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 22-73-00160

НазваниеБорсодержащие ДНК-интеркаляторы на основе акридина - потенциальные препараты для бор-нейтронозахватной терапии рака

РуководительДрузина Анна Александровна, 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

07.2022 - 06.2024

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «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 словаакридин, клозо-додекаборат, бис(дикарболлид) кобальта/железа, полиэдрические гидриды бора, ДНК-интеркаляторы, биологическая активность

Код ГРНТИ31.21.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы создания борсодержащих биологически активных соединений, которые могут быть использованы для бор-нейтронозахватной терапии рака (БНЗТ). Одним из путей решения указанной фундаментальной задачи является создание борсодержащих ДНК-интеркаляторов на основе акридина, содержащих большое количество атомов бора и способных селективно накапливаться в раковых клетках, что является одним из ключевых требований БНЗТ. Известно, что акридины характеризуются плоским и гидрофобным строением, благодаря которому они способны взаимодействовать с различными биомолекулярными мишенями. Эти свойства в основном объясняются эффективностью π-сопряженной структуры для интеркалирования между двухцепочечной ДНК. Поэтому целью данного проекта является разработка эффективных методов синтеза новых конъюгатов полиэдрических гидридов бора с акридином. Для достижения поставленной задачи предлагается использовать CuI-катализируемое [3+2]-диполярное циклоприсоединение алкинов к азидам. Варьирование размера и заряда борного кластера, а также длины и гидрофильности/липофильности спейсера между борным остовом и функциональной частью молекулы будет использовано для создания библиотеки борсодержащих акридинов различного строения. С целью установления зависимости структура-свойство в ряду новых борсодержащих акридинов в рамках представленного проекта будет изучена их цитотоксичность и способность встраиваться в молекулу ДНК. Получение, исследование цитотоксичности и способности связываться с ДНК производных акридина на основе бис(дикарболлида) кобальта/железа и клозо-додекаборатного аниона, предусмотренных настоящим проектом, являются актуальными задачами, которые для указанных объектов ранее никем не ставились. Научная новизна проекта заключается в том, что при его выполнении впервые предполагается получить производные акридина, модифицированные бис(дикарболлидом) кобальта/железа или клозо-додекаборатным анионом по N9-положению ароматической системы. В настоящее время в литературе представлена лишь единичная группа борсодержащих производных акридина – его конъюгаты на основе пара-карборана. Однако опубликованные к настоящему времени данные по этим производным не позволяют провести надежную корреляцию между строением борсодержащего акридина и его биологической активностью, и в результате реализации предлагаемого проекта этот пробел будет заполнен. Предполагается, что в ходе выполнения проекта будут получены качественно новые, не уступающие мировому уровню, результаты способные внести существенный вклад в развитие химии полиэдрических гидридов бора. Введение бис(дикарболлида) кобальта/железа и клозо-додекаборатного аниона в структуру биомолекул представляет большой интерес с точки зрения развития метода бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака. Совокупность уникальной структуры полиэдрических гидридов бора, обширных возможностей по их функционализации (с целью создания спектра практических свойств) с использованием методов и приемов, разработанных руководителем проекта, создает предпосылки для успешной реализации проекта и создания конкурентного преимущества в этой области. Разработка методов синтеза новых производных клозо-додекаборатного аниона и бис(дикарболлида) кобальта/железа на основе акридина закладывает основы для создания инновационного препарата для БНЗТ злокачественных новообразований.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта ожидается получить следующие основные результаты: Будут разработаны эффективные подходы к синтезу новых производных акридина на основе бис(дикарболлида) кобальта/железа и клозо-додекаборатного аниона, в которых борный кластер будет присоединяться в положение N9 ароматической системы. Будет изучена цитотоксичность борсодержащих производных 9-аминоакридина и их способность встраиваться между парами оснований ДНК (интеркалирование). Будет выявлена взаимосвязь между строением борсодержащего акридина и его биологической активностью, а также проанализирована возможность использования полученных борсодержащих ДНК-интеркаляторов на основе акридина в качестве потенциальных БНЗТ-агентов. Это позволит целенаправленно синтезировать новые эффективные борсодержащие производные для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака. Получение производных акридина на основе бис(дикарболлида) кобальта/железа и клозо-додекаборатного аниона ранее не было описано, поэтому предложенное исследование имеет важное значение для развития химии полиэдрических гидридов бора. По результатам работы над проектом планируется опубликовать 2 статьи в высокорейтинговых научных журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science. Создание ДНК-интеркаляторов, имеющих в своем составе производные полиэдрических гидридов бора, является актуальной задачей, способной решить проблему избирательной доставки бора в опухолевые клетки для проведения БНЗТ. Таким образом, ожидается, что полученные результаты внесут существенный научный вклад в развитие бор-нейтронозахватной терапии рака на мировом уровне и будут востребованы для новых разработок в области медицины.