Σύνθεση, φωτοφυσικές μελέτες και επίδραση φωτοευαίσθητων παραγώγων κουρκουμίνης και συμπλόκων τους με βόριο σε καρκινικά κύτταρα προστάτη

Αρφαρά, Μαρία; Arfara, Maria

dc.contributor.author	Αρφαρά, Μαρία	el
dc.contributor.author	Arfara, Maria	en
dc.date.accessioned	2020-10-16T09:51:54Z
dc.date.available	2020-10-16T09:51:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51476
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19174
dc.rights	Default License
dc.subject	Κουρκουμίνη	el
dc.subject	Κουρκουμινοειδή	el
dc.subject	Φωτοφυσικές μελέτες	el
dc.subject	Κυτταροτοξικότητα	el
dc.subject	Yβριδικά μόρια	el
dc.subject	Σύμπλοκα με βόριο	el
dc.subject	Cytotoxicity	en
dc.subject	Curcumin	en
dc.subject	Curcuminoids	en
dc.subject	Boron complexes	en
dc.subject	Hybrid molecules	en
dc.title	Σύνθεση, φωτοφυσικές μελέτες και επίδραση φωτοευαίσθητων παραγώγων κουρκουμίνης και συμπλόκων τους με βόριο σε καρκινικά κύτταρα προστάτη	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Structural engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020
heal.abstract	Οι ενώσεις που προέρχονται από φυσικά προϊόντα αποτελούν μια μεγάλη κατηγορία που μελετάται από την ερευνητική κοινότητα, με σκοπό τη βελτίωση μεθόδων για διάγνωση και θεραπεία διαφόρων ασθενειών. Οι κουρκουμίνες (curcumin I, II και ΙΙΙ) και τα παράγωγά τους (curcuminoids) αποτελούν μια τέτοια κατηγορία με πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα, λόγω των ποικίλων βιολογικών δράσεων που παρουσιάζουν, εκ των οποίων ξεχωρίζουν η αντιοξειδωτική, αντιφλεγμονώδης, αντιβακτηριδιακή και αντικαρκινική τους δράση, αλλά και η δράση τους απέναντι σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Όσον αφορά την αντικαρκινική δράση, που μελετάται και στα πλαίσια της συγκεκριμένης διπλωματικής, πολλά παράγωγα των κουρκουμινών έχουν μελετηθεί για την επίδρασή τους σε καρκινικά κύτταρα τόσο απουσία φωτός, όσο και παρουσία φωτός ως φωτοευαισθητοποιητές, στη φωτοδυναμική θεραπεία. Έχουν δηλαδή τη δυνατότητα μετά από ακτινοβόλησή τους σε συγκεκριμένο μήκος κύματος, να επάγουν κυτταροτοξική δράση με τη σύνθεση δραστικών μορφών οξυγόνου. Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζεται στη σύνθεση έξι κουρκουμινοειδών, τη συγκριτική μελέτη των φωτοφυσικών τους ιδιοτήτων και την in vitro βιολογική τους δράση σε καρκινικά κύτταρα προστάτη της σειράς PC3, απουσία φωτός. Αρχικά, λαμβάνοντας υπόψιν τις μελέτες που υπάρχουν σχετικά με τη δράση των παραγώγων της κουρκουμίνης, σχεδιάστηκαν και συντέθηκαν έξι κουρκουμινοειδή, εκ των οποίων οι τρεις ενώσεις ήταν η κουρκουμίνη Ι (ένωση 5) και δύο παρεμφερείς με αυτήν ενώσεις (ένωση 1 και ένωση 3). Οι δομικές αλλαγές στο μόριο της κουρκουμίνης Ι περιλαμβάνουν την ύπαρξη δυο επιπλέον διπλών δεσμών, με τη μία ένωση να μην διατηρεί την υποκατάσταση στα φαινύλια (ένωση 1), ενώ η υποκατάσταση αυτή υπάρχει στη δεύτερη ένωση (ένωση 3). Στη συνέχεια, παρασκευάστηκαν τρία υβριδικά μόρια των ενώσεων αυτών, έπειτα από την αντίδραση καθεμιάς από αυτές τις ενώσεις με τριφθοριούχο βόριο (ενώσεις 2, 4 και 6). Η απόδοση και για τις έξι ενώσεις ήταν ικανοποιητική. Τέλος, οι ενώσεις ταυτοποιήθηκαν με τη χρήση πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR). Ο σχεδιασμός και η σύνθεση των ενώσεων πραγματοποιήθηκαν υπό την επίβλεψη και καθοδήγηση της Δρ. Μαρίνας Σαγνού, Ερευνήτριας στο Ινστιτούτο Βιοεπιστημών & Βιοεφαρμογών, του Εθνικού Κέντρου Έρευνας Φυσικών Επιστημών «Δημόκριτος». Οι έξι ενώσεις που συντέθηκαν, μελετήθηκαν ως προς τις φωτοφυσικές τους ιδιότητες. Πραγματοποιήθηκαν, δηλαδή, για κάθε ένωση φασματοσκοπικές μελέτες απορρόφησης σε διαφορετικές συγκεντρώσεις σε τρεις διαλύτες (DCM, DMSO και PBS) και φασματοσκοπικές μελέτες εκπομπής φθορισμού για διαφορετικές συγκεντρώσεις σε διαλύτη DMSO. Από τις μελέτες αυτές, προσδιορίστηκε το μήκος κύματος μέγιστης απορρόφησης και μέγιστης εκπομπής για την κάθε ένωση καθώς και ο συντελεστής μοριακής απορρόφησης. Από τη συγκριτική μελέτη των έξι ενώσεων προέκυψε ότι η προσθήκη ενός επιπλέον διπλού δεσμού, σε συνδυασμό με τη συμπλοκοποίηση, μπορεί να μετατοπίσει κατά πολύ το φάσμα απορρόφησης σε σχέση με τα μη συμπλοκοποιημένα παράγωγα, ενώ στη μελέτη φθορισμού οι περισσότερες ενώσεις, με εξαίρεση την ένωση 4, έδωσαν πολύ καλά αποτελέσματα, με τις ενώσεις 1 και 2 να παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες εντάσεις. Έπειτα, εξετάστηκε η επίδραση των κουρκουμινοειδών στην καρκινική σειρά PC3, αν δηλαδή καθίστανται τοξικές για τα καρκινικά κύτταρα, σε συνθήκες απουσίας φωτός. Για τη μελέτη της κυτταροτοξικότητας ακολουθήθηκε η μέθοδος ΜΤΤ, από όπου προέκυψε ότι τα υπό μελέτη κουρκουμινοειδή αποτελούν αρκετά τοξικές ενώσεις για τη συγκεκριμένη καρκινική σειρά, και οι δομικές αλλαγές που έγιναν στο μόριο της κουρκουμίνης Ι, και κυρίως η προσθήκη του βορίου, ενίσχυσαν την κυτταροτοξικότητα. Ακολούθησε η μέθοδος κυκλικού διχρωισμού (Circular Dichroism, CD), για να προσδιοριστεί αν οι ενώσεις αλληλεπιδρούν με το DNA και επιφέρουν τον κυτταρικό θάνατο. Ωστόσο, τα φάσματα CD δεν εμφάνισαν κάποια αλληλεπίδραση των ενώσεων με το DNA, οπότε χρειάζονται να γίνουν περαιτέρω μελέτες, ώστε να προσδιοριστεί ποια ακριβώς είναι η αιτία που επέρχεται ο κυτταρικός θάνατος. Το τελικό κομμάτι της πειραματικής μελέτης περιλαμβάνει τον χωρικό εντοπισμό των κουρκουμινοειδών μέσα στα καρκινικά κύτταρα, που έγινε με τη χρήση Συνεστικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (confocal laser scanning microscopy). Από τη μελέτη αυτή φαίνεται ότι οι πέντε ενώσεις συγκεντρώνονται σε κυστίδια και κατά κύριο λόγο στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, ενώ η μία ένωση, το σύμπλοκο της κουρκουμίνης Ι με βόριο φαίνεται να συγκεντρώνεται στον πυρήνα των κυττάρων.	el
