nuevo c8

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 1785 (2023) Citar este artículo

1399 Accesos

6 Altmetric

Detalles de métricas

Se sintetizaron y evaluaron las propiedades químicas y biológicas de nuevos grupos estructuralmente diversos de derivados de cafeína sustituidos en C8. Se realizaron caracterizaciones de espectrometría de masas, FT-IR y RMN de estos derivados. La actividad citotóxica de los derivados se estimó in vitro utilizando glóbulos rojos humanos (RBC) y estudios farmacocinéticos in silico. La capacidad antioxidante de los compuestos se analizó utilizando un ensayo de actividad quelante de iones ferrosos. La capacidad de los derivados para proteger los glóbulos rojos del daño oxidativo, incluida la oxidación de la hemoglobina a metahemoglobina, se evaluó utilizando un diclorhidrato de 2,2′-azobis (2-metil-propionamidina) soluble en agua (AAPH) como un inductor estándar de peroxilo. radicales El nivel de estrés oxidativo intracelular se evaluó utilizando la sonda redox fluorescente diacetato de 2',7'-diclorodihidrofluoresceína (DCF-DA). Los resultados indican que todos los derivados son compuestos biocompatibles con un importante potencial antioxidante y citoprotector dependiente de su estructura química. Para explicar la actividad antioxidante y citoprotectora de los derivados, un mecanismo de transferencia de átomos de hidrógeno (HAT), formación de aductos de radicales (RAF) o transferencia de un solo electrón (SET), así como las interacciones específicas de los derivados con el lípido bicapa de la membrana de los glóbulos rojos, se han propuesto. Los resultados muestran que las modificaciones seleccionadas de la molécula de cafeína mejoran sus propiedades antioxidantes, lo que amplía nuestro conocimiento de la relación estructura-actividad de los compuestos citoprotectores a base de cafeína.

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) se generan constitutivamente durante los procesos metabólicos en cada célula y juegan un papel importante en la transducción de señales. Un desequilibrio entre la generación de ROS y la defensa antioxidante celular conduce al estrés oxidativo, lo que contribuye al desarrollo de enfermedades de la civilización, incluido el cáncer y las enfermedades cardiovasculares1. Por lo tanto, el equilibrio entre la formación de ROS y su eliminación por los sistemas de barrido juega un papel clave en la fisiología celular. En este enfoque, tanto los antioxidantes naturales como los sintéticos han recibido mucha atención desde el punto de vista de la química farmacéutica y de los alimentos debido a sus efectos demostrados que promueven la salud2,3,4,5.

La cafeína (1,3,7-trimetilxantina) es uno de los alcaloides de purina más importantes con interesantes propiedades farmacológicas, entre ellas la capacidad antioxidante6,7,8. León-Carmona y Galano propusieron cinco mecanismos de reacción de cafeína con ROS, a saber, formación de aductos radicales (RAF), transferencia de átomos de hidrógeno (HAT), transferencia de un solo electrón (SET), transferencia secuencial de electrones y protones (SEPT) y transferencia de electrones acoplados a protones. (PCET)9. Finalmente, RAF ha sido identificado como el principal mecanismo implicado en el efecto depurador directo de la cafeína; sin embargo, el tipo de ROS, así como la polaridad del ambiente, pueden modificar el mecanismo. Cabe mencionar que la cafeína es un buen eliminador del radical hidroxilo altamente reactivo (·OH)10.

El radical hidroxilo es el agente más oxidante que ataca a la mayoría de las moléculas orgánicas y es intensamente estudiado debido a su importancia en procesos biológicos y ambientales11. El radical ·OH se forma por la reacción de Fenton entre los iones ferrosos y el peróxido de hidrógeno (Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + ·OH + OH−), por lo que la proporción de peróxido de hidrógeno a Fe2+ afecta la generación de ·OH. Por otro lado, el hierro es muy importante en muchos procesos metabólicos y es fundamental para la síntesis de hemoglobina (Hb) durante la eritropoyesis. La Hb es el principal componente proteico de los glóbulos rojos (RBC) y es esencial para la unión y transferencia de oxígeno, mientras que la alteración del metabolismo del hierro provoca diversas enfermedades, incluido el cáncer12,13. Por lo tanto, la quelación del hierro ya se ha propuesto como una nueva estrategia para el tratamiento del cáncer, y se han desarrollado varios quelantes de hierro con este fin14,15,16,17. La cafeína es un quelante de hierro débil18, pero anteriormente hemos descrito nuevos análogos de cafeína di y poliamina con una actividad quelante de iones ferrosos significativamente mayor que la cafeína19.

Los glóbulos rojos son el principal constituyente celular de la sangre humana y, durante su vida útil (~ 120 días) en el sistema circulatorio, están particularmente expuestos a compuestos tanto endógenos como exógenos, incluido ROS20. Debido a la presencia de Hb y altos niveles de lípidos poliinsaturados en la membrana celular, los efectos nocivos de las ROS son más pronunciados en los glóbulos rojos en comparación con otros tipos de células. Por lo tanto, se ha descrito el efecto del estrés oxidativo sobre el acortamiento de la vida útil de los glóbulos rojos por eriptosis dependiente de ROS y los antioxidantes se han identificado como agentes antieriptósicos y antianémicos contra muchas enfermedades sistémicas21. Los antioxidantes enzimáticos como la catalasa, la superóxido dismutasa y la glutatión peroxidada minimizan los efectos dañinos de las ROS, pero la capacidad de los glóbulos rojos para neutralizar las ROS es limitada. Por lo tanto, los glóbulos rojos utilizan moléculas con propiedades antioxidantes para mejorar su supervivencia bajo estrés oxidativo22,23. Se ha confirmado que los antioxidantes de la dieta, que tienen la capacidad de incorporarse a la membrana celular, pueden proteger a la Hb de la oxidación a metahemoglobina (MetHb)24. Esto es muy importante desde el punto de vista fisiológico, porque la MetHb con hierro ferroso oxidado (Fe2+) a hierro férrico (Fe3+), es incapaz de unir y transportar oxígeno (O2) a los tejidos y, en consecuencia, puede ocurrir hipoxia aguda o crónica. La hipoxia juega un papel en la patogenia de las principales causas de mortalidad, incluido el cáncer, las enfermedades metabólicas, las enfermedades cardíacas y renales crónicas y la isquemia miocárdica25. También se han descrito los efectos de la hipoxia a largo plazo sobre las propiedades de la membrana de los glóbulos rojos y la viscosidad de la sangre26. Además, recientemente se informaron niveles significativamente elevados de MetHb en la sangre de pacientes con COVID-19 gravemente enfermos27. También se ha sugerido que la cafeína tiene beneficios para la salud en relación con la infección por SARS-CoV-2, tanto directa como indirectamente, al promover la inmunomodulación, la broncodilatación y la inhibición de la transcripción viral intracelular28. Además, la cafeína atraviesa la membrana celular de los glóbulos rojos y elimina el radical hidroxilo más dañino, evitando la activación de la caspasa-3 y la formación de MetHb29. La formación de complejos cafeína-Hb, estabilizados por interacciones hidrofóbicas y de enlaces de hidrógeno, ha sido confirmada por estudios in vitro30 e in silico29. Curiosamente, el metabolito de la cafeína, el ácido 1-metilúrico, inhibe la oxidación de Hb inducida por nitritos mejor que la cafeína31. En conclusión, la cafeína, sus metabolitos y derivados son, por tanto, interesantes antioxidantes con efectos protectores frente a la oxidación de la Hb, que pueden encontrar diversas aplicaciones biomédicas. Además, los glóbulos rojos que carecen de núcleos y otros orgánulos proporcionan un modelo conveniente para la evaluación in vitro de la interacción de compuestos naturales y sintéticos con la membrana celular y la Hb, respectivamente32,33,34.

