CC BY
46
объединения всех подсистем, организован доступ через web-интерфейс к комплексу для удобства работы с ним пользователям.
Коммерческая составляющая данной информационной системы в свете быстрых темпов развития нанотехнологий достаточна велика и носит информационный и научно-прикладной характер. Данная система позволяет использовать ее в научно-исследовательских работах (для быстрого и удобного получения данных о структуре, строении, физико-механических и химических показателях веществ), в учебно-образовательном процессе (для получения общей информации о предметной области), а также в производственной деятельности (для извлечения информации о качественном и количественном улучшении свойств композитных материалов, при введении в их матрицу различных армирующих наполнителей).
Данная работа выполнена в рамках государственного контракта с Российским Фондом Фундаментальных Исследований № 11-08-01072-а.
УДК 547.979.733 + 547.83
1 2 А.Н. Сергеева , В.П. Перевалов
1Институт элементорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ НАВИГАТОРЫ ДЛЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ РАКА
В настоящем исследовании предполагается синтез и изучение фотофизических и фотохимических свойств конъюгатов бактериохлорина а с производными нафталимида, исследование флуоресцентных свойств данных бинарных систем и их способности к генерации синглетного кислорода в различных средах. В перспективе, в случае получения активно флуоресцирующего конъюгата, способного к эффективной генерации синглетного кислорода, становится возможным проведение флуоресцентной диагностики в режиме реального времени и, в случае обнаружения опухоли, лечение пациента с использованием методов фотодинамической терапии.
In the present paper the synthesis and study of photophysical and photochemical properties of the bacteriochlorin a conjugates with naphthalimide derivatives are discussed. The binary systems involved can be of interest for fluorescent diagnostics methods development in photodynamic cancer therapy.
Сегодня каждый пятый человек в мире умирает от рака. Онкологические заболевания чрезвычайно разнообразны и затрагивают глубинные механизмы жизнедеятельности клетки. Борьба с раком затруднена, поскольку заболевание связано с перерождением собственных клеток, механизм которого пока далек от окончательного понимания. Еще в начале двадцатого столетия было обнаружено, что раковая клетка может селективно накапливать и некоторое время удерживать окрашенные вещества, как находящиеся в организме (эндогенные порфирины), так и вводимые в него извне (экзогенные порфирины). Возникла идея воздействовать на этот участок светом с длиной волны, возбуждающей лишь данные соединения, причем общая энергия света должна быть невысокой, чтобы не происходило поражения
находящихся рядом здоровых клеток. Эта идея была реализована в 1978 году американским профессором Т. Догерти, а метод получил название фотодинамической терапии рака.
Основные требования к используемым пигментам-сенсибилизаторам можно сформулировать следующим образом: 1) они должны иметь высокую селективность к раковым клеткам и слабо задерживаться в нормальных тканях; 2) обладать низкой токсичностью и легко выводиться из организма; 3) слабо накапливаться в коже; 4) быть устойчивыми при хранении и введении в организм; 5) обладать хорошей люминесценцией для надежной диагностики опухоли; 6) иметь высокий квантовый выход триплетного состояния с энергией не меньше 94 кДж/моль; 7) иметь интенсивный максимум поглощения в области 660 - 900 нм.
Производные хлорофилла а и бактериохлорофиллаа интенсивно изучают с целью создания сенсибилизаторов для использования в ФДТ. Они имеют приемлемые спектральные характеристики - 660 - 740 нм и 770 - 820 нм и достаточно высокие квантовые выходы синглетного кислорода. Немалое значение имеет также и то, что для этих соединений существует широкая сырьевая база: ежегодный биосинтез хлорофилла на нашей планете составляет около одного миллиарда тонн.
Важнейшим этапом при проведении процедур ФДТ является определение размеров опухоли и ее расположения по флуоресценции сенсибилизатора. Точная локализация поврежденных тканей позволяет уменьшить область облучения и, таким образом, уменьшить вред организму, нанесенный фотооблучением. Плодотворным подходом для решения данной задачи является синтез коньюгатов производных хлорофиллаа и бактериохлорофилла а с флуоресцентными красителями с целью создания препарата для ФДТ рака, сочетающего в себе фотосенсор и флуоресцентный маркер. Наличие в структуре порфиринового фрагмента дополнительного флуорофора должно, с одной стороны, способствовать селективному накоплению конъюгата в раковых клетках и генерированию в них синглетного кислорода при фотовозбуждении, а с другой стороны, наличие флуоресцентного красителя, обладающего большим Стоксовым сдвигом, должно обеспечить эффективную флуоресцентную диагностику опухоли.
