Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Фотофармакология является быстро развивающейся отраслью биомедицины, которая подразумевает возможность контролировать биологическую активность препарата под воздействием света. Этот контроль осуществляется за счет введения в структуру биологически активных веществ молекул фотопереключателей, которые под воздействием активирующего излучения изменяют физические и, как следствие, фармакодинамические и фармакокинетические свойства вещества. Данный проект направлен на поиск и реализацию эффективных путей модификации различных биологически-активных веществ (БАВ), в том числе соединений 2-хинолин-2-ил-1,3-трополонового ряда, фотохромными центрами для создания на их основе гибридных фотофармакологических агентов, активностью которых можно будет управлять с помощью света, а также других внешних стимулов. Данные модификации помогут при решении проблем, связанных с неизбирательной фармакологической активностью существующих препаратов, зачастую приводящей к серьезным побочным эффектам, а также помогут увеличить их водорастворимость и биодоступность. Первый этап проекта был посвящен, в первую очередь, поиску и получению модельных соединений, представляющих семейства спиропиранов, 1,3-трополонов или других БАВ, оснащенных подходящими наборами реакционноспособных заместителей, способных к дальнейшему объединению в гибридные биоактивные соединения. Подводя итоги первого этапа, нами были синтезированы новые модельные спиропираны индолинового ряда и их производные - мероцианиновые фотокислоты, оснащенные карбоксильными и/или сульфоксильными группами и обладающие повышенной водорастворимостью. Показано, что соединение, содержащее в структуре две карбоксильные группы и диметоксиметильный заместитель, легко подвергается гидролизу при комнатной температуре с образованием формилпроизводного. Кристаллическое строение данного спиропирана было детально изучено с использованием программных пакетов CrystalExplorer и Mercury на основании данных РСА. Исследована реакция хинальдина с 4,6-ди(трет-бутил)-3-нитро-1,2-бензохиноном в различных условиях, в результате чего получены гетероциклические соединения, потенциально обладающие высокой биологической активностью, а именно - новые производные 2-(хинолин-2-ил)-1,3-трополонов и других гетероциклических систем. Получены новые фотокислоты на основе формилированного производного человеческого гормона β-эстрадиола, обладающие негативными фотохромными свойствами. Отработаны методики получения спироциклических производных β-эстрадиола и эстрона; получены необходимые для дальнейших исследований спиропираны, содержащие фрагменты соответствующих эстрогенов. Исследованы фото- и ацидохромные свойства некоторых спиросоединений и их производных. Было установлено, что спироциклические производные эстрогенов обладают ярко выраженными ацидохромными свойствами, что позволяет рассматривать их в качестве кислотно-управляемых фотофармагентов или рН-сенсоров для биологических сред. Проведенные спектрально-абсорбционные и спектрально-эмиссионные исследования выявили наличие негативных фотохромных и переключаемых флуоресцентных свойств для фотокислоты на основе β-эстрадиола. Было выяснено, что ее фототрансформация легко протекает под действием малодеструктивного видимого света и сопровождается уменьшением рН среды. В дальнейшем данное соединение было исследовано методами клеточной биологии и генетики. С помощью метода оценки целостности мембран с окрашиванием трипановым синим нами была оценена токсичность гибрида в экспериментах in vitro на малигнизированных клетках человека. Помимо этого, была установлена полулетальная доза вещества IC50 при инкубировании в темноте и на свету, а также произведена оценка влияния гибрида на активность сигнальных каскадов. По результатам исследований, данный гибрид был более токсичным для клеток HeLa при воздействии света, при этом, резкое снижение выживаемости наблюдалось при концентрации 750 µM. Значения полулетальной дозы IC50 соответствовали 643 µM для инкубации в темноте и 564 µM — на свету, что говорит о возможности управления антипролиферативными свойствами соединения под действием света. Кроме того, была произведена оценка влияния данной фотокислоты на активность сигнальных каскадов при инкубировании клеток в его присутствии в темноте и на свету. Суммарно полученные данные свидетельствуют о следующем: a) Вещество обладает редкими свойствами AP-1-супрессии, что, безусловно, заслуживает отдельного внимания и требует дальнейших исследования. b) Вещество вызывает гиперактивацию NFE2L2, но в достаточной степени это обусловлено именно релизом регуляции совместных мишеней со стороны AP-1. Таким образом, можно заключить, что это является не чистым биохимическим эффектом ксенобиотика, а в большей степени сигнальным эффектом. c) Соединение обладает некоторой долей прооксидантных эффектов, усиливающихся при облучении светом. Механизмы термической и кислотно-катализируемой изомеризации некоторых спиропиранов, содержащих фрагмент эстрадиола, а также таутомерных превращений соединений трополоновых производных, были исследованы в различных условиях с помощью теоретического моделирования методами DFT. Проведенные квантово-химические вычисления помогли установить корреляции между структурными особенностями полученных спиропиранов, их фотохромными и ацидохромными свойствами, а также выявить наиболее энергетически выгодные интермедиаты, участвующие в реакциях образования 1,3-трополонов и конкурирующих процессах. Полученные данные позволили построить энергетические профили процессов изомеризации и подтвердили, в частности, энергетическую выгодность образования протонированных и самомпротонированных трансоидных мероцианиновых форм спиропиранов, содержащих фрагмент эстрадиола, что согласуется с экспериментальными данными фотохимических и ЯМР-исследований. TD-DFT исследования фотохромной фотокислоты позволили соотнести экспериментально наблюдаемые полосы в ее спектрах поглощения и дополнительно подтвердили структуру МСН формы.