Denumirea Proiectului: NOVMETDRUGS/Development of Novel, Multi-target-directed Polypyridyl Metal Complexes with Pyrimidine-like Ligands as Efficient Anticancer Drug Candidates/ PN-III-P1-1.1-PD-2019-1312

Director de proiect: Alexandra-Cristina Munteanu

Mentor: Prof. Dr. Valentina-Uivarosi

Rezumat

Cancerul, menționat ca o boală cronică degenerativă non-transmisibilă de către Organizația Mondială a Sănătății (OMS), este o cauză de deces la nivel mondial, având un impact profund asupra vieții a milioane de oameni. Chimia anorganică cu aplicații în medicină a căpătat amploare începând cu anii 1960, când cisplatin-ul (cis-Pt(NH₃)₂Cl₂) a fost aplicat cu succes pentru prima dată în tratamentul cancerului. Ulterior, alte chimioterapice bazate pe platină (Pt) (de exemplu, carboplatină și oxaliplatină) au fost și continuă să fie utilizate pe scară largă în tratamentul cancerului. În acord cu tendințele recente în dezvoltarea medicamentelor, acest proiect vizează proiectarea de medicamente/ prodroguri metalice eficiente pentru terapia antitumorală. Ipoteza principală de lucru constă în faptul că eliberarea simultană a două sau mai multe componente bioactive în interiorul celulelor canceroase declanșează adesea mai multe procese care determină simultan soarta celulei. Obiectivul general al acestei propuneri se referă la studiul potențialului terapeutic al complecșilor de tip M(II) - polipiridil (unde M = Pt, Pd, Ru, Os) cu un ligand O, N sau O, O-chelat, și anume acid orotic și izoorotic și 2,2'-bipiridină, respectiv 1,10-fenantrolină.

Raționamentul din spatele alegerii componentelor noilor complecși este următorul:

• Centrul metalic – date din literatură sugerează existența unui interes crescut pentru utilizarea unor complecși ai ionilor metalici tranziționali în terapia și diagnosticul cancerului; pe baza unui studiu al literaturii de specialitate, am ales drept centrii metalici pentru compușii țintă, metale tranziționale din perioadele 5 și 6, și anume Paladiu (Pd), Platină (Pt), Ruteniu (Ru), Osmiu (Os); complecșii metalici ai acestora se așteaptă să prezinte proprietăți similar cu cei ai Fe în ceea ce privește 1) transportul în celule și 2) interacțiuni cu ținte moleculare și celulare predictibile (de exemplu, ADN, albumină serică și transferină);
• Liganzi de tip polipiridil (2,2′-bipiridină, 1,10- fenantrolină) – au fost aleși pentru a crea un cadru rigid și a forma legături puternice cu centrul metalic datorită afinității puternice a celor patru ioni metalici pentru liganzi ce conțin azot;
• Liganzi de tip pirimidinic - Acid orotic (H₃Or) este un compus cheie implicat în biosinteza “de novo” a bazelor pirimidinice ale acizilor nucleici din organismele vii. Prezintă, de asemenea, proprietăți bacteriostatice și citostatice. Acidul orotic este un potențial ligand multidentat, deoarece coordonarea poate apărea prin cei doi atomi de azot ai inelului pirimidinic, cei doi atomi de oxygen ai grupării carbonil și grupul carboxil. La pH neutru sau ușor acid, ionii de cupru(II) și nichel(II) se coordonează printr-un oxigen al grupării carboxilat și N(1) adiacent. Legarea identică bidentată a acidului orotic a fost demonstrată și pentru complexul cis- [Pt (HOr) (NH₃)₂]. Acidul isoorotic (H₃i-Or), un izomer al acidului orotic, ce prezintă proprietăți anticancerigene, antibacteriene și antihipertensive. Comportamentul său ca ligand în complecși este interesant datorită celor șase atomi donatori din structura sa și a mai multor moduri posibile de coordonare; hidrogenii carboxilici și amidici pot fi îndepărtați și deprotonați, rezultând complecși care conțin H₂i-Or- și / sau Hi-Or₂-, i-Or₃-; datorită posibilității tautomerismului ceto-enolic (lactam-lactim), se așteaptă ca natura produșilor de reacție să depindă de ionul metalic, de pH și de natura solventului. De asemenea, prezența grupării carboxil în poziția 5 ar trebui să conducă la un grad diferit de delocalizare electronică și împiedicare sterică în complecșii acidului isoorotic în comparație cu cei ai acidului orotic. Prin urmare, este de așteptat să apară unele diferențe marcate în cee ace privește comportamentul de coordinare al celor doi liganzi.

