Аннотация результатов, полученных в 2020 году
С целью создания новых флуоресцентных биомаркеров для визуализации и выяснения механизмов действия серосодержащих терпеноидов и их производных научным коллективом под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) разработаны методики синтеза и получены 3,3′,5,5′-тетраметил-дипиррометенаты бора(III) с мезо-(CH2)3СООСН3 и мезо-(CH2)3СООН заместителями. Молекулярные структуры синтезированных люминофоров идентифицированы с помощью методов масс-спектрометрии, рентгеноструктурного, 1Н ЯМР- и элементного анализа. Проведены геометрическая оптимизация (wB97X-D/def2 TZVP) и TDDFT анализ (CAMB3LYP/def2-TZVP (PCM, ДМСО)) индивидуальных молекул люминофоров. Результаты исследований позволили проанализировать влияние структурных и конформационных факторов на свойства синтезированных комплексов. С целью возможного практического использования люминофоров в качестве флуоресцентных маркеров получены результаты молекулярного докинга, которые позволили определить наиболее вероятные сайты связывания и типы взаимодействия BODIPY люминофоров с транспортными белками крови на примере бычьего и человеческого сывороточного альбумина. С привлечением методов спектрофотометрии и спектрофлуориметрии изучено влияние структурных и солватационных факторов на практически важные спектрально-люминесцентные характеристики синтезированных дипиррометенатов бора(III) в различных по природе органических/неорганических средах. Обнаружено, что комплексы поглощают с большими коэффициентами экстинкции в сине-зеленой области видимого спектра (496–503 нм) и излучают (при 512–520 нм) с высоким квантовым выходом флуоресценции (~70–100%), что делает их легко обнаруживаемыми флуоресцентными маркерами. Установлено, что квантовый выход флуоресценции люминофоров максимален (~100%) в неполярных и слабополярных средах (циклогексан, бензол, толуол). Флуоресценция незначительно падает (до ~80–97%) в протонодонорных хлороформе и спиртах. Увеличение квантового выхода флуоресценции BODIPY в последовательности спиртов: этанол, пропанол, бутанол-1, октанол-1, очевидно, вызвано уменьшением подвижности протяженного мезо-заместителя с ростом вязкости среды. Наиболее заметное тушение флуоресценции люминофоров наблюдается в сильных электронодонорных средах (до ~73%), что, вероятно, вызвано высокой полярностью и сольватирующей способностью среды. Показано, что люминофор, замещенный в мезо-позиции бутановой кислотой, растворим в воде до с ≤ 5∙10-6 моль/л, что делает его перспективным при биологических исследованиях. С целью прогнозирования эффективности транспорта маркеров через липидные или белковые фрагменты клеточных мембран изучена липофильность синтезированных дипиррометенатов бора(III) путем определения значений коэффициента распределения люминофоров в двухфазной модельной системе вода–октанол-1. Исследования показали, что введение в мезо-положение ядра BODIPY протяженного заместителя (-(CH2)3-СООСН3) приводит к увеличению гидрофобности люминофора почти в ~1.3 раза по сравнению с мезо-незамещенным аналогом и в ~5.1 раз по сравнению с хелатом, замещенным в мезо-позиции остатком бутановой кислоты. Изучены практически важные характеристики полученных люминофоров, в частности, их фото- и термостабильность. Установлено, что замена в метиновом мезо-спейсере BODIPY атома водорода на протяженные -(CH2)3СООСН3 и -(CH2)3СООН группы заметно увеличивает фотостабильность синтезированных люминофоров по сравнению с мезо-незамещенным комплексом, что, вероятно, является следствием эффекта стерического экранирования атома углерода метинового мезо-спейсера, а также перераспределение электронной плотности в молекуле люминофоров вследствие проявления электронных эффектов мезо-заместителей. Результаты разработки и исследований физико-химических свойств новых мезо-модифицированных флуоресцентных маркеров на основе дипиррометенатов бора(III) использованы при проведении в рамках междисциплинарного Проекта совместно с научной группой под руководством д.б.н. Каюмова А.