ИСТИНА

Раковые заболевания являются второй из основных причин смертности в мире. Среди всех онкологических патологий рак печени занимает четвертое место по смертности (782 000 случаев смерти в 2018 году) [World Health Organization: Cancer. Fact sheet. http://who.int/news-room/fact-sheets/detail/cancer], а самым распространенным видом онкологических заболеваний печени является гепатоцеллюлярная карцинома (ГЦК) – результат злокачественного перерождения гепатоцитов. Большинство препаратов для химиотерапии ГЦК, среди которых доксорубицин, 5-фторурацил, цисплатин, миксантрон, оксалиплатин, гемцитабин, продемонстрировали достаточно умеренный терапевтический эффект [Eatrides J. et al. Role of Systemic Therapy and Future Directions for Hepatocellular Carcinoma //Cancer Control. – 2017. – Т. 24. – №. 3. – С. 1-7.]. Поэтому поиск новых более эффективных и менее токсичных препаратов для борьбы с ГЦК является важным направлением исследований. Адресная доставка лекарственных средств в пораженные ткани может повысить эффективность терапии. Адресная доставка – перспективная стратегия модификации лекарственных агентов, позволяющая улучшить фармакологический профиль, локализовать терапевтические агенты в целевой ткани, органе или клетке, повысить терапевтический индекс и эффективность лекарственных препаратов за счет увеличения его действенной концентрации и снижения общего содержания в организме [Маклакова С. Ю. и др. Новый подход к синтезу лигандов асиалогликопротеинового рецептора для направленной доставки олигонуклеотидов в гепатоциты //Известия Академии наук. Серия химическая. – 2015. – №. 7. – С. 1655-1655.]. Удобной мишенью для адресной доставки в клетки печени является асиалогликопротеиновый рецептор (ASGPR) по ряду причин: 1) высокая селективность рецептора по отношению к производным галактозы, 2) расположение преимущественно на поверхности гепатоцитов, 3) высокая концентрация (более 500 000 рецепторов на гепатоците), 4) запуск процесса рецептор-опосредованного эндоцитоза при связывании с производным галактозы [Spiess M. The asialoglycoprotein receptor: a model for endocytic transport receptors // Biochemistry. 1990. V. 29. №. 43. P. 10009-10018.; Stockert R. J. The asialoglycoprotein receptor: relationships between structure, function, and expression // Physiol. Rev. 1995. V. 75. №. 3. P. 591-609.]. Главными преимуществами процесса рецептор-опосредованного эндоцитоза являются возможность освобождения от молекулы-доставщика при помощи ферментативного или кислотного гидролиза внутри эндосомы, а также возвращение способности рецептора к связыванию новой молекулы на поверхность клетки в течение часа [Bareford L. M., Swaan P. W. Endocytic mechanisms for targeted drug delivery // Adv. Drug Deliv. Rev. 2007. V. 59. №. 8. P. 748-758.; Böhme D., Beck‐Sickinger A. G. Controlling Toxicity of Peptide–Drug Conjugates by Different Chemical Linker Structures //ChemMedChem. 2015. V. 10. №. 5. P. 804-814.]. В совокупности все это делает ASGPR перспективнейшей мишенью для адресной терапии заболеваний печени, особенно гепатоцеллюлярной карциномы и вирусного гепатита С. На данный момент времени разработка низкомолекулярных средств адресной доставки на основе ковалентных конъюгатов лигандов ASGPR с терапевтическими агентами является развивающейся, актуальной темой исследований, о чем говорят последние публикации по этому направлению [Ma Y. et al. Galactose as Broad ligand for multiple tumor imaging and therapy //Journal of Cancer. 2015. V. 6. №. 7. P. 658.; Rico L. et al. Studies directed toward the asialoglycoprotein receptor mediated delivery of 5-fluoro-2′-deoxyuridine for hepatocellular carcinoma //Bioorganic & medicinal chemistry letters. 2018. V. 28.№. 15. P. 2652-2654.; Sharma A. et al. Development of a theranostic prodrug for colon cancer therapy by combining ligand-targeted delivery and enzyme-stimulated activation //Biomaterials. 2018. V. 155. V. 145-151.; Sanhueza C. A. et al. Efficient liver targeting by polyvalent display of a compact Ligand for the asialoglycoprotein receptor //Journal of the American Chemical Society. 2017. V. 139. №. 9. P. 3528-3536.; Zhang Y. et al. Targeted delivery of atorvastatin via asialoglycoprotein receptor (ASGPR) //Bioorganic & medicinal chemistry. 2019. V. 27. №. 11. P. 2187-2191.]. Результаты приведенных исследований, хотя и требуют доработки, показывают эффективность предложенного подхода, а именно увеличение селективности, биодоступности, а также накопления модифицированных препаратов в опухолевых тканях, как in vitro, так in vivo. Также недавно были одобрены для клинического применения первые препараты на основе лигандов ASGPR для терапии острой печеночной порфирии [Scott L. J. Givosiran: first approval // 2020. Drugs V.80. №.3. P. 335-339] и терапии гиперхолистеринемии [German C.A., Shapiro M. D. Small interfering RNA therapeutic inclisiran: a new approach to targeting PCSK9. BioDrugs. 2020. V. 34. №. 1. P. 1-9]. Научная новизна данного исследования заключается: 1) в разработке и синтезе новых более эффективных по сравнению с ранее описанными лигандов ASGPR (что увеличит внутриклеточное поглощение и селективность полученных конъюгатов по отношению к раковым клеткам [Sanhueza C. A. et al. Efficient liver targeting by polyvalent display of a compact Ligand for the asialoglycoprotein receptor //Journal of the American Chemical Society. 2017. V. 139. №. 9. P. 3528-3536.]) 2) в разработке и синтезе новых средств адресной доставки терапевтических и диагностических агентов на их основе, 3) во введении функциональных фрагментов в структуру этих конъюгатов, устойчивых в плазме крови, но лабильных внутри клетки, 4) в комплексном изучении физико-химических и биологических свойств полученных впервые лигандов и средств адресной доставки на их основе.

