Evaluation of the matabolic response of osteosarcoma cells to conventional and new anticancer drugs by NMR metabolomics

The main scope of this work was to evaluate the metabolic effects of anticancer agents (three conventional and one new) in osteosarcoma (OS) cells and osteoblasts, by measuring alterations in the metabolic profile of cells by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy metabolomics. Chapter 1 gives a theoretical framework of this work, beginning with the main metabolic characteristics that globally describe cancer as well as the families and mechanisms of action of drugs used in chemotherapy. The drugs used nowadays to treat OS are also presented, together with the Palladium(II) complex with spermine, Pd2Spm, potentially active against cancer. Then, the global strategy for cell metabolomics is explained and the state of the art of metabolomic studies that analyze the effect of anticancer agents in cells is presented. In Chapter 2, the fundamentals of the analytical techniques used in this work, namely for biological assays, NMR spectroscopy and multivariate and statistical analysis of the results are described. A detailed description of the experimental procedures adopted throughout this work is given in Chapter 3. The biological and analytical reproducibility of the metabolic profile of MG-63 cells by high resolution magic angle spinning (HRMAS) NMR is evaluated in Chapter 4. The metabolic impact of several factors (cellular integrity, spinning rate, temperature, time and acquisition parameters) on the 1H HRMAS NMR spectral profile and quality is analysed, enabling the definition of the best acquisition parameters for further experiments. The metabolic consequences of increasing number of passages in MG-63 cells as well as the duration of storage are also investigated. Chapter 5 describes the metabolic impact of drugs conventionally used in OS chemotherapy, through NMR metabolomics studies of lysed cells and aqueous extracts analysis. The results show that MG-63 cells treated with cisplatin (cDDP) undergo a strong up-regulation of lipid contents, alterations in phospholipid constituents (choline compounds) and biomarkers of DNA degradation, all associated with cell death by apoptosis. Cells exposed to doxorubicin (DOX) or methotrexate (MTX) showed much slighter metabolic changes, without any relevant alteration in lipid contents. However, metabolic changes associated with altered Krebs cycle, oxidative stress and nucleotides metabolism were detected and were tentatively interpreted at the light of the known mechanisms of action of these drugs. The metabolic impact of the exposure of MG-63 cells and osteoblasts to cDDP and the Pd2Spm complex is described in Chapter 6. Results show that, despite the ability of the two agents to bind DNA, the metabolic consequences that arise from exposure to them are distinct, namely in what concerns to variation in lipid contents (absent for Pd2Spm). Apoptosis detection assays showed that, differently from what was seen for MG-63 cells treated with cDDP, the decreased number of living cells upon exposure to Pd2Spm was not due to cell death by apoptosis or necrosis. Moreover, the latter agent induces more marked alterations in osteoblasts than in cancer cells, while the opposite seemed to occur upon cDDP exposure. Nevertheless, the results from MG-63 cells exposure to combination regimens with cDDP- or Pd2Spm-based cocktails, described in Chapter 7, revealed that, in combination, the two agents induce similar metabolic responses, arising from synergy mechanisms between the tested drugs. Finally, the main conclusions of this thesis are summarized in Chapter 8, and future perspectives in the light of this work are presented.

Études spectroscopiques expérimentales et théoriques de complexes de métaux de transition

