Komplexy zlata v medicn Na SAu SAu P

Komplexy zlata v medicíně Na S–Au SAu. P Au SAu 2, 3, 4, 5 -tetra-O-acetyl-1 -1 - -D-S- 4 -amino-2 -merkaptothioglukozyl(triethylfosfin)zlatný benzoová kyselina komplex (Auranofin) (Krysolgan) thioglukóza (Solganol) Na Au — SAu thiopropanol sulfonát (Allocrysine) thiomalát sodnozlatný (Myochrisin) Na Na

Koordinace zlata [ NC — Au — CN ] – Cl N Au Ph 3 P N Au PPh 3 CN NC R S Au S R

Cisplatin The story of the invention of the anticancer drug cisplatin is a story of chemistry hidden in the science of biology

Normal and elongated E. coli: (a) scanning electron microphotograph of normal E. coli (Gramnegative rods); scanning electron micro-photograph of E. coli grown in medium containing a few parts per million of cisdiamminedichloroplatinum(II) (same magnification in all pictures). The platinum drug has inhibited cell division, but not growth, leading to long filaments. The serendipitous result of this experiment was that it was not the electric fields that inhibited bacterial growth but rather a platinum containing complex that later came to be known as cisplatin.

Cisplatina Time sequence photographs of two mice with solid Sarcoma 180 tumors. The mouse at the top was an untreated negative control. She died on day 21 when the tumor weighed about 3 g. The bottom mouse was in the group treated on day 8 with an intraperitoneal injection of cis-diamminedichloroplatinum(II). Her tumor was completely regressed six days after treatment, and she died of age-related causes almost 3 years later.

Cisplatina A group of researchers at Michigan State University subsequently found that cisplatin could also be used to inhibit the growth of cancer cells. For the past twenty years, cisplatin has proven to be highly effective for the treatment of various cancers, particularly testicular cancer.

Cisplatina October of 1996 - Tests revealed advanced testicular cancer that had spread to his lungs and his brain. He began an aggressive form of chemotherapy by the Platinol) In May of 1998 Lance celebrated his victory over cancer and his "official" return to U. S. cycling by winning the Sprint 56 K Criterium 1999 - he won Tour de France and his son Luke was born happy and healthy Oct 12 th.

Komplexy platiny – trans efekt

Hydrolýza cisplatiny + H 2 O – Cl– – H+ + H+ p. Ka = 6, 3 + H 2 O – Cl– – H+ + H+ p. Ka = 5, 6 p. Ka = 7, 3

Cisplatina ŽILNÍ KREV cisplatina Pt cisplatina pasivní difůze buněčná membrána CYTOPLAZMA Pt Pt + 2+ + Pt Pt aktivované formy cisplatiny Aplikace cisplatiny do organismu DNA nádorové buňky adukty DNA – cisplatina

Komplexy platiny – Cisplatina Mechanisms of cisplatin uptake and efflux. In addition to passive diffusion, cisplatin is also actively imported by the copper transporter CTR 1. Copper-transporting P-type adenosine triphosphate (ATP 7 B) has a role in cisplatin efflux. Wang, Lippard, Nature Reviews Drug Discovery, 2005

monofunkční adukty cis-platina bifunkční adukty 195 Pt NMR spektra interakce cisplatiny s DNA 12, 5 h. (ppm) 10, 5 hod. 8, 5 hod. 6, 5 hod. 4, 5 hod. 2, 5 hod. 0, 5 hod. (ppm)

Cisplatina cisplatina Pt strukturní vliv cisplatiny vázané na DNA

Cisplatina Navázání platiny na DNA

Cisplatina Pt Navázání platiny na guanidin v DNA

O RTG struktura aduktu platiny cisplatiny a d(Komplexy p. G) O O Pt O O O O

Komplex cisplatiny a DNA Komplexy platiny Pt Platina Dusík Fosfor

Komplexy platiny – Cisplatina 3 ' 5 ' Pt Pt A a 5 ' b 3 ' 5 ' c 3 ' 5 ' Pt Pt d 5 ' 3 ' 5 ' e 5 ' 3 '

