CC BY
18
УДК 66.092-977
Киреев В.В. Харитонова В.Г., Мендруль В.В., Серегина Т.С., Деревнин И. А., Лусс А. Л., Дятлов В.А.
НЕТОКСИЧНЫЕ ПРОДУКТЫ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА ПОЛИМЕРНЫХ ЛЕКАРСТВ СОДЕРЖАЩИХ ТОКСИН ГОССИПОЛ
Киреев Вячеслав Васильевич, д.х.н, профессор, заведующий кафедрой химической технологии пластмасс Харитонова Виктория Геннадьевна, магистрант 2 курса кафедры химической технологии пластических масс; e-mail: elinor.ktk@gmail.com;
Мендруль Виктория Васильевна, магистрант 1 курса обучения кафедры химической технологии пластических масс;
Серегина Татьяна Сергеевна студент бакалавриата 3 курса кафедры химической технологии пластических масс; Деревнин Игорь Алексеевич студент бакалавриата 3 курса кафедры химической технологии пластических масс; Лусс Анна Леонидовна аспирант 3 года обучения кафедры биоматериалов
Дятлов Валерий Александрович, д.х.н., профессор, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва Российский химико-тенологический университет им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва, Миусская пл., 9
Методами ЯМР 13С, MASS MALDI и ГПХ изучено химическое строение низкомолекулярных продуктов кислотного гидролиза полимерных производных госсипола в которых он ковалентно связан с диальдегид карбоксиметилцеллюлозой и диальдегид декстраном. Обнаружено, что гидролиз приводит к образованию нафтохинонов не содержащих альдегидных групп. Полимерные производные можно рассматривать как про-лекарства, выделяющие при гидролизе нетоксичные полифенолы с элиминированными альдегидными группами. Ключевые слова: полимерные про-лекарства, апогоссипол, диальдегидполисахариды,o-гликозиды госсипола.
NON-TOXIC PRODUCTS OF ACID HYDROLYSIS OF GOSSYPOL CONTAINING POLYMERIC DRUGS
Kireev V.V., Kharitonova V.G., Mendrul V.V., Seregina T. S., Derevnin I. A., Luss A.L., Dyatlov V. A. D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
The chemical structure of low molecular weight products of acid hydrolysis of gossypol containing polysaccharides has been studied by 13C NMR, MASS MALDI and GPC/ Polymers contain gossypol bounded covalently to the main chain of dialdehyde dextran and dialdehyde carboxymethylcellulose. It has been found that hydrolysis results naphthoquinones with eliminated carbonyl functionalities. Gossypol containing polysaccharides could be considered as the polymeric pro-drugs emitting upon hydrolysis the non-toxic polyphenols with eliminated aldehyde moieties.
Keywords: polymeric pro-drugs, apogossypol, dialdehyde polysaccharides, gossypol o-glucosides, dialdehyde carboxymethylcellulose, dialdehyde dextran.
Госсипол (1,6,7-тригидрокси-3 -метил-5-
изопропил-8-нафтальдегид) - природный полифенол, токсин хлопчатника, выделяемый из корней и листьев этого растения. Он и его производные обладают множеством видов биологической активности, включая противоопухолевую, антиоксидантную,
противовирусную и другие[1]. В тоже время госсипол относится к классу высокотоксических соединений действующих на быстро делящиеся клетки. Он угнетает мужскую фертильность, а в более высоких дозах вызывает токсический синдром Однократное пероральное введение госсипола самцам крыс приводит к полной потере фертильности [1]. С другой стороны, население Средней Азии в течение столетий использует хлопковое масло для приготовления пищи на ежедневной основе. Оно содержит в своем составе много госсипола в качестве примеси. Веками его употребляли для приготовления пищи безо всякой очистки. Как ни удивительно, это не привело ни к немедленному вымиранию, ни даже к какому либо заметному сокращению численности населения. Единственным разумным объяснением этого факта является потеря госсиполом токсичности в процессе приготовления пищи при его взаимодействии с
природными полимерами - белками и полисахаридами. Сходную задачу по поиску путей снижения токсичности с сохранением активности госсипола приходится решать при создании на его основе фармакологических субстанций. Наиболее
эффективными признаны способы инкапсулирования и иммобилизации на биодеградирующие полимеры [2]. Весьма эффективными носителями госсипола оказались диальдегидполисахариды, получаемые периодатным окислением соответствующих природных и полусинтетических полимеров [3]. На их основе созданы нетоксичные противовирусные препараты, в которых он ковалентно связан с полисахаридными полимерами носителями через имеющиеся в молекуле альдегидные группы [4]. Настоящая работа посвящена изучению продуктов, образующихся при кислотном гидролизе полисахаридных производных госсипола в условиях грубо моделирующих среду желудка с использованием низкомолекулярных модельных соединений представляющих собой продукты его О-гликозилирования [5].
Высокая цитотоксичность госсипола обусловлена наличием двух альдегидных групп,
способных сшивать белки и нуклеиновые кислоты. Продукты его декарбонилирования: - апогоссипол и окисленные нафтохиноны, значительно менее ядовиты. В полимерных производных, полученных на основе диальдегид карбоксиметилцеллюлозы и диальдегид декстрана, госсипол связан с носителем за счет конденсации альдегидных групп нафталиновых фрагментов с гидроксилами ацетальных циклов, в которые замкнуты окисленные звенья диальдегидполисахаридов (схема 1).
