ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Co ΚΑΙ ΤΟΥ Cu ΜΕ ΜΗ-ΣΤΕΡΟΕΙΔΗ ΑΝΤΙΦΛΕΓΜΟΝΩΔΗ ΦΑΡΜΑΚΑ: ΣΥΝΘΕΣΗ, ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΔΡΑΣΗ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΔΙΜΗΖΑ ΦΙΛΙΤΣΑ ΣΥΜΠΛΟΚΑ ΤΟΥ Co ΚΑΙ ΤΟΥ Cu ΜΕ ΜΗ-ΣΤΕΡΟΕΙΔΗ ΑΝΤΙΦΛΕΓΜΟΝΩΔΗ ΦΑΡΜΑΚΑ: ΣΥΝΘΕΣΗ, ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΔΡΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΤΙΤΛΟΥ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ (που εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ανόργανης Χημείας του Τομέα Γενικής και Ανόργανης Χημείας) Επιβλέπων καθηγητής: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Δ. Φ. ΚΕΣΙΣΟΓΛΟΥ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 3 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ... 5 Ι.ΦΛΕΓΜΟΝΗ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΤΗΣ... 7 Ι.1 Γενικά για τη φλεγμονή... 7 Ι.2 Μηχανισμός δράσης της φλεγμονής... 8 Ι.3. Μη Στεροιειδή Αντιφλεγμονώδη Φάρμακα (ΜΣΑΦ) ΙΙ. ΣΥΜΠΛΟΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΜΕ ΜΣΑΦ ΙΙΙ. ΦΘΟΡΙΣΜΟΜΕΤΡΙΑ KAI ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ IΙΙ.1. Γενικές αρχές της φασματοσκοπίας IΙΙ.2. Περιορισμοί του φθορισμού IΙΙ.3. Εφαρμογές της φθορισμομετρίας ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Ι. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ι.1. Μη Στεροειδή Αντιφλεγμονώδη Φάρμακα Ι.2. Ετεροκυκλικές ενώσεις δότες ατόμων Ν Ι.3. Σύμπλοκες ενώσεις ΙΙ. ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ ΔΙΑΛΥΤΕΣ ΟΡΓΑΝΑ ΙΙ.1. Αντιδραστήρια και διαλύτες ΙΙ.2. Όργανα μέτρησης ΙΙΙ. ΣΥΝΘΕΣΗ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΙΙΙ.1. Σύμπλοκες ενώσεις του Cu ΙΙΙ.2. Σύμπλοκες ενώσεις του Cο IV. ΦΑΣΜΑΤΟΣΚΟΠΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ IV.1 Μελέτη των συμπλόκων με φασματοσκοπία Υπερύθρου (IR) IV.2 Μελέτη των συμπλόκων με φασματοσκοπία Υπεριώδους-Ορατού (UV-Vis) IV.3 Μαγνητικές μετρήσεις των συμπλόκων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος V. XAΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ V.1 Περιγραφή της κρυσταλλικής δομής του συμπλόκου Cu(mef) 2 (bipy) V.2. Περιγραφή της κρυσταλλικής δομής του συμπλόκου Cu(mef) 2 (py) 2 2MeOH, 5 2MeOH V.3 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Cu(dicl) 2 (py) V.4 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Cu(nap) 2 (phen) H 2 O

3 V.5 Περιγραφή της κρυσταλλικής δομής του συμπλόκου Cu(nap) 2 (bipy) H 2 O V.6 Kρυσταλλική δομή του συμπλόκου Cο(mef) 2 (MeOH) 4 MeOH,13 MeOH V.7 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Cο(mef) 2 (bipy)(meoh) V.8 Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου Cο(nap) 2 (py) 2 (H 2 O) V.9 Μελέτη των συμπλόκων του χαλκού και του κοβαλτίου με φασματοσκοπία ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού (EPR) V.10 Μελέτη των συμπλόκων δισθενούς χαλκού και κοβαλτίου με κυκλική βολταμμετρία VI. ΜΕΛΕΤΗ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ VI.1 Αλληλεπίδραση των συμπλόκων με το DNA VI.1.1. DNA και τρόποι αλληλεπίδρασής του με τις σύμπλοκες ενώσεις VI.1.2 Τιτλοδότηση μέσω της φασματοσκοπίας UV-Vis VI.2. Μελέτη της ανταγωνιστική δράσης των ΜΣΑΦ και των συμπλόκων με το ΕΒ με φασματοσκοπία φθορισμού VI.3 Μελέτη της αλληλεπίδρασης των συμπλόκων με DNA με κυκλική βολταμμετρία VII. ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΜΣΑΦ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΜΕ ΑΛΒΟΥΜΙΝΗ ΟΡΟΥ ΑΙΜΑΤΟΣ VII.1 Εισαγωγή VII.2 Εξισώσεις μελέτης πρωτεϊνικής δέσμευσης VII.3 Μελέτη δέσμευσης αλβουμίνης VIII. ANTIOΞΕΙΔΩΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ VIΙΙ.1 Εισαγωγή VIΙΙ.2 Προσδιορισμός της μείωσης ενεργότητας της σταθερής ρίζας 1,1-diphenyl-picrylhydraxzyl (DPPH) VIII.3. Aνταγωνισμός των μελετούμενων ενώσεων με DMSO για δέσμευση ριζών υδροξυλίου ( ΟΗ) VIII.4. Aποτίμηση δέσμευσης κατιονικών ριζών ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η σύνθεση, η μελέτη της δομής και οι βιολογικές ιδιότητες των ουδέτερων μονοπυρηνικών συμπλόκων του χαλκού και του κοβαλτίου με μη-στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα απουσία ή παρουσία υποκατάστατη δότη ενός (py) ή δύο (phen και bipy) ατόμων Ν. Οι σύμπλοκες ενώσεις χαρακτηρίστηκαν με φυσικοχημικές (στοιχειακές αναλύσεις, μετρήσεις μοριακής αγωγιμότητας, μαγνητικές μετρήσεις σε θερμοκρασία δωματίου), φασματοσκοπικές (IR, UV-vis, EPR) και ηλεκτροχημικές μεθόδους (κυκλική βολταμετρία). Όπου ή- ταν εφικτό πραγματοποιήθηκε επίλυση της κρυσταλλικής δομής με περίθλαση ακτίνων-χ. Μελετήθηκε ο τρόπος και η ισχύς σύνδεσης με το CT DNA των ελεύθερων υποκαταστατών ΜΣΑΦ και των σύμπλοκων ενώσεών τους με φασματοσκοπία υπεριώδους και με κυκλική βολταμμετρία. Από τη μελέτη της ανταγωνιστικής δράσης με το ΕΒ επιβεβαιώθηκε η ικανότητα των συμπλόκων να συνδέονται στο DNA ως παρεμβολείς. Επίσης μελετήθηκε η αλληλεπίδραση των ΜΣΑΦ και των σύμπλοκων ενώσεων με αλβουμίνη ορού αίματος (ανθρώπινη, HSΑ και βοοειδή, BSA) καθώς και υπολογίστηκαν οι σταθερές σύνδεσής τους. Τέλος, εξετάστηκε η αντιοξειδωτική ικανότητα δέσμευσης ριζών που παρουσιάζουν οι ελεύθεροι υποκατάστατες ΜΣΑΦ και οι σύμπλοκες ενώσεις τους. Από τη θέση αυτή θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή Δ. Φ. Κεσίσογλου για την καθοδήγησή του σε όλη τη διάρκεια της πειραματικής εργασίας και ιδιαίτερα για τη συμβολή του στην ερμηνεία των πειραματικών αποτελεσμάτων, καθώς και τη σημαντική προσφορά του στη διόρθωση της εργασίας αυτής. Εκφράζω τις θερμές μου ευχαριστίες στο λέκτορα Γ. Ψωμά για την πλήρη ηθική και επιστημονική υποστήριξή του καθ' όλη τη διάρκεια της ερευνητικής μεταπτυχιακής εργασίας καθώς και για τη συμβολή του στη διόρθωση της εργασίας αυτής. Ακόμη θα ήθελα να ευχαριστήσω εκ των προτέρων το λέκτορα Β. Ταγκούλη για τις εύστοχες παρατηρήσεις του και τη συμβολή του στη διόρθωση της εργασίας αυτής. Ιδιαίτερη ήταν η προσφορά του αναπληρωτή καθηγητή Χ. Μπόλου για τη συνεχή ηθική του υποστήριξη και τις παρατηρήσεις του. Ακόμα θα ήθελα να ευχαριστήσω τη Δρ. Α. Ραπτοπούλου και το Δρ. Β. Ψυχάρη του Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών στο Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. «Δημόκριτος» καθώς και τον καθηγητή Iztok Turek και το Δρ. Frank Perdih από το Τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου της Λουμπλιάνα στη Σλοβενία για την επίλυση της μοριακής δομής των σύμπλοκων ενώσεων. 4

5 Επιπλέον ευχαριστώ τον Αθ. Παπαδόπουλο, επίκουρο καθηγητή στο Τμήμα Διατροφής και Διαιτολογίας του Αλεξάνδρειου Τ.Ε.Ι Θεσσαλονίκης για τη βοήθεια που μου παρείχε στη μελέτη της αντιοξειδωτικής ικανότητας των συμπλόκων που αναφέρονται στην εργασία αυτή. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω όλα τα μέλη ΔΕΠ του Εργαστηρίου Γενικής και Ανόργανης Χημείας του Τμήματος Χημείας ΑΠΘ για τη διάθεση συνεργασίας σε όλη τη διάρκεια της εργασίας καθώς και τους υποψήφιους διδάκτορες και μεταπτυχιακούς φοιτητές για την ενθάρρυνση που μου παρείχαν και το καλό κλίμα συνεργασίας. H εργασία αυτή αφιερώνεται στην οικογένειά μου ως ένδειξη ευγνωμοσύνης για την πολύπλευρη στήριξη που μου παρείχαν κατά τη διάρκεια όλων των σπουδών μου. Δίμηζα Φιλιώ Θεσσαλονίκη

