2 курс / Биохимия / Синтез_и_изучение_свойств_новых_материалов_с_противоопухолевой

Санкт-Петербургский государственный университет

на правах рукописи

Миколайчук Ольга Владиславовна

СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ АКТИВНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ ПОЛИАЗОТИСТЫХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ

Научная специальность 1.4.16. Медицинская химия Диссертация представлена на соискание учёной степени кандидата химических наук

Научные руководители:

д-р биол. наук,

Шаройко Владимир Владимирович д-р хим. наук,

Семёнов Константин Николаевич

Санкт-Петербург

2023

1.МЕТОДЫ СИНТЕЗА ТРИЗАМЕЩЁННЫХ 1,3,5-ТРИАЗИНОВ С

3.4.Исследование физико-химических свойств водных растворов

3.6.Изучение физико-химических свойств водных растворов

4

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ДНК — Дезоксирибонуклеиновая кислота РНК — Рибонуклеиновая кислота

IC50 — Концентрация полумаксимального ингибирования ДМФА — N,N-Диметилформамид

Glu 30 — Глутаминовая кислота

ВИЧ-1 — Вирус иммунодефицита человека

GO — Оксид графена

ЧСА — Сывороточный альбумин человека

PBS — Натрий-фосфатный буферный раствор

THF — Тетрагидрофуран

5

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

На сегодняшний день лекарственная противоопухолевая терапия представлена тремя направлениями: химиотерапия, таргетная терапия и иммунотерапия. Химиотерапия является неспецифическим лечением, в котором используются химические вещества, ингибирующие пролиферацию клеток за счёт воздействия на клеточные ДНК, РНК, рецепторы, метаболизм и компоненты цитоскелета [1]. В связи со сложностью получения таргетных и иммунных препаратов (данный факт значительно повышает их стоимость), химиотерапия все ещё является актуальным подходом, т. к. цитостатики являются низкомолекулярными химическими веществами, которые значительно легче синтезировать. Главным недостатком химиотерапии является отсутствие специфичности цитостатиков к опухолевым клеткам, что обуславливает развитие широкого спектра токсических побочных эффектов, среди которых можно выделить повышенную утомляемость, алопецию, апластическую анемию и тромбоцитопению, иммунодефицит, нейропатию, развитие кожных язв, нарушение когнитивных и репродуктивных функций, диарею, тошноту, потерю аппетита. Стоит отметить и развитие резистентности к терапии, что обуславливает необходимость поиска новых химических веществ с цитостатическими свойствами.

Таким образом, проблема синтеза новых биологически активных веществ и создания на их основе новых лекарственных средств для лечения онкологических заболеваний является одной из важнейших задач.

Цель и задачи работы

Цель работы — создание новых перспективных материалов на основе 1,3,5-

триазинов и тетразолов, а также оксида графена для уменьшения системной токсичности и регулирования биоактивности.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1) создание новых перспективных биологически активных соединений 1,3,5-

триазинового ряда, обладающих противоопухолевой активностью; 2) синтез наноформы соединения-лидера с оксидом графена;

6

3)изучение физико-химических свойств полученных соединений 1,3,5-

триазинового ряда;

4) in vitro тестирование полученных соединений и конъюгата.

Научная новизна и практическая значимость

1.Проведён синтез новых гетероциклических соединений на основе 1,3,5-триазина, в том числе содержащих одновременно триазиновый и тетразолильный фрагменты.

2.Впервые синтезирован и охарактеризован нековалентный конъюгат, содержащий оксид графена, обогащённый кислородсодержащими функциональными группами и цитостатический препарат на основе 1,3,5-триазина (степень загрузки — 68 %).

3.Проведено комплексное изучение физико-химических свойств водных растворов цитостатического препарата на основе 1,3,5-триазина, включающее изучение стабильности, растворимости, коэффициента распределения, плотности и вязкости.

4.Проведено изучение биосовместимости синтезированных материалов: гемосовместимости, антиоксидантных свойств, генотоксичности.

5.Изучена цитотоксичность полученных соединений на различных клеточных линиях.

Достоверность и апробация результатов исследования

Результаты были опубликованы в шести работах в рецензируемых научных журналах, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science и представлены на шести международных и всероссийских научных конференциях.

Список публикаций

1.Mikolaichuk O., Sharoyko V., Popova E., Protas A., Fonin A., et. al. Biocompatibility and bioactivity study of a cytostatic drug belonging to the group of alkylating agents of the triazine derivative class // J. Mol. Liq. – 2021. – Vol. 343. – P. 117630.

