CC BY
25
Бюлог1чний вюник МДПУ iMeHi Богдана Хмельницького 6 (3) стор. 149—153, 2Ш6
Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University, 6 (3), pp. 149—153, 2016
ARTICLE УДК41.64:541.124.7:547.315.2
ВИВЧЕННЯ ГОСТРО1 ТОКСИЧНОСТ1 ТА АНАЛГЕТИЧНО1 АКТИВНОСТ1 НОВИХ СП1РОЦИКЛ1ЧНИХ ПОХ1ДНИХ ШРАЗОЛ1ДИН-3,5-ДЮНУ
В.М. Головатюк1, О.А. Бражко2, В.1. Кашковський1 11нститут бюоргатчног хши та нафтохмИ НАН Украгни 2 Заnорiзький нащональний университет
В робота наведено досл1дження гостро! токсичност та аналгетично! активност нових строцикл1чних пох1дних тразол1дин-3,5-дюну. Гостру токсичшсть спiродiaзолiдинiв було вивчено позаекспериментальним методом QSAR-анал1зу за методологieю комп'ютерно! розробки QuS, а також експериментальним шляхом на ссавцях (мишах). Встановлено, що сполуки цього класу е малотоксичними, при чому показники токсичности зменшуються i3 введенням метильного замшника в циклопентеновий цикл, а також зашснишв у ядро арильних фрагментов. Сл1д зазначити, що рiзниця мiж показниками гостро! токсичности, одержаних як позаекспериментальним, так i експериментальним методами, е незначною, що надае перспективи використання комп'ютерного прогнозування у подальших досл1дженнях та дизaйнi нових бiоaктивних сполук. Експериментальним шляхом проведено досл1дження аналгетично! aктивностi нових спiроциклlчних похiдних тразол1диндюшв. Показано, що деяк1 сполуки досл1джуваного ряду мають досить виражену аналгетичну д1ю, що за ефектом конкуруе з в1домим пiрaзолоновмiсним референс-препаратом «Анальг1н».
Ключгж слова: тразолгдиндюни, гостра токсичшсть, аналгетична активность
THE ACUTE TOXICITY AND ANALGESIC ACTIVITY INVESTIGATION OF NEW SPIROCYCLIC PYRAZOLIDINE-3,5-DIONE DERIVATIVES
V.M. Holovatiuk, O.A. Brazhko, V.I. Kashkovsky
institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry, The National Academy of Sciences of Ukraine. Kiev, Ukraine. E-mail: [email protected] 2Zapori%h%hya National University. Zapori%h%hya, Ukraine
We presented the results of acute toxicity and analgesic activity research of the new spirocyclic pyrazolidine-3,5-dione derivatives. We studied the acute toxicity of spirodiazolidines with QSAR analysis by QuS computer design and experimentally on mammalian (mice). These compounds had low toxicity and toxic values that decreased with introduction of methyl substituent in cyclopentenic ring and other substituents in compound aromatic fragments. The acute toxicity values that were obtained by nonexperimental and experimental methods had similar magnitudes, and this will allow to apply the computer prognosis in further investigations and design of new bioactive molecules. We also carried out the research of analgesic activity of new spirocyclic pyrazolidinedione derivatives. We proved that some compounds of the studied range have significant analgesic activity to be competed with well-known pyrazolone containing drug 'Analgin'. Key words: pyrazolidinedione, acute toxicity, analgesic activity
Citation:
Holovatiuk, V.M., Brazhko, O.A., Kashkovsky, V.I. (2016). The acute toxicity and analgesic activity investigation of new spirocyclic Pyrazolidine-3,5-dione derivatives.
Biological Bulletin of Bogdan Chmelnitskiy Melitopol State Pedagogical University, 6 (3), 149—153. Поступило в редакцию / Submitted: 01.10.2016 Принято к публикации / Accepted: 03.11.2016 eros i«! http: / /dx.doi.org/10.15421 /201681 © Holovatiuk, Brazhko, Kashkovsky, 2016
Users are permitted to copy, use, distribute, transmit, and display the work publicly and to make and distribute derivative works, in any digital medium for any responsible purpose, subject to proper attribution of authorship.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0. License
В.М. Головатюк та íh.
