Синтез фотоактивных конъюгатов на основе кумаринов и природных дигидропорфиринов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Нючев, Александр Владимирович АВТОР
кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Нижний Новгород МЕСТО ЗАЩИТЫ
2013 ГОД ЗАЩИТЫ
   
02.00.03 КОД ВАК РФ
Диссертация по химии на тему «Синтез фотоактивных конъюгатов на основе кумаринов и природных дигидропорфиринов»
 
Автореферат диссертации на тему "Синтез фотоактивных конъюгатов на основе кумаринов и природных дигидропорфиринов"

На правах рукописи

НЮЧЕВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

СИНТЕЗ ФОТО АКТИВНЫХ КОНЪЮГАТОВ НА ОСНОВЕ КУМАРИНОВ И ПРИРОДНЫХ ДИГИДРОПОРФИРИНОВ

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

21 НОЯ 2013

Нижний Новгород 2013

005538966

Работа выполнена на кафедре органической химии химического факультета федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского» (Национальный исследовательский университет).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Федоров Алексей Юрьевич

доктор химических наук, доцент

Пискунов Александр Владимирович

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук

Гришин Иван Дмитриевич

кандидат химических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией органического синтеза и радикальных процессов, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Защита состоится «18» декабря 2013 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.05 по химическим наукам при Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, Нижний Новгород, ГСП-20, пр. Гагарина 23, корп. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Автореферат разослан г.

Исполняющий обязанности

учёного секретаря диссертационного совета ^^

доктор химических наук, профессор Степовик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Онкологические заболевания являются одной из глобальных проблем человечества. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2008 году смертность от рака составила 7,6 миллиона человек (около 13% общей смертности). Большинство случаев смерти приходится на рак лёгких, желудка, печени, толстого кишечника и молочной железы. По прогнозам, смертность от рака будет расти, и составит около 12 миллионов человек в 2030 году.

Несмотря на многообразие методов, современной медицине до сих пор не удаётся в полной мере решить проблему ранней и надёжной диагностики и эффективного лечения онкологических заболеваний. На сегодняшний день основными методами лечения онкологических заболеваний являются химиотерапия, лучевая и фотодинамическая терапия.

В последнее время большое внимание уделяется развитию таргетной терапии. Действие таргетных препаратов основано на том, что они блокируют действие специфичных молекул, участвующих в опухолевом росте. Таргетные препараты могут использоваться как самостоятельно, так и в комбинации с другими химиопрепаратами. Широко описано использование таргетных препаратов для доставки других терапевтических или диагностических агентов в опухолевую ткань. Использование методов таргетной доставки лекарств является в настоящее время одним из наиболее эффективных способов снижения системной токсичности противоопухолевых препаратов и преодоления эффекта множественной лекарственной устойчивости.

Создание новых препаратов для диагностики и терапии опухолей, а так же разработка эффективных методов синтеза полифункциональных гибридных биологически активных молекул с заданным комплексом физиологических свойств относятся к числу приоритетных направлений развития современных органической, биоорганической и медицинской химии. Именно поэтому синтез новых противоопухолевых конъюгатов комбинированного действия, сочетающих в своём составе несколько активных агентов, действующих по различным механизмам, представляется актуальной задачей органической химии.

Одним из перспективных решений в данной области представляется создание таргетных препаратов комбинированного действия, которые сочетают в себе агенты для химиотерапии и фотодинамической терапии, селективно доставляются к опухолевым клеткам и в то же время могут служить для диагностики злокачественных новообразований.

Основная цель диссертационной работы заключается в создании новых типов диагностических агентов и конъюгатов комбинированного действия,

* Конъюгат [англ. «conjugate», лат. «conjugatio»- соединение] - искусственно синтезированная (химически или путём рекомбинации in vitro) гибридная молекула, в которой соединены фрагменты исходных соединений, обладающие различными свойствами.

3

которые могут быть использованы для обнаружения и/или лечения онкологических заболеваний.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

• Разработка стратегии синтеза и получение новых флуоресцентных конъюгатов кумаринов и углеводов, которые могут быть использованы для флуоресцентной визуализации и диагностики опухолей.

• Синтез новых гибридных конъюгатов комбинированного действия, являющихся одновременно агентами фотодинамической терапии, флуоресцентной диагностики, химиотерапии и таргетной доставки.

• Изучение фотофизических характеристик полученных соединений (спектры люминесценции, возбуждения и поглощения, определение квантового выхода флуоресценции полученных соединений).

Объекты исследования.

Соединения, содержащие в своём составе кумариновый фрагмент: 4-(триметилсилилэтинил)кумарины и 4-этинилкумарины; углеводные производные 4-(2',3',4'-триазолил)кумаринов; З-ацил-4-гидроксикумарины; триазолилсодержащие гликозидные производные З-ацил-4-гидроксикумаринов и их боросодержащие комплексы.

Соединения, содержащие хиназолиновые и дигидропорфириновые фрагменты: 4-((4 '-бром-2 '-фторфенил)амино)-6-метоксихиназолин-7-ол, его алкинил- и азидосодержащие производные; конъюгаты 4-((4'-бром-2'-фторфенил)амино)-6-метоксихиназолина и амидных производных диметилхлорина-е6, содержащие линкеры различного строения.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

Разработана стратегия синтеза и получен ряд ранее неизвестных гликозидов 4-триазолилкумаринов и изучены их фотофизические свойства.

Предложен новый метод синтеза 3-ацилкумаринов в мягких условиях, представляющий собой ацилирование 4-гидроксикумаринов действием карбоновой кислоты в присутствии карбодиимида и основания.

Предложены методики синтеза и получен ряд новых углеводосодержащих конъюгатов 3-ацилкумаринов и комплексов бора на их основе.

Предложен новый тип гибридных молекул и разработаны методики эффективного синтеза конъюгатов, содержащих в своём составе дигидропорфириновые агенты фотодинамической терапии и хиназолиновые лиганды рецепторов факторов роста, получен ряд целевых производных и изучены их фотофизические свойства.

Предложенные методики синтеза и полученные конъюгаты могут стать основой для создания комбинированных таргетных препаратов диагностического и/или терапевтического назначения.

Методология и методы исследования.

При выполнении работы использовался комплексный подход к решению поставленных задач, который заключался в сочетании методов тонкого органического синтеза и современных физико-химических методов исследований.