El objetivo de este estudio fue sintetizar nuevos derivados de cafeína sustituidos en C8 y evaluar su eficacia como quelantes de hierro y agentes citoprotectores bajo estrés oxidativo inducido por radicales peroxilo generados a partir de diclorhidrato de 2,2′-azobis (2-metil-propionamidina) (AAPH) en glóbulos rojos humanos. Se ha propuesto un mecanismo para los efectos citoprotectores de los nuevos derivados en RBC bajo estrés oxidativo.

En nuestro estudio anterior19, informamos que los derivados de cafeína de di y poliamina seleccionados exhiben una actividad quelante impresionante y un efecto inhibidor sobre la hemólisis de eritrocitos humanos inducida por radicales libres derivados de AAPH. En el presente trabajo, presentamos la síntesis de un nuevo grupo estructuralmente diverso de derivados de cafeína sustituidos en C8, obtenidos mediante la modificación de derivados de diamina cafeína seleccionados (1–7) mediante la adición de (i) grupos amida o imida, (ii) tiazolidinonas o fracciones de pirrolidinditiocarbamatos, o (iii) sustituyentes de alcadieno (Fig. 1). El primer grupo de compuestos se obtuvo mediante la sustitución nucleófila de N de los derivados de cafeína 1–3 con un resto anhídrido (maleico, succínico, ftálico, acético) (Fig. 1A). Los anhídridos acéticos reaccionan con el grupo amina primaria para dar derivados de cafeína imida y amida (compuestos 8-16 y 17-19, respectivamente). Las reacciones se llevaron a cabo en una solución de ácido acético. Alternativamente, los compuestos 1–3 en reacción con cloruro de cloroacetilo produjeron acetamida 1a–3a N-sustituida (Fig. 1A). Esta reacción de acilación se llevó a cabo en una solución acuosa de ácido acético con acetato de sodio como catalizador. Los compuestos 1a–3a fueron productos intermedios en la síntesis del segundo grupo de derivados de la cafeína. La heterociclación de los compuestos 1a–3a en presencia de tiocianato de amonio en etanol a reflujo produjo 4-tiazolidinonas 20–22. Los compuestos 20–22 se formaron mediante ciclación intramolecular y reordenamientos similares a Dimroth35. La reacción de sustitución de N de los compuestos 1a–3a por pirrolidinaditiocarbamato de sodio en etanol a reflujo condujo a la obtención de los compuestos 23–25 (Fig. 1A). El tercer grupo de compuestos se obtuvo mediante una reacción de apertura de anillo de los derivados del tiofeno (Fig. 1B).

Síntesis de los derivados de la cafeína 2–25 (A) y 26–30 (B).

Se sabe que los nitrotiofenos experimentaron una reacción de apertura de anillo con aminas secundarias que conducen a posibles compuestos farmacológicamente activos36,37. Los análogos de cafeína 4-7 con grupo amino secundario terminal en reacción con 4-nitrotiofeno-2-carboxilato de metilo asimétrico dieron los mercaptanos 26-29. La reacción se llevó a cabo en presencia de AgNO3 en etanol absoluto. A su vez, la reacción entre el compuesto 4 y el 3,4-dinitrotiofeno (3,4-DNT) simétrico en etanol absoluto a temperatura ambiente produjo análogos de 2,3-dinitro-1,3-butadienos 1,4-disustituidos 30. Metilo 4 -nitrotiofeno-2-carboxilato está disponible comercialmente, y el 3,4-dinitrotiofeno se obtuvo mediante una reacción de tres pasos según 38. Primero, el 2,5-dibromotiofeno se nitraba a 2,5-dibromo-3,4-dinitrotiofeno. A continuación, el tiofeno sustituido y el ácido yodhídrico se mezclaron en acetona a temperatura ambiente para dar 2-bromo-3,4-dinitrotiofeno que se hizo reaccionar con cobre en ácido acético a reflujo para dar 3,4-dinitrotiofeno.

Las estructuras químicas de los productos finales 8–30 se asignaron en función de análisis de datos espectrales (datos disponibles en el Complemento).

La actividad quelante de metales de los antioxidantes es importante porque puede reducir la concentración elevada de hierro, que está involucrada en la peroxidación de los componentes celulares. Además, la quelación de metales es un procedimiento médico para reducir la toxicidad de los metales al unirlos y excretarlos del cuerpo con agentes quelantes efectivos14,15,16,17. Se ha demostrado que los compuestos que contienen dos o más grupos funcionales –OH, –COOH, –SH, –OCH3, –C=O, –PO3H2, –NR2, –O– y –S–, en la configuración adecuada, pueden unirse iones ferrosos39. Las interacciones de la cafeína con los iones metálicos pueden ocurrir a través de sus átomos de oxígeno y nitrógeno. Sin embargo, debido a la presencia de grupos metilo en los átomos N1, N3 y N7, la cafeína forma complejos con iones metálicos a través de sus átomos O2 y O618, y su actividad quelante es baja, concretamente del 6 %18 o del 11 %19, respectivamente, en comparación con el EDTA. (100%), utilizado como quelante de referencia de iones ferrosos (Fe2+). En este estudio, se aplicó un ensayo colorimétrico basado en ferrozina para investigar si la modificación estructural de los derivados de C8-diaminoalquil cafeína aumenta su actividad quelante. Como se muestra en la Fig. 2A, todos los nuevos derivados de la cafeína quelan Fe2+ de una manera dependiente de la estructura, y algunos de ellos tienen altas eficiencias quelantes que van del 54 al 113% de la actividad de EDTA, respectivamente.

(A) La actividad quelante ferrosa de los derivados de la cafeína a 0,1 mg/ml presentada como % de actividad del quelante estándar EDTA. Los resultados se presentan como valor medio ± desviación estándar. (B) Actividad protectora in vitro de los derivados de la cafeína y el antioxidante estándar Trolox (Tx) a una concentración de 0,1 mg/ml frente a la hemólisis oxidativa inducida por AAPH. Los RBC se preincubaron (20 min) con compuestos y se incubaron (240 min) con AAPH 60 mM. Los resultados se presentan como valor medio ± desviación estándar en comparación con la actividad Tx (*P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001). La diferencia no estadísticamente significativa se indica como ns.

Para los derivados de imida y amida de la cafeína (Fig. 1, ruta a), la mayor actividad quelante se encontró para los derivados 9, 10, 15 y 19 (del 89 al 113% de la actividad de EDTA), que depende de (i) el tipo de anhídrido utilizado y (ii) la longitud de la cadena de alquilo. Las propiedades quelantes de estos derivados pueden atribuirse a la presencia de grupos carbonilo conjugados con un doble enlace carbono-carbono cis (9, 10, 15) o un grupo amida (19). Los átomos de O, C y N de los derivados mencionados pueden formar sistemas conjugados: dos estructuras tautoméricas (cetoenol) para 9, 10 y 15 y dos estructuras de resonancia para el compuesto 19. Además, la actividad quelante puede aumentar con la longitud de la cadena de alquildiamina.

La tiazolidinona puede formar complejos metálicos utilizando nitrógeno y oxígeno como átomos donantes40. Las propiedades quelantes de los derivados con un grupo tiazolidinona (compuestos 20 a 22) son variables (57, 54 y 12%, respectivamente). La actividad quelante más baja del compuesto 22 (cadena alquílica n = 4) indica que dos átomos de nitrógeno están involucrados en la coordinación del metal, uno de la molécula de tiazolidinona y otro del conector N-alquilo. La eficiencia quelante de los derivados que contienen un resto de pirrolidinditiocarbamato (compuestos 23 a 25), que oscila entre el 9 y el 12 %, es similar a la eficiencia quelante de la cafeína (11 %, véase 19). En este caso, la baja actividad quelante probablemente se deba a la disposición desfavorable de los anillos de xantina y el resto introducido. No hubo diferencias en la actividad quelante de Fe2+ entre los derivados 26-30 (del 71 al 87%) y los compuestos de partida 4-7 (ver 19). La modificación estructural adicional de las moléculas del compuesto de partida, especialmente en el caso del compuesto 30, que consta de dos moléculas de cafeína, no aumenta su actividad quelante del hierro.

