Top Banner
DİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYA VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitü 06800 Ankara E-mail: [email protected]
28

BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Dec 14, 2015

Download

Documents

Herbert Croak
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI

Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü &UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü06800 Ankara

E-mail: [email protected]

Page 2: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Ion Sensing Photodynamic Therapy

Solar Cells Molecular LogicGates

Energy Transfer

Cassettes Liquid Crystals

Light Harvestingsystems

DNA Labeling

Bodipy: A versatile chromophoreBilkent University

Page 3: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Ziessel

Boens

NB

N

H3C

H3C

CH3

CH3F F

Rurack & Daub

AkkayaAkkaya

8

2

35

7

6

4

1

Burgess

Derivatization of the BODIPY coreBilkent University

Akkaya(2009)

Page 4: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Bilkent University

Our First Encounter with Bodipy

Page 5: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Bilkent University

Reverse PET/Bipyridyl-Bodipy

Page 6: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

EET Moleküler Algılayıcısının Modüler Tasarımı

Coşkun, A.; Akkaya, E. U. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 10464.

Page 7: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

n = 2

n = 4

ref. F600/F700 = 2.8

F600/F700 = 5.9

F600/F700 = 7.2

nLD A

nLD A Hg2+

h @ 500 nm

h @ 500 nm

EET

Larger EET

h @ 700 nm

h @ 600 nm

nLD A

nLD A Hg2+

h @ 500 nm

h @ 500 nm

EET

Larger EET

h @ 700 nm

h @ 600 nm

n = 2

n = 4

ref. F600/F700 = 2.8

F600/F700 = 5.9

F600/F700 = 7.2

nLD A

nLD A Hg2+

h @ 500 nm

h @ 500 nm

EET

Larger EET

h @ 700 nm

h @ 600 nm

nLD A

nLD A Hg2+

h @ 500 nm

h @ 500 nm

EET

Larger EET

h @ 700 nm

h @ 600 nm

Coskun, A.; Akkaya, E. U. J. Am. Chem. Soc., 2006, 128, 14474-14475

Modulation of EET via cation bindingBilkent University

Page 8: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Hg

Exc@580

Ems@670

Donör gruptan enerji aktarımının modülasyonu

Guliyev, R.; Coskun, A.; Akkaya, E. U. J. Am. Chem. Soc., 2009, 131, 000.

Page 9: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Nanotechnology Takes Aim at CancerBilkent University

Page 10: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Dendrimers as versatile platforms

Bilkent University

Page 11: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Oscar Raab/von Tappeiner (1900)A particular dye (acridine)+ Light, kills aquatic organisms.

Jodlbauer/von Tappeiner (1904)“photodynamische wirkung” oxygen is also required for activity

Meyer-Betz (1912)Demonstration of photodynamic activity in human. 200 mg hematoporphyrin (redness and oedema)

Porphyria connection High concentration levels of protoporphyrin in plasma.

FDA approval (1995)Photophyrin was approved for esophogal cancer.

A very brief history of photodynamic therapy

Bilkent University

Page 12: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Bilkent University

Meyer-Betz: experiment on self

Page 13: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

In December 1995, the FDA approved a photosensitizing agent called porfimer sodium (Photofrin) combined with light from a laser for treating patients with cancer of the esophagus in the following situations:

•To relieve symptoms of esophageal cancer, including difficulty swallowing, that are caused by a tumor obstructing (blocking) the esophagus •To treat esophageal cancer that cannot be treated with laser therapy alone

In 1998, the FDA approved porfimer sodium for two additional uses: •To treat endobronchial (affecting the lining of the bronchi) non-small cell lung cancer that is microinvasive (has minimal spread of cancer cells) for patients who cannot have other types of treatment such as surgery or radiation therapy •To reduce obstruction and to palliate (ease) symptoms in people with endobronchial non-small cell lung cancer that is either completely or partially obstructing the bronchi

Practice of Photodyamic Therapy

Bilkent University

Page 14: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

From “Scientific American, January 2003*

Bilkent University

* New Light on Medicine

Page 15: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Bilkent University

The Jablonski diagram

http://www.monos.leidenuniv.nl/smo/index.html?basics/photophysics.htm

Page 16: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Light penetration in mammalian tissues

Bilkent University

Page 17: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Enhanced permeation and retention- EPR

Bilkent University

Page 18: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

http://www.uphs.upenn.edu/radiology/depa/MICL/MolecularImagingChemistry2.htm

In vivo veritas !

