Duyuru

***maturidi*** · 20 December 2019, 16:44

KARBON ELEMENTİ VE ALLOTROPLARI

12. sınıflar kimya dersi organik bileşikler konusu. Karbon atomunun özellikleri ve önemi. Elmas, grafit ve fullerenin özellikleri ve kullanım alanları.

Karbon Elementinin Önemi

Karbon elementi doğadaki en önemli elementlerden biridir. Karbon atomu canlı organizmaların yapılarına katılır. Bitki ve hayvan hücrelerinin yapı taşlarından biridir. Dolayısıyla bitkisel ve hayvansal besinlerin tamamında karbon atomu bulunur.

Canlı organizmaların ağırlıklarının %20 si karbondur.

Yeraltından çıkarılan petrol, kömür, doğalgaz gibi yakıtlar organik bileşiklerdir. Bu bileşiklerin yapılarında C atomu bulunmaktadır.

Bitkiler C atomunu havadan CO2 şeklinde almakta ve bu atomlarla besin sentezlemektedir. Canlı vücudundaki tüm C atomları havadaki CO2 den gelmektedir.

Karbonun elmas, grafit ve fulleren allotropları endüstride birçok alanda kullanılmaktadır.

Karbon atomunun yapısında bulunduğu binlerce bileşik türü vardır.

Karbon Elementinin Atomik Özellikleri

Karbon atomu periyodik cetvelin 2. Periyodunda 4A grubunda bulunur. Atom numarası 6 olan C (karbon) elementinin ortalama atom kütlesi 12,011 gram/mol dür. C atomu grubunda en üstte bulunur ve bulunduğu grupta tek ametaldir.

Karbon atomunun C - 10, C-11, C – 12, C – 13, C – 14, C – 15 izotopları bulunmaktadır. Bunlardan sadece C – 12 ve C – 13 izotopları stabildir.

C-12 izotopunun bulunma bolluğu %98,89 dur. C – 13 izotopunun bulunma bolluğu ise %1,11 dir.

C elementi oda sıcaklığında katı halde bulunur. Erime sıcaklığı 3500 °C dir. Kaynama sıcaklığı 4827 °C dir. Kristal yapısı kübik şeklindedir.

Karbon atomunun elektron dizilimi aşağıdaki gibidir.

6C : 1S² 2S² 2P²

Karbon atomu 4 bağlı bileşik oluştururken 2S orbitalindeki 1 elektron P_z orbitaline geçer, böylece 4 yarı dolu orbital oluşur.

6C : 1S² 2S¹ 2P_x¹ 2P_y¹ 2P_z¹

Hibritleşme:

Bir atomun farklı enerjilere sahip orbitallerinin, karışıp kaynaşarak aynı enerji düzeyine sahip özdeş orbitaller oluşturmalarına hibritleşme adı verilir. Oluşan yeni orbitaller hibrit orbitalleri olarak adlandırılır.

Hibritleşmeyi C atomu üzerinden açıklarsak,

C atomunun en büyük enerji düzeyi 2’dir. 2. Enerji düzeyindeki S orbitalindeki bir elektron P orbitallerinden boş olana geçer. Ardından orbitaller aralarında bir etkileşim kurarak aynı enerjiye sahip özdeş orbitaller durumuna geçerler. Bu orbitaller hibrit orbitalleri adını alır. Bu durumda C atomu artık 4 bağ yapabilecek duruma gelmiştir.

Karbon atomunun çok sayıda bileşikler oluşturabilmesinin sebebi farklı hibrit orbitalleri oluşturup tekli, ikili ve üçlü bağ yapabilmesidir.

Karbon Atomunun Lewis Gösterimleri

Bir bileşiğin bağ dercesi o bileşikteki en büyük bağın sayısına eşittir. Yani bileşikte tekli, ikili ve üçlü bağ bulunuyorsa o bileşiğin bağ derecesi üçtür.

İki atom arasında birer elektronun ortaklaşa kullanımı ile oluşan tekli bağ sigma (σ) bağı olarak adlandırılır.

İki atom arasında iki elektronun ortaklaşa kullanımı ile oluşan ikili bağdan birisi sigma bağı, diğeri ise pi (π) bağıdır.

İki atom arasında üç elektronun ortaklaşa kullanımı ile oluşan üçlü bağdan birisi σ (sigma) bağı, diğerleri ise π (pi) bağlarıdır.

İki karbon atomu arasında tekli bağ vardır. Bu bağ sigma (σ) bağıdır.

İki C atomu arasında bir tane ikili bağ vardır. Bir tane tekli bağ, C atomu ile diğer bir atom arasında vardır. Tekli bağ sigma (σ) bağıdır. İkili bağlardan biri sigma (σ), diğeri pi (π) bağıdır.

İki C atomu arasında üçlü bağ oluşmuştur. Bir C atomu ile başka bir atom arasında ikili bağ vardır. İkili bağdan biri biri sigma (σ), diğer pi (π) bağıdır. Üçlü bağdan biri sigma diğer ikisi pi bağıdır.

C atomu çok çeşitli şekillerde bağ yapabildiğinden dolayı çok sayıda bileşik oluşturabilmektedir.

Karbon Atomunun Allotropları

Allotrop:

Bir elementin atomlarının uzaydaki dizilişleri birbirinden farklı olan formlarına allotrop adı verilir. Allotroplar tek bir elementten oluşmuşlardır. Fakat bu elementin atomları farklı bir dizilim gösterdiklerinden dolayı elementin fiziksel ve birçok kimyasal özellikleri birbirinden farklıdır. Farklı dizilimler farklı bağ enerjileri ve bağ yapılarının oluşmasına neden olmuştur.

Karbon atomunun iki doğal allotropu grafit ve elmasdır. Fulleren C atomunun yapay bir allotropudur.

Elmas

Elmas, doğada bilinen en sert maddedir. Elmas, yerkabuğunun derinliklerinde bulunan karbonun yanardağların ve yerkabuğunun çatlaklarına sokulan magmanın ısısı ile erimesi ve yüksek basınç altında sıkışmasıyla meydana gelmiştir.

Elmas ısıyı en iyi ileten maddedir. Kırılma indisi yüksektir. Elmasın kırılma indisinin değeri, içinden geçen ışığın dalga boyuna göre değişmektedir.

Elmas havada 850 °C de yanar, erime noktası 3547 °C dir. Havasız ortamda 1500 °C de grafite dönüşür.

Elmasta bir C atomu komşu 4 C atomu ile bağlanarak tetrahidral bağlar yapar. En dış yörüngesindeki elektronların tamamı bağ yapımına katılır. Serbest elektronu bulunmadığından elektriği iletmez.

Elmas maddesinde C atomları düzgün dörtyüzlü şeklinde bir yapı oluşturmuşlardır. C atomları arasındaki bağlar çok sağlam bir yapıdadır. Bu nedenle sert ve dayanıklıdır.

Elmas dayanıklılığından dolayı endüstride kesme ve delme aletlerinde kullanılır. Elmas parlatma ve taşlama işlemlerinde de kullanılmaktadır.

Otomotiv sektöründe elmastan birçok alanda yararlanılmaktadır.

Elmas mücevher sektöründe de kullanılmaktadır. Optik özellikleri nedeniyle elmas değerli bir takı durumundadır. Dünyadaki elmasın %75 i sanayi için, %25 kadarı mücevher yapımında kullanılmaktadır.

Elmas en fazla Avustralya, Güney Afrika, Endonezya, Güney Amerika ve Hindistan gibi ülkelerde çıkarılmaktadır.

Grafit

Grafit C atomunun bir başka allotropudur. Siyah, parlak renkli katı bir maddedir.

Grafit karbonlu maddeler içeren tortulların başkalaşım geçirmesiyle oluşmuştur.

Grafit yapısında C atomunun son yörüngesindeki elektronların üçü diğer atomların elektronları ile bağ yaparken bir elektron serbest haldedir. Bağ yapımına katılmayan bu serbest elektron grafiti iyi bir iletken yapmıştır.

Grafitte karbon atomları, altıgen halkalar şeklinde ve tabakalar halindedir.

Grafitin en önemli özellikleri yumuşak ve yağlı olması ve iyi bir elektrik iletkeni olmasıdır. Elektrik elektronik sanayiinde kullanılmaktadır. İletken, sağlam ve esnek olması nedeniyle elektrik motorlarında fırça olarak kullanılmaktadır. Ayrıca kurşun kalemlerde kullanılmaktadır.

Grafitin erime sıcaklığı yüksektir. Grafit aynı zamanda esnek bir yapıdadır. Korozyona ve oksidasyona karşı dirençlidir. Radyo dalgalarını absorbe etme yeteneği vardır.

Yüksek sıcaklıklara dayanabilmesi demir çelik endüstrisinde metal ergitme işlemlerinde kullanılmasını sağlamıştır.

Başlıca elde edildiği yerler Sri Lanka, Kuzey Amerika ve Meksika’dır.

Fulleren

Fulleren C atomunun yapay bir allotropudur. Yapı olarak grafite benzer, ancak atomların dizilimi ve tabakaları grafittekinden farklıdır.

Fulleren genellikle altı karbon atomunun düzlemsel olarak birbiri ile bağlanmasıyla oluşan içi boş halka, küre, silindir şeklinde yapılardır. En küçük boyutta olanı 60 C atomundan meydana gelir. C60 olarak gösterilir.

Karbonun grafit allotropundan özel yöntemlerle fulleren bileşikleri adı verilen tüp şeklinde bileşikler yapılmıştır.

Nanotüpler

Nanotüpler ilk olarak 1991 yılında ortaya çıkmıştır. Karbon nanotüpler tek bir grafit tabakasının içi boş silindir şeklinde yuvarlanması ile oluşurlar. Nanotüpler çelikten 1000 kat daha dayanıklı, bakırın ısı iletkenliğinden 15 kat daha iyi ısı iletkeni, bakırın elektriksel iletkenliğinden 1000 kat daha iyi bir iletkendir.

Birbirlerinden farklı geometride olan nanotüpler ihtiyaca göre yarı iletken, süper iletken ve normal iletken olarak üretilebilmektedir. Bu nanotüpler elektronik sanayiinde kullanılmaktadır.

Nanotüpler elektronik sanayiinde foto yansıtıcı, foto iletken, diyot, transistör yapımında kullanılırlar.

Nanotüplerin en büyük özelliği boyutlarının çok küçük olmasıdır. Nanotüplerin boyutları nanometreler seviyesindedir (1 nm = 1.10^-9 m) bu nedenle nanotüpler olarak adlandırılmışlardır.

İletken ve yarı iletkenlerin boyutlarının bu derece düşmesi cep telefonları ve bilgisayar boyutlarının küçülmesini ve işlevlerinin artmasını sağlamıştır.

Bazı nanotüpler HIV virüsüne etki ettiğinden tıpta kullanılmaktadır. Nanoteknoloji sayesinde akıllı cihazlar dönemine geçilmiştir. Bilgisayarlar küçülmüş, cep telefonları bilgisayarların yaptığı birçok işi yapabilir duruma gelmiştir. Ayrıca çok büyük alan gerektiren işlemci boyutları küçülmüş ve akıllı cihazlar yaygınlaşmıştır.

Nanoteknoloji sayesinde kendi kendini temizleyen seramikler, antimikrobiyal zeminler, su geçirmeyen ve leke tutmayan kumaşlar, kendi kendini temizleyen ev cepheleri ve camlar yapılmıştır.

***maturidi*** · 20 December 2019, 16:47

Fulleren (fullerene)

Fullerene (buckyball), allotropik karbon modifikasyonudur; genellikle bir karbon moleküler formu olarak adlandırılır. Fulleren ailesi geniş bir yelpazede, beşgen ve altıgen yüzleri olan polihedral küremsi şekilli (nadir istisnalarla) C_n (n > 20) atomik karbon kümeleri (cluster) içerir. Sübstitüe edilmemiş fullerenlerde karbon atomları, trikoordinatlı ve sp2-hibridleşmiş olup, küresel konjuge doymamış bir sistem oluşturur.

Normal koşullar altında karbonun termodinamik bakımdan en kararlı formu, gevşek bağlı grafen levhalar ve düz atomik bal peteği kafesleri yığını olan grafittir. Her atom, üç komşu ile bağlantılıdır, dördüncü valens elektron p-sistemi oluşturur, yani karbon atomları sp2-hibrid haldedir. Grafen levhalardaki geometrik kusurlar, kapalı bir 3D yapıya neden olabilir. Euler teoremi, her bir köşesinde üç bağ (kenar) bulunan herhangi bir çokgenin, altıgen yüzlerin sayısına bakılmaksızın, 12 beşgen içerecek şekilde düzenlenmesi gerektiğini söyler. Veya, başka bir deyişle, Euler teoremi fullerenlerin oluşum prensibini, n tane altıgenin her bir küresel ağının kapatılması için 12 beşgene ihtiyaç duyulduğu şeklinde açıklar. Böylece, mümkün olan en küçük fullerene, dodekahedrondur (C₂₀).

Bununla birlikte, C₂₀ ve diğer küçük yapılı karbon atomlarının yüksek eğriliği, düz koordinasyonu tercih eden sp2-melez karbon hali için çok uygun değildir. Bu nedenle, en küçük kararlı fulleren, tüm beşgen yüzlerin birbirlerinden bir altıgenle ayrıldığı ikosahedrondur (C₆₀).

Bu gerçek, fullerene kimyasında iyi bilinen izole beşgen kuralı (IPR) 'nin bir tezahürüdür ve uygun tüm saf fullerenler tarafından yerine getirilir. IPR nedeniyle C₆₀ fullereni, izole beşgenli ara yapılar olmadığından C₇₀ izler. C₇₀'in ötesinde, daha yüksek fullerenes olarak adlandırılan, herhangi bir çift sayıda karbon atomu olan fullerenler bulunur. Ayrıca, C₇₈'den başlayarak, her karbon iskeletinde birkaç kararlı izomer gözlemlenir.

Fulleren sentezi ağırlıklı olarak ark deşarj tekniği ile, aynı zamanda helyum atmosferinde grafitin elektron demeti veya lazer ablasyonu işlemlenmesi yoluyla gerçekleştirilir Reaktörün soğuk yüzeyi üzererinde yoğunlaşan kurum (is) toplanır ve kaynar toluen, benzen, ksilen veya diğer aromatik solventlerle ekstrakt edilir. Solventin buharlaştırmadan sonra kalan siyah artık, büyük miktarlarda C₆₀ ve C₇₀ ve az miktarda da daha yüksek fullerenler içerir. Sentetik parametrelere bağlı olarak, C₆₀ ve C₇₀ arasındaki oran değişebilir, ancak genellikle C₆₀ içeriği C70'inkinden birkaç kat daha fazladır. Yüksek fullerenes arasında C₈₄, C₇₆ ve C₇₈ hakimdir. Genel olarak miktarlar molekül boyutla azalır.

C₆₀, en kolay elde edilebilen ve yaygın olarak incelenen fullerendir. Yüksek simetri nedeniyle tüm atomların eşdeğer olduğu molekülü, merkezden atom çekirdeğine ~ 0.36 nm uzaklıkta ve van der Waals yarıçapı ~ 0.5 nm olan küresel bir şekle sahiptir. C₆₀, moleküler kristalleri oluşturur; moleküller yüz-merkezli bir kübik düğümlerde lokalize olmuştur (yani üç-tabakalı, sıkı paketlenmiş latis). Yüksek sıcaklıklarda, C60 sıvı fazı oluşturmadan süblümleşir. C₆₀, raromatik substanslar ve karbon disülfür gibi solventlerdeki çözünürlüğü çok fazla ken, polar solventlerdeki çözünürlüğü çok zayıftır. Uzun elipsoidal bir şekle sahip olan C₇₀'in fiziksel ve kimyasal özellikleri C₆₀'ın fiziksel ve kimyasal özelliklerine benzerdir.

Fullerenlerin çeşitli türevleri vardır. Karbon kafesteki atomların ve küçük kümelerin kapsüllenmesiyle endohedral fullerenler elde edilir; ilginç bir örnek, metalofullerenlerdir (örneğin, La@C₈₂, Sc₃N@C₈₀). Kafes karbon atomlarının sübstitüsyonuyla heterofullerenler oluşur (örnekler, C₅₉B, C₄₈N₁₂, C_59-2nFe, n = 0-10, veya C_60,70M_x, where M = Rh, Ir ve x = 3-15 Rh ,ç,n ve x = 2 - 5 Iriçin). Fulleren kafesin neredeyse tüm karbon atomları bir reaksiyon sitesi (bölgesi) olduğundan, eksohedral katılma ürünleri en büyük aileyi oluşturur; özellikle fulleren hidrojenasyon ve halojenasyonu ile ve bunların organik radikaller ve halkalarla fonksiyonlandırılmasıyla oluşan ürünleri tipik örneklerdir. Ayrıca fulleren içeren polimerler ve polisferoid fulleren türevleri üretilmiştir. Kimyasal fonksiyonalizasyonla genellikle değişen sayıda ilave madde ve karmaşık bir izomerik kompozisyon ile karışımlar üretir. Örneğin, C₆₀ durumunda, karbon iskeletini bozmadan 48 kadar sübstitüent bağlanabilir (ör., C₆₀F₄₈).

Fullerenler birçok alanda pratik ilgi odağıdır. Kondens (yoğun) fazda fullerenler ve bunların türevleri n-tipi yarıiletkenler olarak kabul edilebilir (C₆₀ için yaklaşık 1.5 eV'lik bir bant açısı ile). Bunlar ultraviyole ve görünür bölgedeki ışını kolayca absorbe eder. Fullerenlerin küresel konjuge p-sistemleri, yüksek elektron çekme kabiliyeti kazandırır (C₆₀ elektron afinitesi 2.7 eV, bircok daha yüksek fullerenlerde 3eV'yi aşar ve bazı türevlerde daha da yüksek olabilir). Bu özellik nedeniyle fullerenler fotovoltaikler için önemli bileşiklerdir; güneş hücrelerinde (% 5.5 verimlilikte örnekleri olan) fullerene dayalı verici-alıcı dyadlar, fotosensörler ve diğer moleküler elektronik cihazlar gibi. Ayrıca, özellikle antimikrobiyal ve antiviral ajanların geliştirilmesi, fotodinamik terapi için ajanlar gibi biyomedikal fulleren uygulamaları üzerinde de çalışılmaktadır.

***maturidi*** · 20 December 2019, 17:02

Karbonun Allotropları

29.07.2019 - 17:35
Karbon organik kimyanın temel elementidir. Bu nedenle organik kimyaya karbon kimyası da denmektedir. Bu yazıda organik kimyaya girmeden mutlaka bilmemiz gereken karbon elementinin allotropları üzerinde duracağız.

Ancak konunun iyi anlaşılması için önce allotrop ne demek bilmek gerekir. Ayrıca bu allotropları anlamak için karbon elementinin bazı temel özelliklerini de iyi anlamak gerekir. Bu yazıda hepsine değinmeye çalışacağız.

Aynı atomun farklı sayı ve dizilimler ile oluşturduğu maddelere allotrop denir. Allotropların fiziksel özellikleri ve bazı kimyasal özellikleri farklılık gösterir.

Karbonun allotropları şöyledir:

Elmas
Grafit
Fulleren
Grafen

Bunlardan ilk ikisi olan elmas ve grafit doğal allotrop iken fulleren ve grafen ise yapay allotroplardır. Doğal allotroplar doğada kendiliğinden bulunurken yapay allotroplar laboratuvar ortamında insanlar tarafından üretilmektedir.
Karbonun Temel Özellikleri

Organik kimyanın temeli olan karbon elementi bütün canlıların yapısında bulunur. Organik moleküllerin tamamında mutlaka karbon vardır. Organik bileşikler çok çeşitli olduğundan binlerce karbon bileşiğinden bahsedebiliriz. Bu bileşikleri sınıflandırmakla görevli kimya alanına ise organik kimya denmektedir.

2. periyot 4A grubunda yer alan karbonun değerlik elektron sayısı da 4'tür. Karbon 4 bağ yapar. Bu bağlar tekli, 2'li veya 3'lü olabilir. Karbonun elektron konfigürasyonu 1S² 2S² 2P² şeklindedir.

Karbon atomları arasında bağ oluşurken fazla miktarda enerji açığa çıkar. Bu nedenle karbonların arasındaki bağlar oldukça kararlıdır. Karbonun allotropları da karbonun bu özelliğin sonucudur. Bu allotropların ana malzemesi karbon atomudur. karbon atomunun farklı şekilde bağlanmasıyla birbirinden fiziksel olarak tamamen farklı maddeler elde edilir.

Karbon atomu diğer atomlarla çok çeşitli şekillerde bağ yapabilir. Bu nedenle organik kimyada düz, dallanmış, halkalı veya aromatik olmak üzere birçok bileşik vardır.

İki atomun arasındaki tekli kovalent bağ sigma (σ) bağıdır.
İki atomun arasındaki ikili kovalent bağdan birisi sigma bağı, diğeri ise pi (π) bağıdır.
İki atomun arasındaki üçlü kovalent bağdan birisi sigma, diğer ikisi ise pi (π) bağıdır.

Karbon Elementinin Allotropları

Karbonun özelliklerini verdikten sonra yukarıda adlarından bahsettiğimiz karbonun allotropları üzerinde detaylı durmaya çalışalım. 1. Elmas

Karbonun düzgün kristal yapıya sahip olan allotropudur. Yüzyıllardır zenginliğin sembolüdür. Mücevher endüstrisinde kullanılan çok değerli bir taştır. Elmas ayrıca günlük hayatta ve sanayide de son dönemlerde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır.

Elmasın en önemli fiziksel özelliği bilinen en sert doğal madde olmasıdır. Bu nedenle cam kesici, matkap ucu veya taş yontma aletlerinde kullanılır. Elmasın bu sert ve dayanıklı olma özelliği karbon atomlarının bağlanış şekliyle ilgilidir. Elması oluşturan bütün karbon atomu, kendisine komşu 4 karbon ile bağ yapar. Bu bağlar aşırı kuvvetli bağlardır.

Elmasın yapısındaki bağlardan dolayı elmas elektriği iletmez ancak ısıyı iletir.

Çeşitli endüstri alanlarında kullanılan elmasın yapay olarak taklidi üretilebilmektedir. Ancak doğal elmas yapay elmastan daha değerlidir. Elmas yüksek sıcaklık altında diğer bir allotrop olan grafite dönüşebilmektedir.

İlgili yazı: Karbon nasıl elmasa dönüşür? 2. Grafit

Grafit karbonun elmas dışındaki diğer doğal allotropudur. Siyah koyu renge sahip yumuşak ve parlak bir maddedir. Grafitte karbon atomları altıgen halkalar oluşturacak şekilde dizilmiştir. Aynı zamanda bu tabakalar arasında da zayıf bağlar bulunmaktadır.

Grafitin yapısında pi bağları bulunur. Grafitte pi bağı bulunur mu diye merak edenlere duyurulur. Bu pi bağlarında elektronlar hareket eder.

Grafitteki pi bağlarında hareket eden elektronlar sayesinde grafit ısı ve elektriği iyi iletir.

Hem erime noktasının yüksek olması hem de elektriği iyi iletmesi grafiti sanayi için önemli bir madde haline getirmiştir. Isıya karşı çok dayanıklı olmasından dolayı farklı metallerin eritildiği döküm potalarının yapımında grafit kullanılabilmektedir.

Grafit ayrıca kurşun kalem ucu yapımında, yapışma özelliğinden dolayı makineleri yağlama malzemesi olarak, pil üretimde kullanılır. Yumuşak ve dayanıklı bir madde olmasından dolayı sanayi için önemlidir. Ayrıca elektronik sanayisinde de kullanılmaktadır.
3. Fulleren

Karbonun yapay yani insan eliyle üretilen bir allotropudur. Belli sayıda karbon atomun birleştirilmesiyle oluşturulur. Fulleren top, çubuk, tüp ya da halka olarak sınıflandırılabilir. Fullerenin yapısı grafite benzer. Ancak tabakaları grafitin tabakalarından farklıdır.

Karbon atomları fullerende beşgen, altıgen ya da yedigen halkalar şeklinde olabilmektedir. Bu halkaların kıvrılması sonucu küresel yapı oluşabilir.

Yapay olarak üretilen çok sayıda fulleren bileşiği çeşidi vardır. Farklı sentezlerle son yıllarda fulleren bileşiklerinin çeşidi de artmıştır. İçi boş küreler ve silindirler şeklinde fulleren bileşikler vardır.

Fulleren bileşikleri güneş pillerinde, hidrojen yakıt depolarında, kurşungeçirmez yeleklerde kullanılabilir. 4. Grafen

Grafen karbonun iki boyutlu bir allotropudur. Grafen altıgen şeklindeki bal peteği örgü yapısındadır. İki boyutlu olan bu yapı çok özeldir. Bu yapı sayesinde grafen olağanüstü özellikler kazanmaktadır.

Grafen saydamdır. Elektrik ve ısıyı çok iyi ve hızlı iletir.

Grafenin ekstrem özelliklerini şöyle örneklendirebiliriz. Çelikten 6 kat daha küçük özkütleye sahiptir. Buna karşın çelikten 6 kat daha sert ve 13 kat daha esnektir.

Grafenin sahip olduğu bu olağanüstü özellikler sayesinde geleceğin teknolojisinde çok önemli bir yere sahip olacaktır. Küçük süper bilgisayarlardan kirlenmeyen giysilere, deri altına yerleştirilebilecek tıbbı cihazlardan katlanabilir ekranlara kadar birçok teknolojide grafenin kullanılması beklenmektedir.

Ayrıca grafenin süperkapasitör olarak kullanılmasıyla pillere alternatif de üretilmesi planlanmaktadır. Böylece çok daha fazla yüklü depolayan kondansatörler elde edilecek ve pil sorunu büyük oranda çözülecektir.

Hızlı şarj edilen bataryalar, sağlam ve hafif her türlü araç, su geçirmez giysiler gibi teknolojiler de grafenin planlanan kullanım alanları arasında yer almaktadır. Karbon Nanotüp

Grafite çeşitli özel işlemlerin uygulanmasıyla elde edilen nanometrik boyutlardaki silindir tüplere nanotüp denmektedir. Nanometre metrenin 10^-9 ile çarpılmasıyla elde edilir. Yani metrenin milyarda bir uzunluğu kadardır.

Nanotüplerin genişlikleri yani çapları nanometre mertebesindeyken uzunlukları milimetre seviyesindedir. Bu kadar ince olmalarına karşın bu denli uzun olabilmeleri nanotüplere müthiş özellikler kazandırır.

Şöyle bir örnek verecek olursak en sert doğal madde olan elmastan daha sert, çelikten daha dayanıklı, bakırdan 1000 kat daha iletken nanotüpler vardır. Üstelik çok zor koşullar altında dahi bu özellikler korunabilmektedir. Nanotüpler nanoteknoloji açısından çok önemli maddelerdir.

Nanotüplerden normal iletken üretilebildiği gibi yarı iletken ve süper iletkenler de üretilebilmektedir.

***maturidi*** · 20 December 2019, 17:04

FULLERENLER

1984’te R.E. Smalley ve arkadaşları grafiti laserle buharlaştırarak ilk kez karbon atomlarının top şeklinde kafesler halinde olduğunu gördüler. 1985’te H.W. Kroto, R.E. Smalley ve arkadaşları bu karbon topları izole ederek bu yapıların tümüyle bilinmesini sağlayacak ilk adımı attılar (Bu buluş onlara 1996 yılında Nobel ödülü kazandırdı). Fullerenler, karbon atomlarından oluşan kapalı kafes yapılardır. Karbonun bağ yapımında kullanılmayan 2 elektronu ile 4 valans elektronu arasındaki enerji farkının büyük olması ve karbon atomlarının çok uzun zincirler oluşturmasından dolayı, karbonun sadece bağlanma geometrisi değiştiğinde farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip yapılar oluşur. Karbon bu özelliklerinden dolayı doğada bilinen tüm maddelerin % 94′ ünü oluşturmaktadır.

Karbon sp, sp² ve sp³ hibritleşmesinin üçünü de yapabilmesi çok sayıda allotropunun olmasına neden olur. Bu üç bağlanma şeklini yapabilen tek element karbondur. Yukarıdaki şekilde bazı karbon allotropları görünüyor, aralarında üç boyutlu olanlardan sıfır boyutlu olanlara kadar birçok yapı var ve bizim üzerinde duracağımız yapı kapalı kafes şeklinde olan fullerenlerdir. Fullerenler farklı sayıda atomdan oluşan yapılardır, en iyi bilinen fulleren yapısı C60’tır. En küçük fulleren yapısı ise 20 atomludur, atom sayısı çok daha fazla olabilir; C540 ise bilinen büyük fullerenlerdendir. Fullerenlerin tamamında karbon atomları çift sayıdadır. Katkılama sonucu iletim özellikleri değiştirilebilir bu katkılama şekline ve katkılanan yapıya göre farklı sonuçlar ortaya çıkmaktadır.

Fullerenler ilk olarak grafitin laserle buharlaştırılması ile oluşan karbon buharının yoğunlaşması ile oluşturulmuştur. Üretilen fullerenlerden çoğu C60 ya da C70 moleküllerinden oluşmaktadır diğer fulleren yapıları ise bunlar kadar kolay elde edilememektedir, artık en zor üretilen C20 fullereni bile üretilebilmektedir. Fuleren üretiminde kullanılan diğer yöntem ise ark buharlaştırma yöntemidir. Bu yöntemde He ortamında grafitin elektirk arkı oluşturularak buharlaştırılması ve buharlaşan grafitin yoğunlaştırılmasıyla fulleren üretiliyor.
En çok elde edilen, özellikleri en iyi bilinen ve en kararlı yapıya sahip olan C60 fullereni şu özelliklere sahiptir; 12 beşgenden ve 20 altıgenden oluşur, her atom arasında oluşan bir bağlardan biri çifttir. Çift bağın uzunluğu tek bağa göre kısadır. C60’ta 30 çift 60 tanede tek bağ vardır.

C60 basınca karşı dayanıklıdır.
Katı C60 yalıtkan özellik gösterir.
İletim bandının yarısına kadar alkali metallerle katkılanırsa iletkenliği artırılabilir daha fazla katkılandığında ise tekrar yalıtkan olur.
Potasyum katkılanan C60 18 Kelvin’de süperiletken hale geçmektedir.
Fullerenler bir yüzeye yerleştirildiğinde o yüzeyin sadece elektirksel değil optik özelliklerini de değiştirdiği görülmüştür bu da fullerenlerin ne kadar önemli bir nano yapı olduğunu bir kez daha göstermektedir.
Kenan Elibol
Kaynaklar:

http://people.virginia.edu/~lz2n/mse209/Chapter3.pdf
http://kimallen.sheepdogdesign.net/Fuller/index.html
http://www.ch.ic.ac.uk/local/project...ullerenes.html
Mükremin YILDIZ, ‘Fullerenlerin yapısına Si ve Ge katkılanması’, Y.lisans tez

***maturidi*** · 20 December 2019, 17:10

Fullerene

(Genel Bakış)

Giriş

1996 Nobel Kimya Ödülü, Harold W. Kroto, Robert F. Curl ve Richard E. Smalley tarafından 1985 yılında atomların kapalı kabukları içinde yerleştirildiği yeni bir karbon allotropu keşfinden dolayı kazanıldı. Yeni formda kesik bir icosahedron yapısına sahip olduğu bulundu ve 1960'larda jeodezik kubbeleri tasarlayan mimar Buckminster Fuller'dan sonra Buckminsterfullerene olarak adlandırıldı.

Eskiden, karbon elementinin altı kristalli şekli biliniyordu, yani iki çeşit grafit, iki tür elmas, chaoit ve karbon (VI). Son ikisi 1968 ve 1972'de keşfedildi.

1990'da fizikçiler W. Krätschmer ve DR Huffman ilk kez iki grafit çubuk arasında bir yayın bir helyum atmosferinde yanmasına ve böylece organik bir çözücü kullanarak oluşan karbon kondensatının çıkarılmasına neden olarak izole edilebilir C60 miktarları üretti.

Böylece C60'ın ve C70, C76, C78 ve C84 gibi diğer karbon kümelerinin kimyasal özelliklerini incelemek için yol açıktı. Bu bileşiklerden yeni ve beklenmedik özelliklerle yeni maddeler üretildi. Astrokimya, süper iletkenlik ve malzeme kimyası / fizik gibi farklı alanlarda sonuçlarıyla tamamen yeni bir kimya dalı gelişti.

Profesör Sir Harold W. Kroto

(Sussex Üniversitesi)

içindekiler

1. Yüksek fullerenler yapısı ve fiziksel özellikleri ss.2-5

2. Fullerenler üretimi ss.6-8

3. Fullerenler Kimyası s.8-10

1.) Bazı Yüksek Fullerenlerin Yapıları ve Fiziksel Özellikleri

Fullerenler, ikohedral simetri kapalı kafes yapısının temeli olarak 20 altıgen ve 12 pentagonal halkadan oluşur. Her karbon atomu üç diğerine bağlanır ve sp2 hibritlenir. C60 molekülü iki bağ uzunluğuna sahiptir - 6: 6 halka bağları "çift bağ" olarak kabul edilebilir ve 6: 5 bağlarından daha kısadır.60 pentagonal halkalarda çift bağlardan kaçınmaya meyilli olduğu için "süper alaşım" değildir. zayıf elektron delokalizasyonunda. Sonuç olarak, C60 elektron eksikliği olan bir alken gibi davranır ve elektron bakımından zengin türlerle kolayca reaksiyona girer. Yapıdaki jeodezik ve elektronik bağlanma faktörleri, molekülün dengesini oluşturur. Teorik olarak, sonsuz sayıda fulleren bulunabilir, yapıları pentagonal ve altıgen halkalara dayanır, icosahedra yapmak için kurallara göre inşa edilebilir.

C60

C60'ın yapısı: "Buckminsterfullerene"

C60'ın kızıl ötesi spektrumu (solda); C60'ın 13C NMR spektrumu (sağda):

C60, icosohedral simetrisi nedeniyle sadece dört IR aktif titreşim bandına sahiptir.

UV / görsel spektrum kromatografik olarak saflaştırılmış C60 (solda); Karbon kurumunda bulunan daha yüksek fullerenleri gösteren bir kütle spektrumu (sağda):

Kütle spektrometrisi, fullerenleri incelemek için yaygın olarak kullanılmıştır. C20 + kadar küçük türlerin yanı sıra, C2n + küme iyonları için kararlı tepe noktalarının kanıtları vardır (2n> 32).

C60'ın fiziksel özellikleri:

Yoğunluk: 1.65 g cm-3

Standart oluşum ısısı: 9.08 k cal mol-1

Kırılma indisi: 2.2 (600nm)

Kaynama noktası: 800K'da süblimasyonlar

Direnç: 1014 ohm m-1

Buhar yoğunluğu: N / A

Kristal formu altıgen kübik

Buhar basıncı: Oda sıcaklığında 5 x 10-6 torr

800K'da 8 x 10-4 torr

Organoleptik özellikler:

Görünüm

Buckyball Kurum: Çok ince bölünmüş siyah toz

Fullerit: Kahverengi / siyah toz

C60: Siyah katı

Koku: Kokusuz

Fullerenlerin ayrıca benzen, toluen veya kloroform gibi yaygın çözücüler içinde çözünür olduğu bulunur. Eğer bir miktar fulleren kurumunu toluen ile sallar ve karışımı süzerse, kırmızı bir çözelti elde edilir. Çözücü buharlaştıkça saf karbon kristalleri ortaya çıkar

Karbon kurumunda bulunan fullerenleri gösteren bir HPLC izi:

C70

C70'in yapısı

C70'in kızıl ötesi spektrumu (solda); C70'in UV / görsel spektrumu (sağda):

C70’in karbon 13 NMR spektrumu:

C76

C84

"Buckytubes" ve "Buckyonions"

Artık birçok fuller, fullerler ile aynı icosahedral yapıya sahip olan, binlerce kez karbon tüpleri de dahil olmak üzere, elektron mikroskobu ile açığa çıkarılan karbon kurumunda keşfedilmiştir. Bunlar 2nm kadar küçük çaplara sahiptir. Karbon "soğanları" da keşfedilmiş ve Rus bebekleri gibi birbirlerinin içindeki karbon kafeslerden oluşmuştur. Bu karbon partiküllerinin milyonlarca atomu vardır ve birçoğu onlarca konsantrik mermi ile gözlenmiştir. Beşgen ve altıgen halkalardan (C60 gibi) değil, heptagonal (7 üyeli) halkalardan oluşan karbon kafesler için varsayımsal yapılar öngörülmüştür.

Sarmal olarak sarılmış bir karbon nanotüp

Ascanning tünelleme mikroskobu kullanılarak çekilmiş tek cidarlı karbon nanotüpün atomik çözünürlük resmi.

2.) Fullerenlerin Üretimi

Fullerenlerin ilk üretim yöntemi inert bir atmosferde karbonun lazerle buharlaştırılmasını kullandı, ancak bu mikroskopik miktarda fulleren üretti. 1990'da, grafiti buharlaştırmak için yay kullanan yeni bir cihaz tipi, Almanya'da Kratschmer ve Huffmann tarafından geliştirilmiştir.

Widener Üniversitesi'nde kullanılan uyarlanmış Kratcshmer-Huffmann cihazı

Fulleren sentezi için yöntem

Sistemi pompalayın ve odaya Helyum gazı verin. Tekrarla (temizle). Sonunda zili yaklaşık 100 Torr Helyumla doldurun. Kaynak kiti güç kaynağını bağlayın Güç kaynağındaki açma / kapama düğmesini 10 - 15 saniye boyunca açık konuma getirin. Daha sonra, çan kavanozunun içinde üretilen çok sayıda siyah kurum benzeri malzeme bulunmalıdır. 5-10 dakikalık bir soğuma süresinden sonra, hazneyi atmosferik basınca doldurun. Çan kavanozunu çıkarın ve cam yüzeyleri temiz bir şekilde sıyırın, tüm malzemeyi toplayın. Kurumun% 10'u C60'tan oluşmalıdır. Kurumdaki fullerenler daha sonra az miktarda toluen içinde çözülerek ekstrakte edilir.

Ekstraksiyondan sonra, çözücü (toluen) döner bir buharlaştırıcı kullanılarak uzaklaştırılır, az miktarda daha büyük fullerenler ile çoğunlukla C60 katı bir karışımın arkasında kalır. Saf C60 elde edilir

sıvı kromatografisi. Karışım toluen içinde eritildi ve bir sütundan geçirildi.

Silika jel ile karıştırılmış aktif kömür. Önce kırmızı C60 çıkar, ardından kırmızı

C70. Farklı renk çözeltileri ayrı toplanır ve kullanılarak toluen çıkarılır.

döner buharlaştırıcı.

Fullerene Oluşumu İçin Bir Mekanizma

Her ne kadar birçok mekanizma tanımlanmış olsa da, sadece "pentagon yolu" C60'ın yüksek verimlerini açıklamaktadır. Bu, Profesör Richard Smalley'nin Robert A. Welch Vakfı 39. Kimyasal Araştırma Konferansı: Nanophase Kimyası: Fullerene Tüplerinin Kendinden Montajı ve

Toplar.

tek yapılması gereken, her açık kümenin daha fazla büyümeden önce kendi tercih edilen pentagon kural yapısına tavlamak için yeterli zamana sahip olacak şekilde karbon küme büyümesinin koşullarını ayarlamaktır. Kinetikten geçen bu yol Pentagon Yolu'dur ve C60'a çok yüksek verimle giden bir grafen-tabaka kendinden montaj mekanizması oluşturur.

Pentagon Yolu, yüksek verim koşullarında takip edilen yol olmalıdır. Bu, kümelenme büyüme sıcaklığının, pentagon yolunu takip edecek şekilde büyüdükçe açık yapıların tavlanmasına yetecek kadar yüksek olmasını, ancak sıcaklığın, dönüştürmek için gerekli olan yüksek aktivasyon bariyerlerinin kapsamlı bir şekilde yeniden düzenlenmesine ve monte edilmesine izin verecek kadar yüksek olmamasını gerektirir. kapalı fullerene pentagon yol yapısını açın.

