Kiitos käynnistäsi nature.com-sivustolla. Käyttämäsi selainversio tukee CSS:ää rajoitetusti. Parhaan käyttökokemuksen saavuttamiseksi suosittelemme käyttämään uusinta selainversiota (tai poistamaan yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi tämä sivusto ei sisällä tyylejä tai JavaScriptiä.
Syntoni 3-(antraseeni-9-yyli)-2-syanoakryloyylikloridi 4 syntetisoitiin ja sitä käytettiin useiden erittäin aktiivisten heterosyklisten yhdisteiden syntetisointiin sen reaktion kautta erilaisten typpinukleofiilien kanssa. Kunkin syntetisoidun heterosyklisen yhdisteen rakenne karakterisoitiin perusteellisesti spektroskooppisen ja alkuaineanalyysin avulla. Kymmenen kolmestatoista uudesta heterosyklisestä yhdisteestä osoitti rohkaisevaa tehoa monilääkeresistenttejä bakteereja (MRSA) vastaan. Näistä yhdisteet 6, 7, 10, 13b ja 14 osoittivat korkeinta antibakteerista aktiivisuutta, ja estovyöhykkeet olivat lähellä 4 cm2. Molekyylitelakointitutkimukset osoittivat kuitenkin, että yhdisteillä oli erilaiset sitoutumisaffiniteetit penisilliiniä sitovaan proteiiniin 2a (PBP2a), joka on MRSA-resistenssin keskeinen kohde. Joillakin yhdisteillä, kuten 7, 10 ja 14, oli korkeampi sitoutumisaffiniteetti ja vuorovaikutusstabiilius PBP2a:n aktiivisessa kohdassa verrattuna yhteiskiteytettyyn kinatsolinoniligandiin. Sitä vastoin yhdisteillä 6 ja 13b oli alhaisemmat telakointipisteet, mutta niillä oli silti merkittävää antibakteerista aktiivisuutta. Yhdisteellä 6 oli alhaisimmat MIC-arvot (9,7 μg/100 μL) ja MBC-arvot (78,125 μg/100 μL). Telakointianalyysi paljasti keskeisiä vuorovaikutuksia, mukaan lukien vetysidosten muodostuminen ja π-pinoaminen, erityisesti sellaisten aminohappotähteiden kanssa kuin Lys 273, Lys 316 ja Arg 298, joiden tunnistettiin olevan vuorovaikutuksessa PBP2a:n kiderakenteessa olevan yhteiskiteytyneen ligandin kanssa. Nämä aminohappotähteet ovat välttämättömiä PBP2a:n entsymaattiselle aktiivisuudelle. Nämä tulokset viittaavat siihen, että syntetisoidut yhdisteet voivat toimia lupaavina MRSA-lääkkeinä, mikä korostaa molekyylitelakoinnin ja biomääritysten yhdistämisen tärkeyttä tehokkaiden terapeuttisten ehdokkaiden tunnistamiseksi.
Tämän vuosisadan ensimmäisinä vuosina tutkimusponnistelut keskittyivät pääasiassa uusien, yksinkertaisten menetelmien ja menettelyjen kehittämiseen useiden innovatiivisten, antimikrobista aktiivisuutta omaavien heterosyklisten järjestelmien synteesiä varten käyttäen helposti saatavilla olevia lähtöaineita.
Akrylonitriiliosia pidetään tärkeinä lähtöaineina monien merkittävien heterosyklisten systeemien synteesissä, koska ne ovat erittäin reaktiivisia yhdisteitä. Lisäksi 2-syanoakryloyylikloridijohdannaisia ​​on käytetty laajalti viime vuosina farmakologisten sovellusten kannalta elintärkeiden tuotteiden, kuten lääkevälituotteiden1,2,3, HIV-lääkkeiden esiasteiden, antiviraalisten, syöpälääkkeiden, bakteerilääkkeiden, masennuslääkkeiden ja antioksidanttien4,5,6,7,8,9,10, kehittämiseen ja synteesiin. Viime aikoina antraseenin ja sen johdannaisten biologinen teho, mukaan lukien niiden antibioottiset, syöpälääkkeet11,12, bakteerilääkkeet13,14,15 ja hyönteismyrkkyominaisuudet16,17, ovat herättäneet paljon huomiota18,19,20,21. Akrylonitriili- ja antraseeniosia sisältävät antimikrobiset yhdisteet on esitetty kuvissa 1 ja 2.
Maailman terveysjärjestön (WHO) (2021) mukaan mikrobilääkeresistenssi (AMR) on maailmanlaajuinen uhka terveydelle ja kehitykselle22,23,24,25. Potilaita ei voida parantaa, mikä johtaa pidempiin sairaalahoitoihin ja kalliimpien lääkkeiden tarpeeseen sekä lisääntyneeseen kuolleisuuteen ja työkyvyttömyyteen. Tehokkaiden mikrobilääkkeiden puute johtaa usein hoidon epäonnistumiseen erilaisissa infektioissa, erityisesti kemoterapian ja suurten leikkausten aikana.
