RECENZJA PRACY DOKTORSKIEJ P. MAGISTRA SEBASTIANA LIJEWSKIEGO, PT

Transkrypt

1 RECENZJA PRACY DOKTORSKIEJ P. MAGISTRA SEBASTIANA LIJEWSKIEGO, PT. SYNTEZA, CHARAKTERYSTYKA FIZYKOCHEMICZNA ORAZ OCENA MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA W MEDYCYNIE ORAZ NANOTECHNOLOGII SIARKOWYCH POCHODNYCH PORFIRAZYN Przedłożona do oceny praca doktorska pana magistra Sebastiana Lijewskiego została wykonana w Katedrze i Zakładzie Technologii Chemicznej Środków Leczniczych, Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu, pod kierownictwem promotora, pana dr hab. Tomasza Goślińskiego, prof. UM oraz promotora pomocniczego, pani dr hab. Ewy Tykarskiej, zaś przedstawione w niej badania były prowadzone w ramach współpracy łącznie z sześcioma jednostkami badawczymi w kraju i za granicą. Już na wstępie chciałam, zatem, wyrazić słowa wysokiego uznania dla owocnej kooperacji Doktoranta uwieńczonej nie tylko przedstawioną do oceny dysertacją, ale również załączoną do niej listą pięciu znakomitych publikacji w czasopismach JCR o współczynniku oddziaływania (IF= , MNiSzW= 150 pkt) godnym osiągnięcia habilitacyjnego, w których Doktorant jest pierwszym bądź drugim autorem, co podkreśla na jego znaczący udział. Tematyka badawcza niniejszego doktoratu stanowi istotny wycinek światowych badań nad porfirynoidami, skoncentrowany na siarkowych pochodnych porfirazyn. Poszukiwanie nowych układów porfirazyn jest ważnym wyzwaniem współczesnych nauk farmaceutycznych. Porfirynoidy, ze względu na swoje unikalne właściwości foto- i elektrochemiczne, dają szerokie możliwości praktycznego wykorzystania w terapii i diagnostyce. W szczególności stwarzają szanse na skuteczną walkę z rakiem, gdzie mogą być stosowane jako fotosensybilizatory w terapii fotodynamicznej (PDT), bądź w skojarzonej z nią terapii fototermicznej (PTT). Oba podejścia umożliwiają miejscowe hamowanie zmian nowotworowych, a przez to minimalizację działań niepożądanych w obrębie całego organizmu, stanowiących podstawowe, obok lekooporności, ograniczenie przeciwnowotworowych terapii farmakologicznych. Projektowanie i synteza chemiczna nowych układów porfirazyn jest ważnym i zarazem trudnym zagadnienieniem współczesnej chemii medycznej, niszowym w naszym kraju, gdzie wiodącym (jeśli nie jedynym) ośrodkiem zajmującym się tą problematyką jest wysoce wykwalifikowany zespół profesora T. Goślińskiego. Nawiązując do tradycji swojej Jednostki, Doktorant skierował zainteresowania badawcze na modyfikacje układu porfirazyny, polegające na wprowadzeniu atomów siarki i rozbudowaniu części peryferyjnej tegoż układu. Założone w Jego badaniach powiększenie części peryferyjnej jest zabiegiem w pełni uzasadnionym, biorąc pod uwagę doniesienia literaturowe dowodzące korzystnego wpływu rozmiarów fotouczulaczy na skuteczność i bezpieczeństwo terapii fotodynamicznej oraz jej selektywność wobec specyficznych komórek nowotworowych. Z kolei wprowadzenie

