Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В последние десятилетия противоопухолевая терапия – крайне актуальная область науки и практики, связанная с разработкой новых подходов и методов, обладающих большей селективностью, активностью при минимальных побочных эффектах и вреде для организма в целом. В настоящем проекте проводятся работы по созданию новых соединений-компонент противораковых препаратов для комбинированной флуоресцентной диагностики и противоопухолевой терапии. Предлагаемые соединения способны к образованию высокоаффинных комплексов с ДНК, к флуоресцентной визуализации расположения пораженных тканей, а также обладают способностью к селективному связыванию радионуклидов. В первый год выполнения проекта проводились исследования по двум направлениям, и были получены следующие результаты. 1. Разработка компонент для радиофармацевтических препаратов. Задачей участников проекта по данному направлению является разработка подходящих по характеристикам хелаторов для радионуклидов, являющихся частью радиофармацевтических препаратов. Для усиления действия радиофармпрепарата на биомолекулы в состав хелатора вводят хромофор, обеспечивающий высокую аффинность конструкции к биомолекуле. В проекте разработка хелатора и хромофора с высокой аффиностью к ДНК проводится независимо. Объединение компонент в одну систему планируется после того, как будут получены соединения с подходящими характеристиками. При выполнении проекта были предложены синтетические подходы, проведена наработка и выполнено исследование комплексообразования новых пиридин-содержащих азакраун-соединений амидного типа, имеющих дополнительные лигандные группы - карбоксильные, пиридиновые и карбоксильно-пиридиновые. Данный тип хелаторов ранее не изучался. С использованием методов потенциометрического титрования, ЯМР-спектроскопии, РСА, метода разделения на силикагеле и экстракции были изучено комплексообразование хелаторов с катионами Ag+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, Pb2+, Y3+, Eu3+, Bi3+, Lu3+. Установлено, что наличие жесткого пиридинового фрагмента обеспечивает высокие скорости комплексообразования, дополнительные карбоксильные лиганды позволяют получать комплексы высокой прочности. Найдено, что лиганды с карбоксильными группами являются подходящими хелаторами для катионов Bi3+: образуют комплекс высокой прочности при комнатной температуре менее чем за 1 минуту, при этом свободные хелаторы не цитотоксичны и устойчивы к радиации. Данные хелаторы будут введены в состав радиофармпрепарата для проведения биологических исследований. Для получения хромофоров с высокой аффинностью к ДНК, изучалась электроциклическая фотохимическая реакция стирилгетероциклов азинового ряда как в органических, так и в водных средах, а также проводилась разработка на основе данного фотопроцесса новой методологии синтеза конденсированных гетероароматических соединений, обладающих потенциальной биологической активностью. Для этого был проведен синтез и получена серия новых моно- и бисстирилгетероциклов, имеющих различные по структуре гетероароматические фрагменты. С использованием методов флеш-фотолиза, оптических исследований показано, что фотохимическая циклизация протекает в случае, когда С=С связь располагается в о-положении к атому азота гетероцикла и имеет донорные заместители в фенильном ядре. С использованием фотоциклизации получен ряд неизвестных ранее конденсированных гетероароматических производных. Было показано, что все они демонстрируют высокую аффинность по отношению к ДНК. Использование совокупности методов оптической спектроскопии, кругового дихроизма, исследования изменения вязкости и температуры ДНК при взаимодействии с органическими молекулами позволили сделать вывод о модели взаимодействия – интеркаляции, т.е. внедрение электроциклов между парами оснований. 