РАСТВОРЫ
УДК 541(64+14+128)
ВЛИЯНИЕ ПЛЮРОНИКОВ НА ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ
ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПОРФИРИНОВ1
© 2009 г. Т. М. Жиентаев*, Н. С. Мелик-Нубаров*, Е. А. Литманович*, Н. А. Аксенова**, Н. Н. Глаголев**, А. Б. Соловьева**
*Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова. Химический факультет 119991 Москва, Ленинские горы **Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 4 Поступила в редакцию 28.11.2007 г. Принята в печать 11.09.2008 г.
Солюбилизация гидрофильных порфиринов — динатриевой соли 2,7,12,18-тетраметил-3,8-ди(1-метоксиэтил)-13,17-ди(2-оксикарбонил этил) порфирина (димегина) и М-метил-ди-О-глюкамино-вой соли хлорина е6 (фотодитазина), а также водонерастворимого мезо-тетрафенилпорфирина в мицеллах плюроников (триблок сополимеров пропиленоксида и этиленоксида) приводит к увеличению фотокаталитической активности порфиринов в процессе окисления Х-триптофана в водно-солевом растворе. Наибольшей активностью обладают фотокатализаторы, полученные с использованием плюроников Р85 и Б127, содержащих 50—70% этиленоксидных звеньев. Активность тетрафенилпорфирина повышается в результате солюбилизации в 50 раз, а активность гидрофильных димегина и фотодитазина — в 1.5 и 6 раз соответственно. Рост активности тетрафенилпорфирина объясняется растворением и диссоциацией агрегатов в присутствии плюроников. Повышение активности димегина, агрегирующего в воде, также преимущественно вызвано дезагрегацией. В случае фотодитазина, не образующего агрегаты в водном растворе, и локализованного, по всей видимости, в полярной "опушке" мицелл, влияние полимера объясняется локальным концентрированием субстрата и катализатора в мицеллярной псевдофазе.
ВВЕДЕНИЕ
Обладая амфифильным строением, блок-сополимеры этиленоксида (ЭО) и пропиленоксида (ПО) (плюроники или полоксамеры) агрегируют в водном растворе с образованием мицелл, гидрофобное ядро которых состоит из звеньев ПО, а гидрофильная "опушка"— из звеньев ЭО [1, 2].
СН3 I
но4 сн2сн2о снсн2о)-{ сн2сн2о)-н
4 'я* ' т п
Из-за низкого значения ККМ и относительно низкой токсичности плюроников они являются чрезвычайно удачными кандидатами для формирования мицеллярных наноконтейнеров для целей контролируемой доставки лекарств [3, 4].
Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Отделения химии и науки о материалах РАН (госконтракт 10002-251 (07/125121/200704-032)), а также Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 07-02-00066-а) и гранта государственной поддержки ведущих научных школ (НШ 5899.2006.3).
E-mail: melik.nubarov@genebee.msu.ru (Мелик-Нубаров Николай Сергеевич).
Перспективным способом лечения многих онкологических заболеваний является фотодинамическая терапия, основанная на способности порфиринов накапливаться в пораженной ткани и генерировать при фотовозбуждении синглет-ный кислород, который, вызывая необратимые изменения в клетках, приводит к их гибели [5]. Несмотря на ряд преимуществ фотодинамической терапии, ее широкое применение в клинике ограничено побочными эффектами порфи-ринов, обусловленными их заметным накоплением в нормальных тканях и преимущественно заключающимися в повышенной светочувствительности кожи пациентов в течение длительного времени [6].
В целом ряде работ показано, что включение фотосенсибилизаторов в полимерные нанокон-тейнеры изменяет их распределение в организме и увеличивает биодоступность. Для этих целей используют амфифильные полиэлектролиты, способные образовывать электростатические комплексы с заряженными порфиринами [7, 8], и амфифильные сополимеры на основе полиалки-леноксидов, мицеллы которых могут солюбили-зовать водонерастворимые порфирины [9—12]. Ковалентное присоединение антител к таким по-
лимерам приводит к селективному накоплению лекарства в опухолевых клетках [12].
В предыдущей работе [13] мы показали, что ряд водонерастворимых порфиринов — мезо-тет-рафенилпорфирин и его производные, а также производные протопорфирина IX способны эффективно солюбилизоваться в мицеллах плюро-ников, что сопровождается существенным повышением каталитической активности фотосенсибилизаторов. В настоящей работе мы сравнили влияние плюроников на фотокаталитическую активность мезо-тетрафенилпорфирина (ТФП)
и гидрофильных фотосенсибилизаторов дина-триевой соли 2,7,12,18-тетраметил-3,8-ди(1-ме-токсиэтил)-13,17-ди(2-оксикарбонил этил)пор-фирина (ДМН)
H3C
MeO
OMe
CH3
CH3
НзС^\
ONa
Н3С-~/
CH3
H30'"
O^ O O
=N N-
O
который является фармакологическим препаратом, в настоящее время используемым в клинической практике.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
В работе использовали коммерческие препараты плюроников L61, Р85 (BASF, США), F127 и F68 ("Serva", Германия). ТФП и Z-триптофан производства "Sigma-Aldrich" (США), ДМН, синтезированный Г.В. Пономаревым в Институте биологической и медицинской химии РАМН, и ФД производства фирмы "Вета-Гранд" (Россия). Состав и некоторые физико-химические характеристики мицелл этих полимеров приведены в табл. 1. Компоненты буферных растворов и растворители имели квалификацию ч.д.а.
