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 23-23-00575
НазваниеКарбонильные производные артемизинина – строительные блоки в синтезе новых биологически активных конъюгатов с аминами
Руководитель Пухов Сергей Александрович, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук , Московская обл
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 артемизинин, карбонильные соединения, фотохимия, реакция функционализации алканов, основания Шиффа, аминоконъюгаты, цитотоксичность
Код ГРНТИ31.23.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Артемизинин – сесквитерпеновый лактон, выделенный из надземной части полыни однолетней Artemisia annua L. в 70-х годах XX века. Химия артемизинина активно исследуется и на основе его производных разрабатываются и внедряются эффективные лекарственные средства для лечения малярии. За последние два десятилетия интерес к химии артемизинина возрос в результате исследования биологической активности его производных. Были проведены многочисленные in vitro и in vivo исследования, продемонстрировавшие противопаразитарное, противоопухолевое и противовирусное действие производных артемизинина
Предлагаемый проект направлен на исследование неизвестных ранее химических реакций артемизинина, приводящих к его карбонильным производным, которые могут быть использованы для конструирования новых конъюгатов с аминами. Актуальность развития рациональных путей синтеза сложных молекул с новыми свойствами несомненна, так как расширяет горизонты современной органической химии, и в нашем случае заключается в разработке новых реакций с участием артемизинина как строительного блока для получения новых соединений с ценными свойствами. При синтезе производных артемизинина исследователи обычно стараются сохранить в неизменном виде скелет этого терпеноида. Мы, в свою очередь, предлагаем использовать деградацию артемизинина как источник новых молекул, представляющих собой привлекательные строительные блоки с наличием сразу нескольких хиральных атомов и функциональных групп для последующей модификации. При деградации артемизинина в различных условиях происходит утрата одного или нескольких циклов, которая сопровождается потерей атомов в углеродном скелете и образованием карбонильных групп. Научный коллектив проекта будет использовать неописанные ранее карбонильные продукты деградации артемизинина в качестве строительных блоков для реакции сочетания с первичными аминами по типу реакции образования оснований Шиффа с восстановлением до вторичных аминов. В ходе выполнения проекта предусмотрен синтез нескольких серий конъюгатов карбонилов с аминами, каждая из которых будет представлять продукты сочетания одного из карбонильных производных артемизинина с рядом аминов. Исследование цитотоксичности новых карбонильных производных артемизинина и их аминоконъюгатов в отношении различных клеточных линий млекопитающих позволит позиционировать их в качестве биологически активных веществ – потенциальных лекарственных препаратов.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Разработан быстрый и удобный способ восстановления эндопероксидной группы в молекуле артемизинина (ART). В эту реакцию вступают как артемизинин, так его производные (дигидроартемизинин (DHA), например). За 1 ч достигается полная конверсия субстрата, найдены удобные условия разделения реакции и очистки продукта.
2. Получены следующие производные DHA: O-этиловые эфиры DHA (артеэтер-α, -β), O-метиловые эфиры дезокси-DHA (дезокси артеметер-α, -β), ангидро-DHA (содержит еноловый эфир вместо лактонного цикла), дезокси-DHA (содержит эпоксидный мостик вместо пероксидного), бороновый эфир DHA.
3. Получены вещества с норкадинановым скелетом, образующиеся в результате перестройки углеродного скелета после обработки ART серной кислотой. Продукты представляют собой лактоны, карбоновые кислоты и их эфиры.
4. Уточнены условия проведения реакции и постреакционной обработки при образовании гидроперекисей из алкенов и “темновым” синглетным кислородом в препаративных масштабах. При переходе с малых масштабов (0,5 г субстрата) на препаративные масштабы (10 г субстрата) возникали непредвиденные побочные реакции в виде разложения гидроперекисей из такого чувствительного субстрата как ангидро-DHA (еноловый эфир, аналог ART). Обнаружено, что такая чувствительная к условиям среды гидроперекись при масштабировании реакции разлагается, в том числе приводя к пероксилактону (продукт раскрытия кислородных циклов и рециклизации), кетонам, артемизитену (AMT) и веществам неустановленного строения. Нелетучий продукт реакции, образующийся в значительных количествах, был идентифицирован как диметил-сульфон – продукт взаимодействия ДМСО с синглетным кислородом. Также предложен способ его предварительного отделения перед очисткой кристаллизацией.
5. Из артемизинина получены в препаративных количествах чистые субстраты карбонильной природы для реакций восстановительного аминирования, на основе которых возможно получение аминопроизводных широко ряда.
6. Для того, чтобы оценить вклад лактонного и эндопероксидного циклов в структуре артемизинина был определен индекс ИК50 исследуемых соединений на клеточных линиях HeLa, A549, SH-SY5Y и HEK-293. AMT и DHA ожидаемо оказались самыми токсичными в ряду исследуемых соединений с ИК50 в диапазоне 0.6-26 мкМ для панели клеточных линий. Артеэтер-α, -β, в которых сохранен эндопероксидный фрагмент, также обладают умеренной токсичностью по отношению к исследуемым клеточным линиям.
Артемизинин, в первую очередь, интересен в качестве стартовой молекулы при получении активных производных. Взаимосвязь структура-активность можно оценивать на примере проявления противомалярийной активности.
В результате выполнения эксперимента для всех веществ определен индекс ИК50 по отношению к клеточным линиям HeLa, A549, SH-SY5Y и HEK-293, что позволит сравнить активность исходных соединений с таковой для синтезированных аминопроизводных и выяснить целесообразность такого подхода.
7. Оценка антиоксидантной активности была проведена для наиболее активных соединений при помощи модели окислительного стресса, вызванного железо-аскорбатным методом. Количество малонового диальдегида определяли по его реакции с тиобарбитуровой кислотой. Было установлено, что все протестированные соединения (артемизинин, дигидроартемизинин, ангидродигидроартемизинин и артемизитен) не проявляют антиоксидантных свойств в концентрации 1 мкМ. Более того, артемизинин и ангидродигидроартемизинин превосходят токсичные в экспериментах по оценке показателя ИК50 дигидроартемизинин и артемизитен, показывая выраженный прооксидантный эффект.
Артемизинин незначительно, но снижает уровень АТФ в клетках при концентрациях 1-200 мкМ. Аналогичная картина наблюдается для дигидроартемизинина, тогда как артемизитен практически полностью подавляет энергетический баланс клеток, начиная с 10 мкМ.
Информация о проекте представлена на странице лаборатории и доступна по ссылке https://ipac.ac.ru/kl0.html.
Публикации
1. Семаков А.В. Low molecular weight modifications of anthracycline antibiotics. Part I. Reactions by amino group Reviews and Advances in Chemistry (год публикации - 2024)
2. Семаков А.В., Пухов С.А. Low molecular wetght modifications of anthracycltne antibiotics. Part II. Reactions to other groups Reviews and Advances in Chemistry (год публикации - 2024)
3. Семаков А.В., Афанасьева С.В., Пухов С.А. Химические превращения артемизинина ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК. СЕРИЯ ХИМИЧЕСКАЯ (год публикации - 2025)