Р. (КФУ, г. Казань) биологических исследований in vitro и анализе возможностей практического применения полученных BODIPY люминофоров в качестве флуоресцентных маркеров биологически-активных соединений. Результаты биологических исследований показали, что дипиррометенат бора(III) с мезо-(CH2)3СООСН3 заместителем проявляет способность эффективно проникать через клеточные мембраны и может быть предложен в качестве маркера при идентификации возбудителей грибковых инфекций, а также для визуализации структурных изменений плазматической мембраны, что актуально для очистки клеток млекопитающих при апоптотической гибели. Полученные результаты за отчетный период Проекта отражены в двух коллективных статьях, опубликованных в журналах первой квартилии: 1) Galina Guseva, Elena Antina, Mikhail Berezin, Svetlana Lisovskaya, Roman Pavelyev, Airat Kayumov, Olga Lodochnikova, Daut Islamov, Konstantin Usachev, Sergei Boichuk and Liliya Nikitina. Spectroscopic and in vitro investigations of boron(III) complex with meso-4-methoxycarbonylpropylsubstituted dipyrromethene for fluorescence bioimaging applications. Molecules, 2020, V. 25, 4541, doi:10.3390/molecules25194541. 2) Galina. B. Guseva, Elena V. Antina, Mikhail B. Berezin, Roman S. Pavelyev, Airat R. Kayumov, Irshad S. Sharafutdinov, Svetlana А. Lisovskaya, Olga A. Lodochnikova, Daut R. Islamov, Konstantin S. Usachev, Sergei V. Boichuk, Liliya E. Nikitina. Meso-substituted-BODIPY based fluorescent biomarker: Spectral characteristics, photostability and possibilities for practical application. Journal of Photochemistry & Photobiology A: Chemistry 401 (2020) 112783. doi.org/10.1016/j.jphotochem.2020.112783.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
С целью разработки на основе BODIPY эффективных флуоресцентных биомаркеров для визуализации метаболических путей и выяснения молекулярных механизмов действия проявляющих антимикотическую и антибактериальную активность монотерпеноидов и их производных, научной группой под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) на втором этапе междисциплинарного Проекта были разработаны методики синтеза и получены в рабочих количествах тетраметилзамещенные BODIPY люминофоры с мезо-(CH2)nСООН и мезо-(CH2)nСООСН3 (n=3,4) заместителями. В рамках междисциплинарного Проекта совместно с научной группой под руководством д.х.н. Каюмова А.Р. (КФУ, г. Казань) был выполнен синтез конъюгатов BODIPY c (+)-миртенолом и его тиоаналогом. Идентификация молекулярной структуры синтезированных соединений проведена с привлечением методов рентгеноструктурного, Н1 и С13 ЯМР, элементного анализа и масс-спектрометрии. Проведены геометрическая оптимизация молекул люминофоров (wB97X-D/def2 TZVP), TDDFT анализ (CAMB3LYP/def2-TZVP (PCM, ДМСО)) и молекулярный докинг. Сравнительный анализ результатов, полученных на первом и втором этапах Проекта показал, что введение мезо-заместителей и увеличение протяженности их углеводородной цепи вызывает небольшой синий сдвиг максимума характеристической интенсивной S0-S1 полосы по сравнению с мезо-незамещенным аналогом вследствие проявления суммарного электронного эффекта кислородсодержащих заместителей и усиления искажения плоскости ароматической индаценовой структуры хромофора. По результатам молекулярного докинга установлено, что наиболее стабильные комплексы с БСA образуют люминофоры с остатками карбоновых кислот. Конъюгат BODIPY с миртенолом, ввиду своей большей гидрофобности, имеет более высокое сродство к гиброфобным карманам ЧСA, что способствует образованию стабильных супрамолекулярных систем конъюгат–ЧСA. За отчетный период изучено влияние структурных и сольватационных эффектов на спектральные свойства дипиррометенатов бора(III), замещенных по мезо-позиции остатком пентановой кислоты –(CH2)4СООН или ее сложных эфиров с метанолом -(CH2)4СООСН3 и миртенолом в серии растворителей различной природы: неполярные и ароматические углеводороды (циклогексан, толуол, бензол), протонодонорные (хлороформ, этанол, пропанол, 1-бутанол, 1-октанол) и полярные (N,N-диметилформамид, диметилсульфоксид, пиридин, вода). Установлено, что в отличие от полностью гидрофобных форм BODIPY эфиров, производные карбоновой кислоты слабо растворимы в воде с ориентировочным показателем растворимости до ~5∙10-6 моль/л, что представляет интерес для применения этих соединений в биохимии и медицине. Установлено, что мезо-замещение не снижает высокого квантового выхода флуоресценции соединений. Более заметное влияние на флуоресценцию мезо-функционализированных красителей оказывают свойства среды. Установлено, что значения квантового выхода флуоресценции люминофоров