Σύνθεση νέων ετεροκυκλικών αναλόγων και αξιολόγηση της αντιφλεγμονώδους και αντικαρκινικής δράσης τους
Authors: Κωστοπούλου Ιωάννα 
Published: March 2023

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε αρχικά η ανάπτυξη μικρών «χημικών βιβλιοθηκών», δηλαδή έξι Σειρών μορίων, αποτελούμενων από (i) νέα ετεροκυκλικά ανάλογα που προέρχονται από την «προνομιούχο δομή» της 4-υδροξυ-2-κινολινόνης, καθώς και από (ii) ανάλογα Φυσικών Προϊόντων, όπως είναι η χαλκόνη, η ωρόνη και τα φαινολικά οξέα. Τα μόρια που συντέθηκαν αξιολογήθηκαν ως προς τη βιολογική τους δράση και μελετήθηκε η επίδραση των διαφορετικών δομικών χαρακτηριστικών στη βιοδραστικότητα των μορίων.Ο δομικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε μέσω Φασματοσκοπίας Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (1H και 13C NMR), Φασματοσκοπίας Υπερύθρου (FT-IR), Φασματομετρίας Μάζας υψηλής ανάλυσης (HR-MS) και Φασματομετρίας Μαζών με ιονισμό ηλεκτροψεκασμού (ESI-MS).Αρχικά πραγματοποιήθηκε η σύνθεση εννέα 3-ακετυλο-4-υδροξυ-2-κινολινονών (4a-4h και 7), που αποτέλεσαν τις πρόδρομες ενώσεις για τη σύνθεση των μορίων της Σειράς Α (κινολινόνες-χαλκόνες 9a-9g και κινολινόνες-πυραζολίνες 10a-10r). Συντέθηκαν επίσης οκτώ Ν-υποκατεστημενες-3-μεθοξυκαρβονυλο-4-υδροξυ-2-κινολινόνες (12a-12h), οι οποίες αποτέλεσαν πρόδρομες ενώσεις για τη σύνθεση των ετεροκυκλικών μορίων που απαρτίζουν τις Σειρές Β, Γ και Ε. Συνοπτικά η συνθετική πορεία όλων των ετεροκυκλικών μορίων, παραγώγων κινολινόνης, παρουσιάζεται στο Σχήμα 1.Συνθετική πορεία (I & II): Πραγματοποιήθηκε η σύνθεση επτά υβριδικών μορίων κινολινόνης – χαλκόνης (9a-9g) μέσω αντίδρασης αλδολικής συμπύκνωσης Claisen-Schmidt μεταξύ των 3-ακετυλο-4-υδροξυ-2-κινολινονών 4a και 7, και κατάλληλα υποκατεστημένων βενζαλδεϋδών (I). Έπειτα εφαρμόστηκε χημική τροποποίηση του α,β-ακόρεστου καρβονυλικού συστήματος, προς σχηματισμό δεκαοκτώ νέων ετεροκυκλικών πυραζολινικών αναλόγων (10a-10r) (II).Συνθετική πορεία (III): Mέσω της εμπορικά διαθέσιμης 4-υδροξυ-2-κινολινόνης 16 επιτεύχθηκε η σύνθεση τριών αντίστροφων αμιδίων κινολινόνης (18a-18c). Συνθετική πορεία (IV): Πραγματοποιήθηκε η σύνθεση μιας σειράς καρβοξαμιδίων (13a-13l, 14a-14i, 15a-15m και 23a-23g), τα οποία φέρουν μια ποικιλία διαφορετικών υποκαταστατών στις θέσεις Y και R της δομής τους, μέσω αντίδρασης αμινόλυσης μεταξύ των 3-μεθοξυκαρβονυλο-4-υδροξυ-2-κινολινονών (12a-12h) και διαφόρων αμινών. Συνθετική πορεία (V): Συντέθηκε μια σειρά νέων υβριδικών μορίων κινολινόνης – φαινολικών οξέων (22a-22g), τα οποία συνδυάζουν στο μόριο τους τη δομική μονάδα της Ν-αιθυλο-4-υδροξυ-2-κινολινόνης, με επιλεγμένα παράγωγα βενζοϊκού (υβριδικά μόρια 22a-22c) ή κινναμμωμικού οξέος (υβριδικά μόρια 22d-22g), που ενώνονται με τη βοήθεια ενός αμιδικού συνδέτη.