2.Mikolaichuk O., Popova E., Protas A., Rakipov I., Nerukh D., et. al. A cytostatic drug from the class of triazine derivatives: Its properties in aqueous solutions, cytotoxicity, and therapeutic activity // J. Mol. Liq. – 2022. – Vol. 356. – P. 119043.

3.О. В. Миколайчук, В. В. Шаройко, Е. А. Попова, А. В. Протас, А. В. Фонин, и др. всего 12 человек. Синтез, исследование взаимодействия с ДНК и противоопухолевая активность нового тетразолсодержащего производного 2-амино-4,6-ди(азиридин-1-

ил)-1,3,5-триазина // Известия АН. Серия химическая. – 2022. – №5. – с. 1050.

7

4. Molchanov O., Maistrenko D., Granov D., Vasina L., Popova A., Vasilevskaya I.,

Mikolaichuk O., et. al. Biomarkers and potential targets for immune and cellular therapy in triple negative breast cancer // Cell Ther Transplant. – 2022. – Vol. 11(2). – P. 18.

5. Mikolaichuk O., Popova E., Protas A., Shemchuk O., Vasina L. Study of biocompatibility, cytotoxic activity in vitro of a tetrazole-containing derivative of 2-amino- 4,6-di(aziridin-1-yl)-1,3,5-triazine // Biochem Biophys Res Commun. // 2022. – Vol. 629.

– P. 176.

6. Sharoyko V., Mikolaichuk O., Shemchuk O., Abdelhalim A. O. E., Potanin A., et. al. Novel non-covalent conjugate based on graphene oxide and alkylating agent from 1,3,5- triazine class // J. Mol. Liq. – 2023. – Vol. 372. – P. 121203.

Список конференций

1. Материалы 5-й Российской конференции по медицинской химии с международным участием «МедХим-Россия 2021» 5–8 октября 2021. О. В.

Миколайчук, А. В. Протас, Е. А. Попова, А. М. Малкова, В. А. Островский, А. А.

Богданова, Ю. Н. Павлюкова, Н. Т. Шманёва, Ю. А. Нащекина, В. В. Шаройко, К. Н.

Семёнов «Производные 5-фенилтетразол-2-илуксусной кислоты как ключевые реагенты в синтезе биологически активных веществ, проявляющих противоопухолевую активность», Волгоград, Российская Федерация, 2021.

2. Материалы XXIV Международной медико-биологической конференции молодых исследователей «Фундаментальная наука и клиническая медицина — человек и его здоровье» апрель 2021. О. В. Миколайчук, А. В. Протас, Г. О. Юрьев, К. Н. Семёнов

«Исследование взаимодействия производного 1,3,5-триазина с ДНК», Санкт-

Петербург, Российская Федерация, 2021.

3. Материалы LXXXII научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической медицины —

2021» 24 апреля 2021 года. О. В. Миколайчук, А. В. Протас, Е. А. Попова «Синтез и исследование свойств новых гибридных гетероциклических систем на основе 1,3,5-

триазинов», Санкт-Петербург, Российская Федерация, 2021.

4. Материалы Всероссийской научной конференции «Марковниковские чтения:

органическая химия от Марковникова до наших дней» 8–11 октября 2021 года. О. В.

Миколайчук, А. В. Протас, Е. А. Попова, А. А. Спиридонова, О. Я. Волкова, А. М.

8

Малкова, В. В. Шаройко, К. Н. Семёнов «Синтез, структура и биологическая активность некоторых производных 1,3,5-триазина», Сочи, Российская Федерация,

2021.

5. Материалы Всероссийского Конгресса "КOST-2021" по химии гетероциклических соединений 12–16 октября 2021 года. О. В. Миколайчук, А. В. Протас, Е. А. Попова,

А. А. Батыренко, А. М. Малкова, В. В. Шаройко, К. Н. Семёнов «Синтез и исследование биологической активности новых производных 1,3,5-триазина», Сочи,

Российская Федерация, 2021.

6. Материалы XXVIII Всероссийской конференции молодых учёных с международным участием "Актуальные проблемы биомедицины-2022" 24–26 марта

2022 года. О. В. Миколайчук, Е. А. Попова, А. В. Протас, М. Д. Лутцев, А. А.

Потанин, А. М. Малкова «Исследование биосовместимости и биоактивности нового тетразолсодержащего производного 2-амино-4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-

триазина», Санкт-Петербург, Российская Федерация, 2022.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства здравоохранения Российской Федерации (государственное задание по теме

«Создание и оценка противоопухолевой активности конъюгатов неанелированных

1,3,5-триазинил- тетразолов с молекулами адресной доставки к мишеням клеток опухоли микроокружения»).

