کمپلکس‌های تک‌هسته‌‌ای، دوهسته‌ای و پلیمری مس(II) با لیگاندهای پلی‌پیریدیلی: سنتز، شناسایی، ساختار بلوری، برهم‌کنش با DNA و BSA و فعالیت ضدسرطانی آنها در محیط in-vitro

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this thesis, four new polypyridyl complexes of Cu(II) with formulation [Cu(tptz)(dppz)](PF 6 ) 2 , [Cu(tpy)(dppz)](PF 6 ) 2 , [{Cu(tppz)Cl} 2 ( ? -Cl)](PF 6 )?toluene, and [Cu 2 ( ? -Cl) 2 ( ? -tppz)] n (PF 6 ) 2 n (where tptz = 2,4,6-tris(2-pyridyl)-1,3,5-triazine, dppz = dipyrido[3,2- a :2 ? ,3 ? - c ]phenazine, tpy = 2,2 ' :6 ' ,2 " -terpyridine, and tppz = 2,3,5,6-tetrakis(2-pyridyl)pyrazine) were synthesized and characterized. Furthermore, two other Cu(II) complexes, [Cu(tptz)Cl 2 ]?2H 2 O and [Cu(tptz) 2 ](PF 6 ) 2 , were considered for complementary studies such as the determination of crystal structure and biological activities. The solid state structures of [Cu(tptz)Cl 2 ]?2H 2 O, [Cu(tpy)(dppz)](PF 6 ) 2 , [{Cu(tppz)Cl} 2 ( ? -Cl)](PF 6 )?toluene, and [Cu 2 ( ? -Cl) 2 ( ? -tppz)] n (PF 6 ) 2 n were determined by single-crystal X-ray crystallography. Several biological activities of [Cu(tptz) 2 ](NO 3 ) 2 , [Cu(tptz)(dppz)](NO 3 ) 2 , [Cu(tpy)(dppz)](ClO 4 ) 2 , and [{Cu(tppz)Cl} 2 ( ? -Cl)](NO 3 ) were investigated. The mode and propensity for the binding of these complexes to DNA were studied by different spectroscopic, voltammetric, and gel electrophoresis techniques. The results show that [Cu(tptz)(dppz)](NO 3 ) 2 and [Cu(tpy)(dppz)](ClO 4 ) 2 are avid metallointercalators to DNA. The nuclease activity of [Cu(tptz) 2 ](NO 3 ) 2 , [Cu(tpy)(dppz)](ClO 4 ) 2 , and [{Cu(tppz)Cl} 2 ( ? -Cl)](NO 3 ) was also examined by agarose gel electrophoresis. Moreover, the in-vitro anticancer activity of these three complexes on the human breast adenocarcinoma (MCF-7) cell line was evaluated by an MTT assay. The results indicate that these complexes (specially [Cu(tptz) 2 ](NO 3 ) 2 and [Cu(tpy)(dppz)](ClO 4 ) 2 ,) have marked cell growth-inhibitory effects with the IC 50 values which are significantly better than that observed for cis- platin under the same experimental conditions. In addition, the apoptotic activity of [Cu(tptz) 2 ](NO 3 ) 2 and [Cu(tpy)(dppz)](ClO 4 ) 2 on MCF-7 cells was assessed via DAPI staining. The interaction of [{Cu(tppz)Cl} 2 ( ? -Cl)](NO 3 ) with BSA was monitored using fluorescence and electronic absorption spectroscopies.

در این رساله، چهار کمپلکس پلی¬پیریدیلی جدید از مس(II) با فرمول¬های [Cu(tptz)(dppz)](PF6)2، [Cu(tpy)(dppz)](PF6)2، [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](PF6)?toluene و [Cu2(?-Cl)2(?-tppz)]n(PF6)2n سنتز و شناسایی شدند که در ترکیب آنها tptz = 2، 4، 6- تریس(2- پیریدیل)- 1، 3، 5- تری‌آزین، dppz = دی¬پیریدو[3، 2-a:'2، '3-c]فنازین، tpy = 2، '2: '6، ''2- ترپیریدین و tppz = 2، 3، 5، 6- تتراکیس(2- پیریدیل)پیرازین است. همچنین دو کمپلکس پلی¬پیریدیلی دیگر با فرمول¬های [Cu(tptz)Cl2]?2H2O و [Cu(tptz)2](PF6)2 که قبلاً در این گروه تحقیقاتی سنتز شده بود، برای انجام مطالعات تکمیلی مانند تعیین ساختار بلوری و بررسی برخی خواص بیولوژیکی مورد توجه قرار گرفتند. ساختار حالت جامد کمپلکس-های [Cu(tptz)Cl2]?2H2O، [Cu(tpy)(dppz)](PF6)2، [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](PF6)?toluene و [Cu2(?-Cl)2(?-tppz)]n(PF6)2n به¬کمک کریستالوگرافی اشعه-X تک¬بلور تعیین شد. نتایج نشان دادند که کمپلکس¬های [Cu(tptz)Cl2]?2H2O و [Cu(tpy)(dppz)](PF6)2 از واحدهای منومری مجزا تشکیل شده¬اند، حال آن¬که کمپلکس [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](PF6)?toluene یک کمپلکس دوهسته¬ای با لیگاند پل کلرو است. همچنین مشخص شد که کمپلکس [Cu2(?-Cl)2(?-tppz)]n(PF6)2n یک پلیمر کوئوردیناسیون تک¬بعدی است که در ساختار آن، لیگاندهای tppz و کلرو به¬صورت پل کوئوردینه شده¬اند. با تعیین پیکربندی اطراف یون فلز مرکزی در کمپلکس پنج¬کوئوردینه [Cu(tpy)(dppz)](PF6)2 مشخص شد که این کمپلکس به¬صورت جالب توجهی مدل اَدیسون را نقض می¬کند و علی¬رغم 324/0= ?