ESTUDO IN SILICO DAS PROPRIEDADES FARMACOCINÉTICAS DE COMPONENTES DO ÓLEO ESSENCIAL DE CROTON PALANOSTIGMA

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Produtos Naturais

Autores

Carvalho, A.L.S. (UFPA) ; Gonçalves, J.H.C. (UFPA) ; Mochiutti, E. (UFPA) ; Nascimento, A.E.S. (UFPA) ; Brasil, D.S.B. (UFPA) ; Martelli, M.C. (UFPA)

Resumo

A aplicação de métodos in silico tem crescido principalmente na indústria farmacêutica na busca de possíveis fármacos com atividade farmacológica, reduzindo tempo e custo de análises. Neste trabalho o objetivo foi o de identificar as propriedades farmacocinéticas de moléculas obtidas a partir do óleo essencial do Croton Palanostigma, utilizando métodos computacionais. O estudo foi baseado na modelagem das estruturas e na utilização do banco de dados do PreADMET. Com base na composição de cada óleo essencial, as cascas do caule e os galhos obtiveram os melhores resultados. As moléculas E-Metil- IsoEugenol e MetilEugenol apresentaram uma melhor capacidade de absorção e circulação no corpo e não apresentaram características carcinogênicas em ratos e camundongos.

Palavras chaves

Croton Palanostigma; Modelagem molecular; Farmacocinética

Introdução

Croton palanostigma é uma árvore de médio porte natural da região amazônica. É conhecida como “marmeleiro” no Brasil e “sangre de grado” nos demais países em que essa árvore é nativa. Por ser uma angiosperma, existem óleos essenciais para folhas, ramos finos, galhos, cascas do caule e frutos, que possuem diferentes composições, e, consequentemente, diferentes potenciais farmacêuticos e propriedades físico-químicas. Brasil et al. (2010) estudaram a composição de cada um desses óleos identificando uma composição de Linalol (25,4%), E-cariofileno (21,0%), MetilEugenol (17,2%) e β-elemeno (6,0%) para as folhas da planta; de α-pineno (41,4%), Limoneno (29,0%), Sabineno (11,5%) e β-pineno (5,7%) nos ramos finos; (MetilEugenol (24,1%), E-Metil-IsoEugenol (15,3%), α-pineno (11,2%) e E-cariofileno (8,5%) nos galhos; de α-pineno (31,6%), MetilEugenol (25,6%); de E-Metil-IsoEugenol (23,7%) nas cascas do caule, e de Linalol (42,7%), MetilEugenol (16,3%) e β-elemeno (6,4%) nos frutos. A história do uso de plantas medicinais tem mostrado que elas fazem parte da evolução humana e foram os primeiros recursos terapêuticos utilizados pelos povos (TOMAZZONI et al., 2005). O desenvolvimento da fitoterapia de um conhecimento puramente cultural e empírico para algo em termos farmacêuticos comprovados cientificamente tem um grande potencial de ajudar no tratamento de enfermidades na população. Muitas espécies de plantas são utilizadas para o desenvolvimento de fármacos, com base em procedimentos experimentais. Durante tais procedimentos faz-se possível o isolamento de cada molécula presente nos óleos essenciais dessas plantas. Uma das estratégias para descobrir novos medicamentos consiste em analisar uma estrutura e desenvolver em um software de química computacional para achar moléculas análogas e exibir as desejadas propriedades biológicas (COHEN, 1996). Com base em um banco de dados previamente determinado (ADME), as características toxicológicas e de contato com o organismo são definidas a partir de uma modelagem puramente computacional, sem necessitar dos altos custos de uma análise experimental. O objetivo desse trabalho é, portanto, identificar por meio de um software de química computacional as propriedades farmacocinéticas de moléculas obtidas a partir do óleo essencial da casca, ramos e folhas de Croton Palanostigma. Para tanto, foram utilizadas moléculas isoladas e elucidadas na literatura, softwares e servidores online de banco de dados de moléculas.

