Application of the cyclobutane scaffold to the preparation and study of new foldamers, cell penetrating peptides and MRI contrast agents

En aquesta tesi, diferents sistemes que contenen una unitat ciclobutànica substituïda en posició o han estat sintetitzats i estudiats com a foldamers, agents de penetració cel·lular i agents de contrast. Tot i no tenir estructures directament relaciones entre elles, les mateixes estratègies sintètiques i tècniques han estat utilitzades per a preparar els diferents compostos. La present tesi consisteix en una introducció general que inclou alguns precedents dels nostre grup de recerca seguit dels objectius generals (Capítol 2). Els resultats obtinguts durant la elaboració de la tesi estan distribuïts en tres capítols diferents (Capítol 3-5), que al mateix temps estan dividits en diferents seccions. Les conclusions generals estan recollides al Capítol 6 i la metodologia experimental es pot trobar al Capítol 7. ♣ Capítol 3. Sis famílies de pèptids, amb diferent estereoquímica, constituïts a partir d’un aminoàcid que conté un anell ciclobutànic en combinació amb la -amino-L-prolina han estat sintetitzats. L’estudi de la seva habilitat de plegament s’ha realitzat utilitzant tècniques de RMN d’alta resolució per tal de detectar la formació d’enllaços d’hidrogen que poden conduir a estructures secundaries. La informació obtinguda en aquest capítol va ser molt útil per a dissenyar nous pèptids de penetració cel·lular. ♣ Capítol 4. Diferents pèptids han estat sintetitzats mitjançant tècniques de fase sòlida i han estat estudiats com a potencials agents de penetració en dos sistemes biològics: cèl·lules HeLa i paràsits de Leishmania. Els millors pèptids de penetració cel·lular han estat conjugats amb un fàrmac per tal d’estudiat el seu efecte en paràsits de Leishmania. ♣ Capítol 5. Un nou lligand que conté una diamina basada en l’anell ciclobutànic ha estat sintetitzat i complexat amb diferents ions metàl·lics. L’estabilitat termodinàmica i el número d’hidratació d’aquests complexos ha estat estudiada mitjançant diferents tècniques. El seu potencial com a nou agent de contrast per ressonància magnètica d’imatge (RMI) ha estat estudiat utilitzant diferents metodologies de RMN.In this thesis, different systems containing a - or -substituted cyclobutane scaffold have been synthesized and studied as foldamers, as cell penetrating peptides (CPP) or as contrast agents. Despite having different structures not directly related between them, the same synthetic strategies and techniques have been used to prepare the different compounds. The thesis has been structured with a general introduction with some precedents from our research group, followed by the general objectives (Chapter 2). The results of the present thesis are presented in three different chapters (Chapters 3-5), which are divided in different sections. General conclusions are reported in Chapter 6 and the experimental methodologies can be found in Chapter 7. ♣ Chapter 3. Six families of peptides with different stereochemistry built with a cyclobutane containing amino acid (CBAA) in combination with -amino-L-proline were synthesized. The study of their folding ability was carried out by using high resolution NMR techniques in order to detect the formation of hydrogen bonds that could induce secondary structures. The information obtained in this chapter was very useful to design new cell penetrating peptides. ♣ Chapter 4. Different new peptides were synthesized by solid phase synthesis techniques and studied as potential penetrating agents in two biological systems: HeLa cells and Leishmania parasites. The best cell penetrating peptides were conjugated with a drug to study their effect in Leishmania parasites. ♣ Chapter 5. A new linear ligand containing a cyclobutane-based diamine was synthesized and complexed with different metal ions. The thermodynamic stability and the hydration number of these complexes were studied by means of different techniques. Their potential as new contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI) was studied by different NMR methodologies

Application of the cyclobutane scaffold to the preparation and study of new foldamers, cell penetrating peptides and MRI contrast agents

