CC BY
9
УДК 547.83 + 535.31
Захарко М.А., Панченко П. А., Фёдорова О.А.
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИРОДЫ СПЕЙСЕРНОЙ ГРУППЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПЕРЕНОСА ЭНЕРГИИ В КОНЪЮГАТАХ БАКТЕРИОХЛОРИНА И НАФТАЛИМИДА
Захарко Марина Александровна, аспирант, e-mail: Marina_Zr@mail.ru
Панченко Павел Александрович, к.х.н., доцент кафедры технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва.
Федорова Ольга Анатольевна, д.х.н., профессор кафедры технологии тонкого органического синтеза и химии красителей РХТУ им. Д.И. Менделеева, 125047, Москва, Миусская пл., д.9.
В настоящей работе описан синтез и исследование спектрально-люминесцентных свойств (бис)хромофорных систем на основе фотосенсибилизатора бактериохлорина и флуоресцентного красителя- производного 1,8-нафталимида, различающихся длиной спейсера, соединяющего фотоактивные компоненты.
Ключевые слова: фотодинамическая терапия, нафталимид, бактериохлорин, флуоресцентная диагностика.
STUDYING THE INFLUENCE OF THE SPASER GROUP ON THE EFFICIENCY OF ENERGY TRANSPORT IN BACTERIOCLORIN-NAPHTHALIMIDE CONJUGATES
Zakharko M.A.*, Panchenko P.A., Fedorova O.A.
A. N. Nesmeyanov Institute of Organoelement compounds of Russian Academy of Sciences (INEOS RAS), Moscow, Russia.
In this paper we describe the synthesis and studying spectral properties of a bifunctional system consisting of a photosensitizer (bacteriochlorin) and a fluorescent dye based on a derivative of 1,8-naphthalimide.
Key words: 1,8-naphthalimide, styryl, resonance energy transfer, (bis)chromophoric systems, photodynamicpherapy
Фотодинамическая терапия (ФДТ) на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных методов лечения онкологических заболеваний [1,2]. Благодаря высокой избирательности, хорошему косметическому эффекту при лечении поверхностных опухолей, а также относительно низкому токсическому воздействию на организм человека, ФДТ находит широкое применение в клинической практике. Этот метод основан на введении пациенту светочувствительного препарата -
фотосенсибилизатора (ФС), который способен избирательно накапливаться в опухолевых клетках. Затем область локализации опухоли с помощью лазера облучают светом определенной длины волны, поглощая который ФС переходит в возбужденное
триплетное состояние, которое вступает в фотохимические реакции, приводящие к образованию таких активных и токсичных для клеток форм кислорода как синглетный кислород и свободные радикалы [3].
Одним из наиболее важных для практического применения современных направлений развития ФДТ является создание бифункциональных систем -тераностиков, совмещающих в себе свойства терапевтического агента (ФС) и диагностического (флуорофора) [4-5]. В таких системах флуоресцентный фрагмент может быть возбужден избирательно, не затрагивая фотосенсибилизатор, что позволяет проводить диагностику без токсического эффекта (схема 1).
hvi
Схема 1
~СН3
фотодинамическая терапия
C^Tneiicep^^
¿/^^N" BChl-l
■ N-N
ПЯ'МИ
BChl-NI2
Красители на основе 1,8-нафталимида благодаря синтетической доступности, интенсивной флуоресценции в видимой области и высоким значениям Стоксова сдвига широко применяются в качестве флуоресцентных маркеров для различных биомолекул [6]. В нашей недавней работе был исследован конъюгат фотосенсибилизатора бактериохлорина и 4-(М,К-диметиламино)стирил-1,8-нафталимида [6], изучение спектральных свойств которого выявило нежелательный процесс переноса энергии с нафталимидного флуорофора на бактериохлорин, существенно ухудшающий флуоресцентные характеристики конъюгата. Одним из путей минимизации эффективности переноса энергии является удлинение спейсера между хромофорами. Для дальнейшей разработки эффективно работающего тераностика нами был выбран краситель на основе пиразолинил замещенного
нафталимида (N11, схема 1), обладающий более длинноволновым поглощением по сравнению со стирилзамещенными производными [7].
Синтез красителя N11 из аценафтена включал пять стадий: ацилирование аценафтена 1 по Фриделю-Крафтсу, окисление полученного 4-ацетилаценафтена 2 бихроматом натрия до 4-ацетилнафталевого нафталевого ангидрида 3, ацилирование 6-аминогексановой кислоты соединением 3, конденсация полученного продукта 4 с бензальдегидом и фенилгидразином. Для последующей реакции с пропаргилпроизводным бактериохлорина в алифатической части N11 гидрокси-группа была замещена на азид действием азида натрия в ДМФА через промежуточное получение хлор-производного под действием оксихлорида фосфора.