Синтез целевых соединений осуществлялся на основе коммерчески доступных реактивов по известным и разработанным в рамках данной работы методикам. Для выделения и очистки полученных соединений использовали перекристаллизацию и различные хроматографические методы (тонкослойная, колоночная хроматография).

Для определения состава, а так же физико-химических характеристик полученных соединений применяли методы ядерного магнитного резонанса, масс-спектрометрии, элементного анализа, видимой, ИК- и УФ-спектроскопии.

Личный вклад автора.

Диссертант принимал непосредственное участие во всех этапах диссертационной работы, включая постановку целей и задач исследования, планирование и выполнение экспериментов, анализ и интерпретацию полученных данных, оформление и подготовку публикаций по результатам исследований.

На защиту выносятся следующие положения:

• экспериментальные данные о синтезе 4-этинилкумаринов и гликозидов 4-триазолилкумаринов;

• экспериментальные данные о синтезе З-ацил-4-гидроксикумаринов, их триазолильных производных и соответствующих комплексах бора;

• экспериментальные данные о синтезе конъюгатов дигидропорфиринов (амидных производных диметилхлорина-е6) и замещённого 4-ариламинохиназолина.

Степень достоверности полученных результатов.

Структурное строение и состав синтезированных соединений подтверждены современными физико-химическими методами анализа- ИК-, ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии, элементного анализа.

Апробаиия работы и публикации.

Результаты работы были представлены на международных и всероссийских конференциях: «Organometallic and coordination chemistry: fundamental and applied aspects» (2013 г.), «Frontiers of Organometallic chemistry» (2012 г.), International conference «Catalysis in Organic synthesis» (2012 г.), а так же на региональных конференциях и сессиях молодых учёных (в 2010-2013 годах). Исследования, выполненные в рамках диссертации, отмечены дипломами следующих молодёжных конференций: «Международная молодёжная школа-конференция по металлоорганической и координационной химии» в рамках конференции «Металлоорганическая и координационная химии: фундаментальные и прикладные аспекты» (Нижний Новгород, 2013 г.),

«Всероссийская конференция «Актуальные проблемы органической химии» (Казань, 2010 г.), XVI, XVII и XVIII Нижегородская сессия молодых ученых (Нижний Новгород, 2011,2012 и 2013 гг.).

Материалы диссертационного исследования были представлены на ряде научных конкурсов, по результатам которых автору была присуждена стипендия Учёного совета ННГУ (2011-2012 гг.), Специальная государственная стипендия Правительства Российской Федерации (2012-2013 гг.), Стипендия Президента РФ молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики (2012-2014 гг.), а так же стипендия имени академика Г.А. Разуваева (2012-2013 гг.).

Диссертационные исследования поддержаны грантом Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№14.740.12.1382, 2011-2012 гг.), а так же грантом совместной программы «Михаил Ломоносов» Министерства образования и науки Российской Федерации и Германской службы академических обменов {DAAD). Так же диссертационная работа выполнена при частичной поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №12-03-00214-а, 09-03-00647-а) и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№16.740.11.0476).

По материалам диссертационных исследований опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах перечня ВАК и 7 тезисов докладов, включая молодёжные конференции.

Объём и структура диссертации.

Диссертационная работа имеет классическое строение и состоит из введения, трёх глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на Y страницах машинописного текста, иллюстративный материал включает 11 таблиц, 90 схем и 15 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 193 наименования.

Соответствие диссертации паспорту специальности.

Диссертационная работа по своим целям, задачам, содержанию, научной новизне и методам исследования соответствует п.З «Развитие рациональных путей синтеза сложных молекул» паспорта специальности 02.00.03 -органическая химия и решает основную задачу органической химии -направленный синтез соединений с полезными свойствами, а именно лекарственных веществ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В литературном обзоре рассмотрены принципы действия и основы клинического применения фотоактивных препаратов для флуоресцентной диагностики и фотодинамической терапии. Подробно разобраны физико-химические и биологические основы фотодинамической терапии. Обсуждаются особенности, области применения и механизм реакции каталитического диполярного [3+2]-циклоприсоединения азида к алкину (клик-химия).

Данная работа посвящена созданию новых типов фотоактивных конъюгатов, которые могут быть использованы в качестве действующих веществ (агентов) для флуоресцентной диагностики и/или терапии некоторых видов онкологических заболеваний (рис. 1).

Лнганд таргетиой доставки

Принципиальное строение разрабатываемых конъюгатов Линкер 1«ЛЛЛЛ(

Агенты флуоресцентной визуализации Агенты комбинированной терапии

Рис. 1. Общее строение предлагаемых конъюгатов.

В состав каждой молекулы данных препаратов входит один или несколько различных фотоактивных фрагментов и биологических векторов, а так же линкер, который их связывает.

1. Синтез углеводосодержащих 4-триазолилкумаринов

В первой части работы синтезированы гликозиды 4-триазолилкумаринов. Данные соединения представляют собой флуоресцентные производные углеводов, которые могут быть использованы в качестве агентов флуоресцентной диагностики.

Агенты флуоресцентной визуализации, содержащие в своём составе остатки углеводов, могут выступать модельными системами для обнаружения рецепторов углеводов на поверхности патогенов. Например, данные соединения могут быть использованы для распознавания гликопротеинов ВИЧ или некоторых типов рака; так же, вследствие наличия остатка углевода, эти соединения являются потенциальными ингибиторами лектинов - рецепторов, играющих важную роль в процессе апоптоза, прикреплении вируса ВИЧ-1 к клетке-хозяину. Таким образом, данные соединения потенциально могут проявлять противоопухолевые и анти-ВИЧ свойства.

Целевые соединения были получены последовательностью четырёх реакций. На первой стадии синтезированы 4-

трифторметилсульфонилоксикумарины 1-4. Затем, используя кросс-сочетание Соногаширы, на основе трифлатов 1-4 и триметилсилилацетилена в присутствии тетракис(трифенилфосфин)палладия, йодида меди(1) и диизопропилэтиламина в растворе ацетонитрила при комнатной температуре*, были получены 4-триметилсилиэтинилкумарины 5-8. Удаление защитной триметилсилильной группы в данных соединениях действием тетрабутиламмоний фторида с последующим гидролизом приводит к 4-этинилкумаринам 9-12 (схема 1).

Tf20,1.3 эквив. ■ О Et3N, 1,45 эквив.