6 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

7 Ι. ΦΛΕΓΜΟΝΗ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ ΤΗΣ Ι.1. Γενικά για τη φλεγμονή Κάθε άνθρωπος έχει στη ζωή του εμπειρία πόνου, ο οποίος μπορεί να είναι οξύς διαρκώντας από λίγες ώρες μέχρι μερικές εβδομάδες ή χρόνιος με συνεχή ή/και περιοδική διάρκεια από λίγους μήνες μέχρι πολλά χρόνια. Οξύς πόνος συνήθως προκαλείται από τραυματισμούς, χειρουργικές επεμβάσεις, καρδιακές ή σπλαγχνικές παθήσεις, ημικρανία, δυσμηνόρροια, λόγω κολικών, λοιμώξεων ή οξέων ρευματικών συνδρόμων (π.χ. ουρική αρθρίτιδα, περιαρθρίτιδες κ.λ.π.). Η αντιμετώπιση του οξέος πόνου συχνά δεν βρίσκεται στο κέντρο του ιατρικού ενδιαφέροντος. Ενδεικτικά, μελέτη σχετικά με το επίπεδο της χορηγούμενης αναλγησίας μετά από χειρουργικές επεμβάσεις αναφέρει ότι το 82% των χειρουργημένων ασθενών εξακολουθεί να πονάει παρά την παρεχόμενη αναλγησία [1]. Οι συνέπειες της μη σωστής αντιμετώπισης του οξέος πόνου είναι σημαντικές με το 81% των ασθενών να απέχει από την εργασία του, το 47% παρουσιάζει διαταραχές ύπνου, το 38% αδυναμία συγκέντρωσης και το 22% συναισθηματικές διαταραχές [2]. Επιπρόσθετα ποσοστό μεγαλύτερο του 1% αναπτύσσει χρόνιο νευροπαθητικό πόνο και χρήζει δια βίου θεραπείας. Χρόνιος πόνος συνήθως προκαλείται από αρθρίτιδα, καρκίνο, προβλήματα της σπονδυλικής στήλης (οσφυαλγία) αλλά και από άλλες καταστάσεις, όπως η κεφαλαλγία, κ.λ.π. Επιδημιολογικά δεδομένα έδειξαν ότι στις ΗΠΑ το 30% του πληθυσμού παρουσιάζει χρόνιο πόνο [1], ενώ στην Ελλάδα το 27% του πληθυσμού πάσχει από κάποια ρευματική πάθηση (κυρίως αρθρίτιδα και οσφυαλγία) κατά το έτος Τα ελληνικά επιδημιολογικά δεδομένα δείχνουν επίσης ότι οι ρευματικές παθήσεις είναι η πρώτη κατά σειρά αιτία μεταξύ όλων των νοσημάτων, για την οποία απευθύνονται οι ασθενείς στο γιατρό τους και η δεύτερη αιτία κατανάλωσης φαρμάκων [3]. Οι συνέπειες του χρόνιου πόνου είναι πολλαπλές και αφορούν κυρίως την επιδείνωση της ποιότητας ζωής των ασθενών (περιορισμό δραστηριοτήτων και ενεργητικότητας, κατάθλιψη κ.λ.π.). Λόγω του μεγέθους του προβλήματος του χρόνιου πόνου, αλλά και της μη επαρκούς αντιμετώπισής του, οι οικονομικές επιπτώσεις είναι πολλές φορές τεράστιες [4]. Η αντιμετώπιση του πόνου πρέπει να είναι παράλληλα αιτιολογική (απομάκρυνση του αιτίου που τον προκάλεσε) και συμπτωματική (έγκαιρη και επαρκής ανακούφιση όλων των φλεγμονωδών συμπτωμάτων). Η συνήθης πρακτική είναι η λήψη αναλγητικών ή μηστεροειδών αντιφλεγμονωδών φαρμάκων (ΜΣΑΦ). Τα φάρμακα αυτά είναι πολύ διαδεδομέ- 7

8 να τόσο στην αντιμετώπιση των συνδρόμων του μυοσκελετικού πόνου και της φλεγμονής όσο και ως επικουρικά φάρμακα στην αντιμετώπιση των λοιμώξεων [5]. Στην Ελλάδα κατά τη διάρκεια ενός έτους (3/2004 έως 2/2005) καταναλώθηκαν περίπου 15.5 εκατομμύρια κουτιά, από τα οποία 11 εκατομμύρια ήταν κλασικά ΜΣΑΦ και 4.5 εκατομμύρια. ήταν κοξίμπες (στοιχεία από το σύστημα καταγραφής των φαρμακείων: International Medical Statistics, IMS). Στους παραπάνω αριθμούς, οι οποίοι είναι αρκετά μικρότεροι από τις πραγματικές πωλήσεις, δε συμπεριλαμβάνονται τα σκευάσματα ασπιρίνης ή παρακεταμόλης ούτε και τα ΜΣΑΦ τα οποία χορηγούνται χωρίς ιατρική συνταγή [6]. Ι.2. Μηχανισμός δράσης της φλεγμονής Η φλεγμονή είναι μια φυσιολογική αντίδραση άμυνας του οργανισμού έναντι κάποιου εξωγενούς ή ενδογενούς, δυνητικά βλαπτικού ερεθίσματος. Κυριότερα εξωγενή βλαπτικά ερεθίσματα είναι τα μικρόβια και οι ιοί (λοίμωξη), η ακτινοβολία (φλεγμονή του δέρματος) και η κάκωση των ιστών (μετά από τραυματισμό ή χειρουργείο). Ενδογενή ερεθίσματα είναι κυρίως η ουρική και ψευδοουρική αρθρίτιδα και διάφορα ανοσολογικά ερεθίσματα (αυτοάνοσες ρευματικές παθήσεις). Ο σκοπός της φλεγμονής είναι η εξουδετέρωση του βλαπτικού ερεθίσματος και η αποκατάσταση της βλάβης που προκάλεσε. Κατά τη διάρκεια της φλεγμονής ενεργοποιούνται διάφορα κύτταρα (λευκά αιμοσφαίρια, μαστοκύτταρα, αιμοπετάλια, τοπικά κύτταρα, κ.λ.π.) και παράγονται διάφορες ουσίες (ισταμίνη, σεροτονίνη, προσταγλανδίνες, κυτοσίνες, αυξητικοί παράγοντες, παράγοντες της πήξης, κ.λ.π.). Οι μεσολαβητές της φλεγμονής ενεργοποιούν τους μηχανισμούς εκείνους που στοχεύουν στην εξουδετέρωση του βλαπτικού ερεθίσματος και στην αποκατάσταση της βλάβης. Αποτέλεσμα της όλης διαδικασίας της φλεγμονής είναι η γνωστή κλινική εικόνα, η οποία χαρακτηρίζεται από «πόνο, θερμότητα, ερυθρότητα, οίδημα» και είναι ίδια, ανεξάρτητα από το αίτιο που την προκάλεσε. Ο θεραπευτικός στόχος δεν είναι η κατάργηση της φλεγμονής, η οποία είναι μια χρήσιμη βιολογική διαδικασία, αλλά η αντιμετώπιση των συμπτωμάτων της. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χορήγηση αντιφλεγμονωδών φαρμάκων, τα οποία είναι είτε η κορτιζόνη είτε τα μη-στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα που καταργούν την παραγωγή των προσταγλανδινών, μέσω αναστολής των ενζύμων φωσφολιπάση ή κυκλοoξυγενάση (CΟΧ, cyclooxygenase) αντίστοιχα [5]. Οι προσταγλανδίνες (PGs) είναι ακόρεστα καρβοξυλικά ο- ξέα, και δρουν σε τοπικό επίπεδο ως χημικοί μεσολαβητές πολλών βιολογικών διεργασιών. Η δράση τους εξαρτάται κυρίως από το είδος των υποδοχέων με τους οποίους συνδέονται. Η 8

9 παραγωγή τους είναι αποτέλεσμα της διεργασίας που ονομάζεται «καταρράκτης του αραχιδονικού οξέος» (Σχήμα 1) [7]. Βλάβη Ιστού (απελευθέρωση αραχιδονικού οξέος) Φωσφολιπιδάση Α 2 Αραχιδονικό οξύ Λιποξυγενάση Κυκλοξυγενάση (COX)-I,-II Λευκοτριένια Προσταγλανδίνες (PG)G 2 και PGH 2 Άλλες μορφές προσταγλανδινών, Θρομβοξάνη και Προστακυκλίνη Φλεγμονώδης αντίδραση και παραγωγή αντισωμάτων Φλεγμονώδης αντίδραση και παραγωγή αντισωμάτων. Διατήρηση των απαραίτητων λειτουργιών (συσσώρευση αιμοπεταλίων, γαστρική προστασία, νεφρική λειτουργία). Σχήμα 1. Σχηματικά η διαδικασία "Καταρράκτης του αραχιδονικού οξέος ". Το φλεγμονώδες ερέθισμα δρα πάνω στην κυτταρική μεμβράνη και δημιουργεί μια ανακατάταξη των φωσφολιπιδιών, στα οποία δρα το ένζυμο φωσφολιπάση-α 2. Το ένζυμο αυτό διασπά τα φωσφολιπίδια και δημιουργεί ένα λιπαρό οξύ, το αραχιδονικό οξύ. Το τελευταίο εισέρχεται στο εσωτερικό ενός άλλου ενζύμου, το οποίο βρίσκεται παραπλήσια και ονομάζεται κυκλοoξυγονάση, όπου και υφίσταται ενζυματική διάσπαση. Το αραχιδονικό οξύ, αφού υποστεί διαδοχικές οξειδώσεις, εξέρχεται τελικά ως ακόρεστο καρβοξυλικό οξύ με 20 άτομα άνθρακα, έχει δηλαδή μετατραπεί σε προσταγλανδίνη. Πιο συγκεκριμένα, τα αραχιδονικό οξύ μετατρέπεται στην κυκλική ενδοπεροξιδάση PGG 2 που στη συνέχεια μετασχηματίζεται στην PGΗ 2. Οι ενδοπεροξιδάσες μεταβολίζονται περαιτέρω σε άλλες μορφές προσταγλανδινών όπως PGΙ 2, PGD 2, PGΕ 2, PGF 2 a και θρομβοξάνη (Σχήμα 2) [7]. 9