150
ИЗУЧЕНИЕ ОСТРОЙ ТОКСИЧНОСТИ И АНАЛЬГЕТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ НОВЫХ СПИРОЦИКЛИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ ПИРАЗОЛИДИН-3,5-ДИОНА
В.Н. Головатюк1, А.А. Бражко2, В.И. Кашковский1
Чнститут биоорганической химии и нефтехимии Национальной академии наук Украины.
Киев, Украина. E-mail: [email protected] 2Запорожский национальный университет. Запорожье, Украина
В работе приведены исследования острой токсичности и анальгетической активности новых спироциклических производных пиразолидин-3,5-диона. Острая токсичность спиродиазолидинов была изучена неэкспериментальным методом QSAR-анализа по методологии компьютерной разработки QuS, а также экспериментальным путем на млекопитающих (мышах). Установлено, что соединения данного класса относятся к малотоксичным веществам, причем показатели токсичности уменьшаются с введеним метильного заместителя в циклопентеновый цикл, а также заместителей в ядро арильных фрагментов. Следует отметить, что разница между показателями острой токсичности, полученных как виртуальным, так и экспериментальным методами, является незначительной, что открывает перспективы использования компьютерного прогнозирования в дальнейших исследованиях и дизайне новых биоактивных соединений. Экспериментальным методом проведены исследования анальгетической активности новых спироциклических производных пиразолидин-дионов. Показано, что некоторые соединения исследуемого ряда имеют достаточно выраженое анальгетическое действие, которое по эффективности конкурирует с известным пиразолоносодержащим референс-препаратом «Анальгин». Ключевые слова: пиразолидиндионы, острая токсичность, анальгетическая активность
ВСТУП
Кразол^индюни, як в^омо, е одним з важливих клаав серед п'ятичленних нпрогеновмкних гетероцикмчних сполук, яш проявляють низку бюлопчних активностей, i, в^пов^но, використовуються досить широко в бюлоги, медицинi, ветеринари тощо (Marella at al., 2013). Незважаючи на те, що дiазольне ядро в природi зустрiчаеться досить р1дко, наявнiсть ще! гетероци^чно! системи в синтетичних речовинах надае 1м цiнних властивостей. Так, похiднi тразод1динш широко використовуються в медицинi як протизапальш, жарознижуючi та аналгетичнi лжарсьш засоби. Бiологiчна активнiсть пояснюеться 1х здатнiстю неселективно пригнiчувати тканиннi ферменти циклооксигенази 1 i 2 типу, яш беруть участь у бюконверси арах^оново! кислоти в простогландши, що власне i ескалуе запальнi процеси в органiзмi (Lees & Higgins, 1985).
Крiм того, пiразолiдиновмiснi сполуки проявляють протитуберкульозну, противiрусну, антиоксидантну, заспокшливу, антибактерiальну, протидiабетичну та протипухлинну активности а також застосовуються при лшуванш хвороби Бехтерева, ревматоидного артриту i синдрому Рейтера (Kumar & Jain, 2013). Тому створення нових бюлопчно активних сполук шляхом модифжаци шразол^индюнового циклу е актуальним i перспективним напрямком сучасних дослiджень в галузях бюоргашчно! хiмil, бюлоги та медицини. Рашше було зроблено повiдомлення про синтез реакщею метатезису iз закриттям циклу (RCM) нових 4,4-спiроциклоалкенiльних пох^них 1,2-дiарилпiразолiдин-3,5-дiонiв (Головатюк и др., 2014) (рис. 1).
R
R
2
1-8
1- R, R1, R2=H
5- R=H; R1=CH, R2=Cl
2- R=H
3- R=H
4- R=H
R1, R2 =CH 6- R=CH; R1, R2 =H
R1, R2 =Cl R1, R2 =Br
7- R=CH3; R1, R2 =Cl
8- R=CH3; R1, R2=Br
BÍM0¿Í4rnü eicHUK МДПУ тет Богдана Хмельницького 6 (3), 2016
Рис. 1. Строцикл1чш пох^ш тразол1дин-3,5-дюнш
На тепершнш час позаекспериментальнi дослiдження in silico набувають все бАьшого використання (Улщенко та in., 2012; Бражко та ш., 2014; Brazhko at al., 2015; Zavgorodniy at al., 2015) . Вони дають можливiсть економити час дослiджень, акцентувати напрями експериментальних випробувань та виявити оптимальнi шляхи досягнення поставлених завдань.
