Computational methods have been extensively developed at various levels of approximation in recent years to model biomolecular interactions and for rational drug design. This research work aims to explore the feasibility of using quantum mechanical (QM) methods within the two broad categories of in silico ligand-based and structure-based drug design. First, density functional theory at the M06L level of theory was employed to examine structure-activity relationships of boron-based heterocyclic compounds, anti-inflammatory inhibitors targetting the interleukin-1β (IL-1β) cytokine. Our findings from computed energies and shapes of the molecular orbitals provide understanding of electronic effects associated with the inhibitory activity. We also found that the boron atom, specifically its electrostatic polarity, appears to be essential for the anti-IL-1β activity as evidenced by the biological assay of non-boron analogues selected from the ligand-based virtual screening results. Secondly, we aimed to dock ligands at the active sites of zinc-containing metalloproteins with reasonable computational cost and with accuracy. Therefore, an in-house docking scheme based on a Monte Carlo sampling algorithm using the semiempirical PM6/AMBER force field scoring function was compiled for the first time within the Gaussian 09 program. It was applied to four test cases, docking to cytidine deaminase and human carbonic anhydrase II proteins. The docking results show the method’s promise in resolving false-positive docking poses and improving the predicted binding modes over a conventional docking scheme. Finally, semiempirical QM methods which include dispersion and hydrogen-bond corrections were assessed for modelling conformations of β-cyclodextrin (βCD) and their adsorption on graphene. The closed in vacuo βCD cccw conformer was found to be in the lowest energy, in good agreement with previous ab initio QM studies. DFTB3, PM6-DH2 and PM7 methods were applied to model the intermolecular interactions of large βCD/graphene complexes, over a thousand atoms in size. We found that the binding preference of βCD on graphene is in a closed conformation via its C2C3 rim, agreeing with reported experimental and computational findings.

La photocatalyse hétérogène est une technique d'oxydation avancée prometteuse dans le domaine de la dépollution d’effluents aqueux ou gazeux industriels contenant des composés organiques tels que les colorants, engrais, pesticides ou composés organiques volatils (COV). La photocatalyse met en oeuvre l'excitation d’un matériau semi-conducteur par une radiation lumineuse et dans ce contexte le dioxyde de titane (TiO2) est le photocatalyseur le plus couramment employé. Cependant, son activité est liée à de nombreux paramètres (longueur d'onde d'irradiation, paramètres texturaux, composition cristalline…) qu'il convient de maitriser si on veut concevoir un système de dépollution efficace. Afin d’améliorer les performances du TiO2, différentes approches ont émergé durant les dernières décennies, telles que ledopage par des métaux de transition ou le dopage par des composés organiques.Le sujet de la thèse s’est inscrit dans ce contexte et a porté sur le développement de systèmes photocatalytiques élaborés en présence de cyclodextrines (molécules cages formées par l’enchainement d’unités glucosidiques) pour la dégradation de polluants organiques en phase aqueuse. Il s'articule en trois parties principales. La première partie a été consacrée à la possibilité de combiner directement l’action d’un dioxyde de titane commercial (P25) en suspension aqueuse en présence de cyclodextrines pour améliorer le rendement de réactions photocatalysées. Appliquée à la dégradation photocatalytique d’un COV hydrophobe (toluène) dans l’UV, l’étude n’a pas montré d’impact positif des cyclodextrines. Les résultats ont été rationnalisés par l’évaluation des capacités d’adsorption des cyclodextrines sur la surface duphotocatalyseur et des constantes d’association 1:1 CD:toluène. Le deuxième partie a porté sur la synthèse d’une série de matériaux mésoporeux TiO2 par voie sol-gel colloïdale en utilisant comme agents structurants des assemblages supramoléculaires de type Pluronic 123-cyclodextrine partiellement méthylée (micelles). L’introduction de cyclodextrine méthylée en quantité contrôlée permet de jouer sur le glonflement des micelles. Après élimination de l’agent template par calcination, il est mis en évidence qu’il est possible de moduler les paramètres texturaux et structuraux du dioxyde de titane. Ces matériaux ont été évalués dans la réaction de dégradation de l’acide phénoxyacétique en phase aqueuse sous une irradiation proche du rayonnement visible (365 nm). Dans la troisième partie, le développement de matériaux