Serie GlaxoSmithKline

Micheli et al. hanno studiato la possibilità di introdurre una catena laterale sul sistema 3-azabiciclo[3.1.0]esanico, per riuscire a rafforzare il legame con le proteine target.24

Queste modifiche hanno portato alla scoperta di una nuova serie di composti basati sul chemiotipo 1-(aril)-6-[alcossialchil]-3-azabiciclo[3.1.0]esano con l'introduzione di una sostituzione in posizione 6 del sistema ciclico, in quanto studi precedenti, avevano già dimostrato l'assenza di miglioramenti con una sostituzione in posizione 5.

Figura 33. Introduzione di una catena laterale nel composto 4

L'introduzione di un gruppo CH2OMe ha portato alla identificazione del composto

63, molecola “lead”, che ha mostrato una grande affinità per SERT e NET, ed una moderata affinità per DAT. Gli eso-isomeri 63 e 64 hanno mostrato una maggiore affinità rispetto all'endo-isomero 62, in accordo con il modello farmacoforo elaborato precedentemente.

L'enantiomero più attivo, il composto 63, ha mostrato un’affinità a livello nanomolare sia per SERT che per NET, ed ancora migliore per DAT.

Successivamente, sono state testate molte altre sostituzioni in posizione 6, tra cui CH2OR, con R: Et, CH2CF3, n-Pr, i-Pr, ciclopropile, butile, pentile, mentre sono stati

mantenuti in posizione 1 i gruppi 3,4-diclorofenile o 2-naftile.

Gli studi condotti su questi composti hanno indicato come gruppo preferenziale il CH2OEt, presente nel composto 66, in quanto questo è associato ad una

maggiore attività inibitoria, rispetto al composto 63, e ad un miglior profilo di inibizione del CYP2D6.

Questo composto presenta un'azione caratterizzata da un inizio lento ed un incremento dei livelli di 5-HT, NE e DA duraturo. 66 è inoltre in grado di ridurre significativamente il tempo di immobilità nei topi FST a dosi di 3 e 10 mg/kg.

Ha inoltre mostrato un'importante attività locomotrice alla dose di 10 mg/kg, in accordo con un incremento della neurotrasmissione dopaminergica.

Un ulteriore allungamento della catena CH2OMe, con un CH2, ha portato al

composto 69, con un'attività 2-5 volte maggiore rispetto al 63.

Un'altra variazione è stata lo spostamento del sostituente 3,4-diclorofenile dalla posizione 1 alla 6, ottenendo il composto 71, con una minore potenza sul NET, e l'endo-isomero 72, con una riduzione drastica dell'affinità.

Altre ottimizzazioni strutturali hanno portato alla identificazione di una terza serie di composti, basata sui due regioisomeri: 1-(aril)-6-[alcossialchil]-3- azabiciclo[4.1.0]eptano e 6-(aril)-1-[alcossialchil]-3-azabiciclo[4.1.0]eptano, che

Figura 34. Omologazione dell'anello del composto 4 e successive modifiche

Fra i due regioisomeri 75 e 76, il composto 75 ha mostrato una maggiore potenza sul SERT e sul DAT. Una modifica ulteriore del composto 75, con l'introduzione di un gruppo CH2OMe, ha conferito una maggiore affinità.

Lo spostamento della catena laterale dalla posizione 1 alla posizione 7, come nei composti 79 e 80, è risultata in una riduzione dell'attività TRI, suggerendo che la posizione 1 sia quella ottimale.

Il regioisomero 79, sostituito in posizione 6, ha mostrato una maggiore potenza sul SERT, ma minore sul NET e DAT, rispetto al regioisomero 84, che presenta lo stesso sostituente in posizione 1.

La sostituzione del CH2OMe nel composto GSK1360707, con un CH2OEt, ha

portato ai composti 77 e 78, che hanno mostrato un profilo d'azione quasi sovrapponibile. Il composto 10 ha mostrato una attività inibitoria a valori nell’ordine del basso nanomolare, una buona selettività, ed una buona farmacocinetica nei ratti.

