ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Μελέτη της επίδρασης του με το DNA.

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σύνθεση και χαρακτηρισμός του συμπλόκου [Re(CO) 3 Cl (dppz-3,6-cooh)]. Μελέτη της επίδρασης του με το DNA. ΛΥΜΠΕΡΟΠΟΥΛΟΥ ΣΟΦΙΑ ΤΣΑΝΤΡΙΖΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΕΠΙΒΛΕΠΟΥΣΑ: ΧΡΙΣΤΙΝΑ-ΑΝΝΑ ΜΗΤΣΟΠΟΥΛΟΥ, ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ Αθήνα, Οκτώβριος 2016

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε από καρδιάς την καθηγήτρια κα. Χριστίνα Άννα Μητσοπούλου για τις γνώσεις, τις οποίες μας μετέδωσε κατά τη διάρκεια των μαθημάτων και των πειραματικών διεργασιών. Επίσης για την πολύτιμη βοήθεια και καθοδήγηση, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τη μεταπτυχιακό κα. Γεωργία Κονιστή και όλη την ομάδα του εργαστηρίου. Τέλος, ένα μεγάλο ευχαριστώ, σε όλους όσους μας στήριξαν ηθικά, για να βγει αυτό το αποτέλεσμα και να ολοκληρωθεί επιτυχώς η πτυχιακή μας εργασία. 2

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ-ΣΚΟΠΟΣ... 6 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 DNΑ H Δομή του DΝΑ Διαμορφώσεις του DNΑ Τρόποι αλληλεπίδρασης του DNA με χημικές ενώσεις Ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις Μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις Φάρμακα που αλληλεπιδρούν με το DNA ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ ΚΑΙ ΦΩΤΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ Μεταλλάξεις Μέταλλα στη θεραπεία του καρκίνου Γενικά Cisplatin [= cis-διαμινοδιχλωρολευκόχρυσος(ιι)] Φωτοδυναμική θεραπεία του καρκίνου Ορισμός Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της θεραπείας

4 2.3.3 Πιθανές παράπλευρες αντιδράσεις Παράγοντες της φωτοδυναμικής θεραπείας Φωτοευαισθητοποιητές Οξυγόνο Μηχανισμός δράσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΡΗΝΙΟΥ Re Στοιχείο Ρήνιο Σύμπλοκα Ρηνίου Χρήση Ρηνίου στην ιατρική Ενώσεις του Ρηνίου με διάφορους υποκαταστάτες Ρήνιο με υποκαταστάτη μεγάλη αλυσίδα αλκυλίου Σύμπλοκα Re-dppz Σύμπλοκα Re(CO) 3 dppzr ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΗΣ DPPZ Εισαγωγή Σύμπλοκα μετάλλων με υποκαταστάτη dppz Χαλκός με dppz Ρουθήνιο με dppz και παράγωγά του Όσμιο με dppz Σύμπλοκα του τύπου [Re (a-diimine)(co) 3 ]L Re-F 2 dppz

5 4.3.2 Re-dppz και Re-dppn ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΛΟΚΟΥ [Re(CO) 3 Cl (dppz-3,6-cooh)] Σύνθεση του υποκαταστάτη Σύνθεση του συμπλόκου Μέθοδοι χαρακτηρισμού του συμπλόκου Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR) Φασματοσκοπία IR Φασματοσκοπία UV-Vis Φασματοσκοπία Εκπομπής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΜΕΛΕΤΗ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΣΥΜΠΛΟΚΟΥ [Re(CO) 3 Cl (dppz-3,6-cooh)] ΜΕ DNA Τιτλοδότηση UV-Vis Ιξωδομετρία ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ-ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ-ΣΚΟΠΟΣ Τα τελευταία χρόνια η ερευνητική κοινότητα έχει εστιάσει το ενδιαφέρον της στη σύνθεση συμπλόκων που περιλαμβάνουν επίπεδους πολυαρωματικούς υποκαταστάτες τα οποία αλληλεπιδρούν με το DNA και εμφανίζουν πιθανή αντικαρκινική δράση. Στην κατηγορία αυτή εμπίπτουν και τα σύμπλοκα του Re(I) καθώς έχει διαπιστωθεί σύμφωνα με τη βιβλιογραφία ότι μπορεί να συμβάλλουν στη φωτοδυναμική θεραπεία του καρκίνου (PDT). Οι ενώσεις του ρηνίου είναι πολύ σημαντικές καθώς χρησιμοποιούνται για την θεραπεία πολλών τύπων καρκίνου όπως του προστάτη και του μαστού. Οι επιστήμονες μάλιστα ερευνούν εντατικά σύμπλοκα του Re(I), στα οποία το Re είναι συμπλεγμένο με επίπεδους διιμινικούς πολυαρωματικούς υποκαταστάτες καθώς έχει αποδειχθεί ότι τέτοιου είδους σύμπλοκα έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν το DNA και να δρουν ισχυρά εναντίον των καρκινικών κυττάρων. Λόγω όλων αυτών που προαναφέρθηκαν, στην παρούσα πτυχιακή εργασία συντέθηκε και χαρακτηρίστηκε πλήρως ένα νέο σύμπλοκο του ρηνίου με διιμινικό υποκαταστάτη, το [Re(CO) 3 Cl(dppz-3,6-COOH)] όπου di-cooh-dppz= διπύριδο[3,2-α:2,3 -c]φαιναζυνο-3,6-δικαρβοξυλικό οξύ). Επιπλέον, μελετήθηκε η αλληλεπίδραση του συμπλόκου με φυσικό DNA από θύμο αδένα βοοειδούς (C.T.- DNA), προκειμένου να διαπιστωθεί ο τρόπος αλληλεπίδρασής του με το DNA. 6

7 7 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

8 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 DNA 1.1 H Δομή του DNA Τα νουκλεϊκά οξέα, δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA), είναι τα μόρια-φορείς της γενετικής πληροφορίας ενός κυττάρου. Στα μόρια των DNA βρίσκονται κωδικοποιημένες όλες οι πληροφορίες οι οποίες προσδιορίζουν τη φύση του κυττάρου, ελέγχουν την ανάπτυξη και τη διαίρεσή του και κατευθύνουν τη βιοσύνθεση των ενζύμων και των άλλων πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για τις φυσιολογικές λειτουργίες του. Τα νουκλεϊκά οξέα είναι βιοπολυμερή που απαρτίζονται από νουκλεοτίδια, τα οποία ενώνονται μεταξύ τους σχηματίζοντας μακρές αλυσίδες. Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από ένα νουκλεοζίτη συνδεδεμένο με μια φωσφορική ομάδα, ενώ κάθε νουκλεοζίτης αποτελείται από ένα σάκχαρο (αλδοπεντόζη) συνδεδεμένο με μια ετεροκυκλική βάση πουρίνης ή πυριμιδίνης. [1] + Σχήμα Οι βάσεις πουρινών και πυριμιδινών που συμμετέχουν στη δόμηση των νουκλεϊκών οξέων DNA και RNA. Τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους με φωσφοδιεστερικό δεσμό, ο οποίος δημιουργείται ανάμεσα στην 5'- φωσφορική ομάδα του ενός νουκλεοτιδίου 8

9 και την 3'- υδροξυλομάδα του σακχάρου ενός άλλου νουκλεοτιδίου. Οι βάσεις μπορούν να συνδεθούν ανά δύο με ασθενικούς δεσμούς υδρογόνου: δύο δεσμοί για το ζευγάρωμα αδενίνης - θυμίνης και τρεις δεσμοί για το ζευγάρωμα γουανίνης κυτοσίνης. Οι δεσμοί αυτοί είναι υπεύθυνοι για τη σταθεροποίηση της διπλής έλικας αλλά την ίδια στιγμή η «ασθενικότητά τους» επιτρέπει το διαχωρισμό των δύο κλώνων όπως απαιτείται κατά την αντιγραφή και τη μεταγραφή του μορίου του DNA. Σχήμα Στοιχειομετρία του ζευγαρώματος των βάσεων αδενίνης-θυμίνης και γουανίνης-κυτοσίνης. Η διπλή έλικα αποτελεί ένα πρότυπο σύστημα αυτοσυγκροτούμενης δομής όπου οι φυσικοχημικές δυνάμεις επιβάλλουν την απόκτηση της συγκεκριμένης διάταξης (συστρεμμένη ανεμόσκαλα) στις ιοντικές συνθήκες του νεοπλάσματος. Διαταραχή των συνθηκών αυτών,π.χ. με θέρμανση ή αλλαγή ιοντικής ισχύος έχει ως αποτέλεσμα την αποδιάταξη των δύο κλώνων. Η δομή της διπλής έλικας αποκαλύφθηκε μέσω των κρυσταλλογραφικών μελετών της Rosalind Franklin και την αξιοποίησή τους από τους Watson, Crick και Wilkins. [2] 9

10 Σχήμα Η διπλή έλικα του DNA. Τα δίκλωνα μόρια νουκλεϊκών οξέων περιέχουν δύο αύλακες, οι οποίες ονομάζονται μεγάλη και μικρή αύλακα. Οι αύλακες αυτές σχηματίζονται διότι οι γλυκοζιτικοί δεσμοί ενός ζεύγους βάσεων δεν βρίσκονται διαμετρικά απέναντι ο ένας από τον άλλον. [1] Σχήμα Οι πλευρές της μεγάλης και της μικρής αύλακας. Η μικρή αύλακα περιέχει το Ο-2 της πυριμιδίνης και το Ν-3 της πουρίνης του ζεύγους βάσεων, ενώ η μεγάλη αύλακα βρίσκεται στην απέναντι πλευρά του ζεύγους. 10