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За первый год представленного проекта разработаны эффективные методы синтеза производных бис(дикарболлида) кобальта с акридином для потенциального использования их в качестве перспективных агентов для бор-нейтронозахватной терапии (БНЗТ) рака. Так, по Сu-катализируемой реакции [3+2] диполярного циклоприсоединения алкинов к азидам («клик»-реакция) осуществлён синтез борсодержащих конъюгатов акридина, в которых борный фрагмент присоединяется к акридину через положение 9 ароматической системы. В качестве азидной составляющей было использовано производное 9-азидоакридина, в качестве ацетиленовой – производные бис(дикарболлида) кобальта, модифицированные терминальной ацетиленовой связью, которые были синтезированы по реакции нуклеофильного раскрытия циклических оксониевых производных [3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]- алкоголятами ацетиленовых спиртов (2-пропин-1-ол и 1-бутин-3-олом). На первом этапе представленного научного исследования проведена реакция 9-метоксиакридина с гидрохлоридом 2-азидоэтанамина в присутствии Et3N при кипячении в CH3CN, что дало N9-замещенное производное азидоакридина и проведено его рентгеноструктурное исследование. Показано, что полученный 9-азидоакридин легко подвергается CuI-катализируемой реакции [3+2]-диполярного циклоприсоединения с борсодержащими ацетиленами в присутствии DIPEA и CuI с образованием соответствующих новых конъюгатов бис(дикарболлида) кобальта с акридином. C использованием абсорбционной спектроскопии по изменениям в спектрах поглощения по мере увеличения концентрации ДНК в растворе исследована способность полученных производных связываться с ДНК. Было установлено, что увеличение концентрации ДНК в растворе приводит к незначительному снижению оптической плотности около 5%. Такие изменения характеризуют относительно слабое связывание исследуемых соединений с ДНК. Наибольшие спектральные изменения из всех соединений наблюдались для акридинового конъюгата, полученного из 1,4-диоксанового производного бис(дикарболлида) кобальта и 1-бутин-3-ола. Оценена антипролиферативная активность (IC50) соединений в отношении клеточных линиий аденокарциномы молочной железы человека MCF7, карциномы толстой кишки человека HCT116, аденокарциномы легкого человека А549 и диплоидных клетках фибробластов человека WI38 методом МТТ и показано, что все четыре соединения оказались нетоксичными в отношении клеточной линии рака легкого A549. Однако в отношении других раковых клеток и незлокачественных клеток соединения проявили активность в среднем микромолярном диапазоне, что затрудняет использование полученных соединений в качестве новых агентов для БНЗТ. Для того чтобы уменьшить цитотоксичность борсодержащих производных акридина в рамках работы над проектом получены также ди-замещенные производные бис(дикарболлида) кобальта с акридином, а именно, йодированные конъюгаты, содержащие триазольный фрагмент в спейсере. Поскольку известно, что наличие атома иода в молекуле [3,3’-Co(1,2-C2B9H11)2]- позволяет «заморозить» вращение дикарболлидных лигандов, вследствие образования внутримолекулярных водородных связей C-H•••I между CH-группами одного дикарболлидного лиганда и атомом галогена другого лиганда. Это приводит к минимизации дипольного момента металлакарборанового остова и облегчает проникновение через липидные мембраны и уменьшает возможность его неспецифических взаимодействий с различными структурными компонентами клетки. Для этого было использовано нуклеофильное раскрытие йодониевого производного [8,8’-μ-I-3,3’-Co(1,2-C2B9H10)2] 2-пропин-1-олом и 3-бутин-1-олом, что привело к борсодержащим йодированным ацетиленам [8-OCH2C≡CH-8′-I-3,3′-Co(1,2-C2B9H10)2]Cs и [8-O(CH2)2C≡CH-8′-I-3,3′-Co(1,2-C2B9H10)2]Cs, которые в дальнейшем по “клик”-реакции с 9-азидоакридином дали целевые йодированные конъюгаты с укороченным соединяющим звеном. В дальнейшем будет изучена антипролиферативная активность полученных конъюгатов и их способность связываться с ДНК, чтобы оценить возможность использования новых акридиновых комплексов в качестве борсодержащих ДНК-интеркаляторов для бор-нейтронозахватной терапии рака. Таким образом, в ходе отчетного периода создана библиотека производных акридина, содержащих бис(дикарболлид) кобальта и его йодированные производные, также предложена схема получения борсодержащих акридинов с различным строением и длиной соединяющего звена. 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 акридинов различного строения. Исследование ДНК-взаимодействия методом абсобционной спектроскопии показали слабое связывание полученных соединений с ДНК (среди всех соединений наилучший результат показал акридиновый конъюгат, полученный из 1,4-диоксанового производного бис(дикарболлид)а кобальта и 1-бутин-3-ола). Исследуемые соединения оказались токсичными в отношении раковых и незлокачественных клеток в среднем микромолярном диапазоне, что затрудняет использование полученных соединений в качестве новых агентов для БНЗТ. Следует отметить, что предварительные результаты, достигнутые в ходе выполнения проекта, указывают на некоторый потенциал, предполагающий дальнейшее исследование. Представленные в этой работе борсодержащие акридины содержат новые, неисследованные структурные особенности, актуальность которых в данной области заслуживает изучения с целью получения еще лучших нетоксичных БНЗТ-агентов, способных связываться с ДНК. Необходимо дальнейшее изучение влияния других видов борсодержащих заместителей в 9-аминоакридиновом каркасе на токсичность боросодержащих акридинов. В качестве соединений с возможным более аффинным взаимодействием с ДНК можно было бы предложить введение активных групп, несущих положительный заряд, что повысит растворимость в воде и сделает акридиновое ядро более аффинным к ДНК, возможно, усилив его связывание.

Публикации

1. Друзина А. А., Дударова Н. В., Сиваев И. Б., Брегадзе В. И. Синтез производных бис(дикарболлида) кобальта с акридином Springer Nature, - (год публикации - 2023)

2. Друзина А.А., Дударова Н.В., Сиваев И.Б., Брегадзе В.И. Синтез борсодержащих акридинов в качестве перспективных БНЗТ-агентов IX Всероссийская конференция по химии полиядерных соединений и кластеров «Кластер-2022» 4-7 Октября, 2022, Нижний Новгород (устный доклад), IX Всероссийская конференция по химии полиядерных соединений и кластеров «Кластер-2022» 4-7 Октября 2022, Нижний Новгород, стр. 52 (устный доклад) (год публикации - 2022)