، آرایش فضایی لیگاندها از نوع دو هرمی مثلثی انحراف-یافته است. در ادامه، برخی از فعالیت¬های بیولوژیکی کمپلکس¬های [Cu(tptz)2](NO3)2، [Cu(tptz)(dppz)](NO3)2، [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 و [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) مورد بررسی قرار گرفت. شیوه و میزان برهم¬کنش این کمپلکس¬ها با DNA به¬کمک تکنیک¬های مختلف دستگاهی مانند طیف¬سنجی¬های جذب الکترونی، نشر فلوئورسانس، دورنگ¬نمایی حلقوی، دورنگ¬نمایی خطی، تکنیک¬های ولتامتری چرخه¬ای و پالس دیفرانسیلی و همچنین آزمون تغییر تحرک در الکتروفورز بر روی ژل آگارز بررسی شد. نتایج به¬دست آمده حاکی از این است که برهم¬کنش کمپلکس¬های [Cu(tptz)(dppz)](NO3)2 و [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 با DNA، به¬شیوه اینترکلیشن و از طریق جای¬گیری لیگاند dppz در بین بازهای DNA انجام می¬شود، حال آن¬که دو کمپلکس [Cu(tptz)2](NO3)2 و [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) به¬شیوه اینترکلیشن جزئی همراه با اتصال شیاری با DNA برهم¬کنش می¬کنند. علاوه¬براین، مشخص شد که میزان برهم¬کنش کمپلکس [Cu(tptz)(dppz)](NO3)2 با DNA (M–1 106 × 3/9 = Kapp) اندکی بیشتر از کمپلکس [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 (M–1 106 × 7/6 = Kapp) است. همچنین برهم¬کنش کمپلکس [Cu(tptz)2](NO3)2 با DNA (M–1 104 × 5/1 = Kb) قوی¬تر از کمپلکس [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) (M–1 103 × 4/7 = Kb) است. فعالیت نوکلئازی کمپلکس¬های [Cu(tptz)2](NO3)2، [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 و [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) بر روی پلاسمید pEGFP-N1 در غیاب و در حضور عوامل فعال¬ساز مانند H2O2 و آسکوربیک اسید بررسی شد. نتایج نشان داد که در شرایط یکسان، ترتیب قدرت نوکلئازی این کمپلکس¬ها به این صورت است: [Cu(tptz)2](NO3)2 [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3). در واقع، کمپلکس¬های [Cu(tptz)2](NO3)2 و [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 هم در غیاب و هم در حضور عامل فعال¬ساز (H2O2) فعالیت نوکلئازی قابل توجهی را از خود نشان می¬دهند، حال آن¬که کمپلکس [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) تنها در حضور عامل فعال¬ساز (آسکوربیک اسید) قادر به شکستن زنجیره DNA است. این نتایج و همچنین نتایج حاصل از بررسی¬های مکانیسمی نشان دادند که مکانیسم عمده در فرآیند شکست DNA در حضور این کمپلکس¬ها از نوع اکسیداتیو است. فعالیت سمیت سلولی کمپلکس-های [Cu(tptz)2](NO3)2، [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 و [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) بر رده سلول سرطانی MCF-7 (آدنوکارسینومای سینه انسان) به¬کمک آزمون MTT مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که این کمپلکس¬ها طی یک روند وابسته به غلظت بر سلول¬های سرطانی اثر کشنده دارند. مقایسه اثر سمیت سلولی این کمپلکس¬ها در شرایط یکسان (تیمار 24 ساعتی سلول¬ها با کمپلکس)، این ترتیب را برای فعالیت ضدسرطانی آنها نشان داد: [Cu(tptz)2](NO3)2 (M? 98/1 = IC50) [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 (M? 57/4 = IC50) [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) (M? 50 IC50) که با ترتیب فعالیت نوکلئازی این کمپلکس¬ها در توافق است. اثر سمیت سلولی کمپلکس [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) در زمان¬های تیمار 48 و 72 ساعت نیز بررسی شد و به¬ترتیب IC50 برابر با 52/18 و 03/16 برای این کمپلکس به¬دست آمد. از نکات جالب توجه در این پژوهش، مقایسه سمیت سلولی کمپلکس¬ها با داروی سیس-پلاتین است. نتایج نشان داد که در شرایط یکسان (تیمار 24 ساعتی) اثر کشندگی دو کمپلکس [Cu(tptz)2](NO3)2 و [Cu(tpy)(dppz)](ClO4)2 بر سلول¬های MCF-7 بسیار بیشتر از داروی سیس-پلاتین (M? 90/57 = IC50) است. با استفاده از روش رنگ¬آمیزی DAPI، اثر آپوپتوز القایی این دو کمپلکس نیز بر روی سلول¬های MCF-7 بررسی شد. با مشاهده تغییرات مورفولوژیکی وابسته به آپوپتوز در سلول¬های تیمار شده با این دو کمپلکس، احتمال می¬رود که اثر کشندگی این کمپلکس¬ها بر روی سلول¬های سرطانی از مسیر القاء آپوپتوز انجام شود. برهم¬کنش کمپلکس [{Cu(tppz)Cl}2(?-Cl)](NO3) با آلبومین سرم گاوی (BSA) نیز به¬کمک طیف-سنجی¬های جذب الکترونی و نشر فلوئورسانس بررسی شد. نتایج به¬دست آمده حاکی از برهم¬کنش قابل توجه این کمپلکس با BSA در حالت پایه است (M–1 105 × 3/2 = Kb).