Questo eleva significativamente i livelli di 5-HT, NE e DA nella corteccia prefrontale e nel nucleus accumbens, a dosi di 3 mg/kg nei ratti. Nei topi FST, riduce sensibilmente il tempo di immobilità alle tre dosi testate di 3, 10 e 30 mg/kg. In uno studio di occupazione ex-vivo, ha mostrato un incremento dose-dipendente dell'occupazione SERT nella corteccia dei ratti, mentre in un esperimento autoradiografico condotto su ratti, il composto ha mostrato un'occupazione SERT massimale in quasi tutte le aree cerebrali, alla dose di 10 mg/kg.

In uno studio PET, la concentrazione plasmatica misurata nell'uomo, per un'occupazione corrispondente alla metà di quella massimale, è stata valutata a valori di 6,8 e 18 nM per SERT e DAT rispettivamente. Questo conferma la capacità di penetrazione del composto 10 attraverso la barriera emato-encefalica e l'azione TRI in vivo.

In uno studio clinico di fase I, il composto 10 si è dimostrato ben tollerato alla dose di 150 mg/die. Il suo sviluppo per il disturbo di depressione maggiore è stato però discontinuo per ragioni economiche.

Micheli et al. hanno successivamente studiato altre modifiche strutturali con la sostituzione del gruppo CH2OMe con gruppi eteroarilici, anche distanziati da un

Figura 35. Rimpiazzo della catena laterale del composto 10 con (metilen)eteroarili

Il composto 85, che presenta un sostituente eteroarilico a 5 termini, ha mostrato una minor affinità SERT, ed una maggiore affinità NET e DAT rispetto al composto 77. La sostituzione dell'atomo di ossigeno nel composto 85, con un atomo di zolfo, un più debole accettore di legami a idrogeno, ha portato al composto 86, che ha esibito una maggiore potenza ed un'attività sub-nanomolare, in proporzione SERT/ NET/DAT 3:3:1.

L'enantiomero 87, che presenta un profilo di inibizione del triplo reuptake bilanciato, ha mostrato una debole inibizione del CYP ed una moderata clearance intrinseca nei microsomi epatici.

L'introduzione di uno spaziatore metilenico il sistema 3-azabiciclo[4.1.0]eptanico e il gruppo eteroarilico, ha portato ai composti 89 e 90, che presentano una minore affinità DAT.

Successivamente, vennero presi in considerazione i derivati N-eteroaril sostituiti, in quanto di più semplice sintesi rispetto ai precedenti. I pirazolo derivati hanno mostrato un profilo di attività TRI simile a quello degli analoghi composti sostituiti con CH2OMe, anche se l'affinità risente della natura e della posizione dei

sostituenti sull'anello pirazolico. I pirazoli sostituiti in 5 (composti 95-97), hanno una maggiore affinità NET e DAT rispetto ai composti sostituiti in 3 (91-93). L'introduzione di un gruppo metilico in 4 nel composto 99, ha portato ad una significativa riduzione dell'affinità NET e DAT, mentre l'introduzione di un secondo gruppo metilico, come ad esempio nel composto 102, si è risolta in un ulteriore aumento della potenza sul SERT e sul NET.

Questo composto ha mostrato inoltre una modesta inibizione del CYP2D6 ed una clearance nei microsomi epatici, da moderata ad alta. In vivo, ha presentato una bassa biodisponibilità, una moderata velocità di distribuzione (6,9 L/kg), una moderata clearance (Clb: 52 mL/min/kg) ed un tempo di emivita di 2,3 h.

Assumendo come responsabile della clearance metabolica, l'anello pirazolico elettron ricco, il gruppo metilico è stato sostituito con sostituenti come CF3 e CN

(composti 93, 94, 97 e 98). Questo cambiamento ha però portato ad una riduzione dell'affinità NET e DAT.

Gli analoghi benzo-fusi 106 e 107, nonostante il loro maggior ingombro, si sono mostrati ben tollerati.

Il derivato indazolico 107 ha mostrato una maggiore attività sul SERT rispetto a quello indolico 106, probabilmente per la presenza di un potenziale accettore di legami a idrogeno.

