Ανάπτυξη διαγνωστικών ραδιοϊχνηθετών του τεχνητίου-99m με παράγωγο ανθρακινόνης και μελέτες in-vitro και in-vivo βιολογικής αξιολόγησής τους
Creators: name: Γλυκοφρύδη, Πηγή Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Διαγνωστικός ραδιοϊχνηθέτης
Ανθρακινόνη
Τεχνήτιο-99m
Diagnostic radiotracer
Anthraquinone
Technetium-99m

description: Οι ενώσεις που περιέχουν την ομάδα της ανθρακινόνης στη δομή τους βρίσκονται στην κλινική πρακτική ενάντια στον καρκίνο εδώ και αρκετά χρόνια. Η δράση τους βασίζεται στην επιπεδότητα του μορίου, λόγω της πολυκυκλικής δομής, που επιτρέπει την παρεμβολή στις βάσεις του DNA και στην αναστολή του ενζύμου της τοποϊσομεράσης. Επιπλέον, συμμετέχουν σε οξειδοαναγωγικές διεργασίες που ενισχύουν την κυτταροτοξική τους δράση στα καρκινικά κύτταρα. Ωστόσο, οι σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες που παρουσιάζουν, και κυρίως η καρδιοτοξικότητα λόγω των ελεύθερων ριζών, οδηγεί στην ανάγκη σχεδιασμού νέων παραγώγων με ανθεκτικότητα στις οξειδοαναγωγικές διεργασίες, ώστε να ελεγχθεί ο κίνδυνος και να βελτιωθεί η ασφάλειά τους. Αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η σύνθεση, ο καθαρισμός, η μελέτη σταθερότητας και η βιολογική αξιολόγηση του τρικαρβονυλικού μικτού συμπλόκου “2+1” του τύπου [Μ(CO)3(bipy)(L)]+ όπου Μ= Re/ 99mTc, bipy η Ν,Ν΄διπυριδίνη και L η 1-(3-(1H-ιμιδαζολ-1-υλο)προποξυ)-8-υδροξυανθρακενο-9,10-διόνη. Επιπλέον, περιγράφεται η σύνθεση και η μελέτη της βιολογικής δράσης του πρότυπου συμπλόκου [Re(CO)3(bipy)(imi)]+. Αναλυτικά περιγράφεται η συνθετική πορεία του συμπλόκου του ρηνίου με διπυριδίνη ως διδοτικό συναρμοτή και ιμιδαζόλιο ως μονοδοτικό συναρμοτή [Re(CO)3(bipy)(imi)]+, με ενδιάμεσο στάδιο την παρασκευή του Re(bipy)OTf, από τις πρώτες ύλες Re(CO)5Br, AgOSO2CF3 και 2,2’-διπυριδίνη (bipy). Το Re(bipy)OTf αντέδρασε με ιμιδαζόλιο προς το [Re(CO)3(bipy)(imi)]+ . Επίσης, η πειραματική διαδικασία περιλαμβάνει την συνθετική πορεία της 1-(3-(1H-ιμιδαζολ-1-υλο)προποξυ)-8-υδροξυανθρακενο-9,10-διόνης (Aimi). Η πρώτη ύλη που χρησιμοποιήθηκε ήταν η 1,8-διυδρόξυ-ανθρακινόνη, η οποία υπέστη αντίδραση υποκατάστασης με αντιδρών το 1,3-διβρωμοπροπάνιο που οδήγησε στο προϊόν την 1-(3-βρωμοπροπόξυ)-8-υδρoξυ-ανθρακινόνη (ABr). Αυτή, στην συνέχεια, αντέδρασε με ιμιδαζόλιο προς