СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ДЕКСТРАНОВ
METHOD OF OBTAINING FLUORESCENT DERIVATIVES OF DEXRANS

Изобретение относится к экспериментальной медицине и биологии, в частности к способу получения меченых полисахаридов, предназначенных для изучения транспорта биологически активных веществ через клеточные мембраны и изучения механизмов действия лекарственных препаратов на клеточном и субклеточном уровнях.
В экспериментальной медицине широко используются флуоресцентные производные полисахаридов, в частности декстрана, для изучения транспорта биологически активных веществ через клеточные мембраны (1). Особый интерес для фармакологии представляют окисленные декстраны, так как они обладают высокой биосовместимостью, иммуномодулирующей активностью и могут использоваться в качестве перспективной матрицы для иммобилизации биологически активных веществ с целью их адресной доставки в различные клетки-мишени (2). Окисленные декстраны представляют собой производные декстрана, полученные путем его химического или радиационного окисления и содержащие карбонильные группы. С помощью окисленных декстранов получены перспективные лекарственные композиции (конъюгаты) для лечения туберкулеза (3), системных микозов (4) и вирусных заболеваний (5). Однако механизм действия окисленных декстранов до настоящего времени изучен недостаточно, так как отсутствуют способы получения их флуоресцентных производных. Основная проблема при создании указанных производных состоит в сохранении карбонильных групп, образующихся при окислении декстранов и обусловливающих их специфические биологические свойства.
Известен способ получения флуоресцентных производных полисахаридов, в частности декстрана, включающий получение G-, R- или F-производных декстрана; проведение реакции взаимодействия G-производного декстрана с флуоресцентным красителем, содержащим R-функциональную группу, или реакции R-производного декстрана с флуоресцентным красителем, содержащим G-функциональную группу, или реакции F-производного декстрана с флуоресцентным красителем, содержащим G-функциональную группу, и со связующим реагентом, например карбодиимидом; очистку флуоресцентного производного декстрана от примесей (свободного красителя и свободного декстрана) путем фильтрации и последующего хроматографического разделения, где R - реакционно-способные группы, например сукцинимидные группы, карбоксильные, изотиоцианатные, галогенацетамидные, малеимидные, азидные, альдегидо- и кетогруппы или сульфгидрильные группы, G и F - комплементарные функциональные группы, например карбоксильные, альдегидные, кето-, амино- или сульфгидрильные группы (6). Недостатком известного способа является его непригодность для получения флуоресцентных производных окисленных декстранов, т.к. это может привести к полной потере карбонильных групп, обусловливающих специфические биологические свойства окисленных декстранов.
Наиболее близким к заявленному является способ получения флуоресцентного производного декстрана, включающий активацию декстрана путем реакции с бромпропиламином, осаждение полученного аминопроизводного декстрана этанолом; очистку аминопроизводного декстрана диализом; проведение реакции аминопроизводного декстрана с 5-([4,6-дихлоротриазин-2-ил]амино)-флуоресцеином путем конденсации в буферном растворе; отделение полученного флуоресцентного производного декстрана от свободного 5-([4,6-дихлоротриазин-2-ил]амино)-флуоресцеина ультрафильтрацией, в частности, диализом; очистку флуоресцентного аминопроизводного декстрана путем хроматографического разделения (7).
Недостатком способа-прототипа является его непригодность для получения флуоресцентного производного окисленного декстрана. Это обусловлено тем, что активация окисленного декстрана бромпропиламином может привести к полной потере карбонильной емкости (карбонильных групп) окисленного декстрана, что также приведет к изменению его биологических свойств. Используемый в способе флуоресцентный краситель - 5-([4,6-дихлоротриазин-2-ил]амино)-флуоресцеин - также может реагировать с карбоксильными группами окисленного декстрана и изменять его биологические свойства. Кроме того, 5-([4,6-дихлоротриазин-2-ил]амино)-флуоресцеин обладает токсичностью, не является коммерческим продуктом, что требует дополнительных затрат на его синтез.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является получение флуоресцентного производного окисленного декстрана с сохранением в его составе карбонильных групп, обусловливающих его специфические биологические свойства, упрощение способа.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в качестве производного декстрана используют окисленный декстран, в качестве флуоресцентного красителя используют флуоресцеин, в качестве активирующего реагента - 1,1'-карбонилдиимидазол, активацию окисленного декстрана производят путем добавления 1,1'-карбонилдиимидазола в реакционную смесь окисленного декстрана с флуоресцеином; при этом используют окисленный декстран с молекулярной массой 35-65 кДа, предварительно растворенный в боратном буферном растворе с рН 9,2-11,0; соотношение компонентов реакционной смеси флуоресцеин - окисленный декстран составляет 1:(110-120) в пересчете на массу сухого вещества; соотношение компонентов 1,1'-карбонилдиимидазол - окисленный декстран составляет 1:(21,0-21,5) в пересчете на массу сухого вещества.