Carelli-Alinovi et al. demostraron que la cafeína protege eficazmente la membrana de los glóbulos rojos, incluida la asimetría de fosfolípidos y la función de la proteína de la banda 3, contra la alteración oxidativa inducida por el péptido beta amiloide (1–42)41. Este excelente estudio apoya la hipótesis de un papel protector de la cafeína en pacientes con enfermedad de Alzheimer (EA) y otras patologías neurodegenerativas asociadas al estrés oxidativo. La cafeína se localiza preferentemente en la región hidrofóbica de la bicapa lipídica de la membrana celular, pero no puede separarse espontáneamente del ambiente acuoso42. Por otro lado, la altísima biodisponibilidad de la cafeína ha sido determinada por estudios in vivo43, por lo que la cafeína es una molécula modelo importante en la ciencia farmacéutica. Para investigar la actividad citoprotectora de los nuevos derivados de la cafeína, primero se evaluó su actividad de alteración de la membrana en un ensayo de hemólisis con glóbulos rojos humanos. Cabe señalar que la actividad hemolítica de los compuestos superior al 5% los excluye de una evaluación posterior a una concentración dada19,32,44. Para todos los derivados utilizados a una concentración de 0,1 mg/mL, no se observó actividad hemolítica superior al 5%, es decir, el rango de su actividad hemolítica fue de 1,48% ± 2,35 a 3,07% ± 1,82. Además, no hubo un efecto modificador de los derivados sobre la forma de los glóbulos rojos. Los resultados obtenidos permiten concluir que la modificación estructural de las moléculas de partida (ver Fig. 1) dio como resultado compuestos no citotóxicos, biocompatibles (hemocompatibles), para una posterior evaluación de su actividad citoprotectora.

Se evaluaron las propiedades citoprotectoras de todos los derivados frente al daño oxidativo en RBC inducido por radicales peroxilo (ROO·) generados por la descomposición térmica del diclorhidrato de 2,2′-azobis(2-metilpropionamidina) hidrofílico (AAPH) a una concentración de 0,1 mg /mL. Esta concentración elegida se ha utilizado previamente para evaluar las propiedades de los análogos de di- y poliamina de la cafeína19 y los derivados de la gramina44. La actividad citoprotectora de los derivados se comparó con la de Trolox, utilizado como antioxidante de referencia. Como se muestra en la Fig. 2B, los derivados protegen a los glóbulos rojos contra la hemólisis oxidativa inducida por radicales peroxilo (ROO·) de una manera dependiente de la estructura. De los 33 compuestos probados, 13 mostraron una actividad citoprotectora superior al 50% de la actividad de Trolox. Además, no hubo diferencia estadísticamente significativa entre la actividad citoprotectora de los derivados 18 y 30 y Trolox. Por otro lado, la actividad de los derivados 8, 20, 23, 24–25 fue similar a la obtenida para la cafeína, igual al 12% (ver 19).

Se ha descrito que la cafeína neutraliza varias ERO en reacciones de un solo paso o de varios pasos, respectivamente9. Los mecanismos que implican una reacción de un solo paso son RAF (formación de aductos radicales), SET (transferencia de un solo electrón) y HAT (transferencia de átomos de hidrógeno). Por el contrario, PCET (transferencia de electrones acoplados a protones) y SEPT (transferencia secuencial de electrones y protones) son mecanismos de varios pasos. Devasagayam et al. demostraron que la cafeína inhibe la peroxidación lipídica de la membrana inducida por varias ROS en el siguiente orden: del radical hidroxilo (·OH), del oxígeno singulete (1O2) y de los radicales peroxilo (ROO·), respectivamente7. Además, se ha propuesto la actividad de eliminación de ·OH de la cafeína a través de un mecanismo SET45.

En nuestro estudio, los derivados de cafeína recién sintetizados eliminan eficazmente los radicales peroxilo generados a partir de AAPH y protegen a los glóbulos rojos debido a la presencia de sustituyentes en la posición C-8, lo que puede explicarse por los mecanismos HAT, SET o RAF. Galano et al. mostraron que la presencia de grupos donadores de electrones, como –NH–COCH3, disminuye la eficiencia del mecanismo SET, mientras que la presencia de grupos atractores de electrones, como NO2, la aumenta. El mecanismo RAF se caracteriza por ser un antioxidante con enlaces múltiples46. Los derivados 17-19 con un grupo amida NH son los compuestos donantes de átomos de hidrógeno más eficientes capaces de reaccionar de manera eficiente con los radicales peroxilo utilizando el mecanismo HAT. La actividad de los compuestos 26–30 probablemente se deba a los enlaces insaturados ricos en electrones, que les permiten reaccionar como donantes de electrones para la formación de un radical o la adición de un radical peroxilo. Además, la presencia de enlaces conjugados insaturados promueve la dislocación del radical. Debido a la presencia de enlaces insaturados, los derivados 26–30 pueden neutralizar con éxito el radical peroxilo mediante el mecanismo RAF. Además, en el caso de los derivados 26–29, debido a la presencia de grupos atractores de electrones, el mecanismo RAF puede competir con el mecanismo SET. Además, los compuestos 17–19 y 26–29 son estructuralmente similares a la vitamina E (tocoferol), un conocido antioxidante natural. Estos derivados y la vitamina E tienen un sistema bicíclico con una cadena alquílica ramificada externa. La estructura de "cabeza polar-cola no polar" de la molécula facilita su interacción con la bicapa lipídica de la membrana de los glóbulos rojos. Anteriormente hemos demostrado que la interacción de la molécula de "cabeza polar-cola no polar" con la bicapa lipídica puede aumentar la estabilidad de la membrana de RBC y, en consecuencia, mejorar la protección de RBC contra ROS44. Por lo tanto, la mayor actividad citoprotectora del compuesto 18 (estructuralmente similar a la vitamina E) puede explicarse por su interacción con la membrana celular debido a (i) la longitud adecuada de la cadena de alquilo y por (ii) su actividad depuradora directa de ROS, respectivamente. La capacidad de donación de electrones del compuesto 30 probablemente esté respaldada por la presencia de dos moléculas de cafeína unidas por una cadena de alquilo (ver Fig. 1).

Los derivados seleccionados con la actividad citoprotectora más alta (9, 18, 26, 27, 29, 30) se utilizaron para estudiar sus efectos sobre el estrés oxidativo inducido por AAPH dentro de RBC en un ensayo de antioxidantes celulares (CAA)47,48. En este ensayo, la sonda redox fluorescente hidrofóbica permeable a la membrana 2',7'-diclorodihidrofluoresceína diacetato (DCF-DA) es desacetilada por esterasas celulares y atrapada dentro de RBC. Luego, DCF sufre una oxidación dependiente de ROS, lo que conduce a su conversión a una forma fluorescente con una intensidad de fluorescencia que depende de los niveles de ROS. La Figura 3 muestra histogramas y presenta valores de intensidad de fluorescencia media (MFI) obtenidos del citómetro de flujo para las muestras estudiadas. Como era de esperar, el nivel más bajo de ROS se detectó en los RBC de control incubados en tampón PBS (Fig. 3A, E) y el más alto en los RBC incubados con AAPH (Fig. 3D, E). Como se muestra en la Fig. 3E, todos los derivados seleccionados redujeron los niveles de ROS dentro de RBC de una manera dependiente de la estructura, pero el antioxidante estándar Trolox fue el más efectivo (compare también la Fig. 3B con C). En base a los resultados, se puede concluir que todos los derivados seleccionados atraviesan la membrana de RBC y eliminan ROS dentro de RBC de una manera dependiente de la estructura.

Actividad inhibidora de derivados de cafeína seleccionados en el nivel de ROS generado por AAPH 60 mM (1,5 h, 37 °C) en RBC humanos estimado como intensidad de fluorescencia media (MFI) de DCF. Se presentan los histogramas de citometría de flujo representativos: (A) PBS, control negativo, (B) derivado 27 + AAPH, (C) Trolox, antioxidante referenciado, + AAPH, (D) AAPH, control positivo, (E) intensidad de fluorescencia media ( MFI) valores (± SD, n = 6) de DCF en RBC obtenidos para muestras analizadas muestras derivadas.

