Аннотация результатов, полученных в 2020 году
За отчетный период разработаны эффективные методы синтеза производных полиэдрических гидридов бора для потенциального использования их в качестве перспективных агентов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака. Синтезированы конъюгаты полиэдрических гидридов бора с холестеролом, пригодные для получения борсодержащих липосом, которые возможно использовать в качестве перспективных препаратов для БНЗТ рака. Липосомы, в свою очередь, способны обеспечить селективную доставку бора в злокачественную опухоль. Гидрофильная часть таких липидов содержит борные кластеры (бис(1,2-дикарболлид) кобальта, клозо- и нидо-карборан), а липофильная – холестерол. Основными подходами к решению поставленной задачи было взаимодействие оксониевых производных борных кластеров с нуклеофилами на основе производных холестерола и применение реакции CuI-катализируемого [3+2]-диполярного циклоприсоединения алкинов к азидам. Таким образом, в ходе выполнения проекта, как и планировалось, был синтезирован ряд борированных конъюгатов холестерола, содержащие этиленгликольный и триазольный фрагменты в спейсере. Так, получены борсодержащие конъюгаты холестерола с бис(1,2-дикарболлидом) кобальта простым одностадийным синтезом, основанном на реакции нуклеофильного раскрытия циклических оксониевых производных бис(1,2-дикарболлида) кобальта ОН-группой модифицированного холестерола в присутствии 2-кратного избытка NaH в качестве основания. Новые продукты были выделены в виде Cs-солей с хорошими выходами. Таким образом, синтезированы производные холестерола и бис(1,2-дикарболлида) кобальта с этиленгликольным фрагментов в спейсере между борным кластером и биомолекулой: раскрытие диоксанового производного ОН-группой модифицированного холестерола дало соединение с гидрофильным спейсером –(CH2CH2O)2–, тогда как раскрытие тетрагидропиранового производного бис(1,2-дикарболлида) кобальта привело к соединению с липофильным спейсером –(CH2)4-5– между клеткой бора и биологически активной частью молекулы. Эти спейсеры можно рассматривать как длинные фрагменты, обладающие высокой степенью гибкости и биосовместимости. На полученных конъюгатах бис(1,2-дикарболлида) с холестеролом проведены первичные биологические исследования и показано, что они оказывают токсическое действие на опухолевые клетки U87 (глиобластома человека). Это дает основания, что на следующем этапе биологических исследований эти производные будут протестированы на культуре нормальных (нетрансформированных) клеток человека. Методом обращения фаз из конъюгата бис(1,2-дикарболлида) кобальта, синтезированного из диоксанового производного были липосомы состава: 1,2-дистероил-sn-глицеро-3-фосфохолин (DOPC) и 1,2-дистероил-sn-3-фосфаэтаноламин-N-[метокси(полиэтиленгликоль))-2000] (PEG2000-DSPE), борсодержащий холестерол и сам холестерол. Содержание борсодержащего холестерола в липосомах составило 200 мг на 1 г липида. В рамках выполнения проекта по Сu-катализируемой реакция [3+2] диполярного циклоприсоединения алкинов к азидам («клик»-реакции) получены также конъюгаты холестерола с нидо- и клозо-карбоаном. В качестве азидной составляющей был использован модифицированный холестерол, в качестве алкинильной – производные клозо- и нидо-карборана с терминальной тройной связью. Взаимодействием триметиламмониевой соли 1-меркапто-клозо-карборана (Me3N)[1-SH-1,2-C2B10H11] с бутин-3-иловым эфиром метансульфокислоты синтезировано соответствующее алкинильное производное клозо-карборана, последующая обработка которого фторидом цезия при кипячении в этаноле привела к деградации карборанового остова до нидо-формы с образованием борсодержащего ацетиленового производного на основе нидо-карборана в виде цезиевой соли. Было показано, что алкинильне производные клозо- и нидо-карборана легко подвергаются CuI-катализируемой реакции [3+2]-диполярного циклоприсоединения с