максимальны (почти ~100%) в неполярных и ароматических средах (циклогексан, бензол, толуол), но снижаются до ~80% в протонодонорных хлороформе и спиртах. Разгорание флуоресценции BODIPY в последовательности спиртов: этанол, пропанол, 1-бутанол, 1-октанол может быть вызвано уменьшением подвижности протяженного мезо-заместителя с ростом вязкости среды, что требует специальных дальнейших исследований. Более заметное тушение флуоресценции (до значений φфл = ~60–70%) люминофоров наблюдается в высоко полярных электронодонорных средах. Изучена способность к ассоциативным процессам в воде гидрофобных мезо-замещенных BODIPY люминофоров. Установлено, что введение в мезо-спейсер BODIPY протяженного алкильного заместителя с эфирной группой предотвращает формирование агрегатов в водных растворах, при этом характеристики интенсивно излучающей формы мономера сохраняются, что позволяет использовать такого типа люминофоры при биоимиджинге. Возможности транспорта синтезированных люминофоров через двойной липидный слой клеточных мембран были оценены по результатам анализа их липофильности. Анализ значений коэффициентов распределения люминофоров в модельных двухфазных средах 1-октанол–вода и HEPES–вода свидетельствует о более высокой (в ~1.2–1.4 раза) липофильности эфиров BODIPY и соответствующего конъюгата с миртенолом по сравнению с мезо-незамещенным аналогом, что представляет интерес при биоимиджинге. Проведен анализ чувствительности BODIPY флуоресцентных сенсоров к гидрорфобным/гидрофильным зонам транспортных альбуминов крови (БСА, ЧСA) по результатам спектрофотометрического и флуорометрического титрования в модельных физиологических средах (фосфатный буфер, ДМСО). Результаты исследований показали, что увеличение концентрации СА сопровождается значительным разгоранием флуоресценции (в ~2–18 раз) и синим сдвигом максимума полосы испускания люминофоров (до 7 нм). Наблюдаемый нелинейный характер зависимости Штерна-Фольмера свидетельствует о том, что разгорание флуоресценции мезо-замещенных BODIPY люминофоров и соответствующего конъюгата с мертинолом обусловлено смешанным механизмом, включающим как динамическую, так и статическую составляющие. Анализ термодинамических параметров (Kсв и ∆G) эффективности связывания BODIPY–СА показал, что конъюгат с миртенолом образует наиболее стабильные супрамолекулярные системы с ЧСА по сравнению с BODIPY люминофорами, содержащими остаток пентановой кислоты или ее эфира. Изучены практически важные характеристики люминофоров, в частности, их фото- и термостабильность. Сравнительный анализ результатов исследований за первый и второй отчетные периоды Проекта позволил заключить, что замена, как остатков карбоновых кислот на сложноэфирные группы, так и удлинение на один СН2–фрагмент углеводородной цепи мезо-заместителя практически не оказывают заметного влияния на фотостабильность BODIPY люминофоров. Практически важным результатом является выявленная тенденция почти двухкратного увеличения фотостабильности мезо-замещенных BODIPY люминофоров в сравнении с мезо-незамещенным аналогом, которая сохраняется во всех изученных органических растворителях. Наблюдаемые различия могут быть следствием проявления эффекта стерического экранирования сопряженных π-связей мезо-метиновой группы как наиболее химически активного фрагмента ароматической хромофорной системы BODIPY люминофоров. Заметное влияние на фотодеструкцию изученных люминофоров оказывает природа среды. Установлено, что процесс фотоокисления красителей в растворах более эффективно (в ~2–3 раза) протекает в ароматическом толуоле в сравнении с циклогексаном или 1-октанолом. Наблюдаемые различия могут быть вызваны усилением поляризации ароматической системы дипиррометенового лиганда вследствие π–π-стекинга с молекулами ароматического растворителя. Более эффективное (в ~10 раз) протекание процессов фотодеструкции люминофоров наблюдалось в среде ДМСО, что, вероятно, вызвано, высокой полярностью и сольватирующей способностью растворителя. Термогравиметрический анализ кристаллических образцов мезо-замещенных дипиррометенатов бора(III) в инертной атмосфере аргона показал, что деструкция комплексов протекает за счет процессов внутримолекулярного окисления-восстановления. Температура начала деструкции хелатов находится в диапазоне 259–287 °C. Причем, в сравнении с мезо-незамещенным