گالیم جزء فلزات گروه IIIA است که با In و Tl همگروه میباشد. گالیم دارای عدد اتمی ۳۱ است که در سال ۱۸۷۵ توسط پاول ایمیل[۷۴] در فرانسه کشف شد. این فلز دارای دو ایزوتوپ ۶۷ و ۶۸ میباشد که در رادیوتراپی و شناسایی تومورهای بدخیم کارایی فراوان دارد. در طول دو تا سه دههی گذشته، ترکیبات گالیم در زمینهی دارو پزشکی دارای اهمیت ویژهای بودهاند. در آزمایشهای بالینی، گالیم رادیواکتیو و نیترات گالیم مورد استفاده جهت تشخیص و درمان سلولهای سرطانی و اختلالات متابولیسم کلسیم و استخوان و بیماریهای عفونی بودهاند [۴۳ و ۴۲]. گالیم دومین فلز واسطه بعد از پلاتین است که در زمینهی درمان سرطان مورد توجه است، که یکی از علل آن را میتوان به عدم فعالیت اکسیداسیون Ga3+ در محیط بیولوژیکی به حساب آورد [۴۴ و ۴۵]. فعالیت ضدتوموری ترکیبات گالیم در سال ۱۹۷۱ گزارش شد و در سال ۲۰۰۴ از طرف سازمان غذا و داروی جهانی بعنوان یک ترکیب ضدسرطان معرفی گردید. از جمله فعالیتهای گالیم در زمینهی بیولوژیکی میتوان به تاثیر آن بر روی ساختار DNA ، مراحل سنتز DNA و پروتئینها و مهار انواع آنزیمهای ATP و تاثیر بر عملکرد میتوکندری نام برد [۴۶]. بهترین حالت اکسیداسیون برای یون فلزی گالیم حالت ۳+ میباشد، حالت اکسیداسیون ۲+ دارای انرژی فعالسازی نامطلوب و حالت ۱+ آن از لحاظ شرایط فیزیولوژیکی غیرممکن است [۴۹ – ۴۷].
حالت اکسیداسیون Ga3+ باید بصورت نمکهایی چون نیترات استفاده شود چرا که غیر از این، سبب تداخل متابولیسمی با آهن درون سلول میشود [۵۰]. علت این تداخل را میتوان به همولوگ[۷۵] بودن این دو یون فلزی نسبت داد. حالت اکسیداسیون Ga3+ از برخی جهات همولوگ آهن به شمار میآید، از این رو همان طور که آهن قادر است به ترانسفرین[۷۶] متصل شود گالیم نیز همین خاصیت را دارد که به عنوان یک گیرنده ترانسفرین به سلولهای توموری بچسبد. با این فرایند، سمیت گالیم علیه سلولهای بیمار افزایش مییابد. از این رو نمک گالیم به راحتی به ترانسفرین روی سلول متصل شده و کمپلکس ترانسفرین-گالیم تشکیل میگردد که سبب مهار سنتز DNA سلول سرطانی و در نهایت آپوپتوز (مرگ سلولی) میشود. این نکته قابل ذکر است که سلولهای سرطانی، ترانسفرین بیشتری را روی سطح خود دارند، بنابراین شانس گالیم برای جذب سلول سرطانی بیشتر از آهن است.
