CC BY
43
УДК 547.83 + 535.31
М. А. Захаркоа*, А. С. Сергеева6, П.А.Панченкоа, О.А. Фёдорова3
^Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 , корп. 1
6Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН, Москва, Россия 119991, Москва, ул. Вавилова, д. 28. * e-mail: Marina_Zr@mail.ru
СИНТЕЗ 4-СТИРИЛЗАМЕЩЕННЫХ 1,8-НАФТАЛИМИДА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ НАВИГАТОРОВ В ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Аннотация: В настоящей работе предложен подход к синтезу (бис)хромофорных систем на основе 1,8-нафталимида, содержащих стириловый заместитель в четвертом положении нафталимидного кольца и начато изучение их люминесцентных свойств.
Ключевые слова: нафталимид; порфирин; фотодинамическая терапия; флуоресцентная навигация.
Одной из приорететных задач современного общества является решение проблемы лечения злокачественных опухолей. Под одним словом «рак» подразумевается более ста различных видов опухолей, которые могут поражать практически любые ткани организма, а механизм возникновения опухолей на сегодняшний день не до конца понят исследователями.
Одним из наиболее эффективных и щадящих методов лечения поверхностных опухолей является фотодинамическая терапия. Этот метод основан на введении в организм пациента вещества-фотосенсибилизатора, способного избирательно накапливаться в тканях опухоли, а затем облучении тканей высокоэнергетическим лазерным излучением. На первом этапе по флуоресценции сенсибилизатора можно судить о локализации опухоли, на втором же осуществляется деструкция раковых клеток под действием активной формы кислорода (синглетного кислорода), который образуется в фотохимических реакциях возбужденной формы сенсибилизатора [1].
К веществам-фотосенсибилизаторам
предъявляются определенные требования. Среди них высокая селективность к раковым клеткам по сравнению со здоровыми тканями, легкая выводимость из организма и малая токсичность, устойчивость, хорошие люминесцентные характеристики и высокий квантовый выход синглетного кислорода, а также интенсивное поглощение в области 660-900 нм.
Первоначально в качестве
фотосенсибилизаторов были предложены порфирины и их металлокомплексы, хлорины, фталоцианины и др. Они обладают способностью избирательно накапливаться в опухолевых
клетках и генерировать синглетный кислород при облучении, имеют максимум поглощения в ИК области, являются родственными человеческому организму структурами, а также имеют широкую сырьевую базу. На сегодняшний день наибольший интерес представляют производные природных хлорофиллов (хлорины и бактериохлорины), поскольку их поглощение в ИК-области спектра попадает в терапевтическое окно (600-800 нм). Однако собственная флуоресценция хлоринов и бактериохлоринов невелика.
Поэтому возникла идея создания сенсибилизаторов второго поколения,
включающих в себя флуорофорный фрагмент, обеспечевающий надежную диагностику опухоли, и порфириновый фрагмент, отвечающий за разрушение раковых клеток. На рисунке 1 показан принцип работы подобного сенсибилизатора с использованием производного нафталимида в качестве флуорофора.
hv2
маркер
Рисунок 1. Схема работы фотосенсибилизатора.
Молекула конъюгата способна выполнять в организме две функции: являться флуоресцентным маркером для определения локализации опухоли (благодаря интенсивной
п-ВиМН2 ЕЮН, 78°С
(89%)
А-Ч^ , Е1зМ
Рс1(ОАС)2, (О-1О1)3Р ДМФА, 24 часа, Л
За 36 Зв
(38%) (18%) (20%)
Схема 1
флуоресценции нафталимидного фрагмента) и одновременно разрушать опухолевые клетки при местном облучении тканей светом с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения порфиринового остатка. Ранее в литературе были описаны подобные сенсибилизаторы с использованем фрагмента цианинового красителя в качестве флуорофора [2].
В молекуле конъюгата порфирин и флуорофор соединяются линкером, выполняющим функцию их разобщения. Для того, чтобы в результате процесса переноса энергии с донорного фрагмента нафталимида на порфирин флуоресценция первого не снижалась, необходимо чтобы области поглощения акцептора и флуоресценции донора имели как можно меньший интеграл перекрывания. Так как в спектре поглощения порфиринов имеется минимум в области 600-700 нм, то основной задачей является поиск флуорофоров, обладающих максимумом флуоресценции именно в этой области.
С целью изучения спектральных свойств производных нафталимида, содержащих стириловый заместитель в четвертом положении нафталимидного кольца была синтезирована серия соединений 3а-в. По реакции конденсации 4-бромнафталимида (1) с н-бутиламином по описанной методике был получен 6-бром-2-бутил-1#-бензо[<1,е]изохинолин-1,3[2Н]дион (2), из которого путем проведения реакции Хека с соответствующими замещенными стиролами были получены соединения 3а-в. В таблице 1 представлены их спектральные характеристики.
