Variation von Neutralligand und Abgangsgruppe zur Optimierung von [1,2-Bis(4-fluorphenyl)ethylendiamin]platin(II)-Komplexen: Untersuchungen pharmakologischer Eigenschaften, Stabilität, Reaktivität und Antitumoraktivität

Abstract

Platinkomplexe wie das Cisplatin finden seit langem Anwendung in der Tumortherapie. Aufgrund seiner starken Nebenwirkungen wurden weitere platinhaltige Verbindungen wie z.B. das [1,2-Bis(4-fluorphenyl)ethylendiamin]platin(II) entwickelt. Durch strukturelle Änderungen an dessen Neutralligand und Abgangsgruppe ließen sich im Rahmen dieser Arbeit polynukleare Platin(II)-Alkylaminkomplexe sowie [1-Aryl-2-alkylethylendiamin]platin(II)-Verbindungen synthetisieren. Die Einführung verschiedener Dicarbonsäuren konnte durch Ausbildung von Wasserstofbrückenbindung die Löslichkeit verbessern. Zusätzlich sollte durch Anbindung an Dendrimere als Trägermoleküle für Zytostatika die Selektivität für Tumorzellen gegenüber gesundem Gewebe erhöht werden. Diese neuen Substanzen wurden besonders im Hinblick auf ihre Zytotoxizität an ausgewählten humanen Tumorzelllinien getestet. In Modellversuchen ließen sich außerdem die Reaktivität, die Stabilität als auch die Zell- und Kernaufnahme untersuchen. Ausgehend vom Aqua[meso-1,2-Bis(4-fluorphenyl)ethylendiamin]sulfatoplatin(II) konnten durch Umsetzung mit verschiedenen Malonsäurederivaten gut wirksame Platinkomplexe erhalten werden. In vitro zeigte sich an MCF-7- und MDA- MB-231-Brustkrebszellen eine Steigerung der Zytotoxizität durch Austausch der hydrophilen OH-Gruppe der Hydroxymalonsäure als Abgangsgruppe durch lipophile Reste. Hierfür kamen Ester-, Ether- und Amidfunktionen zum Einsatz. Es ließ sich ein Zusammenhang einer Wirkungssteigerung mit zunehmender Destabilisierung des O-Restes beobachten. Im Folgenden konnte gezeigt werden, dass durch Ersatz eines der zwei identischen Arylreste des [1,2-Bis(4-Fluorphenyl)ethylendiamin]dichloroplatin(II), dem 4F-PtCl2, durch verschiedene Alkylgruppen eine weitere Erhöhung der Antitumoraktivität zu erreichen ist. Die Verbindungen lagen enantiomerenrein vor, so dass ebenfalls die Konfiguration des Neutralliganden für einen Effekt von Interesse war. An den verwendeten Mamma- und Prostatakarzinomzelllinien ließ sich mit diesen [1-Aryl-2-alkylethylendiamin]platin(II)-Komplexen in allen Fällen die zytotoxische Wirkung von Cisplatin übertreffen. Nach einer C2-Ethylgruppe zeigte die Einführung eines Isopropylrestes die stärkste antiproliferative Wirkung. Der Einsatz von Verbindungen mit einem tert. Butylsubstituenten führte zu einer Abschwächung der Aktivität. Eine Variation des C1-Arylringes ausgehend vom 4-Fluorphenyl brachte keinen Wirkvorteil bei gleichzeitiger Verwendung des C2-tert.Butylrestes. Isomere Unterschiede zeigten sich vor allem an den LNCaP/FGC-Prostatazellen. Es war ein höherer Einfluss RR- konfigurierter Komplexe gegenüber ihren SS-Isomeren auf das Zellwachstum festzustellen. Die Zytotoxizität einer Substanz ist abhängig von ihrer Reaktivität und Stabilität. Daher wurde ein geeignetes HPLC-Modell zur möglichen Abschätzung der DNA-Bindung sowie von Inaktivierungs-reaktionen durch körpereigene Proteine eingesetzt. Die Untersuchungen brachten Übereinstimmung mit den in vitro-Ergebnissen. Eine mögliche pH-abhängige Aktivierung war nur bei den Komplexen mit chelatgebundenen Dicarbonsäuren festzustellen. Ein weiterer Teil der Arbeit kommt den multinuklearen Platin(II)-Alkylaminverbindungen zu. Diese bilden andere Pt-DNA-Addukte als Cisplatin aus. Wichtig ist auch eine verminderte Inaktivierung. Es wurden verschiedene Alkylamine mit dem 4F-Liganden verknüpft. Der Einfluss der variierenden Alkylkette als auch unterschiedliche Abgangsgruppen und daraus resultierende Ladung wurden im Hinblick auf Zellaufnahme und Zytotoxizität untersucht. Je höher die positive Ladung und je länger die lipophile Kette, desto höher waren Zellanreicherung und Pt-DNA-Gehalt. Durch starke Proteinbindung wurde in FCS-haltigem Medium nur eine geringe in vitro-Wirkung an MCF-7-Zellen erreicht. An Lymphomzelllinien ließ sich das Zellwachstum hemmen. Schließlich konnten Dendrimere sowohl mit Ethylendiamin- Funktionalitäten als auch terminalen Dicarbonsäuren zur Kopplung mit Platin(II)-Wirkstoffen zur Testung eingesetzt werden. Die Zellaufnahme geschah in Abhängigkeit von der Oberflächenmodifikation. Einen hohen zellulären Gehalt besaßen v. a. Komplexe mit Diaminopropionsäureendgruppen. PEG-Einheiten verschlechterten die Anreicherung ebenso wie die Einführung von Dansylgruppen als Fluoreszenzmarker. Durch Freisetzung von aktivem m-4F-PtSO4 aus Malonsäureterminierten Dendrimeren konnte bei Zugabe von 5µM Cisplatin- ähnliche Wirkung beobachtet werden.

