As enfermidades transmitidas por mosquitos seguen sendo un grave problema de saúde pública mundialA crecente resistencia dos vectores de enfermidades, como Culex pipiens pallens, aos insecticidas tradicionais agrava aínda máis este problema. Neste estudo, deseñouse, sintetizouse e avaliouse unha serie de novos híbridos de tiofeno-isoquinolinona como posibles larvicidas. Entre os compostos sintetizados, os derivados 5f, 6 e 7 demostraron unha actividade larvicida significativa contra as larvas de Culex pipiens pallens con valores de LC₅₀ de 0,3, 0,1 e 1,85 μg/mL, respectivamente. Cabe destacar que os doce derivados de tiofeno-isoquinolinona demostraron unha toxicidade significativamente maior que o insecticida organofosforado de referencia clorpirifos (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), o que confirma a toxicidade superior destes compostos. Curiosamente, o intermedio sintético 1a (un semiéster de tiofeno) mostrou a maior potencia (LC₅₀ = 0,004 μg/mL) e, aínda que non está totalmente optimizado, a súa potencia superou a de todos os derivados finais. Os estudos biolóxicos mecanicistas revelaron fortes síntomas de neurotoxicidade, o que suxire unha función colinérxica alterada. As simulacións de acoplamento molecular e dinámica molecular confirmaron esta observación, revelando fortes interaccións específicas coa acetilcolinesterase (AChE) e o receptor nicotínico da acetilcolina (nAChR), o que suxire un posible mecanismo de dobre acción. Os cálculos da teoría funcional da densidade (DFT) confirmaron aínda máis as propiedades electrónicas favorables e a reactividade dos compostos activos. A diversidade estrutural e a potencia constantemente alta desta serie de compostos poden reducir o risco de resistencia cruzada e facilitar as estratexias de xestión da resistencia mediante a rotación ou combinación de compostos. En xeral, estes resultados indican que os híbridos de tiofeno-isoquinolinona son unha opción prometedora para o desenvolvemento de larvicidas de próxima xeración dirixidos ás vías neurofisiolóxicas dos insectos vectores.
Os mosquitos están entre os vectores máis eficaces de enfermidades infecciosas, xa que propagan unha ampla gama de patóxenos perigosos e supoñen unha ameaza significativa para a saúde pública mundial. Especies como Culex pipiens, Aedes aegypti e Anopheles gambiae son especialmente coñecidas por transmitir virus, bacterias e parasitos, causando millóns de infeccións e numerosas mortes ao ano. Por exemplo, Culex pipiens é un vector importante de arbovirus como o virus do Nilo Occidental e o virus da encefalite de San Luís, así como de enfermidades parasitarias como a malaria aviaria. Investigacións recentes tamén demostraron que Culex pipiens xoga un papel significativo no vector e na transmisión de bacterias nocivas como Bacillus cereus e Staphylococcus warwickii, que contaminan os alimentos e agravan os problemas de saúde pública. A alta adaptabilidade, supervivencia e resistencia dos mosquitos aos métodos de control fan que sexan difíciles de controlar e supoñen unha ameaza persistente.
Os insecticidas químicos son unha ferramenta fundamental no control dos mosquitos, especialmente durante os brotes de enfermidades transmitidas por mosquitos. Varias clases de insecticidas, incluídos os piretroides, os organofosforados e os carbamatos, úsanse amplamente para reducir as poboacións de mosquitos e a transmisión de enfermidades. Non obstante, o uso xeneralizado e a longo prazo destes produtos químicos provocou graves problemas ambientais e de saúde pública, como a alteración dos ecosistemas, os efectos nocivos sobre as especies ás que non se dirixe o insecticida e o rápido desenvolvemento da resistencia aos insecticidas nas poboacións de mosquitos.11, 12, 13, 14Esta resistencia reduce significativamente a eficacia de moitos insecticidas tradicionais, o que pon de manifesto a necesidade urxente de solucións químicas innovadoras con novos mecanismos de acción para contrarrestar eficazmente estas ameazas en evolución.11, 12, 13, 14Para abordar estes graves desafíos, os investigadores están a recorrer a estratexias alternativas como o biocontrol, a enxeñaría xenética e a xestión integrada de vectores (IVM). Estas abordaxes demostran ser prometedoras para o control sostible dos mosquitos a longo prazo. Non obstante, durante as epidemias e as emerxencias, os métodos químicos seguen sendo cruciais para unha resposta rápida.