азидо-холестеролом с образованием целевых конъюгатов. В качестве катализатора был использован CuI, в качестве основания – диизопропилэтиламин (DIPEA). нидо-Производное конъюгата было также получено деборированием 1,2,3-триазола на основе клозо-карборана кипячением с фторидом цезия в смеси этанол/ацетонитрил. Проникновение различных веществ через биологические мембраны, их накопление и удержание в клетках во многом зависят от их заряда. В частности, положительно заряженные частицы лучше проникают через биологические мембраны, чем отрицательно заряженные, поэтому в ходе выполнения проекта был осуществлен синтез производного нидо-карборана c холестеролом с триазольным фрагментом в спейсере, содержащим кватернизованный атом азота. Для этого из борсодержащего хлорпроизводного и азида натрия в присутствии йодида натрия при нагревании в ДМФА в течение 7 дней был синтезирован азид на основе нидо-карборана. Методом монокристаллических рентгеноструктурных исследований определена твердотельная молекулярная структура азида на основе нидо-карборана 9-N3(CH2)3Me2N-нидо-7,8-C2B9H11. Структурной особенностью нидо-карборанилазида является достаточно жесткая и компактная конформация заместителя, что приводит к довольно короткому внутримолекулярному контакту между атомом N4 азидной функции и экстра-водородным атомом H1C нидо-карборанной клетки (3,089 Å с ненормализованными длинами связей B-H). Было показано, что борсодержащий азид на основе нидо-карборана вступает в реакцию с алкинил-холестеролом в кипящем этаноле в присутствии диизопропилэтиламина (DIPEA) и каталитического количества CuI с образованием целевого конъюгата нидо-карборана и холестерола с цвиттер-ионной структурой соединяющего звена. Одним из важных требований БНЗТ является синтез структур с высоким содержанием атомов бора в молекуле. Поскольку для стабилизации жесткости мембраны в состав липосом вводят также холестерол в качестве самостоятельного соединения, были синтезированы боробогащенные системы для дальнейшего их внедрения в липосомы. В рамках представленного проекта осуществлен метод получения боробогащенных систем, в которых два кластера бора объединены в одну молекулу: бис(1,2-дикарболид) кобальта и нидо-карборан, при этом структура спейсера в этих соединениях содержит два аммониевых центров: первого, компенсирующего отрицательный заряд нидо-карборанного фрагмента, и второго, компенсирующего заряд бис(дикарболида) кобальта. Так, взаимодействие азида на основе нидо-карборана с алкинильными производными бис(дикарболлида) кобальта и железа в кипящем этаноле в присутствии диизопропилэтиламина (DIPEA) и каталитического количества CuI привело с хорошими выходами к соответствующим целевым конъюгатам, содержащим большое количество атомов бора в молекуле. Было также выявлено, что ацетилен на основе диоксанового производного бис(1,2-дикарболлида) железа не реагирует с азидом на основе нидо-карборана, поэтому целевой боробогащенный конъюгат на основе диоксанового производного бис(дикарболлида) железа получить не удалось. Таким образом, в ходе отчетного периода создана библиотека производных холестерола, содержащих борные кластеры различного размера, заряда и липофильности (клозо- и нидо-карборан и бис(1,2-дикарболлид) кобальта), а также предложена схема получения борсодержащих холестеролов с различным строением спейсера. Также были получены боробогащенные структуры, содержащие большое количество атомов бора в молекуле, что является важным требованием БНЗТ. Варьирование размера и заряда борного кластера, а также длины и гидрофильности/липофильности спейсера между борным остовом и функциональной частью молекулы было использовано для создания библиотеки борсодержащих холестеролов различного строения. Полученные липиды могут быть использованы в качестве предшественников липосом, обеспечивающих избирательную доставку бора в опухолевые клетки для бор-нейтронозахватной терапии рака (БНЗТ).

