Σύνθεση, μελέτη της δομής και της βιολογικής δράσης νέων μεταλλο-οργανικών ενώσεων

Abstract

Hydroxy-quinones constitute an intriguing class of compounds with unique biological activity and numerous pharmaceutical applications (e.g anticancer properties of anthracyclines, like doxorubicin). Hydroxy-quinone complexes with transition and other metal complexes, have been found to possess a variety of structural peculiarities, given their various oxidation states. On the other hand, over the last three decades, organotins have found a solid application field within pharmaceuticals. A respectful number of organotins has been synthesized, characterized and tested for their antitumor profile. Both the structure and anti-cancer activity of organotins vary according to the ligand- metal interactions. Given: a) the limited work that has been done to investigate the triorganotin compounds of hydroxy-quinones and b) our previous experience on hydroxy-quinone metal complexes, we have been engaged in studying the synthesis, structure and in vitro antitumor activity of new triorganotin compounds of hydroxy-quinones. In particular, new organotins of the general type (R₃Sn)nQ have been studied, where R=Me, Bu, Ph, Bz and Q: - Q₁=5-hydroxy-1,4-naphthalenedione - Q₂=2-hydroxy-1,4- naphthalenedione - Q₃=5,8-dihydroxy-1,4- naphthalenedione - Q₄=1,4-dihydroxy-9,10-anthracenedione - Q₅=1,5-dihydroxy-9,10-anthracenedione - Q₆=2,3-dihydro-9,10-dihydroxy-1,4-anthracenedione - Q₇=1,2-dihydroxy-9,10-anthracenedione with n=1 for Q₁, Q₂, Q₇ and n=2 Q₃, Q₄, Q₅, Q₆ and Q₇. The compounds were synthesized by refluxing the organotin hydroxide with the parent quinone and were characterized by IR, ¹H- NMR, thermal and quantum-chemical measurements. The spectroscopic analysis of the new triorganotin naphthoquinonates, provides evidence on the formation of a chelate ring, responsible for the stabilization of the triorganotin cation with the Sn central atom in a five-coordinated environment exhibiting distorted trigonal bipyramidal geometry. On the other hand, a monodentate Sn-O bond has been substantiated for Q₄, Q₅, Q₆, which are coordinated to Sn(IV) central atom via the phenolic oxygen donor atoms, with the R-substituents of the organotin moiety completing the tetrahedral coordination environment. The organotin alizarinates form a six-membered chelate ring, exhibiting distorted trigonal bipyramidal geometry. The new compounds have been tested for their cytotoxicity against human tumor and normal cell lines with the SRB assay and the results are reported. The interaction of tin with currently used drugs or steroids has brought up new data on the anticancer profile of organotins, providing evidence that many of them act as endocrine disruptors while others as sex-steroid enzymes inhibitors, allowing for a wide discussion on their ability to act as aromatase inhibitors and furthermore as drugs for the treatment of endocrine cancers. We have therefore experimented with triorganotin derivatives of 4-hydroxy-androstenedione, a synthetic steroidal aromatase inhibitor, aiming to develop an organometallic compound that would combine the organotin ability to inhibit sex-steroid enzymes with the aromatase-inhibition effects of a currently clinically used drug. The structural investigation (IR, ¹H-NMR, ESI-MS, MALDI-MS) of the new molecules provides evidence on the formation of a chelate ring exhibiting distorted trigonal bipyramidal geometry. Completing our research, we have presented results on the structure and antitumor effects in vitro of a new cis-platin analogue of 4-OHA, which is coordinated to the PtII central atom in a bidentating fashion, via the carbonyl and phenolic oxygen donor atoms forming a 6-membered ring. The amine and chloride ligands complete the metal’s square planar coordination environment. All new compounds were tested for their in vitro cytotoxicity with the SRB assay and their aromatase inhibition potential according a competitive ELISA protocol.

