Σύνθεση νέων βιοδραστικών μορίων και ανάπτύξη συστημάτων εγκλεισμού τους σε νανοφορείς

Μπαϊρακτάρη, Μαρία; Bairaktari, Maria

dc.contributor.author	Μπαϊρακτάρη, Μαρία	el
dc.contributor.author	Bairaktari, Maria	en
dc.date.accessioned	2024-02-06T10:04:13Z
dc.date.available	2024-02-06T10:04:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58790
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26486
dc.rights	Default License
dc.subject	Κιναζολινόνες	el
dc.subject	Βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες	el
dc.subject	Αντιδράσεις πολλαπλών συστατικών	el
dc.subject	2,3-διυδροκιναζολινόνες	el
dc.subject	DNA παρεμβολή	el
dc.subject	Πολυγαλακτικό οξύ PLA	el
dc.subject	β-κυκλοδεξτρίνη	el
dc.title	Σύνθεση νέων βιοδραστικών μορίων και ανάπτύξη συστημάτων εγκλεισμού τους σε νανοφορείς	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Οργανική χημεία	el
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.classification	Φαρμακευτική χημεία	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-09-29
heal.abstract	Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε αρχικά η ανάπτύξη μιας «χημικής βιβλιοθήκης» με νέα σύνθετικά ανάλογα της οικογένειας των κιναζολινονών και των ωρονών. Η «χημική βιβλιοθήκη αναπτύχθηκε με σκοπό τη μελέτη της σχέσης δομής βιολογικής δράσης. Τα δομικά ανάλογα με την ισχύρότερη δράση αξιοποιήθηκαν περεταίρω μέσω τού εγκλεισμού τούς σε επιλεγμένούς νανοφορείς. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή επιτεύχθηκε ο σχεδιασμός, η σύνθεση καθώς και ο χαρακτηρισμός κιναζολινικών αναλόγων και ωρονών, τα περισσότερα από αύτά νέα στην βιβλιογραφία. Οι ενώσεις πού σύντέθηκαν ταύτοποιήθηκαν μέσω της φασματοσκοπίας πύρηνικού μαγνητικού σύντονισμού (1Η και 13C NMR), φασματομετρία μάζας ύψηλής ανάλύσης (HR-MS) και φασματοσκοπία ύπερύθρού (FT-IR). Σύγκεκριμένα, σχεδιάστηκαν πέντε σειρές κιναζολινικών παραγώγων Α, Β, Γ, Δ και Ε. Η Σειρά Α περιλαμβάνει τα ανάλογα της 3-αμινο-2-μεθύλο-6,7 ύποκατεστημένων κιναζολινονών τα οποία σύντέθηκαν σε δύο στάδια με τη χρήση μικροκύματικής ακτινοβολίας ως μέθοδο φιλικότερη στο περιβάλλον. Η Σειρά Α εμπλούτίστηκε και με τα παράγωγα 2-μεθύλο-3,6,7 ύποκατεστημένων κιναζολινονών τροποποιώντας την θέση 3 τού κιναζολινικού δακτύλίού με τη χρήση διαμινών. Η Σειρά Β περιλαμβάνει κιναζολινικά παράγωγα βάσεων Schiff με κύριο δομικό σύστατικό την παρούσία διπλού δεσμού στη θέση 3 και σχεδιάστηκε ώστε να μελετηθεί η σχέση δομής-βιολογικής δράσης και σύγκεκριμένα η παρούσία τού διπλού δεσμού. Η σύνθεση των βάσεων Schiff περιλαμβάνει τρία στάδια αρχικά την κύκλοποίηση τού ανθρανιλικού οξέος προς κατάλληλης ύποκατεστημένης βενζοξαζινόνης. Έπειτα ακολούθεί η προσθήκη ένύδρης ύδραζίνης και τέλος η προσθήκη κατάλληλα ύποκατεστημένης βενζαλδεΰδης καταλύόμενη από πιπεριδίνη. Η Σειρά Γ περιλαμβάνει αμιδικών κιναζολινικών παραγώγων με κύριο δομικό σύστατικό την παρούσία αμιδικής ομάδας στην θέση 3. Η σύνθεση περιλαμβάνει 3 στάδια, αρχικά την κύκλοποίηση τού ανθρανιλικού οξέος προς κατάλληλης ύποκατεστημένης βενζοξαζινόνης και έπειτα την προσθήκη ένύδρης ύδραζίνης προς σχηματισμό των παραγώγων της Σειράς Α με χρήση μικροκύματικής ακτινοβολίας και τέλος την