Bilkent University

Page 19: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

PDT: How the tumor dies

Bilkent University

Page 20: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Potential Cancer Therapy– Endobronchial cancer– Esophageal cancer– Skin Cancers– Breast Cancers– Colorectal Tumors– Gynecologic malignancies

Other Diseases– Cardiovascular (e.g., alternative to angioplasty)– Chronic skin diseases [e.g. Psoriasis (in development)]– Autoimmune (e.g. Rheumatoid arthritis)– Macular degeneration– Antibacterial (wound healing, oral cavity)– Vaccine – especially anticancer vaccines– Endometriosis– Precancerous conditions

Applications of PDT

Bilkent University

Page 21: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

The light activated drugs in the market or in development

Bilkent University

Page 22: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

is a chemical compound that can be excited by light of a specific wavelength

A good photosensitizer should have:

Little or no toxicity in the dark

Good pharmokinetic behaviour (high selectivity for tumour tissue andeasy elimination from the body)

A constant composition (preferably a single achiral substance)

A high triplet quantum yield and a triplet energy with efficient energy transfer to produce singlet oxygen

And red absorption to take advantage to deep light penetration

Ideal photosensitizer for PDT

Bilkent University

Page 23: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Quinone derivatives : Hypericin (590 nm), Acriflavin (460 nm).

-Acridine dyes: Acridine Orange (492 nm)

-Phenothiazine: Methylene blue (660 nm)

-Xanthene dyes: Rose Bengal (549 nm)

-Cyanine dyes: merocyanine (540 nm)

-Porphyrins, Chlorins and Bacteriochlorin: Hematoporphyrin (645 nm)

-Phthalocyanines: Phthalocyanine (698 nm), tetra-t-butylnaphthocyanine (784 nm)

Dyes with known sensitizer activity

Bilkent University

Page 24: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Red light activation of the sensitizer

Bilkent University

Filtered red light > 600 nm (2005) Red LED array = 625 nm (2006)

Page 25: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

NB

N

Me Me

F F

BrBr

R2

YR2 R2 Y

R2

XR1R1

X = R1 = O(CH2CH2O)3CH3Y = Br, R2 = H

X = Br, R1 = HY = R2 = O(CH2CH2O)3CH3

X = R1 = O(CH2CH2O)3CH3Y = R2 = O(CH2CH2O)3CH3

1-3

1

2

3

Boradiazaindacene based PDT reagentsBilkent University

Page 26: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

TARGET PHOTOSENSITIZER

Enhanced solubility in aqueous media

The presence of heavy atoms provides enhanced intersystem crossing

Long wavelength absorption (650-680 nm)

N B N

Me Me

F F

OO

O

O

OO

O

O

O

O

O

O

BrBr

O

OOO

OO

O

O

OO

OO

OO

O

O

O

O

O

OO

OO

O

Page 27: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

Degradation of the singlet oxygen trap with 9 nM sensitizer

Bilkent University

Page 28: BORDİPİRİN (BODIPY) BİLEŞİKLERİ KİMYASI VE UYGULAMALARI Engin Umut Akkaya Bilkent Üniversitesi, Kimya Bölümü & UMAM-Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü.

0

20

40

60

80

100

sensitizer concentration (nM)

pe

rce

nt

via

bilit

y

25 50 100 200 400 500control

Percent viability as determined by a standard MTT assay. “Control” corresponds to assay data obtained with K562 cells kept in full medium in dark at 37 oC in an incubator. The other black bars show cell viability at different sensitizer concentrations in dark. Red bars show percent viability at the indicated concentrations under 4 hr irradiation with red LED at 2.5 mW/cm2 fluence rate, followed by 20 hr incubation in dark at 37oC. Percent viability values shown here are the averages of 4 runs.

Standard MTT assay of photoinduced cytotoxicity

Bilkent University