Maailman terveysjärjestön vuoden 2024 raportin mukaan metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus (MRSA) ja E. coli sisältyvät prioriteettipatogeenien luetteloon. Molemmat bakteerit ovat resistenttejä monille antibiooteille, joten ne edustavat vaikeasti hoidettavia ja kontrolloitavia infektioita, ja on kiireellisesti kehitettävä uusia ja tehokkaita antimikrobisia yhdisteitä tämän ongelman ratkaisemiseksi. Antraseeni ja sen johdannaiset ovat tunnettuja antimikrobisia aineita, jotka voivat tehota sekä grampositiivisiin että gramnegatiivisiin bakteereihin. Tämän tutkimuksen tavoitteena on syntetisoida uusi johdannainen, joka voi torjua näitä terveydelle vaarallisia patogeenejä.
Maailman terveysjärjestö (WHO) raportoi, että monet bakteeripatogeenit ovat resistenttejä useille antibiooteille, mukaan lukien metisilliiniresistentti Staphylococcus aureus (MRSA), joka on yleinen infektioiden aiheuttaja yhteisössä ja terveydenhuollon ympäristöissä. MRSA-infektioita sairastavien potilaiden kuolleisuuden on raportoitu olevan 64 % korkeampi kuin lääkkeille alttiita infektioita sairastavien. Lisäksi E. coli aiheuttaa maailmanlaajuisen riskin, koska viimeinen puolustuslinja karbapeneemiresistenttejä enterobakteereja (eli E. colia) vastaan ​​on kolistiini, mutta kolistiiniresistenttejä bakteereja on viime aikoina raportoitu useissa maissa.22,23,24,25
Siksi Maailman terveysjärjestön maailmanlaajuisen mikrobilääkeresistenssin toimintasuunnitelman26 mukaan uusien mikrobilääkkeiden löytäminen ja synteesi on kiireellisesti tarpeen. Antraseenin ja akrylonitriilin suurta potentiaalia antibakteerisina27, antifungaalisina28, syöpälääkkeinä29 ja antioksidantteina30 on korostettu lukuisissa julkaistuissa artikkeleissa. Tässä suhteessa voidaan sanoa, että nämä johdannaiset ovat hyviä ehdokkaita käytettäväksi metisilliiniresistenttiä Staphylococcus aureusta (MRSA) vastaan.
Aiemmat kirjallisuuskatsaukset kannustivat meitä syntetisoimaan uusia johdannaisia ​​näihin luokkiin. Siksi tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää uusia heterosyklisiä järjestelmiä, jotka sisältävät antraseeni- ja akryylinitriiliosia, arvioida niiden antimikrobista ja antibakteerista tehoa ja tutkia niiden mahdollisia sitoutumisvuorovaikutuksia penisilliiniä sitovan proteiinin 2a:n (PBP2a) kanssa molekyylitelakoinnin avulla. Aiempien tutkimusten pohjalta tässä tutkimuksessa jatkettiin heterosyklisten järjestelmien synteesiä, biologista arviointia ja laskennallista analyysiä tunnistaakseen lupaavia metisilliiniresistenttejä Staphylococcus aureus (MRSA) -aineita, joilla on voimakas PBP2a:n estävä vaikutus31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49.
Nykyinen tutkimuksemme keskittyy uusien antraseeni- ja akryylinitriiliosia sisältävien heterosyklisten yhdisteiden synteesiin ja antimikrobisten vaikutusten arviointiin. 3-(antraseeni-9-yyli)-2-syanoakryloyylikloridi 4 valmistettiin ja sitä käytettiin rakennuspalikkana uusien heterosyklisten systeemien rakentamisessa.
Yhdisteen 4 rakenne määritettiin spektritietojen avulla. 1H-NMR-spektri osoitti CH=:n läsnäolon 9,26 ppm:ssä, IR-spektri osoitti karbonyyliryhmän läsnäolon 1737 cm−1:ssä ja syanoryhmän 2224 cm−1:ssä, ja myös 13C NMR -spektri vahvisti ehdotetun rakenteen (katso kokeellinen osio).
3-(Antraseeni-9-yyli)-2-syanoakryloyylikloridin 4 synteesi suoritettiin aromaattisten ryhmien 250, 41, 42, 53 hydrolyysillä etanolipitoisella natriumhydroksidiliuoksella (10 %), jolloin saatiin happoja 354, 45, 56. Nämä sitten käsiteltiin tionyylikloridilla vesihauteessa, jolloin saatiin akryloyylikloridijohdannainen 4 korkealla saannolla (88,5 %), kuten kuvassa 3 on esitetty.
Uusien heterosyklisten yhdisteiden luomiseksi odotetulla antibakteerisella teholla suoritettiin asyylikloridin 4 reaktio erilaisten dinukleofiilien kanssa.
Happokloridia 4 käsiteltiin hydratsiinihydraatilla 0 °C:ssa tunnin ajan. Valitettavasti pyrazolonia 5 ei saatu. Tuote oli akryyliamidijohdannainen, jonka rakenne vahvistettiin spektritiedoilla. Sen IR-spektrissä näkyivät C=O:n absorptiovyöhykkeet aaltoluvulla 1720 cm−1, C≡N:n absorptiovyöhykkeellä 2228 cm−1 ja NH:n absorptiovyöhykkeellä 3424 cm−1. 1H-NMR-spektrissä näkyi olefiiniprotonien ja NH-protonien vaihtosinglettisignaali aaltoluvulla 9,3 ppm (katso kokeellinen osa).