СН2С12, 0°С, Аг, 30 мин.

г ——SiMe3,1,5 эквив. Pd(Ph3P)4, 0,05 эквив.

Cul, 10 moI% /-Pr2NEt, 2 эквив. MeCN, rt, 4 ч, Аг

1. Bu4NF, 1,05 эквив. R' THF, rt, 15 мин

-R3

2. H20

SiMe-i

1, R'=R2=R3=(CH2)3N(CH2)3, R4=H (79%)

2, R'=H, R2=R3=R4=MeO (75%)

3, R'=H, R2=MeO, R3=H, R4=MeO (85%)

4, R'=H, R2=MeO, R3=R4=H (88%)

5, R1=R2=R3=(CH2)3N(CH2)3, R4=H (77%)

6, R1=H, R2=R3=R4=MeO (85%)

7, R'=H, R2=MeO, R3=H, R4=MeO (82%)

8, R'=H, R2=MeO, R3=R4=H (89%)

9, R'=R2=R3=(Cn2)3X(CH2)3, R4=H (94%)

10, R'=H, R2=R3=R4=MeO (80%)

11, R'=H, R2=MeO, R'=H, R4=MeO (86%)

12, R'=H, R2=MeO, R3=R4=H (76%)

Схема 1.

На заключительной стадии реакция [3+2]-диполярного циклоприсоединения полученных терминальных алкинов 9-12 и азидосодержащих углеводов (1 -азидо-1 -дезокси-[3-0-ксилопирапоза-2,3,4-триацетат, 1 -азидо-1 -дезокси-2-ацетамидо-2-дезокси-(3-В-глюкопираноза-3,4,6-триацетат, 1-азидо-1-дезокси-Р-0-галактопираноза) позволила получить ряд углеводосодержащих кумариновых производных. Реакции проводили в присутствии 20 мольн. % йодида меди с использованием в качестве растворителя смеси тетрагидрофурана, этилового спирта и воды (1:1:1) при 70°С в инертной атмосфере в течение 15 ч.

Целевые 4-триазолилкумарины 13-22 синтезированы с выходами от 51 до 94% (схема 2).

В схемах реакций комнатная температура обозначена как «rt» (англ. «room temperature-»).

/ОАс N

13

и X . «10/

■■(XX

1.1 эквив. СиІ, 20 тої %

ТНГ:ЕЮН:1120 1:1:1 70°С, 15 ч, Лг

(53%)

АсО.

-О ^-РІ

АС°^-ЗнАс (94%>

АсО,

Ас(

16

ОАс (76%)

МеО.

ЯНАс (86%)

АсО ^ Г 22 ОАс (910/>)

Схема 2.

Полосы испускания веществ 13-22 находятся на границе голубой и зеленой областей видимой части спектра. Максимумы флуоресценции соединений 16-22, имеющих метокси-группы в качестве заместителей, сдвинуты в область более коротких длин волн по сравнению с веществами 1315, содержащих аминный заместитель.

Наиболее сильные флуоресцентные свойства демонстрируют соединения 13,14 и 15, что обусловлено наличием сильно донорного аминного заместителя в «7»-положении кумаринового скелета, имеющего ригидный атом азота, не способный к инверсии в возбуждённом состоянии, и отсутствием алкоксильных заместителей, способствующих безызлучательному снятию возбуждения. По этой причине максимальные квантовые выходы флуоресценции имеют соединения 13 (Ф=0,7), 14 (Ф=0,6) и 15 (Ф=0,7). Из соединений 16-22 наибольший квантовый выход имеет соединение 22 (Ф=0,1), так как оно содержит лишь один метоксильный заместитель (таблица 1); квантовые выходы флуоресценции соединений 16-21 составляют величины меньше 0,1.

" Квантовый выход флуоресценции измерен методом сравнения с эталоном (родамин-6С) в растворе ацетонитрила.

Таблица 1. Фотофизические характеристики соединений 13-22.

Соединение А.исп., нм Фотн.

13 518 0,7

14 516 0,6

15 513 0,7

22 507 0,1

Исходя из экспериментальных данных (величина квантового выхода и интенсивность флуоресценции), наиболее перспективными агентами являются вещества 13-15. Для соединения 15 была измерена цитотоксичность на клеточной линии HeLa методом МП-теста (при концентрации [' 10 6 моль/л). Показано, что в данной концентрации вещество 15 не обладает цитотоксическими свойствами, следовательно, может быть использовано в качестве in vivo биологической флуоресцентной метки.

2. Синтез З-ацил-4-гидроксикумаринов, содержащих триазолилгликозидный фрагмент

Во второй части работы синтезированы З-ацил-4-гидроксикумарины, содержащие триазолилгликозидный фрагмент в боковой цепи, а так же соответствующие комплексы бора. Эти соединения были получены последовательностью трёх реакций.

На первой стадии осуществляется ацилирование 4-гидроксикумарина алкинилсодержащей карбоновой кислотой в присутствии карбодиимида и основания. Затем полученный кумарин, содержащий в боковой цепи терминальную ацетиленовую группу, вступает в реакцию с азидосодержащим углеводом в присутствии соли одновалентной меди, что приводит к гликозиду З-ацил-4-гидроксикумарина. На заключительном этапе синтеза под действием эфирата трёхфтористого бора образуется целевой комплекс (схема 3).

Классические синтезы 3-ацилкумариновых производных проводят в жестких условиях. Известно, что ацилирование 4-гидроксикумаринов в положение «3» можно провести с применением галогенангидридов карбоновых кислот или кипячением 4-гидроксикумарина с избытком карбоновой кислоты в присутствии трихлороксида фосфора (V). Эти подходы не применимы при использовании карбоновых кислот, содержащих функциональные группы, чувствительные к галогенирующим агентам.

Нами обнаружено, что З-ацил-4-гидроксикумарины могут быть получены в мягких условиях, а именно, в присутствии карбодиимида и органического основания при комнатной температуре в полярном растворителе. Предполагаемый механизм реакции аналогичен ацилированию по Штеглиху (схема 4).

Я И I* II

НО п' _В ео к, %=с=ЕГК ВН+ нА^А 23

Д Т о^и, о-,^

о -вн+ о 1 -в ^

о о

о он

Схема 4.

