Окислительно-восстановительные дендримеры

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ДЕНДРИМЕРЫ

Ю.В. Стукалов, Е.Ю. Григорьева, н.С. калыгина, Е.Ю. колдаева, А.С. масько

ФГБУ«Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478 Москва,

Каширское шоссе, 24

Контакты: Елена Юрьевна Григорьева grig-elen11@mail.ru

Цель работы — синтез окислительно-восстановительного дендримера (REDOX-дендримера), ядром которого является те-траглицидиловый эфир пентаэритрита, а дендроном — производные антрахинона.

Материалы и методы. Аналитическую и препаративную хроматографию проводили на жидкостном хроматографе SP 8000 (Spectra-Physics, США). Хроматограммы регистрировали с помощью УФ-детектора (Spectra-Physics, США) и рефрактометрического детектора (Jobin-Ivon, Франция). Структуру подтверждали методом протонного магнитного резонанса (ПМР) (Bruker WH-360, ФРГ) с рабочей частотой 360 МГц. Контроль за ходом реакций вели с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Результаты. Синтезированы и выделены с помощью препаративной ВЭЖХ производные 2-метилантрахинона, их структура установлена ПМР-спектроскопией. Они использованы в качестве дендрона при синтезе дендримера. Изучена острая токсичность дендримера на мышах-самцах BDF1. Синтезированы REDOX-дендримеры, содержащие в своей структуре производные метилантрахинона. Показана низкая токсичность REDOX-дендримера.

Заключение. Схожесть структуры REDOX-дендримера с доксорубицином и его низкая токсичность дают предпосылки к дальнейшему изучению его противоопухолевой активности.

Ключевые слова: REDOX-дендример, производные 2-метилантрахинона, тетраглицидиловый эфир пентаэритрита, высокоэффективная жидкостная хроматография, токсикология

DOI: 10.17650/1726-9784-2016-15-4-40-43

redox dendrimers

Yu. V. Stukalov, E. Yu. Grigorieva, N.S. Kalygina, E. Yu. Koldaeva, A.S. Masko

N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center, Ministry of Health of Russia; 24 Kashyrskoe shosse, Moscow, 115478, Russia

Aim of this work was the synthesis of REDOX-dendrimer core, which is tetraglycidyl ether of pentaerythritol, and a dendron, which is a derivative of anthraquinone.

Materials and methods. Analytical and preparative chromatography was carried out on a liquid chromatograph SP 8000 (Spectra-Physics (USA)). Chromatograms were recorded using a UV-detector (Spectra-Physics (USA)) and refractive index detector (Jobin-Ivon (France)). The structure was confirmed by PMR (Bruker WH-360 (Germany)) with an operating frequency of360 MHz. Monitoring of reactions conducted using HPLC.

Results. Derivatives of 2-methylanthraquinone were synthesized and isolated by use of preparative HPLC. Their structure was determined by PMR-spectroscopy. They were used as a dendron in the synthesis of dendrimer. Its toxicity was studied in male mice BDF1. Redox dendrimers containing methylanthraquinone derivatives in its structure were synthetized. Low toxicity of obtained REDOX-den-drimer was shown.

Conclusion. The similarity of REDOX-dendrimer structure with doxorubicin and its low toxicity provides background for further study of its antitumor activity.

Key words: REDOX-dendrimer, derivatives 2-methylanthraquinone, tetraglycidyl ether of pentaerythritol, HPLC, toxicology

Введение

В последнее время особое внимание вызывает разработка противоопухолевых препаратов для таргетной терапии онкологических заболеваний в виде нанокон-струкций на основе дендримеров [1]. Искусственные молекулы — кластеры маленьких молекул, связанные с центральным ядром, — называемые дендримерами, могут повысить точность доставки терапевтического

агента. Размер дендримеров мал (порядка 5 нм), поэтому они могут легко проникать в опухолевые клетки. Фармпрепараты на их основе могут стать универсальной системой доставки терапевтических агентов при таргетной терапии. Исследования конструкций на основе дендримеров, где терапевтическим агентом являлся радионуклид рений-188, показали их высокую эффективность in vitro и in vivo [2, 3].

