Разработка технологии получения и исследование водорастворимых хлориновых фотосенсибилизаторов для селективного транспорта липопротеинами

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 25-23-00042

НазваниеРазработка технологии получения и исследование водорастворимых хлориновых фотосенсибилизаторов для селективного транспорта липопротеинами

Руководитель Кустова Татьяна Владимировна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный химико-технологический университет" , Ивановская обл

Конкурс №102 - Конкурс 2025 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 Противоопухолевая фотодинамическая терапия, монокатионные хлориновые фотосенсибилизаторы, органический синтез, масштабирование, биораспределение, генерация синглетного кислорода, внутриклеточная локализация, фотоинактивация

Код ГРНТИ31.23.41

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Ожидаемые результаты
Злокачественные новообразования являются одной из острейших медико-социальных проблем во всем мире [1-3]. Наличие у малигнизированных клеток целого набора механизмов защиты от используемых химиотерапевтических и иммунологических препаратов, а также лучевой терапии, слабая оксигенация опухолей и их способность к быстрому метастазированию затрудняют проведение эффективного лечения, стимулируя постоянный поиск новых подходов. Альтернативным путем малоинвазивной терапии локализованных опухолей является ФДТ, которая обладает рядом преимуществ перед традиционными методами, а в сочетании с ними позволяет достичь статистически значимого улучшения лечения множества новообразований [2-5]. Введенные в Российскую клиническую практику анионные ФС второго поколения на основе хлорина е6 хорошо зарекомендовали себя при лечении целого ряда локализованных опухолевых процессов кожи и полых органов, а также при проведении паллиативного лечения [2-4]. Однако, кроме очевидных достоинств, эти препараты имеют и ряд отмеченных выше недостатков, ограничивающих их эффективность [3]. Основная идеология проекта заключается в разработке новых технологий получения и проведении комплекса физико-химических и биологических исследований с двумя водорастворимыми хлориновыми фотосенсибилизаторами на основе природного хлорофилла и содержащими в 13 положении макроцикла либо триметиламмонийную, либо N,N-диметилпиперазинильную катионную группы, что позволит: (а) получить макрогетероциклические соединения с высокой степенью чистоты и низкой стоимостью; (б) обеспечить достаточную для клинического использования растворимость в водных растворах; (в) эффективно генерировать синглетный кислород; (г) обладать высокой аффинностью к липопротеинам плазмы; (д) обладать селективным накоплением в опухолевых клетках и способностью к их эффективной фотоинактивации. Ожидается, что итогом выполнения проекта станут два потенциальных препарата для проведения противоопухолевой ФДТ, которые сами по себе или в комбинации с введенными в клиническую практику и поглощающими на той же длине волны анионными хлориновыми ФС позволят повысить эффективность и снизить стоимость фотодинамической терапии. Проведенный с полученными фотосенсибилизаторами уникальный комплекс исследований, включающий анализ аффинности препаратов к липопротеиновой фракции белков плазмы, генерации ими синглетного кислорода, изучение наиболее вероятных мест их локализации в опухолевых клетках и эффективности лечения перевивных опухолей у лабораторных животных, установленные закономерности и проведенные обобщения будут иметь существенное значение для повышения эффективности противоопухолевого лечения, и в перспективе смогут обеспечить формирование новых направлений исследований в области химии и наук о материалах и биомедицины, связанных с направленным синтезом и комплексным изучением фотосенсибилизирующих агентов на основе природных пигментов. Научные результаты в данной области естествознания будут высоко патентоспособными, актуальными и востребованными как научным сообществом, так и обществом в целом. Они полностью соответствуют стратегическим национальным приоритетам Российской Федерации, а также целям и задачам Национального проекта РФ “Здравоохранение” (http://www.roszdravnadzor.ru/i/upload/images/2018/7/25/1532512237. 26174-1-15781.pdf). Литература к разделу 1. Cancer today – Global cancer observatory. WOS International agency for research cancer. 2020. 2. Van Straten D., Mashayekhi V., De Bruijn H.S., Oliveira S., Robinson D.J. Oncologic photodynamic therapy: basic principles, current clinical status and future directions. Cancers 2017, 9(19), 1-54. 3. Grin M., Suvorov N., Ostroverkhov P. et al. Advantages of combined photodynamic therapy in the treatment of oncological diseases. Biophys. Rev. 2022, 14, 941-963. 4. Correia J.H., Rodrigues J.A., Pimenta S., Dong T., Yang Z. Photodynamic therapy review: principles, photosensitizers, applications, and future directions. Pharmaceutics 2021, 13, 1332. 5. Bunin D.A., Martynov A.G., Gvozdev D.A., Gorbunova Yu.G. Phthalocyanine aggregates in the photodynamic therapy: dogmas, controversies, and future prospects. Biophys. Rev. 2023, 15, 983-998.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
