Новые наночастицы с производными клозо-боратных анионов как перспективные препараты бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей

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 23-73-00082

НазваниеНовые наночастицы с производными клозо-боратных анионов как перспективные препараты бор-нейтронозахватной терапии злокачественных опухолей

Руководитель Кубасов Алексей Сергеевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №79 - Конкурс 2023 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-206 - Бионеорганическая химия

Ключевые слова Бороводороды, клозо-декаборатный анион, сквален, гиалуроновая кислота, синхротронное излучение, ванны Ленгмюра, липосомы, наночастицы, бор-нейтронозахватная терапия, раковые опухоли, клеточные мембраны

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Бор-нейтронозахватная терапия (БНЗТ) привлекает значительное внимание исследователей как метод лечения рака, который не снижает существенно качество жизни пациентов. При этом для обеспечения эффективности БНЗТ необходимо достаточное накопление бора в клетках опухоли, и в настоящее время активно изучаются способы реализации этого аспекта. Перспективным направлением в области доставки лекарственных веществ являются самособирающиеся наноструктуры на основе липидов и их производных, например липосомы, мицеллы низко- и высоко-молекулярных поверхностно-активных веществ и др. Кластерные анионы бора обладают рядом специфических свойств за счет ароматического характера аниона и делокализации поверхностного заряда, благодаря чему способны образовывать специфические слабые взаимодействия с донорами протонов [10.1016/j.molstruc.2021.130591. 10.1002/chem.202002123], которые могут как стабилизировать, так и дестабилизировать гидрофобный слой амфифильных компонентов самособирающихся структур. Это может препятствовать получению систем доставки бора для БНЗТ. Взаимодействие свободных кластерных анионов бора с мембраной клеток и возможность их проникновения в клетки-мишени также не изучена. Изучение и обобщение данных по взаимодействию клозо-боратных анионов с самособирающимеся наноструктурами на основе липидов и/или с фосфолипидами клеточных мембран позволит упростить выбор перспективных для БНЗТ производных бора и подходящих систем их доставки в клетки-мишени. Возможность введения экзо-полиэдрических заместителей позволяет широко варьировать свойства клоза-боратных анионов, например, повышая или понижая их липофильность. Благодаря изучению ряда таких производных можно предложить модели их взаимодействия с мембранами клеток и самособирающимися структурами для их доставки. Широкого исследования данных процессов в настоящее время не проводилось, однако данной области уделяется все больше и больше внимания [NNT: 2020ENCM0004]. Настоящая работа будет посвящена исследованию влияния заместителей в сульфониевых [B10X9SR2]– (X = H, Cl, Br, R = Bu, Oct, C12H25, C18H37) и аммониевых [B10X9NR3]– (X = H, Cl, Br, R = Bu, Oct, C12H25, C18H37) производных клозо-декаборатного аниона на их взаимодействие с липидами и липидным слоями. В частности исследованию межмолекулярного взаимодействия солей сульфониевых производных клозо-декаборатного аниона c моделями клеточных мембран на основе монослоев Ленгмюра методами стоячих рентгеновских волн (XRSW), рентгенофлуоресцентного анализа в геометрии полного внешнего отражения TXRF и рентгеновской дифракции в скользящей геометрии GID. А также исследованию возможности включения клозо-декаборатного аниона в липидные самособирающиеся структуры для получения новых систем доставки бора в клетки, как перспективных препаратов для БНЗТ.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Голубев А.В., Кубасов А.С., Лукошкова А.А., Саркисов Н.А., Новиков И.В., Стародубец П.А., Быков А.Ю., Жданов А.П., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ НОВЫХ ИМИНИЕВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ СУЛЬФОНИО-КЛОЗО-ДЕКАБОРАТНОГО АНИОНА (Bu4N)[2-B10H9SC(NH2)R] (R = –CH3, –CH2CH3, –CH(CH3)2, –Ph, –PhCH3) Журнал неорганической химии, T. 68, № 12, с. 1731–1739 (год публикации - 2023)
10.31857/S0044457X23601487

2. Голубев А.В., Балтовская Д.В., Кубасов А.С., Быков А.Ю., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Получение 1,10-дисульфанил-клозо-декаборатного аниона и его тетраацетиламидного-дисульфониевого производного Журнал неорганической химии (год публикации - 2024)

