Synthesis, Characterization and Biological Activity of Copper and Nickel Thiosemicarbazonates

Abstract

Questa tesi di dottorato è incentrata sullo studio di tiosemicarbazoni e dei loro complessi di rame(II) e di nichel(II) come composti ad attività biologica antitumorale. Uno degli aspetti che influenza negativamente l’attività dei tiosemicarbazoni è la loro scarsa solubilità in acqua, sono stati pertanto aggiunti motivi strutturali per incrementare la loro idrofilia. Data la notevole attività del tiosemicarbazone del citronellale, un composto precedentemente sintetizzato nel nostro laboratorio, questa molecola è stata presa come base e funzionalizzata con etilmorfolino e glucosio. Oltre al citronellale, sono state anche sintetizzate molecole con vanillina e piridossale per valutare il ruolo dei sostituenti sull’azoto imminico del tiosemicarbazone. Sono stati preparati un totale di nove leganti e sono stati ottenuti anche i rispettivi complessi di rame(II) e nichel(II). I composti ed i loro complessi metallici sono stati quindi saggiati sulla linea cellulare leucemica umana U937 per valutare il loro profilo di tossicità e di inibizione della proliferazione. I risultati hanno rivelato che, a parità di legante, i derivati di rame(II) sono più attivi sia dei leganti che dei corrispettivi complessi di nichel(II). Inoltre, un test più ampio di istiosensibilità su altre linee cellulari ha mostrato che il complesso Ni(CitrTSC)2 è particolarmente attivo sulle linee U266 (mieloma multiplo), SH-SY5Y e SK-N-MC (Sistema nervoso centrale) mentre il complesso Cu(CitrMor)2 è estremamente attivo sulle linee Hela (tumore alla cervice), Jurkat (leucemia) e SK-N-MC (Sistema nervoso centrale). Poiché uno degli enzimi sui quali i tiosemicarbazoni sembrano agire da inibitori è la ribonucleotide riduttasi, sono state condotte simulazioni di docking sul’enzima. I risultati di queste simulazioni suggeriscono che i composti più adatti a competere col substrato naturale sono i derivati col glucosio acetilato. Un ulteriore approccio è stato perciò intrapreso sintetizzando una nuova famiglia di tiosemicarbazoni glicosilati usando come unità di base glucosio e galattosio. Dai risultati biologici preliminari si è osservato che la glicosilazione riduce in modo sistematico la capacità di inibizione di questi composti sulla proliferazione della linea leucemica U937. In parallelo è stato studiato un altro potenziale target cellulare dei tiosemicarbazoni: la topoisomerasi IIα. A questo scopo sono state sintetizzate nuove tipologie di leganti usando la chinolina e l’isatina come frammenti di partenza. In particolare di quest’ultima, per valutare come la presenza di carica possa influire sull’attività dei composti, sono state sintetizzate due serie di leganti: derivati fluorurati e solfonati. I loro derivati di rame(II) e nichel(II) sono stati saggiati sull’enzima in vitro e i derivati del rame sono risultati essere potenti inibitori della topoisomerasi IIα.

This doctoral thesis deals with the study of thiosemicarbazones and their copper(II) and nickel(II) complexes in view of their potential biological properties. One of the aspects that influences the activity of thiosemicarbazones is their scarce solubility in water, the structural motifs that have been added were therefore chosen to increase their hydrophilicity. Given the remarkable activity of citronellal thiosemicarbazone, a compound previously synthesised in our laboratories, this molecule has been taken as a basis and functionalized with ethylmorpholin and glucose. Besides citronellal, also derivatives with vanillin and pyridoxal have been synthesised to check the role of substituents on the iminic nitrogen of the thiosemicarbazone. A total of nine ligands were prepared and their complexes of copper(II) and nickel(II) have been obtained. The compounds and their metal complexes were tested on leukemic cell line U937 to evaluate their toxicity and proliferation inhibition profile. The outcome has revealed that, with the same ligand, copper(II) complexes are more active than both the ligands and the corresponding nickel(II) derivatives. Moreover, a wider histiosensibility test on other cell lines, has shown that complex Ni(CitrTSC)2 is particularly active on U266 lines (multiple myeloma), SH-SY5Y and SK-N-MC (CNS) and complex Cu(CitrMor)2 is most active on Hela (cervix cancer), Jurkat (leukemia) and SK-N-MC (CNS). Since one of the enzymes on which thiosemicarbazones seem to act as inhibitors is ribonucleotide reductase, docking simulations on the were carried out. The outcome of these simulations was that acetylated glucose derivatives were most suitable compounds to compete with the natural substrate. A further approach has been therefore undertaken synthesising a new family of glycosylated thiosemicarbazones with glucose and galactose as basic moieties. From the preliminary biological results it was observed that glycosylation systematically reduces cell proliferation inhibition on cell line U937. In parallel, another potential target of thiosemicarbazones has been studied: topoisomerase IIα. To this aim new typologies of ligands have been synthesized using quinoline and isatin as basic moieties. In particular with the latter, to evaluate how the presence of charge influences the activity of the compounds, two series of molecules were synthesised: fluorinated and sulphonated derivatives. Their copper(II) and nickel(II) derivatives were tested on the enzyme in vitro and the copper derivatives resulted to be potent inhibitors of topoisomerase IIα.