Synthesis, structures, spectroscopy and biological activity of metal complexes with drugs

Abstract

interesting from a purely chemical point of view. Chapter V contains short discussion about β-antibiotic, cefaclor as the member of the cephalosporines. Short reviews concerns on the superoxide dismutation activity, SOD mimetics and cancer cells selected for the reason of presented PhD are included in chapters VI and VII. SODs enzymes have molecular weights too high to cross cell membranes and can only provide extracellular protection. In order to circumvent this difficulty, a stable non-toxic, low-molecular-weight metal complex that catalyses the dismutation of superoxide anion might be a suitable alternative to superoxide dismutase in clinical applications with the desirable qualities of low cost, cell permeability and non-immunogenicity. The aim of this research was to extend the pharmacological profile of selected drugs, in order to search for new properties such as antioxidant and anticancer activity, to prepare new compounds, complexes of meclofenamic acid, flufenamic acid, lornoxixam and cefaclor with essential metal ions, which probably would exhibit improved or different biological properties compared to parent drugs. In the second part of the thesis is discussed the results according to the experimental data. The synthesis of manganese(II)-, copper(II)-, zinc(II)-, cadmium(II)-acetates and/or cadmium(II)-chloride with either anti-inflammatory drugs or β-antibiotic, cefaclor in methanol, in metal to ligand molar ratio 1:2 and 1:1 are reported. All new synthesized complexes are characterized by means of, elemental analysis, XRF and spectroscopic techniques 1H-NMR, 13C-NMR, 2D 1H-1H COSY, 1H-13C HSQC, 1H-13C HMBC NMR, DEPT-135, IR, UV-vis and mass spectroscopy (ESI-MS, APCI-MS) and some of the complexes are analyzed by X-ray diffraction . We successfuly isolated some single crystals suitable for X-ray diffraction analysis. Five new crystal structures were determined: tetranuclear molecule (core consists of two, 5-coordinate CuII atoms and two, 6-coordinate CuII atoms) held together by six meclofenamic acid molecules as ligands and two DMSO groups, [Cu4(MCFA)6(OH)2(DMSO)2].2DMSO; [Cd(MCFA)2(DMSO)2] held together by two meclofenamic acid molecules as ligands and two DMSO groups; three isostructural molecules [MII(lorn)2(O-dmso)2] (M = Mn, Cu Cd ), held together by two lornoxicam molecules Lorn- anions act as chelators through the nitrogen atoms of the pyridine ring and through the amidic oxygen) and two DMSO groups. Biological studies are dealing with anti-proliferative activit in vitro of twenty four meclofenamic acid, flufenamic acid, lornoxicam, cefaclor Mn(II), Cu(II), Zn(II), Cd(II) complexes as well as free drugs against the cells of three human cancer cell lines, MCF-7 (breast cancer cell line), T-24 (bladder cancer cell line), and A-549 (non-small-cell lung carcinoma), and a mouse fibroblast L-929 cell line. The IC50 values shown by new metal complexes, against T-24 cancer cell line, are in a molar range similar or better to that of well known chemotherapeutic cisplatin that is selected as references. The IC50 value shown by [Mn(Lorn)2], against MCF-7 cancer cell line is similar to that of cisplatin. The superoxide dismutase activity was measured, and IC50 value is determined by the Fridovich test. All the studied copper(II) and manganese(II) complexes presented a relatively low SOD-like activity, higher than 1 μM, however it was noted that the IC50 values for [Cu(MCFA)2(H2O)] and [Cu(AcO)(MCFA)] lay at the region, where are considered as potent SOD mimics. In the Experimental part, the procedures which was followed for the synthesis of manganese(II), copper(II), zinc(II) and cadmium(II) complexes with drugs, the experimental techniques applied for the analysis are described. Basic requirements of sod assay and cells in culture as well as basic laboratoty design and selection of equipment of cells in culture are also described.