New chromene-based drug candidates for cancer treatment

Abstract

Cancer is a devastating disease worldwide, with millions of diagnoses per year and many people living with this pathology. Breast cancer is one of the major causes of death in women while male breast cancer represents less than 1% of the total male diagnosed population. Due to this increasing cancer incidence, research in this area has been growing at the same rate. Thus, there is an urgency in discovering new drugs for cancer treatment. The chromene scaffold has been identified in several compounds with anticancer activity. The substitution pattern highly influences the activity and the mode of action and the synthesis of new derivatives is an important element in the search for improved drug candidates. The major aim of this Master thesis was the synthesis of new chromene derivatives with enhanced anticancer activity. Chalcone and chromene derivatives were isolated in good yield through clean reactions using innocuous solvents such as water and ethanol and highly effective aldol condensations. Generally, the reactions were performed at room temperature, leading to the isolation of highly pure compounds. Newly synthetized compounds were tested on cancer cells and a non-tumoral cell line. For the first screening, a range of 51 compounds was assessed for cell survival by SRB assay on MCF-7 cells. Then, only the 22 most active compounds were tested against another breast cancer cell line (HS578t) and cytotoxicity was evaluated for MCF-10 normal cells. Then, a selection of the eight most promising chalcones and chromenes had their IC50 determined for all three cell lines. Finally, some more specific assays were performed and it was found that a selected chromene acted as a cell migration inhibitory agent. Some preliminary results, with protein expression, also showed that this chromene might be causing its anticancer activity through induction of cell-apoptosis. For chalcones, the results suggest an anti-proliferative ability and reduction of membrane integrity. Generally, compounds with halogenated substituents presented enhanced activity comparing to methoxy or methyl groups. More specifically, the bromine atom was often present in the bioactive molecules that proceeded to the final assays and showed to be promising candidates for further studies.

O cancro é uma doença devastadora que em todo o mundo apresenta milhões de diagnósticos por ano e muitas pessoas vivem com esta patologia. O cancro da mama é uma das maiores causas de morte entre a população feminina enquanto que, o cancro da mama masculino afeta menos de 1% de todos os diagnósticos oncológicos nos homens. Devido à crescente incidência de cancro, a investigação farmacológica nesta área tem vindo a crescer na mesma proporção. Assim, a descoberta de novas drogas para tratamento oncológico representa uma urgência. O núcleo de cromeno foi identificado em diversos compostos com atividade anticancerígena. O padrão de substituição demonstra afetar a atividade e o modo de ação e a síntese de novos derivados é um elemento importante em investigação para melhorar a ação do candidato. O principal objetivo desta tese de Mestrado era sintetizar novos derivados de cromeno com atividade anticancerígena melhorada. Vários derivados de calconas e cromenos foram isolados com bons rendimentos, através de reações limpas usando solventes inócuos tais como água e etanol, em condensações aldólicas altamente efetivas. Na generalidade, as reações foram realizadas à temperatura ambiente, levando ao isolamento de compostos altamente puros. Os recém-sintetizados compostos foram testados em linhas celulares de cancro e numa linha celular não-tumoral. Num primeiro screening, um lote de 51 compostos foi testado para a viabilidade celular por ensaio com sulforodamina em células MCF-7. Então, apenas os 22 compostos mais ativos foram testados para outra linha celular (HS578t) e a citotoxicidade foi avaliada em células normais MCF-10. Uma série dos oito compostos mais promissores para as três linhas celulares, foi selecionada e teve o IC50 determinado. Finalmente, alguns ensaios mais específicos foram elaborados e registou-se que o único cromeno selecionado apresentou poder para inibição da migração celular. Alguns resultados preliminares, para expressão proteica, clarificaram que este cromeno poderá estar a agir como agente anticancerígeno através da indução da apoptose. Para as calconas testadas, os resultados sugerem uma capacidade antiproliferativa e a redução da integridade membranar. Em geral, os compostos com substituintes halogenados exibiram melhor atividade em comparação com grupos metilo ou metoxilo. Mais especificamente, o átomo de bromo esteve por diversas vezes presente nas moléculas bioativas que procederam para os ensaios finais e demostraram ser candidatos promissores para estudos futuros.