Синтез модифицированных природных хлорофиллов и изучение их свойств для бинарных методов терапии в онкологии 02. 00. 10 Биоорганическая химия

Вид материала

Автореферат

Содержание 2.4. Синтез борсодержащих конъюгатов с использованием реакции нуклеофильного замещения в оксониевых производных

Подобный материал:

• * Исследование физико-химических и сорбционных свойств синтезированных сорбентов, 26.1kb.
• Учебная программа курса по выбору по дисциплине «Биоорганическая химия» Специальность:, 174.53kb.
• Синтез и изучение химических свойств адамантилзамещенных эфиров кето- и дикетокарбоновых, 394.66kb.
• Методы модификации полимерных материалов углеродными наноструктурами, 35.19kb.
• Программа спецкурса «методы расчета физико-химических свойств веществ» для студентов, 40.47kb.
• Тематический план лабораторных занятий по дисциплине «общая химия, биоорганическая, 46.73kb.
• Учебно-методическая карта дисциплины, 62.2kb.
• Синтез и свойства биологически активных соединений, содержащих no-донорный фрагмент, 577.21kb.
• Программа «аналитическая химия» по направлению подготовки 020100 «Химия», 31.74kb.
• Изучение свойств нервной системы учащихся, 286.83kb.

2.4. Синтез борсодержащих конъюгатов с использованием реакции нуклеофильного замещения в оксониевых производных

бис(дикарболлид) кобальта

Характерной особенностью металлокарборанов и, в первую очередь, бис(дикарболлидных) комплексов кобальта является образование стабильных заряд-компенсированных оксониевых производных 29, раскрытие 1,4-диоксанового цикла в которых широко используется для присоединения различных нуклеофилов.

В настоящей работе в качестве хлоринового фрагмента были использованы производные хлорофилла двух типов. Первая группа - 13-(ω-аминоалкил) хлорины е₆ 111, 118, 119 была получена путем взаимодействия метилового эфира феофорбида а 76 с алкилдиаминами. Реакция протекает при комнатной температуре с высоким выходом (68-85%). Вторая группа хлоринов была представлена циклическими имидами, у которых терминальная аминогруппа находится либо непосредственно при атоме азота экзоцикла 4, либо на некотором удалении от него 114.

Наличие первичной аминогруппы в хлоринах позволяет использовать ее для раскрытия 1,4-диоксанового цикла в металлокарборанах и создания целевых конъюгатов. Синтез первой группы конъюгатов был реализован путем взаимодействия 13-(ω-аминоалкил) хлоринов е₆ и оксониевого производного бис(дикарболлид) кобальта (Схема 20). В ходе проведения реакции было обнаружено, что структура образующихся конъюгатов существенно зависит от наличия или отсутствия в реакционной среде такого сильного основания, каким является диизопропилэтиламин (DIPEA). В отсутствие основания происходит присоединение одного борного кластера с образованием конъюгатов 120-122. При добавлении DIPEA наблюдается присоединение 2-х молекул металлокарборана к молекуле хлорина с образованием соединений 124-126.

Нами показано, что конъюгат с одним борным кластером в присутствии DIPEA легко присоединяет еще одну молекулу бис(дикарболлид) кобальта. Подобное протекание реакции открывает путь для направленного получения конъюгатов хлорина с различным числом борных полиэдров.

По-видимому, роль DIPEA в описанных превращениях связана с депротонированием атома азота в аминохлорине, что дает возможность дальнейшей нуклеофильной атаки по второй молекуле борного кластера.

Для подтверждения структуры полученных конъюгатов соединения 122 и 126 были превращены в соответствующие Zn-комплексы 123 и 127. Выполненный анализ на ионы металлов показал, что соотношение катионов Zn и Co в конъюгате 123 составляет 1:1, тогда как в конъюгате 127 1:2.




Схема 20. Синтез конъюгатов хлорина е₆ и пурпуринимидов с борными кластерами.

Строение соединений 120-122 и 124-126 также подтверждено данными ЯМР, масс-, ИК и электронных спектров.