Cancer is the second leading cause of death globally, and is responsible for an estimated 9.6 million deaths in 2018. Globally, about 1 in 6 deaths is due to cancer. Among all cancers, liver cancer ranks fourth in mortality (782,000 deaths in 2018) [World Health Organization: Cancer. Fact sheet. http://who.int/news-room/fact-sheets/detail/cancer], and the most common type of liver cancer is hepatocellular carcinoma (HCC) - the result of hepatocyte malignant transformation under the influence of various factors Most chemotherapy drugs for HCC, including doxorubicin, 5-fluorouracil, cisplatin, mixantrone, oxalylplatin, gemcitabine, have shown rather modest efficacy [Eatrides J. et al. Role of Systemic Therapy for Hepatocellular Carcinoma // Cancer Control. - 2017. - V. 24. - №. 3. - P. 1-7.]. Therefore, the search for new, more effective and less toxic drugs to control HCC is an important area of research worldwide. Targeted drug delivery to affected tissues is intended to correct existing deficiencies and increase the effectiveness of therapy. Targeted delivery is a promising strategy for modifying medicinal agents, allowing to improve the pharmacological profile, localize therapeutic agents in the target tissue, organ or cell, increase the therapeutic index and the effectiveness of drugs by increasing its effective concentration and reducing the total content in organism [Maklakova S. Yu., Kucherov F. A., Petrov, R. A., Gopko, V. V., Shipulin, G. A., Zatsepin, T. S. et al. A new approach to the synthesis of ligands of asialoglycoprotein receptor for targeted delivery of oligonucleotides to hepatocytes //Russian Chemical Bulletin. – 2015. – V. 64. – №. 7. – P. 1655-1662.]. A convenient target for targeted delivery to the liver cells is the asialoglycoprotein receptor (ASGP-R) for several reasons: 1) high receptor selectivity for galactose derivatives, 2) location mainly on the surface of hepatocytes, 3) high concentration (more than 500,000 receptors on the hepatocyte ), 4) start of the receptor-mediated endocytosis process upon binding with a galactose derivative [Spiess M. The asialoglycoprotein receptor: a model for endocytic transport receptors // Biochemistry. 1990. V. 29. No. 43. P. 10009-10018 .; Stockert R. J. The asialoglycoprotein receptor: relationships between structure, function, and expression // Physiol. Rev. 1995. V. 75. No. 3. P. 591-609.]. The main advantages of the receptor-mediated endocytosis process are the possibility of release from the delivery molecule using enzymatic or acid hydrolysis inside the endosome, as well as the return of the receptor's ability to bind a new molecule to the cell surface within an hour [Bareford LM, Swaan PW // Adv. Drug Deliv. Rev. 2007. V. 59. No. 8. p. 748-758; Böhme D., Beck ‐ Sickinger A. G. Controlling Toxicity of Peptide – Drug Conjugates by Different Chemical Linker Structures // ChemMedChem. 2015. V. 10. No. 5. P. 804-814.]. In aggregate, all this makes ASGP-R a promising target for targeted therapy of liver diseases, especially hepatocellular carcinoma and viral hepatitis C. Currently, pharmaceutical companies are actively developing low molecular weight glycoconjugates of oligonucleotides and monosaccharides in the field of gene therapy of liver diseases, which are at different stages of clinical trials. At this point in time, the development of low molecular weight targeted delivery vehicles based on covalent conjugates of ASGP-R ligands with anticancer agents is a developing, relevant research topic, as indicated by recent publications in this area [Ma Y. et al. Galactose as Broad ligand for multiple tumor imaging and therapy //Journal of Cancer. 2015. V. 6. №. 7. P. 658.; Rico L. et al. Studies directed toward the asialoglycoprotein receptor mediated delivery of 5-fluoro-2′-deoxyuridine for hepatocellular carcinoma // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 2018; Sharma A. et al. Development of a theranostic prodrug for colon cancer therapy by combining ligand-targeted delivery and enzyme-stimulated activation //Biomaterials. 2018. V. 155. V. 145-151.; Sanhueza C. A. et al. Ligand for the asialoglycoprotein receptor // Journal of the American Chemical Society. 2017. V. 139. №. 9. P. 3528-3536; Zhang Y. et al. Targeted delivery of atorvastatin via asialoglycoprotein receptor (ASGPR) //Bioorganic & medicinal chemistry. 2019. V. 27. №. 11. P. 2187-2191.]. The results of these studies, although they require further work, do show the effectiveness of the proposed approach for solving the current problem, namely, increasing the selectivity, bioavailability, and accumulation of modified drugs in tumor tissues, both in vitro and in vivo. Also recently, the first drugs based on ASGPR ligands for the treatment of acute hepatic porphyria have been approved for clinical use [Scott L. J. Givosiran: first approval // 2020. Drugs V.80. Number 3. P. 335-339] and therapy of hypercholesterolemia [German C. A., Shapiro M. D. Small interfering RNA therapeutic Inclisiran: a new approach to targeting PCSK9. BioDrugs. 2020. V. 34. no. 1. P. 1-9]. The scientific novelty of the research lies in the development and synthesis of new, previously undescribed compounds, which are ASGP-R ligands (including new, previously unknown types) and means of targeted delivery of therapeutic and diagnostic agents based on them, which have a high affinity for ASGP-R, and also in a comprehensive study of their physicochemical and biological properties. The scientific novelty of the research lies: 1) in the development and synthesis of new more efficient ASGP-R ligands (which will increase the intracellular absorption and selectivity of the conjugates obtained [Sanhueza CA et al. Efficient liver targeting by polyvalent display of a compact Ligand for the asialoglycoprotein receptor // Journal of the American Chemical Society. 2017. V. 139. No. 9. P. 3528-3536.]) 2) in the development and synthesis of new targeted delivery systems of therapeutic and diagnostic agents based on this ligans, 3) in the equipment of this systems with functional fragments that are stable in the blood plasma, but labile into the cells 4) in a comprehensive study of physico-chemical and biological properties of the obtained ligands and the targeted delivery systems based on them.