BODIPY, термостабильность люминофора с этерифицированным заместителем возрастает почти на 30 град. В рамках междисциплинарного Проекта совместно с коллегами из Казани проведены биологические исследования и оценены возможности практического применения мезо-замещенных люминофоров для биоимиджинга. Результаты исследований показали, что BODIPY люминофоры, замещенные по мезо-положению остатками метильного эфира пентановой или бутановой кислот способны эффективно проникать через клеточные мембраны и интенсивно окрашивать мембранные структуры органелл, что может быть использовано при изучении возбудителей бактериальных и грибковых инфекций. Кроме того, установлено, что мезо-замещенные эфиры BODIPY значительно быстрее проникают в клетки грамположительных бактерий по сравнению с грамотрицательными микроорганизмами, что представляет интерес при разработке новых флуоресцентных маркеров для дифференциального окрашивания грамположительных и грамотрицательных бактерий. Проведенные биологические исследований позволили предположить, что конъюгация BODIPY с миртенолом изменяет предпочтительную мишень для окрашивания люминофором, что определяет специфику его биотранспорта и локализации в клеточных структурах. За отчетный период результаты исследований, полученные коллективом под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН) в рамках междисциплинарного Проекта отражены в трех статьях, из которых две статьи опубликованы в журналах первого квартиля и одна в журнале второго квартиля, а также в тезисах шести докладов, представленных на конференциях Международного и Всероссийского уровней.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
С целью создания эффективных флуоресцентных биомаркеров на основе BODIPY красителей для биоимиджинга монотерпеноидов и их производных, проявляющих антимикотическую и антибактериальную активность, научной группой под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) на третьем этапе междисциплинарного Проекта разработаны методики синтеза и получены в рабочих количествах дипиррометенаты бора(III), в молекулах которых реализовано несимметричное замещение по пиррольным ядрам: в альфа-позиции одного из пиррольных ядер содержится остаток пропановой кислоты, при этом альфа-позиция второго ядра содержит метильную группу или остаток тиофена соответственно. В рамках междисциплинарного Проекта совместно с научной группой под руководством д.х.н. Каюмова А.Р. (КФУ, г. Казань) выполнен синтез конъюгатов BODIPY c титерпеноидом. Идентификация молекулярной структуры синтезированных соединений проведена с привлечением методов рентгеноструктурного, Н1 и С13 ЯМР, элементного анализа и масс-спектрометрии. С помощью DFT и TDDFT анализа проведена геометрическая оптимизация молекул BODIPY люминофоров, содержащих остатки пропановой кислоты и/или тиофена. Установлено, что одной из вероятных причин тушения флуоресценции BODIPY в присутствии электронодонорных растворителей может быть образование молекулярных комплексов BODIPY∙Solv, реализующих фотоиндуцированный перенос электрона (PeT). Для скрининга функционализированных BODIPY, как перспективных люминесцентных зондов транспортных белков крови, проведен молекулярный докинг для красителей с бычьим сывороточным альбумином и сывороточным альбумином человека . Результаты компьютерного исследования показали, что процесс образования молекулярных комплексов BODIPY–SA является самопроизвольным и протекает за счёт преобладающих гидрофобных и специфических взаимодействий, причем наиболее стабильные комплексы с сывороточными альбуминами образуют люминофоры, замещенные в мезо-позиции дипиррометенового остова остатками пентановой и бутановой кислот и, особенно, конъюгаты BODIPY с тиотерпеновым фрагментом. За отчетный период изучены спектральные характеристики альфа-замещенных карбоновых кислот BODIPY и конъюгатов мезо-замещенных BODIPY с тиотерпеноидом. Обнаружено, что введение остатка пропановой кислоты в альфа-позицию одного из пиррольных ядер BODIPY дает небольшой красный сдвиг (на 1–3 нм) максимума полос поглощения и флуоресценции по сравнению с тетраметилзамещенным аналогом. Замена во втором пиррольном ядре дипиррометената бора(III) альфа-СН3 группы на тиофеновый остаток приводит к более значительному (на ~60 нм) красному сдвигу полос поглощения и флуоресценции. Установлено, что