11 Η μεθυλική ομάδα της θυμίνης βρίσκεται επίσης μέσα στη μεγάλη αύλακα. Στο Β- DNA, η μεγάλη αύλακα είναι ευρύτερη και βαθύτερη από ότι η μικρή αύλακα. Η κάθε αύλακα περιέχει άτομα που μπορεί να είναι δέκτες ή δότες δεσμών υδρογόνου, τα οποία επιτρέπουν ειδικές αλληλεπιδράσεις με πρωτεΐνες. Η μεγάλη αύλακα παρουσιάζει περισσότερα χαρακτηριστικά τα οποία διακρίνουν το ένα ζεύγος βάσεων από το άλλο από ότι η μικρή αύλακα. Το μεγαλύτερο μέγεθος της μεγάλης αύλακας στο Β- DNA την κάνει πιο προσιτή για αλληλεπιδράσεις με πρωτεΐνες οι οποίες αναγνωρίζουν ειδικές αλληλουχίες DNA. [3] 1.2 Διαμορφώσεις του DNA Οι Watson και Crick στήριξαν το μοντέλο τους (γνωστό ως έλικα του Β- DNA) σε πρότυπα σκέδασης ακτίνων Χ σε ίνες DNA, τα οποία έδωσαν πληροφορίες για τις ιδιότητες της διπλής έλικας που υπολογίστηκαν κατά μέσον όρο από τα συστατικά τους νουκλεοτιδικά κατάλοιπα. Τα αποτελέσματα των μελετών σκέδασης ακτίνων Χ σε αφυδατωμένες ίνες DNA αποκάλυψαν μια νέα μορφή που ονομάστηκε Α- DNA, η οποία εμφανίζεται όταν η σχετική υγρασία μειώνεται σε λιγότερο από 75%. Το Α-DNA, όπως και το Β-DNA, είναι δεξιόστροφη διπλή έλικα αποτελούμενη από αντιπαράλληλους κλώνους που συγκρατούνται μεταξύ τους με ζεύγη βάσεων Watson- Crick. Η έλικα του Α-DNA είναι ευρύτερη και κοντύτερη από την έλικα του Β-DNA και τα ζεύγη βάσεων της είναι κεκλιμένα και όχι κάθετα στον άξονα της έλικας. Πολλές δομικές διαφορές μεταξύ του B-DNA και του A-DNA προκύπτουν από τη διαφορετική πτύχωση των μονάδων της ριβόζης. Στο Α-DNA το άτομο C-3 βρίσκεται έξω από το επίπεδο που σχηματίζεται από τα άλλα τέσσερα άτομα του δακτυλίου της φουρανόζης. Στο Β- DNA, το άτομο C-2 βρίσκεται έξω από το επίπεδο. Η πτύχωση C-3ενδο στο Α- DNA οδηγεί σε μία κλίση των επιπέδων των ζευγών βάσεων κατά 19 συγκριτικά με την κανονική κάθετη τοποθέτηση των βάσεων στην έλικα. Τα φωσφορικά και άλλες ομάδες στην έλικα του Α-DNA δεσμεύουν λιγότερα μόρια H 2 O από ότι στο Β-DNA,γι αυτό η αφυδάτωση ευνοεί τη μορφή Α. Η έλικα του Α-DNA δεν περιορίζεται σε αφυδατωμένα μόρια DNA. 11

12 Περιοχές δίκλωνου RNA και τουλάχιστον μερικά υβρίδια RNA-DNA παίρνουν μια μορφή διπλής έλικας παρόμοια με εκείνη του Α-DNA. O Alexander Rich και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν έναν τρίτο τύπο έλικας DNA όταν έλυσαν τη δομή του ολιγομερούς dcgcgcg. Βρήκαν ότι αυτό το εξανουκλεοτίδιο σχηματίζει ένα διπλό μόριο αντιπαράλληλων ελίκων που συγκρατούνται μεταξύ τους με ζεύγη βάσεων Watson- Crick όπως αναμενόταν. Αυτό, όμως που προκάλεσε μεγάλη έκπληξη ήταν το γεγονός ότι η διπλή έλικα ήταν αριστερόστροφη, σε αντίθεση με τη δεξιόστροφη φορά των ελίκων τύπου Α και Β. Επιπλέον, τα φωσφορικά στον σκελετό του μορίου σχημάτιζαν μια γραμμή ζιγκ-ζαγκ. Για τον λόγο αυτό ονόμασαν τη νέα αυτή μορφή Ζ- DNA. Πίνακας 1.2.1: Σύγκριση ιδιοτήτων Α-, Β- και Z-DNΑ. Τύπος έλικας Α Β Ζ Σχήμα Ευρύτερο Ενδιάμεσο Στενότερο Απόσταση ανά ζεύγος βάσεων 2.3 Å 3.4 Å 3.8 Å Διάμετρος έλικας Φορά περιστροφής 25.5 Å 23.7 Å 18.4 Å Δεξιόστροφη Δεξιόστροφη Αριστερόστροφη Γλυκοζιτικός δεσμός Αντι Αντι Εναλλασσόμενοι αντι και συν Ζεύγη βάσεων ανά στροφή έλικας

13 Απόσταση ανά στροφή έλικας 25.3 Å 35.4 Å 45.6 Å Κλίση των βάσεων σε σχέση με την κάθετη προς τον άξονα της έλικας 19 ο 1 ο 9 ο Μεγάλη αύλακα Στενή και πολύ βαθιά Πλατιά και αρκετά βαθιά Επίπεδη Μικρή αύλακα Πολύ πλατιά και ρηχή Στενή και αρκετά βαθιά Πολύ στενή και βαθιά Τη μορφή του Z-DNA παίρνουν κοντά ολιγονουκλεοτίδια τα οποία έχουν αλληλουχία εναλλασσόμενων πυριμιδινών και πουρινών. Υψηλές συγκεντρώσεις αλάτων απαιτούνται για την ελαχιστοποίηση των ηλεκτροστατικών απώσεων μεταξύ των φωσφορικών του σκελετού του μορίου, τα οποία βρίσκονται πλησιέστερα το ένα στο άλλο από ότι στο Α- και στο Β- DNA. Υπό φυσιολογικές συνθήκες το περισσότερο DNA απαντά με τη μορφή Β. Αν και ο βιολογικός ρόλος του Z-DNA βρίσκεται ακόμη υπό διερεύνηση, η ύπαρξη του αποδεικνύει ότι το DNA είναι ένα ευέλικτο δυναμικό μόριο. [3]. 13

14 Σχήμα 1.2.1: Οι διαμορφώσεις του DNA 1.3 Τρόποι αλληλεπίδρασης του DNA με χημικές ενώσεις Μικρά μόρια δεσμεύονται στο DNA αντιστρεπτά ή μόνιμα, με την τελευταία περίπτωση να περιλαμβάνει συνήθως το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών. Παραδείγματα μόνιμων δεσμεύσεων αποτελούν τόσο ισχυρές καρκινογόνες ουσίες, όπως η αφλατοξίνη Β1, όσο και φάρμακα κατά των καρκινικών όγκων π.χ. το cisplatin. Η αναστρέψιμη δέσμευση στα νουκλεϊκά οξέα περιλαμβάνει μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις συνήθως ηλεκτροστατικής φύσης, τόσο μέσω της κύριας όσο και μέσω της δευτερεύουσας αύλακας. Τα σύμπλοκα των μετάλλων συνδέονται με το DNA είτε μέσω ομοιοπολικών είτε μέσω ετεροπολικών αλληλεπιδράσεων είτε προκαλούν ρήξη στο DNA Ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις Στην περίπτωση των ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων, κάποιος ή κάποιοι από τους ευκίνητους υποκαταστάτες των συμπλόκων αντικαθίστανται από μία βάση αζώτου του DNA, όπως αυτή του Ν-7 της γουανίνης. Χαρακτηριστικό παράδειγμα 14

15 αποτελεί το cisplatin, το οποίο συναρμόζεται στην έλικα του DNA ως [Pt(NH 3 ) 2 ] 2+ προκαλώντας κάμψη 26 ο στην κύρια αύλακα του DNA Μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις Στις μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις περιλαμβάνεται: Α) η παρεμβολή(intercalation) Β) οι ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις Γ) η επιφανειακή συναρμογή συμπλόκων στην εξωτερική πλευρά της έλικας του DNA μέσω της κύριας ή της δευτερεύουσας αύλακας. Σχήμα Διάφοροι τρόποι μη ομοιοπολικής αλληλεπίδρασης ενώσεων στο DNA. Τα κατιονικά σύμπλοκα μπορούν επίσης να συναρμοστούν εξωτερικά στην επιφάνεια του DNA αναπτύσσοντας ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις με τη φωσφορική ομάδα. Κατά την αλληλεπίδραση μπορεί να προκληθούν αλλαγές και στο DNA και στους υποκαταστάτες του συμπλόκου, ούτως ώστε να διευκολυνθεί η δέσμευσή τους. Οι μη ομοιοπολικές αλληλεπιδράσεις, συμπεριλαμβανομένων της 15

