Parametrização de anéis aromáticos comumente usados no desenvolvimento de fármacos e química medicinal

Abstract

Métodos computacionais assumiram a partir de 1980, um papel de destaque no planejamento de novos fármacos, oferecendo abordagens racionais para reduzir o grau de incerteza na geração de novos compostos bioativos. Dentre estes métodos, destacam-se aqueles dependentes de campos de força, como o atracamento e a dinâmica molecular. Infelizmente, estes métodos exigem estratégias de parametrização capazes de lidar com a diversidade química associada ao planejamento de fármacos. Os esforços atuais neste sentido são focados em fase gasosa, como no caso do GAFF e MMFF94, Assim, o presente trabalho busca explorar a capacidade de um campo de força baseado em fase condensada, o GROMOS, na reprodução de propriedades fisico-químicas de anéis aromáticos comumente encontrados em fármacos. Assim, parâmetros ligados e de Lennard-Jones do GROMOS53a6 foram utilizados para a construção das topologias destas moléculas orgânicas, enquanto novos parâmetros coulômbicos e torsionais foram gerados. Em seguida, suas propriedades físico-químicas foram simuladas e comparadas aos respectivos valores experimentais, permitindo a determinação da qualidade de cada topologia. Até o momento, 41 moléculas foram parametrizadas com sucesso, levando a erros absolutos abaixo de 15% para densidade, entalpia de vaporização e capacidade térmica isobárica. A partir desta etapa de validação, os parâmetros obtidos foram aplicados no estudo de hexafirinas sintéticas em diferentes solventes e íons, acessando com sucesso a conformação e coordenação das moléculas envolvidas. Desta forma, os dados obtidos constituem-se em um benchmark para futuros estudos baseados no campo de força GROMOS, sugerindo seu potencial para estudos de moléculas orgânicas sintéticas em fase condensada. Abre-se, ainda, a perspectiva de emprego de técnicas de dinâmica molecular, com estes parâmetros, no estudo do perfil conformacional, dinâmica e flexibilidade de fármacos em solução.

Since 1980, computational methods took a major role in drug design, offering rational approaches to mitigate the uncertainty in the generation of new bioactive compounds. Among these methods, it is possible to highlight the force field dependents, like molecular docking and molecular dynamics. Unfortunately, these methods demand parametrization strategies capable to to deal with such chemical diversity associated with drug planning. The efforts currently available in this sense are focused on gas phase, like GAFF and MMF94, Therefore, the present work aims to explore the capacity of a force field based on condensed phase, GROMOS, on reproducing physical-chemical properties of aromatic rings commonly found on drugs. Thus, bonded and Lennard-Jones parameters of GROMOS53a6 was used to build topologies for these organic molecules, while new coulombic and torsional parameters were generated. Next, their physical-chemical properties were simulated and compared to respective experimental data, allowing a quality determination of each topology. So far, 41 molecules were successfully parameterized, leading to absolute errors below 15% for density, enthalpy of vaporization and isobaric heat capacity. From this validation step, the obtained parameters were applied on the synthetic hexaphyrin studies in different solvents and ions, successfully accessing the conformation and coordination of the participating molecules. Therefore, the obtained data constitute a benchmark for future studies based on GROMOS force field, suggesting its potential to carry out studies on synthetic organic molecules in condensed phase. Yet, it opens the perspective of applying molecular dynamics techniques with these parameters on the study of conformational profile, dynamics and flexibility of drugs in solution.