Krätschmer-Huffman (KH) deneyinde, karbon radikalleri, dirençli bir şekilde ısıtılmış grafit çubuğun yüzeyinin yavaşça buharlaşmasıyla üretilir. Burada karbon buharı yoğunluğu darbeli lazer buharlaşmasındakinden çok daha düşüktür, dolayısıyla kümelenme oranı da öyledir. En kritik olarak, KH yönteminde yoğunlaşan karbon buharının soğuma hızı çok daha yavaştır. Helyum tamponu gazının buharlaşan grafit çubuklar etrafındaki basıncını ayarlayarak, bu soğutma ve kümeleme hızı üzerinde en azından kaba bir kontrol vardır. Çok düşük bir basınçta, karbon radikalleri, dirençli olarak ısıtılan çubuğun etrafındaki sıcak bölgeden çok uzaklara göç eder ve C60 bölgesine yetişirken çok soğuktur. Ama sadece doğru helyum baskısı ile,

KH yöntemi uygulandıktan sonra, Rice'ta basit bir ac veya dc arkının C60 ve diğer fullerenleri de iyi verimde ürettiği bulunmuştur ve bu şimdi ticari olarak kullanılan yöntemdir. Bir karbon arkının buharlaşma mekanizması, dirençli bir şekilde ısıtılmış bir karbon çubuğunkinden belirgin şekilde farklı olsa da (çünkü bir plazma içerir), C60 oluşumu için optimum helyum basıncının her durumda çok benzer olduğu bulunmuştur. Önemli olan buharlaşma yöntemi değil, karbon buharı yoğunlaşırken hüküm süren koşullardır. Helyum tamponu gaz basıncını ayarlayarak, bir kişi karbon buharının sıcak grafit çubuktan uzağa göç hızını kontrol eder ve böylelikle C60 yakınındaki büyüklükteki kümelerin bulunduğu bölgedeki etkin sıcaklık ve karbon radikal yoğunluğunu kontrol eder (en azından kabaca) oluşur.

Pentagon Yolu mekanizması, fullerenler oluşturabilen birçok kişiden sadece biridir, ancak fulleren oluşumunun en çok söyleyen gerçeğini açıklayabilen tek kişi olabilir: genel C60 verimi,% 40 kadar yüksek olabilir karbon buharlaştırılmıştır. Pentagon Yolu, açık grafen tabakalarının en iyi açık yapılarına (Pentagon Kuralı tarafından verilen), büyümelerinden daha hızlı bir şekilde tavlamalarının bir sonucu olarak açıklarken, C60'tan önce kapalı bir fullerene yeniden düzenlemeyi önler. Belirli bir ürünü tercih etmek için reaksiyon koşullarını seçmek bir durumdur. "

Fullerenes'in ticari üretimi

Dünyanın ilk bilgisayar kontrollü fulleren üretim tesisi şimdilerde ilk fulleren ve fulleren üretimine öncülük eden MER şirketlerinde faaliyet gösteriyor.

Fullerenlerin ticari kullanımları

Fullerenler henüz ticari olarak kullanılmamasına rağmen, ABD Enerji Enerjisi tarafından finanse edilen daha yüksek hidrokarbonlara katalitik metan aktivasyonu gibi uygulamalar araştırılmaktadır. Fullerenlerin diğer özellikleri ve bunların süper iletkenlik gibi bileşikleri henüz kullanılmamıştır.

3.) Fullerenlerin Kimyası

Aşağıda açıklanan fullerenlerin reaksiyonları ve reaksiyon tipleri, sadece ayrıntılı bir çalışma değil, bazı yeni çalışmaların örnekleridir.

Genel

Redoks kimyası

C60 ve C70 benzer özelliklere sahiptir, C60 (6-) ve C70 (6-) 'ya altı geri dönüşümlü bir elektron indirgemesi gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, C60 ve C70'in oksidasyonu geri döndürülemez. Her iki fulleren için ilk indirgeme, elektron kabul edici özelliklere sahip olduklarını gösteren (Fc / Fc +) için ~ 1.0V'dir. C76, hem elektron verici / alıcı özelliklerini sergiler.

C60 bir "alken" dir

C60, elektron delokalizasyonunu zayıflatan pentagonal halkalar içinde çift bağlara sahip olmaktan kaçınma eğilimindedir ve C60'ın "süperapatik" olmadığı sonucunu doğurur. C60, elektron eksikliği olan bir alken gibi oldukça fazla hareket eder ve elektron bakımından zengin türlerle kolayca reaksiyona girer (organometalik reaksiyonlarına bakınız), ancak bazen aromatik halkalara benzer şekilde de davranabilir.

Fullerene bileşiklerinin sınıfları

Fullerene ait bileşikler, iki farklı kategoriye göre sınıflandırılabilir: Exohedral (kafesin içinde) ve Endohedral (kafesin dışında). Birincinin örnekleri, bir C82 kafesine alınmış La gibi metalleri içerir ve ikincisinin örnekleri, örneğin Ir ile geçiş metali kompleksleri ve ayrıca fulleren kafesine bağlanmış tamamen organik fragmanları içerir.

Organik Fulleren Kimyası

Tamamen bromlu C60: C60Br (24)

Yukarıda belirtildiği gibi, fullerenler elektron eksikliği olan alkenler gibi davranır ve halojenler gibi elektron bakımından zengin türlerle reaksiyona girer. C60Br24'ün katı C60'ın temiz sıvı brom ile reaksiyona girmesiyle oluşması 5-8 gün sürer, ancak yakın zamanda (Eylül 1996) Widener Üniversitesi'nde reaksiyon süresini yaklaşık bir saate düşüren yeni bir yöntem geliştirilmiştir.

Deneysel: C60 (50mg) temiz sıvı bromin (5ml) ve büyük çaplı demir demir tel (yaklaşık 1g) ile kapalı bir conatiner içine yerleştirilir ve oda sıcaklığında karıştırılır. 1 saat boyunca. Aşırı liq. Br daha sonra vakumla buharlaştırılarak çıkarılır ve elde edilen katı, reaksiyon sırasında oluşan FeBr3'ün çıkarılması için metanol ile işlenir. Kalan katı daha sonra süzülür ve metanol ile yıkanır.

Mekanizma: Mekanizmanın elektrofilik aromatik sübstitüsyonunkine benzer olduğu düşünülür, yani FeBr3'ün (bir Lewis asidi) yerinde oluşumu Br2 molekülünü elektrofilik atak için polarize ederek reaksiyonu katalize eder.

C60Br24 (ref. HADSIO)

C60'ta Elektrofilik Aromatik sübstitüsyon: C60Ph5H

Eltrofilik Aromatik ile oluşturulmuş C60Ph5H'nin yapısı

İkame. C60CI6'nın benzen / FeCl3 ile reaksiyonu, C-60'ı Br-2 / FeCl3 / benzen ile reaksiyona sokmanın ana ürünü olan C (60) Ph (5) H'ye indirgenen C (60) Ph (5) Cl'yi verir. Her iki bileşik de NMR spektroskopisi ile tanımlanmıştır.

(ref: Kroto, HW ve diğerleri, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1994, 1463.)

C60Ph5H uzay aracı modeli (solda) C60Ph5H kristalleri (sağda)

Organometalik Fulleren Kimyası

Endohedral Bileşikler

C60 ilk keşfedildiğinde, hızlı bir şekilde C60 (kapalı bir kafes yapısı olarak) hipotezini test etmek için yeni deneyler geliştirildi. C60 yapısı oyuk olduğu için, bir veya daha fazla başka atom için yer olduğu için, bir metal atomunu içine almak için girişimlerde bulunuldu. Bir grafit levha bir metal tuzu (lanthanum klorür, LaCl3) çözeltisi ile ıslatıldı ve buharlaşma-yoğunlaştırmaya maruz bırakıldı

deneyler. Oluşan kümelerin kütle spektroskopik analizi, C60La + varlığını göstermiştir. Bunlar foto dirençli olduklarını kanıtladılar, metal atomların kafes yapısının içinde "yakalandığı" fikrini pekiştirdiler. "Büzülme sarma" denilen deney daha sonra bir büyüklükteki iyonların (veya benzer büyüklükteki) manyetik bir tuzakta yakalandığı ve bir lazer darbesine maruz bırakıldığı şekilde tasarlandı. Lazer darbesi, karbon kafesinin, bir seferde 2 karbon atomu ile küçülmesine neden olur, sıkışmış metal atomundaki basınç çok büyük olduğunda parçalanma durdurulana kadar. Karbon kafes şimdi tam olarak metal atomun etrafına sığıyor. Örneğin, (C60Cs + için) bu boyut (C48Cs +) 'da ve (C60K +) için (C44K +)' dır.

Aşağıda yukarıda açıklananlara benzer bir endohedral metal fulleride örneği verilmiştir:

La @ C82

Bu son zamanlardaki özetin gösterdiği gibi, fulleren araştırma alanı çok aktiftir:

teorik hesaplamalara dayanarak endohedral metalofullerenin elektronik yapılarını ve özelliklerini netleştirdik ve fullerenlerin elektronik ve kimyasal karakterini açıklığa kavuşturmak için mekanik bir prob gibi davranabilen organosilikon bileşiği ile metalofullerenlerin ilk ekzolasyonel işlevselliğini üstlendik. Endohedral metalofullerenler bu başarılı exohedral türevlendirme, metalofullerenler kimyasını zenginleştiren, yeni özelliklere sahip çeşitli yeni kimyasal varlıkların yolunu açmalıdır. "- Akasaka, T. ve Sentetik Kimya Dergisi Japan 1996, cilt 54, no. 7

Eksohedral Bileşikler (ligand olarak C60)

Aşağıda gösterilen Pd ve Ir kompleksleri gibi birçok ekzohedral bileşik sentezlenmiştir. Bu durumlarda fulleren ligandları, olefinlere benzer şekilde etki gösterir.

(eta $ 2! -C60-Fullerene) -bis (PPh3) -palladyum (ref Hadsio)

eta. 2! -C60-Fulleren-bis (benzoiloksibenzoil (difenil) fosin) -kloro-karbonil-iridyum (ref. kufhey)

***maturidi*** · 21 December 2019, 07:41

Pankreas kanseri stellat hücre tedavisi için fotoaktif Sweet-C ₆₀ geliştirilmesi

Maciej Serda , ^‡,^1,²Matthew J Ware , ^‡,³Jared M Newton , ^3,^4,⁵Sanchit Sachdeva , ³Martyna Krzykawska-Serda , ^3,⁶Lam Nguyen , ³Justin Yasası , ³Andrew O Anderson , ³Steven A Curley , ^1,^3,⁷Lon J Wilson , ^*¹ve Stuart J Corr ^*^1,^3,^8,⁹
Yazar bilgileri Madde notları Telif Hakkı ve Lisans bilgileri Uyarı İlişkili Veri

Yardımcı Malzemeler
Şuraya git: Öz

Amaç:

Glycoconjugated Cı ₆₀ türevleri, özellikle de pankreas adenokarsinomu ve pankreas stellat hücrelerinin bir alt kümesi tarafından tahrik edilmesi bilinmektedir olan yoğun stroma, durumunda, bağlı bir yukarı regüle metabolik glukoz talep potansiyel kanser bunlar hedefleme maddesi olarak özel ilgi konusudur. Malzemeler ve yöntemler:

Burada, bir heksakis-glukozamin C sentezini ve biyolojik karakterizasyonu açıklar ₆₀ türevi (adlandırılır Sweet-Cı- ₆₀ "). Sonuçlar:

Sentezlenen fulleren türevi baskın olarak pankreatik stellat hücrelerinin çekirdeğinde birikir; 1 mg / ml konsantrasyona kadar doğal olarak toksik değildir; ve mavi ve yeşil ışıkla aydınlatıldığında fotoaktiftir ve fotodinamik terapi maddesi olarak kullanılmasına izin verir. Sonuç:

Elde edilen glikokonjuge nanoplatform, pankreas kanseri için umut verici bir nanoterapötiktir.

Anahtar Kelimeler: [60] fulleren, fulleren antikoru, glikokonjugatlar, pankreas yıldız hücreleri, fotodinamik tedavi
[60] fulleren molekül (Cı- ₆₀ ) benzersiz fiziksel ve kimyasal özelliklere [sahip 1 , 2 ] ve nedeniyle küçük boyutu (yaklaşık 1 nm çapında) molekülleri ve nano-tanecikleri arasındaki köprü düşünülebilir. Çok sayıda mevcut yüzey modifikasyonu, C _60'ın fotodinamik terapi (PDT) ajanları [ 4 , 5 ], ilaç taşıyıcı araçlar [ 6 ], transfeksiyon ajanları [ 7 ], MRI kontrast ajanları gibi özel biyomedikal uygulamalar için [ 3 ] ayarlanmasına izin verir. [ 8 ], antimikrobiyaller [ 9 ] ve antioksidanlar [ 10 ].

Daha önce, _C60 türevlerinin antikanser terapötik ilaç dağıtımı için uygun iskeleler olarak kullanılabileceğini göstermiştik [ 11 ] ve bu tür ajanların tercihen hücre içi nükleer gözenek kompleksinde [ 12 ] ve tümör vaskülatüründe [ 13 ] lokalize olduğu gösterilmiştir . Laboratuarlarımızda incelenmiştir Diğer uygulamalar Cı kullanımını içerir ₆₀ invazif olmayan radyofrekans kanser terapisi [geliştirmek için türevleri 14-16 ] ve etkili MRI kontrast ajanları [olarak hizmet etmek üzere 17-19 ].

Ek olarak, glikokonjüge edilmiş [60] fullerenler, gelişmiş kanser hedefleme özellikleri için araştırılmıştır [ 20-22 ]. Bunun nedeni, kanser hücrelerinin artan bir glikoz talebine sahip olmasıdır, bu da kanser hücresi çoğalması ve tümöryogenezin birçok özelliği için gerekli olan enerjiyi üretmek için daha yüksek bir oranda metabolize edilir [ 23 , 24 ]. Ek olarak, glikoz taşıyıcı membran proteinleri (GLUT'lar) ailesi, pankreas kanseri de dahil olmak üzere birçok kanserde aşırı eksprese edilir [ 25 , 26 ] ve bu da onları birçok ilaç için çekici bir moleküler hedef yapar [ 27 ]. Bu, özellikle glikokonjuge C için ideal bir hedef olan pankreatik duktal adenokarsinomda (PDAC) yaygındır.Raporlara göre yapılan ₆₀ tedavi, PDAC'nin GLUT taşıyıcılarının aşırı ekspresyonu nedeniyle ¹⁸ F-deoksiglukoz birikiminin saptanması yoluyla artan glikoz tüketimine sahip olduğunu göstermiştir [ 28 ]. PDAC tümörlerinin önemli bir hücresel alt bileşeni pankreatik yıldız levha hücreleridir (PSC'ler). Aktive edilmiş PSC'lerin, insan pankreatik tümörlerinde sıklıkla bulunan yoğun stromal reaksiyonu tetiklediği bilinmektedir [ 29 ]. Laboratuvarlarımızda yapılanlar da dahil olmak üzere son çalışmalar [ 30 ], PDAC progresyonunda önemli rol oynayan PSC'leri [ 31-36 ] göstermiştir. Bu nedenle, yeni PSC hedefleme teknikleri ve mekanizmalarının PDAC tedavisinde hayati bir rol oynadığı varsayılmaktadır.

Burada, PSC'yi hedef alan yeni bir terapötik ajan olarak yüksek oranda suda çözünür bir glikofullerenin sentezini ve uygulanmasını rapor ediyoruz. Spesifik olarak, ağırlıklı olarak PSC hücrelerinin çekirdeğinde biriken bir heksakis-glukozamin C ₆₀ türevinin ('Sweet-C ₆₀ ' olarak adlandırılır) sentezini ve karakterizasyonunu tarif ederiz ve doğal olarak 1 mg / ml konsantrasyonlara kadar toksik değildir ve ayrıca mavi ve yeşil ışıkla aydınlatıldığında fotoaktiftir ve PDT ajanı olarak kullanılmasına izin verir.

Şuraya git: Malzemeler ve yöntemler

Glikofullerenlerin ve malonik öncüllerinin sentezi

Kullanılan tüm bileşikler reaktif dereceli veya daha iyiydi ve aksi belirtilmedikçe çözücüler alındığı gibi kullanıldı. Alınan aşağıdaki reaktifler kullanılmıştır: C ₆₀ (% 99.5 + MER Corp.), D -glucosamine hidroklorür (Sigma-Aldrich, MO, ABD), DBU (1,8-diaza-bisiklo [5.4.0] undec- 7-ene, Sigma-Aldrich), etil hidrojen malonat (Sigma-Aldrich), CBr ₄ (Sigma-Aldrich), 2-amino-1,3-propandiol (AK Scientific, CA, ABD), DIC ( N, N ′ -diizopropilkarbodiimid, Sigma-Aldrich) ve 1-hidroksibenzotriazol monohidrat (Sigma-Aldrich). Aşağıdaki reaktifler: Et ₃N (Acros), asetik anhidrit (Fisher), piridin (Sigma-Aldrich) ve DMF (Sigma-Aldrich), dehidratasyon ajanları ile damıtılarak literatür prosedürlerine göre hazırlandı ve hemen kullanıldı. Nükleer manyetik rezonans spektrumları, bir iç standart olarak trimetilsilanlı bir Bruker 400 MHz NMR Spektrometresi üzerinde ölçüldü. Suda çözünmeyen bileşikler için kütle spektrometrisi (MS) spektrumları, Autoflex II MALDI-TOF kütle spektrometresi ve suda çözünür fulleren türevleri için - MS elektrosprey iyonizasyon uçuş zamanı (ESI-microTOF) kütle spektrometresi kullanılarak toplandı Bruker Daltonics Inc'den (CA, ABD). Yüksek çözünürlüklü spektrumlar Shimadzu IT-ToF LC-MS sistemi kullanılarak yapıldı ve flaş kromatografisi Agilent 971-FP Flaş Saflaştırma Sistemi kullanılarak yapıldı. Test edilen tüm bileşikler ≥% 95 saftı, yüksek performanslı sıvı kromatografisi (HPLC) ile belirlendiği üzere. Tüm bileşiklerin saflığı 260 nm'de bir DAAD detektörü ile donatılmış bir Agilent1260, RP-kolonu kullanılarak değerlendirildi: Eclipse plus C18 (3,5 um); akış 0.5 ml / dakika. Her ölçümün süresi 21 dakikadır. Koşullar: 0–1,2 dk (% 80 H₂₀ [[% 0.1 TFA]; % 20 asetonitril); 1.2-8 dk [% 100 asetonitril]; 8-21 dakika (% 80, H ₂ O [% 0.1 trifluoroasetik asit];% 20 asetonitril). Malonat (1) [etil 3-okso-3 - ((((2 R , 3 R , 4 R , 5 S , 6 R ) -2,4,5-trihidroksi-6- (hidroksimetil) tetrahidro- 2H sentezi piran-3-il) amino) propanoat)]

Etil hidrojen malonat (5 mmol), 250 ml'lik bir şişeye konuldu, 120 ml susuz DMF içerisinde çözündürüldü ve 0 ° C'ye kadar soğutuldu. Daha sonra 15 dakika boyunca üç kısım halinde DIC (5.5 mmol) ilave edildikten sonra glukozamin hidroklorür (5 mmol) ve 1-hidroksibenzotriazol monohidrat (5.5 mmol) ilave edildi. Reaksiyon karışımının oda sıcaklığına ulaşmasına izin verildi ve bir azot atmosferinde 18 saat karıştırıldı. Reaksiyon karışımı daha sonra indirgenmiş basınç altında buharlaştınldı, 20 ml metanol içerisinde çözündürüldü ve 10 ml diklorometan ile işlendi. Nihai beyaz katı süzüldü ve süzüntü toplandı ve buharlaştırılarak sarı yağ elde edildi. Nihai ürün,% 65 verimle beyaz bir katı halinde metanol / DCM ile birkaç kristalleştirmeden sonra nihai yağdan arıtıldı. Malonat sentezi (2) [6- (asetoksimetil) -3- (3-etoksi-3-oxopropanamido) tetrahidro-2 H -piran-2,4,5-triyl triasetat]

Malonat 1 liyofilizasyon altında kurutuldu ve 1 saat boyunca yavaşça asetik anhidritin (150 mi, 1590 mmol) ilave edildiği piridin (100 mi, 1240 mmol) içinde 0 ° C'de süspanse edildi. 25 ° C'ye ulaştıktan sonra çözünme meydana geldi ve çözelti, 48 saat boyunca sürekli olarak karıştırıldı. Geri kalan asetik anhidriti söndürmek için 0 ° C'de metanol (50 mi, 1225 mmol) ilave edildi ve çözelti, 1 saat karıştırıldı. Çözücüler vakum altında uzaklaştırılarak sarı yağ elde edildi. Nihai ürün, özütleme tekniği (DCM: su) ve organik fazın buharlaştırılmasıyla, daha fazla saflaştırılmadan kullanılan sarımsı bir sakız oluşturmak üzere saflaştırıldı. C sentezi ₆₀ monoadükt (3) [3'-etoksikarbonil-3 '- (6- (asetoksimetil) -3- (3-oxopropanamido) tetrahidro-2 H -piran-2,4,5-triyl triasetat) - [1 , 2] (Cı- ₆₀ -lH) [5,6] fulleren]

Cı- ₆₀ (720 mg, 1.00 mmol), CBr ile taze damıtılmış tolüen (800 mi) içinde çözüldü ₄ (497 mg, 1.5 mmol) ve malonat 2 (461 mg, 1 mmol) eklenmiştir. 25 ° C'de tolüen içerisinde 1,8-diazabisiklo [5.4.0] undek-7-en (DBU, 190 mg, 1.25 mmol) ilave edildi ve reaksiyonun, nitrojen atmosferi altında oda sıcaklığında 3 saat ilerlemesi sağlandı. Ürünü izole etmek için flaş kromatografisi kullanıldı (diklorometan: metanol; 95: 5; silika: mallinkrodt, 75-250 um parçacıklar, 150 Å gözenek boyutu). Verim: 331.6 mg (% 33.4). C ₆₀ sentezi (4; hekzakis, aynı zamanda Sweet-C ₆₀ olarak da bilinen regioizomer karışımı )

Bağlı bozulmamış C'den daha fulleren monoadükt yüksek reaktivitesi ₆₀ , bileşik 3 heksakis adüktlerinin sentezi için (bölgesel izomerlerin karışımı) başlangıç malzemesi olarak kullanılmıştır. Perasetile monoadükt 3 (65 mg, 0.055 mmol), CBr ile taze damıtılmış tolüen (150 mi) içinde çözüldü ₄ (365 mg, 1.1 mmol) ve malonat 2(254 mg, 0.55 mmol). 25 ° C'de, tolüen içerisindeki 1,8-diazabisiklo [5.4.0] undek-7-en (DBU, 100 mg, 0.66 mmol), 6 saat boyunca yavaş yavaş ilave edildi ve reaksiyonun, 36 saat oda sıcaklığında ilerlemesine izin verildi. azot atmosferi altında sıcaklık. Flaş kromatografisi (: metanol, 95: diklorometan gradyanı 5 ila 50:50, silika jel: Mallinckrodt, 75-250 um parçacıkları, 150 A gözenek boyutu) kullanılan korumalı ürünün izole edilmesi için ( Yardımcı madde [ 4 ]). Verim: 74 mg (% 39). Asetil gruplarının korumasının kaldırılması, 2 ml konsantre hidroklorik asit (% 36.5) ilavesiyle 18 ml 1,4-dioksan içerisinde gerçekleştirildi ve daha sonra oda sıcaklığında 5 gün karıştırıldı. Bu süreden sonra nihai ürün, 4'lü sulu bir çözeltinin diyaliziyle saflaştırıldı. saflaştırılmış bir glikofullerenin elektriksel iletkenliğinin, liyofilize edilmeden önce damıtılmış suyun iletkenliğine eşit olduğu noktaya kadar bir selüloz membran (moleküler ağırlık hariç tutma sınırı 1.0 kDa; Spectrum Labs, CA, ABD) kullanılarak. Dinamik ışık saçılımı, ζ potansiyel analizi ve UV – VIS analizi

Dinamik ışık saçılım analizi, saptama sınırı yaklaşık 1 nm olan bir Malvern Nano-ZS90 zetasizer (Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, İngiltere) kullanılarak yapıldı. Nano-ZS, noninvaziv geri saçılma optik teknolojisini kullanır ve dağınık ışığın yoğunluğunda gerçek zamanlı değişiklikleri ölçer. Numuneler, 633 nm'lik bir He-Ne lazeri ile aydınlatıldı ve saçılan ışık, bir foto-diyot kullanılarak 173 ° 'lik bir açıda ölçüldü. Glikofullerenlerin boyut dağılımı Stokes-Einstein denklemine göre parçacık difüzyon katsayısından hesaplandı. UV – VIS analizi, 1 nm'lik artışlarla 290-800 nm dalga boyu aralığında bir CLARIOstar floresan plaka okuyucu (BMG LABTECH, NC, ABD) üzerinde gerçekleştirildi. C ₆₀ antikorunun floresan etiketlenmesi

Fullerene antikor Alexa Fluor kullanarak Santa Cruz Biotechnology (1-10F-AG) satın ve etiketli ^® 647 Antikor Etiketleme Kiti (Moleküler Problar). Kısaca 1 M sodyum bikarbonat çözeltisi, Bileşen B'nin 1 ml deiyonize su içinde süspanse edilmesi suretiyle hazırlandı. Antikor konsantrasyonu 200 ng / ml konsantrasyona ayarlandı ve önceki aşamadan 1 M sodyum bikarbonatın onda biri hacminde çözüldü. Tamponlu antikorun Sonraki 500 ul Alexa fluor şişeye ilave edildi ^® karıştırmak için ters çevrildi ve oda sıcaklığında 90 dakika inkübe boya. Floresan antikor, reaksiyon karışımının kolona yüklenmesi ve kolonun 5 dakika boyunca 1100 x g'de santrifüjlenmesi ve ardından etiketli antikorun toplanmasıyla özel saflaştırma kolonu kullanılarak saflaştırıldı. Hücre kültürü

İnsan PDAC hattı PANC-1, Amerikan Tip Kültür Koleksiyonundan (ATCC, VA, ABD) elde edildi. PANC-1 hücreleri,% 10 fetal sığır serumu (FBS, Sigma, NY, ABD) ile DMEM'de (Thermo Fischer Scientific, MA, ABD) tutuldu. Tüm PDAC hatlarının ortamına toplam% 2 penisilin-streptomisin çözeltisi (Sigma) ilave edildi. İnsan PSC'leri Hwang ve ark. (UT-MD Anderson Kanser Merkezi, TX, ABD). Texas Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezinde primer cerrahi rezeksiyon uygulanan hastalardan kalan PDAC örneklerinden taze doku alındı. Tüm insan örnekleri, Teksas Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezi Kurumsal İnceleme Kurulu politika ve uygulamalarına uygun olarak alınmıştır. PSC'ler izole edildi ve daha önce tarif edildiği gibi hazırlandı [ 32] Kısaca, PSC'ler aşırı büyüme yöntemi ile hazırlanmıştır [ 37 ]. Texas Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezinde primer cerrahi rezeksiyon uygulanan hastalardan kalan PDAC örneklerinden taze doku alındı. Tümör numuneleri kıyılmış ve% 15 FCS / DMEM, 1 içeren altı oyuklu plakalara tohumlanmıştır.- glutamin (2 mmol / l), penisilin / streptomisin ve amfoterisin. Toplam 5 gün sonra, hücreler doku kümelerinden büyüyebildi. PSC'ler birleşme noktasına geldiğinde hücreler tripsinize edildi ve 1: 3 oranında geçirildi. Hücre saflığı, a-SMA, vimentin ve desmin için immünohistokimya ve ayrıca morfoloji (sitoplazmik uzantılara sahip iğ şeklinde hücreler) ve Oil Red O (pozitif lipit kapanımları gözlendi) ile pozitif boyama ile belirlendi. Ayrıca, ameliyattan önce herhangi bir tedavi almayan bir hastanın pankreatik tümöründen türetilen PSC, TAg (pHIV7-CNPO-TAg) içeren plazmidler aracılığıyla insan telomeraz (hTERT) veya SV40 büyük T antijeni (TAg) ile lentiviral vektör kullanılarak ölümsüzleştirildi. ) ve daha önce ayrıntılı olarak tarif edildiği gibi hTERT (pHIV7-CNPO-hTERT) [ 38]. HTERT veya SV40-T taşıyan PSC'ler, 3 hafta boyunca 1-3 mg / ml G418'de seçildi (Invitrogen). Hücreler,% 5 CO içeren nemlendirilmiş bir atmosferde 37 ° C 'de,% 10 FBS ihtiva eden DMEM içinde muhafaza edildi ₂ . Konfokal mikroskopi kullanılarak Sweet-C _60'ın hücresel lokalizasyonu

Parçacık lokalizasyonu çalışmaları, daha önce tarif edildiği gibi kültürlenen PSC hücreleri kullanılarak yapıldı [ 39 ]. Fulleren boyaması, daha önce geliştirilmiş bir fulleren antikoru içermiştir (1-10F-A8; Santa Cruz Biotechnology). Antikor Alex fluor ile etiketlendi ^® yukarıda tarif edildiği gibi 647 boya. Lokalizasyon çalışmaları için 3 x 10 ⁵ hücre 12 oyuklu plakanın altına yerleştirilen yuvarlak 3 mm çapında # 1.5 lamelleri (Ted Pella, Inc., CA, ABD) üzerine ekilmiştir. Partikül maruziyetinden önce hücrelerin 3 saat yapışmasına izin verildi. Aderanstan sonra, hücreler bir dizi Sweet-C ₆₀ içeren ortamla desteklenmiştir.konsantrasyonlar: 0, 0.01, 0.1 ve 1 mg / ml. Hücreler daha sonra konfokal mikroskopi için hazırlanmadan önce 3 veya 24 saat inkübe edildi. Maruz kaldıktan sonra, ortam çıkarıldı ve lameller, artık parçacıkları uzaklaştırmak için fosfat tamponlu salin (PBS) ile iyice yıkandı. Hücreler daha sonra üreticinin talimatlarına göre Sitopainter Lizozom / Mitokondri / Nükleer boyama Reaktifi (Abcam) kullanılarak boyandı. Durulamadan sonra, hücreler aşağıdaki optimize edilmiş aşamalardan geçmiştir; 15 dakika boyunca% 4 PFA içinde sabitleme, ardından PBS ile durulama; 5 dakika boyunca% 0.1 Triton X içinde geçirgenleştirme, ardından PBS durulaması; 15 dakika boyunca% 5 FBS +% 0.1 Triton X içinde blok ve geçirgenlik ve 1 / son hacim konsantrasyonunda doğrudan blok / perm çözeltisine eklenen fulleren antikor boyaması: 300 ° C sıcaklıkta ve oda sıcaklığında 30 dakika süreyle ışıktan koruyarak lekelenmesine izin verilmiştir. Daha sonra lameller, Prolong Gold Antifade mountant (ThermoFisher) kullanılarak slaytlara monte edilmeden önce iyice durulandı. Prolong Gold Antifade mountantının kuruması için slaytlar 48 saat bekletildi. Görüntüler Nikon A1RMP Çok Fotoğraflı Konfokal Mikroskop kullanılarak yakalandı. Lazer gücü, kazancı ve LUT'ları tüm görüntülerde standart olarak belirlendi. Ko-lokalizasyon tüm hücrenin, sadece sitoplazmanın ve çekirdek bölgelerinin bölümlenmesiyle belirlendi. Daha sonra PFA kullanılarak hesaplandı Lazer gücü, kazancı ve LUT'ları tüm görüntülerde standart olarak belirlendi. Ko-lokalizasyon tüm hücrenin, sadece sitoplazmanın ve çekirdek bölgelerinin bölümlenmesiyle belirlendi. Daha sonra PFA kullanılarak hesaplandı Lazer gücü, kazancı ve LUT'ları tüm görüntülerde standart olarak belirlendi. Ko-lokalizasyon tüm hücrenin, sadece sitoplazmanın ve çekirdek bölgelerinin bölümlenmesiyle belirlendi. Daha sonra PFA kullanılarak hesaplandıdenklem 1 (ID, ilgilenilen bölgenin entegre yoğunluğunu gösterir, A, ilgilenilen bölge bölgesidir ve M, ortalama arka plan floresanıdır). Ortalama arka plan floresanı, hücre içermeyen bir bölge seçildiğinde piksellerin ortalama yoğunluğu ölçülerek hesaplandı. Görüntü analizi ImageJ yazılımı (NIC, MD, ABD) kullanılarak yapıldı

(Denklem 1)
Akış sitometrisi kullanılarak sitotoksisite çalışmaları

PANC1 ve PSC hücre dizilerinde (ATCC) Sweet-C ₆₀ sitotoksisite çalışmaları yapıldı. Hücreler, 3 x 10, 12-yuvalı plakalar içinde ekildi ⁵ de başına hücre ve partikül maruz bırakılmadan önce, 24 saat boyunca yapışmaya bırakıldı. Yapıştırıldıktan sonra ortam çıkarıldı ve hücreler iki kez PBS ile yıkandı. Sweet-C ₆₀ örnekleriDMEM ortamında 10 mg / ml konsantrasyonda çözündürüldü ve monodispers bir partikül stoku sağlamak için iyice vortekslendi. Daha sonra, 0, 0.01, 0.1 veya 1 mg / ml'lik toplam oyuk partikül konsantrasyonlarına ulaşmak için her oyuğa tatlı fullerenler ilave edildi. Hücreler daha sonra sitotoksisite açısından analiz edilmeden önce 3 veya 24 saat inkübe edildi. Gerekli maruziyet süresinden sonra hücreler tripsinizasyon yoluyla toplandı ve boyamadan önce bir kez Annexin bağlama tamponu ile durulandı. Daha sonra hücreler, üreticinin talimatlarına göre akış sitometrisi (ThermoFisher) için Annexin V-FITC ve PI ile Ölü Hücre Apoptoz Kiti ile boyandı. Hücreler bir LSRII akış sitometresi (BD Biosciences, CA, ABD) kullanılarak analiz edildi ve hücresel yüzdeler canlı hücreler (annexin-, PI-), erken apoptotik (annexin +, PI-), geç apoptotik (annexin +, PI +) veya ölü olarak kaydedildi (anneksin-, PI +). Her kapıyı ayarlamak için uygun biyolojik ve tek leke kontrolleri kullanıldı. Her deney üç kopya biyolojik tekrar içermektedir. Antikanser Sweet-C ₆₀ fotodinamik tedavi

Sitotoksisite, çok kırmızı bir floresan boya olan DNA bağlayıcı DRAQ7 (Biostatus Ltd, UK) boyaması kullanılarak ölçüldü. PDAC hücreleri Greiner Bio bir Cellstar içerisinde oyuk başına 5000 hücre yoğunlukta tohumlanmıştır ^® doku kültürü 96 gözlü, 24 saat boyunca plaka. Plaka tabanına yapıştırılır sonra, hücreler PBS ile yıkandı ve daha sonra tatlı-C 0.1 mg / ml'lik konsantrasyon ile inkübe edilmiştir ₆₀ , 24 saat boyunca ortam içinde karıştırıldı. Herhangi bir artık Sweet-C ₆₀daha sonra hücreler üç kez PBS ile durulanarak hücrelerden yıkandı. PDT tedavisi için, mavi LED (450 nm) veya yeşil LED (520 nm) ışığı ile tedavi için PDT ünitesine 30 dakika boyunca yerleştirilmeden önce plakaya 150 ul PBS eklenmiştir. PDT tedavisi bittikten sonra, PBS yavaşça 3 uM DRAQ7 konsantrasyonu (Biostatus Ltd, İngiltere) içeren taze DMEM ortamı ile değiştirildi. Ortam ışığı kontrol plakaları için aynı prosedürler takip edildi; ancak, LED ünitesi açılmadı. Pozitif öldürme kontrol plakaları, mikroskopi ile doğrulanan% 100 hücre ölümünü indüklemek için 20 saniye boyunca yüksek güçte bir mikrodalgaya yerleştirildi. Hücreler iki kanalda 10x büyütmede görüntülendi: DRAQ7 (Cy5, Absorbans 600 nm emisyon 697 nm) ve parlak alan. Hücre ölümü, ImageJ analiz yazılımı (NIH) kullanılarak 3 saatlik ve 24 saatlik zaman noktalarındaki DRAQ7 sinyallerinin ölçülmesiyle ölçüldü. Her tedavi grubu üç kez yapıldı ve DRAQ7 sinyalini saymak için kullanılan segmentasyon algoritması, her bir grubun ilk plakasında manuel bir sinyal sayısı ile doğrulandı (bir sonraki bölümde daha fazla ayrıntı). 96 oyuklu bir plakanın merkez kuyucuğu içeren ortamdaki sıcaklık, hipertermiye bağlı herhangi bir etkinin dışlanması için 30 dakikalık tedavi süresi boyunca sıcaklık probları ve bir IR kamera vasıtasıyla ölçülmüştür. istatistiksel analiz

Tüm veriler standart sapmayı temsil eden hata çubuklarıyla ortalama olarak temsil edilir. Ko-lokalizasyon çalışmaları için, bir ANOVA ve Bonferroni düzeltmesi ile çoklu karşılaştırma testi kullanılarak tüm konsantrasyonlar için tam hücre veya nükleus hücre toplam floresan analizi arasında karşılaştırmalar yapılmıştır. Diğer çalışmalar için Student t testi uygulandı. Diğer deneyler için gruplar arasındaki farklılıklar Student t- testi kullanılarak değerlendirildi .

Şuraya git: Sonuçlar

Sweet-C ₆₀ kimyasal sentetik yoluna genel bir bakış Şekil 1'de gösterilmektedir . Her bir ara maddenin ayrıntılı bir açıklaması Ek Bilgiler'de bulunabilir . Bu optimize edilmiş ve C elde etmek için etkili bir yöntem olarak nükleofilik siklopropanasyon reaksiyonları (Bingel reaksiyonları) uygulanan ₆₀ orta verimde şeker türevleri. Siklopropanasyon reaksiyonları sırasında tüm glukozamin hidroksil gruplarını bloke etmek için asetat koruma grupları kullanılmıştır. En iyi koruma kaldırma sonuçları, 1,4-dioksan içerisinde İM HC1 çözeltisi kullanıldığında elde edildi. Bu yöntem, K kullanılarak, uzun ve zahmetli bir diyaliz bilinen diğer yöntemlere göre, özellikle çekici ₂ CO ₃ . ¹ H olduğu ve¹³ C-NMR çalışmaları ( Ek Bilgi ) malonik glukozamidin a-izomerinin tercihen oluşturulduğunu göstermiştir (sırasıyla 5.12 ppm ve 90 ppm sinyalleri). Maalesef, malonik asidin simetrik glukozamin türevi, muhtemelen simetrik malonat için sterik bir engel probleminden dolayı sentezlenmemiştir.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nnm-13-2981-g1.jpg

Şekil 1.
Sweet-C ₆₀ sentezini gösteren şema .
Cı hazırlamak için ₆₀ malonoamide bir monoadükt 2 , yöntem , in situ olarak bromlanmış aktif üretimi ara madde (CBr ile ₄ ve DBU) gerçekleştirilmiştir. Reaksiyonun, Şekil l' de gösterildiği gibi , oda sıcaklığında 3 saat içinde güzel bir şekilde ilerlediği bulunmuştur. Malonatlar MALDI-TOF MS verileri 1 ve 2 bulunmaktadır Ek Şekil 1 ve 2 , sırasıyla. Bisaduktların hızlı oluşumu nedeniyle bu aşamada zaman kontrolü çok önemlidir. 1177,9 Da (A moleküler iyon tepe Ek Şekil 3 ) için hesaplanan: C, MALDI-TOF MS (gözlenmiştir ₇₉ , H ₂₅ NO ₁₂, 1179,14 Da) ve ayrıca ince tabaka kromatografisiyle gözlemlenen tek bir nokta. Ayrıca, monoadükt yapısı 3 tarafından doğrulandı ¹ H ve ¹³ (C-spektrumunda yüksek simetri gösteren nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopi, bilgiler destek ). Cı ₆₀ heksakis-adüktler monoadükt ikinci Bingel reaksiyona sokularak elde edildi 3 nedeniyle daha yüksek reaktivite, başlangıç malzemesi olarak kullanıldı. En etkili bir prosedür gerçekleştirilmiştir zaman C arasındaki oran ₆₀ , malonat, DBU ve CBr ₄1: 10: 10: 20 idi ve DBU, 6 saat içinde altı kısım halinde ilave edildi. Asetil korumalı fullerenlerin MALDI TOF MS spektrumları Ek Şekil 4'te gösterilmektedir . Koruması kaldırılmış sodyum katılma ürününün A moleküler iyon tepe 4 (yani tatlı-Cı- ₆₀ ) pentatkis küçük bir sinyal ile 2489,9 Da elde edilmiştir 2198,3 Da (en izomer Tamamlayıcı Şekil 5 ).

