Titelaufnahme

Titel
NHC gold complexes derived from tetrasubstituted imidazoles as potential antitumor agents : synthesis, characterization and biological investigations / vorgelegt von Caroline Marie Gallati
Weitere Titel
N-Heterocyclische carbene gold complexes derived from tetrasubstituted imidazoles as potential antitumor agents
VerfasserGallati, Caroline Marie
Betreuer / BetreuerinGust, Ronald
ErschienenInnsbruck, Februar 2016
UmfangIV, 179 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Dissertation, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher Sprache
Datum der AbgabeFebruar 2016
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)NHC / Goldkomplexe / HPLC
Schlagwörter (GND)Chemotherapeutikum / Goldkomplexe / Ligand <Biochemie> / Carbene / Cytotoxizität
Zugriffsbeschränkung
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Platinkomplexe finden seit ihrer Entdeckung in der 1960er Jahren in der Krebstherapie Anwendung. Jedoch führt die Chemotherapie mit Platinkomplexen zu schweren Nebenwirkungen und zur Entwicklung von Resistenzen. Deswegen wurden neue Metalle als Ersatz für Platin untersucht. Goldkomplexe sind bereits in klinischer Anwendung für die Therapie der rheumathoiden Arthritis. Allerdings wurde bemerkt, dass Auranofin, ein anti-reumatischer Gold(I) Komplex, zytostatische Aktivität in vitro und in vivo zeigt. Seit dieser Entdeckung wurden mehrere Gold(I) und Gold(III) Komplexe synthetisiert und in Bezug auf ihre Aktivität gegenüber Tumorzellen mit erfolgversprechenden Ergebnissen getestet. Der Wirkungsmechanismus von Goldkomplexen unterscheidet sich stark von Platinkomplexen. Hierbei stellt Gold eine sehr interessante Alternative dar. Die biologischen Targets von Gold-Wirkstoffen sind bis jetzt noch nicht vollständig definiert. Enzyme, die Thiol- oder Selenol-Gruppen im aktiven Zentrum enthalten, sind wahrscheinliche Targets, da sie von Gold-Zentren gebunden werden und deshalb gehemmt werden können. Es wurde auch nachgewiesen, dass Goldkomplexe durch den mitochondrialen Weg zu Apoptose führen.

Mehrere Liganden für Goldkomplexe wurden untersucht. N-Heterozyklische Carbene (NHCs) sind wegen ihren Stabilität und der Einfachkeit ihrer Derivatisierung besonders interessant. Eine Serie von Halogen NHC-Gold Komplexen mit 4-5-Diarylimidazol Struktur wurde von Liu et al. synthetisiert. Die Verbindungen zeigen interessante zytotoxische Aktivität. Auf Grundlage dieser Arbeit wurde in dieser Dissertation eine neue Serie von NHC-Liganden mit einem Imidazol-Ring, der mit einem Phenyl-Ring in Position 4 und einem Methoxypyridin in Position 5 substituiert ist, entworfen und synthetisiert. Die NHC-Ligand-Vorstufen sind Imidazolium-Salze mit vier verschiedenen Resten, die durch einen vielfältigen Syntheseweg aufgebaut werden konnten. Die Synthese beinhaltet eine Imidazolium-katalysierte Addition eines Aldehyden an ein -Amidosulfon. Danach wurde der N-substituierte Imidazol-Ring geschlossen und schließlich der Ring am zweiten Stickstoff alkyliert. Nach Deprotonierung dieser Verbindungen mit Silberoxid wurden Bromo-NHC-Goldkomplexe durch Transmetallierung dieser Silberkomplexe aufgebaut. Beide Methoxypyridin- und Hydroxypyridin-Derivate wurden synthetisiert, aber letztere sind nicht stabil. Desweiteren wurden Bis-NHC Komplexe aufgebaut. Die Verbindungen wurden mit NMR charakterisiert und eine Methode zu HPLC-Analyse entwickelt. Die Reinheit der Substanzen wurde überprüft und die Stäbilität in wässrigen Lösungen wurde untersucht. Ligandenaustausch-Reaktionen und Scrambling-Reaktionen konnten mittels HPLC verfolgt werden, was die Nützlichkeit der HPLC als analytische Methode für Goldkomplexe in Lösung zeigt.

