Ο καρκίνος, αποτελεί στις μέρες μας μία από τις πιο συνήθεις ασθένειες καθότι προσβάλει ένα μεγάλο μέρος του παγκόσμιου πληθυσμού, ανεξαρτήτου ηλικίας και γι αυτό το λόγο, η θεραπεία του αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της επιστημονικής κοινότητας. Η χορήγηση διαφόρων φαρμάκων έως τώρα, για την αντιμετώπισή του, έχει σαν αποτέλεσμα την προσβολή τόσο των καρκινικών, όσο και των υγειών κυττάρων. Κατά συνέπεια, προκαλούνται ποικίλες παρενέργειες στον ανθρώπινο οργανισμό, ορισμένες πολύ σοβαρές που δεν επιτρέπουν την χορήγηση θεραπευτικών δόσεων. Η νανοτεχνολογία μπαίνει δυναμικά στη μάχη κατά του καρκίνου. Ο σχεδιασμός και η χρήση συστημάτων με μέγεθος στην νανοκλίμακα, προσφέρει νέους τρόπους για τον εντοπισμό, τη διάγνωση και τη θεραπεία του καρκίνου από τα πρώτα κιόλας στάδια και με ελάχιστες παρενέργειες. Τα νανοσωματίδια μακράς κυκλοφορίας (stealth nanoparticles) παρέχουν ένα νέο τρόπο χορήγησης των αντικαρκινικών φαρμάκων, λειτουργώντας ως φορείς που εξαγγειώνονται στην περιοχή του όγκου, επιτρέποντας με αυτόν τον τρόπο την εκλεκτική διάθεση του φαρμάκου που περιέχουν στα καρκινικά κύτταρα. Τα σωματίδια αυτά, έχουν την ικανότητα να τροποποιούνται κατάλληλα, ώστε να είναι βιοσυμβατά και να μπορούν να προσκολλούνται στα καρκινικά κύτταρα ή στο μικροπεριβάλλον τους, λειτουργώντας έτσι σαν φορείς στη στοχευμένη χορήγηση αντικαρκινικών φαρμάκων, μειώνοντας την τοξικότητα στους φυσιολογικούς ιστούς. Οι νανοφορείς που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα, εμφανίζουν σημαντικά προβλήματα, όπως δομική αστάθεια, δομική ετερογένεια και ελλειπή έλεγχο μεγέθους και σχήματος. Κατά συνέπεια, υπάρχει μία συνεχής ανάγκη ανάπτυξης νέων νανοφορέων ή βελτιστοποίηση των ήδη μελετημένων, προκειμένου να μπορούν να αξιοποιηθούν στην κλινική πράξη. Τα φουλλερένια (C60), έχουν κινήσει το ενδιαφέρον των επιστημόνων σε πολλούς τομείς της έρευνας, συμπεριλαμβανομένου της θεραπείας κατά του καρκίνου. Η βιολογική τους σταθερότητα, το μικρό μέγεθος και η ικανότητα πρόσδεσης σε αυτά διαφόρων παραγόντων, όπως πολυμερή, βιοδραστικές ουσίες και μονάδες στόχευσης τα κατέστησε ικανά να λειτουργούν σαν νανοφορείς στη στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων. Το μόνο τους μειονέκτημα είναι η μειωμένη διαλυτότητά τους στο νερό, το οποίο μπορεί να αντιμετωπιστεί με την πρόσδεση σε αυτά υδρόφιλων πολυμερών, όπως είναι η πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG). Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της σύνθεσης ενός συζεύγματος πεγκυλιωμένου μορίου φουλλερενίου (C60) με το αντικαρκινικό φάρμακο δοξορουμπικίνη, καθώς και η in vitro αξιολόγηση του τελικού προϊόντος. Στόχος είναι η αύξηση της αποτελεσματικότητας και η μείωση της τοξικότητας του φαρμάκου, μέσω στοχευμένης μεταφοράς στον καρκινικό όγκο. Ένα πεγκυλιωμένο σύζευγμα φουλλερενίου (C60) με δύο μόρια δοξορουμπικίνης (DOX2-C60-PEG, ένωση 4), συντέθηκε επιτυχώς και χαρακτηρίστηκε πλήρως μέσω 1H-NMR, 13C-NMR, IR, UV και TGA. Η δραστικότητα του τελικού προϊόντος, καθώς και ενός ήδη συντεθέντος συζεύγματος με ένα μόριο φαρμάκου DOX-C60-PEG (ένωση 2b), αλλά και του ενδιαμέσου συζεύγματος C60-PEG (ένωση 7) και της υδροχλωρικής δοξορουμπικίνης (DOX•HCl), ενάντια στον καρκίνο ελέγχθηκε in vitro σε καρκινικές σειρές κυττάρων μαστού MCF-7. Τα συζεύγματα DOX2-C60-PEG (4) και DOX-C60-PEG (2b) εμφάνισαν ικανοποιητική δράση αναστολής του πολλαπλασιασμού των κυττάρων, συγκρίσιμη με αυτήν του ελεύθερου φαρμάκου, ύστερα από σχετικά μακρό χρόνο επώασης. Μελέτη εντοπισμού της DOX χρησιμοποιώντας μικροσκοπία φθορισμού έδειξε ότι το φάρμακο στην περίπτωση των συζευγμάτων εντοπίζεται πολύ πιο αργά στο πυρήνα του κυττάρου, όπου και μπορεί να εξασκήσει φαρμακολογική του δράση, σε σύγκριση με την ελεύθερη DΟΧ. Αυτό σε συνδυασμό με την αργή απελευθέρωση του φαρμάκου από τα συζεύγματα, όπως έδειξαν πειράματα αποδέσμευσης σε προϊόν λύσης των MCF-7 καρκινικών