Daha önce, suda çözünür bir Cı literatürde bildirilmiştir ₆₀ türevleri (yani, Cı- ₆₀ -serinol, diğer adıyla Cı ₆₀ Ser), sulu çözeltiler [form agrega eğilimindedir 13 ]. Bu agregalar dinamik dengededir, dinamik ışık saçılması veya taramalı elektron mikroskopisi kullanılarak tespit edilebilen ve organik çözücünün eklenmesiyle veya ortamın iyonik mukavemetinin tuz eklenerek değiştirilmesiyle kolayca yok edilebilen daha küçük ve daha büyük formlar oluştururlar [ 40 , 41 ]. İlginçtir, son gözlemler bu dinamik C belirtmek ₆₀ Ser agrega C tek bir yataktan inşa edilir ₆₀- su molekülleri içi boş bir çekirdek yapının içinde kilitli olan moleküller [ 13 ]. Ek Şekil 6a'da görülebileceği gibi , Sweet-C ₆₀ , daha küçük bir alt küme birikintisi olmadan yaklaşık 150 nm'de ağırlıklı olarak toplanmış gibi görünmektedir. ζ potansiyel ölçümler ( Ek Şekil 6b ), nispeten iyi bir stabilite derecesini gösteren -27 mV'lik bir yük yüzeyini de gösterir. Sweet-C _60'ın PDT davranışı sergileme potansiyeli göz önüne alındığında, UV-VIS spektroskopisi kullanılarak bir optik absorpsiyon değerlendirmesi de elde edildi. Ek Şekil 7'de görülebileceği gibi , Sweet-C ₆₀ spektrumun mavi bölgesinde (yani <450 nm) daha iyi emilme eğilimindedir.

Şuraya git: Tartışma

Daha önce hücresel içselleştirilme belgelemiştir PromoFluor-633-konjüge malonodiserinolamide-türetilmiş [60] fulleren (Cı- ₆₀ -serPF), konfokal mikroskopi [kullanarak hücre dağılımı ve ardından 12 ]. Suda çözünür, noniyonik C ₆₀ serPF'nin çekirdeğe yerleşebileceğini ve malign karaciğer tümörleri ve beyin de dahil olmak üzere çok çeşitli dokulara nüfuz edebileceğini gösterdik. Ayrıca, son çalışmalar göstermiştir ki, Cı- ₆₀ serPF extravasates daha ortotopik göğüs tümör dokusu içine RF hipertermi [ile modüle edilebilir karşı meme moda pedi içine daha 14 ].

Bu çalışmada dikkatimizi floresan olmayan Sweet-C _60'ın görselleştirilmesine odakladık . Alexa Fluor ile, bu amaca ulaşmak için, flüoresan fulleren için bir fare monoklonal antikoru spesifik (Santa Cruz Biotechnology 1-10F-A8) etiketli ^® Miao geliştirilen yeni prosedür takip edilerek 647 boya, ve diğ. Seçilen antikor, bir Cı karşı yükseltildi, böylece ₆₀ fulleren türevi tiroglobulin konjüge ve nanoC saptanması için kullanılan ₆₀ [ 39 ]. 0 uM Sweet-C _60'da flüoresandan kaynaklanan spesifik olmayan boyama olasılığı nedeniylekonsantrasyonunda, hücrelerle inkübasyondan sonra bir dizi Sweet-C ₆₀ konsantrasyonu ile sonuçta elde edilen flüoresan sinyali arasındaki ilişkiyi araştırarak sonuçlarımızın önemini doğruladık (veriler gösterilmemiştir). Şekil 2 , Sweet-C _60'ın PSC hücrelerinin çekirdeğinde tercihen lokalize olduğunu ve hücre sitoplazmasında bir miktar lokalizasyon olduğunu gösterdi. Bu sonuçlar, suda çözünen C ₆₀ serPF'nin hücre çekirdeğinde de lokalize olduğunu gösteren önceki bulgularımızla uyumludur [ 12 ]. Hücre flüoresans sinyallerinin farklı fulleren konsantrasyonları ile karşılaştırılması, ağırlıklı olarak hücre çekirdeğinden kaynaklanan gelişmiş ve ezici bir sinyal gösterir.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nnm-13-2981-g2.jpg

Şekil 2.
Pankreas stellat hücrelerinde Sweet-C _60'ın (1 mg / ml) birlikte lokalizasyonu .
(A & B) Pankreatik stellat hücreleri mavi bölgeleri gösteren konfokal mikrograf, 4 ', 6-diamidino-2-fenilindol (DAPI) lekeli çekirdeği temsil eder, yeşil bölgeler floresein izotiyosiyanat mitokondriyal boyamayı temsil eder, kırmızı bölgeler tetrametilrhodamin lizozomları ve magenta antikoru temsil eder konjugat (ALEXAFLUOR 647), beyaz çubuk 50 um'yi temsil eder). (C), floresanla işaretlenmiş antikor şekerleme Cı toplam hücre floresans sinyali lokalizasyonu düzeltilmiş ₆₀ 3 saat ve pankreas yıldız hücrelerde konjugat (D) , 24 saat. Veriler, standart sapmayı temsil eden hata çubuklarıyla ortalama olarak temsil edilir.

Tüm hücre için ve aynı zamanda sadece çekirdekler için kaydedilen flüoresan sinyallerinin oranını ölçmek için hücre toplam flüoresans analizi yapılmıştır. Şekil 2 C ve D'de 3 saatlik inkübasyondan sonra gösterildiği gibi , negatif kontrolden (0 mg / ml) kıyasla hücre alanından sadece küçük bir floresan sinyali artışı görülebilir. Bu, Sweet-C _60'ın hücrelere yavaş alımıyla ilişkili olabilir . Diğer taraftan, hücreler Sweet-C ₆₀ ile daha uzun bir süre (24 saat) ve yüksek konsantrasyonda (1 mg / ml) tedavi edildiğinde , inkübe edilmiş hücreler ile kontrol hücreleri arasındaki fark dört büyüklük düzeyindeydi. Floresan sinyalinin hücre alanı içindeki dağılımının karşılaştırılması, Sweet-C _60'ın baskın lokalizasyonunu gösterdihücre çekirdeklerine. Sitoplazma bölgelerinde zayıf bir floresan sinyali de bulunur, bununla birlikte büyük olasılıkla istatistiksel ve biyotransport varyasyonuna bağlıdır.

Suda çözünür fulleren türevlerinin sitotoksisite etkileri, son 10 yılda, esas olarak çeşitli nanoterapötiklerdeki (daha önce tartışıldığı gibi) etkileri ve etkileri nedeniyle yoğun bir şekilde incelenmiştir. Diğerleri ve biz daha önce suda çözünür fullerenlerin ihmal edilebilir toksisite sergilediklerini göstermişlerdir [ 12 , 42 ]. İlginç bir şekilde, bazı yeni çalışmalar fullerenlerin, özellikle gadofullerenler ve C ₆₀ (OH) ₂₄ nanomalzemeleri için reaktif oksijen türlerinin (ROS) temizleyicileri olarak görev yapan sitoprotektif etkilerini göstermiştir [ 43 , 44]. Ayrıca, ROS üretimi, çözücü kontaminasyonu (imalat sırasında, yani tetrahidrofuran katışkıları) ve otofaj aracılı hücre ölümünü içeren gözlenen sitotoksik etkilerde çok önemli rol oynamak için birkaç olası mekanizma önerilmiştir [ 42 , 45 , 46 ]. Hücresel apoptoz (Annexin V-FITC) ve yaşayabilirlik (propidyum iyodür) için işaretli hücre akış sitometrisi kullanılarak, hem PSC hem de PANC-1 hücrelerinde 0.01-1 mg / ml aralığında Sweet-C ₆₀ konsantrasyonuna bağlı sitotoksisite profilini araştırdık. , PI). Ek Şekil 8'de gösterildiği gibitüm konsantrasyonlarda ihmal edilebilir toksisite görülmüştür. Buna ek olarak, 1.0 mg / ml Cı ilgili önceki içselleştirme çalışmaları denk için hücre içselleştirme çalışmaları için çalışma konsantrasyonu seçildi ₆₀ serPF [ 12 ].

Genel olarak, fullerenler fotojenere tekli oksijen ve serbest radikallere iyi bir fotostabilite ve verimlilik sergilerler. Görünür ışığın uzun ömürlü üçlü durumlara verimli sistemlerarası geçiş ile birleşmesi, fullerenlerin aydınlatmadan sonra çeşitli tiplerde ROS üretmesine izin verir [ 47 ]. Örneğin, polar çözücüler içerisinde, fulleren türevleri, örneğin süperoksit radikaller oksijen formları redüklenmiş ışıklı (O ₂^- ) ve bir hidroksil kökünü (OH). Bunun aksine, C çözeltileri polar olmayan çözücüler içinde ₆₀ belirli dalga boylarındaki ışık, esas olarak singlet oksijenin (maruz ¹ O ₂ ) elde edilmektedir [ 47]. Fulleren türevlerinin bu fiziksel bir fenomen Cı böylece pratik bir uygulamaya sahip ₆₀ türevleri terapötik fotodinamik veya fotokatalitik yollar [ile kullanılan 48 , 49 ].

Burada, sitotoksik mekanizmasının ROS oluşumundan olduğu varsayılan LED mavi ve yeşil ışıkla (emisyon spektrumu Ek Şekil 9 ) aydınlatıldığında Sweet-C _60'ın PSC'ler üzerinde sitotoksik bir etkisi olup olmadığını araştırdık . Sunulan fototoksisite çalışmaları Şekil 3 , mavi (E sonra PSC'lerin için güçlü bir fotodinamik sitotoksik etki sergileyen _m 470 nm) ve yeşil (E _m 530 nm) LED tedavi. PANC-1 hücreleri için benzer fakat hafif bir azalmış etki gözlenmiştir ( Ek Şekil 10)). Bunun nedeni, yüksek ısı şok proteini ve enzimlere sahip PANC-1 hücrelerinin ROS ile başa çıkması olabilir (örneğin, tümörlerde ve kanser hücrelerindeki farklı redoks potansiyellerinden dolayı). Özellikle mavi ışık aydınlatmasından sonra 3 saatte gözlenen hızlı sitotoksisite ( Şekil 3 ), nekrotik etkinin meydana geldiğini düşündürmektedir. 24 saatte ortaya çıkan toksisitedeki artış, oyunda gecikmiş, programlanmış bir hücre ölüm mekanizmasını, örneğin apoptozu göstermektedir. Mavi ışık bölgesinde Sweet-C ₆₀ absorbansının integrali 0.809 iken yeşil spektrum bölgesinde 0.537 (au) 'dur. Bu, yeşil ışık aydınlatması sırasında Sweet-C _60'ın mavi ışıktan sonra% 33 daha az etkili olabileceği sonucuna yol açar ( Şekil 4)). Ayrıca, uyarılmış Sweet-C ₆₀ formunun oluşturulması sadece fotonların miktarına (yukarıda karşılaştırıldığı gibi) değil, aynı zamanda fotonların enerjisine de bağlıdır. Bu işlemde mavi ışık daha etkilidir, ancak optik penetrasyonun etkili derinliği yeşil ışığa kıyasla daha küçüktür. Bununla birlikte, hücrelerin tekli katmanlarını kullanan in vitro çalışmalarla ilgili olarak , ışık penetrasyonu ve kırınımı çok önemli bir faktör olmamalıdır. PSC'ler ve PANC-1 hücrelerinde fotodinamik etkiye biyolojik yanıttaki fark büyük olasılıkla yeşil ışığın mavi ışığa kıyasla daha küçük foton emme verimliliği ile açıklanmaktadır. Görünüşe göre, absorbans spektrumuna göre ( Şekil 4 ), her iki ışık tipi de Sweet-C _60'ı heyecanlandırabilirmolekül etkili ROS kaskad üretmek ve hücre ölümünü indüklemek için yeterli. Sonuç olarak, tahmin edilen farklı hücre ölüm mekanizmaları, mavi ışık aydınlatmasından sonraki büyük ROS miktarının, kısa bir zaman diliminde membran yıkımına ve hücre lezyonlarına yol açtığını göstermektedir (yeşil ışık, küçük ROS miktarını / türlerini gösterecek ve hücrelerin onarılması için zaman penceresi oluşturacaktır. ve / veya program hücre ölümü).

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nnm-13-2981-g3.jpg

Figür 3.
Sweet-C _60'ın (0.1 mg / ml) pankreas yıldız hücreleri üzerindeki fototoksisite etkileri .
(A) mavi ve ışığa maruz kaldıktan sonra 3 saat ve (B) 24 saat zaman noktasında ölü pankreatik yıldız hücre sayısı . (C) Yeşil ışığa maruz kaldıktan sonra 3 saat ve (D) 24 saat zaman noktasında ölü pankreatik yıldız hücre sayısı .

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nnm-13-2981-g4.jpg

Şekil 4.
Mavi ve yeşil ışık bölgesinde Sweet-C ₆₀ absorbansının integrali .
Şuraya git: Sonuç

PSC'ler, ileri pankreatik adenokarsinom vakalarında yoğun stroma bölgelerinin kurulmasına katılan hücrelerin bir alt kümesidir. Bu nedenle, PSC'leri hedeflemek ve tedavi etmek için yeni yöntemlere ihtiyaç vardır. Sonuçlarımız heksakis-glukozamin C baskın hücresel nükleer içselleşmeye göstermek ₆₀ türevi (Sweet-C ₆₀ ). Ek olarak, Sweet-C ₆₀ doğal olarak 1 mg / ml konsantrasyonlara kadar toksik değildir ve hem mavi hem de yeşil ışıkla aydınlatıldığında güçlü fotodinamik sitotoksik davranış gösterir. Bu fototoksik davranış pankreas kanseri hücreleri (PANC-1) için de gözlenmiştir.

Şuraya git: Gelecekteki bakış açısı

Pankreas kanserinin geleneksel gemsitabin bazlı kemoterapisi nadiren iyileşme ile sonuçlanır; bu nedenle nanoterapötik yaklaşımlar daha fazla araştırılmalıdır. Özellikle, daha fazla çalışma hastadan türetilen primer PSC ve bunların Sweet-C60 alımına odaklanmalıdır. Ayrıca, GLUT-1 proteini seviyesi, western blot ve PCR teknikleri kullanılarak PSC hücre dizilerinde ölçülmeli ve GLUT inhibitörlerinin analizi ve bunların Sweet-C60 alımı üzerindeki etkisi ile genişletilmelidir. LED-penetrasyonu ve stroma etkilerini daha iyi anlamak için 3D-sferoid modellerde sunulan glikofullerenlerin fotodinamik etkisi de araştırılmalıdır. Flaş fotoliz ve EPR-spin yakalama kullanılarak singlet oksijen ve süperoksit radikallerinin saptanması gibi ROS üretimi ölçümleri de bu çalışmalar için iyi bir katkı olacaktır. Özet noktalar

Glukozamin bazlı ve yüksek oranda suda çözünür Sweet-C ₆₀ , Bingel-Hirsch yaklaşımı kullanılarak orta verimle sentezlenmiştir.
Cı- ₆₀ ihmal edilebilir türev gösterir in vitro yüksek dozlarda bile (1 mg / ml) toksisite.
Fulleren türevi tercihen pankreatik stellat hücrelerin çekirdeğinde lokalize olur ve hücre sitoplazmasında bir miktar lokalizasyon olur.
Sentezlenmiş Sweet-C ₆₀ , mavi veya yeşil LED sistemiyle aydınlatıldığında fototoksiktir ve sitostatik ajanların, Sweet-C ₆₀ iskelesine kovalent olarak konjüge edileceği kombinatoryal terapilerde kullanılabilir .

Şuraya git: Ek materyal

Ek veri dosyası için buraya tıklayın. ^{(827K, pdf)}
Şuraya git: Teşekkür

Teşekkürler, pankreas stellat hücrelerini nazikçe veren Texas Üniversitesi MD Anderson Cancer, Cerrahi Onkoloji Bölümü'nden R Hwang'a uzatıldı.

Şuraya git: Dipnotlar

Yardımcı veriler

Bu yazıyla birlikte verilen ek verileri görüntülemek için lütfen şu adresteki dergi web sitesini ziyaret edin: www.futuremedicine.com/doi/full/10.2217/nnm-2018-0239

Finansal ve rekabet eden çıkarların açıklanması

M Serda, JM Newton, MJ Ware, S Sachdeva, M Krzykawska-Serda, J Law, L Nguyen, SA Curley ve SJ Corr, Kanzius Vakfı ve NIH U54CA143837'nin finansmanını kabul ediyor. LJ Wilson ayrıca destek için Welch Vakfı'na (C-0627 numaralı hibe) teşekkür eder. Ek olarak, M Serda Ulusal Bilim Merkezi'ne (Polonya) destek için teşekkür eder (hibe numarası UMO-2016/23 / D / NZ7 / 00912). MJ Ware ve SJ Corr, St Luke Vakfı Philip Salem Ödülü'nün desteğini kabul ediyor. JM Newton, NIH'nin NIGMS T32 predoktoral eğitiminden (hibe numarası T32GM088129) ve NIDCR F31 NRSA eğitim hibesinden (hibe numarası F31DE026682) finansal desteği kabul eder. Bu proje, Baylor Tıp Fakültesi'nde Sitometri ve Hücre Ayırma Çekirdeği tarafından NIH'den (HIA no. NIAID P30AI036211, NCI P30CA125123 ve NCRR S10RR024574) ve JM Sederstrom'un yardımı. Bu içerik yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve NIH'nin resmi görüşlerini yansıtmaz. Yazarlar çıkar çatışması bildirmemişlerdir.

Yazarların, konuyla ya da makalede açıklananlar dışında tartışılan materyallerle ilgilenen ya da finansal çıkarları olan herhangi bir kuruluş ya da kuruluşla herhangi bir ilgisi ya da finansal ilişkisi yoktur.

Bu yazının üretiminde hiçbir yazı yardımı kullanılmamıştır.

Etik açıklama

Yazarlar, uygun kurumsal inceleme kurulu onayı aldıklarını veya tüm insan veya hayvan deneysel araştırmaları için Helsinki Bildirgesinde belirtilen ilkeleri izlediklerini belirtmişlerdir. Ayrıca, insan denekleri içeren araştırmalar için katılımcılardan bilgilendirilmiş olur alınmıştır.

Yazar Katkıları

Kavram ve tasarım: M Serda, MJ Ware, M Krzykawska-Serda, LJ Wilson, SJ Corr ve SA Curley. Verilerin elde edilmesi: M Serda, MJ Ware, M Krzykawska-Serda, JM Newton, S Sachdeva. Verilerin analizi ve yorumlanması: M Serda, MJ Ware, M Krzykawska-Serda, JM Newton, S Sachdeva ve SJ Corr. Yazının hazırlanması: M Serda, SJ Corr, MJ Ware, JM Newton ve M Krzykawska-Serda yazıyı yazdı. Tüm yazarlar son makaleyi okudu ve onayladı.

İnceleme için kör

Yöntem ve malzemeler:

Hücre kültürü: R. Hwang (UT-MD Anderson Kanser Merkezi, Houston TX); Teksas Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezi; Teksas Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezi Kurumsal İnceleme Kurulu; Teksas Üniversitesi MD Anderson Kanser Merkezi.

Şuraya git: Referanslar

Özel not kağıtları şu şekilde vurgulanmıştır: • ilgilenilen; •• büyük ilgi
1. Kroto HW, Heath JR, O'Brien SC, Kıvrılma RF, Smalley RE. C60: buckminsterfulleren. Doğa . 1985; 318 : 162. [ Google Akademik ]
2. Acquah SFA, Penkova AV, Markelov DA, Semisalov AS, Leonhardt BE, Magi JM. İnceleme - güzel molekül: 30 yıl C ₆₀ ve türevleri. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2017; 6 (6): M3155-M3162. [ Google Akademik ]
3. Thakral S, Thakral NK. Biyo-Nanoteknoloji . Blackwell Publishing Ltd .; Fereidoon Shahidi, Newfoundland, Kanada: 2013. Fullerenlerin potansiyel tıbbi uygulamaları: genel bakış; sayfa 424-441. [ Google Akademik ]
4. Mroz P, Tegos GP, Gali H, Wharton T, Sarna T, Hamblin MR. Fullerenler ile fotodinamik tedavi. Photochem. Photopibol. Sci. 2007; 6 (11): 1139–1149'da açıklanmaktadır. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ] •• Suda çözünür fullerenler kullanılarak fotodinamik tedavinin gözden geçirilmesi.
5. Mroz P, Pawlak A, Satti M, vd. Fonksiyonel hale getirilmiş fullerenler kanser hücrelerinin fotodinamik olarak öldürülmesine aracılık eder: Tip I ve Tip II fotokimyasal mekanizmaya karşı. Ücretsiz Biol. Med. 2007; 43 (5): 711-719. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
6. Bolskar RD. İlaç dağıtımı için Fullerenler. İçinde: Bhushan B, editör. Nanoteknoloji Ansiklopedisi . Springer; Hollanda, Dordrecht: 2016. s. 1267-1281. [ Google Akademik ]
7. Sitharaman B, Zakharian TY, Saraf A, et al. Viral olmayan gen iletim vektörleri olarak suda çözünür fulleren (C (60)) türevleri. Mol. Pharm. 2008; 5 (4): 567-578. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
8. Bolskar RD. Gadolinyum endohedral metalofulleren bazlı MRI kontrast maddeleri. İçinde: Cataldo F, Da Ros T, editörler. Fulleren ve Karbon Nanotüplerin Tıbbi Kimyası ve Farmakolojik Potansiyeli . Springer; Hollanda, Dordrecht: 2008. ss 157-180. [ Google Akademik ]
9. Tegos GP, Demidova TN, Arcila-Lopez D, vd. Katyonik fullerenler etkili ve seçici antimikrobiyal ışığa duyarlılaştırıcılardır. Chem. Biyol. 2005; 12 (10): 1127–1135. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
10. Gharbi N, Pressac M, Hadchouel M, Szwarc H, Wilson SR, Moussa F. [60] Fullerene akut veya subakut toksisitesi olmayan in vivo güçlü bir antioksidandır . Nano Lett. 2005; 5 (12): 2578-2585. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
11. Zakharian TY, Seryshev A, Sitharaman B, Gilbert BE, Knight V, Wilson LJ. Fulleren-paklitaksel kemoterapötik: sentez, karakterizasyon ve doku kültüründeki biyolojik aktivitenin incelenmesi. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (36): 12508–12509'da açıklanmaktadır. [ PubMed ] [ Google Akademik ] • C _60'ın paklitaksel ile kovalent konjugasyonu hakkında ilk rapor .
12. Raoof M, Mackeyev Y, Cheney MA, Wilson LJ, Curley SA. Cı İçselleştirilmesi ₆₀ çekirdek gözenek kompleks ile çekirdekte birikmesine kanser hücrelerine fulleren. Biyomalzemeler . 2012; 33 (10): 2952-2960. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ] •• Kanser hücrelerinde floresan olarak etiketlenmiş C _60'ın biyo-dağılımıyla ilgili çalışmaları açıklayan ilk rapor .
13. Lapin NA, Vergara LA, Mackeyev Y, vd. Fare adenokarsinomunun murin modelinde malonodiserinolamid türevli [60] fullerenin biyotransport kinetiği ve intratümöral biyodistirüsyonu. Int. J. Nanomed. 2017; 12 : 8289–8307. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
14. Lapin NA, Krzykawska-Serda M, Dilliard S, vd. İnfaziv olmayan radyofrekans elektrik alan hipertermisinin, murin ortotopik meme adenokarsinom modelinde floresan [60] fulleren türevinin biyotransport ve biyo-dağılımına etkileri. J. Kontrol. Rel. 2017; 260 : 92-99. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ] • İntravital mikroskopi kullanılarak canlı farede C _60- serPF'nin biyo-dağılımını açıklayan makale.
15. Lara NC, Haider AA, Wilson LJ, Curley SA, Corr SJ. Yarı sulu çözeltiler ile radyofrekans elektrik alan etkileşimleri ile üretilen benzersiz ısıtma eğrileri. Baş. Phys. Lett. 2017; 110 (1): 013701. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
16. Lara NC, Haider AA, Ho JC, vd. Su yapılandırma molekülleri ve nanomalzemeler biyolojik olarak ilgili çözümlerde radyofrekans ısıtmayı arttırır. Chem. Commun. 2016; 52 (85): 12630–12633. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
17. Éva Tóth RDB, Borel A, González G, et al. Suda çözünür gadofullerenler: yüksek gevşekliğe, pH'ye duyarlı MRI kontrast maddelerine doğru. J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (2): 799-805. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
18. Hartman KB, Wilson LJ. MR moleküler görüntüleme için yeni bir yüksek performanslı platform olarak karbon nanoyapılar. In: Chan WCW, editör. Nanopartiküllerin Biyo-Uygulamaları. Springer; NY, ABD: 2007. s. 74-84. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
19. Sitharaman B, Tran LA, Pham QP, vd. Hücresel MRI için nano ölçekli manyetik etiket olarak gadofullerenler. Kontrast Medya Mol. Görüntüleme . 2007; 2 (3): 139-146. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
20. Fejes Z, Hadhazi Á, Rűth E, et al. Eter bağlantılı [60] fulleren glikokonjugatların nükleofilik siklopropanasyon ile sentezi. Chem. Kağıt . 2015; 69 (6): 896-900. [ Google Akademik ]
21. Isobe H, Mashima H, Yorimitsu H, Nakamura E. Org. Lett. 2003; 5 (23): 4461-4463. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
22. Kato H, Böttcher C, Hirsch A. Avro. J. Org. Chem. 2007; 2007 (16): 2659-266. [ Google Akademik ]
23. Currie CJ, Poole CD, Gale EAM. Glikoz düşürücü tedavilerin Tip 2 diyabette kanser riski üzerine etkisi. Diabetoloji . 2009; 52 (9): 1766-1777. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
24. Elstrom RL, Bauer DE, Buzzai M, vd. Akt, kanser hücrelerinde aerobik glikolizi uyarır. Kanser Arş. 2004; 64 (11): 3892'de açıklanmaktadır. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
25. Ito H, Duxbury M, Zinner MJ, Ashley SW, Whang EE. Glikoz taşıyıcı-1 gen ekspresyonu pankreas kanseri invazivliği ve MMP-2 aktivitesi ile ilişkilidir. Cerrahi . 2004; 136 (3): 548-556. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
26. Reske SN, Grillenberger KG, Glatting G, et al. Pankreas karsinomunda glukoz taşıyıcı 1'in aşırı ekspresyonu ve artan FDG alımı. J. Nucl. Med. 1997; 38 (9): 1344-1348. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
27. Shimizu T, Okamoto I, Tamura K, vd. Katı tümörlü hastalarda glikoz ile konjuge sitotoksik ajan d-19575'in (glufosfamid) faz I klinik ve farmakokinetik çalışması. Kanser Kemeri. Pharmacol. 2009; 65 (2): 243'te açıklanmaktadır. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
28. Baştürk O, Singh R, Kaygusuz E, et al. Pankreas neoplazisinde GLUT-1 ekspresyonu: patogenez, tanı ve prognozdaki etkileri. Pankreas . 2011; 40 (2): 187–192. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
29. Apte MV, Park S, Phillips PA, vd. Pankreas kanserinde desmoplastik reaksiyon: pankreas yıldız hücrelerinin rolü. Pankreas . 2004; 29 (3): 179-187. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
30. Eşya MJ, Kesishyan V, Hukuk JJ, et al. Bir in vitro 3D PDAC stroma açısından zengin sferoid modelinin oluşturulması. Biyomalzemeler . 2016; 108 : 129-142. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
31. Ene-Obong A, Clear AJ, Watt J, vd. Aktive pankreatik stellat hücreler, pankreatik duktal adenokarsinomun juxtatumoral kompartmanına infiltrasyonlarını azaltmak için CD8 (+) T hücrelerini diziler. Gastroenteroloji . 2013; 145 (5): 1121–1132'de açıklanmaktadır. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
32. Hwang RF, Moore T, Arumugam T, vd. Kanserle ilişkili stromal fibroblastlar pankreatik tümör ilerlemesini destekler. Kanser Arş. 2008; 68 (3): 918–926. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
33. Tang D, Yuan Z, Xue X, vd. Pankreas stellat hücrelerinde yüksek galektin-1 ekspresyonu, pankreas kanserinde immünosüpresif bir mikroçevrenin geliştirilmesinde ve korunmasında rol oynar. Int. J. Cancer . 2012; 130 (10): 2337-2348. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
34. Wilson JS, Pirola RC, Apte MV. Pankreas kanserinde yıldızlar ve şeritler: kanser ilerlemesinde yıldız hücreleri ve stroma rolü. Ön. Physiol. 2014; 5 : 52. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
35. Xu Z, Vonlaufen A, Phillips PA, vd. Pankreas kanseri metastazında pankreas yıldız hücrelerinin rolü. Am. J. Pathol. 2010; 177 (5): 2585-2567. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
36. Olive KP, Jacobetz MA, Davidson CJ, et al. Kirpi sinyallemesinin inhibisyonu, bir fare pankreas kanseri modelinde kemoterapi iletimini arttırır. Bilim . 2009; 324 (5933): 1457-1461. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
37. Bachem MG, Schunemann M, Ramadani M, vd. Pankreas karsinom hücreleri, yıldız hücrelerinin çoğalmasını ve matris sentezini uyararak fibrozu indükler. Gastroenteroloji . 2005; 128 (4): 907–921. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
38. Erkan M, Kleeff J, Reiser C, vd. Periampüller tümörlerde preoperatif akut pankreatit: cerrahi tedavi için çıkarımlar. Sindirim . 2007; 75 (2-3): 165-171. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
39. Miao Y, Xu J, Shen Y ve diğ. Fulleren C'ye spesifik bağlanma üzerine CaMKII sağlam yapısal ve fonksiyonel modülasyonu: İşaret proteini benzeri olarak Nanopartikül ₆₀ nanokristaller. ACS Nano . 2014; 8 (6): 6131-6144. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
40. Brant J, Lecoanet H, Wiesner MR. Sulu sistemlerde fulleren nanopartiküllerinin agregasyon ve birikme özellikleri. J. Nanopart. Res. 2005; 7 (4): 545-553. [ Google Akademik ]
41. Laus S, Sitharaman B, Tóth É, et al. Gadofulleren agregatlarının GdC (60) (OH) (x) ve GdC (60) [C (COOH (2))] (10) sulu çözeltisine tuz ilavesi ile yok edilmesi J. Am. Chem. Soc. 2005; 127 (26): 9368-9369'da açıklanmaktadır. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
42. Sayes CM, Fortner JD, Guo W, vd. Suda çözünür fullerenlerin diferansiyel sitotoksisitesi. Nano Lett. 2004; 4 (10): 1881-1887. [ Google Akademik ]
43. Xiao L Takada, H, Gan Xh Miwa N. suda çözünür fulleren türevi 'Radikal Sünger ^® ' insan deri keratinositleri UVA ışıması ama görünür ışık ile katalize sitotoksisiteye karşı sitoprotektif etki gösterir. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006; 16 (6): 1590–1595. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
44. Yin JJ, Lao F, Fu PP, vd. Reaktif oksijen türlerinin atılması ve fonksiyonelleştirilmiş fulleren materyalleri ile hücre koruma potansiyeli. Biyomalzemeler . 2009; 30 (4): 611-621. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
45. Zhang Q, Yang W, Man N, vd. Fulleren Cı kanser hücrelerinde chemosensitization Otofaji aracılı ₆₀ nanokristal. Otofaji . 2009; 5 (8): 1107–1117. [ PubMed ] [ Google Akademik ] • Fulleren nanokristalleri, otofaji aracılı mekanizma ile kanser hücrelerini yeniden canlandırabilir.
46. Isakovic A, Markovic Z, Todorovic-Markovic B, et al. Bakirenin hidroksillenmiş fullerene karşı belirgin sitotoksik mekanizmaları. Toxıcol. Sci. 2006; 91 (1): 173-183. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
47. Mroz P, Pawlak A, Satti M, vd. Fonksiyonel hale getirilmiş fullerenler kanser hücrelerinin fotodinamik olarak öldürülmesine aracılık eder: Tip I ve Tip II fotokimyasal mekanizmaya karşı. Ücretsiz Biol. Med. 2007; 43 (5): 711-719. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
48. Sharma SK, Chiang LY, Hamblin MR. Fullerenlerle in vivo fotodinamik tedavi : gerçeklik mi yoksa rüya mı? Nanotıp (Lond.) 2011; 6 (10): 1813-1825. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
49. Yang MQ, Zhang N, Xu YJ. Fullerene- karbon nanotube- sentezi ve grafin-TiO ₂ seçici oksidasyonu için nanokompozit fotokatalizörlerin: Karşılaştırmalı bir çalışma. ACS Uygulaması Mater. Arabirimler . 2013; 5 (3): 1156-1164. [ PubMed ] [ Google Akademik ]

***maturidi*** · 21 December 2019, 08:02

Fonksiyonel hale getirilmiş fullerenler kanser hücrelerinin fotodinamik öldürülmesine aracılık eder: Tip I ve Tip II fotokimyasal mekanizmaya karşı

Pawel Mroz , ^1,²Anna Pawlak , ³Minahil Satti , ^1,⁴Haeryeon Lee , ⁵Tim Wharton , ⁵Hariprasad Gali , ⁵Tadeusz Sarna , ³ ve Michael R. Hamblin ^1,^2,^6,^*
Yazar bilgileri Telif Hakkı ve Lisans bilgileri Yasal Uyarı
Yayıncının bu makalenin son düzenlenmiş sürümünü Free Radic Biol Med'de bulabilirsiniz.
PMC'de yayınlanan makaleye atıfta bulunan diğer makalelere bakın.
Şuraya git: soyut

Fotodinamik terapi (PDT), reaktif oksijen türleri (ROS) üretmek ve hücreleri öldürmek için toksik olmayan fotosensitizörlerin (PS) ve zararsız görünür ışığın kombinasyonunu kullanır. Klinik olarak incelenen PS'lerin çoğu porfirinlerin, klorların ve ilgili moleküllerin tetrapyrol yapısı üzerine kuruludur, ancak yeni tetrarolrol olmayan PS aranmaktadır. Fullerenler, altmış veya yetmiş karbon atomundan oluşan futbol topu şeklindeki moleküllerdir ve nanoteknolojinin biyomedikal uygulamalarının araştırılması ile ilgili olarak ilgi çekmiştir. Fullerenler, fonksiyonel gruplarla türevlendirilmedikçe biyolojik olarak inerttirler, bunun üzerine çözünür hale gelirler ve PS gibi davranabilirler. Altı işlevselleştirilmiş fullerenin fotodinamik aktivitesini 1, 2 veya 3 hidrofilik veya 1, 2 veya 3 katyonik grup ile karşılaştırdık. Oktanol-su ayrılma katsayıları belirlenmiş ve Tip I fotokimyasının (NADH varlığında süperoksit fotojenerasyonu) ve Tip II fotokimyasının (singlet oksijenin fotojenerasyonu) nispi katkıları oksijen tüketimi, 1270-nm lüminesans ve EPR ölçümü ile araştırılmıştır. süperoksit ürününün sıkma kapaması. Üç fare kanseri hücre dizisini inceledik: (J774, LLC ve CT26) 24 saat boyunca fullerenler ile inkübe edildi ve beyaz ışıkla aydınlatıldı. PS olarak etkililik sırası, hem nötral hem de katyonik seriler için fulleren çekirdeğinin ikame derecesi ile ters orantılıydı. Mono-pirolidinyum fulleren, tüm hücre hatlarına karşı en aktif PS idi ve aydınlatmadan 4-6 saat sonra uyarılmış apoptoz. Diklodihidrofloresans, bir ROS sondası olarak fototoksisite için bir Tip I mekanizmasını önerdiğinde eklendiğinde yaygın hücre içi floresan üretti. Bazı fonksiyonelleştirilmiş fullerenlerin yeni PDT ajanları olarak potansiyele sahip olduğu ve fototoksisiteye hem süperoksit hem de tekli oksijen aracılık edebileceği sonucuna vardık.

Anahtar Kelimeler: nanoteknoloji, yapı-fonksiyon ilişkisi, apoptoz, singlet oksijen, süperoksit, fototoksisite, oktanol-su dağılım katsayısı, fotokimyasal mekanizma

GİRİŞ
Fullerenler (aslen buckminsterfullerenler) yeni bir karbon molekülü sınıfıdır; ilk örnek 1985'te keşfedildi [ 1 ] ve bir futbol topu yapısında düzenlenmiş altmış karbon atomundan oluşuyor. Bileşik içinde mevcut olan yoğunlaştırılmış aromatik halkalar, geniş bir π-konjüge moleküler orbital sistemine ve dolayısıyla görünür ışığın önemli ölçüde emilmesine yol açar. Son yıllarda fullerenlerin (ve nanoteknoloji devriminde üretilen diğer nanoyapıların) olası biyolojik aktivitelerini tıpta kullanmak amacıyla incelemek büyük ilgi gördü [ 2]. Değiştirilmemiş fullerenlerle uğraşırken önemli bir konu, biyolojik değerlendirme için polar veya biyolojik olarak uyumlu çözücülerde mutlak çözünürlük eksikliğidir. Bu nedenle, fullerenlerin çözünürlük ve çok yönlülük elde edecek şekilde kimyasal olarak modifiye edilmeleri veya işlevselleştirilmeleri gerekir [ 3 ].

Yukarıda değinilen görünür ışığın soğurulması, uzun ömürlü bir üçlü duruma verimli bir sistemler arası geçiş ile bir araya getirildiğinde, fullerenlerin ışığa duyarlı hale getiriciler (PS) olarak işlev görmelerine olanak verir. Fotodinamik tedavi (PDT) için kullanılan çoğu PS tetrarolrol omurgasına sahiptir ve şu anda kanser terapisinde [ 4 ], oftalmoloji [ 5 ] ve dermatolojide [ 6 ] tıbbi olarak onaylanmış uygulamalar için kullanılmaktadır . Geleneksel tetrapyrol PS'de tanımlanan süreçlere benzer bir şekilde, oksijen varlığında organik çözücüler içinde çözünmüş fullerenlerin aydınlatılması [ 7 ], fullerenin uyarılmış üçlü durumundan enerji transferi yoluyla yüksek derecede reaktif tekli oksijen üretimine yol açar [ 8]. Son raporlar, aydınlatma, reaktif azaltılmış oksijen türleri kutupsal çözücüler içerisinde, özellikle indirgeyici maddeler ihtiva eden (konsantrasyonlarda NADH olarak hücrelerinde bulunan) göstermiştir, süperoksit anyon (O ₂^{• -} ) ve bir hidroksil kökünü [ 9 , 10 ] . Bu iki yol tetterarol bazlı PS ile PDT'de sıklıkla tartışılan Tip II ve Tip I fotokimyasal mekanizmalara benzerdir [ 11 , 12 ].