Cette thèse présente une série d'études qui visent la compréhension de la structure électronique de complexes de métaux de transition en employant diverses méthodes de spectroscopie. L'information sur la structure électronique aide à comprendre et développer des nouveaux matériaux, des nouvelles voies de synthèses, ainsi que des nouveaux modèles théoriques. Habituellement, afin d'explorer la structure électronique d'un système qui comporte en son centre un métal de transition, l'information fournie par les spectres d'un seul composé n'est pas suffisante. On étudie une série de composés similaires, qui ont le même métal de transition à un degré d'oxydation donné, ainsi que des ligands qui forment des liaisons de différentes forces et caractéristiques avec le métal. Cependant, ces changements, bien qu'on les désire de faible impact, créent une grande perturbation de la structure électronique visée par les études. Afin d'étudier en profondeur une seule structure électronique, nous employons une stratégie d'analyse moins perturbante. Nous appliquons une pression hydrostatique sur les complexes de métaux de transition. Cette pression perturbe le système suffisamment pour nous livrer davantage d'informations sur la structure électronique, sans la « dénaturer ». Afin d'étudier précisément ces systèmes perturbés, la technique d'application de pression est conjuguée, dans la littérature, aux diverses techniques de spectroscopie d'absorption UV-visible, de luminescence, ainsi que de diffusion Raman. Pour extraire un maximum d'informations de ces expériences, on emploie des techniques de calculs de structure électronique ainsi que de dynamique des noyaux. Dans cette thèse, on tente de mettre en lumière la structure électronique de composés de molybdène(IV), de platine(II) et palladium(II) à l'aide de la technique de pression couplée aux spectroscopies de luminescence et de diffusion Raman. Dans le chapitre 3, on observe un déplacement de la bande de luminescence de +12 cm-1/kbar entre la pression ambiante et 25 kbar pour le complexe trans-[MoOCl(CN-t-Bu)4]BPh4, dont le centre métallique molybdène(IV)est de configuration électronique 4d2. Il s'agit de la première variation positive observée pour un complexe de type métal-oxo. À des pressions plus élevées, la tendance s'inverse. Le maximum d'énergie de la bande de luminescence se déplace de -8 cm-1/kbar. Ce changement de variation présage d'une compétition interne entre les ligands situés sur les différents axes de l'octaèdre. À l'aide de calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, on propose un mécanisme pour expliquer ce phénomène. Au cours du chapitre 4, on étudie des complexes de palladium(II) et de platine(II) qui ont les mêmes ligands. Un de ces ligands est le 1,4,7-trithiacyclononane (ttcn). On constate qu'à basse pression le ligand est bidentate. Par contre, lorsque la pression augmente, on constate, par exemple à l'aide du complexe [Pt(ttcn)Cl2], qu'une interaction anti-liante supplémentaire se produit entre le ligand ttcn et le métal, ce qui change la nature de l'orbitale HOMO. On observe un déplacement de la bande de luminescence de -19 cm-1/kbar. Tel que pour le complexe de molybdène(IV), le déplacement de la bande de luminescence dépend de la compétition entre les ligands situés sur les différents axes de l'octaèdre. L'interaction liante entre l'ion platine(II) et l'atome de soufre axial est l'effet le plus plausible qui peut induire un déplacement de la bande de luminescence vers les basses énergies. Ceci nous indique que cette interaction domine. Par contre, pour ce qui est du complexe palladium(II), la compétition est remportée par d'autres effets, car le déplacement de la bande de luminescence est de +6 cm-1/kbar. Encore une fois, des calculs, basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, aident à explorer les causes de ces observations en suggérant des explications corroborées simultanément par les diverses expériences de spectroscopie. Lors du chapitre 5, une étude plus exacte de la structure électronique ainsi que de la dynamique des noyaux de complexes de métaux de transition est présentée. En effet, les complexes de palladium(II) et de platine(II), de type [M(X)4]2-, ont une structure simple, très symétrique. Le premier état excité de ces molécules subit la distorsion Jahn-Teller. On veut établir un protocole de travail pour les expérimentateurs afin d'analyser des spectres de molécules pour lesquelles l'approximation de Born-Oppenheimer n'est pas valide. On utilise la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps ainsi que le modèle de Heidelberg afin de décrire des effets non adiabatique. On tente d'établir l'influence des effets non adiabatiques sur les spectres de ce type de complexe.

