Synthesis of bodipy compounds and their fluorescence sensor properties in detection of β-amyloid plaques

Abstract

Alzheimer hastalığı genellikle ileri yaşlarda ortaya çıkan nörodejeneratif bir hastalıktır ve demansın (bunamanın) en sık rastlanan sebebidir. Alzheimer hastalığının iki histopatolojik belirteci beta amiloid plakları (Aβ plakları) ve nörofibriler yumakların oluşumudur. Günümüzde Alzheimer hastalığının seyrini kesin olarak durdurabilecek bir tedavi mevcut değildir. Piyasada mevcut olan ilaçlar hastalığın semptomlarını giderici olup hastalığı tedavi edici özelliğe sahip değildirler. Günümüzde Alzheimer hastalığının tanısı bilişsel testlerle, beyin görüntüleme teknikleri kullanılarak ve beyin omurilik sıvısında Aβ ve tau protein seviyelerine bakılarak yapılmaktadır. Bu tekniklerin zaman alma, pahalı olma ve radyoaktiviteye maruz kalma gibi bazı dezavantajları söz konusudur. Bu noktada floresan sensörler ile optik görüntüleme Alzheimer hastalığının tanısında alternatif bir teknik olarak ortaya çıkmaktadır. Ayrıca yapılan araştırmalar Aβ plaklarının demans (bunama) başlangıcından yıllar önce oluştuğuna işaret etmektedir. Alzheimer hastalığında Aβ plaklarının tespiti erken teşhis açısından kritik bir öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında Alzheimer hastalığının erken tanısı için Aβ plaklarına karşı floresans sensör özellikleri incelenmek üzere BODIPY temelli bileşikler sentezlenmiştir. BODIPY-Bg1 bileşiğinin mezo konumunda bulunan fenil halkası bir biguanid olan disiyandiamid grubu içermektedir. Çeşitli aldehitlerin BODIPY 2 bileşiği ile reaksiyonundan mezo-aril Schiff bazları olan BODIPY imin bileşikleri (BODIPY-5a/5i) elde edilmiştir. BODIPY-Sq bileşiğinde ise mezo-pozisyonundaki fenil halkası bir dietil squarat grubu içermektedir. Sentezlenen BODIPY bileşikleri DCM, ACN, THF, DMSO gibi çözücülerde çözünmektedir. BODIPY-Bg1 bileşiği ise bu çözücülerden farklı olarak suda çözünmektedir. Sentezlenen BODIPY bileşiklerinin karakterizasyonu yapılarak foto fiziksel özellikleri incelenmiştir. BODIPY-5b, BODIPY-5d, BODIPY-5f, BODIPY-5g, BODIPY-5i ve BODIPY-Sq bileşiklerinin yapıları X-ışını kırınımı tekniği ile aydınlatılmıştır. Sentezlenen bileşiklerin Aβ plaklarına karşı floresans sensör özellikleri in vitro koşullarda incelenmiştir. BODIPY-Bg1 bileşiği sulu ortamda çözünme gibi büyük bir avantaj sunmasına karşın bileşik Aβ1-42 agregatları ile inkübe edildiğinde emisyon bandında kayda değir bir değişim sergilememiştir. BODIPY-5b bileşiği Aβ1-42 agregatları ile inkübe edildiğinde emisyon bandında sönümleme sergilerken BODIPY-Sq bileşiği Aβ1-42 agregatları ile etkileşime girdiğinde floresans şiddetinde bir artış gözlemlenmiştir. BODIPY-Sq bileşiği sığır serum albümin (BSA) ile inkübe edildiğinde emisyon bandında kayda değer bir değişim gözlenmemiştir. Bu sonuç BODIPY-Sq bileşiğinin Aβ1-42 agregatlarına karşı seçicilik gösterdiğine işaret etmektedir. BODIPY-Sq bileşiğinin Aβ1-42 agregatları için hesaplanan Kd değeri 11.7 μM olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, BODIPY-Sq bileşiğinin Aβ plakları için bir floresan sensörü olarak umut verici bir bileşik olduğu yönündedir.

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease that is usually observed in old age and is the most common cause of dementia. Two histopathological markers of Alzheimer's disease are β-amyloid plaques (Aβ plaques) and the formation of neurofibrillary tangles. Currently, no treatment can definitively stop the course of Alzheimer's disease. The drugs available in the market relieve the symptoms of the disease and do not have the feature of curing the disease. Studies indicate that Aβ plaques form years before the onset of dementia (dementia). Detection of β-amyloid plaques in Alzheimer's disease is critical for early diagnosis. In this thesis study, BODIPY-based compounds were synthesized to investigate the fluorescence sensor properties against Aβ plaques for the early diagnosis of Alzheimer's disease. Synthesized compounds were characterized and their photophysical properties were investigated. The structures of BODIPY-5b, BODIPY-5d, BODIPY-5f, BODIPY-5g, BODIPY-5i, and BODIPY-Sq were determined by X-ray diffraction technique. The fluorescence sensor properties of the synthesized compounds against Aβ plaques were investigated. Compound BODIPY-5b exhibited quencing in the emission band when incubated with Aβ1-42 aggregates. On the other hand, when BODIPY-Sq interacted with Aβ1-42 aggregates, an enhancement of its fluorescence intensity was observed. Results indicated that BODIPY-Sq is a promising compound as a fluorescence sensor for Aβ plaques.