Χημικά τροποποιημένα παράγωγα στεροειδών: σχεδιασμός και ανάπτυξη νέων έξυπνων μέταλλο-φαρμάκων που στοχεύουν εκλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα του μαστού

Abstract

Five new complexes of organotin(IV) and cholic acid (CAH), were synthesized and characterized by melting point, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), 119Sn Mössbauer, Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR, 13C-NMR, 119Sn-NMR), Ultraviolet-Visible spectroscopy (UV-Vis), X-ray Fluorescence spectroscopy (XRF), X-ray Powder Diffraction analysis (XRPD), Electron spray Ionization Mass Spectrometry (ESI-MS), High Resolution Mass Spectrometry (HR-MS) and atomic absorption. The formulae of the complexes are Ph3SnCl (1), n-Bu3SnCl (2), Ph2Sn(CA)2 (3), n-Bu2Sn(CA)2 (4) and Me2Sn(CA)2 (5). Furthermore, their stability in solution was examined with UV-Vis and 1H-NMR spectroscopies. Finally their bioactivity studied against normal and breast cancer cell lines.Cholic acid coordinates tin(IV) via the oxygen atom of its carboxylic group. The ratio of cholic acid/organotin(IV) in complexes 1-5 found to be 1:1 for tri-organotin complexes 1-2, while for 3-5 is 2:1. The geometries around tin(IV) atom found to be trigonal bipyramidal for complex 1, tetrahedral for complex 2, while complexes 3-5 appeared to have octahedral geometry. Complexes 1-5 were stable in solution for a week period of time. In order to examine their selective antitumoral activity against breast cancer, their cytotoxicity against MCF-7 (hormone receptor positive) and MDA-MB-231 (hormone receptor negative) breast adenocarcinoma cell lines was calculated by means of Sulforhodamine B assay (SRB). All complexes showed anticancer activity, except for complex 5. Complexes 1-2 showed selective inhibition of MCF-7 cells, while complex 3 inhibits selectively MDA-MB-231 cells. All complexes showed better activity, 4.2-166.9-fold higher, than cisplatin shows against the two breast cancer cell lines. Generally, tri-organotin complexes 1-2 have better activity than di-organotin 3-4. Their cytotoxicity was further examined against the normal fibroblast cell line MRC-5. The IC50 values of 1-5 were higher than those against cancer cell lines. In addition, complexes 2 and 3 have a higher therapeutic potent index (TPI) and therefore reduced toxicity, while all complexes exhibit reduced toxicity compared to cisplatin and organotin chlorides. Their toxicity was also examined in vivo against Artemia salina (brine shrimp) and concluded that they were nontoxic even in concentrations 1.3-25.6-fold higher of the IC50 values. For the evaluation of their genotoxicity both micronucleus (in vitro) and Allium cepa (in vivo) assays were used. Complexes 1-5 did not show genotoxic activity at the IC50 values both in vitro and in vivo. Moreover, in vivo, at concentrations 1.3-25.6-fold higher of the IC50 values, they did not appear to have genotoxic activity. Finally, in order to ascertain their way of action, their ability to inhibit lipoxygenase enzyme (mitochondria), to oxidize linoleic acid (membranes) and binding to DNA (nucleus) was examined. Complexes 1-5 did not inhibit lipoxygenase activity; however, they do oxidize linoleic to hyperoxo-linoleic acid and therefore possibly attack membranes. Another, less possible, way of action is to bind to DNA, because their binding activity towards DNA was found to be weak.

