ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ ИНСТИТУТА НЕФТЕХИМИИ И КАТАЛИЗА УФИЦ РАН В 2020 ГОДУ В ОБЛАСТИ ОРГАНИЧЕСКОЙ И МЕДИЦИНСКОЙ ХИМИИ, ХИМИИ ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, КАТАЛИЗА И НЕФТЕХИМИИ:
Синтез и цитотоксическая активность нового класса гибридных молекул на основе С60-фуллерена и 5Z,9Z-диеновых кислот (проф. РАН, д.х.н. Туктаров А.Р., к.х.н. Хузина Л.Л., д.м.н. Джемилева Л.У., проф. РАН, д.х.н. Дьяконов В.А., чл.-корр. РАН, д.х.н. Джемилев У.М.)
Опираясь на ранее полученные нами результаты по разработке потенциальных противоопухолевых препаратов на основе 5Z,9Z-диеновых кислот, выделенных в минорных количествах из морских губок и плодов голосеменных растений, а также полученных синтетическим путем, мы впервые осуществили ковалентное связывание С60-фуллрена с α,ω- дикарбоновыми кислотами, α,ω-диолами и макродиолидами, содержащими 5Z,9Z-бисметиленразделенные двойные связи, в условиях реакции Бингеля-Хирша.
В результате оценки противоопухолевого действия синтезированных гибридных молекул, содержащих фрагменты макродиолидов и 5Z,9Z-диеновых кислот, in vitro с использованием клеточных линий Jurkat, K562, HL60, U937 и нормальных фибробластов установлен цитотоксический эффект в 5-170 раз превышающий аналогичный показатель, характерный для несвязанных с С60 соединений, содержащих Z,Z-бисметиленразделенные двойные связи. Обнаруженное выраженное снижение процессов окисления и фосфорилирования в митохондриях опухолевых клеток однозначно свидетельствует о митохондриальном механизме действия синтезированных гибридов.
Синтез нового класса богатых энергией гибридных молекул на основе С60-фуллерена и квадрицикланов — перспективные противоопухолевые препараты (проф. РАН, д.х.н. Туктаров А.Р., к.х.н. Ахметов А.Р., к.х.н. Садретдинова З.Р., к.х.н. Хузин А.А., д.м.н. Джемилева Л.У., чл.-корр. РАН, д.х.н. Джемилев У.М.)
В рамках выдвинутой нами ранее оригинальной идеи по синтезу гибридных молекул на основе С60-фуллерена и квадрицикланов, способных термически воздействовать на опухолевые клетки в результате выделения in situ тепловой энергии при разрыве углерод-углеродной связи в квадрициклановом фрагменте исходной гибридной молекулы под действием ионов Pt или Pd, а также с целью увеличения цитотоксической и терапевтической активности, указанного выше класса соединений, мы впервые синтезировали гибридные молекулы на основе С60-фуллерена, содержащих от 6 до 12 квадрициклановых фрагментов. Широкие биологические исследования цитотоксической активности водорастворимых комплексов синтезированных гексаквадрициклансодержащих С60-фуллеренов с поливинилпирролидоном in vitro на клетках Т-лимфобластной лейкемии человека (Jurkat cells) показало достоверное увеличение активности полученных квадрициклановых аддуктов с С60-фуллереном в сравнении с моноквадрициклановым производным С60-фуллерена.
Таким образом, впервые синтезированные полиаддукты С60-фуллерена с квадрицикланами перспективны для разработки и реализации в медицинскую практику нового поколения противоопухолевых препаратов.
Новый стереоселективный метод синтеза ацетиленовых производных природного лембехина В — эффективные индукторы апоптоза в опухолевых клетках (д.м.н. Джемилева Л.У., проф. РАН, д.х.н. Дьяконов В.А., к.х.н. Макаров А.А., к.х.н. Макарова Э.Х., чл.-корр. РАН Джемилев У.М.)
Разработан оригинальный метод синтеза ацетиленовых производных природного лембехина B, основанный на применении на ключевой стадии новой реакции Ti-катализируемого кросс-цикломагнирования О-содержащих и алифатических 1,2-диенов с помощью реактивов Гриньяра, с высокими выходами (50-67%) и селективностью (>98%). С целью изучения влияния структуры полученных ацетиленовых производных лембехина B на проявляемую противоопухолевую и нейритогенную активность, синтезирована линейка аналогов лембехина B с различным удалением терминальной гидрокси-группы от 1,3-диинового фрагмента и изучена их нейритогенная активность на клетках нейробластомы мыши Neuro2A, а также цитотоксичность, индукция апоптоза и влияние на клеточный цикл по отношению к опухолевым линиям Jurkat, U937, K562, HeLa and Hek293.
Установлено, что производные лембехина B имеют дозозависимое влияние на клеточную популяцию и вызывают индукцию раннего и позднего апоптоза, тогда как исходный лембехин B в большей степени является индуктором раннего апоптоза, что подтверждается исследованием влияния на клеточный цикл. Если лембехин B, помимо накопления клеток в гиподиплоидной популяции (G0), в основном, вызывает остановку клеточного цикла в G1 фазе, то его 1,3-дииновые аналоги оказывают прямое влияние на S-фазу, вызывая ее остановку и снижая популяцию клеток в G2 фазе, что также, в конечном итоге, обогащает гиподиплоидную популяцию клеток. Исследования биологической активности in vitro выявили высокий потенциал синтезированных соединений для их применения в качестве основы при разработке современных противоопухолевых или нейритогенных препаратов для лечения социально значимых заболеваний человека. В настоящее время в данной области нами проводятся интенсивные исследования по изучению молекулярных механизмов лембехин-индуцированного нейритогенеза и противоопухолевой активности природных и синтетических лембехинов с привлечением современных молекулярно-биологических подходов в проточной цитометрии, многопараметрического анализа сигнальных путей, иммуногистохимических исследований и вестерн-блоттинга, а также флуоресцентной спектроскопии.
Аддукты нативных тритерпеновых кислот с митохондриально-тропным катионным соединением F16, перспективные в качестве новых противоопухолевых лекарственных средств (к.х.н. Спивак А.Ю., к.х.н. Недопёкина Д.А., асп. Давлетшин Э.В., к.б.н. Юнусбаева М.М., д.х.н. Дьяконов В.А., д.м.н. Джемилева Л.У., чл.- корр. РАН, д.х.н. Джемилев У.М.)
С целью поиска новых, высокоэффективных и избирательно действующих противоопухолевых препаратов для медицины синтезированы первые представители аддуктов пентациклических тритерпеновых кислот (бетулин, бетулиновая, урсоловая, олеаноловая и глицирретовая кислоты) с митохондриально-нацеленным делокализованным липофильным катионным соединением F16 (E-4(1H-индол-3-илвинил)-N-метилпиридиний бромид). Фрагмент липофильного мембрано-проникающего соединения F16 использован в качестве средства избирательной доставки нативных пентациклических титереноидов в митохондрии раковых клеток. Полученные коньюгаты, испытаны in vitro посредством проточной цитофлуорометрии на трех опухолевых клеточных линиях человека (U937, K562 и Jurkat) и здоровых клетках фибробластах. Все новые катионные производные тритерпеновых кислот показали значительное усиление противоопухолевого действия (≈ в 100-200 раз) в сравнении со своим прототипом, бетулиновой кислотой, и продемонстрировали более высокий цитотоксический эффект в отношении линий опухолевых клеток по сравнению со здоровыми клетками фибробластами. В ряду исследуемых соединений наиболее селективными были конъюгаты F16 c бетулином и бетулиновой кислотой с величиной индекса селективности ≥ 10.
