ИСТИНА

Фундаментальной задачей проекта является разработка электрохимических критериев, позволяющих прогнозировать строение органического лиганда и условия протекания реакций комплексообразования, оптимальные для направленного получения моновалентных или смешанновалентных комплексов меди с высокой цитотоксичностью.

The proposed project is devoted to the study of binuclear mixed and homovalent coordination compounds of copper (I, II) with heterocyclic nitrogen-containing ligands to determine the effect of the metal-ligand interaction on the type and electron distribution in the resulting coordination compounds and the correlation of the electrochemical potentials of ligands and mixed valent complexes with their cytotoxic toxic groups. The fundamental task of the project is the development of electrochemical criteria allowing to predict the structure of the organic ligand and the conditions of complex formation reactions that are optimal for the targeted production of monovalent or mixed valence copper complexes with high cytotoxicity. Until now, such criteria have not been formulated. The obtained data can be used to create effective cytotoxic binuclear mixed-valent copper (I, II) coordination compounds with multiple mechanisms of antitumor action associated with electron transfer involving copper atoms in various degrees of oxidation. The interdisciplinary nature of the project is determined by using in its framework methods of organic and coordination chemistry, physicochemical analysis, and biological and biomedical research.

Основной задачей проекта является разработка и валидация электрохимических критериев, позволяющих подбирать строение органического лиганда и условия протекания реакций комплексообразования в соответствии с поставленной задачей направленного получения моновалентных или смешанновалентных комплексов меди(I,II), способных восстанавливаться электрохимически или под действием внутриклеточных восстановителей (например, глутатиона) «по металлу» или «по лиганду». Разработанные критерии в перспективе позволят оптимизировать структуру органического лиганда для получения биядерных смешанновалентных координационных соединений меди заданного строения. В рамках данного проекта предполагается провести исследование нескольких серий дитопных органических лигандов, способных образовывать в реакциях с солями меди(II) биядерные смешанновалентные металлокомплексы, с различными типами координирующих фрагментов (пиридиновыми, имидазолоновыми, имидазолиновыми, пиразольными и пиразолиновыми, тиазольными); в рамках каждой серии будет варьироваться природа заместителей в ароматических и гетероциклических фрагментах и экзоциклических донорных атомов, не участвующих напрямую в координации. Будет обращено внимание на возможность различного электронного распределения в комплексах с так называемыми "неинноцентными" лигандами, для уточнения истинной степени окисления меди и заряда лиганда в таких координационных соединениях. Конечным фундаментальным результатом исследования должно стать определение основных факторов, влияющих на окислительное состояние меди в биядерном комплексе и установление соотношения «структура лиганда - цитотоксичность его медьсодержащего комплекса». Полученные данные могут быть использованы для разработки структур биядерных смешанновалентных координационных соединений меди(I,II) c множественными механизмами противоопухолевого действия, связанными с электронным переносом с участием атомов меди в различных степенях окисления. Проведенные фундаментальные исследования должны позволить осуществлять направленный синтез цитотоксических биядерных смешанновалентных координационных соединений меди(I,II) c заданным электронным распределением и множественными механизмами противоопухолевого действия, связанными с электронным переносом с участием атомов меди в различных степенях окисления. Междисциплинарность проекта определяется использованием в его рамках методов органической и координационной химии, физико-химического анализа и биологических и биомедицинских исследований. Ожидаемым результатом проекта является разработка электрохимических критериев, позволяющих прогнозировать строение органического лиганда и условия протекания реакций комплексообразования, оптимальные для направленного получения моновалентных или смешанновалентных комплексов меди с высокой цитотоксичностью. Полученные данные могут быть использованы для создания эффективных цитотоксических биядерных смешанновалентных координационных соединений меди(I,II) c множественными механизмами противоопухолевого действия, связанными с электронным переносом с участием атомов меди в различных степенях окисления.

Коллектив имеет большой опыт синтеза и электрохимического исследования смешанно- и гомовалентных координационных соединений меди(I,II) c лигандами ряда 2-тиогидантоинов, производных пиразолина и пиразола , тиокарбоксамидов , терпиридинов , а также их кислород- и селен- содержащих аналогов. Для всех синтезированных координационных соединений получены данные циклической вольтамперометрии и исследования на вращающемся дисковом электроде. Накоплен значительный, хотя до настоящего времени не обобщенный и не систематизированный в плане формулировки закономерностей материал по направленному получению комплексов меди (+2,+2), (+1,+1), (+1,+2), (+1.5,+1.5).