Kaksi moolia happokloridia 4 reagoi yhden moolin fenyylihydratsiinia kanssa, jolloin saatiin N-fenyyliakryloyylihydratsiinijohdannainen 7 hyvällä saannolla (77 %) (kuva 5). Yhdisteen 7 rakenne varmistettiin infrapunaspektroskopia-datalla, joka osoitti kahden C=O-ryhmän absorption aaltoluvuilla 1691 ja 1671 cm−1, CN-ryhmän absorption aaltoluvuilla 2222 cm−1 ja NH-ryhmän absorption aaltoluvuilla 3245 cm−1, ja sen 1H-NMR-spektri osoitti CH-ryhmän aaltoluvuilla 9,15 ja 8,81 ppm ja NH-protonin aaltoluvuilla 10,88 ppm (katso kokeellinen osio).
Tässä tutkimuksessa tutkittiin asyylikloridin 4 reaktiota 1,3-dinukleofiilien kanssa. Asyylikloridin 4 käsittely 2-aminopyridiinillä 1,4-dioksaanissa TEA:n ollessa emäksenä huoneenlämmössä antoi akryyliamidijohdannaisen 8 (kuva 5), ​​jonka rakenne tunnistettiin spektritietojen avulla. IR-spektrit osoittivat syaanivenytyksen absorptiovyöhykkeet aaltoluvulla 2222 cm−1, NH:n absorptiovyöhykkeellä 3148 cm−1 ja karbonyylin absorptiovyöhykkeellä 1665 cm−1; 1H NMR-spektrit vahvistivat olefiiniprotonien läsnäolon aaltoluvulla 9,14 ppm (katso kokeellinen osa).
Yhdiste 4 reagoi tiourean kanssa muodostaen pyrimidinetionin 9; yhdiste 4 reagoi tiosemikarbatsidin kanssa muodostaen tiopyratsolijohdannaisen 10 (kuva 5). Yhdisteiden 9 ja 10 rakenteet varmistettiin spektri- ja alkuaineanalyysillä (katso kokeellinen osio).
Tetratsiini-3-tioli 11 valmistettiin yhdisteen 4 reaktiolla tiokarbatsidin kanssa 1,4-dinukleofiilinä (kuva 5), ​​ja sen rakenne varmistettiin spektroskopialla ja alkuaineanalyysillä. Infrapunaspektrissä C=N-sidos ilmestyi kohdassa 1619 cm−1. Samanaikaisesti sen 1H-NMR-spektrissä säilyivät aromaattisten protonien monilevysignaalit 7,78–8,66 ppm:ssä ja SH-protonien signaalit 3,31 ppm:ssä (katso kokeellinen osa).
Akryloyylikloridi 4 reagoi 1,2-diaminobentseenin, 2-aminotiofenolin, antraniilihapon, 1,2-diaminoetaanin ja etanoliamiinin kanssa 1,4-dinukleofiileinä muodostaen uusia heterosyklisiä järjestelmiä (13–16).
Näiden uusien syntetisoitujen yhdisteiden rakenteet varmistettiin spektri- ja alkuaineanalyysillä (katso kokeellinen osio). 2-hydroksifenyyliakryyliamidijohdannainen 17 saatiin reaktiolla 2-aminofenolin kanssa dinukleofiilinä (kuva 6), ja sen rakenne varmistettiin spektri- ja alkuaineanalyysillä. Yhdisteen 17 infrapunaspektri osoitti, että C=O- ja C≡N-signaalit ilmestyivät vastaavasti kohdissa 1681 ja 2226 cm−1. Sen 1H-NMR-spektrissä olefiiniprotonin singlettisignaali säilyi kohdissa 9,19 ppm ja OH-protoni ilmestyi kohdissa 9,82 ppm (katso kokeellinen osio).
Happokloridin 4 reaktio yhden nukleofiilin (esim. etyyliamiinin, 4-toluidiinin ja 4-metoksianiliinin) kanssa dioksaanissa liuottimena ja TEA:n katalysaattorina huoneenlämpötilassa tuotti vihreitä kiteisiä akryyliamidijohdannaisia ​​18, 19a ja 19b. Yhdisteiden 18, 19a ja 19b alkuaine- ja spektritiedot vahvistivat näiden johdannaisten rakenteet (katso kokeellinen osa) (kuva 7).