2. Второе направление исследований связано с разработкой флуоресцентной компоненты для препаратов фотодинамической терапии раковых заболеваний (ФДТ). В проекте разрабатываются конъюгаты флуорофора с фотосенсибилизатором. При облучении конъюгата светом, поглощаемым флуорофором, возможна визуализация, при поглощении светом, поглощаемым сенсибилизатором, осуществляется терапия ракового заболевания. В качестве фотосенсибилизатора выбраны производные бактериохлорина, а в качестве флуорофорного фрагмента нами разработана серия стириловых производных 1,8-нафталимида. Проведен детальный анализ фотофизических свойств флуорофорной части для выявления путей управления характеристиками. Показано, что в вязких растворах подавляется конкурентные процессы релаксации возбужденных состояний, связанных с образованием скрученных состояний. Конъюгаты были опробованы в качестве противоракового препарата на клетках рака легкого. Полученные данные показали, что синтезированный конъюгат проявляет свойства как флуоресцентного навигатора, так и терапевтического средства. Таким образом, все запланированные в проекте исследования, в целом, выполнены. По результатам, полученным в проекте, были приняты к публикации и опубликованы четыре статьи в журналах Journal of Organic Chemistry (IF 4.785), Известия РАН, Серия химическая (IF 0.579), Physical Chemistry Chemical Physics, (IF 4.449), Polyhedron (IF 2.108). Результаты также были представлены в виде устных докладов на конференциях: 2nd International Caparica Conference on Chromogenic and Emissive Materials, Lisbon, Portugal; 13th International Conference on Fundamental and Applied Aspects of Physical Chemistry, Belgrade, Serbia; XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Екатеринбург, Россия; V Всероссийская конференция «Фотодинамическая терапия и фотодиагностика», Москва; VI Международная конференция по физической химии краун-соединений, порфиринов и фталоцианинов, пос. Агой Туапсинского района, Россия.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
В последние десятилетия противоопухолевая терапия – крайне актуальная область науки и практики, связанная с разработкой новых подходов и методов, обладающих большей селективностью, активностью при минимальных побочных эффектах и вреде для организма в целом. В настоящем проекте проводятся работы по созданию новых соединений-компонент противораковых препаратов для комбинированной флуоресцентной диагностики и противоопухолевой терапии. Во второй год выполнения проекта проводились исследования по двум направлениям, и были получены следующие результаты. 1. По направлению разработка компонент для радиофармацевтических препаратов предложены методы синтеза новых хелаторов, содержащих в своем сотаве бензольный фрагмент, обеспечивающий открытую, предорганизованную к комплексообразованию структуру, а также дополнительные лиганды (карбоксильные группы, придиневые фрагменты), увеличивающие стабильность образующихся комплексов. Среди разработанных ранее хелаторов на основе пиридин-содержащих азамакроциклов выявлено соединение, содержащее 3-и карбоксильные группы, которое показало высокую стабильность его комплексов с радиоактивным 207Bi3+ в среде бычье сыворотке, а также высокую устойчивость в организме нормальной мыши. Комплекс быстро выводился из легких, сердца, мозга, селезенки и демонстрировал наибольший уровень радиации в почках по сравнению с другими органами. Результаты данного исследования позволяют предложить комплексон как компонент радиофрмпрепарата. Предложены бисстириловые красители, в которых моностириловые компоненты связаны алкильными спейсерами различной длины. Исследования показали их эффективное взаимодействие с ДНК через укладывание в малую и большую бороздки. Такие соединения могут быть введены в состав радиофармпрепаратов для улучшения их взаимодействия с биологической мишенью, что позволит увеличить эффективность действия препарата. 2. По направлению разработки флуоресцентных навигаторов для ФДТ разработана и изучена структура конъюгата бактериохлорина с нафталимидом, в котором два хромофора соединены и десятизвенным оксоэтиленовым фрагментом. Согласно квантово-химическим расчетам, такая длина спейсера может предотвратить перенос энергии между компонентами конъюгата, ведущий к отсутствию флуоресцентной навигации. Полученные результаты говорят об уменьшении степени переноса, однако, этот процесс присутствует в системе в значительной степени. Для преодоления проблемы предложено разместить компоненты конъюгата на поверхности наночастиц с апконверсионной люминесценцией. Полученные наногибриды UCYbErTm@PP/NI, имеющие в своем составе молекулы бактериохлорина (PP) и нафталимида (NI), демонстрируют улучшенные характеристики: активацию молекул при облучении светом 980 нм, практически полное отсутствие переноса энергии между органическими компонентами, флуоресцентную навигацию производным нафталимида, фотосенсибилизацию бактериохлорином. Экспериметы in vitro на примере клеток нейробластомы человека (клеточная линии SH-SY5Y) убедительно продемонстрировали как флуоресцентную навигацию при облучении нафталимида, так и эффективное действие бактериохлорина как терапевтического препарата ФДТ в составе наночастиц. Таким образом, по двум направлениям проекта проведены мультдисциплинарные исследования, которые начинаются с создания функциональных новых оригинальных молекул, а заканчиваются экспериментами in vito и in vivo. Полученные результаты демонстрируют успешность предлагаемых идей как в области разработки новых препаратов для радиохимиотерапии, так и ФДТ.