κυττάρων, ερμηνεύει την συγκριτικά αργή εμφάνιση δράσης στην περίπτωση των συζευγμάτων. Συμπερασματικά στην εργασία συντέθηκαν επιτυχώς φουλλερενικά συζεύγματα δοξορουμπικίνης τα οποία είχαν ικανοποιητική αντικαρκινική δραστικότητα έναντι καρκινικών κυττάρων ανθρώπινης καρκινικής σειράς. τα αποτελέσματα δικαιολογούν περαιτέρω μελέτες εφαρμογής του φουλλερενίου ως νανοφορέα για την χορήγηση τόσο δοξορουμπικίνης, όσο και άλλων φαρμάκων κατά του καρκίνου. / Until now, the administration of various drugs for its cure, affect both cancer and normal cells. Thus, many serious side effects are caused on the human body, which do not permit the administration of therapeutic doses of potent anticancer drugs. Nanotechnology has entered dynamically”in the battle” against cancer. The design and the use of multifunctional nanoparticulte systems, provides new ways to detect, diagnose and treat cancer in the earliest stages and with minimal side effects. They can extravagate at tumor site, allowing direct drug access selectively to cancer cells. These particles have the capacity to be suitably modified in order to be biocompatible and can be attached to tumor cells or their microenvironment, acting as carriers in targeted delivery of anticancer drugs, reducing toxicity to normal tissues. Drug nanocarriers explored to date, suffer from inherent limitations, including instability, structural heterogeneity and poor control over size and shape. Therefore, there is a continuing need to produce new or optimized, already studied nanocarriers, in order to render possible the use of such advanced nanomedicines in the clinic. Fullerenes (C60), have attracted considerable interest in many fields of research, including the treatment of cancer. Because of their biological stability, their small size, and their ability to be suitably modified, attaching on them biological modifiers and drugs, they can be used as nanocarriers in targeted drug delivery. The main drawback of these carbon particles with regard to their biomedical applications, is their poor solubility to water. We can overcome this problem by attaching on fullerene particles hydrophilic polymers, such as polyethylene glycol (PEG). In the present work, the results of the synthesis and the in vitro biological evaluation of a pegylated fullerene conjugate with the potent anticancer drug Doxorubicin are represented. The main goal is to increase efficacy and reduce toxicity of doxorubicin, through targeted delivery to tumors, by conjugating the drug to pegylated fullerenes. A pegylated fullerene-doxorubicin conjugate with two molecules of drug per fullerene particle (DOX2-C60-PEG, compound 4) has successfully been synthesized and was fully characterized by 1H-NMR, 13C-NMR, IR, UV and TGA. The anticancer activity of conjugates DOX2-C60-PEG (4), DOX-C60-PEG (compound 2b, with one DOX molecule per fullerene particle), and conjugate C60-PEG (control compound 7) and doxorubicin hydrochloride ((DOX•HCl), was evaluated in MCF-7 cancer cells lines. The fullerene-doxorubicin conjugates (2b, 4) exhibited satisfactory anticancer activity (inhibiting cancer cells proliferation), which became comparable to the activity of free drug at relatively long incubation times. In accordance with the relatively slow effect of DOX-C60-PEG conjugates on cells viability, DOX localization studies using fluorescence microscopy indicated that the drug is much more slowly localized in cell nucleus, where the drug can exert its pharmacological action, in the case of conjugates compared to free DOX. In conclusion pegylated fullerene-doxorubicin conjugates were successfully synthesized. These DOX-C60-PEG conjugates exhibited comparable, but with a delayed onset, to free DOX anticancer activity against human cancer cell lines. The results obtained justify further investigation of the potential of these conjugates as anticancer nanomedicines.