За отчетный период достигнуты следующие конкретные научные результаты. В области органического синтеза: Проведена оптимизация методики получения двух производных хлорина е6, содержащих в своей структуре катионные триметиламмонийный и N,N-диметилпиперазинильный фрагменты, которая позволила масштабировать в лабораторных условиях получение фотосенсибилизаторов с целью одновременного получения не менее ~1000 мг чистых препаратов. Результаты исследования опубликованы в виде научной статьи. С целью снижения себестоимости получения фотосенсибилизирующих агентов, для тонкой очистки макрогетероциклов предложено использовать специально подготовленные отечественные сорбенты на основе мелкодисперсного морского песчаника и силиката кальция, допированного карбонатом кальция. Предложенные сорбционные материалы, позволили получить цeлeвoй продукт c бoлee выcoким выходом, чeм пpи использовании импортного аморфного силикагеля. По данным 1Н ЯМР-спектроскопии, конечная чистота хлориновых фотосенсибилизаторов, полученных с использованием обоих сорбционных материалов, составляет не менее 92-95%. Проведенные исследования показали, что как синтетический аморфный, так и природный кристаллический кремнезем позволяют с сопоставимой эффективностью проводить очистку амидных производных хлорина е6 от исходных реагентов и побочных продуктов. Полученные результаты направлены в виде статьи. Готовится заявка на патент РФ. В области физико-химических исследований проведено изучение спектров поглощения и испускания монокатионных фотосенсибилизаторов в водных растворах, изучена способность макрогетероциклов к генерации синглетного кислорода и определены величины квантовых выходов с помощью химического метода и метода разрешенной во времени флуоресцентной спектроскопии. Проведены исследования по изучению аффинности исследуемых агентов к транспортным белкам плазмы методом гель-фильтрационной хроматографии с использованием гелей «Акрилекс Р 200» и «Сефадекс G 200» и получены кривые распределения ФС по липопротеиновой и альбуминовой фракциям. Получены новые экспериментальные данные, расширяющие представления о роли химической структуры и физико-химических свойств молекул хлориновых фотосенсибилизаторов в процессах их взаимодействия с различными биологическими объектами, включая белки сыворотки человека. В области биологических исследований была изучена динамика накопления фотосенсибилизирующих агентов в перевивных опухолях и окружающей их здоровой ткани. Проведено моделирование ФДТ перевивных опухолей у лабораторных животных с саркомой М1 предложенными ФС. Эффективность фотодинамической терапии была оценена по: объему опухоли; коэффициенту абсолютного прироста опухоли; торможению роста опухоли; проценту животных с полной регрессией опухоли; увеличению продолжительности жизни и по критерию излечения после терапии. Установлено, что полусинтетические монокатионные хлориновые фотосенсибилизаторы, полученные из микроводоросли Spirulina platensis, являются нетоксичными в чистом виде макрогетероциклами с низкой себестоимостью получения и хорошей фотостабильностью в конденсированном состоянии и растворах. Они обладают высокими пиками поглощения и испускания в окне оптической прозрачности живой ткани и генерирует синглетный кислород с квантовым выходом ~ 50% в водной среде. Оба ФС используют липопротеины низко и высокой плотности для накопления в опухолях и позволяют добиться полного излечения 75% животных с перевивной саркомой М1 за 1 сеанс ФДТ. Совокупность полученных в 2025 году результатов позволили успешно завершить первый этап проекта: получить и физико-химически изучить монокатионные хлориновые фотосенсибилизаторы, содержащие в своей структуре катионный триметиламмонийный и N,N-диметилпиперазинильный фрагменты для проведения дальнейших исследований в области изучения противоопухолевой активности потенциальных препаратов. За отчетный период получены новые данные, расширяющие представления о роли химической структуры и физико-химических свойств молекул хлориновых фотосенсибилизаторов в генерации синглетного кислорода и определении процессов их взаимодействия с транспортными белками плазмы. Включение катионных заместителей в молекулу хлорина е6 существенно влияет на физико-химические свойства новых соединений, на уровень накопления их в опухолевой ткани. По результатам выполнения первого этапа проекта опубликовано 3 статьи и 3 тезисов докладов. Кроме этого, одна статья (ChemChemTech) принята в печать и будет опубликована в апреле 2026 г. Еще одна мультидисциплинарная работа, поданная в журнал Q1 «ACS Omega» (август 2025 г) прошла рецензирование.

