CC BY
45
УДК 547.83 + 535.31
Захарко М.А., Архипова А.Н., Панченко П.А., Фёдорова О.А.
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОНЪЮГАТА БАКТЕРИОХЛОРИНА И КРАСИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ НАФТАЛИМИДА ДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ И ФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ ДИАГНОСТИКИ РАКА
Захарко Марина Александровна, аспирант, e-mail: [email protected] Архипова Антонина Николаевна, к.х.н., н.с. ИНЭОС РАН.
Институт элементорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН,119991, Москва, ул. Вавилова,д.28. 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 бифункциональной системы, состоящей из фотосенсибилизатора бактериохлорина и флуоресцентного красителя - стирилового производного 1,8-нафталимида. Исследованы спектральные свойства полученного конъюгата, показано, что в системе происходит процесс внутримолекулярного переноса энергии.
Ключевые слова: фотодинамическая терапия, нафталимид, бактериохлорин, флуоресцентная диагностика.
SYNTHESIS AND SPECTRAL PROPERTIES OF BACTERIOCHLORINE-NAPHTALIMID CONJUGATES FOR PHOTODYNAMIC THERAPY AND FLUORESCENT IMAGING OF CANCER
Zakharko M.A.*, Arkhipova A.N., 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 styryl derivative of 1,8-naphthalimide.
Key words: 1,8-naphthalimide, styryl, resonance energy transfer, (bis)chromophoric systems, photodynamicpherapy.
В последние годы фотодинамическая терапия (ФДТ) становится все более важным и широко применяемым методом лечения различных видов онкологических заболеваний [1,2]. Этот метод основан на введении пациенту раствора вещества-фотосенсибилизатора, способного избирательно накапливаться в опухолевых тканях. При облучении светом определенной длины волны фотосенсибилизатор переходит в возбужденного состояние, которое вступает в фотохимические реакции, приводящие к образованию таких активных и токсичных для клеток форм кислорода как синглетный кислород и свободные радикалы [3].
Фотосенсибилизаторы на основе порфиринов и их производных являются флуорофорами, это позволяет проводить оптическую визуализацию опухоли при фотодинамической терапии [1]. Однако порфирины и их гидрированные аналоги демонстрируют небольшие значения стоксова сдвига между длинноволновыми полосами поглощения и испускания, поэтому их флуоресценцию трудно различить на фоне рассеянного света возбуждения. Кроме того, возбуждение фотосенсибилизатора всегда приводит к генерации синглетного кислорода, что исключает возможность проведения диагностики без токсического воздействия на ткани.
О
флуоресцентны дизгнсстикз о рук or и фоггкЗипзмичкхзя пмрлли»
Схема 1
Преодолеть вышеназванные трудности позволяет подход, заключающийся в создании бифункциональных систем, совмещающих в себе свойства терапевтического агента
(фотосенсибилизатора) и диагностического (флуорофора), так называемых тераностиков [5-6]. В таких системах флуоресцентный фрагмент может быть возбужден избирательно, не затрагивая фотосенсибилизатор, что позволяет проводить диагностику без токсического эффекта. Так, группой Р. Пандея были разработаны бифункциональные системы, в которых в качестве флуорофорного компонента выступали цианиновые красители [5]. Главным достоинством этих красителей является то, что при удлинении полиметиновой цепи в молекуле красителя, спектры поглощения получаемых соединений легко смещаются в ближнюю ИК область. Однако цианиновые красители характеризуются невысокой фотостабильностью, а также небольшими значениями стоксова сдвига, что может приводить к значительным ошибкам измерения, связанным с небольшой разницей длин волн возбуждающего и испускаемого излучения. Наиболее перспективными для разработки бифункциональных конъюгатов для фотодинамической терапии и флуоресцентной визуализации являются красители с высокими значениями стоксова сдвига, обладающие поглощением в ближней ИК области.
