Синтетический дизайн конъюгатов карбоцианиновых красителей c ПСМА-селективными лигандами с целью создания диагностического инструмента для визуализации опухолевых тканей предстательной железы

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 проекта 23-23-00297

НазваниеСинтетический дизайн конъюгатов карбоцианиновых красителей c ПСМА-селективными лигандами с целью создания диагностического инструмента для визуализации опухолевых тканей предстательной железы

Руководитель Успенская Анастасия Алексеевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени M.В.Ломоносова» , г Москва

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности

Ключевые слова ПСМА, простатический специфический мембранный антиген, пептидный синтез, твердофазный синтез, рак, карбоцианины, флуоресцентные метки

Код ГРНТИ31.23.27

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Хирургическая резекция злокачественных новообразований является одним из эффективных способов борьбы с раком предстательной железы – одним из лидирующих типов рака среди мужчин. Эффективность интраоперационной диагностики в данном случае имеет принципиальное значение, так как в противном случае может остаться часть опухолевых тканей, что может привести к рецидиву. Визуализация опухоли осуществляется с помощью флуоресцентных красителей, конъюгированных с селективно направленной на белок-мишень молекулой. В случае рака предстательной железы (РПЖ) белком-мишенью выступает простатический специфический мембранный антиген (ПСМА). Широкое применение в качестве вектор-направленных молекул ПСМА получили низкомолекулярные ингибиторы на основе мочевины. Введение в структуру линкера конъюгатов ПСМА дипептидов положительно сказывается на биологической активности всей молекулы. Опираясь, на ранее проведенные исследования в качестве основы векторной системы будет взят лиганд-ингибитор ПСМА с дипептидной структурой на основе фенилаланина и тирозина. На их основе разрабатываются конъюгаты с такими флуоресцентными красителями как 800CW, ICG, Cy7, Cy5.5 и др. Стоит отметить, что ICG (индоцианиновый зеленый) – одобрен FDA и используется в клинической практике во многих областях. Однако, недостатком проведенных работ является то, что отсутствует систематика в выборе используемых флуоресцентных меток, а получаемые конъюгаты не всегда показывают высокое сродство к ПСМА. Проект направлен на исследование соотношения структура-активность между введением тех или иных функциональных групп в структуру карбоцианинов и сродством к ПСМА. Это поможет облегчить выбор флуоресцентных красителей при создании новых флуоресцентных конъюгатов ПСМА для гистологических наборов и средств интраоперационной визуализации. Стоит также отметить, что коммерчески доступных зарегистрированных диагностических конъюгатов с карбоцианинами против РПЖ в России нет, что является существенным пробелом.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Анастасия Алексеевна Успенская, Павел Алексеевич Красников, Елена Кимовна Белоглазкина, Алексей Эдуардович Мачулкин Fluorescent Conjugates Based on Prostate-Specific Membrane Antigen Ligands as an Effective Visualization Tool for Prostate Cancer Biochemistry (Moscow), Biochemistry (Moscow), 2023, Vol. 88, No. 7, pp. 953-967 (год публикации - 2023)
10.1134/S0006297923070088

2. Успенская А.А., Дорошенко И.А., Поповичева К.А., Шмычков Н.В., Пряхина Е. В., Шафиков Р.Р., Скворцов Д.А., Беклемишев М.К., Заборова О.В., Подругина Т.А., Мачулкин А.Э., Белоглазкина Е.К. Pentamethine cyanine dyes with alkynyl group as perspective structure for conjugation with targeting moiety Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, Bioorg. Med. Chem. Lett. 115 (2025) 130025 (год публикации - 2025)
10.1016/j.bmcl.2024.130025

3. Успенская А.А., Дорошенко И.А., Поповичева К.А., Шмычков Н.В., Левина И.И., Беклемишев М.К., Ташлицкий В.Н., Подругина Т.А., Мачулкин А.Э., Белоглазкина Е.К. Fluorescent conjugates with aminocyanine dyes: synthetic approaches and photochemical properties Mendeleev Communications (год публикации - 2024)