Το φυσικό προϊόν αρτεμισινίνη και τα παράγωγά της αποτελούν σήμερα φάρμακα επιλογής για την αντιμετώπιση της ελονοσίας ενώ πολλά απ’αυτά παρουσιάζουν και ιδιαίτερα σημαντική αντικαρκινική δράση. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας έγινε χημική τροποίηση του μορίου της αρτεμισίνης, προκειμένου να συντεθούν διμερή συζεύγματά της με πολυαμίνες (πουτρεσκίνη, σπερμιδίνη, σπερμίνη). Αρχικά, η αρτεμισινίνη τροποποιήθηκε κατάλληλα έτσι ώστε να φέρει συνδέτη με δεσμό C-O (10-oξo) ή C-C (10-καρβο) στη θέση-10 και N-C με αλλαγή του ετεροατόμου στην θέση-11, προκειμένου στη συνέχεια να προσδεθεί στις πολυαμίνες μέσω δεσμού ουρεθάνης. Για το λόγο αυτό, συντέθηκαν ενεργοποιημένα ανάλογα της αρτεμισινίνης, τα οποία μετά από αντίδραση με κατάλληλα προστατευμένες πολυαμίνες, οδηγούν στο σχηματισμό διμερών πολυαμινικών συζευγμάτων της αρτεμισινίνης. Επιπλέον, για προκαταρκτικές βιολογικές μελέτες, συντέθηκε ένα ασύμμετρο πολυαμινικό σύζευγμα της αρτεμισινίνης με το αντικαρκινικό φάρμακο χλωραμβουκίλη, χρησιμοποιώντας το 10-oξo ενεργοποιημένο ανάλογο και την πουτρεσκίνη. / The natural product Artemisinin and its derivatives are currently the drugs of choice for the treatment of malaria, which some of them showing important anticancer activity. In the context of the present dissertation, three chemical modifications of the molecule of artemisinin were accomplished towards the synthesis of several Artemisinin dimer conjugates with polyamines (putrescine, spermidine, spermine). Initially, artemisinin was modified at position 10 and 11, in order to synthesize analogues bearing suitable linkers, through C-O (10-oxo), C-C (10-carbo) and C-N (11-aza, by replacement of O with N in the ring A of Artemisinin) bonds, able to form carbamate bonds with amino groups of polyamines. For this purpose, the corresponding activated intermediates were synthesized, which upon reaction with suitably protected polyamines afforded the Artemisinin symmetric conjugates. In addition, for the sake of preliminary biological evaluation a new asymmetric conjugate consisted of an 10-oxo Artemisinin and a chlorambucil moiety, using putrescine as a polyamine-type linker, was synthesized.