Modifiche dell'anello fuso di GSK1360707, hanno portato alla scoperta di due diverse serie di derivati 5-(3,4-diclorofenil)-4-[(metossi)metil]-2- azabiciclo[3.2.1]ottanici, con un più rigido legame in C2.27

Figura 36. Modifiche nella fusione dei due anelli del composto 10

Tutti e quattro gli isomeri 108-111 presentano un'affinità maggiore per NET rispetto a SERT. Tra questi, il composto 108 è risultato quello con la maggiore affinità per i tre trasportatori, con attività inibitoria subnanomolare per il NET. L'altra serie di composti arilpiperidinici è stata invece sviluppata sull'ipotesi che un tetraidrofurano (THF) o un tetraidropirano (THP), propriamente posizionati, potevano garantire i requisiti necessari del farmacoforo. Il composto che risulta più potente è il 113, insieme al suo più attivo enantiomero, il composto 115, che mostra una debole inibizione del CYP e una bassa clearance intrinseca. Hanno però mostrato una bassa biodisponibilità orale, a causa dell'elevata estrazione epatica (90 %).

7.5 Serie AMRI/BMS

Un programma di ricerca su farmaci NDRI e TRIs venne iniziato dalla Albany Molecular Research Incorporated (AMRI) insieme alla DuPont Pharmaceuticals, e successivamente acquisito dalla Bristol-Myers Squibb (BMS) nel 2001.

Ispirati dalla struttura dell'NDRI Nomifensina, la AMRI ha cercato di ottimizzare la molecola per identificare un inibitore duale, con azione nella depressione e nell'ADHD, che fosse privo del gruppo amminico aromatico, per cercare di evitare gli effetti tossici riportati per la Nomifensina.

Queste ricerche hanno portato all'identificazione del composto 118, con attività inibente NET e DAT, che è stato successivamente ottimizzato per ottenere anche un'attività sul SERT.

Lo studio di vari sostituenti eteroaril biciclici in posizione 4 del sistema tetraidroisochinolinico ha portato ad identificare il composto 119,28 _{con un gruppo}

benzotiofen-5-ile, che ha mostrato un’attività basso nanomolare di inibizione del triplo reuptake, ma con una moderata inibizione del CYP2D6.

La sostituzione in posizione 5 del benzotiofene è stata quella a presentare maggiore attività, rispetto alle posizioni 2 ,3 ,6 e 7.

Sono state ricercate anche sostituzioni diverse per la posizione 7, per cercare di ridurre l'attività inibitoria sul CYP2D6, fino ad arrivare al composto AMR-000002, contenente un gruppo morfolinico in tale posizione. Questo composto ha dimostrato un'elevata azione TRI ed una debole inibizione del CYP.

Ex vivo, presenta una significativa e dose-dipendente occupazione di SERT (84- 89%), NET (88-98%) e DAT (23-77%) nei topi, a seguito di una somministrazione orale di 0.3, 1 e 3 mg/kg; determina inoltre un'importante riduzione del tempo di immobilità sia nei ratti FST, sottoposti al forced swim test, sia nei topi TST, sottoposti al tail suspension test.

Questo composto ha una buona biodisponibilità orale sia nei ratti che nei macachi cinomolghi.

L'acquisizione dell'AMRI da parte della Bristol-Myers Squibb, ha portato ad un ulteriore sviluppo di questo tipo di composti per il trattamento della depressione maggiore e del dolore neuropatico.

La collaborazione è risultata nell'avanzamento del composto 11 ai trials clinici. Questo composto, che appartiene alla classe dei derivati THIQ, riduce il tempo di immobilità del 77% nei topi TST, alla dose di 0,3 mg/kg.

In studi ex-vivo ha mostrato un'occupazione SERT, NET e DAT dell' 86%, 76% e 28%, rispettivamente.

In uno studio clinico di fase I, ha mostrato un accettabile margine di sicurezza e tollerabilità in soggetti sani, a seguito di una somministrazione orale di 0,025-3,0 mg, con un lento assorbimento ( tmax: 5,0-7,2 h) ed una lunga emivita ( t1/2: 34-57

h). L'emivita così lunga permette una sola somministrazione giornaliera, favorendo la compliance dei pazienti, ed impedendo un accumulo del farmaco a seguito di somministrazioni ripetute.

