Разработка биоортогональной платформы для адресной фотодинамической терапии онкологических заболеваний

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 24-13-00179

НазваниеРазработка биоортогональной платформы для адресной фотодинамической терапии онкологических заболеваний

Руководитель Федоров Алексей Юрьевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" , Нижегородская обл

Конкурс №92 - Конкурс 2024 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований 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 Фотодинамическая терапия, биоортогональная химия, активная доставка, таргетная терапия, противоопухолевые препараты, фотосенсибилизаторы, реакция IEDDA, хлориновые производные, порфириноиды, фталоцианины

Код ГРНТИ31.23.41

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В данном проекте мы предлагаем использование биоортогональной химии – перспективного подхода современной химической биологии для увеличения селективности и направленности фотодинамической терапии (ФДТ) онкологических заболеваний. Биоортогональные реакции в силу своих особенностей протекают в живых организмах с высочайшими скоростями. К сегодняшнему моменту развитие биоортогональной доставки позволило существенно улучшить селективность ряда противоопухолевых терапевтических методов. Однако, биоортогональные реакции до сих пор практически не исследовались с целью усиления селективности фотосенсибилизирующих молекул – агентов ФДТ. При этом, недостаточная избирательность известных препаратов ФДТ – ключевая проблема, стоящая на пути более широкого применения данного способа лечения онкологических заболеваний. С применением наиболее эффективной биоортогональной реакции IEDDA (Inverse Electron Demand Diels-Alder reaction) нами будет создана платформа, позволяющая кратно повышать эффективность доставки хлориновых и фталоцианиновых фотосенсибилизаторов к опухолевым тканям. В качестве опухоль-специфичных векторов, повышающих избирательность фотосенсибилизаторов, будут использованы биотиновые/фолатные производные или RGD-пептиды. Кроме этого, мы предлагаем комплекс исследовательских работ по модернизации векторных компонентов и реагентов IEDDA реакции – тетразиновых соединений. Также, мы изучим перспективность IEDDA реакции для создания активируемых порфириновых фотосенсибилизаторов, противоопухолевое действие которых будет запускаться непосредственно в опухолевых тканях. Мы прогнозируем, что успешное завершение этого проекта позволит расширить границы метода ФДТ на множество ранее недоступных опухолевых мишеней. Кроме этого, создаваемые стратегии по доставке фотосенсибилизирующих лекарств должны увеличить безопасность и снизить токсическую нагрузку на организм пациентов. В ходе выполнения проекта будут получены научные результаты мирового уровня, которые будут опубликованы в ведущих международных журналах по медицинской и органической химии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В ходе первого этапа грантового исследования нами были реализованы основные синтетические подходы по получению необходимых компонентов платформы для адресной доставки фотосенсибилизаторов в опухолевые ткани. - Исходя из доступных материалов на основе хлорида гуанидина были синтезированы различные тетразиновые диены, содержащие акцепторные группы. Впервые был получен тетразиновый диен, активированный сульфаниламидной группой. - Исходя из коммерчески доступных фолиевой кислоты и биотина были синтезированы векторы к опухолевым рецепторам, содержащие в своем составе тетразиновые фрагменты. Такие молекулы станут ключевым компонентами, обеспечивающими селективное накопления фотосенсибилизаторов в опухолях - Синтезированы диенофилы на основе доступного циклооктадиена; получены производные BCN/s-TCO, содержащие в своем составе активированные карбонатные связи для дальнейшего конъюгирования с фотосенсибилизаторами. За счет внутреннего углового напряжения такие диенофилы могут активно вступать в биоортогональные реакции. На основе диенофилов BCN/s-TCO разработана методика конъюгирования с хлориновыми фотосенсибилизаторами и получены два коньюгата хлоринов с этими диенофилами с выходами 25 и 27%. Синтезированы фталоцианиновые фотосенсибилизаторы, содержащие функциональные группы для связывания с диенофилами BCN/s-TCO. С применением UV-Vis спектрофотомерии и метода остановленного потока проведены кинетические исследования реакции IEDDA между синтезированными тетразиновыми диенами и активированными диенофилами. Показано, что константа скорости [4+2]-циклоприсоединения тетразина 11, содержащего бензолсульфонамидный фрагмент к напряженному транс-циклооктеновому диенофилу 18 составляет ~ 2.6 х 104 M-1 s-1, что позволяет исследовать предложенную биоортогональную платформу in vitro. Показано, что тетразиновые диены, содержащие сульфаниламидные заместители могут быть использованы для биоортогональной доставки препаратов и обладают улучшенными кинетическими параметрами по сравнению с незамещенными аналогами. Разработана методика синтеза и синтезированы комбинированные агенты на основе металлокомплексов (Pd, In, Zn) природных хлоринов и производного таргетного цитостатика вандетаниб (лиганд к EGFR). Для синтезированных агентов был проведен исчерпывающий комплекс биомедицинских исследований, включающий in vitro и in vivo изучение противоопухолевой активности. Среди изученных агентов индиевый конъюгат продемонстрировал наилучшую комбинацию противоопухолевых свойств и селективности. Так, полученный агент ФДТ: 1) генерирует, при облучении красным светом, синглетный кислород с квантовым выходом, достигающим 50%; 2) проявляет ~ 10 нМ in vitro световую токсичность с соотношением IC50 Dark/ IC50 Light, достигающем 1195; 3) эффективно ингибирует рост опухолей в мышах в условиях ФДТ.

