Noi produși biocompatibili de tip shagaol și curcuminoidic utilizați drept adjuvanți în radioterapia cancerului CANRADIOPROTECT

Acasă

Autoritatea contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Invățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării – UEFISCDI

Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2019-1471

Coordonator proiect: Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie – ICECHIM București

Partener: Universitatea din București

Număr contract: 363 PED /2020

Perioada de implementare: 2020-2022

Buget: 600.000 lei

Despre

Proiectul, se referă la un domeniu interdisciplinar de cercetare și are ca scop elaborarea metodelor de sinteză și testarea biologică a unor compuși noi β-di-cetonici simetrici (derivați de curcumină) și mono sau di-cetonici asimetrici (derivați de shagaol). După caracterizarea morfostructurală, testarea biocompatibilității și stabilirea relației structură-proprietăți, produșii biologic activi vor fi aplicați în procedura radioterapeutică de tratare a cancerului.

In acest mod se urmărește ca, structurile noi sintetizate, analogi ai shagaolului și curcuminei, să aibă activitate antitumorală mai crescută față de cea a compușilor naturali și să fie utilizați ca adjuvanți în terapia cancerului.

Obiective

O 1. Selectarea unor compuși naturali și sinteza unor cromogeni biologic activi (de tip curcuminic și shagaol) cu proprietăți de captare a radicalilor

liberi și alegerea modelului experimental demonstrativ.

O 2. Studiul proceselor radioprotectoare și radiosensibilizatoare ale compușilor selectați în urma testelor de biocompatibilitate.

O 3. Corelarea intensității efectului de radioprotecție și radiosensibilizare cu caracteristicile structurale ale compușilor selectați.

Rezultate estimate

Produși noi:

  • doi compuși derivați de curcumină cu proprietăți radioprotectoare/radiosensibilizatoare;
  • doi compuși analogi de shagaol cu proprietăți radioprotectoare/radiosensibilizatoare.

Tehnologii de obținere și metode de aplicare:

  • Tehnologie de obținere a produșilor de tip ceto-enolic cu proprietăți radioprotectoare/radiosensibilizatoare.
  • Metoda și condițiile de tratament în scopul radioterapiei și radioprotecției eritrocitului integral.

Publicații: Articole (5), Prezentări la conferințe internaționale (6), Cereri de brevet (2).

Derularea proiectului

Etapa 1 –2020

Selectarea unor compuși naturali cu proprietăți antioxidante și elaborarea de concept design a modelului experimental.

În urma analizei datelor publicate în literatura de specialitate având ca subiect compuși activi extrași din turmeric, colectivul din cadrul INCD-ICECHIM (CO) demarează primele activități experimentale care vizează extracția prin metode clasice de macerare și decoct a derivaților curcuminici din rădăcina de

turmeric. Extractele apoase obținute au fost analizate prin tehnica cromatografiei pe strat subțire și spectroscopie UV-Vis, iar rezidul solid din urma procesului de extracție a fost analizat prin spectroscopie FTIR, spectroscopie de reflectanță și analiză termogravimetrică. Aceste studii au fost realizate în scopul identificării, izolării și caracterizării compușilor principali ce se regăsesc în extractele naturale din Curcuma Longa (turmeric).

În paralel, colectivul de cercetare al partenerulului, Universitatea București (UB), a realizat studii de testare pe două tipuri celulare diferite, linia celulară de cervix tumorală HeLa, în comparație cu linia de celule netumorale MRC-5, pentru a putea pune în evidență o specificitate de acțiune asupra celulelor maligne.

În cadrul acestei etape a proiectului a fost achiziționat un sistem flash cromatograf Isolera Prime care face posibilă separarea compușilor din amestecuri sau caracterizarea compușilor unitari din punct de verede al purității. Aparatul este util în cadrul proiectului pentru realizarea studiilor de evaluare a amestecurilor vegetale obținute în diferite condiții de extracție și pentru caracterizarea compușilor noi sintetizați, în procesul de separare și purificare a acestora.

Isolera Prime este un sistem de cromatografie rapidă de înaltă performanță, format din următoarele componente integrate:

• Un ecran tactil, LCD color, rezistent la solvenți, cu o rezoluție de 800 x 600 pixeli. Acesta servește atât ca afișaj, cât și ca dispozitiv de intrare al sistemului prin intermediul comenzilor tactile de pe ecran.

• Un colector de fracții.

• Un modul de pompare, care direcționează fluxul de lichid prin sistem.

• Un detector intern, care furnizează sistemului informații cu privire la absorbanța la lumină a solvenților și a probelor care trec prin celula de curgere a detectorului.