Bozulmamış C de dahil olmak üzere çeşitli fulerenler ₆₀ olarak fonksiyonel hale getirilmiş türevleri, daha önce gelen nitro PDT reaksiyonları yürütmek için kullanılmıştır: DNA iplikçikleri yarılması [ 13 ], virüslerin photoinactivation [ 14 ], mikrozomal lipid oksidatif hasar üretimi membranlar [ 15 ], memeli kültürünün PDT'nin doku kültüründe öldürülmesi [ 16 ] ve hatta bir fare tümör modelinde PDT sonrası gerilemelerin bir raporu [ 17 ].

Yakın zamanda Gram-pozitif, Gram-negatif bakterilerin ve mantarların fotoinaktivasyonuna aracılık etmek için iki dizi fonksiyonelleştirilmiş fullerenin göreceli kabiliyetini bildirdik [ 18 ]. Üç bileşikten oluşan bir dizi, 1, 2 veya 3 polar diserinol grubuna ( BF1-BF3 ) ve ikinci üç bileşikten oluşan dizi, 1, 2 veya 3 kuaterner pirolidinyum grubuna ( BF4-BF6 ) sahipti . Nötr bileşikler BF1-BF3 , Gram-pozitif bakteri Staphylococcus aureus'a ( BF3 > BF2 > BF1 ) karşı PS olarak orta derecede etkilidir , ancak Gram-negatif bakteri ve mantarlara karşı etkinlik göstermemiştir. Bunun aksine katyonik bileşikler BF4 – BF6Gram-pozitif ve Gram-negatif bakteriyel türlere ve Candida albicans'a karşı PS olarak etkilidir, etkililik sırası BF6 > BF5 > BF4'tür .

Şimdi fulleren aracılı PDT'yi in vivo olarak murin tümörlerine karşı hazırlık aşaması olarak bu altı bileşiğin PDT aktivitelerini bir dizi fare kanseri hücresine karşı rapor ediyoruz. Ayrıca, bu bileşiklerin ikisinin ( BF4 ve BF6 ) fotokimyasal mekanizmasını, ışıklandırma altında göreceli tekil oksijen ve O ₂^• üretimi açısından inceledik .

MALZEMELER VE YÖNTEMLER
Fonksiyonel fullerenlerin sentezi

BF1-3 ve BF4-6'nın sentezi ve moleküler karakterizasyonu daha önce detaylı olarak tarif edilmiştir [ 18 ]. Bileşikler , karanlıkta oda sıcaklığında DMSO içerisinde 5-mM ( BF4 , az çözünür olduğu için stok çözelti konsantrasyonu, 2.5-mM) çözeltiler halinde saklandı . Bileşiklerin UV-görünür emme spektrumları, bir HP8453 diyot dizisi spektrofotometresi (Agilent Technologies Inc, Santa Clara, CA) kullanılarak 10 uM'lik bir konsantrasyonda 1: 9 DMSO: su içerisinde kaydedildi. Oktanol Tayini: BF1 – BF6'nın su dağılım katsayılarıaşağıdaki gibi gerçekleştirilmiştir. Her fulleren, 20 mL'lik bir cam sintilasyon şişesinde minimum miktarda DMSO içerisinde çözündürüldü. Daha sonra her çözeltiye 10 mL deiyonize su ve 10 mL 1-oktanol ilave edildi ve oda sıcaklığında 2 dakika kuvvetlice çalkalandı. Daha sonra şişelerin gece boyunca oturmasına izin verildi. İki faz ayrıldı ve her fazın UV spektrumu kaydedildi. Her bir fullerenin dağılım katsayısı, sulu fazların ve organik fazların 330 nm'de absorbansı kullanılarak belirlenmiştir.

Hücre çizgileri ve kültür koşulları
Bir faregiller kanseri hücre dizisi paneli: AT7'den (Manassas, VA) J774 retikulum sarkom [ 19 ], Lewis akciğer karsinomu (LLC) [ 20 ] ve kolon adenokarsinomu (CT26) [ 21 ] elde edildi. Hücreler L-glutamin ve NaHCO ile RPMI ortamında kültürlenmiştir ₃ %, ısı with10 takviye fetal sığır serumu, penisilin (100 U / ml) ve streptomisin (100 ug / mL) (Sigma, St. Louis, MO), 37 ° C 'de inaktive CO,% 5 ₂ 75 cm nemlendirilmiş bir atmosfer ² şişelerinde (Falcon, Invitrogen, Carlsbad, CA).

Işık kaynağı
Hücrelerin aydınlatılması için, 150 ışınımla 4 cm çapında düzgün bir nokta verecek şekilde ayarlanmış bir bant geçiren filtre (400-700 nm) içeren bir ışık kılavuzu ile donatılmış beyaz bir ışık kaynağı (Lumacare, Newport Beach, CA) kullandık. mW / cm ² (201 Standart kafa, tutarlı Santa Clara, CA model DMM 199), bir güç ölçer ile ölçülmüştür.

Fototoksisite deneyi
Hücreler% 80 birleşmeye ulaştığında, PBS ile yıkandı ve 2 mL% 0.25 tripsin-EDTA çözeltisi (Sigma) ile toplandı. Hücreler daha sonra santrifüjlendi ve canlılığı sağlamak için tripan mavisi içinde sayıldı ve düz tabanlı 96 oyuklu plakalarda (Fisher Sci, Pittsburgh, PA) 5000 / oyuk yoğunlukta plakalandı. Hücrelerin 24 saat takılmasına izin verildi. Ertesi gün, fullerenlerin seyreltmeleri, tam RPMI ortamında hazırlandı ve tarif edildiği gibi 24 saat inkübasyon için 2 uM konsantrasyonda hücrelere ilave edildi. Işıklandırma sistemi (150 mW / cm fulleren çözelti aydınlatma önce çıkarılır ve taze tam ortam, gerektiğinde değiştirildi ve ² beyaz ışık, 1-80 J / cm ²) gerçekleştirdi. Işık noktası, bir deney grubu olarak kabul edilen 9 kuyuyu kapsıyordu. Bir gruptaki tüm kuyucuklar aynı anda aydınlatıldı. Mutlak kontrol, DMSO kontrolü ve ışık kontrol grupları alındı; hiçbir şey, sırasıyla DMSO (% 0.0032) ve ışık (maksimum akıcılık). PDT tedavisinin ardından hücreler gece boyunca inkübatöre geri verildi ve fototoksisite, bir mikroplaka spektrofotometre (Spectra Max 340 PC, Molecular Devices, Sunnyvale, CA) kullanılarak 560 nm'de okunan 4 saatlik bir MTT analizi kullanılarak ölçüldü. Her deney 2-4 kez tekrarlandı.

Apoptoz deneyi
Fulleren aracılı PDT ile apoptozun indüksiyonu, bir kaspaz floresan substratı olan Ac-DEVD-AFC kullanılarak bir floresan deneyi ile ölçülmüştür [ 22 ]. Sonuçlar numunedeki protein içeriğine normalize edildi. Kısaca hücreler, hücrelerin% 80 öldürmek için yeterli PDT ile muamele edilmiştir (5 J / cm ² J774 için, 20 J / cm ² LLC ve 80 J / cm ² CT26 için). Aşağıdaki PDT numuneleri 1, 2, 4, 6, 12 ve 24 saatte toplandı ve santrifüjlendi. Pelet 100 uL liziz tamponunda yeniden süspanse edildi [ 23] proteaz inhibitörü içeren ve 3-4 döngü dondurma ve çözme işlemine tabi tutulur. Daha sonra her numuneden 50 μL ayrı oyuklara aktarıldı ve Ac-DEVD-AFC (son konsantrasyon 50 μM) ile birlikte 50 μL 2X reaksiyon tamponu ilave edildi. Örnekler karanlıkta 1 saat süreyle 37 ° C'de inkübe edildi ve floresan ölçüldü (uyarma 400 nm, emisyon 505 nm). Numune başına protein, bikinkoninik asit protein deneyi ile ölçülmüştür [ 24 ].

Hücre İçi ROS
J 774 hücreleri, 5 uM ile inkübe edilmiştir BF4 24 saat karıştırılmış ve 5 ug / ml 5- sonraki gün (ve-6) -klorometil-2'-7'-dichlorodihydrofluoresceine diasetat, (CM-H ₂ DCFDA, Molecular Probes, tam bir ortamda Invitrogen), 37 ° C'de ilave edildi ve 30 dakika süre ile inkübe edildi, sonra hücreler PBS ile 5 J / cm ile yıkanmış ²405nm lazer ışığı (Nichia Corp, Detroit, MI) teslim edildi. Beş ila 10 dakika sonra 488 nm argon lazerin uyarılması ve 530 nm +/− 10 nm bant geçiren filtre ve 63X 1.20 su ile emisyon ile Leica DMR konfokal lazer floresan mikroskopu (Leica Mikroskopie und Systeme GmbH, Wetzler, Almanya) 1024 × 1024 piksel çözünürlükte hücreleri görüntülemek için daldırma lens kullanıldı. Görüntüler TCS NT yazılımı kullanılarak alındı (Sürüm 1.6.551, Leica Lasertechnik, Heidelberg, Almanya)

Fotofiziksel çalışmalar
Riboflavin, dimetil sülfoksit (DMSO), histidin, sodyum azid, 5,5-dimetil-1-pirrolin-N-oksit (DMPO), nikotinamid adenin dinükleotid (NADH), döterlenmiş metanol (CH ₃ OD) döterize edilmiş su (D2O) Sigma-Aldrich'ten. Vakumla damıtma ile saflaştırılan DMPO haricinde tüm kimyasallar tedarik edildi. Spin probu, 4-protio-3-karbamoil-2,2,5,5,-tetraperdeuterometil-3-pirolin-1-iloksi (mHCTPO), Profesör HJ Halpern'den (University of Chicago, IL) bir armağandı.

Işınlanmış örneklerde fotoya bağlı oksijen alım kinetikleri ESR oksimetresi ile ölçüldü [ 25 , 26 ]. Su ve fullerenler içeren DMSO (1: 3; v / v) ve nitroksit spin probu olarak 0.1 mM mHCTPO karışımındaki bir numune, rezonant boşlukta düz bir kuvars hücresine (0.25 mm) yerleştirildi ve beyaz ışıkla aydınlatıldı (390-700 nm), filtrelerin bir kombinasyonu ile donatılmış 300 W yüksek basınçlı ksenon lambadan (Perkin-Elmer, Fremont, CA). Örneklere, 5mM sodyum azid içeren ve içermeyen 1mM NADH veya 2mM histidin, oksijenin foto tüketimi üzerindeki etkilerini belirlemek için ilave edildi. Enstrüman ayarları: mikrodalga gücü - 1mW; modülasyon genliği - 0.1G; süpürme - 4G; zaman sabiti - 20.48ms

O ₂^{• -} oluşumu daha önce tarif edildiği gibi tespit edildi [ 25 ]. Süperoksit anyonunun saptanması için bir spin tuzağı olarak DMPO spin probu (0.1M) kullanılmıştır [ 27 , 28 ]. 0.25 mm'lik bir kuvars hücredeki numune, yukarıda tarif edildiği gibi rezonant boşluk içinde aydınlatıldı.

1270 nm'de tekli oksijen fosforesansı, azot soğutmalı germanyum detektörü (Model EO-817, North Coast Scientific Corp, Santa Rosa, CA) ile izlendi. İncelenen örneğin foto-uyarılması, bir optik parametrik osilatör (Opotek, Carlsbad, CA) ile donatılmış bir Q-anahtarlı Nd: YAG lazerinden (Continuum Surelite II, Santa Clara, CA) 5 ns 355 nm lazer atımı ile indüklenmiştir. (CH döterlenmiş PBS (PD ~ 6.9) içerisinde ya da dötoryumlanmış metanol içinde Örnek ₃ OD) 449 nm dalga boyuna sahip uyarılmıştır. Singlet oksijen nesil kuantum verimleri standart olarak riboflavin kullanılarak belirlenmiştir (Φ _rbfl metanol içerisinde C = 0.51, [ 29 ]; Φ _rbfl PBS = 0.49; [ 30 ].

SONUÇLAR
Fonksiyonelleştirilmiş fullerenler
Bu altı fulleren bileşiğinin sentezi, saflaştırılması ve karakterizasyonu ( BF1 - BF6'nın moleküler yapıları için bakınız Şekil 1 ) daha önce detaylı olarak tarif edilmiştir [ 18 ]. Altı bileşiğin görünür absorpsiyon spektrumları Şekil İC ve İD'de gösterilmektedir . PDT'nin ilgi alanında (yani görünür ışık, 400-600-nm), mono-ikame edilmiş bileşikler ( BF1 ve BF4)) en yüksek absorpsiyona sahip olup bunu bis ve tris ikameli analogları izler. Bu raporda, kanser hücrelerinin PDT öldürülmesine aracılık etmek için aynı bileşik serilerinin kullanımını inceledik. Memeli hücreleri durumunda, hücre alım mekanizmalarının, bakteri ve mantar gibi mikrobiyal hücreler durumunda uygulananlardan farklı olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle, küçük moleküllerin kanser hücrelerine, oktanol-su ayrılma katsayısına P girmesini yöneten önemli fiziko-kimyasal parametrelerden birini ölçtük [ 31 ]. Küçük ilaca aday moleküllerin lipofilik veya hidrofobikliğinin ne çok büyük ne de çok küçük olması gerektiği iyi bilinmektedir [ 32 , 33 ]. Sonuçlar Tablo 1'de verilmiştir.burada monocationic görülebilir BF4 (2.15 logP) belirgin hidrofobiktir. Bu katyonik türevlerin hidrofilik karakteri, artan katyonik fonksiyonel gruplarla ( BF4-BF6 ) keskin bir şekilde artar . Şaşırtıcı bir şekilde, serinol türevleri ( BF1-BF3 ) belirgin bir şekilde hidrofiliktir (log P değerleri −1.11 ila −1.61) ve hidrofilite artan sayıda serinol grubu ile marjinal olarak azalır .

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nihms28517f1.jpg

Şekil 1
(A) BF1 – BF3 , (B) BF4 – BF6 yapıları . DMSO: su 1: 9'da (C) BF1 – BF3 ve (D) BF4 – BF6'nın UV-görünür absorpsiyon spektrumları . tablo 1

BF1-BF6'nın oktanol-su bölme sabitleri (P _ow ).

P _ow	0.025	0.032	0.078	140,80	1.28	0,37
LogP _ow	- 1.61	- 1.49	- 1.11	2.15	0.11	- 0.43

Fare kanseri hücrelerinde fototoksisite
Altı fullereni PS olarak bir fare kanseri hücresi paneline karşı test etmeyi seçtik. Fullerenler tam bir ortamda 24 saat hücre ile inkübe edildi, ardından geniş bant beyaz ışıklı taze ortamda bir yıkama ve aydınlatma takip edildi. Ön deneyler, altı saate kadar daha kısa kuluçka sürelerinin, 24 saatlik kuluçkadan sonra bulunandan çok daha az PDT kaynaklı öldürme verdiğini göstermiştir. Şekil 2A , LLC akciğer kanseri hücreleri üzerindeki 6 fullerenin akıcılığa bağlı mitokondriyal aktivitesini göstermektedir. Mono katyonik bileşik BF4 , en etkili olanıydı , bunu bis-katyonik BF5 ve ardından tris-katyonik BF6 izledi . Üç nötr fulleren BF1 – BF3karşılık gelen katyonik türlerden çok daha az aktivite gösterdi ve sadece bis serin diol bileşiği BF2'nin bir PS olarak ölçülebilir bir etkisi vardı.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nihms28517f2a.jpg

Ayrı bir pencerede aç
şekil 2
(A) LLC'nin hayatta kalma eğrileri; (B) J774; ve (C) CT26 hücreleri, 2 uM BF1-BF6 ile 24 saat inkübasyondan sonra yıkama ve beyaz ışıkla aydınlatma sonrasında. 24 saatlik inkübasyondan sonra bir MTT deneyi gerçekleştirildi. Değerler 9 ayrı kuyucuk, çubuk SD'dir. Deneyler en az iki kez tekrarlandı.

Şekil 2B , doku kültüründe makrofajların özelliklerine sahip olan J774 retikulum sarkom hücre dizisinin PDT öldürülmesini gösterir. BF4 yine en aktif bileşikti ve elde edilen öldürme LLC hücrelerinde bulunana benzerdi, ancak beş kat daha düşük akıcılık gerekiyordu . Diğer tüm beş fulleren göre çok daha az bir aktiviteye sahip BF4 yalnızca BF6 ve daha az bir ölçüde BF5 ve BF2 herhangi bir tespit edilebilir bir aktivite arzetmiştir. Şekil 2Ctest edilen üçüncü fare kanseri hücre dizisi, kolon adenokarsinom CT26 PDT öldürme sonuçlarını gösterir. Bu durumda BF4'ün aktivitesi hala 6 bileşiğin en aktif olanıydı, ancak LLC ve J774 hücrelerinin öldürme miktarına kıyasla potensde çok azaldı. BF5 ve BF6 , CT26'ya karşı giderek daha az aktivite gösterdi ve üç serin-diol bileşiği BF1-BF3 tamamen inaktifti.

Apoptoz
Kanser hücrelerinin in vitro PDT öldürülmesinde kullanılan birçok PS'nin apoptozu veya programlanmış hücre ölümünü indüklediği gösterilmiştir [ 34 ]. Bu çalışmada maksimum apoptoz süresini belirlemek için efektör kaspazların bir floresan substratı kullanılmıştır. Bu önemlidir, çünkü apoptoz dinamik bir süreçtir ve sadece bir veya iki zaman noktasındaki analizler, kullanılan zaman noktalarından daha önce veya daha sonra meydana gelmişse apoptozun çoğunu kaçırabilir. Şekil 3, Şekil 2 uM ile inkübe edildikten sonra, CT26 hücrelerinde apoptoz zaman süreci BF4 ya da BF6 80 J / cm ve aydınlatma ² ışık. Bu, BF4 için yaklaşık% 80 veBF6 , 24 saat sonra bir MTT testi ile değerlendirildiği üzere hücrelerin yaklaşık% 60'ını öldürür. Her iki fulleren için de görülebileceği gibi, aydınlatmadan 2 saat önce ışık sonrası 4-6 saatte maksimuma ulaşan ve daha sonra 12 ve 24 saatte azalan kaspaz aktivitesinde bir artış olmuştur. Kaspaz aktivasyonunun nispi miktarları, iki fullerenin hücrelerin öldürülmesindeki nispi verimlilikleri ile korelasyon gösterdi.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nihms28517f3.jpg

Figür 3
BF4 -PDT (% 80 ölümcül doz) veya BF6- PDT% 60 ölümcül doz alan CT26 hücrelerinde bir floresan kaspaz deneyi ile ölçülen apoptozun zaman akışı.

Hücre içi reaktif oksijen türleri
Bu reaktif hücre içi prob CM-H kullanılan ₂ ROS (özellikle hidrojen peroksit) fulleren ile inkübe edildi ve aydınlatılmış olan hücrelerinde üretildi olmadığını belirlemek için DCFDA. Sensörünün kendisi ışık emer ve kendi kendine oksidasyon ve / veya photobleaching tabi olduğundan, biz özlüyor hem CM-H bir 405-nm lazer kullanılan ₂ DCFDA ve DCF emme bantları, fulleren uyarmak üzere. Şekil 4, Şekil H ya ile inkübe edilmiş ışıklı J 774 hücrelerinde floresan mikrografları, ₂ Fulleren (panel A) ya da olmayan DCFDA probu BF424 saat boyunca sonda (sonda B). Her iki fulleren vardı ve sonda hücreleri, H gibi bir yayılabilir türler ile tutarlı eşit hücreleri boyunca dağıtılan floresan büyük bir artış göstermiştir ise sadece tek başına sonda ile hücrelerde görünür yeşil floresan iz var ₂ O ₂ ile imal edilmiş aydınlatma sırasında.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nihms28517f4.jpg

Şekil 4
Hücre içi ROS ile inkübe edilmiş J 774 hücrelerinin floresan mikrografları H sonda ₂ 5 J / cm ile aydınlatılmış DCFDA, ² 405 nm lazer ve 5 dakika sonra görüntülenmiştir. (A), H ₂ DCFDA Fulleren olmadan; (B) ' BF4 24 saat + H için ₂ DCFDA. Ölçek çubuğu 100 μum'dur.

Fotokimyasal çalışmalar
Giriş bölümünde belirtildiği gibi, fullerenlerin süperoksit anyonunun yanı sıra tekli oksijen yerine, özellikle indirgeyici ajanlar varlığında sulu çözücüler içinde aydınlatıldığında raporlar ürettiği bildirilmiştir [ 10 ]. Öncelikle Tip I mekanizmaları (süperoksit) veya Tip 2 mekanizmaları (tekli oksijen) tarafından işletilen kanser hücrelerinin PDT öldürülmesine aracılık etmek için kullandığımız yapıların ve bunların ikisinin bir karışımı olup olmadığını ve oldukça etkili bir fulleren ( BF4 ) ve orta derecede etkili bir fulleren ( BF6 )?

Tekli oksijen oluşumu, uyarılmış tekli oksijen molekülü, yer durumu üçlü molekülüne gevşediğinde salınan 1270-lüminesansın [ 35 ] zamanla çözülmüş çürümesinin ölçülmesi ile ölçülmüştür . Şekil 5A, Şekil organik bir çözücü (CH bu ₃ OD), her iki BF4 ve BF6 riboflavin elde edilen eğri biraz daha büyük iken, çok benzer parlaklık bozulma eğrileri verdi. Çözücü, bir sulu tampon maddesi ile değiştirilmiştir zaman, bir tekli oksijen bozulma eğrisi BF4 eğrilerinin ise neredeyse yok BF6 ve riboflavin hemen hemen değişmeden (kalmıştır Şekil 5B). Gözlenen çürüme eğrilerinin oksijene bağlı olduğunu ve bu nedenle tekli oksijenin oluşumunu ve çürümesini yansıttığını doğrulamak için deneyi , nitrojen ile doyurulmuş sulu tampon içinde BF6 ile tekrarladık ve lüminesans, Şekil 5C'de gösterildiği gibi kayboldu . Tablo 2, Şekil dan (riboflavin referansla) hesaplandı tekli oksijen kuantum verimleri BF4 ve BF6 havada D zincirinin doymuş ₂ O ya da CH ₃ OD, ve O ₂ , doymuş D ₂ Ç değeri BF6 bundan daha büyük yaklaşık% 50 oldu havada bulundu.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nihms28517f5.jpg

Şekil 5
BF4 (49 μM) , BF6 (52 μM) veya riboflavin (RBFL, 17 μM) üretilen tekli oksijenden 1270-nm lüminesans zaman bozunma eğrileri, 5-ns 449-nm lazer darbesi ile uyarıldı. (A) döteryumlanmış metanol; (B) döteryumlanmış PBS; (C) havadaki veya azottaki BF6'yı karşılaştırın . Tablo 2

Tekli oksijen üretiminin kuantum verimi (λ _ex 449nm).

BF4	ND	ND	0.271 ± 0.015
BF6	0.251 ± 0.018	0.349 ± 0.018	0.266 ± 0.015

ND = tespit edilemez.

Fullerenler aydınlatıldığında süperoksit anyon üretimini ölçmek için spin-trap ESR ölçümleri kullanıldı. NADH, Tip I mekanizmanın çalışmasını teşvik etmek için indirgeyici ajan olarak kullanılırken histidin, tekli oksijenle reaksiyona girmek ve Tip II mekanizmayı teşvik etmek için kullanıldı. Şekil 6A, her ikisi de bu gösterir BF4 ve BF6 ile NADH varlığında süperoksit büyük miktarlarda üretilen BF6 daha süperoksit veren BF4 . Süperoksit üretimi, histidin varlığında keskin bir şekilde daha düşüktü (en az on kez). Yine BF6 , BF4'ten biraz daha fazla süperoksit verdi .

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosya. Nesne adı nihms28517f6.jpg

Ayrı bir pencerede aç
Şekil 6
(A) 1: 3 H'de 1 mM NADH veya 2 mM histidin varlığında süperoksit spesifik spin tuzağı (DMPO-OOH) ve BF4 veya BF6'dan (35 μM) ESR sinyalinde aydınlatma süresi (geniş bant beyaz ışık) ile artış ₂₀ O: DMSO.

(B) oksijen tüketim oranları BF4 ya da BF6 1 mM NADH veya veya 1 5-mM sodyum azid olmayan, 2 mM histidin (35 uM): 3H- ₂ O: DMSO ESR oksimetre ile belirlenir.

% 75 DMSO içinde aydınlatıldığında bu iki fullerenin toplam oksijen tüketimi, NADH veya histidin varlığında ölçüldü ve ilave edilen sodyum azitin söndürme etkisi de incelendi ( Şekil 6B ). NADH varlığında aydınlatılan BF6 , en yüksek toplam oksijen tüketimini verdi ve tekli oksijen söndürücü olarak azit eklendiğinde yaklaşık% 60 azaltıldı. NADH varlığında BF4 , BF6'nın oksijen tüketiminin yarısından azını verdi ve azid ilavesi üzerine neredeyse% 75 azaltıldı. Tüm BF6 histidin varlığında aydınlatılmış, oksijen tüketimi az yaklaşık olarak% 25 idi BF6NADH varlığında, ancak nispi azid söndürme çok daha büyüktü, yaklaşık% 90. Histidin varlığında BF4'ün aydınlatılması, histidin ile BF6'dan daha az oksijen tüketimi ve NADH varlığında BF4 ile hemen hemen aynıdır . Azid ile söndürme yaklaşık% 80 idi.

TARTIŞMA

Fullerenler nanoteknolojinin biyolojik ve terapötik uygulamalarının araştırılmasında yarışmacı olarak önemli bir rol oynamıştır [ 3 , 36 ]. C _60'da bulunan genişletilmiş elektron-konjügasyon sistemi , molekülün görünür ışığı emmesini sağlar ve ilk uyarılmış singlet durumu, uyarılmış üçlü duruma kolayca sistemlerarası geçişe uğrayabilir. Ardından fulleren üçlüsü izleyen fotokimyasal yol, büyük ölçüde çevresel sübstitüentlere, çözünür ise çözücüye [ 10 ] ve herhangi bir fulleren partikülünün veya agregatının supramoleküler bileşimine [ 37) bağlıdır.]. Fulleren üçlüsü, fulleren radikal anyonunun oluşumu ile NADH gibi biyolojik indirgeyiciler tarafından nispeten kolayca azaltılabilir ve daha sonra süperoksit radikal anyon üretimi ile moleküler oksijene elektron transferi gerçekleşebilir [ 38 ]. Uyarılmış durumdaki fullerenlerin, karşılık gelen zemin durumundaki fulleren moleküllerinden daha kolay azaltıldığı öne sürülmüştür [ 39 ].

Bu raporda, Cı göstermiştir ₆₀ molekülü, tek pirolidinyum grubu ile son derece randımanlı bir PS mono-ikame edilir ve beyaz ışığa mütevazı maruz 2 uM düşük konsantrasyonda fare kanser hücreleri bir panelin öldürme aracılık edebilir. İlk kez, fotoaktif fullerenlerin, ROS oluşumu için bir hücre içi probun floresanındaki artış ölçülerek hücrelere alındığına dair dolaylı kanıt sağladık. Bu fulleren türevlerinin tamamen kendinden flüoresan eksikliği, geleneksel konfokal flüoresan mikroskopi deneylerini ve hücre peletlerinden flüoresan ekstraksiyonunu gerçekleştirmeyi imkansız hale getirir. Fullerenlerin ortamdan sonra hücrelerin PDT öldürülmesine aracılık etmesi değişti ve C ₆₀hücrelerin etrafında çıkarılmış kesinlikle bileşikler hücreler tarafından alınır, ancak H kullanımı olduğunu ima ₂ DCFDA daha doğrudan bir kanıt sağlar. H özelliği ile ilgili literatür ₂ ROS için DCFDA floresan bir artışa neden olur ana tür H düşündürmektedir ₂ O ₂ dolaylı tekli oksijen oluşturulabilir organik peroksitler ve peroksil radikalleri, ancak direkt olarak artan flüoresans neden olmayan ve tekli oksijen rol oynayabilir [ 40 ]. Bu üretmek için, ışıklı fulleren maruz üretilen süperoksit ya kendiliğinden süperoksit dismutaz, ya da katalize dismutasyon varsayılmaktadır, H ₂ O _2.

Yine ilk kez CT26 hücrelerinde aydınlatmadan 4-6 saat sonra fulleren-PDT ile apoptoz indüksiyonunu gösterdik. Bu, şaşırtıcı bir bulgu değildir çünkü in vitro PDT'den sonra Photofrin [ 41 ], benzoporfirin türevi [ 42 ] ve ftalosiyanin Pc4 [ 43 ] gibi geleneksel PS ile ortaya çıkan birçok apoptoz raporu olmuştur . Aydınlatma sonrası apoptozun nispeten hızlı indüksiyonu, fullerenlerin mitokondri gibi hücre altı organellerde lokalize olduğunu düşündürebilir, çünkü lizozomlarda lokalize olan PS mitokondriyal PS'den daha sonraki zaman noktalarında apoptoz üretme eğilimindedir [ 44 ].

Önemli üstünlük BF4 test edilen diğer fazla BFS daha fazla hidrofobik PS olduğu bazı yapı-fonksiyon ilişkisi çalışmalarda tespit edilmiştir 2 üzerinde kendi logP-değerleri ile gösterildiği gibi, muhtemelen nispi hidrofobiklik ile bağlantılıdır (kadar belirli bir limite çözünmezlik ve kümelenme problem haline geldiğinde) hücre öldürme üretiminde o kadar etkilidir [ 45 ]. Bu ilişkinin nedeninin, daha yüksek bir hücre alımının ve mitokondri gibi hücre içi membran organellerinde daha fazla lokalizasyonun bir kombinasyonu olduğu düşünülmektedir. BF4'ün sahip olduğu tek katyonik yüklipofilik monokasyonlar mitokondride oldukça spesifik olarak lokalize olduğundan göreceli fototoksisitesinin belirlenmesinde de önemli bir rol oynayacaktır [ 46 ] [ 47 ].

Fotokimyasal mekanizma çalışmaları, deneyin kesin koşullarına bağlı olarak, aydınlatılmış fullerenlerin hem süperoksit hem de tekli oksijen üretebileceğini doğrulamıştır. Daha hidrofobik BF4'ün tekli oksijen üretimi , çözücü bileşiğin agregasyonu nedeniyle organikten suya değiştiğinde neredeyse sıfıra düşerken, daha polar BF6 tamamen çözelti içinde kaldı. Spesifik spin yakalama ile ölçülen süperoksit üretimi, bir indirgeme ajanı (NADH) varlığında tekli bir oksijen tuzağı (histidin) varlığından çok daha yüksekti. Her iki durumda da BF6 daha süperoksit verdi BF4ve fark NADH varlığında anlamlıydı. NADH'nin hem süperoksit üretimi için bir elektron kaynağı hem de tekli oksijen için bir substrat olarak hareket ettiği unutulmamalıdır [ 48 ] ve azid, tekli oksijen için spesifik bir söndürücü olarak düşünülmektedir [ 49 ]. Her iki oksijen tüketiminin azaltılması olması BF4 ve BF6 hemen hemen tamamen bir elektron donörü yokluğunda ve bir singlet oksijenin mevcudiyetinde mekanizması substrat olduğu histidin teyit mevcudiyetinde azid ile inhibe edilmiştir hemen hemen tüm Tip II her iki fullerenler. Ancak azit ile oksijen tüketimi nispi azalma çok daha azdır NADH, orantılı olarak daha düşük BF6 için daha BF4oksijen 40 ile yaklaşık% süperoksit içine transforme edilir ve genel olarak üretim için daha yüksek olduğunu göstermektedir BF6 için daha BF4 .

BF6'nın BF4'ten (veya serinin başka herhangi bir bileşiğinden) çok daha iyi bir antimikrobiyal PS olduğu önceki bulgularımız [ 18 ], polikatyonik türlerin, Gram-negatif bakterilerin dış membran geçirgenlik bariyeri [ 50 ]. Bazı literatür raporları, tiazinler, ksantenler, akridinler ve fenazinlerin süperoksit ve oksijen radikalleri tarafından verimli bir şekilde öldürüldüğü gibi tetrapiyerol olmayan PS'yi gösterdiğinden, Tip I fotokimyasal yolunun, Mikrobiyal hücreleri öldürmede Tip II'den nispeten daha önemli olması da mümkündür. aydınlatma üzerine [ 51]. Bununla birlikte, yakın yapısal benzerliklere sahip iki PS'nin mikrobiyal ve memeli hücreleri için bireysel ve zıt seçicilik göstermesi dikkat çekicidir.

Sonuç olarak, bir monokasyonik fullerenin, aydınlatmadan sonra hızlı apoptoz indüksiyonu ile kanser hücrelerini öldürmek için oldukça etkili bir PS olduğunu ve birçok geleneksel PS'nin aksine, fotokimyasal mekanizmanın hem Tip I hem de Tip II süreçlerini içerebileceğini gösterdik.

Teşekkür

Bu çalışma ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri (Lynntech Inc, R01CA / AI838801 ve R01AI050875'in MRH'ye R43CA103268 ve R44AI68400'ü) ve Polonya'da Bilim ve Yüksek Öğretim Bakanlığı (DS / WBBB / 16/06) tarafından desteklenmiştir. MHCTPO'nun hediyesi için Profesör HJ Halpern'e minnettarız.

Dipnotlar

Üreticinin Sorumluluk Reddi: Bu, yayına kabul edilmiş, düzenlenmemiş bir el yazmasının PDF dosyasıdır. Müşterilerimize bir hizmet olarak el yazmasının bu ilk sürümünü sunuyoruz. Makalede, nihai alıntı şeklinde yayınlanmadan önce ortaya çıkan kanıtın kopyalanması, dizilmesi ve incelenmesi yapılacaktır. Lütfen, üretim sürecinde içeriği etkileyebilecek hataların ve dergiye uygulanan tüm yasal feragatlerin tespit edilebileceğini unutmayın.