2 ciężkiego atomu siarki w rozbudowanym peryferyjnym układzie porfirazynowym może znacząco podnosić aktywność fotodynamiczną takich połączeń, w związku z większą zdolnością do przechodzenia w stan trypletowy. Wysoko, zatem, należy ocenić ambitny i przemyślany cel badań przedstawionej do oceny pracy doktorskiej. Pod względem kompozycji, praca doktorska p. magistra Lijewskiego ma formę tradycyjną, składającą się z sześciu głównych rozdziałów (I-VI) oraz sześciu dodatkowych (VII-XII), zawierających polsko- i anglojęzyczne streszczenie, spisy elementów graficznych, skrótów, literatury, a także suplement, w którym zamieszczono widma magnetycznego rezonansu jądrowego. Główne rozdziały pracy rozpoczyna czterostronicowy Wstęp, w którym Autor w sposób zwięzły i przejrzysty przedstawia podstawowe informacje dotyczące układów porfirynoidowych, możliwości ich praktycznego wykorzystania, szczególnie akcentując ważną z punktu widzenia terapeutycznego zdolność do generowania aktywnych from tlenu oraz kwestie wykorzystania tej grupy makrocykli w terapii i diagnostyce fotodynamicznej. Na podkreślenie zasługuje niezwykle czytelny sposób, w jaki Doktorant tłumaczy podstawy PDD i PDT oraz rolę, jaką odgrywają w nich właściwości fizykochemiczne porfirynoidów, w szczególności rozmiar cząsteczki w świetle różnic przepuszczalności zdrowej i zmienionej chorobowo tkanki. Rozdział ten stanowi świetny prolog do przedstawionego następnie jednostronicowego planu badań zawartych w doktoracie, zaś jego kontynuacją jest kolejny rozdział pt. Część literaturowa: Porfirynoidy zawierające w strukturze siarkę. Opracowany tu przez Doktoranta przegląd literatury jest niezwykle wciągającą lekturą, przejrzyście przedstawiającą obecny stan wiedzy w zakresie otrzymywania i właściwości siarkowych pochodnych porfirynoidów. Omawiane grupy połączeń podzielił na trzy odrębne kategorie. Rozdział zawiera przegląd struktur chemicznych przynależnych do każdej z grup, wybiórczo metody otrzymywania oraz bogatą informację na temat skuteczności przeciwnowotworowej siarkowych pochodnych porfirynoidów w świetle badań z wykorzystaniem różnorodnych linii komórek raka. Oprócz omówienia różnych wariantów terapii fotodynamicznych, przytacza również inne nowoczesne podejścia w walce z rakiem, w tym w terapię borowo neutronową (BNCT, Boron neutron capture therapy), a także analizuje aktywność przeciwbakteryjną wybranych grup siarkowych porfirynoidów, bezpośrednią oraz w połączeniu z nanocząsteczkami. W podsumowaniu na końcu Przeglądu literaturowego znaleźć można wytyczne, jakimi, w świetle istniejącego stanu wiedzy, warto się kierować projektując nowe połączenia porfirynoidowe przydatne w terapii PDT. Doktorant zwraca tu uwagę na korzystne właściwości fizykochemiczne siarkowych ftalocyjanin i porfirazyn oraz rolę ugrupowań sulfanylowych w części peryferyjnej układu makrocyklicznego, czym wprowadza czytelnika w klimat własnych badań opisanych w kolejnych rozdziałach dysertacji. Wyniki i dyskusja badań własnych zostały przedstawione w pracy w formie trzech podrozdziałów utworzonych w oparciu o różnice strukturalne trzech rodzin

3 siarkowych pochodnych porfirazyn syntetyzowanych w ramach doktoratu. Każdy podrozdział opisuje przeprowadzone syntezy, badania nad identyfikacją struktury oraz ocenę właściwości fizykochemicznych warunkujących aktywność biologiczną oraz potencjalne zastosowanie praktyczne wybranych przedstawicieli poszczególnych grup. Cały 50-stronicowy rozdział kończy się podsumowaniem przeprowadzonych prac. Począwszy od pierwszego podrozdziału, dotyczącego badań w grupie trzech porfirazyn z peryferyjnymi ugrupowaniami 4-nitroimidazolilobutylosulfanylowymi, uwagę przyciąga świetny warsztat Doktoranta w zakresie syntezy organicznej, umiejętność dogłębnej analizy wyników wyrafinowanych metod spektroskopowych, które wykorzystane zostały do identyfikacji struktury otrzymywanych połączeń. W miarę rozbudowy części peryferyjnej do potężnych rozmiarów dendrymerycznych pochodnych aryloksylowych (21), opisanych w kolejnym podrozdziale, identyfikacja struktury staje się coraz bardziej skomplikowana. Czytając tę część pracy należy szczególnie pogratulować Doktorantowi biegłości i wnikliwości, w interpretacji wyników szerokiej gamy badań spektroskopowych: UV-Vis, jedno- i dwuwymiarowego magnetycznego rezonansu jądrowego ( 1 H NMR, 13 C NMR, 1 H- 1 H COSY, 1 H- 13 C HSQC, 1 H- 13 C HMBC) czy spektrometrii MS MALDI. Dodatkowo, w celu lepszej charakterystyki struktury przestrzennej, w podrozdziale dotyczącym związków z peryferyjnym ugrupowaniem arylometylosulfanylowym została zamieszczona analiza krystalograficzna dwóch półproduktów oraz finalnej porfirazyny z podstawieniem bifenylowym. W pracach syntezy chemicznej Doktorant przyjął analogiczny algorytm dla otrzymywania przedstawicieli wszystkich trzech zaplanowanych rodzin porfirazyn. Rozpoczynając od ścieżki syntetycznej prowadzącej do uzyskania produktu finalnego z centralnym atomem magnezu, usuwał następnie magnez, uzyskując porfirazyny bezmetaliczne, aby na koniec wprowadzić inne kationy koordynacyjne: Mn(II), Zn(II) czy Co(II). Kluczowe znaczenie miał tu proces makrocyklizacji odpowiednio podstawionych dimerkaptomaleonitryli prowadzony w warunkach Linsteada, co służyło uzyskaniu serii porfirazyn z centralnym kationem magnezu. Należy nadmienić, że Doktorant podjął również próbę uzyskania na drodze osobnej makrocyklizacji pochodnej manganowej, jednak bez oczekiwanych rezultatów. Biorąc pod uwagę całokształt prac syntezy organicznej objętych niniejszym doktoratem sam etap makrocyklizacji, choć wymagający specjalnych warunków i wysokich umiejętności syntetyka, stanowi jedynie kroplę w oceanie różnorodnych procesów chemicznych, które prowadził Doktorant. Nadmienić tu należy szereg różnych metod alkilacji, demetalacje i metalacje, transestryfikacje, syntezy prowadzone metodą Högera z wykorzystaniem procesów protekcji i deprotekcji grup hydroksylowych, redukcji, reakcji Mitsunobu, czy reakcje sprzęgania metodą Suzuki Miyaura. Wykorzystanie tak różnorodnych metod pozwoliło Doktorantowi otrzymać 9 tetracyklicznych produktów finalnych oraz 5 półproduktów, dla których detale procedur syntetycznych oraz analiz tożsamości opisał w Części Eksperymentalnej. Szczególnie trudnym wyzwaniem okazała się synteza związków z grupy pochodnych arylometylosulfanylowych ze względu na brak reaktywności związków z podstawieniem 4-bromobenzylosulfanylowym w zaplanowanych reakcjach