3. Грачева А.С., Кубасов А.С., Ермоленко Ю.В., Жижин К.Ю. МИЦЕЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ ГИДРОФОБИЗИРОВАННОЙ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ, НАГРУЖЕННЫЕ ПРОИЗВОДНЫМИ КЛОЗО-БОРАТНЫХ АНИОНОВ ХХVIII Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием). ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ. , В книге: ХХVIII Всероссийская конференция молодых учёных-химиков (с международным участием). ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ. Нижний Новгород, 2025. С. 252. (год публикации - 2025)

4. Авдеева В.В., Кубасов А.С., Голубев А.В., Никифорова С.Е., Малинина Е.А., Кузнецов Н.Т. Silver(I) Complexes with Azaheterocyclic Ligands (bipy, phen) and Perchloro-closo-Borate Anions [BnCln]2– (n = 10, 12) Russian Journal of Inorganic Chemistry (год публикации - 2024)
10.1134/S0036023624602885

5. Кубасов A.С., Ермоленко Ю.В., Голубев А.В., Малкова К.В., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. MICELLAR FORMS OF HYALURONIC ACID LOADED WITH CLOSO-DECABORATE ANION DERIVATIVES The international conference «Chemistry of Organoelement Compounds and Polymers – 2024», The international conference «Chemistry of Organoelement Compounds and Polymers – 2024»: book of abstracts (18-22 november 2024, Moscow), p. 66 (год публикации - 2024)

6. Борискина М.В., Томилина А., Калистратова А.В. Формирование наноассоциатов кластерных соединений бора со скваленом и их стабилизация в водном растворе Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024», Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2024», секция «Химия». – М.: Издательство «Перо», 2024, стр. 222 (год публикации - 2024)

7. Голубев А.В., Кубасов А.С., Малинина Е.А., Никифорова С.Е., Гоева Л.В., Авдеева В.В., Быков А.Ю., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Coordination ability of the dodecachloro-closo-dodecaborate anion [B12Cl12]2– in silver(I) complexation in the presence of S-donor ligands Inorganica Chimica Acta, 573, art. no. 122344 (год публикации - 2024)
10.1016/j.ica.2024.122344

8. Кубасов А.С., Голубев А.В., Степанова О.М., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Sulfonium derivatives of closo-decaborate anion with carbonyl groups Russian Journal of Inorganic Chemistry (год публикации - 2024)
10.1134/S0036023624602964

9. Кубасов A.С., Ермоленко Ю.В., Голубев А.В., Малкова К.В., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Получение мицеллярных форм гиалуроновой кислоты, нагруженных производными клозо-декаборатного аниона СБОРНИК ТЕЗИСОВ VI Всероссийской конференции по органической химии, СБОРНИК ТЕЗИСОВ VI Всероссийской конференции по органической химии, стр. 226. 23-27 сентября 2024 г. Москва (год публикации - 2024)

10. Голубев А.В., Кубасов А.С., Малинина Е.А., Никифорова С.Е., Гоева Л.В., Авдеева В.В., Быков А.Ю., Новиков Р.А., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Effect of the Presence of Oxysolvents on Compositions and Structures of Silver(I) Complexes with Boron Cluster Anion [B12Cl12]2− Crystal Growth & Design, 24 (8), pp. 3319 - 3332 (год публикации - 2024)
10.1021/acs.cgd.4c00049

11. Манцирева В.А., Голубев А.В., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Исследование взаимодействия сульфанил-клозо-декаборатного аниона [2-B10H9SH]2- с нитрилами XIV Конференция молодых учёных по общей о неорганической химии. Тезисы докладов. , XIV Конференция молодых учёных по общей о неорганической химии. Тезисы докладов. 9-12 апреля, Москва (год публикации - 2024)

12. Калистратова А.В., Томилина А.Ю., Никитин А.А., Кубасов А.С., Жижин К.Ю., Гельперина С.Е., Кузнецов Н.Т., Офицеров Е.Н. Stable squalene-boron cluster nanoemulsions in aqueous media Nano-Structures & Nano-Objects, V. 44, № 101572 (год публикации - 2025)
10.1016/j.nanoso.2025.101572

13. Калистратова A.В. , Новикова Д.В., Кубасов А.С., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Analysis of closo-Decaborate Anion and Its Derivatives by Capillary Zone Electrophoresis Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 70, No. 9, pp. 1318–1325 (год публикации - 2025)
10.1134/S0036023625602168

