научная статья по теме ФТАЛОЦИАНИНЫ В ОРГАНИЗОВАННЫХ МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ. ОБЗОР Химия

Текст научной статьи на тему «ФТАЛОЦИАНИНЫ В ОРГАНИЗОВАННЫХ МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ. ОБЗОР»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2014, том 50, № 2, с. 117-155

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ ПОВЕРХНОСТИ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ, ЗАЩИТЫ МАТЕРИАЛОВ

УДК 547.898+541.18+661.185.23+661.183.22

ФТАЛОЦИАНИНЫ В ОРГАНИЗОВАННЫХ МИКРОГЕТЕРОГЕННЫХ

СИСТЕМАХ. ОБЗОР.

© 2014 г. Н. Ф. Гольдшлегер2, В. Е. Баулин 1 3, А. Ю. Цивадзе1

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук, Россия, 119071 Москва, Ленинский просп., 31 2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики Российской академии наук, Россия, 142432 Черноголовка Московской обл., просп. акад. Семенова, 1

e-mail: nfgold@icp.ac.ru 3Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологически активных веществ Российской академии наук, Россия, 142432 Черноголовка Московской обл., Северный проезд, 1 Поступила в редакцию 02.08.2013 г.

Работа посвящена супрамолекулярной организации фталоцианинов (Рс) и анализу исследований, в том числе с использованием поверхностно-активных веществ (ПАВ), по предотвращению агрегации Рс в водной среде. Обсуждаются особенности формирования супрамолекулярных структур на основе Рс и ряда биосовместимых ПАВ и перспективы их применения для фотодинамической терапии. Значительное внимание уделено краун-содержащим фтало- и металлофталоцианинам в организованных микрогетерогенных средах. Синергизм нековалентных взаимодействий таких, как комплексообразование ионов с краун-фрагментами (гость-хозяин), электростатические и гидрофобные взаимодействия, обеспечивает высокую селективность формирования мицелло-связан-ного мономера Рс в случае ряда анионных ПАВ, что позволяет рассматривать краун-содержащие фталоцианины с точки зрения их потенциальной применимости в фотодинамической терапии.

DOI: 10.7868/S0044185614020089

ВВЕДЕНИЕ

Благодаря комплексообразующим, электрофизическим, оптическим и другим свойствам, фталоцианины (Рс), металлофталоцианины (МРс) и их супрамолекулярные агрегаты находят применение в устройствах молекулярной электроники и химических сенсорах, в катализе, а также в медицине, в том числе, как сенсибилизаторы при фотодинамической терапии (ФДТ) онкологических заболеваний [1—5].

Начало исследований фтало- и металлофтало-цианинов в ФДТ относится к 1985 г [6, 7]. На основе Рс, благодаря их уникальным свойствам — интенсивному поглощению (е > 105 М-1 см-1) в красной и ближней ИК-областях электромагнитного спектра ("фототерапевтическом окне"), стабильности, нетоксичности и высоким фотохимическим эффектам - разрабатываются препараты,

* Метод ФДТ основан на использовании фотосенсибилизаторов, которые способны избирательно накапливаться в клетках опухоли и при облучении светом с длиной волны, соответствующей максимуму поглощения сенсибилизатора, генерировать свободные радикалы или синглетный кислород, оказывающие цитотоксический эффект на патологически измененные клетки.

которые относятся к фотосенсибилизаторам второго поколения [8, 9]. Активные формы кислорода, в том числе синглетный кислород (1О2) [10], генерируются с участием Рс, находящимися в растворе в мономерном состоянии. В настоящее время в качестве фотосенсибилизаторов также исследуются фуллерен и его производные, для которых характерно поглощение, хотя интенсивность его невысока, в видимом спектральном диапазоне, высокий выход триплетного состояния и способность генерировать 1О2 при облучении [10-12].