Referanslar

1. Kroto HW, Heath JR, O'Brien SC, Kıvrılma RF, Smalley RE. C60: Buckminsterfulleren. Doğa. 1985; 318 : 162-163. [ Google Akademik ]
2. Jensen AW, Wilson SR, Schuster DI. Fullerenlerin biyolojik uygulamaları. Bioorg Med Chem. 1996; 4 : 767-779. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
3. Bosi S, Da Ros T, Spalluto G, Prato M. Fullerene türevleri: biyolojik uygulamalar için çekici bir araçtır. Eur J Med Chem. 2003; 38 : 913–923. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
4. Triesscheijn M, Baas P, Schellens JH, Stewart FA. Onkolojide fotodinamik tedavi. Onkolog. 2006; 11 : 1034-1044. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
5. Kahverengi SB, Mellish KJ. Verteporfin: oftalmoloji ve fotodinamik terapide bir kilometre taşı. Uzman Opin Farmakolojisi. 2001; 2 : 351-361. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
6. Babilas P, Karrer S, Sidoroff A, Landthaler M, Szeimies RM. Dermatolojide fotodinamik tedavi - bir güncelleme. Fotodermatol Fotoimmunol Fotomed. 2005; 21 : 142-149. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
7. Anderson JL, An YZ, Rubin Y, Foote CS. Bir dihidrofullerenin fotofiziksel karakterizasyonu ve singlet oksijen verimi. J Am Chem Soc. 1994; 116 : 9763-9764. [ Google Akademik ]
8. Hamano T, Okuda K, Mashino T, Hirobe M, Arakane K, Ryu A, Nashiko S, Nagano T. Fulleren türevlerinden tekli oksijen üretimi: Fulleren çekirdeğinin sıralı işlevselleştirilmesinin etkisi. Chem Commun. 1997: 21-22. [ Google Akademik ]
9. Yamakoshi Y, Sueyoshi S, Miyata N.Fotosit fullerenin biyolojik aktivitesi. Bull Nat Inst Sağlık Sci Japonya. 1999; 117 : 50–60. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
10. Yamakoshi Y, Umezawa N, Ryu A, Arakane K, Miyata N, Goda Y, Masumizu T, Nagano T. J Am Chem Soc. 2003; 125 : 12803-12809. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
11. Ochsner M. Tümörlerin fotodinamik tedavisinde fotofiziksel ve fotobiyolojik süreçler. J Photochem Photobiol B. 1997; 39 : 1-18. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
12. CS'yi düzenleyin. Tip-I ve Tip-II ışığa duyarlı oksidasyonun tanımı. Photochem Photobiol. 1991; 54 : 659-659'da açıklanmaktadır. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
13. Liu Y, Zhao YL, Chen Y, Liang P, Li L. Verimli bir fotodriven DNA klevaj reaktifi olarak bir fulleren bağına sahip suda çözünür bir beta siklodekstrin türevi. Tetrahedron Lett. 2005; 46 : 2507-2511. [ Google Akademik ]
14. Hirayama J, Abe H, Kamo N, Shinbo T, Ohnishi-Yamada Y, Kurosawa S, Ikebuchi K, Sekiguchi S.Vesiküler stomatit virüsünün metoksi polietilen glikol amin ile konjuge edilen fulleren ile fotoinaktivasyonu. Biol Pharm Bull. 1999; 22 : 1106-1109. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
15. Kamat JP, Devasagayam TP, Priyadarsini KI, Mohan H. Toksikoloji. 2000; 155 : 55-61. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
16. Rancan F, Rosan S, Boehm F, Cantrell A, Brellreich M, Schoenberger H, Hirsch A, Moussa F. Bir dendritik C (60) mono-katkı maddesi ve bir malonik asit C (60) tris-katkı maddesi Jurkat hücrelerinde. J Photochem Photobiol B. 2002; 67 : 157-162. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
17. Tabata Y, Murakami Y, Ikada Y. Polietilen glikol modifiyeli fullerenin tümör üzerindeki fotodinamik etkisi. Jpn J Cancer Res. 1997; 88 : 1108–1116. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
18. Tegos GP, Demidova TN, Arcila-Lopez D, Lee H, Wharton T, Gali H, Hamblin MR. Katyonik fullerenler etkili ve seçici antimikrobiyal ışığa duyarlılaştırıcılardır. Chem Biol. 2005; 12 : 1127–1135. [ PMC ücretsiz makale ] [ PubMed ] [ Google Akademik ]
19. Faanlar RB, Merluzzi VJ, Williams N, Tarnowski GS, Ralph P. Kanser Arş. 1979; 39 : 4564-4574. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
20. Lewis MR, Cole WH. Operatif travma sonrası akciğer metastazlarının deneysel artışı (uzuv tümör ile amputasyonu) AMA Arch Surg. 1958; 77 : 621-626. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
21. Brattain MG, Strobel-Stevens J, İnce D, Webb M, Sarrif AM. Farklı metastatik özelliklere sahip fare kolonik karsinom hücre dizilerinin oluşturulması. Kanser Arş. 1980; 40 : 2142-2146. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
22. Gronda M, Brandwein J, Minden MD, Pond GR, Schuh AC, Wells RA, Messner H, Chun K, Schimmer AD. Akut miyeloid lösemili hastalarda kaspaz aktivasyonunun mitokondriyal yolunun aşağı akış kısmının değerlendirilmesi. Apoptoz. 2005; 10 : 1285-1294. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
23. Sane AT, Bertrand R. Kamptotesin kaynaklı apoptoz sırasında DNA fragmantasyon yolunda belirgin adımlar, kaspaz, benziloksikarbonil- ve N-tosil-L-fenilalanilklorometil keton duyarlı aktiviteleri içermiştir. Kanser Arş. 1998; 58 : 3066-3072. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
24. Sapan CV, Lundblad RL, Fiyat NC. Kolorimetrik protein tahlil teknikleri. Biotechnol Appl Biochem. 1999; 29 (Bölüm 2): 99-108. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
25. Rozanowska M, Jarvis-Evans J, Korytowski W, Boulton ME, Burke JM, Sarna T. Retinal yaş pigmentinin mavi ışık kaynaklı reaktivitesi. Oksijenle reaktif türlerin in vitro üretimi. J Biol Chem. 1995; 270 : 18825-18830. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
26. Halpern HJ, Peric M, Nguyen TD, Spencer DP, Teicher BA, Lin YJ, Bowman MK. T2 oksimetresinin hassasiyetini arttırmak için bir nitroksit spin etiketinin seçici izotopik etiketlenmesi. J Magn Reson. 1990; 90 : 40–51. [ Google Akademik ]
27. Finkelstein E, Rosen GM, Rauckman EJ. Süperoksit ve hidroksil radikalinin spin yakalanması: pratik yönleri. Arch Biochem Biophys. 1980; 200 : 1-16. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
28. Finkelstein E, Rosen GM, Rauckman EJ, Paxton J. Süperoksitin sıkışma kapaması. Mol Pharmacol. 1979; 16 : 676-685. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
29. Sikorska E, Khmelinskii I, Komasa A, Koput J, Ferreira LFV, Herance JR, Bourdelande JL, Williams SL, Worrall DR, Insinska-Rak M, Sikorski M. 6,7) -Riboflavin. Chem Phys. 2005; 314 : 239-247. [ Google Akademik ]
30. Redmond RW, Gamlin JN. Tekli oksijen derlemesi biyolojik olarak ilgili moleküllerden elde edilir. Photochem Photobiol. 1999; 70 : 391-475. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
31. Valko K. Biyolojik dağılım modeline yüksek performanslı sıvı kromatografisi bazlı lipofilik ölçümlerinin uygulanması. J Chromatogr A. 2004; 1037 : 299-310. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
32. Livingstone DJ. Teorik özellik tahminleri. Curr Top Med Chem. 2003; 3 : 1171–1192. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
33. Oprea TI. Olası satış keşfindeki eğilimler: uygun mülkleri mi arıyoruz? . Mol Divers. 2002; 5 : 199-208. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
34. Agostinis P, Buytaert E, Breyssens H, Hendrickx N. Fotodinamik terapide indüklenen apoptozda düzenleyici yollar. Photochem Photobiol Sci. 2004; 3 : 721-729. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
35. Niedre M, Patterson MS, Wilson MÖ. İn vitro ve in vivo dokularda fotodinamik terapi ile üretilen tekli oksijenin doğrudan kızılötesine yakın lüminesans tespiti. Photochem Photobiol. 2002; 75 : 382-391. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
36. Tagmatarchis N, Shinohara H.Tıbbi kimyada Fullerenes ve biyolojik uygulamaları. Mini Rev Med Chem. 2001; 1 : 339-348. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
37. Nakamura E, Isobe H. Sudaki fonksiyonelleştirilmiş fullerenler. Kimya, biyoloji ve nanobilimin ilk 10 yılı. Acc Chem Res. 2003; 36 : 807–815. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
38. Arbogast JW, Foote CS, Kao M. Üçlü C-60'a elektron transferi. J Am Chem Soc. 1992; 114 : 2277–2279. [ Google Akademik ]
39. Guldi DM, Prato M.C (60) fulleren türevlerinin heyecanlı durum özellikleri. Acc Chem Res. 2000; 33 : 695-703. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
40. Bilski P, Belanger AG, Chignell CF. 2 ′, 7 ′-diklorofloresan: ışığa duyarlı oksidasyon: tekli oksijen, flüoresan oksidasyon ürünü 2 ′, 7 ′-diklorofloresinin oluşumuna katkıda bulunmaz. Serbest Radik Biol Med. 2002; 33 : 938-946. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
41. O XY, Sikes RA, Thomsen S, Chung LW, Jacques SL. Fotofrin II ile fotodinamik tedavi, karsinom hücre dizilerinde programlanmış hücre ölümünü indükler. Photochem Photobiol. 1994; 59 : 468-473. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
42. Granville DJ, Carthy CM, Jiang H, Shore GC, McManus BM, Av DW. Hızlı sitokrom c salınımı, kaspazların 3, 6, 7 ve 8 aktivasyonu ve ardından fotodinamik terapi ile tedavi edilen HeLa hücrelerinde Bap31 bölünmesi. FEBS Lett. 1998; 437 : 5-10. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
43. Gupta S, Ahmad N, Mukhtar H. Ftalosiyanin (Pc4) fotodinamik terapi aracılı apoptoz sırasında nitrik oksit tutulumu. Kanser Arş. 1998; 58 : 1785-1788. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
44. Kessel D, Luo Y, Mathieu P, Reiners JJ., Jr Lizozomal foto hasara apoptotik yanıtın belirleyicileri. Photochem Fotoğraf. 2000; 71 : 196-200. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
45. Potter WR, Henderson BW, Bellnier DA, Pandey RK, Vaughan LA, Weishaupt KR, Dougherty TJ. Parabolik kantitatif yapı-aktivite ilişkileri ve fotodinamik terapi: fotodinamik terapi için fotosensitizatörler olarak kullanılan bir tür pirofeophorbit türevinin in vivo kantitatif yapı-aktivite ilişkilerine açıklık ile üç bölmeli bir modelin uygulanması. Photochem Fotoğraf. 1999; 70 : 781-788. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
46. Rottenberg H. Mitokondride membran potansiyeli ve yüzey potansiyeli: lipofilik katyonların alınması ve bağlanması. J. Membr Biol. 1984; 81 : 127–138. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
47. Murphy Milletvekili, Smith RA. Lipofilik katyonlara konjüge edilerek antioksidanları mitokondriya hedefleme. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2007; 47 : 629-656. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
48. Petrat F, Pindiur S, Kirsch M, de Groot H. NAD (P) H, bozulmamış hücrelerin mitokondrilerinde 1O2'nin birincil hedefi. J Biol Chem. 2003; 278 : 3298-3307. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
49. Bachowski GJ, Ben-Hur E, Girotti AW. Hücre zarlarında ftalosiyanine duyarlı lipit peroksidasyonu: birincil fotokimyanın probları olarak kolesterol ve azidin kullanılması. J Photochem Photobiol B. 1991; 9 : 307-321. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
50. Merchat M, Spikes JD, Bertoloni G, Jori G.Memo-ikame edilmiş katyonik porfirinler ile bakteri ışığa duyarlı hale getirme mekanizması üzerine çalışmalar. J Photochem Photobiol B. 1996; 35 : 149-157. [ PubMed ] [ Google Akademik ]
51. Martin JP, Logsdon N.Oksijen radikalleri, boya aracılı hücre içi fotooksidasyonlarla üretilir: fotodinamik etkilerde süperoksit için bir rol. Biyokimya ve Biyofizik Arşivi. 1987; 256 : 39-49. [ PubMed ] [ Google Akademik ]

***maturidi*** · 31 December 2019, 16:36

Fullerene: Biyomedikal mühendisleri eski bir arkadaşını tekrar ziyaret ediyor

Bu makale, fullerenlerin keşfinde bir öncünün anısına adanmıştır, Prof. Harry Kroto (7 Ekim 1939 – 30 Nisan 2016).
Yazar bağlantıları üstü açık panelSaba Goodarzi1Tatiana Da Ros2João Conde 34Farshid Sefat 56Mesud Mozafari 7 89
Daha fazla göster
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2017.03.017Hak ve içerik edinin
Creative Commons lisansı altında
açık Erişim
Önceki makale sayısında
Sonraki makale sayısında
Giriş

Karbon, doğadaki en bol elementlerden biridir ve nanomalzeme araştırma alanında kesinlikle ilk yerlerden biridir . Karbon bazlı nano dünyanın keşfi ile tetiklenmiştir Girme Bukminsterfuleren (kısaltılmış Fulleren , üçüncü ya da Buckyball'un) C allotrope Robert F. Curl Harold W. Kroto ve Richard E. Smalley tarafından 1985 yılında, grafit sonra, [ 1] . Yana jeodezik 1960 Buckminster Fuller tarafından tasarlanan kubbeler fulleren C gerçekleştirmek için ipuçları temin 60yapısı, bu molekülün adı bu Amerikan mimarisi olan buckminsterfullerene'dir. Bu keşfin ardından 1990'da Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nden Wolfgang Krätschmer ve Arizona Üniversitesi'nden Donald Huffman öğrencileriyle birlikte büyük miktarlarda fulleren üretmekte başarılı oldular [2] . Son olarak, 1996'da Kroto, Smalley ve Curl, fulleren keşfi için Kimyada Noble Ödülü aldı.

Günümüzde fullerenlerin doğada ve yıldızlararası alanda var olduklarını biliyoruz [3] , [4] . Geçmişte, fulleren 1991 yılında Yılın Molekülüydü ve keşfinden sonraki ilk birkaç yılda ortalama yayın oranının her on üç saatte bir olduğu ölçüde, araştırma projelerinin çoğunu diğer bilimsel konulardan daha fazla çekmiştir [5] .

Karbon nanomalzemeleri ailesinin önemli bir üyesi olan nanodiamond , 1963-1982'de fullerenden önce keşfedilmiştir. Gerçekten de, fulleren simetrik karbon arasında ilk keşif olarak kabul edilebilir nano- [6] , [7] , [8] , ve keşfi yeni bakış açıları ortaya karbon esaslı maddelerden araştırma sonucunda karbon nano borucukların , silindirik kuzeni Buckyball'un , ve ileri malzeme alanındaki hızlı gelişmeler.

2D karbon nanomalzemelerinin ortaya çıkmasına rağmen, 2004 yılında Geim ve Novoselov tarafından bildirilen grafen olarak, 2010 yılında Noble Ödülü kazandı, fullerenleri marjinalleştirdi ve çalışmaların çoğunu diğer karbon nano yapılarına doğru hareket ettirdi [9] , [10] , inanılmaz Fulleren özellikleri hafife alınamamıştır.

Fullerene, sp 2 karbondan oluşan eşsiz yapısı ile farklı boyutlarda (C 60 , C 76 vb.) Yüksek simetrik bir kafes sunar . Olarak sentezlenmiş bileşim içinde en bol fulleren C 60 birlikte C biri ile, moleküler yapısı 70 gözlenebilir, . Şekil 1 [11] . Cı- 60 ° C ile 60 karbon atomundan oluşur 5 -C 5 12 beşgen ve C oluşturan tekli bağlar 5 -C 6 çift bağ olduğu 20 altıgen gelen [1] . Gerçekten, her fulleren 2 n + 20 karbon atomu ' n ' altıgen içerir [12] . Şekil olarak, fulleren C 60 bir futbol topu gibidir ve Yadaf ve ark . [13] futbol topu fulleren molekülü oranı toprak, futbol topu çapı ve fulleren molekül 12.75 olan toprak, futbol topu oranı ile aynı olduğunu belirtmiştir x 10 6 , m 2.2 x 10 - Sırasıyla 1 m ve 7.0 × 10 −10 m.
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (163KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 1 . Şematik fulleren molekülü (Cı- 60 ve C 70 ).
İle ilgili olarak kristalografik özellikleri fulleren molekülün, 30 iki katlı eksenlerini 20 üç kat eksenleri ve 12 beş kat eksenleri de dahil olmak üzere simetrik elementlerin bulunması (daha önce belirtildiği gibi) Golden ortalama kural tarafından kontrol olduğu en simetrik bir molekül fulleren yapmıştır [13] , [ 14] . Katı fazda yüz merkezli kübik kafesleri (FCC) olan C 60 , fulleren kafesin tahribatının 1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleşeceği ölçüde kararlı bir yapıya sahiptir. Fulleren karakterize etmek için Raman spektroskopisi, UV-vis , NMR ve FTIR gibi ıraksak spektroskopik yöntemler kullanılabilir [11] . Ayrıca, fulleren, aşağıdakilerle uyumlu bir nanomalzemedir:özel olarak Fibonacci dizisi ile yapılandırılmış ve Altın Ortalama özelliklerine sahip biyomoleküller [15] . Bu molekülün farklı özellikleri arasında, C 60 görünür ışığa maruz kaldığında oksijen türleri üretme yeteneğine sahiptir ve onu fotodinamik tedavi için uygun bir aday yapar [16] . Fulenenin çözeltilerdeki ilginç davranışı, fullerenin sert moleküler yapısına konformasyonel ve çözücüye bağlı değişikliklerin geçmediği benzersiz bir çözücü-çözünen etkileşimi sunar [17] . ÇözünürlükAncak, fullerenlerin çözünürlüğü öngörülebilir değildir ve fullerenlerin çeşitli çözücülerdeki davranışlarını açıklamak için güvenilir bir teori yoktur [18] .

Bozulmamış Cı 60 su içinde çok düşük çözünürlüğe sahip; bununla birlikte, su çözeltilerinde agregatlar oluşturabilir ve hem tek tek fulleren hem de fulleren kümeleri içeren stabil koloit çözeltileri yapabilir [19] . Ruoff ve diğ . fulleren çözünürlüğünün kırılma indeksleri , dielektrik sabitleri ve moleküler hacimler gibi çeşitli faktörlerin bir fonksiyonu olduğunu göstermiştir . Oda sıcaklığında suyun dielektrik sabiti yaklaşık 80'dir, bu da yüksektir, oda sıcaklığında su fraksiyonu indeksi 1.33 ve molar hacmi 18 ml / mol'dür ve bu indeks fraksiyonu ve molar su hacmi fulleren çözünürlüğü için küçüktür[17] , [20] .

Fulleren hidrofobik doğası, toluen , kloroform ve benzen gibi organik (özellikle aromatik) çözücülerdeki çözünürlüğünü oldukça yüksek hale getirir [21] , [22] , ancak polar çözücüler için çok zordur ve bu biyolojik uygulamalar için kritiktir. İki fazlı koloidal çözeltiler hazırlamak, fulleren türevlerini ve fulleren polimerlerini sentezlemek gibi suda fulleren çözünürlüğünü arttırmak için bir dizi yöntem geliştirilmiştir [23] , [24] . Fullerenin hidrofobikliği biyolojik sistemlerde bir dereceye kadar uyumluluk sağlamasına rağmen , hidrofiliklikortamlardaki malzemelerin hidrofobikliğe kıyasla önemi daha fazladır.

Yukarıda belirtildiği gibi, fullerenlerin çözücülerdeki davranışlarını, özellikle biyolojik uygulamalarda çok önemli bir rol oynayan sulu dispersiyonları teşvik etmek için farklı stratejiler kullanılmaktadır [25] , [26] , [27] . Bunlardan biri, fullerenlerin tolüen veya benzen gibi organik bir çözeltiden , organik çözücünün çıkarılmasının ardından ultrason tedavisi ile sulu bir faza aktarılması ile ilgilidir [21] , [28] . Yukarıda adı geçen yöntemle sulu çözeltilerdeki fulleren dispersiyon mekanizması iki yolla açıklanabilir: (i) C- 60 arasında H bağı ve yük transferi yoluyla su kabuğunun oluşumuve su molekülleri, sudaki fullereni stabilize eder [19] , [29] ve (ii) ultrasonla tedavi, fulleren parçalarında doruğa ulaşan ve sonuç olarak kolay fulleren çözünmesi ile sonuçlanan fulleren kafesindeki hidroksiller ve karbonlar arasında kovalent bir bağ oluşturur [19] , [30] . Diğer girişimler arasında , ilaç dağıtımı gibi biyofarmasötik uygulamalar için avantaj sağlayan siklodekstrinler , kalikarenler , polivinilpirolidon, miseller ve lipozomlar gibi özel taşıyıcılarda kapsülleme bulunmaktadır [31] , [32] , [33]. Bahsedilen yöntemlere ile Fulleren kimyasal modifikasyonu ek olarak hidrofilik gibi madde amino asitler , karboksilik asitler, polihidroksil grupları, ya da biyolojik sistemlerde fulleren amfifilik polimerlerin geliştirir hidrofiliklik [34] , [35] , [36] . Bir kez biyolojik ortam içinde çözünür hale getirilen Bukminsterfuleren mükemmel özellikleri için kullanışlı hale biyomedikal uygulamalarda da dahil olmak üzere antiviral etkinlik , antioksidan bir şekilde faaliyet kök sürükleyici , kapsülleme için mıknatıslı metaller gibi tıbbi malzeme Hem teşhisuygulamalar ve iskelelerde ilaç taşıyıcı olarak [37],[38],[39].

Fullerenlerin biyomedikal uygulamalarına ilişkin yayınların farklılıklarını araştırmak için, Scopus veri tabanını (araştırma tarihi: 21 Kasım 2016) kullanarak bilimsel topluluk içindeki yayınları araştırdık. Kanser, fotodinamik tedavi, antiviral, anti-bakteriyel, HIV, DNA, RNA, toksisite , biyosensör , antioksidan, görüntüleme, ilaç verme, kök hücre gibi anahtar kelimeler kullandık . Bu anahtar kelimelerin başlıkları, özetleri ve anahtar sözcükleri listesinde bulunan yazılar sayılmış ve bunların çeşitli biyomedikal uygulamalardaki dağılım sonuçları Şekil 2'de gösterilmiştir .. 'Toksisite' kelimesi olan kağıtların sayısı diğer anahtar kelimelerden daha fazladır ve fullerenlerin biyomedikal uygulamaları için bir ön koşul olan fullerenlerin toksisitesine verilen büyük önemi göstermektedir.
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (155KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 2 . Çeşitli Dağılımı biyomedikal uygulamalarda ait fullerenin .
Şimdi, C 60 keşfinin 30. yıldönümünde , fulleren tabanlı araştırmanın doğumundan bugüne kadarki ilerlemesini gözden geçirmenin zamanı geldiğini düşünüyoruz. Bu yazıda 1985 yılında başlayan fullerenler üzerinde yapılan seremoni keşfi ile yapılan 30 yıllık incelemeyi gözden geçireceğiz. Karbon nanotüpler ve iki boyutlu grafen gibi diğer karbon nanomalzemelerinin ortaya çıkışı, fullerenleri gölgeye koysa da, 0D karbon nanoyapısı olarak kabul edilebilecek bu karbon formu, özellikle de, diğer anılan malzeme, yapısı, mükemmel tanımlama, bir tekrarlanabilirlik barındırmayan işlevsellik bir sorun ve değildir karakterizasyonu hem klasik hem de yenilikçi tekniklerden faydalanabilir.C 60 fulleren sentezi

Huffman – Krätschmer yöntemi

Fullerenlerin üretimi için üç ana metodoloji kullanılmıştır: karbonun buharlaştırılması , benzenin oksijen içinde eksik yanması [40] ve mikrodalga yöntemi [41] . Krätschmer ve ark .Tarafından yapılan ilk hacimli fulleren üretimi. [2] 1990'da, buharlaştırma ve grafit tekrar yoğunlaştırılması dayanıyordu, şematik olarak gösterilmiştir , Şekil. 3 , bir . Fulleren oluşumu için bir gereklilik gaz halindeki faz [2] karbon atomları olduğundan [5] , bu işlemde saf grafit, grafit helyumda ısıtılarak karbon atomlarının kaynağı olarak kullanıldı100-200 Torr basınç ile atmosfer, fulleren içeren bir hafif ve kondens kurum üretildi. Fulleren ekstrakte etmek için kurum, bir Soxhlet ekstraktörü içinde benzen içinde dağıtıldı ve fullerenin benzenik çözeltisi, şişedeki Soxhlet kartuşundan süzülerek ayrıldı ve böylece diğer bileşenlerle ayrıldı [42] . Fulleren ekstraksiyonu için alternatif bir yöntem, inert bir gazda veya vakum altında kurum ısıtmasını takiben fullerenin süblimasyonu ve oluşumunu içermiştir [2] , [40] .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (187KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 3 . Fulleren sentez yöntemlerinin şeması : (a) Huffman-Krätschmer yöntemi, grafitin buharlaşmasına ve (b) yanma yönteminde önceden karıştırılmış odaya.
Grafit veya kömür benzeri diğer karbon kaynaklarını buharlaştırmak için ark buharlaştırma [2] , piroliz [43] , radyo frekansı plazma [44] ve lazer ablasyon [45] gibi tekniklerden faydalanılabilir. Bu yöntemler daha yüksek miktarda fulleren sağlamasına rağmen, ark işlemi karbon kurumunun üretimi için en iyi belirlenmiş teknik olarak ortaya çıkar ve ticari kullanımlar için daha verimli ve uygundur. Karbon kurumunu üretmek için kullanılan yönteme bakılmaksızın, çoğu zaman organik çözücülerle ekstraksiyon ve sınırlı çözünürlük nedeniyle fulleren saflaştırılmalıdır.bu çözücülerdeki fullerenin içinde, kabul edilebilir fulleren verimi elde etmek için büyük hacimlerde çözücüler gereklidir [5] .Yanma yöntemi

Fulleren üretimi için bir diğer teknoloji, alev alevlemede hidrokarbonların eksik yanmasına dayanmaktadır [46] , [47] . 1987'de alevlerdeki fulleren iyonları bulundu ve 1991'de Howard ve ark. [48] , düşük basınçta benzen ve oksijen önceden karıştırılmış karışımın alev sooting laminar fulleren önemli verim ekstre başarılı, ön karışım odasının şematik olarak gösterilmiştir , Şekil. 3 b [48] , [49] . Bu yöntemde, benzenin yanmasındaki basınç, C / O oranı, kalma süresi ve gaz hızı gibi alev koşulları, fulleren miktarını ve bileşimini etkiler [31] , [32] ,[33] , [34] . Bunlar arasında basınç etkili bir faktördür ve fulleren oluşumu 1700 K'dan düşük sıcaklıklarda astrofizik atmosfer gibi düşük basınçta yapılabilir [50] . Ayrıca, fulleren üretmek için buhar hidrokarbonların lazer pirolizini [46] ve polisiklik aromatik hidrokarbonların (PAH) [51] lazer ışınlamasını içeren yanma yöntemleri kullanılmıştır.Mikrodalga yöntemi

Yukarıda belirtilen iyi bilinen yöntemlere ek olarak, fullereni sentezlemek için mikrodalgadan yararlanan teknolojiler vardır. 1995 yılında Ikeda ve ark . [41] kullanılarak elde fulleren naftalin ve mikrodalga ile uyarılan N 2 silindirik eksenli içerisinde atmosferik basınçta plazma boşluğu ve fulleren sentezi için etkili bir yol olarak, bu yöntem rapor etmiştir. Mikrodalga kaynaklı azot plazması benzen veya naftalin gibi moleküler türlerin uyarılması ve iyonlaştırılması için göze çarpan bir kaynaktır ve ayrıca plazma durumu mikrodalga gücünün ayarlanmasıyla kolayca kontrol edilebilir [41] .

Son zamanlarda fulleren üretimi için bir başka mikrodalga kullanımı grafit tozunun fullerenlere dönüştürülmesi için araştırılmıştır . Mikrodalga yöntemi, öncüllerin homojen bir şekilde ısıtılmasını sağlayan geleneksel ısıtma yöntemlerine göre avantajlara sahiptir. Bu çalışmada zaman ve sıcaklığın fulleren üretimini etkilemediği, grafit tozu ve mikrodalga yoğunluğunun ise sentezlenmiş fulleren veriminin artmasına neden olduğu bulunmuştur [52] .Fulleren işlevselleştirmesi

Fullerenin benzersiz fiziksel ve kimyasal özellikleri biyolojik ve malzeme kimyası uygulamaları için uygun bir seçenek haline getirir [39] , [53] , [54] , ancak bu gibi amaçlar için işlevselleştirilmesi sıklıkla gereklidir. Daha önce de belirtildiği gibi, fulleren C 60'ın büyüleyici özelliklerine rağmen , biyolojik uygulamalarda bu molekülün kullanılmasında bir engel , suda çözünmezliği ve birçok organik çözücüde düşük çözünürlüğüdür [26]. Çift bağların varlığı, fullereni işlevselleştirmek için kullanılan en etkili özelliktir. Aslında, ilave reaksiyonlara dahil edilebilirler, bu nedenle, karbon kafesin dış alanı modifiye edilebilir ve çeşitli fonksiyonel gruplar içeren türevler sentezlenebilir [55] . Ayrıca, bozulmamış fulleren hidrojen atomu içermez ve ikame reaksiyonlarını içeremez, ancak fullerenler oksitleyici ajandır , özellikle UV-görünür ışınlamaya maruz kaldıklarında aktif oksijen formları üretebilirler [56] .

Fullerenleri modifiye etmek için iki yaklaşım kullanılmıştır: (a) fulleren yüzeyini kısmen maskelemek için çözündürücü ajanın kullanılması ve (b) fullerenin kovalent işlevselleştirme yoluyla kimyasal modifikasyonu [39] , [57] , [58] . Birinci bağlama olanaklar sunar polimer zincirleri Fulleren için [59] , bu molekülü tutma, siklodekstrinler veya kaliksaren [26] , [60] , [61] , yapay içine dahil lipid zarlar [62] , [63] , indükleyici ko- organik çözücülerde polivinilpirolidon ile çözme [60]. Fulleren hidrofilikliğini arttırmak ve ayrıca biyolojik ve farmasötik uygulamalarını genişletmek için çok sayıda işlevselleştirme yolu kullanılmıştır [39] . Sp karbon atomu, hibridizasyon Değişim 2 sp 3 Fulleren ilave için itici güç [61] . Çeşitli serbest radikal reaksiyonları , siklopropanasyon, ya da siklo örneğin [1 gibi reaksiyonlar + 2], [2 + 2], [3 + 2] ve [4 + 2] reaksiyonlar kovalent olarak konjuge çeşitli moleküller C 60 (bir örnek görmek 4 ) [36]. Elektron noksanlığı nedeniyle, fulleren, 2 1 elektron eksikliği olan dienofiller ve 1,3-dipolarofiller gibi davranır ve bunlar [1 + 2], [4 + 2] (Diels – Alder reaksiyonları), [3 + 2] ve [2 + 2]. Farklı tipte siklokatılma reaksiyonları kullanılarak çok sayıda fulleren türevi hazırlanmıştır [64] .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (88KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 4 . Bir [2 + 1] siklokatılma reaksiyonu örneği .
Kimyasal modifikasyondur ikinci yaklaşım, ekli fulleren türevlerinin çeşitli sonuçlanan bir gelişmiş ve etkili bir yöntemdir amin (= NH 2 ), hidroksil (-OH) ve / veya karboksil grupları (-COOH) ve örnekler bu şekilde elde edilen türevlerin bazıları Şekil 5 [26] , [39] 'da gösterilmiştir .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (167KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 5 . Yapıları: (a) polihidroksillenmiş fulleren ; (b) karboksfulleren; (c) amino asidik fulleren.
Çeşitli fulleren işlevselleştirme yolları arasında Hirsch ve ark . [65] fullerene dendrimerik modda karboksilik grupları ekleyerek harika sonuçlar elde etmeyi başardılar ve suda çözünürlüğünü arttırdılar. Filippone ve diğ . [66] aynı zamanda bağlantı C'ye kovalent işlevselleştirilmesini kullanılan 60 su ve kutupsal ortam içinde fulleren çözünürlüğünü arttırmak için (permetilatlı-β-siklodekstrin) -fullerene konjügat sentezi ve siklodekstrinler. İçerir ayrıca fulerenollerin, hidroksil grubu C 60 (OH) n,formül, çok iyi bir suda çözünürlük sunar ve oksijensiz radikalleri absorbe etmek ve nöronal doku hasarını azaltmak için kullanılmıştır [66] . Buna ek olarak, amonyotropik lateral sklerozun (ALS) neden olduğu nörodejenerasyonun tedavisinde karboksisillerenlerden faydalanılmıştır [67] , [68] .Endohedral fullerenler

Fulleren içi boş kafes, bu karbon nano yapının çeşitli atomlar, iyonlar ve moleküller için kap olarak kullanılmasına izin verir ve bu tür fulleren türlerini belirtmek için 'endohedral' terimi kullanılır. Endohedral metalofulleren , fulleren kafesinin elektriksel ve manyetik özelliklerini modifiye eden ve bu karbon allotropunun farklı alanlarda özellikle biyotıp alanında uygulamalarını genişleten büyüleyici bir fulleren sınıfıdır .Endohedral fullerenin sentezi

Şimdiye kadar, He veya Ar gibi inert gaz içeren atmosferde karbonca zengin plazma oluşturulmasıyla, fulleren hazırlama stratejilerine benzer şekilde, makroskopik ölçekte endohedral fullerenlerin üretimi için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir . Bu teknikler grafitin ark deşarjı [69],[70],[71], lazer ablasyonu [72],[73],[74],[75],[76], radyofrekans fırını[77]ve rezistif ile buharlaştırılmasını içerir. ısıtma[78], atomların karbon kafes duvarlarına iyon bombardımanı yoluyla implantasyonu [79] , [80] , [81] , yüksek basınçlı işlem [82] , [83] , [84] ve son teknik açılarak kimyasal yollardır. Fullerenlerde delikler [85] , [86] . Bu yöntemler arasında ark deşarjı endohedral fulleren üretimi için en elverişlidir [87] .

Başlangıçta, lazer ablasyon ile endohedral metalofullerenler (EMF'ler) üretildi. Bu işlemde, grafit ve metal oksit içeren kompozit bir disk, bir fırına 1200 ° C'de yerleştirilir [88] . 532 nm lazerin kompozit üzerine ışınlanmasıyla , EMF'ler ve boş fullerenler üretilir ve atıl gazla tüpten akar ve daha sonra boru çeperinde birikir [73] , [89] . Bununla birlikte, bu yöntem pahalıdır ve üretim oranı gerçekten düşüktür, bu nedenle bu yöntemle EMF'lerin büyük ölçekli üretimi sınırlıdır. Lazer ablasyon tekniğinin aksine, Kratschmer ve Huffman tarafından geliştirilen temas arkı EMF'lerin seri üretimi için uygulanabilir [2] , [69] ,[71] . İşleminin şematik bir görüntüsü Şekil 6'da gösterilmektedir .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (177KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 6 . Endohedral metalofullerenlerin üretimi için bir Krätschmer-Huffman jeneratörünün şematik görünümü.
Burada, metal / grafit kompozit çubuklar anot olarak kullanılır ve EMF'lerin verimli üretimi için kompozit çubukta metal karbürler oluşturmak için 1600 ° C'nin üzerindeki bir sıcaklığa maruz bırakılır . Daha sonra kompozit çubuklar 300-500 A aralığında doğru akımda ve soğutma gazı olarak He'nin akışı altında tutulur . Bir sonraki adımda, üretilen kurum toplanabilir [90] . Bu yöntem EMF'lerin üretimi için yeterlidir ve düşük maliyetlidir [87] . EMF'lerin yapısal özelliklerine ilişkin kapsamlı araştırmada iki temel engel vardır. Birincisi, saf ve simetrik tek kristalin düşük kullanılabilirliğiyle sonuçlanan EMF'lerin ayrılmasındaki zorluklarendohedral metallofullerenler. İkincisi, EMF'lerin kendine özgü özellikleri nedeniyle, bunların çok sayıda sınırlama ile karşılaşılan standart araçlarla araştırılması [87] . Endohedral metalofullerenlerin düşük miktarda tek kristaline ek olarak, tek kristallerin X-ışını kırınım incelemeleri , fulleren molekülünün tek kristalinin rotasyonel bozukluğunu engelledi [87] .Fulleren bazlı nanomalzemeler

Kendi kendine montaj, çeşitli nanoyapılarla fonksiyonel molekülleri sentezlemek için kullanılan bir tekniktir . Nano boyutlu fulleren kristalleri, moleküller ve dökme malzemeler arasında ara boyuta sahiptir. 1D veya 2D fulleren bazlı nanoyapıyı hazırlamak için bu yöntemden çeşitli yöntemler yararlanılmıştır [91] .

Farklı şekillere sahip kendiliğinden monte edilen fulleren nanoyapısı, buharla çalışan kristalizasyon , sıvı-sıvı arayüzey çökeltmesi (LLIP), damla kurutma işlemi ve şablon destekli daldırma ile sentezlenebilir [92] . Cı tek kristal içeren Fulleren ince lifler, 60 , 100 arasında değişen, bu çaplar nm bir kaç mikron ve uzunluklarının mikron yüzlerce. Bunlar Cı denir 60 Nanowhiskers o ve 1D fulleren nano-yapısını (temsil Şek. 7 a ) [91] , [93] . Fulleren nanowhiskerleri kristal ince liflerdir ve bozulmamış C 60 içerebilir ve / ve endohedral veya / ve fonksiyonelleştirilmiş fullerenler [93] . Nanowhiskers o Fulleren Nanowhiskers o hazırlanması için en uygun işlem olup, sıvı-sıvı ara yüz çökeltme (LLIP) yöntemine göre sentezlenebilir ve Miyazawa ve arkadaşları tarafından geliştirilen [94] , [95] , [96] . Bu yöntemde, bir çözücü, etanol gibi olan fulleren sunar düşük çözünürlüklü olarak, izopropil alkol (IPA) ve izobütil alkol , uygun bir şekilde Cı-çözünmesi sahip bir solvent ile karıştırıldığı 60 olarak toluen , m -ksilen, benzen ve CCl 4 . Sıvı-sıvı arayüzbu iki tip çözücü arasında fulleren kristalleri için çekirdekleşme alanı bulunur [93] . Çözücülerin birinde fulleren çözünürlüğünün artması , fulleren moleküllerinin polimerizasyonu için gerekli olan sıvı-sıvı arayüzey basıncını arttıracaktır [97] . Birkaç yüzlerce mikron çapında uzunlukları Fulleren Nanowhiskers o nanometre bir sahiptirler yüksek yönleri oranı ve aynı zamanda bir Young modülüne bozulmamış C'den daha yüksek 60 [97] . Vücut merkezli tetragonal kristal fulleren nanowhiskers'ın şematik modeli ve büyüme yönüŞekil 7 b.
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (586KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 7 . (a) nano-kırıcıların morfolojisini gösteren fulleren nano bıyıkların SEM görüntüsü [97] ; tek boyutlu fulleren nanowiskers (b) modeli hacim merkezli tetragonal kristal yapısının bir ve c olan kafes sabitleri büyüme eksenine göre.
Fulleren Nanowhiskers o özelliklerini iyileştirmek ve FW / Pani hazırlanması için melez malzeme , polianilin içinde çözüldü emeraldin baz , N-metil-2-pirrolidon , doğrudan karıştırma tekniği ile fulleren Nanowhiskers o ilave edildi (Pani / NMP) yüklendi. Fulleren nanowiskzerlere rağmen, bu hibrid malzeme kıvrımlı bir yüzey morfolojisine sahip boru şeklinde bir yapıya sahiptir ve sonuç olarak daha yüksek bir en-boy oranına sahiptir. Bu tübüler yapının oluşması için olası mekanizma ( Şekil 8 ), elektronca zengin polianilin ile elektron eksikliği olan fulleren nanowhiskerleri arasındaki yük transfer (CT) kompleksidir [98] . Başka bir çalışmada, C 60Nanowhiskers o LLIP yöntemi ve girdap akımı kaynaklı hizalama yöntemi Cı hizalanması için kullanılmaktadır ile hazırlanmıştır 60 Nanowhiskers o. Bu yöntemde, ortamın mekanik olarak karıştırılması, fulleren nano bıyıklarını hizalayan bir girdap akışını indükler [99] . Hizalanmış Cı 60 bir ilgili NWS cam alt-tabaka , insan kültürü için bir iskele olarak kullanılmıştır osteoblast , MG63 hücreleri. Çalışmanın sonuçları hücre büyüme yönelimi Cı ekseni ile uyumlu olduğunu gösterdi 60 NWS ve bu Nanowhiskers o yapışkanlığı ve MG63 hücrelerin büyümesi için önemli bir alt-tabaka edildi [99] .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (141KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 8 . Fullerenler nanowhiskers ve imin PAni grubu arasındaki moleküller arası etkileşim için olası mekanizma .
Fulleren nanowhiskerlerine ek olarak, son zamanlarda geliştirilmiş yarı iletken ve elektronik özelliklere sahip fulleren silindirik nanotüpler LLIP yöntemi ile sentezlenmiştir. Bu prosedürde sırasıyla doymuş bir çözücü ve çöktürücü madde olarak m- ksilen ve TBA (tetra butil alkolik) kullanılmıştır [100] . 2007 yılında Sathish ve ark. [101] , esnek, gözenekli ve şeffaf fulleren sentezlenen altıgen ince kristal nanosheets alkol ve CCL kullanarak, LLIP yöntemi ile 4 . Bu teknikte, karbon atomlarının sayısı ve alkollerin polaritesi supramoleküler yapının partikül boyutunu etkilerVe alkoller düzgün altıgen nanosheets oluşumu ile sonuçlanacak yüksek polariteye sahip, SEM görüntüsü olan gösterilmiştir Şekil. 9 a . Bununla birlikte, bu endikasyonlara rağmen, birçok etkili faktörün varlığı nedeniyle fullerenin kendi kendine birleşmesinde belirli bir morfolojiye sahip bir nanoyapı elde etmek gerçekten zordur [101] .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (233KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 9 . (a) fulleren nanosheetlerin SEM görüntüleri ; (b) Cı- 60 / Fc nanosheets [102] ; (c) Cı- 60 Konpeito gibi nano-kristaller IPA arayüzü ve C doymuş çözeltisi 60 ° C ile EB 14 G, 2 yüzey aktif madde [104] ; (d) çiçek şekilli fulleren kristalleri [105] .
Bir melez altıgen Cı içeren nanosheet 60 ve ferrosen LLIP yöntemi ile hazırlanmıştır. Bu nanosheetlerin SEM görüntüleri Şekil 9 b'de görülebilir [102] . Fulleren ve ferrosen arasında yüksek yük transfer (CT) bandının bulunması, nanosheets'te verici-alıcı etkileşiminin var olduğunu gösterir ve C 60 / Fc nanosheets oluşumunu teşvik eder [102] . Son zamanlarda, ferrosen katkılı Cı basınç kaynaklı transformasyon 60 nanosheets ile araştırılmıştır in situ bunların bir polimerizasyon incelemek ve yeni düzlemsel polimerler oluşturmak amacıyla Raman spektroskopisi. C'nin basıncını, yönünü ve polimerizasyonunu artırarak60 katman oldu. Bu polimerizasyon işleminde ışık ışımasının varlığı onu daha kontrollü bir işlem haline getirir ve yeni tabakaların oluşumunu arttırır [103] .

2015 yılında Shrestha ve ark . [106] fulleren monte sentezini rapor nanokristal Cı sıvı-sıvı ara yüzeyinde 60 bütilbenzen ve IPA içinde çözelti. C düşük çözünürlüğü 60 IPA ve Fulleren IPA yavaş difüzyonu küçük fulleren kümeleri ve sıvı-sıvı ara yüzeyindeki Altıgen çift piramit şekline ve çiçek benzeri kristallerin daha fazla büyüme çekirdeklenmesinin teşvik [106] . Daha sonra, aynı grup doğal iyonik olmayan etkisi araştırılmıştır yüzey , digliserol monomiristat (Cı- 14 G 12 ) ve digliserol monolaurat (Cı- 12 G, 2 ° C 'nin kristalleştirilmesi üzerinde)60 ve fulleren kristallerinin morfolojisi [104] , raporlarına dayanarak, uygulanan sürfaktanlar fulleren kristallerinde 1D yönlü bir çubuktan 'konpeito benzeri' fulleren kristalleri adı verilen benzersiz bir sıfır boyutlu nanoyapıya morfolojik bir geçişe neden olmuştur ( Şekil 9). c). Sürfaktanların yokluğunda nihai morfoloji, altıgen yakın paket yapılı tek boyutlu bir nanodur [104] .

En son fulleren kristal morfolojilerinden biri, fulleren moleküllerinin çözelti fazı kristalizasyonu yoluyla hazırlanan fulleren çiçeğidir. Bir şekilde mesitilen varlığı iyi bir solvent , etanol zayıf bir çözücü olarak ve C 60 ve C 70 gibi moleküller çözünen ve C arasındaki farklı 60 ve C 70 , iki aşamalı bir kristalizasyon meydana geliş için ana faktör olarak çözünürlüğü benzersiz sonuçlandı çekirdeklenme süreci ve çiçek şekilli kristallerin oluşumu [105]. Kristalizasyon prosedürünü kontrol ederek ve etkili faktörleri değiştirerek farklı fulleren çiçekleri elde edilebilir. Fulleren çiçek kristallerinin SEM görüntüsü Şekil 9 d' de gösterilmiştir [105] .