На первой стадии реакции происходит активация карбоновой кислоты под действием основания (В), после чего образовавшийся карбоксильный анион вступает в реакцию с карбодиимидом, что приводит к О-ацилизомочевине 23. Нуклеофильная частица образуется в результате депротонирования 4-гидроксикумарина. При этом данный анион, вероятно, существует в виде трёх резонансных структур. Исходя из продуктов реакции очевидно, что атаку осуществляет углерод-центрированный анион 24, после чего происходит

перераспределение связей и протонирование. В результате образуется продукт

и

25 и замещённая мочевина. Производное 25, согласно литературным данным*, ожидаемо переходит в изомерный 4-гидрокси-З-ацилкумарин 26 (схема 4).

Серией модельных реакций показано, что наиболее эффективными условиями синтеза З-ацил-4-гидроксикумаринов является действие 2 эквивалентов карбоновой кислоты в присутствии 2 эквивалентов ЕБС НС1 и 1 эквивалента ОМАР в растворе диметилформамида (ОМБ) в инертной атмосфере при комнатной температуре. Данная система была использована для синтеза ряда З-ацил-4-гидроксикумаринов 27-33 (схема 5).

V

ОН. 2 эквив.

EDCHC1,2 эквив. DMAP, 1 эквив. R DMF, Ar, rt

А'-(Л-Дн мстил я м ин mi рои ил )-.Y и ил кар Под и и м ИЛ

гидрохлорид, EDC-HC1

К>

27, R'=Rj=R3=(CH2)3N(CHj)J, R4-H, R5- (СН2),ССН (94%)

28, RI=R2=R3=(CFl2)3N(CII2)3, R^H, R5= (CH2)4CCH (85%)

29, R'»R2-R3-(CH2)3N(CH2)j, R'-H, R®= (CII2)2CCH (79%)

30, R'=R2=R3=(CH2)3N(CH2)3, R4=H, Rs= CH3 (84%)

31, R'-H, R2-R3«R*'=CH30, R'= (СН2)ИСН3 (70%)

32, R'=H, Ri=R3=R4=CH30, R'= (CH2)4CCH (33%) 33, R1=R2=R3=R4=H, Rs= (CH2)gCCH (57%)

Схема 5.

4-Диметиламинопиридин, DMAP

При использовании метакриловой кислоты в качестве ацилирующего агента вместо предполагаемого З-ацил-4-гидроксикумарина был выделен продукт циклизации 34 (схема 6).

он

EDC HCI, 3 эквив. DMAP, 1 эквив. DMF, Ar, rt-40°C

Схема 6.

* Chen, Y.-S. Structure, reactivity, and application of some triketone derivatives / Y.-S. Chen, P.-Y. Kuo, T.-L. Shie, D.-Y. Yang // Tetrahedron. - 2006. - V. 62. - P. 9410-9416.

Очевидно, получающийся на первой стадии З-ацил-4-гидроксикумарин подвергался внутримолекулярной реакции Михаэля, приводя к продукту аннелирования.

Этинилсодержащие кумарины 27 и 28 были использованы в реакции каталитического диполярного [3+2]-циклоприсоединения с различными азидосодержащими углеводными производными (І-азидо-І-дезокси-p-D-ксилопираноза-2, 3,4-триацетат, 1-азидо-1-дезокси-Р-0-глюкопираноза-2, 3,4,6-тетрацетат, 1-азидо-1-дезокси-р-0-галактопираноза-2,3,4,6-тетрацетат, 1-азидо-1-дезоксимальтоза перацетат) в присутствии 20 мольн. % диацетата меди и 40 мольн. % аскорбата натрия (ase Na) в смеси тяреш-бутилового спирта, хлороформа и воды на воздухе при 55°С, что приводило к продуктам циклоприсоединения 35-40 с выходами от 52% до 82% (схема 7).

(65%) (67%)

Схема 7.

Полученные триазолы 35-40 переведены в соответствующие комплексы бора 41-46 действием эфирата трёхфтористого бора в дихлорметане (схема 8).

АсО ОАс

>~ОАс

42 АсО

(99%)

ОАс °уЛ_ОАс

ОАс

АсС1 ОАс -""О-ОАС

45 (77%)

Схема 8.

В ходе исследований фотофизических характеристик комплексов бора 4146 были зарегистрированы спектры возбуждения, поглощения и испускания. Максимумы полос испускания приходятся на интервал 500-525 нм, что полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к агентам поверхностной флуоресцентной визуализации.

Таблица 2. Фотофизические характеристики соединений 36-41 и 43-48.

Соединение ^-исп., нм Фота. Соединение ^•исп., нм Фотн.

З-Ацил-4-гидроксикумарины Комплексы бора

35 500 0,2 41 511 0,9

36 507 0,3 42 509 0,8

37 507 0,3 43 508 0,9

38 509 0,2 44 511 0,9

39 502 0,3 45 510 0,8

40 508 0,2 46 509 0,8

Значения квантовых выходов флуоресценции триазолилгликозидов 3-ацил-4-гидроксикумаринов 35-40 изменяются в интервале 0,2^0,3. Эти относительно низкие значения объясняются наличием свободной гидроксильной группы в «4» положении кумаринового скелета, способствующей безызлучательному снятию возбуждения. Так же, присутствие в «3» положении ацильного заместителя открывает возможности для изомеризации З-ацил-4-гидроксикумаринов (кето-енольная таутомерии, схема 4, соединения 25 и 26), что приводит к уменьшению квантового выхода данных соединений. При образовании комплексов бора происходит образование ригидной квазиароматической системы, содержащей два атома кислорода, что приводит к уменьшению возможных путей безызлучательного снятия возбуждения, в результате чего квантовые выходы комплексов бора 41-46 повышаются до 0,8-Ю,9.

3. Синтез конъюгатов дигидропорфиринов и 4-ариламинохиназолиновых лигандов

Цель третьей части работы - синтез новых поливалентных конъюгатов, которые могут быть использованы как препараты комбинированной терапии, то есть выступать агентами фотодинамической и химиотерапии, осуществлять селективную доставку к целевым клеткам, а так же позволять проводить флуоресцентную диагностику (за счёт собственной люминесценции фотосенсибилизатора).

В качестве фотосенсибилизаторов нами выбраны производные природного хлорина-е6- Известно, что введение диамагнитных металлов в хлориновые фотосенсибилизаторы улучшает их фотофизические и фармакологические характеристики (квантовый выход триплетного состояния и выход синглетного кислорода). Хлориновые производные получены по реакциям метилфеофорбида-а (MePheid-а) и различных аминов.