Questo composto non ha però dimostrato, in uno studio clinico di fase IIb, una maggiore efficacia rispetto all'Escitalopram ed alla Duloxetina, in pazienti con una depressione resistente ai trattamenti.

7.6 Serie PRC

Utilizzando la Venlafaxina come composto di partenza, un team di collaborazione tra la Clinica Mayo ed il Virginia Polytechnic Institute, ha sviluppato una serie di γ- aminoalcoli, progettati per migliorare l'affinità per il DAT.29

Figura 38. Modifiche dell'SNRI Venlafaxina, per incorporare l'attività sul DAT

La Astra-Zeneca ha poi stipulato un contratto, per l'avanzamento dei migliori candidati, verso sviluppi clinici per il trattamento della depressione.

I primi composti, 122 e 123, hanno mostrato una maggiore affinità verso i tre trasportatori, rispetto alla Venlafaxina, con un pronunciato effetto sul DAT.

Questi composti riducono significativamente il tempo di immobilità sia nei topi TST che nei ratti FST, alle dosi di 5 e 10 mg/kg, e l'effetto antidepressivo è comparabile a quello dell'Imipramina alla dose di 15 mg/kg.

La separazione dei due enantiomeri del composto 123 ha portato al composto BMS-866949 e al composto PRC201-RR.

Il composto 12 ha mostrato un'attività preferenziale nei confronti di SERT e NET, producendo un significativo aumento dei livelli extracellulari di 5-HT e NE nella corteccia prefrontale e di DA e 5-HT nel nucleus accumbens, con una diminuizione dei livelli di acido 2,4-diidrossifenilacetico (DOPAC), HVA e 5-HIAA nei ratti, a dosi di 5 e 10 mg/kg.

Questo composto è inoltre in grado di indurre una riduzione del tempo di immobilità nei topi, con un effetto ad 1 mg/kg comparabile a quello prodotto dall'Imipramina, alla dose di 15 mg/kg.

Studi tossicologici condotti sul composto 12 hanno evidenziato la sua capacità di indurre tossicità epatica proporzionalmente alla dose somministrata, nei macachi cinomolghi.

7.7 Serie Roche

Il programma di sviluppo di farmaci TRIs alla Roche è stato intrapreso come estensione del programma di ricerca dei farmaci SNRI, che ha portato alla formulazione ed immissione in commercio della Duloxetina.

La combinazione di due sub-strutture, l'indolil fenilpropanolammina, SNRI 125, ed il TRI Amitifadina, ha portato alla formulazione di una serie di derivati pirrolidinici 3,3-disostituiti.30

Figura 39. Ibridizzazione dell'SNRI 125 e del TRI Amitifadina

Il primo composto, 126, ha mostrato un'attività TRI molto maggiore rispetto all'Amitifadina, ma con una bassa stabilità microsomiale nell'uomo, ed un'importante inibizione del CYP2D6. L'enantiomero (+), il composto 127, che presenta un'azione maggiore rispetto al 126, ha mostrato un'attività antidepressiva nei topi TST alla dose di 30 mg/kg.

Vennero esplorate anche altre modifiche strutturali, come la sostituzione della porzione indolica con altri eteroarili, l'introduzione di un sostituente in posizione 2 o 3 dell'anello indolico, e la sostituzione del gruppo benzilico.

Lo sostituzione dell'indolo nel composto 126, con un indazolo o un benzotiofene, è risultata tollerata ma non ha apportato benefici degni di nota.

Lo spostamento del sostituente dell'anello indolico in posizione 5, alla posizione 6, è stato ben tollerato, mentre in posizione 3, è risultato meno tollerato.

L'introduzione di un sostituente in posizione 2 o 3, ha dimostrato di aumentare la stabilità metabolica, riducendo la clearance metabolica.

