CC BY
72
УДК 547.979.733 + 547.83
А.Н. Сергеева6, Р.И. Решетников®, П.А. Панченко6, О.А. Федорова3, Ю.В. Федоров6, М.А. Гринв
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия бУчреждение Российской академии наукИнститут элементорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия
БМосковский государственный университет тонкой химической технологии им. М.В Ломоносова, Москва, Россия
НОВЫЕ СЕНСИБИЛИЗАТОРЫ ДЛЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ РАКА НА ОСНОВЕ ПРОИЗВОДНЫХ НАФТАЛИМИДА И ПРИРОДНЫХ ХЛОРОФИЛЛОВ
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 photody-narnic cancer therapy.
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.
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 обладает одним чрезвычайно интересным свойством - она может селективно накапливать и некоторое время удерживать окрашенные вещества, как находящиеся в организме (эндогенные порфирины), так и вводимые в него извне (экзогенные порфири-ны). 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, который сообщил об успешном лечении первых 25 пациентов. В дальнейшем метод фотодинамической терапии рака (ФДТ) получил развитие в Англии, Франции, ФРГ, Италии, Японии, Китае, ряде других стран, а с 1992 года и в нашей стране.
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 бактериохлорофилла а 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 хлорофилла а 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.
R - заместитель, регулирующий положение полос поглощения и флуоресценции
R1 - спейсер, r,, соединяющий
молекулы порфирина и нафталимида
Схема 1.
В настоящем исследовании предполагается синтез и изучение фотофизических и фотохимических свойств коньюгатов, исследование флуоресцентных свойств бинарных систем и их способности к генерации синглетного кислорода в различных средах. Для этих целей предложены конъюгаты бактериохлорина а с производными нафталимида. Органические люмино-
форы 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 конъ-югатов.
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).
Получение 4-метоксипроизводных нафталимида (1) и (2): представлено на схеме 2.
сн,соа
о^ ^ ^о о^ ^ Л)
н2\-©чп2соон
АсОН, 120°С
МеОН
КОН, 75°С I
Схема 2.
Л) (К
80С1, ]
—^ Г
3 ч, 80°С к
ОСН3 ОСН3
(1)
(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).
СН2СОМНК
ОСН,
ШН,
ОСН3 коньюгат А
Схема 3.
Исходным веществом для синтеза конъюгатов бактериохлорина а с красителями являлся бактериопурпурин а (6), который получали из бакте-риохлорофилла а (5), содержащегося в пурпурных бактериях Щюс1оЬас1ег сарзи1ай18. Для этого биомассу бактерий суспензировали в изопропиловом
спирте в течение 2 дней. После фильтрации был получен раствор бакте-риохлорофилла 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.
{НюйоЬаМег сарви/атв
С20Н39СО2
Н3СО2С
1.02, кон
2. НС1
3. СН2М2
МеООС
Схема 4.
Метиловый эфир А-аминобактериопурпуринимида (4) получали действием гидразина на растворенный в пиридине бактериопурпурин (5).
1,2 1
А
1 - - коньюгат
о,а -I
О, б - и
0,4 - Л л/
0,2 -
---- __^
■ III 1
350 450 550 650 750 350 « А,, нм
Рис. 1. Спектр поглощения коньюгата А и исходного производного порфирина.
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. На рис. 1 приведен спектр полученного коньюгата.
К сожалению, наблюдается перекрывание полосы Сорэ порфиринового производного и полосы поглощения нафталимида (2). Это может означать возможность переноса энергии между двумя хромофорными фрагментами. Однако, подробное исследование планируется в дальнейшем.
Перспективным объектом для дальнейших синтетических работ представляется соединения (1) и (3). Предполагается использовать реакцию Мицунобу, протекающую при комнатной температуре, для получения конь-югата Б с производными порфирина (схема 5).
HjCO
СН2СООН
ион
DEAD Н.СО
PPhi
Схема 5.
CH2COOR
О
коньюгат Б R - остаток порфирина
В случае соединения (3) получение конъюгатов будет достигнуто с использованием реакции [3+2] циклоприсоединения между азидами и алки-нами с терминальной тройной связью (схема 6)..
о
коньюгат В R - остаток порфирина
Схема 6.
Данная реакция универсальна и используется для создания сложных биоконъюгатов, иммобилизации биомолекул на матрицах различной природы и присоединения лекарств к адресным системам доставки.
Соединение (3) в спектре имеет полосы флуоресценции, которые не перекрываются с полосами поглощения порфиринового остатка, поэтому может рассматриваться как удовлетворяющее условиям флуоресцентной диагностики опухоли.
Следовательно, создание устойчивых нафталимидных красителей, 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 фотосинтетических систем, использованием красителей в качестве зондов при идентификации и анализе биомакромолекул спектральными методами в биохимии и медицине (например, в иммунофлу-оресцентном анализе), применением красителей как сенсибилизаторов в фотомедицине.