Os alcaloides isoquinolínicos son importantes compostos heterocíclicos que conteñen nitróxeno e están amplamente distribuídos no reino vexetal, incluíndo familias como Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae e Menispermaceae.30 Estudos previos confirmaron que os alcaloides isoquinolínicos posúen diversas actividades biolóxicas e características estruturais, incluíndo efectos insecticidas, antidiabéticos, antitumorais, antifúngicos, antiinflamatorios, antibacterianos, antiparasitarios, antioxidantes, antivirais e neuroprotectores.
Neste estudo, os valores de χ² para todos os compostos estiveron por debaixo do limiar crítico e os valores de p estiveron por riba de 0,05. Estes resultados confirman a fiabilidade das estimacións de LC₅₀ e demostran que a regresión probabilística pode describir eficazmente a relación dose-resposta observada. Polo tanto, os valores de LC₅₀ e os índices de toxicidade (IT) calculados en función do composto máis activo (1a) son moi fiables e axeitados para comparar os efectos toxicolóxicos.
Para avaliar as interaccións de 12 derivados de tiofeno-isoquinolinona recentemente sintetizados e o seu precursor 1a con dúas dianas neuronais clave dos mosquitos (a acetilcolinesterase (AChE) e o receptor nicotínico da acetilcolina (nAChR), realizamos un modelado de acoplamento molecular. Estas dianas seleccionáronse en función dos síntomas neurotóxicos observados nos ensaios de morte larvaria, o que indica unha sinalización neuronal deficiente. Ademais, a semellanza estrutural destes compostos cos organofosfatos e os neonicotinoides apoia aínda máis a elección preferida destas dianas, xa que os organofosfatos e os neonicotinoides exercen os seus efectos tóxicos inhibindo a AChE e activando o nAChR, respectivamente.
Ademais, varios compostos (incluíndo 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f e 7) interactúan con SER280. Os residuos de SER280 están implicados na configuración das conformacións da estrutura cristalina e consérvanse na conformación redopada de BT7. Esta diversidade de modos de interacción destaca a adaptabilidade destes compostos no sitio activo, con SER280 e GLU359 servindo potencialmente como sitios de áncora adaptativos en condicións de acoplamento. As frecuentes interaccións observadas entre derivados sintéticos e residuos clave como GLU359 e SER280, que son compoñentes da coñecida tríade catalítica SER-HIS-GLU na acetilcolinesterase humana (AChE), apoian aínda máis a hipótese de que estes compostos poden exercer potentes efectos inhibitorios sobre a AChE ao unirse a sitios catalíticamente importantes.29,61,64
Cabe destacar que o composto 6 e o seu precursor 1a demostraron a actividade máis potente contra as larvas no bioensaio, mostrando os valores de LC₅₀ máis baixos entre os compostos da serie. A nivel molecular, o composto 6 exhibe unha interacción crítica co clorpirifos no sitio GLU359, mentres que o composto 1a se solapa co BT7 redopado a través dunha ponte de hidróxeno con SER280. Tanto GLU359 como SER280 están presentes na conformación de unión cristalográfica orixinal de BT7 e son compoñentes do triplete catalítico conservado da acetilcolinesterase (SER-HIS-GLU), o que destaca a importancia funcional destas interaccións para manter a actividade inhibitoria dos compostos (Fig. 10).
A semellanza observada nos sitios de unión entre os derivados de BT7 (incluído o BT7 nativo e o reconstituído) e o clorpirifos, particularmente en residuos críticos para a actividade catalítica, suxire fortemente un mecanismo común de inhibición entre estes compostos. En xeral, estes resultados confirman o potencial significativo dos derivados de tiofeno-isoquinolinona como inhibidores da acetilcolinesterase altamente potentes debido ás súas interaccións conservadas e bioloxicamente relevantes.
