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Química Farmacêutica dos Um Estudo Sobre a Classe Terapêutica e Desenvolvimento de Novos Protótipos Antitumorais a partir do Metotrexato Emilly Lorrana, Larissa Aguiar, Leticia Gomes, Lucemberg Almeida, Rafaela Soares Antitumorais 1 Parte I Evolução e Microambiente A evolução do combate ao câncer e as táticas de guerrilha do microambiente tumoral 2 Antiguidade Séc. XIX Abordagens Rudimentares Os primeiros registros do tratamento do câncer remontam ao Egito Antigo, onde papiros médicos descrevem tentativas rudimentares de remoção e cauterização de tumores visíveis, refletindo os recursos terapêuticos disponíveis na época. Cirurgia e Radioterapia Com os avanços da anestesia e das técnicas de controle de infecções, a cirurgia radical consolidou-se como a principal estratégia terapêutica contra o câncer no final do século XIX. Posteriormente, a descoberta dos raios X por Wilhelm Röntgen e dos fenômenos da radioatividade por Marie e Pierre Curie possibilitou o surgimento da radioterapia, modalidade que utiliza radiação ionizante para induzir danos ao DNA das células tumorais e promover sua destruição. A Evolução Histórica 3 Anos 1940: O Nascimento A era das terapias sistêmicas antineoplásicas teve início na Segunda Guerra Mundial, quando a observação dos efeitos da mostarda nitrogenada sobre tecidos de rápida proliferação celular abriu caminho para o desenvolvimento da quimioterapia moderna. Pesquisadores notaram que o gás mostarda causava queda drástica de glóbulos brancos. Deduziram que o veneno atacava células em rápida divisão. Adaptaram o agente para combater cânceres no sangue. Inaugurou-se a era das terapias químicas sistêmicas. NATIONAL CANCER INSTITUTE (NCI),2025 4 A revolução da biologia molecular transformou a oncologia ao dar origem às terapias-alvo, estratégias desenvolvidas para atingir seletivamente alterações genéticas e vias de sinalização essenciais à progressão tumoral. Transição de ataques indiscriminados para precisão molecular. Bloqueiam os "motores" químicos da célula maligna. Atuam em mutações específicas do tumor. Poupam o tecido saudável adjacente, reduzindo a toxicidade genérica. Anos 80 e 90: Terapias-Alvo 5 ▹ ▹ Após a cirurgia, a radioterapia, a quimioterapia e as terapias-alvo, a imunoterapia emerge como a mais recente transformação da oncologia, inaugurando a era da ativação imunológica contra o câncer. Ação Indireta: Em vez de atacar o tumor diretamente, essas terapias reativam o sistema imune. "Tirar a venda": Permite que os Linfócitos T reconheçam e aniquilem as células cancerígenas intrínsecas. O Presente: Imunoterapia 6 Evasão Imunológica As táticas de "guerrilha" molecular para driblar a vigilância do sistema imune 7 Checkpoints Imunológicos O câncer sequestra os "freios" de segurança do sistema imune. A célula tumoral exibe proteínas (como a PD-L1) que se ligam ao receptor do Linfócito T. Isso aperta um botão de "desligar", transmitindo a falsa mensagem de que é uma célula normal. Perda de Antígenos O tumor para de produzir ou exibir fragmentos de proteínas anormais (seus "crachás" de identificação molecular) na membrana. Sem esses marcadores, as células de defesa ficam literalmente "cegas" para a ameaça biológica. O Mecanismo de Evasão 8 Longe de ser uma massa celular passiva, o tumor atua como um sistema biologicamente ativo, reprogramando continuamente seu microambiente para obter nutrientes, estimular a angiogênese, evadir a resposta imunológica e estabelecer condições favoráveis à sua sobrevivência, crescimento e disseminação metastática.. Microambiente Tumoral NATIONAL CANCER INSTITUTE (NCI),2025 Libera substâncias químicas que paralisam células de defesa ativas. Atrai células T-reguladoras (Tregs). Sequestra essas Tregs, que passam a formar um escudo protetor imunossupressor. Gera uma barreira física e bioquímica hostil à intervenção farmacológica. 9 Por meio de constantes alterações fenotípicas, o tumor origina subclones celulares heterogêneos capazes de evitar o reconhecimento e a eliminação pelo sistema imunológico. Instabilidade A rápida multiplicação aliada a um DNA altamente instável gera um ambiente propício para erros de replicação contínuos. Disfarce Molecular Escape Total O acúmulo progressivo dessas alterações favorece o escape da neoplasia da vigilância imunológica, permitindo que as células tumorais persistam e avancem mesmo diante das defesas do organismo. Mutações Contínuas 10 Parte II Agentes Alquilantes 11 Mostardas nitrogenadas, Oxazafosforinas, Nitrosoureias, Sulfonatos de Alquilo, Triazenos, Hidrazinas, Triazênicos e Etileniminas A atividade farmacológica dessa classe baseia-se na capacidade de transferir grupos alquila para centros nucleofílicos celulares, promovendo alterações estruturais que comprometem funções biológicas essenciais. Alvo Principal: O nitrogênio N7 da guanina no DNA. Cross-linking: Gera ligações cruzadas intra ou intercadeias. Consequências: Pareamento anômalo de bases e depurinação (quebra da fita). Resultado: Paralisação irreversível da fase S e transcrição. ▹ ▹ O Mecanismo Alquilante Patrick – Introdução à Química Medicinal, 2019. 