В настоящем исследовании предполагается синтез и изучение фотофизических и фотохимических свойств конъюгатов, исследование флуоресцентных свойств бинарных систем и их способности к генерации синглетного кислорода в различных средах. Для этих целей предложены конъюгаты бакте-риохлорина а с производными нафталимида. Органические люминофоры на основе имида нафталевой кислоты (1,8-нафталимида) имеют большое практическое значение. Они используются в качестве красителей для природных и синтетических волокон, оптических отбеливателей, лазерных красителей, флуоресцентных дихроичных красителей, активных компонентов органических светодиодов. Поскольку производные нафталимида являются эффективными люминофорами, то весьма привлекательной представляется возможность использовать их для создания флуоресцентных конъюгатов.
Для осуществления получения конъюгатов были предложены производные нафталимида, которые имеют заместители, регулирующие оптические характеристики флуорофора, а также снабженные группами, способными к взаимодействию с порфиринами (схема 1).
Схема 1.
К - заместитель, ___
регулирующий ^СЗ1 Рч -спейсер,
положение полос „ / & \ / К' С0СДИ1,ЯЮЩ™ молекулы
поглощения и \=/ \ — порфирина и нафталимида
флуоресценции
Получение 4-метоксипроизводных нафталимида 1 и 2: представлено на схеме 2.
Схема 2.
Синтез конъюгата А проводился путем активации карбоксильной группы красителя 1 с помощью перевода в хлорангидрид 2 и последующим присоединением его к метиловому эфиру ^-аминобактериопурпуринимида (схема 3).
Схема 3.
Исходным веществом для синтеза конъюгатов бактериохлорина а с красителями являлся бактериопурпурин а 6, который получали из бактерио-хлорофилла а5, содержащегося в пурпурных бактериях ЯИоёоЬайег сар8и1а1ш. Для этого биомассу бактерий суспензировали в изопропиловом спирте в течение 2 дней. После фильтрации был получен раствор бактерио-хлорофилла а с каратиноидами, который без очистки подвергали окислению кислородом воздуха в щелочной среде. Последующая обработка соляной кислотой приводит к удалению центрального иона магния и образованию бактериопурпурина а.
Схема 4.
5 6
Метиловый эфир Ж-аминобактериопурпуринимида 4 получали действием гидразина на растворенный в пиридине бактериопурпурин 6.
Конъюгаты нафталимидных красителей с порфириновыми фрагментами представляют собой примеры бихромофорных систем. В таких системах под действием света возможно протекание реакций внутримолекулярного переноса энергии и электрона. Возможность протекания внутримолекулярного переноса энергии определяется степенью перекрывания спектра флуоресценции донора и спектра поглощения акцептора, а эффективность этого процесса зависит от расстояния между хромофорами и их взаимной ориентации в конъюгатах.
А
-нафтапимид (2)
-конъюгат А
-бактериохпорофипп а (4)
1.5x107
200 300 400 500 600 700 800
X, нм
I
1.0x107
5.0x10'
X, нм
Рис. 1. Спектры поглощения коньюгата, 4-метоксинафталимида 2 и бактериохло-рофилла а 4.
Рис. 2. Спектры флуоресценции конъю-гата А и эквимолярной смеси отдельных компонентов.Хвозб = 360 нм.
На рис. 1 приведены спектры поглощения полученного конъюгата А, 4-метоксинафталимида 2 и бактериохлорофилла а 4. В спектре конъюгата в отличие от спектра поглощения исходного порфирина 4 присутствует полоса с максимумом 410 нм, что свидетельствует о ковалентной пришивке наф-талимида к бактериохлорофиллу а.
В спектре флуоресценции конъюгата (рис. 2) наблюдается полоса в области 450 нм, которая соответствует эмиссии нафталимидного фрагмента, что говорит о возможности его использования в качестве флуоресцентного маркера. В тоже время, интенсивность данной полосы оказалась ниже в 25 раз по сравнению с интенсивностью флуоресценции эквимолярной смеси бактериохлорофилла а и 4-метоксипрозводного нафталимида 2.
А
I
6.0x105
4.0x105
Возможной причиной уменьшения интенсивности эмиссии в области 450 нм может быть перенос энергии возбуждения от нафталимидного фрагмента на порфириновый остаток в данной бис(хромофорной) системе. При сравнении спектрапоглощения акцептора (порфирин) и спектра флуоресценции донора (нафталимид) наблюдается перекрывание полос, что свидетельствует о переносе энергии (рис. 3.).
