Создание конъюгатов лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом как новый подход к разработке терапевтических средств мультимодального действияНИР

Conjugates "drug-pharmacologically active metal" as a novel approach to creating multimodal therapeutics

Соисполнители НИР

Волгоградский государственный медицинский университет Соисполнитель

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 июля 2022 г.-31 декабря 2022 г. Создание конъюгатов лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом как новый подход к разработке терапевтических средств мультимодального действия
Результаты этапа: Работа выполнена в соответствии с поставленной задачей - разработка нового подхода для молекулярного конструирования, направленного синтеза и комплексного фармакологического исследования новых низкомолекулярных субстанций с мультимодальным типом действия – кандидатов в лекарственные средства. Новая стратегия основана на направленной молекулярной сборке конъюгатов применяемых органических лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом для создания терапевтических средств двойного (мультимодального) действия. Задачами I этапа (август-декабрь 2022 г.) являлись синтез, комплексная характеризация и скрининг (в том числе в соответствии с ТЗ партнера), ряда комплексов Pt, Au, Sn, Ru с лекарственными препаратами дибуфелон, BHT-ионол, нестероидными противовоспалительными препаратами (НПВП) пироксикам, диклофенак и противоопухолевыми препаратами абиратерон и абиратерона ацетат. 1. Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП) Нами осуществлен синтез комплексов Au и Sn с пироксикамом и скрининг на клеточных линиях HCT-116, MCF-7 и А-549. Значения антипролиферативной активности (IC50) на клеточной линии А-549 и MCF-7 для комплекса Sn (1.8±0.2 μМ) в 2-3 раза ниже, чем для цисплатина (4.1±0.7 μМ). Показано, что комплекс Sn вызывает остановку клеточного цикла в фазе G2/M – подготовка к митозу. С целью конструирования гибридных молекул, в состав которых входят фрагменты НПВП диклофенак (DCF) и фотосенсибилизатора, синтезированы комплексы бора с лигандом субфталоцианином PhSubPc-DCF, PhOSubPc-DCF и изучены их фотофизические свойства. ЭСП и спектры флуоресценции соединений обладают интенсивными поглощением и люминесценцией в видимом диапазоне. Стоксов сдвиг максимума флуоресценции относительно максимума поглощения составляет 14 15 нм. Значение Φf для комплекса PhOSubPc-DCF в ~3 раза выше, чем для исходного соединения без диклофенака. Времена жизни триплетного состояния составляют ~1 мс. Квантовые выходы синглетного кислорода возрастают от PhOSubPc-DCF к PhSubPc-DCF. Введение фрагмента диклофенака приводит к увеличению выхода флуоресценции. (Φf=0.33). Данные скрининга темновой цитотоксичности комплексов свидетельствуют о высоких значениях IC50 для клеточной линии A431 и составляют >30 μM. 2. Гормональные противоопухолевые препараты абиратерон и абиратерона ацетат С целью поиска направленной модификации молекулы абиратерона путем введения атома металла с использованием ОН группы проведен молекулярный докинг абиратерона и комплекса Sn, содержащего фрагмент Me3Sn-О в модель CYP17A1. Результаты докинга свидетельствуют о возможности модификации молекулы абиратерона по ОН группе с введением атома металла, в связи с наличием кармана в области (ILE 205, LEU 209, ARG 239, TYR 201, ASN 202). Нами получен комплекс абиратерона c фрагментом Ph3Sn-, связанным с молекулой препарата по ОН группе, и изучена его антипролиферативная активность на клеточных линиях MCF-7, WI-38, HCT-116 (МТТ-тест). Значения IC50 лежат в наномолярном диапазоне. Синтезированы первые представители комплексов Ru с абиратероном ацетатом с координацией Ru с атомом N пиридина. Для комплекса выполнен первичный скрининг для оценки цитотоксичности на клетках A549, WI38, HCT116, MCF7. Значения IC50 в ~2 раза выше, чем таковые для цисплатина. 