В качестве агентов селективной доставки использован замещённый 4-ариламинохиназолин, являющийся эффективным лигандом рецепторов эпидермального фактора роста (epidermal growth factor receptor, EGFR) и фактора роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor receptor, VEGFR), а также ингибитором тирозинкиназы.

Исходя из ванилиновой кислоты 47 и 4-бром-2-фторанилина 48 в 7 стадий с суммарным выходом 45% был синтезирован 4-((4'-бром-2'-фторфенил)амино)-6-метоксихиназолин-7-ол 49. Затем получен ряд азидосодержащих лигандов факторов роста 50-54. Производные 50, 51 и 54 синтезированы по реакции ацилирования Штеглиха хиназолинола 49 соответствующими азидосодержащими кислотами; соединения 52 и 53 получены алкилированием соединения 49 дитозилат- или дигалогенпроизводными с последующим азидированием.

со2н

„¿угуоме

ЧЛЛои

49 (суммарный выход 45%)

50 (91% исходя из 49)

Ж

ч€С

51 (86% исходя из 49)

Схема 9.

54 (35% исходя из 49)

Синтез конъюгата, содержащего один фрагмент хлоринового фотосенсибилизатора и один лиганд рецепторов факторов роста, проводили в три стадии. На первом этапе метилфеофорбид-а 55 обрабатывали избытком пропаргиламина, что приводило к раскрытию напряжённого пятичленного экзоцикла, в результате чего образовывался пропаргиламид диметилхлорина-е6 (схема 10).

50, 1,3 эквив.

Схема 10. 16

Затем в результате действия диацетата цинка в смеси хлороформа и метанола образовывался соответствующий комплекс 56. После этого данное соединение в присутствии 0,1 эквив. йодида меди в дихлорметане реагировало с азидосодержащим лигандом фактора роста 50, что приводило к целевому конъюгату 57 с выходом 64%.

Далее были получены три конъюгата, содержащих один фрагмент дигидропорфирина и два хиназолиновых лиганда.

Для этого метилфеофорбид-а 55 последовательно обрабатывали этилендиамином и диацетатом цинка. Полученное производное 58 ацилировали 3,5-бис(пропин-2-ил-1-окси)бензойной кислотой 59 в условиях реакции Штеглиха в присутствии 1-гидроксибензотриазола (НОВІ), ЕБС НСІ и БМАР в растворе дихлорметана, что приводило к продукту ацилирования 60 с выходом 93% (схема 11).

Целевой конъюгат 61 получен по реакции диполярного каталитического [3+2]-циклоприсоединения азида 50 и диалкина 60 в присутствии 0,1 эквив. йодида меди в смеси дихлорметана и воды с количественным выходом (схема

1ЧН2

60 (93%)

Схема 11.

Используя аналогичный подход, получен конъюгат 62, имеющий более длинный и гибкий линкер на основе бис(аминоэтил)этиленгликоля (выделен штриховой линией; схема 13).

Для синтеза конъюгата, не содержащего в линкере карбоароматических групп, напряжённый цикл в метилфеофорбиде-а 55 раскрывали с применением 2,2',2"-триаминотриэтиламина 63, что позволило получить интермедиат 64. Соединение 64 после выделения экстракцией взаимодействовало с кислотой 65,

18

приводя к диалкинилсодержащему хлорину 66 с выходом 90%. Последний взаимодействовал с азидом 50, в результате чего образовывался конъюгат 67 с выходом 71% (схема 14).

С использованием 2,2',2"-триаминотриэтиламина 63 так же был синтезирован конъюгат, содержащий четыре 4-ариламинохиназолиные группы и один фрагмент хлоринового фотосенсибилизатора. Этот продукт был получен аналогично производному 67, однако на стадии амидирования Штеглиха была использована кислота 59, что позволило получить продукт 68 с выходом 90%. После этого была проведена реакция диполярного присоединения с производным 50, что приводило к продукту 69. Для проведения этой реакции

был использован 1 эквив. йодида меди, что составляет 25 мольн. % в пересчёте на одну алкинильную группу (схема 15).

55,

На заключительной стадии был получен конъюгат, содержащий два фрагмента диметилхлорина-е6 и один хиназолиновый лиганд. Для этого был получен азидосодержащий хлорин 70 по реакции амидирования Штеглиха полученного ранее аминохлорина 58 и 6-азидогексановой кислоты 71; продукт 70 выделен с количественным выходом (схема 16).

Диалкинилсодержащий лиганд рецепторов факторов роста был получен алкилированием фенола 49 бензилбромидом 72 в присутствии карбоната калия

в растворе диметилформамида; продукт 73 синтезирован с выходом 58% (схема 17).

Схема 17.

Затем соединения 70 и 73 вступали в реакцию каталитического диполярного циклоприсоединения в присутствии 10 мольн. % йодида меди, что приводило к целевому продукту 74 с выходом 57% (схема 18).

Анализ и доказательство строения конъюгатов 57, 61, 62, 67, 69, 74 проводили методами ЯМР (в растворе дейтеродиметилформамида ОМР-с17) и масс-спектрометрии (£5/-М5).

Для соединений 57, 61, 62, 67, 69, 74 были зарегистрированы спектры возбуждения, поглощения и испускания. Обнаружено, что максимумы пиков поглощения и испускания не зависят от типа линкера и соотношения фрагментов хлориновых и хиназолиновых производных, и приходятся на интервал 640-660 нм.

выводы

1. С высокими выходами синтезированы новые фотоактивные гликозиды 4-триазолилкумаринов. Показано, что некоторые из синтезированных соединений обладают высоким квантовым выходом флуоресценции.

2. Предложен новый метод синтеза З-ацил-4-гидроксикумаринов по реакции 4-гидроксикумаринов и карбоновых кислот в присутствии карбодиимида и органического основания при комнатной температуре.

3. Получен ряд новых З-ацил-4-гидроксикумаринов, флуоресцентных триазолилсодержащих конъюгатов З-ацил-4-гидроксикумаринов и углеводов, и соответствующих комплексов бора. Показано, что образование комплексов бора на основе З-ацил-4-гидроксикумаринов резко увеличивает квантовый выход флуоресценции (Ф=0,8-Ю,9 для комплексов бора по сравнению с Ф=0,2-Ю,3 для соответствующих 3-ацил-4-гидроксикумаринов).

