Ινσουλινομιμητική (νανο)βιοτεχνολογία μεταλλοσυμπλόκων φλαβονοειδών και βιοδιαθέσιμης πρόπολης στο διαβήτη τύπου ΙΙ

Abstract

The present doctoral research pursues the development of (nano)biotechnology of metallo-pharmaceuticals as potential hybrid research models in the treatment, prevention, treatment and/or diagnosis of human (patho)physiologies. Based on these grounds, the research project includes the following goals: a) the synthesis of flavonoid derivatives, b) the synthesis of new hybrid metal-organic materials using flavonoid substrates and trivalent metal ions, and c) the encapsulation of new hybrid materials and water-soluble bioavailable propolis (encapsulated in cyclodextrin) into organic and inorganic nanoparticles. In such an endeavor, the selected flavonoids, naringin (Naringin), naringenin (Naringenin), quercetin (QC), and chrysin (Chr) were systematically employed in the present research. More specifically, the development of flavonoid derivatives (Part I) involves their chemical modification through organic synthesis to produce oxime derivatives and/or Schiff bases using linear diamines. All materials were fully characterized by FT-IR, ESI-MS, 1H-, 13C-NMR, UV-Visible, and luminescence. For the metal-organic materials, trivalent metal ions of lanthanides (Sm(III), Dy(III), Er(III), Ce(III)) and chromium (Cr(III)) were used as basic metal ions of biological interest (Part I). The ternary hybrid materials of the metal ions with the flavonoids and the aromatic chelators (1,10-phenanthroline (phen), 2,2'-dipyridine (bipy)) have been fully characterized by FT-IR, ESI-MS, UV-Visible, luminescence, and x-ray crystallography.Organic (liposomes), i.e. polymeric (poly(ε-caprolactone), PCL, chitosan, Ch), and inorganic (silica, SiO2) nanoparticles were systematically investigated to optimally develop their method of synthesis and their isolation in well-defined hybrid materials, accompanied by complete physicochemical profiling, confirming their nature and morphology (Part II). Encapsulation of flavonoids, water-soluble bioavailable propolis, and pharmaceuticals (amikacin (AS), colistin (CS)) in the aforementioned nano- and micro-particles successfully pursued and quantified by UV-Visible spectroscopy and size exclusion chromatography (SEC).Based on their physicochemical property profile, further investigation of the aforementioned materials was pursued in vitro to probe into the biological properties of these new materials in a cellular setting, including: a) biotoxicity in immature C2C12 myoblasts, b) toxicity in mature C2C12 myoblasts, and c) investigation of antioxidant activity in the presence of the well-known oxidizing agent H2O2.The overall approach to developing such new hybrid materials composed, of natural products and inorganic components, aspires to answer basic and fundamental questions regarding the contribution of a) inorganic agents-cofactors, b) specifically modified natural antioxidants, and c) well-defined inorganic-organic complex forms of metal ions and flavonoids, in their antioxidant and potentially protective capacity in complex biological systems, such as those encountered in human (patho)physiology.