Публикации

1. Кузьмина Н.С., Федотова Е.А., Грибова Г.П., Отвагин В.Ф., Федоров А.Ю. Синтез фоторасщепляемых конъюгатов на основе фотосенсибилизатора мезо-метил-BODIPY и различных цитостатиков Материалы XV Международной конференции «Синтез и применение порфиринов и их аналогов» (ICPC-15) и XIV Школы молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений, с. 134 (год публикации - 2024)

2. Петрова Д.В., Федотова А.Е., Янкович П., Грибова Г.П., Кузьмина Н.С., Федоров А.Ю., Отвагин В.Ф. The synthesis of 10,20-diphenyl-5,15-dis(4-tetrazidophenyl)porphyrin Материалы XV Международной конференции «Синтез и применение порфиринов и их аналогов» (ICPC-15) и XIV Школы молодых ученых стран СНГ по химии порфиринов и родственных соединений. 24 – 29 июня 2024 г., с.152 (год публикации - 2024)

3. Отвагин В.Ф., Кузьмина Н.С., Федотова Е.А., Крылова Л.В., Балалаева И.В., Нючев А.В., Федоров А.Ю. Создание селективных фотосенсибилизаторов для синергетической фотодинамической терапии онкологических заболеваний Сборник тезисов 6-ой Российской конференции по медицинской химии, с. 92 (год публикации - 2024)

4. Федотова Е.А., Кузьмина Н.С., Отвагин В.Ф., Нючев А.В., Федоров А.Ю. Синтез и исследование свойств саморегулируемого конъюгата на основе фотосенсибилизатора и ловушки синглетного кислорода Сборник тезисов 6-ой Российской конференции по медицинской химии, с. 305 (год публикации - 2024)

5. Крылова Л.В., Отвагин В.Ф., Кузьмина Н.С., Нючев А.В., Федоров А.Ю., Балалаева И.В. Исследование эффективности конъюгата двойного действия для фотодинамической терапии онкологических заболеваний I региональное собрание РФО и Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы фотобиологии и биофотоники» Сборник тезисов. Нижний Новгород: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024. – 291 с., с. 136 (год публикации - 2024)

6. Крылова Л.В., Отвагин В.Ф., Кузьмина Н.С., Нючев А.В., Федоров А.Ю., Балалаева И.В. Оценка противоопухолевой эффективности конъюгатов на основе хлорина-е6 для фотодинамической терапии с комбинированным действием Сборник тезисов 6-ой Российской конференции по медицинской химии, с. 240 (год публикации - 2024)

7. Янкович П., Отвагин В.Ф., Нючев А.В., Федоров А.Ю Таргетная доставка фотосенсибилизатора хлорина-е6 в опухолевые клетки с помощью биоортогональной электронно-обращенной реакции Дильса-Альдера - создание и применение Сборник тезисов 6-ой Российской конференции по медицинской химии, с. 377 (год публикации - 2024)

8. Отвагин В.Ф., Кузьмина Н.С., Федотова Е.А., Крылова Л.В., Балалаева И.В., Нючев А.В., Федоров А.Ю. Адресные фотосенсибилизаторы для фотодинамической терапии онкологических заболеваний I региональное собрание РФО и Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы фотобиологии и биофотоники» Сборник тезисов. Нижний Новгород: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024. – 291 с., с. 147 (год публикации - 2024)

9. Стойков И. И., Нючев А. В., Кузнецова Ю. Л., Федоров А. Ю. и др. Organic Chemistry in Russian Universities. Achievements of Recent Years Russian Journal of Organic Chemistry, Vol. 60, P. 1361–1584 (год публикации - 2024)
10.1134/S1070428024080013

10. Кузьмина Н.С., Федотова Е.А., Грибова Г.П., Крылова Л.В., Отвагин В.Ф., Федоров А.Ю. Синтез и свойства противоопухолевых фоторасщепляемых конъюгатов на основе фотосенсибилизатора BODIPY и некоторых цитостатиков Сборник тезисов 6-ой Российской конференции по медицинской химии, С. 146 (год публикации - 2024)

11. Кузьмина Н.С., Федотова Е.А., Крылова Л.В., Отвагин В.Ф., Федоров А.Ю. Фоторасщепляемый конъюгаты на основе фотосенсибилизатора BODIPY и некоторых цитостатиков для противоопухолевой терапии I региональное собрание РФО и Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы фотобиологии и биофотоники» Сборник тезисов. Нижний Новгород: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024. – 291 с., с. 138-139 (год публикации - 2024)

12. Федотова Е.А., Отвагин В.Ф., Кузьмина Н.С., Грибова Г.П., Крылова Л.В., Балалаева И.В., Нючев А.В., Федоров А.Ю. Фотоактивные агенты на основе хлорина-е6 для комбинированной терапии онкологических заболеваний I региональное собрание РФО и Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы фотобиологии и биофотоники» Сборник тезисов. Нижний Новгород: ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2024. – 291 с., с. 158 (год публикации - 2024)