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Os avanços da tecnologia e das pesquisas científicas na área de fármacos crescem a cada ano, em busca de novas espécies com potencial terapêutico e da melhoria de medicamentos já consolidados, sendo a liberação sustentada uma das áreas mais relevantes. Polímeros de coordenação estão ganhando certo destaque como matrizes alternativas para carregamento e liberação de fármacos. O objetivo desse trabalho foi preparar um polímero de coordenação (PC) de cobre(II) e verificar a viabilidade de sua interação com os fármacos anti-inflamatórios não-esteróides: ibuprofeno (Hibp) e naproxeno (Hnpx). A matriz polimérica investigada foi um polímero de cobre-isoftalato-bipiridina, de fórmula [Cu(ip)(bipy)]n·3,5H2O. Este foi preparado por método descrito na literatura e sua caraterização foi completada usando-se técnicas adicionais àquelas relatadas, incluindo medidas de área superficial e determinação de tamanho de poros. Materiais híbridos inorgânico-orgânicos contendo os fármacos incorporados no PC (PC/Hibp e PC/Hnpx) foram isolados e caracterizados por meio de espectroscopias eletrônica e vibracional, difração de raios x, análise térmica e microscopia eletrônica de varredura. Para o ibuprofeno foram também realizados ensaios para monitorar a liberação do fármaco a partir de seu correspondente material híbrido PC/Hibp. / The development of technology and scientific research in the pharmaceutical area is increasing every year in the search of new species with therapeutic potential and of an improvement of known medicines. Coordination polymers are gaining considerable emphasis as alternative matrices for carrying and releasing drugs. The main goal of the present work was to prepare a coordination polymer (CP) based on copper(II) and to study the viability of its interaction with the non-steroidal anti-inflammatory drugs: ibuprofen (Hibp) and naproxen (Hnpx). The polymer matrix was a copper-isophtalate-bipyridine polymer of formula [Cu(ip)(bipy)]n·3.5H2O. It was prepared according to previously described procedure and its characterization was performed by using additional techniques to those reported, including superficial area measurements and pore size determination. Inorganic-organic hybrid materials of the drugs incorporated into the CP (CP/Hibp and CP/Hnpx) were isolated and characterized by electronic and vibrational spectroscopies, x-ray diffraction, thermoanalysis and scanning electronic microscopy. For ibuprofen, some experiments were also performed to follow the releasing of the drug from its corresponding CP/Hibp hybrid material.

Os avanços da tecnologia e das pesquisas científicas na área de fármacos crescem a cada ano, em busca de novas espécies com potencial terapêutico e da melhoria de medicamentos já consolidados, sendo a liberação sustentada uma das áreas mais relevantes. Polímeros de coordenação estão ganhando certo destaque como matrizes alternativas para carregamento e liberação de fármacos. O objetivo desse trabalho foi preparar um polímero de coordenação (PC) de cobre(II) e verificar a viabilidade de sua interação com os fármacos anti-inflamatórios não-esteróides: ibuprofeno (Hibp) e naproxeno (Hnpx). A matriz polimérica investigada foi um polímero de cobre-isoftalato-bipiridina, de fórmula [Cu(ip)(bipy)]n·3,5H2O. Este foi preparado por método descrito na literatura e sua caraterização foi completada usando-se técnicas adicionais àquelas relatadas, incluindo medidas de área superficial e determinação de tamanho de poros. Materiais híbridos inorgânico-orgânicos contendo os fármacos incorporados no PC (PC/Hibp e PC/Hnpx) foram isolados e caracterizados por meio de espectroscopias eletrônica e vibracional, difração de raios x, análise térmica e microscopia eletrônica de varredura. Para o ibuprofeno foram também realizados ensaios para monitorar a liberação do fármaco a partir de seu correspondente material híbrido PC/Hibp. / The development of technology and scientific research in the pharmaceutical area is increasing every year in the search of new species with therapeutic potential and of an improvement of known medicines. Coordination polymers are gaining considerable emphasis as alternative matrices for carrying and releasing drugs. The main goal of the present work was to prepare a coordination polymer (CP) based on copper(II) and to study the viability of its interaction with the non-steroidal anti-inflammatory drugs: ibuprofen (Hibp) and naproxen (Hnpx). The polymer matrix was a copper-isophtalate-bipyridine polymer of formula [Cu(ip)(bipy)]n·3.5H2O. It was prepared according to previously described procedure and its characterization was performed by using additional techniques to those reported, including superficial area measurements and pore size determination. Inorganic-organic hybrid materials of the drugs incorporated into the CP (CP/Hibp and CP/Hnpx) were isolated and characterized by electronic and vibrational spectroscopies, x-ray diffraction, thermoanalysis and scanning electronic microscopy. For ibuprofen, some experiments were also performed to follow the releasing of the drug from its corresponding CP/Hibp hybrid material.