16 υδρόφοβης επίδρασης, των δεσμών Van derwaals, των π-π αλληλεπιδράσεων και των δεσμών υδρογόνου γενικά σταθεροποιούν τη δομή DNA- συμπλόκου. Α) Μοντέλο Παρεμβολής Η παρεμβολή πραγματοποιείται με μερική εισχώρηση αρωματικών ετεροκυκλικών δακτυλίων των υποκαταστατών ανάμεσα στις βάσεις του DNA προκαλώντας απομάκρυνση των ζευγών των βάσεων του DNA περισσότερο από 3.4 Å, ούτως ώστε να δημιουργηθεί κατάλληλος χώρος για τον εισερχόμενο υποκαταστάτη. Ως αποτέλεσμα, η διπλή έλικα του DNA ξετυλίγεται μερικώς. Η γωνία αποελίκωσης ποικίλλει ανάλογα με τη γεωμετρία του συμπλόκουdna- ένωσης που σχηματίζεται. Καθώς η διπλή έλικα ξετυλίγεται, η απόσταση μεταξύ των φωσφορικών ομάδων αυξάνεται με αποτέλεσμα τη μείωση της πυκνότητας του εντοπισμένου φορτίου. Με αυτόν τον τρόπο διευκολύνεται η απελευθέρωση των συσσωρευμένων αντισταθμιστικών φορτίων, π.χ. Νa +. Το επόμενο βήμα είναι η μετακίνηση του αρωματικού μέρους της ένωσης από το διάλυμα στην περιοχή παρεμβολής, μια ευνοϊκή υδρόφοβη αλληλεπίδραση αφού ο μη πολικός αρωματικός δακτύλιος παρεμβάλλεται ανάμεσα στα υδρόφοβα ζεύγη βάσεων. Σχήμα Συναρμογή συμπλόκων ενώσεων με το DNA μέσω παρεμβολής. Β) Μοντέλο εξωτερικής συναρμογής (external binding) Αυτός ο τρόπος συναρμογής είναι κυρίως ηλεκτροστατικής φύσης. Τα κατιονικά σύμπλοκα μπορούν να συναρμοστούν εξωτερικά στην επιφάνεια του DNA 16

17 αναπτύσσοντας ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις με τη φωσφορική ομάδα που βρίσκεται στο σκελετό του DNA. Γενικά έχει παρατηρηθεί ότι επειδή οι φωσφορικές ομάδες φορτίζουν αρνητικά το εξωτερικό περιβάλλον ενός ολιγονουκλεοτιδίου, η συναρμογή του συμπλόκου με το DNA είναι ηλεκτροστατικής φύσης και εξαρτάται από τις ιονικές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των αντίθετων φορτίων. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εξωτερική συναρμογή είναι η ύπαρξη θετικού φορτίου στη χημική ένωση. Χαρακτηριστικό παράδειγμα συμπλόκου που αλληλεπιδρά με το DNA με αυτόν τον τρόπο είναι το [Ru(bipy) 3 ] 2+ όπου (bipy= 2,2 - διπυριδίνη) που έχει φορτίο +2. Γ) Μοντέλο συναρμογής στις αύλακες (groove binding) Το μοντέλο συναρμογής στην αύλακα περιλαμβάνει δύο στάδια. Πρώτα λαμβάνει χώρα υδρόφοβη μετακίνηση του υποκαταστάτη από το διάλυμα προς την έλικα και στη συνέχεια αναπτύσσονται μη ομοιοπολικές μοριακές αλληλεπιδράσεις, όπως δεσμοί υδρογόνου με τα ζεύγη αδενίνης- θυμίνης και δεσμοί Van der Waalsμε τα τοιχώματα της αύλακας. Σημαντικό χαρακτηριστικό γνώρισμα, επίσης, των ενώσεων που συνδέονται στην αύλακα είναι ότι μπορούν να σχεδιαστούν έτσι, ώστε να καλύψουν πολλά ζεύγη βάσεων με συνέπεια υψηλό βαθμό αναγνώρισης ακολουθίας νουκλεϊκών οξέων. Με αυτόν τον τρόπο συναρμογής τα μόρια των συμπλόκων προσεγγίζουν τις αύλακες της διπλής έλικας του DNA, και μετά έρχονται σε επαφή με αυτό μέσω δεσμών van der Waals. Η δεσμευτική αυτή διαδικασία με κύριους παράγοντες τους δεσμούς υδρογόνου και τους υδρόφοβους δεσμούς έχει ως αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση. Γεωμετρικοί και στερεοχημικοί παράγοντες διαδραματίζουν επίσης σημαντικό ρόλο όπως π.χ. στην ένωση [Ru(TMP) 3 ] 2+ όπου (TMP= 3,4,7,8- τετραμεθυλοφαινανθρολίνη), όπου οι μεθυλικές ομάδες δεν επιτρέπουν την παρεμβολή. Το αντιβιοτικό netropsin ήταν το πρώτο που αναφέρθηκε ως ένωση που αλληλεπιδρά με το DNAμε συναρμογή στην αύλακα και με επιλεκτικότητα στην ακολουθία αδενίνης-θυμίνης. Στην περίπτωση αυτή 4 απλοί αρωματικοί δακτύλιοι των συναρμοστών στην αύλακα (groove binders) μπορούν να υιοθετήσουν μια κοίλη 17

18 μορφή συμβατή με την κυρτότητα της μικρής αύλακας και έτσι το αντιβιοτικό να δεσμεύεται χωρίς σημαντική παρεμπόδιση, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα τη διαταραχή της διπλής έλικας του DNA. Σχήμα Τρόπος αλληλεπίδρασης συμπλόκου με το DNA. Α) Αλληλεπίδραση μέσω της κύριας αύλακας, Β) Αλληλεπίδραση μέσω της δευτερεύουσας αύλακας. [4] 1.4 Φάρμακα που αλληλεπιδρούν με το DNA Υπάρχουν τρεις κύριες κατηγορίες φαρμάκων που αλληλεπιδρούν με το DNA: οι ενδοπαρεμβολείς (intercalators), οι αλκυλιωτές (alkylators) και οι διασπαστές αλυσίδας DNA (DNA strandbreakers). Α) Ενδοπαρεμβολείς Οι ενδοπαρεμβολείς είναι ενώσεις που εισάγονται ανάμεσα στα ζευγάρια βάσεων του DNA προκαλώντας αποδίπλωση στο σημείο που προσδένονται. Αυτό αναστέλλει τη μεταγραφή εμποδίζοντας την πορεία αναδιπλασιασμού του κυττάρου. Με άλλα λόγια, η ενδοπαρεμβολή είναι μια μη δεσμική αλληλεπίδραση κατά την 18

19 οποία το μόριο διευθετείται άκαμπτα κάθετο προς τον άξονα της έλικας. Η ενδοπαρεμβολή συμβαίνει εύκολα και είναι ενεργειακά ευνοούμενη διαδικασία. Γενικά, η ενδοπαρεμβολή δεν καταστρέφει τους δεσμούς υδρογόνου της διπλής έλικας του DNA αλλά την κανονική δομή της έλικας. Παραδείγματα τέτοιων φαρμάκων αποτελούν τα φάρμακα proflavine, amsacrine, mitoxantroneπου όπως φαίνονται από τις δομές τους χαρακτηρίζονται από επίπεδα αρωματικά συστήματα που οδηγούν στην ενδοπαρεμβολή. Proflavine Amsacrine Mitoxantrone Σχήμα Δομές κυριότερων ενδοπαρεμβολών Βέβαια, και άλλες ομάδες που υπάρχουν σε αυτά τα μόρια μπορούν να συνεισφέρουν στην πρόσδεση του φαρμάκου στο DNA. Για παράδειγμα, η αμινομάδα του σακχάρου της doxorubicin σχηματίζει ιοντικό δεσμό με τα αρνητικά φορτισμένα οξυγόνα της φωσφορικής ομάδας της αλυσίδας του DNA. Μερικοί ενδοπαρεμβολείς μπορεί να παρουσιάζουν προτίμηση για ορισμένες βάσεις του 19

20 DNA. Το mitoxantrone προτιμά τη διευθέτηση σε αλληλουχίες πλούσιες σε κυτοσίνη- γουανίνη. Η proflavine και η amsacrine ανήκουν στην κατηγορία των ακριδινών. Η proflavine χρησιμοποιήθηκε έως τον πρώτο παγκόσμιο πόλεμο ως αντιβακτηριδιακό μέσο, ενώ κατά τη δεκαετία του 1960 και 1970 βρέθηκε ότι παράγωγα ακριδινών παρουσιάζουν αντικαρκινική δράση και η amsacrine έχει βρει χρήση για την καταπολέμηση της λευχαιμίας. Σήμερα πιστεύεται ότι η ενδοπαρεμβολή ενός φαρμάκου στο DNA αποτελεί μόνο το πρώτο βήμα σε μια σειρά διαδικασιών που οδηγούν τελικά στην καταστροφή του DNA με άλλους μηχανισμούς. Την ενδοπαρεμβολή ακολουθεί η δράση τοποϊσομερασών (π.χ. το αντικαρκινικό φάρμακο camptothecin στοχεύει την DNAτοποϊσομεράση I). Β) Αλκυλιωτές Εφόσον το DNA παρουσιάζει πυρηνόφιλο χαρακτήρα, τα αλκυλιωτικά μέσα πρέπει να είναι συνήθως ηλεκτρονιόφιλα ή να μπορεί να οδηγήσουν στην παραγωγή ηλεκτρονιόφιλων μορίων. Ποικίλες ενώσεις έχουν βρεθεί ότι δρουν ως αλκυλιωτές των νουκλεϊκών οξέων. Αν και οι τρόποι δράσης τους δεν έχουν κατανοηθεί πλήρως, έχουν συγκεντρωθεί πάρα πολλές πληροφορίες σχετικά με τη σχέση δομής- δράσης των αλκυλιωτών. Παρακάτω αναφέρονται οι κυριότερες κατηγορίες. Μουστάρδες αζώτου Ο τρόπος δράσης της μουστάρδας του θείου υποδηλώνει ότι παρόμοιες ενώσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αντικαρκινικά μέσα. Οι περισσότερο πυρηνόφιλες θέσεις στο DNA είναι Ν-7 της γουανίνης > Ν-3 της αδενίνης > Ν-1 της αδενίνης> Ν- 7 της κυτοσίνης. Φυσικά η δραστικότητα των πυρηνόφιλων θέσεων του DNA εξαρτάται από στερεοχημικούς και ηλεκτρονικούς παράγοντες,όπως και από το σχηματισμό δεσμών υδρογόνου. 20

