Синтез и изучение свойств циклических имидов в ряду бактериохлорофилла а

Одним из перспективных и быстро развивающихся методов диагностики и лечения злокачественных новообразований является фотодинамическая терапия рака. Метод фотодинамической терапии рака основан на введении в организм фотосенсибилизаторов, локализующихся преимущественно в опухоли, которые при световом возбуждении продуцируют цитотоксичные вещества, вызывающие гибель злокачественных клеток. Синтез фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии рака это актуальное и быстро развивающееся направление химии тетрапиррольных соединений. Поиск новых фотосенсибилизаторов ведется как среди синтетических соединений порфириновой природы, так и среди природных пигментов. Последние привлекают особое внимание, так как значительно быстрее выводятся из организма и подвергаются биодеградации, что существенно снижает побочные эффекты фотодинамической терапии. К настоящему времени большинство модификаций выполнено на производных хлорофилла а. Существенно медленнее развиваются исследования в области бактериохлорофилла а. Однако, спектральные свойства именно этого пигмента позволяют рассматривать его в качестве одного из перспективных источников для создания фотосенсибилизаторов нового поколения. Следует отметить, что лабильность соединений бактериохлоринового ряда ограничивает возможности использования последних в медицине. Настоящая работа направлена на разработку путей создания новых высокоэффективных фотосенсибилизаторов бактериохлоринового ряда, обладающих высокой стабильностью, поглощающих в ближней РЖ-области спектра с улучшенными фотофизическими свойствами.ш. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР Введение В последнее десятилетие у нас в стране и за рубежом, активно разрабатываются новые методы диагностики и консервативного лечения злокачественных новообразований. Среди них особое место занимают флуоресцентная диагностика (ФД) и фотодинамическая терапия рака (ФДТ), основанные на применении природных и синтетических фотосенсибилизаторов (ФС) [1−10], которые, благодаря особенностям химического строения, селективно накапливаются в опухолевой ткани [11−16]. При поглощении света определенной длины волны молекула ФС переходит в синглетное состояние, затем конвертируется в триплетное состояние и при взаимодействии с молекулой кислорода переводит его в активную форму, которая в свою очередь инициирует свободнорадикальные процессы с образованием активных радикальных соединений, вызывающих гибель опухолевых клеток [17−20]. Описанные процессы в совокупности обуславливают эффект ФДТ. Метод ФД основан на способности ФС флуоресцировать под действием света определенной длины волны и, таким образом, являться маркером злокачественной клетки [21−28]. В настоящее время методы ФД и ФДТ успешно применяются в мировой практике в клинической онкологии на ранних стадиях рака, при поверхностных новообразованиях и предраковых патологических состояниях [29−35]. Первая группа препаратов, разрешенных к клиническому применению, основана на производных гематопорфирина: Фотофрин 1, Фотофрин 2 (США) [36−38], Фотосан (Германия) и первый отечественный ФС Фотогем [39−41]. Однако указанные препараты имеют ряд недостатков, таких как неоднородный химический состав, низкая селективность накопления в опухоли, выраженная кожная токсичность, высокая стоимость. Одним из существенных недостатков является низкое поглощение в длинноволновой области спектра, наиболее проницаемой для света (рис. 1).Проникновение в ткани, мм 10 а f У X б 4/ 2- 1 400 1 500 1 600 1 1 700 им 800 Бшафнохлорнны t 1 Порфирнны Хлорины Рис, 1. Проницаемость света через ткани. Это обуславливает низкую эффективность воздействия на глубоко лежащие ткани и опухоли большого размера [42]. СП (0Н)СНз СН (ОН)СНз СОгН COjH Гематопорфирин в связи с этим актуальной задачей является создание новых эффективных опухолетропных ФС, лишенных вышеназванных недостатков.3.1. Общие подходы к разработке фотосенсибилизаторов для ФДТ рака Специфика функционирования терапевтических ФС, а именно, взаимодействие с биологическими тканями и клетками в многоклеточном организме обусловливает целый комплекс особых требований к ним. Многолетние и масштабные исследования в области ФД и ФДТ позволили сформулировать основные требования, предъявляемые к идеальному ФС: сильное поглощение в спектральном диапазоне, где биологические ткани имеют наибольшее пропускание (красный и ближний ИК диапазоны) — интенсивный максимум (или максимумы) в спектре возбуждениявысокий квантовый выход триплетного состояния с энергией не менее 94 кДж/моль для эффективного образования синглетного кислородапостоянный химический составустойчивость при хранении, а также введенного в организм препаратавысокая селективность накопления в опухолях по сравнению с окружающими нормальными тканямислабое накопление в кожесравнительно быстрое выведение из организманизкая токсичность, включая нейротоксичность и фототоксичность кожи [43−47]. В настоящее время в различных лабораториях мира разрабатываются новые ФС, обладающие большинством из вышеперечисленных свойств. Очевидно, что спектральные характеристики далеко не единственные критерии, определяющие эффективность тех или иных ФС, однако именно они используются для отнесения известных ФС к следующим трем группам: 1) порфирины и их аналоги с терапевтическим окном поглощения в области 620−650 нм- 2) природные и синтетические хлорины, фталоцианины и другие соединения с интенсивным поглощением в интервале 660−750 нм [48, 49]- 3) бактериохлорофиллы, нафталоцианины и иные красители, интенсивно поглощающие в области 760−900 нм [50−53]. В настоящем литературном обзоре рассмотрены методы синтеза и химическая модификация ФС на основе представителей двух последних групп: хлоринов и бактериохлоринов, как наиболее перспективных для ФДТ классов соединений, поглощающих в ближнем ИК-диапазоне спектра [54−56]. 