Unha forte correlación entre os resultados do acoplamento molecular e os resultados do bioensaio larvario confirma aínda máis que a acetilcolinesterase (AChE) e o receptor nicotínico da acetilcolina (nAChR) son os principais obxectivos neurotóxicos dos derivados de tiofeno-isoquinolinona sintetizados. Aínda que os resultados do acoplamento proporcionan información importante sobre a afinidade receptor-ligando, débese recoñecer que a enerxía de unión por si soa non é suficiente para explicar completamente a eficacia insecticida in vivo. As diferenzas nos valores de LC₅₀ entre compostos con características de acoplamento similares poden deberse a factores como a estabilidade metabólica, a absorción, a biodispoñibilidade e a distribución en insectos.⁶⁰,⁶⁴Non obstante, o deseño estrutural racional, a alta afinidade polo receptor simulada por simulación por ordenador e a potente actividade biolóxica apoian firmemente a idea de que a AChE e os nAChR son os principais mediadores da neurotoxicidade observada.
En conclusión, os híbridos de tiofeno-isoquinolinona sintetizados posúen elementos estruturais e funcionais clave, en gran medida compatibles cos insecticidas neuroactivos coñecidos. A súa capacidade para unirse eficientemente aos receptores de acetilcolinesterase (AChE) e nicotínicos da acetilcolina (nAChR) a través de mecanismos de interacción complementarios destaca o seu potencial como insecticidas de dobre obxectivo. Este dobre mecanismo non só mellora a eficacia insecticida, senón que tamén proporciona unha estratexia prometedora para superar os mecanismos de resistencia existentes, o que converte estes compostos en candidatos prometedores para o desenvolvemento de axentes de control de mosquitos de próxima xeración.
As simulacións de dinámica molecular (MD) utilízanse para validar e ampliar os resultados do acoplamento molecular, proporcionando unha avaliación máis realista e dependente do tempo das interaccións ligando-diana en condicións fisioloxicamente realistas. Aínda que o acoplamento molecular pode proporcionar información preliminar valiosa sobre as posibles posicións de unión e afinidades, é un modelo estático e non pode ter en conta a flexibilidade do receptor, a dinámica do solvente ou as flutuacións temporais nas interaccións moleculares. Polo tanto, as simulacións de MD son un método complementario importante para avaliar a estabilidade complexa, a robustez da interacción e os cambios conformacionais en ligandos e proteínas ao longo do tempo.60, 62, 71
Baseándonos nas súas propiedades de unión superiores á acetilcolinesterase (AChE) en comparación co receptor nicotínico da acetilcolina (nAChR), seleccionamos a molécula parental 1a (co valor LC₅₀ máis baixo) e o composto de tiofeno-isoquinolina 6 máis activo para simulacións de dinámica molecular (MD). O obxectivo era avaliar se a súa conformación de unión no sitio activo da AChE permanecía estable durante 100 ns de simulación e comparar o seu comportamento de unión co do clorpirifos e o inhibidor de AChE cocristalizado de rebote BT7.
As simulacións de dinámica molecular incluíron a desviación cuadrática media (RMSD) para avaliar a estabilidade xeral do complexo; a desviación cuadrática media das flutuacións (RMSF) para estudar a flexibilidade dos residuos; e a análise da interacción ligando-aceptor para determinar a estabilidade das pontes de hidróxeno, os contactos hidrofóbicos e as interaccións iónicas (Datos suplementarios). Aínda que os valores de RMSD e RMSF para todos os ligandos permaneceron dentro dun rango estable, o que indica que non houbo cambios conformacionais significativos no complexo AChE-ligando (Figura 12), estes parámetros por si sós son insuficientes para explicar completamente as diferenzas na masa de unión entre os compostos.
Data de publicación: 15 de decembro de 2025