Synteza i optymalizacja fluorescencyjnych sond glikozydowych i ich zastosowanie w testach komórkowych

Jak dowodzi prężnie rozwijający się temat glikobiochemii, węglowodany i ich receptory, inaczej zwane lektynami, odgrywają kluczową rolę w wielu procesach biologicznych. Obejmują one między innymi proces apoptozy komórek, ich wzajemne rozpoznawanie i sygnalizację. W związku z tym obserwacja procesu wiązania między cukrem a lektyną oraz konsekwencji, jakie to wywołuje, może potencjalnie ujawnić nowe korelacje obecne w komórkach nowotworowych. Celem niniejszej pracy była synteza biblioteki związków, które mogłyby służyć jako potencjalne sondy o właściwościach fluorescencyjnych, wykorzystując charakterystyczne właściwości komórek nowotworowych. W tym konkretnym przypadku główny nacisk położono na wiązanie lektyn z ich odpowiednimi ligandami poprzez przyłączenie czterech różnych cukrów do wybranego fluoroforu. Aby osiągnąć ten cel, zoptymalizowano dwie ścieżki syntetyczne i zwiększono ich skalę przy użyciu zmodyfikowanego białka jako katalizatora. Dzięki temu reakcja jest zgodna z zasadami zielonej chemii, dając przy tym na ogół zadowalającą wydajność. Co więcej, ustalono wartości wzbudzenia i emisji każdego związku, umożliwiając w ten sposób ocenę ich powinowactwa wiązania na wybranych liniach komórek nowotworowych poprzez wykorzystanie pomiarów cytometrii przepływowej. W konsekwencji udało się zaobserwować fluorescencję komórek, która została uchwycona na zdjęciach wykonanych z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej. Ze względu na pewne ograniczenia urządzenia, pomiary można było przeprowadzić tylko na pochodnych fluoresceiny. Przeprowadzone w poniższej pracy badania torują drogę dla przyszłego rozwoju glikozydowych sond fluorescencyjnych do specyficznego namierzania komórek nowotworowych.

The prevalence of the subject of glycobiochemistry, carbohydrates and their receptors, otherwise known as lectins, in many biological processes, serves as a proof of significance of these molecules in biological systems. These include, inter alia, the process of cell apoptosis, their mutual recognition and signaling. Consequently, imaging or modulating the binding process between a sugar and a lectin, and the subsequent consequences, has the potential to reveal novel correlations present in cancer cells. The objective of the present study was to synthesize a library of compounds that could serve as potential probes with fluorescent properties, taking advantage of the characteristic properties of lectins displayed at the surface of cancer cells. In this particular case, the primary focus was on the binding of lectins to their respective ligands by means of the attachment of four different sugars to a selected fluorophore. In order to achieve this objective, two synthetic pathways were optimized and scaled up using engineered enzymes as a catalyst. Consequently, the reaction conforms to the principles of green chemistry, yielding satisfactory results in most cases. Furthermore, the excitation and emission values of each compound were determined, thus enabling the evaluation of their binding affinity on selected cancer cell lines by means of flow cytometry measurements. The fluorescence of the cells could be observed, and this was captured in images taken using fluorescence microscopy. This study, though preliminary, paves the way for future developments of glycosidic fluorescent probes to specifically target cancer cells.