Разработка и исследование новых ДНК-интеркаляторов на основе (гет)ароматических комплексов платины как противоопухолевых агентов

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 проекта 23-23-00375

НазваниеРазработка и исследование новых ДНК-интеркаляторов на основе (гет)ароматических комплексов платины как противоопухолевых агентов

Руководитель Ельцов Олег Станиславович, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" , Свердловская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-602 - Химия новых органических и гибридных функциональных материалов

Ключевые слова ДНК-интеркаляторы, циклоплатинирование, гетероароматические металлокомплексы платины, константа связывания, структура, цитотоксичность, ЯМР исследования, глиобластома, клеточные технологии

Код ГРНТИ31.17.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Платиновые противоопухолевые агенты представляют собой один из величайших успехов в области медицинской химии. Они подчеркивают сочетание случайного открытия и рационального дизайна при разработке лекарств. Три платиносодержащих препарата одобрены во всем мире для лечения рака у людей: цисплатин, карбоплатин и оксалиплатин. Еще три одобрены для использования в отдельных странах, а именно недаплатин, лобаплатин и гептаплатин. Несмотря на то, что они появились на рынке почти 40 лет назад, платиновые комплексы остаются одними из наиболее широко используемых противораковых химиотерапевтических средств. Одним из значимых признаков успеха платиновых препаратов является тот факт, что с момента введения цисплатина в схему лечения больных раком яичка процент излечения от этого заболевания превысил 95%. Однако нежелательные побочные эффекты, такие как нефротоксичность, ототоксичность и эметогенез, а также возникновение врожденной или приобретенной резистентности и восстановление повреждений ДНК снижают их эффективность, ограничивают их применение и заставляют разрабатывать и исследовать более эффективные и менее токсичные аналоги. Именно поэтому платиновые комплексы с различными механизмами действия, отличные от цисплатина, представляют большой интерес, поскольку обладают потенциалом для преодоления клеточной резистентности при проявлении иных, в идеале менее токсичных, побочных эффектов. Такими перспективными современными платиновыми химиотерапевтическими агентами, проявляющими цитотоксичность в наномолярных количествах, являются плоские ароматические кольцевые системы, способные к π-π стекинг-взаимодействиям и действующие как интеркаляторы ДНК. Например, такие, как акридин, 1,10-фенантролин (phen) или 2,2ꞌ:6ꞌ,2ꞌꞌ-терпиридин (terpy), арилбипиридины, обратимое взаимодействие которого значительно отличается от связывания с ДНК цисплатина и также приводящее к нарушению процесса ее репликации. В настоящем проекте планируется проведение систематического исследования структурных свойств направленно-синтезированных новых (гет)ароматических производных Pt(II) и Pt(IV) различными физико-химическими методами. Синтезированные химические соединения подлежат оценке противоопухолевого действия на культивируемых клетках злокачественных новообразований человека. Принципиальная научная новизна заключается в использовании метода ЯМР для анализа связывания молекул комплексов Pt(II) и Pt(IV) с ДНК и использования этих данных в понимании различных структурных факторов, стабилизирующих и дестабилизирующих данное взаимодействие. До сих пор подобного систематического анализа для предлагаемых комплексов платины не проводилось.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Абрамов В. М., Черемных Л. А., Ельцов О. С., Тохтуева М. Д., Мелехин В. В., Парамонова А. В., Мезенцева А. А., Чернышева А. Е., Макеев О. Г. Синтез производных комплексов 6-арил-2,2´-бипиридинов с Pt(II) как потенциальных противоопухолевых агентов Известия Академии наук. Серия химическая. Институт органической химии им.Н.Д.Зелинского, №12, том 72, с 2848-2859 (год публикации - 2023)

2. ТОХТУЕВА М.Д., МЕЛЕХИН В.В., АБРАМОВ В.М., СУЛЕЙМАНОВА А.Ф., ЕЛЬЦОВ О.С. ПРОТИВООПУХОЛЕВАЯ И АПОПТОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЦИКЛОПЛАТИНИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ В КЛЕТКАХ ГЛИОБЛАСТОМЫ Военно-медицинская академия имени С.М.Кирова (Санкт-Петербург), С. 390-394. (год публикации - 2023)