Progrès vers la synthèse totale de l'hodgsonox

Ce mémoire présente une poursuite de l’étude vers la synthèse de l’hodgsonox, un sesquiterpénoïde naturel possédant des propriétés insecticides contre la mouche verte d’Australie, Lucilia cuprina. L’hodgsonox comporte six centres stéréogènes et trois cycles : un époxyde fusionné à un cycle à cinq chaînons et une fonction éther cyclique à six chaînons doublement allylique. La stratégie de synthèse de l’hodgsonox proposée comporte dix-neuf étapes linéaires. Elle s’appuie sur les travaux préliminaires de Lise Bréthous, étudiante au doctorat, de Nicolas Lévaray, étudiant à la maîtrise, ainsi que du Dr. Ying Dong Lu et de la Dr. Sonia Diab, qui ont tous travaillé précédemment dans le groupe de la Pr. Lebel. La première étape de cette synthèse consiste en une hydrogénation cinétique dynamique de Noyori permettant d’obtenir un seul diastéréoisomère à partir de l’α-acétylbutyrolactone. Une séquence de six étapes linéaires supplémentaires, comprenant l’ouverture de la lactone ainsi qu’une métathèse d’oléfine, permet d’obtenir le cycle à cinq chaînons avec un rendement global de 37%. L’unité isopropyle est par la suite installée par une addition conjuguée pour former un éther d’énol silylé, qui est directement oxydé en la cétone correspondante avec l’acétate de palladium(II). Une réaction d’hydrosilylation subséquente permet d’obtenir la stéréochimie syn attendue de l’unité isopropyle. Par la suite, la carbonylation d’un intermédiaire triflate permet d’obtenir le squelette de base pour la formation de l’éther cyclique. Enfin, le cycle à six chaînons est formé par insertion O−H intramoléculaire d’un diazo avec un rendement global de 2% sur 17 étapes. Les travaux spécifiques de l’auteure comprennent l’évaluation de conditions catalytiques pour l’oxydation de Saegusa de l’éther d’énol silylé. Les trois dernières étapes ont également été explorées par l’auteure. Il s’agit de l’époxydation de la double liaison endocyclique, de l’insertion dans un lien O−H catalysée par un dimère de rhodium, et de la méthylénation. Enfin, l’exploration d’une voie alternative a été entamée. Cette nouvelle voie consiste à former l’éther cyclique par une substitution nucléophile sur un époxyde. La double liaison exo-cyclique serait installée par une simple réaction de déshydratation.

Activation chimiosélective et dérivatisation d’amides et d'alcools : synthèse de plusieurs groupements fonctionnels et hétérocycles

Un objectif majeur en chimie organique est le développement de méthodes de synthèses générales, simples et peu coûteuses permettant la modification efficace des ressources naturelles en différents produits d’intérêt public. En particulier, la recherche de méthodes chimiosélectives et de méthodes dites « vertes » représente un intérêt croissant pour le secteur industriel (dont le domaine pharmaceutique). En fait, l’application en synthèse sur grande échelle de procédés catalytiques, sélectifs et utilisant des conditions douces permet de réduire le volume de déchets et la demande énergétique, minimisant ainsi les coûts de production et les effets néfastes sur l’environnement. Dans ce contexte, le groupe de recherche du Professeur André B. Charette de l’Université de Montréal s’intéresse au développement de méthodes générales et chimiosélectives permettant la transformation de fonctionnalités aisément accessibles tels que les amides et les alcools. La fonction amide, aussi appelée liaison peptidique dans les protéines, est présente dans diverses familles de molécules naturelles et est couramment employée comme intermédiaire synthétique dans la synthèse de produits d’intérêt pharmaceutique. Le groupement alcool est, quant à lui, l’une des fonctionnalités les plus abondantes dans la nature, intrinsèquement et largement utilisé en chimie de synthèse. Dans le cadre de cette thèse, des transformations simples, générales et chimiosélectives ont été réalisées sur des amides secondaires et tertiaires, ainsi que sur des alcools primaires et secondaires. La première partie de ce manuscrit se penche sur l’activation de la fonction amide par l’anhydride triflique (Tf2O), suivie de l’addition nucléophile de différents réactifs permettant ainsi la formation de plusieurs groupements fonctionnels versatiles, parfois indispensables, couramment employés en chimie organique tels que les aldimines, les aldéhydes, les amines, les cétones, les cétimines et des dérivés de la fonction amidrazone. Cette dernière fonctionnalité a également été utilisée dans des réactions successives vers la formation d’hétérocycles. De ce fait, des 1,2,4-triazoles ont été formés suite à une cyclodéshydratation initiée en conditions thermiques et faiblement acides. D’autre part, des 3-aminoindazoles ont été synthétisés par une fonctionnalisation C–H catalysée par un sel de palladium (II). La deuxième partie de la thèse est consacrée à la réaction de Mitsunobu en conditions acides, permettant ainsi la substitution nucléophile d’alcools en présence de carbamines (ou amines ne possédant pas de groupement électro-attracteurs). Ce type de nucléophile, basique lorsqu’utilisé comme base libre (avec un pKa se situant au-dessus de 13 dans le DMSO), n’est intrinsèquement pas compatible dans les conditions standards de la réaction de Mitsunobu. Contrairement aux conditions usuelles multi-étapes employant la réaction de Mitsunobu, la méthode développée au cours de cette étude permet la formation d’amines substituées en une seule étape et ne requiert pas l’emploi de groupements protecteurs.