12 foram os primeiros fármacos a demonstrar a capacidade de induzir danos ao DNA por meio de reações de alquilação, sendo derivados de compostos estruturalmente relacionados ao gás mostarda empregado em conflitos militares. Sua atividade farmacológica decorre da presença de grupos 2-cloroetila, que possibilitam a formação intramolecular do altamente reativo íon aziridínio, responsável pela ligação covalente a sítios nucleofílicos do DNA. Essas interações promovem ligações cruzadas intra e interfitas, bloqueando a replicação e a transcrição do material genético, culminando na morte celular. As mostardas nitrogenadas são classificadas em duas principais subclasses: mostardas alifáticas e mostardas aromáticas, que diferem em suas características estruturais, reatividade química e propriedades farmacológicas. São divididas em subclasses: Mostardas Alifáticas e Mostardas Aromáticas Mostardas Nitrogenadas 13 Mostardas Alifáticas Fármaco representante: Mecloretamina (primeiro agente alquilante da história da medicina) O grupo alifático permite formação instantânea do íon aziridínio. É extremamente reativa, com meia-vida curtíssima e ação vesicante severa. Exige administração exclusivamente intravenosa cuidadosa. Mostardas Aromáticas Fármaco representante: Clorambucilo e Melfalano A modificação crucial: substituição por anéis aromáticos (elétron- atraentes). Reduzem a densidade eletrônica no nitrogênio via ressonância, retardando o aziridínio. Isso aumenta a estabilidade da molécula e permite que ela permaneça mais tempo no organismo antes de ser ativada. Estáveis para via oral e menos vesicantes. Evolução Estrutural 14 Atuam como pró-fármacos que exigem bioativação hepática. Ativados no fígado pelo citocromo P450 (CYP2B6/CYP3A4). A oxidação gera 4-hidroxiciclofosfamida. Eliminação não enzimática intracelular gera a mostarda de fosforamida (ativa). Subproduto tóxico: Acroleína. Oxazafosforinas Fármacos representantes: ciclofosfamida e ifosfamida 15 Oxazafosforinas Fármacos representantes: ciclofosfamida e ifosfamida 16 Processo de bioativação hepática, Patrick introdução a quimica medicinal., 2019. O Antídoto Molecular A acroleína, metabólito altamente tóxico gerado durante o metabolismo da ciclofosfamida e da ifosfamida, é responsável pela ocorrência de cistite hemorrágica, uma das principais toxicidades associadas a esses fármacos. O MESNA possui um grupo sulfidrila (-SH) livre, altamente nucleofílico, capaz de reagir rapidamente com a acroleína no trato urinário por meio de uma adição de Michael. Essa reação resulta na formação de um complexo estável, hidrossolúvel e farmacologicamente inativo, que é facilmente eliminado pela urina, impedindo o contato prolongado da acroleína com o urotélio vesicale reduzindo significativamente o risco de lesão tecidual e hemorragia. O Resgate com MESNA 17 Caracterizadas pelo grupo nitrosoureia Sofrem hidrólise não enzimática em pH fisiológico, gerando simultaneamente duas espécies reativas letais: Perfil Físico-Químico: A elevada lipofilicidade desses fármacos favorece sua penetração através das membranas biológicas e, em alguns representantes, contribui para a passagem pela barreira hematoencefálica, tornando essa característica particularmente relevante no tratamento de determinados tumores do sistema nervoso central (SNC). Nitrosoureias Fármacos representantes: Carmustina, Lomustina e Estreptozocina 18 Íon cloroetildiazônio: Alquila diretamente o DNA. Isocianato: Carbamila proteínas enzimáticas de reparo do DNA. Carmustina Altamente lipofílica e bifuncional, projetada idealmente para o tratamento de tumores do Sistema Nervoso Central. Lomustina Análogo oral da carmustina, mantendo o perfil altamente lipofílico essencial para penetração cerebral eficaz. Estreptozocina Exceção notável. Contém porção glicosídica hidrofílica direcionada às células beta das ilhotas de Langerhans (câncer pancreático). Variantes Estruturais 19 Fármaco representante: Bussulfano (agente bifuncional clássico) Possui dois grupos metanossulfonato (excelentes abandonadores). Separados exatamente por 4 carbonos. Deslocamento por ataque direto. A geometria favorece cross-links intramoleculares e DNA- proteína. Efeito tóxico profundo nas células hematopoiéticas. Indicação: Condicionamento em transplante de medula óssea. Sulfonatos de Alquilo 20 Atuam como agentes monofuncionais cujo alvo primordial é metilar o oxigênio O6 da guanina. São pró-fármacos clássicos que exigem bioativação mediada pelo P450 hepático. O metabólito final ativo libera um letal íon metildiazônio. 21 Triazenos / hidrazinas Fármaco representante: Dacarbazina e Procarbazina Atuam como agentes monofuncionais cujo alvo primordial é metilar o oxigênio O6 da guanina. São pró-fármacos clássicos que exigem bioativação mediada pelo P450 hepático O metabólito final ativo libera um letal íon metildiazônio. A Restrição: A obrigatoriedade de metabolização no fígado restringe a sua biodisponibilidade e cinética de penetração (Esta limitação é crítica especialmente em locais farmacologicamente isolados como o compartimento cerebral) Pró-fármaco inovador que não requer ativação hepática. Sofre hidrólise espontânea em pH fisiológico neutro/alcalino. Ocorre a abertura do anel para formar MTIC e liberar o íon metildiazônio in loco. Biodisponibilidade oral de quase 100%. Excelente e vital penetração cerebral. 22 Triazênicos Fármaco representante: Temozolomida (TMZ) Tiotepa Contém três grupos etilenimina (aziridina) ligados a um átomo de fósforo central. O anel aziridina protonado é atacado diretamente pelas bases do DNA. Altretamina Também conhecida como Hexametilmelamina. Exige ativação enzimática hepática intensa de desmetilação. Etileniminas Sofre intensa dessulfuração metabólica para TEPA, que também possui formidável atividade alquilante. Gera espécies reativas (íons imínio ou formaldeído livre) que atuam como alquilantes atípicos no DNA ou em nucleoproteínas críticas. 