2,6-dichlorophenylamino)benzyl]-4H-1,2,4-triazole-3-thioles was performed via S-alkylation reactions with N-aryl(thiophene-2-yl)substituted 2-chloroacetamides and 2-chloro-1-(3,5-diaryl-4,5-dihydropyrazol-1-yl)ethanones. Structure of synthesized compounds was confirmed by the elemental analysis and 1H NMR spectral data. Conclusions. The research of anti-inflammatory activity has been conducted on the carrageenan-induced edema of the rat’s extremities model. The results allow to identify highly active compounds 2-{5-[2-(2,6-dichloro-phenylamino)-benzyl]-4-ethyl-4Н-[1,2,4]triazol-3-ylsulfanyl}-N-(4-chlorophenyl)acetamide (compound 3b) and 2-{5-[2-(2,6-dichloro-phenylamino)-benzyl]-4-ethyl-4Н-[1,2,4]triazol-3-ylsulfanyl}-1-[5-(4-methoxy-phenyl)-3-(naphthalen-2-yl)-4,5-dihydro-pyrazol-1-yl]-ethanone (compound 5c) with evident antiexudative effect comparable with the same effect of diclofenac sodium

Синтез нових похідних 4Н-1,2,4-тріазол-3-тіолу з 2-(2,6-дихлорофеніламіно)бензильним фрагментом у молекулах та їхня протизапальна активність

Aim. The study of anti-inflammatory activity of novel 4H-1,2,4-triazole-3-thiol derivatives is one of the most priority direction of pharmacological investigation of mentioned heterocyclic system.Methods and results. Based on the heterocyclization reaction of N-substituted thiosemicarbazides in alkaline medium the synthesis of novel non-condensed derivatives with 4H-1,2,4-triazole and 2-(2,6-dichlorophenylamino)benzyl fragments was carried out. Further chemical modification of synthesized 5-[2-(2,6-dichlorophenylamino)benzyl]-4H-1,2,4-triazole-3-thioles was performed via S-alkylation reactions with N-aryl(thiophene-2-yl)substituted 2-chloroacetamides and 2-chloro-1-(3,5-diaryl-4,5-dihydropyrazol-1-yl)ethanones. Structure of synthesized compounds was confirmed by the elemental analysis and 1H NMR spectral data.Conclusions. The research of anti-inflammatory activity has been conducted on the carrageenan-induced edema of the rat’s extremities model. The results allow to identify highly active compounds 2-{5-[2-(2,6-dichloro-phenylamino)-benzyl]-4-ethyl-4Н-[1,2,4]triazol-3-ylsulfanyl}-N-(4-chlorophenyl)acetamide (compound 3b) and 2-{5-[2-(2,6-dichloro-phenylamino)-benzyl]-4-ethyl-4Н-[1,2,4]triazol-3-ylsulfanyl}-1-[5-(4-methoxy-phenyl)-3-(naphthalen-2-yl)-4,5-dihydro-pyrazol-1-yl]-ethanone (compound 5c) with evident antiexudative effect comparable with the same effect of diclofenac sodium.Изучение противовоспалительной активности новых производных 4Н-1,2,4-триазол-3-тиола является одним из приоритетных направлений фармакологических исследований указанной гетероциклической системы. На основе реакции гетероциклизации N-замещённых тиосемикарбазидов в щелочной среде получена группа новых неконденсированных соединений, содержащих 4Н-1,2,4-триазольный и 2-(2,6-дихлорофениламино)бензильный фрагменты. Проведена химическая модификация синтезированных 5-[2-(2,6-дихлорофениламино)бензил]-4Н-1,2,4-триазол-3-тиолов в реакциях S-алкилирования с N-арил(тиофен-2-ил)замещёнными 2-хлороацетамидами и 2-хлоро-1-(3,5-диарил-4,5-дигидропиразол-1-ил)этанонами. Структура соединений подтверждена элементным анализом и методом ПМР спектроскопии. Проведён скрининг противовоспалительной активности на модели каррагенинового отёка у крыс, который позволил идентифицировать два высокоактивных соединения: 2-{5-[2-(2,6-дихлорофениламино)бензил]-4-этил-4Н-1,2,4-триазол-3-илсульфанил}-N-(4-хлорофенил)ацетамид (соединение 3b) и 2-{5-[2-(2,6-дихлорофениламино)бензил]-4-этил-4Н-1,2,4-триазол-3-илсульфанил}-1-[5-(4-метоксифенил)-3-(нафтален-2-ил)-4,5-дигидропиразол-1-ил]этанон (соединение 5c), проявляющих выраженное противоотёчное действие, сопоставимое с аналогичным эффектом диклофенака натрия.Вивчення протизапальної активності нових похідних 4Н-1,2,4-тріазол-3-тіолу є одним із пріоритетних напрямів фармакологічних досліджень вказаної гетероциклічної системи. На основі реакції гетероциклізації N-заміщених тіосемікарбазидів у лужному середовищі одержали групу нових неконденсованих сполук, що поєднують 4Н-1,2,4-тріазольний і 2-(2,6-дихлорофеніламіно)бензильний фрагменти. Здійснили хімічну модифікацію синтезованих 5-[2-(2,6-дихлорофеніламіно)бензил]-4Н-1,2,4-тріазол-3-тіолів у реакціях S-алкілювання з N-арил(тіофен-2-іл)заміщеними 2-хлороацетамідами та 2-хлоро-1-(3,5-діарил-4,5-дигідропіразол-1-іл)етанонами. Структуру синтезованих сполук підтверджено елементним аналізом і методом ПМР спектроскопії. Здійснили скринінг протизапальної активності на моделі карагенінового набряку в щурів, що дало можливість ідентифікувати дві високоактивні сполуки: 2-{5-[2-(2,6-дихлорофеніламіно)бензил]-4-етил-4Н-1,2,4-тріазол-3-ілсульфаніл}-N-(4-хлорофеніл)ацетамід (сполука 3b) та 2-{5-[2-(2,6-дихлорофеніламіно)бензил]-4-етил-4Н-1,2,4-тріазол-3-ілсульфаніл}-1-[5-(4-метоксифеніл)-3-(нафтален-2-іл)-4,5-дигідропіразол-1-іл]етанон (сполука 5c), котрі виявляють виразну протинабрякову дію, що є співмірною з аналогічним ефектом диклофенаку натрію