Таблица 1. Спектральные характеристики соединений 3а-в. Растворитель ацетонитрил, концентрация вещества в растворе 1,2-10-5 моль/л.
№ погл. тах тахфлуор" ффлуор.
3а 406 570 0,330
3б 412 606 0,430
3в 462 743 0,032
2.0
I / 1т
0
0.0
300
400
500
600
700
800
900 , нм
Рис.2. Относительное расположение спектров поглощения метилового эфира ^аминобактерио-пурпуринимида 4 и флуорофоров 3б и 3в.
Как видно из приведенных данных, наиболее длинноволновыми поглощением и
флуоресценцией обладает соединение 3в, содержащее диметиламино-группу в бензольном кольце. Максимум же флуоресценции производного 3а не попадает в нужную область.
На рисунке 2 отражено расположение максимумов флуоресценции флуорофоров 3б и 3в относительно спектра поглощения производного хлорофилла - метилового эфира N аминобактериопурпуринимида 4, структурная формула которого представлена на схеме 2.
РШ2—»
НзСО^
Ковалентная пришивка флуорофорного фрагмента к порфирину может поводиться различными методами. В том числе путем проведения реакций алкилирования,
ацилирования или циклоприсоединения [3]. Исходя из этого была разработана схема получения стириловых производных
6 а-в
ба: 17% 66:22% бв: 47%
Xi
7 а-в
7а: 90% 76 : 97% 7в : 95%
X,
8 а-в
8а: 90% 86:83% 8в : 55%
Схема 3
нафталимида, содержащих при имидном атоме алкильную цепочку с такими заместителями как хлор и азид (схема 3).
Схема синтеза включала взаимодействие коммерчески доступного 4-бромаценафтена 1 с аминоэтанолом, серию реакций Хека с различными стиролами, затем замену гидрокси-группы в алифатическом фрагменте соединений 6а-в на азидную группировку через галогенпроизводные 7 а-в. Все реакции были
проведены по описанным ранее методикам [4,5,6] и прошли с высокими выходами. Исключение составила стадия проведения реакции Хека, где снижение выходов целевых продуктов объясняется неполнотой протекания превращения исходных веществ в продукты реакции.
В дальнейшем планируется получение конъюгатов полученных соединений с порфиринами, изучение их спектральных свойств и фотодинамической активности.
Литература
1. Миронов А.В. Фотодинамическая терапия рака - новый эффективный метод диагностики и лечения злокачественных опухолей // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - №8. - С. 32-40.
2. Michael P. A. Williams et al. Synthesis, Photophysical, Electrochemical, Tumor-Imaging and Phototherapeutic Properties of Purpurinimide-N-substituted CyanineDyes Joined with Variable Lengths of Linkers // Bioconjugate Chem. - 2011. - Vol. 22. - P. 2283-2295.
3. Грин М.А. Синтез модифицированных природных хлорофиллов и изучение их свойств для бинарных методов терапии в онкологии: Дис. ... канд. хим. наук. - М., 2010. - 264 с.
4. Wanhua Wu et al. Tuning the emission properties of cyclometalated platinum(II) complexes by intramolecular electron-sink/arylethynylated ligands and its application for enhanced luminescent oxygen sensing // J. Mater. Chem. - 2010. - Vol.43. - P.9775-9786.
5. Asama Mukherjee et al. Antitumor efficacy and apoptotic activity of substituted chloroalkyl 1H-benz[de]isoquinoline-1,3-diones: a new class of potential antineoplastic agents // Invest. New Drugs. -2011. - Vol. 29. - P. 434-442.
6. Wen-hai Zhan et al. Photovoltaic properties of new cyanine-naphthalimide dyads synthesized by 'Click' chemistry // Tetrahedron Letters. - 2007. - Vol. 48. - P.2461-2465.
Zakharko Marina Aleksandrovnaa*, Sergeeva Antonina Nikolaevnab, Panchenko Pavel Aleksandrovicha, Fedorova Olga Anatol'evnaa
aD.I Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, 125047, Miusskaya sq. 9, Moscow, Russia bA.N. Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds of Russian Academy of Sciences, 119991, Vavilova str.
28, Moscow, Russia * e-mail: Marina_Zr@mail.ru
SYNTHESIS 4-STYRILSUBSTITUTED 1,8-NAPHTALIMIDES FOR APPLICATION AS FLUORESCENCE MARKERS IN PHOTODINAMIC THERAPY
Abstract: Some nowel styril-substituted derivatives of 1,8-naphthalimide seemed to be perspective fluorophores for photodynamic therapy, were prepared. The investigation of their luminescent properties is in progress.
Key words: 1,8-naphthalimide, conjugate, photodynamic therapy, fluorescence imaging.