mésoporeux TiO2 par voie sol-gel colloïdale a été poursuivi en substituant les assemblages supramoléculaires comme agents structurants par des cyclodextrines seules. Les paramètres de synthèse ont été optimisés avec différentes types de cyclodextrines (natives ou modifiées) et différentes concentrations.Les meilleurs résultats en termes de dégradation photocatalytique de l’acide phénoxyacétique à 365 nm ont été obtenus avec le matériau R25-T500 préparé à partir de cyclodextrine alétoirement méthylée à 25 g/L. Enfin, l’incorporation d’or sous forme HAuCl4 durant le protocole de synthèse a même permis d’observer une augmentation de l’activité photocatalytique sous irradiation à 420 nm comparativement au catalyseur référence TiO2 P25. / Photocatalysis is a promising advanced oxidation process (AOPs) to efficiently removing non biodegradable pollutants from atmosphere. Among photocatalysts, titanium dioxide (TiO2) remains certainly one of the most attractive materials because it is relatively inexpensive, nontoxic and photochemically stable. However, several factors such as wavelength of irradiation, the crystal phase composition, the surface area and the adsorption properties of the catalyst are likely to affect the hotocatalytic efficiency. The design of semiconductor metal oxide nanoparticles with tunable pore size and morphology andcontrollable composition is so important to create an efficient remediation process. To improve the photoactivity of the semi-conductor, several approaches have already been reported such as the combination of metallic or organic material to titanium dioxide. Cyclodextrins (CDs) are natural cyclic oligosaccharides derived from starch that can include in their hydrophobic cavity many organic compounds by host-guest interaction and thus increase the solubility of the guest. Taking advantage of their inclusion capacity, CDs can play a major role in catalytic processes. Numerous works involving the combined use of cyclodextrins and titanium dioxide have been reported but depending on the structure of the reactants and the reaction conditions, the CD may or may not improve the photocatalytic degradation of pollutants and it seems difficult to predict the effect of CDs on a photocatalytic process. To further understand the interactions between CD and TiO2 and to improve the performance of a photocatalytic remediation process, we studied the effect of different CDs on the properties of commercial or synthesized titanium dioxide nanoparticules. The performances of our catalysts were evaluated on thephotodegradation of two pollutants in aqueous phase: the toluene (VOC) and the phenoxyacetic acid (herbicide). This work has been divided into 3 parts: first we evaluated the impact of different CDs on the photocatalytic degradation of toluene in aqueous phase by a commercial titanium dioxide (P25). Then in a second part we investigated a template-directed colloidal self-assembly strategy for the production, in aqueous phase, of nanostructured TiO2 materials with tunable porosity and crystalline framework. The approach employs the supramolecular assemblies formed between a methylated β-cyclodextrin and the block copolymer P123 as soft templates and TiO2 nanocrystals as building blocks. Finally, we have investigated the possibility of using the cyclodextrin alone as soft templates for the preparation of a series of mesoporous titania materials with tunable properties The results show that a modified cyclodextrin can modulate the textural and structural parameters of TiO2 in order to maximize the degradation of phenoxyacetic acid in aqueous phase under near visible radiation. The incorporation of gold in our synthesis method has even increased the photocatalytic activity of our semi-conductor compared to the commercial P25 for an irradiation of 420 nm.

Submitted by Natalie Mendes (nataliermendes@gmail.com) on 2015-11-12T01:28:44Z No. of bitstreams: 1 Disserta??o Lippia grata UEFS.pdf: 1504199 bytes, checksum: 6547f6ba792b976ed41c1fae77889843 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-12T01:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta??o Lippia grata UEFS.pdf: 1504199 bytes, checksum: 6547f6ba792b976ed41c1fae77889843 (MD5) Previous issue date: 2013-09-27 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / The treatment of orofacial pain remains a major challenge for modern medicine. So, new therapeutic proposals has sought in natural products pharmacological options for this nosology. In the current study, it was prepared and physicochemically characterized a ?-cyclodextrin complex containing L. grata leaf essential oil (?