Uranyl and cobalt complexes with non-steroidal anti-inflammatory drugs: synthesis, study of structure and biological activity

The present PhD Thesis deals with the synthesis, the structural characterization and the biological evaluation of 35 uranyl(II) and cobalt complexes, bearing a series of non-steroidal anti-inflammatory drugs as ligand in the presence or absence of N-donors as co-ligand. The characterization of the complexes took place by molar conductivity measurements, room-temperature magnetic susceptibility measurements, by IR, UV-vis and (in the case of uranyl(II) complexes) 1H NMR spectroscopy, and by single-crystal X-ray crystallography.The study of the biological behavior of the complexes included the interaction with CT DNA, pBR322 plasmid DNA, serum albumins BSA and HSA and the investigation of their antioxidant activity. The study of the interaction with CT DNA was accomplished by UV-vis spectroscopy, viscosity measurements, EB-displacement studies and cyclic voltammetry in the case of cobalt complexes. The potential nuclease activity towards pBR322 DNA was examined by agarose gel electrophoresis. The study of the interaction with serum albumins took place by fluorescence spectroscopy and the binding constants of the complexes and the location the binding site on the albumins were determined. The results revealed tight binding to CT DNA and albumins while the highest binding constant to DNA of all the reported Co-NSAIDs complexes was calculated among the complexes of this Thesis. The nuclease activity towards pBR322 DNA was found to be low-to-moderate, while the complexes showed selectivity in terms of scavenging the ABTS radical and reduction of H2O2 against the DPPH radical. The in silico molecular docking calculations indicated internal binding of the complexes inside the double-helix of CT DNA, and binding to the SA’s molecule at a site close to ibuprofen binding site. However, not full agreement of the predicted global binding energies of the compounds with the in vitro binding constants was observed.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφεται η σύνθεση, ο δομικός χαρακτηρισμός και η μελέτη της βιολογικής δραστικότητας τριανταπέντε συμπλόκων ενώσεων του ουρανυλίου(II) και του κοβαλτίου με ligand μια σειρά από μη-στεροειδή αντιφλεγμονώδη φάρμακα παρουσία ή απουσία co-ligand ως δότες ατόμων Ν. Ο χαρακτηρισμός των συμπλόκων έγινε µε μετρήσεις µοριακής αγωγιµότητας, μαγνητικές μετρήσεις σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, µε φασµατοσκοπία ΙR, UV-vis και (για τα σύμπλοκα του ουρανυλίου(II)) 1Η NMR και µε κρυσταλλογραφία ακτίνων–Χ.Η μελέτη της βιολογικής δράσης των συμπλόκων περιελάμβανε την αλληλεπίδρασή τους με το CT DNA, με το pBR322 πλασμιδιακό DNA, με τις αλβουμίνες του ορού BSA και HSA και τη διερεύνηση της αντιοξειδωτικής τους δράσης. Η μελέτη της αλληλεπίδρασης με το CT DNA πραγματοποιήθηκε με φασματοσκοπία UV-vis, ιξωδομετρία, ανταγωνιστική δράση με το ΕΒ και κυκλική βολταμμετρία για τα σύμπλοκα του κοβαλτίου. Η ικανότητα διάσπασης του pBR322 DNA εξετάστηκε με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή αγαρόζης. Η αλληλεπίδραση με τις αλβουμίνες του ορού έλαβε χώρα με φασματοσκοπία φθορισμού όπου εξετάστηκε η ισχύς σύνδεσης των ενώσεων, και προσδιορίστηκε η πιθανή θέση σύνδεσης στα μόρια των αλβουμινών. Τα αποτελέσματα έδειξαν ισχυρή σύνδεση των ενώσεων στο CT DNA και στις αλβουμίνες ενώ μεταξύ των συμπλόκων της παρούσας διατριβής υπολογίστηκε και η υψηλότερη σταθερά σύνδεσης στο DNA από όλα τα σύμπλοκα Co-ΜΣΑΦ της βιβλιογραφίας. Η ικανότητα διάσπασης του υπερελικωμένου pBR322 DNA ήταν χαμηλή έως μέτρια ενώ τα σύμπλοκα της εργασίας έδειξαν εκλεκτικότητα ως προς την δέσμευση της ρίζας ABTS και αναγωγής του Η2Ο2 έναντι της ρίζας DPPH. Οι in silico μοριακές μελέτες πρόσδεσης έδειξαν εσωτερική συναρμογή των συμπλόκων στην διπλή έλικα του CT DNA και σύνδεση τους σε μια θέση στο μόριο των αλβουμινών, η οποία βρίσκεται κοντά στη θέση δέσμευσης του ibuprofen χωρίς όμως να ταυτίζονται οι θεωρητικά υπολογισμένες ενέργειες δέσμευσης με τις σταθερές σύνδεσης που υπολογίστηκαν από τα in vitro πειράματα

Synthesis, structural determination, in vitro and in silico biological evaluation of divalent or trivalent cobalt complexes with indomethacin

The interaction of cobalt chloride with the non-steroidal anti-inflammatory drug indomethacin (Hindo) led to the formation of the polymeric complex [Co(indo-O)2(H2O)2(μ-Cl)]n·n(MeOH·H2O) bearing one chlorido bridge between the cobalt atoms. The presence of the nitrogen-donor co-ligands 2,2′-bipyridine (bipy), 2,2′-bipyridylamine (bipyam), 1,10-phenanthroline (phen) or 1H-imidazole (Himi) resulted in the isolation of complexes [Co2(μ-indo-O,O′)2(indo-O)2(bipy)2(μ-H2O)]·3.3MeOH, [Co(indo-O,O′)2(bipyam)]·0.9MeOH·0.2H2O, [Co(indo-O,O′)2(phen)] (4) and [Co(indo-O)2(Himi)2] (5), respectively, where the indomethacin ligands were coordinated in diverse manners. The study of the affinity of the complexes for calf-thymus DNA revealed their intercalation between the DNA-bases. The binding of the complexes to albumins was also examined and the corresponding binding constants and binding subdomain were determined. The free radical scavenging activity of the compounds was evaluated towards 1,1-diphenyl-picrylhydrazyl and 2,2′-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid). Molecular modeling calculations may usually provide a molecular basis for the understanding of both the impairment of DNA by its binding with the studied complexes and the ability of these compounds to transportation through serum albumin proteins. This study can provide information for the elucidation of the mechanism of action of the compounds in a molecular level. © 2020 Elsevier Inc