Οι υδροξυ-κινόνες και τα παράγωγά τους αποτελούν μια ομάδα ενώσεων που παραδοσιακά χρησιμοποιείται στη φαρμακευτική χημεία με ιδιότητες αντιβακτηριδιακές, αντι-ικές και σαφώς αντικαρκινικές (π.χ. ανθρακυκλίνες όπως η δοξορουμπικίνη). Οι υδροξυ-κινόνες σχηματίζουν οργανομεταλλικές ενώσεις με πλήθος μετάλλων με πολλές δομικές ιδιαιτερότητες, δεδομένων των οξειδωτικών καταστάσεων στις οποίες μπορούν να βρεθούν. Από την άλλη πλευρά, τις τελευταίες τρεις δεκαετίες, οι οργανοκασσιτερικές ενώσεις έχουν βρει πολλαπλές εφαρμογές ως σκευάσματα φαρμακευτικού ενδιαφέροντος και ένας σημαντικός αριθμός έχει δείξει αξιοσημείωτη in-vitro αντικαρκινική δράση. Τόσο η δομή όσο και η βιολογική δράση τους εξαρτάται από τις επιδράσεις των χρησιμοποιούμενων υποκαταστατών (ligands) με τον Sn. Δεδομένων: α) της ελάχιστης διαθέσιμης βιβλιογραφίας για τα οργανοκασσιτερικά παράγωγα των υδροξυ-κινονών και β) της προηγούμενης εμπειρίας του εργαστηρίου στη μελέτη οργανομεταλλικών ενώσεων των υδροξυ-κινονών, στην παρούσα διατριβή μελετώνται η σύνθεση, η δομή και η in-vitro αντικαρκινική δράση τριοργανοκασσιτερικών παραγώγων μιας σειράς υδροξυ-κινονών. Συγκεκριμένα, συντέθηκαν ενώσεις του γενικού τύπου (R₃Sn)nQ, όπου R=Me, Bu, Ph, Bz; και Q: - Q₁=5-υδροξυ-1,4-ναφθαλενοδιόνη - Q₂=2-υδροξυ-1,4-ναφθαλενοδιόνη - Q₃=5,8-διυδροξυ-1,4-ναφθαλενοδιόνη - Q₄=1,4-διυδροξυ-9,10-ανθρακενοδιόνη - Q₅=1,5-διυδροξυ-9,10-ανθρακενοδιόνη - Q₆=2,3-διυδρο-9,10-διυδροξυ-9,10-ανθρακενοδιόνη - Q₇=1,2-διυδροξυ-9,10-ανθρακενοδιόνη με n=1 για τις Q₁, Q₂, Q₇ και n=2 για τις Q₃, Q₄, Q₅, Q₆ και Q₇. Τα νέα παράγωγα συντέθηκαν μέσω της αντίδρασης του υδροξειδίου της πρόδρομης οργανοκασσιτερικής ένωσης με την αντίστοιχη υδροξυ-κινόνη. Η δομή των νέων ενώσεων μελετάται με τη βοήθεια φασματοσκοπικών (IR, ¹H-NMR), θερμικών καικβαντοχημικών τεχνικών. Αποδεικνύεται πως τα τριοργανοκασσιτερικά παράγωγα τωνυδροξυ-ναφθαλενοδιονών και της 1,2-διυδροξυ-9,10-ανθρακενοδιόνης σχηματίζουν χηλικό δακτύλιο -πενταμελή ή εξαμελή-, μέσω του οποίου σταθεροποιείται το τριοργανοκασσιτερικό κατιόν σε μια γεωμετρία ελαφρώς παραμορφωμένης τριγωνικής διπυραμίδας. Οι υδροξυ-κινόνες Q₃, Q₄ και Q₅, συναρμόζονται μονοδοτικά με τον Sn μέσω του φαινολικού τους οξυγόνου και εμφανίζουν τετραεδρική δομή. Η κυτταροτοξικότητα των ενώσεων προσδιορίστηκε με την τεχνική SRB σε πέντε καρκινικές και μια φυσιολογική κυτταρική σειρά. Πρόσφατα, άρχισε μια εντατική μελέτη γύρω από την αλληλεπίδραση των οργανοκασσιτερικών ενώσεων με ένζυμα που εμπλέκονται στη βιοσύνθεση των στεροειδών του φύλου. Αποδείχθηκε ότι κάποιες ενώσεις αναστέλουν τη δράση αυτών των ενζύμων και κυρίως της αρωματάσης, που είναι υπεύθυνη για τη βιοσύνθεση των οιστρογόνων. Με βάση αυτά τα δεδομένα, στην παρούσα εργασία συντέθηκαν και δυο τριοργανοκασσιτερικά παράγωγα της 4-υδροξυ-ανδροστενεδιόνης, ενός γνωστού αναστολέα της αρωματάσης, που χρησιμοποιείται στη θεραπεία του ορμονοεξαρτώμενου καρκίνου του μαστού, με σκοπό τη δημιουργία ενός μορίου, το οποίο θα συνδύαζε τη δράση μιας οργανοκασσιτερικής ένωσης με αυτή ενός αναστολέα της αρωματάσης. Η φασματοσκοπική μελέτη (IR, ¹H-NMR, ESI-MS, MALDI-MS) των νέων οργανοκασσιτερικών ενώσεων της 4-υδροξυ-ανδροστενεδιόνης πιστοποιεί το σχηματισμό χηλικού δακτυλίου. Η εργασία ολοκληρώνεται με την παρουσίαση των αποτελεσμάτων για τη δομή και την αντικαρκινική δράση ενός παραγώγου της 4-υδροξυ-ανδροστενεδιόνης, με δομή ανάλογη της cis-platin. Η 4-υδροξυ-ανδροστενεδιόνη συναρμόζεται με διδοτικό τρόπο με τον PtII μέσω του καρβονυλικού και του φαινολικού οξυγόνου της, σχηματίζοντας έναν εξαμελή χηλικό δακτύλιο. Η αμινομάδα και ένα άτομο C1 συμπληρώνουν τη τετραεδρική γεωμετρία γύρω από τον PtII. Μελετήθηκε η in vitro κυτταροτοξικότητα των νέων παραγώγων σε τέσσερεις καρκινικές και μια φυσιολογική κυτταρική σειρά, ενώ παράλληλα προσδιορίστηκε η in vitro αναστολή της αρωματάσης με την τεχνική της ανταγωνιστικής ELISA.