Агрегация в полярных средах и низкая растворимость в воде остаются основным ограничением использования фталоцианинов в медицине. Кроме того, поглощение Рс биологическими системами может способствовать их высоким локальным концентрациям и соответственно агрегации. Наличие агрегатов (особенно Н-типа [13]) приводит к безызлучательной релаксации энергии, уменьшая квантовый выход люминесценции и время жизни возбужденных состояний, и инги-бированию образования 1О2 и других реакцион-носпособных частиц, ответственных за гибель опухолевых клеток [14].

Одной из возможностей предотвращения агрегации Рс в водной среде является использование поверхностно-активных веществ (ПАВ) и создание с их участием необходимого микрогетерогенного, совместимого с биологической средой, окружения для Рс. Формирование нековалентных комплексов фотосенсибилизаторов с носителями — альбумином, лектинами, циклодекстринами, липопротеи-нами, липосомами, внутривенными иммуноглобулинами и полимерными мицеллами также служит целям ФДТ [15].

В данной работе проведен анализ исследований, в том числе с использованием ПАВ, по предотвращению тенденции фотосенсибилизаторов на основе Рс агрегировать в водной среде. При анализе организованных систем с участием фталоцианинов использованы преимущественно электронные спектры поглощения (ЭСП), в которых четко отражаются изменения в состоянии Рс, происходящие при введении заместителей, аксиальных лигандов, ионов щелочных металлов, ПАВ или варьировании полярности среды.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПАВ И МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЕ

Поверхностно-активные вещества — это большая группа соединений, различных по своей структуре и относящихся к разным классам веществ [16]. На рис. 1 представлены структурные формулы ряда низкомолекулярных (синтетических) ПАВ, липидов и компонентов полимерных мицелл.

Амфифильные молекулы ПАВ имеют в своем составе полярную и неполярную (углеводородную) части. Первая обладает высоким сродством к воде, тогда как вторая растворяется в органических средах. В тех случаях, когда средой является вода, используются термины "гидрофильность" и "гидрофобность". Липофильная часть представлена цепями алифатических углеводородов (фто-руглеводородов), арильными кольцами или другими малополярными органическими группами. Гидрофильность ионогенных ПАВ обеспечивают гидратированные сульфат, сульфонат, фосфонат, карбоксилат, ионы аммония и др. группы, тогда как в неионогенных ПАВ гидрофильную функцию несут оксиэтиленовые фрагменты и гидрок-сильные группы. Различное сродство к воде по-лиоксипропиленовой (более гидрофобной) и по-лиоксиэтиленовой (более гидрофильной) частей

молекулы придает плюроникам* (схема 1) в водном растворе свойства ПАВ, в том числе способность взаимодействовать с гидрофобными по-

верхностями и биологическими мембранами. Гидратированные группы [-О-СН2-СН2-]х отделяют гидрофобное ядро [-ОСН(СНз)СН2-]у от водного окружения. Ядро мицеллы на основе плюрони-ков может инкапсулировать до 20—30% вес. нерастворимого вещества [17].

*Плюроники или полоксамеры (проксалоны и эмуксолы в России) — торговые марки ряда полимерных соединений, представляющих собой блок-сополимеры полиоксиэтилена [-О-СН2-СН2-]Х и полиоксипропилена [-ОСН(СНз)СН2-]у.

Схема 1. Структурная формула плюроника.

Известно, что при повышении концентрации ПАВ переход системы из молекулярного состояния в мицеллярное происходит в достаточно узкой области, и многие свойства растворов претерпевают резко выраженные изменения [16, 18, 19]. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) представляет собой некоторую среднюю концентрацию области, в которой совершается этот переход. ККМ является одной из важнейших характеристик и определяется различными методами [18, 20—22], в том числе, спектрофотометрии, позволяющей также охарактеризовать состояние солюбилизата в мицеллах. Концентрация мицелл ст может быть рассчитана как ст = (с0 — ККМуЖ^, где ^щщ — среднее число молекул ПАВ, ассоциированных в одной мицелле. На величину ККМ поверхностно-активного вещества влияет природа солю-билизируемого соединения [23, 24]. В таблице 1 приведены характеристики водных растворов некоторых ПАВ.