3. Абрамов В.М., Тохтуева М.Д., Мелехин В.В., Ельцов О.С. Acetonyl C^N^N platinum(II) complexes of arylbipyridines WILEY, Magnetic Resonance in Chemistry, T. 62, № 11. ‒ C. 757-764 (год публикации - 2024)
10.1002/mrc.5475

4. Тохтуева М.Д., Мелехин В.В., Абрамов В.М., Пономарев А.И., Прокофьева А.В., Гржегоржевский К.В., Парамонова А.В., Макеев О.Г., Ельцов О.С. The arylbipyridine platinum (II) complex increases the level of ROS and induces lipid peroxidation in glioblastoma cells Springer, Biometals (год публикации - 2024)
10.1007/s10534-024-00646-6

5. Тохтуева М. Д., Мелехин В. В. Ключевые маркеры ферроптоза ООО "Издательский дом "Русский врач", Молекулярная медицина, 2024;22(4):18-27 (год публикации - 2024)
10.29296/24999490-2024-04-03

6. Тохтуева М. Д., Мелехин В. В., Парамонова А. В., Чернышева А. Е., Абрамов В. М., Ельцов О. С. Хлорплатиновые комплексы арилбипиридинов подавляют рост опухолевых клеток и индуцируют апоптоз ФГБОУ ВО УГМУ Минздрава России, Актуальные вопросы современной медицинской науки и здравоохранения : Сборник статей IX Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов, 2024, Т.1, C. 1292-1298. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В результате проведенных синтетической работы за 2024 г. был расширен ряд новых синтезированных арибипиридиновых комплексов платины (II). Получено более 20 новых металлокомплексов, которые были полностью охарактеризованы с использование современных физико-химических методов. Проведены работы по оптимизации методик синтеза исходных арил- и диарилбипиридиновых лигандов, показавшие перспективность препаративных изменений, а также использования специализированного оборудования – толстостенных стеклянных сосудов для проведения синтезов при избыточном давлении. Было обнаружено, что металлокомплексы, содержащие новую Pt-N связь, синтезированные путем замещения атома хлора на пиридин или вторичные амины, являются достаточно лабильными при действии раствора КОН/ДМСО, разбавленной соляной кислотой или раствором хлористого аммония. Они легко превращаются в соответствующие ДМСО-комплексы или исходные хлорплатинаты, что критически ограничивает их исследования цитотоксичности и вводит дополнительные структурные ограничения при моделировании активных противоопухолевых молекул соединений данного ряда. Проведен расчет липофильности молекул лигандов и арилбипиридиновых комплексов платины (II), данные которого согласуются с практическими результатами проявленной биологической активности – соотношение свойств липофильности молекул и их водорастворимости определило способность молекул преодолевать клеточную мембрану и проявлять цитотоксические свойства. Данные наблюдения подтвердили высказанную ранее гипотезу о малоперспективности по признаку необходимого соотношения липофильности и водорастворимости комплексов на основе диарилбипиридинов, содержащих длинные ди- и триалкоксильные заместители, и комплексов на основе арилбипиридинов, содержащих короткие алкоксильные фрагменты. Полученные на данном этапе работы результаты позволяют определить основные закономерности связи «структура-активность» и прогнозировать наличие или отсутствие интересных противоопухолевых свойств. Было выполнено полное отнесение всех сигналов протонов и углерода в спектрах ЯМР для синтезированных неописанных ранее ацетонилциклоплатиновых (II) комплексов. Проведен сравнительный анализ значений констант спин-спиновой связи C-Pt одного порядка, который показал существенное значительное различие в длинах связей и валентных углах в циклических фрагментах арилбипиридинового лиганда. Анализ литературных данных показал, что данное превращение является первым примером образования ацетонилтридентатных CˆNˆN комплексов арилбипиридинов. Результаты данного этапа работы представлены в статье «Acetonyl C^N^N platinum(II) complexes of arylbipyridines», Magnetic Resonance in Chemistry, 2024-11, https://doi.org/10.1002/mrc.5475. Среди синтезированных карбеновых платинатов были обнаружены соединения, ингибирующие