Аналогичные закономерности наблюдались и при синтезе второй группы конъюгатов (Схема 20), в которой были использованы пурпуринимиды 4 и 114. В случае N-(аминоэтил)циклоимида 114 в присутствии DIPEA происходит присоединение двух борных кластеров с образованием конъюгата 131, тогда как в отсутствие основания образуется лишь монозамещенный циклоимид 129.

Несколько иной характер протекания реакции наблюдался для N-аминоциклоимида 4. В отсутствие основания последний не вступал в реакцию с оксониевым производным бис(дикарболлид) кобальта. Однако при добавлении DIPEA реакция приводила к дизамещенному продукту 130.

Обнаруженные различия в реакционной способности циклоимидов 4 и 114, по-видимому, связаны со значительно меньшей нуклеофильностью аминогруппы, непосредственно связанной с атомом азота экзоцикла 4. Ранее нами уже наблюдалась низкая реакционная способность N-аминоциклоимида в реакции кватернизации экзоциклической аминогруппы (гл. 1.3.).

Биологические испытания, выполненные для группы конъюгатов на основе хлорина е₆ 120-122 и 124-126, показали, что селективность накопления этих соединений in vitro (клетки аденокарциномы легкого человека А 549) и in vivo (опухоль Эрлиха) зависит от двух факторов: длины спейсера между хлорином и борным фрагментом и числом борных полиэдров в молекуле конъюгата. Показано, что внутри двух групп соединений с одинаковым числом борных кластеров 120-122 и 124-126 коэффициенты внутриклеточного накопления (максимальное отношение внутриклеточной концентрации соединения к его концентрации в инкубационной среде) повышаются с увеличением длины спейсера (Рис. 4). Аналогичные значения коэффициентов селективности были получены для всех конъюгатов в опытах на животных.

Изучение влияния числа борных кластеров в молекулах конъюгатов на проникновение в раковые клетки и накопление внутри них показало, что соединения с одним борным полиэдром 120-122 имеют индексы селективности на порядок превышающие эти величины для конъюгатов с двумя борными фрагментами 124-126 (Рис.4). По-видимому, сказывается уменьшение общего заряда молекулы, что улучшает ее транспорт через клеточную мембрану и усиливает внутриклеточное накопление.




Рис. 4. Диаграмма накопления в клетках линии А 549 борсодержащих конъюгатов.


ВЫВОДЫ

1. Разработан способ получения циклических имидов в ряду хлорофилла а и бактериохлорофилла а, содержащих амино и гидроксильную группы при атоме азота экзоцикла, и изучена их реакционная способность.

2. Существенно расширен круг синтетических превращений природных хлоринов, включая взаимодействие с гетероциклическими соединениями, аминами различной природы, гидроксилсодержащими молекулами.

3. Предложен новый наноструктурный инфракрасный фотосенсибилизатор на основе алкоксибактериопурпуринимида для фотодинамической терапии меланомы.

4. Получены амфифильные и водорастворимые производные природных хлоринов и показана специфика их функционирования.

5. Создан модификационный ряд катионных ФС с целью их возможного применения в антимикробной ФДТ.

6. Разработана методология получения конъюгатов природных хлоринов с молекулами других классов, включающая использование современных методов органического синтеза. 7. Синтезированы гликоконъюгаты в ряду производных хлорофилла а и бактериохлорофилла а и изучена их структура с использованием спектроскопии ЯМР.

8. Впервые получены борсодержащие конъюгаты на основе производных бактериохлорофилла а, в том числе содержащие большое количество атомов бора, что делает их перспективными фотосенсибилизаторами для проведения комбинированной ФДТ и БНЗТ рака.


Публикации по теме диссертации

1. Mironov A.F., Grin M.A., Dzardanov D.V., Golovin K.V., Shim Y.K. Synthesis of a vinyl-containing analogue of bacteriochlorophyll a // Mendeleev Commun.– 2001. – Vol. 11. - No.6. - P.205-206.

2. Mironov A.F., Grin M.A., Tsiprovskiy A.G. Synthesis of the first N-hydroxycycloimide in bacteriochlorophyll a series // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2002. - Vol. 6. - No. 5. - Р. 358-361.