-CD/EO) in order to investigate their possible antinociceptive activity in animal models of orofacial pain. The essential oil from the leaves of Lippia grata (EO ) was obtained by hydrodistillation in a Clevenger-type apparatus and the main compounds identified was made through CG-MS. The phytochemical analysis of EO demonstred the presence of camphor (28,69%), (E)-caryophillene (11,47%), bicyclogermacrene (10,22%), camphene (9,45%) and borneol (7,64%) as the main compounds. Following these preliminary results, the inclusion complex of ?-cyclodextrin and EO (?-CD/EO) was prepared by slurry procedure (SC). It was taken physicochemical characterization. The results of DSC and TG/DTG showed that the products prepared by SC methods were able to incorporate greater amounts of EO. In the X-ray diffractogram, it was showed that complex between EO and ?-CD was formed. Male Swiss mice were pretreated with ?-CD/EO (6, 12 or 24 mg/kg, per os, gavage, p.o.), morphine (5 mg/kg, i.p.), or vehicle (distilled water, p.o.), 90 min. before treatment with formalin (20 ?l, 2%), capsaicin (20 ?l, 2,5 ?g), or glutamate (40 ?l, 25 ?M) into the right upper lip. The obtained data were evaluated by one-way analysis of variance (ANOVA), followed by Tukey?s test. The results demonstrated that p.o. treatment with ?-CD/EO was (p<0,05 or p<0,001) capable in reducing the nociceptive face-rubbing behavior in both phases of the formalin test. ?-CD/EO-treated mice were also (p<0.05 or p<0.001) protected against nociception induced by capsaicin and glutamate. For the action in the central nervous system (CNS), ninety minutes after the treatment, the mice were perfused, the brains collected, crioprotected, cut in a criostate and submitted to an imunofluorescence protocol for Fos protein. The imunofluorescence protocol demonstrated that the ?-CD/EO significantly activated (p<0,05; p<0,01 or p<0,001) the motor cortex, the locus ceruleus, the nucleus raphe magnus and the periaqueductal gray of the CNS. These effects did not alter, in tested doses, the motor coordination of mice in the rota-rod test. These results suggest that treatment with ?-CD/EO induces an analgesic profile in experimental models of orofacial nociception, promising pharmacologic complex in treatment of orofacial pain. / O tratamento da dor orofacial representa um importante desafio para a medicina moderna. Desta forma, novas propostas terap?uticas t?m buscado nos produtos naturais op??es farmacol?gicas para esta nosologia. No presente estudo, foi preparado e caracterizado fisicoquimicamente, um complexo de ?-ciclodextrina incorporado com o ?leo essencial das folhas de Lippia grata (?-CD/OE) buscando avaliar sua poss?vel a??o antinociceptiva em modelos animais de dor orofacial. O ?leo essencial (OE) foi obtido por hidrodestila??o em aparato de Clevenger e os compostos marjorit?rios foram identificados por CG-MS. A an?lise fitoqu?mica do ?leo demonstrou a presen?a de c?nfora (28,69%), (E)-cariofileno (11,47%), biciclogermacreno (10,22%), c?nfeno (9,45%) e borneol (7,64%) como principais componentes. Ap?s estes resultados preliminares, este ?leo foi ent?o complexado em ?-ciclodextrina e a an?lise fisicoqu?mica realizada. Os resultados da DSC e TG/DTG demonstraram que produtos preparados por m?todos de coevapora??o foram capazes de incorporar grandes quantidades de ?leo essencial. No difractograma de raios X, foi mostrado que o complexo entre OE e ?-CD foi formado. Camundongos machos Swiss foram pr?-tratados com ?-CD/OE (6, 12 ou 24 mg/kg, per os, gavagem, v.o.), morfina (5 mg/kg, i.p.), ou ve?culo (?gua destilada, v.o.), 90 min. antes do tratamento com formalina (20 ?l, 2%), capsaicina (20 ?l, 2,5 ?g), ou glutamato (40 ?l, 25 ?M) no l?bio superior direito. Os dados obtidos foram avaliados por an?lise de vari?ncia de uma via (ANOVA), seguido pelo teste de Tukey. Os resultados demonstraram que o tratamento v.o. com ?-CD/OE foi capaz de reduzir (p<0,05 ou p<0,001) o comportamento nociceptivo de co?ar a face em ambas as fases do teste da formalina. Camundongos tratados com ?-CD/OE foram tamb?m (p<0,05 ou p<0,001) protegidos contra a nocicep??o induzida por capsaicina e glutamato. Para avaliar a a??o no sistema nervoso central (SNC), noventa minutos ap?s o tratamento, os camundongos foram perfundidos, os c?rebros coletados, crioprotegidos, cortados num criostato e submetidos a um protocolo de imunofluoresc?ncia para prote?na Fos. O protocolo de imunofluoresc?ncia demonstrou que o complexo de ?-CD/EO ativou (p<0,05; p<0,01 ou p<0,001) o c?rtex motor, o locus ceruleus, o n?cleo magno da rafe e a subst?ncia cinzenta periaquedutal do SNC. Esses efeitos n?o alteraram, nas doses testadas, a coordena??o motora dos camundongos no teste rota-rod. Os resultados sugerem que o tratamento com ?-CD/EO induz perfil analg?sico em modelos experimentais de nocicep??o orofacial, sendo um complexo farmacol?gico promissor no tratamento da dor orofacial.

