PHARMACOLOGICAL CHARACTERIZATION OF NEW MODULATORS OF THE ENDOCANNABINOID SYSTEM: FROM SINGLE TARGET TO MULTI-TARGET COMPOUNDS

Il sistema endocannabinoide (SEC), una rete neuronale diffusa, contribuisce attivamente allo sviluppo del sistema nervoso centrale (SNC), regolando diversi processi cognitivi e fisiologici. È composto da endocannabinoidi (eCB), recettori cannabinoidi (CB1R, CB2R) e proteine correlate. La manipolazione del SEC mostra promesse nel trattamento di malattie neurodegenerative, disturbi dell'umore, dolore, infiammazione, cancro e disturbi metabolici. La ricerca intende caratterizzare dal punto di vista farmacologico nuovi composti modulatori del SEC e valutare il possibile potenziale terapeutico. Il Capitolo 1 riguarda l'indagine di ligandi selettivi per CB2R, in grado di attivare il SEC senza gli effetti collaterali associati a CB1R. I composti in esame sono stati sottoposti a esperimenti di binding recettoriale, rivelando elevata selettività per CB2R. Alcuni composti si comportano come agonisti parziali per il recettore CB2R, mentre altri sono stati identificati come agonisti inversi per tale recettore. Questi composti potrebbero avere un potenziale terapeutico nei disturbi neurodegenerativi del SNC e nelle patologie croniche infiammatorie. Le connessioni tra neuroinfiammazione e neurodegenerazione sono comuni in numerose patologie che coinvolgono il SNC. Infatti, è noto che il SEC svolge un ruolo cruciale nel controllo della neuroinfiammazione, e di conseguenza l'uso degli inibitori di FAAH potrebbe rappresentare una innovativa strategia terapeutica. Il Capitolo 2 riguarda nuovi composti inibitori degli enzimi di catabolismo degli eCB, coinvolti nell’amplificazione del signalling cellulare riducendo gli effetti collaterali degli agonisti sintetici. Lo studio rivela inibitori selettivi di FAAH altamente potenti, con proprietà anti-neuroinfiammatorie in astrociti e tessuti ippocampali. Numerosi studi presenti in letteratura mostrano che il sistema melatoninergico è collegato a malattie neurodegenerative con effetti protettivi e di neurogenesi. Il Capitolo 3 ha valutato gli effetti multi-target di nuovi composti sul sistema melatoninergico e SEC, testati per la loro affinità con i recettori della melatonina e per la potenza inibitoria di FAAH. I composti sono stati valutati per le loro capacità antinfiammatorie. I composti hanno mostrato un'affinità significativa per MT1R e MT2R, e FM15 è un potente composto con duplice azione, funzionando come agonista melatoninergico e inibitore di FAAH, capace di ridurre la produzione di TNFα. Inoltre, lo studio condotto si propone di valutare nuovi composti neuroprotettivi combinando gli effetti degli inibitori di FAAH con quelli degli inibitori di HDAC nei disturbi del SNC legati allo stress ossidativo. Il Capitolo 4 valuta nuovi potenziali inibitori per gli enzimi FAAH e HDAC6 al fine di testare la riduzione dei danni indotti dallo stress ossidativo. Tra i composti analizzati è emerso che FH09 e FH11 sono i composti più efficaci, mostrando significativi effetti neuroprotettivi in modelli cellulari. In particolare, FH11 ha un'attività inibitoria potente su FAAH e HDAC6 senza effetti citotossici negli astrociti. In sintesi, la diffusa presenza dei recettori cannabinoidi suggerisce che il SEC è coinvolto in vari processi fisiologici e nell'omeostasi. La ricerca si propone di identificare nuovi ligandi farmacologici per modulare il SEC, con potenziale terapeutico per disturbi neurodegenerativi e infiammatori del SNC. Gli inibitori selettivi di FAAH sono considerati promettenti per trattare disturbi infiammatori del SNC, aumentando gli endocannabinoidi e riducendo gli effetti collaterali degli agonisti dei CBR. Inoltre, l'approccio multi-target con composti mirati a diverse condizioni, come lo stress ossidativo e l'infiammazione, potrebbe rappresentare un'innovazione nelle strategie farmacologiche. In definitiva, lo sviluppo di nuovi ligandi multi-target per il SEC potrebbe rivoluzionare le terapie per patologie neurodegenerative e infiammatorie croniche del SNC.