жизнеспособность неопластических клеток в наномолярных концентрациях, что во много раз превышает по активности применяющиеся в настоящее время в медицинской практике препараты платины, например, цисплатин. Описанные нами карбеновые комплексы платины вызывают практически полное падение потенциала на митохондриях, что потенциально лишает опухолевые клетки энергии и приводит к выраженному снижению их митотической активности. Также, был установлен основной механизм действия соединения-лидера (хлорплатинат(II) 6-(4-(2-этилгексил)оксифенил)-2,2’-бипиридина), который, в отличие от цисплатина, не связан с индукцией апоптоза и интеркаляцией ДНК, что делает данное соединение высокоперспективным, так как потенциально позволяет обойти ограничения, связанные с лечением платиновыми препаратами (токсичность и резистентность). Данный комплекс вызывает выраженный окислительный стресс в опухолевых клетках, сопровождающийся неконтролируемой выработкой АФК, перекисным окислением фосфолипидного слоя клеточных мембран, повышением экспрессии белков теплового шока и значительными морфологическими изменениями, имеющими некротическую природу. В результате проведенного изучения окислительно-восстановительных свойств соединения-лидера были обнаружены необычные эффекты и значения ОВР потенциалов. В соответствии с CV-данными было предположено, что это соединение обладает лабильной структурой, которая в присутствии хлоридов и ДМСО претерпевает некоторый процесс лигандного обмена. Обнаруженные CV-данные и известная способность комплексов Pt(II) претерпевать быстрые окислительно-восстановительные превращения были подтверждены рядом ЯМР экспериментов, показавшим, что в растворе ДМСО-d6 в присутствии избытка HCl комплекс Pt(II) в течение 1 часа окисляется до комплекса Pt(IV). А в растворе ДМСО-d6 в присутствии смеси H2SO4/NaCl процесс окисления Pt(II)→Pt(IV) занимает ориентировочно 5 дней. Такая структурная лабильность вещества-лидера в системе ДМСО-d6/HCl в условиях ЯМР эксперимента привела к разработке удобной препаративной методики синтеза арилбипиридиновых комплексов Pt(IV), образование которых подтверждено как физико-химическими методами анализа, включая РСА, так и встречным синтезом из соответствующего лиганда и K2[PtCl6]. В продолжение работ по разработке методов синтеза арилбипиридиновых комплексов Pt(IV) на основе соответствующих активных хлорплатинатов (II) были подобраны условия для получения диацетильных хлорплатиновых (IV) комплексов. На данном этапе методика позволяет получать целевые продукты с невысоким выходом и требует дальнейшей оптимизации. Обнаружено, что цитотоксичность полученных комплексов платины (IV) значительно превышала активность платиновых соединений (II), на основе которых они были синтезированы. За отчетный 2024 г. были опубликованы две статьи, цитируемые в базах данных Scopus и WOS, одна статья в журнале, входящем в список ВАК и одна статья, индексируемая в базе данных РИНЦ. В качестве стендовых и устных докладов результаты исследований с устными и стендовыми докладами представлены на шести международных и Всероссийских научных конференциях. Новостные информационные ресурсы, посвященные результатам проекта: https://urfu.ru/ru/news/53135/ https://scientificrussia.ru/articles/vesestvo-dla-lecenia-raka-mozga-sozdali-na-urale http://www.apiural.ru/news/society/173744/ https://rscf.ru/news/chemistry/uralskie-uchenye-sozdali-protivoopukholevoe-veshchestvo-s-platinovym-kompleksom/

Публикации

Возможность практического использования результатов
В перспективе результатом данного проекта может оказаться создание препарата для лечения глиобластомы, агрессивной злокачественной опухоли центральной нервной системы. Сегодня существуют препараты для лечения этого заболевания, однако преимущественно они обладают сильной токсичностью и серьезными побочными эффектами. Если дальнейшие исследования на животных и людях покажут положительный результат, в России может появиться новое не столь токсичное оригинальное лекарство от злокачественных опухолей.