КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 18-73-00310

НазваниеТрикарбонильные комплексы рения(I) с пинцерными лигандами как новый класс противоопухолевых агентов

РуководительАлексанян Диана Владимировна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2018 - 06.2020 

Конкурс№29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-102 - Синтез, строение и реакционная способность металло- и элементоорганических соединений

Ключевые словаПротивоопухолевая активность, цитотоксичность, рений, трикарбонильные комплексы, пинцерные лиганды, циклометаллирование

Код ГРНТИ31.17.29

СтатусУспешно завершен

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В качестве альтернативы традиционным химиопрепаратам на основе соединений платины, обладающих выраженными побочными эффектами и вызывающих резистентность, в настоящее время особое внимание уделяется комплексам других переходных металлов. Среди них наиболее популярны соединения рутения, золота, титана, осмия, иридия, цинка и палладия, которые уже вышли за рамки классических закономерностей "структура–активность", свойственных аналогам цисплатина. Значительно меньше внимания уделяется металлоорганическим соединениям рения. Однако известные на сегодняшний день примеры цитотоксических металлоорганических производных рения с бидентатными гетероциклическими, фосфорорганическими, лабильными алкоксидными и гидроксидными лигандами позволяют считать эту область исследований весьма перспективной. Общей чертой всех этих соединений является наличие химически инертного структурного фрагмента Re(CO)3, что делает такие комплексы легко доступными из различных предшественников (Re2(CO)10, Re(CO)5X (X = Br, Cl) и др.). Кроме того, уникальные люминесцентные свойства трикарбонильных комплексов Re(I) (долгие времена жизни возбужденного состояния и большие значения квантового выхода) позволяют изучать их распределение в клетках и механизм действия с помощью флуоресцентной микроскопии. Характеристичные колебания карбонильных лигандов служат удобным инструментом для картирования методами ИК-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Наконец, возможность получения комплексов с радиоактивными изотопами рения (186Re и 188Re), а также их аналогов на основе технеция (99mTc) открывает перспективы для создания бифункциональных молекул, сочетающих в себе качества люминесцентного зонда и радиофармацевтического агента. При этом использование лигандов пинцерного типа с тридентатным моноанионным каркасом, в котором возможны многочисленные направленные структурные модификации, позволит легко контролировать термодинамическую и кинетическую стабильность металлокомплексов. Несмотря на то, что преимущества пинцерных комплексов по сравнению с их молекулярными аналогами, а также моно- и бидентатно связанными производными успешно используются в катализе и органическом синтезе на протяжении двух последних десятилетий, в области разработки противоопухолевых агентов это относительно новая и малоисследованная стратегия. В литературе описано лишь несколько примеров цитотоксических комплексов рения с полидентатными лигандами, тогда как противоопухолевая активность циклометаллированных производных вообще не изучена. В связи с этим особый интерес представляет изучение цитотоксичности комплексов рения состава LRe(CO)3, где L – моноанионный тридентатный лиганд. Принимая это во внимание, актуальной целью данного исследования является создание и изучение терапевтического потенциала принципиально нового класса потенциальных противоопухолевых агентов – комплексов рения на основе пинцерных лигандов. Для синтеза целой библиотеки новых лигандов будет использована простая и эффективная методология модульной сборки из широкого ряда легко доступных базовых блоков. В качестве основных объектов исследования будут использованы функционально замещенные амиды карбоновых кислот с дополнительными координационно активными группами как в кислотной, так и аминной компоненте. Такой выбор обусловлен возможностью варьирования в широких пределах строения билдинг-блоков – карбоновых кислот и аминов, а также легкостью образования амидной связи, которая играет очень важную роль в биологических системах. Кроме того, нами показано, что функционализированные амиды гладко подвергаются циклометаллированию под действием Re(CO)5Br в присутствии основания, что позволит легко получить новые комплексы Re(I). Оценка противоопухолевой активности полученных соединений будет проведена в Российском онкологическим научном центре им. Н. Н. Блохина на клетках различных опухолевых линий человека. Исследование цитотоксической активности металлокомплексов позволит определить основные закономерности "структура–свойства" для принципиально нового класса потенциальных противоопухолевых агентов и выбрать наиболее перспективные соединения для дальнейших испытаний с целью создания новых лекарственных средств. Для наиболее перспективных соединений планируется проведение дальнейших расширенных испытаний in vivo в Институте проблем химической физики РАН. Таким образом, проект направлен на развитие синтетической координационной и элементоорганической химии, а также медицинской химии и фармакологии.