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Orientador: James Venturini / Resumo: Devido ao crescente isolamento de espécimes de Klebsiella pneumoniae resistentes a praticamente todas as classes de drogas antimicrobianas, a busca por novas drogas que sejam alternativa terapêutica para o tratamento das infecções por eles causadas se torna relevante. Nesse contexto, a complexação de íons metálicos a drogas antimicrobianas é uma das abordagens empregadas, uma vez que é possível gerar novas drogas com atividade superior as drogas já existentes. No presente estudo, foi realizada a síntese de metalofármaco por reação de coordenação entre sulfato de polimixina B e cobre (II). O produto desta reação foi caracterizado e sua atividade antimicrobiana frente a espécimes de K. pneumoniae resistentes aos carbapenêmicos e à polimixina B foi avaliada. Os resultados demonstraram que as concentrações inibitórias mínimas (MIC) do complexo sintetizado foram menores em relação aos MICs de polimixina B para 44,44% dos espécimes avaliados; para 33,33% dos espécimes os MIC’s foram equivalentes, e para 22,23% dos espécimes os MIC’s do complexo foram superiores aos MIC’s da polimixina B. Esses resultados são promissores, uma vez que houve um incremento na atividade bacteriana da polimixina complexada ao metal para quase metade dos espécimes avaliados, mostrando que a síntese de novas drogas antimicrobianas através da complexação de íons metálicos é uma técnica que deve ser mais explorada. Além disso, nossos resultados devem conduzir a novos estudos que visem a melhor compreensão da... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Due to the increasing isolation of Klebsiella pneumoniae specimens resistant to virtually all classes of antimicrobial drugs, the research for new drugs that are alternative therapeutics for the treatment of infections caused by them becomes relevant. In this context, the complexation of metal ions to antimicrobial drugs is one of the approaches used, since it is possible to generate new drugs with higher activity than existing drugs. In the present study, metallodrugs synthesis was performed by a coordination reaction between polymyxin B sulfate and copper (II). The product of this reaction was characterized and its antimicrobial activity against specimens of K. pneumoniae resistant to carbapenems and polymyxin B was evaluated. The results showed that the minimum inhibitory concentrations (MIC) of the synthesized complex were lower than the polymyxin B MICs for 44.44% of the evaluated specimens; for 33.33% of the specimens the MICs were equivalent, and for 22.23% of the specimens the MICs of the complex were superior to the MICs of polymyxin B. These results are encouraging, since there was an increase in the bacterial activity of metal complexed polymyxin for almost half of the evaluated specimens, showing that the synthesis of new antimicrobial drugs through the complexation of metallic ions is a technique that should be further explored. In addition, our results should lead to further studies aiming to a better understanding of the structure, mechanisms of action, toxicit... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