προσθήκη ακέτύλοχλωριδίού για την σύνθεση των παραγώγων της σειράς αύτής. Σημειώνεται ότι το τρίτο στάδιο σύμφωνα με τις βιβλιογραφικές αναφορές εκτελέστηκε με σύμβατική θέρμανση αλλά μελετήθηκε και με την εισαγωγή της μικροκύματικής ακτινοβολίας. Οι Σειρές Δ, Ε και ΣΤ περιλαμβάνει την δεύτερη μεγάλη οικογένεια κιναζολινικών παραγώγων των 2,3 διςύποκατεστημένων κιναζολινονών. Πιο σύγκεκριμένα οι Σειρές αύτές περιλαμβάνούν κιναζολινικά παράγωγα πού σύντέθηκαν σε ένα στάδιο μέσω αντίδρασης πολλαπλών σύστατικών (MCR) και την χρήση φύσικών βαθέως εύτηκτικών διαλύτών (NADES) ως διαλύτες και καταλύτες των αντιδράσεων αύτών και την χρήση τεχνικών ύψηλής ενέργειας για την βελτιστοποίηση της μεθοδολογίας. Η χρήση των NADES επιλέχθηκε ως φιλικότερων προς το περιβάλλον διαλύτών, καθώς ως μη τοξικοί αντικαθιστούν τούς τοξικούς οργανικούς διαλύτες ενώ παράλληλα λειτούργούν και ως καταλύτες βελτιώνοντας τις αποδόσεις των τελικών προϊόντων. Σημειώνεται ότι η μεθοδολογία αύτή πού αναπτύχθηκε φέρει αρκετά πλεονεκτήματα και λόγω της αντίδρασης MCR όπού δίνεται η δύνατότητα από απλές πρώτες ύλες να παραχθούν χημικές βιβλιοθήκες βιοδραστικών μορίων χωρίς απομόνωση ενδιάμεσων ενώσεων, προσθήκη επιπλεόν αντιδρώντων και διαλύτών κ.α. Πιο σύγκεκριμένα, για η Σειρά Δ περιλαμβάνει παράγωγα 2,3 διςύποκατεστημένων κιναζολινονών όπού σύντέθηκαν σε ένα στάδιο με προσθήκη ισατοϊκού ανύδρίτη, κατάλληλα ύποκατεστημένης ανιλίνης, κατάλληλα ύποκατεστημένης βενζαλδεϋδης και NADES ως διαλύτη και καταλύτη της αντίδρασης. Σημειώνεται ότι πέρα από την ανάπτύξη της χημικής βιβλιοθήκης πραγματοποιήθηκε και μελέτη της καταλύτικής δράσης 20 διαφορετικών NADES ώστε να βρεθούν οι βέλτιστες σύνθήκες για την μεθοδολογία αύτή. Η Σειρά Ε αντίστοιχα περιλαμβάνει 2,3-διςύποκατεστημένες κιναζολινόνες οι οποίες σύντέθηκαν σε ένα στάδιο με την προσθήκη ισατοϊκού ανύδρίτη ένύδρης ύδραζίνης και κατάλληλα ύποκατεστημένης αλδεΰδης. Για το σχεδιασμό μιας φιλικότερης προς το περιβάλλον μεθοδολογίας και εδώ πραγματοποιήθηκε η προσθήκη κατάλληλού NADES με την χρήση ύπερήχων για βελτιστοποίση της μεθοδολογίας. Η Σειρά ΣΤ περιλαμβάνει αντίστοιχα παράγωγα τα οποία σύντέθηκαν σε ένα στάδιο με την προσθήκη ισατοϊκού ανύδρίτη, κατάλληλα ύποκατεστημένης ανιλίνης, κιναμικού χλωριδίού και επιλεγμένού NADES. Τέλος, η Σειρά Η και Ζ περιλαμβάνει την σειρά των χαλκονών και ωρονών αντίστοιχα. Η σύνθεση επιλεγμένων χαλκονών και ωρονών επιλέχθηκε ώστε να μελετηθεί η σχέση δομής δράσης, καθώς οι ωρόνες έχούν την ικανότητα να αλληλεπιδρούν με το DNA ως παρεμβολείς τού DNA. Έτσι κρίθηκε σκόπιμο να δοκιμαστούν και ως προς την πιθανή ικανότητά τούς να φωτοδιασπούν το DNA, ως ενδεχόμενοι φωτοεύαισθητοποιητές. Αρχικά, η σύνθεση της Σειράς Η περιλαμβάνει την σύνθεση των χαλκονών μέσω αντίδρασης σύμπύκνωσης Claisen-Schmidt μεταξύ κατάλληλα ύποκατεστημένων ύδροξύ-ακετοφαινονών και κατάλληλα ύποκατεστημένων βενζαλδεϋδών σε βασικές σύνθήκες. Έπειτα ακολούθεί η σύνθεση της Σειράς Η πού περιλαμβάνει την οξειδωτική κύκλοποίηση των αντίστοιχων χαλκονών χρησιμοποιώντας οξικό ύδράργύρο (ΙΙ) ως οξειδωτικό παράγοντα. Στη σύνέχεια για τα κιναζολινικά παράγωγα και τις ωρόνες πού σύντέθηκαν μελετήθηκε η σχέση