Universitätsbibliothek Wien

From simple solutions to complex problems and ack

Grabmann, Gerlinde (2016) From simple solutions to complex problems and ack.
Dissertation, Universität Wien. Fakultät für Chemie
BetreuerIn: Keppler, Bernhard
Gesperrt bis: 9 Mai 2018
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29163.49682.269155-9
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29163.49682.269155-9

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Abstract in Englisch

Cancer research is an interdisciplinary area that has benefitted from the tremendous devel-opments in the field of analytical chemistry over the last decades. Miniaturized high-throughput techniques like capillary (zone) electrophoresis (CZE) in combination with mass spectrometry (MS) contribute to elucidate the modes of action of established and novel metal-based anticancer chemotherapeutics. The well-known advantages of CE, e.g. injection of small sample volumes (nL), which is important for biologically derived samples, as well as maintaining physiologically relevant separation conditions make it a valuable tool in early dug discovery. Especially the combination of m/z separation of analytes by CE as well as MS is a big advantage of analyzing charged metallodrugs and their interaction products with bio-molecules. Ligand exchange reactions of metallodrugs in aqueous media are among the first studied properties of metal-containing drugs. Cis- and trans-[dihalidobis(2-propanone ox-ime)platinum(II)] (halido = Cl−, Br−, I−) complexes were investigated by means of CZE–UV/vis and CZE–ESI-MS in buffered solution resembling physiologically relevant condition (phosphate 20 mM, sodium chloride 4 mM, pH 7.4). Rates of ligand exchange reactions of the compounds depended on the nature of the halido leaving group and new species stemming from hydrolysis or interaction with buffer components were detected. Hyphenating MS to CE was a decisive factor providing structural information of the formed compounds and resolving co-migrating species. The observed unwanted coordination of solution constituents to the Pt center might influence the interaction with possible targets. A well-studied target for PtII-based anticancer agents is the biological compound DNA. Esti-mating the affinity of novel drugs to bind to DNA is often conducted with nucleotides (e.g. 5’-dGMP). However, varying conditions of the aqueous medium might affect hydrolysis of the drugs, a prerequisite for the reaction with DNA, and further influence the reactivity to-ward investigated model compounds (e.g. nucleotides) which is often not considered. There-fore, the impact of physiologically relevant buffer components/salts in aqueous solutions on the binding of cisplatin toward 5’-dGMP was comprehensively studied by CZE–UV/vis and CZE–ESI-MS. The rate constants of the binding significantly depended on the constituents present in the incubation solution. In comparison to water, a carbonate/phosphate-buffered solution drastically prolonged the half-life of free 5’-dGMP, indicating a reduced reactivity of the complex toward 5’-dGMP. Coordination of phosphate or ammonia from the incubation solution to the platinum center was observed but not with HEPES or carbonate. The reaction rates of 5’-dGMP was pseudo first order and influenced by the concentration of the incubation reagents. In this dissertation, the potential of CE–MS as a powerful and valuable tool in anticancer metallodrug research was demonstrated. CE–ESI-MS gave molecular information of metal complexes bound to physiologically relevant model compounds that would not have been revealed through UV detection. The importance of understanding the experimental impact on the behavior of Pt-containing complexes in aqueous model systems is clearly pointed out which is a prerequisite for the comparison of data and to elicit biological relevance.