альфа-замещенные карбоновые кислоты BODIPY имеют максимальный квантовый выход флуоресценции (от ~83 до ~91%) в ароматических бензоле и толуоле, а также в протонодонорных хлороформе и спиртах. Заметное тушение (до ~43–54%) флуоресценции красителей, особенно, в случае карбоновой кислоты BODIPY с тиофеновым заместителем, регистрируется в растворителях с выраженными электронодонорными свойствами (ДМФА, ДМСО, Py). Наблюдаемое тушение флуоресценции карбоновых кислот BODIPY обусловлено формированием молекулярных комплексов BODIPY∙Solv посредством образования прочной водородной связи между ОН-группой карбоксильного фрагмента BODIPY и гетероатомом растворителя по PeT механизму. Функционализация дипиррометенового остова BODIPY путем ковалентной привязки тиотерпеноида к остатку бутановой или пентановой кислоты приводит к гипсохромному сдвигу максимумов полос поглощения до ~7 нм и заметному (до ~2-х раз) росту Стоксова сдвига по сравнению с мезо-незамещенным аналогом. Наблюдаемый эффект может быть вызван структурными различиями основного и возбужденного состояний люминофоров вследствие конформационной подвижности мезо-заместителя. Результаты сравнительного анализа данных, полученных за первый, второй и третий отчетные периоды показал, что различия в природе мезо-заместителя оказывают незначительное влияние на положение максимумов полос поглощения (или испускания) и величину квантового выхода флуоресценции красителей. В общем случае, независимо от свойств среды, значения квантового выхода флуоресценции конъюгатов BODIPY с титерпеноидом понижаются в пределах погрешности (на ~2–10%) по сравнению с мезо-замещенными карбоновыми кислотами BODIPY, их сложными эфирами и конъюгатом с миртенолом. Природа среды оказывает более заметное влияние на спектральные характеристики красителей. Конъюгаты BODIPY с тиотерпеноидом проявляют максимальную флуоресценцию (φ = ~83–98%) в неполярных, ароматических и протонодонорных растворителях (циклогексан, бензол, толуол, хлороформ и спирты). Более заметное тушение флуоресценции (до φ = ~72%) соединений наблюдается в сильных электронодонорных средах (ДМСО, ДМФА, пиридин), что может быть обусловлено повышением эффективности сольватации люминофоров полярными электронодонорными молекулами растворителя. Результаты спектральных исследований показали, что как карбоновые кислоты BODIPY, так и конъюгаты BODIPY с тиотерпеноидом весьма устойчивы как в кислых, так и в щелочных средах, что важно при разработке новых флуоресцентных биомаркеров. Изучено сродство к транспортным белкам крови BODIPY люминофоров, содержащих в мезо-спейсере остаток бутановой кислоты, ее эфир и соответствующий конъюгат BODIPY с тиотерпеноидом. Результаты флуоресцентного титрования продемонстрировали, что увеличение концентрации белка сопровождается значительным разгоранием флуоресценции (в 1.2–6 раз для BSA, в 1.1–5.5 раза для HSA) и синим сдвигом максимума испускания красителей. Анализ термодинамических параметров (Kсв и ∆G), характеризующих эффективность связывания BODIPY–SA, показал, что конъюгат BODIPY с HSA образует наиболее стабильные супрамолекулярные системы по сравнению с люминофорами, содержащими остаток бутановой кислоты и ее эфир. Изученные красители BODIPY могут быть предложены в качестве флуоресцентных зондов гидрофильных и гидрофобных зон транспортных белков крови. Оценена устойчивость альфа-замещенных карбоновых кислот BODIPY и конъюгатов BODIPY с тиотерпеноидом под действием УФ-облучения в различных по природе растворителях. Установлено, что введение в альфа-позицию одного из пиррольных ядер остатка пропановой кислоты почти не понижает фотостабильность люминофоров по сравнению с симметрично замещенным тетраметилированным аналогом. Выявленная почти двухкратная тенденция увеличения фотостабильности конъюгатов BODIPY с тиотерпеноидом сохраняется во всех изученных средах. Наблюдаемые различия могут быть следствием проявления эффекта стерического экранирования сопряженных π-связей мезо-метиновой группы как наиболее химически активного фрагмента ароматической хромофорной системы BODIPY люминофоров. Фотодеструкция красителей в растворах более эффективно (в ~2–3 раза) протекает в ароматическом толуоле в сравнении с циклогексаном или 1-октанолом, что может быть вызвано усилением поляризации ароматической системы дипиррометенового лиганда