Методологии синтеза антимитотических противоопухолевых агентов колхицинового ряда тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Список сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

МЕТОДОЛОГИИ СИНТЕЗА СОЕДИНЕНИЙ АЛЛОКОЛХИЦИНОВОГО РЯДА.

1. Получение соединений аллоколхицинового ряда из природного колхицина.

2. Синтетические методы получения соединений аллоколхицинового ряда.

2.1. Методы синтеза N-ацетилколхинола (NAC).

2.1.1. Синтез NAC с использованием реакции биарильного окислительного сочетания.

2.1.2. Синтез NAC с использованием реакций биарильного восстановительного сочетания.

2.2. Методы синтеза О-метилового эфира N-ацетилколхинола (NCME).

2.2.1. Синтез NCME с использованием реакции циклопропанирования -расширения цикла замещенного фенантрола.

2.2.2. Синтез NCME с использованием реакции Николаса.

2.3. Методы синтеза аллоколхицина.

2.3.1. Синтез аллоколхицина из 7,8,9-триметоксибензосуберона-1 с использованием реакции циклоприсоединения Дильса-Альдера.

2.3.2. Синтез аллоколхициноидов с использованием реакций метатезиса и циклоприсоединения Дильса-Альдера.

2.3.3. Синтез аллоколхицина с использованием реакции прямого каталитического С-Н арилирования.

ОБОСНОВАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Поиск новых антимитотических агентов колхицинового сайта.

2. Исследование противоопухолевых свойств липофильных производных комбретастатина

А-4 и колхицина в составе липосомных систем доставки лекарств.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

1. Синтез индолсодержащих структурных аналогов аллоколхицина.

1.1. Синтез аллоколхициноидов I-II.

1.2. Синтез аллоколхициноидов III.

1.3. Синтез аллоколхициноидов IVа.

1.4. Синтез аллоколхициноидов IVb.

2. Синтез липофильных производных колхицина, аллоколхицина и комбретастатина А-4.

2.1. Синтез липофильных производных колхицина и аллоколхицина.

2.2. Синтез липофильных производных комбретастатина А-4.

3. Результаты исследования биологической активности полученных соединений.

3.1. In vitro противоопухолевая активность индолсодержащих аналогов аллоколхицина.

3.2. In vitro противоопухолевая активность триазолсодержащих аналогов колхицина и аллоколхицина и их липосомных форм.

3.3. In vivo противоопухолевая активность липофильных производных комбретастатина А-4 и их липосомных форм.

ЭСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ВЫВОДЫ.

Актуальность проблемы. Онкологические заболевания являются одной из наиболее острых проблем современной медицины не только в нашей стране, но и во всем мире. Прогноз 50% увеличения числа онкологических заболеваний к 2020 г. создает потребность в развитии новых противоопухолевых препаратов (Материалы 42-nd International Meeting on Medicinal Chemistry, 5-7 July, 2006, Marseille, France). Ключевая роль митотического веретена в клеточном делении сделала его перспективной мишенью для противоопухолевой химиотерапии. Антимитотические агенты таксол и таксотер относятся к наиболее успешным препаратам, используемым в современной клинической практике. Ряд антимитотических противоопухолевых агентов в настоящее время проходит клинические испытания (СА4Р, омбрабулин, подофиллотоксин, а также несколько соединений колхицинового и аллоколхицинового ряда).

Несмотря на существенный прогресс, достигнутый за последние два десятилетия в разработке новых противоопухолевых химиотерапевтических средств, подавляющее большинство лекарств, применяемых в медицинской практике, а также находящихся на стадии клинических тестов, обладает общими недостатками. К ним относятся низкая селективность биологического действия и, как следствие, высокая системная токсичность, а также снижение терапевтической активности ввиду множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток. Труднодоступность природных источников и отсутствие промышленно реализуемых путей синтеза (например, в случае таксанов) ограничивает клинические исследования и практическое внедрение многих эффективных противоопухолевых препаратов. В связи с этим, актуален поиск новых синтетически доступных антимитотических агентов, имеющих высокий терапевтический индекс (отношение минимальной токсичной дозы к эффективной терапевтической дозе), и улучшение их фармакокинетических параметров (биодоступность, распределение по органам и тканям) путем синтеза пролекарственных форм и создания адресных противоопухолевых препаратов на их основе.

Данная работа посвящена разработке методологий синтеза новых антимитотических противоопухолевых агентов - гетероциклических аналогов природных алкалоидов колхицина и аллоколхицина. Полученные соединения наряду с известным противоопухолевым агентом колхицинового сайта комбретастатином А-4 были использованы для получения липофильных пролекарственных форм и создания липосомных систем адресной доставки лекарств на их основе.

Цель работы. Получение новых антимитотических противоопухолевых агентов колхицинового сайта клеточного белка тубулина. В работе решались следующие задачи:

1) Синтез индол содержащих структурных аналогов природного алкалоида аллоколхицина с целью исследования их противоопухолевых свойств;

2) Синтез липофильных производных природных противоопухолевых агентов колхицина, аллоколхицина и комбретастатина А-4 с целью их включения в состав липосомных систем адресной доставки лекарств и исследования противоопухолевых свойств.