3.2. Новые ФС хлоринового и бактериохлоринового рядов Как известно, хлорофиллы выполняют функцию переноса электронов в растительных организмах и у бактерий. Их производные обладают оптимальными свойствами для использования в качестве фотодинамических агентов интенсивно поглощают в длинноволновой области спектра (650 700 нм) и характеризуются низкой темновой токсичностью [57−59]. В настоящее время производные хлорина Сб находятся на различных стадиях клинических испытаний [60−63]. Так, водорастворимый N аспартилхлорин ев (препараты NPe6, MACE), поглощающий при 664 нм с молярным коэффициентом поглощения около 25 000, является одним из первых ФС, предложенньпс как альтернатива Фотофрину 2 [3638]. Близким химическим аналогом хлорина е является хлорин рв, который также оценивается как перспективный агент для ФДТ [64−66]. н, С COjH COjH СО н, е СОгН Хлорин е Хлорин/- luc CO2II CO2H HO2C tOjH MACE Синтетический хлорин 5,10,15,20 тетракис (л/ гидроксифенил) хлорин (темопорфин, т ТНРС, Фоскан) имеет удовлетворительные фотофизические параметры (квантовый выход синглетного кислорода 0.43), обладает низкой темповой токсичностью (LDso 3 мг/кг) и не мутагенен [67−70]. .он но. он, но Темопорфин (т ТНРС) Производные бензопорфирина с максимумом поглощения при 690 нм (s 33 000) являются синтетическими аналогами хлорина. Эти соединения нерастворимы в воде и используются в виде липосомальных композиций или масляных эмульсий. Завершаются клинические испытания одного из этих соединений BPD-MA (бензопорфирин монокислота, кольцо А).НЗС02С HjCGjC? СО2Н СО2Н Беиюпорфирин монокислота, кольцо, А Достаточно эффективными фотосенсибилизаторами с низкой кожной токсичностью показали себя феофорбиды производные хлорофилла, не содержащие металла и остатка фитола в положении 17 макроцикла. COjH R СО2СН3 феофорбид, а R Н пирофеофорбид, а Другим не менее перспективным классом ФС природного происхождения являются производные бактериохлорофилла а, для которых характерно дальнейшее смещение длинноволновой полосы поглощения в красную область. Природные бактериохлорины имеют интенсивную полосу поглощения в области 770 нм и обладают высокой фотодинамической активностью. Известно использование в качестве потенциальных ФС Pd-комплексов бактериофеофорбида и бактериохлорина, а также их эфиров [71−76]. Эти производные бактериохлорофилла, а показали высокую активность как в экспериментах in vivo для диагностики и терапии злокачественных опухолей, так и in vitro для фотодинамического повреждения вирусов и микроорганизмов. н, С COjH CO2CH3 Pd комплекс бактериофеофорбида a Проблемой здесь является поиск устойчивых при хранении производных бактериохлорина рб, поскольку при гидрировании порфиринового кольца одновременно со спектральным смещением уменьшается стабильность молекулы в реакциях окисления. сн н, с COjH СОгН СО2Н Бактериохлорин Хлорины бактериохлорины имеют четыре основных типа спектров, представленных на рисунке 2. При переходе к бактериохлоринам полоса Q в спектрах поглощения смещается в длинноволновую область, что способствует увеличению глубины проникновения возбуждающего света в ткани [77−80]. В Хлориновый тип 400 660 Пурпуриновый тип J1 500 700 Бактериохлориновьш тип I В Б актериопурпуриновый тип 770 S1S Рис. 2. Спектры поглощения соединений хлорипового и бактериохлоринового рядов. Таким образом, при разработке путей синтеза новых ФС хлоринового и бактериохлоринового рядов, как правило, решаются две основные задачи, включающие создание более стабильных производных с улучшенными фотофизическими и спектральными свойствами и повышение общей гидрофильности ФС, что улучшает их растворимость в водных растворах и способствует накоплению в опухоли. 3.3. Синтез устойчивых производных хлоринов и бактериохлоринов Включение в хлориновый макроцикл ангидридного цикла приводит к повышению устойчивости соединения, а также к улучшению спектральных характеристик (Лтах 700 нм и 818 нм для пурпурина 18 и бактериопурпурина, соответственно) (рис. 3), однако в щелочных средах ангидридный цикл способен раскрываться с образованием хлорина рб или бактериохлорина/?б. Описанный в литературе способ стабилизации ангидридного цикла включает замену атома кислорода на атом азота, приводящую к получению стабильных циклоимидов как в хлориновом, так и в бактериохлориновом рядах [81−83]. i-iС, Н 2П5 I I" ! НзС н, с СОгН COjH Пурпурин 18 Бактериопурпурин Рис. 3. Структуры пурпурина 18 и бактериопурпурина. Подобная модификация включает взаимодействие пурпурина 18 и бактериопурпурина с различными аминами и последующую циклизацию образующихся моноамидов [84−86]. внутримолекулярную.

1. Разработан способ получения циклических имидов бактериохлоринового ряда.2. Получен ряд новых производных циклоимидов бактериохлоринового ряда, обладающих повышенной стабильностью, поглощающих в ближней ИК-области спеюра с упучшенными фотофизическими свойствам^!.3. Разработан метод получения катионных фотосенсибилизаторов бактериохлоринового типа, обладающих высокой антимикробной активностью.4. Изучены фотодинамические свойства циклоимидов бактериохлоринового ряда.