Desarrollo y evaluación de potenciales radiotrazadores de 18F y 11C con potencial interacción con GSK-3β y su vínculo con la enfermedad de Alzheimer

Abstract

La enfermedad de Alzheimer (EA) se ha convertido en un problema de salud muy sensible a nivel mundial debido a su alto impacto social y coste económico. El problema se acentúa debido al aumento de la esperanza de vida, y al consiguiente envejecimiento de la población. Uruguay no escapa a esta realidad por su estructura de población que refleja un envejecimiento persistente. La glucógeno sintasa quinasa-3 (GSK-3β) es una enzima cuya actividad se incrementa en pacientes con EA. Además, presenta una relación estrecha con procesos característicos en EA tales como la hiperfosforilación de la proteína Tau, el incremento en la producción y toxicidad del péptido β-amiloide, y la alteración de mecanismos relacionados con la memoria, como la potenciación a largo plazo (long-term potentiation). Por estos motivos los agentes inhibidores selectivos de GSK-3β resultan de interés para el desarrollo de radiotrazadores que permitan profundizar el entendimiento de la EA y eventualmente proponer nuevas terapias. El objetivo general del presente trabajo consiste en el desarrollo y caracterización de nuevos radiotrazadores de 18F y 11C con potencial interacción con GSK-3β. En función de ello, esta tesis se planteó los siguientes objetivos específicos: sintetizar un derivado de glabranina marcado con 11C y aplicar la tecnología PET para estudiar su interacción con GSK-3β, y sintetizar derivados de kenpaullona marcados con 11C y 18F y evaluar su potencialidad como radiofármacos para la imagenología de la actividad enzimática de GSK-3β. Los productos naturales han demostrado ser una fuente valiosa de compuestos bioactivos. Entre ellos, la flavanona prenilada glabranina ((S)-5,7-dihidroxi-8-(3-metilbut-2-en-1-il)-2-fenilcroman-4-ona), aislada de Dalea elegans, fue identificada in silico como potencial inhibidor de GSK-3β. Con base en esta hipótesis, se sintetizó y caracterizó el radiotrazador [11C]CFLA, mediante una O-metilación en la posición 7 de la molécula. Los ensayos de inhibición confirmaron la interacción con la enzima tanto de la glabranina (IC50 = 44,8 ± 4 μM) como de su derivado metilado CFLA (IC50 = 16,1 ± 0,6 μM). [11C]CFLA mostró propiedades fisicoquímicas favorables (alta estabilidad en formulación, adecuada lipofilicidad y estabilidad en plasma) y atravesó la barrera hematoencefálica (BHE) en estudios in vivo, alcanzando una captación cerebral de 2,05 ± 0,29 %IA/g a los 20 minutos. Las imágenes PET/CT y los estudios celulares corroboraron su especificidad hacia neuronas, consistente con la distribución conocida de GSK-3β en cerebro. Estos resultados aportan la primera evidencia experimental del potencial de la glabranina y sus derivados como inhibidores de GSK-3β, destacando a la tecnología PET para explorar interacciones de compuestos naturales con blancos moleculares vinculados a enfermedades neurodegenerativas. El inhibidor de la enzima GSK-3β que se seleccionó como segundo candidato fue la 9-bromo-7,12-dihidrobenzo[2,3]azepino[4,5-b]indol-6(5H)-ona (kenpaullona, IC50=23nM ). La elección del compuesto se basó no sólo en su capacidad inhibitoria sobre GSK-3β, sino también en su aptitud para atravesar la BHE y en la presencia de grupos funcionales adecuados para su marcación con radionucleidos como 18F y 11C. A partir de la kenpaullona, se desarrolló un potencial radiotrazador para imagenología molecular de GSK-3β, la [11C]9-bromo-12-metil-7,12-dihidrobenzo[2,3]azepino[4,5-b]indol-6(5H)-ona ([11C]CKEN) obtenida mediante metilación. Previamente, se sintetizó su análogo no radioactivo 9-bromo-12-metil-7,12-dihidrobenzo[2,3]azepino[4,5-b]indol-6(5H)-ona (CKEN), cuya estructura fue confirmada mediante técnicas espectroscópicas. La obtención de este compuesto permitió verificar la identidad del [11C]CKEN, evaluar su inhibición de GSK-3β, su capacidad de atravesar la BHE, y sirvió de referencia para controlar la pureza radioquímica del correspondiente radiotrazador. Se llevaron a cabo estudios in vitro para evaluar la inhibición de GSK-3β por parte de la kenpaullona y del CKEN. Los resultados confirmaron que tanto la kenpaullona como su derivado CKEN son inhibidores de GSK-3β. [11C]CKEN se obtuvo con un rendimiento comparable con los de otros radiotrazadores de 11C reportados. Su caracterización fisicoquímica reveló una adecuada estabilidad tanto en el medio de formulación como en plasma humano, así como una significativa unión a proteínas plasmáticas. Además, su valor de lipofilicidad (LogP a pH 7,4 de 1,04 ± 0,04) sugiere un buen potencial para atravesar la BHE, una propiedad esencial para radiotrazadores dirigidos al sistema nervioso central. Los estudios realizados en cultivos neuronales y astrocitarios, mostraron mayor unión en células neuronales, lo cual es consistente con la mayor expresión de GSK-3β en estas células. Asimismo, la disminución de la captación por otros inhibidores evidenció interacción específica con la enzima GSK-3β en un entorno celular. En los estudios de biodistribución se observó una mayor captación cerebral del radiotrazador en modelos animales transgénicos que desarrollan la EA, particularmente en el hipocampo y el tálamo, regiones donde GSK-3β se expresa en niveles elevados. Estos resultados preliminares sugieren una prometedora capacidad del [11C]CKEN como radiotrazador específico para GSK-3β en neurodegeneración, aunque se requieren estudios adicionales con mayor tamaño muestral para validar su aplicabilidad.