Φασματοσκοπία Raman σε ενώσεις φαρμακευτικού ενδιαφέροντος

Abstract

Στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη ενώσεων που παρουσιάζουν φαρμακευτικό ενδιαφέρον με τη χρήση φασματοσκοπίας Raman. Οι ανθρακυκλίνες (anthracyclines) αποτελούν από τα πιο αποτελεσματικά φάρμακα που έχουν αναπτυχθεί για την αντιμετώπιση διάφορων τύπων καρκίνου. Η δοξουρουβικίνη (doxorubicin) και η δαουνορουβικίνη (daunorubicin) χαρακτηρίζονται από τα γνωστότερα και δραστικότερα φάρμακα για την αντιμετώπιση του καρκίνου του μαστού. Στο πρώτο μέρος της εργασίας, μελετήθηκαν τα φάσματα Raman της δοξορουβικίνης, των κενών σφαιρών πολυ(γλυσιδιλικού μεθυλεστέρα @μεθακρυλικού μεθυλεστέρα-co-διβινυλοβενζολίου-co-ακρυλικού οξέος) – P(GMA @MMA-co-DVB-co-AA), καθώς και σφαιρών που είχαν φορτωθεί με φάρμακο. Επιπλέον, διερευνήθηκαν τα φάσματα που προέκυψαν από την δαουνορουβικίνη, τις κενές σφαίρες πολυ(μεθακρυλικού οξέος) poly(methacrylic acid – PMAA) και πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμιδίου-co-μεθακρυλικού οξέος) poly(N-isopropylacrila- mide-co-methacrylic acid – Ρ(NIPAAm-co-MAA), καθώς και σφαίρες στις οποίες έχει εγκλωβιστεί το φάρμακο. Οι εμφανιζόμενες κορυφές χαρακτηρίστηκαν πλήρως δομικά, πραγματοποιήθηκε σύγκριση μεταξύ των φασμάτων, επισημάνθηκαν οι μεταξύ τους διαφορές και τελικά διαπιστώθηκε ο εγκλεισμός των δύο τύπων φαρμάκου στα εκάστοτε πολυμερικά συστήματα. Στα πλαίσια αυτής της εργασίας, παρασκευάστηκαν κολλοειδές διάλυμα νανοσωματιδίων αργύρου και ένα λεπτό υμένιο αργύρου σε υπόστρωμα βιοριοπυριτικού γυαλιού. Το διάλυμα της 4-αμινοθειοφαινόλης προσροφήθηκε στις επιφάνειές τους και παρατηρήθηκε το φαινόμενο της επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, προσομοιάστηκαν οι βελτιστοποιημένες στο χώρο δομές των δύο αντικαρκινικών φαρμάκων που εξετάζονται. Με τη βοήθεια του προγράμματος Gaussian 09W V7, πραγματοποιήθηκε θεωρητικός υπολογισμός των φασμάτων Raman (χωρίς και με συντελεστή διόρθωσης) με τη χρήση της μεθόδου DFT και συγκεκριμένα του υβριδικού συναρτησιακού των Becke και Lee, Yang και Parr, B3LYP και του συνόλου βάσης 6-311G. Τα θεωρητικά φάσματα που προέκυψαν χαρακτηρίστηκαν πλήρως και καταγράφηκαν όλα τα είδη δονήσεων των κυριότερων κορυφών. Συγκρίθηκαν τα φάσματα από τον θεωρητικό υπολογισμό και την πειραματική διαδικασία και προέκυψε ότι τα αποτελέσματα στο φασματικό εύρος 300-1000 cm-1 δεν παρουσιάζουν ομοιότητα με τα πειραματικά, ενώ στην περιοχή 1000-1800 cm-1 η προσομοίωση κατέληξε σε αξιόλογα συμπεράσματα.

The aim of the Thesis is the study of compounds with pharmaceutical interest using the Raman spectroscopy method. Anthracyclines rank among the most effective drugs ever developed to the treatment of various types of cancer. Doxorubicin and daunorubicin have been reported to be the most popular and essential for the treatment of breast cancer. At first, the Raman spectra of doxorubicin, poly(glycidyl methacrylate@methyl methacrylate-co-divinyl benzene-co-acrylic acid – P(GMA @MMA-co-DVB-co-AA) hollow nanospheres, loaded with drug polymeric nanocontainers were obtained. Furthermore, the spectra obtained from daunorubicin, poly(methacrylic acid – PMAA) and poly(N-isopropylacrilamide-co-methacrylic acid – P(NIPAAm-co-MAA) hollow nanospheres, and nanospheres encapsulated with the drug, were conducted, too. The peaks were fully characterized, a comparison between the theoretical and the measured spectra was made, their differences were highlighted and finally the encapsulation of drugs examined to each of the polymeric systems was confirmed. Also, in this thesis, a colloidal solution of silver nanoparticles and a silver-coated borosilicate glass were prepared. The solution of 4-aminothiophenol (4-ATP) was absorbed on their surfaces and the surface enhancement of Raman scattering (SERS) was observed. Secondly, the molecular geometry calculations and vibrational frequencies for the doxoroubicin and daunorubicin molecule were performed by using Gaussian 09W V7 with standard B3LYP/6-311 basic set. The calculated Raman spectra were characterized and all kinds of principal vibrational modes were assigned. The theoretical and experimental results were compared, reporting the discrepancies that observed. Finally, the results indicated that the calculated spectra have no resemblance to the spectral range of 300-1000 cm-1, while the simulation resulted in remarkable conclusions in the region of 1000-1800 cm-1.