هدف اصلی فلز گالیم آنزیمهای ردوکتاز ریبونوکلئوتید است که اختلال در عملکرد آنها سبب آپوپتوز میشود. استفاده طولانی مدت از فلز گالیم در طول درمان سبب رقابت این یون فلزی با Mg، Zn و Ca موجود در بافت بدن میشود که نتیجهی آن کاهش این یونهای فلزی در بافتها میشود [۵۱]. از بین نمکهای گالیم یعنی نیترات، سیترات و کلرید تنها از نیترات گالیم آن هم به علت عوارض جانبی کم میتوان در ترکیبات دارویی استفاده کرد [۵۲ و۵۳]. نیترات گالیم اثرات ضدسرطانی ویژهای برای درمان لنفوم و سرطان مثانه نشان داده است که در فاز اول و دوم بالینی روی سرطانهای دیگری چون کلیه، ریه، سینه، تخمدان و پروستات آزمایش شد. چنانچه از نمک نیترات گالیم بصورت کمپلکسهای خنثی استفاده شود کارایی پزشکی بیشتری دارد، آنگاه زنجیره DNA به جای آنکه در فضای کوئوردیناسیون به کمپلکس یونی اتصال یابد، مستقیماً جذب Ga3+ میشود. کمپلکسهای گالیم بصورت ۶ کوئوردینه میباشند. ازجمله کمپلکسهای معروف Ga3+ میتوان به دو مورد زیر اشاره نمود [۵۴ و ۵۵]
KP46: Tris (8-quinolinolato) Ga3+
Ga-maltole: Tris (3-hydroxy-2-methyl-4-pyrone) Ga3+
زمانیکه نیترات گالیم با ترکیبات دیگری مورد استفاده قرار گیرد نتایج درمانی بهتری را نشان میدهد. بعنوان مثال زمانیکه گالیم نیترات با وینبلاستین[۷۷] و ایفسفوآمید[۷۸] ترکیب شود تاثیر فوق العادهای روی سرطان تخمدان دارد. این ترکیب جدید با نام اختصاری VIG قابل شناسایی است که آزمایشات آن در فاز دوم بالینی روی ۱۴ نفر مبتلا به سرطان تخمدان انجام گرفت [۵۶ و ۵۷].
از کمپلکسهای گالیم بیشتر به صورت تزریق داخل وریدی در درمان استفاده میکنند، چرا که Ga3+ یک اسید سخت میباشد بنابراین در محیط آبی میل ترکیبی زیادی با OH– دارد و این امر سبب میشود که گالیم به صورت هیدروکسی Ga(OH)3 در بافتها رسوب کند. گالیم وقتی در محیط آبی هیدرولیز شود محلول حاصل اسیدی است که H آن ناشی از هیدروژنهای آب است. چنین محلولی از دید بیولوژیکی ناپایدار است؛ لذا برای رفع این مشکل از روش تزریق استفاده میکنند. جهت مصرف خوراکی تلاش شده تا از لیگاندهای آلی مانند مالتول، پورفیرین[۷۹] و کینولین[۸۰] استفاده کنند. گالیم نیترات تحت شرایط فیزیولوژیکی هیدرولیز شده و به هیدروکسید گالیم [Ga(OH)3] و اکسید گالیم [GaO(OH)] تبدیل میشود.
اکسید گالیم مانع جذب و نفوذ یون Ga3+ به غشای سلولی میشود و هیدروکسید گالیم به راحتی در بافتها رسوب میکند و این مشکلساز است. به همین جهت محققین به دنبال ساخت کمپلکسهای ضدسرطان گالیم با سر دهنده O، N وS هستند تا در برابر هیدرولیز پایدار باشند چرا که Ga3+ مشابه اسید لوویس رفتار میکند، که این امر سبب افزایش خاصیت ضدسرطانی میشود که از جمله آنها میتوان به آنیون کربوکسیلات، پورفیرین و کینولین و مالتول اشاره نمود [۶۳-۵۸].
بررسی سمیت کمپلکسهای گالیم با اسید کربوکسیلیک در شرایط آزمایشگاهی روی تومورهای انسانی ۸۵۰۵C تیروئید، A253 گردن، A549 ریه، A2780 روده بزرگ وDLD-1 تخمدان بررسی شد و IC50 آن با سیس پلاتین مقایسه شد که نتیجهی آن، پاسخ بهتر این کمپلکسها نسبت به سیس پلاتین بوده است. اثر ضدتوموری گالیم پورفیرین در درمان سرطان روده بزرگ، روی موش مورد بررسی قرار گرفت که بافت توموری بعد از ۷ روز تزریق در دوز mg/kg 5/2 تخریب شد. HQ و HQS (کینولین و تیوکینولین) کمپلکسهایی از Ga3+ می باشند (شکل۱-۵) که از طریق سر N و O اتصال مییابند. این کمپلکسها در آب ناپایدارند، لذا انحلالپذیری ضعیفی داشته و برای جذب رودهای بسیار کار آمد هستند چرا که احتمال هدر رفتن دارو از طریق ادرار کمتر میشود [۶۶-۶۴].