Характеристика соединений

Соединение Брутто-формула C H

найдено, % вычислено, % найдено, % вычислено, %

III C15H10O3 75,53 75,62 4,26 4,23

IV C15H10O3 75,64 75,62 4,17 4,23

VI C17H28O8 56,57 56,66 7,78 7,83

VII C H O C77H68O20 70,45 70,42 5,18 5,22

Настоящая работа посвящена синтезу окислительно-восстановительных дендримеров (REDOX-дендример), ядром которых является тетраглициди-ловый эфир пентаэритрита (ТГЭПЕ), а дендронами выступали производные антрахинона. Интерес к ним обусловлен тем, что производные 2-алкилантрахи-нона способны генерировать синглетный кислород и перекись водорода [4, 5]. Поскольку они близки к митоксантрону и доксорубицину, возможно появление и других противоопухолевых эффектов.

Материалы и методы

В работе использовали реактивы квалификации «чда» и «хч», бидистиллированную воду, а также программное обеспечение MarvinSketch фирмы Chem-Axon's (свободная лицензия).

Хроматографию проводили на жидкостном хроматографе SP 8000 (Spectra-Physics, США). Хромато-граммы регистрировали с помощью УФ-детектора (Spectra-Physics, США) и рефрактометрического детектора (JobinYvon, Франция). Колонка для флэш-хроматографии размером 165 х 25 мм (силикагель, 40—60 мкм, Acros Organics, Бельгия). Подвижная фаза — гексан-ацетон (60: 40), скорость потока — 20 мл/мин, нагрузка — 1 г.

Для высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) использовали предколонку размером 30 х 2,1 мм (сорбент Pellicular ODS, 37—53 мкм, Whatman Inc., США), колонку размером 150 х 4,1 мм (сорбент Separon C8, 7 мкм). Подвижная фаза — ацето-нитрил — вода (32,5: 67,5), скорость потока — 1 мл/мин. Препаративную ВЭЖХ осуществляли с использованием предколонки размером 30 х 2,1 мм (сорбент Pellicular ODS, 37-53 мкм, Whatman Inc., США), колонки размером 250 х 10 мм (сорбент Separon C8, 7 мкм). Подвижная фаза — ацетонитрил — вода (32,5: 67,5), скорость потока — 4 мл/мин. Структуру подтверждали методом протонного магнитного резонанса (ПМР) (Bruker WH-360, ФРГ) с рабочей частотой 360 МГц в дейтерированном хлороформе, внутренним стандартом служил тетраметилсилан. Контроль за ходом реакций вели с помощью ВЭЖХ. Данные элементного анализа удовлетворяют вычисленным значениям (см. таблицу).

Синтез. III и IV. Колбу, содержащую фенол (1 г, 6,2 ммоль), графит (0,59 г, 49,3 ммоль), 4-метилфта-левый ангидрид (0,58 г, 6,2 ммоль) и метансульфо-кислоту (7,5 мл), нагревали на водяной бане в течение 5 ч. Продукт экстрагировали хлороформом, промывали насыщенным NaCl, сушили Na2SO4. Общий выход — 1,35 г (92 %). Выход III (препаративная ВЭЖХ) - 0,4 г.

VI. В колбу помещали пентаэритрит (1 г, 7,3 ммоль), диметилсульфоксид (9 мл) и гидроксид калия (1,65 г, 29,4 ммоль) и прикапывали эпихлоргидрин (3,5 мл, 44,1 ммоль). Массу перемешивали при 35 °С в течение 6 ч и оставляли на ночь. Реакционную массу экстрагировали этилацетатом. Выход (после флэш-хроматографии) — 1,85 г (70 %). Степень чистоты — 97 % (ВЭЖХ). 'Н ПМР-спектр: 2.593 (дд, J = 6.5 Hz, 4H), 2.773 (т, J = 6.5 Hz) 2.922 (м, 4H), 3.10 (м, 4H), 3.37 (ддд, J = 7.0, 3.7,1.5 Hz, 4H), 3.475 (д, J = 12 Hz, 4H) 3.515 (д, J = 12 Hz, 4H), 3.70 (дд, J = 12 and 7.0 Hz, 4H).

VII. Во флакон помещали ТГЭПЭ (85 мг, 0,24 ммоль), III (225 мг, 0,94 ммоль) и перемешивали в течение 90 мин на кипящей водяной бане. Выход — 300 мг (97 %).

