УДК 541.18
ВОДОРАСТВОРИМЫЙ ТИОЛИРОВАННЫЙ ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ ФТАЛОЦИАНИНА ЦИНКА И ЕГО КОНЪЮГАТЫ С НАНОЧАСТИЦАМИ ЗОЛОТА: СИНТЕЗ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА
© 2014 г. О. В. Дементьева*, М. М. Виноградова*, **, Е. А. Лукьянец***, Л. И. Соловьева***,
В. А. Огарев*, В. М. Рудой*
*Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН 119071 Москва, Ленинский проспект, 31 E-mail: dema_ol@mail.ru **Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Высший химический колледж РАН 125047Москва, Миусская пл., 9 ***Государственный научный центр "Научно-исследовательский институт органических полупродуктов и красителей", 123995 Москва, ул. Большая Садовая, 1/4 Поступила в редакцию 10.02.2014 г.
Синтезирован и охарактеризован новый фотосенсибилизатор — моноконъюгат окта-4,5-карбок-сифталоцианина цинка с L-цистеином, достаточно хорошо растворимый в фосфатном буфере. Исследована хемосорбция молекул этого соединения на поверхности наночастиц золота разного размера. Проведен сравнительный анализ спектральных характеристик синтезированных конъюгатов наночастиц Au и фотосенсибилизатора, и установлено, что привитый на наночастицы золота фотосенсибилизатор характеризуется достаточно интенсивной флуоресценцией. Это открывает перспективы использования таких конъюгатов в фотодинамической терапии опухолей.
Б01: 10.7868/80023291214050061
ВВЕДЕНИЕ
Наночастицы (НЧ) благородных металлов (в первую очередь, золота) находят применение при решении целого ряда прикладных задач. В частности, они могут быть использованы в качестве катализаторов, активных элементов био- и хемо-сенсоров, средств диагностики и/или терапии различных заболеваний, а также для направленной доставки лекарств [1—7].
Как свидетельствует анализ литературных данных, одним из наиболее перспективных направлений является использование наноча-стиц Аи именно как носителей лекарственных препаратов [2, 5—7]. В первую очередь это обусловлено относительной биологической инертностью (низкой токсичностью) НЧ золота и возможностью управлять их распределением в организме за счет прививки на поверхность частиц биологически активных молекул или путем изменения их размера или формы. Такая возможность позволяет обеспечить селективное накопление НЧ, несущих то или иное функциональное соединение, в целевом органе или ткани по механизму активной [1, 2, 5, 7] или пассивной [8, 9] адресной
доставки. Это принципиально важно для целого ряда лекарственных препаратов, в частности, фотосенсибилизаторов (ФС) — соединений, способных под действием светового излучения индуцировать образование синглетного кислорода и пе-роксидных радикалов и использующихся при фотодинамической терапии опухолей и некоторых других заболеваний [10, 11]. Многие из этих соединений плохо растворимы в воде и характеризуются низким коэффициентом селективности, что затрудняет их практическое использование. Закрепление молекул ФС на поверхности НЧ золота может способствовать решению не только этой задачи, но в определенных условиях привести и к улучшению свойств самого препарата (т.е. к усилению его флуоресценции [12] или повышению квантового выхода синглетного кислорода [12, 13]). По мнению авторов [13], одной из причин этого эффекта является усиление электромагнитного поля вблизи НЧ, характеризующейся наличием локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР).
Обеспечить закрепление молекул ФС на поверхности НЧ можно путем физической адсорбции [12, 14—17] или солюбилизации в слое хемо-
сорбированного на частицах полимера [17—19]. Следует, однако, учитывать, что при внутривенном введении образующихся при этом наноструктур должна иметь место достаточно быстрая десорбция значительной части препарата с поверхности частиц.
Более перспективным, очевидно, является подход, основанный на ковалентном связывании ("конъюгировании") молекул ФС с НЧ золота за счет образования связей S—Au [18, 20—25]. Отметим, что во всех указанных работах речь идет о гидрофобных (т.е. практически нерастворимых в воде) соединениях. Как следствие, в большинстве случаев необходимы были дополнительные усилия для обеспечения растворимости полученных конъюгатов в воде, что является необходимым условием использования таких структур в экспериментах in vivo. В частности, авторы [23, 24] для решения этой задачи одновременно с октаалкил-замещенным фталоцианином цинка прививали на поверхность НЧ золота водорастворимый полимер — а-меркапто-ю-карбоксиполиэтиленгли-коль, выступающий в качестве своеобразного фазового переносчика.
Цель данной работы — синтез водорастворимого фотосенсибилизатора — моно[Ы-(1-карбок-симетил-1 -меркаптометил) метил] имида окта-4,5-карбоксифталоцианина цинка (МОКФЦ) и его конъюгатов с НЧ золота разного размера, а также исследование их спектральных характеристик.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Материалы и методы
В экспериментах использовали следующие вещества: золотохлористоводородную кислоту (HAuCl4), цитрат натрия, борогидрид натрия, водные растворы гидроксида натрия (1 М), гид-роксида аммония (28 мас. %) и хлорида тетракис-гидроксиметилфосфония (80 мас. %) (все реагенты марки ACS Reagent, Aldrich, Германия), тиоли-рованный по одному концу молекулы полиэти-ленгликоль (ПЭГ) со средневесовой молекулярной массой Mw = 2000 и Mw/Mn = 1.02 (Polymer Source, Канада), диметилсульфоксид (ДМСО, "х.ч.", ООО Компонент-Реактив).
Все растворы готовили на дистиллированной воде, дополнительно деионизованной на установке Arium 611 (Sartorius, Германия) и имеющей удельную электропроводность не более 0.056 мкСм/см.