Метою ще! роботи е вивчення токсичностi та бюлопчно! активностi нових дкрилшразол1дин-3,5-дюшв як потенцiйних бiорегуляторiв за допомогою методу комп'ютерного QSAR-аналiзу та експериментальних до^джень.
МАТЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
Дослiдження токсичностi нових дiарилпiразолiдин-3,5-дiонiв здшснювали вiртуально та експериментально. Вiртуальне оцшювання проводили комп'ютерним QSAR-аналiзом за методолопею комп'ютерно! розробки QuS, яка розроблена i випробувана в лаборатори бютехнологи фiзiологiчно активних речовин бiологiчного факультету Запорiзького нацiонального унiверситету (Brazhko at al., 2015; Zavgorodniy at al., 2015). Дана програма написана на мовi програмування Object Pascal (веб-сервер) та JavaScript (штерфейс користувача) з використанням готових клаав та бiблiотек (Ararat Synapse, LCLBase, SynEdit) з в^критим вихiдним кодом. Для виконання окремих еташв QSAR аналiзу було використано ряд програмних засобiв, таких як: фреймворк JSDraw, OpenBabel, PaDEL-Descriptor, McQSAR, Pandoc (Vainio & Johnson, 2005). Умовно дану програмну розробку можна роздiлити на двi частини: штерфейс користувача у вигляд веб-сторшки та веб-сервер. Управлiння програмою (веб-сервером) здшснюеться через веб-сторiнку, на якш розмiщено необхiдний iнструментарiй та на яку виводяться результати аналiзу. Також було використано сторонш програмнi ршення для побудови моделей «структура — токсичшсть» та прогнозування LD50 за допомогою вже створених моделей GUSAR (ФРН), TEST (США) ( Yap, 2011).
Експериментальш до^дження було проведено на 64 бАих безпородних мишах обох родiв вагою 1624 г, що отриманi з розпл^ника iнституту фармакологи та токсикологи АМН Укра!ни (м. Ки!в). Тварини утримувались на стандартному рацiонi харчування вiварiю (Кожемякiн та iн., 2002). Речовини вводили внутршньоочеревинно (в/о) у вигляд тонко! водно! суспензп, яку стабгмзували фiзiологiчним розчином в об'емi не бАьше 1 мл. Контрольнiй груш тварин вводили також фiзiологiчний розчин i «Твш 80» в тому ж об'ем^ що i до^джуваним групам. Кожна група складалась з 8 тварин. Спостереження за тваринами проводили протягом 2 ддб тсля одноразового введення речовин. Протягом цього часу спостерйали за поведiнкою тварин, станом !х шири та слизових оболонок, нервовою збудливштю, кiлькiстю живих i загиблих тварин. Середньолетальнi дози (LD50) визначали за методом В. Прозоровського (Прозоровский, 1998).
Аналгетичну актившсть визначали на 50 бiлих безпородних щурах-самцях вагою 200-240 г по 5 тварин у кожнш групи на моделi "оцтовокислих корчiвм, яш викликали в/о введенням розчину 0,75%-но! оцтово! кислоти в об'емi 1 мл на 100 г ваги тварини (контрольна група). 1ншш груш тварин вводили сполуки в дозi 0,05 AAso за 30 хвилин до введення оцтово! кислоти. За еталон порiвняння був використаний в^омий аналгетик - структурний аналог синтезованих сполук - «Анальгш», який уводили в/о 3-й груш тварин за 30 хвилин до введення оцтово! кислоти в дозi 50 мг/кг. Шдрахунок тлькост "корчiв" проводили через 15 хвилин шсля введення оцтово! кислоти протягом 20 хвилин. За показник аналгетично! ди брали зниження шлькосп корчiв по вiдношенню до контролю (Стефанова, 2001).