Les électrodes modifiées avec cyclodextrines ayant des grandes performances analytiques représentent une alternative intéressante pour le développement de (bio)capteurs électrochimiques dans un domaine attractif de la recherche pour différentes applications, et notamment les analyses pharmaceutiques et biomédicales. Le but de cette étude a été de développer de nouvelles électrodes modifiées avec β-cyclodextrine pour des applications biomédicales et pharmaceutiques. L'influence de la β-cyclodextrine a été étudiée en solution et à la surface d’électrodes.L'influence de la β-cyclodextrine en solution aqueuse sur le comportement électrochimique de certaines substances pharmaceutiques (l’acide ascorbique, l'acide urique, la caféine, la théophylline, l'aminophylline et l'acétaminophène) a été étudiée en utilisant des méthodes électrochimiques et spectrales, mettant en évidence la formation de complexes d'inclusion.Diverses techniques ont été utilisées pour la modification des électrodes avec β-cyclodextrine: l'incorporation de la β-cyclodextrine dans la pâte de carbone et le piégeage dans des films polymères de polyéthylèneimine. Ces capteurs ont permis la détermination simultanée de l'acide ascorbique et de l'acide urique. Les électrodes modifiées ont été aussi appliquées pour le dosage de l'acide ascorbique dans deux produits pharmaceutiques et pour l’évaluation quantitative de l'acide ascorbique et de l'acide urique dans l’urine humaine avec de bonnes performances.Deux types de biocapteurs basés sur une nouvelle nanostructure de graphène ont été élaborés avec de l'oxyde réduit de graphène, de β-cyclodextrine et de tyrosinase en utilisant la méthode couche par couche et l’électropolymérisation. Les nouveaux nanocomposites ont été caractérisés par des techniques spectrales, microscopiques et électrochimiques. Les biocapteurs optimisés ont été appliquées avec succès pour la détermination du catéchol et de la dopamine dans des produits pharmaceutiques et des échantillons biologiques avec une bonne récupération.La solubilisation dans l'eau de certains nouveaux fluorophores (quatre nouvelles tétrazines) en utilisant la -cyclodextrine et de nanoparticules d'or modifiées avec β-cyclodextrine a été signalée. Les assemblages supramoléculaires redox ont été caractérisés dans l'eau par analyses électrochimiques et de fluorescence. L'immobilisation de tétrazines sur différents types d'électrodes modifiées par polypyrrole-cyclodextrine a été également réalisée et examinée par techniques électrochimiques, spectroscopiques et microscopiques.Une autre contribution originale est la combinaison de la lithographie avec de nanosphères utilisant des billes de latex avec différents diamètres (900 et 100 nm), avec l’électropolymérisation du monomère pyrrole-Ru(II). Des micro et nanostructures très organisées ont été réalisées en présentant de meilleures6propriétés pour le film photosensible de poly [Ru(II)-pyrrole]. Par ailleurs, le film de poly [Ru(II)-pyrrole] a été modifié avec d'autres types de dérivés de pyrrole qui présentent de propriétés de complexation utiles pour l’immobilisation des biomolécules à la surface de l'électrode. / The cyclodextrin modified electrodes with enhanced analytical performances represent an attractive promise for the future development of electrochemical (bio)sensors and remain a very active field of research for a wide range of applications in many areas, including pharmaceutical and biomedical analysis. The aim of this study was to develop novel cyclodextrin modified electrodes for pharmaceutical and biomedical applications. The β-cyclodextrin influence was investigated both in solution and immobilized at the electrode surface.The influence of β-cyclodextrin on the electrochemical behavior of some pharmaceuticals (ascorbic acid, uric acid, caffeine, theophylline, aminophylline, and acetaminophen) in aqueous solutions was studied by using electrochemical and spectral methods, which highlighted the inclusion complexes formation.Various techniques were used for the electrode modification with β-cyclodextrin, such as: the incorporation in carbon paste and the entrapment in polymeric films (polyethylenimine). These sensors allowed the simultaneous determination of ascorbic and uric acids. The modified electrodes were also applied for the dosage of ascorbic acid in two pharmaceutical products and for the ascorbic and uric acids quantification in human urine with good performances.Two types of biosensors based on a new nanostructured graphene framework were developed with reduced graphene oxide, β-cyclodextrin and tyrosinase by using either layer by layer method or electropolymerization. These new nanocomposites were characterized by spectral, microscopic and electrochemical techniques. The optimized biosensors were successfully applied for catechol and dopamine determination in pharmaceutical products, serum and urine samples with good recoveries.The solubilization in water of some new fluorophores (four new synthesized tetrazines) by using -cyclodextrin and gold nanoparticles modified with β-cyclodextrin was reported. The redox supramolecular assemblies were characterized in water by electrochemical and fluorescence measurements. The immobilization of tetrazines onto various types of electrodes modified with polypyrrole-cyclodextrin was also achieved and examined by electrochemical, microscopic and spectroscopic techniques.Another original contribution is the combination of nanosphere lithography by using latex beads with different diameters (900 and 100 nm), with the electropolymerization of a Ru(II)-pyrrole monomer. The achievement of highly organized micro and nanostructures showed enhanced features for the photosensitive electrogenerated poly-[RuII-pyrrole] films. Furthermore, poly-[RuII-pyrrole] film was modified with other types of pyrrole derivatives presenting complexation properties in order to immobilize biomolecules at the electrode surface.