10 COOH O COOH O CH 3 CH 3 α) O COOH β) (CH 2 ) 3 O COOH OH O CH 3 O O (CH 2 ) 4 CH 3 γ) OH OH δ) HO O (CH 2 ) 3 COOH (CH 2 ) 3 COOH (CH 2 ) 4 (CH 2 ) 4 ε) O OH CH 3 HO στ) OH CH 3 HO (CH 2 ) 6 (CH 2 ) 3 COOH CH 3 HO OH (CH 2 ) 4 CH 3 O (CH 2 ) 7 CH 3 ζ) η) Σχήμα 2. Η δομή α) του αραχιδονικού οξέος (5,8,11,14-eicosatetraenoic acid), β) της PG 2 (9,11-epidioxy-15-hydroxyperacy-prosta-5,13-dien-1-oic acid), γ) της PGΗ 2 (9,11-epidioxy- 15-hydroxy-prosta-5,13-dien-1-oic acid), δ) της PGI 2 (6,9-epoxy-11,15-dihydroxy-prosta- 5,13-dien-1-oic acid), ε) της PGD 2 (9,15-dihydroxy-11-oxo-prosta-5,13-dien-1-oic-acid), στ) της PGE 2 (11,15-dihydroxy-9-oxo-prosta-5,13-dien-1-oic acid, ζ) της PGF 2a (9,11,15- trihydroxy-prosta-5,13-dien-1-oic-acid), η) της θρομβοξάνης ((2R-trans)-3-heptyltetrahydro- 2-octyl-2H-pyran). 10

11 Oι πιο γνωστές προσταγλανδίνες που επηρεάζονται από τα ΜΣΑΦ είναι: Η προσταγλανδίνη PGE 2. Είναι η κυριότερη προσταγλανδίνη της φλεγμονής. Είναι υπεύθυνη για την πρόκληση του πόνου και του πυρετού. Ταυτόχρονα όμως ρυθμίζει την κυκλοφορία του αίματος, την ομοιοστασία του νατρίου και του νερού στους νεφρούς, καθώς και την παραγωγή της γαστρικής βλέννας για την προστασία του στομάχου από το υδροχλωρικό οξύ. Η θρομβοξάνη ΤxΑ 2. Παράγεται κυρίως στα αιμοπετάλια και προωθεί τη δημιουργία θρόμβου, μέσω επαγωγής της συσσώρευσής τους και τοπικής αγγειοσύσπασης, με σκοπό την αντιμετώπιση της αιμορραγίας. Η προστακυκλίνη PGI 2. Παράγεται στο ενδοθήλιο των αγγείων σε καταστάσεις στρες και προκαλεί αγγειοδιαστολή και αγγειοδιεύρυνση, εμποδίζοντας έτσι τη διαδικασία της θρόμβωσης. Βρίσκεται επίσης σε σημαντικές ποσότητες στα νεφρά και στο γαστρεντερικό σύστημα και σε μικρότερες στον εγκέφαλο [5]. Η κυκλοοξυγενάση (COX, cyclooxygenase) είναι ένα ένζυμο που στερεοχημικά μοιάζει με ελατήριο, το οποίο έχει καθηλωμένη τη μία άκρη του στην κυτταρική μεμβράνη (είσοδος) και την άλλη άκρη ελεύθερη μέσα στο κυτταρόπλασμα σε ελαφρά πλάγια κάμψη. Το 1991 ταυτοποιήθηκαν δύο διαφορετικά ισοένζυμα της κυκλοoξυγενάσης, η κυκλοoξυγενάση-1 (COX-1) και η κυκλοoξυγενάση-2 (COX-2)( Σχήμα 3) α) β) Σχήμα 3. Μορφή της κυκλοoξυγενάσης-1 (COX-1) και της κυκλοoξυγενάσης-2 (COX-2) αντίστοιχα. Η COX-1 υπάρχει ως δομικό ένζυμο σε όλα σχεδόν τα κύτταρα του οργανισμού, εκτός των ερυθρών αιμοσφαιρίων, και παράγει τις προσταγλανδίνες που είναι υπεύθυνες για τη φυσιολογική λειτουργία των κυττάρων (ομοιοστασία). Η COX-2 δεν υπάρχει φυσιολογικά στα κύτταρα, αλλά παράγεται σε καταστάσεις στρες του οργανισμού (επαγόμενο ένζυμο). Αρχικά θεωρήθηκε ότι συμμετέχει μόνο στη φλεγμονή και στην ανάπτυξη καρκινικών ό- γκων, αλλά σήμερα είναι γνωστό ότι σε ορισμένες περιπτώσεις παράγεται φυσιολογικά σε 11

12 ορισμένους ιστούς ως δομικό ένζυμο, όπως στο νευρικό σύστημα (ευαισθητοποίηση και α- ντίληψη του πόνου), στα οστά (οστική αναδόμηση), στους νεφρούς (νεφρική λειτουργία σε οριακές καταστάσεις) και στη μήτρα (εμφύτευση του ωαρίου κ.λ.π.) [5]. Η αναστολή της COX προκαλείται μη αναστρέψιμα από την ασπιρίνη σε μεγάλες δόσεις, αναστρέψιμα δε από τα υπόλοιπα ΜΣΑΦ, ανάλογα με το χρόνο ημιζωής τους. Τα κλασικά ΜΣΑΦ ασκούν τη δράση τους αναστέλλοντας την παραγωγή και των δύο τύπων της COX. Στην περίπτωση της φλεγμονής αυτό έχει θετικό αντίκτυπο στη συμπτωματολογία του ασθενούς, διότι με τον αποκλεισμό της CΟΧ-2 και τη μη παραγωγή φλεγμονωδών προσταγλανδινών δεν παράγεται πόνος, οίδημα και πυρετός, με επακόλουθο τη βελτίωση της κλινικής εικόνας του ασθενούς. Αντίθετα, ο παράλληλος αποκλεισμός της COX-1 από τα κλασικά ΜΣΑΦ και η μη παραγωγή προστατευτικών προσταγλανδινών από τα φυσιολογικά κύτταρα του οργανισμού έχουν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση ανεπιθύμητων ενεργειών στο γαστρεντερικό σύστημα (έλκη), στα αιμοπετάλια (αιμορραγίες) και στους νεφρούς (οιδήματα, υπέρταση). Η αποτελεσματικότητα των ΜΣΑΦ εξαρτάται από την αναστολή της COX-2 και οι ανεπιθύμητες ενέργειές τους από την αναστολή της COX-1. Η παρασκευή ενός αντιφλεγμονώδους φαρμάκου που μπορεί να αναστείλει την COX-2 χωρίς να επηρεάσει την CΟX-1 αποτελεί το ιδανικό για την αντιμετώπιση των συμπτωμάτων της φλεγμονής. Ο στόχος αυτός έχει προσεγγισθεί με την παρασκευή των κοξιμπών, δηλαδή των εκλεκτικών ΜΣΑΦ, τα οποία μπορούν να εισέλθουν και να αποφράξουν την CΟX-2, αναστέλλοντας την είσοδο του αραχιδονικού οξέος και την παραγωγή φλεγμονωδών προσταγλανδινών, αλλά, δεν μπορούν να εισέλθουν στην CΟX-1, όπου το αραχιδονικό οξύ εισέρχεται ανεμπόδιστα και παράγει τις προστατευτικές προσταγλανδίνες (Σχήμα 4), [5]. Σχήμα 4. Αποτελέσματα της δράσης των διαφόρων ΜΣΑΦ, ανάλογα με την ειδικότητα αναστολής των COX. 12

13 Ι.3. Μη Στεροειδή Αντιφλεγμονώδη Φάρμακα (ΜΣΑΦ) Τα Μη Στεροειδή Αντιφλεγμονώδη Φάρμακα (ΜΣΑΦ) αποτελούν μία κατηγορία φαρμάκων με αναλγητική, αντιφλεγμονώδη και αντιπυρετική δράση, τα οποία χρησιμοποιούνται για τη συμπτωματική αντιμετώπιση του πόνου και των άλλων συμπτωμάτων της φλεγμονής. Ο μηχανισμός δράσης των ΜΣΑΦ σχετίζεται με την αναστολή παραγωγής των προσταγλανδινών (PGs). To μόριο του φαρμάκου, αφού πλησιάσει το κύτταρο- στόχο, διαπερνά την κυτταρική μεμβράνη και εισέρχεται στον καταλυτικό δίαυλο του ενζύμου COX. Στη συνέχεια συνδέεται με κάποια αμινοξέα του τοιχώματος του διαύλου με τέτοιο τρόπο, ώστε το μόριο του φαρμάκου να προκαλεί πλήρη απόφραξη του διαύλου. Όταν διεγερθεί το συγκεκριμένο κύτταρο από φυσιολογικό ή παθολογικό ερέθισμα, θα παραχθεί αραχιδονικό οξύ, το οποίο θα προσπαθήσει να εισέλθει στην COX για να παραχθούν οι αναγκαίες προσταγλανδίνες και να αντιμετωπισθεί η διέγερση που προκάλεσε το ερέθισμα. Στην πορεία του όμως προς το δίαυλο της COX θα βρει την είσοδο κλειστή από το μόριο του φαρμάκου και έτσι δεν θα παραχθούν προσταγλανδίνες. Η αναστολή της παραγωγής των προσταγλανδινών (ιδιαίτερα της PGE 2 ) από τη δράση των ΜΣΑΦ μπορεί να ανακουφίσει από τον πόνο, ακόμα και όταν δεν υπάρχει αμιγώς φλεγμονώδης νόσος. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η PGE 2, παράγεται μετά από τη δράση ο- ποιουδήποτε ερεθίσματος στην περιφέρεια και ευαισθητοποιεί τους περιφεριακούς υποδοχείς πόνου (περιφερειακή ευαισθητοποίηση), αλλά ταυτόχρονα παράγεται μέσω της δράσης ι- ντερλευκινών στον εγκέφαλο, τον οποίο επίσης ευαισθητοποιεί για την αντίληψη του πόνου (κεντρική ευαισθητοποίηση). Γι' αυτό τα ΜΣΑΦ χρησιμοποιούνται και ως παυσίπονα πέραν της αντιφλεγμονώδους δράσης τους [5]. 13