Статистичну обробку даних проводили з використанням параметричного критерто t-Стьюдента. Достовiрними вважали в^мшносп з рiвнем значущостi понад 95% (p<0,05). Утримання та робота з тваринами проводилася в^пов^но до нацюнальних «Загальних етичних принципiв експериментiв на тваринах» (Укра!на, 2001), якi узгоджуються з положеннями «бвропейсько! конвенци з захисту хребетних тварин, що використовуються в експериментальних та шших досл^них цiлях» (Страсбург, Францiя, 1985) (Кожемякш та iн., 2002).
РЕЗУЛЬТАТИ ТА IX ОБГОВОРЕННЯ
Внаслiдок вивчення токсичносп похiдних пiразолiдин-3,5-дiону позаекспериментальним шляхом за допомогою моделей GUSAR (ФРН), TEST (США) встановлено, що до^джуваш сполуки можна взнести до малотоксичних речовин (табл. 1). Результати експериментального до^дження гостро! токсичностi (або середньо! летально! дози (LD50, мг/кг) сполук (1-8) подано у табл. 1. Було вивчено залежшсть гостро! токсичностi в^д наявностi у фрагментах дослiджуваних молекул алшльного та/або галогенового замiсникiв.
Встановлено, що токсичшсть сполук зменшуеться при введенш як метильного замшника в циклопентеновий цикл (у 1.5 рази), так i замiсникiв у ядра арильних фрагмента. Результати проведених випробувань св^чать про те, що до^джуваш речовини суттево не вiдрiзнялись за токсичшстю, яка визначаеться у першу чергу пiразолiдиндiоновим фрагментом сполуки. Сл^ зазначити, що рiзниця мiж показниками гостро! токсичност^ як одержано як позаекспериментальним, так i експериментальним
В.М. Головатюк та ш.
152
методами, була незначною. Це надае перспективи використання комп'ютерного методу QSAR-аналiзу при подальших дослiдженнях та дизайнi нових бюлопчно активних сполук. 1. Токсичшсть дослiджуваних сполук
Прогнозована токсичшсть (LD5o(mg/kg)
Експериментальнi
Сполука В/о Внутршньовенне Оральне LD5o(mg
введення (GUSAR) введення (GUSAR) введення (GUSAR) (TEST)
1 307,10 213,20 1622,0 1082,82 225±18
2 609,30 184,60 2555,0 1145,81 357±28
3 709,90 250,80 2247,0 1275,02 566±45
4 727,80 361,10 1477,0 1902,55 450±35
5 866,20 138,60 1978,0 1778,99 306±42
6 379,70 181,90 1123,0 1203,89 306±42
7 646,30 167,0 1563,0 1470,36 525±51
8 950,10 227,40 1297,0 2173,23 551±11
Результати експериментальних дослiджень спiроциклiчних похiднх пiразолiдин-3,5-дiону (сполуки 1-8) (табл. 2) св^чать про помiрну аналгетичну дiю бiльшостi дослiджених сполук. Сл1д зазначити, що сполуки 1, 2, 5 та 8 мали виражену аналгетичну актившсть i за ефектом конкурують з вiдомим iз групи пiразолонiв референс-препаратом «Анальгш». Ц сполуки е структурними аналогами цього препарату, що дае тдставу св^чити про схожесть механiзмiв 1х бюлопчно! ди. Таблиця 2. Аналгетична актившсть сполук
№ Сполука В/о введення, Кiлькiсть Аналгетична
з/п 1/20 LD5o т/к^ «корчiв» активнiсть, %
1 1 10 4,0±1,2 81
2 2 18 7,0±2,1 67
3 3 28 14,1 ±2,7 33
4 4 22 13,0±1,8 38
5 5 15 9,0±2,7 57
6 6 15 12,1±3,4 43
7 7 26 12,2±1,4 42
8 8 28 9,1 ±2,7 56
9 Анальгш 50 9,0±1,5 57
10 Контроль - 21,0±2,7 0
ВИСНОВКИ
Таким чином, в рамках ще!' роботи було дослджено на гостру токсичнiсть та аналгетичну актившсть нових сшроцикл!чних похiдних шразол^ин-3,5-дюшв. При визначеннi гостро! токсичностi комп'ютерним QSAR-аналiзом за методологiею комп'ютерно! розробки QuS, а також експериментальним шляхом, було встановлено, що дослiджуванi шразол^индюни можна вiднести до малотоксичних сполук. Токсичшсть сполук зменшувалась при введенш метильного замiсника в циклопентеновий цикл та замшнишв у ядра арильних фрагмента. Результати проведених випробувань св^чать, що досмджуваш речовини суттево не вiдрiзнялись за токсичнiстю, яка визначаеться у першу чергу базовою структурою речовини.
