Sandesh Pai

• Novel manganese(I) tricarbonyl complexes based on the tridentate bis(pyrazolyl)ethylamine (bpea) ligand with pendant functionalized phenyl groups were synthesized and conjugated to biological carrier systems like peptides and dendrimers. Their dark stability establishes them as CORM prodrugs. The monomers show a faster CO-release compared to the peptide and dendrimer conjugates. However, both monomers and peptide conjugates release two equivalents of CO upon photoactivation at 365 nm. The dendrimer conjugates can deliver up to seven equivalentsNovel manganese(I) tricarbonyl complexes based on the tridentate bis(pyrazolyl)ethylamine (bpea) ligand with pendant functionalized phenyl groups were synthesized and conjugated to biological carrier systems like peptides and dendrimers. Their dark stability establishes them as CORM prodrugs. The monomers show a faster CO-release compared to the peptide and dendrimer conjugates. However, both monomers and peptide conjugates release two equivalents of CO upon photoactivation at 365 nm. The dendrimer conjugates can deliver up to seven equivalents of CO due to the higher number of Mn(CO)3 moieties per molecular unit. In the future, the biological activity of the conjugates needs to be further explored to establish the targeted delivery of CO to cells and tissues.…
• Das Ziel dieser Doktorarbeit war die Synthese von Mangan(I)-Tricarbonylkomplexen als neuartige photoaktivierbare CO-releasing molecules (PhotoCORMs) und ihrer Peptid- und Dendrimer-Konjugate als Trägersysteme für das targeted delivery von Kohlenstoffmonoxid in biologischen Systemen. Dafür wurde eine Serie von sechs Mn(I)-Tricarbonylkomplexen basierend auf dem Bis(pyrazolyl)ethylamin-Liganden (bpea) hergestellt welche einen para-substituierten Phenylring mit einer peripheren Iod- oder Alkin-Gruppe enthalten. Diese sollten eine Konjugation anDas Ziel dieser Doktorarbeit war die Synthese von Mangan(I)-Tricarbonylkomplexen als neuartige photoaktivierbare CO-releasing molecules (PhotoCORMs) und ihrer Peptid- und Dendrimer-Konjugate als Trägersysteme für das targeted delivery von Kohlenstoffmonoxid in biologischen Systemen. Dafür wurde eine Serie von sechs Mn(I)-Tricarbonylkomplexen basierend auf dem Bis(pyrazolyl)ethylamin-Liganden (bpea) hergestellt welche einen para-substituierten Phenylring mit einer peripheren Iod- oder Alkin-Gruppe enthalten. Diese sollten eine Konjugation an Biomoleküle mittels Sonogashira- oder CuAAC-"click"-Reaktion ermöglichen. Alle Verbindungen wurden in guter Ausbeute mit hoher Reinheit erhalten. Die Einkristall-Röntgenstrukturen der Verbindungen mit Iod- und Alkin- Substituenten belegen die faciale Koordination des tridentaten bpea-Liganden an die Mn(CO)3-Gruppe. Alle Komplexe zeigen bei Lichtausschluß eine sehr gute Stabilität in Dimethylsulfoxid-Lösung über bis zu 14 h, die Photoaktivierung bei 365 nm führt dagegen zur Freisetzung von zwei Äquivalenten Kohlenstoffmonoxid pro Mol Komplex. Obwohl die Verbindungen MLCT-Banden um 350 nm ausweisen, können sie auch noch bei 410 nm stimuliert werden, was für biologische Anwendungen vorteilhaft ist. Die photoinduzierte CO-Freisetzung wurde auch mittels IR- Spektroskopie in Lösung verfolgt. Die Banden neu auftretender Intermediate konnten dabei mit Hilfe von DFT-Rechnungen zugeordnet werden und belegen die Bildung von cis-Mn(CO)2-Spezies nach der Freisetzung eines ersten Äquivalents Kohlenstoffmonoxid. Die CO-Freisetzung wurde auch mit Hilfe eines des fluoreszenten CO-Indikators COP-1 untersucht. Während bei Inkubation im Dunkeln auch bei einem 10:1- Verhältnis von CORM zu COP-1 kein Signal beobachtet werden konnte, führt die lichtinduzierte CO-Freisetzung zu einem konzentrationsabhängigen Anstieg der Fluoreszenz. Die photoaktivierte CO-Freisetzung wurde auch in lebenden HUVEC- Zellen untersucht. In der überstehenden Lösung konnte ein Ansteig der COP-1- Fluoreszenz