Etapa 2 – 2021

Alternative de obținere a compușilor naturali sau de sinteză, alegerea modelului funcțional și testarea acestora în procesele

implicate în radioterapie

În etapa a doua studiile cu privire la metodele de extracție și caracterizare a compușilor principali din turmeric și ghimbir au fost continuate de CO, utilizând metoda soxhlet, extracția în câmp de microunde și extracții asistate de procese de ultrasonare, în apă/solvent. Extractele naturale obținute au fost caracterizate pentru identificarea compușilor principali constituenți, prin cromatografie pe strat subțire, iar apoi compușii au fost separați prin

procedeul ˮflash chromatographyˮ. Fracțiile separate au fost analizate prin spectroscopie UV-Vis, iar împreună cu masa reziduală rezultată în urma

proceselor de extracție au fost caracterizate prin spectre FTIR și spectre de reflexie difuză.

Asemanător cu structurile compușilor naturali extrași din turmeric, respectiv ghimbir, au fost sintetizati o serie de compuși utilizând metoda clasică de sinteză în solvent sau metoda în câmp de microunde. Astfel, cromogeni bis-aril-1,6-heptadien-3,5-dionici au fost obținuți în câmp de microunde, iar compușii derivați curcuminici, 3,5-bis(stiril)pirazolonici au fost sintetizați prin metoda clasică. În paralel, derivații de 6-aril-5-hexen-2,4-dionă au fost sintetizați fără solvent în câmp de microunde, prin reacția de condensare între benzaldehide substituite și acetilacetonă, apoi condensarea cu hexanal. Totodată structurile de tipul 6-aril-5-hexen-2-onei au fost obținute prin metoda clasică în solvent, în urma reacțiilor succesive de condensare dintre benzaldehide substituite, acetonă și hexanal. Compușii sintetizați au fost purificați prin metode specifice și caracterizați prin cromatografie pe strat subțire, spectroscopie FTIR, spectroscopie UV-Vis, RMN și analiză termogravimetrică.

Partenerul UB urmărind concept design-ul stabilit în prima etapă a realizat testarea derivaților de curcumină și shagaol sintetizați de CO, folosind cele două modele celulare in vitro, pentru testele de biocompatibilitate, respectiv toxicitate. În paralel, pentru stabilirea tehnologiei de tratament, s-a realizat mai întai testarea efiecienței celulelor sângelui ca modele celulare pentru evaluarea proprietăților exercitate de derivații de curcumină. Metoda aleasă pentru determinarea activității enzimei glutation peroxidaza GPx se bazează pe monitorizarea formării GSSG (disulfură de glutation), care este redus continuu prin adăugarea unui exces de glutation reductază, generând un nivel constant de GSH (Glutation).

După alegerea metodei de testare, din lotul de compuși analizați din punct de vedere al biocompatibilității și citotoxicității, au fost aleși doi

compuși care au manifestat citotoxicitate foarte scăzută. Acești derivați beta-dicetonici cu structura stiril-pirazolonică și standardul de curcumină au fost supuși testelor efectuate prin expunere la radiații gamma (10 sau 50 Gy), cu privire la evaluarea proprietăților de radioprotecție asupra eritrocitelor.

Probele de membrane eritrocitare rezultate în urma lizei eritrocitelor şi a îndepărtării conţinutului intracelular au fost analizate prin spectroscopie de THz. Rezultatele testelor au evidențiat că din punct de vedere al protecţiei faţă de efectul radiaţiei, derivatul cu structură 3,5-bis(stiril)pirazolonic apare ca fiind cel mai eficient.

Rezultate

Articole:

  1. Raduly, F.M.; Raditoiu, V.; Raditoiu, A.; Frone, A. N.; Nicolae, C. A.; Purcar, V.; Ispas, G.; Constantin, M.; Raut, I. “Modeling the properties of curcumin derivatives in relation to the architecture of the siloxane host matrices”, Materials, 2022, 15, 267, doi.org/ 10.3390/ma15010267.
  2. Udrea, A. M.; Gradisteanu Pircalabioru, G.; Boboc, A. A.; Mares, C.; Dinache, A.; Mernea, M.; Avram, S. “Advanced Bioinformatics Tools in the Pharmacokinetic Profiles of Natural and Synthetic Compounds with Anti-Diabetic Activity”. Biomolecules, 2021, 11(11), 1692, doi.org/10.3390/biom11111692.
  3. Niculae, R.; Mernea, M.; Ghica, L.; Mihăilescu, D. F. ”A Computational Study on Ca2+ Modulation of ASIC 1 Pharmacologic Properties”. Studia Universitatis Babes-Bolyai, Chemia, 2021, 66(3).
  4. Avram, S.; Stan, M.; Udrea A.M.; Buiu, C.; Boboc, A.A.; Mernea, M. “3D-ALMOND-QSAR Models to Predict the Antidepressant Effect of Some Natural Compounds”. Pharmaceutics, 2021, 13.9, 1449, doi.org/10.3390/pharmaceutics13091449.
  5. Raduly, F.M.; Raditoiu, V.; Raditoiu, A.; Purcar, V. Curcumin: Modern Applications for a Versatile Additive. Coatings, 2021, 11, 519, doi.org/10.3390/coatings11050519.