Strukturní změny v DNA: Adukty DNA – cisplatina B-DNA 1, 2 Intrastrand Intra cross-link Jamieson and Lippard, Chem Rev, 99, 2467 (1999); Coste, et al, Nucleic Acids Res, 27, 1837 (1999). 1, 2 Interstrand Inter cross-link

Komplexy platiny – Cisplatina Intrastrand cross-link Bending: Unwinding: 32 – 34° 16 – 20° Interstrand cross-link 45° 79°

Komplexy platiny – Cisplatina Cisplatin-DNA adducts may cause various cellular responses: Wang, Lippard, Nature Reviews Drug Discovery, 2005

Komplexy platiny – Cisplatina Major mechanisms of resistance to cisplatin: • Inactivation of cisplatin by glutathione, metallothionein or other sulfur-containing molecules • Increased repair of cisplatin adducts • Reduced cisplatin accumulation by changing the profile of uptake /efflux • Increased cisplatin adducts tolerance and failure of apoptotic pathways

Metody molekulárního a buněčného zobrazování CT – computer tomography MR – magnetic resonance imaging SPECT – single photon emission computer tomography PET – positron emission tomography Optické metody

Kontrastní látky pro jednotlivé zobrazovací techniky CT – jodidové deriváty organických látek MR – komplexní sloučeniny Gd(III) SPECT – PET – 99 m. Tc 11 C, 18 F, ( 15 O, 13 N ), 68 Ga Optické metody – fluorescenční značky, organické látky, komplexy lanthanoidů Magnetická resonance + Komplexace radionuklidů Vyžaduje ligandy

MRI 2005 23 milions MR examinations in US ( 25 % ) In world near 100 milions examinations Contrast agents are used for more than 35 % Examinations

Principy NMR a MR NMR – variabilita frekvence – posice píků

Principy MR The figure was adopted from U. S. patent ‘ 832 of Dr. R. Damadian on 3 D MRI scanner. The patent was filled on March 17, 1972. MR – intensita píků (protony mol. vody) + prostorové rozlišení – gradient mg. pole P. C. Lauterbur, P. Mansfield ( Nobel Prize 2003 ) , R. Ernst (1991) Discrete Fourier Transormation

Principy MR Kontrast v MR vzniká na základě odlišné koncentrace vody v různých typech tkání a z různého odlišného relaxačního času protonů vody. Proton longitudinal – podélný T 1 Proton transversal – příčný T 2 magnetický relaxační čas T 1 – positivní kontrast, T 2 – negativní kontrast

Kontrastní látky pro MR Proton longitudinal T 1 – paramagnetické částice Proton transversal T 2 – ferromagnetické částice Kontrastní látky jsou užívány v ca 40 % vyšetření Více než 95 % kontrastních látek je založeno na Gd ( III )

Kontrastní látky pro NMR diagnostiku BEZ kontrastní látky s extracelulárním Gd(III) s angiografickým Gd(III)

Ligandy pro aplikaci v medicíně H 5 dtpa H 4 teta H 4 dota H 3 do 3 a

Struktura komplexů [ Gd (dota)] – [ Gd (dtpa)] 2–

Používané kontrastní látky

Ligandy pro aplikaci v medicíně H 5 dtpa H 4 dota

Interakce molekul vody s komplexem gadolinia (III) M Účinnost kontrastní látky se vyjadřuje pomocí relaxivity, relaxivity r 1 Mss r 1 = f ( M , R , Mss , T 1, 2 e ) r

Teoretický profil relaxivity při 20 MHz, 37 °C r 1 – log( R) – log( M)

Simulace relaxivity jako funkce protonové Larmorovy frequence (1 H NMRD profile) T = 37 C, 298 v = 40 ps, 2 = 1019 s 2, RGd. H = 3. 1 Å. Šedá oblast označuje oblast magnetických polí používaných v klinické praxi.