heal.abstract	Compounds derived from natural products are studied actively by the research community, with the aim to improve existing methods regarding diagnosis and treatment of various diseases. In particular, curcumins (curcumin I, II and III) and their derivatives (curcuminoids) present very promising results, due to their various biological actions, which make them excel in antioxidant, anti-inflammatory, antibacterial and anti-cancer activity, along with their activity against neurodegenerative diseases. Specifically, regarding anti-cancer effects, which is the scope of the present study, many curcumin derivatives have been examined for their effect on cancer cells both in the absence of light and in the presence of light as photosensitizers in photodynamic therapy. In particular, they have the ability to induce cytotoxic activity by synthesizing active forms of oxygen, after being irradiated at a certain wavelength. This study focuses on synthesis of six curcuminoids, the comparative study of their photophysical properties and their in vitro biological activity on prostate cancer cell-line PC3, in the absence of light. Initially, considering many research studies regarding curcumin derivatives’ properties, six curcuminoids were designed and synthesized, three of which were curcumin I (compound 5) and two derivatives (compound 1 and compound 3). Structural changes in curcumin I molecule consist of the presence of two additional double bonds, with one compound not maintaining the substitution in the phenyl (compound 1), while this substitution exists in the second one (compound 3). Subsequently, three hybrid molecules of the above compounds were prepared after the reaction each them with trifluoride boron (compounds 2, 4, and 6). The yield for all six compounds was satisfactory. Finally, the compounds were identified using nuclear magnetic resonance (NMR). The design and composition of the compounds were carried out under the supervision and guidance of Dr. Marina Sagnou, Researcher at the Institute of Biosciences & Bio-Applications, of the National Research Center of Scientific Sciences "Democritus". The six compounds were studied for their photophysical properties. Spectroscopic absorption studies were performed for each compound in different concentrations in three solvents (DCM, DMSO and PBS) as well as spectroscopic fluorescence emission studies for different concentrations in DMSO solvent. From these studies, the wavelength of maximum absorption and maximum emission for each compound and the molecular absorption coefficient were determined. The comparative study of the six compounds revealed that the addition of an additional double bond in combination with the complex can greatly displace the absorption spectrum compared to the non-complex derivatives. Also, the fluorescence study gave very good results for most compounds, with the exception of compound 4, with highest intensities in compounds 1 and 2. The effect of curcuminoids on the PC3 cancer series was then examined to observe whether they become toxic to cancer cells in the absence of light. Regarding the cytotoxicity study, the MTT method was implemented, from which it emerged that the curcuminoids under study are quite toxic compounds for this particular cancer series, so the structural changes made to the curcumin I molecule, and especially the addition of BF, enhanced cytotoxicity. The research continued using the Circular Dichroism (CD) method to determine whether or not the compounds interact with DNA and cause cell death. However, CD spectra did not show any interaction between the compounds and DNA, so further studies are needed to determine the exact cause of cell death. The final part of the experimental study includes the spatial detection of curcuminoids in cancer cells, which was performed using the Confocal laser scanning microscopy. This final study shows that the five compounds are concentrated in vesicles and primarily in the cell cytoplasm, while in one compound, the curcumin I complex with BF, appears to be concentrated in the cell nucleus.	en
heal.advisorName	Politopoulos, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Charitidis, Costas	en
heal.committeeMemberName	Detsi, Anastasia	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	147 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false