Σύνθεση και μελέτη βιοδραστικών μορίων και συζευγμάτων τους με κυκλοδεξτρίνες

Abstract

Cyclodextrins are a family of cyclic oligosaccharides. Their internal cavity can encapsulate hydrophobic molecules or parts of them. Inclusion of bioactive molecules in many cases improves the properties of these molecules, and this process has been used in the commercial production of more than 20 formulations. The bioactive molecule - cyclodextrin formulation can be prepared either as a mixture of the two parts or as a conjugate. Although, the use of mixtures is simpler, it does not ensure a stable ratio of the two parts in the body since complexation is reversible.In this dissertation a total of nine different modified cyclodextrin conjugates with bioactive molecules were synthesized. The modified cyclodextrins have differences in polarity (permethylated or unmodified), in the connection site (narrow or big rim of the cyclodextrin) and finally in the spacer that connects the two parts. The three chosen bioactive molecules play an important role in various biological functions. In particular, the peptide analogue of Leuprolide is associated with hormone dependent tumors, the peptide analogue of PLP139-154 is associated with Multiple Sclerosis and finally Captopril is related to hypertension. The two peptide analogues carry amino acids such as tryptophan, tyrosine and phenylalanine which are potential sites for encapsulation by the cyclodextrin part.Αll conjugates were studied by 1D and 2D NMR spectroscopy. This study revealed important findings on the encapsulating capability of differently modified cyclodextrins in conjugates, depending on the site of modification or permethylation, the selectivity in amino acid complexation, the configuration and orientation of the encapsulated part relative to cyclodextrin and the role of the spacer. Experiments with mixtures revealed that the interactions are intramolecular and not intermolecular.

Οι κυκλοδεξτρίνες είναι μια οικογένεια κυκλικών ολιγοσακχαριτών. Στην εσωτερική τους κοιλότητα είναι δυνατός ο εγκλωβισμός υδρόφοβων μορίων ή τμημάτων τους. Ο εγκλωβισμός βιοδραστικών μορίων σε πολλές περιπτώσεις, βελτιώνει τις ιδιότητες των μορίων αυτών και η διαδικασία αυτή έχει οδηγήσει στη δημιουργία και διάθεση πάνω από 20 σκευασμάτων. Το σκεύασμα του βιοδραστικού μορίου - κυκλοδεξτρίνης μπορεί να δημιουργηθεί είτε ως μίγμα/σύμπλοκο των δύο τμημάτων είτε ως σύζευγμα. Η χρήση συμπλόκων, αν και απλούστερη παρασκευαστικά δεν διασφαλίζει σταθερή αναλογία των δύο τμημάτων στον οργανισμό αφού ο εγκλωβισμός είναι αντιστρεπτός. Στη παρούσα διατριβή, παρουσιάζεται η σύνθεση και μελέτη συνολικά εννέα διαφορετικών συζεύγματων τροποποιημένων κυκλοδεξτρινών με βιοδραστικά μόρια. Οι τροποποιημένες κυκλοδεξτρίνες περιλαμβάνουν μεταβολές στη πολικότητα αυτών (υπερμεθυλιωμένες ή απλές), στο τμήμα σύνδεσης (μικρό και μεγάλο άνοιγμα) και τέλος στην ομάδα επέκτασης (spacer) η οποία συνδέει τα δύο τμήματα. Τα τρία βιοδραστικά μόρια τα οποία επιλέχθηκαν διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε διάφορες βιολογικές λειτουργίες. Συγκεκριμένα, το πεπτιδικό ανάλογο του Leuprolide σχετίζεται με τον ορμονοεξαρτώμενο καρκίνο, το πεπτιδικό ανάλογο του PLP139-154 σχετίζεται με τη Σκλήρυνση κατά Πλάκας και τέλος το Captopril σχετίζεται με την υπέρταση. Τα δύο πεπτιδικά μόρια φέρουν αμινοξέα όπως η τρυπτοφάνη, η τυροσίνη και η φαινυλαλανίνη τα οποία αποτελούν πιθανά σημεία δέσμευσης των κυκλοδεξτρινών. Όλα τα συζεύγματα μελετήθηκαν με 1D και 2D NMR φασματοσκοπία. Από τη μελέτη αυτή προέκυψαν σημαντικά ευρήματα σχετικά με την ικανότητα εγκλωβισμού διαφορετικά τροποποιημένων κυκλοδεξτρινών σε συζεύγματα, αναλόγως της θέσης τροποποίησης ή την υπερμεθυλίωση, την εκλεκτικότητα σύμπλεξης συγκεκριμένων αμινοξέων, τη διαμόρφωση και το προσανατολισμό του εγκλωβισμένου τμήματος ως προς τη κυκλοδεξτρίνη και το ρόλο της ομάδας επέκτασης (spacer). Πειράματα με μίγματα έδειξαν ότι η αλληλεπίδραση είναι ενδομοριακή και όχι διαμοριακή.