Ligands for lanthanide complexes with q = 2 r 1 = f ( q, M , R , MSS , T 1. 2 e ) DO 3 A AAZTA S. Aime, Aime University of Torino PCP 2 A HOPO K. N. Raymond, Raymond University of California S. Aime, Aime University of Torino

Izomerie komplexu Gd(DOTA)–

Diastereoizomerie u komplexů typu H 4 dota čtvercové antiprisma (SA) izomer M úhel = 45° [Gd(dota)(H 2 O)]– v pevném stavu: izomer M v roztoku: 15 % m, 85 % M zkřížené čtvercové antiprisma (TSA) izomer m úhel = – 22, 5° M / ns = 243

Izomerie komplexu Gd(DOTA)– v roztoku

r 1 = f ( q, M , R , MSS , T 1, 2 e ) Abudance of TSA – isomer is about 20 %. Despite of the fact, its contribution to the overall exchange rate is 90 %. Estimated for [Gd(dota)(H 2 O)]– F. A. Dunand, S. Aime, A. E. Merbach, J. Am. Chem. Soc. 122 (2000) 1506 F. A. Dunand, R. S. Dickins, D. Parker, A. E. Merbach, Chem. Eur. J. 7 (2001) 5160

r 1 = f ( q, M , R , MSS , T 1, 2 e ) Ovlivnění R Zpomalení molekulárního pohybu „tumbling„ Immobilizace jednoduchých komplexů tvorbou agregátů

Syntéza konjugátů …

1 H NMRD profil konjugátu Gd ( III ) DO 3 A-PBn. N{CS} s ß-cyclodextrinem

Dual Probes

Cyclodextrine conjugates (a) (b ) (c ) (d ) Fluorescent photomicrographs of Langerhans islets labeled by G 6. 9 F 0. 1 C: G 6. 9 F 0. 1 C a) visualization of the contrast agent (green) and karyons (blue); b) highlighting of the a-cells (yellow-orange); c) highlighting of the macrophages (yellow-orange); d) highlighting of the b-cells (pink). Islets were incubated with 1 mm G 6. 9 F 0. 1 C (per Gd. III) for 24 h. A typical size of the LIs is 300 µm.

MRI

Targeting Gd

SPECT 99 m. Tc poločas 6 hodin, energie 140 ke. V Generátor 99 Mo Z generátoru je získáván Tc. O 4– Nejde přímo zakomplexovat Redukce Sn. Cl 2 … Oxidační čísla IV, V Oxokation technecyl

Komplexace radionuklidů (I) Tc Tc Tc-Pn. AO překonání BBB, Tc rychlé vymývání Tc Tc-ECD, zobrazování mozku Tc

Komplexace radionuklidů (II) + R R R N N N Tc N N N R P R R O P Tc P O P R Tc-haxakis(2 -methoxy-isobutyl Tc Isonitril) myocardial perfusion agent Tc-tetrofosmin Tc Lipophilic non-specific Heart uptake, retention +

Některé ligandy a komplexy užité pro targeting Tc, Ga, In, Cu, Y, lanthanoidy jako 111 In komplex

Izotopy pro PET

PET 18 F (110) min. , 11 C (20 min. ) – cyclotron Combination of PET and MRI, PET and CT

Izotopy používané pro PET

11 C Cyclotron-generated carbon-11 is mainly produced by the proton bombardment of nitrogen-14 The two major 11 C precursors used in synthesis are 11 CO 2 and 11 CH 4 [11 C] CH 2 O [11 C] CH 3 OH [11 C] CH 3 I [11 C] CH 3 OTf [11 C] CO 2 [11 C] CH 4 [11 C] CCl 4 [11 C] HCN [11 C] COCl 2 [karbonyl-11 C] RCOCl [11 C] RCH 2 X [karbonyl-11 C] RCOOMX [11 C] RCH 2 OH

Příprava izotopů pro PET

Sloučeniny užívané pro PET methylace N –, O –, S – prekurzorů 11 CH 3 I , 11 CH 3 OTf PIB amyloid v Alzheimerově nemoci Raclopride – dopaminové receptory PMP aktivita acetylcholinesteráza (Alzh) Flumazalin – receptory benzodiazepinu