δομής και in vitro βιολογικής δράσης. Πιο σύγκεκριμένα, τα νέα παράγωγα αξιολογήθηκαν ως προς την ικανότητα να αλληλεπιδρούν με το DNA, την ικανότητα διάσπασης τού DNA κάτω από την επίδραση ακτινοβολίας καθώς και της αντιοξειδωτικής τούς δράσης μέσω της ικανότητας τούς να αλληλεπιδρούν με την ελεύθερη ρίζα DPPH. Από την αξιολόγηση προέκύψαν σημαντικά αποτελέσματα για τη σχέση δομής βιολογικής δράσης. Ορισμένα από τα παράγωγα παρούσίασαν σημαντική αντιοξειδωτική δράση, πιο σύγκεκριμένα τα παράγωγα της Σειράς Α, Δ, Ε πού φέρούν ύδρόξύ-ομάδα στον κιναζολινικό δακτύλιο φαίνεται να βελτιώνούν σημαντικά την αντιοξειδωτική δράση. Ως προς την μελέτη της αλληλεπίδρασης τούς με το DNA, τα ύπολογιστικά αποτελέσματα και τα αποτελέσματα της τιτλοδότησης των μορίων και την αλληλεπίδρασης τούς με DNA θύμού αδένα (CT-DNA) φάνηκαν να είναι ανάλογα σημειώνοντας ότι τα κιναζολινικά ανάλογα παρούσιάζούν εξωτερική αλληλεπίδραση στην μικκρή ή την μεγάλη αύλακα τού DNA. Ως προς τη σχέση δομής-δράσης φαίνεται ότι οι ύποκαταστάτες αλογονο-ομάδων, νιτρό-ομάδων, ύδρόξύ-ομάδων, μεθόξύ ομάδων σε ορισμένα παράγωγα να είναι καθοριστικοί για την αλληλεπίδραση τούς με το DNA καθώς όπως φάνηκε και από τα ύπολογιστικά δεδομένα εμφάνιζαν ισχύρότερη αλληλεπίδραση σχηματίζοντας δεσμούς ύδρογόνού. Επίσης, τα κιναζολινικά παράγωγα μελετήθηκαν και αξιολογήθηκαν ως προς την ικανότητα τούς να φωτοδιασπούν το DNA ως ενδεχόμενοι φωτοεύαισθητοποιητές για την χρήση τούς σε θεραπείες όπως καρκίνού, δερματικές παθήσεις (π.χ. ψωρίαση, ακμή) καθώς και ως αντιμικροβιακά. Σύγκεκριμένα μελετήθηκαν τα κιναζολινικά παράγωγα ως προς τις θέσεις 3, 6 και των ρόλο των ύποκαταστατών σε αύτές τις θέσεις. Σύγκεριμένα, μελετήθηκε η παρούσία και η απούσία αμινο-ομάδας στη θέση 3 καθώς και η επιμήκύνση της αλειφατικής ομάδας στη θέση αύτή, όπού φάνηκε καθοριστικός παράγοντας για την δράση. Ακόμη ύποκαταστάτες στη θέση 6 όπως αλογονο-ομάδα, νίτρο ομάδα, ύδρόξύ ομάδα παρούσιάζούν ύψηλά ποσοστά φωτοδιάσπασης. Για τις σειρές των διϋδροκιναζολινονών σημαντικός δομικός παράγοντας αποτέλεσε η ύπαρξη αλογόνων ομάδων και νιτρο-ομάδων ως ύποκαταστάτες των αρωματικών δακτύλίων της θέσης 2 και 3 τού κιναζολινικού δακτύλίού. Παρακάτω παρούσιάζονται ορισμένα παράγωγα πού μπορούν να αποτελέσούν μόρια οδηγοί για την αλληλεπίδρασή τούς και τον τρόπο δράσης τούς με το DNA. Παρακάτω παρούσιάζονται ορισμένα από τα παράγωγα αύτά.Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκαν πράσινοι διαλύτες και σύγκεκριμένα φύσικοί βαθέως εύτηκτικοί διαλύτες για να βελτιώσούν τις αντιδράσεις σύνθεσης δίνοντας ένα πιο πράσινο χαρακτήρα στις αντιδράσεις αύτές. Οι Βαθέως Εύτηκτικοί Διαλύτες (DES) καθώς και οι Φύσικοί Βαθέως Εύτηκτικοί Διαλύτες (NaDES) είναι μίγματα δύο ή περισσότερων σύστατικών τα οποία είναι ύγρά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Ανήκούν στην κατηγορία των πράσινων διαλύτών καθώς χαρακτηρίζονται από χαμηλή τοξικότητα, είναι ανακύκλώσιμοι και βιοαποικοδομήσιμοι. Έχούν ποικίλες εφαρμογές, μία πολλά ύποσχόμενη εξ αύτών είναι η χρήση τούς ως διαλύτες και καταλύτες στη σύνθεση οργανικών ενώσεων. Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός τριών διαφορετικών σειρών NaDES με βάση την χολίνη, την βεταΐνη και αμινοξέα καθώς και οργανικά οξέα. Πραγματοποιήθηκε σύνολικά η σύνθεση 20 NaDES και αξιολογήθηκαν σύγκριτικά ως προς την απολεσματικότητά τούς κατά την σύνθεση κιναζολινικών αναλόγων μέσω μιας αντίδρασης πολλών σύστατικών (Μulticomponent Reactions, MCRs) και χρήση ύπερήχων. Υψηλότερη αποτελεσματικότητα έδειξε το NaDES πού αποτελείται από χλωριούχο χολίνη και το γαλακτικό οξύ και για αύτό χρησιμοποιήθηκε στην πλειονότητα των αντιδράσεων. Με την παραπάνω μεθοδολογία σύντέθηκαν 53 μόρια 2,3-διύδροκιναζολιν-4(1H)-ονών, ενώ παράλληλα εξετάστηκε σύγκριτικά ο «πράσινος» χαρακτήρας της εκάστοτε σύνθεσης με χρήση ποσοτικών δεικτών και μελετήθηκε και η ανακύκλωση και η επαναχρησιμοποίηση των NaDES στις αντιδράσεις αύτές όπού εκτελέστηκαν έως και τρεις επαναλήψεις με επιτύχία και ύψηλές αποδόσεις. Επιπλέον, οι φύσικοί βαθέως εύτηκτικοί διαλύτες (NADES) αξιολογήθηκαν και ως προς την ικανότητά τούς να αλληλεπιδρούν με το DNA ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εναλλακτικοί διαλύτες σε βιολογικές εφαρμογές. Μελετήθηκε και αξιολογήθηκε η δράση τόσο των πρώτων ύλών, δηλαδή των φύσικών σύστατικών πού αποτελείται κάθε NaDES, τα 20 σύντιθέμενα NaDES καθώς και τα φύσικά μίγματα. Από τα αποτελέσματα πού πάρθηκαν φάνηκε ότι η χρήση NaDES με βάση την χλωριούχο χολίνη εμφάνιζαν ισχύρότερη αλληλεπίδραση σε σχέση με εκείνα πού σύντέθηκαν με βάση την βεταϊνη. Τέλος, επιλεγμένα κιναζολινικά παράγωγα εγκλείστηκαν με επιτύχία σε επιλεγμένούς βιοδιασπώμενούς φορείς με σκοπό να τροποποιηθούν οι φύσικοχημικές τούς ιδιότητες xviii π.χ. αύξηση της ύδατοδιαλύτότητας. Τα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν δομικά με φασματοσκοπία NMR και FT-IR, ως προς το μέγεθός τούς και το ζ-δύναμικό με τη δύναμική σκέδαση φωτός (DLS), θερμικά με τις τεχνικές TGA και DSC και για την μορφολογία τούς με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM). Ειδικότερα, στην παρούσα διδακτορική εργασία πραγματοποιήθηκε ο εγκλεισμός των κιναζολινικών παραγώγων 4f, 10d σε μήτρες PLA και β-CD, ενώ για την ένωση οδηγό 3e χρησιμοποιήθηκαν τρία είδη κύκκλοδεξτρινών (β-CDs, Me-β-CD, HP-β-CD). Επιπλέον, επιτεύχθηκε η ανάπτύξη κατάλληλης μεθοδολογίας εγκλεισμού με PLA χρησιμοποιώντας διαύτη NaDES. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μελέτη τού προφίλ απελεύθέρωσης των μορίων καθώς και μελέτη και αξιολόγηση των σύμπλόκων ως προς την αλληλεπίδρασή τούς με το DNA	el
heal.sponsor	«Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάπτυξη Ανθρώπινου Δυναμικού, Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση», στο πλαίσιο της Πράξης «Ενίσχυση του ανθρώπινου ερευνητικού δυναμικού μέσω της υλοποίησης διδακτορικής έρευνας» (MIS 5000432), που υλοποιεί το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ)»	el
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Φυλακτακίδου, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Καλογεροπούλου, Θεοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Χαμηλάκης, Στυλιανός	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Προύσης, Κυριάκος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	388 σ
heal.fullTextAvailability	false