Tech. Universiẗat, Diss., 2001--Berlin.

Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Berlin.

Universiẗat, Diss., 2000--Heidelberg.

University, Diss., 2002--Bonn.

Universiẗat, Diss., 1999--Regensburg. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 1998.

Universiẗat, Diss., 2004--Kiel.

Techn. Hochsch., Diss., 2005--Aachen.

Univ., Diss., 1999--Kassel

Metall-basierte Antitumorwirkstoffe wie Cisplatin, Carboplatin und Oxaliplatin sind weltweit für die Behandlung verschiedener Krebsarten zugelassen. Resistenzbildung, starke Nebenwirkungen und ein eingeschränktes Spektrum responsiver Tumoren schränken jedoch ihren Anwendungsbereich ein. Daher ist die Suche nach neuen Platinverbindungen mit verbesserten Eigenschaften sowie Antitumor-aktiven Metallkomplexen anderer Metalle ein aktuelles Forschungsthema. Durch die Einbettung der Wirkstoffe in entsprechende Trägermaterialien und eine Freisetzung mit präziser zeitlicher und räumlicher Kontrolle sollten sich zudem die Nebenwirkungen deutlich reduzieren lassen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde daher eine Serie von quadratisch-planaren Platin(II)- und Palladium(II)-Komplexen mit N^N^S-Chelatliganden auf der Basis von N-Phenyl-2-(pyridin-2-ylmethylen)hydrazin-1-carbothioamid und N-Phenyl-2-(chinolin-2-ylmethylen)hydrazin-1-carbothioamid synthetisiert, die mit längeren Alkylketten funktionalisiert wurden, um eine hohe Affinität für Lipid-basierte Microbubbles als Träger zu erreichen, aus denen die Metallkomplexe dann unter Einwirkung von Ultraschall freigesetzt werden sollten. Es wurden drei verschiedene Ligandenfamilien ausgehend von der Grundstruktur L = R1-CR2=N-NH-C(S)-NH-R3 synthetisiert, wobei R1 = 2-Pyridyl oder 2-Chinolinyl, R2 = H, CH3, C8H17 oder C10H21 und R3 = CH3 oder C6H5 gewählt wurden. Die Umsetzung der Liganden mit Kaliumtetrachloridoplatinat(II), Natriumtetrachloridopalladat(II) oder [PdCl2(cod)] mit cod = 1,5-Cyclooctadien führte zu neutralen N^N^S-Komplexen [MCl(L)] mit M = Pd, Pt in allgemein guter Ausbeute. Die Kristallstruktur von [PtCl(L)] mit R1 = 2-Pyridyl, R2 = C10H21 und R3 = CH3 bestätigte zudem die quadratisch-planar Koordination des Metalls durch den N^N^S-koordinierten Liganden und ein Chlorid-Anion. Die Verbindungen mit R3 = CH3 zeigen im 195Pt NMR zwei Peaks, was auf das Vorliegen eines Isomerengemischs hindeutet, wobei die Daten vermuten lassen, dass neben der N^N^S-gebundenen Hauptspezies noch eine weitere mit N^N^N-koordiniertem Liganden und freier SH-Gruppe vorliegt. Solche Isomerengemische sind für biologischen Anwendungen ungeeignet, da die Isomere eine unterschiedliche Aktivität aufweisen können. Die anderen Platin(II)-Komplexe zeigen dagegen im 195Pt NMR nur einen Peak und sind somit für Cytotoxizitätsstudien geeignet. Mit Hilfe des MTT-Assays wurden EC50-Werte an verschiedenen Gliablastom-Zellinien für zwölf einheitliche Komplexe bestimmt. Für die potentesten Verbindungen wurden EC50-Werte im unteren mikromolaren Bereich ermittelt (2–9 µM), so dass die Aktivität teilweise sogar die von Cisplatin als Referenzverbindung übertraf. Insbesondere die Variation der aromatischen Oberfläche in den Pyridyl- vs. Chinolinylverbindungen hatte jedoch keinen wesentlichen Einfluss auf die EC50-Werte. Zudem führte eine Verlängerung der R2-Seitenkette bei den Palladium(II)-Verbindungen zu einer niedrigeren Aktivität. Die Verteilungskoeffizienten logP ergaben für alle Verbindungen recht ähnliche positive Werte, was die Lipophilie der Neutralkomplexe belegte. Für eine weitere Strukturvariation wurden außerdem zwei Azido-Komplexe [M(N3)(L)] mit M = Pd, Pt in moderater Ausbeute synthetisiert. Diese wurden dann in einer „iClick“-Reaktion unter sehr milden Bedingungen mit Dimethylacetylendicarboxylat (DMAD) und 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester zu den Triazolat-Komplexen [M(triazolateR,R')(L)] umgesetzt. Durch 1H NMR- und 19F NMR-spektroskopische Untersuchungen wurden gezeigt, dass diese teilweise als Isomerengemische vorliegen, da das Triazolat entweder über das N1-, N2- oder N3-Stickstoffatom an das Metall gebunden sein kann. Für eine ausgewählte Verbindung mit M = Pt und DMAD als Alkin wurde die Kinetik der „iClick“-Reaktion mit Hilfe der 1H NMR Spektroskopie untersucht. Die ermittelte Geschwindigkeitskonstante 2. Ordnung k2 = (1.82 ± 0.05).10-1 L mol-1 s 1 ist vergleichbar zum Beispiel der der etablierten strain-promoted azide-alkyne cycloaddition (SPAAC). Für die Einbettung der lipophilen Metallkomplexe in ein Ultraschall-aktivierbares Trägersystem wurden aus Dipalmytoylphosphatidylcholin, 1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphat, 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin-N-methoxy(polyethylenglycol)-2000 Ammonium Salz und Komplexlösung unter Zusatz von Octafluopropan gasgefüllte Microbubbles hergestellt. Stabilitätsversuche zeigten, dass die Bläschenzahl selbst unter Normalbedingungen innerhalb von 2 h um 50% abnimmt. Daher sollten die Microbubbles vor jeder Verwendung täglich frisch hergestellt und möglichst unmittelbar danach verwendet werden. Ein unmittelbares Zerplatzen der Bläschen wurde durch Behandlung mit Ultraschall bei 500 Hz