21 Χαρακτηριστικά αντικαρκινικά φάρμακα αυτής της κατηγορίας είναι το chlorambucil και το melphalan που χρησιμοποιούνται σε πολλαπλό μυέλωμα ή καρκίνο στήθους και ωοθηκών. Σχήμα Δομή αντικαρκινικών φαρμάκων Μεθανοσουλφονικοί εστέρες Άλκυλο παράγωγα που περιέχουν δύο σουλφονικές ομάδες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως διλειτουργικά αλκυλιωτικά μέσα. Παράδειγμα αποτελεί το φάρμακο busulphan που χρησιμοποιείται κατά της λευχαιμίας. Αλκυλιώνει τη θέση Ν-7 της γουανίνης σχηματίζοντας δεσμούς ανάμεσα στην ίδια αλυσίδα. Νιτροσοουρίες Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η carmustine. Λόγω της λιποφιλικότητάς της έχει τη δυνατότητα να διέρχεται τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και για το λόγο αυτό έχει χρησιμοποιηθεί στην καταπολέμηση του καρκίνου του εγκεφάλου. Σύμπλοκα του λευκόχρυσου Το cisplatin ήταν το πρώτο αντικαρκινικό φάρμακο. Έχουν μελετηθεί πάρα πολλά ανάλογα συμπλόκων λευκόχρυσου και σήμερα η carboplatin αποτελεί το σημαντικότερο φάρμακο για την καταπολέμηση του καρκίνου των ωοθηκών και των όρχεων. 21

22 Τριαζένια Τα τριαζενοϊμιδαζόλια αποτελούν μια ενδιαφέρουσα τάξη ενώσεων που παρουσιάζουν δράση κατά ευρέος φάσματος καρκίνων. Το dacarbazine χρησιμοποιείται κύρια κατά μελανωμάτων. Μετατρέπεται σε αλκυλιωτικό παράγοντα δια μέσου Ν-αποαλκυλιώσης. Γ) Διασπαστές αλυσίδας DNA Οι διασπαστές αλυσίδας αντιδρούν με το DNA οδηγώντας στη διάσπαση της αλυσίδας σε κλάσματα. Η δράση τους δεν έχει επαρκώς κατανοηθεί, αλλά τα κλάσματα της αλυσίδας του νουκλεϊκού οξέος που παράγονται δεν μπορούν να επανενωθούν από DNA λιγάσες. Μερικά από αυτά τα φάρμακα πιστεύεται ότι πρώτα αλληλεπιδρούν με το DNA ως ενδοπαρεμβολείς και στη συνέχεια, κάτω από ορισμένες συνθήκες, αντιδρούν κατά τέτοιο τρόπο ώστε να παράγουν ρίζες. Η αντίδραση αυτών των ριζών με τα σάκχαρα του DNA οδηγεί στη διάσπαση της αλυσίδας του DNA. Μερικά από τα φάρμακα που διασπούν τις αλυσίδες του DNA δρουν δια μέσου του μηχανισμού που στηρίζεται στις τοποϊσομεράσες. Παράδειγμα αντικαρκινικού φαρμάκου που διασπά την αλυσίδα του DNA είναι η bleomycin. [5] 22

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΦΑΡΜΑΚΑ ΚΑΙ ΦΩΤΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ 2.1 Μεταλλάξεις Οι μεταλλάξεις παράγονται από λάθη στο ζευγάρωμα των βάσεων, από ομοιοπολικές τροποποιήσεις των βάσεων και από απαλείψεις ή εισδοχές βάσεων. Η δραστικότητα 3-5 εξωνουκλεάσης της DNA πολυμεράσης είναι πολύ κρίσιμη για τη μείωση της συχνότητας των τυχαίων μεταλλάξεων, η οποία αυξάνεται εν μέρει από αταίριαστο ζευγάρωμα ταυτομερικών βάσεων. Οι βλάβες του DNA συνεχώς επιδιορθώνονται. Πολλαπλές διεργασίες επιδιόρθωσης του DNA χρησιμοποιούν πληροφορίες που υπάρχουν στον άθικτο κλώνο για να διορθώσουν τον ελαττωματικό. [3] 2.2 Μέταλλα στη θεραπεία του καρκίνου Γενικά Η εισαγωγή των ιόντων μετάλλων σε ένα βιολογικό σύστημα μπορεί να γίνει για θεραπευτικούς ή διαγνωστικούς σκοπούς, αν και πολλές φορές μπορεί να υπάρξει και επικάλυψη. Το 1991 ο Sadler κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα περισσότερα στοιχεία του περιοδικού πίνακα μπορούν να χρησιμοποιηθούν δυνητικά ως φάρμακα ή ως διαγνωστικά μέσα. Αρκετές ανόργανες και σύμπλοκες ενώσεις έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα ως χημειοθεραπευτικά μέσα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι το cis-[pt(nh 3 ) 2 Cl 2 ] ως αντικαρκινικό φάρμακο και το τεχνήτιο- 99m και άλλα βραχύβια ισότοπα που χρησιμοποιούνται ως ραδιοφάρμακα στη διάγνωση και στη θεραπεία του καρκίνου. 23

24 Σχήμα Περιοδικός Πίνακας στον οποίο με κόκκινο σημειώνονται τα στοιχεία που έχουν χρησιμοποιηθεί μέχρι σήμερα στην θεραπευτική. [4] Οι φυσικοχημικές ιδιότητες που έχουν τα σύμπλοκα των μετάλλων μετάπτωσης είναι μοναδικές συγκριτικά με τα υπόλοιπα μέταλλα, με αποτέλεσμα να αποτελούν μοριακούς ανιχνευτές για τη διερεύνηση αλλά και την τροποποίηση της δομής του DNA. [6] Cisplatin [= cis-διαμινοδιχλωρολευκόχρυσος(ιι)] Η cis-platin θεωρείται ένα από τα ισχυρότερα κι χρησιμοποιούμενα σε ευρεία κλίμακα αντικαρκινικά φάρμακα. Το 1964, ο Barnett Rosenberg κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το cis-platin καθώς και άλλες ενώσεις με cis διαμόρφωση εμφάνιζαν αντικαρκινική δράση, ενώ τα trans ισομερή όχι. [7] Σχήμα Δομή cis-platin 24

25 Το cis-platin είναι ουδέτερο επίπεδο τετραγωνικό σύμπλοκο, με κεντρικό άτομο το μέταλλο Pt, συνδεδεμένο με δύο ιόντα χλωριδίου που βρίσκονται σε cis θέσεις και με δύο υποκαταστάτες αμμωνίας σε γειτονικές θέσεις μεταξύ τους. [4] Το φάρμακο cis-platin ήταν το πρώτο αντικαρκινικό που περιείχε Pt. Από τις πρώτες εφαρμογές της ένωσης ως αντικαρκινικό φάρμακο είχε βρεθεί ότι η δράση του σχετίζεται με την παρεμπόδιση αντιγραφής του DNA. Πρέπει να εισέλθει στο εσωτερικό του κυττάρου, όπου και υδρολύεται. Ο μηχανισμός του είναι πολύπλοκος λόγω των πιθανών συνδυασμών ΟΗ - και Η 2 Ο. Στη συνέχεια το σύμπλοκο δεσμεύεται σε δυο γουανίνες του DNA σχηματίζοντας διακλωνικούς και ενδοκλωνικούς σταυροδεσμούς. Σχήμα Οι πιθανοί διακλωνικοί και ενδοκλωνικοί σταυροδεσμοί που μπορούν να σχηματιστούν κατά την δέσμευση του cis-platin στο DNA.[8] 25

26 Σχήμα Γενικό σχεδιάγραμμα κυψελοειδούς αντίδρασης με εισαγωγή πλατίνας στη καταστροφή του DNA Η φυσική ακολουθία των επιστημονικών κατανοήσεων έχει εξελιχθεί από μια λεπτομερή απεικόνιση cisplatin DNA και την αλληλεπίδραση στις βιολογικές συνέπειες αυτών των προσαγωγών. Επομένως δεν είναι οι προσαγωγές στο DNA αλλά μεταγενέστερες συνέπειες των πρωτεινούχων αναγνωρίσεων και κυτταρικών συμβάντων οι οποίες είναι οι αιτίες για το θάνατο του κυττάρου. Όταν το κύτταρο προσβληθεί από χημειοθεραπευτικό φάρμακο ή υποστεί μεταλλαξιογόνες επιδράσεις, μπορεί είτε να επιδιορθώσει την ζημιά, είτε να προγραμματιστεί ο κυτταρικός θάνατος. [9] 26

27 Σχήμα Απεικονίσεις cis platin-dna Η κλινική επιτυχία του cisplatin για το καρκίνο τον όρχεων είναι αξιοσημείωτη. Πριν απ την ανακάλυψη του φαρμάκου, η πρόγνωση δεν βρισκόταν σε καλά επίπεδα. Χάρη στο cisplatin, η αρρώστια αυτή είναι αντιμετωπίσιμη. Σημαντική πρόοδος έχει γίνει και στην αντιμετώπιση του καρκίνου των ωοθηκών, με 30% των ασθενών με 3ου επιπέδου καρκίνο, να μπορούν να ζουν για 10 χρόνια. Όμως το φάρμακο αυτό έχει περιορισμένη επιτυχία στην αντιμετώπιση του καρκίνου στο κεφάλι, στο λαιμό, στους πνεύμονες και στο στήθος Η χρήση συμπλόκων πλατίνας στη θεραπεία του καρκίνου έχει δημιουργήσει καινούριες απόψεις για την ανόργανη φαρμακοχημεία. Η γνώση του μηχανισμού ενέργειας του cisplatin έχει δώσει μια λογική στο σχεδιασμό των καινούριων μεταλλικών αντικαρκινικών φαρμάκων. Οι οργανομεταλλικές ενώσεις έχουν ελεγχθεί ενάντια στο καρκίνο των αδένων, όπου ήταν ικανές να ελαττώσουν συγκεκριμένα και να ελέγξουν τη μεγέθυνση του όγκου. Τα budotitane και titanocene,οι οποίες είναι ενώσεις παλλαδίου και τιτανίου ανάλογες του cis-platin έχουν μπει στη φάση 1 των κλινικών ελέγχων. Είναι παραδείγματα των μεταλλικών ενώσεων ενώθηκαν και ελέγχθηκαν με βάση την άμεση αντίδραση τους με το DNA. [10 27

