Chemistry and catalysis advances in organometallic chemistry and catalysis


Download 11.05 Mb.
Pdf ko'rish
bet91/115
Sana23.06.2017
Hajmi11.05 Mb.
#9613
1   ...   87   88   89   90   91   92   93   94   ...   115

31

32

R = H


R = Me

Figure 42.8

Another series of compounds in which 31 is the most active.



570

THE FERROCIFEN FAMILY AS POTENT AND SELECTIVE ANTITUMOR COMPOUNDS: MECHANISMS OF ACTION



TABLE 42.3

Effect of Compounds 26–32 on Growth of Hormone-Independent Breast Cancer Cells

Compound


26

27

28

29

30

31

32

Formation of QM

No

No

No



No

No

Yes



No

Growth of cells, %

a

53

40



53

49

93



16

90

a



Effect on growth of cells of MDA-MB-231 at 10

μM. Control = cells without added compounds after 5 days of culture, set at 100%.



TABLE 42.4

Effect of Compounds 33–39 on Growth of Hormone-Independent Breast Cancer Cells

Compound


33

34

35

36

37

38

39

Formation of QM or OQ

OQ

OQ

OQ



OQ

QM

No



No

IC

50



,

μM

a



1.10

± 0.07


1.21

± 0.07


2.4

± 0.2


0.48

± 0.04


5.3

± 0.9


9.0

± 1.0


12.7

± 1.6


a

Mean of two experiments

± range.

Fe

OH



Fe

OH

Fe



OH

H

3



CO

Fe

OH



OH

Fe

OH



OH

Fe

OH



OH

Fe

OH



OH

37

38

39

33

36

34

35

Figure 42.9

Example of ferrocenyl cathecols.



42.5

SYNTHESIS AND BEHAVIOR OF FERROCENOPHANE DERIVATIVES

The results obtained in the open series showed that the position of the ferrocenyl group and the nature of the substituents

present on the molecule have a significant impact on the antiproliferative activity of the compounds. Another possible

structural modification is to alter the nature of the ferrocenyl group. For example, the creation of a bond between the last

carbon of the ethyl and the second cyclopentadiene ring immobilizes the ferrocenyl group in a fixed position relative to the

rest of the molecule. This bond generates a new ferrocenyl derivative of the ansa-ferrocene or ferrocenophane type. The first

derivative of ferrocenophane was synthesized by Plazuk et al. [128] in the form of a diphenol compound, 40 (Fig. 42.10).

It was obtained by a McMurry coupling reaction between ferrocenophanone and dihydroxybenzophenone.

Fe

OH

OH



41

OH

HO



Fe

40

Figure 42.10

Ansa-ferrocene diphenols.



SYNTHESIS AND BEHAVIOR OF FERROCENOPHANE DERIVATIVES

571

TABLE 42.5

RBA, Log P

o/w

, and the Effect on Cancer Cell Growth of 40 and 41

IC

50



,

μM

RBA (%) for ER



α

log P

o/w

MDA-MB-231



PC3

40

7.2


± 0.7

4.6


0.09

± 0.01


0.094

± 0.0067


41

7.6


± 0.6

4.8


0.96

± 0.03


1.08

± 0.02


TABLE 42.6

Cytotoxicity of Compounds 42–57 against Hormone-Independent

MDA-MB-231 Breast Cancer Cells

a

R



R

Fe



Compound

R

R



IC

50

values,



μM

Cytotoxicity Ratio

b

42

H

H



0.92

± 0.11


8

.2

(E



+Z)-43

OH

H



0.47

± 0.06


3

.3

(E



+Z)-50

OAc


H

0.26


± 0.004

7

.6



(E

+Z)-44

NH

2

H



0.21

± 0.03


4

.1

(E



+Z)-53

NHAc


H

0.47


± 0.04

1

.4



40

OH

OH



0.089

± 0.006


7

.2

(E



+Z)-48

NH

2



OH

0.061


± 0.005

9

.0



(E

+Z)-54

NHAc

OH

0.092



± 0.019

6

.1



49

NH

2



NH

2

0.047



± 0.01

45

NHAc


NHAc

5.64


± 1.13

(E

+Z)-51

OAc


OH

0.049


± 0.003

8

.6



52

OAc


OAc

0.044


± 0.001

14

.5



(E

+Z)-46

Br

H

2.93



± 0.62

> 3.4


47

Br

Br



>10

55

CN

H



0.85

± 0.07 (E+Z)