3. Лекарственные препараты дибуфелон, BHT-ионол и его модифицированные аналоги При конструировании комплексов металлов с 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенильными группами, входящими в состав препаратов дибуфелон и BHT, принципиальным является вопрос о возможном механизме их биомолекулярного действия. Изучено влияние противоопухолевого и антиметастатического агента – ранее полученного нами (3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)тиолата трифенилолова на активность индуцибильной синтазы оксида азота (iNOS) как релевантной биологической мишени in vitro. Соединение Sn (IC50 = 0.47 μМ) вызывало значимое подавление образования NO макрофагами, превосходя препарат сравнения дексаметазон (IC50 = 1.55 μМ). При этом NO-ингибирующий эффект коррелирует с цитотоксичностью, и соединение не подавляло метаболическую активность клеток, как и дексаметазон. Обнаружено, что оловоорганический комплекс вызывает выраженное угнетение противовоспалительного ответа и жизнеспособности макрофагов. Проведен молекулярный докинг комплекса в структуру iNOS. Согласно расчетам, молекула располагается на входе в полость активного сайта и затрудняет проникновение субстрата в активный центр, что может указывать на возможный механизм противоопухолевого и антиметастатического действия комплекса. Комплексы платины с лигандом на основе дибуфелона Для получения соединений Pt(IV) с препаратом дибуфелоном получены комплексы, содержащие 1 или 2 лиганда - дибуфелон. Антипролиферативная активность исследована на клеточных линиях A549, WI38, HCT116 и сопоставима с активностью цисплатина. Наиболее перспективным является комплекс, в состав которого входит два остатка дибуфелона, (активность на порядок выше активности цисплатина: IC50=1.1±0.2 μМ). Для дальнейшей оптимизации дибуфелона и получения комплексов металлов на его основе синтезированы модифицированные лиганды с группой имидазола и изучена их антигликирующая активность. По величине IC50 соединения проявляют активность в 5 раз более высокую, чем контроль - аминогуанидин. Комплексы олова с лигандом на основе BHT (ионола) Синтезирован полидентатный хелатирующий лиганд на основе BHT и ряд оловоорганических комплексов. Для соединений изучены in vitro радикал-связывающие свойства (ДФПГ-тест), реакция с О2▪¯ (NBT-тест), ингибирующая активность фермента липоксигеназы (LOX1B) и люминесцентные войства. Исследование in vitro свидетельствует о способности исходного лиганда (IC50 = 2,8 µM) проявлять антигликирующую активность, превышающую активность аминогуанидана (IC50 = 5166.5 µM) в 1845 раз. Результаты МТТ-теста показали необычные свойства: комплексы олова оказываются менее токсичными, чем исходный органический лиганд, поэтому был проведен дополнительный анализ цитотоксичности с клетками HepG2 и оценены значения CC50. 4. Комплексы рутения с лигандами на основе бексаротена и лонидамина Получен комплекс, в котором бексаротен введен в ароматическую часть молекулы, и изучена его антипролиферативная активность, которая выше, чем для бексаротена, но ниже, чем для цисплатина. Оценено влияние степени окисления металла и переход от координационных к металлоорганическим соединениям на ингибирующую TrxR1 активность и показано, что изменение степени окисления Ru и переход к металлоорганическим соединениям Ru значительно снижает ингибирующую активность.
