Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В отчетный период было проведено исследование структуры системы бикалутамида с модельной липидной мембраной POPC-d31 с использованием методов ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Применены одномерные (1H, 2H и 31P) и двумерные спектры, включая 1H-1H NOESY. Для 1H MAS ЯМР были определены химические сдвиги атомов водорода в липиде POPC, а также в циклических фрагментах молекул бикалутамида. Данные 31P ЯМР подтвердили жидкокристаллическое фазовое состояние мембраны как в присутствии, так и в отсутствии бикалутамида. Внедрение молекул бикалутамида не изменило анизотропию химического сдвига, что указывает на сохранение ориентации головной группы липида. Анализ 2H ЯМР показал незначительный рост порядка в области С2-С5 липидных цепей и снижение порядка в области С9-С15, что согласуется с расчетами моделью на основе машинного обучения (G2R). Данные о длине цепи POPC-d31 остались неизменными в присутствии бикалутамида, что подтверждает сохранение толщины бислоя. Полученные данные использовались для приблизительной оценки локализации молекул бикалутамида в липидном бислое, что показало, что вероятно фторбензольный фрагмент может локализоваться у головной группы липидной цепи, а цикл с трифторметильной группой — скорее всего ближе к хвостовой части. В исследовании структуры молекулы бикалутамида в средах CDCl3 и DMSO-d6 использовались одно- и двухмерные методы ЯМР, включая 13C, 1H-13C HSQC, 1H-13C HMBC и 1H-1H TOCSY. Результаты показали влияние растворителя на химические сдвиги сигналов молекулы, а также разделение сигналов CH2 группы, что может указывать на наличие двух энантиомеров. Анализ спин-спиновых взаимодействий подтвердил правильность отнесения резонансных сигналов, а снижение значений констант спин-спинового взаимодействия при переходе от DMSO-d6 к CDCl3 свидетельствует об изменении молекулярной геометрии. Квантово-химические расчеты показали, что конформационная лабильность молекулы бикалутамида обусловлена поворотом двух циклических фрагментов — бензонитрила с трифторометильной группой и фторбензола. Энергия разницы между конформерами BCL-1 и BCL-2 в газовой фазе составила 1,35 кДж/моль, что указывает на их равновероятную реализацию. ЯМР-анализ показал, что в CDCl3 преобладает один тип конформеров, а в DMSO-d6 — другой. Применение метода NOESY позволило выделить две группы конформеров — "открытые" и "закрытые", где в CDCl3 преобладают "закрытые" конформеры (77.3%), а в DMSO-d6 — "открытые" (59.8%). Результаты исследования углубляют понимание пространственного строения молекул активных фармацевтических ингредиентов в органических средах и их взаимодействия с модельными липидными мембранами. Они имеют важное значение для дальнейших исследований, направленных на изучение поведения активных фармацевтических ингредиентов в различных растворителях и при взаимодействии с липидными мембранами, а также для разработки модифицированных форм лекарств. Полученные данные будут использованы для дальнейшего анализа межъядерных расстояний и вероятности контакта с молекулами липидов. В результате исследования было установлено, что молекулы бикалутамида не только встраиваются в липидную мембрану преимущественно в определенном положении, но и, вероятно, несколько стабилизируют ее структуру, не вызывая разрушения или значительных изменений в ее физико-химических свойствах. При этом, в зависимости от положения молекулы в липидном бислое (в области головной полярной группы или липидной цепи), она вероятно способна изменять свою конформацию, аналогично тому, как она реагирует на полярность окружающей среды органических растворителей. По результатам работы была опубликована статья в научном журнале International Journal of Molecular Sciences (Q1). Также результатом является успешная защита диссертационной работы Беловым Константином Васильевичем на соискание степени кандидата химических наук в ИХР РАН, а также защита выпускной работы магистра химии Соборновой Валентины Владиславовны в ИГХТУ, что подтверждает вклад участников в развитие методов, примененных в проекте. Работа коллектива отражена на сайтах: https://new.ras.ru/activities/news/prostranstvennaya-struktura-bikalutamida-stanet-klyuchom-k-uluchsheniyu-protivorakovoy-terapii/ https://colab.ws/labs/453 https://vk.com/fluid_state_nmr https://t.me/fluid_state_NMR