Перспективным объектами для дальнейших синтетических работ представляется соединения 1 и 3. Предпо лагается использовать реакцию Мицунобу, протекающую в мягких услови ях, для получения коньюгата Б с производными порфирина:
Схема 6.
400 500 600
X, нм
Рис. 3. Спектр поглощения (а) бакте-риохлорофилла а 4 и спектр флуоресценции (б) нафталимида 2
В случае соединения 3 получение конъюгатов может быть достигнуто с использованием реакции [3+2] циклоприсоединения между азидами и ал-кинами с терминальной тройной связью. Данная реакция универсальна и используется для создания сложных биоконъюгатов, иммобилизации биомолекул на матрицах различной природы и присоединения лекарств к адресным системам доставки.
Схема 7.
Соединение 3, содержащее в своем составе 4-пиразолинилнафталимидный фрагмент, который обладает интенсивной флуоресценцией в области 650 нм,может рассматриваться как удовлетворяющее условиям флуоресцентной диагностики опухоли вследствие отсутствия перекрывания с полосами поглощения порфиринового остатка.
Таким образом, следует ожидать, что разработка устойчивых нафтали-мидных красителей, пригодных для создания рассмотренных бис(хромофорных) систем (конъюгатов), без сомнения, увеличит их востребованность для диагностики онкологических заболеваний, позволяя врачам лечить заболевания на ранних стадиях развития болезни. Дальнейшие исследования в этом направлении связаны с созданием искусственных фото-
синтетических систем, использованием красителей в качестве навигаторов при идентификации и анализе биомакромолекул спектральными методами в биохимии и медицине (например, в иммунофлуоресцентном анализе).
УДК 541.64:547.251
И.В. Терехов, Е.М. Чистяков, С.Н. Филатов, В.В. Киреев
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
МОДИФИКАТОРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ НА ОСНОВЕ КАРБОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ ФОСФАЗЕНОВ
Реакцией гексахлорциклотрифосфазена с недостатком фенолята парабромфенола синтезированы арилоксифосфазены содержащие до трех остаточных атомов хлора, которые быши замещены на пара-окси-бензальдегидный радикал. Окислением формильной группы синтезированных смешанных арилоксифосфазенов получены карбоксилсодержащие фосфазены.
An aryloxyciclotriphosphazene with three atoms of chlorine was synthesized by interaction of hexachlorocyclotriphosphazene with insufficient amount of p-bromophenol. Then chlorine atoms were substituted by p-oxybenzaldehyde radicals. The formyl groups in obtained mixed derivatives were oxidized to carboxyl groups.
Функциональные арилоксифосфазены и полимеры на их основе хорошо зарекомендовали себя как негорючие, термо- и теплостойкие соединения [1], однако их непосредственное использование в качестве эксплуатационных материалов не всегда приемлемо. Это, в первую очередь, связано с относительно высокой стоимостью фосфазенов, значительной трудоемкостью при их производстве, а также не всегда удовлетворительными физико-механическими показателями. Тем не менее, в ряде работ было показано, что при использовании фосфазенов в качестве небольшой добавки к композиционным материалам в значительной мере увеличивали их эксплуатационные качества, одновременно снижая негативные показатели [2-5]. Исходя из всего вышеизложенного, целью данного исследования является разработка модификатора промышленных (а следовательно дешевых и доступных) смол на основе функциональных фосфазенов.
В качестве исходного фосфазена для синтеза модификатора был использован гексахлорциклотрифосфазен (ГХФ), поскольку его синтез сравнительно прост, а выход количественен [6]. Общая схема синтеза модификатора приведена на схеме 1. Феноляты для синтеза арилоксифосфазенов получали переал-коголизом фенолов этилатом натрия в этаноле, реакция проходит быстро, а этанол легко удаляется отгонкой. Выбор бромфенола одним из составляющих модификатора не случаен, галогензамещенные (особенно пара- и орто-) производные фенолов устойчивы к окислению и одновременно проявляют свойства антипиренов. Кроме того, присутствие бромфенокси- радикала в модификаторе позволит улучшить растворимость последнего в эпоксидной смоле, поскольку гекса-пара-карбоксилфеноксициклотрифосфазен в ней не растворяется. Непосредственное введение карбоксильных групп в фосфазен невозможно ввиду их реакционной способности по отношению к галогенфосфазенам, поэтому в ка-
