Συνθετική και φυσικοχημική μελέτη δυαδικών/τριαδικών υλικών νευρο-μεταλλοϊόντων AL(III) και Cu(II) με (καρβοξυ)φωσφονικά υποστρώματα σε συσχετισμό με τη μεταλλοτοξικότητα σε διεργασίες νευροεκφύλισης
Authors: Γεωργαντάς Βασίλειος 
Published: August 2021

Η ανάγκη διαλεύκανσης των αλληλεπιδράσεων των μεταλλοϊόντων Al(III) και Cu(II) με υδροξυ-καρβοξυλικά οξέα και υπερφωσφορυλιωμένους πρωτεϊνικούς στόχους που επηρεάζουν την εκκίνηση και εξέλιξη νευροεκφυλιστικών ασθενειών, αποτέλεσε το βασικό κίνητρο αυτής της ερευνητικής προσπάθειας. Η ερευνητική αυτή προσπάθεια ξεκίνησε από τη μελέτη αλληλεπιδράσεων των αναφερόμενων μεταλλοϊόντων με υδρoξυ-καρβοξυλικά και φυσιολογικά σχετιζόμενα φωσφονικά υποστρώματα χαμηλής μοριακής μάζας. Πραγματοποιήθηκε, δε, μέσα από τη μελέτη α) δυαδικών και τριαδικών συστημάτων των μεταλλοϊόντων με τα παραπάνω υποστρώματα, κάτω από συγκεκριμένες τιμές pH, β) των ιδιοτήτων αυτών στη στερεά κατάσταση και στο διάλυμα, και γ) του συσχετισμού των ιδιοτήτων των νέων ειδών με τη δομή και χημική δραστικότητά τους στο διάλυμα.Στο πρώτο μέρος της ερευνητικής δραστηριότητας, μελετήθηκε μία πληθώρα συστημάτων Al(III) σε υδατικό περιβάλλον. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στα συστήματα που περιείχαν α) μανδελικό οξύ (mandelic acid), β) N-(φωσφονομεθυλο) ιμινοδιοξικό οξύ (NTAP), γ) νιτριλο-τρις(μεθυλενο-φωσφονικό οξύ) (Αl-NTA3P), και δ) 1-υδροξυ αιθυλενο-1,1-διφωσφονικό οξύ (HEDP). Οι μελέτες υδατικής ειδοκατανομής των δυαδικών συστημάτων Al(III) με τα προαναφερθέντα υποστρώματα έδωσαν μια αναλυτική εικόνα για τη μορφή και χημική σύσταση των ειδών που σχηματίζονται στο διάλυμα σε όλο το εύρος της κλίμακας pH και αποτέλεσαν τη βάση για το σχεδιασμό της pH-εξαρτώμενης σύνθεσης. Η pH-εξαρτώμενη σύνθεση οδήγησε στην απομόνωση των παρακάτω τεσσάρων υλικών, τα οποία χαρακτηρίστηκαν με στοιχειακή ανάλυση, φασματοσκοπικές τεχνικές (FTIR, NMR (solid state και solution)) και κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ.1.(C4H11N2)3(C4H10N2)0.64[Al2(C8H6O3)3(C8H7O3)3]∙3.4H2O2.(CH6N3)4[Al2(C5H6NPO7)2(OH)2].8H2O3.(NH4)2[Al2(C5H6NPO7)2(H2O)2].4H2O4.K8[Al2(C3H6NP3O9)2(OH)2].20H2O Ο δομικός και φασματοσκοπικός χαρακτηρισμός των νέων ειδών, επιβεβαίωσαν την πιθανή ανάπτυξη χημείας του Αl(IΙΙ) με φωσφορυλιωμένους στόχους βιολογικής σημασίας, προβάλλοντας ταυτόχρονα πληροφορίες για τις ιδιότητες των ειδών αυτών στη στερεά κατάσταση και στο διάλυμα. Επιπλέον, τα νέα είδη παρουσίασαν δομικά χαρακτηριστικά που αναδεικνύουν τη μεγάλη σταθερότητα αυτών, ενώ προέκυψαν διαφορές στη διαλυτότητά τους.Το δεύτερο μέρος της ερευνητικής δραστηριότητας επικεντρώθηκε στις αλληλεπιδράσεις ιόντων Cu(II) με φωσφονικά υποστρώματα, με κυριότερο εκπρόσωπο το βουτυλενο διαμινο (τετραμεθυλενο φωσφονικό οξύ) (BDTMP). Το σύστημα του Cu(II)-BDTMP μελετήθηκε τόσο σε δυαδικά όσο και σε τριαδικά συστήματα, με την προσθήκη οργανικών αζωτούχων βάσεων, όπως η πυριδίνη και η 1,10-φαινανθρολίνη. Τα κρυσταλλικά υλικά που απομονώθηκαν από τα παραπάνω συστήματα είναι τα εξής:1.Na6[Cu2(BDTP)(H2O)4].[Cu2(BDTMP)(H2O)4]0.5.26H2O2.[Cu2(BDTMP)(py)4].2H2O3.[Cu2(phen)2(BDTMP)]n.6.6nH2O.1.5nMeOHΟι τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τον πλήρη δομικό και φυσικοχημικό χαρακτηρισμό όλων των ειδών που απομονώθηκαν είναι: στοιχειακή ανάλυση, φασματοσκοπικές τεχνικές (FTIR, UV-Vis), μετρήσεις μαγνητικής επιδεκτικότητας, κυκλική βολταμμετρία, και κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ.Ο δομικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των παραπάνω ειδών ανέδειξε την υψηλή σταθερότητα και διαλυτότητα των συμπλόκων στο νερό. Διερεύνηση των αναδυόμενων κρυσταλλικών πλεγμάτων αναδεικνύει μία διαδοχική δομική αλλαγή με την προσθήκη ολοένα και μεγαλύτερου-ογκωδέστερου μορίου οργανικής βάσης, λόγω της οποίας μεταβάλλεται η συμπεριφορά και των ιόντων Cu(II) αλλά και του υποστρώματος. Συλλογικά, κατά τη μελέτη και το χαρακτηρισμό των συστημάτων του Al(III) και του Cu(II) αποδείχθηκε η ισχυρή αλληλεπίδραση υποστρωμάτων με επιλεγμένες χημικές ομάδες, όπως η υδροξυ-καρβοξυλική και φωσφονική ομάδα, σε χαμηλής μοριακής μάζας υποστρώματα. Ποικίλοι παράγοντες αποδείχθηκαν σημαντικοί τόσο για την απομόνωση νέων ειδών, όσο και για την απόδοση συγκεκριμένων δομικών και φυσικοχημικών χαρακτηριστικών. Ο πλήρης χαρακτηρισμός αυτών, σε στερεά κατάσταση και στο διάλυμα, αναδεικνύει το ρόλο των μεταλλοϊόντων αυτών σε βιολογικά υγρά και προβάλλει τη σημασία του συσχετισμού δομής χημικής δραστικότητας στην εκκίνηση και εξέλιξη ασθενειών, όπως η νευροεκφύλιση.