14 Με βάση τη χημική τους δομή, τα ΜΣΑΦ κατατάσσονται σε: α) παράγωγα του σαλικυλικού οξέος με κυριότερα μέλη την ασπιρίνη, το diflumisal, κ.α (Πίνακας 1) Πίνακας 1. Παράγωγα του σαλικυλικού οξέος. Κατηγορία Σαλικυλικά Salicylates Γενική ονομασία Aspirin Ονομασία κατά IU- PAC 2-(acetyloxy) benzoic acid O C Δομή OH O C CH 3 Diflunisal (Ηdifl) 2,4 -difluoro-4-hydroxy- [1,1 -biphenyl]-3-carboxylic acid F O H Salsalate (SAS) 2-carboxyphenyl ester of salicylate F O O COOH Benorylate 4-(acetylamino) phenyl ester of salicylate O O HOOC NHAc OAc β) Φαινυλαλκανοΐκά οξέα με κυριότερα τα ibuprofen, naproxen, diclofenac, tolmetin και indomethacin (Πίνακας 2). Πίνακας 2. Φαινυλαλκανοΐκά οξέα Φαινυλαλκανοϊ-κά Phenylalkanoic acids Fenoprofen (±) 2-methyl-3- phenoxybenzeneacetic acid O CH 3 CH COOH Ibuprofen (HIbu) (±) 2-methyl-4-(2- methylpropyl)- benzeneacetic acid H 3 C CH 3 C H H 2 C CH 3 CH COOH Ketoprofen (±) 3-benzoyl-2-methyl benzeneacetic acid O C CH 3 CH COOH 14

15 Flurbiprofen (HFlurb) (±) 2-fluoro-2-methyl-[1,1 - biphenyl]-4-acetic acid CH 3 CH COOH F Naproxen (Hnap) (±) 6-methoxy-2-methyl-2- naphthaleneacetic acid CH 3 CH COOH Tolmetin (Htolm) 1-methyl-5-(4- methylbenzoyl)-1h-pyrrole-2- acetic acid H 3 CO HOOC H 2 C CH 3 N O C Sulindac (±) 5-fluoro-2-methyl-1- [[4-(mehtylsulfinyl)phenyl] methylene]-1h-idene-3-acetic acid F COOH CH 3 CH 3 Indomethacin (HIndo) 1-(4-chlorobenzoyl)-5- methoxy-2-methyl-1h-indole- 3-acetic acid H 3 C O H 3 C S O C COOH CH 3 N C O Cl Diclofenac 2-[(2,6-diclorophenyl)amino]- benzeneacetic acid Cl H N C COOH Carprofen (±)-6-chloro-2-methyl-9Hcarbazole-2-acetic acid Cl H N CH 3 Cl CH COOH Etodolac (±)-1,8-diethyl-1,3,4,9- tetrahydro-pyrano[3,4- b]indole-1-acetic acid H N COOH O Ketorolac (±)-5-benzoyl-2,3-dihydro- 1H-pyrrolizine-1-carboxylic acid COOH N C O 15

16 γ) Ανθρανιλικά οξέα με κυριότερο τα mefenamic acid, tolfenamic acid,niflumic acid (Πίνακας 3). Πίνακας 3. Ανθρανιλικά οξέα. Ανθρανιλικά οξέα Anthranilic acids Mefenamic acid (Hmef) 2-[(2,3-dimethylphenyl) amino]benzoic acid HOOC H N Meclofenamate sodium (Namecl) 2-[(2,6-dichloro-3- methylphenyl)amino]benzoic acid, monosodium salt H 3 C CH 3 Cl H N Tolfenamic acid (ΗTolm) N-(3-chloro-2- methylphenyl)anthranilic acid H 3C Cl Cl - OOC Na + CH 3 HOOC H N Niflumic acid (HNifl) 2-[3- trifluoromethyl)phenyl1]aminonicotinic acid F 3 C HOOC H N N Flulenamic acid (HFluf) 2-[[3- (Trfluoromethy1]Pheny1]Amino]Benzoi c Acid F 3 C HOOC H N δ) Οξικάμες με κυριότερα μέλη τα tenoxicam, piroxicam, meloxicam (Πίνακας 4). Πίνακας 4. Οξικάμες. Οξικάμες Oxicams Tenoxicam (HTenx) Piroxicam (HPir) 2H-thieno[2,3-e]-1,2-thiazine- 3-carboxamide 2H-1,2-benzothiazine-3- carboxamide S O OH S OH O N O C O N H N C N H N O S N O 16

17 Meloxicam (HMelx) 2H-1,2-benzothiazine-3- carboxamide OH O C N H N S O S N O Isoxicam (HIsx) Lornoxicam (HLorn) 4-hydroxy-2-methyl-N-(5- methyl-3-isoxazolyl)-2h-1,2- benzothiazine-3-carboxamide- 1,1-dioxide 6-chloro-4-hydroxy-2-methyl- 2-pyridyl-2H-thieno[2,3-e]- 1,2-thiazine-3-amide- 1,1dioxide) Cl S O OH N S O OH N S O O O C O C N H N H N O N ε) κοξίμπες που περιλαμβάνουν σουλφοναμίδια με κυριότερο μέλος το celecoxib, φουρανόνες με κυριότερο μέλος το rofecoxib και προπαναμίδια με κυριότερο μέλος το parecoxib (Πίνακας 5). Πίνακας 5. Κοξίμπες. Σουλφοναμίδια Sulfonamides Celecoxib 4-[5-(4-mehtylphenyl)-3- (trifluoromethyl)-1h-pyrazol- 1-yl]-benzenesulfonamide CF 3 N N O S O NH 2 CH 3 Φουρανόνες Furanones Rofecoxib 4-[4-(methylsulfonyl)phenyl]- 3-phenyl-2(5H)-furanone O O O S CH 3 Προπαναμίδια propanamides Parecoxib N-[[4-(5-methyl-3-phenyl-4- isoxazolyl)phenyl]sulfonyl]- propanamide O N O Ph CH 3 O S H N C Et O O 17

18 Τα ΜΣΑΦ μπορούν να χορηγηθούν ως κύρια ή συμπληρωματική συμπτωματική θεραπεία, σε ένα τεράστιο φάσμα παθήσεων ή νοσηρών καταστάσεων που συνοδεύονται από πόνο ή/και φλεγμονώδη σημεία ή συμπτώματα [5] όπως : Σε σύνδρομα οξέος πόνου που εμφανίζονται μετεγχειρητικά, μετά από οδοντιατρικές ε- πεμβάσεις, σε οξείες κακώσεις μαλακών μυοσκελετικών μορίων, σε οξείες αρθρίτιδες, στη δυσμηνόρροια, στις ημικρανίες, στις διάφορες λοιμώξεις και στην οξεία οσφυαλγία ή αυχεναλγία. Σε σύνδρομα χρόνιου πόνου που εμφανίζονται στις φλεγμονώδεις αρθρίτιδες και στις εκφυλιστικές αρθροπάθειες. Στον καρκίνο, σε συνεχή χορήγηση για την αντιμετώπιση του καρκινικού πόνου και για την πρόληψη ορισμένων μορφών καρκίνου, όπως η οικογενής αδενωματώδης πολυποδίαση ή για την πρόληψη της επανεμφάνισης των αδενωματωδών πολυπόδων του παχέος εντέρου σε ασθενείς, στους οποίους έχει γίνει χειρουργική εκτομή σποραδικά εμφανιζόμενων πολυπόδων. Υπάρχουν όμως και δεδομένα για την πρόληψη και άλλων μορφών καρκίνου (στον πνεύμονα, τον οισοφάγο, το ήπαρ, το πάγκρεας, το μαστό, τον προστάτη, τον τράχηλο της μήτρας, το δέρμα), αλλά ακόμη δεν έχει τεκμηριωθεί η αξία της χημειοπροφύλαξης με τη χρήση των ΜΣΑΦ. Στη νόσο του Alzheimer υπάρχουν ερευνητικά δεδομένα για την πρόληψη της εγκατάστασης της νόσου σε άτομα με προδιάθεση άνοιας με τη συνεχή χορήγηση ΜΣΑΦ, αλλά ακόμη δεν έχει τεκμηριωθεί η αποτελεσματικότητα σε συνδυασμό με την ασφάλεια αυτής της πρακτικής. Τέλος, σε άλλες καταστάσεις όπως αυτής της χρόνιας κόπωσης, της σύγκλισης τραυμάτων και της ουρολογίας [5]. Οι κυριότερες ανεπιθύμητες ενέργειες των ΜΣΑΦ σχετίζονται κυρίως με την κατάργηση των ομοιοστατικών προσταγλανδινών, με αποτέλεσμα την εμφάνιση ανεπιθύμητων ενεργειών στο γαστρεντερικό σωλήνα, το ήπαρ, τους νεφρούς, τα αιμοπετάλια την καρδιά και το δέρμα. Στο γαστρεντερικό σύστημα: Τα ΜΣΑΦ προκαλούν συχνά ανεπιθύμητες ενέργειες που διακρίνονται σε: (α) ελαφριές, δηλαδή ενοχλητικά συμπτώματα, όπως η δυσπεψία, η καυσαλγία, η επιγαστραλγία ή τα διάχυτα κοιλιακά άλγη, η ναυτία και οι διαταραχές των κενώσεων. Τα συμπτώματα αυτά οφείλονται σε τοπικό ερεθισμό και δεν έχουν σχέση με την αναστολή της COX. (β) Σοβαρές, δηλαδή βλάβες του βλεννογόνου του στομάχου ή του εντέρου, όπως οι διαβρώσεις και τα έλκη που μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρές επιπλοκές (με ή χωρίς την παρουσία έλκους), όπως η μαζική αιμορραγία (γαστρορραγία ή εντερορραγία), η διάτρηση, η απόφραξη του πυλωρικού στομίου ή/και ο θάνατος. Οι ενέργειες αυτές οφείλονται στην κα- 18

