Conjugation of antibiotics with metal ions in a one entity for targeted chemotherapy against breast cancer

The new metalloantibiotic of formula Ph2Sn(CIP)2 (CIPTIN) (HCIP = ciprofloxacin) was synthesized and fully characterized, by reacting the commercially available drug ciprofloxacin hydrochloride (HCIP·HCl) with diphenyltin dichloride (Ph2SnCl2 DPTD). The crystal structure of the inner salt of ciprofloxacin (HCIP), a precursor molecule in the CIPTIN preparation reaction, was also isolated and characterized. With the aim to improve the water solubility and consequently the biological activity and the bioavailability of CIPTIN and DPTD, the micelles of formulae SLS@CIPTIN, CTAB@CIPTIN, SLS@DPTD and CTAB@DPTD (SLS = sodium lauryl sulphate and CTAB = cetrimonium bromide) were synthesized.The new metallotherapeutic drug was characterized in the solid state by X-ray crystallography (XRD), X-ray Powder Diffraction (XRPD) analysis, X-ray Fluorescence (XRF) spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), 119Sn Mössbauer spectroscopy, Thermogravimetry / Differential Thermal Analysis (TG-DTA), differential scanning calorimetry (DTG/DSC), melting point and in solution by UV-Vis, 1H NMR spectroscopy and Electrospray Ionisation Mass Spectrometry (ESI-MS). The micelles were characterized by melting point (m.p.), X-ray Fluorescence spectroscopy, FT-IR, 119Sn Mössbauer spectroscopy, 1H NMR spectroscopy, Thermogravimetry / Differential Thermal Analysis (TG-DTA) and differential scanning calorimetry (DTG/DSC).The antiproliferative activity of CIPTIN, SLS@CIPTIN, CTAB@CIPTIN, SLS@DPTD and CTAB@DPTD was evaluated against human breast adenocarcinoma cancer cells: MCF-7 (positive to hormone receptors) and MDA-MB-231 (negative to hormone receptors).The toxicity was examined in vitro against normal human fetal lung fibroblast cells (MRC-5 cells) and in vivo by brine shrimp Artemia Salina assay. The genotoxicity was tested in vitro by micronucleus (MN) assay against MRC-5 cells and in vivo by Allium cepa test.The determination of the apoptotic cell death, caused by new synthesized compounds, was confirmed by cell morphology study, cell cycle study and DNA fragmentation study. The permeabilization of the mitochondrial membrane test revealed that tested compounds induce apoptosis via mitochondrial pathways. Moreover, DNA binding studies demonstrated that CIPTIN, SLS@CIPTIN and CTAB@CIPTIN interact with DNA molecules by groove binding. The antibacterial activity of the compounds was evaluated against the bacterial species Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Escherichia coli (E. coli), Staphylococcus aureus (S. aureus) and Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis), by the means of Minimum Inhibitory Concentration (MIC), Minimum Bactericidal Concentration (MBC), Inhibition Zones (IZs) and Biofilm Elimination Concentration (ΒΕC). Finally, the correlation between the anticancer and the antimicrobial activity of the bioactive compounds was investigated.Συντέθηκε και χαρακτηρίστηκε πλήρως το νέο μεταλλοθεραπευτικό Ph2Sn(CIP)2 (CIPTIN) (HCIP = σιπροφλοξασίνη) από την αντίδραση του εμπορικά διαθέσιμου αντιβιοτικού υδροχλωριωμένη σιπροφλοξασίνη (HCIP·HCl) με το άλας του διφαινυλοδιχωροκασσιτέρου (Ph2SnCl2 DPTD). Επίσης απομονώθηκε και λύθηκε η κρυσταλλική δομή του εσωτερικού άλατος της σιπροφλοξασίνης (HCIP). Στη συνέχεια, με σκοπό να ενισχυθεί η υδατοδιαλυτότητα και κατ’ επέκταση η βιολογική δράση και η βιοδιαθεσιμότητα του CIPTIN και του DPTD, παρασκευάστηκαν τα μικκύλια SLS@CIPTIN, CTAB@CIPTIN, SLS@DPTD και CTAB@DPTD (SLS = sodium lauryl sulphate and CTAB = cetrimonium bromide).Το νέο μεταλλοθεραπευτικό χαρακτηρίστηκε σε στερεά κατάσταση με μελέτη της περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), ανάλυση της περίθλασης ακτίνων Χ κόνεως (XRPD), φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ (XRF), φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR), φασματοσκοπία 119Sn Mössbauer, θερμική ανάλυση (TG / DTA), διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), μελέτη του σημείου τήξεως και σε υγρή κατάσταση με φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού (UV-VIS), φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου (1Η-NMR) και με φασματοσκοπία μάζας ιοντικού ηλεκτροψεκασμού (ESI-MS). Ο χαρακτηρισμός των μικκυλίων πραγματοποιήθηκε με μελέτη του σημείου τήξεως, με φασματοσκοπία φθορισμού ακτίνων Χ, υπερύθρου, 119Sn Mössbauer, πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου, με θερμική ανάλυση και με διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης. Η αντιπολλαπλασιαστική δράση του CIPTIN και των μικκυλίων SLS@CIPTIN, CTAB@CIPTIN, SLS@DPTD και CTAB@DPTD, μελετήθηκε έναντι των ανθρώπινων καρκινικών κυτταρικών σειρών του μαστού: MCF-7 (εκφράζουν οιστρογονικούς υποδοχείς) και MDA-MB-231 (δεν εκφράζουν οιστρογονικούς υποδοχείς). Η τοξικότητα των ενώσεων ελέγχθηκε in vitro έναντι φυσιολογικών κυττάρων MRC-5 και in vivo με το ζωικό μοντέλο Artemia Salina, ενώ η πιθανή γονοτοξικότητα ελέγχθηκε in vitro με μελέτη των μικροπυρηνίσκων και in vivo με τη βοήθεια του μοντέλου Allium cepa. Οι μελέτες της μορφολογίας των κυττάρων, του κυτταρικού κύκλου και του κατακερματισμού του πυρηνικού DNA που πραγματοποιήθηκαν σε κύτταρα MCF-7 μετά την επώασή τους με τις ενώσεις που συντέθηκαν και αποδεικνύουν ότι οι νέες ενώσεις προκαλούν κυτταρικό θάνατο μέσω απόπτωσης. Ταυτόχρονα, οι μελέτες της διαπερατότητας της μιτοχονδριακής μεμβράνης αποκάλυψαν ότι οι νέες ενώσεις προκαλούν απόπτωση μέσω της επίδρασής τους στα μιτοχονδριακά μονοπάτια των κυττάρων. Επιπλέον, μελετήθηκε η αλληλεπίδραση των ενώσεων με το DNA, καθώς και η αντιμικροβιακή δράση των νέων ενώσεων έναντι των βακτηριακών στελεχών Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Escherichia coli (E. coli), Staphylococcus aureus (S. aureus) και Staphylococcus epidermidis (S. epidermidis), με προσδιορισμό της ελάχιστης ανασταλτικής συγκέντρωσης (MIC), της ελάχιστης βακτηριοστατικής συγκέντρωσης (MBC), των ζωνών αναστολής (IZs) και της επίδρασης των ενώσεων στο σχηματισμό βακτηριακού βιοφίλμ. Τέλος, διερευνήθηκε η σχέση μεταξύ της αντικαρκινικής και της αντιμικροβιακής δράσης που επιδεικνύουν οι βιοδραστικές ενώσεις