Dans ce travail de thèse, plusieurs groupes de nouveaux complexes d'or(I) à base de carbènes N-hétérocyclique (NHC) contenant des bras amino-aliphatiques et aromatiques avec un potentiel intéressant dans des applications biomédicales ont été synthétisés et entièrement caractérisés. En outre, une série de complexes d'iridium(III) contenant des ligands NHC avec des activités anticancéreuses prononcées pour une application en thérapie photodynamique, a été préparée et entièrement caractérisée.
Le premier groupe représente une famille de complexes cationiques or(I) bis(NHC) contenant des bras latéraux amino-aliphatiques. Ces complexes ont été synthétisés et étudiés pour leurs activités antiprolifératives vis-à-vis de quatre lignées cellulaires cancéreuses humaines et de la lignée cellulaire non cancéreuse MDCK. Dans cette série, la lipophilie est directement liée à l'activité cytotoxique contre les cellules cancéreuses. La deuxième famille de composés concerne les complexes cationiques or(I) bis(NHC) contenant des bras latéraux amino-aromatiques. La cytotoxicité in vitro de ces complexes et de leurs proligands sur les lignées cellulaires représentatives du cancer de la prostate PC-3 et de la vessie T24 a été évaluée. Tous ces complexes présentent des valeurs de Log P (lipophilie) supérieures à celles de la première série de complexes en accord avec leur cytotoxicité plus élevée, mais une lipophilie trop élevée peut également conduire à une sélectivité plus faible.
Afin de développer un candidat-médicament avec une activité et une sélectivité optimisées, nous avons conçu et synthétisé la troisième famille de complexes cationiques or(I) bis(NHC). Les valeurs de log P de cette série se situent entre la première série et la deuxième série. Ces complexes moins lipophiles sont moins cytotoxiques envers les lignées cellulaires saines (NIH3T3) et montre des activités anticancéreuses un peu plus faibles sur les cellules PC-3 que la deuxième série, avec néanmoins des valeurs de GI50 dans la gamme du nanomolaire.
Les études mécanistiques sur deux complexes d’or(I) ont été réalisées. Les mesures d'absorption cellulaire ont montré une accumulation cellulaire rapide et une bonne biodisponibilité des complexes, en accord avec l'activité antiproliférative de ces deux complexes. De plus, les deux complexes inhibent la thiorédoxine reductase (TrxR), une cible commune pour les complexes d'or(I). La mort cellulaire induite par ces deux complexes est dépendante des espèces réactives de l’oxygène.
En plus des activités anticancéreuses, nous avons également testé des complexes d'or(I) mono-NHC pour une autre application biomédicale, la leishmaniose, maladie parsitaire. Ils ont été testés in vitro sur les formes promastigotes et amastigotes axéniques de L. infantum. De plus, leur cytotoxicité a été évaluée sur les macrophages murins J774A.1 afin de déterminer leur sélectivité d'action.
Un autre sujet de cette thèse concerne les complexes d’iridium(III)-NHC. Trois familles de complexes ont été préparées et caractérisées. La cytotoxicité in vitro de tous les complexes sur les cellules cancéreuses de la prostate PC-3 et de la vessie T24, et les cellules non cancéreuses NIH3T3 a été évaluée. De plus, tous les complexes sont des agents théranostiques, et les expériences de microscopie confocale d'un complexe ont montré qu'il pouvait être rapidement et efficacement absorbé dans les cellules PC-3 et se localiser spécifiquement dans les mitochondries. De manière intéressante, ces complexes peuvent agir comme des photosensibilisateurs efficaces. La cytotoxicité de ces complexes a été augmentée substantiellement après une irradiation lumineuse de 365 nm, ce qui suggère le potentiel élevé de ces agents anticancéreux théranostiques ciblant les mitochondries pour la thérapie photodynamique. |
In this work of thesis, several groups of novel NHC-based gold(I) complexes containing aliphatic and aromatic amino-side arms with interesting potential in biomedical applications have been synthesized and fully characterized. Also, a series of iridium(III) complexes containing NHC ligands with pronounced PDT anticancer activities has been prepared and fully characterized.
The first group represents a family of cationic bis(NHC)-gold(I) complexes containing aliphatic amino-side arms. These complexes have been synthesized and investigated for their antiproliferative activities effects towards four human cancer cell lines and the non-cancerous MDCK cell line. In this series, the higher lipophilicity correlates with the higher cytotoxic activity against cancer cells.
The second family of compounds concerns cationic gold(I) bis(NHC) complexes containing aromatic amino-side arms. The in vitro cytotoxicity of these complexes and proligands on the representative PC-3 prostate and T24 bladder cancer cell lines has been evaluated. Log P values represented the high lipophilicity of these complexes in agreement with the obtained cytotoxic results, nevertheless too high lipophilicity can also lead to poor selectivity.
In order to develop a drug candidate with optimized activity and selectivity, we designed and synthesized the third family of cationic gold(I) bis(NHC) complexes. The Log P values of this series were between the first series and the second series. The lower cytotoxicity towards non-cancerous NIH3T3 cells was found for this series of complexes whereas they also displayed less activities towards cancer cells.
The mechanistic studies on two gold complexes by monitoring the cellular uptake showed the rapid cellular accumulation of the intact gold bis(NHC) and a good bioavailability, in good agreement with the antiproliferative activity of these two complexes. Moreover, both complexes were an inhibitor of TrxR, a common target for gold(I) complexes. The cell death induced by these two complexes was ROS-dependent.
Besides anticancer activities, we also tested gold(I) mono-NHC complexes for other biomedical applications in parasite disease Leishmaniasis. They were screened in vitro against both promastigote and axenic amastigote forms of L. infantum. Moreover, their cytotoxicity was evaluated on the murine J774A.1 macrophages in order to determine their selectivity of action.
To gain further mechanistic insights, three families of theranostic iridium(III)-NHC complexes were prepared and characterized. The in vitro cytotoxicity of all the complexes against PC-3 prostate, T24 bladder cancer cells and non-cancerous NIH3T3 cells was evaluated. Moreover, complex VI-4a can function as a theranostic agent, and the confocal microscopy experiments showed that it can be quickly and effectively taken up into PC-3 cells and specifically localize into mitochondria. Interestingly, these complexes can act as efficient photosensitizers. The cytotoxicity of these complexes was increased substantially upon 365 nm light irradiation, which suggested the high potential to be a mitochondria-targeted theranostic anticancer agents. |