Объекты исследования. Структурные аналоги аллоколхицина, содержащие 1Я-индольный фрагмент; (1,2,3-триазол)содержащие структурные аналоги колхицина, аллоколхицина, а также их липофильные производные на основе олеиновой и пальмитиновой кислот; липофильные производные комбретастатина А-4, содержащие остатки олеиновой и пальмитиновой кислот.

Методы исследования. В работе использованы современные методы тонкого органического синтеза и металлокомплексного катализа. Состав и строение соединений подтверждали физико-химическими методами (ЯМР-, ИК-спектроскопия, масс-спектрометрия, РСА). Для разделения соединений использовали хроматографические методы (ВЭЖХ, ТСХ, флэш-хроматография на силикагеле).

Научная новизна и практическая значимость работы. Предложены и реализованы методологии синтеза четырех структурных типов индолсодержащих аналогов алкалоида аллоколхицина исходя из коммерчески доступных реагентов - 3-(3',4',5'-триметоксифенил)пропионовой кислоты и производных индола. Методом ЯМР спектроскопии выявлено наличие атропизомеризационного равновесия некоторых аллоколхициноидов в растворе при комнатной температуре.

Установлено, что некоторые из полученных соединений проявляют антимитотическую и апоптоз-индуцирующую активность по отношению к штамму лимфомы Беркитта BJAB в нано/субнаномолярных концентрациях наряду с низкой неспецифической токсичностью.

Показано, что аллоколхициноид Г,2',3'-триметоксибензо[4',5':4,5]1#-6,7-дигидро-1 -гидроксициклогепта[2,3-е] 1#-1 "-метилиндол ингибирует фазу G2/M клеточного цикла и индуцирует апоптоз нескольких штаммов клеток хронического лимфолейкоза в наномолярном интервале концентраций. Установлено, что данное соединение по цитотоксичности in vitro превосходит клинический препарат винкристин, используемый в терапии лимфолейкозов.

Синтезированы новые 7-триазолилзамещенные аналоги колхицина и аллоколхицина, а также их липофильные формы. Предложен механизм перегруппировки колхицинового молекулярного скелета в аллоколхициновый. Получены липофильные пролекарственные формы природного противоопухолевого агента комбретастатина А-4.

Липофильные производные колхицина и комбретастатина А-4 использованы для создания противоопухолевых липосом. Установлено, что производные колхицина и их липосомные формы проявляют цитотоксическую активностью по отношению к пяти штаммам опухолевых клеток человека в наномолярном интервале концентраций. Липосомный препарат на основе олеоильного производного комбретастатина А-4, у содержащий адресные углеводные векторы SiaLe , продемонстрировал способность подавлять развитие опухоли у мышей линии BLRB/BYRB со спонтанно возникающим раком молочной железы.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Синтез индолсодержащих структурных аналогов аллоколхицина, липофильных производных колхицина, аллоколхицина, комбретастатина А-4 выполнен в полном объеме лично диссертантом. Соискатель принимал активное участие в постановке цели и задач исследования, разработке структур целевых биологически активных молекул и методологий их получения, анализе результатов биологических исследований синтезированных соединений.

На защиту выносятся следующие положения:

- экспериментальные данные о синтезе индолсодержащих структурных аналогов аллоколхицина;

- экспериментальные данные о синтезе липофильных производных колхицина, аллоколхицина, комбретастатина А-4;

- результаты исследования структуры полученных соединений физико-химическими методами;

- результаты исследования биологической активности полученных соединений.

Степень достоверности полученных результатов. Структуры всех синтезированных в работе соединений подтверждены с применением современных физико-химических методов анализа - ИК-, ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии, рентгеноструктурного анализа.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международной конференции «International congress on Organic Chemistry» (Казань, 2011), XIV Молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011), 15- и 16-ой Нижегородской сессии молодых ученых (естественнонаучная секция, г. Н.Новгород, 2010, 2011), 13- и 14-ой Конференции молодых ученых-химиков г. Н.Новгорода (2010, 2011), молодежной конференции «Topical problems of Organic Chemistry» (Казань, 2010), Международной конференции «Topical problems of organometallic and coordination chemistry. V Razuvaev lectures» (Нижний Новгород, 2010), Всероссийской конференции по органической химии (Москва, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и тезисы 5 докладов на международных и всероссийских научных конференциях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, обоснования диссертационных исследований, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы (268 наименований) и одного приложения. Работа изложена на 205 страницах машинописного текста, включает 80 схем, 37 рисунков, 18 таблиц. Литературный обзор посвящен обсуждению известных методологий синтеза аллоколхицина и его структурных аналогов. В разделе «Обоснование диссертационных исследований» приводится информация о корреляции структура - физиологическая активность для