2 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Создание конъюгатов лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом как новый подход к разработке терапевтических средств мультимодального действия
Результаты этапа: Работа выполнена с участием партнера - Волгоградский государственный медицинский университет. Руководитель работ по Договору – заведующий кафедрой фармакологии и биоинформатики ВолгГМУ, академик РАН А.А.Спасов. Результаты, полученные партнером, включены в отчет. Задачами II этапа (2023 г.) являлись синтез, комплексная характеризация и скрининговые исследования (в том числе в соответствии с ТЗ организации-партнера), ряда комплексов металлов с лекарственными препаратами (или их модифицированными структурами) дибуфелон, BHT (ионол), нестероидными противовоспалительными препаратами (НПВП) диклофенак, пироксикам, аспирин и противоопухолевыми препаратами подофиллотоксин, абиратерон и абиратерона ацетат, бексаротен. Для получения и исследования комплексов металлов использованы Pt, Ru, Sn, La, Ga, In, Сe, B. 1. Противоопухолевые препараты, их модифицированные аналоги и комплексы металлов на их основе Синтезированы аналоги подофиллотоксина и тенипозида – ингибиторов топоизомеразы II и полимеризации тубулина, и подтверждено их взаимодействие с указанными мишенями методом молекулярного докинга в область связывания в α,β-тубулиновом димере и в модель одного из двух сайтов связывания этопозида в топоизомеразе II. Полученные данные свидетельствуют о том, что новые соединения вызывают гибель ̴ 50% опухолевых клеток А549 в наномолярном или микромолярном интервале концентраций. Данные соответствуют возможной аффинности соединений к двум белкам-мишеням. Получены комплексы Ru(II) и Ru(III) с препаратом для терапии рака простаты - абиратерон – ингибитором 17α-гидроксилазы (СYР17А). Оценка селективности комплексов показала, что для соединения Ru(II) не выявлено выраженного влияния на показатели жизнедеятельности нормальных клеток, но обнаружено цитотоксическое действие по отношению к клеткам аденокарциномы простаты человека PC3. Проведено детальное исследование цитотоксического действия соединения Ru(II) с использованием метода привитальной фиксации пролиферации. Выявлено антипролиферативное, либо цитолитическое действие по отношению к клеткам PC-3, которое превосходит показатели препарата абиратерон. На I этапе было показано, что значения IC50 для комплекса Sn(IV) с абиратероном на различных линиях раковых клеток лежат в наномолярном диапазоне. На данном этапе изучено взаимодействие комплекса Sn непосредственно с мишенью - 17α-гидроксилазой in vitro. Полученные данные свидетельствуют о связывании с мишенью (значения констант статистически близки таковым для исходного препарата абиратерон), что подтверждено также данными молекулярного докинга в сайт 17α-гидроксилазы. Синтезированы эфиры борных кислот с абиратероном. Проведен молекулярный докинг структуры в модель области связывания абиратерона в -субъединице CYP17A1. Данные молекулярного докинга показывают возможность связывания новых производных с той же областью CYP17A1, с которой взаимодействует абиратерон. Синтезирована триада «препарат - модифицированный аналог - комплекс Ru» на примере препарата бексаротен. Оценка цитотоксичности и селективности действия триады проведена на первичных дермальных фибробластах кожи крыс. Для комплекса Ru(III) не выявлено выраженного влияния на показатели жизнедеятельности фибробластов во всем диапазоне изученных концентраций, а бексаротен и его модифицированный аналог проявляют цитотоксичность. Для определения возможности взаимодействия непосредственно с одной или несколькими мишенями – тиоредоксинредуктазой (TrxR1) и проапоптотической цитозольной киназой (MST1), проведен скрининг in vitro. Наблюдаются отчетливая тенденция: введение атома металла (Ru) в модифицированный лекарственный препарат бексаротен приводит к проявлению селективности - повышению цитотоксичности, но к снижению действия на нормальные клетки, а комплекс Ru(III) значимо ингибирует активность MST1. 2. Нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), их модифицированные аналоги и комплексы металлов на их основе Сочетание в одной молекуле НПВП - диклофенака - неселективного ингибитора ферментов циклооксигеназ (COX-1 и COX-2), и соединений бора является подходом для конструирования препаратов мультимодального действия. Синтезированы новые эфиры борных кислот и диклофенака. Изучение СОХ-1 и СОХ-2 ингибиторной активности показало, что все соединения являются селективными ингибиторами СОХ-2 (более 75%). На примере комплексов Pt синтезированы гибридные соединения, в состав лигандов которых входят как фрагмент диклофенаки или аспирина, так и антиоксидантная фенольная группа. По данным CUPRAC, DPPH МТТ-тестов наблюдается резкое снижение антипролиферативной