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Die Entwicklung von makrocyclischen Chelatoren, die mit Kupferionen thermodynamisch stabile und kinetisch inerte Komplexe bilden, ist in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt. Das ergibt sich insbesondere aus der Möglichkeit, Radiokupfernuklide aufgrund günstiger kernphysikalischer Eigenschaften sowohl für diagnostische (64Cu) als auch therapeutische (67Cu) Anwendungen einzusetzen. Hervorzuheben ist der Azamakrocyclus Cyclam (1,4,8,11-Tetraazacyclodecan), da dieser mit Kupfer(II)-Ionen Komplexe hoher thermodynamischer Stabilität bildet. Zudem weist der Chelator weitere Funktionalisierungsmöglichkeiten auf, um in Hinblick auf eine nuklearmedizinische Anwendung pharmakologisch relevante Moleküle wie beispielsweise Peptide oder Proteine (Antikörper oder Antikörperfragmente) kovalent zu binden und damit eine spezifische Anreicherung im Tumorgewebe zu ermöglichen. Allerdings erfordert das Maßschneidern der Eigenschaften von neuen bifunktionellen Chelatoren Kenntnisse über den Einfluss der Substituten auf die Stabilität der gebildeten Kupfer(II)-Komplexe. Die thermodynamische Stabilität lässt keine Aussagen über das Verhalten in vivo zu. Die Ursache für die kinetische Labilität in Säugetieren ist noch nicht vollständig verstanden, wird aber u. a. auf kupferbindende Enzyme bzw. Proteine zurückgeführt. Die Bioverteilung der Radiokupferkomplexe wird aber auch von weiteren Parameter, wie Hydrophilie, Ladung und Polarisierbarkeit beeinflusst. Mit dieser Arbeit wurde ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung von 64Cu Chelaten auf Basis von Cyclam-Propionsäure-Liganden geleistet. Diese Stoffklasse ist bisher synthetisch wenig erschlossen und Radiokupfer-markierte Komplexe zudem bisher gar nicht beschrieben. Daher ist es von besonderem Interesse die kinetische Stabilität Radiokupfer-markierter Cyclam-Propionsäure-Derivate zu untersuchen und mit einer Reihe bekannter Radiokupfer-markierter Cyclam-Essigsäure-Komplexe zu vergleichen. Es wurden vier N-funktionalisierte Cyclam-Derivate 13, 14b, 15 und 16, die eine unterschiedliche Anzahl an Propionsäuregruppen tragen, erfolgreich synthetisiert und in sehr hoher Reinheit (>99%) isoliert. Besonders hervorzuheben ist die erstmalige Synthese des trans-N,N´´-funktionalisierten Cyclam-Propionsäure-Derivates 14b in hoher Ausbeute (gesamt = 32%). Von den Verbindungen 13, 14b, 15 und 16 sind entsprechende Kupfer(II)-Komplexe hergestellt worden. Zur Aufklärung relevanter Fragestellungen bezüglich der chemischen und geometrischen Eigenschaften sind verschiedene spektroskopische Methoden (Röntgeneinkristallstrukturanalyse, IR, UV/VIS, Elektronenspinresonanz-Spektroskopie) anhand von den isolierten Kupfer(II)-Komplexen CuII-13, CuII-14b und CuII-16 herangezogen worden. Die röntgenkristallografischen Strukturaufklärungen der Komplexe CuII-14b und CuII-16 weisen eine verzerrt quadratisch-pyramidale Koordinationsgeometrie auf. Das Ligandenfeld wird innerhalb der Stickstoffebene mit steigendem Substitutionsgrad schwächer. Das wurde auch durch ESR-Messungen bestätigt. Nachweislich verursachen die zusätzlichen funktionellen Gruppen eine kleinere Ligandenfeldaufspaltung. Weiterhin nahm die kinetische Stabilität unter stark sauren Bedingungen mit steigendem Substitutionsgrad ab. Der Vergleich mit den bekannten oktaedrischen Kupfer(II)-Cyclam-Essigsäure-Komplexen zeigt, dass die quadratisch-pyramidalen Kupfer(II)-Cyclam-Propionsäure-Derivate unter stark sauren Bedingungen schneller dissoziieren. Als Ursache können die unterschiedlichen Konfigurationen diskutiert werden, da bei 4N+2-Geometrien die thermodynamisch bevorzugte trans III-Konfigurationen gebildet wird. Radiochemische Untersuchungen zur Bewertung der kinetischen Stabilität in vitro und in vivo sind mit den 64Cu-markierten Liganden 13, 14b, 15 und 16 durchgeführt worden. Hierfür ist ein In-vitro-Stabilitätstest basierend auf dem kupferbindenden Enzym Superoxid-Dismutase (SOD) bzw. humanem Serum für radiomarkierte Verbindungen entwickelt worden. In humanem Serum ist Albumin (~66 kDa) in sehr hoher Konzentration enthalten und eines der wichtigsten Transportproteine für extrazelluläre