Erilaisten synteettisten yhdisteiden antimikrobisen aktiivisuuden seulonnan jälkeen saatiin erilaisia ​​tuloksia, kuten taulukossa 1 ja kuvassa 8 (katso kuvatiedosto) on esitetty. Kaikilla testatuilla yhdisteillä oli eriasteista estoa grampositiivista MRSA-bakteeria vastaan, kun taas gramnegatiivinen Escherichia coli -bakteeri osoitti täydellistä resistenssiä kaikille yhdisteille. Testatut yhdisteet voidaan jakaa kolmeen luokkaan MRSA:ta vastaan ​​​​suunnatun estovyöhykkeen halkaisijan perusteella. Ensimmäinen luokka oli aktiivisin ja koostui viidestä yhdisteestä (6, 7, 10, 13b ja 14). Näiden yhdisteiden estovyöhykkeen halkaisija oli lähellä 4 cm; aktiivisimmat yhdisteet tässä luokassa olivat yhdisteet 6 ja 13b. Toinen luokka oli kohtalaisen aktiivinen ja koostui viidestä muusta yhdisteestä (11, 13a, 15, 18 ja 19a). Näiden yhdisteiden estovyöhyke vaihteli 3,3–3,65 cm:n välillä, ja yhdisteellä 11 oli suurin estovyöhyke, 3,65 ± 0,1 cm. Toisaalta viimeinen ryhmä sisälsi kolme yhdistettä (8, 17 ja 19b), joilla oli alhaisin antimikrobinen aktiivisuus (alle 3 cm). Kuva 9 esittää eri estovyöhykkeiden jakauman.
Testattujen yhdisteiden antimikrobisen aktiivisuuden jatkotutkimuksissa määritettiin kunkin yhdisteen MIC- ja MBC-arvot. Tulokset vaihtelivat hieman (kuten taulukoista 2, 3 ja kuvasta 10 (katso kuvatiedosto) käy ilmi), ja yhdisteet 7, 11, 13a ja 15 luokiteltiin ilmeisesti uudelleen parhaiksi yhdisteiksi. Niillä oli samat alhaisimmat MIC- ja MBC-arvot (39,06 μg/100 μL). Vaikka yhdisteillä 7 ja 8 oli alhaisemmat MIC-arvot (9,7 μg/100 μL), niiden MBC-arvot olivat korkeammat (78,125 μg/100 μL). Siksi niitä pidettiin heikompina kuin aiemmin mainittuja yhdisteitä. Nämä kuusi yhdistettä olivat kuitenkin testatuista yhdisteistä tehokkaimpia, sillä niiden MBC-arvot olivat alle 100 μg/100 μL.
Yhdisteet (10, 14, 18 ja 19b) olivat vähemmän aktiivisia verrattuna muihin testattuihin yhdisteisiin, sillä niiden MBC-arvot vaihtelivat välillä 156–312 μg/100 μL. Toisaalta yhdisteet (8, 17 ja 19a) olivat vähiten lupaavia, koska niillä oli korkeimmat MBC-arvot (625, 625 ja 1250 μg/100 μL).
Taulukossa 3 esitettyjen toleranssirajojen mukaisesti testatut yhdisteet voidaan jakaa kahteen luokkaan vaikutusmekanisminsa perusteella: bakterisidiset yhdisteet (7, 8, 10, 11, 13a, 15, 18, 19b) ja antibakteeriset yhdisteet (6, 13b, 14, 17, 19a). Näistä edullisia ovat yhdisteet 7, 11, 13a ja 15, joilla on tappava vaikutus hyvin pieninä pitoisuuksina (39,06 μg/100 μL).
Kymmenellä testatuista kolmestatoista yhdisteestä havaittiin potentiaalia antibiooteille resistenttiä metisilliiniresistenttiä Staphylococcus aureusta (MRSA) vastaan. Siksi suositellaan lisäseulontaa useammilla antibiooteille resistenteillä patogeeneillä (erityisesti paikallisilla isolaateilla, jotka kattavat patogeeniset grampositiiviset ja gramnegatiiviset bakteerit) ja patogeenisilla hiivoilla, sekä sytotoksisuutta kunkin yhdisteen turvallisuuden arvioimiseksi.
Molekyylitelakointitutkimuksia tehtiin syntetisoitujen yhdisteiden potentiaalin arvioimiseksi penisilliiniä sitovan proteiinin 2a:n (PBP2a) estäjinä metisilliiniresistentissä Staphylococcus aureuksessa (MRSA). PBP2a on keskeinen bakteerien soluseinän biosynteesiin osallistuva entsyymi, ja tämän entsyymin esto häiritsee soluseinän muodostumista, mikä lopulta johtaa bakteerien hajoamiseen ja solukuolemaan1. Telakointitulokset on lueteltu taulukossa 4 ja kuvattu tarkemmin lisätiedostossa, ja tulokset osoittavat, että useilla yhdisteillä oli voimakas sitoutumisaffiniteetti PBP2a:han, erityisesti tärkeisiin aktiivisen kohdan aminohappotähteisiin, kuten Lys 273, Lys 316 ja Arg 298. Vuorovaikutukset, mukaan lukien vetysidos ja π-pinoaminen, olivat hyvin samankaltaisia ​​kuin yhteiskiteytetyn kinatsolinoniligandin (CCL) vuorovaikutukset, mikä osoittaa näiden yhdisteiden potentiaalin tehokkaina estäjinä.