4 sprzęgania. Mimo, że próby zsyntetyzowania takich połączeń nie zakończyły się sukcesem, bardzo wysoko oceniam ten etap prac Doktoranta, jak również poświęcony mu podrozdział. Wynika z niego, że Doktorant próbował otrzymać pożądane produkty stosując 23 próby reakcji Suzuki-Miyaura w różnych warunkach. Wykorzystywał jako substrat, zarówno bromofenylową pochodną makrocyklicznej porfirazyny, jak i maleonitrylu, a także różne typy katalizatora palladowego, zasad i rozpuszczalników. Wnikliwa analiza przyczyn niepowodzenia przeprowadzonych reakcji ma wysoką wartość naukową i świadczy o znakomitym poziomie wiedzy chemicznej Autora. Tym samym pragnę wyrazić wysokie uznanie dla całokształtu badań chemicznych opisanych w rozdziale Wyniki i dyskusja, który, w zestawie z komplementarną Częścią Doświadczalną i Suplementem, tworzy interesujący i przystępnie napisany podręcznik chemii organicznej układów porfirazynowych, który może stanowić skarbnicę przepisów dla początkującego chemika-syntetyka oraz ucztę intelektualną dla konesera. Oprócz interesujących opisów, poświęconych syntezie organicznej, w przedłożonej do oceny pracy zamieszczone zostały wyniki badań właściwości fotochemicznych, elektrochemicznych oraz aktywności fotodynamicznej względem komórek nowotworowych dla wytypowanych przedstawicieli rozważanych trzech grup sulfanylowych pochodnych porfirazyn. W ten sposób w grupie pochodnych z peryferyjnymi fragmentami 4-nitroimidazolilobutylosulfanylowymi, związek z centralnym atomem magnezu (5) badano pod kątem zdolności generowania tlenu singletowego oraz tlenku azotu, a także pod kątem przeciwnowotworowej aktywności fotodynamicznej in vitro na ludzkich liniach komórkowych raka prostaty oraz czerniaka, zaś pochodną manganową (6), zaadsorbowaną na powierzchni elektrody węglowej, poddano badaniom elektrochemicznym z wykorzystaniem woltamperometrii cyklicznej. W grupie dendrymerycznych porfirazyn, ocenie aktywności fotodynamicznej poddano magnezową pochodną, o rozgałęzionych peryferyjnych ugrupowaniach dendrymerycznych pierwszej generacji (21), a do badań elektrochemicznych wybrano strukturę zawierającą centralny jon kobaltu (14), natomiast w grupie połączeń arylometylosulfanylowych uzyskane produkty finalne (24 i 27) badano pod kątem przeciwnowotworowej aktywności fotodynamicznej z wykorzystaniem komórek raka kolczystokomórkowego języka oraz raka szyjki macicy. Uzyskane wyniki dowodzą różnorodnej aktywności badanych połączeń, co może znaleźć przełożenie na przyszłe wykorzystanie praktyczne. Należy tu wymienić zdolność generowania tlenu singletowego w DMF i DMSO przez magnezową pochodną nitroimidazolilobutylosulfanylową (5) oraz jej zauważalny wpływ toksyczny na komórki linii raka prostaty PC3. Wysoką aktywność przeciwnowotworową względem ludzkiego raka kolczystokomórkowego (HSC-3) stwierdzono, natomiast, dla pochodnej 4-bromofenylometylosulfanylowej (24). Badania elektrochemiczne wykazały poprawę wydajności elektroredukcji tlenu wynikającą z zastosowania elektrody węglowej z zaadsorbowanym makrocyklem manganowym (6) oraz możliwość wykorzystania makrocyklu kobaltowego (14) jako katalizatora przeniesienia ładunku w reakcjach utleniania redukcji.

