Σύνθεση και χαρακτηρισμός βιολογικά ενεργών οξειδοαναγωγικών συμπλόκων βαναδίου με πολυφαινολικούς υποκαταστάτες

Abstract

Στην εργασία αυτή αναπτύχθηκαν νέες μέθοδοι ανάλυσης των πολυφαινολών, συντέθηκαν νέες μεταλλοπολυφαινολικές ενώσεις μοντέλα για τη μελέτη των μεταβολικών μονοπατιών των πολυφαινολών στα τρόφιμα και στους βιολογικούς οργανισμούς και μελετήθηκαν οι μηχανισμοί δημιουργίας ελευθέρων ριζών από την αλληλεπίδραση των μεταλλοϊόντων με τα φαινολικά συστατικά για την πιθανή τους χρήση ως αντικαρκινικά φάρμακα. Για την επίτευξη του στόχου αυτού στις φαινόλες και ιδιαίτερα σε υδροκινόνες και τοκοφερόλες έγινε ιχνηθέτηση με πυρήνες φθορίου F και βαναδίου V (ΙΙΙ/ΙV/V) έτσι ώστε τα οργανικά μόρια να γίνουν ενεργά στις φασματοσκοπίες 19F και 51V NMR, EPR και UV-Vis. Η ποσοτική ανίχνευση των πολυφαινολών με 19F NMR εξετάστηκε με επιτυχία στο ελαιόλαδο. Η αντιοξειδωτική/προοξειδωτική δράση των μεταλλοργανικών ενώσεων μοντέλων όπως και οι μηχανισμοί παραγωγής ριζών μελετήθηκαν κρυσταλλογραφικά, φασματοσκοπικά και ηλεκτροχημικά. Οι αντιοξειδωτικές ενώσεις που περιέχονται στα τρόφιμα είναι βιομόρια τα οποία είναι ωφέλιμα στον ανθρώπινο οργανισμό διότι μειώνουν το οξειδωτικό στρες στο περιβάλλον του κυττάρου και δρουν ως συντηρητικά των τροφίμων προστατεύοντάς τα από την οξείδωση. Σε αυτή την τάξη ενώσεων ανήκουν και οι υδροκινόνες, όπως είναι για παράδειγμα οι λιπόφιλες τοκοφερόλες, των οποίων η βασική δομή χαρακτηρίζεται από μια μακριά υδρογονοανθρακική αλυσίδα πάνω στην οποία βρίσκεται προσαρμοσμένος στη 2-θέση ένας δακτύλιος χρωμανόλης και οι τοκοτριενόλες, οι οποίες διαφέρουν από τις τοκοφερόλες στο γεγονός ότι παρουσιάζουν τρεις trans διπλούς δεσμούς στην υδρογονοανθρακική αλυσίδα. Επιπρόσθετα, οι τοκοφερόλες και οι τοκοτριενόλες έχουν α,β,γ, και δ μορφές και η ονοματολογία τους βασίζεται στον αριθμό και τη θέση των μεθυλομάδων στο χρωμανολικό δακτύλιο. Αυτή λοιπόν η ομάδα των δομικά όμοιων μορίων (τοκοφερολών και τοκοτριενολών) ονομάζεται βιταμίνη Ε. Η βιταμίνη Ε είναι ευρέως γνωστή ως λιπόφιλο αντιοξειδωτικό των βιολογικών συστημάτων και έχει δράση ως σταθεροποιητής των ελεύθερων ριζών προστατεύοντας τις κυτταρικές μεμβράνες από τη δράση των ριζών. Επίσης, χρησιμοποιείται ως πρόσθετο στα τρόφιμα και στα καλλυντικά για προστασία από την οξειδωτική τάγγιση. Οι πολυφαινολικές ενώσεις στα βιολογικά συστήματα και στα τρόφιμα μπορούν να αλληλοεπιδρούν με μεταλλοϊόντα όπου και επάγουν την παραγωγή ελεύθερων ριζών αντί την καταστολή τους προκαλώντας σημαντικά προβλήματα στον οργανισμό. Όμως η παραγωγή των ελεύθερων ριζών αν γίνει ελεγχόμενα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως όπλο για την προγραμματισμένη απόπτωση των καρκινικών κυττάρων. Ιδιαίτερα η βιταμίνη Ε και τα παράγωγα της είναι γνωστό ότι συγκεντρώνονται στα μιτοχόνδρια τα οποία θεωρούνται ως ένας εναλλακτικός στόχος των φαρμάκων που δρουν στο DNA για τη θεραπεία του καρκίνου. Είναι πολύ σημαντικό το γεγονός δε, ότι τα οξειδοαναγωγικά παράγωγα της βιταμίνης Ε, δρουν επιλεκτικά στα καρκινικά κύτταρα και για αυτό δεν έχουν καθόλου τοξικότητα. Παρόλη τη σπουδαιότητα των παραπάνω αντιδράσεων η μελέτη τους είναι περιορισμένη κυρίως λόγω της δυσκολίας στην άμεση και γρήγορη καταγραφή των αντιδράσεων αυτών στα τρόφιμα και στα βιολογικά συστήματα και στην έλλειψη κατάλληλων μεταλλοργανικών μοντέλων. Η εργασία αυτή περιλαμβάνει τη σύνθεση μικτών ενώσεων του βαναδίου (III/ΙV/V) με τροποποιημένες τοκοφερόλες και άλλες υδροκινόνες. To βανάδιο (ΙV) χρησιμοποιήθηκε λόγω των εξαιρετικών φασματοσκοπικών του ιδιοτήτων (χρώμα, μαγνητικές ιδιότητες). Λόγω αυτών των ιδιοτήτων η δραστηριότητα των μορίων αυτών μπορεί να καταγράφεται σε πραγματικό χρόνο με φασματοσκοπίες ορατού-υπεριώδους και ηλεκτρονιακού παραμαγνητικού συντονισμού όπως και με φασματοσκοπίες πυρηνικού ή ηλεκτρονιακού συντονισμού εικόνας. Τη μελέτη της αντιοξειδωτικής/προοξειδωτικής δράσης των μορίων αυτών. Η κατευθείαν αλληλεπίδραση μέσω της ένταξης των φαινολών με το μεταλλοϊόν θα βοηθήσει στην καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού ελεύθερων ριζών στα βιολογικά συστήματα και στα τρόφιμα και θα μπορούσε, επίσης, να χρησιμοποιηθεί και στη σύνθεση φαρμάκων με συγκεκριμένη βιοδιαθεσιμότητα. Την ανάπτυξη μίας νέας μεθοδολογίας για το γρήγορο ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό των φαινολικών συστατικών σε διάφορα βιολογικά συστήματα και τρόφιμα όπως και την καταγραφή του μεταβολισμού των πολυφαινολών στα βιολογικά συστήματα, τρόφιμα κλπ. Η μέθοδος αυτή εφαρμόστηκε με επιτυχία στο ελαιόλαδο το οποίο είναι ένα καλό μοντέλο των λιπόφιλων κυτταρικών μεμβρανών.