Molekyylitelakointidata ja muut laskennalliset parametrit viittasivat vahvasti siihen, että PBP2a:n esto oli keskeinen mekanismi, joka vastasi näiden yhdisteiden havaitusta antibakteerisesta aktiivisuudesta. Telakointipisteet ja neliöllisen keskihajonnan (RMSD) arvot paljastivat edelleen sitoutumisaffiniteetin ja -stabiilisuuden, mikä tuki tätä hypoteesia. Kuten taulukosta 4 käy ilmi, vaikka useilla yhdisteillä oli hyvä sitoutumisaffiniteetti, joillakin yhdisteillä (esim. 7, 9, 10 ja 14) oli korkeammat telakointipisteet kuin yhteiskiteytetyllä ligandilla, mikä viittaa siihen, että niillä saattaa olla vahvempia vuorovaikutuksia PBP2a:n aktiivisen kohdan aminohappojen kanssa. Bioaktiivisimmilla yhdisteillä 6 ja 13b oli kuitenkin hieman alhaisemmat telakointipisteet (-5,98 ja -5,63) verrattuna muihin ligandeihin. Tämä viittaa siihen, että vaikka telakointipisteitä voidaan käyttää sitoutumisaffiniteetin ennustamiseen, myös muilla tekijöillä (esim. ligandin stabiilisuus ja molekyylivuorovaikutukset biologisessa ympäristössä) on keskeinen rooli antibakteerisen aktiivisuuden määrittämisessä. Merkillepantavaa on, että kaikkien syntetisoitujen yhdisteiden RMSD-arvot olivat alle 2 Å, mikä vahvistaa, että niiden telakointiasennot ovat rakenteellisesti yhdenmukaisia ​​​​yhteiskiteytyneen ligandin sitoutumiskonformaation kanssa ja tukee edelleen niiden potentiaalia tehokkaina PBP2a:n estäjinä.
Vaikka telakointipisteet ja RMS-arvot tarjoavat arvokkaita ennusteita, näiden telakointitulosten ja antimikrobisen aktiivisuuden välinen korrelaatio ei ole aina ensi silmäyksellä selvä. Vaikka PBP2a:n estoa tuetaan vahvasti keskeisenä antimikrobiseen aktiivisuuteen vaikuttavana tekijänä, useat erot viittaavat siihen, että myös muilla biologisilla ominaisuuksilla on tärkeä rooli. Yhdisteet 6 ja 13b osoittivat korkeinta antimikrobista aktiivisuutta, sekä estoalueen halkaisijan ollessa 4 cm että alhaisimpien MIC- (9,7 μg/100 μL) ja MBC-arvojen (78,125 μg/100 μL) ollessa huolimatta niiden alhaisemmista telakointipisteistä verrattuna yhdisteisiin 7, 9, 10 ja 14. Tämä viittaa siihen, että vaikka PBP2a:n esto edistää antimikrobista aktiivisuutta, tekijät, kuten liukoisuus, biologinen hyötyosuus ja vuorovaikutusdynamiikka bakteeriympäristössä, vaikuttavat myös kokonaisaktiivisuuteen. Kuvio 11 näyttää niiden telakointiasennot, mikä osoittaa, että molemmat yhdisteet, jopa suhteellisen alhaisilla sitoutumispisteillä, pystyvät silti vuorovaikuttamaan PBP2a:n keskeisten aminohappojen kanssa, mahdollisesti stabiloiden estokompleksia. Tämä korostaa, että vaikka molekyylitelakointi tarjoaa tärkeää tietoa PBP2a:n estosta, on otettava huomioon myös muita biologisia tekijöitä, jotta näiden yhdisteiden todelliset antimikrobiset vaikutukset voidaan ymmärtää täysin.
Käyttämällä PBP2a:n (PDB ID: 4CJN) kiderakennetta konstruoitiin 2D- ja 3D-vuorovaikutuskartat aktiivisimmille yhdisteille 6 ja 13b, jotka oli telakoitu metisilliiniresistentin Staphylococcus aureuksen (MRSA) penisilliiniä sitovaan proteiiniin 2a (PBP2a). Nämä kartat vertaavat näiden yhdisteiden vuorovaikutusmalleja uudelleen telakoituun yhteiskiteytettyyn kinatsolinoniligandiin (CCL) ja korostavat keskeisiä vuorovaikutuksia, kuten vetysidosta, π-pinoamista ja ionisia vuorovaikutuksia.
Samankaltainen kuvio havaittiin yhdisteellä 7, jolla oli suhteellisen korkea telakoitumispistemäärä (-6,32) ja samanlainen estovyöhykkeen halkaisija (3,9 cm) kuin yhdisteellä 10. Sen MIC-arvo (39,08 μg/100 μL) ja MBC-arvo (39,06 μg/100 μL) olivat kuitenkin merkittävästi korkeammat, mikä viittaa siihen, että antibakteerisen vaikutuksen osoittamiseksi vaadittiin suurempia pitoisuuksia. Tämä viittaa siihen, että vaikka yhdisteellä 7 oli voimakas sitoutumisaffiniteetti telakointitutkimuksissa, tekijät, kuten biologinen hyötyosuus, solujen imeytyminen tai muut fysikaalis-kemialliset ominaisuudet, voivat rajoittaa sen biologista tehoa. Vaikka yhdisteellä 7 oli bakterisidisia ominaisuuksia, se oli vähemmän tehokas bakteerien kasvun estossa verrattuna yhdisteisiin 6 ja 13b.