Внаслдок експериментальних дослiджень аналгетично! активност нових пiразолiдиндiонiв встановлено, що деят з них мали досить виражену знеболювальну дiю i за ефектом конкурують з вломим пiразолоновмiсним референс-препаратом «Анальгш». Це припускае перспективнiсть подальшого дизайну та синтезу нових спiроциклiчних похiдних дiарилпiразолiдин-3,5-дiону з метою одержання потенцшних малотоксичних аналгетичних засобiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАНО1 Л1ТЕРАТУРИ
Бражко, Е.А. (2015). Биологическая активность диалкоксизамещенных (хинолин-4-илсульфанил)карбоновых кислот. Весник БГУ. Серия 2, №3, 26—30.
Ъiaлaгiчжй вгсник МДПУ шет Богдана Хмельницького 6 (3), 2016
Бражко, О.О., Омельянчик, Л.О., Лабенська, 1.Б., Завгороднш, М.П. (2014). Синтез i бюлопчна активнiсть нових похiдних 6-бромо-2-метил-4-сульфанiлхiнолiнiв. Ukrainica Bioorganica Acta, 2, 15—22. Головатюк, В.М., Безуглий, Ю.В., Кашковський, В.1. (2014). Синтез нових 4,4-сшроциклоалкешльних похДних 1,2-дифенiлпiразолiдин-3,5-дiонiв реакцiями метатезису i3 закриттям циклу. Журн. Орг. Фарм. Хм., 12 (3), 33-37.
Кожемякш Ю.М. Науково-практичнi рекомендаци з утримання лабораторних тварин та роботи з ними / Ю.М. Кожемякш, О.С. Хромов, М.А. Ф^оненко, Г.А. Сайфетдшова. — К.: Авщена, 2002. — C. 155. Прозоровский, В.Б. (1998). Табличный экспресс-метод определения средних эффективных мер воздействия на биологические объекты. Токс. вестник, 1, 28—32.
Стефанов О.В. Докмшчш досл1дження лжарських засобiв / За ред. О.В. Стефанова. — К.: Авщена, 2001. — С. 528.
Улщенко, 6.О., Бражко, О.А., Омельянчик, Л.О., Генчева, В.1., Бражко, О.А. (2012). Вiртуальний скриншг та синтез нових N-ацильних похiдних S-(2-метилхiнолiн-4-iл)-L-цистеiну як потенцiйних бiорегуляторiв направлено! дп. Медична хiмiя, 14 (3), 94—99.
Brazhko, О.О., Zavgorodny, M.P., Kruglyak, O.S., Omeljanchik, L.O., Shapoval, G.A. (2015). Antioxidant activity of alkoxy derivatives of (quinolinе-4-ylthio)carboxylic acids. Ukr. Biochem. J., 87 (2), 95—102. Kumar, H., Jain, S. (2013). Synthesis and antimicrobial evaluation of 4-benzylidenepyrazolidine-3,5-dione derivatives. Int. J. Pharm. Sci. Res., 4(1), 453—457.
Lees, P., Higgins, A. (1985). Clinical pharmacology in therapeutic uses of non-steroidal antiinflammatory drugs in the horse. Equine Vet. J., 17 (2), 83—96.
Marella, A., Ali, M., Alam, M., Saha, R., Tanwar, O., Akhter, M., Shaquiquzzaman, M,. (2013). Pyrazolines: a biological review. Mini-Rev. Med. Chem., 13, 921—931.