19 τάργηση των γαστροπροστατευτικών προσταγλανδινών λόγω αναστολής της COX από τα ΜΣΑΦ και είναι αρκετά συχνές (10 % εως 30%). Στο ήπαρ: Όλα τα ΜΣΑΦ μπορεί να προκαλέσουν παροδική τρανσαμιναιμία, η οποία παρέρχεται με τη διακοπή του φαρμάκου. Σπανιότερα μπορεί να εμφανιστεί ηπατική βλάβη μέσω μηχανισμών υπερευαισθησίας κυρίως από το nimesulid και τo diclofenac. Στους νεφρούς: Τα ΜΣΑΦ, καταργώντας τις προσταγλανδίνες, μπορεί να προκαλέσουν οιδήματα ή υπέρταση (1% εως 5%) και σπάνια νεφρική ή καρδιακή ανεπάρκεια ή ηλεκτρολυτικές διαταραχές. Στα αιμοπετάλια: Τα ΜΣΑΦ καταργώντας την παραγωγή της προσταγλανδίνης θρομβοξάνης, λόγω αναστολής της COX, ελαττώνουν τη συσσώρευση των αιμοπεταλίων και μπορεί να οδηγήσουν σε αιμορραγίες. Απλές δερματικές και αλλεργικές αντιδράσεις, οι οποίες παρέρχονται με τη διακοπή, είναι συχνές κατά τη χρήση όλων των ΜΣΑΦ [5]. Για να μειωθεί λοιπόν ο κίνδυνος εμφάνισης ανεπιθύμητων ενεργειών κατά τη χρήση των ΜΣΑΦ, δε θα πρέπει να χορηγούνται ταυτόχρονα διαφορετικά σκευάσματα, καθώς έτσι δεν αυξάνεται η αποτελεσματικότητά τους, και να μη γίνεται υπέρβαση της μέγιστης θεραπευτικής δόσης κάθε σκευάσματος. Ακόμη, πρέπει να χορηγούνται περιοδικά, για μερικές εβδομάδες και μετά από μικρή διακοπή να επαναλαμβάνονται. Τέλος, πρέπει να επιλέγεται το κατάλληλο σκεύασμα για τον κατάλληλο ασθενή ανάλογα με την καταλληλότητα του σκευάσματος και το προφίλ του ασθενούς [5]. 19

20 ΙΙ. ΣΥΜΠΛΟΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ ΜΕΤΑΛΛΩΝ ΜΕ ΜΣΑΦ ΙΙ.1 Σύμπλοκες ενώσεις του βαναδίου με ΜΣΑΦ Το σύμπλοκο του κατιόντος βαναδυλίου VO 2+ με την ασπιρίνη ήταν αυτό που μελετήθηκε πρώτο.βρέθηκε ότι είναι πιο δραστικό από τα απλά άλατα βαναδίου στην αναστολή της ανάπτυξης των οστεοβλαστών και στη ρύθμιση της εξάπλωσης των κυττάρων και της διαφοροποίησής τους [8]. Τα συμπλόκα του VO 2+ με τα ibuprofen (ΗΙbu), naproxen (HΝap), tolmetin (HΤol), [VO(Ibu) 2 ] 5CH 3 OH, [VO(Nap) 2 ] 5CH 3 OH και[vo(tol) 2 ] συντέθηκαν σε μεθανολικά διαλύματα κάτω από ατμόσφαιρα αζώτου [9]. Οι δομές των συμπλόκων με τα indometahcin (Hindo) και diclofenac (Hdicl), Na 2 [VO(Diclof)(BuO) 3 ] και Na 2 [VO(Indo)(BuO) 3 ], υπολογίστηκαν με ab initio υπολογισμούς. Τα πέντε αυτά σύμπλοκα παρουσίασαν διαφορετική επίδραση πάνω στην εξάπλωση δύο τύπων οστεοβλαστών (MC3T3E1 από ποντίκι και UMR106 από οστεοσάρκωμα αρουραίου) αναστέλλοντας την κυτταρική ανάπτυξη, ενώ καμία αναστολή δεν παρατηρήθηκε από τα απλά μη συναρμοσμένα ΜΣΑΦ [9]. Η in vitro βιολογική μελέτη του συμπλόκου VO(pir) 2 (H 2 O),(Hpir = piroxicam) πάνω σε ανθρώπινα προμυελοτικά λευχαιμικά κύτταρα του τύπου HL-60 έδειξε ότι το συγκεκριμένο σύμπλοκο έχει σημαντική επίδραση πάνω στη βιωσιμότητα των κυττάρων και είναι το πρώτο σύμπλοκο του piroxicam που προκαλεί απόπτωση [10]. H δομή του συμπλόκου με τη χαμηλότερη ενέργεια προσδιορίστηκε με θεωρητικούς υπολογισμούς (Σχήμα 5). Σχήμα 5. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου VO(pir) 2 (H 2 O). 20

21 ΙΙ.2 Σύμπλοκες ενώσεις του Μαγγανίου με ΜΣΑΦ Η μελέτη του συμπλόκου [Mn(Dicl) 2 (H 2 O)] με υποκαταστάτη το diclofenac (Hdicl), πραγματοποιήθηκε προσδιορίζοντας την ανασταλτική δράση που εμφάνισε στα οιδήματα των ποδιών ποντικιών ή αρουραίων που προκλήθηκαν από Carrageenan, Con-A, Nystatin και Baker s yeast και η σύγκριση με αυτά του μη συναρμοσμένου φαρμάκου. Το σύμπλοκο βρέθηκε ότι παρουσιάζει υψηλό αντιφλεγμονώδες προφίλ (35-50% αναστολή) με υψηλότερη αντιφλεγμονώδη δράση σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις σε σχέση με τη δράση του απλού φαρμάκου diclofenac. Ακόμα το σύμπλοκο αυτό αναστέλλει φλεγμονές που προκαλούνται από λιποξυγενάσες και μπορεί να καταστρέψει τις ελεύθερες ρίζες που σχηματίζονται στον οργανισμό [11]. Μελετήθηκε η βιολογική δράση και η στερεοχημική δομή βάση θεωρητικών υπολογισμών του σύμπλοκου Μn(pir) 2 (H 2 O) 2 για το οποίο παρατηρήθηκαν οι δυνητικά αντικαρκινικές, κυτταροστατικές και κυτταροτοξικές δράσεις πάνω σε ανθρώπινα προμυελοτικά λευχαιμικά κύτταρα του τύπου HL-60 [10]. ΙΙ.3 Σύμπλοκες ενώσεις του Σιδήρου με ΜΣΑΦ Τα σύμπλοκα του σιδήρου με το diclofenac που μελετήθηκαν είναι τα [Fe III (Dicl)(OH) 2 ] 2 και [Fe II (Dicl) 2 (H 2 O) 2 ] χωρίς να αναφερθεί η κρυσταλλική δομή τους. Οι ανασταλτικές επιδράσεις των δύο συμπλόκων μελετήθηκαν στα ερεθίσματα Carrageenan, Con-A, Nystatin και Baker s yeast και συγκρίθηκαν με αυτά του μη συναρμοσμένου φαρμάκου [11]. Το σύμπλοκο του Fe(III) δεν παρουσίασε καμία σημαντική αναστολή στο οίδημα που προκάλεσε ο πολυσακχαρίτης Carrageenan καθώς και το σύμπλοκο του Fe(II) στο οίδημα που προκλήθηκε από τη μαγιά ζύμης. Όσον αφορά την φλεγμονή από το Con-A, το σύμπλοκο του Fe(II) προκαλεί την αναστολή της ενώ παρατηρήθηκε ότι το οίδημα που η νυστατίνη αναστέλλεται από τη δράση και των δύο συμπλόκων [11]. ΙΙ.4 Σύμπλοκες ενώσεις του Κοβαλτίου με ΜΣΑΦ Παρασκευάστηκαν με ασπιρίνη τα δύο σύμπλοκα, Cο(Αsp) 2 και (Cο) 2 (Asp) 4, χωρίς όμως να επιλυθεί η δομή τους κρυσταλλογραφικά. Σύμφωνα με τις in vivo μελέτες, τα σύμπλοκα του κοβαλτίου παρουσιάζουν καλύτερη αντιφλεγμονώδη δράση εναντίον του οιδήματος στα πόδια των αρουραίων απ ό,τι ο απλός υποκαταστάτης [12]. Το σύμπλοκο που συντέθηκε με υποκαταστάτη το diclofenac είναι το [Co(Dicl) 2 (H 2 O) 2 ] 0,5H 2 O και μελετήθηκαν οι ανασταλτικές επιδράσεις του στα ίδια ερεθίσματα (Carrageenan, Con-A, Nystatin και Baker s yeast) με τα υπόλοιπα μέταλλα που χρη- 21

22 σιμοποίησαν τον ίδιο υποκαταστάτη και συγκρίθηκαν με αυτά του μη συναρμοσμένου φαρμάκου [11]. Η παρασκευή του συγκεκριμένου συμπλόκου έγινε χωρίς να επιλυθεί κρυσταλλογραφικά η δομή του. Το σύμπλοκο Co-Dicl παρουσίασε υψηλότερη αντιφλεγμονώδη δράση σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις σε σχέση με τη δράση του απλού φαρμάκου καθώς βρέθηκε ότι το σύμπλοκο παρουσιάζει υψηλό αντιφλεγμονώδες προφίλ (35-50% αναστολή) και αναστέλλει φλεγμονές που προκαλούνται από λιποξυγενάσες. Επίσης βρέθηκε ότι το σύμπλοκο αυτό προσφέρει σημαντική προστασία ιn vitro δρώντας σαν αντιοξειδωτική ένωση στον οργανισμό, πράγμα που δεν παρουσιάζει το diclofenac [11]. ΙΙ.5 Σύμπλοκες ενώσεις του Νικελίου με ΜΣΑΦ Παρασκευάστηκαν και μελετήθηκαν τα σύμπλοκα [Ni(asp) 2 ] και [(Ni) 2 (asp) 4 ] με υποκαταστάτη aspirinate χωρίς να γίνει η κρυσταλλογραφική επίλυση της δομής τους. Σύμφωνα με in vivo μελέτες τα σύμπλοκα του νικελίου παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντιφλεγμονώδη δράση εναντίον του οιδήματος στα πόδια των αρουραίων απ ό,τι ο απλός υποκαταστάτης [12]. Η αντιφλεγμονώδης δράση του φαρμάκου diclofenac και αυτή του συμπλόκου του με το νικέλιο,[ni(dicl) 2 (H 2 O) 2 ] 2H 2 O αποτιμήθηκε από την ικανότητά τους να αναστέλλουν το οίδημα που δημιουργήθηκε στα πόδια των ποντικών και των αρουραίων από τα Carrageenan, Con-A, Nystatin και Baker s yeast [11]. Παρατηρήθηκε ότι παρουσιάζει υψηλή αντιφλεγμονώδη δραστηριότητα σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις σε σχέση με τη δράση του απλού φαρμάκου. Tο σύμπλοκο παρουσιάζει υψηλό αντιφλεγμονώδες προφίλ και αναστέλλει φλεγμονές που προκαλούνται από λιποξυγενάσες. Ακόμη, το σύμπλοκο αναστέλλει τη λιπιδική υπεροξειδάση καθώς μπορεί να δράσει στον οργανισμό ως αντιοξειδωτική ένωση [11]. ΙΙ.6 Σύμπλοκες ενώσεις του Χαλκού με ΜΣΑΦ Τα σύμπλοκα του Cu(II) με το tolfenamic acid (Htolf) που συντέθηκαν και μελετήθηκαν είναι τα διπυρηνικά με τύπο [Cu(tolf) 2 L] 2, όπου το L είναι H 2 O ή DMF (Ν,Νdimethylformamide). Η κρυσταλλική δομή μελετήθηκε μόνο για το διπυρηνικό σύμπλοκο [Cu(tolf) 2 (DMF)] 2, (Σχήμα 6). Οι βιολογικές μελέτες έδειξαν ότι και τα δύο σύμπλοκα εμφάνισαν αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες ενώ μειώθηκε η εμφάνιση της γαστρεντερικής τοξικότητας σε σύγκριση με το αρχικό φάρμακο Htolf. Τέλος, για τα συγκεκριμένα σύμπλοκα βρέθηκε ότι δεσμεύουν πολύ καλά και απομακρύνουν από τον οργανισμό τα ανεπιθύμητα σουπεροξείδια [13]. 22