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
За отчетный период разработаны эффективные методы синтеза производных полиэдрических гидридов бора с курумином для потенциального использования их в качестве перспективных агентов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака, а также была выявлена их антибактериальная активность. Основными подходами к решению поставленной задачи было нуклеофильное раскрытие оксониевых производных борных кластеров ОН-групп(ой)ами куркумина и применение реакции CuI-катализируемого [3+2]-диполярного циклоприсоединения алкинов к азидам. Таким образом, в ходе выполнения проекта, как и планировалось, был синтезирован ряд борированных конъюгатов куркумина, содержащие этиленгликольный и триазольный фрагменты в спейсере. Получены борсодержащие конъюгаты куркумина с бис(1,2-дикарболлидом) кобальта простым одностадийным синтезом, основанном на реакции нуклеофильного раскрытия циклических оксониевых производных бис(1,2-дикарболлида) кобальта ОН-группой куркумина в присутствии K2CO3 в качестве основания. В зависимости от молярного соотношения реагентов получены борированные куркумины, содержащие один и два кластера бис(1,2-дикарболлида) кобальта. Таким образом, синтезированы борированные куркумины с этиленгликольным фрагментов в спейсере между борным кластером и биомолекулой: раскрытие диоксанового производного ОН-групп(ой)/ами модифицированного куркумина дало соединения с гидрофильным спейсером –(CH2CH2O)2–, тогда как раскрытие тетрагидропиранового производного бис(1,2-дикарболлида) кобальта привело к производным с липофильным спейсером –(CH2)4-5– между клеткой бора и биологически активной частью молекулы. Эти спейсеры можно рассматривать как длинные фрагменты, обладающие высокой степенью гибкости и биосовместимости. Для полученных конъюгатов проведено исследование цитотоксичности на клетках лейкоза человека К-562, постнатальных фибробластов человека ПФЧ и на клетках аденокарциномы толстой кишки человека НСТ-116. Все полученные конъюгаты не обладают заметной цитотоксичностью, в отличие от исходного куркумина и коммерческого препарата доксорубицина. На основании собственной флуоресценции путем инкубирования клеток аденокарциномы толстой кишки человека НСТ116 исследовано внутриклеточное накопление соединений. Все конъюгаты входят в клетки постепенно, через 2 часа только моноконъюгат куркумина на основе диоксанового производного окрашивает всю клеточную популяцию. Через 24 ч монопроизводные бис(1,2-дикарболлида) кобальта полностью находятся в клетках, через 48 ч их накопление практически не изменяется. Дипроизводные борсодержащих куркуминов накапливаются хуже и процесс их постепенного накопления не заканчивается через 48 ч. Таким образом, в выборке из четырех конъюгатов наилучший результат накопления показал моноконъюгат диоксанового производного бис(1,2-дикарболлида) кобальта с куркумином, в связи с чем он являются весьма перспективным производным в качестве потенциального агента для БНЗТ. В рамках выполнения проекта по Сu-катализируемой реакция [3+2] диполярного циклоприсоединения алкинов к азидам («клик»-реакции) получены также конъюгаты куркумина с клозо-додекаборатным анионом и бис(1,2-дикарболлидом) кобальта с тиразольным фрагментом в спейсере. В качестве алкинильной составляющей был использован модифицированный куркумин, в качестве азидной – различные производные клозо-додекаборатного аниона и бис(1,2-дикарболлида) кобальта. Было показано, что азидо производные клозо-додекаборатного аниона и бис(1,2-дикарболлида) кобальта легко подвергаются CuI-катализируемой реакции [3+2]-диполярного циклоприсоединения с алкинил-холестеролом в кипящем этаноле в присутствии диизопропилэтиламина (DIPEA) и каталитического количества CuI с образованием целевых конъюгатов. Изучена активность куркумина и его борсодержащих производных с триазольным фрагментом в спейсере в отношении грамотрицательных микроорганизмов (включая референс – штаммы и клинический изолят Acinetobacter baumannii 73, устойчивый к бета-лактамным антибиотикам), грамположительных микроорганизмов (включая метициллинрезистентный клинический изолят Staphylococcus aureus 17), грибов рода Candida (клинические изоляты устойчивые к флуконазолу) и референс штамма Aspergillus fumigatus ATCC 46645. В отношении грамотрицательных тест-микроорганизмов в диапазоне исследованных концентраций ни одно из соединений не проявляет активности. По активности в отношении грамположительных тест-микроорганизмов образцы распределяются в следующем порядке: 1. Производное бис(1,2-дикарболлида) кобальта на основе пирана (по значениям МИК для грамположительных бактерий, A. fumigatus, снижение плотности роста C. albicans) 2. Куркумин (по значениям МИК для грамположительных бактерий, снижение плотности роста C. albicans), 3. Производное бис(1,2-дикарболлида) кобальта на основе диоксана (по значениям МИК для грамположительных бактерий, снижение плотности роста C. albicans), 4. Конъюгаты на основе клозо-додекаборатного аниона (в равной степени, активны только при воздействии на Bacillus cereus АТСС 10231). Таким образом, в ходе отчетного периода создана библиотека производных куркумина, содержащих борные кластеры различного размера, заряда и липофильности (клозо-додекаборатный анион и бис(1,2-дикарболлид) кобальта), а также предложена схема получения борсодержащих куркуминов с различным строением спейсера. Варьирование размера и заряда борного кластера, а также длины и гидрофильности/липофильности спейсера между борным остовом и функциональной частью молекулы было использовано для создания библиотеки борсодержащих куркуминов различного строения. Полученные куркумины могут быть использованы как в качестве потенциальных агентов для бор-нейтронозахватной терапии рака (БНЗТ), так и в качестве потенциальных антибактериальных препаратов.