SYNTHESIS AND ANTI-INFLAMMATORY ACTIVITY EVALUATION OF RHODANINE DERIVATIVES WITH 2-(2,6-DICHLOROPHENYLAMINO)-PHENYLACETAMIDE FRAGMENT IN MOLECULES

The aim of work. Synthesize the new 5-ylidenerhodanine derivatives with diclofenac fragment in position 3 based on the heterocyclization reaction and Knoevenagel condensation for screening their anti-inflammatory activity. Materials and Methods. Organic synthesis, NMR spectroscopy, elemental analysis, pharmacological screening, SAR-analysis. Results and Discussion. The interaction of 2-(2,6-dichlorophenylamino)phenylacetic acid hydrazide and thiocarbonyl-bis-thioglycolic acid in ethanol medium resulted in rhodanine derivative with fragment of anti-inflammatory drug «Diclofenac» in position 3. Considering the presence of an active methylene group in position 5 the further chemical modification of synthesized rhodanine was performed via Knoevenagel condensation with various aromatic aldehydes, isatin or cinnamic aldehyde derivatives have yielded a series of 5-arylidene- and 5-isatin(3-phenylpropene)ylidene derivatives for pharmacological screening on antiexudative action. The structure of obtained compounds was confirmed by NMR spectroscopy and elemental analysis. Conclusions. The results of anti-inflammatory activity investigation of synthesized compounds allowed us to identify three highly active derivatives which was appropriate to the reference nonsteroidal inflammatory drug «Diclofenac Sodium» by indicator of inhibition of inflammatory reaction (42,4-45,3%)