3. Миронов А.Ф., Грин М.А., Кармакова Т.А., Плютинская А.Д., Феофанов А.В., Якубовская Р.И., Вини П. Новые фотосенсибилизаторы для ФДТ рака на основе природного бактериохлорофилла а // Российский биотерапевтический журнал. - 2003. - Т. 1. - №1. - С. 33-34.

4. Миронов А.Ф., Грин М.А., Ципровский А.Г., Сегеневич А.В., Дзарданов Д.В., Головин К.В., Цыганков А.А., Шим Я.К. Новые фотосенсибилизаторы бактериохлоринового ряда для фотодинамической терапии рака // Биоорганическая химия. - 2003. - Т. 29. - № 2. - С. 214-221.

5. Mironov A.F., Grin M.A., Nochovny S.A., Toukach F.V. Novel cycloimides in the chlorophyll a series // Mendeleev Commun. - 2003. - Vol. 13.- No. 4. - Р. 156-158.

6. Mironov A.F., Grin M.A., Tsiprovskiy A.G., Kachala V.V., Karmakova T.A., Plyutinskaya A.D., Yakubovskaya R.I. New bacteriochlorin derivatives with a fused N-aminoimide ring // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2003. - Vol. 7. - P. 725-730.

7. Mironov A.F., Grin, M.A., Tsiprovskiy A.G., Titeev R.A., Nizhnik E.A., Lonin I.S. Synthesis of cationic bacteriochlorins // Mendeleev Commun. - 2004. - Vol. 14.- No. 5. - Р. 204-207.

8. Gilyazova D.G., Rosenkranz A.A., Gulak P.V., Lunin V.G., Sergienko O.V., Grin M.A., Mironov A.F., Rubin A.B., Sobolev A.S. Recombinant modular transporters on the basis of epidermal growth factor for targeted intracellular delivery of photosensitizers // Proc. SPIE. - 2005. - Vol. 5975. - P. 103-112.

9. Артеменко Е.О., Гилязова Д.Г., Розенкранц А.А., Лунин В.Г., Сергиенко О.В., Тимофеев К.Н., Грин М.А., Миронов А.Ф., Рубин А.Б., Соболев А.С. Исследование влияния присоединения бактериохлорина р к модульным рекомбинантным транспортерам для направленной внутриклеточной доставки на эффективность его фотодинамического действия // Молекулярная медицина. - 2005. - № 4. - С. 43-47.

10. Sharonov G.V, Karmakova T.A., Kassies R., Pljutinskaya A.D., Grin M.A., Refregiers M., Yakubovskaya R.I., Mironov A.F., Maurizot J.-C., Vigny P., Otto C., Feofanov A.V. Cycloimide bacteriochlorin p derivatives: photodynamic properties, cellular- and tissue distribution // Free radicals in biology and medicine. - 2006. - Vol. 40. - P. 407-419.

11. Меерович И.Г., Грин М.А., Меерович Г.А., Ципровский А.Г., Масс О.А., Журов А.В., Барканова С.В., Борисова Л.М., Оборотова Н.А., Лощенов В.Б., Барышников А.Ю., Миронов А.Ф. Новые фотосенсибилизаторы ближнего инфракрасного диапазона на основе производных бактериохлорина р: предварительные результаты изучения in vivo // Российский биотерапевтический журнал. - 2006. - Т. 5. - № 2. - С. 73-76.

12. Gilyazova D.G., Rosenkranz A.A., Gulak P.V., Lunin V.G., Sergienko O.V., Khramtsov Y.V., Timofeyev K.N., Grin M.A., Mironov A.F., Rubin A.B., Georgiev G.P., Sobolev A.S. Targeting Cancer Cells by Novel Engineered Modular Transporters // Canser Research. - 2006. - Vol. 66.- No. 21. - P. 10534-10540.

13. Миронов А.Ф., Грин М.А. Сенсибилизаторы бактериохлоринового ряда: перспективы использования в фотодинамической терапии // Вестник МИТХТ. - 2006. - Т.1. - № 4.- С. 5-28.