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Фотофармакология является быстро развивающейся отраслью биомедицины, которая подразумевает возможность контролировать биологическую активность препарата под воздействием света. Этот контроль осуществляется за счет введения в структуру биологически активных веществ молекул фотопереключателей, которые под воздействием активирующего излучения изменяют физические и, как следствие, фармакодинамические и фармакокинетические свойства вещества. Данный проект направлен на поиск и реализацию эффективных путей модификации различных биологически-активных веществ (БАВ), в том числе соединений 2-хинолин-2-ил-1,3-трополонового ряда, фотохромными центрами для создания на их основе гибридных фотофармакологических агентов, активностью которых можно будет управлять с помощью света, а также других внешних стимулов. Данные модификации помогут при решении проблем, связанных с неизбирательной фармакологической активностью существующих препаратов, зачастую приводящей к серьезным побочным эффектам, а также помогут увеличить их водорастворимость и биодоступность. Второй этап проекта был посвящен как поиску и получению модельных соединений, (спиропиранов, 1,3-трополонов, эстрогенов), оснащенных подходящими наборами реакционноспособных заместителей, способных к дальнейшему объединению в гибридные биоактивные соединения, так и реализации уже найденных подходов к синтезу последних, а также фотохимическим, биологическим и квантово-химических исследованиям. Подводя итоги второго этапа, нами были синтезированы и исследованы новые модельные спиропираны и их производные – спиропираны индолинового ряда, оснащенные реакционноспособными группами, а также мероцианиновые фотокислоты на основе бензимидазольного гетероцикла, модифицированные различными заместителями и обладающие повышенной водорастворимостью. Получены новые производные 2-(хинолин-2-ил)- и 2-(1,8-нафтиридин-2-ил)-1,3-трополонов, оснащенные необходимыми для дальнейшего использования наборами заместителей и потенциально высокой противораковой активностью. Так, было обнаружено, что новый бистрополон оказывает выраженный дозозависимый цитотоксический эффект in vitro в отношении клеточных линий рака легкого человека A549, рака толстой кишки человека HT29, рака толстой кишки мыши CT26 и мышиной меланомы B16F10. Получены первые представители молекулярных диад «спиропиран – биоактивная молекула» на основе фрагментов спиропиранов индолинового и бензоксазинового рядов и биологически активных 2-(хинолин-2-ил)-1,3-трополонов, соединенных гидразоновым мостиком. Получены новые фотокислоты на основе формилированного производного человеческого гормона β-эстрадиола. Проведенные спектрально-абсорбционные и спектрально-эмиссионные исследования выявили наличие у них негативных фотохромных свойств либо свойств фотохромных «весов» в зависимости от заместителя в индолиновом фрагменте, а также переключаемых флуоресцентных свойств. Было выяснено, что их фототрансформация легко протекает под действием малодеструктивного видимого света и сопровождается уменьшением рН среды. Были продолжены исследования первой эстрадиольной фотокислоты методами клеточной биологии, цитофлуориметрии и генетики. Были проведены работы по оценке отложенных последствий воздействия соединением в сублетальных дозах 125 и 250 µM с фотоактивацией и без нее на жизнеспособность, пролиферацию и ксенорезистентность клеток HeLa, а также паттерн сигнализации в надсистеме эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП) этих клеток. Результаты исследований показали нетоксичность соединения для исследуемых клеток в пределах надгрупп, а сигнальные эффекты представляют минимальный риск для применимости соединения с точки зрения индукции ЭМП в злокачественных клетках без фотоактивации соединения. При этом МФК обладала способностью снижать представленность популяции клеток, обогащенной стволовыми клетками рака, независимо от фотоактивации и в обеих исследованных концентрациях. Отсутствие выраженных сигнальных побочных эффектов в изученных за весь период реализации проекта системах и наличие свойства “антистволовости” у МФК - уникальное сочетание, не всегда характерное даже для “классических” “антистволовых” агентов. Механизмы термической изомеризации некоторых модельных фотокислот, а также таутомерных превращений соединений бистрополоновых производных, были исследованы в различных условиях с помощью теоретического моделирования методами DFT и TD-DFT. Проведенные квантово-химические вычисления помогли установить корреляции между структурными особенностями полученных соединений и относительной стабильностью изомерных форм в различных условиях, а также прогнозируемыми спектральными свойствами.