DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-57689-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38521876
تاريخ النشر: 2024-03-23
المؤلف: Yonas Belay وآخرون
الموضوع الرئيسي: كيمياء النقر والتطبيقات
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة تخليق هجن جديدة من 1،2،3-ترايازول وقواعد شيف الكيرالية (المركبات 2-6) من خلال تفاعلات تكثيف قاعدة شيف التي تشمل مكون 1،2،3-ترايازول المُعد مسبقًا وأمينات كيرالية أولية متنوعة. تم تأكيد الهياكل الكيميائية لهذه المركبات باستخدام تقنيات NMR و FTIR، وتحليل العناصر CHN. تم تقييم النشاط المضاد للسرطان للمركبات 1-6 ضد خطوط خلايا سرطان البروستاتا (PC3) وسرطان الجلد (A375)، بالإضافة إلى خط خلايا صحي (MRC-5)، باستخدام اختبار Alamar Blue. ومن الجدير بالذكر أن المركبات 3 و 6 أظهرت سمية خلوية كبيرة ضد خطوط خلايا السرطان مع إظهار سمية منخفضة تجاه الخلايا الصحية.
كما كشفت الدراسة أن جميع المركبات المُصنعة أظهرت تقارب ارتباط عالي لمعدلات مستقبلات الأندروجين (PDB ID: 5t8e) ومثبطات MIA البشرية (PDB ID: 1i1j)، متجاوزة الدواء المرجعي سيسبلاتين. كانت علاقات الهيكل-النشاط (SARs) متوافقة مع نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) ودراسات الربط الجزيئي، مما يشير إلى أن وجود بدائل غير متجانسة ودهون على مكون قاعدة شيف أمر حاسم للنشاط المضاد للسرطان الملحوظ. كما أظهرت المركبات خصائص فيزيائية كيميائية ملائمة لتشابه الأدوية، مما يشير إلى إمكاناتها كعوامل فعالة مضادة للسرطان. تسهم هذه الأبحاث الأساسية في فهم تصميم الأدوية الهجينة في مكافحة السرطان، خاصة في سياق مقاومة الأدوية.
مقدمة
في هذا القسم، يصف المؤلفون المنهجية المستخدمة لتقييم تأثيرات تثبيط النمو والسمية الخلوية لستة مركبات على خطي خلايا سرطان (PC3 و A375) وخط خلايا صحي (MRC5) باستخدام اختبار Alamar Blue. تم زراعة خطوط الخلايا في صفائح 96 بئرًا بكثافة $2.5 \times 10^4$ خلايا لكل بئر وتم حضنها طوال الليل قبل العلاج بتركيزات متغيرة من المركبات (5-100 ميكروغرام/مل). تضمنت ظروف التحكم DMEM فقط، خلايا معالجة بـ DMSO (0.1%)، خلايا غير معالجة، وتحكم إيجابي مع 100 ميكرومول من سيسبلاتين.
بعد فترة علاج استمرت 24 ساعة، تم إضافة Alamar Blue إلى كل بئر، وتم حضن الخلايا لمدة ساعتين إضافيتين عند 37 درجة مئوية في الظلام لمنع تداخل الضوء. تم قياس حيوية الخلايا عن طريق قياس الفلورية باستخدام قارئ الصفائح الدقيقة، مع تحفيز عند 530 نانومتر وانبعاث عند 590 نانومتر. تم حساب نسبة حيوية الخلايا بناءً على قراءات الفلورية، مما يوفر تقييمًا كميًا لتأثيرات المركبات على خطوط الخلايا المختلفة.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد الكيميائية والأدوات التجريبية المستخدمة في أبحاثهم. كانت جميع المذيبات من الدرجة التحليلية، وتم الحصول على المواد الكيميائية من Sigma Aldrich، واستخدمت كما هي دون مزيد من التنقية ما لم يُذكر خلاف ذلك. تضمنت المواد الكيميائية الرئيسية الساليسيلدهيد، كربونات البوتاسيوم، الأسيتون، N،N’-ثنائي ميثيل الفورماميد، بروميد البروبارجيل، نترات الصوديوم، أزيد الصوديوم، كبريتات النحاس (II) المائية، أسكوربات الصوديوم، حمض الكبريتيك، أحماض أمينية متنوعة (L-تيروزين، L-فينيل ألانين إيثيل استر هيدروكلوريد، L-تريبتوفان، L-هيستيدين، L-حمض الجلوتاميك)، هيدروكسيد الصوديوم، ومذيبات مؤشرة (كلوروفورم-D و DMSO-d6).
كما يقدم القسم جدولًا للموصوفات الجزيئية للمركبات المدروسة، بما في ذلك معلمات مثل الوزن الجزيئي (MW)، عدد ذرات النيتروجين (N)، وخصائص محسوبة متنوعة (مثل MLogP، TPSA). تعتبر هذه الموصوفات حاسمة لفهم السلوك الكيميائي والتطبيقات المحتملة للمركبات في الدراسات المستقبلية. تشير القيم والعوامل المحددة لهذه الموصوفات إلى التركيز على تحسين المركبات للخصائص الكيميائية المرغوبة، والتي قد تكون ذات صلة بتطبيقاتها المقصودة.
