Investigação do potencial anti-tuberculose e modo de ação de derivado oxadiazólico de N-acilhidrazona

Abstract

RESUMO:A tuberculose (TB) é uma doença infectocontagiosa causada por bacilos do complexo Mycobacterium tuberculosis destacando-se principalmente a espécie Mycobacterium tuberculosis. Influenciados pela pandemia da COVID-19, em 2022 foram registrados 7,5 milhões de novos casos e 1,3 milhão de óbitos, bem como um alto do número de casos de TB multidroga resistente. Na tentantiva de conter a doença, a ONU (Organização das Nações Unidas) propôs metas para a redução dos casos de óbitos por TB até 2035, entre elas se encontra o combate à bacilos resistentes e a redução do percentual de óbitos e da taxa de incidência. O tratamento da TB é dificultado pela grande taxa de abandono entre os pacientes e a emergência de bacilos resistentes frente a poliquimioterapia, o que impossibilita muitas vezes o uso do esquema padrão de antimicrobianos. Em vista disso, o objetivo deste trabalho foi aprofundar os estudos sobre o composto O-AON (2-(4-metoxinaftalen-1-il)-5-(2-hidroxi-5-nitrofenil)-1,3,4- oxadiazol), buscando avaliar seu potencial e elucidar seu modo de ação como protótipo para fármaco anti-TB. No manuscrito: "Exploring the Antimycobacterial Potential of an Oxadiazole Derivative: Insights on Mode of Action, Toxicity Assessment, and Promising results against Tuberculosis" foram aplicados testes in silico para avaliação da toxicidade aguda, atividade biológica e interação com fármacos de primeira linha da TB. Experimentalmente, o ensaio de REMA (Resazurin Microtiter Plate Assay) foi feito para confirmação da CIM (Concentração inibitória mínima) frente a cepa padrão H37Rv e para avaliar a ligação da substância com proteínas plasmáticas. A toxicidade aguda também foi avaliada em modelo invertebrado alternativo. Ensaios de citometria de fluxo e microscopia eletrônica de varredura foram realizados com o modelo Mycobacterium smegmatis mc² 155 para avaliação da atividade da substância sob a parede/membrana celular micobacteriana. Por fim foi realizado a expressão proteica dos bacilos após exposição do MtbH37Rv ao O-AON. No ensaio de bancada, foi observado a CIM de 0,97 ?g/ml para o O-AON, baixa/nenhuma afinidade de ligação com as proteínas plasmáticas, sugerindo que sua eficiência não é reduzida caso a substância seja admisnistrada via intravenosa. O ensaio de toxicidade aguda em modelo alternativo não demonstrou toxicidade significativa (70% e 90% de sobrevivencia). Não foi observado ação da substância na parede/membrana segundo os ensaios de citometria de fluxo e microscopia eletrônica de varredura. Na análise do perfil proteico as a expressão mais significativa foi relacionada ao metabolismo e a respiração celular. Dentre os principais resultados obtidos no estudo in silico destaca-se: toxicidade não significativa em ratos (DL50- administração oral = 2056 mg/kg; intravenosa = 93,76 mg/kg; intraperitoneal = 539,9 mg/kg; e subcutânea = 958,1 mg/kg), baixa probabilidade (0,004 a 0,347) de efeitos adversos cardiacos quando combinado com os fármacos do esquema básico (RIF, INH, PZA e EMB) e quanto a atividade biológica, foi evidenciado alta probabilidade (0.864) de ser ativo como inibidor da enzima ubiquinol- citocromo-c redutase. Enfim, nos ensaios pré-clínicos realizados a substância O-AON exibiu baixa toxicidade e possivel modo de ação em vias metabólicas realcionadas a respiração, se mostrando promissora para o tratamento da tuberculose

ABSTRACT: Tuberculosis (TB) is an infectious disease caused by bacilli of the Mycobacterium tuberculosis complex, mainly the Mycobacterium tuberculosis species. Influenced by the COVID-19 pandemic, in 2022, there were 7.5 million new cases and 1.3 million deaths, as well as a high number of cases of multidrug-resistant TB. In an attempt to contain the disease, the United Nations (UN) has proposed targets for reducing TB deaths by 2035, including combating resistant bacilli and reducing the percentage of deaths and the incidence rate. TB treatment is hampered by the high dropout rate among patients and the emergence of bacilli resistant to multidrug therapy, which often makes it impossible to use the standard antimicrobial regimen. Given this, this worked aimed to study further the compound O-AON (2-(4- methoxynaphthalen-1-yl)-5-(2-hydroxy-5-nitrophenyl)-1,3,4- oxadiazole) in order to evaluate its potential and elucidate its mode of action as a prototype anti-TB drug. In the manuscript: "Exploring the Antimycobacterial Potential of an Oxadiazole Derivative: Insights on Mode of Action, Toxicity Assessment, and Promising Results against Tuberculosis," in silico tests were applied to assess acute toxicity, biological activity, and interaction with first-line TB drugs. Experimentally, the REMA (Resazurin Microtiter Plate Assay) test was carried out to confirm the MIC (Minimum Inhibitory Concentration) against the standard H37Rv strain and assess the substance's binding to plasma proteins. Acute toxicity was also assessed in an alternative invertebrate model. Flow cytometry and scanning electron microscopy tests were conducted on the Mycobacterium smegmatis mc² 155 model to assess the substance's activity on the mycobacterial cell wall/membrane. Finally, the protein expression of the bacilli after exposure of MtbH37Rv to O-AON was carried out. In the bench test, the MIC of 0.97 ?g/ml was observed for O-AON, with low/no binding affinity for plasma proteins, suggesting that its efficiency is not reduced if the substance is administered intravenously. The acute toxicity test in an alternative model showed no significant toxicity (70% and 90% survival). No activity of the substance on the wall/membrane was observed according to flow cytometry and scanning electron microscopy tests. In the protein profile analysis, the most significant expression was related to metabolism and cellular respiration. Among the main results obtained in the in silico study, the following stand out: non-significant toxicity in rats (LD50 - oral administration = 2056 mg/kg; intravenous = 93.76 mg/kg; intraperitoneal = 539.9 mg/kg; and subcutaneous = 958.1 mg/kg), low probability (0.004 to 0.347) of adverse cardiac effects when combined with the drugs in the basic regimen (RIF, INH, PZA and EMB) and as for biological activity, a high probability (0. 864) of being active as an inhibitor of the enzyme ubiquinol-cytochrome-c reductase. Finally, in the pre-clinical tests carried out, the O-AON substance showed low toxicity and a possible mode of action in metabolic pathways related to respiration, showing promise for the treatment of tuberculosis