A seguito di diverse sostituzioni (CN, CO2Et, CONH2, CONHMe, CONMe2), quella

migliore è risultata il gruppo CONH2 in posizione 2, in quanto ha apportato il profilo

di inibizione desiderato (SERT/NET/DAT Ki: 2/9/18 nM), una maggiore stabilità

metabolica, una ridotta inibizione del CYP2D6, ed una debole inibizione hERG. Tra i gruppi alchilici valutati come sostituzione del benzile, il gruppo n-Bu, presente nel composto 13, ha fornito la migliore efficacia e delle buone caratteristiche in vitro, ma anche una elevata clearance metabolica.

Gli studi clinici di fase I del composto 13, iniziati nel 2009, sono stati successivamente abbandonati.

Per ridurre la clearance metabolica e l'inibizione del CYP, è stato inserito un gruppo carbonilico nel composto 126.

Figura 40. Ottimizzazione del composto 126

La chetopirrolidina 129, presenta un profilo di attività sul SERT e sul DAT, simile al composto 126, mentre l'affinità per il NET è ridotta.

Una sostituzione dell'anello 3-pirrolidinico con una 3-azetidina o 3-azepina, ha condotto ad una perdita di attività, suggerendo che l'anello 3-pirrolidinico sia essenziale per il funzionamento della molecola.

Ulteriori sviluppi SAR hanno portato all'identificazione del derivato 7-fluoroindolico, 130, che ha mostrato una buona potenza, stabilità metabolica e permeabilità. Questo composto ha mostrato un'attività antidepressiva nei topi TST a dosi di 10- 30 mg/kg.

La sostituzione del gruppo benzilico con gruppi alchilici ha portato al composto 131, che presenta il gruppo dimetilbutile, ed ha esibito un'attività picomolare di inibizione del SERT, una clearance moderata ed una debole inibizione del CYP2D6.

La sostituzione dell'eterociclo indolico è stata ricercata per ottenere una riduzione dell'inibizione del CYP2D6. Questo cambiamento ha portato all'identificazione del composto 132, che presenta un'eccellente inibizione dei tre trasportatori, un'accettabile occupazione SERT e DAT nei ratti (80 e 20%), una buona penetrazione cerebrale ed una buona biodisponibilità orale nei ratti.

La difficoltà di sintetizzare selettivamente o di separare gli enantiomeri, ha portato allo sviluppo di composti aminoeterociclici non chirali.

Figura 41. Eliminazione della chiralità e successive modifiche strutturali

L'abolizione del centro chirale attraverso l'introduzione di un atomo di azoto, ha portato al composto 134, che ha però mostrato una significativa perdita dell'azione TRI. La sostituzione delle catene laterali con una piperidina, ha portato al composto 135, che ha mostrato un'ulteriore riduzione di attività.

Con il composto 136, in cui è stato introdotto uno spaziatore metilenico, si assiste ad un aumento dell'attività di tripla inibizione. Questo composto ha mostrato un'accettabile stabilità ai microsomi epatici umani ed una buona permeabilità, ma presenta una indesiderata inibizione del CYP2D6 e di hERG.

Inoltre il composto 136 non ha mostrato attività nei topi TST alla dose di 30 mg/kg, in quanto non presenta un'occupazione DAT nei topi.

È stata successivamente apportata una sostituzione in posizione 2 della piperazina, presente nel composto 137, per cercare di aumentare la permeabilità attraverso le membrane, la penetrazione cerebrale e l'efficacia in vivo. Questo composto si è dimostrato attivo sui topi TST, a dosi di 10 mg/kg, determinando un'occupazione DAT del 75%. Questa differenza di azione, rispetto al composto 136, è molto probabilmente dovuta alla sua concentrazione a livello cerebrale 5 volte maggiore (206 nM, contro i 37 nM del 136).

La sostituzione dell'indolo in 137, con un indazolo, ha portato al composto 138, con una maggiore stabilità metabolica, ed una altrettanto buona attività, ma con un'elevata inibizione del CYP2D6.

Per ovviare all'inibizione sul CYP il benzile è stato sostituito con altri gruppi, Ph, PhCH2CH2, alchile o altri, ottenendo il composto 139, che ha però mostrato una

ridotta affinità per il NET.