4. Синтезирован ряд гибридных конъюгатов, содержащих в своём составе фрагменты природного дигидропорфирина (амидные производные диметилхлорина-е6) и замещённого 4-ариламинохиназолина в различных соотношениях, с применением в качестве ключевых стадий реакций каталитического диполярного [3+2]-циклоприсоединения и ацилирования по Штеглиху.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Nyuchev, А. V. Synthesis of fluorescent coumarin triazolylglycosides / A. V. Nyuchev, E. A. Sharonova, N. A. Lenshina, A. S. Shavyrin, M. A. Lopatin, I. V. Balalaeva, I. P. Beletskaya, A. Yu. Fedorov // Tetrahedron Letters. - 2011. -V. 52.-P. 4196-4199.

2. Федоров, A. Ю. Каталитические методы создания и функционализации кумаринового скелета / Федоров А. Ю., Нючев А. В., Белецкая И. П. // Химия гетероциклических соединений. - 2012. - Т. 1. - С. 175-186.

3. Нючев, А. В. Синтез нового флуоресцентного краун-содержащего кумарина / А. В. Нючев, А. С. Шавырин, М. А. Лопатин, А. Ю. Федоров // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. - 2012. -Т. 4.-С. 125-128.

4. Nyuchev, A. Metal-containing chlorins: the novel type of PDT-selective delivery agents conjugates / A. Nyuchev, K. Shegravin, M. Lopatin, H.-G. Schmalz, A. Fedorov // International conférence «Organometallic and coordination chemistry: fundamental and applied aspects», Nizhny Novgorod, Russia. - 2013. - P. Y28

5. Nyuchev, A. V. Synthesis of chlorin-e6-VEGFR ligand conjugate / A. V. Nyuchev, К. V. Shchegravin, A. Yu. Fedorov // International conférence

«Frontiers of Organometallic chemistry», Saint Petersburg, Russia. - 2012. - P. 102.

6. Nyuchev, A. V. Synthesis of fluorescent coumarin-saccharide conjugates / A. V. Nyuchev, M. A. Lopatin, I. V. Balalaeva, I. P. Beletskaya, A. Yu. Fedorov // International conférence «Catalysis in Organic synthesis», Moscow, Russia. -2012.-P. 189.

7. Нючев, A. В. Синтез новых флуоресцентных меток / А. В. Нючев, А. Ю. Федоров // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии», Казань, Россия. -2010.-С. 55.

8. Нючев, А. В. Синтез флуоресцентных триазолилгликозидов кумаринов / А. В. Нючев, А. С. Шавырин, М. А. Лопатин, И. И. Маслова, И. В. Балалаева, А. Ю. Федоров // «XIV молодежная конференция по органической химии», Екатеринбург, Россия. - 2011. - С. 193-196.

9. Нючев, А. В. Синтез фотоактивных гибридных противоопухолевых агентов / А. В. Нючев, К. В. Щегравин, А. Ю. Федоров // «XVII нижегородская сессия молодых ученых. Естественные, математические науки», Нижний Новгород, Россия. - 2012. - С. 107-108.

10. Нючев, А. В. Синтез флуоресцентных меток - детекторов опухолевых клеток / А. В. Нючев, А. Ю. Федоров, А. С. Шавырин // «XVII нижегородская сессия молодых ученых. Естественные, математические науки», Нижний Новгород, Россия. - 2012. - С. 106-107.

Благодарности

Автор выражает благодарность за ценные научные консультации и помощь академику РАН И.П. Белецкой (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова), проф. Х.-Г. Шмальцу (Кёльнский университет, Германия), доктору А.Е. Гаврюшину (Университет Людвига-Максимилиана, Германия), член-кор. РАН О.И. Койфману (Ивановский государственный химико-технологический университет), д.х.н. Д.В. Белых (Институт химии Коми НЦ УрО РАН), к.х.н. М.А. Лопатину (Институт металлоорганической химии РАН им. Г.А. Разуваева), к.х.н. Ю.Б. Малышевой и к.х.н. Н.С. Ситникову (Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского), С.А. Троицкому (АХЧ, Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского) к.б.н. М.В. Ширмановой (Нижегородская государственная медицинская академия), к.х.н. А.И. Дрегичу и фирме «ДАлХИМ».

Подписано в печать 7.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1. Заказ № 947. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ИНГУ им. Н.И. Лобачевского. 603000, г. Нижний Новгород, ул. Б. Покровская, 37

 
Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Нючев, Александр Владимирович, Нижний Новгород

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

04201 451 45 5

На пра&дх-рукописи

Нючев Александр Владимирович

СИНТЕЗ ФОТОАКТИВНЫХ КОНЪЮГАТОВ НА ОСНОВЕ КУМАРИНОВ И ПРИРОДНЫХ ДИГИДРОПОРФИРИНОВ

02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук

Научный руководитель: доктор химических наук, доцент Федоров А.Ю.

Нижний Новгород 2013

Оглавление

Введение.....................................................................................................................................4

Глава I. Литературный обзор...............................................................................................9

Фотоактивные медицинские препараты.............................................................................10

Физико-химические основы действия фотоактивных препаратов..................................12

Флуоресцентная диагностика..............................................................................................14

Фотодинамическая терапия.................................................................................................19

Агенты фотодинамической терапии...................................................................................25

Конъюгаты агентов ФДТ и химиотерапевтических препаратов.....................................32

Реакция 1,3-диполярого циклоприсоединения азида к алкину........................................37

Реакция СиААС..................................................................................................................39

Реакция ЯиААС..................................................................................................................47

Альтернативные варианты реакции диполярного циклоприсоединения азида к алкину.................................................................................................................................51

Заключение............................................................................................................................54

Глава II. Обсуждение результатов......................................................................................55

Синтез агентов флуоресцентной визуализации.................................................................56

Синтез конъюгатов структурного типа 1.........................................................................58

Синтез конъюгатов структурного типа II.......................................................................71

Синтез фотоактивных конъюгатов комбинированного действия....................................84

Выбор агента селективной доставки...............................................................................85

Выбор агента фотодинамической терапии.....................................................................89

Синтез конъюгатов структурного типа III......................................................................92

Синтез конъюгатов структурного типа IV......................................................................94

Синтез конъюгата структурного типа V.......................................................................104

Синтез конъюгата структурного типа VI......................................................................108

Идентификация конъюгатов структурных типов III-IV..............................................111

Фотофизические характеристики и биологические исследования конъюгатов структурных типов III-VI................................................................................................112

Глава III. Экспериментальная часть...............................................................................113

Выводы...................................................................................................................................141

Список сокращений и обозначений..................................................................................142

Список использованной литературы...............................................................................144

Благодарности.......................................................................................................................164

Введение

Онкологические заболевания являются одной из глобальных проблем человечества. По данным Всемирной организации здравоохранения, в 2008 году смертность от рака составила 7,6 миллиона человек (около 13% общей смертности). Большинство случаев смерти от рака приходится на рак лёгких, желудка, печени, толстого кишечника и молочной железы. По прогнозам, смертность от рака будет расти, и составит около 12 миллионов человек в 2030 году.