14. Голубев А.В., Кубасов А.С., Малинина Е.А., Никифорова С.Е., Гоева Л.В., Авдеева В.В., Быков А.Ю., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Complexation of Ag2[B12Br12] salts in the presence of N-donor and O-donor organic ligands Journal of Molecular Structure, V. 1346, № 143159 (год публикации - 2025)
10.1016/j.molstruc.2025.143159

15. Калистратова А., Томилина А., Кубасов А., Офицеров Е. «ЧИСТЫЕ» ЭМУЛЬСИИ СКВАЛЕНА В ВОДЕ Сборник тезисов 8-й Всероссийской конференции "Физика водных растворов", Сборник тезисов 8-й Всероссийской конференции "Физика водных растворов", ИОФ им. А. М. Прохорова РАН, 27-29 октября 2025 г., ООО "Мессол" Москва, с. 36-36 (год публикации - 2025)

16. Томилина А.Ю., Кубасов А.С., Офицеров Е.Н., Калистратова А.В. ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА АССОЦИАЦИИ СКВАЛЕНА С КЛОЗО-ДЕКАБОРАТОМ В ВОДНЫХ СРЕДАХ Химия и технология биологически активных веществ для медицины и фармации. V Школа молодых ученых: тезисы докладов, Химия и технология биологически активных веществ для медицины и фармации. V Школа молодых ученых: тезисы докладов, РХТУ им. Д. И. Менделеева Москва, 21–25 апреля 2025 года, тезисы, с. 94 (год публикации - 2025)

17. Томилина А.Ю., Кубасов А.С., Офицеров Е.Н., Калистратова А.В. Получение и изучение структуры наноассоциатов сквалена с клозо-декаборатом калия в водных средах Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов- 2025», Материалы Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов- 2025», 11–25 апреля 2025, издательство Издательство "Перо" (Москва), тезисы, с. 266 (год публикации - 2025)

18. Голубев А.В., Манцирева В.А., Кубасов А.С., Быков А.Ю., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. СИНТЕЗ ПЕРГАЛОГЕНИРОВАННЫХ МОНОГИДРОКСОПРОИЗВОДНЫХ КЛОЗО-ДЕКАБОРАТНОГО АНИОНА [2-B10X9OH]2– (X = Cl, Br) Журнал неорганической химии, 2025, Vol. 70, No. 11, pp. 1665–1676 (год публикации - 2025)
10.1134/S0036023625603769

19. Грачева А.С., Кубасов А.С., Ермоленко Ю.В., Жижин К.Ю. ПРОИЗВОДНЫЕ КЛОЗО-ДОДЕКАБОРАТНОГО АНИОНА С ФЛЮОРЕСЦЕНТНЫМИ ЭКЗО-ПОЛИЭДРИЧЕСКИМИ ГРУППАМИ XV конференция молодых учёных по общей и неорганической химии: тезисы докладов конференции, XV конференция молодых учёных по общей и неорганической химии: тезисы докладов конференции. (8-11 апряля ) Москва, ИОНХ РАН, 2025. с.161 (год публикации - 2025)