Bir başka fulleren nanomalzeme grubu, yeni fiziko-kimyasal özellikler sunabilen polimer / fulleren nanokompozitlerdir . Bu nanokompozitler için matris olarak polistiren (PS) ve polietilen glikol gibi çok sayıda polimer kullanılmıştır [107] . Li ve diğ. [108] 2000 yılında fulleren ve polikaprolakton (PC) içeren bir nanokompozit üretmiş ve nanokompozitlerin elektron kabul özelliklerini geliştirmiştir. Fulleren türevini 1,2- (1 ′, 1 ′, 2 ′, 2′-tetrasiyanometoksimetano) C 60 (TCNEO-C 60 ) polikarbonata entegre ettilerGösterilen yapıya sahip olan (PC), Şekil. 10 , bir , üstelik bunlar kovalent olarak bağlı N-metil-pirolidino polikarbonat zincire [60] fulleren (MPYLD-Cı- 60 -PC'nin, Şek. 10 b).
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (149KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 10 . Pollerarbonat içeren fulleren türevleri.
2007 yılında, fulleren ve polistiren-poliizopren-polistiren (SIS) ve polistiren-polibütadien-polistiren (SBS) kopolimerleri içeren bir nanokompozit sentezlendi ( Şekil 11 ) [109] ve özellikleri, fulleren içeriğindeki artışla birlikte bulundu. , nano yapışkan yapışma kuvvetleri azalır ve yığın kuvvetleri de nano kuvvetlere benzer sonuçlar gösterdi.
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (96KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 11 . SBS, [60] Fulleren ve SIS'in kimyasal yapısı .
Başka bir nanokompozit içeren fulleren Ag ile sentezlendi nanopartiküller Cı gömülü 60 termal ko-çökelmesi ve gümüş-fulleren nanokompozitlerde sıcaklık ve nanopartiküllerin yüzde etkisi ile matris incelenmiştir [110] .

Li ve diğ. [111] , kopolimer ve fulleren türevi arasındaki kovalent olmayan etkileşimlere dayanan yeni bir teknikle tanımlanan morfolojiye ve polimer lif oryantasyonuna sahip bir polimer / fulleren nano yapısı geliştirmiştir . Bir başka fulleren nanokompozit grubu, fullerenlerin fibriler jel ağlarına gömüldüğü jel-nanokompozitlerdir . Fulleren eklenmesi jellerin stabilitesini ve erime noktalarını arttırır. Bu kompozitlerin bir örneği, metanol , su ve THF gibi çözücülerde kabul edilebilir termal stabiliteye ve çözünürlüğe sahip fulleren-PEG jelidir [112] .

Başka bir polimer / fulleren nanoyapı grubu, güneş pillerinde uygulanabilen ve polimer esaslı güneş pillerinin performansını artırabilen polimer / fulleren çekirdek-kabuk kompozit nanofiberlerdir ( 113) . Bir yeni bir bileşik ihtiva eden bir polimer konjuge (poli [2-metoksi-5- (2-etilheksil-oksi) -p-phenyleneviny-tolüol] MEH-PPV) nanopartiküller ve fulleren fenil-Cı- 61 -butirik asit metil ester (PCBM) olan MEH-PPV / PCBM nanopartiküllerinin ROS (reaktif oksijen türleri) ürettiği ve kanserli hücrelere toksisite sağladığı fotodinamik terapideki (PDT) uygulamalar için geliştirilmiştir [114]. 2,3-dimetilmaleik asit (DMA) ve C 60 (GC-g-DMA-gC 60 ) ile aşılanmış glikol kitosan (GC) konjugasyonu, hidrofobik (C 60 ) ve hidrofilik (GC ve DMA içeren kendinden birleştirilmiş bir polisakkarit nanojeldir ) PDT'de bir ışığa duyarlı hale getirici ön ilacı olarak kullanılabilen parçalar [115] .

Fulleren hibrid makromoleküler yapı C agregasyonu ile sentezlenmiştir 60 ve terpolimer kolloid izopropil alkol ve izopropil alkol su karışımı. Sonuçlar, izopropil alkoldeki fulleren makromoleküler hibrit nanoyapıların düz olmayan bir yüzeye sahip küresel bir yapı olduğunu, izopropil alkol-su karışımında fullerenin kristalin doğası kümelerinin gözlendiğini göstermiştir [116] . Son zamanlarda, bir grup fulleren C 60 ve karbon kompozit film içeren bir nano yapının C 60 tozunun vakumunda termal süblimasyonu yoluyla hazırlandığını bildirdi ve daha sonra filmler üzerine bırakıldısubstrat malzemeleri [117] .

Daha fulleren esaslı nanoyapıların geliştirilmesi, biyomedikal bilim gibi çeşitli alanlarda fulleren uygulamalarının geliştirilmesi için fırsatlar sağlar ve fullereni daha biyouyumlu ve uygulanabilir bir malzeme haline getirebilir.Fulleren içeren polimerler (polifullerenler)

Fulleren keşfinden hemen sonra, malzeme dünyasında fulleren içeren polimer ortaya çıkmıştır ve polimerlerin geniş ve elverişli özelliklerini fullerenlerin istisnai özellikleriyle ilişkilendirebilmiştir [118] . Bu nedenle, fulleren içeren polimerlerin veya polifullerenlerin sentezine yönelik çok çaba ve çok sayıda yayın bu materyalleri inceledi. Polyfullerenes her Cı de dahil olmak üzere, belirli gruplar halinde sınıflandırılabilir 60 polimerler, çapraz-bağlanmış polimerler , organometalik polimerler, Cı- 60 dendrimerler , uç-başlıklı polimer, yıldız şekilli polimerlerin, ana zincir polimerlerinin, yan zincir polimerler ve moleküllü polimerlerin [119] . All-Cı- 60 aynı zamanda 'içsel polimerler' adlı polimerler fulleren birimlerinin kovalent bağlantı yoluyla sentezlenebilir [120] . Organometalik fullerenler, yapılarında metal veya element içeren bir çeşit all- C60 polimeri olarak düşünülebilir [121] . En uygun özelliklere paladyum kopolimerizasyonu ile ulaşılmıştır [122] . Çapraz-bağlanmış polimerler, C yardımı ile rastgele reaksiyonlar ile sentezlenebilir polyfullerenes ait bir grup, 60 . Bu çapraz bağlı C hazırlanması 60 ihtiva eden polimerler C polimerlerin reaksiyona sokulması suretiyle gerçekleştirilebilir 60rastgele ve üç boyutta [123] . Fulleren dendrimerler başlıklı başka bir fulleren içeren polimer sınıfı, düzenli dallara ve en az bir fulleren molekülüne sahiptir. Fulleren molekülleri dendrimerin merkezinde, yüzeyinde veya bağlantı noktalarında bulunabilir [124] , [125] .

Uç başlıklı polimerler, polimer omurgasının ucuna yerleştirilen ve özelliklerini değiştiren bir veya iki fulleren molekülüne sahip büyüleyici bir polifulleren grubu olarak kabul edilir . Fulleren birimleri polimer sentezinden sonra eklenebilir veya aksi takdirde polimer zincirinin büyümesi fulleren molekülünün kendisinden başlayabilir [119] . Deniz yıldızlarına benzer bir topolojiye sahip iki ila on iki uzun, esnek zincir bulunan fulleren birimi içeren yıldız şekilli polimerler. Bu polifullerenler iki yaklaşımla hazırlanabilir: (a) polimer zincirleri fulleren birimine bağlanabilir veya (b) polimer zincirleri fulleren biriminin yüzeyinden büyütülebilir [126] , [127] .

Cı başka bir sınıfı, 60 ihtiva eden polimerler fulleren birimleri bir polimer omurgası içine yerleştirilmiş ve bir kolye benzeri bir yapı oluşturulduğu biridir. Bu polifulleren, iki-işlevli monomerlerin ve fulleren kafesinin doğrudan reaksiyonu ile ve aynı zamanda bir fulleren bisadukt ve iki-işlevli monomerler arasındaki polikondensasyon ile sentezlenebilmektedir [128] , [129] . C üzerinde en çok çalışılan grup 60 ihtiva eden polimerlerin yan zincir polimerlerdir. Bu polimerler iki şekilde, fulleren birimlerinin önceden oluşturulmuş polimerlerle doğrudan reaksiyonu ile veya fullerenin diğer monomerlerle kopolimerize olabilmesi için işlevselleştirilmesiyle hazırlanabilir [130] , [131] .

Cı son sınıfı 60 -Polimerler Dai hazırlanabilir moleküllü polimerler ile temsil edilir ve diğ. [132] , sentetik yönteme göre 1999 yılında, moleküllü fulleren dört tipe ayrılır, fullerenin ve fonksiyonalize polimerler arasındaki (a) etkileşimi; (b) fulleren türevi kendi kendine toplanma; (c) C çoklu fonksiyonalizasyonunun 60 ve tamamlayıcı polimerik omurgaların; ve (d) bozulmamış fulleren ve ditopik içbükey konuklar arasındaki tamamlayıcı etkileşimler.Fullerenlerin toksisite ve biyouyumluluk değerlendirmesi

***maturidi*** · 31 December 2019, 16:37

C Prifltine yana ve derive 60 hücre zarı ve içine hücre içi boşluk ve olarak birikmesi kutu erişim sitoplazma , bunlar hücrenin işleyişi ve bütünlüğü için bir tehdit olabilir [133] , [134] , [135] , [136] , [137] , [ 138] , [139] . Fizikokimyasal özellikleri, ROS ilgili davranış ve toksisite ve Fulleren için kullanılan tekniğe bağlı olarak, farklı sonuçlara üretebilir çözündürme bozulmamış C 60mekanik işleme, suda uzun süreli karıştırma ve bozulmamış fullerenin genel özelliklerini değiştirebilecek kimyasal modifikasyonlar dahil [140] .Bozulmamış ve türevlendirilmiş fullerenin in vitro toksisitesi

Tetrahidrofuran (THF / n C 60 ) ile hazırlanan fulleren kolloidin farklı memeli hücreleri üzerindeki toksik etkileri, ROS üretimi, mitokondriyal depolarizasyon ve nekrotik hücre ölümüne neden olan lipit peroksidasyonunu gösteren bir dizi çalışmada kanıtlanmıştır [141] , [ 142] , [143] . THF'nin in vitro fulleren toksisitesini nasıl etkilediğini belirlemek için bir araştırma Kovochich ve ark. 2009 yılında [144] . Yazarlar, fare makrofaj hücre çizgisinde süpernatantınTHF / n C 60 , P-bütirolakton ve formik asit dahil THF yan ürünlerinin varlığı nedeniyle fulleren agregatları yerine toksisiteyi indükler . Aslında, bu yan ürünler hücre içi Ca2 + salınımına, mitokondride Ca2 + artışına ve bunların bozulmasına neden olur. Bu nedenle, THF / toksisitesi n C 60 oldukça saf fullerenin içsel özellikleri daha fulleren hazırlanması için kullanılan yöntemler ile ilgili gibi görünmektedir [142] , [143] , [144] , [145] . Başka bir çalışma da THF'ninperoksit , THF / n C 60'ın oksidatif reaktivitesinde ana faktördür ve ayrıca bu THF türevi , THF / n C 60'ın Escherichia coli'ye karşı antibakteriyel aktivitesinde önemli bir rol oynar [146] . Daha sonraki çalışmalarda, ne fullerenin ne de THF'nin toksisiteden sorumlu olmadığı ve gerçekten de THF yan ürünlerinin, γ-bütirolakton ve THF hidroperoksit , indüklenen toksisite nedeniyle, THF / toksisitesinin bulunmamasına yol açan ekstra yıkama adımlarının THF / n, Cı- 60 içinde D magna ve A549 akciğer hücreleri [147]. Ayrıntılı çalışmalar, C hazırlanmasının gösterdi 60 nanopartiküller etanol kullanarak veya çözücü madde değişimi ile elde edilen toluen suyla karıştırıldı Cı yanı sıra, THF yerine 60 süspansiyonları, hücre hasarına neden olmadığını, bu bulgu, yukarıda belirtilen açıklama tercih [143] , [148] . Markovic ve diğ. [140] 2008 yılında düşük fulleren konsantrasyonuna sahip olan ve büyük agrega oluşumu sağlayan suda uzun süreli karıştırılarak aqu / n C 60 hazırladı . Aqu / n Cı- 60 tarafından yapılan, sonikasyon , isteyerek üzerine singlet oksijenin üretilen aydınlatma [149] , diğer çalışmalara göre fotoaktif değildi [150] . Ortam ışığı durumlarında, aqu / n C 60 reaktif oksijen türleri üretmedi ve çeşitli memeli hücrelerinde sadece marjinal ROS'tan bağımsız sitotoksisite gösterdi [143] . Fulenen işlevselleştirme derecesi agregat oluşturma eğilimini etkileyebilir ve tek işlevli moleküller çözeltide daha kararlı olan çok işlevli fullerenlerden daha fazla toplanma eğilimindedir [151] . Yaygın olarak, türetmeninfulleren, fonksiyonelleştirilmiş fullerenler için toksisitede önemli bir azalmaya neden olabilir. Bu nedenle, yüksek oranda çözünür fullerenler daha az sitotoksik aktiviteye sahiptir, çünkü kovalent olarak bağlanan fonksiyonel grupların sayısındaki artış, fullerenlerde ROS üretme kapasitesini azaltır [141] , [152] . Polihidroksillenmiş fullerenler (fulleroller veya fullerenoller olarak adlandırılır), UV ve görünür ışıkla ışınlandığında, tekli oksijen üretir, ancak fullerenoller polimer kaplı fullerenlerden daha az ROS üretir, ancak insan hücrelerinde fotoksidatif stres oluştururlar [153] , [154] . Bununla birlikte, sitotoksik konsantrasyonda fullerenoller hidroksil radikallerini temizleyebilir [155]. Fullerenollere benzer şekilde, karboksisillerenler ışık ışınlaması altında sitotoksisite gösteren antioksidatif / sitoprotektif ajanlardır [156] .

Belirtildiği gibi, fullerenin hücre zarlarına nüfuz etme kabiliyeti toksisitesini büyük ölçüde etkiler: hücrelere kolayca girebilen katyonik fulleren türevleri nötr ve anyonik fulleren türevlerinden daha toksiktir [157] . Fullerenlerin tanısal ve terapötik uygulamalarda, pulmoner maruziyette ve fulleren nanopartiküllerin solunmasında ebeveyn uygulaması kardiyovasküler yan etkilere yol açabilir, bu nedenle, fulleren kardiyovasküler toksisiteyi değerlendiren bir dizi çalışma [158] , [159] . C iken 60 preparasyonlar sonikasyon ortaya çıkardı ile elde edilen trombosit gelişmeyen, diğer karbon nanopartikülleri göre daha düşük bir oranda kümelenme trombozOrganik çözücü hazırlanan Cı- 60 tromboz neden olabilir ki, trombositlere bağlı olduğu bulunmuştur [68] , [160] .

Daha önce belirtildiği gibi, su-karıştırılmış Cı 60 ve fulerenollerin Ca hücre indüklediği bulunmuştur 2+ , ancak söz konusu olduğunda, bir artış ve insan göbek endotel hücrelerinde neden tutuklama G1 hücre döngüsü faz suyla karıştırıldı Cı 60 herhangi bir hücre ölümü gözlenmiştir fullerenoller koroner arter hastalıklarını ve aterosklerozu teşvik edebilecek apoptotik hücre ölümüne neden olurlar [159] . Başka bir çalışmada fullerenollerin poliubikitine protein ve otofajinin birikmesine neden olduğu ve hücre yoğunluğunda bir azalmaya neden olduğu gösterilmiştir [161] . Diğer fulleren nanoparçacıklarının ve türevlerinin aksine, hekzasülfobütil-C 60 inhibe edebiliroksidasyondan düşük yoğunluklu lipoprotein (LDL), bu nedenle aterosklerozun önlenmesinde etkili olabilir [162] .

Kardiyovasküler toksisiteye ek olarak, fullerenin in vitro kan uyumluluğu da bir dizi çalışmada araştırılmıştır. THF / C 60 nedenleri oksidatif stres aracılı lizizi eritrosit herhangi bir kasıtlı photoirradiation uygulandığı süre içinde, çekme ve normal şekline kaybıyla ilişkili hücrelerin [163] . Fullerenler kan dolaşımına girdiklerinde karaciğere taşınırlar, bu nedenle fullerenlerin karaciğer üzerindeki toksik etkilerinin araştırılması önemli görünmektedir. Fotosensitizasyon üzerine γ-Siklodekstrin / C 60 sıçan karaciğeri mikrozomunda tekli oksijene bağlı oksidatif stresi tetikler, protein oksidasyonunu ve lipit peroksidasyonunu indükler [164]. Polihidroksilatlanmış fullerense kullanılarak elde edilen sonuçlar γ-siklodekstrin / C benzerdi 60 [165] .

Daha ileri çalışmalar C toksik etkiler gösterdi 60 (OH) 24 sıçan ortam ışığı altında hepatositler lipid peroksidasyonu ve indüklenen tükenmesi C ise, hücre ölümüne yol açan hücre içi ATP 60 (OH) 12 daha az toksik etkiler sergilemiştir. Bu sonuçlar, fullerenollerin toksisite etkilerinin , fulleren karbon kafesi üzerinde bulunan hidroksil gruplarının sayısına ve muhtemelen bunların çözünebilirliğine bağlı olduğunu göstermiştir [166] .

THF / C 60 toksisitesi için test edilen bir başka hücre tipi köpek böbrek hücreleridir [167] ve ayrıca epitelyal bariyerin bir göstergesi olan sonike C 60'ın bazı toksisitesini belirlemek için fare böbrek epitel hücreleri kullanılmıştır. işlevi [168] . Polihidroksillenmiş fulleren hücre iskeleti bozulmasına , mitokondriyal disfonksiyona ve ardından ATP tükenmesine neden olmuştur [169] . Fullerenlerin kan oküler bariyerlerini atlamak için ilaç taşıyıcıları olarak uygulamaları, araştırmacıları fulleren ve türevlerinin oküler toksisitesinin değerlendirilmesine doğru yönlendirir. UV ışınlaması üzerineγ-siklodekstrin / C 60 karanlıkta ya da ortam ışığında herhangi bir toksik etki gözlenmemiştir ise, apoptotik hücre ölümüne neden oldu oksijenden kaynaklanan protein peroksidasyonuna neden [170] . Daha toplu γ-siklodekstrin / C 60 , daha tekli oksijen üretimi, bu nedenle tam toplanmış fulleren lens hücreleri üzerinde hiç bir toksisite etki göstermiştir. Fullerenol toksisitesinin araştırılmasında, daha düşük fullerenol konsantrasyonlarının UV ve görünür ışık ışınlaması altında insan lens epitel hücrelerine oksidatif hasara neden olduğu , daha yüksek konsantrasyonların ise karanlıkta bile toksiklik gösterdiği gözlenmiştir [171] . Başka bir çalışma, fullerenolün retinal pigment üzerindeki toksik etkisininepitel hücreleri insan mercek epitel hücrelerine toksisitesine benzerdi [172] , fullerenollerin oküler uygulamada, özellikle güneş ışığı varlığında kullanılmasının lens veya / ve retina hasarıyla sonuçlanabileceğini gösterir [173] .

Çözücü değişimi, THF / C hazırlanan 60 nano-tanecikleri ve polivinil pirolidon / C 60 kompleksleri derhal insan tarafından içselleştirilebilir keratinositler ve sonra çekirdeğe yakın sitoplazmada biriken [174] , [175] . THF / C 60 nanopartiküllerinin insan keratinositlerinin büyümesini azalttığı ve ışık altında etkisinin bir miktar arttığı gösterilmiştir [176] . Bununla birlikte, daha ileri çalışmalar THF / C toksik etkisini rapor 60 keratinositlerde nanopartiküller ve aynı zamanda, insan dermal fibroblastları [141] , [143] .

Mekanokimyasal yaklaşımla hazırlanan 60 -siklodekstrin, sodyum dodesil sülfat veya polivinil pirolidon ile C60 komplekslerinin in vitro sitotoksisitesi yoktur [143] . Ayrıca UV ışınlaması altında insan keratinositlerinde ve melanositlerde ROS oluşumunu, melanin üretimini azaltabilirler [175] , [177] , [178] ; bu özellik onları cilt bakım ürünlerinde uygulanabilir kılar [179] , ancak UVA ışınlaması altında γ-siklodekstrin / C 60 keratinositlerde oksidatif strese neden olmuştur [180]. Polihidroksilatlanmış fullerenin sitotoksik değerlendirilmesi ile ilgili kontrast raporlara göre, bulunmuştur C olduğu 60 (OH) 32 , C aksine 60 (OH) 24 ve C 60 (OH) 20 , insan keratinositleri öldüren ışığın yokluğunda, [181] , diğer çalışmalar, insan keratinositlerinde polihidroksillenmiş fullerenlerin, UV ışınımının neden olduğu DNA hasarını ve oksidatif stresi engellediğini, dolayısıyla hidroksil gruplarının artmasının sitoprotektif aktiviteyi arttırdığını göstermiştir [178] , [182] .

Bildirilen sonuçlar, genel olarak kesin etkinin muhtemelen konsantrasyona bağlı olmasına rağmen, fulleren kafese bağlı fonksiyonelleşme gruplarındaki artışla birlikte hem antioksidan aktivitenin hem de toksisitenin arttığını göstermiştir [173] . Polimer kaplı fullerenler, açık ışık ışınlaması olmadan, nöronal hücre soylarına karşı hiçbir toksisite göstermemiştir [183] , [184] . Karboksillenmiş fulleren ve hidroksillenmiş fulleren de sinir hücresi çizgileri için hiçbir toksisite göstermemiştir; bununla birlikte primer fare nöronlarının yaşayabilirliğini azaltmışlardır [185] .

Son zamanlarda, Çin-hamster V-79 hücreleri üzerindeki iki tip fulleren çözeltisinin sitotoksisitesinin araştırılması için bir araştırma yapılmıştır [186] . Biri çözücü değişim yöntemi ile hazırlanan ve diğeri küme boyutunun daha küçük olduğu N-metilpirrolidon (NMP) ile hazırlanan iki fulleren çözeltisi hazırlandı ve test edildi ve her iki durumda da in vitro testlerde N'nin -metilpirrolidon sulu fulleren çözeltilerinin hazırlanmasında çözücü olarak kullanılabilir [186] .Bozulmamış fulleren ve türevlendirilmiş fullerenin in vivo toksisitesi

Nanoparçacıklar sistemik dolaşıma girebildikleri ve sistemik ve lokal toksisite gösterebildikleri için, toksikliklerinin in vivo değerlendirilmesi önemli görünmektedir. Ayrıca, in vivo testleri daha doğru fulleren toksisite gösterebilen in vitro bu yaklaşım daha tatmin edici bir şekilde vücut ortamı taklit olarak,. İlk in vivo çalışmada mikronize C'lik bir sulu süspansiyonun püskürtülmesiyle 1996 gerçekleştirildi 60 kemirgenlere. Bu deneylerde, Cı- 60 hiçbir öldürücü olduğu gösterilmiştir ve bu hayvan türleri için akut ya da subakut toksisite göstermemiştir [187] , [188] .

Fullerenler, in vitro deneylere dayanan hücre zarları gibi lipit bakımından zengin bölgelerde lokalize olabilmektedir ve redoks aktiftirler. Ek olarak, fulleren koloidal sulu çözelti oluşturabileceğinden , fullerenin neden olduğu oksidatif hasar, sucul türlerde bas olarak incelenmiştir [189]. Bu çalışmanın sonuçları, herhangi bir dokudaki protein oksidasyonundaki değişikliğe rağmen, lipid peroksidasyonunda, solungaç ve karaciğer lipit peroksidasyonunda, azalmalarıyla birlikte değişikliklerin gözlendiğini, aksine beynin artmış lipit peroksidasyon eğilimi gösterdiğini göstermiştir. Bu farklılıklar beyin dokularına göre solungaç ve karaciğerin üstün antioksidan savunmalarına bağlanabilir veya fullerenler kolloidlerin ayrılmasından önce beyine ulaşabilir. Hücre zarındaki fullerenlerin bu seçici lokalizasyonu büyüleyici olsa da, fullerenlerin kaplanmasıyla avantajlı terapötik ve potansiyel toksik etkiler arasında bir denge önlenebilir. Bir başka çalışmada, fulleren agregatlarına hapsedilmiş THF'nin larva zebra balığı içindeki toksisiteleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır [190]. THF, sulu C60 agregatlarının hazırlanması için kullanılmıştır [25] , bu nedenle fulleren agregatlarının [189] atfedilen toksisitesinin , preparatta THF varlığının bir sonucu olması mümkündür [190] . THF-Cı göstermiştir sonuçlar 60 ve THF-su, gen ekspresyonu ve zebra balığı larvalarının yaşamlarını sürdürmeleri değişim kaynaklı C iken 60 balık mortalite üzerinde herhangi bir etki -su. GC – MS , su numunesinde THF tespit etmese de, daha önce sözü edilen treatment-butirolakton gibi THF işleminden üretilen yan ürünler toksik etkilerden sorumlu gibi görünmektedir [190] . Ayrıca gen ifadelerindeki değişiklikler THF ve / veya bununbozunma ürünleri aslında C 60 ° C daha uzun maruz bırakma, ancak -su tedavisinde, zebra balığı gen ekspresyonu bir değişikliğe neden olmadı 60 farklı sonuca yol açabilir [190] .

Kentsel atmosferlerde mevcut olan fullerenin etkilerini araştırmak için fulleren içeren atmosfere hayvan maruziyeti üzerine daha fazla çalışma yapılmıştır. İle tedavi edilmiş farelerde intratrakeal Cı sonike saf instilasyonu 60 , birleştirilmiş fulleren alveoler ve kapiler bulunmuştur lümen maruz kaldıktan sonra akciğer lenf düğümleri de ve [191] . Akciğer iltihabı veya histopatolojik anormallik gözlenmemesine rağmen, maruziyetten 5 dakika sonra hava-kan bariyerlerinde fulleren varlığı, fullerenin solunmasının C 60'ın hızlı translokasyonuyla sonuçlandığını düşündürmektedir.sistemik kan dolaşımı yoluyla nanopartiküller ve ardından vücuttaki çeşitli dokulara yayılması. 2009 yılında Fujia ve ark. soluma için sıçanlar maruz yüzey aktif madde (Tween 80), eritilmiş bozulmamış Cı 60 [192] . 4 hafta sonra, alveoler makrofajlarda fulleren partikülleri görülmüştür; ancak akciğer dokusu anormalliği gözlenmemiştir. Diğer çalışmalarda, fullerenin yüksek dozda (3 mg / kg) intratrakeal damlaması , nötrofil açısından zengin inflamasyon alanlarını uygulamadan 1 haftaya kadar önemli ölçüde arttırdı ve aynı zamanda bronkoalveoler sıvıda nötrofil sayısında geçici bir artışa neden oldu [193] , [194] .

Bu sonuçlara göre, Cı- 60 nanopartiküller sadece geçici akciğer inflamasyonu ve patolojik akciğer değişiklikleri ve diğer dokuların neden olur. Sayes ve ark. 2007 yılında, herhangi bir artış gözlenmiştir laktat dehidrojenaz , alkalin fosfataz THF sıçan trakea içi damlatma sonra 3 aya bronkoalveoler lavaj yukarı ve protein oranları / C 60 çözücü madde değişimi ile hazırlanabilir [195]. Bozulmamış ve işlevselleştirilmiş (hidroksillenmiş) fullerenin pulmoner toksisitesini araştıran çeşitli çalışmaların raporladığı sonuçlara göre, bunların aşılanması / solunması sıçanlarda ve farelerde geçici iltihaplanmaya neden olabilir, ancak yüksek dozlarda sürekli iltihap ve ardından doku hasarı gözlenmiştir [173] . Sonra intraperitonal Tween-çözünebilir C enjeksiyonundan 60 (500 mg / kg), fulleren, özellikle de karaciğerde birikir Kupffer hücreleri ve nadiren karaciğer içinde yıldız hücrelerinde ve hepatozitlerinde ve hiçbir parenkimal hücreli hasarı, enflamasyon veya fibroz mikroskopik inceleme ile gözlendi. Ayrıca, C 60 sulu çözelti karaciğeri CC1 4'ün ROS aracılı toksisitesinden korumuştur [196] . THF / n C 60 ile yapılan sıçanlarda yapılan bir başka çalışmada , enjekte edilen fulleren karaciğer, kalp, böbrek, dalak, akciğer, bağırsak ve kas ve kemik dokularında birikmiştir. 0.25 dozu ug / kg arasında , n C 60 toksik değildi ve herhangi bir semptom enjeksiyonlar iki hafta sonra gözlendi; Bu bulgu ile tezat teşkil in vitro THF / sitotoksisitesi n C 60 melanoma hücreleri üzerinde [197] . Polialkilsülfonatlı C 60 uygulamasısıçanlarda böbreklerde tübüler epitelyumun yaygın nekrozuna neden olmuş, ayrıca dalak, karaciğer ve timusta bazı pigment yüklü makrofajlar gözlenmiştir [198] .

Shinohara ve diğ. fullerenin genotoksisitesini in vitro ve in vivo deneylerle incelemiştir [199] . Bunlar Cı sentezlenen 60 ışık ışınlama altında ve karanlık durumda Kromozomal sapması ve bakteriyel ters mutasyon için nanopartikül süspansiyonlar. Sonunda, C 60 nanoparçacık süspansiyonlarının ne karanlıkta ne de hafif ışınlama altında genotoksisiteye sahip olmadığı sonucuna varmışlardır [199] .

Fulleren toksisitesi üzerine bir çalışma Yamago ve ark. [200] : suda çözünür bir metanofullerenin (0.5 g / kg vücut ağırlığı) tek bir periton içi enjeksiyonuyla , fareler 1 hafta hayatta kaldı. Polihidroksilatlanmış C tek bir intraperitoneal enjeksiyon sonrası 60 fareye (1.2 g / kg), aktivitesi , sitokrom P450 bağımlı karaciğer monooksigenazı azaltılmıştır inhibisyonu enzimi katalitik aktivitesi . İntraperitoneal enjekte edilen daha düşük fullerenol dozları sıçanlarda kan hücrelerini etkilememiştir ; bununla birlikte eritrositlerin antioksidatif kapasitesi azalmıştır [201] . Düşük dozda fullerenol (50 mg / kg) kullanarak toksik etkiler tamamen ortadan kalkmıştır [202] , [203] .

Sıçanlara intravenöz enjeksiyon yoluyla, THF / n C 60 tüm vücuda karaciğer ve dalak için yüksek oranda alım ile uygulanmıştır [204] . Fulleren sulu süspansiyonunun enjeksiyonundan sonra, molekül hızla dolaşımdan kayboldu ve karaciğerde birikti ve aynı zamanda kas, akciğer ve dalakta gözlendi, ancak beyinde görülmedi [176] .

Bir şekilde fullerenol değerlendirmek için fotodinamik terapi maddesi, bu C bozulmamış benzer fare enjekte edilmiş ve 60 , bu dolaşımdan hızlı bir şekilde temizlenmiş ve karaciğer, akciğer ve dalak biriken. Ayrıca, sonuçlar tümör hücreleri tarafından fullerenol alımının normal dokudan daha yüksek olduğunu ve bu nedenle bazı tümör tiplerinin fotodinamik tedavisinde fotosensitizör olarak kullanılabileceğini göstermiştir [205] .

Bir fulleren amonyum tuzu da hızla dolaşımdan temizlenir; Bununla birlikte, bu oran bozulmamış C'den daha düşük olan 60 . Çoğu karaciğerde, geri kalanı akciğer, kas ve deride birikmiştir. Bozulmamış C 60'a benzer şekilde beyine ulaşmamıştır [176] . Polyalkylsulfonated C intravenöz enjeksiyonu sonucu 60 (100 mg / kg) olarak intraperitoneal enjeksiyon için benzer ve sıçanlarda fagolizozomal nefropati neden [198] .

Fulenenin sistemik uygulanmasına ek olarak , bir dizi çalışma fullerenin oral uygulamasını araştırdı. Tek bir doz (Tween 80) -solubilized Cı 60 (2 g / kg) oral olarak farelere tatbik ve herhangi bir dokuda toksisite veya anormalliklerin hiçbir işaret gözlenmemiştir [206] . Başka bir araştırma, C oral uygulama ise 60 içinde çözülmüş, zeytin yağı , sadece kronik toksisite, aynı zamanda sıçanlarda yaşam süresini iki katına etmez [207] . Bu bulguların aksine , mısır yağında oral yoldan verilen düşük dozda bozulmamış C 60 (0.64 mg / kg) karaciğer ve akciğerlerde DNA hasarına neden olmuştur [208]. Bu çalışmalardan, fullerenin gastrointestinal adsorpsiyonu ve bunun sonucunda ortaya çıkan toksisitenin düşük olduğu ortaya çıktı; Bununla birlikte, deneyler bir dizi bozulmamış C aracılık ettiği DNA hasarı oksidatif 60 bildirilmiştir ve bu önemli bir ilgiyi hak [173] .

Ayrıca fullerenin dermal toksisitesi, fullerenin antioksidan aktivitesi ile ilgili kozmetik uygulaması nedeniyle özel dikkat gerektirir [173] . Xia ve diğ. [148] , 2010 C'nin nüfuz etmesinin ortaya 60 fulleren araca bağlı bir pik ortaya çıkarmıştır. Örneğin, penetrasyonu kloroform , toluen ya da daha yüksek olduğu sikloheksan Cı ise, 60 mineral yağ içinde nüfuz deri yoktu. C İncelenmesi 60 içinde propilen glikol tavşan, domuz ve insanlarda henüz ortaya cilt tahrişi ya da cilt reaksiyonu [209]. Buna ek olarak, polivinil pirolidon / C 60 UV ışıması altında hiç bir toksisite göstermiştir [210] .Fullerenlerin biyomedikal uygulamaları

Antioksidan aktivite ve radikal süpürme

Serbest radikaller, normal hücresel metabolizma ve bazı bozukluklar tarafından teşvik edilen anormal reaksiyonlar tarafından üretilir . Protein, lipit ve DNA gibi biyolojik moleküllere zarar vererek toksisiteler ve hastalık süreçleri ile birlikte doku anormalliklerini tetikleyebilirler [211] . Bu hücre hasarına ve bazı durumlarda kanser ve ateroskleroz gibi hastalıklara yol açar [212] , [213] .

C 60'ın temel özelliklerinden biri, biyolojik sistemleri hücre hasarına ve doku anormalliklerine karşı korumak için 'serbest radikal süngeri' olmasını sağlayan olağanüstü serbest radikal süpürme yeteneğidir [37] , [38] , [213] , [ 214] . Fulleren kafesinde birkaç çift bağın bulunması serbest radikallerle reaksiyona girmesini sağlar [38] , [215] .

Fullerene, en verimli süpürücü olarak, gibi bir serbest radikal türler ile reaksiyona girebilen süperoksit (O 2 - ) ve hidroksil radikalleri (OH ) ve hidrojen peroksit (H 2 O 2 ) tüketilen olmadan; ayrıca, hücrelerin içinde lokalize olabilirler ve serbest radikal üretimini engellerler. Öte yandan, bildirilen çalışmalara dayanarak, fullerenlerin radikal süpürme kabiliyetinin tamamen fulleren kafesin kendisine atfedilemeyeceği, aynı zamanda karbon kafese bağlı fonksiyonel gruplarla ilişkili olabileceği, bu nedenle, çeşitli fullerenler farklıdır [140] , [216]. Sudaki çözünmezliği nedeniyle , türevlendirilmiş fullerenler radikal süpürme için daha elverişlidir; ayrıca türevlendirilmiş fulleren, hücresel ve subselüler ortamla daha verimli bir şekilde etkileşime girebilir [140] , [217] . Wang ve diğ. lipid peroksidasyonunun inhibisyonunu belirleyen C 60 , türevlerinden üçünün ve E vitamininin antioksidan aktivitesini değerlendirdi [218]. Fulenen türevinin etkili bir şekilde serbest radikaller tarafından tetiklenen peroksidasyonu ve membran bozulmasını önleyebildiğini ve lipo-çözünür fulleren türevinin, doğal bir antioksidan olan E vitamini ile karşılaştırıldığında lipit peroksidasyonunu önlemede daha etkili olduğunu bildirmişlerdir. Sonuçları ayrıca, hem lipo -çözünür hem de suda çözünür fulleren türevlerinin potansiyel olarak antioksidan türevleri olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Bu özellik, örneğin, C gibi diğer suda çözünür fulleren türevleri için de araştırılmıştır 60 (OH) n , karboksifulerenler, C 60 (ONO 2 ) 7 ± 2 iyi radikal yutma yetilerine bulma ve heksa (sülfobutil) fulleren, [67] , [68] ,[219] , [220] , [221] , [222] , [223] .

Türevlendirme polihidroksillenmiş fulleren ve benzerleri gibi polar grupları ile fulleren ve tris (malonik asit)-Cı- 60 (TMA-Cı- 60 ) bunları mümkün butonu yapar mitokondri serbest radikaller oluşturulur ve TMA-C 60 güçlü gösterdi nörolojik koruma çeşitli hücre kültürü modelinde Parkinson gibi nörolojik hastalıklar [33] , [133] .

Sulu fulleren süspansiyonunun radikal süpürücü özelliklerinin değerlendirilmesi Gharbi ve ark. [196] karaciğerde serbest radikalle ilişkili hasarın önlenmesini göstermiştir. Dendrofullerene ve TMA-Cı antioksidan özellikleri 60 türevleri araştırılmıştır [224] ile birlikte, amino asit fullerenin türevleri. İkinci durumda, yedi p-alanin taşıyan fulleren, hidrojen peroksite karşı antioksidan özellikler gösterdi ve indüklenmiş apoptotik önledialanin-fulleren, hücre dışı ve hücre içi ortamda ROS birikimini engellediğinden hücre ölümü. A-alanin fulleren türevleri ayrıca süperoksit ve hidroksil radikallerine karşı etkili radikal süpürme kabiliyeti göstermiştir [215] , [225] . Ayrıca beş sistein taşıyan başka bir amino asidik fulleren türevi , hidroksil ve süperoksit serbest radikallerinin neden olduğu apoptozu inhibe eder [226] .

Enes ve ark. Tarafından bildirilen bir veya iki 3,5-di- tert -butil-4-hidroksifenil birimi taşıyan fulleropirrolidin . [227] antioksidan özelliklerini de doğrulamıştır. Lin ve diğ. [228] in vitro çalışma ile karboksisallerenin antioksidan aktivitesini araştırmışlar ve beyin kaynaklı homojenatların demirden kaynaklı lipit peroksidasyonu ve oto-oksidasyonu baskılanmıştır. Ayrıca, in vivo çalışmalar, karboksiseriten antioksidan aktivitesinin nigrostriatal dopaminerjik sistemi demir kaynaklı oksidatif hasardan koruduğunu göstermiştir .

Başka bir çalışmada, inaktif insan periferik kan mononükleer hücrelerinin (PBMC'lerin) TNF-a artı sikloheksimid veya 2-deoksi-d-riboz (dRib) ajanları tarafından indüklenen apoptozdan korunmasıyla, karboksiflerenin bağışıklık sistemi hücreleri için antioksidan potansiyeli araştırılmıştır [229] . Özetle, diğer biyolojik uygulamalarla birlikte, fullerenler güçlü antioksidanlar olarak kullanılabilir ve şu anda kullanılan E vitamini gibi bileşiklerden daha aktiftir.