το σχηματισμού του Aimi. Σε αυτό το σημείο οι συνθετικές πορείες τέμνονται για τον σχηματισμό του δεύτερου συμπλόκου ενδιαφέροντος Re(bipy)(Aimi), με την αντίδραση του Re(bipy)OTf με το μονοδοτικό συναρμοτή Aimi. Ο χαρακτηρισμός όλων των ενώσεων που παρασκευάστηκαν έγινε με αναλυτικές μεθόδους 1H-NMR, IR και HPLC. Επίσης, λήφθηκαν φάσματα μαζών για το σύμπλοκο Re(bipy)(imi), τον συναρμοτή Aimi και το δεύτερο σύμπλοκο Re(bipy)(Aimi). Τα δυο τελικά σύμπλοκα Re(bipy)(imi) και Re(bipy)(Aimi), καθώς και ο συναρμοτής Aimi μελετήθηκαν ως προς την ικανότητα σύνδεσης με το DNA κάνοντας χρήση των τεχνικών της φασματοσκοπίας ορατού-υπεριώδους, της ιξωδομετρίας και της φασματοσκοπίας φθορισμού, προκειμένου να διαπιστωθεί το είδος της αλληλεπίδρασης. Από όλες τις μελέτες διαπιστώθηκε πως ο συναρμοτής και τα δύο σύμπλοκα με το ρήνιο, αλληλεπιδρούν με το DNA μέσω παρεμβολής, ενώ η μεγαλύτερη σταθερά σύνδεσης του Re(bipy)(Aimi) επιβεβαίωσε την υπόθεση ότι η ανθρακινόνη στο μόριο της ένωσης προσδίδει μεγαλύτερη συγγένεια με το DNA. Το σύμπλοκο του τεχνητίου-99m συντέθηκε σε δύο στάδια. Το πρώτο ήταν η αντίδραση του[99mTc(H2O)3(CO)3]+ με τον διδοτικό συναρμοτή bipy και το δεύτερο η πρόσθεση του μονοδοτικού συναρμοτή Aimi. Η χρωματογραφική ανάλυση HPLC έδειξε ότι σχηματίστηκε μια κύρια κορυφή του προϊόντος που ταυτοποιήθηκε με σύγκριση με την HPLC ανάλυση του αντίστοιχου συμπλόκου του ρηνίου. Η ραδιοχημική απόδοση ήταν υψηλή (74.3%). Η μελέτη σταθερότητας στο πλάσμα έδειξε, επίσης, πολύ ικανοποιητικά αποτελέσματα στο 24ωρο με τιμή 90% . Το σύμπλοκο 99mTc(bipy)(Aimi) χρησιμοποιήθηκε για in-vivo μελέτη βιοκατανομής σε ποντίκια Balb/c φέροντα όγκο από συγγενικά καρκινικά κύτταρα μυός CT26. Τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν ταχεία αιματική κάθαρση και ότι η απέκκρισή του πραγματοποιείται κυρίως μέσω του ηπατοχολικού συστήματος, ενώ λιγότερο από τους νεφρούς. Η πρόσληψη του 99mTc(CO)3(bipy)(Aimi) από τον καρκινικό όγκο ήταν 2.51± 1.76 % ID/g στα 30 λεπτά και 0.63 ±0.42 %ID/g στις 2 ώρες. Παράλληλα, η εκτίμηση της εκλεκτικότητας για τον καρκινικό όγκο υπολογίζεται με το λόγο όγκου/αίματος, με τιμές 1.28 ± 0.85 και 1.16 ± 0.02 στα 30 λεπτά και στις 2 ώρες αντίστοιχα, και το λόγο όγκου/μυός, με τιμές 1.51 ± 0.60 και 1.36 ± 0.97 αντίστοιχα.
