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Lumineszierende Poly(pyridyl)ruthenium(II)-Komplexe : Synthese, Bindung an Nukleinsäuren und zelluläre Aufnahmestudien

Schwarz, Annemarie Gabriele

English Title: Luminescent poly(pyridyl) ruthenium(II) complexes : synthesis, binding to nucleic acids and cellular uptake studies

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PDF, German
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Abstract

Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese von unterschiedlich funktionalisierten Poly(pyridyl)ruthenium(II)-Komplexen und deren biologischen Anwendung. Durch Kopplung eines Anthrachinonderivats an Poly(pyridyl)ruthenium(II)-Komplexe konnte die Wechselwirkung dieser Komplexe mit Polynukleotiden sowie die Zellgängigkeit verbessert werden. Es zeigte sich weiterhin, dass Substituenten an den Bipyridin-Liganden die Wechselwirkung der Komplexe mit Polynukleotiden modulieren. Kleine, wasserstoffbrücken-bildende bzw. positiv geladene Substituenten förderten die Bindung an Polynukleotide. Dahingegen verhinderten große bzw. negativ geladene Substituenten die Wechselwirkung dieser Rutheniumkomplexe mit Polynukleotiden. Aufnahmegeschwindigkeit, -mechanismus und Verteilung der synthetisierten Poly(pyridyl)ruthenium(II)-Komplexe wurde an drei adhärenten Krebszelllinien sowie an einer Krebssuspensionszelllinie untersucht. Die adhärenten Zelllinien zeigten ein anderes Aufnahmeverhalten als die Suspensionszelllinien. Während die adhärenten Zellen die Rutheniumkomplexe hauptsächlich durch energieabhängigen Transport akkumulierten, wurden die unpolarsten Komplexe der getesteten Reihe von den Suspensionszellen über energieunabhängige Transportwege aufgenommen. Alle Zelllinien zeigten nach 4 h Inkubationszeit mit den Rutheniumkomplexen die für Poly(pyridyl)ruthenium(II)-Komplexe typische punkförmige Verteilung im Zytoplasma mit Aussparung des Zellkerns. Weiterhin wurden [Ru(HDPA)2dppz]2+ (HDPA = Di-2-pyridylamin, dppz = Dipyrido-[3,2-a:2‘,3‘-c]phenazin) und dessen Derivate hergestellt und hinsichtlich ihrer Fluoreszenz-eigenschaften, Erkennung von DNA-Defektstrukturen und zellulären Verteilung untersucht. Von strukturell ähnlichen Komplexen ist in der Literatur bekannt, dass diese nur bei tiefen Temperaturen Fluoreszenz aufweisen. Durch Alkylierung des HPDA-Liganden konnte in aprotischen Lösungsmitteln Fluoreszenz bei Raumtemperatur erreicht werden. Es zeigte sich, dass die alkylierten Komplexe als Fluoreszenzsensoren für die Erkennung von Basenfehl-paarungen in DNA geeignet sind. Zudem wurden alle dppz-Rutheniumkomplexe von HeLa-Zellen akkumuliert und wiesen wiederum die für Poly(pyridyl)ruthenium(II)-Komplexe typische punktförmige Verteilung im Zytoplasma ohne Anfärbung des Nukleus auf.

Translation of abstract (English)

This thesis deals with the synthesis and biological application of functionalized poly(pyridyl)ruthenium(II) complexes. The coupling of an anthraquinone moiety to the complexes improved the interaction of poly(pyridyl)ruthenium(II) complexes with DNA and their cellular uptake. Interaction of the complexes with DNA was further modulated by variation of the substituents of the bipyridine ligands. Ligands with small, hydrogen-bonding or positively charged residues favored the interaction with DNA, while bulky or lipophilic residues decreased the affinity of these ruthenium complexes to DNA. Three different adherent cancer cell lines and one suspension cancer cell line were utilized to explore the cellular uptake rate, mechanism and intracellular distribution of these ruthenium complexes. All adherent cells showed energy dependent uptake of the ruthenium complexes, while the suspension cells accumulated the most lipophilic complexes per energy independent mechanism. After 4 h incubation, all ruthenium complexes displayed similar intracellular distribution: Staining of the cytoplasm with no luminescence in the nucleus. In addition, [Ru(HDPA)2dppz]2+ (HDPA = di-2-pyridylamine, dppz = dipyrido-[3,2-a:2‘,3‘-c]phenazine) and analogs were synthesized. [Ru(HDPA)2L]2+ complexes (L = 2,2‘-bipyridine or 1,10-phenanthroline) are known to show marginal room temperature luminescence. Only at low temperature (77 K) luminescence can be observed. Here it was shown that replacing the proton with an alkyl chain resulted in room temperature luminescence in non-aqueous solutions. These complexes exhibited luminescence enhancement on binding to mismatch DNA and could be used as sensitive luminescent probes for mismatch DNA. The cellular uptake was explored. Strongest luminescence for the dppz containing ruthenium complexes was observed in the cytoplasm.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Krämer, Prof. Dr. Roland
Date of thesis defense: 7. April 2011
Date Deposited: 29. Apr 2011 12:32
Date: 2011
Faculties / Institutes: Fakultät für Chemie und Geowissenschaften > Institute of Inorganic Chemistry
Subjects: 540 Chemistry and allied sciences
Uncontrolled Keywords: Ruthenium-Komplexe , Bipyridin , Lumineszenz , zelluläre Aufnahme , Nukleinsäurenruthenium complexes , bipyridine , luminescence , cellular uptake , nucleic acids
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