Φωταυγή σύμπλοκα χαλκού και αργύρου και μελέτη της αντιβακτηριακής και αντικαρκινικής τους δράσης
Creators: name: Βαρνά, Δέσποινα Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Σύμπλοκα χαλκού
Σύμπλοκα αργύρου
Αντιβακτηριακή δράση
Αντικαρκινική δράση
Ετεροκυκλικά θειοαμίδια
Ν-ετεροκυκλικά καρβένια
Copper complexes
Silver complexes
Antibacterial activity
Anticancer activity
Heterocyclic thioamides
N-heterocyclic carbenes

description: Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νέων ουδέτερων ή κατιοντικών ετεροληπτικών συμπλόκων του Cu(I) και του Ag(I) που φέρουν ως ligand ετεροκυκλικά θειοαμίδια με υποκαταστάτες διαφορετικής ηλεκτραρνητικότητας, σε συνδυασμό με φωσφίνες, διφωσφίνες ή Ν-ετεροκυκλικά καρβένια, καθώς και η in vitro μελέτη της αντιβακτηριακής και αντικαρκινικής τους δραστικότητας. Ειδικότερα, παρουσιάζονται τρεις κατηγορίες που περιλαμβάνουν: α) σύμπλοκα Ag(I) με ετεροκυκλικά θειοαμίδια πενταμελούς δακτυλίου με NH2 ή CF3 και CH3 υποκαταστάτες (atdztH: 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2(3H)-thione, mtftH: 4-methyl-5-(trifluoromethyl)-4H-1,2,4-triazol-3-thiol, mtdztH: 5-methyl-1,3,4-thiadiazole-2(3H)-thione) β) σύμπλοκα Ag(I) και Cu(I) με ετεροκυκλικά θειοαμίδια εξαμελούς δακτυλίου με CH3 ή NH2 υποκαταστάτες (dmp2SH: 4,6-dimethyl-2-pyrimidinethiol, dap2SH: 4,6-diamino-2-pyrimidinethiol) γ) σύμπλοκα Ag(I) και Cu(I) με ένα ετεροκυκλικό θειοαμίδιο εξαμελούς δακτυλίου (pymtH: 2-mercaptopyrimidine) με Ν-ετεροκυκλικά καρβένια ή φωσφίνες. Η χρήση των συγκεκριμένων ligand με δότες άτομα S, P και C στοχεύει στην κινητική σταθεροποίηση των αντίστοιχων συμπλόκων τους, μέσω της ανάπτυξης ευνοϊκών αλληλεπιδράσεων μαλακών βάσεων/οξέων Lewis με τα ιόντα των δύο μετάλλων, σε συνδυασμό με την επίδραση χηλικού φαινομένου για τις διφωσφίνες. Επίσης, τα ιδιαίτερα στερεοχημικά και ηλεκτρονικά χαρακτηριστικά των ligand έχουν άμεση επίδραση στα δομικά και χημικά χαρακτηριστικά των αντίστοιχων συμπλόκων τους, επηρεάζοντας και τη βιολογική τους δραστικότητα με διαφορετικό τρόπο, επιτρέποντας τελικά, την τεκμηρίωση της σχέσης δομής-βιοδραστικότητας. Ο προσδιορισμός των κρυσταλλικών δομών των σύμπλοκων πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο της κρυσταλλογραφίας περίθλασης ακτίνων Χ. Όλα τα σύμπλοκα χαρακτηρίστηκαν στη στερεά κατάσταση με φασματοσκοπία FTIR ενώ τα δεδομένα φασματοσκοπίας 1Η NMR και UV-vis απορρόφησης προτείνουν τη σταθερότητα των δομών των συμπλόκων σε διαλύματά τους για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Από τη φασματοσκοπία φθορισμού σε διαλύματα των συμπλόκων, αποκαλύφθηκε ο φωταυγής χαρακτήρας τους εμφανίζοντας ταινίες εκπομπής με μέγιστα στην περιοχή 400-450 nm. Oι in vitro αντιβακτηριακές μελέτες έναντι επιλεγμένων Gram (+) και Gram (–) βακτηρίων και οι μελέτες κυτταροτοξικότητας ως προς επιλεγμένες ανθρώπινες καρκινικές κα φυσιολογικές κυτταρικές σειρές, αποδεικνύουν την ισχυρή επίδραση της υποκαταστάσης του ετεροκυκλικού θειοαμιδίου και των δομικών χαρακτηριστικών στην βιοδραστικότητα των συμπλόκων. Οι ιδιαίτερες βιολογικές ιδιότητες των συμπλόκων συνδυαστικά με τα φωτοφυσικά τους χαρακτηριστικά επέτρεψαν την περαιτέρω εφαρμογή τους στη βιοδιαγνωστική και στον προσδιορισμό της βιοκατανομής τους. Προκειμένου να αποσαφηνιστεί ο πιθανός μηχανισμός δράσης, τα σύμπλοκα μελετήθηκαν ως προς την in vitro αντιοξειδωτική τους δραστικότητα, την αλληλεπίδραση με το calf-thymus (CT) DNA και τις αλβουμίνες ορού, ενώ διεξήχθησαν υπολογιστικές μελέτες μοριακής πρόσδεσης των ενώσεων με ποικίλα βιομόρια-στόχους όπως η DNA-γυράση του βακτηρίου E. coli, ο υποδοχέας 1 του αυξητικού παράγοντα των ινοβλαστών FGFR-1 κ.α. Ειδικότερα για τα συμπλόκα με το Ν-ετεροκυκλικό καρβένιο (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene) εξετάστηκε περαιτέρω ο μηχανισμός του κυτταρικού θανάτου με τη δοκιμασία απόπτωσης. Τέλος, τρία σύμπλοκα του Ag(I) με το dmp2SH και την ισχυρότερη αντικαρκινική δραστικότητα ενθυλακώθηκαν στο αμφίφιλο συμπολυμερές methoxy-poly(ethylene glycol)-poly(caprolactone) (mPEG-PCL) με σκοπό την ανάπτυξη νανοσυστημάτων χορήγησής τους (drug delivery systems) ώστε να βελτιωθούν η διαλυτότητα και οι φαρμακοκινητικές ιδιότητες τους σε βιολογικά μέσα. Ο σχηματισμό των νέων νανοσωματιδίων με εξαιρετικά υψηλά ποσοστά φόρτωσης φαρμάκου, ενίσχυσε σημαντικά την in vitro κυτταροτοξικότητα των συμπλόκων ως προς τα καρκινικά κύτταρα του τραχήλου της μήτρας, συγκριτικά με την ελεύθερη μορφή τους
