Diseño y síntesis de nuevos complejos de Ru(II) y Os(II) con potencial aplicación en quimioterapia y fototerapia del cáncer

Abstract

En la presente Tesis Doctoral se ha establecido como finalidad el desarrollo de nuevos metalofármacos de rutenio(II) y osmio(II) como potenciales agentes para el tratamiento del cáncer. La metodología empleada se estructura en tres etapas. Inicialmente, se realiza el diseño, síntesis y caracterización de los nuevos compuestos mediante diversas técnicas espectroscópicas y espectrométricas. A continuación, se estudian sus propiedades fisicoquímicas y, en su caso, la interacción con la seroalbúmina humana (HSA). Finalmente, se realiza el estudio de las propiedades biológicas de los nuevos compuestos. La memoria se ha desarrollado a lo largo de siete capítulos, incluyendo el Capítulo I de introducción y el Capítulo VII de conclusiones. En el Capítulo II se ha establecido como objetivo el desarrollo de nuevos areno-complejos de Ru(II) y Os(II) ciclometalados como agentes quimioterapéuticos. Se ha modificado el ligando ciclometalado y el ligando monodentado, realizando el estudio de relación estructura-actividad. Los compuestos han sido caracterizados y se ha determinado su estabilidad en medio de cultivo. A su vez, se ha estudiado la interacción con la HSA, observándose que los compuestos con el ligando 4-N,N-dimetilaminopiridina son los que interaccionan más intensamente. A su vez, estos compuestos son los más citotóxicos frente a líneas celulares tumorales y los más selectivos, al ser menos activos frente a las células sanas. Además, son capaces de inducir apoptosis en las células cancerígenas debido a la disrupción del potencial de membrana mitocondrial y la inhibición de la síntesis de proteínas. Los mejores compuestos se han estudiado in vivo en el modelo animal C. elegans, observándose que son capaces de reducir el tamaño del tumor en sus gónadas y de aumentar su esperanza de vida. El objetivo del Capítulo III es el desarrollo de nuevos complejos octaédricos de Ru(II) ciclometalados como agentes fotosentibilizadores en terapia fotodinámica (PDT). Se ha realizado un estudio SAR modificando el sistema π-conjugado de los ligandos N^N, así como el ligando ciclometalado. Los compuestos son estables en condiciones de oscuridad y bajo irradiación con luz visible. Además, son capaces de fotooxidar el NADH y de fotogenerar oxígeno singlete. A su vez, los complejos son citotóxicos en oscuridad, inhibiendo la síntesis de proteínas, y se fotoactivan bajo irradiación con luz verde fotogenerando especies reactivas de oxígeno. Además, mantienen su actividad en condiciones de hipoxia, siendo posibles candidatos como agentes de PDT. El objetivo del Capítulo IV es el desarrollo de nuevos compuestos 2-(1-(aril)-1,2,3-triazol-4-il)benzotiazol con distintos sustituyentes electroaceptores o electrodadores. Los compuestos han sido caracterizados y se han estudiado sus propiedades ópticas, analizando el efecto “pull-push” y de solvatofluorocroísmo. Los estudios biológicos muestran que son citotóxicos en líneas celulares tumorales y también son selectivos. En el Capítulo V el objetivo es la síntesis de areno-complejos de Ru(II) como agentes antitumorales empleando los compuestos objetivo obtenidos en el Capítulo IV como ligandos N^N quelato. Los compuestos se han caracterizado y se han estudiado sus propiedades ópticas y su estabilidad. Se ha analizado la interacción con la HSA, observándose distintas intensidades de interacción en función del ligando N^N. Los complejos son citotóxicos en líneas celulares cancerígenas y menos activos frente a células sanas. Finalmente, el objetivo del Capítulo VI es la síntesis de complejos octaédricos de Ru(II) del tipo [Ru(phen)2(N^N)](OTf)2 como profármacos para quimioterapia fotoactivada (PACT), utilizando los ligandos N^N obtenidos en el Capítulo IV. Los complejos se han caracterizado y se han estudiado sus propiedades fotoquímicas. Se ha demostrado que son estables en oscuridad, condiciones en las que no son citotóxicos, pero al ser irradiados con luz azul fotoliberan el ligando 2-(1-(aril)-1,2,3-triazol-4-il)benzotiazol e inducen citotoxicidad. Por tanto, son buenos candidatos como profármacos para PACT.

The aim of this Doctoral Thesis is the development of new ruthenium(II) and osmium(II) metallopharmaceuticals as potential agents for cancer treatment. The methodology employed is structured in three stages. Initially, the design, synthesis and characterization by different spectroscopic and spectrometric techniques of the new compounds are carried out. Then, their physicochemical properties and, where appropriate, their interaction with human serum albumin (HSA) are studied. Finally, the biological properties of the new compounds are studied. The manuscript has been structured in seven chapters, including Chapter I of introduction and Chapter VII of conclusions. In Chapter II, the objective was the development of new arene-complexes of cyclometallated Ru(II) and Os(II) as chemotherapeutic agents. The cyclometallated and the monodentate ligands have been modified and a structure-activity relationship (SAR) study has been performed. The compounds have been characterised and their stability in culture medium has been determined. In turn, the interaction with HSA has been studied, showing that the compounds with the 4-N,N-dimethylaminopyridine ligand interact more intensely. Moreover, these compounds are the most cytotoxic against tumour cell lines and the most selective, being less active against healthy cells. In addition, they can induce apoptosis in cancer cells due to disruption of the mitochondrial membrane potential and inhibition of protein synthesis. The best compounds have been studied in vivo in the animal model C. elegans. The complexes are able to reduce the gonad tumour size and increase lifespan. The aim of Chapter III is the development of new cyclometalated Ru(II) octahedral complexes as photosensitising agents in photodynamic therapy (PDT). A SAR study has been performed by modifying the π-conjugated system of the N^N ligands as well as the cyclometalated ligands. The compounds are stable in dark conditions and under visible light irradiation. Furthermore, they are able to catalytically photooxidise NADH and to photogenerate singlet oxygen. In addition, the complexes are cytotoxic in the dark, inhibiting protein synthesis, and are photoactivated under green light irradiation photogenerating reactive oxygen species. Furthermore, they maintain their activity under hypoxic conditions, making them good candidates as PDT agents. The main objective of Chapter IV is the development of new 2-(1-(aryl)-1,2,3-triazole-4-yl)benzothiazole compounds with different electronacceptor or electrondonor substituents. The compounds have been characterised and their optical properties have been studied, analysing the pull-push effect and solvatofluorochroism. Biological studies show that they are cytotoxic in tumor cell lines and are also selective. In Chapter V, the stablished objective is synthesize Ru(II) arene-complexes as antitumour agents, using the compounds obtained in Chapter IV as N^N chelate ligands. The compounds have been characterised and their optical properties and stability have been studied. The interaction with HSA has been analysed and different interaction intensities have been observed depending on the respective N^N ligand. The complexes are cytotoxic in cancer cell lines and less active against healthy cells. Finally, the aim of Chapter VI is the synthesis of octahedral Ru(II) complexes [Ru(phen)2(N^N)](OTf)2 as prodrugs for photoactivated chemotherapy (PACT), using the N^N ligands obtained in Chapter IV. The complexes have been characterised and their photochemical properties have been studied, showing that they are stable in the dark, conditions in which they are not cytotoxic, but when irradiated with blue light they photoliberate the ligand 2-(1-(aryl)-1,2,3-triazole-4-yl)benzothiazole and induce cytotoxicity. They are good candidates as prodrugs for PACT.