В рамках данного проекта мы планируем синтезировать библиотеку новых лигандов асиалогликопротеинового рецептора углеводной природы, выявить среди полученных соединений наиболее перспективные векторные молекулы и получить их конъюгаты с противоопухолевыми препаратами и диагностическими агентами. Результатом выполнения данного проекта должны стать получение новых эффективных лигандов ASGP-R и систем адресной доставки, представляющих собой низкомолекулярные ковалентные конъюгаты этих лигандов с терапевтическими и диагностическим агентами, а также выявление конъюгата-лидера, наиболее перспективного для изучения in vivo. На основании полученных данных будут опубликованы не менее 2 статей в рецензируемых научных журналах (Bioorganic and Medicinal Chemistry, Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. Journal of Medicinal Chemistry, European Journal of Organic Chemistry, Известия АН Серия Химическая), индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) или «Скопус» (Scopus).

Данное направление работы является логическим продолжением и основывается на результатах проекта РНФ № 17-74-30012. Руководителем настоящего проекта был накоплен большой опыт работы в области дизайна селективных лигандов асиалогликопротеинового рецептора и их конъюгатов с противоопухолевыми препаратами. Для присоединения к тканеспецифическим лигандам противоопухолевых препаратов были оптимизированы методики синтеза их производных, содержащих в различных положениях функциональные группы, пригодные для дальнейшей модификации. В результате нами был получен ряд неописанных ранее ковалентных конъюгатов лигандов ASGPR с паклитакселом [Petrov R.A., et al. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2018, 28, № 3, 382], доксорубицином [Ivanenkov Ya.A., et al. Bioorg. Med. Chem. Lett., 2018, 28, № 3, 503], метатрексатом, бетулиновой и глицериновой кислотами [РНФ № 17-74-10204, Yamansarov E. Y. et al. New ASGPR-targeted ligands based on glycoconjugated natural triterpenoids //Russian Chemical Bulletin., 2019, 68, № 12, 2331.], доцетакселом [Petrov R. A. et al. New Small-Molecule Glycoconjugates of Docetaxel and GalNAc for Targeted Delivery to Hepatocellular Carcinoma //Molecular pharmaceutics. –2021.– V. 18. – №. 1. – С. 461-468.]. Для полученных соединений были оптимизированы методики синтеза и выделения, произведены комплексные исследования физико-химических и биологических свойств.

В рамках данного проекта мы планируем синтезировать библиотеку новых лигандов асиалогликопротеинового рецептора углеводной природы, выявить среди полученных соединений наиболее перспективные векторные молекулы и получить их конъюгаты с противоопухолевыми препаратами и диагностическими агентами. Результатом выполнения данного проекта должны стать получение новых эффективных лигандов ASGP-R и систем адресной доставки, представляющих собой низкомолекулярные ковалентные конъюгаты этих лигандов с терапевтическими и диагностическим агентами, а также выявление конъюгата-лидера, наиболее перспективного для изучения in vivo. На основании полученных данных будут опубликованы не менее 2 статей в рецензируемых научных журналах (Bioorganic and Medicinal Chemistry, Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters. Journal of Medicinal Chemistry, European Journal of Organic Chemistry, Известия АН Серия Химическая), индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) или «Скопус» (Scopus).