20. Кубасов А.С., Грачева А.С., Ермоленко Ю.В., Голубев А.В., Малкова К.В., Жижин К.Ю., Кузнецов Н.Т. Micellar structures of hydrophobized hyaluronic acid loaded with derivatives of closo-borate anions The 7th International Scientific Conference “Advances in Synthesis and Complexing” Book of abstracts, The 7th International Scientific Conference “Advances in Synthesis and Complexing” Book of abstracts (29 сентября – 3 октября, 2025, Москва РУДН) (год публикации - 2025)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В результате выполнения проекта были осуществлены реакции получение моно-S-замещенных производных, клозо-декаборатного аниона с липофильным эксзоплиэдрическими группами [B10H9SR]2–. R = (CH2CHCH2, Pr, Bu, C8H17, C12H25, C18H37) Проведены исследования монослоев солей MOIM[B10Br9S(C18H37)2] и (BuMeC3N2H3)[B10Br9S(C18H37)2] при давлении поверхностого слоя 22 мН/м и 17 мН/м на станции «Ленгмюр» Курчатовского источника синхротронного излучения «КИСИ-Курчатов» с помощью метода рентгеновской дифракции в скользящей геометрии. Были определены параметры кристаллической структуры монослоя MOIM[B10Br9S(C18H37)2], интенсивность дифракционного рассеяния была представлена в виде интеграла по Qz. Наилучшее согласие расчетной дифракционной кривой с экспериментальными данными было получено для двумерной прямоугольной решетки с параметрами a = 4.83, b = 8.36 Å,  = 90.0, высота h=15 Å для соли MOIM[B10Br9S(C18H37)2] и Полученные в этой серии измерений данные дают основание сделать важное заключение – молекулы MOIM[B10Br9S(C18H37)2] формируют на поверхности водной субфазы монослой с высокой степенью структурной организации. В дополнение к измерениям методом рентгеновской дифракции были также проведены измерения методом стоячих рентгеновских волн. Давление π=22 мН/м в этой серии поддерживали постоянным. Сравнение этих данных дает представление о кинетике изменения местоположения брома относительно поверхности водной субфазы. Было замечено, что в течение измерений заметно смещалось положение максимума на кривых выхода Br-флуоресценции в область больших углов. Такие изменения могут быть связаны с увеличением толщины слоя, в котором присутствует бром. Что в свою очередь можно интерпретировать как формирование со временем полислойных доменов в приповерхностной области водной субфазы. Были отработаны методики загрузки в ядро мицеллярной структуры, образованной низкомолекулярным олиелгиалуронаном, ди-S,S замещенных клозо-декаборатных анионов (КДБ) с различной длиной углеводородной цепи (BMIM)2[B10H9SH] и BMIM[B10H9SR2] (R = Bu, C8H17, C12H25, C18H37): (BMIM)2[B10H9SH] (КДБ-С0); BMIM[B10H9SBu2] (КДБ-С4); BMIM[B10H9S(C8H17)2] (КДБ-С8); BMIM[B10H9S(C12H25)2] (КДБ-С12); BMIM[B10H9S(C18H37)2] (КДБ-С18) Было установлено, что, начиная с BMIM[B10H9S(C8H17)2]/ГК-С18 по ряду гидрофобности (сверху вниз) наблюдается закономерное уменьшение размеров структур из-за увеличения длины гидрофобного хвоста клозодекабората. Для мицелл КДБ-С0/ГК-С18 и КДБ-С12/ГК-С18 наблюдается неоднородность размеров структур, на что указывает значение PDI (0,3 и 0,2 соответственно) и распределение структур по объёму (присутствуют микроразмерные фракции 1000-3000 нм). Размеры мицеллярных структур КДБ-С4/ГК-С18, КДБ-С8/ГК-С18 и КДБ-С18/ГК-С18 составляют не более 250 нм, а индекс PDI не более 0,1, что удовлетворяет критериям, необходимым для использования данных мицеллярных форм в качестве систем доставки борных кластеров. Значение поверхностного дзета-потенциала для исследуемого ряда мицелл колеблется в пределах от -51 до -46 мВ, что говорит о коллоидной устойчивости данных структур. На основе измерения ККМ полученных мицеллярных структур установлено, что загрузка КДБ, замещенных длинноцепочечными жирными кислотами, в липофильное ядро мицелл ГК-С18 способствует стабилизации мицеллярных структур. Наименьшим значением ККМ, а, следовательно, и наибольшей стабильностью, обладают мицеллы КДБ-С18/ГК-С18 (их ККМ составляет 8,7 мкг/мл по сравнению с 59 мкг/мл ненагруженных мицелл ГК-С18). Мицеллы КДБ-С4/ГК-С18, КДБ-С8/ГК-С18 и КДБ-С18/ГК-С18 отличаются наибольшей стабильностью в воде и в фосфатном буферном растворе (PBS). Для них характерно сохранение при разбавлении в воде основной фракции размером 200-350 нм. В среде 4 масс. % раствора альбумина (HSA) в PBS мицеллы КДБ-С4/ГК-С18 и КДБ-С18/ГК-С18 стабильны в течение 2-х дней, в отличие от ненагруженных мицелл ГК-С18, которые сразу разрушаются при попадании в среду. Исследование структур методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) подтвердило их сферичекую форму, большую полидисперсность и строение ядро/оболочка. Установлено, что все исследованные производные клозо-декаборатного аниона включаются в мицеллы ГК-С18 с высокой загрузкой, наибольшее включение получено для КДБ-С8 (87%). Наибольшее содержание