Material e métodos

As substâncias estudadas nesse trabalho foram identificadas do óleo essencial de Croton palanostigma realizados por Brasil (2009). O programa utilizado para desenhar os modelos bidimensionais foi o ChemSketch e as estruturas empregadas em ferramentas online, para se obter predições sobre informações farmacocinéticas. O banco de dados do servidor PreADMET foi utilizado para predição das seguintes propriedades: a) A porcentagem das ligações de proteínas plasmáticas (PPB), já que esta ligação pode influenciar na farmacocinética e/ou farmacodinâmica de drogas, modificando os seus efeitos farmacológicos ou toxicológico, como citado por NATION et al., (2018); b) As taxas de penetração de BBCbrain/Cblood. Esta barreira hematoencefálica (BBCbrain/Cblood) é uma interface extremamente complexa entre o sangue e o sistema nervoso central, composta principalmente por células endoteliais dos vasos capilares do cerébro. (DAS et al., 2016); c) A permeabilidade das células Caco-2, in vitro, com a aplicação de estruturas químicas a pH 7,4. A linhagem celular Caco-2 intestinal humana foi originalmente obtida de um adenocarcinoma de um cólon humano, que tem sido amplamente utilizado como um modelo de propriedades absortivas e defensivas da mucosa intestinal nas últimas décadas (WANG et al., 2013) e; d) A habilidade da proteína P-glycoprotein (P-gp) em bombear compostos funcionalmente ativos do cérebro para a corrente sanguínea. Esta representa um mecanismo importante pelo qual o sistema nervoso central controla o periférico (HUBER et al., 2010); e) O modelo para o teste de carcinogenicidade a partir dos dados do NTP (National Toxicology Program) e do US FDA (Food and Drugs Administration), que são os resultados dos testes de carcinogenicidade em camundongos e ratos; f) A toxidade para TA98, TA100 e TA1535, que são frequentemente utilizados no Ames test, que é um método simples para testar a mutagenicidade de um composto, sugerido pelo Dr. Ames. Ele usa várias cepas da bactéria Salmonella typhimurium que carregam mutações em genes envolvidos na síntese de histidina, de modo que necessitam de histidina para o crescimento (AMES et al., 1973). A variável testada foi a capacidade do mutagênico de causar uma reversão ao crescimento em meio isento de histidina e; g) Absorção Intestinal Humana (HIA).