23 Parte III Complexos de Platina A força da ligação covalente coordenada (platinação) 24 O centro metálico de Pt(II) atua como um ácido de Lewis poderoso. No plasma (alto cloreto): A molécula mantém-se neutra e inativa. No citoplasma (baixo cloreto): Os ligantes são deslocados por água (Aquação). Gera um aquo-complexo catiônico altamente eletrofílico. Ataca o N7 da guanina, formando ligações cruzadas e dobra (kink) severa no DNA. Gera um aquo-complexo catiônico altamente eletrofílico Mecanismo de Aquação 25 26 P I E R C E , B E N J A M I N A . G E N É T I C A : U M E N F O Q U E C O N C E I T U A L . 7 . E D . R I O D E J A N E I R O : G U A N A B A R A K O O G A N , 2 0 2 0 Evolução das Platinas 02 Carboplatina Substitui os cloretos do complexo de cisplatina por um ligante dicarboxilato (CBDCA), formando uma estrutura quelada mais estável. Essa modificação reduz significativamente a velocidade de aquação, tornando a carboplatina menos reativa e contribuindo para a redução da nefrotoxicidade, embora aumente a mielossupressão, especialmente a trombocitopenia. 03 Oxaliplatina Introduz o volumoso grupo DACH. O volume estérico imenso não é reconhecido pelo sistema celular de reparo (MMR), superando a resistência colorretal. 01 Cisplatina Geometria cis essencial para a atividade antitumoral. Os ligantes cloreto sofrem aquação no meio intracelular, formando espécies reativas que se ligam ao DNA. A elevada reatividade explica tanto sua potente ação citotóxica quanto sua importante nefrotoxicidade. 27 Parte IV Antimetabólitos Modificações isostéricas que enganam a Fase S celular 28 Inibem a enzima di-hidrofolato redutase (DHFR), comprometendo o metabolismo do folato e, consequentemente, a síntese de purinas e timidilato, essenciais à replicação e à proliferação celular. Metotrexato (MTX): Inibidor competitivo pseudoirreversível de altíssima afinidade. Sofre poliglutamação para retenção celular. Resgate com Leucovorina: Fornece folato já reduzido que salta o bloqueio enzimático para salvar tecidos sadios da morte celular por depleção. ▹ ▹ ▹ Antifolatos: Metotrexato 29 Pemetrexede Antifolato de espectro ampliado que inibe não apenas a DHFR, mas também atinge intensamente a enzima Timidilato Sintase (TS). Exige suplementação clínica prévia de Vitamina B12 e Ácido Fólico para mitigar o excesso de toxicidade sistêmica. Pralatrexato e Raltitrexed O Pralatrexato exibe uma porção propargila garantindo afinidade insuperável pelo RFC-1. Já o Raltitrexed é um inibidor desenhado para atuar de forma direta e exclusiva sobre a enzima Timidilato Sintase. Fármacos Multialvo 30 5-Fluorouracil (5-FU) A molécula é a uracila com um hidrogênio na posição C-5 astutamente substituído por um átomo de Flúor. A enzima Timidilato Sintase entra no sítio ativo e tenta clivar a ligação C-F (extremamente forte) para tentar adicionar um grupo metil. Inibição Suicida A reação química trava no meio do processo. Forma-se um complexo ternário covalente irreversível (Enzima + Fármaco + Folato). Ao contrário do resgate no MTX, a Leucovorina aqui é administrada para forçar e estabilizar essa inibição letal sobre o tumor. Análogos da Pirimidina 31 Pró-Fármaco Estratégico desenvolvida como um pró-fármaco de administração oral, a molécula foi planejada para promover uma entrega tecidual mais seletiva. Após a absorção pelo trato gastrointestinal, é submetida a uma sequência de etapas metabólicas, principalmente hepáticas, que conduzem à formação do metabólito ativo. Seu principal diferencial, entretanto, está na etapa final de ativação biológica, responsável pela geração da espécie farmacologicamente ativa e pelo direcionamento de sua ação antitumoral. Ativação Tumoral Direta A clivagem ativadora final exige a enzima timidina fosforilase (TP). Esta enzima é superexpressa massivamente nos tecidos de tumores sólidos, criando concentrações letais in situ (5-FU local) e poupando drasticamente a toxicidade intestinal e medular. A Inteligência da Capecitabina 32 Parte V Agentes Antimitóticos Sabotagem no fuso mitótico e paralisia celular na Fase M 33 Inibidores da Polimerização Ligam-se à tubulina nos microtúbulos, especialmente em seus sítios de crescimento, interferindo na dinâmica de polimerização e despolimerização. Essa interação compromete a formação e a estabilidade do fuso mitótico, interrompendo a divisão celular e levando à morte das células tumorais. Vincristina vs Vimblastina Vinblastina: grupo metil → maior mielossupressão, principal toxicidade limitante. Vincristina: grupo formil → maior neurotoxicidade periférica, podendo causar neuropatia sensitivo-motora. Alcaloides da Vinca 34 Mecanismo:Paclitaxel Inibidores da despolimerização: ligam-se à β-tubulina, estabilizando excessivamente os microtúbulos e impedindo sua despolimerização. Isso bloqueia o fuso mitótico, interrompendo a divisão celular e levando à morte tumoral. nab-Paclitaxel Resolveu o problema da hidrofobicidade fatal usando nanopartículas de albumina. Estas são consumidas ativamente pelo tumor via cavéolas, eliminando a necessidade de solventes tóxicos e melhorando a segurança. Cabazitaxel Desenhado para vencer resistência por efluxo. Químicos cobriram as hidroxilas com grupos metóxi (mascaramento estérico). Taxanos e Resistência 35 Parte VI Topoisomerases A armadilha interfacial no complexo DNA-enzima 36 As camptotecinas inibem a topoisomerase I, estabilizando o complexo enzima–DNA e impedindo a