вследствие π–π-стекинга с молекулами ароматического растворителя. Протекание процессов фотодеструкции люминофоров усиливается почти в ~6–10 раз в ДМСО, и, особенно, в воде, что, вероятно, вызвано образованием радикальных продуктов вследствие фотолиза растворителя. Обнаружено, что красители эффективно проникают и специфично окрашивают клетки грибов Candida albicans и мицелиальных грибов Fusarium solani, что представляет интерес при изучении различий широкого спектра микотических инфекций. Продемонстрировано, что конъюгация BODIPY с тиотерпеноидом — отличный способ для увеличения сродства красителей к биоструктурам, включая компоненты крови. За отчетный период результаты исследований, полученные коллективом под руководством д.х.н. Антиной Е.В. отражены в двух статьях, одна из которых опубликована в журнале Q1 в виде обзора, вторая статья – в журнале Q2, а также в тезисах трех докладов, представленных на конференциях Международного и Всероссийского уровней.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В рамках междисциплинарного Проекта совместно с научной группой под руководством д.б.н. Каюмова А.Р. (КФУ, г. Казань) впервые выполнен синтез водорастворимых форм конъюгатов на основе мезо-бутановой и мезо-пентановой BODIPY кислот и миртенола с мирамистиновой заряженной четвертичной аммонийной группой. Для получения конъюгатов нового типа, изучения их спектральных и биологических свойств научной группой под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) наработано необходимое рабочее количество BODIPY красителей, содержащих в мезо-спейсере остатки бутановой или пентановой кислот и их сложные эфиры, руководствуясь методиками, разработанными и апробированными в предыдущие отчетные периоды Проекта. Научными группами проведен цикл совместных синтетических работ по получению конъюгатов миртенола и тиотерпеноида с BODIPY альфа-пропановой кислотой. Для синтеза соответствующих конъюгатов научной группой под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) наработано рабочее количество альфа-пропановой кислоты BODIPY. С целью разработки на основе галогензамещеных эфиров BODIPY новых эффективных фотосенсибилизаторов для антибактериальной и антимикотической фотодинамической терапии научной группой под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) за отчетный период апробированы методики синтеза и получены рабочие количества 4,4′-дибром- и 4,4′-дийодзамещенных BODIPY люминофоров со сложноэфирной –(СН2)3СООСН3 группой в мезо-спейсере. Идентификация всех синтезированных соединений за четвертый отчетный период Проекта проведена с привлечением Н1, С13 ЯМР-, масс- и электронной спектроскопии, элементного анализа. Обобщены и проанализированы результаты молекулярного докинга и спектральных исследований, полученные за отчетный период научной группой под руководством д.х.н. Антиной Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново). Установлено, что процесс образования молекулярных комплексов альфа- и мезо-функционализированных BODIPY и их терпеновых конъюгатов с сывороточными альбуминами является самопроизвольным и протекает за счёт водородных и Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий. При этом альфа-замещение атомов водорода в пиррольных ядрах BODIPY сложноэфирными группами с терпенами и бэтта галогенирование дипиррометенового остова увеличивает аффинность люминофоров к сывороточным белкам крови. Результаты спектральных исследований показали, что введение в альфа- и мезо-положение дипиррометенового остова BODIPY люминофора остатков карбоновых кислот и их сложноэфирных групп с миртенолом и тиотерпеном, в том числе с мирамистиновой заряженной четвертичной аммонийной группой, не снижает флуоресцентные характеристики люминофоров (до φ ~96%) по сравнению с исходными BODIPY прекурсорами. Введение в альфа-положение пиррольных ядер остатков пропановой кислоты и, особенно, бэтта-галогенирование люминофоров значительно (до ~50 нм) смещает максимумы полос поглощения и флуоресценции в красную область по сравнению с BODIPY мезо-карбоновыми кислотами и их сложными эфирами. Наиболее заметное понижение флуоресценции наблюдается для дибром- и дийодзамещенных BODIPY эфиров. Квантовые выходы флуоресценции галогенированных красителей составляют не более ~2–32% в зависимости от молекулярной структуры и свойств среды, что