Platinum complexes like Cisplatin were used since many years in cancer therapy. Because of its strong side effects further platinum based compounds like [1,2-bis(4-fluorophenyl)ethylenediamine]platinum(II) were developed. Polynuclear platinum(II)-alkylaminecomplexes as well as [1-aryl-2-alkylethylenediamine]platinum(II)-compounds could be synthesized during the presented work by introducing structural changes at the neutral ligand and leaving group of the above mentioned species. The introduction of different dicarbonic acids led to better solubility by creation of hydrogen bonds. Additionally a better selectivity against cancer cells compared to healthy cells should be achived by coupling of the new substances to dendrimeres as carrier molecules. These new substances were tested on human cancer cell lines with special respect to their cytotoxicity. Reactivity, stability as well as cell- and nucleus uptake of the derived substances were also analysed. Starting with Aqua[meso-1,2-bis(4-fluoorphenyl)ethylenediamine]sulfatoplatinum(II) very active platinum complexes could be obtained by using different malonic acid derivatives as leaving groups. In vitro an increase of the cytotoxicity were obtained on MCF-7- and MDA-MB-231 breast cancer cells when the hydrophilic OH- groups of hydroxymalonic acid were exchanged by lipophilic leaving groups. Ester, ether and amid groups were used for that reason. A connection of better anti cancer activity and increased destabilisation of the oxygen residue was realized. Further, it was shown that exchanging one of the two identical arylic remains (4F-PtCl2) of [1,2-bis(4-fluorophenyl)ethylenediamine]dichloroplatinum(II) by different alkylgroups an even stronger increase of the anticancer activity could be obtained. Since these compounds were enantiomerically pure also the configuration of the neutral ligands was of interest for those effects. The cytotoxic activity of these [1-aryl-2-alkylethylenediamine]platinum(II) complexes on mamma- and prostate gland cancer cell lines was in all cases stronger than that of Cisplatin. The introduction of isopropyl after the C2-ethyl groups, exhibited the strongest antiproliferative action. In opposite the use of tertiary butyl residues led to a weaker activity. A variation of the C1 arylic ring based on 4-fluorophenyl didn t show an advantage combined with the C2-tertiary butyl residue. Isomeric differences could be obtained mainly at LNCaP/FGC-prostate cancer cells. RR-configurated complexes proved to give a better inhibiting influence on cell growth than SS-isomeres. The cytoxicity of a substance is depended on the reactivity and stability. Therefore a proper HPLC model for estimation of DNA binding and inactivation reactions by body own proteins was used. The investigations gave accordance with in vitro results. Complexes with chelate bounded dicarbonic acids displayed possible pH-depended activation. Another part of the presented work was dealing with alkylamine platinum(II) compounds. They build different Pt- DNA adducts than Cisplatin. Very important is a decreased inactivation of the agents. Different alkylamines were coupled with the 4F-ligand. The influence of the varying alkylic chain as well as the different leaving groups - including the charge resulted - were analysed with respect to cell uptake and cytotoxicity. The higher the positive charge and the longer the lipophilic chain the stronger were accumulation in cell and Pt-DNA content. Because of strong protein binding in FCS-containing media only a weak in vitro effect was found on MCF-7 cells. Otherwise the cell growth of lymphoid cancer cell lines was repressed. Finally, also dendrimeres coupled with ethylendiamine functionalities and terminal dicarbonic acids were tested in combination with platinum(II) agents. The cell uptake was dependent on the surface modification. A particularly high cellular content exhibited complexes with diaminopropionacid end groups. PEG units decreased the cell enrichment as well as the introduction of dansyl groups as fluorescence marker. By the release of active m-4F-PtSO4 from malonic acid terminated dendrimeres a Cisplatin like effect could be observed.