religação da fita de DNA após sua clivagem. Isso provoca acúmulo de danos no DNA e compromete a replicação celular, levando à morte da célula tumoral. A estrutura planar desliza para o bolsão interfacial enzima-DNA. O anel lactona forma ligações de hidrogênio que afastam a hidroxila 5'-OH. A tirosina catalítica é impedida de fazer a costura. A colisão com a bolha de replicação converte o erro em uma quebra de fita dupla letal. Inibidores da Topo I 37 Engenharia das Camptotecinas Topotecano e Irinotecano Derivados P&D (Homocamptotecina)A camptotecina natural sofre hidrólise do anel lactona no plasma. O Irinotecano, um pró-fármaco, contorna isso com uma volumosa cadeia lateral, até ser clivado hepaticamente para gerar o ativíssimo e letal SN-38. Expandiram o frágil Anel E central de 6 para 7 membros. O imenso aumento estérico protege o anel oxigenado do ataque iônico da água plasmática, melhorando drasticamente a biodisponibilidade nos tecidos-alvo. 38 Antraciclinas (Doxorrubicina) A Cardiotoxicidade Apresentam um mecanismo molecular dual. No núcleo, atuam como um intercalador planar rígido e uma armadilha para a Topoisomerase II, impedindo a passagem das fitas duplas. Contudo, seu efeito citoplasmático é devastador. Inibidores da Topo II O anel quinona atua como interruptor redox gerando superóxidos. Através do ferro (ciclo de Fenton), cria radicais hidroxila violentos. Como o miocárdio não possui defesas antioxidantes intrínsecas adequadas, ocorre cardiotoxicidade limitante cumulativa e irreversível. 39 Parte VII Terapias Alvo A precisão cristalográfica dos Inibidores de Quinases 40 O Triunfo: Imatinib Desenhado contra a enzima de fusão BCR-ABL (LMC). Induz e estabiliza a conformação termodinâmica inativa (DFG-out), realizando pontes de hidrogênio e ancorando-se na Treonina-315. A Resposta: Ponatinib A mutação T315I substitui a treonina por uma isoleucina volumosa, criando um impedimento estérico que reduz a ligação dos inibidores tradicionais à proteína BCR-ABL. O ponatinibe supera essa barreira estrutural por apresentar uma ligação etinil linear e rígida, permitindo seu encaixe no sítio ativo mesmo na presença da mutação. Imatinib e a Mutação T315I 41 Parte VIII Moduladores Endócrinos A inanição transcricional e metabólica de tumores hormônio-dependentes 42 Não Esteroidais (Anastrozol) Impedem a conversão de androgênios. Possuem anéis triazólicos; o par de elétrons do Nitrogênio atua como nucleófilo, atacando e coordenando-se diretamente ao átomo de ferro central do Heme (ligação coordenada), bloqueando o oxigênio. Inibidores da Aromatase Esteroidais (Exemestano) Inibição suicida irreversível. Mimetizam androgênios, sendo oxidados pela enzima, mas geram um intermediário alquilante que ataca covalentemente os resíduos de histidina do próprio sítio ativo, destruindo-o. 43 O antagonismo se baseia na imposição de volume estérico. O trifeniletileno aloja-se no receptor ER. Possui uma volumosa cadeia lateral de amina terciária. A cauda rígida bloqueia estericamente o fechamento do receptor. Força um dobramento aberrante da Hélice-12 estrutural. Isso encobre o domínio AF2, impossibilitando a transcrição gênica proliferativa. SERMs: Tamoxifeno 44 Parte IX Inibidores do Proteassoma Entupindo a "lixeira" celular no Mieloma Múltiplo 45 Bloqueia a subunidade quimotripsina-símile do Proteassoma 26S. A enzima usa a Treonina-1, com um -OH e -NH2 livres na ponta. Bortezomibe: Dipeptídeo terminando em ácido borônico (Boro sp²). Sofre ataque e torna-se um boronato (hibridização sp³). Sua reatividade exagerada afeta catepsinas genéricas gerando neuropatia. Bortezomibe e a Treonina-1 46 A transição geométrica impulsionada pelo ataque nucleofílico O átomo de boro passa de uma geometria trigonal plana, onde possui um orbital-p vazio fortemente ácido, para uma configuração tetraédrica extremamente estável e potente, criando o bloqueio irreversível na enzima proteassômica. Hibridização do Boro no Bortezomibe 47 Química Dupla Termina em uma cetona alfa,beta-epoxídica. Exige uma ciclo-condensação de 2 etapas: A hidroxila da Thr-1 ataca a cetona e, simultaneamente, o grupo amino ataca o epóxido tensionado. Seletividade Absoluta Forma um anel morfolínico covalente. Apenas a Treonina-1 possui essa rara topologia dupla - OH/-NH2. Elimina a toxidez off-target e a neuropatia limitante quase zera. O Oprozomibe é a sua evolução para uso oral. A Obra-Prima: Carfilzomibe 48 Parte X Terapias Quiméricas Macromoléculas, linkers inteligentes e farmacologia orientada por eventos 49 Gemtuzumab Ozogamicina Usa linker hidrazona (clivado no lisossomo ácido pH 4.5). Libera Calicheamicina que faz cicloaromatização gerando quebra estrutural massiva do DNA por radicais. T-DM1 Linker tióeter não-clivável. O lisossomo digere tudo. O metabólito ativo é eletricamente carregado; não cruza a membrana de saída e não ataca células vizinhas. T-DXd (Enhertu) Linker peptídico GGFG clivado pela catepsina B. A toxina liberada é lipofílica: vaza pela membrana gerando um letal e abrangente Bystander Effect extracelular. ADCs e a Topologia do Linker 50 O PROTAC abandona o bloqueio físico pela destruição biológica da proteína-alvo. Molécula heterobifuncional: uma ponta liga no alvo, outra na E3 Ubiquitina Ligase. Atua como um andaime forçando as proteínas ao encontro espacial. A E3 Ligase adere etiquetas de ubiquitina no alvo. A proteína "indrogável" é triturada; o PROTAC se solta intacto. Ação catalítica em loop infinito. PROTACs: O Complexo Ternário 51 Parte XI O