A comparative study of the effect of phenothiazine derivatives and their S-oxides on cholinesterase investigated by a new kinetic spectrophotometric method

Abstract

Aim. To develop a new kinetic spectrophotometric method for determining acetylcholinesterase (AChE) inhibitors – phenothiazine antipsychotic drugs (PhT) and their sulfoxide metabolites (S-oxides) without adding an exogenous catalyst to obtain a chromogenic agent. Materials and methods. The bases of S-oxides of promethazine (PMZ), chlorpromazine (CPM) and thioridazine (THZ) were obtained by oxidizing the corresponding PhT hydrochlorides with diperoxyadipic acid. The structure of the S-oxides of the corresponding PhT synthesized was proven by melting points, spectral characteristics (1H NMR and IR methods) and oscillopolarography results. 1H NMR spectra were recorded on a Varian XL-200 spectrometer. IR spectra were recorded within the range of 4000-400 cm–1 on a SPECORD M-80 spectrometer (Zeiss, Jena, Germany). To register polarograms, a “PO 03 CLA” oscillopolarograph with a three-electrode cell was used. The purity of S-oxides was determined by the high-performance liquid chromatography method on a Zorbax SB, C-18 (250 × 4.6) mm column. Measurements of absorbance of solutions were performed in a 1 cm cuvette on an Evolution 60S UV-Visible Thermo-Scientific Spectrophotometer (USA) (λ = 358 nm). Results and discussion. Acetylcholine (ACh) was found to mimic the activity of peroxidase; based on it, a spectrophotometric system containing ACh–H2O2–p-phenetidine for a sensitive and selective assessment of the AChE activity and determination of its inhibitors was developed. According to the plots of inhibition efficiency vs inhibitors concentration, the inhibiting ability of chlorpromazine, promethazine and thioridazine and their S-oxides was determined. The IC50 values of CPM, PMZ and THZ and their metabolites in relation to the AChE activity were estimated as 11 ng mL−1 (CPM) and 1.8 ng mL−1 (CPM S-oxide), 17 ng mL−1 (PMZ) and 2.5 ng mL−1 (PMZ S-oxide) and 27 ng mL−1 (THZ 2S,5S-dioxide). The results obtained indicate that S-oxides of the corresponding PhT are selective and potent inhibitors of AChE. The values of the inhibition efficiency obtained for S-oxides of PhT derivatives were an order of magnitude lower than those of the corresponding PhT derivatives. Conclusions. The spectrophotometric method proposed without the addition of other exogenous catalysts holds promise for the on-site determination of PhT antipsychotics and can be additionally used for sensory applications in areas related to environmental protection and food safety, as well as in the chemical-toxicological analysis.

Мета. Розробити новий кінетико-спектрофотометричний метод визначення інгібіторів ацетилхолінестерази (АChЕ), фенотіазинових антипсихотичних засобів (PhТ) та їх сульфоксидних метаболітів (S-оксидів) без додавання екзогенного каталізатора для отримання хромогенного агента. Матеріали та методи. Основи S-оксидів прометазину, хлорпромазину та тіоридазину синтезували шляхом окиснення відповідних гідрохлоридів PhТ дипероксиадипіновою кислотою. Будову синтезованих S-оксидів відповідних PhТ доводили за температурами плавлення, спектральними характеристиками (1H ЯМР- та ІЧ-методи) та результатами осцилополярографії. Спектри 1Н ЯМР записували на спектрометрі Varian XL-200. ІЧ-спектри реєстрували в діапазоні 4000-400 см−1 на спектрометрі SPECORD M-80 (Zeiss, Jena, Німеччина). Для реєстрації полярограм використовували осцилополярограф ПО, модель 03 ЦЛА з триелектродним елементом. Чистоту S-оксидів визначали методом ВЕРХ на колонці Zorbax SB, C-18 (250 × 4,6) мм. Вимірювання поглинання випробуваних розчинів S-оксидів відповідних PhТ проводили за довжини хвилі λ = 358 нм у кюветі завтовшки 1 см на спектрофотометрі Evolution 60S UV-Visible ThermoScienticfic (США). Результати та їх обговорення. З’ясовано, що ацетилхолін (ACh) імітує активність пероксидази, на основі чого було розроблено спектрофотометричну систему, що містить ACh-H2O2-п-фенетидин для чутливого селективного оцінювання активності АChЕ та визначення інгібіторів ферменту. Відповідно до графіків залежності інгібувальної здатності від концентрації інгібіторів визначено інгібувальну здатність хлорпромазину, прометазину, тіоридазину та їх S-оксидів. IC 50 хлорпромазину, прометазину, тіоридазину та їх метаболітів щодо активності AChE оцінено так: 11 нг мл–1 – хлорпромазин, 1,8 нг мл–1 – хлорпромазин S-оксид, 17 нг мл–1 – прометазин, 2,5 нг мл–1 – прометазин S-оксид та 27 нг мл–1 – тіоридазин 2S,5S-діоксиду. Одержані результати свідчать про те, що S-оксиди відповідних PhТ є селективними та потужними інгібіторами АChЕ. Отримані значення ефективності інгібування для S-оксидів похідних PhТ були на порядок нижчими, ніж у відповідних похідних PhТ. Висновки. Розроблена спектрофотометрична методика без додавання інших екзогенних каталізаторів має перспективи для визначення PhТ нейролептиків на місці і може бути додатково використана для сенсорних застосувань у сферах, пов’язаних із захистом навколишнього середовища та безпекою харчових продуктів, а також у хіміко-токсикологічному аналізі.