Potansiyel antikanser bileşikler olarak tasarlanan mannich bazlarının sentez ve biyoaktiviteleri
Design, synthesis and bioactivity study of mannich bases as potential anticancer compounds
Yazar: HÜSEYİN İSTANBULLU
Danışman: PROF. DR. ERÇİN ERCİYAS
Ege Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Antineoplastik ajanlar = Antineoplastic agents ; Antineoplastik birleşik kemoterapi protokolleri = Antineoplastic combined chemotherapy protocols ; Elektrokimyasal yöntem = Electrochemical method ; Mannich bazları = Mannich bases ; Sentez = Synthesis ; Sitotoksisite = Cytotoxicity ; Topoizomeraz = Topoisomerase

Özet:
Kemoterapide mevcut ilaçların önemli yan etkileri, terapötik yetersizlikleri, etkide selektivite sorunları ve ilaçlara karşı gelişen direnç nedeniyle tez kapsamında yeni ve etkili sitotoksik aday bileşikler geliştirmek amaçlanmıştır. Bileşiklerin tasarlanmasında medisinal kimyada ilaç bulma yöntemleri arasında kabul edilen melez bileşikler (birden çok aktif molekülün aynı molekülde birleştirilmesi) hazırlama yöntemi uygulanmıştır. Buna göre, aktif hidrojen taşıyan interkalatör özellikte düzlemsel polisiklik / heterosiklik bir seri başlangıç maddesinden alkilleme yeteneği yüksek aminometil türevleri (Mannich bazları) hazırlanmıştır. Mannich tepkimelerinde amin olarak farklı pKa değerleri taşıyan morfolin, piperidin, dimetilamin ve bis(2-kloroetil)amin kullanılmıştır. Sentezlenen ve uygun tekniklerle saflaştırılan bileşiklerin molekül yapıları UV, IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS spektrumları ve elementel analiz sonuçları yorumlanarak aydınlatılmıştır. Sentezlenen ve yapısı aydınlatılan 33 bileşikten 8 bileşik ilk kez, 13 bileşik ise sistematik tam spektral analiz sonuçları ile birlikte ilk kez bu çalışma ile rapor edilmektedir.Moleküllerin DNA ile etkileşme mekanizmaları arasında kabul edilen interkalasyon ve alkilleme; stabilite ve katım testi, etidyum bromür fluoresans yer değiştirme deneyi ve elektrokimyasal teknikler kullanılarak araştırılmıştır. Model biyolojik nükleofil olan 2-merkaptoetanol ile IC 17 maddesi in vitro ortamda ( 37°C, pH 7.4 ve pH 6.9) inkübe edildiğinde eliminasyon-katım zincir tepkime ürünü olan IC 17-SH bileşiği ortamdan izole edilerek kimyasal yapısı aydınlatılmıştır. Bu sonuç moleküllerin potansiyel alkilleme yapabilme yeteneklerini açıklar. İnterkalatör etki mekanizması IC 27 bileşiği kullanılarak etidyum bromür fluoresans yer değiştirme deneyi ile kanıtlanmıştır. Elektrokimyasal deney sonuçları bileşiklerin DNA guanini ile etkileştiğini göstermiştir.Ayrıca, DNA topolojisinde önemli rol oynayan topoizomeraz I ve topoizomeraz II enzim inhibisyon düzeyleri araştırılmış ve sonuçlar ümit verici bulunmuştur.Bileşiklerin sitotoksisiteleri üç kanser hücre hattında (PC3, MCF7, HeLa) incelenmiştir. 3-Asetilfenantrenin bis(2-kloroetil)amin ile verdiği Mannich bazı (IC 27) sitotoksisite testinde referans bileşik doksorubisine yakın aktivite göstermiştir.Tez sonuçları değerlendirildiğinde, IC 27 bileşiğinin taşıdığı farmakofor gruplar yönünden yeni antikanser lider molekül olma potansiyeli yüksektir. Bu amaçla, IC 27 bileşiği üzerinde ek in vitro ve in vivo çalışmalar yapılması yararlı olacaktır.

Abstract:
In our study we aimed to develop new cytotoxic compounds in order to overcome the major side effects, therapeutic deficiencies, selectivity issues of the currently used chemotherapeutic drugs and the resistance developing against them.The final compounds were designed by one of the drug discovery methods, hybrid molecule concept, which is applied by merging active compounds. According to this concept, a group of aminomethyl derivatives (Mannich bases) were prepared from a serial of planar polycyclic  heterocyclic compounds bearing active hydrogen. Different amines (morpholine, piperidine, dimethylamine, bis(2-chloroethyl)amine) with diverse pKa values were used in Mannich reactions. The title compounds were synthesized and purified with the appropriate techniques. The structures of the compounds were confirmed by UV, IR, 1H-NMR, 13C-NMR, MS spectroscopic methods and elemental analysis. Among the 33 compounds, spectral data of the 13 compounds and full data for the 8 compounds were reported for the first time in this study.Intercalation and alkylation are important interactions forming between DNA and drug molecules. We tested the interactions between the molecules and DNA by using stability test, ethidium bromide fluorescence displacement experiment and electrochemical techniques.When compound IC 17 and biological nucleophile model compound 2-mercaptoethanol were incubated in vitro (37°C, pH 7.4 and pH 6.9), the elimination-substitution chain reaction product (IC 17-SH) was isolated and elucidated. This result explains the compounds' alkylation capability. Intercalation mechanism of action of the compound IC 27 was proved by ethidium bromide fluorescence displacement experiment. Electrochemical test results demonstrated that the compounds interact with guanine base of DNA.Also, the inhibition levels of topoisomease I and II enzymes which play important roles in DNA topology were examined and the results were promising.Cytotoxicity of compounds were investigated in three cancer cell line (PC3, HeLa, MCF7). Mannich base of 3-acetylphenanthrene with bis(2-chloroethyl)amine (IC 27) demonstrated a biological activity value close to the reference compound doxorubicine.In conclusion, compound IC 27 can be reported as a promising intercalator cytotoxic compound. Further in vivo and in vitro studies on the compound IC 27 will be helpful for this purpose.