La bêta-lapachone (b-lap) est une substance active présentant des activités trypanocides, anti-infectieuses et anticancéreuses, avec une sélectivité thérapeutique. Cependant, en raison de sa faible hydrosolubilité et de sa toxicité, b-lap n'est pas encore appliquée en clinique. Nous avons étudié son encapsulation dans des vésicules phospholipidiques, complexée ou non par des cyclodextrines. Nous avons d'abord analysé l'interaction de b-lap avec des excipients lipidiques par des mesures de pression de surface, DSC et SAXS. Elles ont montré que blap est insérée dans les bicouches lipidiques, proche des têtes polaires avec une solubilité maximale d'environ 3,5 mol%. Les résultats expérimentaux ont été confirmés par des simulations de dynamique moléculaire. Le taux d'encapsulation (ER%) de b-lap dans les liposomes s’est avéré en accord avec sa solubilité maximale dans les lipides. Des complexes b-lap:cyclodextrines ont été formés et incorporés dans le coeur aqueux de liposomes déjà chargés en b-lap. Des ER% plus élevés ont été obtenus, mais avec une efficacité d'encapsulation plus faible. Des tests in vitro sur des lignées cellulaires épithéliales et tumorales de prostate ont démontré la cytotoxicité élevée de b-lap, sans différence toutefois entre b-lap libre et formulée, ni entre les cellules normales et les cellules cancéreuses. / Beta-lapachone (b-lap) is a potential drug with trypanocidal, anti-infectious and anticancer activities with reported selectivity of effects. However, due to its poor water solubility and toxicity, b-lap is not yet applied in therapeutics. We have studied the encapsulation of b-lap in conventional phospholipid vesicles and in-cyclodextrin-in-liposomes. We first analyzed the interaction of b-lap with lipid excipients by surface pressure measurements, DSC and SAXS. They showed that b-lap inserts in lipid bilayers close to polar head groups with a maximum solubility of about 3.5 mol%. The experimental results were supported by molecular dynamics simulations. Encapsulation rates (ER%) of b-lap in liposomes were consistent with b-lap maximal solubility in lipids. B-lap:cyclodextrin complexes were formed and entrapped in the aqueous core of blap-loaded liposomes. Higher ER% were obtained, but with lower encapsulation efficiency. In vitro tests on prostate epithelial and tumor cell lines demonstrated the high cytotoxicity of b-lap, however, without difference between formulated and free b-lap, nor between normal and cancer cells.

Les travaux de cette thèse intitulée « Associations supramoléculaires des Complexes de clusters métalliques avec les cyclodextrines : Des interactions en solution à la conception de systèmes mixtes Clusters-polyoxométallates » portent sur l’encapsulation de clusters octaédriques par des oligosaccharides cycliques appelés cyclodextrines. La première partie de ce travail concerne l’étude en solution aqueuse du comportement de clusters de rhénium cationiques [Re6Q8(H2O)6]2+ (avec Q = S ou Se) ou anioniques du type [Re6Q8(CN)6]4- (avec Q = S, Se ou Te) vis-à-vis de cyclodextrines de type α, β et γ. Les études menées en solution au moyen de la RMN de 1H montrent que les clusters aquo cationique [Re6Q8(CN)6]4- interagissent très faiblement avec la cyclodextrine γ (noté γ -CD) alors que la diffraction des rayons X révèle que ces systèmes cristallisés contiennent l’adduit supramoléculaire de type hôte-invité de stoichiométrie 1:1 {[Re6Q8(H2O)6]@g-CD}2+ sans que l’analyse structurale ne révèle d’intéractions attractives significatives entre le cluster et le macrocycle. L’étude des dérivés anioniques cyano [Re6Q8(CN)6]4- (Q = S, Se ou Te) a permis d’établir les critères favorisant les interactions de type hôte-invité. Les études en solution montrent que pour ces systèmes cluster-CD, les interactions supramoléculaires peuvent être classés selon l’ordre α-CD < β-CD < γ-CD. Cependant, la nature du ligand chalcogénure (Q = S, Se, Te) a aussi une influence déterminante dans le processus de reconnaissance supramoléculaire en suivant le classement suivant S < Se < Te. Les études RMN 1H, 77Se et 125Te complétées par la détermination par ITC des grandeurs thermodynamiques associées au processus de reconnaissance hôte-invité. Ces études révèlent dans tous les cas que le processus de reconnaissance est très largement favorisé d’un point de vue enthalpique alors que la contribution entropique est toujours défavorable. Cette signature thermodynamique peut être reliée au comportement chaotrope de ces ions en solution. Les études structurales menées par diffraction des rayons X ont dans tout les cas montrées des associations supramoléculaires qui peuvent différer subtilement selon la nature du cluster et le type de cyclodextrine. Enfin, des études électrochimiques confirment les résultats précédents et mettent davantage en lumière le rôle déterminant de la charge ionique sur la stabilité des agrégats supramoléculaires.Ces complexes de rhénium ont été engagés dans des associations inédites avec des polyoxométallates. L’idée sous