Resultado e discussão

Na tabela 1 estão apresentados os resultados das propriedades farmacocinéticas das substâncias avaliadas. Tais resultados são imprescindíveis no estudo de novos medicamentos, pois, referem-se à características importantes no que concerne à eficácia de possíveis novos farmácos em canais específicos do organismo. Segundo a classificação proposta por Alliance (2016) em que os compostos mal absorvido no intestino têm valores de HIA entre 0% e 20%, moderadamente absorvidos tem valores entre 20 % e 70% e os bem absorvidos possuem valores acima de 70%, então, podemos classificar todas as moléculas estudadas com a característica de serem bem absorvidas no intestino, pois, apresentaram o valor de 100% para o teste HIA. Em relação ao Pcaco-2 (Permeabilidade nas células), há uma classificação empregada pelo banco de dados PreADMET feita por Yamashita (2000) e Irvine (1999), em que valores inferiores a 4 nm/seg indicam baixa permeabilidade, entre 4 e 70 nm/seg uma permeabilidade média e maiores que 70 nm/seg, uma permeabilidade alta. Dessa forma, todas as moléculas analisadas apresentaram a classificação de média permeabilidade, destacando-se o E-Metil-IsoEugenol e MetilEugenol que possuem valores aproximados a 60 nm/seg. O BB (Brain-Blood Barrier Penetration) está ligado à penetração desses componentes no cérebro humano. Na classificação utilizada pelo banco de dados descrita por Ma (2005), para um valor maior que 2 a absorção é tida como alta, entre 0,1 e 2 é moderada e, menores que 0,1 é baixa. Compostos de CNS ativos podem ser absorvidos por essa barreira, mas compostos CNS inativos podem trazer efeitos colaterais ao cérebro, e, portanto, necessitam de BB baixos para serem ingeridos no organismo. Para as moléculas analisadas, não se tem a informação de que são danosas às células neurais. O que se observa é que E-Metil-IsoEugenol e MetilEugenol são os únicos com absorção moderada, enquanto as outras têm esse índice bem elevado. Analisando-se o PPB (Plasma Protein Binding), pelo qual as moléculas são classificadas como sendo fracamente ligadas (menor que 90%) e fortemente ligadas (maior que 90%). Então, entre as moléculas analisadas, a Sabineno apresentou valor abaixo de 90%, indicando a ineficiência de fixação às proteínas presentes em células no corpo humano, diminuindo sua distribuição pelo organismo. Todas as outras obtiveram resultados satisfatórios. Quanto à inibição de Pgp (P-glycoprotein), os compostos E-Metil-IsoEugenol, MetilEugenol e Linalol não apresentaram inibição dessa proteína, enquanto as outras moleculas são inibidoras. A inibição da bomba de efluxo é feita principalmente para melhorar a entrega de agentes terapêuticos. (AMIN,2013). Pelos resultados da análise de carcinogenicidade e mutagenicidade (tabela 2), nota-se que todas as moléculas apresentaram caracter de atividade mutagênica. Para analisar este resultado deve-se levar em consideração alguns fatores biológicos em relação ao que pode significar uma mutagenicidade no organismo humano. Agentes mutagênicos químicos podem ser extremamente prejudiciais para o organismo, mesmo que o agente inicial não tenha tendência carcinogênica, a longo prazo ele pode originar esse problema. (DIXIT e KUMAR. 2018). Mesmo que todas as estruturas analisadas tenham apresentado atividade mutagênica, não se sabe até que ponto elas podem ser prejudiciais ao organismo apenas com essa informação. O banco de dados também permite que haja uma predição de qual seria um possível efeito das moléculas em animais frequentemente utilizados em experimentos com agentes cancerígenos (rato e camundongo). Dessa forma, um resultado positivo indica que a substância não é cancerígena e o negativo significa o inverso. Na carcinogenicidade, duas moléculas obtiveram bons resultados, o E-Metil- IsoEugenol e o MetilEugenol, com positivos tanto para ratos como para camundongos. Essa indicação de que a substância não atua como agente cancerígeno em organismos desenvolvidos como os desses animais implica em uma baixa probabilidade para que os mesmos sejam cancerígenos para seres humanos. Estruturalmente, diversos grupos de drogas, incluindo anti-histamínicos, antibióticos, antipsicóticos, etc. são mostrados como ligantes de sítios específicos (Y652 e F656) no canal hERG e inibem as atividades desse canal, resultando em uma repolarização atrasada da ação cardíaca (VANDENBERG et al., 2012). Sendo assim, os resultados mostram que há um risco moderado da inibição desses canais para a maioria das moléculas, exceto pelo Linalol, que possui um risco baixo e possivelmente não apresenta características ligantes com esses sítios.

Conclusões

Com base nos resultados apresentados, duas moléculas se destacaram (E-Metil- IsoEugenol e MetilEugenol) de absorção e distribuição. Além disso, como não se sabe se as estruturas analisadas podem ser danosas ao cérebro, os resultados de BB baixos mostram-se ideais a priori. Elas apresentaram os melhores resultados também para Pcaco-2, logo, essas substâncias possivelmente serão absorvidas mais rapidamente pelo organismo. Por fim, as mesmas moléculas foram exceções quanto a um resultado positivo tanto para carcinogenicidade em ratos quanto em camundongos, mostrando uma possível tendência a não desenvolverem células cancerígenas também em seres humanos. Porém, ainda são necessários estudos para averiguar a mutagenicidade que foi detectada nessas substâncias. É importante destacar também o resultado encontrado nas moléculas Beta- Elemeno e E-Cariofileno, que apresentaram alto índice em BB. Sendo assim, faz-se necessária uma análise mais profunda para descobrir se possuem algum efeito nocivo nas células cerebrais humanas, já que elas apresentam uma capacidade de ultrapassar a barreira natural do cérebro (Brain-Blood Barrier). Observa-se também a tendência carcinogênica do Linalol, que obteve resultado negativo em ratos e camundongos. Apesar de ter se destacado como a única com um baixo risco na propriedade hERG (menor tendência a causar problemas cardíacos), a substância mostrou-se a princípio perigosa. Por fim, baseados nas composições de cada óleo essencial do Croton palanostigma, os galhos e as cascas do caule apresentaram os melhores resultados por possuírem E-Metil-IsoEugenol e MetilEugenol.