Коэффициенты распределения порфиринов между фосфатно-солевым буферным раствором (состав: 0.01 моль/л NaH2PO4, 0.15 моль/л NaCl, рН 7.4) и мицеллами плюроников определяли, регистрируя изменения их флуоресцентных характеристик при солюбилизации, согласно описанной ранее методике [17]. Спектры флуоресценции записывали с помощью спектрофлуори-метра "Hitachi 650-10S" (Япония) при 37°С.
Анизотропию флуоресценции порфиринов определяли в аналогичных условиях на том же спектрофлуориметре, оснащенном ЖК-поляри-заторами, установленными на пути возбуждающего и излученного пучков. Анизотропию флуо-
11| - Iх т -, где I||
ресценции r рассчитывали как r =
In + 21,
ONa O
N-метил-ди-^-глюкаминовой соли хлорина е6
(ФД)
H2C=
и 1± — интенсивность флуоресценции образца, измеренная при параллельной и скрещенной ориентации поляризаторов соответственно [18].
Мицеллярные растворы порфиринов готовили двумя способами. Согласно первому, растворы ДМН и ФД в фосфатно-солевом буферном растворе смешивали с растворами плюроников в том же буфере. Не растворимый в воде ТФП растворяли в ДМФА в концентрации 1 х 10-4 моль/л и добавляли к растворам полимеров в фосфатно-солевом буферном растворе. В отсутствие плюро-ника порфирин при этом давал тонкую взвесь в воде. Второй способ приготовления мицелляр-ных растворов состоял в смешивании 10%-ных растворов плюроников и порфиринов в хлороформе. Далее смесь упаривали на роторном испарителе ("Не1ёо1рИ", Германия) в вакууме водоструйного насоса и получали смешанную поли-мерно-порфириновую пленку, из которой затем приготавливали мицеллярный раствор порфири-на путем растворения полученной пленки в фос-фатно-солевом буферном растворе.
Фотокаталитическую активность порфиринов измеряли, облучая растворы триптофана в фос-фатно-солевом буферном растворе при помощи
Таблица 1. Состав и физико-химические характеристики мицелл плюроников
Полимер М х 10-3 n m KKM, % [14] Парциальный удельный объем, ( V }, см3/г [14] Радиус ядра мицелл Rq , нм Гидродинамический радиус мицеллы, RH, нм Отношение объема "опушки" к объему ядра в мицелле, 3 3 RH - R C rC
L61 2.1 2 30 0.023 - - - -
P85 4.5 26 40 0.003 0.9054 3.7 [15] 7.3 [15] 6.6
F127 12.6 100 65 0.03 0.8787 4.5 [1] 11 [1] 13.6
F68 8.4 76 30 0.4 0.8726 2 [16] 8 [16] 63
Примечание. n, m — степень полимеризации блоков ПЭО и ППО соответственно.
источника видимого света "NOVAFLEX" (мощность 30 Вт). Изменение степени фотоокисления триптофана во времени регистрировали по изменению интенсивности его флуоресценции (^возб = 280 нм, ^фл = 360 нм). Определяли значения эффективных констант скорости, линеаризуя зависимость интенсивности флуоресценции от времени в полулогарифмических координатах.
Размер мицелл плюроника находили методом динамического светорассеяния с помощью гониометра рассеянного лазерного света "Photo-Cor" (США), оснащенного He-Ne-лазером (10 мВт, 633 нм). Автокорреляционные функции флуктуации интенсивности рассеянного света измеряли при помощи 288-канального коррелятора "PhotoCor-SP" под углом рассеяния 90°. Математическую обработку автокорреляционных функций для получения распределения рассеивающих частиц по размерам проводили при помощи программы DynaLS.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Взаимодействие порфиринов с плюрониками
Для характеристики взаимодействия плюро-ников с порфиринами использовали коэффициент распределения, определяемый как соотношение концентраций порфирина в водном растворе [S^ и мицеллах [S]„:
[S]M
Kp =
[Я
Коэффициент распределения — термодинамический параметр, не зависящий от концентраций порфирина и плюроника, и поэтому характеризует их взаимодействие. Расчет коэффициентов распределения проводили согласно работе [17], используя в качестве метода регистрации флуоресцентную спектроскопию.
Добавление плюроников к водной дисперсии ТФП приводило к значительному росту интенсивности флуоресценции, причем при концен-
трации полимеров выше 0.01% флуоресценция переставала изменяться, выходя на плато (рис. 1а). Напротив, интенсивность флуоресценции водорастворимого ДМН уменьшалась при добавлении плюроников, также выходя на плато при концентрациях полимеров выше 0.01% (рис. 1б). Наконец, флуоресценция ФД вообще не изменялась при добавлении плюроников (рис. 1в). Зависмость флуоресценции ТФП и ДМН от концентрации полимера можно объяснить изменением природы их микроокружения при повышении концентрации полимерных мицелл.
Ассоциацию порфиринов с мицеллами мы подтвердили также измерениями анизотропии флуоресценции порфиринов, которая напрямую связана со свободой вращения солюбилизован-ной флуоресцентной молекулы. Оказалось, что анизотропия флуоресценции ДМН в водном растворе равна 0.077, а при добавлении 0.1% плюроника Б127 увеличивается до 0.114. Это свидетельствует о замедлении вращения молекул ДМН. Напротив, анизотропия флуоресценции ФД в водном растворе составляла 0.080 и оставалась такой же в присутствии 0.1% плюроника Б127, ч
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.