Synthesis and characterization of nitroimidazole containing ruthenium complexes

The primary objective of this project was designed molecule which could be efficient marker for cancer imaging. We decided to combined ruthenium complexes with 2-nitroimidazoles. Nitroimidazoles are a promising type of molecule for noninvasive mapping hypoxic tissues. Hypoxia has been known as a key physiological parameter in tumor growth and response to therapy since 1950s. In the absence of oxygen, nitroimidazoles undergo a single electron reduction and reactive intermediate compounds are forming. Nowadays noninvasive optical imaging is very extensively explored area because of relatively high sensivity particularly for luminescence probes, and safety of synthesis of compounds in compare to compounds with radioisotopic label.Ruthenium complexes containing two or three DIP ligands (where DIP= 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) have been recently proposed as luminescent markers for living cells. Ruthenium complexes with DIP have low toxicity. Luminescence is really intensive with high Stokes shift. These compounds are able to penetrate membrane due to their high hydrophobicity.Two derivatives of 2-nitroimidazole: 4-[3-(2-nitro-1H-imidazol-1-yl)-propyl]-2,2’-bipyridine (bpy-2-nitroIm) and 4-[3-(2-nitro-1H-imidazol-1-yl)but-1-yn-1-yl]-2,2'-bipyridine have been synthesized and characterized by HRMS, IR and NMR techniques. For the first ligand the ruthenium complex of the type Ru(DIP)2(bpy-2-nitroIm) was obtained. The preliminary physicochemical and biological tests have shown good quantum yield of luminescence, low cytotoxicity and the received microscopy images are promising.

Celem mojej pracy było zaprojektowanie cząsteczki, która może posłużyć jako marker do obrazowania nowotworów. Zdecydowaliśmy się połączyć kompleks rutenu z 2-nitroimidazolem. Nitroimidazole są obiecującymi związkami do nieinwazyjnego mapowania tkanek niedotlenionych. Hipoksja jest uznawana od 1950 roku za kluczowy parametr fizjologiczny w rozwoju nowotworów. W przypadku braku tlenu nitroimidazole ulegają jednoelektronowej redukcji, w trakcie której powstają reaktywne związki pośrednie. Obecnie nieinwazyjne obrazowanie optyczne jest intensywnie badanym obszarem ze względu na dużą czułość zwłaszcza przy wykorzystaniu luminescencji oraz bezpieczeństwo syntezy tych związków w porównaniu do związków znakowanych izotopowo.Kompleksy rutenu zawierające dwa lub trzy ligandy DIP (4,7-difenylo-1,10-fenantrolina) zaproponowano jako znaczniki fluorescencyjne dla żywych komórek. Kompleksy rutenu z DIP są stosunkowo mało toksyczne.Luminescencja jest wyjątkowo intensywna o wysokich przesunięciach Stokesowskich. Dzięki zwiększonej hydrofobowości cząsteczka jest w stanie przejść przez błonę.Zsyntetyzowano i scharakteryzowano metodami HRMS, IR i NMR dwie pochodne 2-nitroimidazoli: 4-[3-(2-nitro-1H-imidazol-1-yl)but-1-yn-1-yl]-2,2'-bipirydyna (bpy-2-nitroIm) oraz 4-[3-(2-nitro-1H-imidazol-1-yl)propyl]-2,2'- bipirydyna. Dla pierwszej z nich otrzymano jej kompleks z rutenem Ru(DIP)2(bpy-2-nitroIm). Wstępne badania fizykochemiczne i biologiczne wykazują dobrą wydajność kwantowa luminescencji oraz niską cytotoksyczność, a otrzymane obrazy mikroskopowe są obiecujące.