erreicht. Die Viabilität der verwendeten GaMG-Zellen wudre unter diesen Bedingungen jedoch nicht beeinträchtigt. Dennoch war die auf die Microbubbles geladene Platin-Konzentration zu niedrig, um mit dem MTT-Assay einen signifikanten Unterschied zwischen beladenen und unbeladenen Bläschen zu erreichen, so dass hier in Zukunft noch weitere Optimierungen erforderlich sein werden. / Metal-based anti-tumor agents such as cisplatin, carboplatin and oxaliplatin are approved worldwide for the treatment of various types of cancer. However, the development of resistancies, severe side effects and a limited range of responsive tumors limit their scope. Therefore, the search for new platinum compounds with improved properties as well as antitumor-active metal complexes of other metals is a highly active current research topic. By embedding the active compounds in appropriate carrier materials and releasing them with high temporal and spatial control, it should be possible to significantly reduce undesireable side effects. In this doctoral thesis, a series of square-planar platinum(II) and palladium(II) complexes with N^N^S chelate ligands based on N-phenyl-2-(pyridin-2-ylmethylene)hydrazine-1-carbothioamide as well as N-phenyl-2-(quinolin-2-ylmethylene)hydrazine-1-carbothioamide were synthesized, which were functionalized with long alkyl chains in order to achieve a high affinity for lipid-based microbubbles as carriers, from which the metal complex were to be released under exposure to ultrasound. Three different ligand families were synthesized based on the basic structure L = R1-CR2=N-NH-C(S)-NH-R3, where R1 = 2-pyridyl or 2-quinolinyl, R2 = H, CH3, C8H17 or C10H21 and R3 = CH3 or C6H5. The reaction of the ligands with potassium tetrachloridoplatinate(II), sodium tetrachloridopalladate(II) or [PdCl2(cod)] with cod = 1,5-cyclooctadiene, led to neutral N^N^S complexes [MCl(L)] with M = Pd, Pt in good general yield. The crystal structure of [PtCl(L)] with R1 = 2-pyridyl, R2 = C10H21 and R3 = CH3 also confirmed the square-planar coordination of the metal by the N^N^S-coordinated ligand and a chloride anion. The compounds with R3 = CH3 show two peaks in the 195Pt NMR, which indicates the presence of a mixture of isomers, suggesting that, in addition to the main N^N^S-bonded species, another complex with an N^N^N-coordinated ligand and free SH group is present. Such mixtures of isomers are unsuitable for biological applications, since the isomers can have different biological activity. On the other hand, the other platinum(II) complexes only show one 195Pt NMR peak and therefore are suitable for cytotoxicity studies. With the help of the MTT assay, EC50 values were determined in various glioblastoma cell lines for twelve pure complexes. For the most potent compounds, EC50 values in the lower micromolar range were determined (2–9 µM), with some activity even exceeding that of cisplatin used as a reference compound under similar conditions. Interestingly, variation of the aromatic surface area in the pyridyl vs. quinolinyl compounds did not have any significant effect on the EC50 values. In addition, the extension of the R2 side chain in the case of the palladium(II) compounds led to a lower activity. The partition coefficient logP was positive and quite similar for all studied compounds, which demonstrates the lipophilicity of the neutral complexes. For further structural variation, two azido complexes [M(N3)(L)] with M = Pd, Pt were synthesized in moderate yield. In an iClick reaction with dimethylacetylenedicarboxylate (DMAD) and ethyl 4,4,4-trifluorobut-2-ynoate, they gave under very mild condition triazolate complexes [M(triazolateR,R')(L)]. 1H NMR and 19F NMR spectroscopic analysis showed that a mixture of isomers was present in the product, as the triazolate ligand can bind to the metal center via either the N1, N2, or N3 nitrogen atoms. For a selected compound with M = Pt and DMAD as the alkyne coupling partner, the kinetics of the iClick reaction was investigated by 1H NMR spectroscopy. The second order rate constant k2 was determined as (1.82 ± 0.05).10-1 L mol-1 s-1 and is comparable to that of the established strain-promoted acid-alkyne cycloaddition (SPAAC). To embed the lipophilic metal complexes in an ultrasound-activatable carrier, dipalmytoylphosphatidylcholine, 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphate, 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene- glycol)-2000 ammonium salt and a metal complex stock solution were mixed in an atmosphere of octafluoropropane to produce gas-filled microbubbles. Stability tests showed that the bubble concentration decreased by 50% within 2 h. Therefore, the microbubbles should be freshly prepared every day and used immediately afterwards. The bursting of the bubbles was achieved under ultrasound explore at 500 Hz, which did not affected the growth of the cells. However, the platinum concentration loaded onto the microbubble was too low to induce significant differences between loaded and non-loaded microbubble, as determined by the MTT assay. Therefore, optimization of microbubble loading metal complexes has to be a major topic of future work.

