Kimyasal ve biyolojik uygulamalara yönelik yeni siklotrifosfazen çekirdekli fotoduyarlaştırıcıların geliştirilmesi
Developing of new photosensitizers bearing cyclotriphosphazene core for chemical and biological applications
Yazar: ELİF YILDIZ GÜL
Danışman: PROF. DR. ESRA TANRIVERDİ EÇİK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: BODIPY bileşikleri = BODIPY compounds ; Siklotrifosfazen = Cyclotriphosphazene ; Singlet oksijen = Singlet oxygen

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, kimyasal (fotokataliz reaksiyonları) ve biyolojik (fotodinamik terapi ve fotodinamik antimikrobiyal terapi) uygulamalara yönelik üç seri siklotrifosfazen çekirdekli yeni nesil fotoduyarlaştırıcıların hazırlanması, fotofiziksel ve fotokimyasal özelliklerinin belirlenmesi ve kullanımlarının incelenmesi amaçlanmıştır.
Yöntem: Uygulama alanına uygun dalgaboyunda maksimum absorbans bandı verecek şekilde BODIPY bileşikleri tasarlanarak siklotrifosfazen çekirdeğine klik reaksiyonları ile substitute edildi. Yapıları aydınlatıldıktan sonra fotofiziksel özellikleri belirlendi. Singlet oksijen üretme kabiliyetleri organik çözücüde 1,3-difenilizobenzofuran ve sulu ortamda 9,10-antrasendiil-bis(metilen)dimalonik asit kullanılarak incelendi. PDT hedefli bileşiklerin HEK293 insan böbrek kanser hücresi üzerindeki etkileri ortak çalışma grubumuz tarafından araştırıldı. Fotodinamik antimikrobiyal terapi hedefli bileşiklerin sulu ortamda çözünürlüklerinin arttırılarak hücre içine girişin kolaylaştırılması amacıyla nanomisel yapıları hazırlandı, yapıları DLS parçacık boyutu ve zeta potansiyel ölçümleri ile aydınlatıldı. Fotokataliz hedefli bileşiklerin kataliz etkileri, 1,5-dihidroksinaftalin'in fotooksidasyon ve 1,3-siklohekzadien'in [4+2] katılma reaksiyonları kullanılarak incelendi.
Bulgular: Fotodinamik terapi hedefli bileşiklerden DMSO içerisinde en yüksek singlet oksijen kuantum verimi, diiyodo BODIPY ve diiyodo BODIPY-siklotrifosfazen bileşikleri için hesaplandı. Ayrıca, sulu ortamda singlet oksijen üretme kabiliyetine de sahip oldukları görüldü. Fotodinamik antimikrobiyal terapi hedefli bileşiklerin DMSO içerisinde singlet oksijen kuantum verimleri 0.57'in üzerinde hesaplandı. Fotokataliz hedefli bileşiklerde en yüksek singlet oksijen kuantum verimine sahip olan bileşiğin, iyot atomu içeren orthogonal BODIPY-siklotrifosfazen bileşiği olduğu görüldü.
Sonuç: Fotodinamik terapi hedefli bileşiklerden iyot atomu içeren bileşiklerin HEK293 insan böbrek kanser hücresi üzerinde etkili oldukları görüldü. Fotodinamik antimikrobiyal terapi hedefli bileşiklerin nanomisel yapılarının sulu ortamda singlet oksijen üretme kabiliyetine sahip olduğu görüldü. İyot atomu içeren ortogonal BODIPY-siklotrifosfezen türevinin hem DHN'nin fotooksidasyonu hem de 1,3-siklohekzadienin [4+2] katılma reaksiyonu için etkili bir katalizör olduğu görüldü.

Abstract:
Purpose: In this study, it was aimed to synthesize three series of new generation photosensitizers with cyclotriphosphazene cores for chemical (photocatalysis reactions) and biological (photodynamic therapy and photodynamic antimicrobial therapy) applications, to determine their photophysical and photochemical properties and to investigate their uses.
Method: BODIPY compounds were designed to give the maximum absorbance band at the appropriate wavelength for the application area and were substituted into the cyclotriphosphazene core using click reactions. After characterization of compounds, their photophysical properties were determined. Singlet oxygen production abilities were examined using 1,3-diphenylisobenzofuran in organic solvent and 9,10-anthracenediyl-bis(methylene)dimalonic acid in aqueous medium. The effects of PDT targeted compounds on HEK293 human kidney cancer cells were investigated by our collaborative group. Nanomicelle structures were prepared to facilitate entry into cells by increasing the solubility of photodynamic antimicrobial therapy targeted compounds in aqueous medium, and their structures were characterized by DLS particle size and zeta potential measurements. The catalysis effects of photocatalysis targeted compounds were examined using the photooxidation reaction of 1,5-dihydroxynaphthalene and the [4+2] addition reaction of 1,3-cyclohexadiene.
Findings: Among photodynamic therapy targeted compounds, the highest singlet oxygen quantum yield in DMSO was calculated for diiodo BODIPY and diiodo BODIPY--cyclotriphosphazene compounds. They were also found to have the ability to produce singlet oxygen in an aqueous medium. Singlet oxygen quantum yields of photodynamic antimicrobial therapy targeted compounds in DMSO were calculated to be over 0.57. It was observed that the compound with the highest singlet oxygen quantum yield among photocatalysis targeted compounds was the orthogonal BODIPY-cyclotriphosphazene compound containing iodine atom.
Results: Among photodynamic therapy-targeted compounds, compounds containing iodine atoms were found to be effective on HEK293 human kidney cancer cells. It was observed that the nanomicelle structures of photodynamic antimicrobial therapy targeted compounds have the ability to produce singlet oxygen in aqueous medium. The orthogonal BODIPY-cyclotriphosphazene derivative containing iodine atom was found to be an effective catalyst for both the photooxidation of DHN and the [4+2] addition reaction of 1,3-cyclohexadiene.