Progettazione e sintesi di inibitori catecol boronici delle β lattamasi per migliorare la penetrazione nei batteri Gram negativi mediante siderofori

Il ferro è un elemento essenziale per la crescita batterica. Per acquisirlo, molti microrganismi producono siderofori, molecole ad alta affinità chelante in grado di sequestrare Fe³⁺ dall’ambiente extracellulare e convogliarlo all’interno della cellula tramite specifici sistemi di trasporto. Le principali classi di gruppi chelanti impiegati dai siderofori naturali comprendono catecoli, acidi idrossammici, α-idrossicarbossilici e tiazoline. Una delle sfide più rilevanti nel trattamento delle infezioni sostenute da batteri Gram negativi è il raggiungimento della concentrazione efficace del farmaco nel sito d’azione. Questi microrganismi sono dotati infatti di una membrana esterna costituita da fosfolipidi e lipopolisaccaridi, che funge da barriera selettiva e ostacola l’ingresso di numerosi antibiotici. Una strategia promettente per superare questo ostacolo è la Trojan Horse Strategy, che sfrutta i sistemi batterici deputati all’uptake del ferro. La coniugazione di un antibiotico con un sideroforo permette al complesso di essere riconosciuto dai trasportatori specifici della membrana esterna, facilitando così l’ingresso e l’accumulo intracellulare del principio attivo. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stato migliorare il profilo di attività biologica di due inibitori delle β lattamasi, SM23 e S02030, entrambi efficaci contro la β lattamasi ADC 7 a livello enzimatico, ma caratterizzati da scarsa attività nei saggi microbiologici. La discrepanza osservata tra l’attività enzimatica e i valori di minima concentrazione inibente suggerisce che il limite principale non risieda nella capacità di inibire il target, bensì nel raggiungerlo in quantità sufficiente all’interno della cellula batterica. Per aumentarne la biodisponibilità, sono stati progettati derivati di SM23 e S02030 funzionalizzati con una porzione sideroforica clorocatecolica, in modo da favorirne la permeazione attraverso la membrana dei batteri Gram negativi sfruttando l’uptake del ferro e promuoverne così l’accumulo nel periplasma, dove è localizzato il target. Per SM23, la posizione 5 dell’anello aromatico è stata identificata come il sito di funzionalizzazione più adatto, poiché riduce l’ingombro sterico e limita l’interferenza con i gruppi essenziali al riconoscimento dell’enzima. Nel caso di S02030, la modifica è stata invece introdotta in posizione 4 del triazolo, evitando di perturbare la catena R1, responsabile di interazioni chiave con il sito attivo enzimatico. I derivati S02030 A e S02030 B sono stati progettati eliminando il gruppo carbossilico presente nella struttura originaria, nonostante questo costituisca un elemento chiave per le interazioni con il target enzimatico. Per superare tale limitazione, sono stati successivamente sviluppati i derivati S02030 C e S02030 D, le cui strutture consentono di reintrodurre il gruppo carbossilico sulla catena R2, ripristinando così la potenziale interazione con il sito attivo. Infine, il derivato S02030 E è stato concepito come profarmaco, in cui il gruppo catecolico è inserito sul gruppo carbossilico stesso mediante un legame –OCH₂O– suscettibile di idrolisi in vivo, rilasciando l’inibitore S02030 nella sua forma attiva.