23 Σχήμα 6. Κρυσταλλική δομή του διπυρηνικού συμπλόκου[cu(tolf) 2 (DMF)] 2. Μελετήθηκαν τα σύμπλοκα με τύπο [Cu(niflumato) 2 L] 2 με L = H 2 O, DMSO=dimethylsulfoxide και DMF. H κρυσταλλική δομή του [Cu 2 (DMSO) 2 (μ-niflumato) 4 ] φαίνεται στο σχήμα 7. Για τα συγκεκριμένα σύμπλοκα βρέθηκε ότι έχουν την ικανότητα να καταστρέφουν ελεύθερες ρίζες οξυγόνου [14]. Σχήμα 7. Κρυσταλλική δομή του διπυρηνικού συμπλόκου [Cu 2 (DMSO) 2 (μ-niflumato) 4 ]. Παρασκευάστηκε και χαρακτηρίστηκε το σύμπλοκο Cu(Fbf) 2, (HFbf = flurbiprofen), χωρίς να έχει επιλυθεί η κρυσταλλογραφική δομή του και συγχρόνως μελετήθηκε η δράση του ως αντιφλεγμονώδες και αναλγητικό καθώς και η επίδρασή του στη γαστρεντερική βλεννογόνο [15]. Το ΜΣΑΦ flurbiprofen και το σύμπλοκό της εμφανίζουν ανασταλτική δράση στο οίδη- 23

24 μα που προκλήθηκε από τον πολυσακχαρίτη Carrageenan στο πόδι του αρουραίου, καθώς και αναλγητική δράση. Το flurbiprofen, όπως και άλλα ΜΣΑΦ, είναι ουσίες που προκαλούν έλκη. Το σύμπλοκο με το χαλκό περιορίζει την καταστροφή της γαστρικής βλεννογόνου [15]. Παρασκευάστηκε το σύμπλοκο [Cu 2 (ibu) 4 ], (Hibu=ibuprofen), χωρίς να επιλυθεί κρυσταλλογραφικά η δομή του, μελετήθηκε in vivo η αντιφλεγμονώδης δράση του και συγκρίθηκε με τα αποτελέσματα των απλών φαρμάκων. Το σύμπλοκο παρουσιάζει παρόμοια αντιφλεγμονώδη δράση με το ελεύθερο φάρμακο, προκαλεί όμως μικρότερο γαστρικό ερεθισμό. Πρέπει να τονιστεί ότι ενώ το σύμπλοκο [Cu 2 (ibu) 4 ] παρουσιάζει αντιφλεγμονώδεις και αντιελκοτικές ιδιότητες, τα σύμπλοκα του Cu(II) με το naproxen και το ketoprofen προκαλούν γαστρικά έλκη [16]. Για το σύμπλοκο [Cu 2 (Indo) 4 (DMF) 2 ], (Ηindo= Indomethacin), μελετήθηκε η κρυσταλλική δoμή του (Σχήμα 8). Το σύμπλοκο είναι λιγότερο φλεγμονώδες από το απλό indomethacin και η καλύτερη προστασία γίνεται με την μικροενθυλάκωση του συμπλόκου. Αυτός ο μηχανισμός παρουσιάζει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον σε θεραπείες που αφορούν χρόνιες φλεγμονώδεις ασθένειες [17]. Σχήμα 8. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Cu 2 (Indo) 4 (DMF) 2 ]. Για το σύμπλοκο με υποκαταστάτη το diclofenac που συντέθηκε χωρίς να επιλυθεί κρυσταλλογραφικά είναι το [Cu(Dicl) 2 (H 2 O) 2 ] (H 2 O) 2 βρέθηκε ότι παρουσιάζει υψηλότερη αντιφλεγμονώδη δράση σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις σε σχέση με τη δράση του απλού φαρμάκου. Εμφανίζει μια ισχυρή ανασταλτική επίδραση πάνω στα οιδήματα που προκλήθηκαν από τον πολυσακχαρίτη Carrageenan, τη μαγιά ζύμης, την Con-A καθώς και από τη νυστατίνη (35-80 % αναστολή) σε σύγκριση με την αναστολή που προκλήθηκε από το φάρμακο Diclofenac (61-76 % αναστολή) [11]. 24

25 Τα σύμπλοκα του Cu(II) με υποκαταστάτη το aspirinate που συντέθηκαν και χαρακτηρίστηκαν είναι του τύπου [Cu(Asp) 2 ] και [Cu 2 (Asp) 4 ] [14]. Από τις in vivo βιολογικές μελέτες, παρατηρήθηκε ότι τα σύμπλοκα εμφανίζουν βελτιωμένες αντιφλεγμονώδεις ιδιότητες απέναντι σε οιδήματα που παρουσιάζονται στα πόδια αρουραίων, σε σύγκριση με τους ελεύθερους υποκαταστάτες [12]. Επιπλέον παρασκευάστηκαν τα σύμπλοκα [Cu 2 (aspirinate) 4 (H 2 O)] και [Cu 2 (aspirinate) 4 (DMF) 2 ] και χαρακτηρίστηκε κρυσταλλογραφικά το δεύτερο όπως φαίνεται στο σχήμα. 9. Το σύμπλοκο [Cu 2 (aspirinate) 4 (H 2 O) 2 ] βρέθηκε πιο δραστικό από το [Cu 2 (aspirinate) 4 (DMF) 2 ]. Παρ ολ αυτά και τα δύο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία της επιληψίας [18]. Σχήμα 9. Κρυσταλλική δομή του διπυρηνικού συμπλόκου [Cu 2 (aspirinate) 4 (DMF) 2 ]. Το σύμπλοκο του χαλκού με εστέρα του σαλικυλικού οξέος (salsalate=sas) έχει τύπο [Cu(SAS)(H 2 O)] 2 και παρουσιάζει αυξημένη δράση της σουπεροξειδικής δισμουτάσης σε σύγκριση με το ελεύθερο salsalate [19]. Βιολογικές μελέτες έγιναν πάνω στα σύμπλοκα [Cu(Hmel) 2 (DMF) 2 ], [Cu(Hiso) 2 ] και [Cu(Hpir) 2 (DMF) 2 ] όπου Hmel=Meloxicam, Hiso=Isoxicam και Hpir=Piroxicam. Η κρυσταλλική επίλυση των δομών με ακτίνες-χ έγινε μόνο στα δύο πρώτα σύμπλοκα (Σχήμα 10). Εμφανίζουν αρκετά μεγάλη κυταροτοξική δράση σε σειρές καρκινικών κυττάρων ζώων καθώς και ότι τα σύμπλοκα δρα σαν καλύτεροι «εξολοθρευτής» σουπεροξειδίων απ ό,τι τα α- ντίστοιχα ελεύθερα ΜΣΑΦ [20]. 25

26 Σχήμα10. Κρυσταλλικές δομές των [Cu(Hmel) 2 (DMF) 2 ] και [Cu(Hiso) 2 ] αντίστοιχα. Για το σύμπλοκο [Cu(tenox) 2 (py) 2 ] EtOH όπου Ηtenox=tenoxicam με την κρυσταλλική δομή να δίνεται στο σχήμα 11 [21], διαπιστώθηκεότι είναι απαραίτητη η παρουσία του χαλκού για τη δραστική διανομή των φαρμακοενεργών συστατικών στον οργανισμό έτσι ώστε να διατηρούνται οι κατάλληλες συγκεντρώσεις του στο πλάσμα του αίματος [21]. Σχήμα 11. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Cu(tenox) 2 (py) 2 ]. ΙΙ.7 Σύμπλοκες ενώσεις του Ψευδαργύρου με ΜΣΑΦ Παρασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν τα σύμπλοκα του ψευδαργύρου με το ibuprofen και τo tolmetin. Τα σύμπλοκα Zn(Ibu) 2 (H 2 O) 2 και Zn(tol) 2 (H 2 O) 2, παρουσιάζουν καλύτερη αντιφλεγμονώδη συμπεριφορά από τα μη-συναρμοσμένα φάρμακα καθώς και λιγότερη τοξικότητα από τα ελεύθερα ΜΣΑΦ [22]. Τα σύμπλοκα του ψευδαργύρου [Zn(3,5-diisopropylsalicylate) 2 ], [Zn(salicylate) 2 (phen)] παρασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν ενώ η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Zn(aspirinate) 2 (Η 2 Ο) 2 ] φαίνεται στο σχήμα 12. Τα σύμπλοκα [Zn(aspirinate) 2 (Η 2 Ο) 2 ] και [Zn(salicylate) 2 (phen)] εμφανίζουν δράση στο να προστατεύουν τον εγκέφαλο από ψυχοκινη- 26