Extended-chain, multinuclear transition metal complexes bridged by cyanodiazenido(1-), [N=N-C=N](-), ligands

Extended-chain complexes containing multiple transition metal centres linked by conjugated mu-cyanodiazenido(1-) ligands [N= N-C N]-have been obtained by reaction of trans-[BrW(dppe)(2)(N2CN)], 1, [dppe = 1,2-bis(diphenylphosphino) ethane] with dirhodium(II) tetra-acetate, bis(benzonitrile) palladium(II) dichloride, and bis(aqua) M(II) bis(hexa. uoroacetylacetonate) (M = Mn, Ni, Cu, Zn): stronger Lewis acids such as tetrakis(acetonitrile) palladium(II) tetra. uoroborate and boron trifl. uoride promote hydrolysis of complex 1, leading to the isolation of a novel carbamoylhydrazido(2-) complex, trans-[BrW(dppe) 2(N2HC=ONH2)](+)[BF4](-).

Synthesis, structure, and redox states of homoleptic d-block metal complexes with bis-1,2,4-triazin-3-yl-pyridine and 1,2,4-triazin-3-yl-bipyridine extractants

it has been established that triazinyl bipyridines (hemi-BTPs) and bis-triazinyl pyridines (BTPs), ligands which are currently being investigated as possible ligands for the separation of actinides from lanthanides in nuclear waste, are able to form homoleptic complexes with first row transition metals such as cobalt(IT), copper(II), iron(II), manganese(II), nickel(II) and zinc(II). The metal complexes exhibit six-co-ordinate octahedral structures and redox states largely analogous to those of the related terpyridine complexes. The reactivity of the different redox states of cobalt bis-hemi-BTP complex in aqueous environments has been studied with two-phase electrochemistry by immobilisation of the essentially water-insoluble metal complexes on graphite electrodes and the immersion of this modified electrode in an aqueous electrolyte. It was found that redox potentials for the metal-centred reactions were pH-independent whereas the potentials for the ligand-centred reactions were strongly pH-dependent. The reductive degradation of these complexes has been investigated by computational methods. Solvent extraction experiments have been carried out for a range of metals and these show that cobalt(II) and nickel(II) as well as palladium(II), cadmium(II) and lead(II) were all extracted with the ligands 1e and 2c with higher distribution ratios that was observed for americium(III) under the same conditions. The implications of this result for the use of these ligands to separate actinides from nuclear waste are discussed. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Induced-fit binding of π-electron donor substrates to macrocyclic aromatic ether-imide-sulfones: a versatile approach to molecular assembly