jacente de cette étude repose sur la création de système « push-pull » inorganiques associant une unité riche en électrons (le cluster) avec unité pauvre en électrons (le POM). Plusieurs structures sont décrites avec l’ion de Dawson [P2W18O62]6- ou un POM géant dérivé des bleus de molybdène. Elles démontrent le rôle déterminant de la cyclodextrine dans le processus d’interaction qui permet d’associer des anions cluster-POM. Ces composés apparaissent comme de très bon candidats pour l’élaboration de phases nanostructurées à base d’oxychalcogénures métalliques.Dans une dernière partie, les travaux ont été étendus aux clusters {M6X8Cl6}2- ( avec M = Mo ou W et X = Br ou I). Bien que certains d’entre eux présentent des propriétés remarquables de luminescence, leur faible résistance à l’hydrolyse en milieu aqueux limite considérablement leur utilisation pour des applications biomédicales. Ce travail réalisé au moyen de la RMN de 35Cl et UV-vis montre que les associations supramoléculaires de type hôte-invité permet de stabiliser de façon spectaculaire ces clusters. Des études préliminaires de cytotoxicité et de photothérapie dynamique (PDT) menées sur certains de ces systèmes cluster-CD montrent des résultats encourageant qui augurent de belles perspectives pour l’avenir. / In this work, we report in first part the detailed study of the interaction of rhenium cluster complexes [{Re6Q8}(H2O)6]2+ and [{Re6Q8}(CN)6]4–/3– (Q = S, Se, Te) with cyclodextrins (α, β and γ). Upon dissolving the reagents in water and then evaporating the solution or diffusion of ethanol vapors into the solution, crystalline products were obtained which crystallized as fragments without the formation of host-guest compounds (α-CD and Q = Se, Te ) or inclusion compounds with weak interactions with the primary or secondary face of CD (β-CD and all complexes, γ-CD / α-CD and Q = S), or very tightly coupled inclusion compounds involving the secondary face of CD (γ- CD and Q = Se, Te), which was confirmed by XRD. Moreover, similar behavior was found in aqueous solutions using a wide range of methods such as NMR spectroscopy (both from the host and the guest side), ITC, mass spectrometry, etc. Also, it was demonstrated that the inclusion cyclodextrins strongly affects the properties of cluster complexes, especially redox and luminescent. All data obtained by solution methods lead to the identification of two main factors of interaction with the CD, namely: (1) size-matching of host and guest, (2) the chaotropic nature of the guest. The chaotropic effect (the water structure breaking) of the complexes makes a significant contribution to the formation of inclusion compounds, however, when size-matching is additionally observed, the interaction becomes even stronger. The chaotropic effect was also confirmed by studying two complexes with different charges. Thus, an increase in the chaotropic effect without changing the size of the complex led to an increase in the binding constants with γ-CD by approximately 1000 times.In the second part, we have demonstrated that the inclusion compounds of rhenium cluster complexes with cyclodextrin can be combined with other functional inorganic compounds - polyoxometalates. In such three-component systems, cyclodextrin plays the role of a binding agent. In the case of a logical combination of oppositely charged cationic cluster complexes and a Dawson-type anion, the system is mainly formed due to the strong bond between the POM and the CD, since cluster interacts very weakly with CD. On the other hand, ions of the same charge (anionic cluster and anionic POM) can also form three-component systems, which are mainly based on inclusion of cluster into CD. Moreover, inclusion compounds can participate in the formation of nanoscale supramolecular ensembles with a nano-wheel {Mo154}, which exist both in solid state and in aqueous solution.In the last part, it was demonstrated that, using the supramolecular approach, it is possible to stabilize molybdenum and tungsten cluster complexes with low hydrolytic stability in aqueous solutions. For the first time, water-soluble Na2[{M6X8}Cl6] complexes (M = Mo, W, X = Br, I) were obtained and the kinetics of substitution of terminal ligands in water was studied in detail. Adding γ-CD to the system leads to the formation of strong inclusion compounds in a 1:2 ratio with the participation of the secondary face of cyclodextrin. Moreover, inclusion in γ-CD significantly reduces the rate of substitution of terminal ligands and allows us to obtain solutions that are stable for at least several months. The obtained compounds possess the best photophysical characteristics of luminescence in aqueous solutions among molybdenum and tungsten cluster complexes. Also, inclusion in the CD allowed us to study for the first time the redox properties of complexes in water. In conclusion, it was demonstrated that such systems have the lowest cytotoxicity, which makes them promising for further studies for use in biology and medicine.