En aquesta tesi, diferents sistemes que contenen una unitat ciclobutànica substituïda en posició o han estat sintetitzats i estudiats com a foldamers, agents de penetració cel·lular i agents de contrast. Tot i no tenir estructures directament relaciones entre elles, les mateixes estratègies sintètiques i tècniques han estat utilitzades per a preparar els diferents compostos. La present tesi consisteix en una introducció general que inclou alguns precedents dels nostre grup de recerca seguit dels objectius generals (Capítol 2). Els resultats obtinguts durant la elaboració de la tesi estan distribuïts en tres capítols diferents (Capítol 3-5), que al mateix temps estan dividits en diferents seccions. Les conclusions generals estan recollides al Capítol 6 i la metodologia experimental es pot trobar al Capítol 7. ♣ Capítol 3. Sis famílies de pèptids, amb diferent estereoquímica, constituïts a partir d’un aminoàcid que conté un anell ciclobutànic en combinació amb la -amino-L-prolina han estat sintetitzats. L’estudi de la seva habilitat de plegament s’ha realitzat utilitzant tècniques de RMN d’alta resolució per tal de detectar la formació d’enllaços d’hidrogen que poden conduir a estructures secundaries. La informació obtinguda en aquest capítol va ser molt útil per a dissenyar nous pèptids de penetració cel·lular. ♣ Capítol 4. Diferents pèptids han estat sintetitzats mitjançant tècniques de fase sòlida i han estat estudiats com a potencials agents de penetració en dos sistemes biològics: cèl·lules HeLa i paràsits de Leishmania. Els millors pèptids de penetració cel·lular han estat conjugats amb un fàrmac per tal d’estudiat el seu efecte en paràsits de Leishmania. ♣ Capítol 5. Un nou lligand que conté una diamina basada en l’anell ciclobutànic ha estat sintetitzat i complexat amb diferents ions metàl·lics. L’estabilitat termodinàmica i el número d’hidratació d’aquests complexos ha estat estudiada mitjançant diferents tècniques. El seu potencial com a nou agent de contrast per ressonància magnètica d’imatge (RMI) ha estat estudiat utilitzant diferents metodologies de RMN.In this thesis, different systems containing a - or -substituted cyclobutane scaffold have been synthesized and studied as foldamers, as cell penetrating peptides (CPP) or as contrast agents. Despite having different structures not directly related between them, the same synthetic strategies and techniques have been used to prepare the different compounds. The thesis has been structured with a general introduction with some precedents from our research group, followed by the general objectives (Chapter 2). The results of the present thesis are presented in three different chapters (Chapters 3-5), which are divided in different sections. General conclusions are reported in Chapter 6 and the experimental methodologies can be found in Chapter 7. ♣ Chapter 3. Six families of peptides with different stereochemistry built with a cyclobutane containing amino acid (CBAA) in combination with -amino-L-proline were synthesized. The study of their folding ability was carried out by using high resolution NMR techniques in order to detect the formation of hydrogen bonds that could induce secondary structures. The information obtained in this chapter was very useful to design new cell penetrating peptides. ♣ Chapter 4. Different new peptides were synthesized by solid phase synthesis techniques and studied as potential penetrating agents in two biological systems: HeLa cells and Leishmania parasites. The best cell penetrating peptides were conjugated with a drug to study their effect in Leishmania parasites. ♣ Chapter 5. A new linear ligand containing a cyclobutane-based diamine was synthesized and complexed with different metal ions. The thermodynamic stability and the hydration number of these complexes were studied by means of different techniques. Their potential as new contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI) was studied by different NMR methodologies

Application of the cyclobutane scaffold to the preparation and study of new foldamers, cell penetrating peptides and MRI contrast agents