28 2.3 Φωτοδυναμική θεραπεία του καρκίνου Ορισμός Η φωτοδυναμική θεραπεία (PDT) είναι μια θεραπεία που χρησιμοποιεί ειδικά φάρμακα, που ονομάζονται φωτοευαισθητοποιητικοί παράγοντες, τα οποία μαζί με το φως καταστρέφουν τα καρκινικά κύτταρα. Τα φάρμακα λειτουργούν μόνο αφού έχουν ενεργοποιηθεί από ορισμένα είδη φωτός. Η PDT μπορεί επίσης να ονομάζεται θεραπεία φωτοακτινοβολίας, φωτοθεραπεία, ή φωτοχημειοθεραπείας. [11] Ανάλογα με το μέρος του σώματος που υποβάλλεται σε θεραπεία, ο παράγοντας φωτοευαισθητοποίησης είτε εισέρχεται στην κυκλοφορία του αίματος μέσω μιας φλέβας ή τοποθετείται στο δέρμα. Πάνω από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα το φάρμακο απορροφάται από τα καρκινικά κύτταρα. Στη συνέχεια, το φως εφαρμόζεται στην προς αγωγή περιοχή. Το φως αναγκάζει το φάρμακο να αντιδρά με το οξυγόνο, το οποίο σχηματίζει μια χημική ουσία που σκοτώνει τα κύτταρα. Η PDT μπορεί επίσης να βοηθήσει με την καταστροφή των αιμοφόρων αγγείων που τροφοδοτούν τα καρκινικά κύτταρα και με προειδοποίηση του ανοσοποιητικό σύστημα να επιτεθεί στον καρκίνο. Η χρονική περίοδος μεταξύ της χορήγησης του φαρμάκου και της εφαρμογής του φως ονομάζεται διάστημα φαρμάκου προς το φως. Μπορεί να είναι από μερικές ώρες έως μερικές ημέρες, ανάλογα με το φάρμακο που χρησιμοποιείται. Σχήμα Διέλευση φωτός στο δέρμα 28

29 2.3.2 Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της θεραπείας Μελέτες έχουν δείξει ότι η PDT μπορεί να λειτουργήσει ως χειρουργική επέμβαση ή ακτινοθεραπεία στη θεραπεία ορισμένων ειδών καρκίνου και στο προκαρκινικό στάδιο. Έχει κάποια πλεονεκτήματα, όπως: Δεν έχει μακροπρόθεσμες παρενέργειες όταν χρησιμοποιείται σωστά. Είναι λιγότερο επεμβατική από τη χειρουργική επέμβαση. Συνήθως διαρκεί μόνο ένα μικρό χρονικό διάστημα και πιο συχνά γίνεται σε εξωτερικούς ασθενείς. Μπορεί να στοχεύει με μεγάλη ακρίβεια. Σε αντίθεση με ακτινοβολία, η PDT μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές στον ίδιο χώρο, αν χρειαστεί. Υπάρχει συνήθως μικρή ή καθόλου ουλή μετά την επούλωση του δέρματος. Κοστίζει λιγότερο από ό, τι άλλες θεραπείες για τον καρκίνο. Αλλά η PDT έχει ορισμένα μειονεκτήματα: Η PDT μπορεί να θεραπεύσει μόνο περιοχές όπου το φως μπορεί να διελεύση. Αυτό σημαίνει ότι χρησιμοποιείται κυρίως για την αντιμετώπιση προβλημάτων ή ακριβώς κάτω από το δέρμα, ή στην επένδυση των οργάνων που μπορεί να επιτευχθεί με μια πηγή φωτός. Επειδή το φως δεν μπορεί να ταξιδέψει πολύ μακριά μέσω των ιστών του σώματος, η ΡDΤ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία μεγάλων καρκίνων ή καρκίνων που έχουν αναπτυχθεί βαθιά μέσα στο δέρμα ή άλλα όργανα H PDT δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη θεραπεία καρκίνων που έχουν εξαπλωθεί σε πολλά μέρη Τα φάρμακα που χρησιμοποιούνται για PDT αφήνουν τους ανθρώπους εκτεθειμένους στο φως για κάποιο χρονικό διάστημα, έτσι πρέπει να ληφθούν ειδικές προφυλάξεις 29

30 Η PDT δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ανθρώπους που έχουν ορισμένες ασθένειες του αίματος, όπως η πορφυρία (μια σπάνια ομάδα ασθενειών που επηρεάζουν το δέρμα ή το νευρικό σύστημα) ή τους ανθρώπους που είναι αλλεργικοί σε πορφυρίνες. Αυτή η αλλεργία είναι σπάνια, αλλά μπορεί να συμβεί σε εκείνους που έχουν πάρει πορφυρίνες στο παρελθόν.[12] Πιθανές παράπλευρες αντιδράσεις Αντιδράσεις φωτοευαισθησίας: Αντιδράσεις, οι οποίες προκαλούνται από το φως μπορεί να εμφανιστούν στο δέρμα όπου εφαρμόζεται το φάρμακο. Συνήθως περιλαμβάνουν ερυθρότητα και κνησμό ή αίσθημα καύσου. Για περίπου 2 ημέρες μετά από τη χρήση του φαρμάκου, θα πρέπει να φροντίσει να μην εκθέσει θεραπεία περιοχές του προσώπου και του τριχωτού της κεφαλής σας στο φως. Αλλαγές του δέρματος: Το εκτεθειμένο δέρμα κατά πάσα πιθανότητα θα γίνει κόκκινο και μπορεί να διογκωθεί μετά τη θεραπεία. Αυτό συνήθως κορυφώνεται περίπου μία ημέρα μετά τη θεραπεία. Θα πρέπει να περάσουν περίπου 4 εβδομάδες μετά τη θεραπεία. Το δέρμα μπορεί επίσης να έχει φαγούρα ή να αλλάξει χρώμα μετά τη θεραπεία Παράγοντες της φωτοδυναμικής θεραπείας Η φωτοδυναμική θεραπεία είναι μια τέτοια θεραπεία που βασίζεται στο συνδυασμένο αποτέλεσμα κυρίως τριών συστατικών, συμπεριλαμβανομένων του φωτός, του οξυγόνου και του φωτοευαισθητοποιητή. [11] Η δραστικότητα του φαρμάκου μετά την έκθεση σε φως συγκεκριμένων συχνοτήτων, αποδίδει στην θεραπεία το πλεονέκτημα της επιλεκτικότητας στα καρκινικά κύτταρα αποφεύγοντας έτσι τις βλάβες στα φυσιολογικά κύτταρα. Η χρήση της φωτοδυναμικής θεραπείας για τον καρκίνο του μαστού είναι επί του παρόντος σε κλινικές δοκιμές Φωτοευαισθητοποιητές Οι φυσικοχημικές ιδιότητες του φωτοευαισθητοποιητή είναι σημαντικές για να επιτευχθούν καλά αποτελέσματα σε φωτοευαισθησία. Μερικά χαρακτηριστικά 30

31 των φωτοευαισθητοποιητών που είναι επιθυμητά για την αποτελεσματικότητα είναι τα εξης: περιλαμβάνουν χημική καθαρότητα ικανότητα να εντοπίζονται εκλεκτικά σε νεοπλασματικό ιστό χρειάζεται σύντομο χρονικό διάστημα μεταξύ της χορήγησης του φαρμάκου και της συσσώρευσης μεγιστοποιούν τον ιστό υπερπολλαπλασιασμού προκαλούν ταχεία κάθαρση από κανονικούς ιστούς ενεργοποιούνται σε μήκος κύματος με τη βέλτιστη διείσδυση ιστού έχουν υψηλές κβαντικές αποδόσεις για την παραγωγή μονήρους οξυγόνου προκαλούν συνθήκες έλλειψης της σκοτεινής τοξικότητας Η βασική προϋπόθεση για την επίτευξη μιας επιθυμητής απόκρισης για φωτοευαισθητοποίηση είναι για μια επαρκής ποσότητα φαρμάκου να εντοπίζεται στον ιστό στόχο. [13] Η πηγή φωτός είναι σημαντικό χαρακτηριστικό στην PDT. Η επιλογή της πηγής φωτός για ΡDΤ μπορεί να προσδιοριστεί από την θέση του όγκου, από την δόση φωτός και από την επιλογή του φωτοευαισθητοποιητή.η πλέον προτιμώμενη πηγή φωτός έχει φάσμα εκπομπής που ταιριάζει με το φάσμα απορρόφησης του φωτοευαισθητοποιητή. Οι πηγές φωτός που διατίθενται για PDT ανήκουν σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: ευρυζωνικά φωτιστικά, λαμπτήρες διόδων και λέιζερ. Οι ευρυζωνικές μετάλλου αλογόνου π.χ. λαμπτήρες προβολέων διαφανειών ή λαμπτήρες φθορισμού έχουν ανώτερη πυκνότητα ισχύος που κρατά το φως σε χρόνους έκθεσης εντός λογικών ορίων και είναι σχετικά φθηνές. Οι δίοδοι εκπομπής φωτός είναι φθηνές, εύκολες στη χρήση, έχουν ένα στενό εύρος ζώνης nm Οξυγόνο Το στοιχειακό οξυγόνο παίζει το σημαντικότερο ρόλο σε αυτό το φαινόμενο, και η εφαρμογή του στην επίδραση της θεραπεία του καρκίνου είναι υψίστης σημασίας. Άμεση φασματοσκοπική απόδειξη οξυγόνου σε PDT είναι δύσκολο να 31