14. Meerovich I. G., Grin M.A., Tsyprovskiy A. G., Meerovich G A., Barkanova S. V., Borisova L. M., Oborotova N. A., Baryshnikov A.Yu., Mironov A. F. New near-infrared photosensitizers based on bacteriochlorin p derivatives: preliminary results of in vivo investigations // Proc. SPIE. - 2007. - Vol. 6427. - P. 64270W1-W9.

15. Grin M.A., Lonin I. S., Fedyunin S.V., Tsiprovskiy A.G., Strizhakov A.A., Tsygankov A.A., Krasnovsky A.A., Mironov A.F. Zn-chlorin-bacteriochlorin dimer:synthesis and properties // Mendeleev Commun. - 2007. - Vol.17. - No. 4. - P. 209-211.

16. Nazarova A., Ignatova A., Feofanov A., Karmakova T., Pljutinskaya A., Mass O., Grin M., Yakubovskaya R., Mironov A., Maurizot J.-C. 13,15-N-Cycloimide derivatives of chlorine p₆ with isonicotinyl substituent are photosensitizers targeted to lysosomes // Potochem. Photobiol. Sci. - 2007. - Vol. 6. - P.1184-1196.

17. Grin M.A., Semioshkin A.A., Titeev R.A., Nizhnik E.A., Grebenyuk J.N., Mironov A.F., Bregadze V.I. Synthesis of a cycloimide bacteriochlorin p conjugate with the closo-dodecaborate anion // Mendeleev Commun. - 2007. - Vol. 17. - No. 1. - P. 14-15.

18. Grin M.A., Lonin I. S., Makarov A.I., Lakhina A.A., Toukach F.V., Kachala V.V., Orlova A.V., Mironov A.F. Synthesis of chlorin-carbohydrate conjugates by “click chemistry” // Mendeleev Commun. - 2008. - Vol. 18. - No.3. - P. 135-137.

19. Grin M.A., Mironov A.F., Shtil A.A. Bacteriochlorophyll a and Its Derivatives: Сhemistry and Perspectives for Cancer Therapy. (Review) //Anti-Cancer Agents in Medicinal Chemistry. - 2008. - Vol. 8. - No. 6. - P. 683-697.

20. Mironov A.F., Grin M.A. Synthesis of Chlorin and Bacteriochlorin Conjugates for Photodynamic and Boron Neutron Capture Therapy. (Review) // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2008. - Vol. 12. - P. 1163-1172.

21. Грин М.А., Миронов А.Ф., Брегадзе В.И., Сиваев И.Б., Титеев Р.А., Бриттал Д.И., Бакиева О. М., Лобанова И.А. Новый борсодержащий конъюгат на основе циклоимида бактериохлорина р // Известия Академии наук. - Серия химическая. - 2008. - № 10. - С. 2190-2192.

22. Grin M.A., Lonin I.S., Lakhina A.A., Ol’shanskaya E.S., Makarov A.I., Sebyakin Y.L., Guryeva L.Yu., Toukach P.V., Kononikhin A.S., Kuzmin V.A., Mironov A.F. 1,3–Dipolar cycloaddition in the synthesis of glycoconjugates of natural chlorins and bacteriochlorins // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2009. - Vol. 13. - P. 336-345.

23. Grin M.A., Mironov A.F. Synthetic and natural bacteriochlorins: synthesis, properties and application // In: Chemical Processes with participation of biological and related compounds. Ed. by T.N. Lomova, G. T. Zaikov. - 2008. - Leiden, Boston: Brill. 422 c.

24. Bregadze V.I., Sivaev I.B., Lobanova I.A., Titeev R.A., Brittal D.I., Grin M.A., Mironov A.F. Conjugates of boron clusters with derivatives of natural chlorin and bacteriochlorin // Applied Radiation and Isotopes. - 2009. - Vol. 67 - P. 101-104.

25. Bregadze V.I., Semioshkin A.A., Las’kova J. N., Berzina M.Ya., Lobanova I.A., Sivaev I.B., Grin M.A., Titeev R.A., Brittal D.I., Ulybina O.V., Chestnova A.V., Ignatova A.A., Feofanov A.V., Mironov A.F. Novel types of boronated chlorin e₆ conjugates via “click chemistry” // Applied Organometallic Chemistry. - 2009. - Vol. 23 - P. 370-374.

