- / -

- / -

- / -

Η ανάπτυξη πρωτεϊνικών κρυστάλλων, κατάλληλων για κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ, είναι γνωστό ότι είναι το βασικό στοιχείο του προσδιορισμού της πρωτεϊνικής δομής. Οι κρυσταλλογράφοι αντιμετωπίζουν σε καθημερινή βάση προβλήματα όπως η ποσότητα της πρωτεΐνης, η διαθεσιμότητα της υψηλής ποιότητας κρυστάλλων πρωτεΐνης και ο έλεγχος του μεγέθους του κρυστάλλου. Πολλές προσπάθειες έχουν γίνει για να βελτιωθεί η διαδικασία κρυστάλλωσης με τη χρήση των μαγνητικών πεδίων, της ηλεκτρό-εστίασης, και των εσωτερικών ή εξωτερικών ηλεκτρικών πεδίων. Τα ηλεκτρικά πεδία αποτελούν μια σημαντική μεθοδολογική πρόοδο και έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να ενισχυθεί η δημιουργία και ανάπτυξη πυρήνων κρυστάλλωσης. Σε αυτή την εργασία διερευνήθηκε η επίδραση της ασύρματης μεταγωγής ρεύματος κατά την κρυστάλλωση της λυσοζύμης, της ριβονουκλεάσης Α και της ινσουλίνης χρησιμοποιώντας μια πρωτότυπη συσκευή παραγωγής ιόντων. Η μέθοδος διάχυσης ατμών χρησιμοποιήθηκε σε όλες τις πειραματικές διατάξεις. Η ποιότητα των κρυστάλλων και η τρισδιάστατη δομή των πρωτεϊνών που καλλιεργήθηκαν με και χωρίς την επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου αναλύθηκαν μέσω της περίθλασης ακτίνων-Χ. Οι κρύσταλλοι εμφανίστηκαν νωρίτερα στα δείγματα που εκτέθηκαν στο ηλεκτρικό πεδίο σε σχέση με τα μη εκτεθειμένα δείγματα κάτω από ταυτόσημες συνθήκες. Επιπλέον, οι κρύσταλλοι πρωτεΐνης που ελήφθησαν σε μικρότερους χρόνους ήταν μεγαλύτεροι σε μέγεθος. Αρκετά ενδιαφέρον ήταν ότι η ποιότητα των κρυστάλλων που αναπτύχθηκαν στις εκτεθειμένες σταγόνες ήταν η ίδια, αν όχι καλύτερη από, εκείνη των κρυστάλλων που αναπτύχθηκαν στις μη εκτεθειμένες σταγόνες σε κάποιο ηλεκτρικό πεδίο. Η διαδικασία πυρήνωσης φαίνεται να διαφέρει μετά από την έκθεση σε κάποιο ηλεκτρικό πεδίο από ότι η μη έκθεση σε αυτό υπό ταυτόσημες συνθήκες. Η χρήση της πρωτότυπης συσκευής ασύρματης μεταγωγής ρεύματος φαίνεται να επάγει τον προσανατολισμό των πολικών μορίων της πρωτεΐνης, ευνοώντας έτσι την κρυστάλλωση. Η χρήση της συσκευής προσφέρει το πλεονέκτημα ότι παρέχει φορτισμένα σωματίδια πάνω σε ολόκληρη την εκτεθειμένη επιφάνεια του διαλύματος κρυστάλλωσης, ενώ ταυτόχρονα ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο μόλυνσης. Επίσης, η συσκευή αυτή είναι πολύ απλούστερη και ευκολότερη στη χρήση από ό,τι άλλες συσκευές με κλασικά ηλεκτρόδια. / The growth of protein crystals, suitable for X-ray crystallography is known to be the basic element of the protein structure determination. Crystallographers face problems such as the amount of the protein, the availability of high-quality protein crystals and the control of the crystal size in a daily basis. Many efforts have been made to improve crystallization process with the use of magnetic fields, electro–focusing, and internal or external electric fields. The electric fields consist a significant methodological advancement and have been used in order to enhance nucleation and crystal growth. In this work, the influence of a non-contact current transfer upon the crystallization of Lysozyme, Rnase A and Insulin was investigated using a prototype ion-generator device. The vapor diffusion method was used in both hanging and sitting drop setups. The crystal quality and the three-dimensional structure of lysozyme grown with and without the EF influence were analyzed by means of X-ray diffraction. Crystals appeared earlier in samples exposed to NCCT than in non-exposed samples under identical conditions. Furthermore, protein crystals that were obtained after shorter times were larger in size when grown after exposure to NCCT device. More interestingly, the quality of the crystals grown in NCCT-exposed drops was the same as, if not better than, that of the crystals grown in the control drops. The nucleation process after exposure to NCCT differs from that after exposure to an ion-free gas stream under identical conditions. The use of the NCCT prototype device appears to induce the orientation of the polar protein molecules, thereby favoring crystallization. The use of NCCT offers the advantage of delivering charged particles onto the entire exposed surface of the crystallization solution, while at the same time minimizes the risk of contamination. Also, the use of this device is much simpler and easier to use than other devices with classic electrodes.

