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Mason M, Bisbal Lopez L, Bashiri F, Herrero A, Baron A, Bucci R, Pignataro L, Gennari C, Dal Corso A. Amine-Carbamate Self-Immolative Spacers Counterintuitively Release 3° Alcohol at Much Faster Rates than 1° Alcohol Payloads. Chembiochem 2024; 25:e202400174. [PMID: 38415320 DOI: 10.1002/cbic.202400174] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/27/2024] [Revised: 02/27/2024] [Accepted: 02/28/2024] [Indexed: 02/29/2024]
Abstract
Self-immolative (SI) spacers are degradable chemical connectors widely used in prodrugs and drug conjugates to release pharmaceutical ingredients in response to specific stimuli. Amine-carbamate SI spacers are particularly versatile, as they have been used to release different hydroxy cargos, ranging from 2° and 3° alcohols to phenols and oximes. In this work, we describe the ability of three amine-carbamate SI spacers to release three structurally similar imidazoquinoline payloads, bearing either a 1°, a 2° or a 3° alcohol as the leaving group. While the spacers showed comparable efficacy at releasing the 2° and 3° alcohols, the liberation of the 1° alcohol was much slower, unveiling a counterintuitive trend in nucleophilic acyl substitutions. The release of the 1° alcohol payload was only possible using a SI spacer bearing a pyrrolidine ring and a tertiary amine handle, which opens the way to future applications in drug delivery systems.
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Affiliation(s)
- Mattia Mason
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Lydia Bisbal Lopez
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Fazel Bashiri
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Aurélie Herrero
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Aurélien Baron
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Raffaella Bucci
- Dipartimento di Scienze Farmaceutiche, Università degli Studi di Milano, via G. Venezian 21, 20133, Milan, Italy
| | - Luca Pignataro
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Cesare Gennari
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
| | - Alberto Dal Corso
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi, 19, I, -20133, Milan, Italy
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Dal Corso A, Frigoli M, Prevosti M, Mason M, Bucci R, Belvisi L, Pignataro L, Gennari C. Advanced Pyrrolidine-Carbamate Self-Immolative Spacer with Tertiary Amine Handle Induces Superfast Cyclative Drug Release. ChemMedChem 2022; 17:e202200279. [PMID: 35620983 PMCID: PMC9544318 DOI: 10.1002/cmdc.202200279] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/20/2022] [Indexed: 11/07/2022]
Abstract
Amine-carbamate self-immolative (SI) spacers represent practical and versatile tools in targeted prodrugs, but their slow degradation mechanism limits drug activation at the site of disease. We engineered a pyrrolidine-carbamate SI spacer with a tertiary amine handle which strongly accelerates the spacer cyclization to give a bicyclic urea and the free hydroxy groups of either cytotoxic (Camptothecin) or immunostimulatory (Resiquimod) drugs. In silico conformational analysis and pKa calculations suggest a plausible mechanism for the superior efficacy of the advanced SI spacer compared to state-of-art analogues.
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Affiliation(s)
- Alberto Dal Corso
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
| | - Margaux Frigoli
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
| | - Martina Prevosti
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
| | - Mattia Mason
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
| | - Raffaella Bucci
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Scienze Farmaceutichevia G. Venezian 2120133MilanItaly
| | - Laura Belvisi
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
| | - Luca Pignataro
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
| | - Cesare Gennari
- Università degli Studi di MilanoDipartimento di Chimicavia C. Golgi, 1920133MilanItaly
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