Φωτολυτική και φωτοκαταλυτική διάσπαση αντινεοπλασματικών και αντιφλεγμονωδών φαρμάκων σε υδατικά συστήματα και μελέτη της τοξικότητας τους

Abstract

Τhe aim of the present doctoral thesis was the application and optimization of heterogeneous photocatalysis using titanium dioxide and oxidants, and photolysis where possible, for the degradation of antineoplasmatic drugs 5-fluorouracil (5-FU) and cytarabine (CY) and anti-inflammatory drug nimesulide (NIM), which are detected in aqueous environmental samples, as well as the application and optimization of homogeneous photocatalysis using photo-Fenton reagent and photo-Fenton like reagents, for the degradation of the selected pharmaceutical compounds. Furthermore, another objective of the doctoral thesis was to identify the transformation products of each compound, using high resolution mass spectrophotometry, generated during the applied processes, as well as the study of their toxicity in comparison to the original compound, by the toxicity bioassay Vibrio fischeri. In addition, part of the doctoral thesis was the immobilization of titanium dioxide on polyethylene furanoate, and its application on the photocatalytic degradation of a mixture of analgesic/anti-inflammatory drugs (ibuprofen-IBU, diclofenac-DCF, acetaminophen-ACM) and synthesis of modified titanium dioxide doped photocatalysts to enhance the absorption of titanium dioxide at the solar emission spectrum. Also, aim of the doctoral thesis was to study the cytotoxicity of selected pharmaceutical compounds belonging to antineoplasmatic drugs (5-FU, CY, cyclophosphamide-CP) and anti-inflammatory drugs (ketoprofen-KET, diclofenac-DCF, tramadol-TRA) and their transformation products, (MEC1 cancer cells for antineoplastic drugs, mesenchymal-MSCs and MEC1 for anti-inflammatory/analgesic drugs), as well as a comparison of cytotoxicity effects (in vitro method) to ecotoxicity predictions for fish, daphnia and algae, obtained by the computational ECOSAR program (in silico method).

Σκοπός της παρούσας Διατριβής ήταν η εφαρμογή και η βελτιστοποίηση της ετερογενούς φωτοκατάλυσης παρουσία διοξειδίου του τιτανίου και οξειδωτικών,καθώς και της φωτόλυσης όπου αυτή είναι εφικτή, στην αποικοδόμηση των αντινεοπλασματικών φαρμακευτικών ενώσεων 5-fluorouracil (5-FU), cytarabine (CY) και της αντιφλεγμονώδους φαρμακευτικής ένωσης nimesulide (NIM), οι οποίες ανιχνεύονται σε υδατικά περιβαλλοντικά δείγματα, καθώς και η εφαρμογή και η βελτιστοποίηση της ομογενούς φωτοκατάλυσης παρουσία του αντιδραστηρίου photo-Fenton αλλά και αντιδραστηρίων τύπου photo-Fenton, στην αποικοδόμηση των συγκεκριμένων φαρμακευτικών ενώσεων. Ακόμη, βασικό στόχο της Διατριβής αποτελεί η ταυτοποίηση των προϊόντων μετασχηματισμού της κάθε ένωσης, με τη χρήση υγρής χρωματογραφίας συζευγμένης με φασματομετρία υψηλής διακριτικής ικανότητας, καθώς και η μελέτη της τοξικότητας τους, με τη βιοδοκιμή τοξικότητας Vibrio fischeri. Επιπλέον, μέρος της Διατριβής αποτελεί η ακινητοποίηση του διοξειδίου του τιτανίου, σε πολυ(φουρανικό αιθυλενεστέρα) (PEF), και η εφαρμογή στη φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση μίγματος αναλγητικών/αντιφλεγμονωδών φαρμάκων (ibuprofen-IBU, diclofenac-DCF, acetaminophen-ACM), αλλά και η σύνθεση τροποποιημένων φωτοκαταλυτών διοξειδίου του τιτανίου με πρόσμιξη νικελίου, για την ενίσχυση της απορρόφησης του διοξειδίου του τιτανίου στο φάσμα εκπομπής της ηλιακής ακτινοβολίας. Επιπρόσθετα, στόχο της Διατριβής αποτελεί η μελέτη της κυτταροτοξικότητας επιλεγμένων φαρμακευτικών ενώσεων που ανήκουν στις κατηγορίες των αντινεοπλασματικών (5-FU, CY, cyclophosphamide-CP), και αντιφλεγμονωδών/ αναλγητικών φαρμακευτικών ενώσεων (ketoprofen-KET, diclofenac-DCF, tramadol-TRA) και των προϊόντων μετασχηματισμού τους, παρουσία ανθρώπινων κυτταρικών σειρών (καρκινικά κύτταρα-MEC1 για τα αντινεοπλασματικά φάρμακα, μεσεγχυματικά- MSCs και MEC1 για τα αντιφλεγμονώδη/αναλγητικά φάρμακα), καθώς και η σύγκριση των αποτελεσμάτων κυτταροτοξικότητας (in vitro μέθοδος) με εκτιμήσεις οικοτοξικότητας για ψάρια, δάφνια και άλγη από το υπολογιστικό πρόγραμμα ECOSAR (in silico μέθοδος).