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В последние десятилетия противоопухолевая терапия – крайне актуальная область науки и практики, связанная с разработкой новых подходов и методов, обладающих большей селективностью, активностью при минимальных побочных эффектах и вреде для организма в целом. В настоящем проекте проводятся работы по созданию новых соединений-компонент противораковых препаратов для комбинированной флуоресцентной диагностики и противоопухолевой терапии. Во третий год выполнения проекта проводились исследования по двум направлениям, и были получены следующие результаты. 1. По направлению разработка компонент для радиофармацевтических препаратов проведено исследование новых бензоазакраун-эфиров амидного типа с хелатирующими группами (карбоксильные, пиридиневые и пиколинатные). Выявлены комплексоны, связывающие катионы меди с высокими константами в воде, которые переданы на in vitro и in vivo испытаний. В испытаниях должны быть определены такие параметры, как термодинамическая, кинетическая устойчивость комплексов в биологических жидкостях и организме мышей, радиационная устойчивость, способность выводить радионуклид из организма. С использованием разработанного ранее хелатора на основе пиридин-содержащего азамакроцикла был получен его когъюгат молекулой-вектором октреотидом и получен радтофрмпрепарат с радиоактивным 207Bi. Препарат передан на испытания противораковой активности. Предложены бисстириловые красители, содержащие фрагменты краун-эфиров. Показано, что макроцикл влияет на взаимодействие красителя с ДНК координируясь по G-C паре оснований ДНК. Присутствие катионов металлов оказывает заметные изменения спектральных характеристик, что может быть использовано для проведения катионного биологического анализа. Был разработан синтез конъюгата бисстирилового красителя с перспективным для связывания висмута пиридин-содержащим комплексоном. Предполагается, что высокая аффинность красителей к биомолекулам будет способствовать усилению радиационного воздействия, которое имеет органичение по радиусу воздействия. 2. По направлению разработки флуоресцентных навигаторов для ФДТ разработана и изучена структура конъюгата бактериохлорина с нафталимидом, в котором два хромофора соединены посредством полипептидного спейсера. Предполагается, что взаимодействие спейсера с биомолекулами будет значительное и будет препятствовать близкому расположению фрагментов конъюгата что позволит им выполнять функции фотосенсибилизатора и флуорофора. Исследования в клетках и на мышах полученных ранее конъюгатов 4-стирилнафталимида с бактериохлорином, проведенные в Институте онкологии им. П. А., показали, что такие конъюгаты действуют как тераностические агенты: являются как эффективными сенсибилизаторами, так и флуоресцентными навигаторами. Для преодоления протекающего процесса переноса энергии также были продолжены работы по получению наногибрида, в котором компоненты конъюгата размещены на поверхности наночастиц с апконверсионной люминесценцией. Полученные наногибриды UCYbErTm@PP/NI, имеющие в своем составе молекулы бактериохлорина (PP) и нафталимида (NI), демонстрируют улучшенные характеристики: активацию молекул при облучении светом 980 нм, практически полное отсутствие переноса энергии между органическими компонентами, флуоресцентную навигацию производным нафталимида, фотосенсибилизацию бактериохлорином. Экспериметы in vitro на примере клеток нейробластомы человека (клеточная линии SH-SY5Y) убедительно продемонстрировали как флуоресцентную навигацию при облучении нафталимида, так и эффективное действие бактериохлорина как терапевтического препарата ФДТ в составе наночастиц. Таким образом, по двум направлениям проекта проведены мультдисциплинарные исследования, которые начинаются с создания новых функциональных оригинальных молекул, а заканчиваются экспериментами in vitro и in vivo. Полученные результаты демонстрируют успешность предлагаемых идей как в области разработки новых препаратов для радиохимиотерапии, так и ФДТ.