Development of new low pH activatable hydrazone-based, near-infrared region absorbable photodynamic threapy agents

Photodynamic therapy (PDT) is considered as an alternative method to traditional treatment methods in the treatment of oncological and non-oncological diseases. It is a method that works with a combination of harmless light, oxygen and prodrug photosensitizers (PS). PDT use has been supported in various types of cancer, treatment of acne, psoriasis and antimicrobial surfaces or treatments. Water solubility and near-IR absorption are important and desirable features of photosensitizers. In addition, photosensitizers specifically directed at cancer cells can increase treatment safety by targeting cancer cells without damaging healthy tissues. Activation of the PSs in the acidic medium is a method to inhibit off- target activation due to the low pH of the cancerous tissues. In this thesis, pH-sensitive (low pH-activating), near-IR absorbing, aqueous medium soluble BODIPY-based photosensitizers containing hydrazone bonds were designed and synthesized. Among the five new PS prodrug molecules, two of them are bearing iodine heavy atoms (7 and PB1) and the other three are heavy-atom-free (7H, PB1H, PB2H). It was determined that heavy atom bearing 7 and PB1 are much more effective and have high singlet oxygen quantum yields. After analysis of the PSs, it was determined that hydrazone bond bearing caged structure PB1 has decreased activity compared to the activated molecule 7. Therefore, PB1 could be employed as a low pH-activating prodrug PS. The photocytotoxicity studies were also employed successfully using in vitro studies on MCF-7 human breast cancer cell lines.

Fotodinamik terapi (FDT), onkolojik ve onkolojik olmayan hastalıkların tedavisinde geleneksel tedavi yöntemlerine alternatif bir yöntem olarak değerlendirilmektedir. Zararsız ışık, oksijen ve fotoduyarlaştırıcı bileşiğin birleşimiyle çalışan bir metottur. Zararsız ışık, oksijen ve ön ilaç olan fotoduyarlaştırıcı kombinasyonu ile çalışan bir yöntemdir. FDT’ nin çeşitli kanser türlerinde, akne ve sedef hastalığı tedavisinde, antimikrobiyal yüzeylerde veya tedavilerde kullanımı desteklenmiştir. Fotoduyarlaştırıcı suda çözünürlüğü ve yakın kızılötesi (near-IR) ışığı absorplama özellikleri önemli ve arzu edilen özelliklerdir. Ayrıca, kanser hücrelerine özel olarak yönlendirilmiş fotoduyarlaştırıcı, sağlıklı dokulara zarar vermeden yalnızca kanser hücrelerini hedefleyerek tedavi güvenliğini artırabilir. Fotoduyarlaştırıcı düşük pH’lı kanser dokularına özgü olarak asidik ortamda aktive edilmesi, hedef dışı aktivasyonu engellemenin bir yoludur. Bu tez kapsamında, hidrazon bağları içeren, pH-duyarlı (düşük pH’ta aktive olan), yakın-IR absorplayan ve sulu ortamda çözünebilen BODIPY bazlı fotoduyarlaştırıcı tasarlanmış ve sentezlenmiştir. Beş yeni PS ön ilaç bileşiğinden ikisi iyot gibi ağır atomlar içermekte (7 ve PB1), diğer üçü ise ağır atom içermemektedir (7H, PB1H, PB2H). Ağır atom içeren 7 ve PB1’in çok daha etkili olduğu ve yüksek singlet oksijen kuantum verimlerine sahip olduğu belirlenmiştir. Fotoduyarlaştırıcı analizi sonrasında, hidrazon bağı içeren kafes yapılı PB1’in, aktive bileşik olan 7’ye kıyasla daha düşük aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Bu nedenle, PB1 düşük pH’ta aktive olan bir ön ilaç PS olarak kullanılabilir. Fotositotoksisite çalışmaları da MCF-7 insan meme kanseri hücre hattı üzerinde yapılan in vitro çalışmalarla başarıyla gerçekleştirilmiştir.