Las enfermedades transmitidas por mosquitos siguen siendo un grave problema de salud pública mundialLa creciente resistencia de los vectores de enfermedades, como Culex pipiens pallens, a los insecticidas tradicionales exacerba aún más este problema. En este estudio, se diseñó, sintetizó y evaluó una serie de nuevos híbridos de tiofeno-isoquinolinona como posibles larvicidas. Entre los compuestos sintetizados, los derivados 5f, 6 y 7 demostraron una actividad larvicida significativa contra larvas de Culex pipiens pallens con valores de LC₅₀ de 0,3, 0,1 y 1,85 μg/mL, respectivamente. En particular, los doce derivados de tiofeno-isoquinolinona demostraron una toxicidad significativamente mayor que el insecticida organofosforado de referencia clorpirifos (LC₅₀ = 293,8 μg/mL), lo que confirma la toxicidad superior de estos compuestos. Curiosamente, el intermedio sintético 1a (un semiéster de tiofeno) exhibió la potencia más alta (LC₅₀ = 0,004 μg/mL), y aunque aún no está completamente optimizado, su potencia aún supera la de todos los derivados finales. Los estudios biológicos mecanísticos revelaron síntomas robustos de neurotoxicidad, lo que sugiere una función colinérgica deteriorada. Las simulaciones de acoplamiento molecular y dinámica molecular confirmaron esta observación, revelando fuertes interacciones específicas con la acetilcolinesterasa (AChE) y el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR), lo que sugiere un posible mecanismo de doble acción. Los cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) confirmaron además las propiedades electrónicas favorables y la reactividad de los compuestos activos. La diversidad estructural y la alta potencia constante de esta serie de compuestos pueden reducir el riesgo de resistencia cruzada y facilitar las estrategias de gestión de la resistencia a través de la rotación o combinación de compuestos. En general, estos resultados indican que los híbridos de tiofeno-isoquinolinona son una opción prometedora para el desarrollo de larvicidas de próxima generación dirigidos a las vías neurofisiológicas de los insectos vectores.
Los mosquitos se encuentran entre los vectores más eficaces de enfermedades infecciosas, propagando una amplia gama de patógenos peligrosos y representando una amenaza significativa para la salud pública mundial. Especies como Culex pipiens, Aedes aegypti y Anopheles gambiae son particularmente conocidas por transmitir virus, bacterias y parásitos, causando millones de infecciones y numerosas muertes anualmente. Por ejemplo, Culex pipiens es un importante vector de arbovirus como el virus del Nilo Occidental y el virus de la encefalitis de San Luis, así como de enfermedades parasitarias como la malaria aviar. Investigaciones recientes también han demostrado que Culex pipiens desempeña un papel significativo en la transmisión de bacterias dañinas como Bacillus cereus y Staphylococcus warwickii, que contaminan los alimentos y agravan los problemas de salud pública. La alta adaptabilidad, capacidad de supervivencia y resistencia de los mosquitos a los métodos de control los hacen difíciles de controlar y representan una amenaza persistente.
Los insecticidas químicos son una herramienta clave para el control de mosquitos, especialmente durante los brotes de enfermedades transmitidas por mosquitos. Diversas clases de insecticidas, como piretroides, organofosforados y carbamatos, se utilizan ampliamente para reducir las poblaciones de mosquitos y la transmisión de enfermedades. Sin embargo, el uso generalizado y prolongado de estos productos químicos ha generado graves problemas ambientales y de salud pública, como la alteración de los ecosistemas, efectos nocivos en especies no objetivo y el rápido desarrollo de resistencia a los insecticidas en las poblaciones de mosquitos.11,12,13,14Esta resistencia reduce significativamente la eficacia de muchos insecticidas tradicionales, lo que pone de relieve la urgente necesidad de soluciones químicas innovadoras con nuevos mecanismos de acción para contrarrestar eficazmente estas amenazas cambiantes.11,12,13,14Para abordar estos graves desafíos, los investigadores están recurriendo a estrategias alternativas como el biocontrol, la ingeniería genética y el manejo integrado de vectores (MIV). Estos enfoques son prometedores para el control sostenible y a largo plazo de los mosquitos. Sin embargo, durante epidemias y emergencias, los métodos químicos siguen siendo cruciales para una respuesta rápida.