Η παρούσα διδακτορική έρευνα αποσκοπεί στη συνδυαστική διερεύνηση μεταλλο-φαρμάκων και νανοτεχνολογίας ως εν δυνάμει υβριδικών μοντέλων έρευνας στην αντιμετώπιση, πρόληψη, θεραπεία ή/και διάγνωση ανθρώπινων (παθο)φυσιολογιών. Με βάση το σκοπό αυτό, το παρόν ερευνητικό έργο στοχεύει α) στη σύνθεση παραγώγων φλαβονοειδών, β) στη σύνθεση νέων υβριδικών μεταλλο-οργανικών υλικών με χρήση υποστρωμάτων φλαβονοειδών και τρισθενών μεταλλοϊόντων, και γ) στην ενθυλάκωση νέων υλικών και υδατοδιαλυτής βιοδιαθέσιμης πρόπολης (ενθυλακωμένης σε κυκλοδεξτρίνη) σε οργανικά και ανόργανα νανοσωματίδια. Τα επιλεγμένα φλαβονοειδή, ναριγκίνη (Naringin), ναριγκενίνη (Naringenin), κερσετίνη (QC), και χρυσίνη (Chr) χρησιμοποιήθηκαν επισταμένα στην παρούσα έρευνα.Πιο συγκεκριμένα, η ανάπτυξη παραγώγων φλαβονοειδών (Μέρος Ι) περιλαμβάνει τη χημική τροποποίησή τους με οργανική σύνθεση προς παραγωγή οξιμικών παραγώγων ή/και βάσεων Schiff με χρήση γραμμικών διαμινών. Όλα τα υλικά χαρακτηρίστηκαν πλήρως με FT-IR, ESI-MS, 1H-, 13C-NMR, UV-Visible, και φωταύγεια. Για τα μεταλλο-οργανικά υλικά χρησιμοποιήθηκαν τρισθενή μεταλλοϊόντα λανθανίδων (Sm(III), Dy(III), Er(III), Ce(III)) και χρωμίου (Cr(III)) ως βασικοί πυρήνες βιολογικού ενδιαφέροντος (Μέρος Ι). Τα τριαδικά υβριδικά υλικά των μεταλλοϊόντων με τα φλαβονοειδή και τους χηλικοποιητές (1,10-φαινανθρολίνη (phen), 2,2’-διπυριδίνη (bipy)) έχουν χαρακτηριστεί πλήρως με FT-IR, ESI-MS, UV-Visible, φωταύγεια, και κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ.Όσον αφορά στα νανοσωματίδια οργανικά (λιποσώματα), πολυμερικά (πολυ(ε-καπρολακτόνη), PCL, και χιτοζάνη, Ch), και ανόργανα (πυριτίας, SiO2), αυτά αποτέλεσαν αντικείμενο συστηματικής μελέτης για την αποσαφήνιση του τρόπου σύνθεσης και την απομόνωσή τους σε καλά καθορισμένα υβριδικά υλικά, συνοδευμένα από πλήρες φυσικο-χημικό προφίλ που επιβεβαιώνουν τη φύση και μορφολογία τους (Μέρος ΙΙ). Η ενθυλάκωση φλαβονοειδών, υδατοδιαλυτής βιοδιαθέσιμης πρόπολης, και φαρμακευτικών ουσιών (αμικασίνη (AS), κολιστίνη (CS)) στα προαναφερθέντα νανο- και μικρο- σωματίδια ποσοτικοποιήθηκε με οπτική φασματοσκοπία UV-Visible και χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους (SEC).Περαιτέρω έρευνα των προαναφερθέντων σχετίζεται με την in vitro μελέτη των βιολογικών ιδιοτήτων αυτών των νέων υλικών σε κυτταρικούς στόχους που περιλαμβάνει: α) τη βιοτοξικότητα σε πρώιμους μυοβλάστες C2C12, β) τη τοξικότητα σε ώριμους μυοβλάστες C2C12, και γ) τη διερεύνηση της αντιοξειδωτικής δράσης παρουσία του γνωστού οξειδωτικού παράγοντα H2O2.Η συνολική αντιμετώπιση της ανάπτυξης νέων υβριδικών υλικών αποτελούμενων από φυσικά προϊόντα και ανόργανα συστατικά, έρχεται να απαντήσει σε βασικά και θεμελιώδη ερωτήματα αναφορικά με τη συμβολή α) ανόργανων παραγόντων, β) εξειδικευμένα τροποποιημένων φυσικών αντιοξειδωτικών και γ) καλά καθορισμένων ανόργανων-οργανικών συμπλόκων μορφών μεταλλοϊόντων και φλαβονοειδών, στην αντιοξειδωτική και εν δυνάμει προστατευτική ικανότητά τους σε ένα πολύπλοκο σύστημα, όπως η ανθρώπινη (παθο)φυσιολογία.