Производные 1,8-нафталимида благодаря интенсивной флуоресценции в видимой области и относительной легкости синтетической модификации широко используются в качестве флуорофорных компонентов оптических молекулярных устройств. На сегодняшний день они широко применяются в качестве флуоресцентных красителей для полимерных волокон, лазерных красителей,
электролюминесцентных материалов, компонентов оптических запоминающих устройств, а также флуоресцентных хемосенсоров для биологически значимых ионов, маркеров для белков, клеток, лизосом и других органелл. В нашей недавней работе были описаны фотофизические свойства 4-стирилзамещенных нафталимидов [6], было обнаружено, что наличие 4-(Ы,К-диметиламино)
заместителя в стириловом фрагменте молекулы приводит к появлению длинноволновых полос поглощения и флуоресцеции, обусловленных внутримолекулярным переносом заряда (1СТ). В данной работе описан синтез и исследование спектральных свойств нового конъюгата фотосенсибилизатора бактериохлорина и 4-(Ы,№ диметиламино)стирил-1,8-нафталимида (ВСЫ-М, схема 1).
На схеме 2 представлен синтез 4-стирилзамещенных производных нафталимида, содержащих остаток этаноламина и бутиламина при имидном атоме азота. Первоначально было проведено #-ацилирование этаноламина и бутиламина 4-бромнафталевым ангидридом, затем по реакции Хека было получено 4-стирилзамещенные производные нафталимида 2а и 2б. Краситель 2б был использован для предварительного изучения спектральных характеристик 4-(Ы^-диметиламино)стирил-1,8-нафталимида. Далее было проведено нуклеофильное замещение гидроксигруппы в алифатической части соединения 2а на азидную путем последовательной обработки оксихлоридом фосфора и азидом натрия в ДМФА. Полученный краситель N1 вводили в реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения с пропаргилом бактериохлорина е для получения конъюгата ВСЫ-№. Заключительная стадия синтеза была проведена сотрудниками кафедры ХТБАС МИТХТ им. М.В. Ломоносова.
На рисунке 1 представлены электронные спектры поглощения и флуоресценции соединений 2б, ВСЫ, ВСЫ-М и эквмолярной смеси ВСЫ и 2б. Максимумы флуоресценции красителя и бактериохлорина расположены в области 760 нм, однако спектр флуоресценции красителя представляет собой более широкую полосу, попадающую в ИК-область (рис.1б). В случае эквимолярной смеси (рис.1в,г) возбуждение в области 490 нм, которое поглощается в основном красителем, приводит к появлению широкой полосы эмиссии, по форме похожей на спектр флуоресценции индивидуального красителя, однако с небольшим острым пиком с максимумом 760 нм, который соответствует флуоресценции бактериохлорина.
400 500 600
Длина волны ! нм
Длина волны ! нм
400 500 600
Длина волны / нм
550 600 550 700 750 300
Длина волны I нм
Рисунок 1. Электронные спектры поглощения (а, в) и флуоресценции (б, г) соединений 2б, ВСЫ, ВСЫ-М и эквмолярной смеси ВСЫ и 2б (обозначено BChl+NI) в ацетонитриле. Длина волны возбуждения для всех соединений кроме ВСЫ - 490нм, для ВСЫ - 515 нм. Концентрация всех соединений - 4.710-6 М.
Интересно, что при облучении конъюгата, в котором два фотоактивных компонента связаны ковалентно, наблюдаемый спектр флуоресценции резко отличается от спектра эквимолярной смеси (рис.1г). При облучении раствора конъюгата светом с длиной волны 460 нм наблюдается узкий пик флуоресценции с максимумом 760 нм, что полностью соответствует флуоресценции бактериохлорина, в то время как флуоресценция нафталимидного красителя тушится полностью (рис.1б). Это свидетельствует о том, что нафталимидный флуорофор после перехода в возбужденное состояние принимает участие в быстром безызлучательном процессе, наиболее вероятно протекание в системе
внутримолекулярного переноса энергии с донорного нафталимидного фрагмента на акцептор-бактериохлорин.
Таким образом, в результате работы был синтезирован конъюгат бактериохлорина и стирилнафталимидного красителя BChl-NI, 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.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №16-33-00581 мол а.
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. Фотодинамическая терапия рака - новый эффективный метод диагностики и лечения злокачественных опухолей // Соросовский образовательный журнал. — 1996. — №8. — C. 3240.
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., Sergeeva A. N., Fedorova O. A., Fedorov Yu. V. //J. Photochem. Photobiol., B. — 2014. — Vol.133. — 140-144.