Metotrexato Fármaco de escolha, da Arquitetura Molecular ao Desenho Racional de Novos Antifolatos 52 Alta Dose (HDMTX) em Oncologia Administrado por via intravenosa em altas doses (>500–1000 mg/m²), atua como um potente antimetabólito ao inibir o metabolismo do folato. A rápida depleção de folatos reduzidos compromete a síntese de DNA e RNA, interrompendo a proliferação celular e desencadeando apoptose. Baixa Dose em Reumatologia/Dermatologia Utilizado em baixas doses (7,5–25 mg por semana), o metotrexato exerce principalmente efeitos imunomoduladores e anti-inflamatórios, sendo considerado um MMCD (medicamento modificador do curso da doença) de primeira linha no tratamento da artrite reumatoide. A Dualidade Terapêutica 53 O Metotrexato mimetiza o ácido fólico (Vitamina B9), incorporando substituições essenciais: Anel de Pteridina (Porção P): Substituição de hidroxila por um grupo amino (N4), criando uma rede superior de pontes de hidrogénio e enorme afinidade enzimática. Porção PABA: Metilação na ponte amínica (N10) que liga ao anel benzénico, prevenindo a reatividade biológica natural. Cauda de Ácido Glutâmico (Porção E): Fornece a natureza fortemente aniónica, ancorando o fármaco a transportadores e viabilizando a poliglutamação. Arquitetura Molecular 54 1. Condensação e Controle de pH O processo começa com 2,4,5,6- tetraaminopirimidina. A condensação da pirimidina exige um controlo de pH estrito (5,5 ± 0,2). Ambientes muito alcalinos fomentam o perigoso isómero 7-hidroximetilpteridina inativo, destruindo o rendimento. 2. Bromaçãoe Alquilação Final O intermediário formado é severamente bromado originando um composto altamente reativo. Seguidamente, efetua-se a alquilação covalente com a fração de L-glutamato para concluir a montagem dos três domínios funcionais do fármaco antes da purificação. Síntese de Piper-Montgomery 55 Hidrofilicidade e Peso Molecular Peso Molecular: 454,5 g/mol (próximo ao teto da Regra de Lipinski). LogP / Lipofilicidade: -1,85 (Uma hidrofilicidade extrema, impossibilitando totalmente a difusão passiva na membrana lípidica celular). TPSA: 216 Ų (Ultrapassa o teto crítico de 140 Ų, inviabilizando a penetração na Barreira Hematoencefálica). Comportamento Iónico e Espacial pKa: ~4,7 nos ácidos carboxílicos, tornando a molécula num anião divalente forte ao pH fisiológico (7,4). Solubilidade Intrínseca: C (Val174Ala) presente em 15% das coortes paralisa os transportadores hepáticos basolaterais. O MTX não entra no fígado, permanece no plasma e desencadeia picos maciços prolongados de hepatotoxicidade e falência sistémica aguda. Variantes na MTHFR Os polimorfismos C677T e A1298C originam uma enzima termolábil hiperfrágil. Reduzem as reservas endógenas basais de folatos vitais sadios, precipitando o doente em perigosas mucosites sistémicas e mielossupressões fatais fulminantes sob a terapia. Falhas no RFC1 (SLC19A1) Mutações estruturais no alelo transmissor celular principal (80G>A) resultam na flutuação orgânica descontrolada imprevisível global de absorção, retardando as margens vitais de depurações e inflacionando reações colaterais graves. Farmacogenómica Estrutural (GWAS) 63 A Rede Fisiológica de Depuração A eliminação do metotrexato ocorre predominantemente pelos rins, por meio da filtração glomerular e, principalmente, da secreção tubular ativa. Esse processo envolve transportadores basolaterais, como OAT1 e OAT3, e transportadores apicais de efluxo, como MRP2, MRP4 e BCRP, que contribuem para sua excreção urinária. A Competição Medicamentosa Letal Fármacos como os AINEs (ibuprofeno), IBPs e o potente febuxostato bloqueiam agressivamente a ocupação espacial nas proteínas excretoras OATs e BCRP. Estas substâncias competidoras silenciam clinicamente a depuração renal do MTX, paralisando a saída e induzindo perfis severos tóxicos orgânicos. Interações na Excreção Tubular 64 A via mandatária na profilaxia base das infusões de quimioterapia HDMTX severa. Fornece o Foliato de Cálcio sintético ativo orgânico (5-formil-THF). A molécula não precisa interagir com a enzima DHFR. Salta completamente o bloqueio enzimático inibitório oncológico. Restabelece a integridade estrutural das purinas e biologia vital exclusiva das células sadias base afetadas, resgatando as matrizes vitais nas janelas protetivas entre 24h e 48h. Resgate Profilático: Leucovorina 65 O Alerta de Catástrofe e IRA Nas calamidades biológicas de picos circulantes e no bloqueio irreversível cristalizado intratável das vias obstrutivas (Insuficiência Renal Aguda onde a lavagem fracassa). Ocorre uma falência de limpeza biológica. A Enzima de Resgate Clivadora A Glucarpidase (Carboxipeptidase G2) é administrada em perfusão vascular direta extrema. No plasma fechado intravascular, a molécula localiza o MTX e amputa de forma agressiva química a sua cauda glutâmica base em meros rápidos e cruciais 15 minutos (quebras de curvas tóxicas perto de 99%). O metabólito gerado (DAMPA) ilude e perdoa a disfunção estrutural renal sistémica do paciente. A Terapêutica Terminal: Glucarpidase 66 Inovação Computacional Proposições Químico-Farmacêuticas Preditivas In Silico e Redesenho (SwissADME e XenoSite) 67 Mascaramento Alifático (SwissADME) Ao converter os flancos de ácidos carboxílicos aniónicos letais em invólucros alifáticos (MTX- isopropil-ésteres puros),o TPSA basal molecular recua abaixo de 140 Ų e a molécula salta para valores lipofílicos de permeação de difusão livre transcelular entérica passiva previsível segura, destruindo a dependência no canal exausto celular RFC1 e do teto de absorção. Desproteção Direcionada Intestinal (XenoSite) A matriz base preditiva e premonitória aponta que a clivagem do pró-fármaco dependerá quase inteiramente da hidrólise inócua ubíqua natural das esterases (Carboxilesterases CES1 e CES2 abundantes nas mucosas entéricas portais base). O sistema liberta o fármaco intacto ativo puro na porta hepática escapando interações secundárias microssomais. Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster 68 Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster 69 Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster A Promessa Teórica Que transformar o metotrexato em um Di- isopropil-éster faria o TPSA cair para menos de 140 e garantiria uma permeação intestinal livre e passiva. Realidade Predita O SwissADME revelou que o núcleo da molécula (a pteridina) é tão polar que apenas esterificar a cauda não é suficiente. O TPSA continuou alto (188.54) e a absorção intestinal permaneceu baixa (Low). 70 Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster Modelo de Fase 1 (XenoSite) Avaliação de sítios de oxigenação vs. hidrólise. 71 Predição de Hidrólise (Alvo Primário) Alta probabilidade de clivagem exatamente nos grupos isopropil-éster. Baixa Reatividade Microssomal Sinais mínimos nos modelos de oxigenação estável e instável (CYP450). Conclusão Preditiva Corrobora o design racional — ativação direcionada por esterases (CES1/CES2) com escape metabólico de primeira passagem hepática. Modificação 2: Protótipo PROTAC Estrutura do PROTAC A "Isca" para o Alvo O próprio núcleo do Metotrexato (que vai se ligar à enzima DHFR do tumor). A "Isca" para o Lixeiro Uma molécula que se liga à E3 Ligase (uma enzima que faz parte do sistema de "lixo" natural da célula, o proteassoma). Geralmente, usa-se um derivado da Talidomida para isso. O Linker (Conector) Uma cadeia flexível (como um pequeno PEG) ligando as duas pontas. O Mecanismo de Ação Inovador 1. O seu MTX-PROTAC entra na célula tumoral. 2. Uma ponta gruda na DHFR (a enzima do câncer). 3. A outra ponta gruda na E3 Ligase (o caminhão de lixo da célula). 4. O PROTAC aproxima os dois. A E3 Ligase "carimba" a DHFR com uma etiqueta de destruição (ubiquitinação). 5. O sistema de lixo da célula tritura e destrói completamente a DHFR. 6. A cereja do bolo: O PROTAC não é destruído! Ele se solta e vai caçar a próxima enzima DHFR, agindo de forma catalítica. 72 Modificação 2: Protótipo PROTAC Perfil Beyond Rule of 5 (bRo5) MW > 750 e Alta Polaridade: Violações intencionais de Lipinski. Justificativa: Ação catalítica intracelular dispensa a alta concentração sistêmica exigida para inibidores clássicos. Flexibilidade "Camaleônica" 19 Ligações Rotativas: Alta flexibilidade estrutural (Linker PEG). Justificativa: Permite o colapso hidrofóbico em ambiente aquoso, facilitando a permeação transmembrana. Falso Positivo de Toxicidade Alerta Brenk (Ftalimida): Sinalizado por algoritmos clássicos. Justificativa: É a "isca" biológica essencial para o recrutamento do complexo de degradação celular (E3 Ligase). 73 Modificação 2: Protótipo PROTAC Análise Preditiva (XenoSite): Estabilidade Resistência Metabólica de Fase 1 Ausência de sítios de alta reatividade no modelo preditivo. Escape Hepático Risco mínimo de oxidação prematura por enzimas microssomais (CYP450). Integridade do Linker Estrutura e "iscas" imunes à hidrólise plasmática. Conclusão In Silico O protótipo possui estabilidade sistêmica suficiente para invadir o citosol intacto e iniciar a degradação catalítica. 74 Mecanismo Segurança O Gigante Terapêutico O Metotrexato consolida o seu papel de inibidor enzimático supremo quer pela letalidade da inibição estrutural competitiva da DHFR (como citotóxico de oncologia), quer pela inibição colateral multienzimática celular inflamatória e libertação anti-inflamatória puramente adenosínica biológica basal global. Dependência Sistémica e Genómica A margem estrita do fármaco e o seu percurso na matriz fisiológica do corpo impõem monitorizações globais estritas de transportes celulares (OATP1B1 genómico, e poliglutamações falíveis), contornando as falências perigosas e desastrosas por recurso aos grandes e extremos salvadores do meio médico orgânico letal biotecnológico laboratorial mundial puro endovenoso hospitalar: Folinato de cálcio profilático ativo, e Glucarpidase curativa terminal aguda letal urgente obstrutiva. Considerações Finais - Metotrexato 75 Referências 76 HABNER, Bruce A.; LONGO, Dan L. Cancer chemotherapy and biotherapy: principles and practice. 6. ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2019. DAINA, Antoine; MICHIELIN, Olivier; ZOETE, Vincent. SwissADME: a free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Scientific Reports, Londres, v. 7, n. 42717, p. 1-13, 2017. DE VITA, Vincent T.; LAWRENCE, Theodore S.; ROSENBERG, Steven A. DeVita, Hellman, and Rosenberg's cancer: principles and practice of oncology. 12. ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2023. GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 12. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2022. KATZUNG, Bertram G. Farmacologia básica e clínica. 15. ed. Porto Alegre: AMGH, 2023. LEMKE, Thomas L.; WILLIAMS, David A. Foye's principles of medicinal chemistry. 8. ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2019. PATRICK, Graham L. Introdução à química medicinal. 