Development of multifunctional agents and their biological evaluation in the context of cancer and inflammatory diseases

Abstract

Many human diseases are related to a disturbed balance of intracellular pro- and antioxidants, in favour of the pro-oxidants. This event is called Oxidative Stress (OS). The latter is characterised, for instance, by elevated levels of reactive species and diminished concentrations of antioxidants. The development of multifunctional redox modulators, which are able to exploit the pre-existing redox imbalance in abnormal cells promises new treatments for those diseases. Whilst healthy cells remain mostly unaffected, cell death in such abnormal cells is induced preferentially via apoptosis. Based on this notion, the first part of the present work describes the development of new redox modulators based on quinones and chalcogens. The compounds synthesised were investigated in detail regarding their toxicity and their redox-modulating and anti-inflammatory properties in various cell culture assays. These show high effiency and selectivity and hence represent a promising class of new multifunctional agents. The second part of this work addresses the synthesis and analytical characterisation of potential redox modulators based on porphyrins. Hence 12 hitherho unknown selenium-containing metal-free porphyrins were synthesised and extensively studied using UV/VIS spectroscopy, mass spectrometry and different NMR-techniques.

Viele menschliche Krankheiten weisen ein gestörtes Gleichgewicht der intrazellulären Pro- und Antioxidantien zugunsten der Pro-oxidantien auf. Diese als Oxidativer Stress (OS) bezeichnete Erscheinung ist u.a. durch erhöhte Konzentrationen an reaktiven Spezies und verminderte Konzentrationen an Antioxidantien charakterisiert. Die Entwicklung multifunktioneller Redox-Modulatoren, welche mit den intrazellulären Anzeichen von unter OS-leidenden Zellen interagieren können, verspricht neue Behandlungsmöglichkeiten für solche Krankheiten. Während gesunde Zellen unbeeinflusst bleiben, wird in betroffenen Zellen der Zelltod, vorzugsweise über Apoptose, eingeleitet. Auf dieser Idee beruhend beschreibt der erste Teil der vorliegenden Arbeit die Entwicklung neuer chinon- und chalkogenhaltiger Redox-Modulatoren. Die synthestisierten Verbindungen wurden umfassend bezüglich ihrer Toxizität und ihrer redox-modulierenden und anti-entzündlichen Eigenschaften in diversen Zellkultur-Versuchen untersucht. Diese chalkogenhaltigen Chinone zeigen hohe Effizienz und Selektivität und repräsentieren somit eine neue Klasse vielversprechender Wirkstoffe. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Synthese und analytischen Charakterisierung potentieller Redox-Modulatoren auf der strukturellen Grundlage von Porphyrin. Hierfür wurden 12 neue Selen-haltige metallfreie Porphyrine synthetisiert und umfassend mittels UV/VIS Spektroskopie, Massenspektrometrie und unterschiedlichen NMR-Techniken untersucht.