Несмотря на многообразие методов, современной медицине до сих пор не удаётся в полной мере решить проблему ранней и надёжной диагностики и эффективного лечения онкологических заболеваний. На сегодняшний день основными методами лечения онкологических заболеваний являются химиотерапия, лучевая и фотодинамическая терапия.

В последнее время большое внимание уделяется развитию таргетной терапии. Действие таргетных препаратов основано на том, что они блокируют специфичные молекулы, участвующие в опухолевом росте. Таргетные препараты могут использоваться как самостоятельно, так и в комбинации с другими химиопрепаратами. Широко описано использование таргетных препаратов для доставки других терапевтических или диагностических агентов в опухолевую ткань. Использование методов таргетной доставки лекарств является в настоящее время одним из наиболее эффективных способов снижения системной токсичности противоопухолевых препаратов и преодоления эффекта множественной лекарственной устойчивости.

Создание новых препаратов для диагностики и терапии опухолей, а так же разработка эффективных методов синтеза полифункциональиых гибридных биологически активных молекул с заданным комплексом физиологических свойств относятся к числу приоритетных направлений развития современных органической, био органической и медицинской химии. Именно поэтому синтез новых противоопухолевых коиыогатов комбинированного действия, сочетающих в своём составе несколько активных агентов, действующих по различным механизмам, представляется актуальной задачей органической химии.

Одним из перспективных решений в данной области представляется создаиие таргетных препаратов комбинированного действия, которые сочетают в себе агенты для

химиотерапии и фотодинамической терапии, селективно доставляются к опухолевым клеткам и в то же время могут служить для диагностики злокачественных новообразований.

Основная цель диссертационной работы заключается в создании новых типов диагностических агентов и конъюгатов* комбинированного действия, которые могут быть использованы для обнаружения и/или лечения онкологических заболеваний.

В соответствии с поставленной целыо решались следующие задачи:

• Разработка стратегии синтеза и получение новых флуоресцентных конъюгатов кумаринов и углеводов, которые могут быть использованы для флуоресцентной визуализации и диагностики опухолей.

» Синтез новых гибридных конъюгатов комбинированного действия, являющихся одновременно агентами фотодинамической терапии, флуоресцентной диагностики, химиотерапии и таргетной доставки.

• Изучение фотофизических характеристик полученных соединений (спектры люминесценции, возбуждения и поглощения, определение квантового выхода флуоресценции полученных соединений).

Объекты исследования.

Соединения, содержащие в своём составе кумариновый фрагмент: 4-(триметилсилилэтинил)кумарины и 4-этинилкумарины; углеводные производные 4-(2',3 ',4'-триазолил)кумаринов; З-ацил-4-гидроксикумарины; триазолилсодержащие гликозидные производные З-ацил-4-гидроксикумаринов и их боросодержащие комплексы.

Соединения, содержащие хиназолиновые и дигидропорфириновые фрагменты: 4-((4'-бром-2'-фторфенил)амино)-6-метоксихиназолин-7-ол, его алкинил- и азидосодержащие производные; коиъюгаты 4-((4'-бром-2'-фторфенил)амино)-6-метоксихиназолина и амидных производных диметилхлорина-еб, содержащие линкеры различного строения.

Конъюгат [англ. «conjugate», лат. «conjugatio»- соединение]- искусственно синтезированная (химически или путём рекомбинации in vitro) гибридная молекула, в которой соединены два фрагмента (исходных соединений), обладающие различными свойствами.

Научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

Разработана стратегия синтеза и получен ряд ранее не известных гликозидов 4-триазолилкумаринов и изучены их фотофизические свойства.

Предложен новый метод синтеза 3-ацилкумаринов в мягких условиях, представляющий собой ацилирование 4-гидроксикумарипов действием карбоновой кислоты в присутствии карбодиимида и основания.

Предложены методики синтеза и получен ряд новых углеводосодержащих конъюгатов 3-ацилкумаринов и комплексов бора на их основе.

Предложен новый тип гибридных молекул и разработаны методики эффективного синтеза конъюгатов, содержащих в своём составе дигидропорфириновые агенты фотодинамической терапии и хиназолиновые лиганды специфических клеточных рецепторов, получен ряд целевых производных и изучены их фотофизические свойства.

Предложенные методики синтеза и полученные конъюгаты могут стать основой для создания комбинированных таргетпых препаратов диагностического и/или терапевтического назначения.

Методология и методы исследования.

При выполнении работы использовался комплексный подход к решению поставленных задач, который заключался в сочетании методов тонкого органического синтеза и современных физико-химических методов исследований.

Синтез целевых соединений осуществлялся на основе коммерчески доступных реактивов по известным и разработанным в рамках данной работы методикам. Для выделения и очистки полученных соединений использовали перекристаллизацию и различные хроматографические методы (тонкослойная, колоночная и флэш-хроматографии).

Для определения состава, а так же физико-химических характеристик полученных соединений применяли методы ядерного магнитного резонанса, масс-спектрометрии, элементного анализа, видимой, ИК- и УФ-спектроскопии.

Личный вклад автора.

Диссертант принимал непосредственное участие во всех этапах диссертационной работы, включая постановку целей и задач исследования, планирование и выполнение

экспериментов, анализ и интерпретацию полученных данных, оформление и подготовку публикаций по результатам исследований.

На защиту выносятся следующие положения:

• экспериментальные данные о синтезе 4-этинилкумаринов и гликозидов 4-триазолилкумаринов;

• экспериментальные данные о синтезе З-ацил-4-гидроксикумаринов, их триазолильных производных и соответствующих комплексах бора;

• экспериментальные данные о синтезе конъюгатов дигидропорфиринов (амидных производных диметилхлорина-Сб) и замещённого 4-ариламинохиназолина.