Yhdiste 10 osoitti dramaattisempia eroja korkeimmalla telakointipisteytyksellä (-6,40), mikä viittaa vahvaan sitoutumisaffiniteettiin PBP2a:han. Sen estoalueen halkaisija (3,9 cm) oli kuitenkin verrattavissa yhdisteeseen 7, ja sen MBC (312 μg/100 μL) oli merkittävästi korkeampi kuin yhdisteillä 6, 7 ja 13b, mikä viittaa heikompaan bakterisidiseen aktiivisuuteen. Tämä viittaa siihen, että hyvistä telakointiennusteista huolimatta yhdiste 10 oli MRSA:n tappamisessa vähemmän tehokas muiden rajoittavien tekijöiden, kuten liukoisuuden, stabiilisuuden tai bakteerikalvon heikon läpäisevyyden, vuoksi. Nämä tulokset tukevat ymmärrystä siitä, että vaikka PBP2a:n estolla on keskeinen rooli antibakteerisessa aktiivisuudessa, se ei täysin selitä testattujen yhdisteiden välillä havaittuja biologisen aktiivisuuden eroja. Nämä erot viittaavat siihen, että tarvitaan lisää kokeellisia analyysejä ja perusteellisia biologisia arviointeja, jotta antibakteeriset mekanismit voidaan täysin selvittää.
Taulukossa 4 ja lisätiedostossa esitetyt molekyylitelakointitulokset korostavat telakointipisteiden ja antimikrobisen aktiivisuuden välistä monimutkaista suhdetta. Vaikka yhdisteillä 6 ja 13b on alhaisemmat telakointipisteet kuin yhdisteillä 7, 9, 10 ja 14, niillä on korkein antimikrobinen aktiivisuus. Niiden vuorovaikutuskartat (kuvassa 11) osoittavat, että alhaisemmista sitoutumispisteistä huolimatta ne muodostavat silti merkittäviä vetysidoksia ja π-pinoamisvuorovaikutuksia PBP2a:n keskeisten aminohappojen kanssa, jotka voivat stabiloida entsyymi-inhibiittorikompleksia biologisesti hyödyllisellä tavalla. Yhdisteiden 6 ja 13b suhteellisen alhaisista telakointipisteistä huolimatta niiden tehostunut antimikrobinen aktiivisuus viittaa siihen, että muita ominaisuuksia, kuten liukoisuutta, stabiilisuutta ja solujen ottoa, tulisi harkita telakointitietojen ohella inhibiittoripotentiaalia arvioitaessa. Tämä korostaa telakointitutkimusten yhdistämisen tärkeyttä kokeelliseen antimikrobiseen analyysiin uusien yhdisteiden terapeuttisen potentiaalin arvioimiseksi tarkasti.
Nämä tulokset korostavat, että vaikka molekyylitelakointi on tehokas työkalu sitoutumisaffiniteetin ennustamiseen ja mahdollisten estomekanismien tunnistamiseen, siihen ei pitäisi luottaa yksinomaan antimikrobisen tehon määrittämisessä. Molekyylitiedot viittaavat siihen, että PBP2a:n esto on keskeinen antimikrobiseen aktiivisuuteen vaikuttava tekijä, mutta biologisen aktiivisuuden muutokset viittaavat siihen, että muita fysikaalis-kemiallisia ja farmakokineettisiä ominaisuuksia on optimoitava terapeuttisen tehon parantamiseksi. Tulevien tutkimusten tulisi keskittyä yhdisteiden 7 ja 10 kemiallisen rakenteen optimointiin biologisen hyötyosuuden ja solujen imeytymisen parantamiseksi varmistaen, että vahvat telakointivuorovaikutukset muuttuvat todelliseksi antimikrobiseksi aktiivisuudeksi. Lisätutkimukset, mukaan lukien lisäbiomääritykset ja rakenne-aktiivisuussuhdeanalyysi (SAR), ovat ratkaisevan tärkeitä, jotta ymmärrämme paremmin, miten nämä yhdisteet toimivat PBP2a:n estäjinä, ja jotta voidaan kehittää tehokkaampia antimikrobisia aineita.
3-(Antraseeni-9-yyli)-2-syanoakryloyylikloridista 4 syntetisoiduilla yhdisteillä oli vaihtelevia antimikrobisen aktiivisuuden asteita, ja useiden yhdisteiden osoitettiin estävän merkittävästi metisilliiniresistenttiä Staphylococcus aureusta (MRSA). Rakenne-aktiivisuussuhdeanalyysi (SAR) paljasti näiden yhdisteiden antimikrobisen tehon taustalla olevat keskeiset rakenteelliset ominaisuudet.
Sekä akryylinitriili- että antraseeniryhmien läsnäolo osoittautui ratkaisevaksi antimikrobisen aktiivisuuden tehostamisessa. Akrylonitriilin erittäin reaktiivinen nitriiliryhmä on välttämätön bakteeriproteiinien kanssa tapahtuvan vuorovaikutuksen helpottamiseksi, mikä edistää yhdisteen antimikrobisia ominaisuuksia. Sekä akryylinitriiliä että antraseenia sisältävät yhdisteet osoittivat johdonmukaisesti voimakkaampia antimikrobisia vaikutuksia. Antraseeniryhmän aromaattinen vaikutus stabiloi näitä yhdisteitä entisestään, mikä mahdollisesti tehostaa niiden biologista aktiivisuutta.