جهت دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه نمایید.
شکل۱-۵: کمپلکس گالیم کینولین
ترکیبات دارویی گالیم مالتول (شکل۱-۶) برای اولین بار توسط لارنس برنشتاین[۸۱] کشف شد و اولین بار روی سرطان کبد به کار رفت و در فاز اول بالینی روی سرطان پروستات و مثانه نتایج امید بخشی به دنبال داشت. کمپلکس [تریس مالتولیت گالیم (III) ][82] در درمان سلولهای لنفوم سرطانی به کار میرود، بخصوص سلولهایی که در برابر نیترات گالیم مقاوم هستند.
گالیم مالتول موجب القای آپوپتوز در سلولهای مقاوم به نیترات گالیم میشود. این مطلب جالب توجه است که جذب سلولی و مهار تکثیر سلولهای سرطانی توسط گالیم مالتول بیشتر و موثرتر از نیترات گالیوم است [۶۷ و ۶۸].
این کمپلکس اثر درمانی فوق العادهای در درمان سرطان کبد و سرطان دستگاه گوارش دارد، همچنین در محلول آبی در pH بین ۸-۵ در سرم خون انسان پایدار است، همچنین حلالیت قابل توجهی در محلولهای آب و چربی دارد. پایداری شیمیایی [تریس مالتولیت گالیم (III)] به قدر کافی زیاد است لذا برای انجام مطالعات بیشتر مناسب است بطوریکه میتوان به مدت ۲ روز تحت شرایط فیزیولوژیکی باقی بماند [۶۹].
از خواص مالتول میتوان به غیرسمی بودن آن و حضور در ترکیبات غذایی بعنوان افزودنی اشاره نمود. گالیم و سایر فلزات بیولوژیکی کمپلکسهای پایداری با مالتول تشکیل میدهند چرا که مالتول دارای دو خاصیت مهم است:
به راحتی دپروتونه میشود.
به عنوان یک آنیون به سادگی به فلز به صورت دو دندانه اتصال مییابد.
خواص دارویی جالب کمپلکسهای مالتول از جمله حلالیت در سرم خون، دفع سریع آن از طریق کلیه و مدفوع و همچنین فعالیت علیه تومورها زمانی که به فلزات مختلف کوردینه میشود نیز اشاره کرد. شاید این جالب باشد که بیشترین غلظت ترکیبات دارای گالیم در اندام کبد میباشد [۷۰ و ۷۱].
نیترات گالیم در باز جذب استخوان و افزایش کلسیم پلاسمای خون موثر است؛ به همین جهت در درمان آرتروز، پوکی استخوان و التهاب و ورم مفاصل استفاده میشود. بیمارانی که مبتلا به کمبود سلولهای سفید خون یا پلاکت هستند (سرطان خون) از نیترات گالیم به عنوان یک داروی موثر استفاده میکنند [۷۴ – ۷۲].