En aquesta tesi, diferents sistemes que contenen una unitat ciclobutànica substituïda en posició o han estat sintetitzats i estudiats com a foldamers, agents de penetració cel·lular i agents de contrast. Tot i no tenir estructures directament relaciones entre elles, les mateixes estratègies sintètiques i tècniques han estat utilitzades per a preparar els diferents compostos. La present tesi consisteix en una introducció general que inclou alguns precedents dels nostre grup de recerca seguit dels objectius generals (Capítol 2). Els resultats obtinguts durant la elaboració de la tesi estan distribuïts en tres capítols diferents (Capítol 3-5), que al mateix temps estan dividits en diferents seccions. Les conclusions generals estan recollides al Capítol 6 i la metodologia experimental es pot trobar al Capítol 7. ♣Capítol 3. Sis famílies de pèptids, amb diferent estereoquímica, constituïts a partir d'un aminoàcid que conté un anell ciclobutànic en combinació amb la -amino-L-prolina han estat sintetitzats. L'estudi de la seva habilitat de plegament s'ha realitzat utilitzant tècniques de RMN d'alta resolució per tal de detectar la formació d'enllaços d'hidrogen que poden conduir a estructures secundaries. La informació obtinguda en aquest capítol va ser molt útil per a dissenyar nous pèptids de penetració cel·lular. ♣Capítol 4. Diferents pèptids han estat sintetitzats mitjançant tècniques de fase sòlida i han estat estudiats com a potencials agents de penetració en dos sistemes biològics: cèl·lules HeLa i paràsits de Leishmania. Els millors pèptids de penetració cel·lular han estat conjugats amb un fàrmac per tal d'estudiat el seu efecte en paràsits de Leishmania. ♣Capítol 5. Un nou lligand que conté una diamina basada en l'anell ciclobutànic ha estat sintetitzat i complexat amb diferents ions metàl·lics. L'estabilitat termodinàmica i el número d'hidratació d'aquests complexos ha estat estudiada mitjançant diferents tècniques. El seu potencial com a nou agent de contrast per ressonància magnètica d'imatge (RMI) ha estat estudiat utilitzant diferents metodologies de RMN.In this thesis, different systems containing a - or -substituted cyclobutane scaffold have been synthesized and studied as foldamers, as cell penetrating peptides (CPP) or as contrast agents. Despite having different structures not directly related between them, the same synthetic strategies and techniques have been used to prepare the different compounds. The thesis has been structured with a general introduction with some precedents from our research group, followed by the general objectives (Chapter 2). The results of the present thesis are presented in three different chapters (Chapters 3-5), which are divided in different sections. General conclusions are reported in Chapter 6 and the experimental methodologies can be found in Chapter 7. ♣ Chapter 3. Six families of peptides with different stereochemistry built with a cyclobutane containing amino acid (CBAA) in combination with -amino-L-proline were synthesized. The study of their folding ability was carried out by using high resolution NMR techniques in order to detect the formation of hydrogen bonds that could induce secondary structures. The information obtained in this chapter was very useful to design new cell penetrating peptides. ♣ Chapter 4. Different new peptides were synthesized by solid phase synthesis techniques and studied as potential penetrating agents in two biological systems: HeLa cells and Leishmania parasites. The best cell penetrating peptides were conjugated with a drug to study their effect in Leishmania parasites. ♣ Chapter 5. A new linear ligand containing a cyclobutane-based diamine was synthesized and complexed with different metal ions. The thermodynamic stability and the hydration number of these complexes were studied by means of different techniques. Their potential as new contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI) was studied by different NMR methodologies

Chiral Cyclobutane-Containing Cell-Penetrating Peptides as Selective Vectors for Anti-Leishmania Drug Delivery Systems

Altres ajuts: CSIC (PIE 201620E038)Two series of new hybrid γ/γ-peptides, γ-CC and γ-CT, formed by (1S,2R)-3-amino2,2,dimethylcyclobutane-1-carboxylic acid joined in alternation to a Nα- functionalized cis- or trans-γ-amino-l-proline derivative, respectively, have been synthesized and evaluated as cell penetrating peptides (CPP) and as selective vectors for anti-Leishmania drug delivery systems (DDS). They lacked cytotoxicity on the tumoral human cell line HeLa with a moderate cell-uptake on these cells. In contrast, both γ-CC and γ-CT tetradecamers were microbicidal on the protozoan parasite Leishmania beyond 25 µM, with significant intracellular accumulation. They were conjugated to fluorescent doxorubicin (Dox) as a standard drug showing toxicity beyond 1 µM, while free Dox was not toxic. Intracellular accumulation was 2.5 higher than with Dox-TAT conjugate (TAT = transactivator of transcription, taken as a standard CPP). The conformational structure of the conjugates was approached both by circular dichroism spectroscopy and molecular dynamics simulations. Altogether, computational calculations predict that the drug-γ-peptide conjugates adopt conformations that bury the Dox moiety into a cavity of the folded peptide, while the positively charged guanidinium groups face the solvent. The favorable charge/hydrophobicity balance in these CPP improves the solubility of Dox in aqueous media, as well as translocation across cell membranes, making them promising candidates for DDS