Los alcaloides isoquinolínicos son importantes compuestos heterocíclicos que contienen nitrógeno y están ampliamente distribuidos en el reino vegetal, incluyendo familias como Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae y Menispermaceae.30 Estudios previos han confirmado que los alcaloides isoquinolínicos poseen diversas actividades biológicas y características estructurales, incluidos efectos insecticidas, antidiabéticos, antitumorales, antifúngicos, antiinflamatorios, antibacterianos, antiparasitarios, antioxidantes, antivirales y neuroprotectores.
En este estudio, los valores de χ² de todos los compuestos se situaron por debajo del umbral crítico y los valores p fueron superiores a 0,05. Estos resultados confirman la fiabilidad de las estimaciones de CL₅₀ y demuestran que la regresión probabilística puede describir eficazmente la relación dosis-respuesta observada. Por lo tanto, los valores de CL₅₀ y los índices de toxicidad (IT) calculados con base en el compuesto más activo (1a) son altamente fiables y adecuados para comparar los efectos toxicológicos.
Para evaluar las interacciones de 12 derivados de tiofeno-isoquinolinona recién sintetizados y su precursor 1a con dos dianas neuronales clave en mosquitos —la acetilcolinesterasa (AChE) y el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR)—, realizamos un modelado de acoplamiento molecular. Estas dianas se seleccionaron con base en los síntomas neurotóxicos observados en ensayos de muerte larvaria, lo que indica una alteración de la señalización neuronal. Además, la similitud estructural de estos compuestos con los organofosforados y los neonicotinoides respalda aún más la elección preferida de estas dianas, ya que los organofosforados y los neonicotinoides ejercen sus efectos tóxicos inhibiendo la AChE y activando el nAChR, respectivamente.
Además, varios compuestos (incluidos 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f y 7) interactúan con SER280. Los residuos de SER280 participan en la conformación de las conformaciones de la estructura cristalina y se conservan en la conformación redopada de BT7. Esta diversidad de modos de interacción resalta la adaptabilidad de estos compuestos en el sitio activo, con SER280 y GLU359 sirviendo potencialmente como sitios de anclaje adaptativos en condiciones de acoplamiento. Las frecuentes interacciones observadas entre derivados sintéticos y residuos clave como GLU359 y SER280, que son componentes de la conocida tríada catalítica SER-HIS-GLU en la acetilcolinesterasa humana (AChE), respaldan aún más la hipótesis de que estos compuestos pueden ejercer potentes efectos inhibidores sobre la AChE al unirse a sitios catalíticamente importantes.29,61,64
Cabe destacar que el compuesto 6 y su precursor 1a demostraron la actividad más potente contra larvas en el bioensayo, presentando los valores de LC₅₀ más bajos entre los compuestos de la serie. A nivel molecular, el compuesto 6 exhibe una interacción crítica con clorpirifos en el sitio GLU359, mientras que el compuesto 1a se superpone con BT7 redopado mediante un enlace de hidrógeno a SER280. Tanto GLU359 como SER280 están presentes en la conformación de unión cristalográfica original de BT7 y son componentes del triplete catalítico conservado de la acetilcolinesterasa (SER–HIS–GLU), lo que destaca la importancia funcional de estas interacciones para mantener la actividad inhibidora de los compuestos (Fig. 10).
La similitud observada en los sitios de unión entre los derivados de BT7 (incluyendo BT7 nativo y reconstituido) y el clorpirifos, particularmente en residuos críticos para la actividad catalítica, sugiere firmemente un mecanismo común de inhibición entre estos compuestos. En general, estos resultados confirman el potencial significativo de los derivados de tiofeno-isoquinolinona como inhibidores altamente potentes de la acetilcolinesterasa gracias a sus interacciones conservadas y biológicamente relevantes.