Kupfer-Ionen. Aufgrund seiner Abundanz im Blutplasma ist im Serum-Assay jeweils nur eine stark ausgeprägte Bande bei ca. 66 kDa detektiert worden. Dieser etablierte In-vitro-Stabilitätstest beruht im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Analysemethoden (Radio-HPLC oder Radio-DC) auf dem Prinzip der Gelelektrophorese. Von großem Vorteil ist, dass mehrere Proben simultan untersucht werden können und die Ergebnisse zuverlässig und reproduzierbar sind. Die In-vitro-Ergebnisse zeigen einen ähnlichen Trend wie bei der säure-assoziierten Dissoziation, wobei die höchste Stabilität bemerkenswerterweise bei dem [64Cu]Cu-14b Komplex bestimmt wurde. Allerdings beruht der Mechanismus hier nicht auf einer Dissoziation sondern auf einer Transchelatisierung. Die Ergebnisse der Bioverteilungen in Wistar-Ratten korrelieren mit den In-vitro-Studien in humanem Serum. Der Komplex [64Cu]Cu 14b zeigte sowohl eine schnelle renale Blut-Clearence als auch eine sehr geringe Anreicherung in der Leber und stellt damit eine Alternative zu den kommerziell erwerblichen Liganden dar. Als geeignete Chelatoren bieten Cyclam-Monopropionsäure 13 und Cyclam-Dipropionsäure 14b die Möglichkeit, Radiokupfernuklide stabil zu binden und erlauben die mehrfache Einführung von EGFR-spezifischen Peptiden an das Grundgerüst. Als Grundgerüst wurde der Ligand 13 ausgewählt. Durch die Multifunktionalisierung sollen höhere Affinitäten zum Rezeptor und verbesserte metabolische Stabilitäten hervorgerufen werden. Für diese Verbindung liegen erste vielversprechende Ergebnisse vor, wobei hohe Affinitäten zu zwei EGFR-positiven Zelllinien bestimmt wurden.

Die Entwicklung von makrocyclischen Chelatoren, die mit Kupferionen thermodynamisch stabile und kinetisch inerte Komplexe bilden, ist in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt. Das ergibt sich insbesondere aus der Möglichkeit, Radiokupfernuklide aufgrund günstiger kernphysikalischer Eigenschaften sowohl für diagnostische (64Cu) als auch therapeutische (67Cu) Anwendungen einzusetzen. Hervorzuheben ist der Azamakrocyclus Cyclam (1,4,8,11-Tetraazacyclodecan), da dieser mit Kupfer(II)-Ionen Komplexe hoher thermodynamischer Stabilität bildet. Zudem weist der Chelator weitere Funktionalisierungsmöglichkeiten auf, um in Hinblick auf eine nuklearmedizinische Anwendung pharmakologisch relevante Moleküle wie beispielsweise Peptide oder Proteine (Antikörper oder Antikörperfragmente) kovalent zu binden und damit eine spezifische Anreicherung im Tumorgewebe zu ermöglichen. Allerdings erfordert das Maßschneidern der Eigenschaften von neuen bifunktionellen Chelatoren Kenntnisse über den Einfluss der Substituten auf die Stabilität der gebildeten Kupfer(II)-Komplexe. Die thermodynamische Stabilität lässt keine Aussagen über das Verhalten in vivo zu. Die Ursache für die kinetische Labilität in Säugetieren ist noch nicht vollständig verstanden, wird aber u. a. auf kupferbindende Enzyme bzw. Proteine zurückgeführt. Die Bioverteilung der Radiokupferkomplexe wird aber auch von weiteren Parameter, wie Hydrophilie, Ladung und Polarisierbarkeit beeinflusst. Mit dieser Arbeit wurde ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung von 64Cu Chelaten auf Basis von Cyclam-Propionsäure-Liganden geleistet. Diese Stoffklasse ist bisher synthetisch wenig erschlossen und Radiokupfer-markierte Komplexe zudem bisher gar nicht beschrieben. Daher ist es von besonderem Interesse die kinetische Stabilität Radiokupfer-markierter Cyclam-Propionsäure-Derivate zu untersuchen und mit einer Reihe bekannter Radiokupfer-markierter Cyclam-Essigsäure-Komplexe zu vergleichen. Es wurden vier N-funktionalisierte Cyclam-Derivate 13, 14b, 15 und 16, die eine unterschiedliche