Yao ve diğ. [230] C olmak üzere dört fulleren polimerik sistemler radikal süpürücü kinetiğini de incelemişlerdir 60 -PAA-C 60 , PAAC 60 , pDMA-C 60 ve PEO-b-PAAC 60 . Bu fulleren polimerik sistemlerin radikal süpürme işlemi, fulleren polimerik sistemin sulu çözeltisinde mevcut olan unimers ve misellerle ilgili iki aşamalı kinetik eğilimler içermiştir . Dahası, serbest radikal süpürme işleminde misel ve unimerlerin radikallerle reaksiyona girdiklerini bildirmişlerdir. Daha büyük misel çekirdeklerde fulleren sayısının artması radikallerin daha hızlı reaksiyonuna neden olur. Aslında nanoyapınınfulleren polimerlerinin antioksidan aktivitesi üzerinde etkisi vardır [230] .Kanser tedavisi ve fotodinamik tedavi

Yukarıda belirtildiği gibi, fullerenler radikal bir temizleyici ve antioksidan ajanlar olarak bilinir , ancak paradoksal olarak oksidanlar olarak da işlev görebilirler . Aslında hücreler içinde ROS üretimini teşvik edebilirler ve sonuç olarak bazı durumlarda oksidatif stres gelişimini teşvik edebilirler [231] , [232] .

Andrievsky ve ark . 2009 yılında [233] , fulleren kovalent bağlarının ROS ile reaksiyona girdiği ve kovalent bağlar oluşturduğu varsayılmıştır , ancak bu varsayım, fullerenlerin fotodinamik tedavi sırasında nasıl ROS ürettiklerini açıklamayı zorlaştırmıştır [234] . Andrievsky ve diğ . rapor sipariş 'su kat' yerine kovalent yeterli zaman için sipariş 'su ceketi, teneke kutu tutucu iki hidroksil kökleri birbirleri ile reaksiyona girmekte ve daha az reaktif hidrojen peroksit türlerin üretilmesi için göz önüne alındığında, serbest radikal yutumu ROS inaktif olabilir hidratlanmış fulleren [ 233] .

Fullerenler kullanan kanser tedavi stratejilerinden biri fotodinamik terapi ve fototermal terapi (PTT) gibi ışık temelli tedavilerdir [235] , [236] . Fotodinamik terapi, bazı tümör tipleri ve bazı malign olmayan hastalıklar için invaziv olmayan ve cerrahi olmayan bir tedavidir. Fotodinamik, hasar ve apoptozu indüklemek için tümör dokusunda reaktif oksijen türleri üretmek için ışığa duyarlı hale getirici maddeler (ışığa duyarlılaştırıcı [PS]) ve ışık ışınlaması kullanan bir fotokimyasal yöntemdir . Bu işlemin şeması Şekil 12 [16] , [234] , [237] 'de gösterilmiştir .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (230KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 12 . Fotosensitizatör olarak fulleren ile fotodinamik tedavinin şeması .
Fullerenler, fotodinamik tedavi için mümkün olduğunca PS uygulanabilir [234] , [238] . Fulleren molekülünün işlevselleştirilmesi , tıbbi uygulamalarda PDT'ye aracılık edebilen reaktif türler üretme yeteneğini artırabilir [234] . Cı zaman 60 görünür ışık ile ışınlanır, bu S, uyarılabilir 0 , S, kısa süreli bir duruma temel durum 1 , uyarılmış duruma . S 1 hızla yatan alt çürüme triplet halinin T 1 uzun ömrü vardır (50-100 us, Denk. (1) ).(1)C 60 + hν → 1 C 60 * → 3 C 60 * + 3 O 2 → C 60 + 1 O 2 *

Çözünmüş oksijen (varlığında 3 O 2 ) gösterilen, temel durum bir üçlü olarak mevcut, fulleren T 1 singlet oksijenin (üretilmesi için söndürülür 1 O 2 ). Böylece, bozulmamış ve işlevselleştirilmiş fullerenler, ışık ışınlaması üzerine ROS üretimini katalize edebilirler. 1990'larda fullerenin fotodinamik terapötik uygulamalarda değerlendirilmesi için in vitro çalışmalar gerçekleştirildi. Tokuyama ve diğ . karboksilik asit ile fonksiyonelleştirilmiş fullerenin insan servikal karsinom hücreleri üzerindeki fototoksik etkisini kanıtlamıştır [239] . Suda çözünür polietilen glikolün toksisite ve süperoksit üretim kabiliyetigörünür ışık altında fulleren türevi Nakajima ve ark . [240] . Burlaka ve diğ. [241] , aynı zamanda ROS üretimi ile karsinom hücrelerinde Prifltine photoxicity ve işlevselleştirilmiş fulleren göstermiştir: dendritik Cı fototoksisitesinin 60 monoadükt ve TMA-C 60 türevleri altında, Jurkat hücreleri (T-lenfosit) üzerinde araştırılmıştır UV ışıması ve sonuçlar göstermiştir bu tris -malonik asit türevi öldürme Jurkat hücrelerinde, dendritik bir daha fototoksik olan [242] . Ji ve diğ . ayrıca C 60'ın biyo-dağılım ve tümör alımını araştırdıBeş çeşit fare taşıyıcı tümör içinde (OH) x bu türevin bazı tümörlerin fotodinamik tedavisinde fotosensitizör olarak kullanıldığını göstermektedir [205] .

En çözünür fulleren biri kopolimerleri , Cı- 60 görünür ışık ışıması altında N vinilpirrolidon, bir fotodinamik terapi maddesi olarak olduğunu ortaya koymuştur [243] . Mroz ve diğ. katyonik ve hidrofilik fonksiyonel fullerenin fare kanseri hücre soylarına karşı fotodinamik aktivitesini araştırmıştır [235] . Fulleropirrolidinyum tuzunun, daha önce belirtilen mekanizma ile aydınlatma altında apoptozu indükleyerek kanser hücresini öldürmek için etkili bir ışığa duyarlılaştırıcı olarak kullanılabileceğini gösterdiler . Porfirin Cı fototoksik aktivite 60 ikilisinin (pC 60 , şematik olarak gösterilmiştir , Şekil. 13) Hep-2 insan larinks-karsinom hücreleri üzerinde Alvarez ve ark. [244] . İkili, foto-indüklenmiş yükten ayrılmış durum oluşturma potansiyeline sahiptir ve hücre inaktivasyonu için bir fotodinamik ajan olarak işlev görebilir . PC 60'ın apoptozu indüklediği mekanizma kaspaz-3'e bağımlıydı [244] . Zhao ve diğ . çözücü değişimi ve dağıtıcı madde kullanılarak hazırlanan dört farklı fulleren formunun fototoksisitesini değerlendirdi : sonuçlar dört preparatın tekli oksijen ve süperoksitin fotojenerasyonunda potansiyeli olduğunu gösterdi [180] . Karanlıkta sitotoksisite gözlenmese de, ana foto- sitotoksikaktivite süperoksit yerine tekli oksijene bağlıydı [39] . Fulleren'in HeLa hücrelerine karşı fotodinamik aktivitesi araştırıldı, salatalık [8] uril-fulleren kompleksi ve ışığın kombinasyonu, zar proteinlerinin ve fosfolipitlerin hasar görmesi nedeniyle HeLa hücrelerinin ölümüyle sonuçlandı [245] . Cı- 60 karıştırılmasıyla hazırlanır -PEG-Gd, gadolinyum Cı ile asetat çözeltisi 60 -PEG-DTPA, Liu geliştirilmiştir bir foto olan ve diğ. [246], toksik etkiler ve anti-tümör aktivitesi, tümörü taşıyan farelere intravenöz enjeksiyon ile değerlendirildi ve ışık ışınlamasından sonra, ışınlama süresine bağlı olarak fotodinamik aktivite ile sonuçlandı.
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (99KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 13 . PS porfirin-C 60 dyad'ın moleküler yapısı .
İn vitro olarak , intravenöz enjeksiyon yoluyla deneyler güçlü sahipken deneyler, bu HepG2 heptoma hücrelerin büyümesini önleyebilir göstermiştir pullulan-fulleren türevinin fotodinamik terapötik uygulamalar değerlendirmek için antitümör aktivitesi C ile karşılaştırıldığında 60 -PEG konjügat ya da tuzlu su [247] . Nobusawa ve diğ. C için taşıyıcı olarak, gelişmiş pH duyarlı 6-amino-γ-siklodekstrin (ACD) 60 için kanser hücrelerinin asidik yüzeyinde fotodinamik faaliyetleri için serbest bırakmak için [248] . İn vitro deneyler, ACD / C gösterdi 60 kanser hücreleri içine alınabilir. Aynı yıl Hu ve ark. [249]kullanılarak fulleren türevi sentezlemiştir l -fenilalanin, L -arginin ve folik asit açar fotodinamik terapide tekli üretimini düşürmek için alter fulleren sınırlı çözünürlük için. Sonuçlar, bu fulleren türevinin HeLa hücrelerinde alımının normal hücrelerden daha yüksek olduğunu ve müteakip foto irradyasyonun arttığını gösterdi.O21/O2−üretimi ve hücre apoptozunu indükler [249] .

Kanser tedavisi için yeni bir yaklaşım Cı kombinasyonunu ifade eder 60 diğer moleküllerle türevleri. Örneğin Shi ve ark. demir oksit bağlanmış nano-tanecikleri C 60 , ve çözünürlüğünü arttırmak için, PEG ile işlevselleştirilmiş [250] . Bu nanokompozit , fotodinamik tedavi ve MRI için ve ayrıca kombinasyon halinde bir antitümör ilacı , hematoporfirin monometil eter (HMME) halinde bir ilaç verme sistemi olarak kullanılabilir . Bu durumda, fotodinamik etki serbest HMME'den daha yüksektir. C da karmaşık 60 ile γ-siklodekstrinfullerenin fototoksisitesini arttırmak ve daha fazla suda çözünür hale getirmek için polimer sentezlenmiştir, bu da tekli oksijen üretmede ve UV ışınları altında kanser hücrelerini öldürmede daha yüksek etkilidir [251] .

Daha sonra, C de dahil olmak üzere bir ilaç verme sistemi 60 -PEI, yüklü bir fulleren türevi doksorubisin (DOX bir anti-kanser ilacı) kanser tedavisi için kemo ve fotodinamik tedavi birleştirmek için geliştirilmiştir. Bu sistemdeki DOX salınımı büyük ölçüde pH değerlerine ve asidik durumda (tümör hücrelerinde olduğu gibi) bağımlıdır DOX, yüksek hızda salınır, B16-F10 hücrelerinin in vitro büyümesinin iyi inhibisyonu ve in vivo deneyde iyi tümör supresyonu murin melanom kanserinde. Dahası, yan etkiler serbest DOX'tan daha düşüktü. Sonuçlar C kredi verdi 60 bir olarak kullanılacak -PEI-DOX nanotıpta kanser tedavisi için [252] . Diğer çalışmalarda, C 60-DOX kombinasyonu antitümör kompleksi olarak geliştirilmiştir [253] , [254] . İlk başta Prylutskyy ve ark. fulleren-DOX kompleksinin tümör inhibisyonu için yapısal ve fizyokimyasal özelliklerini incelemişlerdir [254] ve daha sonraki bir çalışmada [253] , fulleren-DOX kombinasyonunun antitümör aktivitesini saf fulleren ve DOX'un kendileriyle, ayrı olarak, Erkek farelerde Lewis akciğer kanseri. Sonuçlarına dayanarak, fulleren ve DOX kombinasyonu in vivo modellerde tümör büyümesini inhibe etmede daha etkiliydi ve antitümör tedavisinde etkili bir yaklaşım olarak kullanılabilir [253] .

Ek olarak, fulleren-DOX kompleksi tümör terapisinde sitotoksik aktivitesi açısından araştırılmıştır [255] ve sonuçlar, fulleren varlığının, in vivo modelde etki olmasına rağmen, hidrojen peroksit hücresel üretimini artırarak DOX'un tümör hücrelerine sitotoksik etkisini geliştirdiğini ortaya koymuştur. in vitro deneylerden daha belirgindir [255] . Bu sonuçlar, 2005 yılında yürütülmüştür kaçınılmaz bir çalışma ile tersine bir şekilde olan [256] bu fullerenol üç antitümör ilaçlar (DOKS, ilgili modüle edici etkileri olduğu gösterilmiştir, sisplatin kombinasyon halinde uygulandığında, ve taksol). C ile ilgili diğer araştırmalar ve incelemeler60 -DOX kompleksi geliştirilmiştir ve son zamanlarda Prylutskyy ve ark. Cı kanıtlamıştır 60 -DOX hetero kompleks kendi sorumlu olan sinerji fizyolojik ortam içinde [257] .

Hoechst 33258-hyaluronat fullerenin (Ho-HF) konjugasyonu, fullerenin PDT etkinliğini geliştirmek için Ho-HF konjugasyonundan yararlanarak in vitro olarak fotodinamik tedavi yoluyla HCT-116 hücrelerine karşı antitümör aktivitesini değerlendirmek için incelendi [258] . Kendinden monte mikrosferler fulleren-fenilalanin-poli içeren laktik asit (Cı- 60 -Phe-PLA) Mitroxantrone (MTX), bir anti-tümör ilacı yapmak amacıyla sentezlenmiştir. MTX arasında sürekli salınan ve Cı yüksek fotodinamik aktivite kombinasyonu 60 -Phe-PLA normal dokularda asgari düzeyde yan etkileriyle birlikte, etkin kanser tedavisi potansiyelini göstermiştir [259] . Son zamanlarda yapılan bir çalışmada, bir kitosan insan malign melanom (A375) hücrelerinde mitokondrilerde endojen ROS üretmek için oligosakkarit , fulleren üzerine aşılandı ve sonuçlar, düşük dozda fullerenin endojen ROS oluşumunu teşvik edebileceğini gösterdi [260].

Fulleren nanoparçacıkların kanser tedavisi için mikrodalga ısıtmanın etkinliği üzerindeki etkisi rapor edilmiştir, bu çalışmada mikrodalga ısıtması ve yüksek oranda suda çözünür bir fulleren türevi olan Pluronic F127-kitosan nanoparçacıkları içinde kapsüllenmiş C 60 kombinasyonu rapor edilmiştir. hücreleri ve kanserli hücreleri öldürmek için mikrodalga hipertermi sonuçlarının iyileştirilmesi [261]. Kanserlerin fotodinamik tedavisinde etkinliğini değerlendirmek için çeşitli fulleren türevleri ayrı ayrı veya diğer materyallerle konjüge edildi: genel sonuçlar, fullerenlerin farklı kanser terapötik yaklaşımlarında nano partiküllerin kullanılmasını ümit ettiğini göstermiştir. Ayrıca, bazı antitümör ilaçlarla kombinasyon, bu alanların daha ileri araştırmalar gerektirmesine rağmen, bu yapıların kanser tedavisinde umut verici bir yaklaşım olabileceğini düşündürmektedir.Fullerenlerin anti HIV aktivitesi

***maturidi*** · 31 December 2019, 16:37

HIV proteaz , virüsün hayatta kalmasını sağlayan ve HIV proteinlerine özgü olan temel enzimdir, bu nedenle antiviral tedaviler için ana hedeflerden biridir. HIV proteazın aktif bölgesi yarı açık bir hidrofobik elipsoiddir, Asp-25 ve Asp-125 boşluğun yüzeyi üzerinde durur ve substratın makaslama peptid bağı üzerindeki proteaz fonksiyonunu katalize eder . Boşluğun çapı 10 C'dir, C 60 kafesçapına yakındır [39] , [262] . Antiviral aktivitesi, fulleren türevlerinin esas olarak moleküler yapı ile ilgilidir. Friedman ve diğ. [262]HIV proteazının katalüler boşluğa bir fulleren molekülü sokulmasının engellenebileceğini bildirmişlerdir [262] , [263] . C 60 kürenin boşluğun ortasına gömülmesi , Van der Waals etkileşimlerine izin verir . Prato ve arkadaşları tarafından hazırlanan amfifilik fulleren bisadüktlerin antiviral aktivitesinin değerlendirilmesi, farklı HIV-1 inhibisyonu gösterdi [264] . Ayrıca, fulleren türevlerindeki bu inhibitör aktivitenin, işlevselleştirme alanlarıyla güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu bildirmişlerdir. Marchesan ve diğ. HIV-1 ve HIV-2'ye karşı inhibitör aktivitelerini değerlendirmek için sentezlenmiş bis-fulleropirrolidium tuzları ( Şekil 14 ) [265]Yan zincirlerinin konum antiviral aktivitesini etkiler bulma ve trans- fulleren İkili kanal daha aktif olan cis- on. Ayrıca Kotelnikova ve ark. fullerenin amino asit türevlerinin HIV'i inhibe edebildiğini bildirmişlerdir [266] .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (307KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 14 . Fulleropirrolidinyum tuzlarının yapıları [265] HIV'e karşı önleyici aktivitelerini değerlendirmek için.
İki değerlikli metal iyonları taşıyan amino asit fulleren türevleri (ADF'ler) lipozomların lipit iki tabakasından nüfuz eder , proteinlerin hidrofobik alanlarına eklenir ve bu nedenle membrana bağlı enzimlerin işlevini değiştirir . Fulleren katyonik, anyonik ve amino asit türevleri, Mashino ve ark. Tarafından antiviral aktivite açısından test edilmiştir . ve sonuçları amino asit türevlerinin en aktif türevler olduğunu göstermiştir. Yazarlar ayrıca, fulleren türevlerinin HIV inhibisyon aktivitesini nevirapin (klinik olarak kullanılan bir HIV inhibitörü) ile karşılaştırmış ve fulleren türevinin nevirapinin kendisinden bile daha etkili olduğunu bulmuşlardır [267] . Anti-HIV aktivitesibirden fazla karboksilik asit grubunun fulleren türevlerinin hem HIV-1 hem de HIV-2'sine karşı Troshin ve ark. [268] . HIV-1 proteazın fotodegradasyonu için fulleren-şeker hibriti kullanarak büyüleyici bir yaklaşım bildirdiler . Şekerin rolü, hidrojen bağı yoluyla hibrid ve HIV-1 proteaz arasındaki etkileşimleri teşvik etmektir. Hibrid-HIV-1P kompleksinin UV / vis ışınlaması, fulleren tarafından ROS oluşumuna atfedilen virüs bozulmasına yol açmıştır [268] . TMA-C 60'ın enzimatik inhibisyon aktivitesi de Yang ve ark. [269]2007 yılında; ancak, bu inhibisyonun muhtemelen ROS üretimi ile herhangi bir ilişkisi yoktur.

Özetle, fulleren türevleri, yapılarına bağlı olarak HIV proteazını kompleksleştirebilir ve inhibe edebilir, HIV proteazının boşluk bölgelerine bağlanabilir ve virüs replikasyonunu önemli ölçüde inhibe edebilir [270] , [271] ve ayrıca ROS üretim aktivitelerini.İlaç dağıtımında Fulleren

İlaçların verilmesi için geleneksel yöntemler arasında, oral ve enjeksiyon uygulaması en çok kullanılır. Bu yöntemlere ek olarak, pulmoner, transdermal , transmukozal, oküler uygulama ve implantasyon gibi bazı alternatif yaklaşımlar da vardır [272] . Nanoparçacık taşıyıcılar dahil ilaç verme sistemleri kullanılarak, farmakokinetik önemli ölçüde geliştirilebilir [273] . Protein, DNA ve ayrıca çeşitli küçük moleküller gibi biyoaktif elementlerin zardan hücrelere (hücresel iletim) aktarılması, tıp ve ilaç iletimindeki temel rolü nedeniyle büyük ilgi gördü [274] , [275]ve hücre çekirdeğine ulaşma olasılığı, çeşitli bariyerler ve gerçekten zorlayıcı olanlarla daha da sınırlıdır [276] . Biyouyumlulukları ve inanılmaz özellikleri nedeniyle hedeflenmiş ilaç dağıtımı ve kontrollü salım için çok sayıda nanoparçacık kullanılabilir ve fulleren ilaç dağıtım sistemlerinde büyük bir potansiyel sergiler [38] , [276] , [277] .

Fulleren kafesin geometrisi, boyutu ve yüzeyi, 1 nm aralığında , DNA sarmalının ortalama çapının yaklaşık yarısındaki çapı göz önünde bulundurularak bu uygulama için uygun gibi görünmektedir [272] . Fulleren kafesinin hidrofobikliğine rağmen , daha önce de belirtildiği gibi, suda çözünürlüğü sağlayan hidrofilik kısımlar tarafından fonksiyonelleştirilebilir ve biyolojik ortamda biyolojik olarak aktif moleküller için ilaç taşıyıcı olarak kullanılabilir . Bu alandaki ilk girişim Nakamura ve ark. dubleks DNA'yı bağlayan iki elle tetraminofullerenler sentezleyen [278] , bu nedenle bu DNA-fulleren nanoparçacıkları COS-1 hücrelerine girebilir. Foley ve diğ.bir fulleren türevinin ( C 61 (COOH) 2 ) hücre zarını geçebildiğini ve ayrıca mitokondri içine lokalize olabildiğini gösterdiğinden organel hedefli ilaç dağıtımında kullanılabilir [133] , [277] . İki diamino yan zinciri taşıyan bir fulleren türevi, memeli hücrelerine gen iletimi için endositoz ile hücreye girmesi için kullanılmıştır [279] . Rouse ve diğ . fulleren bazlı peptitlerin bozulmamış cilde nüfuz edebildiklerini ve buna göre ilaç dağıtımında uygulanabileceğini kanıtlamışlardır [280] , ayrıca yazarlar ayrıca mekanik fleksiyonun nanopartiküllerin dermise nüfuz etme oranını artırabileceğini bulmuşlardır .

Fulleren bazlı ilaç verme sistemlerindeki ana pozitif nokta, taksol artı diğer kemoterapötik ilaçlar gibi çoklu ilaç yüklerini taşıma kabiliyetleridir . Bu yaklaşım kanser tedavisinde gerçekten faydalıdır, çünkü kanser hücreleri kolayca ilaca dirençlidir ve etkili tedavi, direnç mekanizmasının üstesinden gelmek için genellikle birden fazla ilaç kombinasyonuna ihtiyaç duyar [281] .

Yaklaşık 120-145 nm arasında fulleren ve paklitaksel içeren bir ilaç verme sistemi Zakharian ve ark. [282] akciğer kanseri tedavisi için aerosol lipozom paklitaksel iletimini gerçekleştirmek amacıyla . Sığır serumundaki paklitakselin yarı ömrü 80 dakika idi ve paklitaksel salınımı enzimatik hidroliz ile gerçekleşti .

Birçok hidrofobik bölge sergileyen amfifilik fullerenlerden oluşan küresel nanoyapı olan Buckysomes, hidrofobik ceplerinin içine çok hidrofobik bir antikanser ilacı olan paklitaksel gibi hidrofobik molekülleri yerleştirebilir [283] . Bu küresel nanokariyer sulu ortamda sentezlenmiştir ve 100-200 nm arasında bir çap sunmaktadır . Buckisomlar, MCF-7 meme kanseri hücrelerini baskılamak için paklitaksel vermek için kullanılan abraksan ile karşılaştırıldı. Sonuçlar, paklitaksel gömülü buckisomların abraksandan daha yüksek miktarda paklitaksel sağlayabildiğini göstermiştir [283] , [284] .

Hirsch-Bingel kimyası kullanılarak suda çözünür fulleren bazlı yeni bir sınıflandırma sınıfı sentezlendi ve gen verme kabiliyeti değerlendirildi: bu türevler DNA'yı kompleksleştirebilir, hücrelere verebilir ve gen ekspresyonunu uyandırabilir [285] .

Doksorubisin, daha önce belirtildiği gibi, değerli bir antikanser ilacıdır, ancak akut ve kronik yan etkilere neden olur. Yan etkilerini hafifletmek için bir strateji ilaç dağıtım sistemlerinin kullanılmasıdır [10] . Fullerenler, antioksidan ve radikal süpürücü aktiviteleri nedeniyle DOX ile konjuge olma ve ROS tarafından tetiklenen DOX yan etkilerini hafifletme potansiyeline sahiptir. Bu yaklaşımdaki zorluk, DOX'un suda çözünürken, fulleren hidrofobik olduğu için Sun ve ark. Kullanılan etilen glikol metano-C konjuge edilmesi için aralayıcılar 60 , DOX ile vektörün suda çözünürlüğünü geliştirmek [286] . Benzer bir girişimde fullerenoller bir karbamat yoluyla doksorubisine konjüge edildibağlayıcı, verimli bir teslimat teşvik etmek için [287] . Bu konjugasyon , G2-M hücre döngüsünü bloke ederek ve apoptoza neden olarak kanser hücresi çoğalmasını in vitro olarak bastırdı . Ek olarak, fullerenol-doksorubisin konjugatı , bir faregiller tümör modelinde, serbest DOX gibi sistemik toksisiteye neden olmadan in vivo yüksek antitümör aktivitesi sergilemiştir [287] .

Son zamanlarda, Prylutskyy ve ark. [257] fulleren DOX için bir engelleyici ve hetero-kompleksi C olarak hareket ettiğini kanıtlamıştır 60 nano-taşıyıcı olarak -DOX gerçekleştirir hedef hücrelere doksorubisin verilmesi için. Çekici nokta, bu deneylerden elde edilen sonucun , aktınomisin D, mitoksantron ve topotekan gibi diğer aromatik ilaçlara genellenebilmesidir [257] .

Kanser tedavisi için 'açma-kapama' ilaç verme sistemi , hidrofilik kabuğun (distearoil-sn-glisero-3-fosfoetanolamin-PEG-CNGRCK2HK3HK11, DSPE-PEG) bağlanmasını takiben DOX ve fullerenin (C 60 ) konjugasyonu ile geliştirilmiştir. -NGR) konjugasyonun dış yüzeyine. Bu ilaç verme sistemi, pH'ı 'kapalı' durumda yaklaşık 5,5 civarında bile olsa fizyolojik çözeltilerde güçlü stabiliteye sahiptir, aksine 'açık' durumda, C 60 ile ROS üretimi, ROS duyarlı bağlayıcının kırılmasına neden olur. patlayan DOX sürümü. Bu yenilikçi ilaç verme sisteminde, fotodinamik tedavi ve kemoterapi kombinasyonu tümör hücrelerine karşı uygulanabilir [288] .

Ayrıca, fullerenler normal dokuyu ve hücreleri kemoterapiye karşı korumak için nitroksit radikalleri gibi diğer türlere konjüge edildi [37] , aynı zamanda kanser kemoterapisinde yaygın olarak kullanılan sisplatin gibi metal komplekslerine konjüge edilebilir [287] , [289] . Ayrıca bu durumda konjugatın Lewis akciğer karsinom hücrelerine karşı antikanser aktivitesi, serbest ilaçtan daha etkilidir [287] .

Fulleren ilaç verme uygulamaları doğrultusunda , sikloheksil-fullerenin porfirin eklentileri, tek bir enjeksiyondan24saattendaha kısa birsüre sonradoku hipoksisi semptomlarının% 80 iyileşmesi ile sonuçlanan Mg2 + 'nın kalp kaslarına [290] hedefli olarak verilmesi için hazırlandı . Mg2 + 'nın nanopartiküller tarafından salınması, oksijeni tükenmiş hücrelerde ATP aşırı üretimini uyarmaya neden oldu. Bu akıllı nanopartiküller , metabolik asidik kaymaya tepki olarak Mg2 + katyonlarını serbest bıraktığından , kalp hücresi enerji metabolizmasındaki olumlu değişiklikler, yerel miyokardiyal hipoksik bozuklukların tedavisine ve önlenmesine yardımcı olabilir ve farklı hipoksiye neden olan klinik durumlarda kalp kaslarını koruyabilir [290] .

Fulleren , kumarin antikoagülan ilacı olan warfarin gibi biyoaktif moleküllerin verilmesinde de kullanılmıştır . Varfarinin fullerene konjugasyonu biyolojik profilini değiştirebilir ve kandaki konsantrasyonunun değişmesini önleyebilir [58] , [291] . Esas olarak böbrekler tarafından üretilen bir hormon olan eritropoietin (EPO), fullerenler ve karbon nanotüplere de bağlanabilir . EPO genellikle intravenöz enjeksiyon yoluyla uygulanır, ancak biyolojik aktivitesi bu yolda aniden azalır. Nanopartikülat sistemi, EPO'nun etkili uygulanması için kullanılabilir: örneğin EPO, fulleren ve bunun gözenekli materyalleri üzerinde emilir.biyoyararlanım geleneksel uygulamaya kıyasla yoğun şekilde artmıştır [58],[292].

Yüksek ölçüde suda çözünür ve sitotoksik olmayan fulleren türevi malonodiserinolamide Cı 60 (Cı- 60 -Ser), araştırılmıştır olarak dağıtım sistemi. -633 PF içselleştirme florofor konjüge C 60 Ser (Cı- 60 canlı kanser hücreleri içinde -SerPF) gözlenmiştir. Buna ek olarak, in vivo olarak , C göstermiştir farede deney, yatak karaciğer tümörü, 60 tümör damar sistemi boyunca -SerPF nüfuz eden ve bir çok dokuda tespit edilmiştir [293] . Bir başka çalışmada, PEİ-türetilmiş Cı- 60 katyonik hazırlandı polimerizasyon arasında aziridin C yüzeyinde60- NH 2 . Daha sonra, PEİ-Cı- 60 ile folik asit (FA) dekore amid Cı konjüge edilmiş bir bağlayıcı ve dosetaksel (DTX) 60 kompleks bir ilaç verme sistemi ile sonuçlanan -PEI-FA [228] , güçlü enine hücre zarlarına ve tümör dokularında apoptozise neden olur ve normal dokular üzerinde toksik etkiler olmaksızın serbest DXT'den daha yüksek antitümör etkinliği gösterir [294] . Son zamanlarda, hyaluronik asidin (HA) fullerene aşılanması ve bunun antitümör etkinliği olan ve aynı zamanda fotodinamik tedavide kullanılabilen transferrin (Tf) ile birleştirilmesiyle başka bir fulleren bazlı ilaç verme sistemi hazırlanmıştır [295] . ArtesunateBir demir bağımlı antimalarial , tümör hücrelerine karşı sitotoksik olan, HA-Cı yüklendi 60 yüksek bir yükleme verimle TF. İn vitro ve in vivo olarak bu sistem değerlendirilmesi yüksek antitümör aktivite gösterdi : [295] .Biyosensörlerde Fullerenler

Bir biyosensör , bir biyolojik algılama elemanını veya bir tanıma bölgesini bir dönüştürücü ile birleştirerek varlığını algılayabilen ve biyomolekül , enzim, mikroorganizma , organel , antikor ve reseptör miktarını belirleyebilen analitik bir cihazdır [296] , [297] . Tanıma bölgesi biyomoleküllerin varlığına cevap verir ve dönüştürücü bunu ölçülebilir sinyallere dönüştürür [298] .

Fullerenler, tanıma bölgesi ile biyosensör elektrodu arasında aracı olarak kullanılabilir, tanıma bölgesindeki analit ve biyolojik bileşenin biyokimyasal reaksiyonları tarafından oluşturulan elektron aktarım hızını yükseltir [298] , [299] . Etkili bir arabulucunun hidrofilik olması ve reaksiyon bölgesinde elektron transferini teşvik etmek için biyomolekülleri konjuge etmesine yardımcı olan fonksiyonel gruplara sahip olması gerektiği düşünüldüğünde, bozulmamış fullerenin hidrofobik ve polar ortamda çözünmeyen en avantajlı aracı olmadığı görülüyor. Bununla birlikte, fulleren türevleri biyosensörlerde kullanım için etkili bir materyal olabilir [36] , [298] . C 60 ile yapılan yoğun araştırmatürevler fonksiyonelleştirmenin biyosensör uygulamalarında etkinliği artıran özellikler kazandırdığını göstermiştir [299] . Diğer gruplar arasında, karboksilik asit, amin ve hidroksil grupları , fullerenler ile biyomoleküllerin arasındaki etkileşime izin vermede yararlıdır [300] . Cı- 60 çift-katlı desteklenen-ihtiva eden lipid zarlar moleküler cihaz Tien tarafından araştırılmıştır (S-BIMs) ve ark. [301] 1997'de sonuçlar Cı gösterdi 60 BLM yerleştirilmiş biyoalgılayıcılarda da kullanılabilir etkin bir elektron mediatördür. Bu araştırmanın ardından Szymańska ve ark.nötr koku vericinin tespiti için elektrokimyasal bir sensörde bu yöntemi kullandı ve işlevselleştirilmiş fullerenin yük iletimini kolaylaştırdığını gösterdi [302] . Fulleren ayrıca glikoz biyosensasyonunda kullanılmıştır ve glikoz tayininde var olan bazı sınırlamaların üstesinden gelmiştir [303] . Bu alandaki ilk girişim 2000 yılında yapıldı ve 0.6 ila 1.7 um arasındaki çeşitli fulleren glikoz oksit enzimine karşı amperometrik biyosensöre sabitlendi . Sonuçlar, fulleren miktarının artması ile biyosensörün duyarlılığının da iyileştiğini göstermiştir [304] . Daha sonra, algılama için bir fulleren-kriptand-22 kaplamalı sensör uygulandı glukoz oksidasyonu ile üretilen glukonik asit . Deneyler bu biyosensörün glikoza seçici olduğunu ve biyolojik örneklerin neden olduğu herhangi bir etkileşim gözlenmediğini göstermiştir [305] . Bundan başka, fulleren kriptand-22 kat için kullanılan piezoelektrik kuvars immobilize Cı birlikte kristaller 60 algılanması için -urease membran amonyum iyonları katalitik hidrolizi elde edilen üre , üreaz tarafından, [306] . Bu çalışmaya benzer şekilde, optikleri tespit etmek için hareketsizleştirilmiş C 60- lipaz silikat plakalara sahipC 60 kaplı piezoelektrik kuvars kristal sensörü uygulanmıştır.amino asit esterlerinin izomeri . Sentezlenmiş sensör, l - ve d- amino asit esterlerini ayırt edebilmiştir [307] .

Zhilei ve ark ., Yaratıcı bir yaklaşımla ferrosen (Fc), kitosan (CS) ve iyonik sıvı (IL) ile birlikte fullerenden yararlanan bir glikoz biyosensörü geliştirdiler [308] . Bu biyosensörün etkinliği kronoamperometri , siklik voltametri ve empedans spektroskopisi ile değerlendirildi . Bu biyosensörün hızlı cevabı ve diğer glikoz biyosensörleri arasında Michaelis-Menten Constant ( k m ) ' nin minimum değeri, bu biyosensörün yüksek hassasiyetini ve mükemmel performansını göstermiştir. Bu fulleren, glikoz moleküllerinin oksidasyonunu destekler ve elektrokimyasal reaksiyonu uyarıramperometrik biyosensörlerde en uygulanabilir yanıta neden olur [308] . 2012 yılında yeni Pd @ Cys-C 60 nanoparçacıkları, glikoz çözeltisi ve insan serumunda glikozun algılanması için sömürülen yerinde spontan indirgeme işlemi ile geliştirildi . Sonuçlar, bu biyosensör 2.5 doğrusal bir dizi sahip olduğunu göstermiştir μ m 1 m m ve aynı zamanda diğer biyomoleküllerin hiçbir müdahaleler rapor edilmiştir [309] . Bir karboksipleren bisadduct, C 60 [C (COOH) 2 ] 2 , peroksit benzeri katalitik aktiviteye sahiptir ve peroksidaz reaksiyonunu katalize edebilirH varlığında 3,3 ', 5,5' tetrametilbenzidin (TMB) substrat 2 O 2 . Bu nedenle, C 60 [C (COOH) 2 ] 2 / glukoz oksidaz (GO x ) / TMB sistemi 1,0-40 bir saptama aralığı göstermiştir glikoz için kolorimetrik bir sensör, olacak şekilde tasarlanmıştır μ m . Ayrıca, bu son derece hassas kolorimetrik biyosensör, insan serumundaki glikozun kantitatif ölçümü için kullanılabilir [310] . Benzer çalışmalarda glikoz biyosensörlerinde aracı olarak fonksiyonelleştirilmiş fulleren kullanılmıştır ve glikoz oksit ile camsı karbon arasında uygun bir elektron transferi sergilenmiştir [311] ,[312] . Ayrıca Saeedfar ve ark. karboksfulleren türevleri kullanılarak bir üre biyosensörü sentezledi [313] . Bu biyosensör , akrilik esaslı hidrojen iyonuna duyarlı bir zar üzerinde fulleren-üre biyokonjugatı içeriyordu ve kabul edilebilir hassasiyet ve tepki süresi gösterdi.

Yeni bir çalışmada, yeni nanokompozit 3-amino-Capto-1,2,4-triazol oluşan fulleren-C işlevselleştirilmiş 60 ile kaplanmış altın nanopartiküllerinin camsı nano-yapılı karbon elektrot üzerinde dağılmış enzimatik olmayan algılama araştırmak amacıyla geliştirilmiştir özellikleri. Bu nanokompozit, gerçekten düşük bir tespit limitine sahip glikoz sensörlerinde uygulama için umut vadeden mükemmel katalitik aktivite göstermiştir [314] . Bununla birlikte, fullerenlerin çekici özellikleri göz önüne alındığında, önemli bir uygulama alanı olan biyosensörlerin imalatında fulleren türevlerinden daha iyi yararlanmak için kapsamlı araştırmalara ihtiyaç vardır .Diğer biyomedikal uygulamalar

Osteoporoz tedavisi için Fulleren

Osteoporoz , kemikleri kırılgan ve hafif streslerle bile kırılmaya eğilimli yapan bir hastalıktır. Bu, kemik yoğunluğu azaldığında ve kemik dokusu zayıfladığında ve yaygın olarak kalça, omurga ve el bileğinde kırılmaya neden olduğunda meydana gelir. Hidrofilik bisfosfonat gruplarının, kemik erimesi, osteoporoz ve diğer kemikle ilgili hastalıklarda uygulanabilen hidroksiapatite karşı afinitesi olduğu iyi bilinmektedir [39]. Fulleren yani, C, bir doku vektörlü bileşiğinin hazırlanması için bifosfonat birleştirildi60(OH)16AMBP. In vitrodeneyler bu bileşiğin Hidroksiapatit için iyi bir afiniteye sahiptir ve amaçlarını azalttığını ortayamineralizasyon 1% 50 μ m konsantrasyonu [315] . Ayrıca C60 (OH) 30 , hidroksiapatitin mineralizasyonunu (% 28 kristal büyüme oranı) azaltır ve hidroksiapatit için afinite gösterir [315] . Bazı çalışmalar, reaktif oksijen türlerinin osteoklast farklılaşmasına katkıda bulunduğunu RANK-RANKL sinyalleri ile başladığını bildirmiştir [316] , [317] , [318] . Bu nedenle, ROS kontrol edilmesi osteoartritte osteoklast hiper-rezorpsiyonunun tedavisinde yardımcı olabilir. Sıçan modelinde fullerenin eklem yıkımını azaltabileceği ve osteoklastların neden olduğu kemik rezorpsiyonunu baskılayabildiği kanıtlanmıştır.[318] . Fullerenoller ayrıca deksametazonun neden olduğu oksidatif stres yaşayan modellerde ROS'u ortadan kaldırarak kemik iliğinde osteogenezi uyarabilir [319] , [320] .Fullerenlerin antimikrobiyal aktivitesi

1990'larda fullerenler antimikrobiyal aktiviteleri açısından değerlendirildi ve Bacillus subtilis , Candida albicans ve E. coli gibi bakteriler üzerindeki baskılayıcı etkiler üzerine umut verici sonuçlar elde edildi [321] , [322] . Karboksfulleren üzerinde yapılan çalışma, grup A streptokok enfeksiyonunu baskılamak için antimikrobiyal bir ajan olarak kullanılabileceğini göstermiştir [323] . Karboksfullerenin antimikrobiyal aktivitesi Streptococcus pyogenes enfeksiyonuna karşı incelendi . In vitro deneyler, bu türevin S. pyogenes büyümesini baskılayabildiğini göstermiştir.ve farelere uygulanması bunların% 33'ünü ölümden korur [323] . Bir fulleren peptid, serbest amino grubu ve N -Fmoc- l- glutamik asit a- tert -butil ester ( Şekil 15 ) içeren fonksiyonelleştirilmiş fullerenden katı fazlı peptit sentezi ve bakterilere, Staphylococcus aureus ve E'ye karşı aktivitesi ile üretilmiştir . coli test edilmiştir [324] .
İndir: Yüksek çözünürlüklü görüntüyü indir (79KB)
İndir: Tam boyutlu resmi indir

Şekil 15 . Serbest amino grubu ve N- Fmoc- l- glutamik asit a- tert -butil ester içeren fonksiyonelleştirilmiş fullerenin şeması .
Tsao ve diğ. 2002 yılında, karboksifleenin yirmi bakteri suşu üzerindeki antimikrobiyal etkisi araştırıldı [325] . Sonuçlar, bu bileşiğin Gram-pozitif bakterilerin inhibe edilmesindeki rolünü, Gram-negatif bakterileri etkilemediğini göstermiştir [325] . Fotodinamik inaktivasyon, fulleren türevlerinin, özellikle suda çözünür katyonik olanların, ışınlama üzerine kolaylaştırabildiği ve bu durumda bileşiklerin hem Gram-pozitif hem de Gram negatif bakterilere karşı aktivite sergiledikleri ortaya çıkan antimikrobiyal bir yaklaşımdır [326] .