32 υπάρξει, πιθανώς λόγω της ταχείας αντίδρασης οξυγόνου με τα βιομόρια. Παρ 'όλα αυτά, είναι μια γενικευμένη παραδοχή ότι η O 2 είναι ο κύριος συνεισφέρων. Αν και υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την παραγωγή του O 2, η φωτοευαισθητοποιημένη γενιά είναι μια απλή και εύκολη μέθοδος για την παραγωγή ενός O 2, απαιτώντας μόνο 3 συστατικά, δηλαδή το οξυγόνο, το φως του σε κατάλληλο μήκος κύματος, και έναν φωτοευαισθητοποιητή ικανό να απορροφά ώστε με τη χρήση της ενέργειας για να διεγείρει το οξυγόνο. Η διέγερση του φωτοευαισθητοποιητή επιτυγχάνεται με τη μετάβαση ενός φωτονίου από την θεμελιώδη κατάσταση σε μια απλή διεγερμένη κατάσταση. Στη χαλάρωση η απλή διεγερμένη κατάσταση δίνει φωτοευαισθητοποίηση χαμηλότερης κατάστασης. Αυτό ακολουθείται από διασταύρωση συστημάτων που παράγει τριπλή κατάσταση. Η διάρκεια ζωής της τριπλής κατάστασης είναι μεγαλύτερη από αυτή της θεμελιώδης επιτρέποντας στη διεγερμένη κατάσταση να αντιδράσει με έναν από δύο τρόπους, που ορίζονται ως Τύπος Ι και Τύπος II. Τύπου Ι : Ακολουθεί την οδό της μεταφοράς ηλεκτρονίων ή ατόμου υδρογόνου που οδηγεί στην παραγωγή ρίζας. Τα υπεροξείδια, τα ιόντα υπεροξειδίου, και οι ρίζες υδροξυλίου που σχηματίζονται από την αντίδραση αυτών των ενδιαμέσων με οξυγόνο ξεκινούν τις αντιδράσεις ελευθέρων ριζών αλυσίδας. Τύπου ΙΙ : Διευκολύνεται από τη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας με την επιστροφή του ευαισθητοποιητή στην βασική του κατάσταση. Η παραγωγή επί τόπου της μονής κατάστασης του οξυγόνου μέσω της οδού τύπου ΙΙ φαίνεται να παίζει τον κεντρικό ρόλο στη φωτοδυναμική κυτταροτοξικότητα λόγω της ιδιαίτερα αποτελεσματικής αλληλεπίδρασης του Ο 2 με διαφορετικά βιομόρια Μηχανισμός δράσης Ο μηχανισμός δράσης του φαρμάκου περιλαμβάνει πρόσληψη φωτοευαισθητοποιητών από τον οργανισμό ακολουθούμενη από εντοπισμό με το φάρμακο (Σχήμα ). Στη συνέχεια, με την ακτινοβόληση του φαρμάκου προκαλείται κυτταρικός θάνατος είτε με καταστροφή κυττάρων είτε με διακοπή του κυτταρικού κύκλου, οι λεπτομέρειες των οποίων εξηγούνται παρακάτω. Όταν το φως 32

33 των συγκεκριμένων μηκών κύματος παραδίδεται στο φάρμακο φωτοευαισθητοποιητή, τα μόρια πηγαίνουν απ την θεμελιώδη σε απλή κατάσταση. Κάποια μόρια επιστρέφοντας στη θεμελιώδη κατάσταση φθορίζουν. Μερικά μόρια εισέρχονται στην τριπλή κατάσταση από όπου ακολουθούν τους Τύπους Ι και ΙΙ.[14] Reactive oxygen species S n Inter-System crossing Free radicals (Type I) Energy h Diagnostic S 0 S 1 h Treatment T 1 Singlet oxygen (Type II) Necrosis cell death Apoptosis Photosensitizer ground state Σχήμα Διάγραμμα ενέργειας Jablonski για την φωτοδυναμική θεραπεία 33

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΡΗΝΙΟΥ- Re 3.1 Στοιχείο Ρήνιο Το ρήνιο είναι στοιχείο μετάπτωσης και μαζί με το μαγγάνιο και το τεχνήτιο συνιστούν την υποομάδα 7/VII.Έχουν επτά ηλεκτρόνια σθένους, όσα δηλαδή και τα αλογόνα, η ομοιότητα όμως προς τα αλογόνα είναι αμυδρή. Το ρήνιο ανακαλύφθηκε το Είναι απ τα πιο σπάνια στοιχεία και χρησιμοποιείται στην παρασκευή καταλυτών και για την κατασκευή πυρίμαχων υλικών. [15] Το χημικό στοιχείο ρήνιο είναι βαρύ, δύστηκτο, αργυρόλευκο μέταλλο με ισχυρή μεταλλική λάμψη και με ατομικό αριθμό 75 και σχετική ατομική μάζα 186,207. Σύμβολο: Re Ατομικός αριθμός: 75 Σημείο τήξης: C Ατομική μάζα: 186,207 u ± 0,001 u Ηλεκτρονιακή διαμόρφωση: [Xe] 4f 14 5d 5 6s 2 Κωδικός CAS: Ατομική ακτίνα: 137 pm [16] Σχήμα Μέταλλο-Ρήνιο 34

35 3.2 Σύμπλοκα Ρηνίου Το ρήνιο σχηματίζει σύμπλοκα στα οποία υπάρχει ένα μόνο άτομο Re (μονοπυρηνικά) αλλά και σύμπλοκα στα οποία υπάρχουν περισσότερα άτομα Re (πολυπυρηνικά) συνδεδεμένα μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς μετάλλουμετάλλου ορισμένης κατεύθυνσης.[17] Τα σύμπλοκα αυτά έχουν μεγάλους αριθμούς συναρμογής και πολλά απ' αυτά παρουσιάζουν ιδιορρυθμίες. Μονοπυρηνικά σύμπλοκα Σχήμα [ReH 9 ] 2- Το 1966 οι Άιζενμπεργκ (Eisenberg) και Άιμπερς (Ibers) ανακάλυψαν το εξαιρετικά σπάνιο σύμπλοκο Re[S 2 C 2 (C 6 H 5 ) 2 ] 3 στο οποίο το Re έχει μεν αριθμό συναρμογής 6 αλλά γεωμετρικό σχήμα τριγωνικού. Από τα λίγα γνωστά σύμπλοκα με αριθμό συναρμογής 9 είναι και το σύμπλοκο υδρογονίδιο του ρηνίου του τύπου [ReH 9 ] 2, του οποίου η δομή έχει διερευνηθεί τόσο με ακτίνες Χ όσο και με την τεχνική του σκεδασμού των ηλεκτρονίων. Το σχήμα που προέκυψε είναι τρισκαλυπτόμενο τριγωνικό πρίσμα, του οποίου το κέντρο είναι επίσης το ρήνιο, όπως φαίνεται στο σχήμα. Στα μονοπυρηνικά σύμπλοκα του ρηνίου ανήκουν και τα μεταλλοκένιά του όπως το απλούστερο απ' αυτά με αρχικά προταθέντα τύπο (C 5 H 5 )Re Φασματοσκοπικά δεδομένα απέδειξαν τελικά ότι δεν πρόκειται για κλασικό 35

36 σύμπλοκο sandwich αλλά ότι ο τύπος του είναι τελικά (n 5 -C 5 H 5 )ReH όπου το άτομο ρηνίου ενώνεται με δύο μόρια κυκλοπενταδιενίου αλλά και με ένα άτομο υδρογόνου. Έχουν μελετηθεί κι άλλα μονοπυρηνικά σύμπλοκα του ρηνίου όπως CH 3 ReO 3, ReBr(CO) 5, ReH(CO) 5 κ.ά. [18] Σχήμα Ορισμένες αντιδράσεις του Re(CO) 3 Cl Πολυπυρηνικά σύμπλοκα Σχήμα Το πρώτο σύμπλοκο με τετραπλό δεσμό μετάλλου-μετάλλου. [Re 2 Cl 8 ] 2 36

37 Διπυρηνικά. Ο δεσμός Re Re ήταν τετραπλός με μήκος 224 pm (= 2, m) και με αρκετά μεγάλη ισχύ KJ/mol. Το γεγονός αυτό αποτέλεσε πραγματικά σταθμό στην ιστορία της Ανόργανης Χημείας. Στη συνέχεια, τετραπλοί δεσμοί παρατηρήθηκαν και σε άλλες ενώσεις μεταβατικών μετάλλων. Γενικά πάντως, οι τετραπλοί δεσμοί είναι σπάνιοι. Έχουν μελετηθεί επίσης τα μεταλλοκαρβονύλια Re 2 (CO) 10 και Re 2 (CO) 8. Το ρήνιο σχηματίζει διπυρηνικά μεταλλοκαρβονύλια Μ 2 (CO) 10 που παρασκευάζονται από δι αναγωγής των επτοξειδίων των μετάλλων, Μ 2 Ο 7, με μονοξείδιο του άνθρακα στους C και κατώ από 400 bar πίεση μονοξειδίου του άνθρακα.[19] Τριπυρηνικά. Αυτά έχουν τριγωνική διάταξη και χαρακτηριστικότερος εκπρόσωπός τους είναι το στερεό βαθυκόκκινο άλας CsReCl 4 πρόκειτο για ένα τριμερές σύμπλοκο στο οποίο ο δεσμός Re-Re θεωρείται διπλός και έχει μήκος 248 pm. [20] Τετραπυρηνικά. Έχει μελετηθεί το σκούρο κόκκινο σύμπλοκο H 2 Re 4 (CO) 14, το οποίο περιέχει διπλούς δεσμούς Re-Re και γύρω από κάθε άτομο ρηνίου υπάρχουν 58 ηλεκτρόνια. Εξαπυρηνικά. Είναι γνωστό το εξαπυρηνικό cluster [Re 6 (CO) 16 ]στο οποίο υπάρχουν γέφυρες καρβονυλίων και τα έξι άτομα Re βρίσκονται στις κορυφές οκταέδρου.[17] 3.3 Χρήση Ρηνίου στην ιατρική Η ραδιοϋμενόλυση είναι μια αναγνωρισμένη θεραπεία τοπικής αντιμετώπισης της χρόνιας αρθρίτιδας, κατά την οποία, μέσω τοπικής εφαρµογής ραδιοφαρµάκων επιχειρείται η διακοπή της καταστροφής των αρθρικών επιφανειών από μια φλεγμονή. [21] Το ισότοπο 186 Re, με χρόνο ημιζωής 89,3 ώρες και με τη μορφή του κασσιτερούχου υδροξυαιθυλιδενο-διφωσφωρικού 186 Re (ΗEDP-Re-186), ενδείκνυται για φλεγμονές στον αγκώνα, στον καρπό, στο ισχίο και στον ταρσό. Το ίδιο 37