Based on the clinical success of cisplatin for example in the treatment of testicular cancer, there is an ongoing interest in exploring the potential of other transition metal complexes as drug candidates for anticancer chemotherapy. A key objective in this field is the improvement of the selectivity of drug candidates, which can be achieved by addressing novel target sites beyond the traditional DNA interaction mechanism. Another promising strategy to achieve a high spatiotemporal control over the biological activity and thus minimize off-target side-effects is the use of light-activated metallodrugs. In that context, this thesis focuses on metal complexes and their ability to undergo ligand exchange reactions with specific biological ligands and respond to external stimuli such as light to improve their selectivity towards cancer cells. Besides their impact in medicinal chemistry, metal complexes are also highly attractive as luminescent probes to study biological systems. To enhance their cellular uptake and address specific intracellular target structures, the iClick (inorganic click) reaction serves as a very promising synthetic tool to prepare biofunctional metal complexes in a modular way. / Die klinischen Erfolge von Cisplatin, zum Beispiel bei der Behandlung von Hodenkrebs, haben das Interesse an der Erforschung weiterer Übergangsmetallkomplexe als potenzielle Wirkstoffe für die Krebstherapie geweckt. Ein Hauptziel in diesem Bereich ist die Verbesserung der Selektivität von Arzneimittelkandidaten, die durch die Ansprache neuer Zielstellen jenseits des traditionellen DNA-Interaktionsmechanismus erreicht werden kann. Eine weitere vielversprechende Strategie, um eine hohe räumlich-zeitliche Kontrolle über die biologische Aktivität zu erreichen und so Nebenwirkungen zu minimieren, ist die Verwendung lichtaktivierter Metallkomplexe. In diesem Zusammenhang konzentriert sich diese Arbeit auf Metallkomplexe und ihre Fähigkeit, Ligandenaustauschreaktionen mit spezifischen biologischen Liganden einzugehen und auf externe Reize wie Licht zu reagieren, um ihre Selektivität zu verbessern. Neben ihrer Bedeutung in der medizinischen Chemie sind Metallkomplexe auch als lumineszierende Sonden zur Untersuchung biologischer Systeme äußerst attraktiv. Um ihre zelluläre Aufnahme zu verbessern und spezifische intrazelluläre Zielstrukturen anzusprechen, dient die iClick-Reaktion (anorganischer Click) als vielversprechendes synthetisches Werkzeug zur modularen Herstellung biofunktioneller Metallkomplexe.