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет получена целая библиотека новых пинцерных лигандов на основе функционально замещенных амидов карбоновых кислот с дополнительными координационно активными группами как в кислотной, так и аминной компоненте. Для этого будет использована простая и эффективная методология модульной сборки, полностью отвечающая требованиям скринингового подхода к разработке новых лекарственных средств. При изучении комплексообразующей способности новых соединений будут получены циклометаллированные комплексы рения(I) состава LRe(CO)3, где L – моноанионный тридентатный лиганд. Исследование цитотоксических свойств металлокомплексов по отношению к клеткам различных опухолевых линий человека позволит определить основные закономерности "структура–активность" для принципиально нового класса потенциальных противоопухолевых агентов и выбрать наиболее перспективные соединения для дальнейших испытаний с целью создания новых препаратов. Распределение трикарбонильных комплексов рения с пинцерными лигандами в клетках и механизм их действия будут исследованы с помощью комплекса физико-химических методов анализа, включая ИК-спектроскопию и спектроскопию комбинационного рассеяния, а также флуоресцентную микроскопию. Для наиболее перспективных соединений будут проведены дальнейшие расширенные испытания in vivo. Результаты работы будут представлены на международных и российских конференциях по химии металлоорганических соединений, координационной и медицинской химии. Данные, полученные в ходе выполнения проекта, могут быть использованы в дальнейшем для направленного конструирования новых представителей этого класса металлоорганических соединений с улучшенными физико-химическими свойствами и биологической активностью.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
С целью создания альтернативы традиционным химиопрепаратам на основе комплексов платины(II) и расширения спектра активности металлсодержащих соединений настоящий проект направлен на разработку принципиально нового класса потенциальных противоопухолевых агентов – трикарбонильных комплексов рения(I) с пинцерными лигандами. В качестве основных объектов исследования выбраны неклассические лиганды пинцерного типа на основе функционально замещенных амидов карбоновых кислот, содержащих вспомогательную донорную группировку как в кислотной, так и в аминной компоненте. За отчетный период разработаны методы синтеза нескольких новых лигандов подобного типа при использовании в качестве базовых блоков алифатических и ароматических карбоновых кислот и аминов с дополнительными O-, S-, P- и N-донорными группами: производных фосфорилуксусной, фенил- и алкилмеркаптоуксусной, пиколиновой, метилтиосалициловой и дифенилфосфинобензойной кислот. Для ряда ключевых (тио)фосфорилированных аминов предложены оригинальные синтетические подходы. Простая и эффективная методология модульной сборки, лежащая в основе синтеза функционализированных амидов, обеспечила возможность получения целой библиотеки лигандов с различными по природе и длине координационными "руками" и различной степенью гибкости каркаса. Изучение особенностей комплексообразования полученных лигандов с ионами Re(I) на примере взаимодействия с Re(CO)5Br позволило получить ряд новых трикарбонильных комплексов пинцерного типа с конденсированными металлоциклами различного размера. Кроме того, для некоторых систем удалось выделить и охарактеризовать молекулярные (неметаллированные) предшественники. На примере амида дифенилфосфинобензойной кислоты с пиридиновым фрагментом была показана возможность осуществления твердофазного циклометаллирования подобных лигандов как эффективной и экологически безопасной альтернативы традиционным методам синтеза сложных металлоорганических соединений в растворе. Состав и строение новых соединений были подтверждены данными элементного анализа, ИК-спектроскопии, спектроскопии КР и ЯМР, а также в некоторых случаях РСА. Для исследования потенциала полученных комплексов в качестве противоопухолевых агентов была проведена первичная оценка их цитотоксичности на клетках трех опухолевых линий человека (рак толстой кишки HCT116, рак молочной железы MCF7 и рак простаты PC3). На основании полученных данных были определены основные закономерности "структура–активность". В большинстве случаев комплексы пинцерного типа оказались намного активнее своих молекулярных предшественников, при этом цитотоксическое действие комплексов было обусловлено в основном координацией ионами рения(I). Наиболее перспективными соединениями оказались комплексы пинцерного типа с S- и O-донорными вспомогательными группировками и гибким алифатическим каркасом, для которых значения IC50 попадали в низкий микромолярный диапазон (4.4–10.4 мкМ). На примере пинцерного комплекса на основе фосфорилзамещенного амида метилтиосалициловой кислоты, проявившего высокую цитотоксичность не только по отношению к трансформированным клеткам молочной железы HBL100, но и по отношению к их аналогам HBL100/Dox, устойчивым к действию доксорубицина, показана возможность разработки терапевтических средств, способных преодолевать лекарственную резистентность. Полученные результаты показывают перспективность дальнейшего поиск потенциальных противоопухолевых агентов в ряду трикарбонильных комплексов рения(I) на основе функционализированных амидов.