Значения pH полученных коллоидных растворов измеряли иономером И-500 (НПКФ Аквилон, Россия).
Осаждение НЧ осуществляли с помощью центрифуги 320R (Hettich, Германия). При этом в случае частиц размером 2 и 5 нм дополнительно использовали центрифужные концентраторы
Amicon Ultra-4. Редиспергирование частиц проводили с помощью ультразвуковой ванны "Сапфир" или ультразвукового диспергатора IKA-T10 Basic (IKA-Werke, Германия).
Размеры НЧ определяли в просвечивающем электронном микроскопе высокого разрешения (ПЭМВР) LEO-912 AB Omega (K. Zeiss, Германия). В ряде случаев использовали также спектрометр динамического рассеяния света (ДРС) Zeta-sizer Nano ZS (Malvern, Великобритания).
Спектры поглощения коллоидных растворов в диапазоне длин волн от 300 до 1100 нм регистрировали с помощью двухлучевого сканирующего спектрофотометра Evolution 300 (Thermo Scientific, США). При этом использовали кюветы с длиной оптического пути 2 и 10 мм, в луч сравнения помещали кювету с дистиллированной водой или ДМСО.
Спектры флуоресценции растворов МОКФЦ разной концентрации и дисперсий его конъюга-тов с НЧ золота регистрировали с помощью спек-трофлуориметра Cary Eclipse (Varian, США); источником возбуждающего излучения служила ксеноновая лампа. Квантовый выход флуоресценции (Ф) исследуемых дисперсий измеряли относительно стандарта — раствора незамещенного фталоцианина цинка в ДМСО (Ф = 0.20) [26]. В ряде случаев использовали также спектрофлуори-метр RF 5301 PC (Shimadzu, Япония).
Синтез конъюгатов окта-4,5-
карбоксифталоцианина цинка с L-цистеином
Моно[К-(1-карбоксиметил-1-меркаптометил)ме-тил]имид окта-4,5-карбоксифталоцианина цинка (I).
Смесь 0.42 г тетраангидрида окта-4,5-карбоксиф-талоцианина цинка [27], 42 мл N-метилпирроли-дона и 0.06 г цистеина перемешивали в течение 8 ч при температуре от 150 до 155°C в токе азота. Фталоцианиновый комплекс осаждали смесью петролейного эфира и бензола в объемном соотношении 4 : 1. Суспензию фильтровали, осадок на фильтре промывали бензолом, горячей водой, затем очищали горячей экстракцией примесей хлороформом, дополнительной промывкой ацетоном, кипятили 6 ч с дистиллированной водой для полного гидролиза ангидридных групп, суспензию фильтровали. Осадок сушили при температуре от 100 до 110°C, получили с выходом более 90% соединение I (рис. 1).
ИК-спектр (KBr), v, см-1: 1437 (-S-CH2), 1707, 1769 (С=О имид), 2581 сл. (-S-H), 2942 (СН2), 3231, 3253, 3398 (ОН).
Электронный спектр поглощения, ^max, нм (фосфатный буфер, pH 8): 686, 657, 354 (относительная интенсивность 0.91 : 0.78 : 1).
По данным элементного анализа найдено, %: C 50.98, 51.03; H 2.06, 2.10; N 12.63, 12.52; S 3.19,
3.27. Вычислено для С4зН19^201682п, %: С 50.87; Н 1.89; N 12.42; 8 3.16.
Добавлением к суспензии I в дистиллированной воде разбавленного водного раствора едкого натра при перемешивании до величины рН 8.5 с последующим фильтрованием полученного раствора от механических примесей и упариванием фильтрата досуха на роторном испарителе в вакууме (30 мм рт. ст.) с количественным выходом получена соответствующая натриевая соль (II).
Электронный спектр поглощения, ^тах, нм (вода): 682, 655, 355 (относительная интенсивность 0.88 : 0.84 : 1); (фосфатный буфер, рН 8): 686, 655, 354 (относительная интенсивность 0.87 : 0.79 : 1).
Три^-(1-карбоксиметил-1-меркаптометил)ме-тил]имид окта-4,5-карбоксифталоцианина цинка (III).
Аналогично из 0.35 г тетраангидрида и 0.5 г цистеи-на в 35 мл ^метилпирролидона при взаимодействии в течение 15 ч получили соединение III с выходом 94%.
Электронный спектр поглощения, ^тах, нм (диметилформамид): 685 пл., 658, 362 (относительная интенсивность 1.06 : 1.41 : 1); (0.05%-ный водный раствор едкого натра): 658, 358 (относительная интенсивность 1.21 : 1).
Найдено, %: С 49.21, Н 2.32, N 13.21, 8 7.88, 49.24; 2.38; 13.43; 7.71
Для С43Н25^101683/П
вычислено, %: С 49.64; Н 2.13; N 13.00; 8 8.11.
Синтез конъюгатов МОКФЦ с наночастицами золота разного размера
В экспериментах использовали три гидрозоля золота с частицами разного размера, полученные по классическим методикам с использованием в качестве восстановителя цитрата натрия [28], бо-рогидрида натрия [29] или хлорида тетракис-гид-роксиметилфосфония [30]. По окончании синтеза НЧ золота были осаждены центрифугированием в течение 1 ч при скорости вращения ротора 14000 об./мин (для НЧ диаметром 15 нм) или 5000 об./мин (для НЧ диаметром 5 и 2 нм), а затем редиспергированы в фосфатном буфере с рН 7.2. При этом для более полного осаждения НЧ диаметро
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.