Vainio, M.J., Johnson, M.S. (2005). McQSAR: A Multiconformational Quantitative Structure—Activity Relationship Engine Driven by Genetic Algorithms. J. Chem. Inf. Model, 45, 1953 — 1961.
Yap, C.W. (2011) PaDEL-Descriptor: An open source software to calculate molecular descriptors and fingerprints. J. Comput. Chem., 32, 1466—1474.
Zavgorodniy, M.P., Brazhko, A.A., Veselkov, A.V., Derevianko, N.P. (2015). QuS: A Software for Automated QSAR analysis of Biologically Active Compounds. Chemistry of nitrogen containing heterocycles, VII Int. Conf. Kharkiv (in Ukrainian). REFERENCES
Brazhko, E.A. (2015). Biological activity of dialkoxysubtituted (quinolin-4-ilsulfonyl)-carboxylic acids. Vestnik
Beloruskogo Gosudarstvennogo Universiteta, 3, 26—30. Brazhko, О.О., Оmelyanchik, L^., Labenska, I.B., Zavgorodniy, M.P. (2014). Synthesis and biological activity of
new 6-bromo-2-methyl-4-sulfonylquinoline derivatives. Ukrainica Bioorganica Acta, 2, 15—22. Brazhko, О.О., Zavgorodny, M.P., Kruglyak, O.S., Omeljanchik, L.O., Shapoval, G.A. (2015). Antioxidant activity
of alkoxy derivatives of (quinolinе-4-ylthio)carboxylic acids. Ukr. Biochem. J., 87 (2), 95—102. Holovatiuk, V.M., Bezugly, Yu.V., Kashkovsky, V.I. (2014). Synthesis of new 4,4-spirocycloalkenic 1,2-
diphenylpyrazolidine-3,5-dione derivatives. Zh Org Farm Khim, 12(3), 33—37. Kozemyakin, Yu.M., Khromov, O.S., Philonenko, M.A., Saifetdinova, G.A. (2002). Scientific and practical
recommendations toward laboratory animals keeping and working with it. Kyiv: Avitsena (in Ukrainian). Kumar, H., Jain, S. (2013). Synthesis and antimicrobial evaluation of 4-benzyli-denepyrazolidine-3,5-dione
derivatives. Int J Pharm Sci Res, 4(1), 453—457. Lees, P., Higgins, A. (1985). Clinical pharmacology in therapeutic uses of non-steroidal antiinflammatory drugs in
the horse. Equine Vet J, 17(2), 83—96. Marella, A., Ali, M., Alam, M., Saha, R., Tanwar, O., Akhter, M., Shaquiquzzaman, M,. (2013). Pyrazolines: a
biological review. Mini-Rev Med Chem, 13, 921—931. Prozorovsky, V.B. (1998). Tabular determination express-method of the average effective measures of action on
biological objects. Tox Bull, 1, 28—32. Stefanov O.V. (2001). Pre-clinical investigation of the drugs. Kyiv: Avitsena (in Ukrainian). Ulischenko, E^., Brazhko, О.А., Оmelyanchik, L^., Genchenko, V.I., Brazhko O. A. (2012). Virtual screening and synthesis of new N-acylic S-(2-methylquinolin-4-yl)-L-cysteine derivatives as a potential bioregulators with directional effect. Med Chem, 14 (3), 94—99. Vainio, M. J., Johnson, M. S. (2005). McQSAR: A Multiconformational Quantitative Structure—Activity
Relationship Engine Driven by Genetic Algorithms. J Chem Inf Model, 45, 1953—1961. Yap, C.W. (2011) PaDEL-Descriptor: An open source software to calculate molecular descriptors and fingerprints. J Comput Chem, 32, 1466—1474.
B.M. ToAOBaTKiK Ta m. 154
Zavgorodniy, M.P., Brazhko, A.A., Veselkov, A.V., Derevianko, N.P. (2015). QuS: A Software for Automated QSAR analysis of Biologically Active Compounds. Chemistry of nitrogen containing heterocycles, VII Int. Conf. Kharkiv (in Ukrainian).
Bimoiirnuu eicHUK MAnY Mem Bozbarn XMeAbm^bmio 6 (3), 2016
