КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 24-73-10192

НазваниеНовые комбинированные фотоактивные соединения на основе комплексов фосфора(V) с тетрапиррольными лигандами для биофотоники

РуководительСафонова Евгения Александровна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2024 - 06.2027 

Конкурс№98 - Конкурс 2024 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые словафосфор, порфирин, фталоцианин, целевая доставка, синглетный кислород, ФДТ, фотосшивка, цитотоксичность

Код ГРНТИ31.17.00

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
На данный момент перед Россией встала масштабная задача развития современной индустрии здоровья человека. Борьба с социально-значимыми болезнями – онкологическими заболеваниями, бактериальными инфекциями, в том числе при заживлении ран и вторичном инфицировании – это вызов для науки на стыке химии, биологии и медицины. В настоящее время набирают обороты методы лечения, основанные на использовании светового излучения (биофотоника), которые включают в себя фотодинамическую терапию (ФДТ) опухолей и патоген-индуцированных заболеваний, а также регенеративные технологии, использующие in situ фотосшивку биосовместимых полимеров. Все эти методы основаны на использовании соединений, способных генерировать активные формы кислорода (АФК) под действием света, и для использования в биомедицине к таким соединениям предъявляется ряд требований: низкая темновая токсичность, высокое накопление в клетках и высокая световая токсичность (в случае ФДТ), низкое накопление и низкая токсичность (in situ фотосшивка). Важно, что фотоактивация таких соединений должна проходить в окне прозрачности биотканей (650-1300 нм). Особое место среди фотоактивных соединений занимают тетрапиррольные макроциклы, обладающие интенсивным поглощением в видимом и ближнем ИК диапазоне света и широким потенциалом к синтетической модификации, позволяющей тонко настраивать фотохимические и фотофизические свойства. Данный проект направлен на разработку универсальных подходов к получению «строительных блоков», которые позволят легко получать эффективные препараты с заданными свойствами как для фотодинамической терапии, так и для фотосшивки. Основой для таких универсальных синтетических платформ станут комплексы фосфора(V) с тетрапиррольными макроциклами – порфиринами и фталоцианинами. Введение фосфора(V) в макроциклы вызывает появление положительного заряда, что способствует увеличению растворимости получающихся комплексов в воде. Кроме того, это приводит к батохромному смещению максимумов поглощения, а также к высоким квантовым выходам генерации активных форм кислорода. Еще одним важным преимуществом комплексов фосфора(V) является возможность введения дополнительных функциональных фрагментов в качестве аксиальных лигандов. Для решения задач проекта будут использованы две различные стратегии. Первой из них станет оптимизация фотохимических свойств цитотоксичных в наномолярной концентрации порфиринатов фосфора(V) за счет связывания с апконвертирующими наночастицами, благодаря чему станет возможным возбуждение генерации АФК под действием света в ближнем ИК-диапазоне, обладающим хорошей проникающей способностью через биологические ткани. Второй путь решения заключается в создании новых универсальных синтетических платформ на основе фталоцианинатов фосфора(V), которые сами по себе обладают поглощением в ближнем ИК диапазоне, для дальнейшего введения различных функциональных фрагментов. Данный подход позволит создавать библиотеки фотоактивных соединений как для адресной доставки фотосенсибилизаторов в опухолевые либо патогенные клетки (высокое накопление, высокая токсичность), так и для получения соединений с низким накоплением в клетках и низкой токсичностью для фотосшивки. Таким образом, проект представляет собой масштабное мультидисциплинарное исследование, которое включает использование опыта и знаний специалистов в области химии и фотофизики порфиринов и фталоцианинов, а также биологии. Результаты исследования могут иметь прикладное значение для разработки новых эффективных препаратов для ФДТ и фотосшивки. Возможность выполнения заявленных задач обеспечена опытом научного коллектива проекта в синтезе и исследовании свойств тетрапирролов, наличием обширного парка оборудования и научно-технических контактов с коллективами, деятельность которых напрямую связана с задачами данного проекта.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта: 1. Будут разработаны подходы к получению конъюгатов на основе тетрафенил-порфирината и моно-пиридил-три-фенил-порфирината фосфора(V) с этоксильными аксиальными лигандами, ранее продемонстрировавшими наномолярную токсичность при облучении синим (450 нм) светом, с ап-конвертирующими наночастицами, способными превращать излучение ближнего инфракрасного диапазона в видимый свет. Ожидается, что полученные комплексы будут демонстрировать высокую световую токсичность при облучении в ближнем ИК диапазоне, находящемся в т.н. окне прозрачности биотканей (650 – 1300 нм), что позволит рассматривать такие конъюгаты как перспективные агенты для ФДТ. Будут получены данные о коллоидной стабильности, эффективности сорбции, фотохимических и фотофизических свойствах и цитотоксичности полученных конъюгатов. 2. Будут синтезированы новые комбинированные соединения на основе фталоцианинатов фосфора(V), способные к возбуждению под действием красного света (650-750 нм), также соответствующему окну прозрачности биотканей. Для этого будут разработаны универсальные платформы на основе ранее не описанных фталоцианинатов фосфора(V), содержащих два различных аксиальных лиганда, в которые в дальнейшем будут введены векторные группы методами «клик»-химии для повышения адресности доставки в опухолевую ткань. Будут получены данные о фотофизических и фотохимических свойствах полученных соединений в различных по кислотности средах, соответствующих различным компартментам клетки, а также об их темновой и световой токсичноcти in vitro. Будут сделаны выводы о механизме гибели клеток, а также о возможности использования полученных соединений для ФДТ. 3. Для комбинированных соединений, продемонстрировавших низкое накопление в клетках и низкую цитотоксичность, но способных к генерации большого количества АФК и/или свободных радикалов в ходе облучения, будут получены данные об активации процесса фотосшивки гидрогелей, а также выживаемости клеток в фотокомпозиции в ходе сшивки и сделаны выводы о возможности использования полученных соединений для нужд тканевой инженерии и регенеративной медицины. 4. По итогам работы будет опубликовано не менее 8 статей в высокорейтинговых профильных журналах. Наша научная группа на данный момент является одним из мировых лидеров в области тетрапиррольных комплексов фосфора(V) и занимается систематическим изучением данного класса соединений c 2016 года. Ранее полученные результаты нашей группы в этой области были опубликованы в ведущих профильных журналах, включая Journal of American Chemical Society, Inorganic Chemistry, Chemical Communications. Также в состав научного коллектива входят члены научной группы, занимающейся проблемами биофотоники на мировом уровне, что подтверждается наличием публикаций в высокорейтинговых журналах. Таким образом, большой опыт членов научного коллектива в области химии тетрапирролов и биофотоники позволит получить результаты, соответствующие мировому уровню исследований. Полученные результаты в дальнейшем могут быть использованы для создания фотоактивных препаратов для ФДТ и in situ фотосшивки.

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