12

.8

56



CN

CN

7.98



± 1.2

a

From Reference 130.



b

IC

50



(ferrocifen)/IC

50

(ferrocenophane).



Compound 40 shows an IC

50

value of 0.09



± 0.01 μM against MDA-MB-231 cells (Table 42.5), making it six times

more active than ferrocidiphenol 15 (IC

50

= 0.6 μM). Another type of ansa compound is represented by 41. Its IC



50

value


is 0.96

± 0.03 μM, showing that 41 is less active than hydroxyferrocifen 14 of the open series.

Excellent levels of antiproliferative activity for the ferrocenophanes as compared to classic ferrocenes were seen again

in other compounds of this series. The antitumoral activity of these new compounds is listed in Table 42.6.

The result obtained clearly shows that the series of the closed ferrocenophanes is more active than the series of the

open ferrocifens. The ratio of IC

50

(ferrocifen)/IC



50

(ferrocenophane) is greater than 7 for compounds 4042485051,



52, and 55. Acetamide 53 is the only compound that produces a fairly low ratio (1.4), perhaps because of a difficulty in

hydrolyzing the amide. A similar effect of the substituents on antitumoral activity is found for both the ansa and open series.

The hydroxylated and aminated derivatives are the most active. The electron-withdrawing groups, such as Br or CN, inhibit

the activity of the compounds [106, 107].

Therefore, in the ansa series, the most promising products appear to be similar to those of the ferrocifen series, in

terms of substituents. The most active molecules retain the [Fc-conjugated spacer—phenol (or aniline)] motif previously

identified as essential. The organometallic ferrocenophane-type framework bears a short, three-carbon chain, bridging the

two cyclopentadienyls. Despite the ring strain, the synthesis is viable but the two Cp rings are no longer parallel as in the

ferrocifens, showing instead a dihedral angle of 11

[129, 130]. An IC



50

value of 89 nM on MDA-MB-231 is obtained with 40.



572

THE FERROCIFEN FAMILY AS POTENT AND SELECTIVE ANTITUMOR COMPOUNDS: MECHANISMS OF ACTION

This represents a general trend. With all the substituents studied in Table 42.6, the IC

50

values for the ferrocenophanes are



always substantially lower. However, with these species, we have not been able to clearly identify the putative QM with

a three-carbon bridge. If the ring strain is released with a bridge of four or five carbons, the results revert to those of the

ferrocifens. This series of the ansa type has been less studied to date than the earlier series. However, the data obtained from

the NCI for the ferrocenophanol 40 and the ferrocidiphenol 15 on 60 cancer cell lines show higher activity for the cyclic

series [117]. The two lead compounds 15 and 40 reveal new mechanisms compared to those already listed by the NIH and

also are probably not identical with each other. This is based on the absence of identifiable QMs in the ansa series and on

the different shapes of the antiproliferative curves showing a plateau with the ansa molecule [117]. Nevertheless, the first

part of the mechanism of action, involving oxidation of the elemental iron, may be similar between the two series, since

both sets generate ROS in cancer cells.

42.6

FERROCENOPHANE TRANSPOSITION PRODUCTS AND PINACOLS

The McMurry coupling reaction generally leads to three alkenes, two symmetrical products and one asymmetrical. However,

depending on the reaction conditions, especially changes in temperature and medium, other secondary compounds are also

formed, in particular, the transposition product and pinacol [129]. These two new species were synthesized and studied by

orienting the reaction more specifically in their favor. The IC

50

values of these compounds are collected in Table 42.7.