6. ed. Porto Alegre: AMGH, 2018. PIERCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2020. ZARETZKI, Jed; MATLOCK, Matthew; SWAMIDASS, S. Joshua. XenoSite: accurately predicting CYP-mediated sites of metabolism with neural networks. Journal of Chemical Information and Modeling, Washington, v. 53, n. 12, p. 33 77 OBRIGADO PELA Emilly Lorrana, Larissa Aguiar, Leticia Gomes, Lucemberg Almeida, Rafaela Soares ATENÇÃO! Química Farmacêutica dos Antitumorais Um Estudo Sobre a Classe Terapêutica e Desenvolvimento de Novos Protótipos Antitumorais a partir do Metotrexato Emilly Lorrana, Larissa Aguiar, Leticia Gomes, Lucemberg Almeida, Rafaela Soares Parte I Evolução e Microambiente A evolução do combate ao câncer e as táticas de guerrilha do microambiente tumoral A Evolução Histórica Antiguidade Abordagens Rudimentares Séc. XIX Cirurgia e Radioterapia Anos 1940: O Nascimento A era das terapias sistêmicas antineoplásicas teve início na Segunda Guerra Mundial, quando a observação dos efeitos da mostarda nitrogenada sobre tecidos de rápida proliferação celular abriu caminho para o desenvolvimento da quimioterapia moderna. Pesquisadores notaram que o gás mostarda causava queda drástica de glóbulos brancos. Deduziram que o veneno atacava células em rápida divisão. Adaptaram o agente para combater cânceres no sangue. Inaugurou-se a era das terapias químicas sistêmicas. NATIONAL CANCER INSTITUTE (NCI),2025 Anos 80 e 90: Terapias-Alvo A revolução da biologia molecular transformou a oncologia ao dar origem às terapias-alvo, estratégias desenvolvidas para atingir seletivamente alterações genéticas e vias de sinalização essenciais à progressão tumoral. Transição de ataques indiscriminados para precisão molecular. Bloqueiam os "motores" químicos da célula maligna. Atuam em mutações específicas do tumor. Poupam o tecido saudável adjacente, reduzindo a toxicidade genérica. O Presente: Imunoterapia Após a cirurgia, a radioterapia, a quimioterapia e as terapias-alvo, a imunoterapia emerge como a mais recente transformação da oncologia, inaugurando a era da ativação imunológica contra o câncer. O Mecanismo de Evasão Checkpoints Imunológicos Perda de Antígenos Microambiente Tumoral Longe de ser uma massa celular passiva, o tumor atua como um sistema biologicamente ativo, reprogramando continuamente seu microambiente para obternutrientes, estimular a angiogênese, evadir a resposta imunológica e estabelecer condições favoráveis à sua sobrevivência, crescimento e disseminação metastática.. Libera substâncias químicas que paralisam células de defesa ativas. Atrai células T-reguladoras (Tregs). Sequestra essas Tregs, que passam a formar um escudo protetor imunossupressor. Gera uma barreira física e bioquímica hostil à intervenção farmacológica. Mutações Contínuas Instabilidade A rápida multiplicação aliada a um DNA altamente instável gera um ambiente propício para erros de replicação contínuos. Disfarce Molecular Por meio de constantes alterações fenotípicas, o tumor origina subclones celulares heterogêneos capazes de evitar o reconhecimento e a eliminação pelo sistema imunológico. Escape Total O acúmulo progressivo dessas alterações favorece o escape da neoplasia da vigilância imunológica, permitindo que as células tumorais persistam e avancem mesmo diante das defesas do organismo. O Mecanismo Alquilante Mostardas Nitrogenadas Evolução Estrutural Mostardas Alifáticas Mostardas Aromáticas Oxazafosforinas Fármacos representantes: ciclofosfamida e ifosfamida O Resgate com MESNA O Antídoto Molecular A acroleína, metabólito altamente tóxico gerado durante o metabolismo da ciclofosfamida e da ifosfamida, é responsável pela ocorrência de cistite hemorrágica, uma das principais toxicidades associadas a esses fármacos. O MESNA possui um grupo sulfidrila (-SH) livre, altamente nucleofílico, capaz de reagir rapidamente com a acroleína no trato urinário por meio de uma adição de Michael. Essa reação resulta na formação de um complexo estável, hidrossolúvel e farmacologicamente inativo, que é facilmente eliminado pela urina, impedindo o contato prolongado da acroleína com o urotélio vesical e reduzindo significativamente o risco de lesão tecidual e hemorragia. Variantes Estruturais Carmustina Lomustina Estreptozocina Parte III Complexos de Platina A força da ligação covalente coordenada (platinação) Mecanismo de Aquação Evolução das Platinas 01 Cisplatina Geometria cis essencial para a atividade antitumoral. Os ligantes cloreto sofrem aquação no meio intracelular, formando espécies reativas que se ligam ao DNA. A elevada reatividade explica tanto sua potente ação citotóxica quanto sua importante nefrotoxicidade. 02 Carboplatina 03 Oxaliplatina Introduz o volumoso grupo DACH. O volume estérico imenso não é reconhecido pelo sistema celular de reparo (MMR), superando a resistência colorretal. Parte IV Antimetabólitos Modificações isostéricas que enganam a Fase S celular Antifolatos: Metotrexato Fármacos Multialvo Pemetrexede Pralatrexato e Raltitrexed Análogos da Pirimidina 5-Fluorouracil (5-FU) Inibição Suicida A Inteligência da Capecitabina Pró-Fármaco Estratégico Ativação Tumoral Direta Parte V Agentes Antimitóticos Sabotagem no fuso mitótico e paralisia celular na Fase M Alcaloides da Vinca Inibidores da Polimerização Ligam-se à tubulina nos microtúbulos, especialmente em seus sítios de crescimento, interferindo na dinâmica de polimerização e despolimerização. Essa interação compromete a formação e a estabilidade do fuso mitótico, interrompendo a divisão celular e levando à morte das células tumorais. Vincristina vs Vimblastina Vinblastina: grupo metil → maior mielossupressão, principal toxicidade limitante. Vincristina: grupo formil → maior neurotoxicidade periférica, podendo causar neuropatia sensitivo-motora. Taxanos e Resistência Mecanismo: Paclitaxel nab-Paclitaxel Resolveu o problema da hidrofobicidade fatal usando nanopartículas de albumina. Estas são consumidas ativamente pelo tumor via cavéolas, eliminando a necessidade de solventes tóxicos e melhorando a segurança. Cabazitaxel Parte VI Topoisomerases A armadilha interfacial no complexo DNA-enzima Inibidores da Topo I Engenharia das Camptotecinas Topotecano e Irinotecano Derivados P&D (Homocamptotecina) Inibidores da Topo II Antraciclinas (Doxorrubicina) A Cardiotoxicidade Parte VII Terapias Alvo A precisão cristalográfica dos Inibidores de Quinases Imatinib e a Mutação T315I O Triunfo: Imatinib A Resposta: Ponatinib A mutação T315I substitui a treonina por uma isoleucina volumosa, criando um impedimento estérico que reduz a ligação dos inibidores tradicionais à proteína BCR-ABL. O ponatinibe supera essa barreira estrutural por apresentar uma ligação etinil linear e rígida, permitindo seu encaixe no sítio ativo mesmo na presença da mutação. Parte VIII Moduladores Endócrinos A inanição transcricional e metabólica de tumores hormônio-dependentes Inibidores da Aromatase Não Esteroidais (Anastrozol) Esteroidais (Exemestano) SERMs: Tamoxifeno Parte IX Inibidores do Proteassoma Entupindo a "lixeira" celular no Mieloma Múltiplo Bortezomibe e a Treonina-1 Hibridização do Boro no Bortezomibe A transição geométrica impulsionada pelo ataque nucleofílico A Obra-Prima: Carfilzomibe Química Dupla Seletividade Absoluta Parte X Terapias Quiméricas Macromoléculas, linkers inteligentes e farmacologia orientada por eventos ADCs e a Topologia do Linker Gemtuzumab Ozogamicina T-DM1 T-DXd (Enhertu) PROTACs: O Complexo Ternário Parte XI O Metotrexato Fármaco de escolha, da Arquitetura Molecular ao Desenho Racional de Novos Antifolatos A Dualidade Terapêutica Alta Dose (HDMTX) em Oncologia Baixa Dose em Reumatologia/Dermatologia Arquitetura Molecular Síntese de Piper-Montgomery 1. Condensação e Controle de pH 2. Bromação e Alquilação Final Métricas Físico-Químicas Hidrofilicidade e Peso Molecular Comportamento Iónico e Espacial O Impacto do pKa e a Cristalúria A ionização dita a viabilidade e a mortalidade renal no HDMTX. Formam-se cristais intraluminais maciços, induzindo lesão tubular obstrutiva aguda. Exige resgate sistemático com hiperidratação e alcalinização urinária. Inibição Competitiva da DHFR O Dogma da Poliglutamação Impedimento de Efluxo Amplificação Catalítica Ação Imunomoduladora Via Imunomoduladora da Adenosina A Cascata do AICAR (ATIC) O Silenciamento Articular Absorção e Vias de Administração (A Batalha do RFC1) Dependência Enterocítica Saturável O Desvio Parenteral / Subcutâneo Metabolização Orgânica e Perigos Clivagem Bacteriológica Intestinal Oxidação Hepática a 7-OH-MTX Farmacogenómica Estrutural (GWAS) Gene SLCO1B1 (OATP1B1) Variantes na MTHFR Falhas no RFC1 (SLC19A1) Interações na Excreção Tubular A Rede Fisiológica de Depuração A Competição Medicamentosa Letal Resgate Profilático: Leucovorina A Terapêutica Terminal: Glucarpidase O Alerta de Catástrofe e IRA A Enzima de Resgate Clivadora Inovação Computacional Proposições Químico-Farmacêuticas Preditivas In Silico e Redesenho (SwissADME e XenoSite) Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster Mascaramento Alifático (SwissADME) Desproteção Direcionada Intestinal (XenoSite) Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster Modificação 1: Pró-fármaco Isopropil-Éster Modificação 2: Protótipo PROTAC O Mecanismo de Ação Inovador Modificação 2: Protótipo PROTAC Modificação 2: Protótipo PROTAC Análise Preditiva (XenoSite): Estabilidade Conclusão In Silico O protótipo possui estabilidade sistêmica suficiente para invadir o citosol intacto e iniciar a degradação catalítica. Considerações Finais - Metotrexato Mecanismo O Gigante Terapêutico Segurança Dependência Sistémica e Genómica Referências HABNER, Bruce A.; LONGO, Dan L. Cancer chemotherapy and biotherapy: principles and practice. 6. ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2019. DAINA, Antoine; MICHIELIN, Olivier; ZOETE, Vincent. SwissADME: a free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug-likeness and medicinal chemistry friendliness of small molecules. Scientific Reports, Londres, v. 7, n. 42717, p. 1-13, 2017. DE VITA, Vincent T.; LAWRENCE, Theodore S.; ROSENBERG, Steven A. DeVita, Hellman, and Rosenberg's cancer: principles and practiceof oncology. 12. ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2023. GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 12. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2022. KATZUNG, Bertram G. Farmacologia básica e clínica. 15. ed. Porto Alegre: AMGH, 2023. LEMKE, Thomas L.; WILLIAMS, David A. Foye's principles of medicinal chemistry. 8. ed. Philadelphia: Wolters Kluwer, 2019. PATRICK, Graham L. Introdução à química medicinal. 6. ed. Porto Alegre: AMGH, 2018. PIERCE, Benjamin A. Genética: um enfoque conceitual. 7. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2020. ZARETZKI, Jed; MATLOCK, Matthew; SWAMIDASS, S. Joshua. XenoSite: accurately predicting CYP-mediated sites of metabolism with neural networks. Journal of Chemical Information and Modeling, Washington, v. 53, n. 12, p. 33 OBRIGADO PELA ATENÇÃO! Emilly Lorrana, Larissa Aguiar, Leticia Gomes, Lucemberg Almeida, Rafaela Soares