активности по сравнению с цисплатином, но в то же время - повышение антиоксидантной активности. Синтезирована серия комплексов La, Ce, Ga, In с препаратом диклофенак. Для всех соединений цитотоксического действия на первичные дермальные фибробласты кожи выявлено не было. Комплексы La, Ce, Ga, In обладают высокой ингибирующей активностью (СОХ-1 и СОХ-2), и, кроме того, обладают селективностью действия. Наиболее близким по индексу селективности к диклофенаку оказалось соединение La, которое исследовано in vivo на противовоспалительную, жаропонижающую и анальгезирующую активности. Исследование комплекса La показало его противовоспалительное действие, не уступающее по активности диклофенаку. Проведена экспериментальная оценка анальгетического эффекта и антипиретических свойств веществ в тесте химического болевого раздражения. Субстанция La сопоставима по активности с диклофенаком. Высокую активность проявил комплекс La, блокируя ноцицептивные реакции на 77%. 3. Препараты антиоксидантного действия, их модифицированные аналоги и комплексы металлов на их основе Синтезированы новые соединения, содержащие фрагменты препаратов дибуфелона или BHT и диклофенака и лозартана. Особый интерес представляет гибрид, в молекулу которого входят фрагменты препарата лозартан – антигипертензивного средства, блокатора AT1 рецептора, и антиоксиданта дибуфелона. В ряду соединений, исследованных на способность блокировать АТ1 рецептор, по величине IC50 новый гибрид проявил умеренную активность со значением IC50 = 453.8 мкМ, что в 2 раза выше, чем для пиридоксамина (IC50 =201.4 мкМ). При этом данное соединение более активно, чем лозартан, не проявившим активности, что подтверждает перспективность конструирования коньюгатов «блокатор АТ1 - антиоксидант». На I этапе были получены комплексы Pt(IV) на основе цисплатина с лекарственным препаратом дибуфелон в качестве лиганда. В 2023 г. синтезированы комплексы Pt(IV) на основе оксалиплатина и карбоплатина. Соединения обладают выраженной антиоксидантной активностью. Таким образом полученные данные позволяют выявить наиболее существенные результаты: следует обратить внимание на комплекс Sn с абиратероном, для которого обнаружено связывание с мишенью - 17α-гидроксилазой, а также на комплекс Ru с бексаротеном, который не только избирательно действует на опухолевые клетки, но и является микромолярным ингибитором MST1.; особый интерес представляют комплексы La, Ce, Ga, In с диклофенаком, в частности, комплекс лантана, который селективно действует на мишень СОХ-2 и обладает противовоспалительными, жаропонижающими и анальгезирующими свойствами.
3 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Создание конъюгатов лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом как новый подход к разработке терапевтических средств мультимодального действия
Результаты этапа: Работа выполнена с участием партнера - ФГБОУ ВО ВОЛГГМУ МИНЗДРАВА РФ в рамках Договора № 11/2024/0446-223-2024 от 15.05.2024 г. между МГУ и ВОЛГГМУ в рамках Соглашения с РНФ № 22-63-00016 от 08.08.2022 г. Руководитель работ по Договору – заведующий кафедрой фармакологии и биоинформатики ВолгГМУ, академик РАН А.А.Спасов. Работа выполнена в соответствии с задачей разработки нового подхода для молекулярного конструирования, направленного синтеза и комплексного фармакологического исследования новых низкомолекулярных субстанций с мультимодальным типом действия – кандидатов в лекарственные средства. Новая стратегия основана на молекулярной сборке конъюгатов применяемых органических лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом для создания терапевтических средств двойного (мультимодального) действия. Противоопухолевые препараты и комплексы металлов на их основе Синтезирована новая депо-форма абиратерона – ингибитора синтеза андрогенов, блокатора цитохрома P450 (CYP17A1), используемого в терапии рака простаты в виде ацетата - пролекарства, биодоступность которого невысока, что требует применения высоких доз препарата. Нами предложены гомодимерные бис-эфиры, которые при гидролизе выделяют две молекулы абиратерона. Данные молекулярного моделирования и изучение связывания бис-эфира с рекомбинантным CYP17A1 методом спектрофотометрического титрования in vitro показали, что он имеет более низкое сродство к CYP17A1 по сравнению с абиратероном, что способствует медленному высвобождению лекарства. Процесс гидролиза бис-эфира в плазме крови крыс Rattus norvegicus оценивали, измеряя период полувыведения из плазмы (время превращения бис-эфира в активное лекарство). Количественное определение содержания смеси методом ВЭЖХ-МС/МС показало, что в плазме крови коньюгат подвергается длительному ферментативному расщеплению с выделением абиратерона, т.