Bir başka çalışmada, C bir koloidal suda çözelti 60 hazırlanan ve bu bakteri yanıt n Cı- 60 hazırlama incelenmiştir [145] . Düşük konsantrasyon , n C 60 , çeşitli koşullarda, Gram-pozitif ve Gram-negatif bakteri büyümesini inhibe [145] . Bu çalışmanın ardından Lyon ve ark. araştırılmıştır antibakteriyel aktivite ve n C 60 ve agregaların etkisini kullanarak antibakteriyel aktivite morfoloji B. subtilis [327]. Bu nedenle, dört farklı stratejiyle fulleren su süspansiyonlarını bildirdiler. Sonuçlar, daha küçük fulleren agregatlarının, daha yüksek antibakteriyel aktivitenin, bu fenomenin daha küçük fulleren agregatları olan süspansiyonlarda daha büyük olduğu ve daha yüksek antibakteriyel aktivite sağladığı yüzey alanı ile ilişkili olabileceğini göstermiştir [327] .

C koloidal agregalar alt öldürücü konsantrasyonları 60 su içinde, aynı zamanda Gram-negatif bazı uyarlamalar neden olabilir , Pseudomonas putida ve Gram-pozitif B subtilis membran lipid bileşimi, membran modifikasyonu dahil olmak üzere, bakteriler akışkanlık ve faz geçiş sıcaklığı [328] .

Genotoksisite bakteriler üzerinde fullerenin iki ayrı çalışmalarda araştırılmıştır [206] , [329] . İlk fullerende Salmonella typhimurium ve E. coli'de herhangi bir genetik hasar görülmemiştir [206] . Bu raporun aksine, ikinci çalışma, fullerenin B. subtilis'e karşı DNA'ya zarar verme potansiyelini Rec-tahlil ve umu testi ile göstermiştir. Bu nedenle, bu sonuçlar kesin değildir ve fullerenin DNA hasarına kovalent DNA eklenti oluşumu neden olmamıştır, ancak daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyan dolaylı bir mekanizma vardır [329] .Nöroprotektif ajan olarak Fullerenler

Glutamik asit reseptörlerinin aşırı uyarılması nedeniyle reaktif oksijen ve nitrik oksit türlerinin hiper üretimi, Alzheimer ve Parkinson gibi kronik nörodejeneratif hastalıklara yol açan hücre ölümüne neden olabilir [39] . Nöro-koruyucu fulleren türevlerinin aktivitesi radikal yutma faaliyetine benzerdir. Yukarıda belirtildiği gibi, fulleren ve fullerenoller olağanüstü antioksidan aktiviteye sahiptir. Kortikal nöronlarda apoptozu azaltma ve ayrıca glutamik asit reseptörlerini bloke etme yetenekleri bildirilmiştir [219] , [330]. Ayrıca, karboksilenlerenlerin amiyotropik lateral skleroz (ALS) tedavisinde etkinliği de araştırılmıştır [331] . Heksasülfobütil fullerenler ve TMA fullerenler de serbest radikalleri yakalama ve nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde etkili bir rol oynama becerilerini göstermişlerdir [67] , [332] . Zha ve diğ. fullerenler konsantrasyonu ile aktiviteleri arasındaki ilişkiyi araştırmıştır [333] . Düşük konsantrasyonlarda, fullerenoller nöroprotektif etki gösterir ve hipokampal nöronal canlılığı arttırırken, yüksek konsantrasyonlarda karşıt sonuçlar gözlenir ve hipokampal nöronal canlılık azalır, bununla birlikte apoptoz.

Deneysel alerjik ensefalomiyelit (EAE) [334] , fullerenlerin nöroproteksiyondaki etkisini araştırmak için hayvan modeli olarak kullanılmıştır [335] . Gibi suda çözünebilen fulleren türevi (ABS-75) yatak adamantil birimleri bildirilmiştir NMDA reseptör antagonisti aksonal hasar ve düşüş engelleyebilir ilerlemesini kronik ve progresif EAE modelinde [335] . Fullerenin EAE'yi baskılamadaki rolü, bileşiğin, insan multipl sklerozunu kontrol etmede terapötik strateji olarak kullanılabileceğini düşündürmektedir [271] . Çeşitli çalışmalara dayanarak, fullerenoller ve malonik asit gibi suda çözünür türevlerfullerenler hidroksil ve süperoksit serbest radikalleri ile reaksiyona girebilir ve ROS ile ilişkili nöronal dejenerasyonu azaltabilir [219] .Tanı için MRI kontrast maddesi olarak Fullerenler

Manyetik rezonans görüntüleme gadolinyum bazlı kontrast maddeleri kullanan bir tekniktir. Hallow kafesli Fullerenler MRI için Gd şelatlarının kullanımıyla ilgili zorlukları ele almak için gadolinyumun kapsüllenmesi için kullanılabilir [336] , enjeksiyondan sonra C 60'ın dokularda dağıldığını ve seçilen organlarda saptanabilir ve akut toksisite olmadan yerini değiştirdiğini [ 39] . Metal atomlarını in vivo olarak serbest bırakmadan moleküler kafes içine hapseden endohedral fullerenler,hem manyetik rezonans görüntülemede hem de X-ışını görüntülemede kontrast maddesi olarak iyi adaylardır [38] , [39] .

MRG'de fulleren endohedral kullanımı için ilk yaklaşım Wilson ve ark. [337] . Gd @ C 60 [C (COOH) 2 ] 10 suda çözünür ve retiküloendotelyal sistemde (RES) kolayca alınır. Daha sonra Toth ve ark. Ayrıca C @ Gd MRI uygulanabilirliği araştırılmıştır 60 (OH) x [338] . Sıcaklığa, manyetik alanlara ve ayrıca pH'a bağlı su proton gevşemeleri olarak bu gadofullerenlerin pH'a duyarlı MRI kontrast maddesi potansiyeline sahip olduklarını gösterdiler . Ayrıca Liu ve ark. Gd 3+ -PEG-C'nin potansiyelini araştırdı60 fotodinamik tedavi ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) her ikisinde de, Gd varlığı 3+ PEG-C dönüştürür 60 tanı ve tedavisinde çift uygulama ile bir ışığa için [246] . Shu ve diğ . @ Cı Gd olarak, daha yüksek fulleren başlayarak sentezlendi gadofullerene MRT-kontrast maddesi 82 O 6 (OH) 16 (NH-CH 2 CH 2 COOH) 8 , manyetik rezonans görüntüleme kapasitesini değerlendirmek ve bu durumda da bir deneyde, bu umut verici olduğunu bu alandaki özellikler [339] , [340] , [341] .Kozmetikte Fullerenler

Kişisel bakım ve cilt bakım ürünleri, kimya endüstrileriyle iç içe girmiştir. Ortaya çıkması nanoteknoloji içinde kozmetik nemlendirici kremlerde lipozomlar kullanılarak 40 yıl önce tetiklenen [342] . Fullerenler, antioksidan aktiviteleri sayesinde nemlendiricilerde kullanılır [342] . İlk kez Inui ve ark. fullerenlerin akne tedavisinde klinik etkinliğini araştırdı [343] . İnflamatuar lezyonları azaltan bu çalışmada fulleren bazlı bir jel kullanılmıştır. Fulleren türevlerinin, herhangi bir saptanabilir sitotoksisite olmaksızın antioksidan aktivite ve ayrıca anti-melanogenez sergilediği bildirilmiştir [344] ve bu nedenle deyaşlanma karşıtı ürünler. PVP ve C 60'dan oluşan suda çözünür bir fulleren kompleksinin , oksidatif strese ve ultraviyole emme yeterliliğine karşı sitoprotektif aktivitesi ile kanıtlanmıştır . PVP / C 60 , UVP'nin keratinosit proliferasyonu üzerindeki inhibitör etkisini , PVP / C 60'ın serbest radikal temizliği nedeniyle kozmetik ürünlere ve keratinosit farklılaşmasını teşvik etmek için bir bariyer onarım maddesi olarak uygulanabileceğini düşündüren antioksidatif etkisi ile önleyebilir [ 345] . Bu ticari kullanıma rağmen, fullerenler istenmeyen yan etkilere neden olabilir, çünkü fullerenin kozmetik ürünlere uygulanması insan maruziyetini arttırır [346]ve bu uygulama hakkında çok daha fazla şey araştırılmalıdır.

Araştırmacılar tarafından incelenen fulleren nanomalzemelerinin ilginç bir rolü saç büyümesinin uyarılmasıdır. Bu çalışmada fulleren türevi geliştirilmiş ve saç dökülmesinin tedavisinde rolü incelenmiştir. Deneylerin sonuçları, fulleren ile tedavi edilen farelerde saç büyümesinin ve ayrıca saç foliküllerinin sayısının sadece aracı alan farelere kıyasla arttığını göstermiştir [347] . Yaşlanma ve saç dökülmesinin olası bir nedeni olarak reaktif oksijen türlerinin üretimi, fullerenin saç dökülmesini tedavi ettiği ve saç foliküllerinin sayısını arttırdığı mekanizmayı tanımlayabilir, aslında, serbest radikal temizleyici olarak fullerene, tedavi için çekici bir terapötik seçenektir. reaktif oksijen türlerini içeren hastalıklar [347]. Fulleren türevlerinin biyotıptaki çeşitli uygulamaları Tablo 1'de özetlenmiştir .

***maturidi*** · 01 January 2020, 12:43

Potansiyel olarak kendi kendine monte edilen antioksidanlar olarak Fulleropeptid esterleri

Mira S Bjelaković , ¹Tatjana J Kop , ¹Jelena Đorđević , ² ve Dragana R Milić ²
Alexei R Khokhlov, Editör Yardımcısı
Yazar bilgileri Madde notları Telif Hakkı ve Lisans bilgileri Uyarı İlişkili Veriler

Amfifilik fulleren türevlerinin bir biyonanomateryal olarak potansiyel kullanımı siklik voltametri (CV), taramalı elektron mikroskopisi (SEM) ve demir iyonu oksidasyon-ksilenol turuncu (FOX) yöntemi ile araştırılmıştır. ₆₀ -elektronik sistemin C ₆₀ küresi üzerindeki bozulmasının bozulmasına rağmen, antioksidan kapasitesi tüm on iki türev için yüksek kalmıştır. İki kat daha iyi peroksit söndürme kapasitesi 5-12 kat saf C ile karşılaştırıldığında kadar ifade bileşikler ₆₀ve standart antioksidan C vitamini. Çökeltme ve çözücünün yavaş buharlaştırılması sırasında, tüm bileşiklere kendiliğinden birleşme gerçekleşti ve düzenli yapılar elde edildi. Elde edilen parçacıkların boyutu ve morfolojisi öncelikle numune konsantrasyonuna ve bir şekilde yan zincir yapısına bağlıdır.

Anahtar Kelimeler: antioksidan aktivite, siklik voltametri, FOX deneyi, fulleropeptid esterler, taramalı elektron mikroskopisi

Giriş
Yüksek π-konjuge, küresel şekilli, hidrofobik karakterleri ve benzersiz fizikokimyasal, elektronik ve manyetik özellikleri, fullerenleri kimyasal modifikasyonlar için çekici yapı taşları haline getirir ve aynı zamanda, özellikle malzeme biliminde çeşitli bilimsel alanlar geliştirmek için yeni fırsatlar sunar [ 1 ], supramoleküler kimya [ 2 ] ve tıbbi kimya [ 3 - 4 ]. Fullerenin peptit birimleri ile türevlendirilmesi orijinal özelliklerini önemli ölçüde değiştirir ve yapısal çalışmalar [ 5 ] ve biyolojik uygulamalar [ 6 - 7 için özellikle ilginç kılar.]. 1993 yılında Prato ve iş arkadaşları tarafından bildirilen ilk fulleropentapeptidin sentezinden bu yana [ 8 ], bu alanda farklı yönlerde araştırmaları genişleten birçok hibrit örneği tarif edilmiştir.

Fonksiyonel hale getirilmiş fullerenler, küreler, nanotüpler, veziküller, çubuklar, nanoteller ve nanofiberler gibi çok sayıda supramoleküler yapıda kendi kendine toplanabilirler [ 9 - 11 ]. Ayrıca, farklı dış koşullar altında kendi kendine bir araya getirilen fulleren türevlerinin çeşitli morfolojilerinin oluşturulması Nakanishi'nin araştırma grubunun da ilgi konusu olmuştur [ 12 - 13 ]. Kendiliğinden organize edilen fulleropeptid nanopartiküllerinin morfolojik karakterizasyonu bugüne kadar kapsamlı bir şekilde incelenmese de, kendi kendine birleştirme işlemi yoluyla kontrol edilebilir koşullar altında düzenli üstyapıların oluşumu gözlemlenmiştir. Burada, kriyo-transmisyon elektron mikroskopisi [ 14 ] ve SEM [ 15] fulleren bazlı amino asitlerin ve peptitlerin sulu çözeltileri üzerinde yapılan deneyler, güçlü agregasyon davranışlarını ve küresel ve elipsoidal kümelerin oluşumunu doğruladı.

Biyolojik uygulamalar alanında, fulleren-peptid konjugatlarının geniş bir faaliyet alanı incelenmiştir [ 3 , 7 , 16 ]. Prato'nun araştırma grubu [ 17 ] tarafından sentezlenen fulleropeptidler, Gram-pozitif bakteri S. aureus'a karşı iyi bir bakteriyostatik aktivite gösterdi, bu da potansiyel antimikrobiyal kemoterapötikler için ilginç hale getirdi. Son zamanlarda, Keller ve ark. [ 18] antibakteriyel aktivite göstermeyen fullerenedihidropirrol katyonik peptitlerin sentezini rapor etmişlerdir. Nöroprotektif ve antioksidan özellikler, fulleren türevlerinin yüksek elektron ve serbest radikal tür afiniteleri ile genişletilmiş bir bond-bağ sistemine sahip olmalarına dayanır. Suda çözünür fulleren-alanin ilave maddeleri, süperoksit anyon ve hidroksil radikalleri [gibi reaktif oksijen türleri, çıkarılması için yüksek etkinliğini gösteren hücre koruyucu madde olarak test edilmiştir 19 - 20 ]. Fulleropeptid nanoparçacıklarının deriye nüfuz etmesinin araştırılması, biyomoleküller için taşıyıcıların gelişimine önemli bir katkı sağlar [ 21]. Higashi ve çalışma arkadaşları, kendi kendine birleştirilmiş yapılar olarak fulleren-poli (Glu) peptit nanopartiküllerinin agregasyon özelliklerini ve yüksek süperoksit temizleme etkinliğini bildirmişlerdir [ 22 ]. Fulleren C ₆₀ ve fulleropirrolidin türevleri, lipozomlara dahil edildiğinde hidroksil ve süperoksit radikallerini uzaklaştırmak için önemli antioksidan kapasite göstermiştir [ 23 ].

Fulleropirrolidin bazlı hibritlerin tasarımı ve sentezi ile ilgili olarak, daha önce in vitro antioksidan aktiviteye sahip olan fulleren-steroid esterlerin [ 24 ] ve üçlü fulleren, peptit ve steroid ünitelerinden [ 25 ] oluşan üçlü hibritlerin sentezini gösterdik . Ek olarak, çözeltide ve katı haldeki fulleren-steroid [ 26 ] ve fulleren-peptit-steroid hibritlerin [ 25 ] kendiliğinden organize edilen yapılarının morfolojik karakterizasyonu SEM tarafından incelenmiştir. Önceki çalışmamızda [ 27 ], sentezi tarif ettik ve bir dizi fulleropeptid tert -butil esterlerinin ( 2 - 12 ,Şekil 1 )bir başlangıç bileşiği olarakfulleropirrolidinik ester 1 kullanılarak iki alifatik amino asit, p-aminobutirik asit (GABA) ve glisinden (Giy) oluşur. Fulleren-peptid melezlerinin kimyasına olan ilgimizin devam etmesinde, bunların daha fazla karakterizasyonunun, moleküler alt birimlerin sinerjisinin ve yeni biyonanomateryaller alanındaki potansiyel uygulamaların daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunabileceğini varsaydık. Sonuç olarak, burada in vitro antioksidan olarak elektrokimyasal, ve bileşiklerin morfolojik araştırmaların sonuçlarını göstermektedir 1 - 12 .

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosyadır. Nesne adı Beilstein_J_Nanotechnol-06-1065-g002.jpg

Şekil 1
İncelenen fullereropirrolidinik (Fp) ester 1 [ 24 ] ve Fp-peptitlerin 2-12 [ 27 ] yapıları .

Sonuçlar ve tartışma
Fulleren türevlerinin döngüsel voltametrisi (CV), elektronik özelliklerinin ve potansiyel uygulamalarının karakterizasyonunda önemli bir rol oynar [ 28 ]. Fulleropirrolidin esterlerin 1 - 12'nin CV ile elektrokimyasal incelenmesi, dimetilformamid (DMF) içinde oda sıcaklığında, destekleyici elektrolit olarak tetrabutilamonyum perkorat (TBAP) ve bir ferrosen / ferrosenil çifti (Fc / Fc ⁺ ) ile dahili redoks standardı olarak gerçekleştirildi. Gözlenen yarım dalga azaltma potansiyeli ( E _1/2 birlikte saf C olanlar ile incelenen bileşiklerin) ₆₀ (referans bileşik olarak [ 29 ]) listelenen Tablo 1 . tablo 1

Destekleyici elektrolit olarak 0.1 M TBAP içeren fulleren esterlerin Fc / Fc ⁺ ( DMF'de Ag / Ag ^{+ 'ya} karşı 0.53 V) yarım dalga azaltma potansiyelleri .

Bileşik	E _1/2 (V)

1 inci	2	3 üncü	4

1	-0,94	-1,40	-2,06	-2,57
2	-0,94	-1,39	-2,05	-2,59
3	-1,01	-1,39	-2,06	-2,58
4	-0,99	-1,38	-2,04	-2,58
5	-0,92	-1,38	-2,08	-2,60
6	-0,98	-1,40	-2,06	-2,60
7	-0,94	-1,39	-2,06	-2,62
8	-0,99	-1,38	-2,04	-2,57
9	-0,98	-1,36	-2,02	-2,52
10	-0,94	-1,39	-2,04	-2,54
11	-1,00	-1,39	-2,03	-2,56
12	-0,96	-1,39	-2,07	-2,61
C ₆₀^a	-0.77	-1,25	-1,84	-2,38

^a [ 27 ] ' den yarım dalga azaltma potansiyeli vardır ve Fc / Fc ⁺ değerine göre yeniden hesaplanır .

Bileşiklerin voltametrik davranışı, tümü diğer fulleropirrolidin mono-eklentilerindekine benzer şekilde 58 üyeli π-elektron fulleropirrolidinik alt birim sistemine atfedilebilen dört geri dönüşümlü, tek elektron indirgeme ile karakterize edilir [ 30 ]. Fulleren bir sonucu olarak [6,6] çift bağının doygunluğu (sonra Prato tepki) katodik bozulmamış C 110-240 mV göreli olarak kaymıştır dört kayıtlı yarı dalga potansiyelleri, ₆₀ yaklaşık -1.0 de ve çıktı, - 1.4, −2.0 ve −2.6 V vs Fc / Fc ⁺ (sırasıyla 1. ila 4.).

Fulenen fonksiyonelleştirmesi elektron afinitesinin azalmasına neden olmakla birlikte, π-elektron sistemi önemli ölçüde bozulmamıştır, bu nedenle, incelenen bileşiklerdeki karbon çekirdeğinin antioksidan kapasitesini muhafaza etmesi beklenebilir. 12 fulleren esterin antioksidan aktivitesi (suda çözünür fullerozomlar olarak, soya fasulyesi lesitini [ 31 ] ile lipozom oluşumu ile elde edilmiştir ), referans bileşikler olarak C vitamini ve fulleren C ₆₀ kullanılarak FOX antioksidan deneyi [ 32 ] ile belirlenmiştir . FOX deneyi, asidik ortamda hidroperoksitler varlığında demir içeren ve ferrik iyonların oksidasyonuna ve daha sonra ksilenol turuncu (XO) ile kompleks oluşumuna dayanır ve 560 nm'de absorbans ölçülerek izlenir ( A ₅₆₀ ). Bir antioksidan bileşik varlığında, A ₅₆₀ hidroperoksit söndürme nedeniyle azalır. Oksidasyona karşı önleyici bir etki olarak ifade çalışılan bileşiklerin antioksidan kapasitesinin, bir Fe oluşumunu izlenerek değerlendirilmiştir ³⁺ XO kompleksi. Deneyler, sulu tert -butil hidroperoksit (TBHP) çözeltisi , test edilen bileşikler (0.002 mg / mL) ve FOX reaktifi ve ardından A ₅₆₀ ölçümü ile inkübe edilerek gerçekleştirildi . Doğrudan antioksidan kapasitenin sonuçları, tüketilen TBHP'nin yüzdesi (%)) olarak ifade edilir (bkz. Deney bölümü, Tablo 2) tüketilen peroksit seviyesini gösterir. Hesaplanmasıyla Resim mol etkinlikleri sonuçları ve bağıl antioksidan aktivitesi (C vitamini elde değerleri ile karşılaştırıldığında bunları ifade bir _okso -rel), gösterildiği gibi , Şekil. 2 . Görülebileceği gibi, fulleren esterler standart antioksidan ajan C vitamini ile karşılaştırıldığında çözelti içindeki peroksit seviyesini düşürmek için çok daha yüksek bir yetenek gösterdi. ve benzer şekilde iki kata kadar daha iyi performans ile _C60'a (bileşik 6 ) benzer . Fullerenlerin peptit birimleri ile türevlendirilmelerinin çözünürlüklerini arttırdığı gösterilmiştir [ 27] ve sonuç olarak, esas olarak fulleren biriminin elektron kabul eden özelliklerine atfedilen temel antioksidan kapasiteleri.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosyadır. Nesne adı Beilstein_J_Nanotechnol-06-1065-g003.jpg

şekil 2
Göreceli antioksidan aktivitelerinin (karşılaştırılması bir _okso Test edilen bileşiklerin (arasında -rel) 1-12 ) ve C ₆₀ vitamini ile ilgili olarak C ( bir _okso -rel = 1) FOX deneyi ile ölçtük. Tablo 2

Doğrudan antioksidant kapasitesi (Δ%) ve bağıl antioksidan kapasitesi ( bir _okso test edilen bileşiklerin -rel) (0.002 mg / mL) molar oranında yeniden hesaplanır C vitamini, göre.

Bileşik	Δ%	Bir _öküz - Δ / Δ _vitC × M / M _vitC

1	-23,2	10.2
2	-18,6	8.9
3	-13,8	7.2
4	-17,1	8
5	-18.0	8.9
6	-10,5	5.5
7	-18,5	9.4
8	-18,5	9.9
9	-21,2	11.9
10	-19.9	10.9
11	-18,1	10.5
12	-14,6	8.9
C ₆₀	-16,7	5.8
C vitamini	-11,7	1

Fulleropeptide esterler kendini düzenlemesi özellikleri 2 - 12 , bir açılır-kurutma işlemi ile hazırlandı [numuneler üzerinde SEM ile incelenmiştir 2 ] ve katı numuneler üzerinde. Peptit zincirinin kendi kendine birleşme özellikleri üzerindeki etkisini incelemek için, ana Fp-GABA ester 1'in (peptit kısmı olmayan kontrol bileşiği) agregasyon davranışı da bu araştırmaya dahil edildi. Kontrol bileşiği üzerindeki SEM çalışması rapor edilmiş ve en iyi düzenlenmiş, kendi kendine organize olmuş yapıların 5: 1 PhMe / MeOH ikili çözücü karışımında elde edildiğini göstermiştir [ 25]. Test edilen fulleren türevlerinin her birinin morfolojik özellikleri, oda sıcaklığında bir Si substratı üzerinde 5: 1 PhMe / MeOH karışımı (10 uL, 1 mM) içinde yavaş buharlaştırma yoluyla seyreltik çözeltilerden elde edilen kurutulmuş numuneler kullanılarak aynı koşullar altında araştırıldı. . Ester 1 , çapı 5 um'ye kadar olan kıvrılmış yaprak benzeri parçacıkların çiçek şeklinde, hiyerarşik olarak düzenlenmiş bir mimarisine yerleştirilmiştir ( Şekil 3 ) [ 25 ]. Şekil 3 -F, kendi kendine monte edilen tipik fulleropeptid SEM mikrograflarının seçilmiş temsili örneklerini göstermektedir. Ek olarak, araştırılan tüm bileşiklerin kendi kendini düzenleyen yapılarının SEM görüntüleri Şekil S1'de ( Destekleyici Bilgi Dosyası 1) gösterilmiştir.). İncelenen tüm fulleropeptidler arasında gözlenen baskın yapılar kendiliğinden oluşan, kendiliğinden organize olan küresel nanopartiküllerden kaynaklanan iki tip yuvarlak parçacık (düz ve kıvrık) olmuştur ( Şekil 3 ).

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosyadır. Nesne adı Beilstein_J_Nanotechnol-06-1065-g004.jpg

Figür 3
Ana ester 1'in (A) çiçek şeklindeki, kendi kendine organize olan parçacıklarının ve farklı fulleropeptid kendi kendine toplanmalarının seçilmiş SEM görüntüleri . İzole edilmiş (B) maddesinin microsheets kıvrılmış 6 . (C, D) İzole, düz ve küresel 4 ve 11 parçacıklar . (E, F) Hepsi 1 mM'lik bir çözeltinin buharlaştırılmasından sonra bir Si substratı üzerinde 5: 1 PhMe / MeOH'den (h / h) hazırlanan 9 ve 12 numaralı küresel partikül ağları . Ölçek çubukları 5 μm'ye karşılık gelir.

İncelenen GABA içeren homopeptidler 2 ve 3 , tripeptit 7 ve tetrapeptitler 6 , 8 ve 10 , 3 um'ye kadar boyutlara sahip nihai düzenekler olarak benzer izole edilmiş, kıvrılmış mikropartiküller oluşturmayı tercih ederler ( Şekil 3 ( 6 )). SEM çalışmaları, diğer beş fulleropeptidin ( 4 , 5 , 9 , 11 ve 12) , esas olarak çeşitli boyutlarda ( Şekil 3 , D) bireysel, düz küresel nanoparçacıklara ( Şekil 3 , D) veya ağ tipi yapılara ( Şek. 3F). Heteropeptitlerin 9 , 11 ve 12 , ağ oluşumunun başlangıcı olarak dallı, düz agregalar veren düz bir morfolojiye sahip kaynaşmış veya istiflenmiş küçük küresel parçacıklar oluşturma eğiliminde artış olduğu belirtilmelidir ( Şekil 3 , fulleropeptid 9 ), ve son olarak, küresel parçacıklardan oluşan tam bir ağ ( beş kat daha yüksek bir konsantrasyonda fulleropeptid 12 , Şekil 3 ). Ek olarak, SEM mikrografları ( Destekleyici Bilgi Dosyası 1 , Şekil S1, ekler), üç fulleropeptid ester, 9 , 11 ve 12'nin ağ benzeri yapılarını açıkça ortaya koymuştur.bu konsantrasyonda elde edilen, incelenen bileşiklerin peptit konsantrasyonuna morfoloji bağımlılığını gösterir. Daha uzun peptit zincirinin, daha güçlü, düzenlenmiş tanecikler arası ilişkilerin bir sonucu olarak bir ağ yapısının oluşumunu kolaylaştırdığı gösterilmiştir. Kontrol bileşiğin katı numuneleri 1 bir CHC çökeltme ile elde edilen, ₃ / CS ₂ (yani, MeOH, Et, farklı polariteye sahip çözücüler ile çözelti ₂ pirinç alt-tabaka üzerinde, O ya da heksan), sadece iyi organize parçacıkları verdi polar çözücü, MeOH, hızlı birleştirme sırasında bile hidrojen bağı oluşumunun kendi kendine montaj üzerindeki etkisini gösterir. Rastgele dağılmış, çubuk benzeri, Fp – GABA esterin kendi kendine organize parçacıkları ile karşılaştırıldığında 1( Şekil 4 , uzunlukları 9 μm'ye kadar), araştırılan tüm türevlerin katı örneklerinin temsili SEM görüntüleri ( Şekil 4 ), çapları olan çok büyük, hiyerarşik olarak düzenlenmiş, moleküller arası, yuvarlak şekilli yapıların çaplarını ortaya çıkardı 1 ila 15 μm arasında değişen: çiçekler ( Şekil 4 , 5, ≈7 μm), spiral nesneler ( Şekil 4 , 8, ≈15 μm) ve enginar şeklindeki nesneler ( Şekil 4 , 10 , ≈15 μm). İncelenen tüm katı numunelerin SEM görüntüleri Destekleyici Bilgi Dosyası 1 , Şekil S2'de sunulmaktadır.

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosyadır. Nesne adı Beilstein_J_Nanotechnol-06-1065-g005.jpg

Şekil 4
Fp-GABA ester 1 (A) ve fulleropeptidlerin kendi kendine toplanan parçacıklarının kendinden organize çubuklarının SEM görüntülerinin temsilcileri : çiçek (B, 5 ), spiral şekilli nesne (C, 8 ) ve enginar şekilli nesne ( D, 10 ) bir pirinç substrat üzerinde biriken katı numunelerden hazırlanmıştır. Ölçek çubukları 10 μm'ye karşılık gelir.

Kendiliğinden organize edilen fulleropeptid partiküllerinin ve burada incelenen peptit yarımı olmayan kontrol bileşiğinin morfolojik farklılıkları, peptit yarımı ile ilişkili hidrojen bağları ve van der Waals etkileşimlerinin etkisini gösterir. Bu, fulleren kısmının moleküller arası, kovalent olmayan π – π etkileşimleri ile birlikte, fulleropeptid gruplarının supramoleküler kohezyonunu etkiler. Amfifilik fulleropeptidin esterlerin küresel parçacıklara önerilen kendi kendine montaj yolu, çubuklara veya kıvrılmış yapraklara kademeli olarak büyümeleri ve son ağ ve enginar şeklindeki mikro yapılar Şekil 5'te gösterilmektedir .

Resim, resim vb. İçeren harici bir dosyadır. Nesne adı Beilstein_J_Nanotechnol-06-1065-g006.jpg

Resim 5
Fulleropeptid küresel nanoparçacıklardan başlayarak, kendi kendine toplanan farklı mikro-yapıların önerilen oluşumunun şematik gösterimi.

Sonuç
Bu çalışma fulleropeptid esterlerin antioksidan özelliklere sahip kendi kendine birleştirilmiş materyaller olarak daha fazla araştırılmasına katkıda bulunabilir. Özetle, yapısal olarak farklı alt birimlerin önceden sentezlenmiş fulleren-peptid hibritlerinin elektrokimyasal, morfolojik ve antioksidan özellikleri üzerindeki etkisini araştırdık. Fulleropeptid esterleri ve peptidik olmayan fulleropirrolidin, C _{60 ile} karşılaştırıldığında elektronegatifliği azalmış, karşılıklı olarak hemen hemen aynı elektrokimyasal özellikler göstermiştir.. İncelenen amfifilik türevler için hidroperoksit söndürme aktivitesi de yüksek kaldı. FOX yöntemi ile incelenen 12 lipozomal fulleren esterin antioksidan etkinliğinin ön in vitro çalışması, C vitaminine göre çok daha yüksek antioksidan aktivitelerini (12 kata kadar) doğruladı. Ayrıca, π-elektron sisteminin bozulmasına rağmen işlevsellik üzerine fulleren alt birimi üzerinde, C ile ilgili olarak benzer aktivite (en fazla iki kez daha iyi) ₆₀ ulaşıldı. Geliştirilmiş çözünürlük ve yüksek antioksidan kapasitenin yanı sıra amfifilik fulleropeptid esterler, kendi kendine toplanma özelliklerini iyi ifade ederek uygun çözücünün hızlı toplanması ve yavaş buharlaşması sırasında düzenli yapılar verir. Peptitik olmayan esterin 1 çubuk benzeri partiküllerinin aksinefulleropeptidlerin katı örnekleri, çiçek benzeri, enginar benzeri ve spiral nesneler gibi farklı, hiyerarşik, son derece organize edilmiş düzenekler üretti. Çözücünün yavaş buharlaştırılması sırasında, peptit bağlarının sayısına bakılmaksızın, bütün bileşikler kendiliğinden morfolojik olarak benzer nano ve mikro ölçekli küresel parçacıklar oluşturdu; Ayrıca, bireysel küreselden ağın kendi montajlarına kadar değişen morfoloji varyasyonu, beş katlık bir konsantrasyon artışı ile elde edildi.

Deneysel
Fulleren-peptit türevleri 2 - 12 literatür prosedürüne [göre sentezlendi 27 ]. CV ve SEM deneyleri için kullanılan çözücüler (HPLC derecesi), 3 A moleküler elek üzerinde depolandı ve kullanımdan önce vakum altında gazı giderildi. Ferrosen (Fc) ve tetrabutilamonyum perklorat (TBAP) Sigma-Aldrich'ten satın alındı ve alındığı gibi kullanıldı.

Dönüşümlü voltametri
Fulleren esterlerin elektrokimyasal davranışı, kuru DMF'de, daha önce [ 33 ] 'de tarif edilene benzer şekilde destekleyici elektrolit olarak 0.1 M TBAP içeren 1 mM'lik bir çözelti kullanılarak araştırıldı . Elektrolitten oksijeni çıkarmak için, sistem her deneyden önce argon ile köpürtüldü ve taramalar sırasında gaz sıvı yüzeyinin üzerinde kaldı. Elektrokimyasal ölçümler (5 cm, geleneksel bir üç elektrot hücresi kullanılarak bir CHI760b Elektrokimyasal iş istasyonu potansiyostat (CH Instruments, Austin, TX) üzerinde gerçekleştirilmiştir ³ bir camsı karbon elektrodu, bir gümüş tel (Ag / Ag ile donatılmış) ⁺ ) ( 0,01 M AgNO ₃ ile temas halindeve asetonitril içinde 0.10 M TBAP) ve dahili standart olarak bir ferrosen / ferrosenil çifti (Fc / Fc ⁺ ) ile kalibre edilen çalışma, referans ve yardımcı elektrotlar olarak sırasıyla bir platin tel . Tüm deneyler, doymuş kalomel elektrot (SCE) ile karşılaştırıldığında −3,0 ila 0,6 V potansiyel aralığında oda sıcaklığında, 0,01 ila 1 Vs ⁻¹ arasında tarama oranları ile gerçekleştirildi .

Taramalı elektron mikroskobu
Örnek morfolojisinin araştırılması, 30 kV hızlanma geriliminde bir JEOL JSM-840A aleti kullanılarak SEM ile gerçekleştirilmiştir. Katı numuneler bir CHC çökeltme ile hazırlanmıştır ₃ / CS ₂ farklı polaritede (yani, MeOH, Et, bir çözücü ile çözelti ₂ , O ya da heksan) ve vakum altında daha sonra kurutma. Her bir bileşiğin az bir miktarı pirinç bir substrat üzerinde dağıtılmıştır. Seyreltik çözeltilerden elde edilen kurutulmuş numuneler aşağıdaki gibi hazırlandı: PhMe / MeOH (5: 1, v / v) fulleren türevleri karışımında 10 uL 1 mM çözeltisi bir Si substratı (10 x 10 mm) yüzeyinde biriktirildi ) oda sıcaklığında PhMe atmosferi altında bir cam petri kabında (çap 10 cm) yavaşça buharlaşmaya bırakıldı. Ayrıca, bileşikler 9, 11 , ve 12 daha yüksek bir konsantrasyonda (1 mM çözeltisinin 50 uL) aynı çözücü sistemi içinde hazırlandı. İncelenen numuneler bir JFC 1100 iyon püskürtme cihazında altın püskürtülerek SEM gözlemlerine tabi tutuldu.

İn vitro antioksidan aktivite
Antioksidan aktivite FOX yöntemine göre belirlendi [ 30 ]. Çalışan FOX reaktifi daha önce tarif edildiği gibi hazırlandı [ 25 ]. Reaktif 24 saat içinde kullanıldı. Fe absorbansı ³⁺ XO kompleksi sıfır prob olarak% 90 MeOH ile, UV-Vis Spektrofotometri (GBC-Cintra 40) ile 560 nm'de ölçüldü. Test edilen bileşik ve soya fasulyesi lesitininin 1: 4 oranında fullerozom preparasyonunun ayrıntılı prosedürü önceki çalışmamızda açıklanmıştır [ 25 ]. Saf 0.002 mg / mL bileşiğin nihai konsantrasyonu, kullanımdan önce elde edildi. H 0.450 mL, 2 mM TBHP 0.050 mL seyreltilmesi ile elde edilen 200 uM TBHP aynı hacmi ( ₂O) numuneye ilave edildi ve 1 dakika vortekslendi. Oda sıcaklığında 10 dakikalık inkübasyondan sonra, 0.050 mL'lik bir numunenin bir alikotuna 0.950 mL FOX reaktifi ilave edildi. 560 nm'deki absorbans, oda sıcaklığında 80 dakikalık inkübasyondan sonra her numune için belirlendi. TBHP başlangıç sonda lH, aynı hacimde, örnek yerine, aynı şekilde hazırlandı ₂ başlangıç miliyle absorbans inkübasyondan önce, numune solüsyonuna, peroksit başlatıcı (maksimum) konsantrasyonunu belirtir O.. Başlangıç prob (arasında görülen emiş farkı olarak bir _ler ) ve örnek ( A ) bir numunesi, bileşik tarafından tüketilen peroksit miktarı ile orantılıdır. Boş sonda 0.950 mL FOX reaktifi ve 0.050 mL H içeriyordu₂ O 560 nm'de (ölçülen boş prob absorbans bir ₀ ) peroksit yokluğunda reaktif kendisinin renkli karşılık gelir ve her numune ve standart absorbans sonuçları değerine göre normalize edilir A ₀ peroksitte konsantrasyon hesapları.

Yöntemin verilen peroksit konsantrasyonları aralığında uygulanabilirliği, oda sıcaklığında 30 dakika süreyle FOX reaktifi ile inkübe edilen artan TBHP (0-200 μM) konsantrasyonları kullanılarak standart bir kalibrasyon eğrisi hazırlanarak doğrulandı. 560 nm absorbans ölçümleri ile farklı TBHP konsantrasyonları arasında doğrusal bir ilişki vardır. Tüm deneyler üç kez yapıldı ve ortalama değerler alındı. Tüketilen TBHP yüzdesi (Δ%) olarak verilen doğrudan antioksidan kapasitenin hesaplanması aşağıdaki denklem kullanılarak yapıldı:

[1]
burada A , A _lar ve bir ₀ , sırasıyla test edilen bileşiğin, başlangıç sonda (TBHP + FOX) ve boş (FOX) probu, absorbansı temsil eder. Buna ek olarak, nispi molar antioksidan kapasiteleri ( bir _okso C vitamini göre test edilen bileşiklerin -rel) özetlenmiştir Tablo 2 .

Duyuru

Carbon 60, Fulleren 60 (Karbon 60): Holistik Tedavi, Bütüncül Tedavi?

Carbon 60, Fulleren 60 (Karbon 60): Holistik Tedavi, Bütüncül Tedavi?

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap

Yorum yap