JWW\A
H2 ^O H2 O
H2C-O-C -C^H ^C-O—C -C^tt
JWVXAA
hC-O
CH CHO I OH o oh
0
h3c^ ^ch3
Схема 1. Возможные направления кислотного гидролиза госсипола ковалентно связанного с диальдегидкарбоксиметилцеллюлозой.
По данным ГПХ молекулярная масса полимерных производных находится в интервале от Mp= 11 до Mp=67 кДа, причем заместители равномерно распределены по фракциям полимера с различной молекулярной массой (рис.1). Кроме того в образцах имеется незначительное количество трех олигомерных производных имеющих нафтохиноновые хромофорные группы с максимумом поглощения при Х=235 нм, (рис. 1). Их точная молекулярная масса была определена методом MASS MALDI спектрометрии.
0.00 200.00
10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 Minutes
Рис. 1. Трехмерная хроматограмма госсипола ковалентно связанного с диальдегидкарбоксиметилцеллюлозой
Основными сайтами связывания госсипола с носителем являются как окисленные звенья (схема1), так и восстанавливающие концы макромолекул,
относительное содержание которых резко уменьшается с ростом молекулярной массы полимера. В качестве модельных соединений при анализе сайтов использовали низкомолекулярные продукты конденсации госсипола с глюкозой полученные в боратном буфере. Они представляют собой смесь ди-(II), три- (III) и тетра-гликозида (IV) в виде комплексов с борной кислотой [5].
HO, Hl
-O -OH
II
(m/z=928)
CH3 CH3
H3C^H^-CH3 HJC^H^CEJ
III
(m/z=1133)
h
IV
^=1342)
Рис. 3. Ди - (II), три - (III) и тетра - гликозид госсипола (IV)
Гидролиз полимерного препарата в кислой среде желудка может протекать с образованием продуктов трех типов (схема 1):
I. Разрыв связи госсипола с ацетальным циклом может приводить к выделению нафтальдегида с сохранением обеих альдегидных функциональных групп. В этом случае полимерный препарат является временным депо, выделяющим физиологически активное вещество в кровь в неизменном виде при гидролизе.
II. Выделение активного вещества может сопровождаться декарбонилированием нафтальдегида. В этом случае полимерный препарат прививочного типа является про-лекарством, выделяющим при гидролизе низкомолекулярное действующее начало в
O-CH
HC-O
o
O
OH
oh
H OH
OH CH
o
ho
0.08
0.06
0.04
0.02
химически измененном виде. В конкретном случае действующим началом является нафтохинон.
III. В случае если первой гидролизуется основная цепь полимера, реакция сопровождается выделением смеси химически модифицированных нафтальдегидов содержащих гликозидные заместители различной длины.
Химическая структура выделившегося низкомолекулярного физиологически активного вещества определяет тип полимерного препарата, при
этом, устойчивость к кислотному гидролизу соответствующих химических связей определяет какай именно из трех процессов является преобладающим.
Гидролиз полимеров с Mw=67,1 кДа приводит к полному исчезновению высокомолекулярного пика и появлению на гельхроматограммах сигналов низкомолекулярных веществ. Их строение анализировали с использованием 13С ЯМР и MASS MALDI спектроскопии (рис. 4, 5).
V+h¡O+CHiCOOH _S41
OH -|
VI + Na + H2O S01
oh oh
VI + Na 483
V + CH3COOH S23
*. i .1 ull' J
VII + K+ CH3COONa
SS7
210 ISO 170 150 130 110 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Химический сдвиг, м.д.
500 525 550
Отношение массы иона к заряду, m /z
Рис. 4. Фрагмент спектра ЯМР С продукта гидролиза гликозилированного госипола
Рис. 5. MASS MALDI спектр продуктов гидролиза гликозилированного госипола
Таким образом, полимерные производные госсипола следует классифицировать как про-лекарства, при кислотном гидролизе которых происходит отщепление от полимера носителя нафтохинонов с элиминированной альдегидной группой, чем и объясняется эффект снижения токсичности.
Список литературы
1. Нестеренко В.Г., Суслов А.П., Дятлов В.А., Круппа И.С. Полимерные производные госсипола, способ их получения и фармацевтическая композиция на их основе. Заявка № 2014124783. Положительное решение от 08.12.2015
2. Rustamov I.R., Grebeneva T.A., Dyatlov A.V., Zaitsev V.V. Polycyanoacrylate porous material for bone tissue substitution. Journal of Material Chemistry. B. 2014. I 2. p. 4310-4317.
3. Dyatlov V. A., Kruppa I. S., Mamaeva S. A., Kutergina I. Yu., Gumnikova V. I., Grebeneva T. A., Kireev V. V. Change of polysaccharide molecular - weight distribution and fraction homofenity after periodate oxydation. // Chemistry of Natural Compouds. 2014. V. 50. I. 6. P. 973-977.
4. Дятлов В.А., Круппа Киреев В.В., Сокольская ковалентного связывания диальдегиддекстраном // соединений, 2016. №4. 542 с.
5. Круппа И.С., Мамаева С.А., Дятлов В.А., Рустамов И.Р. Химическая структура продуктов конденсации госсипола с глюкозой в водной и неводной средах // Успехи в химии и химической технологии, том XXIII. 2014. №3. 38 с.
И.С., Гребенева T.A., И.Б. Особенности госсипола с Химия природных
oh
oh
h3c ch3
vu
2
V
VI
475
575