Στην παρούσα μεταπτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη του πολυμορφισμού της ινσουλίνης μέσω της κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πολυάριθμα πειράματα κρυστάλλωσης της ινσουλίνης υπό διαφορετικές συνθήκες (pH, οργανικοί προσδέτες). Οι κρύσταλλοι που προέκυψαν χρησιμοποιήθηκαν σε πειράματα περίθλασης ακτίνων-Χ τα οποία πραγματοποιήθηκαν στο Ευρωπαϊκό σύγχροτρον, ESRF, της Γαλλίας και στο Ελβετικό σύγχροτρον, SLS. Η τεχνική που ακολουθήθηκε για τα πειράματα περίθλασης ήταν αυτή του powder diffraction, η οποία τα τελευταία χρόνια έχει αναδειχθεί σε ένα σημαντικό εργαλείο χαρακτηρισμού των πρωτεϊνικών πολυκρυσταλλικών ιζημάτων. Από τη μελέτη αυτή, προέκυψαν διάφορα πολύμορφα της ινσουλίνης που χαρακτηρίζονται από διαφορετικές συμμετρίες, ενώ πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός κάθε κρυσταλλικής φάσης στο επίπεδο της μοναδιαίας κυψελίδας. Ενδιαφέρον αποτελεί ο εντοπισμός δύο νέων κρυσταλλικών φάσεων της ινσουλίνης, μονοκλινούς συμμετρίας, οι οποίες ενδέχεται να είναι υψηλής φαρμακευτικής σημασίας. / In this thesis the polymorphism of insulin via X-ray powder crystallography has been carried out. For this purpose numerous experiments of insulin crystallization have been performed under different conditions (pH, organic ligands). The resulting crystals were employed in X-ray diffraction experiments, which took place at the European synchrotron, ESRF, in France and at the Swiss synchrotron, SLS. The technique employed for the X- Ray diffraction experiments, was the powder diffraction method, which has been proven to be an important tool for the determination of polycrystalline protein precipitants during the last decade. From this study, a number of insulin polymorphs were identified in different crystal systems and furthermore, each crystalline phase was determined at the level of unit cell symmetry and dimensions. An interesting point occurs from the characterization of two novel insulin phases, belonging to monoclinic symmetry, which are potentially associated with high pharmaceutical importance.