Articole trimise spre publicare:

1. Ispas, C.G.; Raduly, F.M.; Raditoiu, V.; Stan, R.; Raditoiu, A.; Purcar, V. “Extraction and characterization of bioactive compounds from ginger (Zingiber

officinale)”, U.P.B. Sci. Bull.


Conferințe:   

  1. Ispas, C.G.; Raduly, F.M.; Raditoiu, V.; Raditoiu, A.; Purcar, V. Extraction by ultrasounds and characterization of bioactive compounds from Zingiber Officinale, Simpozionul international „Priorities of chemistry for a sustainable development-PRIOCHEM” XVII th Edition, 2021, Bucuresti, ROMANIA.
  2. Ispas, C.G.; Raduly, F.M.; Raditoiu, V.; Stan, R.; Raditoiu, A.; Purcar, V. Textile Coatings Based on Ginger Extracts with Antimicrobial Activity, Virtual International Scientific Conference on “Applications of Chemistry in Nanosciences and Biomaterials Engineering – NanoBioMat 2021”, 2021, Bucuresti, ROMANIA.
  3. Nitu, D. C., et al. Evaluating the ability of some curcumin derivatives to induce oxidative stress in cervix cancer, Presented at the 4th International European Conference on Interdisciplinary Scientific Research, 2021, Warsaw, Poland.
  4. Avram, S., et al. The study of natural compounds as antidepressants by bioinformatics methods, Presented at the 1st International Electronic Conference on Biomedicine. Vol. 1. 2021, https://doi.org/10.3390/ECB2021-10268.
  5. Nica, I. C.; Mernea, M.; Stoian, Gh.; Dinischiotu, A. Natural aspirin-like compounds from white willow (Salix alba) bark extract prevent structural changes of human hemoglobin during in vitro non-enzymatic glycation and fructation, preserving its peroxidase and esterase activity, Med. Sci. Forum 2021, 2(1), 23; doi.org/10.3390/CAHD2020-08602.
  6. M. Stan, I. C. Nica, M. Raduly, M. Mernea, Evaluation of protective effect of some curcumin derivatives against gamma radiations, Al XIV-lea Congres Național de Citometrie, 2021.
  7. M. Raduly, V. Raditoiu, A. Raditoiu, V. Purcar, G. Ispas, Curcumin derived pyrazoles with potential antitumor activities, European Symposium on Organic Chemistry-ESOC, Virtual mini symposium, 2021;
  8. M. Stan, I. C. Nica, C. D. Nițu, M. Raduly, A. Dinischiotu, A. Speranta, D. Mihailescu, M. Mernea, In vitro study of curcumin derivatives with potential antitumor activity, 1st International Electronic Conference on Biomedicine, 2021;
  9. M. Raduly, V. Raditoiu, A. Raditoiu, V. Purcar, G. Ispas, R. Manea, A. Frone, M.L. Jecu, M. Călin, C. A. Nicolae, Curcumin derivatives immobilized in silica matrices by sol-gel processes used as bioactive coatings, International Congress of „Apollonia” University from Iași, Romania, 2021;
  10. M. Raduly, V. Raditoiu, A. Raditoiu, L. Wagner, V. Purcar, G. Ispas, R. Manea, C. A. Nicolae, Synthesis of asymmetric β-diketone derivatives and ther complexation with lanthanides, 23rd JCF Frühjahrssymposium-online, 2021.

Alte manifestări științifice:

Expoziția Internațională de Invenții – INVENTICA 2021, 23-25 iunie, Iaşi, Romania.

Contact

Institutul Național de Cercetare și Dezvoltare pentru Chimie și Petrochimie – ICECHIM

București, Splaiul Independenței, nr. 202, sector 6, cod postal 060021

Director de proiect: dr.ing. Florentina Monica Raduly

Tel. +40 21 316.30.62/118

Fax: +40 21 312.34.93

E-mail:

Web:  www.icechim.ro