38 ραδιοϊσότοπο, με μορφή σουλφιδίου, χρησιμοποιείται ενδοφλέβια στην αντιμετώπιση του πόνου από οστικές μεταστάσεις του καρκίνου του προστάτου, ενώ οι παρενέργειες από τη χρήση του είναι κλινικά ασήμαντες.[22] Στη θεραπεία της αρθρίτιδας χρησιμοποιείται και το ισότοπο 188 Re αλλά παρόλο που έχει το ίδιο σχεδόν βάθος διείσδυσης στην επιδερμίδα με το 186 Re, έχει το μειονέκτημα του μικρότερου χρόνου ημιζωής, 17 ώρες. [23] 3.4 Ενώσεις του Ρηνίου με διάφορους υποκαταστάτες Ρήνιο με υποκαταστάτη μεγάλη αλυσίδα αλκυλίου Πρόσφατες εκθέσεις δείχνουν ότι οργανομεταλλικά σύμπλοκα ρηνίου κατέχουν αντιπολλαπλασιαστική δραστηριότητα συγκρίσιμη ή ακόμη και υπερβαίνει αυτή του cisplatin. [24] Το πλεονέκτημα με τα σύμπλοκα Re (Ι) είναι ότι η διιμίνη και οι υποκαταστάτες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με πολικές και υδρόφοβες χαρακτηριστικές ομάδες για να προσφέρουν χαρακτηριστικά στο σχεδιασμό των παραγόντων απεικόνισης του κυττάρου. Μέσω αυτής της λειτουργίας οι φωτοφυσικές ιδιότητες προσδίδουν υδατική σταθερότητα, λιποφιλικότητα και κυτταροτοξικότητα. Γενικά τα σύμπλοκα Re (Ι) που φέρουν μακρά αλυσίδα αλκυλίου παρέχουν λιπόφιλα χαρακτηριστικά και χρησιμεύουν ως εξαιρετικοί ανιχνευτές για την υπερευαίσθητη ανίχνευση βιολογικών μορίων, όπως πρωτεΐνες, DNA [25] Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η μελέτη της αλληλεπίδρασης τριών συμπλόκων ρηνίου- διιμήνης που συνδέονται με μεγάλες αλκυλικές αλυσίδες με CT DNA 38

39 Σχήμα Σύμπλοκες ενώσεις με μεγάλες αλκυλομάδες που μελετήθηκαν Από τα πειρατικά αποτελέσματα προκύπτει ότι η δέσμευση των 1b και 1c είναι ισχυρότερη από τα 1a και 1d δείχνοντας τη σημασία της υδροφοβικής αντίδρασης των αλκυλικών ομάδων με bpy και py υποκαταστάτες. Τα σύμπλοκα 1b και 1c εκθέτουν πιο σαφή αντιβακτηριακή δραστηριότητα έναντι 4 διαφορετικών μικροοργανισμών και όλα τα συγκροτήματα Re αναστέλλουν τη μεγιστοποίηση καρκινικών κυψελών. Το σύμπλοκο 1c προσδίδει μέτρια κυτταροτοξική και μοριακή πρόσληψη των καρκινικών κυψελών, που αποδίδονται στις λιπόφιλες αλκυλικές αλυσίδες του bpy και στις πυριδινικές αλυσίδες που διευκολύνουν την υδροφοβική αλληλεπίδραση με το DNA. Η κυτταροξικότητα στη χημική δοκιμή δείχνει καλή αντικαρκινική λειτουργία ενάντια του καρκίνου. [26] Σχήμα (Α-Β) Η δέσμευση του 1c στη μικρή αύλακα του DNA- (C ) κοντινή απεικόνιση 1c-DNA 39

40 3.4.2 Σύμπλοκα Re-dppz Στα σύμπλοκα του ρηνίου (Ι), το μεταλλικό κέντρο βρίσκεται ελαφρώς εκτός επιπέδου σε σχέση με το dppz και αυτό φαίνεται πιο έντονα στο σύμπλοκο [Re(CO) 3 (L)Cl] σε σχέση με το [Re(CO) 3 (L)(py)] +. Κρυσταλλικές δομές ελήφθησαν [Re(CO) 3 (dppzbr 2 )Cl] και [Re(CO) 3 (dppzbr)(py)]pf 6 (όπου L= dppz και παράγωγα του). Η MLCT μετάβαση χαρακτηρίζεται από την ενίσχυση του συμμετρικού τεντώματος των καρβόνυλο ομάδων γιατί σε τέτοιες καταστάσεις το μεταλλικό κέντρο οξειδώνεται, μειώνοντας έτσι την έκταση της π-οπισθοσύνδεσης, και ως εκ τούτο μεταβάλλεται το μήκος των δεσμών. Οι κορυφές είναι ευρείες, ενώ μια κορυφή εμφανίζεται σε υψηλότερα μήκη κύματος μετά τα πρώτα ps. Αυτό μπορεί να αποδοθεί είτε σε δονητική ψύξη ή μετατροπή MLCT (phen) σε MLCT (phz). Η διατήρηση μιας κορυφής στη διεγερμένη κατάσταση σε χαμηλές τιμές ενέργειας στους 2077 cm 1 δείχνει ότι οι καταστάσεις MLCT (phen) MLCT (phz) είναι παρούσες και υπάρχουν σε ισορροπία. Αυτή η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς το MLCT (phz), καθώς η αντίστοιχη δονητική κορυφή είναι κυρίαρχη, και η οποία είναι ιδιαίτερα εμφανής στα σύμπλοκα [Re(CO) 3 (dppzbr(cf 3 ))Cl] και [Re(CO) 3 (dppzbr)cl]. Αυτό σημαίνει ότι τα τροχιακά του dppz (phz) είναι περισσότερο σταθεροποιημένα σε αυτά τα σύμπλοκα, κάτι που δεν είναι αναμενόμενο, γιατί κατά τον υπολογισμό προκύπτει ότι διαθέτουν τις υψηλότερες δυνατότητες μείωσης και ως εκ τούτου τη μεγαλύτερη ανεπάρκεια ηλεκτρονίων στα τροχιακά του dppz.[27] 40

41 Σχήμα Τρία χαμηλότερης ενέργειας μη κατειλημμένα μοριακά τροχιακά dppz και η συμμετρία τους Σύμπλοκα Re(CO) 3 dppzr Η χρήση μεγάλων, επίπεδων αρωματικών συστημάτων ως παρεμβολείς του DNA είναι καλά εδραιωμένη στις χημικές και βιολογικές μελέτες του DNA και των σχετικών συστημάτων, και το dppz έχει γίνει ένας υποκαταστάτης στο σχεδιασμό των μεταλλικών παρεμβολέων. Στον τομέα της φωταύγειας των συμπλόκων του dppz με της μελέτης πρόσδεσης του DNA, τα κατιονικά σύμπλοκα του ρουθηνίου του τύπου [Ru(bpy) 2 (dppz)] 2+ έχουν εφαρμοστεί ευρέως και έχουν μελετηθεί τόσο θεωρητικά όσο και πειραματικά εξαιτίας της ισχυρής αλληλεπίδρασης τους με το DNA, και της αξιοσημείωτης φωτο-εναλλαγής κατά την αλληλεπίδραση με το DNA. Λόγω των διαμορφώσεων των συμπλόκων και της φύσης των διεγερμένων καταστάσεων είναι πιθανό να επιτευχθεί μέχρι και 10 4 ενίσχυση της έντασης εκπομπής με τη σύνδεση του DNA σε σύγκριση με τα ελεύθερα υδατικά είδη. Συγκεκριμένα έχει αποδειχθεί ότι τα σύμπλοκα της γενικής δομής [Re(CO) 3 (dppz)(x)] όπου το X αντιπροσωπεύει μια ευρεία ποικιλία των αξονικών υποκαταστατών έχουν πολύ ασθενή εκπομπή σε υδατικά μέσα, αλλά δείχνουν δραματικές βελτιώσεις στην εκπομπή παρουσία DNA ή ολιγονουκλεοτιδίων, που κυμαίνονται σε μεγαλύτερες από 10 φορές ενίσχυσης, σε ένα διακόπτη ουσιαστικά μη εκπομπής, ανάλογα με την υποκατάσταση και τις συνθήκες. Έχει αποδεχθεί ότι τα 41

42 σύμπλοκα ρηνίου-πολυπυριδίνης είναι χρήσιμα σε πειράματα απεικόνισης κυττάρων, ειδικότερα σε fac-τρικαρβόνυλο σύμπλοκα ρηνίου με χηλικές διπυριδίνες, όπου έχει δειχθεί ότι πλεονεκτούν λόγω της ευελιξίας τους να έχουν πρόσθετο συντονιστικό χώρο όταν ο απαραίτητος πυρήνας εκπομπής του [Re(bpy)(CO) 3 ] είναι ικανοποιητικός. [28] Σχήμα Σύνθεση των συμπλόκων 3-7 Σχήμα Σύνθεση του χλωρομεθυλο-συμπλόκου 8 42