Результаты и обсуждение

Для синтеза REDOX-дендримера, содержащего производные 2-метилантрахинона, получали дендро-ны по схеме, представленной на рис. 1. Дендроны получали конденсацией фенола с 4-метилфталевым ангидридом в метансульфокислоте в присутствии графита в соответствии с работой [6]. На рис. 2 приведена ВЭЖХ-хроматограмма полученного дендро-на. По данным ПМР-спектров, пику 7 соответствует соединение III, пику 8 — IV.

REDOX-дендример синтезировали по схеме, представленной на рис. 3. Ядро REDOX-дендримера получали конденсацией пентаэритрита (I) с эпихлор-гидрином по модифицированной нами методике в соответствии с работой [7]. Полученный ТГЭПЭ (II) далее конденсировали c дендроном — соединение III, получая целевой продукт.

В ходе токсикологических испытаний на мышах-самцах ВDF1 были выявлены основные параметры

4'2016 том 15 | VOL. 15

РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ | RUSSIAN JOURNAL OF BiOTHERAPY

Рис. 2. Хроматограмма реакционной смеси в синтезе дендрона

Рис. 3. Схема синтеза дендримера: V — пентаэритрит, VI — тетраглицидиловый эфир пентаэритрита, VII — окислительно-восстановительный дендример

токсикометрии REDOX-дендримера: максимально переносимая доза, равная 850 мг/кг; абсолютно смертельная доза, равная 1500 мг/кг; среднесмертельная доза, равная 1087,5 мг/кг. Порог острого действия соединения Limac совпадал с максимально переносимой дозой [8, 9]. Рассчитанное значение зоны острого токсического действия составило 1,28, что характеризует вещество как безопасное.

Выводы

Синтезированы окислительно-восстановительные дендримеры (REDOX-дендримеры), содержащие в своей структуре производные метилантрахинона. Показана низкая токсичность REDOX-дендримера. Схожесть структуры REDOX-дендримера с доксорубицином и его низкая токсичность дают предпосылки к дальнейшему изучению его противоопухолевой активности.

ЛИТЕРА

1. Tekade R.K., Kumar P.V., Jain N.K. et al. Dendrimers in Oncology: An Expanding Horizon. Chem Rev 2009;109(1):49—87. DOI: 10.1021/cr068212n.

2. Стукалов Ю.В., Масько А.С., Калыгина Н.С. и др. Дендримеры как основа наноконструкций

для таргетной радиотерапии в онкологии. Российский биотерапевтический журнал 2010;9(3):24.

3. Колдаева Е.Ю., Григорьева Е.Ю., Стукалов Ю.В. и др. Сравнительная токсикология наноконструкций

на основе дендримеров для таргетной радиотерапии в онкологии. Российский биотерапевтический журнал 2010;9(3):14.

ТУРА / R E F

4. Hua D.H., Lou K., Havens J. et al. Synthesis and in vitro antitumor activity of substituted anthracene-1,4-diones. Tetrahedron 2004;60(45):10155-10163. DOI: 10.1016/j.tet.2004.09.026.

5. Campos-Martin J.M., Blanco-Brieva G., Fierro J.L. G. Hydrogen Peroxide Synthesis: An Outlook beyond the Anthraquinone Process. Angewandte Chemie International Edition 2006;45(42):6962-84.

DOI: 10.1002/anie.200503779.

6. Sarvari M.H., Sharghi H. Simple and Improved Procedure for the Regioselective Acylation of Aromatic Ethers with Carboxy-lic Acids on the Surface of Graphite in the Presence of Methanesulfonic Acid. Synthesis 2004;13:2165-8. DOI: 10.1055/s-2004-831162.

R E N C E S

7. Kida T., Yokota M., Masuyama A. et al. A Facile Synthesis of Polyglycidyl Ethers from Polyols and Epichlorohydrin. Synthesis 1993;5:487-489.

DOI: 10.1055/s-1993—25890.

8. Колдаева Е.Ю., Стукалов Ю.В., Григорьева Е.Ю., Масько А.С. Острая токсичность REDOX-дендримеров. Российский биотерапевтический журнал 2012;11(2):26.

9. Стукалов Ю.В., Колдаева Е.Ю., Кадырова Е.Л., Григорьева Е.Ю. Токсикология окислительно-восстановительных наноконструкций противоопухолевых препаратов. Российский биотерапевтический журнал 2011;10(4):111—2.

4'2016 ТОМ 15 I VOL. 15

РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ I RUSSIAN JOURNAL OF BiOTHERAPY