شکل۱-۶: کمپلکس گالیم مالتول
۱-۸-۳ قلع
قلع دارای عدد اتمی ۵۰ است و جزء فلزات اصلی گروه ۱۴ جدول تناوبی میباشد. قلع معمولی سفید نقرهای است. فلز قلع چکشخوار و تا حدودی انعطافپذیر است و ساختار کریستالی آن به آسانی اکسید نمیشود. قلع دارای حالت ا کسیداسیون Sn2+ و Sn4+ است که چهل و نهمین عنصر فراوان روی کره زمین محسوب میشود. قلع با داشتن ۱۱ ایزوتوپ پایدار اولین عنصری است که بیشترین ایزوتوپ پایدار را دارد. قلع را از ماده معدنی کاستریت[۸۳] بصورت SnO2 (دیاکسید قلع) استخراج میکنند. قدمت کشف فلز قلع به ۳۵۰۰ سال قبل از میلاد میرسد. بیشترین مقدار تجمع قلع در بدن در غدد فوق کلیه، کبد، مغز، طحال و تیروئید است. کمبود قلع در بدن سبب کاهش رشد، از دست دادن قدرت شنوایی و ریزش مو بخصوص در مردان میشود. مسمومیت ناشی از مصرف زیاد قلع بهصورت حالت تهوع، استفراغ، درد شکم و تخریب پوست میباشد [۷۵]. قلع حاوی یون فلوراید در برخی از خمیر دندانها به عنوان افزودنی استفاده میشود. همچنین از کلرید قلع بعنوان یک ماده نمزدا در سنتزهای آلی استفاده میکنند اما کاربرد پزشکی آن در زمینهی دارو، نظر بسیاری از محققین را به خود جلب نموده است.
ترکیبات قلع به دو دسته آلی و معدنی تقسیم میشوند [۷۶]. ترکیبات آلی قلع با توجه به خطرات زیست محیطی که دارند تنها در بخش کشاورزی در ساخت آفتکشها مانند تریسیکلو هگزیل-قلع[۸۴] و تریفنیل-قلع[۸۵] که بدن PESTAN(به خاطر محدودیت سایت در درج بعضی کلمات ، این کلمه به صورت فینگیلیش درج شده ولی در فایل اصلی پایان نامه کلمه به صورت فارسی نوشته شده است)داران نسبت به سمیت این ترکیبات مقاوم است، به کار میروند. این ترکیبات دارای فرمول عمومی RnSnX4-n که اثرات سمی بودن به تعداد n و نوع گروه های آلی R که به یون فلزی چسبیدهاند، بستگی دارد. بر اساس آزمایشات انجام گرفته R3SnX مانند تریمتیل-قلع[۸۶] به صورت انتخابی روی عملکرد مغز اثر میگذارد و خیلی سمی است. ترکیبات R2SnX2 سمیت کمتری دارند اما با اتصال به برخی از آنزیمهای مهم بدن فعالیت آنها را مختل میکند، اما RSnX3 عاری از هر گونه سمیت است و در بدن موجود زنده هیچ اثر حادی نشان نداده است [۷۷]. ترکیبات معدنی قلع نیز اثرات دارویی بسیار جالبی بخصوص در حوزهی سرطان از خود نشان دادهاند. نمکهای معدنی قلع دارای سمیت کمی هستند که از آن جمله میتوان به اکسیدهای قلع اشاره نمود که غیرسمی هستند. حلالیت این ترکیبات به میزان قلیایی بودن و اسیدی بودن محیط بستگی دارد. بررسی خواص بیولوژیکی ترکیبات آلی و معدنی قلع توسط اوت[۸۷] و همکارانش شناسایی شد.