-- / --

Η αντίδραση του Ni(O2CMe)2•4H2O με την 5-βρωμο-2-υδροξυβενζαλδεΰδη (LH) σε MeOH έδωσε το σύμπλοκο [NiL2(MeOH)2] (1). Η δομή του συμπλόκου επιλύθηκε με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ σε μονοκρύσταλλο. Το σύμπλοκο είναι μονοπυρηνικό. Το κέντρο NiII είναι 6-ενταγμένο με οκταεδρική γεωμετρία. Το ανιόν L- συμπεριφέρεται ως διδοντικός χηλικός Ο(φαινόξο), Ο(αλδεϋδικό) υποκαταστάτης. Δημιουργούνται διπλές 1D αλυσίδες μέσω δεσμών υδρογόνου, ενώ π-π αλληλεπιδράσεις τύπου θημωνιάς είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό ενός 2D δικτύου. Μελετήθηκε το IR φάσμα του συμπλόκου σε σχέση με την γνωστή δομή του και τους τρόπους ένταξης των υποκαταστατών / The reaction of Ni(O2CMe)2•4H2O and 5-bromo-2-hydroxybenzaldehyde (LH) in MeOH has given complex [NiL2(MeOH)2] (1). Its structure has been solved by single-crystal X-ray crystallography. The complex is mononuclear. The NiII center is six-coordinate with an octahedral geometry. The anion L- behaves as a bidentate chelating O(phenoxo), O(aldehyde) ligand. Hydrogen bonds create a double 1D chain, while π-π stacking interactions result in a 2D network. The IR spectrum of the complex has been discussed in terms of its known structure and the coordination modes of the ligands.

Η μεταπτυχιακή εργασία αφορά στον δομικό χαρακτηρισμό πρωτεϊνών φαρμακευτικού ενδιαφέροντος. Στα πλαίσια της εργασίας πραγματοποιείται κρυστάλλωση και μετρήσεις περίθλασης ακτινών-Χ. Κρυσταλλογραφικές μέθοδοι εφαρμόζονται για την ανάλυση και την ερμηνεία των πειραματικών δεδομένων. Επιπλέον, σε συνεργασία με την φαρμακευτική εταιρεία Novo Nordisk A/S μελετάμε την ενδεχόμενη δημιουργία φαρμάκων υπό την μορφή μικροκρυσταλλικών ιζημάτων η οποία έχει εφαρμοστεί ήδη στην περίπτωση της ανθρώπινης ινσουλίνης. Τα πλεονεκτήματα των μικροκρυσταλλικών φαρμάκων έναντι των φαρμάκων υπό την μορφή διαλύματος περιλαμβάνουν την μεγαλύτερη σταθερότητα, υψηλότερη συγκέντρωση φαρμακευτικής ουσίας και τον ακριβή δομικό χαρακτηρισμό του μορίου . Η τεχνική περίθλασης ακτινοβολίας από πολυκρυσταλλικά υλικά (powder diffraction) αποτελεί ένα σημαντικό εργαλείο για τον χαρακτηρισμό των διάφορων πολυμόρφων πρωτεϊνικών μικροκρυσταλλικών ιζημάτων. Για αυτό τον σκοπό, πραγματοποιούμε πειράματα κρυστάλλωσης των υπό μελέτη βιομορίων κάτω από διαφορετικές συνθήκες (pH, προσδέτες) και στη συνέχεια, συλλέγουμε δεδομένα περίθλασης ακτινών-Χ από επιλεγμένα δείγματα, χρησιμοποιώντας όργανα υψηλής ευκρίνειας που βρίσκονται σε ερευνητικά ινστιτούτα μεγάλης κλίμακας (Ευρωπαϊκό σύγχροτρον, ESRF, Grenoble, France & Ελβετικό σύγχροτρον, SLS, Villigen, Switzerland). / The main subject of this master thesis is the structural characterization of pharmaceutically interesting proteins. For this purpose, protein crystallization experiments, as well as X-ray diffraction measurements were conducted. Crystallographic methods were employed for the analysis and interpretation of the experimental data. Furthermore, in collaboration with the pharmaceutical company Novo Nordisk A/S, we are investigating the possibility of developing polycrystalline drug formulations, as has already been done in the case of human insulin. The advantages of polycrystalline drugs, as opposed to drugs in solution, include higher stability and concentration of the pharmaceutical substance, as well as allowing for its accurate structural characterisation. The technique of X-ray powder diffraction is considered an important tool for the characterization of the various protein polymorphs that form polycrystalline precipitates. Protein crystallization experiments were performed under a variety of conditions (such as pH alteration, co-crystallization with ligands) and X-ray powder diffraction data were collected using high resolution instruments (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF and Swiss Light Source, SLS).

