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 22-73-00337

НазваниеНовые комплексы BODIPY с платиной для in vitro визуализации раковых клеток

РуководительКсенофонтова Ксения Витальевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет", Ивановская обл

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, 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые словафлуоресцентная маркировка, препараты платины, BODIPY, aza-BODIPY, синтез, спектральные свойства, in vitro визуализация, квантовохимическое моделирование, методы машинного обучения, молекулярный докинг

Код ГРНТИ31.27.51

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2020 году Российская Федерация стала пятой страной в мире по числу смертей и седьмой – по числу новых случаев онкологических заболеваний. По этой причине исключительно важно проведение научных исследований, направленных на снижение потерь от такого социально значимого заболевания, как рак. Химиотерапия является эффективным подходом к лечению множества форм злокачественных новообразований. Одними из самых распространенных химиотерапевтических агентов служат препараты платины, обладающие выраженным противоопухолевым и цитостатическим действием, но в то же время и рядом побочных эффектов на организм, а также некоторыми проблемами в фармакокинетике и фармакодинамике. В этой связи особенно важно иметь возможность отслеживать процессы распределения и метаболизма противоопухолевых препаратов платины в живой клетке для более глубокого понимания и эффективного управлениями свойствами данной группы лекарственных средств. Настоящий проект направлен на разработку систем отслеживания противоопухолевых препаратов платины посредством их флуоресцентной маркировки производными борфторидных комплексов дипиррометена (BODIPY). Отправной точкой исследования будет являться поиск перспективных структур комплексов типа флуоресцентный краситель – препарат платины с привлечением квантовохимического моделирования и методов машинного обучения. Соединения-лидеры с наиболее практически ценными физико-химическими и биологическими параметрами будут синтезированы, очищены и идентифицированы, а их спектральные и фотофизические свойства будут изучены методами спектроскопии поглощения и спектроскопии флуоресценции. Ключевым этапом исследования будет являться изучение взаимодействия синтезированных комплексов с модельными биомолекулами – дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК) и глобулярными белками, – а также in vitro эксперименты по тестированию их биологических свойств.

Ожидаемые результаты
По окончании реализации проекта будет сформирован пул перспективных (на данном этапе развития мировой науки) структур комплексов типа флуоресцентный краситель на основе дипирринов – препарат платины, пять из которых будет получено на практике. Ожидается, что исследование спектральных и фотофизических свойств синтезированных комплексов в ряду растворителей позволит установить механизмы изменения их флуоресцентного отклика в растворах. Ожидается, что исследование процессов взаимодействия изучаемых комплексов с модельными биомолекулами – ДНК и глобулярными белками – позволит установить механизмы действия препаратов платины на ключевые биополимеры организма. Кроме того, в in vitro экспериментах будет изучена биологическая активность комплексов типа флуоресцентный краситель на основе дипирринов – препарат платины, предполагается, что маркированный флуорофором препарат платины сохранит свои противоопухолевые и цитостатические характеристики, приобретя при этом выраженные оптические свойства. Все это заложит основу для более глубокого понимания и эффективного управлениями свойствами существующих на данный момент лекарственных средств данной группы, что в дальнейшем обеспечит переход к более эффективным препаратам для диагностики и терапии онкологических заболеваний.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В первый год выполнения проекта на основе результатов квантовохимического моделирования и анализа методами машинного обучения был сформирован пул перспективных структур комплексов типа флуоресцентный краситель на основе дипирринов – препарат платины, которые могут быть рекомендованы для дальнейшего синтеза. Был предложен алгоритм для поиска подобных структур и спектральных, фотофизических и биологических характеристик комплексов BODIPY с платиной(II) и платиной(IV) по SMILES, а также была создана модель на основе метода машинного обучения CatBoost для прогнозирования максимума полосы поглощения и концентрации полумаксимального ингибирования комплексов BODIPY с платиной(II) и платиной(IV). Были успешно синтезированы пять исходных флуорофоров на основе борфторидного комплекса дипиррометена (BODIPY) и аза-замещенного борфторидного комплекса дипиррометена (aza-BODIPY): реакционноспособные по отношению к аминам NHS-Ph-BODIPY и TI-aza-BODIPY, реакционноспособный по отношению к карбоновым кислотам EDA-Ph-BODIPY, содержащий в своем составе σ-донорный фрагмент бензимидазола BI-BODIPY, содержащий в своем составе σ-донорный фрагмент пиридина PT-aza-BODIPY. Были изучены спектральные, фотофизические и сольватохромные свойства синтезированных флуоресцентных красителей: NHS-Ph-BODIPY, EDA-Ph-BODIPY и BI-BODIPY поглощают и испускают свет в зеленой области спектра, а PT-aza-BODIPY и TI-aza-BODIPY – в красной и ближней инфракрасной областях спектра, что является важным условием при проведении биологических исследований in vivo; NHS-Ph-BODIPY, BI-BODIPY и PT-aza-BODIPY обладают сольватохромными свойствами; BI-BODIPY и PT-aza-BODIPY чувствительны к кислотности окружения, а TI-aza-BODIPY – к присутствию N-содержащих растворителей, что может быть использовано для нужд флуоресцентной сенсорики.

 

Публикации

1. Ксенофонтова К.В., Кернер А.А., Ксенофонтов А.А., Шагурин А.Ю., Бочаров П.С., Луканов М.М., Каюмов А.Р., Журавлева Д.Э., Исхакова З.И., Молчанов Е.Е., Меркушев Д.А., Ходов И.А., Марфин Ю.С. Amine-Reactive BODIPY Dye: Spectral Properties and Application for Protein Labeling Molecules, Volume 27, Issue 22, Article 7911 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/molecules27227911

2. Кернер А.А., Ксенофонтова К.В., Крестова А.Н., Меркушев Д.А., Румянцев Е.В., Марфин Ю.С. Реакционноспособный краситель на основе aza-BODIPY: синтез, спектральные свойства, применение Тезисы докладов ХХVI Всероссийской конференции молодых ученых-химиков (с международным участием), Страница 365 (год публикации - 2023)

3. Кернер А.А., Ксенофонтова К.В., Румянцев Е.В. Исследование спектральных свойств производного aza-BODIPY Сборник тезисов докладов Всероссийской школы-конференции молодых ученых "Дни науки в ИГХТУ", Страница 108 (год публикации - 2023)

4. Ксенофонтова К.В., Кернер А.А., Ксенофонтов А.А., Бочаров П.С., Меркушев Д.А., Молчанов Е.Е., Ходов И.А., Марфин Ю.С. Реакционноспособные красители на основе BODIPY: синтез, спектральные свойства, применение Сборник тезисов Всероссийской научной конференции "Марковниковские чтения: органическая химия от Марковникова до наших дней", Страница 66 (год публикации - 2022)

5. - О борьбе с онкологическими заболеваниями совместно с ведущими научными центрами Сайт Ивановского государственного химико-технологического университета, - (год публикации - )