Amyloid beta fluroescent sensors as multitarget theranostics against Alzheimer's disease

• Autores: Álvaro Sarabia Vallejo
• Directores de la Tesis: José Carlos Menéndez Ramos (dir. tes.), M.A. Martín (dir. tes.), María Pilar López-Alvarado Gutiérrez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2024
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 556
• Títulos paralelos:
  • Sensores fluorescentes de beta amiloide como teranósticos multidiana frente a la enfermedad de Alzheimer
• Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Guillén Viejo (presid.), José Clerigué Louzado (secret.), María Angeles Martínez Grau (voc.), Simone Lucarini (voc.), Margarita Parra Álvarez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Médica por la Universidad Complutense de Madrid; la Universidad de Alcalá y la Universidad San Pablo-CEU
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    Las enfermedades neurodegenerativas son un desafío sanitario, social y económico de gran relevancia. La enfermedad de Alzheimer (EA) es la principal causa de demencia. Hasta el momento, tanto el diagnóstico como el tratamiento de la EA son limitados. El diagnóstico de la EA es difícil, complejo y se suele producir en etapas avanzadas de la enfermedad cuando los síntomas ya están presentes y los resultados de la intervención terapéutica solo pueden tener un alcance limitado tras años e incluso décadas de neurodegeneración. El tratamiento de la EA se basa en el tratamiento sintomático con inhibidores de acetilcolinesterasa o un antagonista del receptor NMDA, que tan solo proporcionan un alivio temporal de los síntomas. Recientemente, los primeros anticuerpos monoclonales dirigidos contra beta amiloide fueron aprobados por la FDA como las primeras terapias modificadoras de la enfermedad; sin embargo, la seguridad y eficacia de estos fármacos está en entredicho y la evidencia clínica que respalda su aprobación ha suscitado dudas en la comunidad científica. Por tanto, son urgentes nuevas herramientas diagnósticas y terapéuticas para hacer frente a la EA. Nuevas aproximaciones al desarrollo de fármacos, como la estrategia teranóstica y la terapia fotodinámica, emergen como alternativas prometedoras.

    El objetivo de esta tesis doctoral es el diseño y síntesis de nuevos compuestos orgánicos con potencial diagnóstico y terapéutico frente a beta amiloide y otras dianas implicadas en la EA.

    Como resultados, se han obtenido varias familias de compuestos de interés. Una primera generación de derivados de dioxaborinino-estirilquinolina demuestra capacidad de detectar beta amiloide in vitro, ex vivo e in vivo en un modelo de ratón por imagen de fluorescencia con una técnica no invasiva, y tiene capacidad de inhibir la agregación de beta amiloide y tau in vitro. Una familia de compuestos derivados de curcumina y CRANAD-2 tiene propiedades de fluorescencia adecuadas para el diagnóstico en el infrarrojo cercano (NIR), detecta beta amiloide in vitro e in vivo, y permite marcar diferentes especies de beta amiloide en y alrededor de las placas de beta amiloide ex vivo en función del tiempo de vida de fluorescencia del fluoróforo (FLIM), y además bloquea la agregación de beta amiloide y tau in vitro. Un par de compuestos experimenta una transferencia de energía (FRET) en presencia de beta amiloide, lo que resulta en la posibilidad de detectar concentraciones muy bajas de esta proteína con plegamiento anómalo, incluso en una matriz biológicamente relevante (plasma humano), demostrando su prometedor potencial como herramienta diagnóstica en Alzheimer. Este mismo par FRET permite diferenciar especies de beta amiloide con distintos grados de agregación en el núcleo y los alrededores de las placas amiloides en tejido de cerebro de ratón modelo de EA a través de imagen FLIM, lo que permite conocer con mayor profundidad la dinámica de la agregación de beta amiloide. Una segunda generación de dioxaborinino-estirilquinolina es diseñada para mejorar las propiedades fotofísicas de la primera generación y permite detectar beta amiloide in vitro, tiene capacidad de inhibir la agregación de beta amiloide in vitro y, además, tras ser fotoirradiados generan oxígeno singlete y bloquean la agregación de beta amiloide con mejor resultado que en ausencia de luz. Una última familia de bispiridinas y bisquinolinas muestra propiedades variadas relacionadas con la detección de beta amiloide y la inhibición de su agregación in vitro, así como la generación de oxígeno singlete bajo fotoirradiación mostrando potencial como forosensibilizadores de aplicación en EA.

    En conclusión, se han diseñado, sintetizado y estudiado las propiedades fotofísicas y farmacológicas de varias familias de moléculas pequeñas fluorescentes con resultados prometedores que respaldan su potencial como agentes teranósticos multidiana frente a la EA.

  • English

    Neurodegenerative diseases represent a major issue in health, social and economic terms. Their prevalence has undergone a steep increase in the past decades due to the rise of life expectancy and the aging of the population, and is bound to maintain such a trend. Among neurodegenerative diseases, Alzheimer’s disease (AD) is the main cause of dementia. To date, both the diagnostic and therapeutic tools available are limited. The diagnosis of AD is difficult, complex and is performed too late, when the symptoms are already present and the outcomes from therapeutic intervention are restricted after years and even decades where neurodegeneration occurs. The treatment of AD is based on symptomatic therapies such as acetylcholinesterase inhibitors and a NMDA receptor antagonist, which only provide a temporary symptom relief. Recently, the first amyloid beta (Aβ)-targeted monoclonal antibodies were approved by the FDA and claimed to be the first disease-modifying therapies for AD; however, the safety and efficacy of these drugs is questioned and the clinical data supporting their approval has raised concerns in the scientific community. Thus, new diagnostic and therapeutic tools are urgently needed to tackle AD...