With the exception of compound 58 (IC

50

= 1.45 ± 0.49 μM), the transposition products, 525960, and 61, have very



little activity. Conversely, the pinacols 62 and 63 are particularly active.

It has been found that several metals, O

2

, H


2

O

2



, and N-iodosuccinimide can oxidize pinacols to radicals that undergo

cleavage to ketones. The addition of H

2

O

2



or N-bromosuccinimide to a tetrahydrofuran (THF) solution of 63 led to

the formation of benzophenone and ferrocenophanone although only small amounts of this compound were detected

(Scheme 42.1). The antiproliferative activity of pinacols may be linked to the production of an intermediate ferrocenyl

radical [129].



TABLE 42.7

IC

50

Values (

μM) of Compounds on Breast Cancer Cells (MDA-MB-231)

a

R

R



IC

50

Fe



O

R

R





52

OH

OH



12.5

± 0.3


58

H

OH



1.45

± 0.49


59

H

H



20.1

± 5.4


61

NH

2



NH

2

15.4



± 0.2

60

NHAc


NHAc

9.38


± 1.82

Fe

OH



OH

R

R





63

H

H



0.17

± 0.01


62a

H

OH



0.06

± 0.01


62b

H

OH



0.14

± 0.01


Fe

Fe

HO



OH

64

3.48


± 0.83

a

From Reference 129.



FORMULATION: RESEARCH INTO NANOCAPSULES BEST SUITED FOR IN VIVO TESTING OF FERROCIFENS

573

Ph

Ph



OH

Ferrocenophanone

Ph

O

Ph



Ph

Ph

HO



Ph

Ph

OH



Ferrocenophanone

63

Ph

O



Ph

H

2



O

2

 or



NBS, THF

Ph

Ph



HO

Fe

OH



Fe

OH

Fe



O

Scheme 42.1

Tentative reactivity of pinacols.

O(CH

2

)



3

N(Me)


2

O(CH


2

)

3



N(Me)

2

N



NH

O

O



CF

3

CN



NC

F

3



C

O

NH



N

O

EtO



R

1

O



67

66

65

Fe

Fe



Fe

Figure 42.11

Examples of other ferrocenyl antimalarial species.

Other ferrocenyl antitumorals have been described that involve mechanisms of action different from those in play in the

ferrocifen-type species mentioned above. These include, for example, compounds 656667 shown below (Fig. 42.11):

In compounds related to 65 [131] (IC

50

= 0.4 μM with MDA-MB-231 cell lines), the lipophilic organometallic moiety



does not produce a major effect (with the occasional exception of strong steric hindrance [132]) as compared to a pure

organic aromatic group. The presence within the molecule of two vicinal amino alkyl chains, potentially allowing pincer

complexation, could perhaps be the key to the antiproliferative efficacy of this series, which operates via a mechanism

masking phenol functions. In addition, these species possess the distinctive feature of combining a strong antiproliferative

effect with antibacterial and antifungal activity [133, 134].

The introduction of the ferrocenyl moiety at C-5 of a hydantoin ring gives rise to 66. This complex displays an

antiproliferative effect (IC

50

= 5.4 μM) on hormone-independent (PC3) prostate cancer cells. This cytotoxic effect is



probably steric and non-androgen receptor-mediated [135, 136].

In the N-(6-ferrocenyl-2-naphthoyl) dipeptide ethyl ester 67, a potent activity in the H1299 NSCLC cell line has been

found (IC

50

= 0.13 μM with R



1

= H, and IC

50

= 0.14 μM with R



1

= CH


3

) [137].


For more examples showing the antitumor activity of ferrocenyl compounds, see a recent review by Ornelas [138].