Συνθετική πορεία (VI): Πραγματοποιήθηκε η σύνθεση μιας σειράς νέων υβριδικών μορίων κινολινόνης – τριαζολίου (25a-25k), μέσω της πιο διαδεδομένης αντίδρασης click χημείας, της Huisgen 1,3-διπολικής κυκλοπροσθήκης μεταξύ αλκινίων και αζιδίων, ανάμεσα στα καρβοξαμίδια 23a-23g, σε επιλεγμένα βρωμίδια και στο αζίδιο του νατρίου (NaN3). Με στόχο τη βελτιστοποίηση της αντίδρασης Huisgen, αλλά και την ενίσχυση του φιλικού προς το περιβάλλον χαρακτήρα της, ενσωματώθηκαν στην διεξαγωγή της ορισμένες «πράσινες» προσεγγίσεις. Αρχικά, στην διεξαγωγή της αντίδρασης εντάχθηκαν τα οφέλη των τεχνικών υψηλής ενέργειας, κι έτσι πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ συμβατικής θέρμανσης και θέρμανσης μέσω μικροκυματικής ακτινοβολίας. Στη συνέχεια, ως δεύτερη «πράσινη» προσέγγιση, αναπτύχθηκε μια νέα μεθοδολογία όπου σε ρόλο διαλύτη και καταλύτη βρίσκεται ένα Ιοντικό Υγρό (ΙΥ) ασκορβικού οξέος (ΙΥ-27a, ΙΥ-27b), αντικαθιστώντας έτσι την παραδοσιακή χρήση του οργανικού διαλύτη t-BuOH, του αναγωγικού παράγοντα ασκορβικό νάτριο και της βάσης τριεθυλαμίνη (Et3N). Τα ΙΥ που χρησιμοποιήθηκαν, συντέθηκαν μέσω αντίδρασης μεταφοράς πρωτονίου από ένα οξύ (ασκορβικό οξύ) σε μία βάση (αιθανολαμίνη ή Ν,Ν-διμεθυλο-αιθανολαμίνη), κατά Bronsted.Η εμπνευσμένη από τα φυσικά προϊόντα σειρά μορίων (Σειρά ΣΤ) που αναπτύχθηκε στην παρούσα διατριβή, αποτελείται από:17 ανάλογα 2’-υδροξυ-χαλκόνης (28a-28q), τα οποία συντέθηκαν μέσω αντιδράσεων αλδολικής συμπύκνωσης και αποπροστασίας 6 ανάλογα ωρόνης (29a-29f), τα οποία σύντεθηκαν μέσω αντιδράσεων οξειδωτικής κυκλοποίησης κατάλληλων χαλκονών, αποπροστασίας, αλλά και μέσω ενζυμικά καταλυόμενης κυκλοποίησης.15 εστέρες, ανάλογα φαινολικών οξέων (31a-31i, 32a-32f), οι οποίοι συντέθηκαν μέσω αντίδρασης εστεροποίησης Steglich 3 εστέρες του υδατοδιαλυτού αναλόγου της Βιταμίνης Ε Τrolox (34a-34c), που συντέθηκαν μέσω αντίδρασης εστεροποίησης με κατάλληλα αλκυλαλογονίδιαΓια όλα τα μόρια που συντέθηκαν διερευνήθηκε η σχέση δομής – in vitro βιολογικής δράσης. Συγκεκριμένα, τα νέα παράγωγα αξιολογήθηκαν για την πιθανή αντιοξειδωτική τους δράση μέσω πέντε in vitro δοκιμών: (i) της ικανότητάς τους να δεσμεύουν τη σταθερή ελεύθερη ρίζα DPPH, (ii) της ικανότητάς τους να αναστέλουν τη λιπιδική υπεροξείδωση του λινελαϊκού οξέος που επάγεται από τον εκκινητή ελευθέρων ριζών AAPH, (iii) της ικανότητάς τους να δεσμεύουν τις ρίζες υδροξυλίου, (iv) της ικανότητας αναγωγής της ρίζας του κατιόντος ABTS ·+ και (v) της ικανότητας δέσμευσης του σουπεροξειδικού ανιόντος. Ως ένδειξη της αντιφλεγμονώδους δράσης τους, τα παράγωγα που συντέθηκαν αξιολογήθηκαν ως προς την ικανότητά τους να αναστέλλουν τη δράση του ενζύμου λιποξυγονάση από σόγια (LOX). Ακόμη, επιλεγμένα παράγωγα αξιολογήθηκαν ως προς την κυτταρική βιωσιμότητα σε επιθηλιακά κύτταρα HaCaT και ως προς την κυτταροτοξικότητά τους στις καρκινικές σειρές Α459 (καρκινικά επιθηλιακά κύτταρα αδενοκαρκινώματος) και Α375 (κύτταρα ανθρώπινου μελανώματος), μέσω της μεθόδου ΜΤΤ.