27 τικές αντιλήψεις χωρίς καμία ένδειξη στο τεστ τοξικότητας «Rotorod Toxicity». Όλα τα σύμπλοκα εμφάνισαν πολύ καλή δράση ως αντιφλεγμονώδη φάρμακα προκαλώντας μικρή τοξικότητα σε σχέση με τα ελεύθερα ΜΣΑΦ. Τέλος, με τη χρήση των συμπλόκων παρουσιάστηκε κατάπτωση, πράγμα όμως που οφείλεται στο μηχανισμό δράσης των αντιεπιληπτικών φαρμάκων αφού παρουσιάζουν ηρεμιστική-υπνωτική δραστικότητα [23]. Σχήμα 12. Κρυσταλλική δομή του συμπλόκου [Zn (aspirinate) 2 (H 2 O) 2 ]. ΙΙ.8 Σύμπλοκες ενώσεις του Μολυβδαινίου με ΜΣΑΦ 2+ Μελετήθηκε η δομή του σύμπλοκου του κατιόντος MoO 2 με το piroxicam, το οποίο εμφάνισε δυνητικά αντικαρκινικές, κυτταροστατικές και κυτταροτοξικές δράσεις πάνω σε ανθρώπινα προμυελοτικά λευχαιμικά κύτταρα (HL-60) [10]. ΙΙ.9 Σύμπλοκες ενώσεις του Ρουθηνίου με ΜΣΑΦ Οι γενικοί τύποι των συμπλόκων του Ru που συντέθηκαν και μελετήθηκαν είναι οι [Ru 2 (L) 4 Cl] και [Ru 2 (L) 4 (H 2 O)]PF 6 όπου ΗL τα Ibuprofen (Hibu), Naproxen (Hnap), Indomethasin (Hindo), Aspirin (HAsp) (Σχήμα 13). Σχήμα 13. Γενική δομή των ενώσεων Ru 2 -L. 27

28 Οι αντικαρκινικές ιδιότητες αυτών των σύμπλοκων ενώσεων μελετήθηκαν πάνω στην κυτταρική σειρά C6 των αρουραίων που εμφανίζει γλοίωμα καθώς και για τις ανθρώπινες κυτταρικές σειρές Ηep2 του λάρυγγα και T24/83 της ουροδόχου κύστης [30]. Δε βρέθηκε καμία σημαντική επίδραση των συμπλόκων καθώς και των αρχικών ΜΣΑΦ στους δύο ανθρώπινους κυτταρικούς τύπους. Εν τούτοις, η συναρμογή των δύο κεντρικών ατόμων του ρουθηνίου [Ru 2 (II,III)] οδηγεί σε συνεργιστική επίδραση, η οποία αυξάνει σημαντικά την μηπολλαπλασιαστική δράση των φαρμάκων naproxen και ibuprofen στα καρκινικά κύτταρα του εγκεφάλου C6 των αρουραίων. Τα σύμπλοκα έχουν επίδραση πάνω στον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων του εγκεφάλου (γλοίωμα), τα οποία είναι επίσης και δραστικοί αναστολείς του COX-2 [24]. ΙΙ.10 Σύμπλοκες ενώσεις του Παλλαδίου με ΜΣΑΦ Η συναρμογή του παλλαδίου με το ΜΣΑΦ diclofenac έχει σαν αποτέλεσμα το σύμπλοκο [Pd(dicl) 2 ] (H 2 O) 2 για το οποίο δεν επιλύθηκε η δομή του με περίθλαση ακτίνων-χ. Βρέθηκε ότι παρουσιάζει υψηλή αντιφλεγμονώδη δραστηριότητα σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις σε σχέση με τη δράση του απλού φαρμάκου καθώς και υψηλό αντιφλεγμονώδες προφίλ και αναστέλλει φλεγμονές που προκαλούνται από λιποξυγενάσες. Ακόμη, το σύμπλοκο αναστέλλει την λιπιδική υπεροξειδάση και μπορεί να δράσει και ως αντι-οξειδωτική ένωση στον οργανισμό [11]. ΙΙ.11 Σύμπλοκες ενώσεις του Κασσιτέρου με ΜΣΑΦ Συντέθηκαν και μελετήθηκαν σύμπλοκες ενώσεις του κασσιτέρου με ΜΣΑΦ παράγωγα καρβοξυλικών οξέων, (mefenamic, tolfenamic, flufenamic, diclofenac, indomethacin), και μόνο το διμερές σύμπλοκο [Me 2 Sn(mef)O(mef)SnMe 2 ] 2 επιλύθηκε κρυσταλλογραφικά με περίθλαση ακτίνων-χ (Σχήμα 14). Σχήμα 14. Κρυσταλλική δομή του διμερούς [Me 2 Sn(mef)O(mef)SnMe 2 ] 2. 28

29 Για τη σύνθεση των οργανοκασσιτερικών συμπλόκων με ΜΣΑΦ από την οικογένεια των οξικαμών χρησιποιήθηκαν τα tenoxicam, piroxicam και lornoxicam, για τα οποία μόνο η κρυσταλική δομή του συμπλόκου [Ph 2 Sn(Hpir) 2 ] δίνεται στο σχήμα 15 [25]. Σχήμα 15. Η κρυσταλλική δομή του [Ph 2 Sn(Hpir) 2 ]. Μετά από in vitro έρευνες, για τα σύμπλοκα κασσιτέρου βρέθηκε ότι στα διμερή τετραοργανοκασσιτερικά σύμπλοκα δεν εμφανίζουν αναστολή δράση στο Mycobacterium tuberculosis όπως συμβαίνει και με τα μη συναρμοσμένα ΜΣΑΦ. Τα υπόλοιπα σύμπλοκα είναι πολύ ενεργά εμφανίζοντας ανασταλτική δράση % Ακόμη, το flufenamic acid και τα οργανοκασσιτερικά παράγωγα του έδειξαν ότι εμφανίζουν αντιπολλαπλασιαστικές ιδιότητες, γεγονός που τα καθιστούν χρήσιμα στην καταπολέμηση διαφόρων μορφών καρκίνου [25]. ΙΙ.12 Σύμπλοκες ενώσεις του Λευκοχρύσου με ΜΣΑΦ Χαρακτηρίστηκαν και μελετήθηκαν ως προς την αντιβακτηριδιακή δράση και την αναστολή της κυτταρικής ανάπτυξης τα σύμπλοκα του Pt Pt(en)L 2 και Pt(dach)L 2, όπου en= ethylenediamine και dach= 1,2-diaminocyclohexane, με υποκαταστάτες ΗL τα ΜΣΑΦ tolmetin, ibuprofen, naproxen και indomethacin. Διαπιστώθηκε ότι οι Pt(dach)(ibuprofen) 2 και Pt(dach)(indomethacin) 2 είναι οι πιο δραστικές ως προς την αναστολή της ανάπτυξης των θετικών κατά Gram βακτηρίων Β.cereus και B.subtilis. Οι ενώσεις Pt(en)(tolmetin) 2 και Pt(en)(indomethacin) 2 είναι πιο δραστικές ως αναστολείς ανάπτυξης των καρκινικών κυττάρων L 929 ενώ τα κύτταρα του τύπου MCF-7 παρουσιάζουν ευαισθησία σε όλες τις ενώσεις του λευκοχρύσου [22]. 29

30 ΙΙ.13 Σύμπλοκη ένωση του Νεοδυμίου με ΜΣΑΦ Η συναρμογή της σπάνιας γαίας Nd με το ΜΣΑΦ naproxen έχει σαν αποτέλεσμα το σύμπλοκο Nd(Nap) 3 3H 2 O, το οποίο παρουσιάζει αυξημένη αντιφλεγμονώδη δράση σε σχέση με το ελεύθερο ΜΣΑΦ naproxen στα οιδήματα που προκλήθηκαν σε αρουραίους [26]. ΙΙ.14 Σύμπλοκη ένωση του Ουρανίου με ΜΣΑΦ Μελετήθηκε η βιολογική δράση και η δομή του σύμπλοκου UO 2 (pir) 2 όπου Ηpir = piroxicam καθώς και οι αντικαρκινικές, κυτταροστατικές και κυτταροτοξικές επιδράσεις του σε ανθρώπινα λευχαιμικά κύτταρα (HL-60) [10]. 30

31 III. ΦΘΟΡΙΣΜΟΜΕΤΡΙΑ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΕ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ III.1 Γενικές Αρχές της φθορισμομετρίας Φωτοχημεία είναι ο κλάδος της Χημείας που ασχολείται με τη μελέτη της εκπομπής ή α- πορρόφησης φωτεινής ακτινοβολίας σε μία χημική αντίδραση. Δηλαδή μελετά τη μετατροπή της φωτεινής ακτινοβολίας σε χημική και αντιστρόφως [27]. Με τον όρο φωταύγεια χαρακτηρίζεται οποιαδήποτε εκπομπή φωτός χωρίς θέρμανση. Το φαινόμενο της φωταύγειας παρατηρείται όταν σώματα εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και η έντασή της σε ορισμένα μήκη κύματος ή στενές περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματός τους είναι μεγαλύτερη από εκείνη της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπουν τα ίδια αυτά σώματα στην ίδια θερμοκρασία. Ανάλογα με την πηγή ενέργειας της διέγερσης, γίνεται διάκριση σε φωτοφωταύγεια (photoluminescence) με έκθεση του σώματος σε φωτεινή ακτινοβολία, χημειοφωταύγεια (chemiluminescence) που προκαλείται από χημικές αντιδράσεις, ηλεκτροφωταύγεια (electroluminescence) κατά τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος ή παρουσίας σε ηλεκτρικό πεδίο και ραδιοφωταύγεια (radioluminescence) με έκθεση σε ιοντίζουσα ακτινοβολία όπως είναι οι ακτινοβολίες α και β [28]. Ο φθορισμός αποτελεί μια μορφή του γενικότερου φαινομένου της φωταύγειας και είναι η ιδιότητα που έχουν ορισμένα άτομα και μόρια όταν απορροφούν ακτινοβολία ορισμένου μήκους κύματος να εκπέμπουν ακτινοβολία υψηλότερου μήκους κύματος μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, καλούμενο διάρκεια ζωής φθορισμού. Κατά το φθορισμό η φωταύγεια παύει μόλις διακοπεί η προσπίπτουσα ακτινοβολία. Ο φθορισμός πήρε το όνομα του από το ορυκτό φθορίτη, στο οποίο παρατηρήθηκε πρώτη φορά (Σχήμα 16). Όταν η εκπομπή φωτός συνεχιστεί επί κάποιο χρονικό διάστημα μετά τη διακοπή της επίδρασης, τότε η ιδιότητα καλείται φωσφορισμός (phosphorescence). Ονομάστηκε έτσι από την γνωστή ιδιότητα του φωσφόρου [29]. 31

