БИООРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, 2015, том 41, № 2, с. 185-194
УДК 542.8:544.14:547.979.7
СОЗДАНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ НА ОСНОВЕ СМЕСИ ТРИТЕРПЕНОИДОВ БЕРЕСТЫ И АМФИФИЛЬНЫХ жезо-АРИЛПОРФИРИНОВ
© 2015 г. Х. К. Нгуен*, К. А. Жданова*, **, В. С. Уварова*, Н. А. Брагина*, А. Ф. Миронов*, В. В. Чупин**, #, В. И. Швец*
*Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова,
119571 Россия, Москва, пр. Вернадского, 86 **Московский физико-технический институт, 141700, Россия, Московская область, г. Долгопрудный, Институтский пер., 9 Поступила в редакцию 17.02.2014 г. Принята к печати 16.10.2014 г.
Созданы наночастицы на основе сферических аморфных наночастиц смеси тритерпеноидов бересты и амфифильных мезо-арилпорфиринов и изучены методами электронной микроскопии, динамического светорассеяния, УФ-спектроскопии и флуориметрии. Показана эффективность включения порфиринового сенсибилизатора в наночастицы и возможность использования последних в качестве средств доставки лекарственных субстанций.
Ключевые слова: амфифильные мезо-арилпорфирины, сферические аморфные наночастицы, тритерпе-ноиды коры бересты, фотосенсибилизаторы, фотодинамическая терапия.
БОТ: 10.7868/80132342315020104
ВВЕДЕНИЕ
Разработка новых систем адресной доставки терапевтических и диагностических агентов является одним из направлений современных исследований. В настоящее время известны такие системы доставки гидрофобных агентов, как ли-посомы [1], микрокапсулы [2], липопротеины [3], мицеллы [4, 5], наночастицы [6] и др. Их использование направлено на увеличение биодоступности, эффективности, увеличение направленного действия в патологических зонах, предотвращение негативных побочных эффектов, уменьшение цитотоксичности для нормальных клеток.
Подобные подходы актуальны в фотодинамической терапии (ФДТ) рака, где большинство используемых фотосенсибилизаторов (ФС) являются производными гидрофобных тетрапирроль-ных соединений [7]. Включение таких ФС внутрь наноструктур уменьшает побочные эффекты при их использовании в качестве лекарственных средств, повышает их растворимость и дисперс-
Сокращения: CHS — гемисукцинат холестерина; DDQ — 2,3-дициано-5,6-дихлоробензохинон, DMF — диметилформа-мид; SDS — додецилсульфат натрия; TEG — триэтиленгли-коль; THF — тетрагидрофуран; ПЭГ — полиэтиленгликоль; САНЧ — сферические аморфные наночастицы; СТБ — смесь тритерпеноидов бересты; ФДТ — фотодинамическая терапия; ФС — фотосенсибилизатор.
# Автор для связи (тел: +7 (926) 224-40-20, e-mail: vvchupin@gmail.com).
ность. Известно, что относительная эффективность и межклеточная локализация тетрапир-рольного ФС определяется его структурой, в частности амфифильностью, а также типом и расположением гидрофильных и гидрофобных заместителей вокруг тетрапиррольного макроцикла [8—10]. Аналогами ФС природной структуры являются легкодоступные синтетические пор-фирины, которые активно исследуются в настоящее время [11—14].