Τα αποτελέσματα της μελέτης ήταν πολύ ενθαρρυντικά, αναδεικνύοντας πολλά παράγωγα με αξιόλογη συνδυασμένη δράση, όπως ενδεικτικά φαίνεται στα ακόλουθα χαρακτηριστικά παραδείγματα (Σχήμα 3): πυραζολινικό ανάλογο 10b (86% αλληλεπίδραση με τη ρίζα DPPH, 83% αναστολή λιπιδικής υπεροξείδωσης, IC50=10.0μM στην αναστολή της LOX); καρβοξαμίδιο 14d (100% αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης, 72.4% ικανότητα αναγωγής της ρίζας του κατιόντος ABTS·+, IC50=27.5μΜ στην αναστολή της LOX); καρβοξαμίδιο 15b (100% αλληλεπίδραση με τη ρίζα DPPH, 93.0% αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης, IC50=10.0μΜ στην αναστολή της LOX); υβριδικό μόριο κινολινόνης – τριαζολίου 25b (86.0% αναστολή της λιπιδικής υπεροξείδωσης; IC50=46.0μΜ στην αναστολή της LOX; 49.9% κυτταροτοξικότητα έναντι της καρκινικής σειράς επιθηλιακών κυττάρων αδενοκαρκινώματος – Α549); χαλκόνη 28p (95.7% αλληλεπίδραση με τη ρίζα DPPH; 68.0% ικανότητα δέσμευσης των ριζών υδροξυλίου; 86.0% ικανότητα αναγωγής της ABTS•+).Επιπλέον, τα ανάλογα των φαινολικών οξέων (31a-31i, 32a-32f) και του Trolox (34a-34c) αξιολογήθηκαν ως προς την φωτοπροστατευτική τους ικανότητα μέσω in vitro τεχνικής, όπου προσδιορίστηκε (i) ο δείκτης ηλιακής προστασίας (SPF), ως ένδειξη προστασίας έναντι της UVB ακτινοβολίας, (ii) ο λόγος της απορρόφησης UVA/UVΒ και (iii) το κρίσιμο μήκος κύματος λc, ως ένδειξη προστασίας έναντι της UVA ακτινοβολίας. Από τα αποτελέσματα προέκυψε πως οι εστέρες 31e και 32f θα μπορούσαν να δράσουν ως πιθανά UVB φίλτρα, διαθέτοντας τις πιο ικανοποιητικές τιμές δείκτη SPF (6.56 και 5.12, αντίστοιχα), ενώ ο εστέρας του φερουλικού οξέος 32b χαρακτηρίστηκε ως αντηλιακό φίλτρο καλής UVA προστασίας, διαθέτοντας την υψηλότερη τιμή κρίσιμου μήκους κύματος (λc=349.8nm), καθώς και αρκετά υψηλό λόγο UVA/UVB (0.405).Επιπλέον, αντικείμενο της διατριβής αποτέλεσε η μελέτη της σύνθεσης συμπλόκων εγκλεισμού των υβριδικών μορίων πυραζολίνης – κινολινόνης 10g και 10l στον φυσικό ολιγοσακχαρίτη β-κυκλοδεξτρίνη (β-CD), μέσω των τεχνικών της συγκαταβύθισης και της εξάτμισης διαλύτη.O προσδιορισμός των ιδιοτήτων του τελικού υλικού και η διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν το «φιλοξενούμενο» μόριο με το μόριο «ξενιστή», πραγματοποιήθηκαν μέσω των αναλυτικών τεχνικών DLS, FT-IR, NMR, DSC και TGA. Επιπλέον, αξιολογήθηκε η αντιοξειδωτική δράση των καθαρών ενώσεων και των σχηματιζόμενων συμπλόκων, μέσω της in vitro τεχνικής προσδιορισμού της ικανότητας αλληλεπίδρασης με τη σταθερή ελέυθερη ρίζα DPPH.Συνολικά, προέκυψε πως η β-CD λειτούργησε ως καλός φορέας για τα πυραζολινικά ανάλογα που μελετήθηκαν, καθώς ενίσχυσε τη διαλυτότητά τους στο νερό, διατηρώντας την αντιοξειδωτική τους δράση.