description: Compounds containing the anthraquinone moiety in their structure have been used in clinical practice against cancer for several years. Their action is based on the flatness of the molecule, which is a result of its polycyclic structure. This enables interference with DNA bases and the inhibition of the enzyme topoisomerase. Additionally, these compounds participate in oxidation-reduction processes that enhance their cytotoxic profile in cancer cells. However, their serious adverse effects, particularly cardiotoxicity due to free radicals, necessitate the design of new derivatives that are resistant to redox processes. This is essential for controlling the risk and improving the safety profile. The objective of this study is the synthesis, purification, stability analysis, and biological evaluation of the "2+1" mixed tricarbonyl complex with the formula [M(CO)3(bipy)(L)]+, where M = Re/99mTc, bipy represents N,N-dipyridine, and L corresponds to 1-(3-(1H-imidazol-1-yl)propoxy)-8-hydroxyanthracene-9,10-dione. Furthermore, the synthesis and investigation of the biological activity of the model complex [Re(CO)3(bipy)(imi)]+ are described. The synthetic route of the rhenium complex with dipyridine as a bidentate and imidazole as a monodentate[Re(CO)3(bipy)(imi)]+) is described in detail, with the intermediate step of the preparation of Re(bipy)OTf, from the raw materials Re(CO)5Br, AgOSO2CF3 and 2,2'-dipyridine (bipy). Re(bipy)OTf reacted with imidazole to give [Re(CO)3(bipy)(imi)]+ . Furthermore, the experimental procedure includes the synthetic pathway for 1-(3-(1H-imidazol-1-yl)propoxy)-8-hydroxyanthracene-9,10-dione (Aimi). The starting material used was 1,8-dihydroxyanthraquinone, which underwent a substitution reaction with 1,3-dibromopropane as the reactant, leading to the formation of the final product, 1-(3-bromopropoxy)-8-hydroxyanthracene-9,10-dione (ABr). Subsequently, ABr was reacted with imidazole to form Aimi. At this stage, the synthetic pathways converged, resulting in the formation of the second complex of interest, Re(bipy)(Aimi), through the reaction of Re(bipy)OTf with the monodentate ligand, Aimi. The prepared compounds were characterized using 1H-NMR, IR and HPLC analytical methods. Additionally, mass spectra were obtained for the Re(bipy)(imi) complex, the Aimi ligand, and the second Re(bipy)(Aimi) complex. The two final complexes, Re(bipy)(imi) and Re(bipy)(Aimi), along with the Aimi ligand, were studied for their ability to bind to DNA. Visible-ultraviolet spectroscopy, viscometry, and fluorescence spectra acquisition techniques were employed to determine the nature of the interaction. The results of these studies revealed that both the ligand and the complexes with rhenium interacted with DNA through intercalation. Furthermore, the higher binding constant observed for Re(bipy)(Aimi) confirmed the hypothesis that the anthraquinone in the compound confers a higher affinity for DNA. The technetium-99m complex was synthesized in two steps. The first step involved the reaction of [99mTc(H2O)3(CO)3]+ with the bidentate ligand bipy, followed by the addition of the monodentate ligand Aimi. HPLC chromatographic analysis demonstrated the formation of a major product peak, which was identified through comparison with the HPLC analysis of the corresponding rhenium complex. The radiochemical yield was high (74.3%). Additionally, the plasma stability study conducted over a 24-hour period showed very satisfactory results, with a value of 90%. The 99mTc(bipy)(Aimi) complex was utilized for an in vivo biodistribution study in Balb/c mice with CT26 muscle cancer cell-induced tumors. The results of the experiment demonstrated rapid blood clearance of the complex, with its primary excretion occurring through the hepatobiliary system, rather than the kidneys. The uptake of 99mTc(CO)3(bipy)(Aimi) in the tumor was found to be 2.51 ± 1.76 %ID/g at 30 minutes and 0.63 ± 0.42 %ID/g at 2 hours. Concurrently, tumor accumulation was observed using the volume/blood ratio, which exhibited values of 1.28 ± 0.85 and 1.16 ± 0.02 at 30 minutes and 2 hours, respectively. Additionally, the volume/mouse ratio indicated tumor accumulation with values of 1.51 ± 0.60 and 1.36 ± 0.97 at 30 minutes and 2 hours, respectively.