relativ zum Hintergrund um einen Faktor von 15 beobachtet werden während die Intensititäszunahme für die Zellfraktion nur bei etwa 5-fach lag. Dies könnte auf eine nur geringe Zellaufnahme von COP-1 oder CORM oder beider Moleküle zurückzuführen sein. Die Untersuchungen etablieren die bpea-Komplexe aber eindeutig als photoaktivierbare CO-releasing molecules (PhotoCORMs). Peptide sind attraktive Trägersysteme für das cellular delivery von Metallkomplexen. Als Modell für solche Trägerpeptide wurde die transforming growth factor -bindende (TGF-) Sequenz durch Festphase-Peptidsynthese hergestellt. Die Anknüpfung von [Mn(bpea)(CO)3]+ an das Peptid über eine periphere Funktionalität des Liganden über eine Sonogashira-Kreuzkupplung bzw. CuAAC-"Click"-Reaktion sollte in einer Postlabelling-Strategie erfolgen. Obwohl verschiedene Bedingungen getestet wurden führte erstere Reaktion jedoch nicht zum Erfolg. Die CuAAC-Reaktion zwischen einem Alkin-funktionalisierten Metallkomplex und einem Azid-terminierten Peptid führt dagegen zu dem gewünschten N-terminal funktionalisierten Konstrukt, welches über eine Triazolgruppe zusammengehalten wird. Trotzdem zeigte das Konjugat auf Grund einer Imin-Bindung im bpea-Liganden eine Tendenz zur Hydrolyse in wässrigem Medium. Als Alternative wurde daher die milde und katalysatorfreie Oxim-Ligation in Verbindung mit einem stabileren, Amin- anstatt Imin-basierten Liganden untersucht. Die Kupplung zwischen einem Aminoxyessigsäure- terminierten TGF--bindenden Peptid und einem Aldehyde-funktionalisierten Metallkomplex ergab das gewünschte Konjugat in guter Ausbeute mit höher Stabilität. Für bis zu 96 h konnte selbst bei wiederholten freeze-thaw-Zyklen keinerlei Zersetzung beobachtet werden. Das CO-Freisetzungsverhalten von Konjugat und Stammverbindung war identisch, die Photoaktivierung bei 365 nm führt für beide innerhalb von 1–1.5 h zur Freisetzung von zwei Äquivalenten CO pro Mol Komplex. Die Oxim-Ligation konnte so als milder Zugang zu CORM-Peptidkonjugaten etabliert werden. Dendrimere sind Baum-artige Moleküle mit einer Vielzahl von Funktionalitäten in der Peripherie, die eine Modifikation mit Metallkomplexen für biologische Anwendungen erlauben. Von besonderem Interesse ist hierbei die Anreicherung in Tumorgewebe auf Grund des enhanced permeability and retention(EPR)-Effekts. Diaminobutan(DAB)- und Polyamidoamin(PAMAM)-Dendrimere der Generation 1 mit vier terminalen Amingruppen wurden daher in einer Schiff-Base-Kondensation mit Aldehyd-funktionalisierten Mn(bpea)(CO)3-Komplexen umgesetzt. Die erhaltenten Metallkomplex-Dendrimer-Konjugate waren in wässriger DMSO-Lösung im Dunkeln für bis zu 14 h stabil. Die Photolyse zeigte eine geringfügig schnellere CO- Freisetzung für das DAB- vs. dem PAMAM-Dendrimer. Eine Anregung bei 410 nm führte zu einer deutlich langsameren CO-Freisetzung gegenüber der 365 nm- Belichtung. Mit Hilfe des Myoglobin-Assays konnte gezeigt werden daß auf diese Weise 50–55% der Gesamtzahl an CO-Liganden aus dem System freigesetzt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neue Mangan(I)tricarbonyl-Komplexe auf der Basis des tridentaten Bis(pyrazolyl)ethylamin(bpea)-Liganden hergestellt, die in der Peripherie funktionalisierte Phenylgruppen tragen, welche die Anknüpfung an biologische Trägersysteme auf der Basis von Peptiden und Dendrimeren erlauben. Auf Grund ihrer Stabilität unter Lichtausschluß sind diese Verbindungen als CORM- Prodrugs geeignet. Die Photoaktivierung bei 365 nm führt zur Freisetzung von zwei Äquivalenten CO pro Mol CORM, wobei die Stammverbindungen eine etwas schnellere Kinetik aufweisen als die Konjugate. Insbesondere die Dendrimer- basierten Systeme können auf Grund der hohen Anzahl von Mn(CO)3-Gruppen bis zu sieben CO pro Mol Konjugat liefern. Für die Zukunft bleibt zu zeigen ob diese Konjugate eine zelluläre Anreicherung für biologische Anwendungen erlauben wird.…