Описание сущности изобретения
Способ получения флуоресцентного производного декстрана включает проведение реакции окисленного декстрана с флуоресцеином, для активации окисленного декстрана в ходе проведения указанной реакции в реакционную смесь добавляют 1,1'-карбонилдиимидазол, очистку целевого продукта от примесей осуществляют методом ультрафильтрации.
Для осуществления заявленного способа сухой окисленный декстран с молекулярной массой 35-65 кДа предварительно растворяют в боратном буферном растворе с рН 9,2-11,0 до концентрации 10%.
Флуоресцеин смешивают с полученным раствором окисленного декстрана в весовом соотношении 1:(110-120) из расчета на сухую массу веществ. Для запуска реакции в реакционную смесь добавляют 1,1'-карбонилдиимидазол в качестве активирующего реагента в весовом соотношении с декстраном 1:(21,0-21,5) в пересчете на массу сухого вещества. 1,1'-карбонилдиимидазол способствует взаимодействию окисленного декстрана с флуоресцеином путем активации гидроксильных групп окисленного декстрана. Реакцию проводят при слабом перемешивании при комнатной температуре в течение 18-24 часов.
Затем реакционную смесь очищают от низкомолекулярных компонентов реакционной смеси (непрореагировавших флуоресцеина и 1,1'-карбонилдиимидазола, а также компонентов боратного буфера) методом ультрафильтрации в режиме диафильтрации с использованием в качестве растворителя воды на мембранах, позволяющих отсекать низкомолекулярные соединения с М.м. 10 кДа или 5 кДа. В результате получают очищенный раствор флуоресцентного производного окисленного декстрана. Примеси не содержат свободного окисленного декстрана, поскольку 1,1'-карбонилдиимидазол реагирует с гидроксильными группами окисленного декстрана, которых не менее 5 на каждое глюкопиранозное кольцо, при этом флуоресцеин и 1,1'-карбонилдиимидазол берутся в избытке в соответствии с указанными выше пропорциями.
Определяющим существенным отличием заявляемого способа от способа-прототипа является то, что для обеспечения взаимодействия с флуоресцеином активацию окисленного декстрана проводят с помощью 1,1'-карбонилдиимидазола, который не вступает в реакцию с карбонильными группами окисленного декстрана, отвечающими за его биологические свойства. Используемый в заявленном способе флуоресцентный краситель флуоресцеин не обладает нежелательными побочными эффектами, является коммерческим продуктом, что в отличие от прототипа не требует дополнительных затрат на его синтез. Кроме того, заявленный способ содержит меньшее количество операций по очистке конечного продукта от примесей (не требуется хроматографического разделения). Все вышеуказанное делает его более простым в исполнении.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1.
2
Сухой окисленный декстран с молекулярной массой 65 кДа растворяют в боратном буферном растворе с рН 9,2 до концентрации 10%. В 200 мл полученного 10%-ного раствора окисленного декстрана вносят навеску флуоресцеина массой 0,18 г и перемешивают смесь до полного растворения флуоресцеина (соотношение флуоресцеин - окисленный декстран - 1:110 в пересчете на массу сухого вещества). В полученный раствор вносят навеску 1,1'-карбонилдиимидазола массой 0,930 г (соотношение 1,1'-карбонилдиимидазол - окисленный декстран равно 1:21,5 в пересчете на массу сухого вещества), реакционную смесь перемешивают и оставляют при комнатной температуре на 20 часов при слабом перемешивании. Затем проводят диафильтрацию на мембранном модуле Vivaflow 200 с отсекающей М.м. 10 кДа (активная мембранная поверхность 200 см), используя в качестве замещающего раствора 4 л дистиллированной воды. Получают раствор флуоресцентного производного окисленного декстрана. Чистоту конечного продукта контролируют методом капиллярного электрофореза. Выход целевого продукта составляет 92% от расчетного значения.
Пример 2.