26. Возняк Д.Ф., Захарова Г.В., Чибисов А.К., Грин М.А., Харитонова О.В., Семенихин К.О., Миронов А.Ф. Первичные фотопроцессы в диадах на основе индокарбоцианиновых красителей и хлорина е₆ // Химия высоких энергий. - 2010. - Т. 44. - № 1. - С. 33-38.

27. Грин М.А., Титеев Р.А., Бриттал Д.И., Честнова А.В., Феофанов А.В., Лобанова И.А., Сиваев И.Б., Брегадзе В.И., Миронов А.Ф. Синтез конъюгатов бис(дикарболлид)кобальта с природными хлоринами по реакции Соногаширы // Известия Академии наук. - Серия химическая - 2010. - С. 215-220.

28. Миронов А.Ф., Грин М.А., Ципровский А.Г., Дзарданов Д.В., Головин К.В., Феофанов

А.В., Якубовская Р.И. Гидразиды в ряду бактериохлорофилла а, обладающие

фотодинамической активностью, и способ их получения. // Патент РФ № 2223274, 2004 г.

29. Грин М.А., Зыков С. А., Миронов А.Ф. On interaction of bacteriopurpurin with hydroxylamine // Тезисы докладов VIII Международной конференции «Spectroscopy and chemistry of porphyrins and their analogs». - Минск, Беларусь. - 1998. - С.34.

30. Грин М.А., Миронов А.Ф., Соболев А.С., Розенкранц А.А., Зыков С.А., Набатников П.В. Разработка сенсибилизаторов на основе бактериохлорофилла а для направленного внутриклеточного транспорта // Тезисы докладов III Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования». - Пущино. - 1999. - Т.1. - С.245-247.

31. Грин М.А., Ципровский А.Г., Зыков С.А., Миронов А.Ф. Разработка сенсибилизаторов с интенсивным поглощением в ближней ИК-области на основе производных бактериохлорофилла а // Тезисы стендовых сообщений Школы-конференции «Горизонты физико-химической биологии». - Пущино. - 2000. - С.145.

32. Грин М.А., Сегеневич А.В., Дзарданов Д.В., Головин К.В., Миронов А.Ф. Синтез первого винилсодержащего аналога бактериохлорофилла а // Тезисы докладов Третьего съезда фотобиологов России. - Воронеж. - 2001. - C.52.

33. Грин М.А., Миронов А.Ф., Цыганков А.А. Разработка фотосенсибилизаторов второго поколения на основе природного бактериохлорофилла а // Тезисы докладов III Съезда биохимического общества. - Санкт-Петербург. - 2002. - С.191.

34. Грин М.А., Миронов А.Ф. Разработка новых фотосенсибилизаторов на основе природного бактериохлорофилла а // Труды IX Международной конференции по химии порфиринов и их аналогов. - Суздаль. - 2003. - С. 16-18.

35. Грин М.А., Головин К.В., Ципровский А.Г., Бровкин А.Н., Миронов А.Ф. Амфифильные фотосенсибилизаторы бактериохлоринового ряда для фотодинамической терапии рака // Там же. - С. 308-309.

36. Феофанов А.В., Шаронов Г.В., Грин М.А., Кармакова Т.А., Плютинская А.Д., Якубовская Р.И., Миронов А.Ф. Новые ИК-фотосенсибилизаторы на основе циклоимидных производных бактериохлорина // Там же. - С. 332-334.

37. Mironov A.F., Grin, M.A., Tsiprovskii A.G. Cationic cycloimides in the di- and tetrahydroporphyrins series // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2004. - Vol. 8. - P. 668.

38. Mironov A.F., Grin M.A., Sebyakin Y.L., Titeev R.A., Budanova U.A. Cationic glycosil cycloimides in the bacteriochlorophyll a series // Там же. - Р. 646.

39. Mironov A.F., Grin M.A., Titeev R.A., Lonin I.S., Feofanov A.V., Sharonov G.V., Karmakova T.A., Yakubovskaya R.I., Meerovich I.G., Meerovich G.A. Bacteriochlorophyll a series photosensitizers with hydroxyl substitutes in the pyrrole A // Там же. - Р. 770.