The endocannabinoid system (ECS), a widespread neuronal network, actively contributes to the development of the central nervous system (CNS), regulating various cognitive and physiological processes. It consists of endocannabinoids (eCB), cannabinoid receptors (CB1R, CB2R), and related proteins. Manipulating the ECS shows promise in treating neurodegenerative diseases, mood disorders, pain, inflammation, cancer, and metabolic disorders. The research aims to pharmacologically characterize new ECS modulatory compounds and assess their potential therapeutic effects. Chapter 1 focuses on investigating selective ligands for CB2R capable of activating the ECS without the side effects associated with CB1R. Various compounds underwent receptor binding experiments, revealing agonists with high selectivity for CB2R. Some compounds exhibited excellent affinity and selectivity for CB2R. Other compounds acted as partial agonists for CB2R, while others were identified as inverse agonists. The study unveils compounds with therapeutic potential in CNS neurodegenerative disorders and chronic inflammatory pathologies. Currently, it is crucial to evaluate the possible connections between neuroinflammation and neurodegeneration common in numerous CNS-related diseases. The ECS plays a crucial role in controlling neuroinflammation, and the use of FAAH inhibitors could represent an innovative therapeutic strategy. Chapter 2 deals with new inhibitors of eCB catabolism enzymes involved in amplifying cellular signaling, reducing side effects of synthetic agonists. The study reveals highly potent FAAH selective inhibitors with anti-neuroinflammatory properties in astrocytes and hippocampal tissues. Numerous literature studies show that the melatoninergic system is linked to neurodegenerative diseases with protective and neurogenic effects. Chapter 3 evaluates the multitarget effects of new compounds on the melatoninergic system and ECS, tested for their affinity with melatonin receptors and FAAH inhibitory potency. Synthetic compounds were assessed for their anti-inflammatory capabilities using assays measuring inflammatory and anti-inflammatory factors. Compounds FM07-FM15 showed a significant affinity for MT1R and MT2R, and FM15 is a potent dual-action compound, functioning as a melatoninergic agonist and FAAH inhibitor, capable of reducing TNFα production. Furthermore, the study aims to evaluate new neuroprotective compounds by combining the effects of FAAH inhibitors with HDAC inhibitors in CNS disorders related to oxidative stress. Chapter 4 assesses new potential inhibitors for FAAH and HDAC6 enzymes to test antioxidant properties and evaluate the reduction of oxidative stress-induced damage. Among the analyzed compounds, FH09 and FH11 emerged as the most effective, showing significant neuroprotective effects in cellular models. Particularly, FH11 has potent inhibitory activity on FAAH and HDAC6 without cytotoxic effects. Additional cell viability assays reveal the effectiveness of these compounds in mitigating glutamate-induced toxicity. In conclusion, the widespread presence of cannabinoid receptors indicates the involvement of the ECS in various physiological processes and in maintaining homeostasis. One of the research goals was to pharmacologically characterize new ligands for ECS modulation with therapeutic potential in CNS neurodegenerative disorders and chronic inflammatory pathologies. Selective FAAH inhibitors can treat inflammatory CNS disorders by increasing eCB levels, reducing side effects of CBR agonists. Moreover, multi-target compounds offer an innovative approach for multifactorial conditions, especially those related to oxidative stress and inflammatory states. Consequently, developing new multi-target ligands for the ECS could revolutionize pharmacological strategies for neurodegenerative and chronic inflammatory CNS pathologies.