4. Успенская А.А., Поповичева К.А., Зык Н.Ю., Скворцов Д.А., Шафиков Р.Р., Шмычков Н.В., Дорошенко И.А., Мачулкин А.Э. СИНТЕЗ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ КОНЪЮГАТОВ НА ОСНОВЕ ЛИГАНДОВ ПРОСТАТИЧЕСКОГО СПЕЦИФИЧЕСКОГО МЕМБРАННОГО АНТИГЕНА "Авторы научных статей" ООО "Адмирал принт" (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
За отчетный период была расширена серия из карбоцианиновых красителей с различной комбинацией липофильных и гидрофильных заместителей, симметричной и несимметричной структурами для исследования их влияния на свойства конъюгатов. Были синтезированы и наработаны флуорофоры с алкинильными функциями для ковалентного связывания с лигандами с помощью метода азид-алкинового циклоприсоединение. Были получены 4 трикарбоцианиновых красителя и 2 пентаметиновых несимметричных флуорофора, содержащие в своей структуре разные гетероциклические фрагменты: бензотиазольные, индолениниевые и бензиндолениниевые. Были наработаны лиганды, селективные к простатическому специфическому мембранному антигену (ПСМА) для последующего конъюгирования, в основном для реакции азид-алкинового циклоприсоединения. Проведено получение 7 конъюгатов путем реакции азид-алкинового циклоприсоединения, все соединения были очищены методом обращенно-фазовой хроматографии. Все новые соединения были описаны основными методами физико-химического анализа. Были исследованы фотофизические свойства как флуорофоров, так и конъюгатов на их основе. Было показано, что введение в структуру триазольного кольца в непосредственной близости от пентаметинового красителя в заместителе у кватернизированного атома азота или флуорофора на основе BODIPY не влияет на фотофизические свойства флуорофоров и конъюгатов, на их основе, сохраняя свои характеристики. Было показано, что наличие пропаргиламина в структуре трикарбоцианина увеличивает квантовый выход флуоресценции, а введение лиганда увеличило показатель квантового выхода флуоресценции более чем в 20 раз. Краситель на основе BODIPY и его конъюгат показали, что квантовый выход флуоресценции увеличивается в 10 раз по сравнению с пентаметиновыми и гептаметиновыми флуорофорами и конъюгатами на их основе. Было проведено исследование растворимости для серии из 5 конъюгатов и 5 флуорофоров. Установлена зависимость растворимости от структуры флуоресцентного красителя, которая заключается в том, что введение сульфонатных групп целесообразно в случае, если необходимо повысить гидрофильность конъюгата и наоборот, их полное отсутствие приводит к увеличению липофильности конъюгата. При этом стоит отметить, что варьирование свойств липофильности достигается изменением в структуре флуоресцентного красителя, при том, что часть молекулы, отвечающая за связывание с целевым белком, остается неизменной. Получены конъюгаты обладающие как более гидрофильными свойствами, так и более липофильными. Были проведены исследования in vitro для серии полученных конъюгатов. В результате проделанной работы 5 селективных к ПСМА конъюгатов показали высокую селективность и установлено соотношение структура-активность: наличие сульфонатных групп положительно сказывается на селективности конъюгата к целевому белку, а их полное отсутствие увеличивает липофильность конъюгата и уменьшает его накопление. Тем не менее, более липофильные конъюгаты также показывают высокую избирательность к простатическому специфическому мембранному антигену. Для одного из конъюгатов было проведено исследование размера наночастиц с целью установить влияют ли амфифильные свойства молекулы на протекание проточной цитофлуориметрии. Установлено, что образование наночастиц незначительно, и на проведение исследований in vitro не влияет. Ссылка на проект на сайте системе ИСТИНА: https://istina.msu.ru/projects/536591029/

Публикации

Возможность практического использования результатов
Разработка новых потенциальных визуализирующих средств для флуоресцентной диагностики злокачественных новообразований предстательной железы такими методами как гистологические исследования и интраоперационная хирургия являются актуальной задачей для лечения и диагностики рака предстательной железы (РПЖ). Полученные в результате проекта адресно направленные красители являются отечественной разработкой, которая может быть запатентована. Также полученные конъюгаты с хромофором BODIPY могут быть применены в области фотодинамической терапии, что также требует дополнительного изучения. В дальнейшем структуры показывающие наилучшие показатели целесообразно направить на дополнительные исследования in vitro и in vivo, с дальнейшей перспективой на доклинические испытания. Учитывая предыдущие разработки по данной теме и результаты исследований токсичности лигандов направленных на ПСМА на основе мочевины, а также исследования в области флуоресцентных красителей и взяв во внимание результаты полученные в рамках данного проекта можно говорить о том, что данные структуры эффективны, безопасны, обладают хорошими спектральными показателями, и могут пополнить инструментарий современной отечественной медицины в рамках диагностики и лечения рака предстательной железы.