е. является пролекарством - парентеральной депо-формой для терапии метастатического кастрационно-резистентного рака предстательной железы. Для получения коньюгатов абиратерона с металлом синтезирована серия комплексов Pt на платформе цисплатина, оксалиплатина, а также сатраплатина (прошел 2 стадии клинических испытаний для рака простаты). Мы объединили в одной структуре два фрагмента, действующих на данный тип рака и получили первые данные о возможности создания коньюгата, где в составе индивидуальной молекулы присутствуют фрагмент сатраплатина и абиратерон. Продолжены исследования механизма действия соединений Ru с лигандами на основе бексаротена, которые проявляют избирательное действие по отношению к раковым клеткам. Для установления мишени действия комплексов Ru исследованы тиоредоксинредуктаза (TrxR1) и проапоптотическая цитозольная киназа MST1. Показано, что комплексы Ru являются микромолярными ингибиторами MST1. С использованием метода привитальной фиксации пролиферации RTCA xCelligence установлено, что для комплекса Ru характерно двухфазное отсроченное цитотоксическое действие, превосходящее влияние исходного препарата бексаротена как по величине минимальных активных цитотоксических концентраций, так и по динамике развития эффектов. Нестероидные противовоспалительные препараты и комплексы металлов на их основе Для синтезированных комплексов La, Ce, Ga, In с препаратом диклофенак установлено взаимодействие с мишенями СОХ-1 и СОХ-2 и проведены комплексные in vivo исследования в сравнении с диклофенаком. Достоверно доказано, что все соединения нетоксичны, значения СС50 на фибробластах крыс (RDF) >> 100 µM, сопоставимы с таковыми для диклофенака. Исследование in vivo противовоспалительного, анальгетического и жаропонижающего действия комплексов показало статистически значимое повышение активности (10-15%). Для представителя серии коньюгатов диклофенака с бором изучена его антиагрегантной активности in vivo на плазме (модель АДФ-индуцированной агрегации тромбоцитов), которое продемонстрировало способность подавлять функциональную активность тромбоцитов, сопоставимую с препаратом диклофенак. Препараты антиоксидантного действия и комплексы металлов на их основе Для серии оловоорганических карбоксилатов с фрагментом антиоксиданта BHT обнаружена редкая структурная характеристика: атом Sn имеет КЧ = 7 за счет дополнительной Sn…O координации, что проявилось в изменении биологической активности: наличие фенольного фрагмента BHT обусловливает резкое возрастание антиоксидантной активности комплексов; оловосодержащего фрагмента - активности в процессе пероксидного окисления липидов; но координационная насыщенность атома Sn приводит к снижению способности ингибировать фермент на примере липоксигеназы LOX 1-B. При этом большинство комплексов обладают активностью на клеточной линии рака молочной железы (MCF-7), превышающей таковую для цисплатина, и индуцируют апоптоз по митохондриальному пути, активируя каспазы 3/7. В продолжении пилотных доклинических исследований активной субстанции диметилолова бис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)тиолат с антиоксидантным фрагментом, получены новые in vivo данные с использованием иммуногистохимических маркеров на мышах линии C57Bl/6 (модель перевиваемых опухолей со спонтанным метастазированием – меланома В16) и предложены патогенетические механизмы противоопухолевого и антиметастатического действия: апоптотический и антинеоангиогеннный. Для комплексов Pt(IV) на основе цисплатина и оксалиплатина с препаратом дибуфелон выполнен синтез, проведены исследования антипролиферативной, антиоксидантной, антигликирующей активности, липофильности, механизма гибели клеток и проведен анализ взаимосвязи «структура – активность». Основными факторами являются длина линкера, связывающего атом Pt с антиоксидантом. Синтезирована серия оловоорганических комплексов с антигипертензивным препаратом лозартаном - ингибитором ангиотензивного рецептора АТ1. Продемонстрировано отсутствие цитотоксичности на нормальных клетках (RDF) и оценена AT1-антагонистическая in vitro активность соединений при изменении сократительной активности изолированной портальной вены крыс, что свидетельствуют о выраженном ингибиторном эффекте. К перспективным субстанциям, выявленным при выполнении работы, относятся новые парентеральные коньюгаты абиратерона для терапии метастатического кастрационно-резистентного рака предстательной железы, коньюгаты платины с цитопротекторным препаратом дибуфелон для химиотерапии рака молочной железы, металлосодержащие молекулы с нестероидными противовоспалительными средствами, а также гибридные молекулы антигипертензивного действия.
4 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Создание конъюгатов лекарственных препаратов с фармакологически активным металлом как новый подход к разработке терапевтических средств мультимодального действия
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".