Степень достоверности полученных результатов.

Структурное строение и состав синтезированных соединений подтверждены современными физико-химическими методами анализа- ИК-, ЯМР-спектроскопии, масс-спектрометрии, элементного анализа.

Апробация работы и публикации.

Результаты работы были представлены на международных и всероссийских конференциях: «Organometallic and coordination chemistry: fundamental and applied aspects» (2013 г.), «Frontiers of Organometallic chemistry» (2012 г.), International conference «Catalysis in Organic synthesis» (2012 г.), а так же на региональных конференциях и сессиях молодых учёных (в 2010-2013 годах). Исследования, выполненные в рамках диссертации, отмечены дипломами следующих молодёжных конференций: «Международная молодёжная школа-конференция по металлоорганической и координационной химии» в рамках конференции «Металлоорганическая и координационная химии: фундаментальные и прикладные аспекты» (Нижний Новгород, 2013 г.), «Всероссийская конференция «Актуальные проблемы органической химии» (Казань, 2010 г.), XVI, XVII и XVIII Нижегородская сессия молодых ученых (Нижний Новгород, 2011, 2012 и 2013 гг.).

Материалы диссертационного исследования были представлены на ряде научных конкурсов, по результатам которых автору была присуждена стипендия Учёного совета ННГУ (2011-2012 гг.), Специальная государственная стипендия Правительства Российской Федерации (2012-2013 гг.), Стипендия Президента РФ молодым ученым и

аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования и разработки по приоритетным направлениям модернизации российской экономики (2012-2014 гг.), а так же стипендия имени академика Г.А. Разуваева (2012-2013 гг.).

Диссертационные исследования поддержаны грантом Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№14.740.12.1382, 2011-2012 гг.), а так же грантом совместной программы «Михаил Ломоносов» Министерства образования и науки Российской Федерации и Германской службы академических обменов (DAAD). Так же диссертационная работа выполнена при частичной поддержке грантов Российского фонда фундаментальных исследований (проекты №12-03-00214-а, 09-03-00647-а) и федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (№16.740.11.0476).

По материалам диссертационных исследований опубликовано 3 статьи в рецензируемых журналах перечня ВАК и 7 тезисов докладов, включая молодёжные конференции.

Объём и структура диссертации.

Диссертационная работа имеет классическое строение и состоит из введения, трёх глав, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 164 страницах машинописного текста, иллюстративный материал включает 11 таблиц, 90 схем и 15 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 193 наименования.

Глава I. Литературный обзор

Современные методы лечения различных заболеваний требуют быстрого и точного диагноза, и последующего эффективного терапевтического воздействия. За последние несколько десятков лет высокими темпами развиваются методы диагностики, способные предоставить максимальное количество информации, не нанося при этом вреда организму, например, различные неинвазивные методики и диагностические процедуры, использующие нетоксичные препараты, а так же новые методы терапии, позволяющие избежать хирургического вмешательства и сильного токсического действия препаратов.

Использование фотоактивных препаратов позволяет проводить как терапевтические, так и диагностические процедуры.

В литературном обзоре рассмотрены физико-химические принципы действия фотоактивных медицинских препаратов, основы фотодинамической терапии и флуоресцентной визуализации («имиджинг»), представители основных классов агентов фотодинамической терапии и медицинские аспекты их применения. Так же обсуждается один из самых эффективных и популярных в настоящее время методов синтеза конъюгатов различного состава и строения - реакция каталитического [3+2]-диполярного циклоприсоединения азида к алкину.

Фотоактивные медицинские препараты

Основным действующим началом всех методов фототерапии и оптической визуализации является молекула медицинского препарата, содержащая фотоактивный фрагмент. Эта часть препарата способна поглощать электромагнитное излучение в ультрафиолетовом, видимом или инфракрасном диапазоне, переходя при этом в возбуждённое состояние. Затем происходит либо испускание света большей длины волны - наблюдается явление люминесценции, на этом основаны методики флуоресцентной визуализации; либо запускаются фотохимические процессы, являющиеся основой фото динамической терапии [1] (рис. 1).

Модельная методика применения фотоактивных препаратов может быть описана последовательностью нескольких стадий. На первом этапе фотоактивный препарат вводится в организм, чаще всего - в виде водного раствора в кровоток. Затем происходит распределение этого вещества по всему организму; через некоторое время происходит локализация большей части первоначальной дозы препарата в целевой ткани (органе). Это реализуется либо в результате пассивного накопления фотоактивного агента, либо при использовании специальных биологических векторов, которые доставляют препарат именно в нужную ткань (орган). Под направленной («таргетной»*) доставкой понимают накопление препарата в ткани (органе) вследствие его специфического взаимодействия с рецепторами, находящимися на поверхности целевых клеток, либо наличием дефектов эпителиальных слоях данной ткани (что

Свет

Фотохимия (фотодинамическая терапия)

Флуоресценция (внзуалпзацпя/дпагностпка)

Рис. 1. Принцип действия фотоактивных препаратов [из 1].

* Таргетный (англ. target - цель, мишень) - целевой, направленный.

особенно характерно для раковых опухолей), либо некоторых других механизмов. В этом случае концентрация препарата резко повышается в целевой ткани (органе), и в то же время постепенно снижается в остальных частях организма (рис. 2). Время между введением препарата и его локализацией в нужной ткани называют временной задержкой**.

Свет

Временная задержка

-> I"

Введение

Неспецифическое Локализация распределение в целевой ткани

Рис. 2. Применение фотоактивных препаратов [из 1].

После того, как произошла локализация препарата, выбранный орган облучается светом, обладающим подходящими параметрами (длина волны, интенсивность). В результате поглощения электромагнитного излучения фотоактивный агент испускает свет (в случае диагностики), либо запускает фотохимические процессы (фотодинамическая терапия).

** Англ. "drug-light intervar.

Физико-химические основы действия фотоактивных препаратов

Основные фотофизические процессы, происходящие с фотосенсибилизатором при поглощении им света, приведены на рис. 3.

Сннглетное возбуждённое состояние

Трнплетное возбуждённое состояние (ФДТ)

шияпнвдвганнпн

Фосфоресценция

¡Ьи