Το φυσικό προϊόν αρτεμισινίνη και τα παράγωγά της αποτελούν σήμερα φάρμακα επιλογής για την αντιμετώπιση της ελονοσίας ενώ πολλά απ’αυτά παρουσιάζουν και ιδιαίτερα σημαντική αντικαρκινική δράση. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας έγινε χημική τροποποίηση του μορίου της αρτεμισινίνης, προκειμένου να συντεθούν διμερή συζεύγματά της με πολυαμίνες (πουτρεσκίνη, σπερμιδίνη, σπερμίνη). Αρχικά, η αρτεμισινίνη τροποποιήθηκε κατάλληλα έτσι ώστε, να φέρει συνδέτη με δεσμό C-O (10-oxo) στη θέση-10, προκειμένου στη συνέχεια να προσδεθεί στις πολυαμίνες μέσω δεσμού ουρεθάνης. Για το λόγο αυτό, συντέθηκε το ενεργοποιημένο ανάλογο(10-oxo , το οποίο μετά από αντίδραση με τις κατάλληλα προστατευμένες πολυαμίνες, έδωσαν τα διμερή συζεύγματα της αρτεμισινίνης 66-68. Επιπλέον, για προκαταρκτικές μελέτες βιολογικής δράσης, συντέθηκε ένα ασύμμετρο σύζευγμα της αρτεμισινίνης με το αντικαρκινικό χλωραμβουκίλη (69), χρησιμοποιώντας το 10-oxo ενεργοποιημένο ανάλογο και την πουτρεσκίνη ως πολυαμίνη. Όλα τα παραπάνω συζεύγματα, βρίσκονται στο στάδιο της αποτίμησης της βιολογικής τους δράσης, από συνεργαζόμενο εργαστήριο έναντι καρκινικών σειρών HL60. / The natural product Artemisinin and its derivatives are currently the drugs of choice for the treatment of malaria, with a large number of them showing important anticancer activity as well. In the context of the present dissertation, one chemical modification of artemisinin was accomplished towards the synthesis of several Artemisinin dimer conjugates with polyamines (putrescine, spermidine, spermine). Initially, artemisinin was modified at the 10- position, in order to synthesize analogue bearing suitable linkers, through C-O (10-oxo) bond, able to form urethane bonds with amino groups of polyamines. For this purpose, the activated intermediate(10-oxo) was synthesized, which upon reaction with suitably protected polyamines afforded the Artemisinin symmetric conjugates 66-68. In addition, for the sake of preliminary biological evaluation a new asymmetric conjugate (69) consisted of an 10-oxo Artemisinin and a chlorambucil moiety, using putrescine as a polyamine-type linker, was synthesized. All above conjugates are now under biological evaluation as anticancer agents, against HL60 cancer cells, by a collaborating research group. Further studies are underway, in order to evaluate the biological activity of the aforementioned analogues as antimalarials.

Η ασιτρετίνη, τα ψωραλένια και η μινοξιδίλη αποτελούν φάρμακα επιλογής για την αντιμετώπιση δερματικών ασθενειών (ψωρίαση, καρκίνος δέρματος, λεύκη, ανδρογενής αλωπεκία). Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναπτύχθηκαν συγκλίνουσες συνθετικές μεθοδολογίες για την ολική σύνθεση αναλόγων της ασιτρετίνης με μεταβολές στο λιπόφιλο τμήμα της. Επιπλέον, τροποποιήθηκαν με χημικό τρόπο ψωραλένια, όπως το τριοξαλένιο, το μπερκαπτένιο και το ξανθοτοξένιο και συντέθηκε μια πληθώρα υβριδικών αναλόγων και συζευγμάτων τους με όξινα ρετινοειδή. Τέλος, αναπτύχθηκαν μεθοδολογίες για την ολική σύνθεση αναλόγων και συζευγμάτων της μινοξιδίλης με πολυαμίνες και άλλα βιοδραστικά μόρια. / Acitretin, Psoralens and Minoxidil are the drug of choice for the treatment of several dermatological disorders, such as psoriasis, vitiligo, cancer and adrogenic alopecia. In the context of the present thesis we developed efficient convergent synthetic methodologies for the total syntheses of acitretin analogs, incorporating changes in the lipophilic part. Moreover, psoralens, such as trioxsalen, bergapten and xanthotoxin, were chemically modified, in order to synthesize, hybrid analogs and conjugates with acidic retinoids. Finally, we developed efficient synthetic methodologies for the total synthesis of analogs and conjugates of Minoxidil with polyamines and other molecules with biological interest.