Публикации

1. Кустова Т.В., Фомин Н.С., Кручинина Д.К., Кустов А.В., Крестьянинов М.А. Новые сорбционные материалы для тонкой очистки водорастворимых хлориновых фотосенсибилизаторов СhemChemTech ("Известия высших учебных заведений" серии "Химия и химическая технология") (год публикации - 2026)

2. Кустова Т.В., Зорин В.П., Зорина Т.Е., Кустов А.В., Белых Д.В Внутриклеточная локализация и фотоинактивация опухолевых клеток лейкемической линии хлориновыми сенсибилизаторами с различными функциональными заместителями Институт органической химии им.Н.Д.Зелинского, Российской академии наук (ИОХ РАН ), Москва, сборник тезисов II Научной конференции «Искусственный интеллект в химии и материаловедении» Artificial Intelligence in Chemistry and Materials Science 2025, Москва, 17-21 ноября 2025 С. 193 (год публикации - 2025)

3. Ляпин Д.С., Фомин Н.С., Кустова Т.В. Разработка технологии получения и исследование водорастворимых хлориновых фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии и диагностики ФГБОУ ВО «Ивановский государственный университет», Жидкие кристаллы и «умные» наноматериалы (XI Чистяковские чтения) : сборник тезисов докладов Всероссийской научной конференции c международным участием. Россия, Иваново, 20–21 мая 2025. – Иваново : Иван. гос. ун-т, 2025. – С. 31. ISBN 978-5-7807-1492-7 (год публикации - 2025)

4. Зорина Т.Е., Ермилова Т.И., Коблов И.В., Кравченко И.Е., Шман Т.В., Кустова Т.В., Березин Д.Б., Худяева И.С., Зорин В.П. Сравнительный анализ сенсибилизирующей активности и характеристик биораспределения производных хлорина е6: влияние природы заряженных групп Биофизика, Биофизика. 2025. Т. 70, № 5. С. 877–890 DOI: 10.31857/S0006302925050041 (год публикации - 2025)
10.31857/S0006302925050041

5. Кустова Т.В., Фомин Н.С., Рассолова А.Е. Оптимизация получения водорастворимых хлориновых фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии и диагностики Жидкие кристаллы и их практическое использование, Жидкие кристаллы и их практическое использование. 2025. Т. 25, № 4. С.35-43 DOI: 10.18083/LCAppl.2025.4.35 (год публикации - 2025)
10.18083/LCAppl.2025.4.35

6. Фомин Н.С., Ляпин Д.С. Водорастворимые хлориновые фотосенсибилизаторы для фотодинамической терапии и диагностики. Синтез и свойства ФГБОУ ВО "ИГХТУ", Сборник тезисов Всероссийской школы-конференции молодых ученых «ДНИ НАУКИ В ИГХТУ», 21-26 апреля 2025 года. – Иваново. С. 252 (год публикации - 2025)

7. Кустов А.В., Березин Д.Б., Кустова Т.В., Гагуа А.К., Дайхес Н.А. Фотодинамическая терапия: исследования, результаты, перспективы Biomedical photonics, Biomedical photonics. 2025. Т.14. № 2s. С.4 (год публикации - 2025)