Novel macrocyclic receptors which bind electron-donor aromatic substrates via π-stacking donor- acceptor interactions are obtained by cyclo-imidization of an amine-functionalized arylether-sulfone with pyromellitic- and 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydrides. These macrocycles complex with a wide variety of π-donor substrates including tetrathiafulvalene, naphthalene, anthracene, pyrene, perylene, and functional derivatives of these polycyclic hydrocarbons. The resulting supramolecular assemblies range from simple 1:1 complexes, to [2]- and [3]-pseudorotaxanes, and even (as a result of crystallographic disorder) an apparent polyrotaxane. Direct, five-component self-assembly of a metal-centred [3]pseudorotaxane is also observed, on complexation of a macrocyclic ether-imide with 8-hydroxyquinoline in the presence of palladium(II) ions. Binding studies in solution were carried out by 1H NMR and UV-visible spectroscopy, and the stoichiometries of binding were confirmed by Job plots based on charge-transfer absorption bands. The highest association constants are found for strong π-donor guests with large surface-areas, notably perylene and 1-hydroxypyrene, for which Ka values of 1.4 x 103 and 2.3 x 103 M-1 respectively are found. Single crystal X-ray analyses of the receptors and their derived complexes reveal large, induced-fit distortions of the macrocyclic frameworks as a result of complexation. These structures provide compelling evidence for the existence of strong, attractive forces between the electronically-complementary aromatic π-systems of host and guest.

An operationally simple sonogashira reaction for an undergraduate organic chemistry laboratory class

An operationally simple, reliable, and cheap Sonogashira reaction suitable for an undergraduate laboratory class that can be completed within a day-long (8 h) laboratory session has been developed. Cross-coupling is carried out between 2-methyl-3-butyn-2-ol and various aryl iodides using catalytic amounts of bis-(triphenylphosphine)palladium(II) dichloride, with copper(I) iodide as a cocatalyst, in triethylamine at room temperature, so a range of products can be prepared within a single group and results compared. The coupling itself is usually complete within 1.5 h and is easily monitored by TLC, leaving up to 6 h for purification and characterization. Purification is by “mini flash column chromatography” through a plug of silica encased in the barrel of a plastic syringe, so the procedure is amenable to large class sizes.

Dithiocarbazate complexes with the [M(PPh(3))](2+) (M=Pd or Pt) moiety Synthesis, characterization and anti-Tripanosoma cruzi activity

New neutral Pd(II) and Pt(II) complexes of the type [M(L)(PPh(3))] (M Pd or Pt) were prepared in crystalline form in high-yield synthesis with the S-benzyldithiocarbazates and S-4-nitrobenzyldithiocarbazates derivatives from 2-hydroxyacetophenone, H(2)L(1a) and H(2)L(1b), and benzoylacetone, H(2)L(2a) and H(2)L(2b). The new complexes [Pt(L(1a))(PPh(3))] (1), [Pd(L(1a))(PPh(3))] (2), [Pt(L(1b))(PPh(3))] (3), [Pd(L(1b))(PPh(3))] (4), [Pt(L(2a))(PPh(3))] (5), [Pd(L(2a))(PPh(3))] (6), [Pt(L(2b))(PPh(3))] (7) and [Pd(L(2b))(PPh(3))] (8) were characterized on the basis of elemental analysis, conductivity measurements, UV-visible, IR, electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS), NMR ((1)H and (31)P) and by X-ray diffraction studies. The studies showed that differently from what was observed for the H(2)L(1a) and H(2)L(1b) ligands, H(2)L(2a) and H(2)L(2b) assume cyclic forms as 5-hydroxypyrazolinic. Upon coordination, H2L2a and H2L2b suffer ring-opening reaction, coordinating in the same manner as H(2)L(1a) and H(2)L(1b), deprotonated and in O,N,S-tridentate mode to the (MPPh(3))(2+) moiety. All complexes show a quite similar planar fourfold environment around the M(II) center. Furthermore, these complexes exhibited biological activity on extra and intracellular forms of Trypanosoma cruzi in a time- and concentration-dependent manner with IC(50) values ranging from 7.8 to 18.7 mu M, while the ligand H(2)L(2a) presented a trypanocidal activity on trypomastigote form better than the standard drug benznidazole. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Synthesis and characterization of mono and polymeric cyclopalladated compounds: Crystal and molecular structure of [{Pd(dmba)(ONO(2))}(2)(mu-pz)] center dot H(2)O (pz = pyrazine)

