Complejos organometálicos de Ru(II), Os(II) e Ir(III) como potenciales agentes anticancerígenos en quimioterapia y terapia fotodinámica

Abstract

En la presente Tesis Doctoral se ha establecido como finalidad el desarrollo de nuevos complejos de Ru(II), Os(II) e Ir(III) como potenciales agentes anticancerígenos en quimioterapia y terapia fotodinámica. La metodología que se ha utilizado en cada capítulo se estructura en tres etapas: síntesis y caracterización de los complejos, estudio de sus propiedades fotofísicas y biológicas en medios libres de células, y la realización de los ensayos biológicos en distintas líneas celulares de cáncer. La memoria se ha estructurado en siete capítulos, que incluyen la introducción (Capítulo 1) y las conclusiones (Capítulo 7). El Capítulo 2 se centra en la preparación de areno-complejos de Os(II) con un ligando N^N derivado de 2-(1-aril)-1,2,3-triazol-4-il)benzotiazol con sustituyentes electroaceptores o electrodadores. Los compuestos han sido caracterizados y se ha estudiado su comportamiento en medio acuoso, así como su interacción con la HSA, observándose que el compuesto con el sustituyente –N(CH3)2 es el que más interacciona con la proteína. Dicho complejo demostró ser el más citotóxico frente a cultivos 2D y células madre cancerosas de RD en forma de esferoides 3D. Su mecanismo de acción en células RD reveló que provoca daño mitocondrial y la detención del ciclo celular en la fase G1. El Capítulo 3 aborda el desarrollo de complejos octaédricos ciclometalados de Os(II). Estos se caracterizan por ser absorbentes pancromáticos y estables en medio de cultivo y DMSO. Además, interaccionan con la HSA, destacando el complejo con el sustituyente –N(CH3)2 en el C^N y la bpy como N^N, por su mayor afinidad. Los estudios de la actividad antiproliferativa revelaron que dicho complejo era el más citotóxico en líneas celulares 2D y 3D y, estudios posteriores, demostraron que activan la vía del estrés del RE en células cancerosas y alterar la homeostasis del calcio. En el Capítulo 4 se describe la síntesis de complejos de Ru(II) análogos a los de Os(II) del Capítulo 3. Se estudiaron sus propiedades fotofísicas y se comprobó su estabilidad en medio de cultivo y en DMSO. Además, se demostró que todos los complejos interaccionan con la HSA y se evaluó la capacidad para generar oxígeno singlete y/o radical hidroxilo en medios libres de células. Finalmente se estudiaron las propiedades biológicas tras la irradiación con luz verde y los estudios mecanísticos revelaron que los complejos se acumulan en compartimentos ricos en membranas, y generan ROS y desencadenan la muerte celular mediante oncosis tras la irradiación con luz verde. El capítulo 5 se enfoca en la preparación de nuevos complejos ciclometalados de Ir(III) con ligandos derivados de benzotiazol o benzimidazol, con sustituyentes dadores o aceptores. Los nuevos complejos son capaces de oxidar catalíticamente el NADH tras la irradiación con luz azul, así como de generar oxígeno singlete y radical hidroxilo, en medios libres de células. En cuanto a su estudio biológico, los complejos son fototóxicos, se acumulan preferentemente en los lisosomas y conducen a la muerte celular por oncosis. Finalmente, el Capítulo 6 se centra en la preparación de complejos de Ir(III) con distintos ligandos C^N y con un ligando N^N conjugado a un fragmento de cumarina. Además de investigar la influencia del fragmento de cumarina en las propiedades fotofísicas de los nuevos complejos, se demostró que son capaces de fotooxidar el NADH, así como de generar radicales hidroxilo y oxígeno singlete en presencia de luz verde. El estudio de la actividad antiproliferativa de los complejos en células HeLa y A375 reveló que muestran una elevada fototoxicidad con luz verde, con valores de PI que alcanzan >200.

The objective of this Doctoral Thesis is to develop novel Ru(II), Os(II) and Ir(III) complexes as potential anticancer agents for use in chemotherapy and photodynamic therapy. The methodology used in each chapter is organized into three stages: the synthesis and characterization of the complexes, the investigation of their photophysical and biological properties in cell-free media, and the performance of biological across various cancer cell lines. The thesis is structured into seven chapters, including the introduction (Chapter 1) and the conclusions (Chapter 7). Chapter 2 is dedicated to the preparation of arene-complexes of Os(II) featuring an N^N ligand derived from 2-(1-aryl)-1,2,3-triazol-4-yl)benzothiazole with electron-accepting or electron-donating substituents. The compounds have been characterized, and their behaviour in aqueous media has been examined. Moreover, their interaction with HSA has been studied, and it has been observed that the compound with the -N(CH3)2 substituent exhibits the highest level of interaction with the protein. This complex has demonstrated the greatest cytotoxicity against 2D cultures and RD cancer stem cells in the form of 3D spheroids. Its mechanism of action in RD cells has been shown to induce mitochondrial damage and cause cell cycle arrest in the G1 phase. Chapter 3 addresses the development of cyclometallated octahedral Os(II) complexes. These complexes are characterized by their panchromatic absorbance and stability in both culture medium and DMSO. Furthermore, the interact with HSA, with particular emphasis on the complex featuring -N(CH3)2 substituent on the C^N ligand and bpy as the N^N ligand, due to its higher affinity. Antiproliferative activity studies revealed that this complex exhibited the highest cytotoxicity in both 2D and 3D cell lines. Subsequent investigations demonstrated that it activates the endoplasmatic reticulum stress pathway and disrupts calcium homeostasis in cancer cells. Chapter 4 details the synthesis of Ru(II) complexes, analogous to the Os(II) complexes discussed in Chapter 3. Their photophysical properties were investigated, and their stability in both culture medium and DMSO was assessed. Additionally, all complexes were found to interact with HSA, and their capacity to generate singlet oxygen and/or hydroxyl radicals in cell-free media was evaluated. Finally, the biological properties of these complexes under green light irradiation were examined. Mechanistic studies revealed that the complexes accumulate in membrane-rich compartments, generate ROS and trigger cell death by oncosis upon green light irradiation. Chapter 5 describes the preparation of novel cyclometallated Ir(III) complexes featuring benzothiazole- or benzimidazole-derived ligands with either donor or acceptor substituents. These newly synthesized complexes exhibit the ability to catalytically oxidize NADH upon blue light irradiation and generate singlet oxygen and hydroxyl radicals in cell-free media. In terms of their biological evaluation, the complexes demonstrate phototoxicity, preferentially accumulate in lysosomes, and induce cell death by oncosis. Finally, Chapter 6 focuses on the synthesis of Ir(III) complexes featuring various C^N ligands and an N^N ligand conjugated to a coumarin fragment. Beyond examining the influence of the coumarin fragment on the photophysical properties of these new complexes, it was demonstrated that they can photooxidize NADH and generate hydroxyl radicals and singlet oxygen under green light irradiation. The investigation of the antiproliferative activity of these complexes in HeLa and A375 cells revealed significant phototoxicity under green light, with phototoxicity index (PI) values reaching 200.