النتائج
في هذا القسم، يتم مناقشة تخليق وتوصيف المركب الهجين 2-((1-فينيل-1H-1،2،3-ترايازول-4-يل)ميثوكسي)بنزالدهيد (1). تم تخليق المركب عبر تفاعل كيمياء النقر المحفز بالنحاس بين 2-(بروبان-2-ين-1-يلوكسي)بنزالدهيد وأزيد البنزين، وتم تأكيد هيكله من خلال طيف ^1H NMR. ومن الجدير بالذكر أن اختفاء إشارة بروتون الألكاين الطرفي عند 2.55 جزء في المليون وظهور إشارة مفردة عند 8.08 جزء في المليون تتوافق مع بروتون حلقة الترايازول كانت مؤشرات رئيسية على نجاح التخليق.
تم إجراء مزيد من التوصيف باستخدام FTIR، وقياس الطيف الكتلي، وتحليل العناصر CHN، والتي دعمت مجتمعة تشكيل المركب 1. للحصول على بلورات مفردة مناسبة للتصوير بالأشعة السينية، تم تعريض المركب 1 لمذيبات متنوعة، مما أسفر في النهاية عن بلورات من الإيثانول من خلال التبخر البطيء على مدى أسبوع. أشار تحليل البلورة المفردة إلى أن المركب 1 تبلور في مجموعة الفضاء الثلاثي Pī، مع تقديم بيانات بلورية مفصلة ومعلمات هيكلية في المواد التكميلية.
مناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة تخليق وتوصيف المركبات الهجينة المكونة من 1،2،3-ترايازول وقواعد شيف الكيرالية. شمل التخليق تكثيف قاعدة شيف من ترايازول مُعد مسبقًا مع أمينات كيرالية أولية متنوعة، مما أسفر عن مركبات تم توصيفها باستخدام طيف NMR و FTIR. كشفت أطياف NMR عن إشارات مميزة لمجموعات الإيمين والترايازول، بالإضافة إلى بروتونات الميثين والميثيلين للأحماض الأمينية الكيرالية. أكدت تحليلات FTIR وجود مجموعة الإيمين من خلال نطاقات الامتصاص المميزة. تم تقييم المركبات لنشاطها المضاد للسرطان ضد خطوط خلايا PC3 (البروستاتا) و A375 (الجلد)، مع قيم IC50 تشير إلى أن المركبات 3 و 6 أظهرت أقوى نشاط، خاصة ضد خلايا A375، متفوقة على السيسبلاتين القياسي.
تم تقييم سمية المركبات المُصنعة ضد خلايا MRC5 الطبيعية، مما كشف عن سمية أقل مقارنة بالسيسبلاتين، مما يشير إلى إمكاناتها كمرشحات للأدوية المضادة للسرطان. أشارت حسابات مؤشر الانتقائية (SI) إلى أن المركبات 3 و 6 أظهرت انتقائية عالية تجاه خلايا السرطان، مع قيم SI تتجاوز 3. بالإضافة إلى ذلك، قدمت دراسات DFT رؤى حول الخصائص الإلكترونية للمركبات، مما يبرز أهمية فجوة الطاقة HOMO-LUMO بالنسبة لنشاطها البيولوجي. دعمت تحليلات الربط الجزيئي أيضًا الإمكانات المضادة للسرطان الواعدة للمركبات 3 و 6، مما يظهر تقاربها الفائق للارتباط بمعدلات مستقبلات الأندروجين ومثبطات MIA البشرية مقارنة بالسيسبلاتين. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية التهجين في تعزيز النشاط المضاد للسرطان وإمكانات هذه المركبات لمزيد من التطوير.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-57689-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38521876
Publication Date: 2024-03-23
Author(s): Yonas Belay et al.
Primary Topic: Click Chemistry and Applications
Overview
This research presents the synthesis of novel 1,2,3-triazole and chiral Schiff base hybrids (compounds 2-6) through Schiff base condensation reactions involving a pre-prepared 1,2,3-triazole component and various primary chiral amines. The chemical structures of these compounds were confirmed using NMR, FTIR spectroscopies, and CHN elemental analysis. The anticancer activity of compounds 1-6 was assessed against prostate (PC3) and skin (A375) cancer cell lines, as well as a healthy cell line (MRC-5), using the Alamar Blue assay. Notably, compounds 3 and 6 demonstrated significant cytotoxicity against the cancer cell lines while exhibiting low toxicity towards the healthy cells.