Anzahl an Propionsäuregruppen tragen, erfolgreich synthetisiert und in sehr hoher Reinheit (>99%) isoliert. Besonders hervorzuheben ist die erstmalige Synthese des trans-N,N´´-funktionalisierten Cyclam-Propionsäure-Derivates 14b in hoher Ausbeute (gesamt = 32%). Von den Verbindungen 13, 14b, 15 und 16 sind entsprechende Kupfer(II)-Komplexe hergestellt worden. Zur Aufklärung relevanter Fragestellungen bezüglich der chemischen und geometrischen Eigenschaften sind verschiedene spektroskopische Methoden (Röntgeneinkristallstrukturanalyse, IR, UV/VIS, Elektronenspinresonanz-Spektroskopie) anhand von den isolierten Kupfer(II)-Komplexen CuII-13, CuII-14b und CuII-16 herangezogen worden. Die röntgenkristallografischen Strukturaufklärungen der Komplexe CuII-14b und CuII-16 weisen eine verzerrt quadratisch-pyramidale Koordinationsgeometrie auf. Das Ligandenfeld wird innerhalb der Stickstoffebene mit steigendem Substitutionsgrad schwächer. Das wurde auch durch ESR-Messungen bestätigt. Nachweislich verursachen die zusätzlichen funktionellen Gruppen eine kleinere Ligandenfeldaufspaltung. Weiterhin nahm die kinetische Stabilität unter stark sauren Bedingungen mit steigendem Substitutionsgrad ab. Der Vergleich mit den bekannten oktaedrischen Kupfer(II)-Cyclam-Essigsäure-Komplexen zeigt, dass die quadratisch-pyramidalen Kupfer(II)-Cyclam-Propionsäure-Derivate unter stark sauren Bedingungen schneller dissoziieren. Als Ursache können die unterschiedlichen Konfigurationen diskutiert werden, da bei 4N+2-Geometrien die thermodynamisch bevorzugte trans III-Konfigurationen gebildet wird. Radiochemische Untersuchungen zur Bewertung der kinetischen Stabilität in vitro und in vivo sind mit den 64Cu-markierten Liganden 13, 14b, 15 und 16 durchgeführt worden. Hierfür ist ein In-vitro-Stabilitätstest basierend auf dem kupferbindenden Enzym Superoxid-Dismutase (SOD) bzw. humanem Serum für radiomarkierte Verbindungen entwickelt worden. In humanem Serum ist Albumin (~66 kDa) in sehr hoher Konzentration enthalten und eines der wichtigsten Transportproteine für extrazelluläre Kupfer-Ionen. Aufgrund seiner Abundanz im Blutplasma ist im Serum-Assay jeweils nur eine stark ausgeprägte Bande bei ca. 66 kDa detektiert worden. Dieser etablierte In-vitro-Stabilitätstest beruht im Gegensatz zu anderen herkömmlichen Analysemethoden (Radio-HPLC oder Radio-DC) auf dem Prinzip der Gelelektrophorese. Von großem Vorteil ist, dass mehrere Proben simultan untersucht werden können und die Ergebnisse zuverlässig und reproduzierbar sind. Die In-vitro-Ergebnisse zeigen einen ähnlichen Trend wie bei der säure-assoziierten Dissoziation, wobei die höchste Stabilität bemerkenswerterweise bei dem [64Cu]Cu-14b Komplex bestimmt wurde. Allerdings beruht der Mechanismus hier nicht auf einer Dissoziation sondern auf einer Transchelatisierung. Die Ergebnisse der Bioverteilungen in Wistar-Ratten korrelieren mit den In-vitro-Studien in humanem Serum. Der Komplex [64Cu]Cu 14b zeigte sowohl eine schnelle renale Blut-Clearence als auch eine sehr geringe Anreicherung in der Leber und stellt damit eine Alternative zu den kommerziell erwerblichen Liganden dar. Als geeignete Chelatoren bieten Cyclam-Monopropionsäure 13 und Cyclam-Dipropionsäure 14b die Möglichkeit, Radiokupfernuklide stabil zu binden und erlauben die mehrfache Einführung von EGFR-spezifischen Peptiden an das Grundgerüst. Als Grundgerüst wurde der Ligand 13 ausgewählt. Durch die Multifunktionalisierung sollen höhere Affinitäten zum Rezeptor und verbesserte metabolische Stabilitäten hervorgerufen werden. Für diese Verbindung liegen erste vielversprechende Ergebnisse vor, wobei hohe Affinitäten zu zwei EGFR-positiven Zelllinien bestimmt wurden.