43 Όλα τα σύμπλοκα δίνουν τιμές στη περιοχή 0,7-6x10 5 M -1 οι οποίες είναι συγκρίσιμες με άλλα συγγενικά είδη και υποδεικνύουν την ισχυρή σύνδεση με το DNA. Οι τιμές της Kb ποικίλουν και μεταβάλλονται με τη σειρά Kb(6)>Kb(5)>>Kb(4)>Kb(3)>Kb(7)>Kb(8) με αυτές των 5 και 6 να είναι συγκριτικά υψηλότερες από των άλλων συμπλόκων. Η ανώμαλη ισχυρή πρόσδεση στο DNA που παρατηρείται με τα σύμπλοκα 5 και 6 θα μπορούσε να εξηγηθεί από τους δεσμούς υδρογόνου της υδροξυμέθυλο πυριδίνης με μία βάση του DNA και με υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ της μυστριλο-αλυσίδας του 6 με το DNA. Οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις είναι σημαντικές στη σύνδεση του DNA και η αποκτώμενη ενθαλπία που κερδίζεται με την αφαίρεση της C13 αλυσίδας από το υδατικό μέσο μπορεί να είναι σημαντική στην υψηλή σταθερά σύνδεσης που παρατηρείται με αυτό το σύμπλοκο. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο ακετονίτριλο υποκαταστάτης του 3 θεωρείται ασταθής και εικάζεται ότι το είδος ισορροπεί μεταξύ ύδατο και αλογόνο συμπλόκων σε ρυθμισμένα μέσα, με τα τελικά είδη να είναι πιθανόν να συντονίζονται με το μέταλλο μέσω μιας ομάδας από την κατακερμάτιση του ίδιου του DNA. Η σταθερά σύνδεσης αυτού του συμπλόκου δεν είναι σημαντικά υψηλότερη από είδη τα οποία στερούνται ενός υποκαταστάτη υποδηλώνοντας ότι οποιαδήποτε τέτοια αλληλεπίδραση είναι αδύναμη, κάτι που αναμένεται για τα φωσφορικά οξυγόνα, ή ακόμα και τα αμιδικά άζωτα των βάσεων του DNA. [29] Πίνακας 1 Τιμές Kb για τα σύμπλοκα 3-8 Σύμπλοκο Kb/10 5 (M -1 ) Συνοπτικά όλα τα σύμπλοκα 3-8 δείχνουν ισχυρή δέσμευση με τη Kb να εντοπίζεται στην περιοχή των Μ -1 που αποτελεί το τυπικό εύρος για τα σύμπλοκα του ρηνίου με το dppz και είναι πολύ χρήσιμα ως ανιχνευτές DNA στα κύτταρα. Η πρόσδεση των συμπλόκων των μετάλλων μετάπτωσης με το DNA 43

44 διαδραματίζουν στην αναγνώριση των δομών στόχων για χημειοθεραπευτικούς παράγοντες που βασίζονται στη διάσπαση του DNA. Ωστόσο και σε περιπτώσεις όπου η σύνδεση είναι ισχυρή λόγω ενός μοτίβου όπως το dppz, οι ικανότητες διάσπασης του DNA. [30] 44

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΗΣ DPPZ 4.1 Εισαγωγή Το δεοξυριβουνεικλεϊκό οξύ, DNA, έχει ισχυρή συγγένεια με πολλές οργανικές ενώσεις και σύμπλοκα των μετάλλων μετάπτωσης. Στην πολυανιονική μορφή του, το DNA, μπορεί να προσελκύσει οποιαδήποτε κατιοντικά είδη. Ωστόσο ουδέτερες ενώσεις μπορούν να συνδέονται με υψηλή συγγένεια με το DNA. Αυτές οι χημικές ενώσεις μπορούν είτε να αντιδράσουν είτε να συνδεθούν με το DNA και να προκαλέσουν θάνατο στα κύτταρα σε συγκεκριμένο χρόνο. [31,32] Μεταξύ αυτών των ενώσεων, ο συντονισμός των οργανικών υποκαταστατών και παρεμβολέων και η σύνδεση με τα μεταλλικά ιόντα, όπως Pt (II), Ru (II), Os (II), Ni (II), Ζη (ΙΙ), Cο (ΙΙ), Co (III), Ag (I), Ir (III), Rh (III), Αu (ΙΙΙ) και Cu (II), οδηγεί σε εύρεση νέων φαρμάκων που αλληλεπιδρούν με το DNA. Μεταλλικά σύμπλοκα με υποκαταστάτες πολυπυριδίνης μπορούν να συνδεθούν με το DNA μέσω συντονισμού του μετάλλου διαμέσου των πολυπυριδινικών υποκαταστατών [1]. Η ενδοπαρεμβολή των πολυπυριδίνων, όπως του dppz (διπύριδο[3,2- α:2',3'c]φαιναζίνη) [33,34] bppz(διπύριδο[a:3,2-h:20,30-j]φαιναζίνη) [32,34], phzi (βένζο[α]φαιναζίνη-5,6-κινόνη) και tpphz(τετραπίριδο[3,2-a:2,3 -c:3 ',2 - h:2,3 -j]φαιναζίνη) προκαλείται από την εισαγωγή ενός επίπεδου πυριδύλου ή αρωματικού δακτυλίου μεταξύ των ζευγών βάσεων της διπλής έλικας του DNA. [33] Τα σύμπλοκα των μετάλλων μετάπτωσης που μπορούν να κάνουν ενδοπαρεμβολή στο DNA χωρίζονται με βάση τη δομή τους σε δύο κατηγορίες: Σε αδρανή οκταεδρικά ή επίπεδα τετραγωνικά (όπως τα σύμπλοκα του Ru(II) ή του Pt(II), όπου η παρεμβολή στο DNA περιλαμβάνει αρωματικούς ή ετεροκυκλικούς υποκαταστάτες. Σε μεταλλικά σύμπλοκα που περιέχουν σ- υποκαταστάτες με αρωματικές πλευρικές ομάδες ή σε οργανομεταλλικά σύμπλοκα συνδεδεμένα με π- αρρένια στα οποία η παρεμβολή περιλαμβάνει τον άμεσο συντονισμό του 45

46 μετάλλου καθώς και την αλληλεπίδραση των αρωματικών πλευρικών ομάδων ή των αρρενίων. [31,32,35,36] Ο υποκαταστάτης dppz, τα παράγωγά του, καθώς και τα σύμπλοκα του έχουν μελετηθεί εκτενώς, λόγω των ενδιαφερουσών φωτοφυσικών ιδιοτήτων τους, οι οποίες τα καθιστούν πιθανότατα χρήσιμα σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. [37-40] Σχήμα 4.1 Η δομή του DPPZ Ο αρωματικός υποκαταστάτης dppz μπορεί να επιτύχει καλή κάλυψη με τις βάσεις του DNA με τους εξής τρόπους: Με στοίβαγμα μεταξύ των ζευγών βάσεων από τη μείζονα αυλάκωση με τον άξονα μέταλλο-φαιναζίνη κάθετα ως προς ζεύγος των βάσεων, Με την υιοθέτηση μιας πλευρικής προσέγγισης με τον άξονα μέταλλοφαιναζίνη περισσότερο ευθυγραμμισμένο με το ζεύγος βάσεων. Στην πρώτη περίπτωση, αμφότερα τα άτομα αζώτου της φαιναζίνης προστατεύονται σε μεγάλο βαθμό από το διαλύτη, ο οποίος θα δώσει μια μεγαλύτερη διάρκεια ζωής στη διεγερμένη κατάσταση εάν είναι απαραίτητο (το νερό είναι υπεύθυνο για τη μεγαλύτερη απόσβεση). Το πλευρικό μοντέλο έχει ως αποτέλεσμα ένα από τα άτομα αζώτου της φαιναζίνης να προστατεύεται και το άλλο να εκτίθεται εν μέρει στη μεγάλη αύλακα του DNA. Αυτή η έκθεση στο διαλύτη δίνει μια μικρότερη διάρκεια ζωής της διεγερμένης κατάστασης σχετικά με την απόσβεση από το νερό. [41] 46

47 4.2 Σύμπλοκα μετάλλων με υποκαταστάτη dppz Χαλκός με dppz Δεδομένου ότι τα σύμπλοκα μετάλλων μετάπτωσης που περιέχουν υποκαταστάτες πολυπυριδίνης εμφανίζουν ιδιότητες παρεμβολής με το DNA, αυτό έχει ερευνηθεί και στα σύμπλοκα του χαλκού. Στο σύμπλοκο [Cu(tpy)(dppz)] 2+ υπάρχουν δύο γεωμετρίες: τριγωνική διπυραμίδια στην οποία το dppz βρίσκεται στο επίπεδο του ισημερινού και τετραγωνική πυραμίδα στην οποία ένα από τα άζωτα του dppz βρίσκεται στην κορυφή της. [42] Σχήμα Αριστερά Ιδανική τριγωνική διπυραμίδα και δεξιά τετραγωνική πυραμίδα. Φασματικά δεδομένα δείχνουν ότι το σύμπλοκο μπορεί να δεσμεύεται με το DNA μέσω παρεμβολής (με σταθερά σύνδεσης Κb= 6.7x10 6 M -1 ) εντός της διπλής έλικας του DNA από την ομάδα dppz ή μέσω των γενικά υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων μεταξύ του προσδέματος και της εγκοπής του DNA. [43] Σαφώς, η ηλεκτροστατική έλξη μεταξύ του κατιονικού συμπλόκου [Cu(tpy)(dppz)] 2+ και του αρνητικά φορτισμένου DNA παίζει υποστηρικτικό ρόλο. Η «μέτρια» δέσμευση γι αυτό το σύμπλοκο είναι συγκρίσιμη με εκείνη που παρατηρήθηκε σε άλλα σύμπλοκα του Cu(II) και Ru(II).Η κρυσταλλική δομή του συμπλόκου εμφανίζει μια 47