бора в образцах было достигнуто для солей (BMIM)2[B10H9SH] (36070±170 мг/г) и BMIM[B10H9S(C8H17)2] (32300±210 мкг/г) Разработаны методики количественного и качественного анализа производных клозо-боратных анионов, а именно Клозо-декабората калия (B10H102-), 2-тио-клозо-декаборат (B10H9SH2-), 2-(дибутилсульфонио)-клозо-декаборатнатрия (B10H9S(C4H9)2-), а также додекабората (B12H122-) методом капиллярного электрофореза Для наноансамблей производных клозо-декаборатного аниона [B10H10]2- и [B10H9SBu2]- и незамещенного клозо-додекабората со скваленом определены критические концентрации мицеллообразования в водной среде и в среде электролита, которые составляют 0,008 мг/мл декабората и в воде и в электролите, 0,005 и 0,008 мг/мл додекабората в воде и в электролите, соответственно, 0,01 мг/мл для сульфониевого производного в системе с 10% сквалена. Синтезировано скваленированных производных клозо-декаборатного аниона путем конъюгации его моно-S-замещенного производного с 3-бром-2гидроксискваленом с суммарным выходом 58%. Структура подтверждена методы ЯМР спектроскопии на ядрах протона, углерода и бора. Изучена химическая стабильность полученного конъюгата. Для синтезированного S,S-дизамещенного несимметричного производного клозо-декабората (n-Bu4N)[2-B10H9S(Bu)C30H50O] изучена способность к формированию самоорганизующихся наноструктур в водных средах и среде электролита (фосфатный буфер). Показано, что полученный конъюгат формирует мономодальные наноассоциаты в воде со средним размером частиц 270 нм, частицы сохраняются и в фосфатном буфере.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках реализации проекта в отчетном периоде был выполнен комплекс экспериментальных и теоретических исследований, направленных на создание новых гибридных материалов на основе кластерных анионов бора для биомедицинских применений. Основные результаты сфокусированы на синтезе новых соединений, изучении их физико-химических свойств и исследовании взаимодействия с биологическими системами. Разработана и оптимизирована методика синтеза натриевых солей монозамещенных сульфанил-производных клозо-декаборатного аниона с общей формулой Na₂[B₁₀H₉SR], где R = Bu, C₈H₁₇, C₁₂H₂₅, C₁₈H₃₇. Ключевым этапом стал катионный обмен на натрий, что позволило получить водорастворимые соединения, пригодные для дальнейших биологических исследований. А также функционализация данных соединений с помощью введения йодной метки, что позволило их использовать при анализе методом рентгеновской дифракции. Функционализация борных кластеров метками. Получены флуоресцентные производные клозо-боратных анионов, ковалентно связанные с красителем родамином Б. Исследование их оптических свойств показало, что полученные конъюгаты сохраняют способность к флуоресценции, что открывает возможности для их использования в методах конфокальной микроскопии и биовизуализации. С использованием методики стоячих рентгеновских волн на синхротронной станции «Ленгмюр» было детально изучено поведение синтезированных йодсодержащих производных на границе раздела воздух-вода и в присутствии модельных мембран (монослой фосфолипидов) и белка (цитохром P450). Экспериментально доказано, что данные соединения способны избирательно адсорбироваться у поверхности раздела фаз и ассоциироваться с белковыми молекулами, формируя упорядоченные слои. Разработаны мицеллярные структуры на основе гидрофобизированной гиалуроновой кислоты, инкапсулирующие флуоресцентно-меченные клозо-боратные анионы. Проведена комплексная характеристика полученных наноносителей: определены их размер (около 400 нм), поверхностный заряд (примерно -50 мВ) и стабильность в физиологических средах. Методом конфокальной лазерной сканирующей микроскопии на клеточной линии рака молочной железы MDA-MB-231 продемонстрирована эффективная интернализация мицелл клетками. Проведено систематическое исследование способности различных производных клозо-декаборатного и клозо-додекаборатного аниона формировать наноразмерные ассоциаты (наноэмульсии) с изопреноидным углеводородом скваленом. Установлены ключевые факторы, влияющие на стабильность таких систем: хаотропность (гидрофобная гидратация) аниона и наличие двойных связей в липофильном ядре. Определены оптимальные соотношения компонентов, обеспечивающие формирование стабильных наночастиц. Развитие аналитической базы для исследования борных кластеров. Разработаны методики качественного анализа и определения электрофоретической подвижности ряда новых хлор- и бромзамещенных тио-производных клозо-декабората методом капиллярного электрофореза. Установленные количественные параметры (электрофоретическая подвижность) позволили ранжировать соединения по степени их хаотропности, что является важным вкладом в понимание фундаментальных физико-химических свойств этого класса соединений.

Публикации