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном году в рамках проекта было проведено углубленное исследование взаимодействия активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) с липидными мембранами, что позволило получить важные научные результаты для дальнейшего использования в разработке лекарственных препаратов с улучшенной биодоступностью. В частности, исследования были направлены на изучение взаимодействия бикалутамида, нестероидного антиандрогенного препарата, с модельной липидной мембраной 1-пальмитоил-2-олеоилфосфатидилхолина (POPC) с использованием метода двухмерной спектроскопии ядерного эффекта Оверхаузера (NOESY) с вращением под магическим углом (MAS). Эта методика позволила исследовать пространственную локализацию молекул АФИ в мембране. В ходе экспериментов было получено несколько ключевых результатов. Прежде всего, были определены скорости кросс-релаксации между атомами молекул бикалутамида и липидной мембраны. Результаты анализа NOESY спектров показали, что молекулы бикалутамида локализуются вблизи головной группы и начала алифатических фрагментов пальмитоилового и олеоилового сегментов мембраны. Это распределение вероятностей контактов позволило определить ориентацию молекул в мембране и подтвердить, что молекулы бикалутамида могут находиться в «закрытой» конформации, с фторзамещенными циклическими фрагментами, направленными к головной группе липидов. Полученные результаты были дополнены экспериментами в различных растворителях, что позволило уточнить влияние растворителя на конформационное поведение бикалутамида. Это стало возможным благодаря использованию гетероядерных и гомоядерных методов ЯМР-спектроскопии, таких как 1H-13C HSQC и 1H-1H TOCSY, 1H-1H NOESY которые обеспечили определение межъядерных расстояний и анализ конформационных изменений молекул в разных средах. Эти эксперименты позволили сделать вывод о том, что растворители с разной полярностью влияют на пространственную структуру данного соединения. В процессе исследований конформационного поведения бикалутамида в различных средах было установлено, что молекулы данного активного фармацевтического ингредиента (АФИ) могут существовать в двух различных конформационных формах: «закрытой» и «открытой». «Закрытая» конформация представляет собой структуру, в которой молекула бикалутамида стабилизируется благодаря множеству внутримолекулярных взаимодействий. В «закрытой» конформации атомы фтора на циклических фрагментах находятся близко друг к другу, на расстоянии менее 6 Å, что способствует образованию сильных невалентных взаимодействий. «Открытая» конформация, в свою очередь, характеризуется более «расправленной» структурой, в которой молекула менее компактна и ее фрагменты могут быть расположены более свободно. В этой конфигурации фторзамещенные циклы находятся на большем расстоянии друг от друга (более 9 Å), что ослабляет внутримолекулярные взаимодействия и позволяет молекуле иметь более лабильную форму. Изучение конформеров в различных растворителях показало, что среда растворителя имеет решающее значение для формирования «закрытых» и «открытых» структур. Например, в более полярных растворителях, таких как ДМСО (диметилсульфоксид) и CD3CN (ацетонитрил), молекулы бикалутамида чаще склоняются к стабильной «закрытой» форме, поскольку полярные растворители могут стабилизировать внутримолекулярные взаимодействия и водородные связи. Напротив, в неполярных растворителях, таких как бензол (C6D6), молекулы бикалутамида могут склоняться к «открытой» конформации. Это связано с тем, что в неполярных средах, которые не обеспечивают достаточную стабилизацию для внутримолекулярных взаимодействий, молекулы имеют больше свободы для перестройки, что приводит к более вероятным «открытым» структурам. Кроме того, в рамках проекта был проведен анализ влияния концентрации на пространственную структуру бикалутамида. Для этого использовались одно- и двумерные ЯМР эксперименты с различными концентрациями растворов бикалутамида, что позволило провести расчет долей «закрытых» и «открытых» конформеров в зависимости от концентрации. Было установлено, что увеличение концентрации бикалутамида способствует переходу молекул в более стабильную «закрытую» форму. Особое внимание было уделено изучению конформационного поведения бикалутамида в сверхкритическом диоксиде углерода (скСО2). Используя спектроскопию NOESY при критических параметрах давления и температуры, были получены данные, позволяющие оценить влияние сверхкритической среды на конформационные изменения и взаимодействие молекул АФИ. В результате работы были получены подробные данные о распределении молекул АФИ в липидных мембранах и их конформационном поведении в различных средах, что значительно углубило понимание механизмов взаимодействия препаратов с клеточными мембранами. Эти результаты могут быть использованы для разработки более эффективных лекарственных форм с повышенной биодоступностью и целенаправленным действием. Полученные результаты были опубликованы в рецензируемых научных журналах и представлены на международных конференциях, что подтвердило высокий научный и практический вклад в область физической химии, медицинской и биофизики. По результатам работы была опубликована статья в научных журналах Journal of Molecular Liquids (Q1), Molecules (Q1) и Journal of Molecular Structure. Работы коллектива также отражены на следующих сайтах: https://colab.ws/labs/453 ttps://vk.com/fluid_state_nmr https://t.me/fluid_state_NMR https://new.ras.ru/activities/news/sverkhkriticheskiy-flyuid-pomozhet-nastraivat-prostranstvennuyu-strukturu-protivoopukholevykh-prepar/