обусловлено проявлением эффекта «тяжелого» атома. Важным достоинством дибром- и дийодзамещенных BODIPY эфиров является высокий квантовый выход генерации синглетного кислорода: ΦΔ = 50–61% и 65–78% соответственно, что представляет интерес при разработке на их основе новых тераностиков с функциями ФДТ, AФДТ-агентов и флуоресцентных красителей. Важно отметить, что, в отличие от большинства гидрофобных сложных эфиров BODIPY со спиртами, конъюгаты, содержащие в мезо- или альфа-сложноэфирные заместители, включающими наряду с терпеновым радикалом положительно заряженную четвертичную аммонийную группу, демонстрируют удовлетворительную для биологических исследований растворимость (до с ~10-5 моль/л) в воде и буферных растворах с рН от 1.65 до 9.18. При этом, как в кислых, так и в щелочных водных средах красители химически фотостабильны и сохраняют высокую флуоресценцию (до φ ~83%). Отмечено, что мезо-замещение протона метинового мостика BODIPY на остатки карбоновых кислот и их сложных эфиров почти в ~2 раза увеличивает фотостабильность хромофорной системы красителей по сравнению с мезо-незамещенными аналогами. Заметное понижение (до ~ 2–4 раз) фотостабильности красителей наблюдается у 2,6-дибром- и дийоддипиррометеновых эфиров BODIPY по сравнению с негалогенированными аналогами. Увеличению скорости процессов фотодеструкции галогензамещенных хелатов при УФ облучении может способствовать эффективная генерация синглетного кислорода красителями за счет эффекта «тяжелого» атома. Установлено, что введение положительно заряженной аммонийной группы в мезо-заместитель BODIPY конъюгатов увеличивает почти в ~9–14 раз сродство красителя к гидрофильным средам по сравнению с незаряженными аналогами, что вызвано ростом гидратационного вклада в сольватацию люминофора. Напротив, сочетание галогенирования и мезо-замещения увеличивает в ~1.3 раза сродство эфиров BODIPY к липидным биоструктурам и способствует эффективному транспорту люминофоров через слой клеточной мембраны по сравнению с карбоновыми кислотами дипиррометенатов бора(III). Научной группой под руководством д.б.н. Каюмова А. Р. (ФГАОУ ВО КФУ, г. Казань) проведены биологические исследования in vitro по изучению эффективности транспорта и локализации конъюгатов BODIPY в клеточных органеллах патогенных микроорганизмов. Установлено, что конъюгация BODIPY флуорофора и миртенола, содержащего мирамистиновый фрагмент, благоприятствует проникновению красителей в мицелиальные грибы Fusarium solani, но ухудшает их связывание с S. aureus, K. pneumoniae и P. aeruginosa. Обнаружено, что введенная между миртеноловым и флуорофорным фрагментами заряженная группа четвертичного аммония восстанавливает окрашивание бактериальных клеток, но не влияет на окрашивание грибов. Показано, что альфа-функционализированные конъюгаты BODIPY с миртенолом и титерпеноидом в отличие от структурно родственной карбоновой кислоты способны эффективно проникают в цитоплазму клеток грибов C. albicans. При этом конъюгат с титерпеновым остатком наиболее интенсивно окрашивает мембранные структуры органелл (мембраны ядер и митохондрий), по сравнению с миртеноловым конъюгатом. В результате определения чувствительности планктонных клеток эталонного и клинического штаммов дрожжевых грибов к противогрибковым препаратам, установлено, что альфа-замещенные монотерпеновые конъюгаты BODIPY проявляют эффективную противогрибковую активность, в отличии от карбоновой кислоты. Совокупность результатов теоретических (молекулярный докинг) и экспериментальных (in vitro) исследований показала, что конъюгация BODIPY с монотерпеноидами является перспективным способом увеличения сродства красителей к биоструктурам. Кроме того, конъюгаты BODIPY с монотерпенами представляют интерес при использовании их в качестве флуоресцентных маркеров в оценке мембранных структур клеток патогенов, а также при определении эффекторов и модулировании in vitro метаболических путей грибковой клетки, что представляет интерес в исследовании транспорта лекарственных препаратов in vivo. Результаты исследований, полученные в рамках междисциплинарного Проекта за четвертый отчетный период при участии двух научных групп (руководитель д.х.н. Антина Е.В. (ИХР РАН, г. Иваново) и руководитель д.б.н. Каюмов А.Р. (КФУ, г. Казань)), отражены в 9 статьях, опубликованных в соавторстве и по отдельности.