Las enfermedades transmitidas por mosquitos siguen siendo un grave problema de salud pública mundial.La creciente resistencia de los vectores de enfermedades, como Culex pipiens pallens, a los insecticidas tradicionales agrava 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 las larvas de Culex pipiens pallens con valores de LC₅₀ de 0,3, 0,1 y 1,85 μg/mL, respectivamente. Cabe destacar que 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) mostró la mayor potencia (LC₅₀ = 0,004 μg/mL) y, aunque aún no está completamente optimizado, su potencia superó la de todos los derivados finales. Los estudios biológicos mecanísticos revelaron síntomas de neurotoxicidad robustos, lo que sugiere una función colinérgica alterada. 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 del funcional de la densidad (DFT) confirmaron además las propiedades electrónicas favorables y la reactividad de los compuestos activos. La diversidad estructural y la potencia consistentemente alta de esta serie de compuestos pueden reducir el riesgo de resistencia cruzada y facilitar las estrategias de manejo de la resistencia mediante 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 vector importante 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 exacerban los problemas de salud pública. La alta adaptabilidad, supervivencia y resistencia de los mosquitos a los métodos de control dificultan su erradicación y representan una amenaza constante.
Los insecticidas químicos son una herramienta clave para el control de mosquitos, especialmente durante 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 subraya la necesidad urgente de soluciones químicas innovadoras con nuevos mecanismos de acción para contrarrestar eficazmente estas amenazas en constante evolución.11,12,13,14Para afrontar estos serios desafíos, los investigadores recurren a estrategias alternativas como el control biológico, la ingeniería genética y el manejo integrado de vectores (MIV). Estos enfoques se muestran 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 de isoquinolina son importantes compuestos heterocíclicos que contienen nitrógeno y que se distribuyen ampliamente en el reino vegetal, incluyendo familias como Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae y Menispermaceae.30 Estudios previos han confirmado que los alcaloides de isoquinolina poseen diversas actividades biológicas y características estructurales, incluyendo efectos insecticidas, antidiabéticos, antitumorales, antifúngicos, antiinflamatorios, antibacterianos, antiparasitarios, antioxidantes, antivirales y neuroprotectores.
En este estudio, los valores de χ² para todos los compuestos estuvieron por debajo del umbral crítico, y los valores de p fueron superiores a 0,05. Estos resultados confirman la fiabilidad de las estimaciones de LC₅₀ y demuestran que la regresión probabilística puede describir eficazmente la relación dosis-respuesta observada. Por lo tanto, los valores de LC₅₀ y los índices de toxicidad (IT) calculados a partir del compuesto más activo (1a) son altamente fiables y adecuados para comparar los efectos toxicológicos.
Para evaluar las interacciones de 12 derivados de tiofeno-isoquinolinona de reciente síntesis y su precursor 1a con dos dianas neuronales clave del mosquito —la acetilcolinesterasa (AChE) y el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR)—, realizamos un modelado de acoplamiento molecular. Estas dianas se seleccionaron en función de los síntomas neurotóxicos observados en ensayos de muerte larvaria, que indican una alteración de la señalización neuronal. Además, la similitud estructural de estos compuestos con los organofosforados y los neonicotinoides respalda aún más la elección de estas dianas, ya que los organofosforados y los neonicotinoides ejercen sus efectos tóxicos al inhibir la AChE y activar 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 formación de 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, donde SER280 y GLU359 podrían funcionar 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 las larvas en el bioensayo, mostrando los valores de LC₅₀ más bajos entre los compuestos de la serie. A nivel molecular, el compuesto 6 presenta una interacción crítica con el clorpirifos en el sitio GLU359, mientras que el compuesto 1a se superpone con el BT7 redopado mediante un enlace de hidrógeno con SER280. Tanto GLU359 como SER280 están presentes en la conformación de unión cristalográfica original del BT7 y son componentes del triplete catalítico conservado de la acetilcolinesterasa (SER–HIS–GLU), lo que resalta la importancia funcional de estas interacciones para mantener la actividad inhibitoria 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 fuertemente un mecanismo de inhibición común entre estos compuestos. En general, estos resultados confirman el importante potencial de los derivados de tiofeno-isoquinolinona como inhibidores altamente potentes de la acetilcolinesterasa debido a sus interacciones conservadas y biológicamente relevantes.
Una fuerte correlación entre los resultados del acoplamiento molecular y los resultados del bioensayo larvario confirma que la acetilcolinesterasa (AChE) y el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR) son los principales objetivos neurotóxicos de los derivados de tiofeno-isoquinolinona sintetizados. Si bien los resultados del acoplamiento proporcionan información importante sobre la afinidad receptor-ligando, cabe destacar que la energía de unión por sí sola es insuficiente para explicar completamente la eficacia insecticida in vivo. Las diferencias en los valores de LC₅₀ entre compuestos con características de acoplamiento similares pueden deberse a factores como la estabilidad metabólica, la absorción, la biodisponibilidad y la distribución en los insectos.⁶⁰,⁶⁴Sin embargo, el diseño estructural racional, la alta afinidad por el receptor simulada mediante simulación por ordenador y la potente actividad biológica respaldan firmemente la opinión de que la AChE y los 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 acción. Este mecanismo dual no solo mejora la eficacia insecticida, sino que también ofrece 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 próxima generación.
Las simulaciones de dinámica molecular (DM) se utilizan para validar y ampliar los resultados del acoplamiento molecular, proporcionando una evaluación más realista y dependiente del tiempo de las interacciones ligando-diana en condiciones fisiológicamente realistas. Si bien el acoplamiento molecular puede brindar información preliminar valiosa sobre posibles posiciones y afinidades de unión, es un modelo estático y no puede tener en cuenta la flexibilidad del receptor, la dinámica del disolvente ni las fluctuaciones temporales en las interacciones moleculares. Por lo tanto, las simulaciones de DM constituyen un método complementario importante para evaluar la estabilidad del complejo, la robustez de la interacción y los cambios conformacionales en ligandos y proteínas a lo largo del tiempo.60,62,71
Basándonos en sus propiedades de unión superiores a la acetilcolinesterasa (AChE) en comparación con el receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR), seleccionamos la molécula original 1a (con el valor de LC₅₀ más bajo) y el compuesto tiofeno-isoquinolina 6, el más activo, para simulaciones de dinámica molecular (DM). El objetivo era evaluar si su conformación de unión en el sitio activo de la AChE se mantenía estable durante 100 ns de simulación y comparar su comportamiento de unión con el del clorpirifos y el inhibidor de la AChE BT7, cocristalizado y con efecto rebote.
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 complementarios). Aunque los valores de RMSD y RMSF para todos los ligandos se mantuvieron dentro de un rango estable, lo que indica que no hubo cambios conformacionales significativos en el complejo AChE-ligando (Figura 12), estos parámetros por sí solos son insuficientes para explicar completamente las diferencias en la masa de unión entre los compuestos.
Fecha de publicación: 15 de diciembre de 2025