 

Публикации

1. Алексанян Д.В., Чурусова С.Г., Рыбалкина Е.Ю., Артюшин О.И., Перегудов А.С., Нелюбина Ю.В., Клеменкова З.С., Быховская О.В., Козлов В.А. Tricarbonylrhenium(I) complexes with heterodentate ligands based on functionalized amides: synthesis, structural features, and cytotoxic activity Journal of Organometallic Chemistry, 892, 66-74 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2019.04.020

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В продолжение исследований, направленных на создание альтернативы традиционным платиновым химиопрепаратам на основе трикарбонильных комплексов рения(I) с пинцерными лигандами, за отчетный период были синтезированы несколько новых типов неклассических пинцерных лигандов с центральным вторичным амидным фрагментом и подобраны условия для их прямого циклометаллирования под действием ионов Re(I). В качестве основных объектов исследования были использованы монотиооксамидные и бис(амидные) производные щавелевой кислоты. Функционализированные монотиооксамиды были получены тиоамидированием хлорацетамидов с дополнительными N-, S- и O-донорными группами в мягких условиях. Р(Х)-Модифицированные (Х = O, S) оксалиламидные лиганды были получены обработкой о-дифенилфосфориланилина и его тиоаналога оксалилхлоридом. Изучение комплексообразующих свойств полученных лигандов по отношению к ионам Re(I) позволило получить ряд новых трикарбонильных пинцерных комплексов N,N,S-, S,N,S- и O,N,S-типов с 5,5- и 5,6-членными конденсированными металлоциклами. Кроме того, была показана возможность осуществления циклометаллирования некоторых монотиооксамидов в отсутствие растворителя по новой твердофазной методологии, которая может стать эффективной и экологически безопасной альтернативой традиционным методам синтеза сложных металлоорганических соединений в растворе. При этом в случае (аминометил)пиридинового производного удалось выделить необычный биядерный комплекс Re(I), который не может быть получен при проведении циклометаллирования в растворе. Состав и строение новых соединений были подтверждены данными элементного анализа, ИК-спектроскопии, спектроскопии КР и ЯМР, а также в большинстве случаев РСА. При первичной оценке цитотоксичности полученных комплексов по отношению к клеткам трех опухолевых линий человека (рак толстой кишки HCT116, рак молочной железы MCF7 и рак простаты PC3) была обнаружена высокая активность практически для всех комплексов рения(I) с функционализированными монотиооксамидными лигандами. В ряду комплексов Re(I) на основе функционализированных бис(амидов) щавелевой кислоты к настоящему моменту нам удалось оценить активность биядерного бис(монометаллоциклического) комплекса, который проявил эффективность только в отношении клеток рака толстой кишки. Трикарбонильные комплексы на основе хинолинового, бензотиазольного, тиоэфирного и фосфорильных монотиооксамидных производных оказались сопоставимы по эффективности с клинически используемым препаратом – цисплатином. Наиболее активным соединением оказался трикарбонильный комплекс с более жесткой P=O координационной "рукой", для которого значения IC50 попадали в низкий микромолекулярный диапазон (4.5–12.0 мкМ). Поскольку почти все свободные лиганды оказались нетоксичными даже при концентрации 200 мкМ, очевидно, что наблюдаемое цитотоксическое действие рениевых производных определяется координацией ионами металла. Особый интерес представляет дальнейшая модификация лигандного каркаса функционализированных карбоксамидов и изучение механизма действия трикарбонильных комплексов рения(I) на их основе.

 

Публикации

1. Алексанян Д.В., Чурусова С.Г., Брунова В.В., Перегудов А.С., Шахов А.М., Рыбалкина Е.Ю., Клеменкова З.С., Кононова Е.Г., Денисов Г.Л., Козлов В.А. Mechanochemistry for the synthesis of non-classical N-metalated palladium(II) pincer complexes Dalton Transactions, 50, 16726-16738 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1039/d1dt03259c

2. Алексанян Д.В., Чурусова С.Г., Брунова В.В., Рыбалкина Е.Ю., Сусова О.Ю., Перегудов А.С., Клеменкова З.С., Денисов Г.Л., Козлов В.А. Synthesis, characterization, and cytotoxic activity of N-metallated rhenium(I) pincer complexes with (thio)phosphoryl pendant arms Journal of Organometallic Chemistry, volume 926, 121498 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.jorganchem.2020.121498

3. Алексанян Д.В., Чурусова С.Г., Рыбалкина Е.Ю., Клеменкова З.С., Денисов Г.Л., Козлов В.А. Dinucleating ligands based on functionalized oxalamides: lability of Re(I) coordination with the phosphorus pendant arms Polyhedron, 218, 115742 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1016/j.poly.2022.115742

4. Козлов В.А., Чурусова С.Г., Рыбалкина Е.Ю., Перегудов А.С., Денисов Г.Л., Алексанян Д.В. Cytotoxic properties of rhenium(I) tricarbonyl complexes supported by S,N,S'-pincer ligands INEOS OPEN, том 2, выпуск 5, стр. 172-177 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.32931/io1923a

Возможность практического использования результатов
Соединения с наиболее высокой цитотоксической активностью, полученные в ходе выполнения проекта, планируется передать на дальнейшие расширенные испытания in vivo с целью создания новых противоопухолевых препаратов.