Um die Zytotoxizität und Zellaufnahme der Substanzen zu untersuchen, wurden Vorversuche durchgeführt. Zytotoxizität wurde zuerst mit dem MTT-Assay für zwei Verbindungen mit drei Zelllinien (MCF-7, HT-29 und MDA-MB-231) durchgeführt und danach alle mono-Methoxypyridin Derivate an der Zelllinie MCF-7 mittels Crystalviolett-Assay getestet. Die IC50-Werte befinden sich im unteren mikromolaren Bereich und werden wenig von Änderungen der Reste beinflusst. Zusätzlich wurde die Zellaufnahme zweier Substanzen untersucht. Gold-Zellaufnahme wurde mittels AAS für zwei Verbindungen (4-Fluor- und 4-Methoxy-Derivate) und Fluor-Zellaufnahme wurde mittels MAS für eine Verbindung evaluiert. Im Falle des 4-Fluor-Derivats war die Aufnahme von Gold mit einer bis zu 40-fachen Akkumulation im Verhältnis zum Medium sehr hoch. Die Zellaufnahme von Fluor war niedriger, was ein Anzeichen dafür sein könnte, dass der Komplex nicht als Ganzes in die Zelle hinein geht, sondern dass ein Ligandenaustausch stattfindet. Weitere in vitro Versuche werden derzeit durchgeführt, um die neu entwickelten Komplexe als Zytostatika zu evaluieren.

Zusammenfassung (Englisch)

Platinum complexes are widely used in cancer treatment since their discovery in the 1960s. However, chemotherapy with platinum drugs is accompanied by severe side effects and development of resistance. Therefore, new metals have been investigated to replace platinum.

Gold complexes are already in clinical use in the therapy of rheumatoid arthritis. Moreover, it has been observed that the gold drug Auranofin shows anticancer activity in vitro and in vivo. Since this finding, several complexes of gold(I) and gold(III) have been synthesized and tested against tumor cells and showed promising results. The mechanism of action of gold drugs is fundamentally different to the one of platinum drugs, which makes gold an interesting alternative. The biological targets of gold complexes are not yet fully understood. Enzymes containing thiol and selenol groups in their active sites are generally considered the most probable targets, since gold(I) can bind to those residues and hence inhibit the activity of the enzyme. Moreover, apoptosis activated through the mitochondrial pathway has been found to be stimulated by gold complexes.

Several ligands have been investigated for gold complexes, including phosphines, thiols, alkynes, multi dentate amines and porphyrins. However, particular interest was raised by N-heterocyclic carbenes (NHCs) because of their strong bond with gold(I), leading to complexes with high stability. Structural modifications are relatively easily achieved on NHC scaffolds, allowing fine tuning of the properties of the complexes.

A series of NHC gold halide complexes derived from 4,5-diarylimidazoles, with different substituents on the aryl residues, has been synthesized by Liu et al., showing interesting activity. Based on this work, a new series of NHC ligands with an imidazole core bearing a methoxypyridine ring and a substituted phenyl ring in positions 4 and 5, respectively, was designed and synthesized during this thesis.

The NHC ligand precursors are highly asymmetrical imidazolium salts bearing four different substituents on the imidazole ring, obtained thanks to a versatile synthetic pathway involving a thiazolium catalyzed addition of an aldehyde to a tosylamide, followed by formation of an N-substituted imidazole ring and finally alkylation of the second nitrogen atom. Both methoxypyridine and hydroxypyridine derivatives were synthesized. The corresponding bromo NHC gold complexes and few bis-NHC gold complexes were prepared.

The complexes were characterized by NMR, and in order to assess purity of the synthesized molecules, an HPLC method able to separate ligands, mono-NHC complexes and bis-NHC complexes was developed and purity was determined.

The same method was further used to investigate the stability of one bromo NHC gold complex as example. Ligand exchange reactions and ligand scrambling reactions could be observed by HPLC. The use of HPLC, coupled with MS for more complete analysis, proved a very useful tool for the study of gold complexes in solution.

Preliminary biological investigations were performed to evaluate the activity of the complexes in vitro. Cytotoxicity in three different cell lines (MCF-7, HT-29 and MDA-MB-231) was evaluated with the MTT cell viability assay for compounds MONO-e and MONO-a. The IC50 values found are in the low micromolar range, higher, however, than those of Cisplatin and Auranofin.

Additionally, cellular uptake of the two compounds was investigated and they were both found to produce high accumulation of gold in the cells (up to 40-fold compared to the medium, for compound MONO-a). The uptake of fluoride was also evaluated after incubation of MONO-a, and it was found that accumulation of gold is higher than accumulation of fluoride, consistent with the hypothesis that the complex does not enter the cell unchanged but is subject to ligand exchange reactions.

The cytotoxic activity of all the complexes of the series MONOa-i was also evaluated on MCF-7 cells with the crystal violet assay. All compounds show cytotoxic activity with an IC50 in the low micromolar range (ranging from 2,81 to 10,14 M). No structure-activity relationship is evident.

Further biological investigations are currently underway.