Ραδιο-επισημασμένα σύμπλοκα με φαρμακολογικό ενδιαφέρον

Abstract

In this dissertation, new building blocks and complexes carrying the rhenium, rhenium-186 and technetium-99m in the oxidation state I were carried out. The new mixed 2 + 1 tricarbonyl complexes fac-[Μ(CO)3(L1)(L2)] where M is rhenium or rhenium-186 or technetium-99m and L1H the monoanionic bidentate is (2-hydroxyphenyl)diphenylphosphine (POH) or quinaldic acid (NOH) or sodium diethyldithiocarbamate (SS) in combination with the monodentate pyridine (py) or cyclohexyl isocyanide (cisc) or triphenylphosphine (PPh3). All complexes have been fully characterized by elemental analysis, IR and NMR spectroscopies. Their solid-state structure has been elucidated by X-ray crystallography. The corresponding complexes at 186Re and 99mTc level were prepared using the organometallic precursors fac-[186Re(CO)3(H2O)3]+, 186Re1 and fac- [99mTc(CO)3(H2O)3]+, 99mTc1 and characterized by comparative HPLC studies after co-injection with the authentic Re-complexes.POH and NOH react with Re1 precursor complex and result in the formation of the corresponding intermediate complexes fac-[Re(CO)3(PO)(H2O)], Re2 and fac- [Re(CO)3(NO)(H2O)], Re3. The reaction of Re2 with L1H (NOH or SS) ligands led to the formation of new complexes fac-[Re(CO)3L1(POH)] wherein the L1H ligand acts as a bidentate and POH remains as the monodentate ligand with the hydroxyl-free group. The SS ligand reacts with the rhenium precursor complex Re1 in methanol/water resulting in the formation of the fac-[(CO)3Re (SS)2Re(CO)3], Re4 as confirmed by x-ray crystallography. All mixed 2 + 1 complexes fac-[M (CO)3(L1)(L2)] with the POH or NOH ligand were prepared via reaction of the corresponding intermediate fac-[Re(CO)3(L1)(H2O] and the monodentate ligand or by one-pot reaction of an equimolar amount of the bidentate and monodentate ligand with Re1. The 2 + 1 mixed fac-[M(CO)3 (SS)(L2)] complexes were prepared by one-pot reaction of an equimolar amount of the bidentate and monodentate ligand with Re1.At 186Re level, the mixed 2 + 1 complexes were prepared in high yield (60% - 95%). For the labelling, the bidentate ligands were used in a concentration 10-3 M. The cisc and PPh3 monodentate ligands were used in 10-3 M while the py in 10-2 M.At 99mTc level, complexes are formed in high yield, and the bidentate ligands were used in a concentration of 10-5 M. The cisc and PPh3 monodentate ligands were used in a concentration of 10-4 M while the py at 10-3 M.During the stability studies, all 2 + 1 mixed ligand complexes with cisc and PPh3 were stable in the presence of histidine and cysteine antagonists for 48 hours. The complexes with py as monodentate ligand are shown high stability for up to 4 hours. Intermediate complexes and complexes with a combination of SS and N donors’ atoms are not stable. The lipophilicity of the stable complexes ranged from 0.75 to 3.0.The 99mTc complexes with high stability were evaluated in vivo via biodistribution and imaging studies in mice. The biodistribution studies were performed at 1, 4 and 24 hours p.i. Biodistribution studies shown that the complexes are stable in vivo have a high blood clearance at 4 hours, and the activity was excreted mainly through the hepatobiliary system. Also, the complexes with py as a monodentate ligand have been rapidly excreted and remain less in the liver.Pyridine was replaced by the 4-Pyridineboronic acid pinacol ester which carrying the boronate pharmacophore for the development of new complexes and the selective localization of the tumor.At first, the new complexes were prepared with rhenium and then with 186Re and 99mTc. The stability and yield of the complexes were similar to the complexes prepared using py while exhibiting higher lipophilicity. The fac-[99mTc(CO)3(PO)(pyPBApin)], 99mTc18 and fac-[99mTc(CO)3(NO)(pyPBApin)], 99mTc19 complexes exhibit particularly high uptake in the liver and a slow rate of excretion by all tissues.Finally, ferrocene derivatives bearing in the para-and meta position the phenylboronic group were prepared. The ligands were synthesized in high yield and characterized by elemental analysis and IR and NMR methods. Rhenium-complexes were prepared and used to characterize the corresponding 186Re and 99mTc complexes. The preparation of the complexes at the 186Re and 99mTc levels was carried out by a double ligand transfer reaction using Mn(CO)5Br in the presence of CO and BH3NH3. The complexes showed high stability at 99mTc and low at 186Re. The complexes were evaluated biologically in both normal and tumor-bearing mice. The biodistribution studies shown low uptake as well as low tumor/blood and tumor/muscle ratios. Appropriate modifications of the complexes, such as the addition of a hydrophilic linker between the complex and the phenylboronic acid, are likely to give better results.

Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη νέων δομικών λίθων καθώς και συμπλόκων που φέρουν την φαρμακοφόρο ομάδα του βορονικού οξέος με φυσικό ρήνιο, ρήνιο-186 και τεχνήτιο-99m στην οξειδωτική βαθμίδα Ι. Αρχικά, παρασκευάστηκαν και αξιολογήθηκαν τα νέα μικτά 2+1 τρικαρβόνυλο σύμπλοκα του γενικού τύπου fac-[Μ(CO)3(L1)(L2)] όπου το Μ είναι φυσικό ρήνιο ή ρήνιο-186 ή τεχνήτιο-99m και L1H οι διδραστικοί υποκαταστάτες η (2-υδροξυφαινυλo)διφαινυλoφωσφίνη (POH) ή το κιναλδικό οξύ (NOΗ) ή το διαιθυλο-διθειοκαρβαμιδικό νάτριο (SS) σε συνδυασμό με τους μονοδραστικούς υποκαταστάτες της πυριδίνης (py) ή του κυκλοεξυλοϊσοκυανιδίου (cisc) ή της τριφαινυλοφωσφίνης (PPh3). Tα σύμπλοκα σε επίπεδο φυσικού ρηνίου χαρακτηρίστηκαν με στοιχειακή ανάλυση, φασματοσκοπικές μεθόδους IR και NMR ενώ η δομή κάποιων εξ΄ αυτών επιβεβαιώθηκε και με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ. Ακολούθως, παρασκευάστηκαν τα αντίστοιχα σύμπλοκα σε επίπεδο 186Re και 99mTc με τη χρήση των πρόδρομων οργανομεταλλικών ενώσεων fac-[186Re(CO)3(H2O)3]+, 186Re1 και fac-[99mTc(CO)3(H2O)3]+, 99mTc1 και ταυτοποιήθηκαν με συγκριτική χρωματογραφία HPLC.Το POH και το NOΗ αντιδρούν με το πρόδρομο σύμπλοκο του ρηνίου Re1 και σχηματίζουν ποσοτικά τα αντίστοιχα ενδιάμεσα σύμπλοκα, fac-[Re(CO)3(PO)(H2O)], Re2 και fac-[Re(CO)3(NO)(H2O)], Re3. Αντίδραση του Re2 με διδραστικούς υποκαταστάτες L1H (ΝΟΗ ή SS) οδήγησε στον σχηματισμό νέων συμπλόκων γενικού τύπου fac-[Re(CO)3L1(POH)] όπου ο L1H υποκαταστάτης δρα ως διδραστικός και το POΗ παραμένει ως μονοδραστικός υποκαταστάτης με ελεύθερο το υδροξύλιο. Ο SS υποκαταστάτης αντιδρά με το πρόδρομο σύμπλοκο του ρηνίου Re1 σε μεθανόλη/νερό οδηγώντας στον σχηματισμό του διπυρηνικού συμπλόκου [(CO)3Re(SS)2Re(CO)3] όπως αυτό επιβεβαιώθηκε με κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ. Όλα τα μικτά 2+1 σύμπλοκα fac-[Μ(CO)3(L1)(L2)] με τους διδραστικούς υποκαταστάτες ΡΟH ή ΝΟH παρασκευάσθηκαν μέσω του αντίστοιχου ενδιάμεσου συμπλόκου νερού fac-[Re(CO)3(L1)(H2O)] και επίδρασης του μονοδραστικού υποκαταστάτη ή παρασκευάσθηκαν με ταυτόχρονη επίδραση ισομοριακής ποσότητας του διδραστικού και μονοδραστικού υποκαταστάτη στο Re1. Τα 2+1 μικτά σύμπλοκα fac-[Μ(CO)3(SS)(L1)] παρασκευάσθηκαν με ταυτόχρονη επίδραση ισομοριακής ποσότητας του διδραστικού και μονοδραστικού υποκαταστάτη στο Re1.Στη συνέχεια, τα μικτά 2+1 σύμπλοκα παρασκευάστηκαν σε επίπεδο 186Re με απόδοση από 60 έως 95%. Για την επισήμανση οι διδραστικοί υποκαταστάτες χρησιμοποιήθηκαν σεσυγκέντρωση 10-3 Μ. Οι μονοδραστικοί υποκαταστάτες cisc και PPh3 χρησιμοποιήθηκαν σε 10-3 Μ ενώ η py σε 10-2 Μ.Για την επισήμανση των συμπλόκων 99mTc, οι διδραστικοί υποκαταστάτες χρησιμοποιήθηκαν σε συγκέντρωση 10-5 Μ οδηγώντας σε ποσοτικό σχηματισμό των συμπλόκων. Οι μονοδραστικοί υποκαταστάτες cisc και PPh3 χρησιμοποιήθηκαν σε συγκέντρωση 10-4 Μ ενώ η py σε 10-3 Μ.