Conception de nouveaux médicaments hybrides à partir de complexes de métaux portant des ligands biologiquement actifs

Synthesis and characterization of hybrid drugs based on ruthenium complex moiety and biologically active organic compounds

• Auteur / Autrice : Michał Pawel Łomzik
• Direction : Philippe Gros, Grazyna Stochel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 12/12/2016
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Uniwersytet Jagielloński (Kraków, Polska)
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Structures et réactivité des systèmes moléculaires complexes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Janusz Szklarzewicz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gros, Grazyna Stochel, Gilles Lemercier, Iwona Łakomska, Philippe Pierrat, Marc Beley, Malgorzata Brindell
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Lemercier, Iwona Łakomska

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cancer -- Thérapeutique

Toxicologie cellulaire

Albumines

Ruthénium -- Composés

Théranostique

Mots clés libres

Théranostique

Complexe de ruthénium

Albumine

Cytotoxicité

Theranostic

Ruthenium complex

Albumin

Cytotoxicity

Résumé

L’objectif de cette thèse est de préparer et caractériser de nouveaux agents théranostiques potentiels à base de complexes de ruthénium portant des molécules biologiquement actives. Pour évaluer potentiel théranostique des nouveaux composés les propriétés de luminescence et la cytotoxicité ont été considérées. Quatre nouveaux ligands portant des substituants a activité biologique: 5-(4-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylbut-1-yn-1-yl)pyridine-2-carbaldehyde semicarbazone (L1), 3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L2), 5,5-dimethyl-3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L3) and [1-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)-2,5-dioxoimidazolidin-4-yl]urea (L4) ont été prepares, caractérisés et engagés dans la synthese des complexes de ruthénium correspondants. Six complexes ont été obtenus a partir du ligand L1 ([Ru(bpy)2(L1)]2+, [Ru(Mebpy)2(L1)]2+, [Ru(tBubpy)2(L1)]2+, [Ru(Phbpy)2(L1)]2+, [Ru(dip)2(L1)]2+, [Ru(SO3dip)2(L1)]2-) et trios a partir de L2, L3 and L4 ([Ru(bpy)2(L2)]2+, [Ru(bpy)2(L3)]2+, [Ru(bpy)2(L4)]2+) (bpy = 2,2’-bipyridine, Mebpy = 4,4’-dimethyl-2,2-bipyridine, tBubpy = 4,4’-tert-butyl-2,2’-bipyridine, Phbpy = 4,4’-diphenyl-2,2-bipyridine, dip = 4,7-diphenyl-1,10-phenantroline and SO3dip = 4,7-di-(4-sulfonatophenyl)-1,10-phenantroline). Les propriétés spectroscopiques et photophysiques des composés ont été étudiées. La présence des ligands L1-L4 conduit a une décroissance du rendement quantique et de la durée de vie de l’état excité en comparaison des complexes non substitués [Ru(bpy)3]2+. Des calculs DFT montrent que les ligands L1-L4 n’influencent pas la géométrie du complexe mais accroissent le niveau énergétique de la HOMO induisant des band gap HOMO-LUMO plus faibles. Les interactions entre les complexes et l’human serum albumin (HSA) ont été étudiées. Tous les complexes préparaés montrent une tres forte affinité pour HSA – La constante d’association 105 M-1s-1 témoigne de la formation d’adduits Ru-HSA stables. Il a aussi été démontré que les complexes de ruthénium se lient préférentiellement a la poche hydrophobe des protéine, située dans le site 1 de Sudlow dans le sous domaine II A. Des études préliminaires ont montré que les complexes de ruthénium préparés presentent une activité cytotoxique vis-à-vis de diverses lignées de cellules cancéreuses. Cette activité associée aux bonnes propriétés de luminescence (rendement quantique, durée de vie) fait des nouveaux complexes des candidats potentiels pour les applications théranostiques

The main goal of this thesis was synthesis and preliminary characterization of novel ruthenium(II) polypyridyl complexes bearing biologically active molecules as potential theranostic agents. Luminescence for the diagnostic applications, and cytotoxicity for the anticancer, therapeutic applications are considered as the theranostic properties. Four new ligands containing biologically active moieties - 5-(4-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylbut-1-yn-1-yl)pyridine-2-carbaldehyde semicarbazone (L1), 3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L2), 5,5-dimethyl-3-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)imidazolidine-2,4-dione (L3) and [1-(5-4’-methyl-[2,2’-bipyridine]-4-ylpentyl)-2,5-dioxoimidazolidin-4-yl]urea (L4) were synthesized and characterized. The ligands were used to obtain nine novel ruthenium(II) polypyridyl complexes. Six complexes were synthesized with ligand L1 ([Ru(bpy)2(L1)]2+, [Ru(Mebpy)2(L1)]2+, [Ru(tBubpy)2(L1)]2+, [Ru(Phbpy)2(L1)]2+, [Ru(dip)2(L1)]2+, [Ru(SO3dip)2(L1)]2-) and three with ligands L2, L3 and L4 ([Ru(bpy)2(L2)]2+, [Ru(bpy)2(L3)]2+, [Ru(bpy)2(L4)]2+) (bpy = 2,2’-bipyridine, Mebpy = 4,4’-dimethyl-2,2-bipyridine, tBubpy = 4,4’-tert-butyl-2,2’-bipyridine, Phbpy = 4,4’-diphenyl-2,2-bipyridine, dip = 4,7-diphenyl-1,10-phenantroline and SO3dip = 4,7-di-(4-sulfonatophenyl)-1,10-phenantroline). The spectroscopic and photophysical properties of those complexes were determined. The presence of ligands L1-L4 in the structure of the complex decreased luminescence quantum yield and luminescence lifetime in comparison with unmodified [Ru(bpy)3]2+ complex. The theoretical calculations have shown that ligands L1-L4 do not have influence on ruthenium core geometry. However, they increased the energy of the HOMO that resulted in a shorter band gap. The simulated electronic absorption spectra were in a good agreement with the experimental data. The interactions between the studied ruthenium complexes and human serum albumin (HSA) were investigated. All studied Ru(II) complexes exhibited strong affinity to HSA with the association constant 105 M-1s-1, which suggests formation of Ru complex-HSA adducts. It was also determined that ruthenium complexes most likely bind to the hydrophobic pocket of protein, located in Sudlow’s site I in the subdomain II A. Preliminary cytotoxicity evaluation for the studied ruthenium complexes showed their cytotoxic activity towards cancer cell lines. Those results, together with good luminescence properties of the studied ruthenium complexes (luminescence lifetimes and luminescence quantum yield) make them interesting candidates for potential theranostic applications