Тритон Х100, плюроники, СгешорИог EL, моноолеат полиоксиэтилен-20-сорбитана (Твин-80) и др. относятся к неионогенным ПАВ. В зависимости от соотношения входящих в молекулу групп, значения ККМ блок-сополимеров [-О-СН2-СН2-], [-ОСН(СНз)СН2-у-О-СН2-СН2-]х для водных растворов лежат в интервале 2.0 х х 10-2—8.8 х 10-4 М [39]. В качестве биосовместимых ПАВ выступают водорастворимые полимеры — полиэтиленгликоль и его производные, плюроники, карбоксиметилцеллюлоза, биополимеры хитозан и пептиды. Синтезированы новые краун-содержащие гликолипиды, например, краун-лаурилглюкозид, и изучена их самоорганизация в водных растворах [40, 41]. Введение в молекулу ПАВ краун-эфирного фрагмента с его способностью к образованию комплексов гость-хозяин с ионами щелочных металлов в качестве гостя способствует появлению новых свойств у поверхностно-активного вещества.

© к

ы

к

о X

к

к л

я о и и ч X

м

о о н к

Поверхностно-фктивные вещества, липиды и компоненты полимерных мицелл

Анионные Катионные и амфолитные Неионогенные (высокомолекулярные соединения, необразующие ионов в водном растворе)

Додецилсульфат натрия (ДСН) Цетилтриметиламмония бромид (БЦТА) СН3СН3Н н н н н НзС 1 I I СН3СН3Н - н н н н ТритонХ100

Додецилбензосульфонат натрия (ДБСН) Дидодецилдиметиламмония бромид (ДДАБ) НО(СН2СН2О)20(СН2СН(СН3)О)70(СН2СН2О)20Н Плюроник 123

у) Ш038 О Бис-(2-этилгексил)сульфосукцинат натрия (АОТ) ц^^ОССО СН3 О 1*0 НзС-^ 0 Н3С Дифосфатидилхолин (лецитин) (°>Ло -Чон ч W + х + у + z = 20 Твин 80

ОеШ© ОНН3С/. / ^ ? сну^— о Г а}® Дезоксихолат натрия (ДХН) 1,2 -диолеоил - 3 -триметиламмоний-пропан (ДОТАП) Н2С-(ОСН2-СН2)„-ОСО-(СН2)7-СН = СН-СН2-СН-(СН2)5 —СНз | он НС-(ОСН2-СН2)„-ОСО —(СН2)7-СН = СН —СН2-СН-(СН2)5 —сн3 | он Н2С-(ОСН2-СН2)„-ОСО-(СН2)7-СН = СН-СН2-СН-(СН2)5 — СНз он СгеторЬог ЕЬ (С57Н104О9(СН2СН2О)в)

Дигексадецилфосфат (ДГДФ) 1,2-диолеоил-5й-глицеро-Зфосфоэтаноламин (ДОПЭ) сн2онГсн2он] сн2он Хитозан

е

н

о к

я

Я

Е

и

О ►и

53 я

О

И

>

Я Я

Е

X

3

о м

И

н

и

о

И

я я £

Рис. 1. Структурные формулы некоторых ПАВ, липидов и компонентов полимерных мицелл.

Таблица 1. Значения ККМ, Жа„„ и размеры мицелл для некоторых растворов ПАВ (25°С, вода)

ПАВ ККМЬ мМ ККМ2, мМ N agg Размеры мицелл

Rh, нмг Dh, нм д

ДБСН 1.48 [20] 6.90 28 [27] a 2.2 [27] 3 [30]в

1.63 7.36 51 [28] 2.0 [28] 82 [31]

1.2 [25] 7.72 60 [29] 2.5 [32]

2.8 [26]

ДСН 7.75 [22] 40.4 72 [28] 2.5 [34], 3.4 [35]

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.

Показать целиком