The study further revealed that all synthesized compounds displayed high binding affinity for androgen receptor modulators (PDB ID: 5t8e) and human MIA inhibitors (PDB ID: 1i1j), surpassing the reference drug cisplatin. Structure-activity relationships (SARs) were consistent with density functional theory (DFT) and molecular docking studies, indicating that the presence of heterocyclic and lipophilic substituents on the Schiff base component is crucial for the observed anticancer activity. The compounds also exhibited favorable physicochemical properties for drug likeness, suggesting their potential as effective anticancer agents. This foundational research contributes to the understanding of hybrid drug design in combating cancer, particularly in the context of drug resistance.
Introduction
In this section, the authors describe the methodology employed to assess the growth inhibitory effects and cytotoxicity of six compounds on two cancer cell lines (PC3 and A375) and one healthy cell line (MRC5) using the Alamar Blue assay. The cell lines were cultured in 96-well plates at a density of $2.5 \times 10^4$ cells per well and incubated overnight prior to treatment with varying concentrations of the compounds (5-100 µg/mL). Control conditions included DMEM only, DMSO-treated cells (0.1%), untreated cells, and a positive control with 100 µM cisplatin.
Following a 24-hour treatment period, Alamar Blue was added to each well, and the cells were incubated for an additional 2 hours at 37 °C in the dark to prevent light interference. Cell viability was quantified by measuring fluorescence using a microplate reader, with excitation at 530 nm and emission at 590 nm. The percentage of cell viability was calculated based on the fluorescence readings, providing a quantitative assessment of the compounds’ effects on the different cell lines.
Methods
In this section, the authors detail the experimental reagents and instruments utilized in their research. All solvents were of analytical grade, and reagents were sourced from Sigma Aldrich, used as received without further purification unless specified. Key reagents included salicylaldehyde, potassium carbonate, acetone, N,N’-dimethylformamide, propargyl bromide, sodium nitrite, sodium azide, copper(II) sulfate pentahydrate, sodium L-ascorbate, sulfuric acid, various amino acids (L-tyrosine, L-phenylalanine ethyl ester hydrochloride, L-tryptophan, L-histidine, L-glutamic acid), sodium hydroxide, and deuterated solvents (Chloroform-D and DMSO-d6).
The section also presents a table of molecular descriptors for the compounds studied, including parameters such as molecular weight (MW), number of nitrogen atoms (N), and various calculated properties (e.g., MLogP, TPSA). These descriptors are critical for understanding the chemical behavior and potential applications of the compounds in further studies. The specific values and thresholds for these descriptors suggest a focus on optimizing the compounds for desired chemical properties, which may be relevant for their intended applications.
Results
In this section, the synthesis and characterization of the hybrid compound 2-((1-phenyl-1H-1,2,3-triazol-4-yl)methoxy)benzaldehyde (1) are discussed. The compound was synthesized via a copper-catalyzed click chemistry reaction between 2-(prop-2-yn-1-yloxy)benzaldehyde and azidobenzene, with its structure confirmed through ^1H NMR spectroscopy. Notably, the disappearance of the terminal alkyne proton signal at 2.55 ppm and the emergence of a singlet at 8.08 ppm corresponding to the triazole ring proton were key indicators of successful synthesis.
Further characterization was conducted using FTIR, mass spectrometry, and CHN elemental analysis, which collectively supported the formation of compound 1. To obtain single crystals suitable for X-ray diffraction, compound 1 was subjected to various solvents, ultimately yielding crystals from ethanol through slow evaporation over one week. The single crystal analysis indicated that compound 1 crystallized in the triclinic space group Pī, with detailed crystallographic data and structural parameters provided in the supplementary materials.
Discussion
In this section, the synthesis and characterization of hybrid compounds formed from 1,2,3-triazole and chiral Schiff bases are discussed. The synthesis involved Schiff base condensation of a pre-prepared triazole with various primary chiral amines, yielding compounds characterized by NMR and FTIR spectroscopy. The NMR spectra revealed distinct signals for the imine and triazole groups, as well as for the methine and methylene protons of the chiral amino acids. FTIR analysis confirmed the presence of the imine moiety through characteristic absorption bands. The compounds were evaluated for their anticancer activity against PC3 (prostate) and A375 (skin) cancer cell lines, with IC50 values indicating that compounds 3 and 6 exhibited the most potent activity, particularly against A375 cells, outperforming the standard cisplatin.
The cytotoxicity of the synthesized compounds was assessed against MRC5 normal cells, revealing lower toxicity compared to cisplatin, suggesting their potential as anticancer drug candidates. The selectivity index (SI) calculations indicated that compounds 3 and 6 displayed high selectivity towards cancer cells, with SI values exceeding 3. Additionally, DFT studies provided insights into the electronic properties of the compounds, highlighting the significance of the HOMO-LUMO energy gap in relation to their bioactivity. Molecular docking analyses further supported the promising anticancer potential of compounds 3 and 6, demonstrating their superior binding affinities to androgen receptor modulators and human MIA compared to cisplatin. Overall, the findings underscore the importance of hybridization in enhancing anticancer activity and the potential of these compounds for further development.