5 Doktorant przygotowując dysertację opierał się na 97 pozycjach literatury naukowej, w większości opublikowanej po roku Wszystkie rozdziały pracy przygotowane są bardzo starannie i przejrzyście służy temu bogata szata graficzna, którą tworzy: 38 rysunków, 19 schematów, 10 tabel oraz 10 wykresów. Dodatkowo Doktorant wzbogacił rysunkami struktur procedury otrzymywania poszczególnych związków zamieszczone w Części eksperymentalnej. Można, zatem, stwierdzić, że praca prezentuje wysoki poziom, tak pod względem merytorycznym, jaki i graficznym. Czytając przedłożoną do oceny rozprawę doktorską nasunęły mi się następujące pytania i uwagi: 1. Ile i jakie struktury finalne zostały zaplanowane do syntezy w ramach pracy? W rozdziale pt. Cel Pracy brak precyzyjnej informacji na ten temat. Rozdział ten byłby bardziej wymowny, gdyby zamieszczono w nim zaplanowane struktury, przynajmniej w postaci wzorów ogólnych. 2. Jakie przesłanki zadecydowały o wyborze związków 5 i 21, jako reprezentatywnych w swoich grupach do badań na aktywność fotodynamiczną in vitro? 3. W badaniach zdolności generowania tlenu singletowego wyliczono wydajności kwantowe dla związku 5 w DMF oraz DMSO (ΦΔDMF = 0.045; ΦΔDMSO = 0.035). Jak silne zdolności generowania tlenu singletowego ma związek 5, biorąc pod uwagę uzyskane wartości? W pracy nie udało mi się znaleźć stosownego komentarza na ten temat. 4. Czy reakcja alkoholizy (transestryfikacji), w wyniku której doszło do wymiany grupy metoksylowej na butoksylową w procesie makrocyklizacji z wytworzeniem produktów 11 i 21 była zabiegiem zamierzonym? 5. W Części eksperymentalnej pojawia się kilkakrotnie sformułowanie suchą pozostałość chromatografowano. Jaki rodzaj chromatografii kryje się w tym enigmatycznym słowie? Ponadto szukając, z obowiązku recenzenta, słabych stron pracy, natknęłam się na kilka następujących bardzo drobnych uchybień: Strona 7 (ostatnie 2 linijki): jest terasulfonowej powinno być: tetrasulfonowej Strona 8 symbol XII został nadany dwóm różnym związkom Strona 17 jest: Otrzymano, powinno być Otrzymaną Strona 29, linijka 11 jest: odpornością, powinno być: odporność Strona 29, linijka 13 jest: porfriazyną, powinno być: porfirazyną Strona 81- czcionka w strukturze o najbardziej rozbudowanym obszarze peryferyjnym (21) jest zbyt mała, co skutkuje zanikiem dwóch wiązań przy jonie centralnym. Doktorant powinien był zrobić wyjątek dla tej struktury i przedstawić ją w większym formacie. Te, jak widać, bardzo drobne i nieliczne niedostatki nie dotyczą merytorycznej strony pracy, a jedynie formy prezentacji jej rezultatów i w najmniejszym stopniu nie wpływają na moją bardzo wysoką opinię na temat niniejszej dysertacji oraz sylwetki naukowej Doktoranta jego kunsztu chemicznego oraz szerokiej wiedzy i umiejętności w dziedzinie chemii medycznej i farmaceutycznej.

6 Wysoko oceniam, zatem, całokształt przedłożonej mi do oceny pracy doktorskiej, która w sposób wyróżniający spełnia wymagania stawiane doktoratom w świetle ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. z 2003 r. Nr 65, poz. 595 z późn. zm.). W związku z powyższym zwracam się do Wysokiej Rady Wydziału Farmaceutycznego Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu o dopuszczenie pana magistra Sebastiana Lijewskiego do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Kraków, 4 maja Dr hab. Jadwiga Handzlik