Heterosyklisten renkaiden lisääminen paransi merkittävästi useiden johdannaisten antibakteerista tehoa. Erityisesti bentsotiatsolijohdannainen 13b ja akryylihydratsiinijohdannainen 6 osoittivat korkeinta antibakteerista aktiivisuutta noin 4 cm:n estovyöhykkeen ollessa. Nämä heterosykliset johdannaiset osoittivat merkittävämpiä biologisia vaikutuksia, mikä osoittaa, että heterosyklisellä rakenteella on keskeinen rooli antibakteerisissa vaikutuksissa. Samoin pyrimidinetioni yhdisteessä 9, tiopyratsoli yhdisteessä 10 ja tetratsiinirengas yhdisteessä 11 vaikuttivat yhdisteiden antibakteerisiin ominaisuuksiin, mikä korostaa entisestään heterosyklisen modifikaation merkitystä.
Syntetisoiduista yhdisteistä yhdisteet 6 ja 13b erottuivat edukseen erinomaisen antibakteerisen aktiivisuutensa ansiosta. Yhdisteen 6 pienin estävä pitoisuus (MIC) oli 9,7 μg/100 μL ja pienin bakterisidinen pitoisuus (MBC) oli 78,125 μg/100 μL, mikä korostaa sen erinomaista kykyä poistaa metisilliiniresistenttiä Staphylococcus aureusta (MRSA). Vastaavasti yhdisteellä 13b oli 4 cm:n estoalue ja alhaiset MIC- ja MBC-arvot, mikä vahvistaa sen tehokkaan antibakteerisen aktiivisuuden. Nämä tulokset korostavat akrylohydratsiini- ja bentsotiatsolifunktionaalisten ryhmien keskeistä roolia näiden yhdisteiden biotehokkuuden määrittämisessä.
Sitä vastoin yhdisteillä 7, 10 ja 14 oli kohtalaista antibakteerista aktiivisuutta, ja estovyöhykkeet vaihtelivat välillä 3,65–3,9 cm. Nämä yhdisteet vaativat suurempia pitoisuuksia bakteerien täydelliseen tappamiseen, mikä näkyy niiden suhteellisen korkeissa MIC- ja MBC-arvoissa. Vaikka nämä yhdisteet olivat vähemmän aktiivisia kuin yhdisteet 6 ja 13b, niillä oli silti merkittävää antibakteerista potentiaalia, mikä viittaa siihen, että akrylonitriili- ja antraseeniryhmien liittäminen heterosykliseen renkaaseen edistää niiden antibakteerista vaikutusta.
Yhdisteillä on erilaiset vaikutusmekanismit, joista osa on bakterisidisia ja toiset bakteriostaattisia. Yhdisteet 7, 11, 13a ja 15 ovat bakterisidisia ja vaativat pienempiä pitoisuuksia bakteerien täydelliseen tappamiseen. Sitä vastoin yhdisteet 6, 13b ja 14 ovat bakteriostaattisia ja voivat estää bakteerien kasvua pienemmillä pitoisuuksilla, mutta vaativat suurempia pitoisuuksia bakteerien täydelliseen tappamiseen.
Kaiken kaikkiaan rakenne-aktiivisuussuhdeanalyysi korostaa akrylonitriili- ja antraseeniryhmien sekä heterosyklisten rakenteiden lisäämisen tärkeyttä merkittävän antibakteerisen aktiivisuuden saavuttamiseksi. Nämä tulokset viittaavat siihen, että näiden rakenneosien optimointi ja lisämodifikaatioiden tutkiminen liukoisuuden ja kalvon läpäisevyyden parantamiseksi voivat johtaa tehokkaampien MRSA-lääkkeiden kehittämiseen.
Kaikki reagenssit ja liuottimet puhdistettiin ja kuivattiin standardimenetelmien mukaisesti (El Gomhouria, Egypti). Sulamispisteet määritettiin GallenKampin elektronisella sulamispistelaitteella ja ne raportoidaan ilman korjausta. Infrapunaspektrit (IR) (cm⁻1) tallennettiin Ain Shamsin yliopiston kemian laitoksella, luonnontieteellisessä tiedekunnassa käyttäen kaliumbromidi (KBr) -pellettejä Thermo Electron Nicolet iS10 FTIR -spektrometrillä (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA).
1H NMR-spektrit saatiin 300 MHz:llä käyttäen GEMINI NMR -spektrometriä (GEMINI Manufacturing & Engineering, Anaheim, CA, USA) ja BRUKER 300 MHz NMR -spektrometriä (BRUKER Manufacturing & Engineering, Inc.). Sisäisenä standardina käytettiin tetrametyylisilaania (TMS) deuteroidun dimetyylisulfoksidin (DMSO-d₆) kanssa. NMR-mittaukset tehtiin Kairon yliopiston luonnontieteellisessä tiedekunnassa Gizassa, Egyptissä. Alkuaineanalyysi (CHN) suoritettiin Perkin-Elmer 2400 -elementtianalysaattorilla, ja saadut tulokset ovat hyvin yhdenmukaisia ​​laskettujen arvojen kanssa.