آنزیم تیوردوکسین (TrXR) یک آنزیم هدف در سلولهای سرطانی است که مهار آن از عوامل مهم و جدید شیمی درمانی است. ترکیبات آلی قلع به عنوان عوامل ضدتوموری شناخته شدهاند [۸۲-۷۸]. بر اساس نتایج حاصل از مطالعات غربالگری انواع ترکیبات (دی-تری-بوتیل) کربوکسیلات قلع[۸۸] دارای خواص بیولوژیکی منحصر به فردی میباشند. کلیهی این ترکیبات قادر به مهار DNA به صورت انتخابی بوده و در محدودهی میکرومولار خاصیت ضدتوموری قوی علیه HT-29 و MCF-7 سلولهای سرطانی شش از خود نشان دادهاند [۸۳ و ۸۴]. ترکیبات آلی قلع تنوع ساختاری قابل ملاحظهای دارند که ناشی از فرمهای اتصال کربوکسیلات به صورت تک دندانه[۸۹] و دو دندانه[۹۰] میباشند. همچنین مطالعات بالینی نشان میدهد که (دی-تری-بوتیل) بنزوات قلع[۹۱] نیز خواص بیولوژیکی دارد. ترکیبات آلی قلع شامل مشتقات کربوکسیلات فعالیت ضدتوموری جالبی را در اتصال مستقیم فلز قلع به سلولهای سرطانی و تعامل با DNA که سبب آپوپتوز (مرگ سلولی) میشوند، را نشان میدهند [۸۵]. اثر مهارکنندگی آنزیم ردوکتاز توسط کمپلکسهای قلع توسط گروه تحقیقاتی دانشگاه فنی برانشویگ[۹۲] آلمان بررسی شد. تمامی ترکیبات آلی فلزی در تعامل با DNA هستند که از طریق تغییر ساختار DNA بتوانند روند بیان ژن سلول سرطانی را مختل کنند. این ترکیبات توانایی اتصال به DNA را دارند که این میزان اتصال به تعداد و ماهیت لیگاند متصل شده به اتم مرکزی قلع بستگی دارد. ترکیبات ارگانو قلع در دوزهای پایین میتوانند از طریق مسیر بیان ژن فعالیت ضدسرطانی داشته باشند [۸۶]. ترکیب (دیان، تریان و انبوتیل) قلع[۹۳] از طریق مهار سنتز RNA و DNA سبب افزایش القاء آپوپتوز شده و در محیط in vitro روی تایموسایت[۹۴] موش (لنفوسیت های تیموس) و لوسمی لنفوپلاستی حاد انسانی آزمایش شد [۸۷].
ترکیبات آلی قلع در شیمی درمانی سرطان در این چند سال اخیر جایگاه مهمی را باز کرده است. با این حال یک بررسی جامع از خواص بیولوژیکی کمپلکسهای آلی قلع با لیگاندهای فعال در دسترس نیست.
تیوسمیکاربازونها یک گروه چند دندانه هستند که میتوانند به انواع فلزات نرم و سخت اتصال یابند و فعالیت سمیت سولی در برابر سلولهای سرطانی از خود نشان دهند. خواص بیولوژیکی سمیکاربازونها اغلب زمانی که با فلز اتصال مییابند افزایش مییابد [۹۲-۸۸]. به عنوان مثال چربی دوستی ترکیب جهت عبور از غشای سلولی و ورود به داخل سلول را تا حدودی افزایش میدهد. ترکیبات سنتز شده کمترین عوارض جانبی را دارند. اتصال سمیکاربازون به Sn4+ آثار جالبی را در زمینهی پزشکی و صنعت از جمله قارچکشها و آفتکشها و عوامل ضدتوموری به دنبال دارد. با اتصال ترکیبات آلی قلع به سر گوگردی تیوسمیکاربازونها (شکل ۱-۷) اثرات ضدتکثیری سلولهای سرطانی را شاهد هستیم. با توجه به (جدول۱-۳) و مقایسه IC50 سه ترکیب سنتز شده ۱, ۲ و ۳ این نتیجه حاصل میشود که هر چه طول زنجیرهی کربن متصل به Sn4+ افزایش یابد قدرت سمیت سلولی نیز افزایش مییابد [۹۳].