In this work, we studied new transition metal complexes with phenolic ligands which are models for the study of metabolic pathways in food matrixes and biological systems. In addition, we investigated the mechanism of radicals that created studying the interaction of the phenols with metal ions. To evaluate those phenol molecules in biological systems, we developed an analytical method. Basically, antioxidants are components of foods necessary for the ordinary function of human body. They are used as conservatives in food matrixes against oxidation. Hydroquinones are model molecules for antioxidants. Hydroquinone group include tocopherols and tocotrienols. Tocopherol isoforms contain a saturated phytyl chain and a different placement of methyl groups on the chromanol ring, while, tocotrienol isoforms have an unsaturated side chain. Vitamin E is a generic term that represents a family of compounds composed of various tocopherol and tocotrienol isoforms. Tocopherols display potent anti-angiogenic and antiproliferative activities. Polyphenolic compounds in biological systems could easily interact with metal ions producing free radical species causing several diseases in human body. On the other hand, the controlled production of free radicals could induce apoptosis of cancer cells. In particular, vitamin E and its analogues are active in mitochondria and are potential drugs against cancer cells, while It is well known that tocopherol analogues target only cancer cells due to their high redox. Although, these interactions are well known, they have not been used to induce apoptosis of cells. In this study, tocopherols analogues are combined with vanadium ions for the first time to induce cell death. In particular, in the current study, hydroquinones and tocopherols were fluoro- and vanadium-labelled in order to be studied with 19F and 51V NMR, EPR and UV-Vis spectroscopy. The quantification of these molecules via 19F NMR took place in olive oil environment which is very similar to that of cell membrane. The antioxidant action of these metal-organic molecules with the vanadium as well as their radical induced mechanisms were evaluated with spectroscopy, crystallography and electrochemistry. First, a new analytical method for the speciation and the qualification of the minor OH-molecules in complex matrices in one pot experiment based on 19F NMR spectroscopy was established. Subsequently, a series of vanadium III, IV and V complexes with phenolic ligands were synthesized and characterized. Furthermore, a simple additivity rule was applied on different ligands in order to predict the oxidation and reduction potentials of square pyramidal and octahedral vanadyl complexes to elucidate the redox action of vanadium complexes. Finally, different vanadium IV and V with tocopherol complex molecules were synthesized and characterized. The tocopherol vanadium complexes were evaluated for their ability to bind albumin protein and to induce radicals to promote apoptosis to cancer cells.