Una fuerte correlación entre los resultados del acoplamiento molecular y los del bioensayo larvario confirma además que la acetilcolinesterasa (AChE) y el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR) son las principales dianas neurotóxicas de los derivados de tiofeno-isoquinolinona sintetizados. Si bien los resultados del acoplamiento proporcionan información importante sobre la afinidad receptor-ligando, cabe reconocer que la energía de enlace por sí sola no es suficiente para explicar plenamente la eficacia insecticida in vivo. Las diferencias en los valores de CL50 entre compuestos con características de acoplamiento similares pueden deberse a factores como la estabilidad metabólica, la absorción, la biodisponibilidad y la distribución en insectos.⁶⁰,⁶⁴Sin embargo, el diseño estructural racional, la alta afinidad del receptor simulada mediante simulación por computadora y la potente actividad biológica respaldan firmemente la opinión de que AChE y nAChR son los principales mediadores de la neurotoxicidad observada.
En conclusión, los híbridos de tiofeno-isoquinolinona sintetizados poseen elementos estructurales y funcionales clave, en gran medida compatibles con los insecticidas neuroactivos conocidos. Su capacidad para unirse eficazmente a la acetilcolinesterasa (AChE) y a los receptores nicotínicos de acetilcolina (nAChR) mediante mecanismos de interacción complementarios resalta su potencial como insecticidas de doble diana. Este doble mecanismo no solo mejora la eficacia insecticida, sino que también proporciona una estrategia prometedora para superar los mecanismos de resistencia existentes, lo que convierte a estos compuestos en candidatos prometedores para el desarrollo de agentes de control de mosquitos de nueva generación.
Las simulaciones de dinámica molecular (MD) se utilizan para validar y ampliar los resultados del acoplamiento molecular, lo que proporciona una evaluación más realista y dependiente del tiempo de las interacciones ligando-diana en condiciones fisiológicamente realistas. Si bien el acoplamiento molecular puede proporcionar información preliminar valiosa sobre las posibles posiciones de unión y afinidades, es un modelo estático y no puede considerar la flexibilidad del receptor, la dinámica del disolvente ni las fluctuaciones temporales en las interacciones moleculares. Por lo tanto, las simulaciones de MD constituyen un método complementario importante para evaluar la estabilidad de complejos, la robustez de las interacciones y los cambios conformacionales en ligandos y proteínas a lo largo del tiempo.60,62,71
Debido a sus superiores propiedades de unión a la acetilcolinesterasa (AChE) en comparación con el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR), seleccionamos la molécula progenitora 1a (con el valor de CL₅₀ más bajo) y el compuesto tiofeno-isoquinoleína 6, el más activo, para simulaciones de dinámica molecular (MD). El objetivo fue evaluar si su conformación de unión en el sitio activo de la AChE se mantuvo estable durante 100 ns de simulación y comparar su comportamiento de unión con el del clorpirifos y el inhibidor de la AChE cocristalizado por rebote BT7.
Las simulaciones de dinámica molecular incluyeron la desviación cuadrática media (RMSD) para evaluar la estabilidad general del complejo; la desviación cuadrática media de las fluctuaciones (RMSF) para estudiar la flexibilidad de los residuos; y el análisis de la interacción ligando-aceptor para determinar la estabilidad de los enlaces de hidrógeno, los contactos hidrofóbicos y las interacciones iónicas (Datos suplementarios). Si bien los valores de RMSD y RMSF de todos los ligandos se mantuvieron dentro de un rango estable, lo que indica que no se observaron cambios conformacionales significativos en el complejo AChE-ligando (Figura 12), estos parámetros por sí solos no son suficientes para explicar completamente las diferencias en la masa de unión entre los compuestos.
Hora de publicación: 15 de diciembre de 2025