I composti indolici e indazolici, come 139, hanno mostrato una potenziale inibizione tempo-dipendente del CYP3A4, probabilmente attraverso la formazione di diimminochinoni, i composti 141 e 142, come metaboliti reattivi. Questa caratteristica ha portato questa serie di composti in secondo piano.

7.8 Serie Takeda

Un approccio alla progettazione di nuovi farmaci basato sul ligando, è stato intrapreso per arrivare ai derivati 1-aril-1,4-diazepan-2-oni, come ibridi dei composti (±)-milnacipran (SNRI) ed Amitifadina.31,32

Figura 42. Sviluppo dei derivati del diazepanone

Il composto iniziale, 143, è stato costruito includendo nella molecola, come caratteristiche strutturali, un anello arilico, un'ammina basica ed una porzione ammidica, che gli hanno conferito una maggiore affinità per NET, rispetto a SERT e DAT.

La ciclizzazione del composto 143 ha portato al 144, con un migliorato rapporto di affinità NET/DAT. La rimozione del gruppo ciclopropilico in 144 ha invece portato al composto 145, con una migliore attività su SERT e NET, ma una diminuita attività

Per migliorare la stabilità metabolica sono state prese in considerazione varie sostituzioni sull'anello diazepan-2-one, tra cui F, Me ed Et.

L'introduzione di un metile in posizione 3 nel composto 146, ha dimostrato di essere ottimale per l'attività di inibizione del triplo reuptake, mentre la sostituzione in altre posizioni è scarsamente tollerata.

Il composto 146 presenta una stabilità metabolica maggiore rispetto al 145.

La sostituzione della porzione 3,4-diclorofenilica con un 2-naftile ha portato al composto 147, con una più rilevante attività su SERT e su NET ed un profilo metabolico accettabile.

La separazione chirale del composto 147 ha portato all'enantiomero 148, con un buon profilo di attività ed una preferenza per il NET, una robusta stabilità metabolica, ed un'assenza di inibizione del CYP2D6 e di hERG.

Il composto 148 è stato successivamente sottoposto a studi in vivo, dove ha dimostrato una riduzione dose-proporzionale del tempo di immobilità nei topi TST alla dose di 3 mg/kg. In studi di microdialisi, sono stati osservati dei significativi aumenti delle concentrazioni di monoamine (5-HT 210%, NE 750%, DA 640%) nella corteccia prefrontale dei topi, 120 minuti dopo la somministrazione di una dose da 3 mg.

Ishichi et al. hanno realizzato dei derivati 4-benzilpiperidinici sostituiti, includendo le caratteristiche strutturali rilevanti per l'attività TRI, abbinandole a requisiti chimico-fisici, adatti a ridurre gli effetti collaterali.

Figura 43. Derivati della 4-benzilpiperidina

Sono stati valutati numerosi sostituenti nella porzione benzilica, sempre mantenendo il 3,4-diclorofenile come elemento arilico.

I composti 150-156 hanno mostrato una buona potenza, mentre i composti 157- 159, con sostituenti più polari, presentano una potenza ridotta.

I derivati metilici ed eterei, 150-152, hanno mostrato un'attività antidepressiva nei topi TST; il sulfide 153 ed il chetone 154, nonostante la potente attività mostrata in vitro, hanno esibito solo una modesta efficacia, che è stata attribuita alle deboli proprietà farmacocinetiche.

La sostituzione del 3,4-diclorofenile del composto 151, con un 2-naftile, un 3- clorofenile, un 4-clorofenile o un 3-cloro-4-fluorofenile ha portato ad una riduzione dell'attività TRI, ad eccezione dei 2-naftil derivati, che mantengono buona affinità per il SERT.

La separazione chirale di questo composto ha portato all'isomero 160, che ha mostrato affinità preferenziale per il NET, una debole inibizione del CYP2D6 e dell'hERG.

Ha mostrato inoltre un'azione antidepressiva nei topi TST alla dose di 10 mg/kg, un'occupazione dei trasportatori dose-proporzionale nella corteccia prefrontale e