Schlagwörter in Englisch

capillary electrophoresis / mass spectrometrie / CE-MS

Abstract in Deutsch

Krebsforschung ist ein interdisziplinäres Gebiet, welches enorm von den Entwicklungen in analytischer Chemie in den letzten Jahrzehnten profitiert hat. Miniaturisierte Hochdurchsatzmethoden wie Kapillar(zonen)elektrophorese (CZE) in Kombination mit Massenspektrometrie (MS) tragen zur Aufklärung des Wirkmechanismus von etablierten und neuartigen metallhaltigen Chemotherapeutika bei. Die allseits bekannten Vorteile von CE, z.B. geringes Injektionsvolumen (nL), welches für biologische Proben wichtig ist, aber auch die Möglichkeit physiologisch relevante Trennbedingungen zu erzielen machen CE zu einem wertvollen Werkzeug im Frühstadium der Entdeckung von Medikamenten. Besonders hervorzuheben ist die Kombination einer m/z Trennung der Analyten von CE aber auch von MS welche einen großen Vorteil in der Analyse geladener metallhaltiger Medikamente sowie Produkte aus Interaktionen mit Biomolekülen bringen. Ligandenaustauschreaktionen in wässrigem Medium sind eine der ersten Eigenschaften welche bei metallhaltigen Therapeutika geprüft werden. Cis- und trans-[dihalidobis(2-propanon oxim)platin(II)] (halido = Cl−, Br−, I−) Komplexe wurden in einer gepufferten Lösung unter simulierten physiologischen Bedingungen (Phosphat 20 mM, Natriumchlorid 4 mM, pH 7.4) mittels CZE-UV/vis und CZE–ESI-MS untersucht. Unterschiedliche Ligandenaustauschraten der Komplexe, welche von der Halogenabgangsgruppe abhängig waren, wurden detektiert und neue Verbindungen durch Hydrolyse oder Interaktion mit Pufferkomponenten gebildet. Die Kopplung von MS mit CE war ein entscheidender Faktor um Strukturinformation der gebildeten Spezies zu erhalten und Spezies mit gleicher Mobilität zu identifizieren. Die ungewollte Koordination von Bestandteilen der Inkubationslösungen an das Platinzentrum, welche beobachtet wurde, kann die Interaktion mit Zielmolekülen beeinflussen. Ein sehr gut charakterisiertes Zielmolekül von platinhaltigen Zytostatika ist die DNS. Um die Affinität von neuen Medikamenten an die DNS abzuschätzen werden oft Nukleotide (z.b. 5’dGMP) verwendet. Unterschiedliche Zusammensetzung der wässrigen Lösungen welche gemessen werden, können jedoch einen Einfluss auf die Hydrolyse des Medikaments haben, eine Grundvoraussetzung um mit DNS zu reagieren, und weiters die Reaktivität mit Modellverbindungen (z.B. Nukleotide) beinflussen. Daher wurder der Einfluss von physiologisch relevanten Puffern und Salzen unter wässrigen Bedingungen auf die Bindung von Cisplatin und 5‘-dGMP mit CZE–UV/vis and CZE–ESI-MS untersucht. Die Anbindungsgeschwindigkeitskonstante hängt signifikant von der Inkubationslösung ab. Im Vergleich zu Wasser wird die Halbwertszeit von freiem 5‘-dGMP in einer Carbonat/Phosphat-gepufferten Lösung drastisch verlängert was auf eine verringerte Reaktivität des Komplexes mit 5‘-dGMP hindeutet. Phosphat oder Ammoniak koordinieren auch an das Platinzentrum was allerdings nicht bei Carbonat und HEPES festgestellt wurde. Die Konzentration sowohl der Reagenzien als auch von Cisplatin und 5‘-dGMP hat einen Einfluss auf die Kinetik, welche pseudo erster Ordnung folgt, und ist der limitierende Faktor bei der Detektion von Verbindungen von geringer Konzentration. Diese Dissertation zeigt das Potential von CE–MS als ein wertvolles Werkzeug in der Erforschung von metallhaltigen Chemotherapeutika auf. CE–ESI-MS liefert wichtige Strukturinformation von Metallkomplexen, welche an physiologisch relevante Modellverbindungen binden, und durch UV Detektion nicht ans Tageslicht gebracht werden können. Es wurde gezeigt, dass der experimentelle Einfluss auf das Verhalten von platinhaltigen Komplexen in wässrigen Modellsystemen verstanden werden muss, denn dies ist eine Grundvoraussetzung um Daten zu vergleichen und die biologische Relevanz zu eruieren.

Schlagwörter in Deutsch

Kapillarelektrophorese / Massenspektrometrie / CE-MS

Dokumentenart: Hochschulschrift (Dissertation)
AutorIn: Grabmann, Gerlinde
Titel: From simple solutions to complex problems and ack
Untertitel: an investigational capillary zone electrophoresis–mass spectrometry study on anticancer metallodrugs
Umfangsangabe: XIV, 56 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: Universität Wien
Fakultät: Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Chemie, IK: Bioaktivitätscharakterisierung und Metabolismus)
Publikationsjahr: 2016
Sprache: eng ... Englisch
BetreuerIn: Keppler, Bernhard
BeurteilerIn: Gammelgaard, Bente
2. BeurteilerIn: Klampfl, Christian
Klassifikation: 35 Chemie > 35.39 Analytische Chemie: Sonstiges
AC-Nummer: AC13231337
Dokumenten-ID: 42388
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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