Syntheses and MTT Assays of Tetrathiafulvalene(TTF)-Carbohydrate Derivatives

Abstract

Tetrathiafulvalenes (TTF) and related heterocycles have received much interest due to their unique electron-donating capabilities As such, they have a widespread application in modern material science chemistry: as a component of macrocycles, molecular metals and superconductors at low temperatures. Due to their planar structure (intercalation with DNA bases ) and their redox properties they also might be potential interesting drugs in cancer therapy. However, no studies have been made so far on the possible application of TTF to biological systems because of the insolubility of the known derivatives in water. The main task of this thesis was, therefore, to synthesize and characterise novel water-soluble TTF- and 1,3-dithiole-2-thione-4,5-dithiolate (DMIT) - carbohydrate derivatives. In an attempt to determine the biological activity of TTF-containing and related compounds. 2,6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3,7-bis(6’-thio-D-glucopyranosyl)tetrathiafulvalene (30) and 2,6-bis(2’’-cyano-ethylthio)-3,7-bis(1’-thio-beta-D-glucopyranosyl)tetrathiafulvalene (31) were found to be cytotoxic against SK-N-LO and SK-N-SH neuroblastoma cells using the MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium-bromide) assay. With this test system, proliferation and vitality of cells can be measured in vitro due to the capability of vital mitochondria to reduce MTT to formazans. Using this test system LD50 values of substances 31 and 31 were found ~0.07 to 2.00 µM/mL, which is comparable to those of the well-known cytotoxic drug doxorubicin. On the other side, the DMIT-carbohydrate conjugates 4,5-bis(6’-thio-D-glucopyranosyl)-1,3-dithiole-2-thione (36) and 4-(2’’-cyanoethylthio)-5-(1’-thio-beta-D-glucopyranosyl)-1,3-dithiole-2-thione (37) did not exhibit any cytotoxic activity. This may be due to the different structural properties of DMIT compounds compared to compounds 30 and 31. In summary: 2,6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3,7-bis(6’-thio-D-glucopyranosyl)-tetrathiafulvalene (30) and 2,6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3,7-bis(1’-thio-beta-D-gluco-pyranosyl)tetrathiafulvalene (31) are cytotoxic to both human neuroblastoma cell lines tested with the MTT assay. It may be that these effects can be further enhanced by combination with other redox active substances (Redox cycling). This question should be answered in further in vitro- and in vivo- experiments.

Tetrathiafulvalen und verwandte Heterozyklen haben durch ihre spezielle Fähigkeit des Elektronentransfers grosses Interesse hervorgerufen. Aus diesem Grund haben sie weitgefächerte Anwendungen in der modernen Materialstoffchemie als Komponenten von Makrozyklen, als "molekulare Metalle" und als Tieftemperatur-Supraleiter gefunden. Aufgrund ihrer planaren Struktur (mit der potentiellen Möglichkeit zur Intercalation zwischen DNS-Basen) und ihrer Redox-Eigenschaften könnten sie auch als cytotoxische Verbindungen in der Krebstherapie von Interesse sein. Allerdings sind bisher noch keine diesbezüglichen Applikationen von TTF beschrieben worden, u.a. wegen der Unlöslichkeit der existierenden Verbindungen in Wasser. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, neue wasserlösliche TTF und 1.3-dithiol-2-thion-4.5-dithiolat (DMIT)- Kohlenhydrate zu synthetisieren und zu charakterisieren, um die biologische Aktivität von TTF- Derivaten und verwandten Verbindungen zu bestimmen. Dabei zeigte sich, dass zwei TTF enthaltende Verbindungen 2.6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3.7-bis(6’-thio-D-glucopyranosyl)tetrathiafulvalen (30) und 2.6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3.7-bis(1’-thio-beta-D-glucopyranosyl)tetrathiafulvalen (31) zytotoxisch auf die beiden humanen Neuroblastomzelllinien SK-N-LO und SK-N-SH reagierten. Unter Verwendung des MTT-Testes, der die Vitalität und Proliferation durch Reduktion von MTT zu Formazanen durch Mitochondrien vitaler Zellen mißt, wurden durch Substanz 30 bzw 31 LD50 Werte von ~0.07 bis 2.00 µM/mL erhalten, was vergleichbar ist mit Werten, die bei Verwendung des etablierten Zytostatikums Doxorubicin erhalten wurden. Im Gegensatz dazu zeigten die synthetisierten DMIT-Kohlenhydrat-Derivate 4.5-bis(6’-thio-D-glucopyrano-syl)-1,3-dithiole-2-thione (36) and 4-(2’’-cyanoethylthio)-5-(1’-thio-beta-D-gluco-pyranosyl)-1,3-dithiole-2-thione (37) keine zytotoxische Aktivität. Möglicherweise sind die strukturellen Unterschiede zwischen beiden Substanzklassen für dieses unterschiedliche Verhalten verantwortlich. Zusammenfassend läßt sich sagen, dass zumindest die Verbindungen 2.6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3.7-bis(6’-thio-D-glucopyranosyl)tetrathiafulvalen (30) and 2.6-bis(2’’-cyanoethylthio)-3.7-bis(1’-thio-beta-D-glucopyranosyl)tetrathiafulvalen (31) eine ausgeprägte Zytotoxizität in vitro gegenüber den beiden untersuchten humanen Neuroblastomzellen zeigten. Möglicherweise lassen sich diese Effekte durch Kombination mit anderen Redox-aktiven Substanzen im Sinne eines Redox-Cycling weiter steigern. Die Beantwortung dieser Frage muß weiterführenden in vitro- und in vivo- Untersuchungen vorbehalten bleiben.