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιλαμβάνει την σύνθεση και την μελέτη κρυσταλλικών δομών, φασματοσκοπικών δεδομένων και της βιολογικής δράσης συμπλόκων μαγγανίου(ΙΙ), χαλκού(ΙΙ), ψευδαργύρου(ΙΙ) και κάδμιου(ΙΙ) με φάρμακα. Για τον σκοπό αυτής της διατριβής επιλέχθηκαν τρία μέλη φαρμάκων NSAIDs: meclofenamic acid, (N-(2,6-dichloro-3-methylphenyl) anthranilic acid), flufenamic acid (N-[3-(trifluoromethyl)-phenyl]-anthranilic acid) and lornoxicam (6-chloro-4-hydroxy-2-methyl- 2-pyridyl-2H-thieno[2,3-e]-1,2-thiazine-3- amide-1,1-dioxide). Επίσης, επιλέχθηκε και η κεφαλοσπορίνη, cefaclor [7-(D-2-amino-2-phenylacetamido)-3-chloro-3-cepham-4-carboxylic acid]. Η διατριβή αποτελείται από τρεις κύριες ενότητες: την Εισαγωγή (κεφάλαια I-VII), τα Αποτελέσματα και Συζήτηση (κεφάλαια VIII-XIII) και το Πειραματικό Μέρος (κεφάλαια XIV-XVI). Στα πρώτα κεφάλαια πραγματοποιείται μία εκτενής αναφορά στα μη-στεροειδή αντι-φλεγμονώδη φάρμακα (NSAIDs). Η αντι-φλεγμονώδης δραστικότητα των NSAIDs καθώς και οι περισσότερες από τις άλλες φαρμακολογικές τους δραστικότητες σχετίζονται με την αναστολή της μετατροπής του αραχιδονικού οξέος (ΑΑ) σε προσταγλαδίνες, που αποτελούν ενδιάμεσα της φλεγμονώδους διαδικασίας. Τα ένζυμα κυκλοοξυγενάση (COX) και λιποξυγενάση (LOX), τα οποία καταλύουν τον οξειδωτικό μεταβολισμό των αμινοξέων, αποτελούν χρήσιμους στόχους για τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων φαρμάκων που ουσιαστικά αναστέλλουν την δημιουργία των τελικών φλεγμονωδών παραγώγων και την ανάπτυξη της φλεγμονής. Από πρόσφατες μελέτες προκύπτει ότι εκτός από την αρθρίτιδα και τον πόνο, ο καρκίνος και νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως το Alzheimer μπορούν πιθανά να θεραπευθούν με αναστολείς της COX. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετάται ο ρόλος των επιλεγμένων μεταλλικών ιόντων στα βιολογικά συστήματα. Τα επόμενα κεφάλαια (ΙΙI και ΙV) αναφέρονται στα μεταλλικά σύμπλοκα των NSAIDs. Τα μεταλλικά σύμπλοκα με ενεργά φάρμακα ως υποκαταστάτες αποτελούν ένα ερευνητικό πεδίο αυξανόμενου ενδιαφέροντος για την ανόργανη και φαρμακευτική χημεία και έχουν συγκεντρώσει μεγάλη προσοχή ως μία προσέγγιση στην ανάπτυξη νέων φαρμάκων. Η σύνθεση μεταλλικών συμπλόκων με μη-στεροειδή αντι-φλεγμονώδη φάρμακα (NSAIDs) ως υποκαταστάτες απέκτησε νέα ώθηση τον περασμένο αιώνα. Πρώτον, στη βάση της καθαρής χημείας ένταξης τα NSAIDs αποτελούν ιδιαίτερα ευέλικτους υποκαταστάτες και δείχνουν μία τεράστια ποικιλία τρόπων υποκατάστασης ως συνέπεια των μεταλλικών και των περιβαλλοντικών συνθηκών. Οι πληροφορίες που συλλέχτηκαν από συνθετικές και δομικές μελέτες καθώς και μελέτες αντίδρασης έχουν ιδιαίτερη σημασία για διάφορα πεδία που επεκτείνονται από τις βιοεπιστήμες μέχρι τις επιστήμες υλικών. Δεύτερον, τα NSAIDs διαθέτουν πολυάριθμες εφαρμογές σαν φαρμακευτικοί παράγοντες. Τρίτον, ο σχηματισμός συμπλόκων με συγκεκριμένα μέταλλα για αυτόν τον τύπο φαρμάκων είναι πολύ πιθανό να βελτιώσει την δραστικότητα ενάντια σε συγκεκριμένες ασθένειες και να αυξήσει το φάσμα δραστικότητας. Ο συνδυασμός δύο ή περισσότερων διαφορετικών ειδών στην ίδια ένωση μπορεί να οδηγήσει σε έναν πολυ-θεραπευτικό υλικό. Η χημεία ενταξης των μη-στεροειδών αντι-φλεγμονώδων φαρμάκων (NSAIDs) έχει μελετηθεί από πολλές ερευνητικές ομάδες παγκοσμίως. Ορισμένα σύμπλοκα έχουν αυξήσει την φαρμακευτική ή βιολογική δραστικότητα λόγω του φαρμάκου, ή είναι ενδιαφέροντα από καθαρή χημική πλευρά. Το κεφάλαιο V περιέχει μία σύντομη συζήτηση για το β-αντιβιοτικό, cefaclor σαν μέλος των κεφαλοσπορινών.