description: In the context of this PhD thesis, the synthesis and characterization of new heteroleptic complexes of Cu(I) and Ag(I) bearing as ligands heterocyclic thioamides in combination with phosphines or diphosphanes or N-heterocyclic carbenes was carried out as well as the study of their in vitro antimicrobial and anticancer activity. In particular, a) Ag(I) complexes bearing a five-membered heterocyclic ring thioamide with different ring-substituents, i.e., CH3- vs. NH2- and CF3 groups (atdztH: 5-amino-1,3,4-thiadiazole-2(3H)-thione, mtftH: 4-methyl-5-(trifluoromethyl)-4H-1,2,4-triazol-3-thiol, mtdztH: 5-methyl-1,3,4-thiadiazole-2(3H)-thione) b) Ag(I) and Cu(I) complexes with a CH3– or NH2– substituted six-membered heterocyclic ring thioamide (dmp2SH: 4,6-dimethyl-2-pyrimidinethiol, dap2SH: 4,6-diamino-2-pyrimidinethiol) c) Ag(I) and Cu(I) comprising 2-mercaptopyrimidine, Ν-heterocyclic carbenes or diphosphanes as ligands, were synthesised and structurally characterised. The use of the particular ligands having S, P and C donor atoms intends to kinetically stabilize their respective complexes, through the development of favorable soft base/Lewis acid interactions with metal ions and the combination of chelating effect for the bisphosphine containing complexes. Also, the individual steric and electronic characteristics of the ligands have a direct effect on the structural and chemical characteristics of their respective complexes, influencing their biological activity, which allows the documentation of structure-bioactivity relationships. The determination of the crystal structures of the complexes presented in this thesis was carried out by the X-ray diffraction crystallography. All the complexes were characterized in the solid state by FTIR spectroscopy while their 1H NMR and UV-vis absorption spectroscopy data suggest the stability of the structures of the complexes in solutions for long periods of time. Further fluorescence spectroscopy measurements in solution revealed the luminescent character of the complexes, as they show emission bands with maxima covering the 400-450 nm wavelength range. The in vitro antibacterial and cytotoxicity studies towards particular bacterial strains and cancer/normal cells respectively, revealed the significant influence of the substituents of the thioamide and the individual structural features in the bioactivity of the complexes. The superior biological properties combined with the aforementioned photophysical characteristics of the complexes were deemed suitable for the further application of the complexes in biodiagnostics. In an attempt to clarify their possible mechanism of action, the complexes were studied in terms of their in vitro antioxidant activity, their interaction with calf-thymus (CT) DNA and with serum albumins whereas computational molecular docking studies of the compounds to various biomolecule-targets e.g. E. coli DNA gyrase and fibroblast growth factor receptor 1 FGFR-1, were also assessed. Cytometry analysis suggested that the complexes bearing the Ν-heterocyclic carbene (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene) exerted their cytotoxic effect through an apoptotic pathway. Finally, the three most effective in terms of their in vitro anticancer activity complexes of Ag(I) with dmp2SH were encapsulated in a suitable amphiphilic and biodegradable copolymer, methoxy-poly(ethylene glycol)-poly(caprolactone) (mPEG-PCL), in order to develop novel drug delivery systems which improve their solubility and their pharmacokinetic properties in biological media and ensure their effective delivery at target sites. The cytotoxic potency of the complexes seems to be improved after their encapsulation in mPEG-PCL compared to their free form, against cervical cancer cells.