2
Сухой окисленный декстран с молекулярной массой 35 кДа растворяют в боратном буферном растворе с рН 11,0 до концентрации 10%. В 200 мл полученного 10%-ного раствора окисленного декстрана вносят навеску флуоресцеина массой 0,167 г (соотношение флуоресцеин - окисленный декстран - 1:120 в пересчете на сухое вещество) и перемешивают смесь до полного растворения флуоресцеина. В полученный раствор вносят навеску 1,1'-карбонилдиимидазола массой 0,952 г (соотношение 1,1'-карбонилдиимидазол -окисленный декстран равно 1:21,0 в пересчете на массу сухого вещества), реакционную смесь перемешивают 10 минут и оставляют при комнатной температуре на 18 часов при слабом перемешивании. Затем проводят диафильтрацию на мембранном модуле Vivaflow 200 с отсекающей М.м. 5 кДа (активная мембранная поверхность 200 см), используя в качестве замещающего раствора 3,5 л дистиллированной воды. Получают раствор флуоресцентного производного окисленного декстрана. Чистоту конечного продукта контролируют методом капиллярного электрофореза. Выход целевого продукта составляет 94% от расчетного значения.
Пример 3.
2
Сухой окисленный декстран с молекулярной массой 60 кДа растворяют в боратном буферном растворе с рН 10,0 до концентрации 10%. В 200 мл 10%-ного раствора окисленного декстрана вносят навеску флуоресцеина массой 0,174 г (соотношение флуоресцеин - окисленный декстран - 1:114,9 в пересчете на сухое вещество) и перемешивают смесь до полного растворения флуоресцеина. В полученный раствор вносят навеску 1,1'- карбонилдиимидазола массой 0,937 г (соотношение 1,1'- карбонилдиимидазол - окисленный декстран равно 1:21,3 в пересчете на массу сухого вещества), реакционную смесь перемешивают 10 минут и оставляют при комнатной температуре на 24 часа при слабом перемешивании. Затем проводят диафильтрацию на мембранном модуле Vivaflow 200 с отсекающей М.м. 5 кДа (активная мембранная поверхность 200 см), используя в качестве замещающего раствора 3,5 л дистиллированной воды. Получают раствор флуоресцентного производного окисленного декстрана. Чистоту конечного продукта контролируют методом капиллярного электрофореза. Выход целевого продукта составляет 93% от расчетного значения.
Источники информации
1. Shimizu N, Kawazoe Y. - A new method for permeabilization of the plasma membrane of cultured mammalian cells. III. Intemalization of fluorescent dextrans into cultured mammalian cells by vortex-stirring in the presence of high molecular weight polyacrylic acid. - Biol Pharm Bull. 1996 Aug; 19(8); 1023-5.
2. Shkurupii V.A., Arkhipov S.A., Troitskii A.V., Luzgina N.G., Zaikovskaja M.V., Gulyaeva E.P., Bystrova T.N., Ufimtseva E.G., Il'in D.A., Akhramenko E.S. In vitro effect of oxidizeg dextrans of peritoneal cells // Bulletin of Experimental Biology and Medicine, Supplement 1. - 2008. - P.120-122.
3. Shkurupii V.A., Archipov S.A., Tkachev V.O., Troitskii A.V, Luzgina N.G., Zaikovskaya M.V.,. Gulyaeva E.P, Bystrova T.N., Ufimtseva E.G. In Vitro Effects of Molecular Nanosomal Hybrid Compositions with Oxidized Dextrans, Conjugated with Isonicotinic Acid Hydrazine on Peritoneal Macrophages // Bulletin of Experimental Biology and Medicine - 2008 - Vol.146. - No.5 - P.627-629.
4. Шкурупий В.А., Селятицкая В.Г., Цырендоржиев Д.Д., Пальчикова Н.А., Курилин В.В., Травин М.А., Надев А.П., Троицкий А.В. Эффекты модифицированного амфотерицина В при системном кандидозе в эксперименте. // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2007 - Т.143. - №4 - С.367-370.
5. Шкурупий В.А., Шаркова Т.В., Потапова О.В., Шестопалов A.M. Регенераторно-пластические процессы в печени млекопитающих при гриппе птиц A/H5N1 и его профилактике модифицированным декстраном. // IV Всероссийская научно-практическая конференция «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов». - Новосибирск, 2009. - С.289.
6. Патент США №5877310 «Glycoconjugated fluorescent labeling reagents», опубликован 1997.04.25, МПК С07Н 17/00 (20060101); С09В 23/02 (20060101); С09В 23/00 (20060101); C12Q 1/68 (20060101); С08В 37/02 (20060101); С08В 37/00 (20060101); С08 В 37/16 (20060101); С07Н 17/02 (20060101); G01N 33/533(20060101); G01N 33/58 (20060101); С07Н 021/02 (); С07Н 017/08 (); C07H 021/04(); G01N 033/53 ().
7. Prigent-Richard S., Cansell M., Vassy J., Viron A., Puvion E., Jozefonvicz J., Letourneur D. - Fluorescent and radiolabeling of polysaccharides: Binding and internalization experiments on vascular cells. - J Biomed Mater Res, 1998, 40, 275-281.