This diploma thesis deals with the application of two permanently positively charged monosubstituted β-cyclodextrin derivatives (PEMEDA-β-CD, PEMPDA-β-CD) as chiral selectors in capillary electrophoresis. Use of PEMPDA-β-cyclodextrin in capillary electrophoresis has not been reported in literature. Properties of PEMEDA-β- cyclodextrin are already known, but its application for separation of amino acid enantiomers has not been published yet. Cyclodextrin derivatives were tested as additives in different buffers of different pH and with eventual addition of organic modifier. As suitable background electrolyte 15 mmol·l-1 borate buffer, pH = 9.5 without organic modifier was chosen. Furthermore the influence of chiral selector on separation and eventual enantioseparation of chosen analytes was evaluated. Addition of cyclodextrin derivatives in concentration range 0.0 - 5.0 was tested. Fourteen anionogenic analytes, including native amino acids, N- blocked amino acids and profens, were detected with UV-VIS detector at optimal wavelength 214, 254 or 280 nm. Both chiral selectors were suitable for enantioseparation of N-boc-D,L-tryptophan, which was baseline separated at concentration of selector as low as 0.5 mmol·l-1 . Tested amino acids blocked with terc-butoxycarbonyl and D,L-ketoprofen were partially...

A controlled assembly of natural beta-cyclodextrin modified Au NPs mediated by dopamine is demonstrated. Furthermore, a simple and sensitive colorimetric detection for dopamine is established by the concentration-dependent assembly.

Les leucémies sont une famille de cancers issus de la prolifération maligne des cellules hématopoïétiques. La leucémie myéloïde aigüe (AML) représente 30% des leucémies chez les adultes et menace surtout les personnes âgées de 64 ans et plus. Actuellement, la chimiothérapie est la méthode principale de prise en charge de l’AML, mais celle-ci comporte des effets secondaires importants ainsi qu’un risque de récidive qui freinent son développement. Le redéploiement de molécules déjà utilisées pour d’autres maladies est une stratégie émergente dans le traitement du cancer. Par exemple, la chlorpromazine (CPZ), un antipsychotique, démontre une activité contre les lignées cellulaires issues d’AML, mais son activité au niveau du système nerveux central entraine des effets indésirables. Compte tenu de l’activité de CPZ contre les cellules leucémiques, nous avons mis au point un système de vectorisation des médicaments original pour le traitement de l’AML. La CPZ est d’abord incluse dans une cyclodextrine (CD) : molécule cage à base de glucose et ce complexe est ensuite encapsulé dans un liposome : vésicules à contenu aqueux délimitées par une ou plusieurs bicouches phospholipidiques. Ce système de “drug-in-CD-in-liposomes” (DCL) est conçu pour circuler longtemps dans le sang après injection intraveineuse mais ne pas passer la barrière hémato-encéphalique (BHE).Il a été nécessaire d’optimiser la formulation avec ses trois composants principaux : CD, CPZ et phospholipides. Ainsi, une évaluation physico-chimique approfondie a été réalisée pour les interactions CD/CPZ, CD/phospholipides et CPZ/phospholipides. La calorimétrie de titration isotherme (ITC) a permis de déterminer la stœchiométrie et la constante d’association pour les complexes d’inclusion CD/CPZ, démontrant les associations les plus importantes avec la Sugammadex ou la SBE-β-CD. La spectroscopie RMN 2D ROESY a mis en évidence des géométries d’inclusion différentes selon la taille et le type de substitution des CDs. Par ailleurs, l’inclusion de la CPZ dans les CDs accélère légèrement la photodégradation de l’antipsychotique. Quant à l’interaction CD/phospholipides, la SBE-Et-β-CD déstabilise les liposomes multilamellaires (MLVs) composés de palmitoylstearoylphosphatidylcholine (PSPC) pour des concentrations supérieures à 25 mM, tandis que les autres CDs sont sans effet. En outre, des études de turbidité ont démontré que les liposomes unilamellaires (SUV) ne sont pas perturbés en présence de la plupart des CDs. Une étude de l’interaction entre CPZ et PSPC a démontré que la quantité maximale qu’il est possible d’encapsuler était égale à 3,75 mol%. Par la suite, des DCL contenant CPZ ont été préparés par la méthode « dehydration-rehydration vesicles » (DRV) mais le pourcentage du principe actif encapsulé (EE) s’avérait faible (environ 10%). Ainsi la méthode DRV combinée à l’utilisation d’un gradient de concentration de sulfate d’ammonium a été mise en œuvre, ce qui a permis d’augmenter l’EE à 27% tout en gardant une taille compatible avec l’administration IV. Par la suite, la cytotoxicité de ces formulations a été évaluée sur 4 lignées cellulaires humaines issues d’AML (HL-60, MOLM13, MV4-11 and OCI-AML). Les liposomes contenant la CPZ ont tous démontré un effet cytotoxique tandis que les liposomes vides avaient tendance à stimuler la croissance cellulaire et les CD seules étaient sans effet. Pourtant, l’activité des DRVs avec CD était inférieure à celle des DRV/CPZ, selon l’ordre suivant : DRV-SGM/CPZ < DRV-SBE-β-CD/CPZ < DRV-HP-γ-CD/CPZ. L’activité était inversement proportionnelle à la constante d’affinité, suggérant une libération retardée. Cette hypothèse a été confortée par le fait que l’activité des DRV CD/CPZ était plus importante après une exposition de 72h qu’après 24h.Ces résultats sont prometteurs pour la mise au point de systèmes à libération contrôlée de CPZ pour le traitement d’AML. / Leukemia is a group of cancers caused by malignant clonal proliferation of hematopoietic stem cells. Accounting for 30% of all leukemias in adults, acute myeloid leukemia (AML) is especially a threat for older people with a median age of 64 years. Presently, chemotherapy is the main therapeutic method for AML but severe side-effects and possibility of relapse have hampered its development. “Repurposing” of drugs used in other diseases is a current trend for the treatment of cancer. For example, chlorpromazine (CPZ), a widely used anti-psychotic drug, shows effective activity in AML cell lines, but can also cause side effects in the central nervous system.Basing on the inhibiting capability of CPZ against leukemia-related cell lines, we have designed and developed a novel nanometric drug delivery system for AML treatment. CPZ is first entrapped in the hydrophobic internal cavity and forms inclusion complexes with cyclodextrin (CD), a cask-like molecule composed of glucose units, then the CD/CPZ inclusion complexes are encapsulated in liposomes, phospholipid vesicles consisting of a series of lipid bilayers enclosing aqueous compartments. The “drug-in-CD-in-liposomes” (DCL) system provides a promising strategy which is capable of achieving long circulation time in the blood after intravenous administration while circumventing the blood-brain barrier (BBB). It was necessary to optimize the formulation for its three main components: CD, CPZ and phospholipid. Therefore, a comprehensive physicochemical investigation of the interaction between CD/CPZ, CD/lipid and CPZ/lipid was performed. Isothermal titration calorimetry (ITC) was used to obtain the stoichiometry and association constant of the CPZ-CD inclusion complexes, showing that sugammadex and SBE-β-CD has the highest complexation ratio. 2D ROESY NMR revealed different inclusion processes depending on the size and chemical modification of CDs. Photodegradation experiments indicated that CDs can slightly accelerate CPZ's photodegradation. As far as liposome stability was concerned, SBE-Et-β-CD was found to have an obvious interaction with palmitoyl stearoyl phosphatidylcholine (PSPC) multilamellar liposomes (MLVs) above 25 mM, while the other CDs were without effect. However, turbidity measurements indicated that small unilamellar liposomes (SUVs) remain intact in presence of CDs. A study of the interaction between CPZ and PSPC showed that the maximum proportion of CPZ that could be incorporated into the lipid membrane was 3.75 mol%. Subsequently, DCL systems containing CPZ was prepared by the dehydration-rehydration vesicles (DRV) method. However, low drug encapsulation efficiency (EE) was obtained (about 10% of added drug). Therefore, an active loading strategy, the ammonium sulphate gradient method, was used in combination with the DRV method. As a result, the EE of CPZ increased to about 27% and yielded liposomal formulations with suitable size for IV administration.Finally, the cytotoxicity of CPZ, CDs, empty liposomes and liposomes containing CD/CPZ complexes was evaluated against a panel of leukemia cell lines. CPZ was found to show a growth-inhibiting effect on the human leukemia cell lines (HL-60, MOLM13, MV4-11 and OCI-AML), while empty liposomes were observed to slightly promote their growth and CDs alone had no significant cytotoxicity. However, a difference in activity was observed with the DRV containing CD/CPZ complexes, which were less active than DRV containing free CPZ, with the order: DRV-SGM/CPZ < DRV-SBE-β-CD/CPZ < DRV-HP-γ-CD/CPZ. The activity was inversely proportional to the formation constant of CD/CPZ complexes obtained by ITC, suggesting a delayed release from the complexes. This was confirmed by varying the exposure time; the activity of DRV CD/CPZ being relatively higher in a longer incubation.These results suggest that the DCL system could provide controlled release of CPZ for the treatment of AML.

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