El análisis confocal supravital de RBC se realizó simultáneamente con las mediciones de citometría de flujo. Como era de esperar, la intensidad fluorescente de los RBC cargados con DCF disminuyó significativamente en presencia del derivado 18 (Fig. 4C) y el antioxidante estándar Trolox (Fig. 4D) en comparación con la muestra AAPH (Fig. 4B). La forma de RBC era principalmente discocítica (Fig. 4A-C); sin embargo, se observaron equinocitos en presencia de Trolox (Fig. 4D). Cabe señalar aquí que los glóbulos rojos son las células más deformables del cuerpo humano para optimizar las propiedades del flujo sanguíneo en el sistema circulatorio, y la transformación de la forma de los glóbulos rojos en estomatocito-discocito-equinocito (SDE) es un fenómeno bien descrito tanto in vivo49 como in vitro50. Por lo tanto, las formas discocítica y equinocítica de los glóbulos rojos humanos observadas en este estudio in vitro son fisiológicas.

Visualización supravital del nivel de ROS mediante sonda redox fluorescente DCF-DA (10 μM, 30 min, 37 °C) en microscopía confocal: (A) RBC de control (PBS), (B) 60 mM AAPH (2 h), (C) derivado 18 (0,1 mg/ml, preincubación de 20 min) + AAPH 60 mM (1,5 h), (D) Trolox (0,1 mg/ml, preincubación de 20 min) + AAPH 60 mM (1,5 h). El panel superior: imágenes de fluorescencia, el panel central: imágenes de luz transmitida, el panel inferior: fusiona imágenes de fluorescencia y luz transmitida. Se presentan las imágenes representativas de una serie de experimentos. Barra de escala = 10 μm.

La hemoglobina (Hb) es la principal proteína de los glóbulos rojos que realiza la función de transporte de oxígeno. En condiciones fisiológicas, la autooxidación de la Hb produce continuamente pequeñas cantidades de metahemoglobina (MetHb) con hierro hem oxidado a hierro (III)51. MetHb se convierte de nuevo en Hb mediante la citocromo-b5 reductasa dependiente de nicotinamida adenina dinucleótido (NADH). Sin embargo, cuando los niveles de ROS están elevados, el sistema antioxidante es ineficaz y el transporte de oxígeno a los tejidos se ve afectado, lo que lleva a la isquemia. Para investigar el efecto protector de los derivados selectivos contra la oxidación de Hb, se realizaron barridos espectrales de Hb (450–700 nm). En la muestra de control (tampón PBS), la oxihemoglobina se caracteriza por dos picos a 540 y 570 nm (Fig. 5, línea roja) y MetHb, que da un pico a 630 nm, está ausente. En la muestra con AAPH, el pico de oxi-Hb disminuye y aparece un pico específico de MetHb (Fig. 5, línea verde). En presencia del derivado 27, no hay cambios en los picos de oxi-Hb en comparación con la muestra AAPH, pero el pico de MethHb disminuyó (Fig. 5, línea azul) desde un valor de absorbancia de 0,052 a 0,033 (consulte la tabla en la Fig. 5). En conclusión, el derivado 27 protegió a la Hb de la formación de MetHb (Fig. 5).

Exploraciones espectrales (450–700 nm) de hemoglobina (Hb) en sobrenadantes después de 4 h de incubación de glóbulos rojos en PBS (línea roja), AAPH 60 mM (línea verde), derivado 27 (0,1 mg/mL) y AAPH 60 mM ( línea azul). Los valores de absorbancia (Ab) medidos a 540, 578 (picos de oxi-Hb) y 630 nm (pico de MetHb) se presentan para cada exploración. Se presentan los datos representativos de una serie de experimentos.

Los cuerpos de Heinz son inclusiones de glóbulos rojos de hemicrómico formados a partir de Hb oxidada o desnaturalizada, más comúnmente en glóbulos rojos antiguos o en ciertas afecciones médicas, incluida la deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G-6-PD) y enfermedades de Hb inestable52. Los antioxidantes con la capacidad de atravesar la membrana celular, como el compuesto fenólico natural alilpirocatecol, pueden reducir significativamente la formación de cuerpos de Heinz en glóbulos rojos incubados con radicales libres derivados de AAPH53. El análisis de microscopía óptica mostró que los derivados seleccionados, a saber, el derivado 27, redujeron la formación de cuerpos de Heinz bajo estrés oxidativo inducido por AAPH (Fig. 6). La inhibición de la oxidación de Hb por el derivado 27 confirma su alta eficacia hemoprotectora.

Visualización supravital de cuerpos de Heinz en glóbulos rojos teñidos con violeta de metilo (0,5 %, 45 min, 37 °C) en microscopía óptica: (A) control de glóbulos rojos (PBS), (B) AAPH 60 mM (4 h); (C) derivado 27 (0,1 mg/ml, preincubación de 20 min) + AAPH 60 mM (4 h); (D) Trolox (0,1 mg/ml, preincubación de 20 min) + AAPH 60 mM (4 h). Insertos en (B) y (C) ampliación de RBC con cuerpos de Heinz visibles como pequeños gránulos teñidos junto a la membrana de RBC. Se presentan las imágenes representativas de una serie de experimentos. Barra de escala = 10 μm.

En resumen, nuestros resultados obtenidos usando diferentes ensayos mostraron que los derivados de cafeína C-8 sustituidos seleccionados son: (i) quelantes de iones ferrosos efectivos, (ii) compuestos biocompatibles y que atraviesan la membrana celular que (iii) protegen eficazmente la membrana de RBC y la hemoglobina de Daño inducido por ROS.

Los métodos in silico son una de las herramientas más eficaces para verificar el potencial de un compuesto como fármaco y brindan la oportunidad de predecir el perfil ADME (absorción, distribución, metabolismo y excreción). Las propiedades fisicoquímicas de todos los compuestos estudiados se calcularon utilizando el servidor web SwissADME.

Como puede verse en la Tabla 1, todos los compuestos recién obtenidos son más lipofílicos que la cafeína. La mayoría de los nuevos derivados de la cafeína con valores de log P entre 1 y 3 tienen una buena lipofilicidad que les permite atravesar la bicapa lipídica de la membrana celular. Los valores de log P más altos se observan en compuestos que contienen un sustituyente alquilo insaturado en C-8 del resto xantina (compuestos 26–29); en general, cuanto más larga sea la cadena lateral de alquilo, mayor será el coeficiente de partición. El compuesto 29 es el más lipófilo (log P 4,36) de todos los compuestos probados. Además, la mayoría de los compuestos cumplen los criterios de "la regla de los 5" (menos de 5 donantes de HB, 10 aceptores de HB, peso molecular < 500 y log P calculado < 554), lo que los convierte en antioxidantes prometedores. Como se mencionó anteriormente, la molécula de cafeína se ubica preferentemente en la parte hidrofóbica de la membrana celular42. Por lo tanto, el derivado 30, que tiene dos moléculas de cafeína, puede interactuar más eficientemente con la parte hidrofóbica de la bicapa lipídica y, como resultado, estabilizar la estructura de la membrana molecular contra el daño de los radicales libres. Además, los compuestos 26-30, como aceptores de enlaces de hidrógeno, pueden interactuar de manera efectiva con los componentes de la membrana celular a través de enlaces de hidrógeno y pueden prevenir o retrasar las interacciones de la membrana ROS-RBC. A pesar del hecho bien conocido de que la cafeína es el estimulante del sistema nervioso central más consumido55, sus derivados sustituidos en C8 seleccionados pueden actuar como antioxidantes eficaces y agentes citoprotectores en la prevención o el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas.