جدول ۱-۳: مقایسه IC50 ترکیبهای ۱و ۲و ۳
IC50 (µg/ml) ترکیب
۱۳۰ [
۵۰
شکل ۱-۷: تیوسمی کاربازون
بر اساس تحقیقات طیفی و ساختاری، اتصال سمیکاربازونها به قلع بصورت ۳ دندانه است که دو سر آن مربوط به اکسیژن فنولی و سر دیگر آن مربوط به نیتروژن آزومتایر[۹۵] و سر دیگر آن مربوط به گوگرد تیولات خواهد بود، این سری از ترکیبات که لیگاندهای دهنده نیتروژن دارند بر علیه سلولهای سرطانی لوسمی لنفوسیستی P388 موش پاسخهای رضایت بخشی از خود نشان دادهاند. کمپلکسهای زیر که توسط امسی گووان[۹۶] و همکارانش سنتز شد (شکل۱-۸) فعالیت سمیت سلولی علیه سلولهای سرطانی C8505 تیروئید، A253 سر و گردن، A549 سرطان ریه، DLD-1 سرطان تخمدان و A2780 سرطان روده بزرگ نشان دادند [۹۴]. از بین این ترکیبات، کمپلکس۲ بهترین فعالیت را در برابر تمام رده های سلولی از خود نشان داد که علت آن را میتوان به جایگزینی یک گروه آلکنیل با ساختار C5H4–CMe2(C-C-C=CH2) به جای گروه CP دانست و کمپلکس ۴ کمترین فعالیت را نشان داد. این نتیجه حاصل میشود که فعالیت سمیت سلولی به شدت تحت تاثیر لیگاند میباشد. [۹۸- ۹۵]
شکل ۱-۸: مشتقات سیکلو پنتا دیانیل
فصل ۲
بخش آزمایشگاهی
۲-۱ دستگاه های مورد استفاده
طیفسنجی زیر قرمز برای لیگاندهای آلی و کمپلکسها به صورت جامد توسط دستگاهFT-IR Nicolet Thermo VATARA مدل ۳۷۰ با بهره گرفتن از قرص پتاسیم برمید در بازهیcm-14000-400 ثبت گردیده است.
طیفسنجی زیر قرمز برای لیگاندهای آلی و کمپلکسها به صورت جامد توسط دستگاه Buck 500 Scientific Spectrometer با بهره گرفتن از قرص پتاسیم برمید در ناحیهی cm-14000-400 ثبت گردیده است.
دمای ذوب تمامی نمونه ها با بهره گرفتن از دستگاه Thrmo Fisher Scientific مدل ۹۳۰۰ اندازه گیری شد.
وزنکردن کلیه مواد مورد استفاده با بهره گرفتن از ترازوی OHAUS با دقت هزارم گرم انجام شد.
رشد سلولها در داخل دستگاه انکوباتور CO2دار مدل LEEC 66-1430B،Gen X ،کشور انگلیس انجام شد.
استریلیزه کردن و آبگیری وسایل توسط آون انجام شد.
جداکردن ذرات با اندازه های مختلف توسط سانتریفیوژ شرکت بهداد، BH-1200 کشور ایران انجام شد.
جهت استریلیزه کردن محیط کشتها و ظروف شیشهای از اتوکلاو مدل تمام استیل کشور ایران استفاده شد.
pH متر مدل HANNA کشور پرتغال.
پلیت کشت ۹۶ خانه مدل Greiner کشور انگلیس.
شیکر مدل Decon کشور انگلیس.
یخچال و فریزر (۲۰-) مدل الکترو استیل ساخت کشور ایران.
تانک ازت مدلXT20 کشور آمریکا.
دستگاه فلوسایتومتر Partec PAS مدل Partec GmbH، کشور آلمان.
۲-۲ مواد مورد استفاده
(۳-هیدروکسی-۲-متیل–۴-هیدروژن–پیران)، نمکهای فلزی دیکلرید قلع، نیترات گالیم (III)، تیتانوسن، سدیم کربنات، نمک MTT و حلالهای مورد استفاده شامل استون، متانول، استونیتریل،اتانول، دیکلرو متان، دیاتیل اتر، پترولیوم اتر و تولوئن که از شرکت مرک[۹۷] خریداری و بدون خالصسازی مورد استفاده قرار گرفتند.