В ходе выполнения проекта на примере нескольких серий моно- и биядерных медьсодержащих комплексов с органическими лигандами различных структурных типов впервые установлена взаимосвязь между структурой, цитотоксической активностью и окислительно-восстановительными потенциалами переходов Cu+1/Cu+2, в также способностью генерировать активные формы кислорода (АФК) и внутриклеточным накоплением. Варьировались: (1) тип азотсодержащего гетероциклического лиганда (терпиридин, пиридил-тиоимидазолон, пиридилбензотиазол); (2) характер дополнительного донорного атома лиганда (сера, селен); (3) неорганический противоион (хлорид, бромид, перхлорат); (4) условия получения комплекса (восстанавливающий или невосстанавливающий растворитель); (5) наличие дополнительного редокс-активного лигандного фрагмента (ферроцен, пирокатехин). За отчетный период получены следующие основные результаты: 1. Предложен удобный и надежный электрохимический критерий, позволяющий различить комплексы СuI, CuII, СuIСuI, CuIICuII , CuICuII по характеру тока на кривой ВДЭ (андоный, катодный или смешанный). 2. Установлены следующие корреляции между структурой, окислительно-восстановительными потенциалами переходов Cu+2/Cu+1 и характером антипролиферативной активности медьсодержащих координационных соединений азотсодержащих органических лигандов: - Сильные акцепторы электронов в ароматическом фрагменте лиганда стабилизируют медь в одновалентном состоянии. Электронодонорные заместители стабилизируют Cu+2 в составе комплекса. Восстановление меди в процессе комплексообразования происходит под действием растворителя (спирта или ДМФА) или непосредственно органического лиганда. - Изменение природы и положения заместителей в бензольном кольце лигандов сильно влияет на цитотоксическую активность их комплексов и окислительно-восстановительный потенциал Cu+2/Cu+1 в комплексе. - Биядерные координационные соединения Cu+2/Cu+2, как правило, менее токсичны, чем их смешанновалентные и одновалентные аналоги. - Понижение потенциала Cu+2/Cu+1 отрицательно влияет на цитотоксичность. Соединения с отрицательными потенциалами Cu+2/Cu+1 не склонны к внутриклеточному восстановлению. Чем более отрицателен потенциал Epc (Cu+2 → Cu+1), тем хуже антипролиферативная активность координационного соединения из-за высокой стабильности координационного соединения Cu+2. - Повышение электроноакцепторной способности лиганда вызывает увеличение потенциала восстановления меди, что способствует стабилизации моновалентного состояния и увеличивает цитотоксичность. Высокая окислительно-восстановительная активность способствует внутриклеточному восстановлению, что приводит к длительному внутриклеточному удержанию и высокой цитотоксичности. - Наиболее активными генераторами АФК оказались смешанновалентные координационные, содержащие Cu+2/Cu+1, которые можно можно считать «окислительно-восстановительным буфером», поддерживающим равновесие между окисленной и восстановленной формами меди, а также комплексы, содержащие дополнительный редокс-активный фрагмент (ферроцен, пирокатехин). - Для исследованной серии координационных соединений понижение антипролиферативной активности при уменьшении потенциала Epc Cu+2/Cu+1, по- видимому, связано с быстрым удалением комплекса Cu+2 из клетки. 3. Показано, что цитотоксическая активность комплексов меди (+1.5 и +2) в экспериментах in vitro значительно увеличивается (на 2–3 порядка величины IC50) при добавлении восстановителя (N-ацетилцистеина (NAC), цистеина или аскорбата натрия). Другие двухвалентные катионы (Zn, Fe, Mo и Co) не демонстрируют повышения цитотоксичности в такой комбинации. Установлено, что катионы Cu+2 подвергаются ступенчатому восстановлению в присутствии NAC или аскорбата, и образующиеся комплексы Cu+1 могут генерировать супероксид-анион в реакции типа Фентона, что вызывает необратимое повреждение мембран и гибель клеток в результате восстановления иона металла в неорганических и органических Cu-содержащих соединениях. Исходя из этого, измерение потенциала окислительно-восстановительного перехода Cu+2  Cu+1 в комплексах меди с органическим лигандом можно использовать в качестве экспресс-метода прогнозирования того, будет ли, и насколько эффективно, цитотоксичность комплексов увеличиваться при активации действием NAC или другого внутриклеточного восстановителя.