Положения, выносимые на защиту

1. Методика синтеза цитостатического препарата 5-((4,6-дихлор-1,3,5-

триазин-2-ил)амино)-2,2-диметил-1,3-диоксан-5-ил)метанола и его тетразолированного производного ((5-((4,6-ди(азиридин-1-ил)-1,3,5-триазин-2-

ил)амино)-2,2-диметил-1,3-диоксан-5-ил)метил-2-(5-фенил-2H-тетразол-2-

ил)ацетата).

2. Данные по синтезу и идентификации конъюгата оксида графена с цитостатическим препаратом 5-((4,6-дихлор-1,3,5-триазин-2-ил)амино)-2,2-

диметил-1,3-диоксан-5-ил)метанола.

3. Изучение свойств водных растворов 5-((4,6-дихлор-1,3,5-триазин-2-

ил)амино)-2,2-диметил-1,3-диоксан-5-ил)метанола и его тетразолированного аналога.

9

4. Результаты по изучению биосовместимости и биологической активности производных 1,3,5-триазина и конъюгата на его основе.

Структура диссертации

Диссертационная работа изложена на 144 страницах и состоит из перечня используемых сокращений, введения, обзора литературы, обсуждения полученных результатов, выводов, экспериментальной части и списка литературы. Список цитируемой литературы включает 133 наименования. Диссертация содержит 23

таблицы, 63 рисунка и 31 схему.

Личный вклад автора заключался в синтезе и идентификации производных 1,3,5-

триазина и триазинилтетразолов, оксида графена и конъюгата на его основе, в

изучении биосовместимости и биологической активности полученных соединений и конъюгата, обсуждении результатов экспериментов и подготовке научных публикаций.

Благодарности

Автор выражает благодарность всем, с кем было связано появление настоящей работы. Прежде всего, своим научным руководителям д. х. н., доценту,

заведующему кафедрой общей и биоорганической химии ПСПбГМУ им. акад. И. П.

Павлова Семёнову Константину Николаевичу и д. б. н., доценту, профессору кафедры Шаройко Владимиру Владимировичу, всему коллективу кафедры:

профессору, д. х. н. Поповой Елене Александровне, доценту к. х. н. Протас Александре Владимировне, Шемчук Ольге Сергеевне. Автор благодарит коллектив кафедры химии твёрдого тела Института химии СПбГУ за организацию работы на высоком уровне и создание творческой атмосферы во главе с д. х. н, профессором Муриным Игорем Васильевичем. Автор благодарит коллектив кафедры химии и технологии органических соединений азота СПбГТИ (ТУ), профессора, д. х. н.

Островского Владимира Ароновича за советы и научные консультации.

Также автор выражает благодарность Корнякову И. В. За помощь в проведении рентгеноструктурного анализа, Лутцеву М. Д. за помощь в проведении исследований биосовместимости. Автор также выражает признательность всем сотрудникам Ресурсного центра СПбГУ за запись ЯМР-, ИК-, масс-спектров и физико-химическое изучение синтезированных веществ.

10

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА ТРИЗАМЕЩЁННЫХ 1,3,5-ТРИАЗИНОВ С ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Из широкого ряда замещённых триазинов 1,3,5-триазины выделяются благодаря своим уникальным свойствам [2]. Большое число соединений,

содержащих 1,3,5-триазин в своей структуре проявляют широкий спектр биологической активности, что стимулирует разработку новых методов и оригинальных подходов к синтезу тризамещённых триазинов [3–5]. В настоящем обзоре литературы рассмотрены наиболее важные методы синтеза замещённых

1,3,5-триазинов. Основными синтетическими подходами к получению замещённых

1,3,5-триазинов являются реакции циклизации альдегидов, нитрилов, бигуанидов и реакции последовательного замещения атомов хлора в цианурхлориде.

1.1.Реакции циклизации

1.1.1.Получение тризамещённых 1,3,5-триазинов реакцией циклизации

производных бигуанидов

Арилбигуаниды способны вступать в два типа реакций гетероциклизации с образованием триазинов по фрагменту «А» (с участием эфиров ароматических кислот, эфиров монохлоруксусной кислоты) и по фрагменту «В» (при участии ацетоуксусного эфира и β-дикетонов) с образованием производных пиримидина

(Рис. 1.1).

Рис. 1.1. Общая формула арилбигуанидов.