Study of antineoplastic action of novel isomeric derivatives of 4-thiazolidinone

Pyrazole- and aryl-substituted derivatives of 4-thiazolidinone belong to a perspective group of compounds with potential antitumor action. Earlier, we have demonstrated high toxicity in vitro of several 4-thiazolidinones derivatives towards tumor cell lines. To further enhance the antitumor activity of novel 4-thiazolidinones, their chemical scaffold was optimized, and new pyrazole-thiazolidinones were synthesized. That allowed us to combine in one molecule the potential pharmacophore centres of previously tested compounds. As a result, “hybrid” 4-thiazolidinones exhibit higher toxicity in vitro toward tumor cells of various origin. The molecular mechanisms of antineoplastic activity of these compounds and intensity of induction of apoptosis strongly depended on the position of the substituent in the thiazolidinone cycle. In particular, Les-3661 compound, containing pyrazoline fragment in the 4th position of thiazolidinone core, exhibits 14 times higher cytotoxic activity towards tumor cells (LC50 = 3 µM) in comparison to its 2-substituted isomer Les-3713 (LC50 = 42 µM). It is demonstrated that in terms of underlying molecular mechanisms for cytotoxic effect the Les-3661 compound induced caspase-8 and caspase-9 dependent mixed-type of apoptosis, while Les-3713 induced apoptosis mediated only by the caspase-8

Comparative study of the cytotoxic properties of isatin-containing derivatives of 4-thiazolidinone with different structure toward human tumor cells in vitro

Compounds on the basis of 4-thiazolidinone and its isatin-containing derivatives are characterized by a broad spectrum of biological activities and are potential antineoplastic agents. We have shown that the combination of 4-thiazolidinone and isatine (1H-indole-2,3-dione) in one molecule enhances the cytotoxic action of novel compounds towards lukemic and carcinoma cells in vitro. The level of cytotoxic action of ID-3833, ID-4522, ID-4523, ID-4524, ID-4525, ID-4526, ID-4527 compounds strongly depends on the presence of a halogen in the 5th position of the indoline moiety and the type of the atom (chlorine or bromine) in the aryl groups in the 3rd and 5th positions in pyrazoline moiety. Compound ID-3833 demonstrates the highest activity, which can be associated with the presence of bromine in the 5th position of indoline and 4-methoxyphenyl in the 5th position of pyrazoline and naphthyl in the 3rd position of pyrazoline. ID-4524 compound, whose molecule contains 5-bromindoline and two para-chlorophenyl groups also possessed high cytotoxic effect towards tumor cells. At the same time, ID-4522 compound was found to possess the lowest cytotoxic activity towards tumor cells. Like ID-4524 compound, it is characterized by the presence of two para-chlorophenyl groups in 3rd and 5th position of pyrazoline in isatin-pyrazoline-thiazolidinonr system, but it does not contain halogen in the 5th position of the indoline moiety. Thus, cytotoxic effect of isatin-containing 4-thiazolidinones mostly depends on the presence of halogen in the 5th position of the indoline, and the type of halogen in the 3rd and 5th position of the aryl groups of pirazoline cycle. All of these substances induce apoptosis in tumor cells. It has been shown that the ID-3833 substance induces apoptosis of mixed type, which includes the ER stress and mitochondrial apoptosis. The identified structure-functional relationships of 4-thiazolidones will be of high importance for further enhancement of their antineoplastic activity towards tumor cells

Enhanced Proapoptotic Effects of Water Dispersed Complexes of 4-Thiazolidinone-Based Chemotherapeutics with a PEG-Containing Polymeric Nanocarrier

Abstract Aim To study whether water formulation of the complex of 4-thiazolidinone derivatives with a PEG-containing polymeric nanocarrier enhances their pro-apoptotic action towards rat glioma C6 cells. Methods Mechanisms of antineoplastic effects of 4-thiazolidinone derivatives were investigated in vitro with rat glioma C6 cells. Cell nativity, cell cycling pattern, and Annexin V expression were evaluated and DNA damage was estimated by DNA comet analysis. A novel water-based formulation of 4-thiazolidinone derivatives complexed with a polymeric nanocarrier was utilized for enhancing pro-apoptotic action towards C6 cells. Results The studied 4-thiazolidinone derivatives use apoptosis mechanisms for killing rat glioma C6 cells, as confirmed by FACS analysis of these cells in pre-G1 stage, the appearance of Annexin V positive C6 cells, and an increased number of DNA comets of higher classes. Complexation of the studied compounds with a PEG-containing polymeric nanocarrier significantly increased pro-apoptotic effects in rat glioma C6 cells measured by all methods mentioned above. Conclusion Complexation of 4-thiazolidinone derivatives with a PEG-containing polymeric nanocarrier provided them with water solubility and enhanced pro-apoptotic effects in rat glioma C6 cells