40. Грин М.А., Лонин И.С., Федюнин С.В., Ципровский А.Г., Миронов А.Ф. Хлорин-бактериохлориновый димер: синтез и свойства // Тезисы докладов XVIII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. - Москва. - 2007. - С. 523.

41. Меерович И.Г., Грин М.А., Ципровский А.Г., Меерович Г.А., Оборотова Н.А., Лощенов В.Б., Барышников А.Ю., Миронов А.Ф. Высокоэффективный инфракрасный фотосенсибилизатор на основе бактериохлорофилла а // Российский биотерапевтический журнал. - Москва. - 2007. - Т. 6 - № 1 - С. 22.

42. Грин М.А., Титеев Р.А., Бриттал Д.И., Семиошкин А.А., Сиваев И.Б., Миронов А.Ф., Брегадзе В.И. Синтез и изучение свойств конъюгатов природных хлоринов с борными кластерами // Тезисы докладов Седьмой школы-конференции молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений. - Одесса. - 2007. - С. 95-97.

43. Грин М.А. Последние достижения в химии бактериохлоринов и медицинские аспекты их использования // Там же. - С. 18-19.

44. Meerovich I. G., Grin M.A., Tsyprovskiy A.G., Meerovich G. A., Oborotova N. A., Loschenov V. B., Baryshnikov A.Yu., Mironov A. F. New Efficient Near-IR Photosensitizer Based On Bacteriochlorin p N-methoxycycloimide Oxyme Methyl Ester // Book of Abstracts of International Conference “Advances Laser Technologies ALT’07”.- Levi, Finland. - 2007.- P.41.

45. Grin M.A., Kharitonova O.V., Lonin I.S., Semenikhin K.O., Strizhakov A.A., Krasnovsky A.A., Mironov A.F. The conjugates of natural chlorophylls with polycarbocyanine dyes for tumor cell labeling // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2008. - Vol. 12. - P. 527.

46. Lonin I.S., Makarov A.I., Lakhina A.A., Guryeva L.Yu., Grin M.A., Sebyakin Y.L., Mironov A.F. The synthesis of chlorin-carbohydrate conjugates via 1,3-dipolar cycloaddition between carbohydrate azides and chlorins with terminal triple bond // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2008. - Vol.12. - P. 619.

47. Meerovich G.A., Meerovich I.G., Grin M.A., Tsiprovskij A.G., Oborotova N.A., Loschenov V.B., Baryshnikov A.Yu., Mironov A.F. Efficient photodynamic treatment of melanoma using bacteriochlorin p N-methoxycycloimide oxyme methyl ester // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2008. - Vol.12. - P.635.

48. Titeev R.A., Brittal D.I., Grin M.A., Sivaev I.B., Bregadze V.I., Mironov A.F. Synthesis of chlorin and bacteriochlorin conjugates with boron clusters // J. Porphyrins Phthalocyanines. - 2008. - Vol.12. - P.752.

49. Bregadze V.I., Sivaev I.B., Lobanova I.A., Titeev R.A., Brittal D.I., Grin M.A., Mironov A.F. Conjugates of boron clusters with derivatives of natural chlorine and bacteriochlorin // 13 ^th International Congress on Neutron Capture Therapy “A new option against cancer”. - Florence. - 2008. - P.168-171.

50. Грин М.А., Лонин И.С., Макаров А.И., Ольшанская Е.С., Новикова О.С., Лихошерстов Л.М., Миронов А.Ф. Гликоконъюгаты природных хлорофиллов: направленное введение углеводов в хлориновый макроцикл // Тезисы 10-ой Международной конференции по физической и координационной химии порфиринов и их аналогов. - Иваново. - 2009.- С 59.

51. Ольшанская Е.С., Грин М.А., Лонин И.С., Макаров А.И., Новикова О.С., Лихошерстов Л.М., Миронов А.Ф. Первые углеводные производные в бактериохлориновом ряду: синтез и свойства // Тезисы докладов VIII школы-конференции молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений. - Гагра, Абхазия. - 2009. - С. 16.