Hapon 3 (5 mmol) ja tionyylikloridin (5 ml) seosta kuumennettiin vesihauteessa 65 °C:ssa 4 tuntia. Ylimääräinen tionyylikloridi poistettiin tislaamalla alennetussa paineessa. Tuloksena oleva punainen kiinteä aine kerättiin ja käytettiin ilman lisäpuhdistusta. Sulamispiste: 200–202 °C, saanto: 88,5 %. IR (KBr, ν, cm−1): 2224 (C≡N), 1737 (C=O). 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,26 (s, 1H, CH=), 7,27–8,57 (m, 9H, heteroaromatisaatio). 13C NMR (75 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 115,11 (C≡N), 124,82–130,53 (CH3-antraseeni), 155,34, 114,93 (CH=C–C=O), 162,22 (C=O); HRMS (ESI) m/z [M + H]+: 291,73111. Analyysi. Laskettu yhdisteelle C18H10ClNO (291,73): C, 74,11; H, 3,46; N, 4,80. Havaittu: C, 74,41; H, 3,34; N, 4,66 %.
0 °C:ssa yhdistettä 4 (2 mmol, 0,7 g) liuotettiin vedettömään dioksaaniin (20 ml) ja hydratsiinihydraattia (2 mmol, 0,16 ml, 80 %) lisättiin tipoittain ja sekoitettiin 1 tunnin ajan. Saostunut kiinteä aine kerättiin suodattamalla ja kiteytettiin uudelleen etanolista, jolloin saatiin yhdistettä 6.
Vihreitä kiteitä, sulamispiste 190–192 °C, saanto 69,36 %; IR (KBr) ν = 3424 (NH), 2228 (C≡N), 1720 (C=O), 1621 (C=N) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6) δ (ppm): 9,3 (br s, H, NH, vaihdettavissa), 7,69–8,51 (m, 18H, heteroaromaattinen), 9,16 (s, 1H, CH=), 8,54 (s, 1H, CH=); Laskettu arvo C33H21N3O:lle (475,53): C, 83,35; H, 4,45; N, 8,84. Havaittu: C, 84,01; H, 4,38; N, 8,05 %.
Liuota yhdistettä 4 (2 mmol, 0,7 g) 20 ml:aan vedetöntä dioksaaniliuosta (joka sisältää muutaman tipan trietyyliamiinia), lisää fenyylihydratsiinia/2-aminopyridiiniä (2 mmol) ja sekoita huoneenlämmössä 1 ja 2 tuntia. Kaada reaktioseos jäähän tai veteen ja happamoi laimealla suolahapolla. Suodata erottunut kiinteä aine ja kiteytä uudelleen etanolista, jolloin saadaan yhdistettä 7, ja kiteytä uudelleen bentseenistä, jolloin saadaan yhdistettä 8.
Vihreitä kiteitä, sulamispiste 160–162 °C, saanto 77 %; IR (KBr, ν, cm−1): 3245 (NH), 2222 (C≡N), 1691 (C=O), 1671 (C=O) cm−1. 1H-NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 10,88 (s, 1H, NH, vaihdettavissa oleva), 9,15 (s, 1H, CH=), 8,81 (s, 1H, CH=), 6,78–8,58 (m, 23H, heteroaromaattinen); Laskettu arvo C42H26N4O2:lle (618,68): C, 81,54; H, 4,24; N, 9,06. Löydetty: C, 81,96; H, 3,91; N, 8,91 %.
Yhdistettä 4 (2 mmol, 0,7 g) liuotettiin 20 ml:aan vedetöntä dioksaaniliuosta (joka sisälsi muutaman tipan trietyyliamiinia), lisättiin 2-aminopyridiiniä (2 mmol, 0,25 g) ja seosta sekoitettiin huoneenlämmössä 2 tuntia. Reaktioseos kaadettiin jääveteen ja tehtiin happamaksi laimealla suolahapolla. Muodostunut sakka suodatettiin pois ja kiteytettiin uudelleen bentseenistä, jolloin saatiin vihreitä kiteitä yhdistettä 8, jonka sulamispiste oli 146–148 °C ja saanto 82,5 %; infrapunaspektri (KBr) ν: 3148 (NH), 2222 (C≡N), 1665 (C=O) cm−1. 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ (ppm): 8,78 (s, H, NH, vaihdettavissa), 9,14 (s, 1H, CH=), 7,36–8,55 (m, 13H, heteroaromatisaatio); Laskettu yhdisteelle C23H15N3O (348,38): C, 79,07; H, 4,33; N, 12,03. Havaittu: C, 78,93; H, 3,97; N, 12,36 %.
Yhdiste 4 (2 mmol, 0,7 g) liuotettiin 20 ml:aan kuivaa dioksaania (joka sisälsi muutaman tipan trietyyliamiinia ja 2 mmol tioureaa/semikarbatsidia) ja kuumennettiin refluksoiden 2 tuntia. Liuotin haihdutettiin tyhjiössä. Jäännös kiteytettiin uudelleen dioksaanista, jolloin saatiin seos.