După sinteza compușilor țintă, se va realiza caracterizarea lor structurală (RMN, spectrometrie de masă, IR, UV-vis, analiză elementară, analiză termogravimetrică) și studii computaționale (optimizarea structurii bazate pe calcule DFT). Mai mult, aceste rezultate vor fi urmate de studii privind interacțiunile cu biomacromoleculele (ADN, proteine) și evaluarea activității anticanceroase și mecanismul de acțiune al complecșilor metalici nou sintetizați.

Obiective

Prin urmare, obiectivul general al acestui proiect, intitulat Dezvoltarea unor noi complecși metalici cu acțiune asupra unor ținte moleculare diverse, ce conțin liganzi de tip polipiridil și pirimidinic, ca agenți antitumorali eficienți, este studiul potențialului terapeutic al complecșilor M(II) -polipiridil (M = Pt, Pd, Ru, Os) care poartă un ligand O, N sau O, O-donor, și anume acid orotic și acid isoorotic și entități chimice identice de tip N, N, și anume 2,2′-bipiridină, 1,10- fenantrolină. Obiectivele specifice ale acestei propuneri sunt următoarele:

O1. Sinteza a 16 complecși metalici heteroleptici (Pd, Pt, Ru, Os) care conțin acid orotic/ isoorotic și 2,2′-bipiridină/ fenantrolină ca liganzi auxiliari și caracterizarea lor structurală (prin RMN, MS, FT-IR, UV-vis, analiză elementară, analiză termogravimetrică). Identificarea situsului de legare pentru acizii orotici și isoorotici; studii computaționale (optimizarea structurii pe baza calculelor DFT).

O2. Studii privind interacțiunile cu biomacromolecule - albumina serică umană (HSA) interacționează cu molecule mici și este proteina dominantă în plasmă, cu o concentrație de 15-20 de ori mai mare în comparație cu transferrina. Astfel, complecșii metalici se vor lega, cel mai probabil, în principal de HSA în plasmă. Prin urmare, studiul privind interacțiunea cu biomacromolecule (ADN dublu catenar, transferină/ apotransferină umană, albumină serică umană, dipeptidil peptidază) va ajuta la identificarea posibilelor ținte moleculare și la transportul în plasmă pentru compușii țintă. Se vor efectua studii spectrofotometrice de deplasare a bromurii de etidiu/ Sybr Green® / Sybr Gold®.

Evaluarea activității anticanceroase și a mecanismului de acțiune al complecșilor metalici nou- sintetizați va fi efectuată după 1 septembrie 2021, de către colaboratorii noștri de la Institutul de Virusologie Stefan S. Nicolau, București. Rezultatele vor fi publicate după 1 septembrie 2021, cu recunoașterea ajutorului financiar oferit de proiect.

Diseminarea rezultatelor prin publicarea a cel puțin unei lucrări științifice într-o revistă indexată Web of Science și prin participarea la cel puțin un eveniment științific național sau internațional cu prezentare orală sau sub formă de poster. Cel puțin alte două lucrări științifice vor fi publicate după 1 septembrie 2021, care vor recunoaște ajutorul financiar oferit de proiect.

Mai mult, proiectul își propune să finanțeze o deplasare în cadrul Chimie ParisTech, Universitatea PSL, CNRS, Institutul de Chimie pentru Științele Vieții și Sănătății (Franța), sub supravegherea Dr. Gilles Gasser, care ar crește valoarea științifică a cercetării întreprinse și, prin urmare, a publicațiilor. Această ședere în străinătate ar permite o caracterizare aprofundată a noilor compuși prin spectrometrie de masă și spectroscopie RMN bidimensională (COZY, DEPT, HMBC, HSQC) - care în cazul unor astfel de complecși voluminoși este necesară pentru atribuirea corectă a tuturor protonilor.

Rezultate preconizate

1. Publicarea a cel puțin o lucrare într-o revistă cotată ISI cu un factor de impact > 2. Cel puțin alte două lucrări științifice vor fi publicate după 1 septembrie 2021, care vor recunoaște ajutorul financiar oferit de proiect.
2. Participare activă (rețineți că, din cauza pandemiei COVID, participarea ar putea fi online) la o conferință științifică internațională cu o prezentare orală și/ sau sub formă de poster).
3. O deplasare în străinătate.
4. Două rapoarte științifice și financiare.
5. Un raport de audit.