32 Σχήμα 16. Το ορυκτό φθορίτης κάτω από λευκό φως (αριστερά) και υπεριώδες (δεξιά) φως. Η διαδικασία του φθορισμού καθορίζεται από τρία σημαντικά φαινόμενα που παρατηρούνται σε χρονικές κλίμακες που απέχουν μεταξύ τους αρκετές τάξεις μεγέθους. Η διέγερση ε- νός μορίου από ένα φωτόνιο λαμβάνει χώρα σε διάστημα της τάξεως s, ενώ η δονητική αποδιέγερση διεγερμένων ηλεκτρονίων στο χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο είναι μια πολύ αργή διεργασία και μπορεί να μετρηθεί σε ps (10-12 s). Η τελική διεργασία, η εκπομπή ενός φωτονίου μεγαλύτερου μήκους κύματος και επαναφορά στη βασική κατάσταση, συμβαίνει στο σχετικά μακρό χρονικό διάστημα της τάξεως ns (10-9 s). Ο φθορισμός μελετάται συνήθως σε πολυκυκλικά αρωματικά μόρια με υψηλό βαθμό σύζευξης, τα οποία βρίσκονται σε οποιοδήποτε από τα διάφορα ενεργειακά επίπεδα της βασικής κατάστασης, κάθενα από τα οποία σχετίζεται με καθορισμένη διάταξη των μοριακών τους τροχιακών. Η ηλεκτρονική κατάσταση ενός μορίου καθορίζει την κατανομή του αρνητικού φορτίου και την ολική γεωμετρία του μορίου [30]. Κάτω από σταθερές θερμοκρασίες το 99% των μορίων μιας ουσίας βρίσκονται να καταλαμβάνουν τη βασική ενεργειακή (ηλεκτρονική) κατάσταση (S ο ). Επιπλέον τα μόρια αυτά μπορούν να απορροφήσουν συγκεκριμένα φωτόνια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, όταν τα προσπίπτοντα φωτόνια έχουν μια ενέργεια που αντιστοιχεί στην ενεργειακή διαφορά μεταξύ δύο επιτρεπομένων ενεργειακών στιβάδων (καταστάσεων). Το αποτέλεσμα αυτής της απορρόφησης ακτινοβολίας είναι η μετάβαση (προώθηση) κάποιων μορίων σε στιβάδες υψηλότερης ενέργειας (S 1, S 2 ) [31]. Τα ενεργειακά επίπεδα που συμμετέχουν στην απορρόφηση και εκπομπή ακτινοβολίας, παριστάνονται με τη βοήθεια ενός ενεργειακού διαγράμματος κατά Jablonski (Σχήμα 17). Ένα τυπικό διάγραμμα Jablonski αποτυπώνει την απλή βασική κατάσταση S ο καθώς επίσης και την πρώτη S 1 και δεύτερη S 2 διεγερμένη απλή κατάσταση με τη μορφή οριζόντιων γραμμών. Στο σχήμα, οι έντονες γραμμές παριστάνουν ηλεκτρονιακά ενεργειακά επίπεδα, ενώ οι λεπτότερες γραμμές παριστάνουν τις διάφορες δονητικές ενεργειακές καταστάσεις. Οι μεταπτώσεις μεταξύ των καταστάσεων παριστάνονται ως ευθύγραμμα ή κυματοειδή βέλη, ανάλογα με το αν η μετάπτωση σχετίζεται με απορρόφηση και εκπομπή ενός φωτονίου (ευθύγραμμο βέλος) ή με το αν προκύπτει από κάποια εσωτερική μετατροπή ή μια μη-εκπέμπουσα δι- 32

33 εργασία αποδιέγερσης (κυματοειδή βέλη). Οριζόντια καθοδικά βέλη συμβολίζουν τη στιγμιαία φύση μιας διεργασίας διέγερσης, ενώ τα κυματοειδή βέλη χρησιμοποιούνται για τα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα σε πολύ μεγαλύτερη χρονική κλίμακα [30]. Σχήμα 17. Ενεργειακό διάγραμμα κατά Jablonski. Η απορρόφηση του φωτός σε καθορισμένες ποσότητες (κβάντα) είναι μια ταχύτατη διαδικασία και αντιστοιχεί στη διέγερση του σωματιδίου από τη βασική σε κάποια διεγερμένη κατάσταση. Αντίστοιχα, η εκπομπή ενός φωτονίου μέσω φθορισμού ή φωσφορισμού γίνεται επίσης με όρους κβάντα, όπου η ενέργεια ενός κβάντου (νόμος του Planck) δίνεται από την εξίσωση: E = hν = hc/λ (1) όπου E η ενέργεια, h η σταθερά του Planck, ν και λ η συχνότητα και το μήκος κύματος του φωτονίου και c η ταχύτητα του φωτός. Η απορρόφηση ενός φωτονίου από ένα φθοροφόρο προϋποθέτει αλληλεπίδραση μεταξύ του ανύσματος του παλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου του φωτός και φορτίων (ηλεκτρονίων) του μορίου και μπορεί να συμβεί μόνονμε πρόσπτωση φωτός με συγκεκριμένα μήκη κύματος. Αν η ενέργεια του απορροφόμενου φωτονίου είναι υψηλότερη από αυτήν που απαιτείται για τη διέγερση του ηλεκτρονίου, η περίσσεια ενέργειας συνήθως μετατρέπεται σε ενέργεια δόνησης ή περιστροφής. Σε περίπτωση όμως σύγκρουσης του μορίου με ένα φωτόνιο, του οποίου η ενέργεια δεν επαρκεί για διέγερση ηλεκτρονίου, δεν 33

34 παρατηρείται απορρόφηση. Η ευρεία φασματική ταινία προκύπτει σαν αποτέλεσμα πληθώρας δονητικών ενεργειακών επιπέδων που, σε συνδυασμό με τη θερμική κίνηση, καθιστά ένα πλήθος από φωτόνια με ευρεία διακύμανση ενεργειών ικανά να προκαλέσουν μια συγκεκριμένη διέγερση. Επειδή η διέγερση ενός μορίου με απορρόφηση φωτός συνήθως δεν προκαλεί μεταβολή της σύζευξης του σπιν των ηλεκτρονίων, η διεγερμένη κατάσταση είναι επίσης α- πλή. Κατά κανόνα, οι μελέτες φθορισμού πραγματοποιούνται με ακτινοβόληση στην περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος από το υπεριώδες μέχρι και το ορατό (250 έως 700 nm). Συνήθως, η ακτινοβολία με ένα ευρύ φάσμα από μήκη κύματος παράγει μια πλήρη περιοχή επιτρεπτών μεταπτώσεων που καλύπτουν τα διάφορα δονητικά ενεργειακά επίπεδα των διεγερμένων καταστάσεων. Ορισμένες από τις μεταπτώσεις αυτές θα χαρακτηρίζονται από ένα πολύ μεγαλύτερο βαθμό πιθανότητας απ ότι κάποιες άλλες, και ο συνδυασμός τους θα αποτελέσει το φάσμα απορρόφησης του μορίου. Στις περισσότερες όμως περιπτώσεις, τα φάσματα απορρόφησης και εκπομπής ενός μορίου είναι διακριτά, ορισμένες όμως φορές μπορεί να αλληλεπικαλύπτονται [30]. Αμέσως μετά τη διέγερση, τα μόρια αποβάλλουν γρήγορα την ενέργεια που απορρόφησαν και επανέρχονται στη βασική ενεργειακή τους κατάσταση. Αυτή η αποδιέγερση συνήθως διαρκεί 1 ps και συμβαίνει κυρίως μέσω ταλαντώσεων και περιστροφών, καθώς επίσης και συγκρούσεων με τα μόρια του διαλύτη. Το φαινόμενο αυτό είναι γνωστό ως δονητική αποδιέγερση (απώλεια ενέργειας χωρίς εκπομπή φωτός). Εντούτοις, σε συγκεκριμένα μόρια όπως δύσκαμπτα συζυγιακά συστήματα, οι απώλειες ενέργειας που οφείλονται στην ταλάντωση και περιστροφή μπορεί να είναι πολύ πιο αργές. Τέτοια διεγερμένα μόρια μπορούν να χάσουν την ενέργειά τους με εκπομπή φωτονίων. Όταν αυτή η εκπομπή ακτινοβολίας συμβαίνει από την απλή ενεργειακή κατάσταση με το μηχανισμό S 1 S 0 έχουμε το φαινόμενο του φθορισμού (διάρκεια sec), ενώ όταν η εκπομπή ακτινοβολίας συμβαίνει με το μηχανισμό Τ 1 S 0 έχουμε το φαινόμενο του φωσφορισμού (διάρκεια sec) [31]. Ετσι λοιπόν, το φαινόμενο του φθορισμού αναφέρεται στην αποδιέγερση από μία κατάσταση που συνοδεύεται από εκπομπή φωτονίου. Το πλήθος των δονητικών ενεργειακών επιπέδων της βασικής κατάστασης, σε συνδυασμό με θερμική κίνηση, παράγει ένα ευρύ πεδίο ενεργειών στη διάρκεια της εκπομπής, με αποτέλεσμα, ο φθορισμός να παρατηρείται συνήθως ως εκπομπή με μορφή ευρείας ταινίας από πλήθος συχνοτήτων. Η ένταση του φθορισμού εξαρτάται από το μήκος κύματος της διέγερσης. Έτσι, αν το μήκος κύματος της ακτινοβολίας διέγερσης είναι διαφορετικό από αυτό που αντιστοιχεί στο μέγιστο της απορρόφησης, η ενέργεια που θα απορροφηθεί από το μόριο θα είναι λιγότερη και επομένως θα ακολουθήσει εκπομπή μικρότερου ποσού ενέργειας. Συνεπώς, ένα φθορίζον μόριο μπορεί να διεγερθεί σε όλα τα μήκη κύματος του φάσματος απορρόφησής του και η 34