Активно исследуются гидроксизамещенные порфирины, представляющие собой структурные аналоги ФС второго поколения — мезо-тетрагид-роксифенилхлорина (т-ТИРС), клинически используемого под названием Фоскан®. Проблемы низкой растворимости ФС и их слабого поглощения клетками могут быть решены введением в макроцикл гидрофильных заместителей (гидрок-си-, сульфатных-, фосфатных групп, ПЭГ), присоединением пептидов, сахаров, циклодекстри-нов и т.д. [15—18]. В литературе сообщается о возможности применения ПЭГ-производных порфиринов для лечения различных заболеваний, в том числе для ФДТ рака. Гидрофильные полимеры на основе ПЭГ придают терапевтическому агенту пространственную стабилизацию, "невидимость" для системы мононуклеарных фагоцитов и опсонизирующих белков (иммуноглобулинов и факторов комплемента), а кроме того снижают токсичность, иммуногенность, аллер-
генность, увеличивают время жизни лекарств в сыворотке крови [20, 21].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Ранее была показана эффективность сферических аморфных наночастиц (САНЧ), состоящих из основных компонентов смеси тритерпеноидов бересты (СТБ), в качестве иммунологических адъювантов, а также средств доставки некоторых
Цель исследования заключалась в придании водорастворимости модельным амфифильным лекарственным средствам, в качестве которых выступали синтетические мезо-арилпорфирины, путем включения их в САНЧ тритерпеноидов бересты и исследование поведения таких наноча-стиц в качестве потенциальных агентов для ФДТ.
гидрофобных соединений (доксорубицина, ри-фампицина, рифабутина, диклофенака и т.д.) [22, 23]. САНЧ (средний размер 100—200 нм) не обладают токсичностью, и, благодаря своим структурным особенностям, могут быть использованы в качестве средств доставки гидрофобных соединений. Основными компонентами СТБ являются тритерпеноиды лупаного ряда бетулин, лупеол и кофеат бетулина.
Был синтезирован ряд порфиринов (1)—(У) (Формулы 2), в которых варьировалась степень гидрофобности заместителей, их расположение в тетрапиррольном цикле, а также отработаны способы включения синтезированных мезо-арилпорфиринов в САНЧ. Следует отметить, что соединения (1)—(У) не растворяются в воде, на-
Формулы 1.
Я
Я
Я
Я
R=н (I) R=OH (II)
ОН; R = 0(СН2)13СН3 (III) О(СН2)13СН3; R = ОН (IV) О(СН2СН2О)3; R = ОН (У)
Формулы 2. Структуры исследуемых порфинов.
ночастицы же с включенными порфиринами водорастворимы.
Синтез порфиринов (Т)—(У)
Тетрафенилпорфирин (I) и порфирины (II)— (IV) были синтезированы согласно известным методам [24] и [25] соответственно. Ранее ПЭГ-содержащие порфирины получали по методу [26] путем алкилирования 5,10,15,20-(4-гидроксифе-нил)порфирина мезилатом метоксиполиэтилен-гликоля. В данной работе для получения порфи-рина (У) нами был предложен альтернативный подход к синтезу ПЭГ-порфиринов — монопир-рольная конденсация в водно-мицеллярной среде, который позволяет получать с высокими выходами порфирины с лабильными функциональ-
ными заместителями [25, 27]. При синтезе порфирина (У) (схема) для получения исходного 4-{2-[2-(2-метоксиэтокси)этокси]этокси}бензаль-дегида (VI) по описанной в литературе методике [26] синтезировали 1-(4-метилсульфонил)-3,6,9-триоксодекан и вводили его в реакцию 0-алкили-рования с п-гидроксибензальдегидом в среде ЭМБ при кипячении в присутствии С82СО3. Выход производного бензальдегида (VI) составил 80—85%. Индивидуальность и структура полученного альдегида была подтверждена данными ТСХ, ИК-1Н-, 13С-ЯМР-спектроскопии и хроматомасс-спектрометрии. В ИК-спектрах имеется характерная полоса валентных колебаний связи С=О альдегидной группы (1693 см-1).
ОН
СНО
СНО
+
ОН
+
О(СН2СН2О)зСНз (VI)
4 ф
Н
^^Н №
О(СН2СН2О)3СН3
(V)
Реагенты и условия: I — С2Н5СООН, СН3СООН, С6Н^О2, 1°С Схема. Синтез порфирина (V).