La cafeína es uno de los compuestos psicoactivos más conocidos y consumidos. El consumo diario de cafeína puede ser parte de una dieta que protege contra el deterioro cognitivo y la demencia que progresa con la edad. Por lo tanto, el tema de nuestro estudio fue investigar el efecto de las modificaciones estructurales de la cafeína sobre su eficacia antioxidante y citoprotectora en eritrocitos humanos como células modelo.

Nuestros resultados mostraron una relación significativa entre la estructura de los derivados de cafeína sustituidos con C8 biocompatibles y su capacidad para (i) iones ferrosos complejos y (ii) proteger los glóbulos rojos humanos de los efectos nocivos del estrés oxidativo. La mayor actividad quelante de los compuestos 9, 10, 15 y 19 se puede atribuir a la presencia de estructuras tautoméricas o de resonancia con un grupo -OH, lo que les permite formar complejos con iones ferrosos. Se ha propuesto un mecanismo de SET, RAF y/o HAT y estabilización por radicales para explicar el potencial antioxidante de los derivados. Los derivados 17–19 con grupo amida NH y los derivados 26–30, que tienen enlaces conjugados insaturados que promueven la reubicación de radicales, han mostrado una alta actividad protectora en los eritrocitos humanos. Los derivados 17 a 19 neutralizan el radical peroxilo a través del mecanismo HAT, mientras que los derivados 26 a 30 lo neutralizan a través del mecanismo RAF. Además, en el caso de los derivados 26–29, el mecanismo RAF puede competir con el mecanismo SET. Además, la alta actividad citoprotectora de los derivados 18 y 30 puede estar relacionada con su estructura anfifílica específica que les permite interactuar con la región hidrofóbica y/o hidrofílica de la membrana celular a través de enlaces de hidrógeno, respectivamente. La interacción de los derivados con la membrana celular da como resultado su estabilización, lo que protege tanto a los componentes de la membrana como a la hemoglobina de la oxidación inducida por ROS.

En resumen, nuestros resultados obtenidos tanto in vitro como in silico indican que la quelación del hierro y la interacción específica con la membrana de los eritrocitos humanos son responsables de las impresionantes propiedades citoprotectoras de los derivados de cafeína C-8 sustituidos seleccionados. Dado que la mayoría de los derivados de cafeína biocompatibles obtenidos recientemente cumplen con los criterios de la regla de cinco de Lipinski, pueden usarse para una mayor modificación estructural para ampliar nuestro conocimiento de las relaciones estructura-actividad de los compuestos citoprotectores a base de cafeína con propiedades farmacológicas beneficiosas.

Todos los materiales de partida se obtuvieron de Sigma-Aldrich y se usaron sin purificación. Los espectros de RMN de protón (1H) y carbono (13C) se registraron con un espectrómetro Varian Gemini 300/400 que funciona a 300 y 75 MHz con DMSO-d6 como disolvente y TMS como patrón interno. Los cambios químicos se reportan en δ (partes por millón). Los espectros FTIR se registraron en un espectrómetro Nicolet iS5 (gránulos de KBr). Los espectros de masas EI se midieron en un espectrómetro de masas 320-MS/450 GC (Bruker). Los puntos de fusión se determinaron con un aparato SMP-20 (BŰCHI Labortechnik AG). La cromatografía analítica en capa fina (TLC) se llevó a cabo en placas de gel de sílice 60 F254 (Sigma-Aldrich). La detección en TLC se realizó mediante luz UV.

La síntesis de los compuestos 1–7 se describió en nuestro artículo anterior19.

Una mezcla de derivados de 8-diaminocafeína adecuados 1–3 (1 mmol) y el anhídrido apropiado (1 mmol) en ácido acético (10 ml) se calentó a reflujo durante 1–15 h y se enfrió a temperatura ambiente. La mezcla obtenida se extrajo con CH2Cl2 y se secó sobre MgSO4. La solución se evaporó y luego el producto bruto 8–19 se recristalizó en CHCl3.

A una solución de análogos de diaminocafeína apropiados, se añadió gota a gota 1–3 (1 mmol) en ácido acético (solución acuosa al 97 %; 10 ml) a una solución de cloruro de 2-cloroacetilo (solución acuosa al 97 %, 0,08 ml, 1 mmol) . Cuando la mezcla de reacción alcanzó una temperatura de 40 °C, se añadió acetato de sodio (320 mg, 1 mmol) en agua destilada (8 ml). La mezcla de reacción se agitó durante 8 h a una temperatura de 40–60 °C. La mezcla de reacción se enfrió a temperatura ambiente y se extrajo con CHCl3 (3 x 20 ml). La capa orgánica combinada se secó sobre MgSO4 y se evaporó a presión reducida para dar un aceite.

Se calentó a reflujo una mezcla de derivados de cafeína apropiados (1a, 2a o 3a) (1 mmol) y tiocianato de amonio (76,12 mg, 1 mmol para 1a; 152,24 mg, 2 mmol para 2a y 3a) en etanol (10 ml). durante 22 a 43 h, y cuando se enfría a temperatura ambiente. La solución se evaporó para dar un aceite.

Una mezcla de derivados de cafeína apropiados (1a, 2a o 3a) (1 mmol) y pirrolidinditiocarbamato de sodio (338,48 mg, 2 mmol) en etanol (10 ml) se calentó a reflujo durante 33–40 h, y cuando se enfrió a temperatura ambiente . La solución se evaporó para dar un aceite.

Una suspensión de 4-nitrotiofeno-2-carboxilato de metilo (1 mmol; 187 mg) en etanol anhidro (5 ml) con agitación magnética se calentó a 40 °C y se añadió nitrato de plata (1 mmol; 170 mg). Después de 15 min, se introdujeron los derivados de cafeína diamina apropiados 4-7 (1 mmol), la mezcla de reacción se calentó a reflujo durante 20 h y se mantuvo durante tres días con agitación magnética. Luego se enfrió a temperatura ambiente y se diluyó con agua (10 ml). La fase acuosa se extrajo con CH2Cl2 (3 × 30 mL) y se secó sobre MgSO4. El disolvente orgánico se evaporó a presión reducida para dar un producto bruto, que se cristalizó en éter de petróleo.

Se calentó a 40 °C una suspensión de 3,4-dinitrotiofeno (1 mmol; 174 mg) en etanol anhidro (5 ml) con agitación magnética. Después de 15 min, se introdujo 8-(metil(2-(metilamino)etil)amino)cafeína (2 mmol; 568 mg), la mezcla de reacción se calentó a reflujo durante 20 hy se mantuvo durante 3 días con agitación magnética. La mezcla de reacción se enfrió a temperatura ambiente y se diluyó con agua (10 ml). La fase acuosa se extrajo con CH2Cl2 (3 × 30 mL) y se secó sobre MgSO4. El disolvente orgánico se evaporó a presión reducida para dar un residuo y el producto bruto se cristalizó en éter de petróleo.

La actividad quelante de iones ferrosos (Fe2+) se evaluó mediante la inhibición de la formación del complejo Fe2+-ferrozina después de la incubación de los compuestos probados con Fe2+. La capacidad de quelación de Fe2+ de los compuestos probados se determinó mediante la absorbancia del complejo de iones ferrosos-ferrozina a 562 nm a temperatura ambiente (~ 22 °C, TA). En resumen, se añadió una concentración de 0,1 mg/ml de los compuestos probados en 0,2 ml de alcohol etílico a una solución de FeCl2 0,6 mM (0,05 ml). Se usó EDTA como quelante de metales estándar. La reacción se inició añadiendo ferrozina 5 mM (0,05 ml) en alcohol etílico y agitando vigorosamente inmediatamente. Las muestras se almacenaron durante 10 min a temperatura ambiente. Después de la incubación, se midió la absorbancia (Abs) de las soluciones a 562 nm en un espectrofotómetro BioMate™ 160 UV-Vis. El porcentaje de inhibición de la formación del complejo ferrozina-Fe2+ se calculó mediante la ecuación:

donde Abs0 es la absorbancia de la muestra sin el compuesto ensayado y Abs1 es la absorbancia en presencia del compuesto ensayado. Cada muestra se hizo por triplicado y se realizaron tres experimentos independientes.