Τα ετερομεταλλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων-λανθανιδίων (Ln) έχουν μεγάλη σημασία εξαιτίας των σημαντικών φυσικών (μαγνητικών και οπτικών) ιδιοτήτων τους. Μόνο λίγες πλειάδες ΝiII/LnIII και πολυμερή ένταξης έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα. Δύο γενικές προσεγγίσεις για τη σύνθεση συμπλόκων ΝiII/LnIII είναι: η στρατηγική που βασίζεται στη χρησιμοποίηση «μεταλλικών συμπλόκων ως υποκαταστατών» και η στρατηγική που βασίζεται στην «απλή ανάμιξη των συστατικών». Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία εφαρμόζεται η δεύτερη κατά σειρά προσέγγιση για την παρασκευή των ακόλουθων ετερομεταλλικών συμπλόκων: [Ni8Tb8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (1.xMeOH.yH2O) [Ni8Ηο8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (2.xMeOH.yH2O) [Ni8Υ8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (3.xMeOH.yH2O) [Ni8Eu8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (4.xMeOH.yH2O) [Ni8Sm8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (5.xMeOH.yH2O) [Ni8Gd8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (6.xMeOH.yH2O) [Ni4Er4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (7.4MeOH.2H2O) [Ni4Yb4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (8.4MeOH.2H2O) [NiDy(OH)2(Phpao)3(NO3)2(MeOH)].xMeOH (9.xMeOH) {[NiDy(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (10.xMeOH.yH2O) {[NiCe(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (11.xMeOH.yH2O) {[NiPr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (12.xMeOH.yH2O) {[NiNd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (13.xMeOH.yH2O) {[NiSm(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (14.xMeOH.yH2O) {[NiEu(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (15.xMeOH.yH2O) {[NiTb(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (16.xMeOH.yH2O) {[NiHo(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (17.xMeOH.yH2O) {[NiEr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (18.xMeOH.yH2O) {[NiGd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (19.xMeOH.yH2O) όπου PaoH = 2-πυριδυλοαλδοξίμη, MepaoH = μέθυλο 2-πυριδυλοκετονοξίμη και PhpaoH = φαίνυλο 2-πυριδυλοκετονοξίμη. Οι μοριακές και κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ επί μονοκρυστάλλου. Eπίσης μελετήθηκαν οι μαγνητικές και οι οπτικές ιδιότητες επιλεγμένων συμπλόκων. / Heterometallic transition metal-lanthanide (Ln) complexes are of great importance because of their interesting physical (magnetic and optical) properties. Only few ΝiII/LnIII clusters and coordination polymers have been reported to date. Two general approaches for the synthesis of ΝiII/LnIII complexes are: the «metal complexes as ligands» strategy and the «one pot procedure» strategy. Here, the second approach has been applied for the preparation of the following complexes: [Ni8Tb8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (1.xMeOH.yH2O) [Ni8Ηο8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (2.xMeOH.yH2O) [Ni8Υ8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (3.xMeOH.yH2O) [Ni8Eu8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (4.xMeOH.yH2O) [Ni8Sm8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (5.xMeOH.yH2O) [Ni8Gd8O(OH)4(Pao)28](ClO4)5(NO3).xMeOH.yH2O (6.xMeOH.yH2O) [Ni4Er4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (7.4MeOH.2H2O) [Ni4Yb4(OH)2(Pao)14(PaoH)2](ClO4)4.4MeOH.2H2O (8.4MeOH.2H2O) [NiDy(OH)2(Phpao)3(NO3)2(MeOH)].xMeOH (9.xMeOH) {[NiDy(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (10.xMeOH.yH2O) {[NiCe(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (11.xMeOH.yH2O) {[NiPr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (12.xMeOH.yH2O) {[NiNd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (13.xMeOH.yH2O) {[NiSm(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (14.xMeOH.yH2O) {[NiEu(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (15.xMeOH.yH2O) {[NiTb(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (16.xMeOH.yH2O) {[NiHo(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (17.xMeOH.yH2O) {[NiEr(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (18.xMeOH.yH2O) {[NiGd(Mepao)3(MepaoH)3](ClO4)2}2.xMeOH.yH2O (19.xMeOH.yH2O) where PaoH = 2-pyridylaldoxime, MepaoH = methyl 2-pyridylketoxime and PhpaoH = phenyl 2-pyridylketoxime. The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal X-ray crystallography. The magnetic and optical properties of selected complexes have also been studied.