In the treatment of cyclometallated dimer [Pd(dmba)(mu-Cl)](2) (dmba = N,N-dimethylbenzylamine) with AgNO(3) and acetonitrile the result was the monomeric cationic precursor [Pd(dmba)(NCMe)(2)](NO(3)) (NCMe=acetonitrile) (1). Compound 1 reacted with m-nitroaniline (m-NAN) and pirazine (pz), originating [Pd(dmba)(ONO(2))(m-NAN)] (2) and [{Pd(dmba)(ONO(2))}(2)(mu-pz)] center dot H(2)O (3), respectively. These compounds were characterized by elemental analysis, IR and NMR spectroscopy. The IR spectra of (2-3) display typical bands of monodentade O-bonded nitrate groups, whereas the NMR data of 3 are consistent with the presence of bridging pyrazine ligands. The structure of compound 3 was determined by Xray diffraction analysis. This packing consists of a supramolecular chain formed by hydrogen bonding between the water molecule and nitrato ligands of two consecutive [Pd(2)(dmba)(2)(ONO(2))2(mu-pz)] units. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Síntese e atividade citotóxica de alguns azido-ciclopaladados estabilizados com ligantes bifosfínicos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Thermal and spectroscopic investigation on N,N-dimethylbenzylamine based cyclopalladated compounds containing isonicotinamide

Synthesis, spectroscopic characterization and thermal analysis of the [Pd(dmba)(Cl)(iso)] (1), [Pd(dmba)(NCO)(iso)] (2), [Pd(dmba)(N(3))(iso)] (3) and [Pd(dmba)(Br)(iso)] (4) (dmba = N,N'-dimethylbenzylamine; iso = isonicotinamide) compounds are described in this work. The complexes were investigated by infrared spectroscopy (IR), differential thermal analysis (DTA) and thermogravimetry (TG) and the residues of the thermal decomposition were identified as Pd(o) by X-ray powder diffraction. The thermal stability order of the complexes varied as [Pd(dmba)(Cl)(iso)] (1) > [Pd(dmba)(Br)(iso)] (4) > [Pd(dmba)(NCO)(iso)] (2) > [Pd(dmba)(N(3))(iso)] (3).

Molecular structures and vibrational frequencies for cis-[PdCl2(tmen)] and cis-[Pd(N-3)(2)(tmen)]: A DFT study

Theoretical molecular structures of the complexes cis-[PdCl2(tmen)] and cis-[Pd(N-3)(2)(tmen)] (tmen = N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine) were investigated using B3LYP/DFT method. The calculated molecular parameters, bond distances and angles, revealed a square-planar geometry around the metallic center for both compounds with the azide being linear. The theoretical infrared spectra of C, symmetry (electronic state (1)A) of the compounds are in agreement with the experimental data. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cyclometallated compounds of intramolecular coordination.

This article supplies a review on the chemistry of cyclometallated compounds. Emphasis is given to those formed by cyclometallation reactions. In this class of complexes, called organometallic intramolecular-coordination compounds, a special attention is given to the reactivity of cyclometallated of palladium(II) due to their use in important chemical processes. Metal-carbon bonds in these palladium(II) complexes can undergo a large variety of insertion reactions and they offer a potentially important sequence in organic synthetic methodology,homogeneous catalysis and liquid crystals manufacturing.

Síntese, caracterização e investigação das atividades biológicas de compostos ciclopalados

Pós-graduação em Química - IQ