42.7

FORMULATION: RESEARCH INTO NANOCAPSULES BEST SUITED FOR IN VIVO TESTING

OF FERROCIFENS

The most active ferrocifens in vitro are generally lipophilic phenol species, for example, 141540, and 48, and they present

a double challenge, both chemical and physicochemical, to their successful delivery as potential medication. The effects of

their organometallic character are not yet well known beyond an observed increased in lipophilicity. In common with many

of the molecules currently under study in pharmaceutical research, the most promising complexes so far are insoluble in

water. They thus require a formulation stage to make them suitable for administration [139–145]. The bioavailability of

organic polyphenols is another major challenge [146] because in their free form these entities are rapidly eliminated from

the body. In fact, polyphenols rarely occur naturally in the free form, being normally conjugated with sugars and fatty acid

esters [146].


574

THE FERROCIFEN FAMILY AS POTENT AND SELECTIVE ANTITUMOR COMPOUNDS: MECHANISMS OF ACTION

This question of the bioavailability of the polyphenols has been addressed by the pharmaceutical industry (Sanofi-Aventis

with Endotelon), agrifood (Nestl´e), and the cosmetic industry (Caudalie and antiaging skin care) [147–152]. Benoit et al

have developed lipid nanocapsules (LNC), between 20 and 100 nm in size, perfectly stable from a physical standpoint, based

on a phenomenon of phase inversion of a microemulsion [153]. The aim is to use this new product as a delivery system for

anticancer agents [115, 123, 154] particularly in the treatment of glioma and breast cancer. In fact, the size and structure of

the nanoparticle would potentially allow the vector to reach the dispersed cells that are the cause of recurrences frequently

observed with this kind of cancer. Two types of treatment have been envisaged that could be combined: local injection

into the brain by convection-enhanced delivery (CED), allowing distribution into large tissue volume; and/or intravenous

injection by active targeting of the blood–brain barrier and the tumor cells, with the aid of particular polyethylene glycols

(PEGs) or antibodies attached to the surface of the LNC. This second route would also provide access to other types of

tumors such as melanomas, liver, breast, and ovarian cancers.

Preparation of LNC containing ferrocidiphenol 15 was performed [115, 123]. During this work, it was shown that after

encapsulation in the LNC, organometallic agents have good efficacy and specificity in vitro on breast cancer and glioma

9L cells, and also in vivo in the model of subcutaneous glioma, by intratumoral action of the anticancer vectors that cause

a significant reduction in tumor mass and volume [155]. Interestingly, activity is much reduced on the melanocytes and

astrocytes, healthy cells with almost no potential for division. This selectivity of ferrocifens between cancer and normal

cells is different from cis-platin.

In the same model of subcutaneous glioma, there has been recent work to inject, this time intravenously, LNC loaded

with ferrocidiphenol 15 and coated with long PEG chains. The coating of the nanocapsules allows the LNC to remain

longer in the bloodstream than conventional LNC, and thus to enhance accumulation in tumors through the EPR (enhanced

permeability and retention) effect. Indeed, tumoral progression curves show a marked reduction in the size of tumors in

treated rats. After several days, the tumor volume diminishes significantly to the point of disappearance at the end of the

experimental period [156].

Classical LNC and long-circulating nanoparticles called stealth nanoparticles (DSPE-m-PEG2000-LNC) loaded with

FcdiOH 15 have been used with 9L gliosarcoma in rats. A single intravenous injection of FcdiOH-LNC (400

μl, 2.4 mg/rat)

considerably inhibited tumor growth when compared to the control. DSP-mPEG2000-FcdiOH LNC exhibited a strong

antitumor effect by nearly eradicating the tumor by the end of the study with this ectopic model (Fig. 42.12) [156].

1

4

8



12

Days of treatment

16

20

24



2

3

4



Tumor volume cm

3

Tumor weight



NaCI

LNC


LNCs

LNC-FcdiOH

DSPE-m-PEG2000-LNC-FcdiOH

DSPE-mPEG LNCs

0

1000


2000

3000


2408

1458


1071

33

Injection of



1.5

× 10


6

 9L cells

into rat flank

D0

D6



Twice a week

D25


Intravenous injection of

LNCs loaded with Fc-

diOH(400

μL, 2.4 mg/rat)

Measurement of the

tumor volume

Animal sacrifice

(tumor weight)



Figure 42.12

Intravenous injection of two different sorts of LNC in ectopic tumors. (See insert for color representation of the figure.)