Todos los métodos se llevaron a cabo de acuerdo con las directrices y normas pertinentes, y el Comité de Bioética aprobó todos los protocolos experimentales para la Investigación Científica en la Universidad Médica de Poznań (acuerdo n.º ZP/907/1002/18). Los concentrados de glóbulos rojos humanos se compraron en el Banco de Sangre de Poznań sin ningún contacto con los donantes de sangre. Se obtuvo el consentimiento informado de todos los donantes de sangre.

Las suspensiones de glóbulos rojos humanos recién hechos (65 % de hematocrito) se lavaron tres veces (3000 rpm, 10 min, + 4 °C) en solución salina tamponada con fosfato a pH 7,4 (PBS: NaCl 137 mM, KCl 2,7 mM, Na2HPO4 10 mM, KH2PO4 1,76 mM) complementado con glucosa 10 mM. Después del lavado, las células se suspendieron en tampón PBS a 1,65 × 109 células/mL (hematocrito 15 %), se almacenaron a 4 °C y se usaron dentro de las 5 h.

La actividad hemolítica se evaluó como se informó previamente19. Brevemente, RBC (1,65 × 108 células/mL, hematocrito 1,5%) se incubaron en PBS (pH 7,4) suplementado con glucosa 10 mM y que contenía compuestos probados a una concentración igual a 0,1 mg/mL durante 60 min a 37 °C en agitación incubadora. La concentración de derivados utilizada en este estudio fue seleccionada de acuerdo con nuestra investigación previa19,44. Las muestras con RBC incubadas en PBS sin compuestos probados se tomaron como muestra de control. Cada muestra se repitió tres veces y los experimentos se repitieron cuatro veces con glóbulos rojos de diferentes donantes. Después de la incubación, las suspensiones de glóbulos rojos se centrifugaron (3000 rpm, 10 min, + 4 °C) y se estimó el grado de hemólisis midiendo la absorbancia del sobrenadante a λ = 540 nm en un espectrofotómetro BioMate™ 160 UV-Vis. Los resultados se expresaron como porcentaje (%) de hemólisis. La hemólisis 0% se tomó como la absorbancia del sobrenadante de las suspensiones de RBC en tampón PBS, mientras que la hemólisis total (100%) se determinó cuando se reemplazó el PBS por agua destilada helada. El grado de hemólisis < 5% indica que no hay actividad hemolítica de un compuesto.

Después de la incubación con compuestos a una concentración de 0,1 mg/ml, se fijaron RBC en paraformaldehído (PFA) al 5 % más glutaraldehído (GA) al 0,01 % durante una hora a temperatura ambiente. Los glóbulos rojos fijados se lavaron intercambiando el sobrenadante con PBS. Después del lavado, los RBC se asentaron en cubreobjetos tratados con poli-l-lisina (0,1 mg/ml, 10 min, a temperatura ambiente) y se montaron en glicerol al 80%. Los cubreobjetos se sellaron con esmalte de uñas. Se estudió una gran cantidad de células en varias muestras experimentales separadas utilizando un microscopio confocal Zeiss LSM 510 (AXIOVERT ZOOM) (Microscopía Carl Zeiss, Oberkochen, Alemania) (objetivo de aceite de inmersión de 100 × / 1.4 de apertura, 10 × ocular). Las imágenes se adquirieron utilizando el programa Zeiss LSM Image Browser (Carl Zeiss Microscopy, Oberkochen, Alemania).

La actividad citoprotectora de los derivados se evaluó según el método descrito anteriormente44. Brevemente, se preincubaron glóbulos rojos (1,65 × 108 células/ml, hematocrito al 1,5 %) en PBS (pH 7,4) complementado con glucosa 10 mM, que contenía el compuesto probado o Trolox utilizado como antioxidante estándar a una concentración de 0,1 mg/ml durante 20 min. a 37 °C en la incubadora con agitación. La concentración de derivados se seleccionó de acuerdo con nuestros estudios previos19,44. Después de la preincubación, se añadió diclorhidrato de 2,2'-azobis(2-metilpropionamidina) (AAPH) a una concentración final de 60 mM y las muestras se incubaron durante las siguientes cuatro horas. Los eritrocitos incubados en PBS e incubados con AAPH se tomaron como controles negativo y positivo, respectivamente. Después de la incubación, las suspensiones de glóbulos rojos se centrifugaron (3000 rpm, 5 min, + 4 °C) y se determinó el grado de hemólisis midiendo la absorbancia (Abs) del sobrenadante a λ = 540 nm en BioMate™ 160 UV–Vis espectrofotómetro. El porcentaje de inhibición de la hemólisis inducida por ROS se calculó mediante la siguiente ecuación:

donde Abscomp es el valor de absorbancia del sobrenadante obtenido de muestras incubadas con un compuesto probado en presencia de AAPH, AbsPBS es la absorbancia del sobrenadante obtenido del control negativo y AbsAAPH es la absorbancia del sobrenadante obtenido del control positivo, respectivamente. Cada muestra se realizó por triplicado y los resultados se presentan como valor medio (± DE) de tres experimentos independientes con glóbulos rojos obtenidos de diferentes donantes.

El nivel de ROS se detectó como se informó anteriormente48. Brevemente, se utilizó la sonda fluorescente redox 2',7'-diclorodihidrofluoresceína diacetato (DCF-DA) (Sigma-Aldrich D6883) para estimar el nivel de ROS en glóbulos rojos intactos. Los glóbulos rojos preincubados con derivados seleccionados o Trolox (como se describió anteriormente) e incubados con AAPH 60 mM (1,5 h, 37 °C), se lavaron (3000 rpm, 5 min, + 4 °C) y luego se incubaron con DCF-DA a una concentración final de 10 μM a 37 °C durante 30 min en la oscuridad. Los glóbulos rojos cargados con DCFDA (100 µl) se resuspendieron en 1000 µl de PBS e inmediatamente se midió la intensidad de la fluorescencia DCF dependiente de ROS en los glóbulos rojos a una longitud de onda de excitación de 488 nm y una longitud de onda de emisión de 530 nm en un citómetro de flujo Cytomix FC 500 MPL (Beckman Coulter). Los resultados se presentaron como histogramas y los valores de intensidad de fluorescencia media (MFI).

Los glóbulos rojos preparados para el análisis de citometría de flujo (como se indicó anteriormente) se lavaron (3000 rpm, 5 min, + 4 °C) y se depositaron en cubreobjetos tratados con poli-l-lisina (0,1 mg/ml, 10 min, TA) y se montaron en 80% glicerol. Inmediatamente, las células vivas se analizaron utilizando un microscopio confocal Zeiss LSM 510 (AXIOVERT ZOOM) (Carl Zeiss Microscopy, Oberkochen, Alemania), (objetivo de aceite de inmersión de 100 ×/1,4 de apertura, 10 × ocular) a una longitud de onda de excitación de 488 nm y un longitud de onda de emisión de 530 nm. Las imágenes se adquirieron utilizando el programa Zeiss LSM Image Browser (Carl Zeiss Microscopy, Oberkochen, Alemania).

Los espectros de absorción de la hemoglobina se escanearon entre el rango visible de 450 a 700 nm en el espectrofotómetro BioMate™ 160 UV-Vis, utilizando sobrenadantes obtenidos de muestras seleccionadas obtenidas en la sección "Inhibición de la hemólisis inducida por estrés oxidativo". Los glóbulos rojos obtenidos de muestras seleccionadas en la sección "Inhibición de la hemólisis inducida por estrés oxidativo" se usaron para la visualización intracelular de cuerpos de Heinz. Las células se tiñeron con violeta de metilo (al 0,5 % en NaCl al 0,9 %) durante 45 min a temperatura ambiente. Después de la incubación, los glóbulos rojos se lavaron y fijaron en PFA al 5 % más GA al 0,01 % durante una hora a temperatura ambiente. Los glóbulos rojos fijados se lavaron intercambiando el sobrenadante con PBS. Después del lavado, los RBC se depositaron en cubreobjetos tratados con poli-l-lisina (0,1 mg/ml, 10 min, temperatura ambiente) y se montaron en glicerol al 80%. Los cubreobjetos se sellaron con esmalte de uñas. Se estudió una gran cantidad de células en varias muestras experimentales separadas utilizando un microscopio MOTIC RED-233 (apertura de 63 x / 1.4, ocular de 10 ×). Las imágenes se adquirieron con Motic Images Plus 3.0.

Las propiedades fisicoquímicas de todos los compuestos probados se calcularon utilizando el servidor web SwissADME: www.swissadme.ch.

Para las propiedades antioxidantes y citoprotectoras, los datos se representaron como la media ± SD de tres o cuatro experimentos independientes con cada muestra por triplicado (n = 9). Se utilizó una prueba t-Student pareada para comparar la actividad de los derivados con la actividad del antioxidante estándar Trolox. La significación estadística se definió como P < 0,05. Ninguna diferencia estadísticamente significativa se indicó como ns.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

Martemucci, G. et al. Propiedades, origen y destino de los radicales libres. Consumo de Antioxidantes. Salud. Oxígeno. 2, 48–78 (2022).

Google Académico

de Lima-Reis, SR et al. Los niveles séricos de vitamina A, selenio y una mejor capacidad antioxidante total de la dieta están relacionados con un menor daño oxidativo del ADN: un estudio transversal de personas con riesgo cardiovascular. J. Nutr. Bioquímica 26, 109070 (2022).

Artículo Google Académico

Varesi, A. et al. El papel de los antioxidantes en la interacción entre el estrés oxidativo y la senescencia. Antioxidantes. 11, 1224 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Olmo-Cunillera, A. et al. ¿Es eating uvas healthy?. Nutrientes 12, 54 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Dong, Y. et al. Caracterización de un péptido sintético antioxidante sinérgico a partir de pepino de mar y piñón. J. ciencia de los alimentos. Tecnología 59, 2306–2317 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Keavna, PC Protección de la cafeína contra el daño por radiación óxica y carcinógenos químicos: consideraciones mecánicas. actual ciencia 62, 791–797 (1992).

Google Académico

Devasagayam, TPA, Kamat, JP, Mohan, H. & Kesavan, PC La cafeína como antioxidante: Inhibición de la peroxidación lipídica inducida por especies reactivas de oxígeno. bioquimica Biografía. Acta. 1282, 63–70 (1996).

Artículo Google Académico

Jasiewicz, B. et al. Propiedades antioxidantes de los derivados de la tiocafeína: identificación de la 8-[(pirrolidin-1-ilcarbonotioil) sulfanil]cafeína recién sintetizada como antioxidante y agente citoprotector muy potente. Bioorg. Medicina. química Letón. 26, 3994–3998 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Leon-Carmona, JR & Galano, A. ¿Es la cafeína un buen eliminador de radicales libres oxigenados?. J. física. química B 115, 4538–4546 (2011).

Artículo CAS Google Académico

Vieira, AJSC, Gaspar, EM & Santos, PMP Mecanismos de actividad antioxidante potencial de la cafeína. Rad. física química 174, 108968 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Johnson, EM et al. Reactividad del radical hidroxilo en fases no acuosas: Reacciones de adición. J. física. química A. 122, 8326–8335 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Waldvogel-Abramowski, S. et al. Fisiología del metabolismo del hierro. Transfus. Medicina. Hemadre. 41, 213–221 (2014).

Artículo Google Académico

Basuli, D. et al. Adicción al hierro: una nueva diana terapéutica en el cáncer de ovario. Oncogén 36, 4089–4099 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Alta, CE et al. Desferrioxamina-cafeína (DFCAF) como moderador permeable celular del estrés oxidativo causado por la sobrecarga de hierro. Biometales 27, 1351–1360 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Li, B. et al. La desferrioxamina-cafeína muestra una mayor eficacia en la quelación del hierro y la eliminación de las células madre cancerosas. J. Trace Elem. Medicina. Biol. 52, 232–238 (2019).

Artículo Google Académico

Kalinowski, DD et al. Diseño, síntesis y caracterización de nuevos quelantes de hierro: relaciones estructura-actividad de la serie 2-benzoilpiridina tiosemicarbazona y sus análogos 3-nitrobenzoilo como potentes agentes antitumorales. J.Med. química 50, 3716–3729 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Richardson, DR et al. Los quelantes de dipiridil tiosemicarbazona con actividad antitumoral potente y selectiva forman complejos de hierro con actividad redox. J.Med. química 49, 6510–6521 (2006).

Artículo CAS Google Académico

Kolaylı, S., Ocak, M., Küçük, M. y Abbasoǧlu, R. ¿La cafeína se une a los iones metálicos?. FoodChem. 84, 383–388 (2004).

Artículo Google Académico

Jasiewicz, B. et al. Actividad antioxidante y citotóxica de nuevos análogos de cafeína di y poliamina. Radico libre. Res. 52, 724–736 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Mohanty, JG, Nagababu, E. & Rifkind, JM El estrés oxidativo de los glóbulos rojos afecta el suministro de oxígeno e induce el envejecimiento de los glóbulos rojos. Frente. Fisiol. 5, 84–89 (2014).

Artículo Google Académico

Bissinger, R., Bhuyan, AAM, Qadri, SM & Lang, F. Estrés oxidativo, eriptosis y anemia: un nexo mecánico fundamental en enfermedades sistémicas. FEBRERO J. 286, 826–854.

Artículo CAS Google Académico

Kucherenko, YV & Bernhardt, I. Los antioxidantes naturales mejoran la "supervivencia" de los glóbulos rojos en muestras de sangre no leucorreducidas. Fisiol Celular. Bioquímica 35, 2055–2068 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Eigenschink, M. et al. Las propiedades redox de los eritrocitos humanos están adaptadas para el reciclaje de vitamina C. Frente. Fisiol. 12, 767439 (2021).

Artículo Google Académico

Paiva-Martins, F. et al. Actividad protectora de los metabolitos de hidroxitirosol sobre la hemólisis inducida por oxidación de eritrocitos. J. Agric. Química alimentaria 61, 6636–6642 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Chen, PS et al. Implicaciones fisiopatológicas de la hipoxia en enfermedades humanas. J. Biomédica. ciencia 27, 63 (2020).

Artículo Google Académico

Grygorczyk, R. & Orlov, SN Efectos de la hipoxia en las propiedades de la membrana de los eritrocitos: implicaciones para la hemólisis intravascular y el control purinérgico del flujo sanguíneo. Frente. Fisiol. 8, 1110 (2017).

Artículo Google Académico

Scholkmann, F., Restin, T., Ferrari, M. & Quaresima, V. El papel de la metahemoglobina y la carboxihemoglobina en COVID-19: una revisión. J. Clin. Medicina. 10, 50 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Rosemary-Martínez, BS et al. Posibles acciones beneficiosas de la cafeína en el SARS-CoV-2. En t. J. Mol. ciencia Rev. 22, 5460 (2021).

Artículo Google Académico

Tellone, E. et al. La cafeína inhibe el trastorno de la membrana de los eritrocitos mediante la actividad antioxidante y bloqueando la activación de la caspasa-3. Biochimie 94, 393–402 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Wang, YQ, Zhang, HM & Zhou, QH Estudios sobre la interacción de la cafeína con la hemoglobina bovina. EUR. J.Med. química 44, 2100–2105 (2009).

Artículo CAS Google Académico

Das, D., Sen, S. & Sen, K. Cafeína y catequina para la prevención de la oxidación de la hemoglobina inducida por fármacos: un estudio espectroscópico. espectroquim. Acta A 232, 118167 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Bobrowska-Hägerstrand, M., Wróbel, A., Mrówczyńska, L., Söderström, T. & Hägerstrand, H. Modulación de la actividad de flujo de salida similar a MRP1 en eritrocitos humanos causada por agentes perturbadores de membrana. mol. Miembro Biol. 20, 255–259 (2003).

Artículo Google Académico

Mrówczyńska, L. & Bielawski, J. El mecanismo de la hemólisis inducida por sales biliares. Mol celular. Biol. Letón. 6, 881–895 (2001).

Google Académico

Farag, MR & Alagawany, M. Los eritrocitos como modelo biológico para la detección de la toxicidad de los xenobióticos. química Biol. Interactuar. 279, 73–83 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Behbehani, H. & Ibrahim, HM 4-Tiazolidinonas en síntesis heterocíclica: Síntesis de nuevas enaminonas, azolopirimidinas y 2-arilimino-5-arilideno-4-tiazolidinonas. Moléculas 17, 6362–6385 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Bianchi, L. et al. Sustitución nucleofílica oxidativa de hidrógeno versus apertura de anillo en la reacción de 4-R-2-nitrotiofenos con aminas: El efecto crucial de los grupos 4-alquilo. J. Org. química 72, 5771–5777 (2007).

Artículo CAS Google Académico

Bianchi, L. et al. Protocolos de apertura/cierre de anillo de nitrotiofenos: Fácil acceso a pirroles fusionados con N a través de un cambio de 1,6-H en tándem/electrociclación 6p. EUR. J. Org. química 2014, 39–43 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Blatt, AH, Gross, N. & Tristram, EW Sustitución de halógeno por hidrógeno en haluros de nitroarilo: algunas aplicaciones en la serie de tiofenos1. J. Org. química 22(12), 1588–1590 (2002).

Artículo Google Académico

Gulcin, İ & Alwasel, SH Iones metálicos, quelantes de metales y ensayo de quelación de metales como método antioxidante. Procesos. 10, 132 (2022).

Artículo CAS Google Académico

Nirwan, S., Chahal, V. & Kakkar, R. Tiazolidinonas: Síntesis, reactividad y sus aplicaciones biológicas. J. Heterocicl. química 56(4), 1239–1253 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Carelli-Alinovi, C. et al. Participación de la acetilcolinesterasa y la proteína quinasa C en el efecto protector de la cafeína contra las alteraciones inducidas por β-amiloide en los glóbulos rojos. Biochimie 121, 52–59 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Tavagnacco, L., Corucci, G. & Gerelli, Y. Interacción de la cafeína con membranas lipídicas modelo. J. física. química B. 125, 10174–10181 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Blanchard, J. & Sawers, SJA La biodisponibilidad absoluta de la cafeína en el hombre. EUR. J. Clin. Farmacol. 24, 93–98 (1983).

Artículo CAS Google Académico

Jasiewicz, B. et al. Síntesis, evaluación de la actividad antioxidante y citoprotectora de derivados de indol sustituidos en C-3. ciencia Rep. 11, 15425 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Petruccia, R., Zolloa, G., Curullib, A. & Marrosua, G. Una nueva visión del mecanismo oxidativo de la cafeína y las metilxantinas relacionadas en medio aprótico: ¿se puede considerar realmente la cafeína como un antioxidante?. BBA Gen. Subj. 1862, 1781–1789 (2018).

Artículo Google Académico

Galano, A. & Alvarez-Idaboy, JR Estrategias computacionales para predecir la protección de los captadores de radicales libres contra el estrés oxidativo: ¿dónde estamos y qué podría seguir?. En t. J. Cuant. química 119, e25663 (2019).

Artículo Google Académico

Liao, W. et al. Efectos desintoxicantes antioxidantes intracelulares de la diosmetina sobre el diclorhidrato de 2,2-azobis(2-amidinopropano) (AAPH) inducido por el estrés oxidativo a través de la inhibición de la generación de especies reactivas de oxígeno. J. Agric. Alimento. química 62, 8648–8654 (2014).

Artículo CAS Google Académico

Czarniewska, E. et al. Los nanoflakes de nitruro de boro exfoliados funcionalizados con hidroxilo no citotóxicos alteran la función inmunológica de los hemocitos de insectos in vivo. ciencia Rep. 9, 14027 (2019).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Pretorius, E., Olumuyiwa-Akeredolu, OO, Mbotwe, S. & Bester, J. Los eritrocitos y su papel como indicador de salud: uso de la estructura en un enfoque de medicina de precisión orientado al paciente. Sangre Rev. 30, 263–274 (2016).

Artículo Google Académico

Geekiyanage, NM et al. Un modelo de membrana de glóbulos rojos de grano grueso para estudiar las morfologías de estomatocitos-discocito-equinocito. PLoS ONE 14, e0215447 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Umbreit, J. Metahemoglobina: no es solo azul: una revisión concisa. Soy. J. Hematol. 82, 134–144 (2008).

Artículo Google Académico

Sugawara, Y. et al. Nuevo modo (detección molecular) de los mecanismos de formación de cuerpos de Heinz inherentes a los eritrocitos humanos: base para la comprensión de los aspectos clínicos de la anemia hemolítica inducida por fármacos y similares. J. Bioanal. biomedicina 5, 36–56 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Iyer, MK, Nayak, R., Colah, R. & Chattopadhyay, S. Atenuación de la hemólisis oxidativa de los glóbulos rojos humanos por el compuesto fenólico natural, alilpirocatecol. Radico libre. Res. 47, 710–717 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Lipinski, CA, Lombardo, F., Dominy, BW y Feeney, PJ Enfoques experimentales y computacionales para estimar la solubilidad y la permeabilidad en entornos de descubrimiento y desarrollo de fármacos. Adv. Entrega de drogas Rev. 23, 3–15 (1997).

Artículo CAS Google Académico

Yoshimura, H. El potencial de la cafeína para la modificación funcional de las sinapsis corticales a las redes neuronales en el cerebro. actual Neurofarmaco. 3, 309–316 (2005).

Artículo CAS Google Académico

Descargar referencias

Este trabajo fue apoyado financieramente por el Subsidio de Investigación de la Facultad de Química de la Universidad Adam Mickiewicz en Poznań y la actividad estatutaria No. S/PB/004 del Departamento de Biología Celular, Facultad de Biología, Universidad Adam Mickiewicz en Poznań. Nos gustaría agradecer al profesor Giovanni Petrillo de la Universidad de Génova (Italia) por la oportunidad de realizar la reacción de apertura del anillo de los nitrotiofenos.

Lukasz Piosik ha fallecido.

Departamento de Productos Bioactivos, Facultad de Química, Universidad Adam Mickiewicz en Poznań, Uniwersytet Poznańskiego 8, 61-614, Poznań, Polonia

Arleta Sierakowska y Beata Jasiewicz

Departamento de Biología Celular, Facultad de Biología, Universidad Adam Mickiewicz en Poznań, Uniwersytet Poznańskiego 6, 61-614, Poznań, Polonia

Lukasz Piosik y Lucyna Mrówczyńska

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

También puede buscar este autor en PubMed Google Scholar

Conceptualización, BJ y LM; Investigación, AS, Ł.P. y LM; Redacción—preparación del borrador original, AS, Ł.P., BJ y LM; Redacción: revisión y edición, AS, BJ y LM; Adquisición de fondos, BJ, LM; Todos los autores aprobaron la versión final.

Correspondencia a Beata Jasiewicz o Lucyna Mrówczyńska.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

Springer Nature se mantiene neutral con respecto a los reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Sierakowska, A., Jasiewicz, B., Piosik, Ł. et al. Nuevos derivados de cafeína sustituidos con C8 como antioxidantes prometedores y agentes citoprotectores en eritrocitos humanos. Informe científico 13, 1785 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27205-8

Descargar cita

Recibido: 19 Septiembre 2022

Aceptado: 28 de diciembre de 2022

Publicado: 31 enero 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27205-8

Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:

Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.

Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt

Al enviar un comentario, acepta cumplir con nuestros Términos y Pautas de la comunidad. Si encuentra algo abusivo o que no cumple con nuestros términos o pautas, márquelo como inapropiado.