Τα ετερομεταλλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων-λανθανιδίων (Ln) έχουν μεγάλη σημασία εξαιτίας των σημαντικών φυσικών (μαγνητικών και οπτικών) ιδιοτήτων τους. Μόνο λίγες πλειάδες NiII/LnIII και πολυμερή ένταξης έχουν αναφερθεί μέχρι σήμερα. Μία γενική προσέγγιση για τη σύνθεση συμπλόκων NiII/LnIII είναι η στρατηγική που βασίζεται στη χρησιμοποίηση «μεταλλικών συμπλόκων ως υποκαταστατών». Αυτή προϋποθέτει μονοπυρηνικά ή ολιγοπυρηνικά σύμπλοκα NiII με μη-ενταγμένα άτομα Ο. Τέτοια σύμπλοκα μπορούν να θεωρηθούν ως «υποκαταστάτες» και να αντιδράσουν περαιτέρω με οξοφιλικά ιόντα LnIII. Στην παρούσα εργασία έχουμε συνθέσει μία σειρά από νικελιοϋποκαταστάτες βασισμένους στις 2-πυρίδυλο οξίμες: 2-πυρίδυλο αλδοξίμη [(py)CHNOH], μέθυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Me)NOH] και φαίνυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη [(py)C(Ph)NOH]. Χρησιμοποιώντας ποικιλία συνθετικών πορειών απομονώσαμε τα παρακάτω σύμπλοκα: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) και [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). Οι μοριακές και οι κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ μονοκρυστάλλου. Τα IR φάσματα των συμπλόκων μελετήθηκαν με βάση τις γνωστές δομές και τους τρόπους ένταξης των εμπλεκόμενων υποκαταστατών. Μερικά από τα σύμπλοκα είναι δυνητικοί μεταλλοϋποκαταστάτες. / Heterometallic transition metal-lanthanide (Ln) complexes are of great importance because of their interesting physical (magnetic and optical) properties. Only few NiII/LnIII clusters and coordination polymers have been reported to date. One general approach for the synthesis of NiII/LnIII complexes is the “metal complexes as ligands” strategy. This employs mononuclear or oligonuclear NiII complexes with uncoordinated O-donor groups; such complexes can be considered as “ligands” and further react with the oxophilic LnIII ions. In the present work we have synthesized a series of nickeloligands based on the 2-pyridyl oximes 2-pyridinealdoxime [(py)CHNOH], methyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Me)NOH] and phenyl 2-pyridyl ketone oxime [(py)C(Ph)NOH]. Using various synthetic routes we have isolated the complexes: [Ni{(py)C(Me)NOH}3](PF6)(NO3) (1), [Ni3(PO3F)2{(py)C(Me)NOH}6](PF6)2 (2), [Ni(NO3)2{(py)C(Me)NOH}2] (3), [Ni(NO2)2{(py)C(Me)NOH}2].MeOH (4.MeOH), [Ni{(py)C(Me)NOH}3][Ni{(py)C(Me)NOH}2{(py)C(Me)NO}](PF6)3.2H2O (5.2H2O), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](ClO4)2.Me2CO.H2O (6.Me2CO.H2O), [Ni(NO2)2{(py)C(Ph)NOH}2].0.5(n-hexane) (7.0.5(n-hexane)), [Ni3{(py)C(Ph)NO}5{(py)C(Ph)NOH}](ClO4) (8), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](NO3)2.Me2CO (9.Me2CO), [Ni{(py)C(Ph)NOH}3](PF6)(NO3) (10), [Ni(SCN)2{(py)C(Ph)NOH}2].2MeOH (11.2MeOH) and [Ni(SCN)2{(py)CHNOH}2] (12). The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal X-ray crystallography. The IR spectra of the complexes have been discussed in terms of the known structures and the coordination modes of the ligands involved. Some of the complexes have the potential to act as metalloligands.