Схема 2
СН-.СОС1
2) №N3. N ДМФА. 100
ВСЫ-МИ, 75%
всы
6,61%
На схеме 3 представлен синтез 4-пиразолинилзамещенного красителя N12,
содержащего полигликолевую спейсерную группу, а также его конъюгата с бактериохлорином ВСЬ1-Ш2. Для получения соединения N12 стадии ацилирование аминогруппы спейсера и конденсации продукта с бензальдегидом проводились в обратном схеме 2 порядке с целью минимизации количества стадий синтеза после полученая молекулы с азидной группой, склонной в разложению. Получение 4-пиразолинилнафталевого ангидрида действием фенилгидразина на соединение 7 и последующее введение спейсера невозможно в виду высокой скорости протекания конкурирующей реакции ацилирования фенилгидразина. Синтез пропаргил-
производного бактериохлорина, а также заключительная стадия синтеза конъюгатов проводились сотрудником кафедры ХТБАС МИТХТ им. М,В. Ломоносова Притьмовым Д.А.
На рисунке 1 представлены электронные спектры поглощения и флуоресценции соединений N11, ВСЫ, ВСЫ-М и эквмолярной смеси ВСЬ1 и N11. В случае эквимолярной смеси (рис.1в,г) возбуждение в области 470 нм, которое поглощается в основном красителем (рис.1 а), приводит к появлению широкой полосы эмиссии, соответствующей спектру флуоресценции индивидуального красителя (рис.1 б) с небольшим пиком в области 760 нм, который соответствует флуоресценции бактериохлорина.
РИСНО, N304
С?Н5ОН 0-5 °С
Н2Ы--""^N3
-
С2Н5ОН о
Схема 3
N.
РЬЯНЫЙ-.
СН3СООН,
100 :с
ВСИ1
Си1, 01РЕА,
0Н2О2
ВСИ1-М12
9, 85%
О 20
Длина зогны .' ни нм
Рисунок 1. Электронные спектры поглощения (а, в) и флуоресценции (б, г) соединений N11, ВСЫ, ВСЫ-Ш1-2 и эквмолярной смеси ВСЫ и N12 (обозначено ВСЫ+М1) в ацетонитриле. Длина волны возбуждения для всех соединений кроме ВСЫ - 470нм, для ВСЫ - 515 нм. Концентрация всех соединений - 510-6 М.
При облучении ВСЫ-Ш1-2 светом с длиной волны 470 нм наблюдается узкий пик флуоресценции с максимумом 760 нм, что отвечает флуоресценции бактериохлорина, в то время как флуоресценция нафталимидного красителя тушится (рис.1г). Однако в случае конъюагата с полигликолевым спейсером BCh1-NI2, в котором два фотоактивных фрагмента удалены друг от друга в пространстве, флуоресценция красителя тушится не полностью, что свидетельствует о том что в данном молекуле процесс внутримолекулярного переноса энергии протекает менее эффективно по сравнению с конъюгатом ВСЫ-Ш1. Теоретически рассчитанные в рамках модели Ферстера эффективности переноса энергии в конъюгатах ВСЫ-М1-2 составили 99,9% и 92.8%, соответсвенно. Небольшое различие значений эффективности БИЕТ-процесса может быть объяснено тем, что полигликолевый спейсер конъюгата ВСЫ-Ш2 в растворе имеет скрученную конформацию, для снижения эффективсноти переноса энергии необходимо вводить в состав конъюгатов спейсер, имеющий более жесткую структуру.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ №16-13-10226.
Список литературы
1. Celli J.P., Spring B.Q., Rizvi I., Evans C.L., Samkoe K.S., Verma S. // Chem Rev. — 2010. — Vol.110. — P. 2795-2838.
2. Миронов А.Ф. // Соросовский образовательный журнал. 1996. — №8. — C. 32-40.
3. Henderson B.W., Dougherty T.J., How does photodynamic therapy work? // Photochem. Photobiol.
— 1992. — 55. — P.145-157.
4. Allison R. R., Downie G. H., Cuenca R., Hu X.H., Childs C. J., Sibata C. H. // Photodiagn. Photodyn. Ther. — 2004. — Vol.1. — P. 27-42.
5. Williams M.P.A., Ethirajan M., Ohkubo K., Chen P., Pandey R.K. // Bioconjugate Chem. — 2011.
— Vol.22. — P. 2283-2295.
6. Panchenko P.A., Grin M.A., Fedorova O.A. et. al// Phys. Chem. Chem. Phys. — 2017. — 19. — P. 30195-30206.
7. Panchenko P.A., Arkhipova A.N., Zakharko M.A., Jonusauskas G., Fedorova O.A., Fedorov Yu.V. // Russian Chemical Bulletin. — 2016. — Vol. 65, no. 10.
— P. 2444-2450.