18 F Nejvíce používaná látka je [18 F] F 2 – nebo méně reaktivní [18 F] CH 3 COOF 1. [18 F] CH 3 COOF H 2 O 2. HCl [18 F] KF·K 222 deprotekce [18 F] je připravován reakcí 20 Ne (d, α)18 F nebo 18 O( p, n)18 F Na. OH

68 Ga pro PET 68 Ga poločas 68 minut Generátor pro 68 Ga Zdroj 68 Ge (T 1/2 = 271 d), které je sorbováno na matrici Ti. O 2 nebo Sn. O 2

Generátor pro 68 Ga

Příklady ligandů pro Ga(III) H 3 nota H 4 dota H 5 dtpa

PET/CT imaging of osteoblastic bone metastases with 68 Ga-bisphosponates – First in human study (a) = coronal PET, (b) = sagittal PET/CT. For comparison (c) shows 18 F-fluoride PET. University of Mainz, Zentral Klinik Bad Berka

Optické metody – Fluorescence Výhody – rozlišení, citlivost, malá množství látky (submikromolární koncentrace), jednoduchá instrumentace Nevýhody – malá propustnost tkání, posun do nečervené oblasti spektra, až NIR. Autofluorescence tkání. Možnost použití na vzdálenosti mm až centimetru. Vhodné excitační a emisní pásy.

Typy fluorescenčních látek Organické fluorofory – organické molekuly, např. fluorescein, rhodamin atd. , nevýhoda – postupný rozklad látky po opakovaných excitacích Quantum dots – nanokrystalické částice, většinou polovodiče, netoxické, stálé. Lanthanoidy – Tb, Eu ( VIS), Er, Nd ( NIR), pásy úzké zakázané, nízké absorpční koeficienty, ionty toxické. Komplexy, v blízkosti iontu musí být organická anténa.

Optické vlastnosti některých látek Látka Excitační m. [nm] Emisní m. [nm] Pam-78 771 796 Pam 800 778 799 Pam-Tc / Re-800 781 800 FAMRIS 490 – 500 515 – 525 Osteo. Sense 680 700 Osteo. Sense 750 780

Radionuklidy (I) Vybrané -zářiče s terapeutickým potenciálem: potenciálem max E (Me. V) energie -záření (Me. V) Radionuklid t½ (dny) 32 P a 14, 3 1, 71 47 Sc b 3, 4 0, 60 0, 159 ( 68 % ) 64 Cu b 0, 57 67 Cu b 2, 6 0, 57 0, 511 0, 184 0, 092 ( 38 % ) ( 48 % ) ( 23 % ) 89 Sr a 50, 5 1, 46 90 Y c 2, 7 2, 27 105 Rh a 1, 5 0, 57 0, 319 0, 306 ( 19 % ) (5%) a Radionuklidy získavané v jaderných reaktorech b Radionuklidy získavané v urychlovačích nabitých částic c 90 Y je generováno z rodičovského 90 Sr, který se získává v reaktorech

Radionuklidy (II) max E (Me. V) energie -záření (Me. V) Radionuklid t½ (dny) 111 Ag b 7, 5 1, 05 0, 342 (6%) 13, 6 0, 13 0, 158 ( 87 % ) 131 I a 8, 0 0, 81 0, 364 ( 81 % ) 149 Pm a 2, 2 1, 07 0, 286 (3%) 153 Sm a 1, 9 0, 80 0, 103 ( 29 % ) 166 Ho a 1, 1 1, 60 177 Lu a 6, 7 0, 50 0, 810 0, 113 0, 208 ( 6, 33 ) ( 6, 4 % ) ( 11 % ) 186 Re a 3, 8 1, 07 0, 137 (9%) 188 Re d 0, 7 2, 11 0, 155 ( 15 % ) 117 m Sn a a Radionuklidy získavané v jaderných reaktorech b Radionuklidy získavané v urychlovačích nabitých částic d 188 Re se získává ze systému 188 W / 188 Re

Některé ligandy a komplexy užité pro targeting (II) jako 67 Ga nebo 111 In komplex