Στη συνέχεια έγιναν μελέτες σταθερότητας και λιποφιλικότητας. Όλα τα μικτά 2+1 σύμπλοκα με cisc και PPh3 ήταν σταθερά παρουσία ανταγωνιστών ιστιδίνης και κυστεΐνης για 48 ώρες. Τα σύμπλοκα που φέρουν py εμφάνισαν ικανοποιητική σταθερότητα μέχρι και τις 4 ώρες. Τα ενδιάμεσα σύμπλοκα του νερού και τα σύμπλοκα με συνδυασμό ατόμων δοτών SS και Ν δεν είναι σταθερά. Η λιποφιλικότητα των σταθερών συμπλόκων κυμαινόταν από 0.75 έως 3.0.Τα σύμπλοκα του 99mTc τα οποία εμφάνισαν υψηλή σταθερότητα πραγματοποιήθηκαν μελέτες βιοκατανομής και απεικόνισης σε πειραματόζωα. Η βιολογική κατανομή πραγματοποιήθηκε για τα χρονικά διαστήματα 1, 4 και 24 ώρες έπειτα από ενδοφλέβια χορήγηση των συμπλόκων. Η βιοκατανομή έδειξε ότι τα σύμπλοκα είναι σταθερά in vivo, έχουν αιματική κάθαρση στις 4 ώρες και η κάθαρση της ραδιενέργειας γίνεται αποκλειστικά από το ηπατοχολικό σύστημα. Επιπλέον, τα σύμπλοκα που έφεραν ως μονοδραστικό υποκαταστάτη την py είχαν ταχύτερη απέκκριση και παραμένουν λιγότερο στο ήπαρ.Η πυριδίνη αντικαταστάθηκε από το 4-πυριδινοβορονικό εστέρα πινακόλης που φέρει την φαρμακοφόρο ομάδα του βορονικού οξέος για την ανάπτυξη νέων συμπλόκων και την εκλεκτική εντόπιση των καρκινικών όγκων.Τα σύμπλοκα που φέρουν το βορονικό οξύ παρασκευάστηκαν αρχικά σε επίπεδο φυσικού ρηνίου και στην συνέχεια σε επίπεδο 186Re και 99mTc. Η σταθερότητα και απόδοση των συμπλόκων ήταν παρόμοια με τα σύμπλοκα που παρασκευάστηκαν με χρήση της py ενώ εμφάνισαν υψηλότερη λιποφιλικότητα. Τα σύμπλοκα fac-[99mTc(CO)3(PO)(pyPBApin)], 99mTc18 και fac-[99mTc(CO)3(NO)(pyPBApin)], 99mTc19 εμφανίζουν ιδιαίτερα υψηλά ποσοστά στο ήπαρ και αργό ρυθμό απέκκρισης από όλους τους ιστούς.Τέλος, παρασκευάστηκαν παράγωγα φερροκενίου που φέρουν την ομάδα του φαινυλοβορονικού οξέος στην παρα- και μετα- θέση ως προς το αμίδιο. Οι υποκαταστάτες συντέθηκαν με υψηλή απόδοση και χαρακτηρίστηκαν με στοιχειακή ανάλυση και φασματοσκοπικές μεθόδους IR και NMR. Στη συνέχεια παρασκευάστηκαν σύμπλοκα σε επίπεδο φυσικού ρηνίου τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την ταυτοποίηση των αντίστοιχων συμπλόκων186Re και 99mTc. Η παρασκευή των συμπλόκων σε επίπεδο 186Re και 99mTc πραγματοποιήθηκε με αντίδραση διπλής αντικατάστασης με χρήση Mn(CO)5Br παρουσία CO και ισχυρού αναγωγικού ΒΗ3ΝΗ3. Τα σύμπλοκα εμφάνισαν υψηλή σταθερότητα σε επίπεδο 99mTc και χαμηλή σε επίπεδο 186Re. Τα σύμπλοκα αξιολογήθηκαν βιολογικά τόσο σε υγιή όσο και σε ανοσοκατασταλμένα πειραματόζωα που φέρουν όγκο. Η κατανομή έδειξε χαμηλή πρόσληψη στον όγκο καθώς και χαμηλούς λόγους όγκο/αίμα και όγκο/μυ. Κατάλληλες τροποποιήσεις των συμπλόκων, όπως για παράδειγμα προσθήκη υδρόφιλης αλυσίδας μεταξύ του συμπλόκου και του φαινυλοβορονικού οξέος είναι πιθανό να δώσει καλύτερα αποτελέσματα.