Agradecimentos

Referências

ALLIANCE, D. ESTUDO QUÍMICO, PREDIÇÕES IN SILICO DAS PROPRIEDADES ADME/TOX E ATIVIDADE LARVICIDA DO ÓLEO ESSENCIAL DA RAIZ Philodendron deflexum Poepp. Ex Schott SOBRE Aedes egypti Linneu E Anopheles albirtasis s.l. Dissertação (mestrado em ciências da saúde). Unifap. Macapá. 2016.

AMIN, M. L. P-glycoprotein inhibition for optimal drug delivery. Drug Target Insights, v. 2013, n. 7, p. 27–34, 2013.

BRASIL, D. S. B., MULLER, A. H., GUILHON, C. M. S. P, ALVES, C. N., ANDRADE, E. H. A., da SILVA, J. K. R., MAIA, J. G. S. Essential Oil Composition of Croton palanostigma Klotzsch from North Brazil, J. Braz. Chem. Soc., V. 20, p.1188-1192, 2009.

TOMAZZONI, M. I., NEGRELLE, R. R. B., CENTA, M. L., Fitoterapia Popular: A busca instrumental enquanto prática terapêutica, Texto Contexto Enferm., V. 15, p.115-121, 2005.

COHEN, N. C. Guidebook on Molecular Modeling in Drug Design. Basel, Switzerland, Academic Press, 1996. p. 1-17.

WANG X., LI Y., YAO J. Astragalus polysaccharide reduções inflammatory response by decreasing permeability of LPS – infected Caco2 cells, International journal of Biological Macromolecules, V. 61, p. 347 – 352. 2013

DAS S., CARNICER-LOMBARTE A., FAWCETT J. W., BORA U. Bio-inspired nano tools for neuroscience, Progress in Neurobiology, V. 142, p. 1 – 22, 2016

DIXIT, M., KUMAR, A. Mutagenicity: Assays and Aplications. India, Academic Press, 2018, p. 1-34.

HUBER P. C., MARUIAMA C. H., ALMEIDA W. P. Glicoproteína-p, resistência a múltiplas drogas (MDR) e relação estrutura-atividade de moduladores, Quim. Nova, V. 33, p. 2148 – 2154, 2010

NATION R. L., THEURETZBACHER U., TSUJI B. T., ISAP. Concentration-dependent plasma protein binding: Expect the unexpected, European Journal of Pharmaceutical Sciences, V. 122, p. 341 – 346, 2018

YAMASHITA, S., FURUBAYASHI, T., KATAOKA, M., SAKANE, T., SEZAKI, H., TOKUDA, H. Optimized conditions for prediction of intestinal drug permeability using Caco-2 cells, Eur. J. Pharm. Sci. 2000, v. 10, p. 195-204

IRVINE, J. D., TAKAHASHI, L., LOCKHART, K., CHEONG, J., TOLAN, J. W., SELICK, H. E., GROVE, J. R. MDCK (Madin-Darby canine kidney) cells: A tool for membrane permeability screening. J. Pharm. Sci. 1999, v. 88, p. 28-33.

MA, X., CHEN, C., YANG, J. Predictive model of blood-brain barrier penetration of organic compounds, Acta Pharmacologica Sinica. 2005, v. 26, p. 500-512.

AMES, B. N., LEE, F. D., DURSTON, W. E. An Improved Bacterial Test System for the Detection and Classification of Mutagens and Carcinogens, PNAS. 1973, V. 70, p. 782-786.

VANDENBERG, J.I., PERRY, M.D., PERRIN, M.J., MANN, S.A., KE, Y., HILL, A.P. hERG Kþ channels: structure, function, and clinical significance. Physiol. 2012. V. 92, p. 1393–1478.

NOGAWA, H., KAWAI, T. hERG trafficking inhibition in drug-induced lethal cardiac arrhythmia. European Journal of Pharmacology. 2014. V. 741, p. 336-339.