Desenvolvimento do composto 5d como um novo candidato a fármaco para o tratamento da tuberculose: caracterização pré-clínica e sistema de liberação baseado em nanoesponjas de β-ciclodextrina

A tuberculose (TB), causada por Mycobacterium tuberculosis (Mtb), permanece entre as principais causas de mortalidade por doenças infecciosas no mundo, agravada pela crescente disseminação de cepas resistentes aos fármacos disponíveis. Nesse contexto, o composto 1- [1- (4- clorofenil)- 2,5- dimetil- 1H- pirrol- 3- il]- N- (ciclohexilmetil) metanamina (5d), derivado pirrólico obtido a partir da combinação racional das estruturas de SQ109 e BM212, foi previamente identificado pelo nosso grupo como um promissor candidato antituberculose. Entretanto, sua baixa solubilidade em meio aquoso e seu perfil toxicológico limitam sua aplicação terapêutica. Dessa forma, esta tese teve como objetivo aprofundar a caracterização biológica e toxicológica do composto 5d e desenvolver sistemas farmacotécnicos inovadores baseados em nanoesponjas de β-ciclodextrina para superar suas limitações biofarmacêuticas. O composto livre demonstrou atividade antimicobacteriana contra isolados clínicos multirresistentes de M. tuberculosis, com concentrações inibitórias mínimas entre 2,4 e 9,0 µg/mL. Ensaios de mutagenicidade e genotoxicidade demonstraram ausência de efeitos mutagênicos e clastogênicos, enquanto análises genômicas e morfológicas sugeriram interferência em vias relacionadas à integridade do envelope celular micobacteriano e possível envolvimento da proteína MmpL3 como alvo molecular. Além disso, a atividade antimicobacteriana foi confirmada em modelo in vivo utilizando Galleria mellonella. Considerando as limitações associadas ao composto livre, durante estágio de pesquisa realizado no exterior foram desenvolvidas e caracterizadas nanoesponjas de β-ciclodextrina para administração pulmonar. As formulações obtidas aumentaram significativamente a dispersibilidade do composto em meio aquoso, reduziram sua citotoxicidade, promoveram perfil de liberação adequado e apresentaram interação eficiente com macrófagos, células-alvo da infecção tuberculosa. Em conjunto, os resultados demonstram que o composto 5d possui relevante atividade antimicobacteriana, inclusive frente a cepas resistentes. Adicionalmente, demonstram que as nanoesponjas de β-ciclodextrina constituem uma estratégia promissora para aumentar a segurança e o potencial terapêutico do composto, representando uma plataforma inovadora para o desenvolvimento de sistemas de administração pulmonar voltados ao tratamento da tuberculose.

Resumo (inglês)

Tuberculosis (TB), caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), remains one of the leading causes of death from infectious diseases worldwide, a situation further aggravated by the increasing spread of drug-resistant strains. In this context, the pyrrole derivative 1- [1- (4- chlorophenyl)- 2,5- dimethyl- 1H- pyrrol- 3- yl]- N- (cyclohexylmethyl) methanamine (5d), obtained through the rational combination of the SQ109 and BM212 structures, was previously identified by our research group as a promising antitubercular candidate. However, its poor aqueous solubility and toxicological profile limit its therapeutic application. Therefore, the aim of this thesis was to further characterize the biological and toxicological profile of compound 5d and to develop innovative β-cyclodextrin nanosponge-based drug delivery systems to overcome its biopharmaceutical limitations. Free compound 5d showed antimycobacterial activity against multidrug-resistant clinical isolates of M. tuberculosis, with minimum inhibitory concentrations ranging from 2.4 to 9.0 µg/mL. Mutagenicity and genotoxicity assays demonstrated the absence of mutagenic and clastogenic effects, while genomic and morphological analyses suggested interference with pathways related to mycobacterial cell envelope integrity and the possible involvement of MmpL3 as a molecular target. Furthermore, the antimycobacterial activity of compound 5d was confirmed in an in vivo Galleria mellonella model. Considering the limitations associated with the free compound, β-cyclodextrin nanosponges for pulmonary administration were developed and characterized during a research internship abroad. The resulting formulations significantly increased the aqueous dispersibility of compound 5d, reduced its cytotoxicity, exhibited an appropriate drug release profile, and demonstrated efficient interaction with macrophages, the target cells of tuberculosis infection. Altogether, the results demonstrate that compound 5d possesses significant antimycobacterial activity, including against drug-resistant strains. In addition, they show that β-cyclodextrin nanosponges represent a promising strategy to improve the safety and therapeutic potential of the compound, providing an innovative platform for the development of pulmonary drug delivery systems for the treatment of tuberculosis.

Palavras-chave

Mycobacterium tuberculosis N-fenil-2,5-dimetilpirrol β-ciclodextrina Nanoesponja Tuberculose resistente Doenças Tratamento Nanosponge Drug-resistant tuberculosis

Idioma

Português

Citação

POLINÁRIO, Giulia. Desenvolvimento do composto 5d como um novo candidato a fármaco para o tratamento da tuberculose: caracterização pré-clínica e sistema de liberação baseado em nanoesponjas de β-ciclodextrina. 2026. 31 f. Tese (Doutorado em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia) – Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Ciências Farmacêuticas, Araraquara, 2026.