3
Реакцию смешанной альдегидной конденсации (мольное соотношение п-гидроксибензаль-дегида, бензальдегида (VI) и пиррола 3 : 1 : 4) проводили в 0.5 М растворе (схема). В качестве катализатора использовали 2% соляную кислоту, окислитель — ЭЭр. Время реакции составило 1 ч. Для выделения целевого продукта (VI) переводили в нерастворимую в органической среде калиевую соль, порфирин экстрагировали этил-ацетатом и очищали хроматографически на сили-кагеле, используя в качестве элюента смесь хлористый метилен-этилацетат (2 : 1). Первая фракция представляла собой симметричный порфирин (I) с выходом 10%, вторая — 5-{4-2-[2-(2-метоксиэток-
си)этокси]оксифенил}-10,15,20-трис(4-гидрокси-фенил)порфирин (V), выход которого составил 8%.
В результате, методом монопиррольной конденсации в водно-мицеллярной среде был впервые синтезирован порфирин (V), отработана методика его получения и выделения.
Образование порфириновой системы в соединениях (I)—(V) было подтверждено данными электронной спектроскопии. В электронном спектре на границе УФ и видимой области имеется полоса Соре при 420 нм, а также присутствуют 4 полосы поглощения (этио-тип спектра). Индивидуальность и структура полученных соединений (I)—(V) были подтверждены данными ТСХ,
Таблица 1. Размеры САНЧ c включенными порфиринами, полученных при неизменной доле порфиринов с именением доли CHS (серия экспериментов 1) и при неизменной доле CHS с изменением доли порфиринов (серия 2)
Серия 1 Серия 2
Соединение доля порфиринов, % доля СШ, % размер частиц, нм доля порфиринов, % доля СШ, % размер частиц, нм
(I) 0 0 176 - - -
2 0 216 - - -
2 1 407 - - -
2 5 408 - - -
(II) 0 0 176 - - -
2 0 238 0 2 193
2 1 213 5 2 246
2 5 166 10 2 305
(III) 0 0 176
2 0 327 0 2 193
2 1 286 5 2 277
2 5 217 10 2 280
(IV) 0 0 114
2 0 143 0 2 193
2 1 151 5 2 176
2 5 158 10 2 160
(V) 0 0 176
2 0 185 0 2 193
2 1 260 5 2 152
2 5 175 10 2 202
ИК-, 1Н- и 13С-ЯМР-спектроскопии и масс-спек-трометрии.
Определение размера наночастиц
Размер САНЧ, модифицированных порфиринами (I)—(V), определяли с помощью метода динамического светорассеяния. Для модификации САНЧ порфиринами, необходимо было подобрать оптимальное соотношение смеси тритерпеноидов бересты (СТБ) и модификатора — порфи-рина. Были исследованы серии нанодисперсий СТБ, модифицированных порфиринами при двух условиях: фиксированной концентрации порфиринов (2%) с изменением концентрации гемисук-цината холестерина (CHS) (0, 1, 5% от массы СТБ) или фиксированной концентрацией CHS (2%) с изменением концентрации порфиринов (0, 5, 10% от массы СТБ) (табл. 1). Размеры частиц для большинства соединений оказались в диапа-
зоне 100—200 нм, что приемлемо для нанопрепа-ратов. При фиксированной концентрации порфиринов (серия 1) размеры частиц уменьшаются постепенно с увеличением концентрации CHS. При самой высокой концентрации CHS (5%) и концентрации порфиринов (II)—(V), равной 2% (тетрафенилпорфирин — исключение) наночастицы имели наименьшие размеры. Во второй серии экспериментов — при фиксированной концентрации CHS (2%) размеры частиц увеличиваются с увеличением концентрации загружаемых веществ и достигают наибольших размеров при концентрации порфиринов 10% (табл. 1), на рис. 1б представлены данные размера частиц для соединения (V) при концентрации
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.