Συντέθηκαν, χαρακτηρίστηκαν και μελετήθηκε η βιολογική δράση πέντε νέων οργανοκασσιτερικών παραγώγων του χολικού οξέος (cholic acid, CAH). Τα σύμπλοκα 1-5 χαρακτηρίστηκαν με σημείο τήξης, φασματοσκοπίες υπερύθρου (FT-IR), 119Sn Mössbauer, πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου, άνθρακα και κασσιτέρου (1H-,13C-,119Sn-NMR), υπεριώδους ορατού (UV-Vis) και φθορισμού ακτίνων Χ (XRF), καθώς και με τις φασματομετρίες μάζας ιοντικού ηλεκτροψεκασμού (ESI-MS) και υψηλής ανάλυσης (HR-MS), με ανάλυση περίθλασης ακτίνων Χ και με ατομική απορρόφηση. Οι μοριακοί τους τύποι είναι οι Ph3Sn(CA) (1), n-Bu3Sn(CA) (2), Ph2Sn(CA)2 (3), n-Bu2Sn(CA)2 (4) και Me2Sn(CA)2 (5). Επιπλέον ελέγχθηκε η σταθερότητα τους σε διάλυμα με φασματοσκοπία UV-Vis και 1H-NMR. Το χολικό οξύ προσδένεται στον κασσίτερο μέσω της καρβοξυλομάδας. Οι αναλογίες χολικού οξέος/κασσιτέρου στα σύμπλοκα είναι 1:1 (1-2) και 2:1 (3-5). Επιπλέον η γεωμετρία γύρω από το άτομο του κασσιτέρου (Sn) είναι τριγωνική διπυραμίδα για το 1, τετραεδρική για το 2, ενώ τα 3-5 εμφανίζουν οκταεδρική γεωμετρία. Τα σύμπλοκα 1-5 είναι σταθερά σε διάλυμα για χρονικό διάστημα μιας εβδομάδας. Για τον έλεγχο της εκλεκτικής αντικαρκινικής τους δράσης ενάντια στον καρκίνο του μαστού, βρέθηκαν οι τιμές IC50 μέσω της μεθόδου Sulforhodamine B (SRB) σε δύο καρκινικές κυτταρικές σειρές του μαστού: την MCF-7, η οποία εκφράζει υποδοχείς ορμονών, και την MDA-MB-231, όπου απουσιάζουν οι υποδοχείς ορμονών. Όλα τα σύμπλοκα έδειξαν αντικαρκινική δράση, με εξαίρεση το 5. Επιπλέον τα 1-2 έδειξαν εκλεκτική δράση έναντι των κυττάρων MCF-7, και επομένως εκλεκτικότητα έναντι του καρκίνου του μαστού θετικού σε υποδοχείς ορμονών. Το 3 έδειξε εκλεκτικότητα έναντι των κυττάρων MDA-MB-231. Όλα τα σύμπλοκα είναι 4.2-166.9 φορές πιο δραστικά από τη cisplatin έναντι των δυο καρκινικών κυτταρικών σειρών. Επιπλέον τα τρι-οργανοκασσιτερικά σύμπλοκα 1-2 έχουν καλύτερη δράση από τα δι-οργανοκασσιτερικα 3-4. Η τοξικότητά τους ελέγχθηκε in vitro στους φυσιολογικούς ινοβλάστες MRC-5, όπου τα σύμπλοκα εμφάνισαν μεγαλύτερες τιμές IC50 σε σχέση με τις καρκινικές κυτταρικές σειρές. Τα 2 και 3 έχουν καλύτερο θεραπευτικό δείκτη και άρα μειωμένη τοξικότητα, ενώ όλα τα σύμπλοκα έχουν μικρότερη τοξικότητα συγκριτικά με τη cisplatin και τα οργανοκασσιτερικά χλωρίδια. Επιπλέον η τοξικότητά τους ελέγχθηκε και in vivo στον ζωντανό οργανισμό Artemia salina όπου βρέθηκε να μην είναι τοξικά σε συγκεντρώσεις 1.3-25.6 φορές μεγαλύτερες των τιμών IC50 των συμπλόκων. Για την εκτίμηση της γονοτοξικότητας τους χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των μικροπυρήνων, in vitro, και ο ζωντανός οργανισμός Allium cepa, in vivo. Τα σύμπλοκα δεν εμφάνισαν γονοτοξικότητα τόσο in vitro όσο και in vivo στις τιμές IC50, και επιπλέον σε συγκεντρώσεις 1.3-25.6 φορές μεγαλύτερες των τιμών αυτών in vivo. Τέλος, ελέγχθηκε ο μοριακός μηχανισμός δράσης των 1-5 εναντίον του ενζύμου της λιποξυγονάσης (μιτοχόνδριο), του λινελαϊκού οξέος (μεμβράνες) και της πρόσδεσής τους στο DNA (πυρήνας). Τα 1-5 δεν αναστέλλουν το ένζυμο της λιποξυγονάσης, ωστόσο οξειδώνουν το λινελαϊκό προς υπερόξο-λινελαϊκό οξύ και επομένως στοχεύουν τις μεμβράνες. Δευτερευόντως θα μπορούσαν να προσδένουν στο DNA, καθώς δεσμεύονται ασθενώς σε αυτό.