CONCLUSION

575

0

0



10

20

30



40

50

Days after 9L cell implantation



60

70

80



90

100


110

20

40



60

80

100



% Survival

Control


Blank LNCs

Chemotherapy

(CED Fe-diOH-LNCs 0.36 mg/rat)

Radiotherapy

(CED Blank-LNCs + 3 

× 6 Gy)


Chemoradiotherapy

(CED Fe-diOH-LNCs 0.36mg/rat + 3 

× 6 Gy)

Median survival time



(range)

25 (23–27)

25 (21–30)

27 (24–32)

33 (29–44)

40 (32–100) 

(two long-term

survivors)



Figure 42.13

Kaplan–Meier survival plots. (See insert for color representation of the figure.)

With this new formulation, DSPE-mPEG2000-LNC-FcdiOH, the tumor has almost totally disappeared [156].

In addition, it was shown that the association between 15 and X-photons is a synergistic one, conferring the properties

of a radiosensitizing molecule [157].

Figure 42.13 below shows the Kaplan–Meier survival curves for 9L glioma-bearing rats. The best result appears so far

with CED of Fc-diOH-LNC and external radiotherapy of 3

× 6 Gy. In this group of interest, two rats were long-term

survivors, as they survived up to 100 days, which certainly involves a total eradication of the tumor. The ionizing radiation

can help trigger the generation of ferricinium in compound 15 and favor the occurrence of cytostatic species [157], even in

a reducing organ like the brain.

The question of finding a good formulation is key for the development of ferrocifens.

The above results are very encouraging in this context.

Survival rate is significantly improved by the combination of chemo- and radiotherapy.



42.8

CONCLUSION

There is at present a notorious mismatch in oncology between therapeutic demands and the existing pharmacopeia. Currently

available drugs consist of mostly (80%) proapoptotic compounds, for example alkylants of DNA such as cis-platin, and

we are still relatively undersupplied in treatments against apoptosis-resistant primary cancers, acquired drug resistance, and

spreading metastases. We are at a stage where metastatic cancers prove fatal in 90% of cases. The annual death rate for

these pathologies is of the order of 13.5 million patients and is predicted to increase more quickly than the population since

the projections show, at the current rate of change, 35 million deaths per year on the horizon for 2050. It is imperative to

prevent this gloomy prediction from coming true.

For this reason, novel molecules are being sought that do not operate exclusively via an apoptotic mechanism, but instead

are able to induce cytostatic properties by other routes such as senescence [158].

In this context, brain cancers (e.g., glioblastoma), esophageal cancers, melanomas, pancreatic cancers, ovarian cancers,

and non-small-cell lung cancers (NSCLCs) are, among others, the cancers associated with the worst outcomes because of

their ability to resist most of the standard therapies.

From this viewpoint, the ferrocifen family and associated compounds present dizzyingly broad perspectives, both for the

richness of the effective structures they offer and for the variety of mechanisms they bring into play.

In the open series, of which 14 and 15 are the most studied representatives, a number of distinctive traits can be seen.

It has been possible to change the paradigm, thanks to a ferrocenyl redox antenna that distinguishes them from their purely

organic relatives. A 60- to 150-fold increase in efficacy has been shown in their IC

50

values on MDA-MB-231 cells, while



healthy cells are not affected at the concentrations used. The [ferrocene-alkene spacer-paraphenol] motif appears to be

essential for the compounds to become effective. These species do not operate via an alkylation of DNA, unlike cis-platin

and its relatives. Several considerations militate in favor of a novel biological mechanism. These include the production


Download 11.05 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   ...   87   88   89   90   91   92   93   94   ...   115




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling