ИСТИНА

Научной проблемой, на решение которой направлен Проект, является создание водорастворимых форм фотосенсибилизаторов и флуорофоров на основе арилокси- и алкокси-замещенных фталоцианинов. В том числе иттербиевых комплексов, демонстрирующих флуоресценцию ионов иттербия (III) в ближнем ИК диапазоне, в области высокой прозрачности биологических тканей.

Among various approaches to the treatment of oncological diseases, photodynamic therapy occupies a special place. The photosensitizers used in photodynamic therapy do not cause resistance and suppression of the immune system, in contrast to the classical method of chemotherapy. Unlike surgery, PDT allows for virtually non-invasive and selective removal of only the tumor, without affecting healthy tissue. One of the ways to improve selectivity is to carry out a preliminary procedure of fluorescent imaging of tumor cells, in which, as a rule, the accumulation of fluorophore is maximum. Active photosensitizers and fluorophores approved for use in PDT are mainly porphyrins and chlorins. The disadvantages of these compounds are: low resistance to photo-oxidation, low absorption intensity in the region of high transparency of biological tissues (600-900 nm), in the case of chlorin e6 derivatives - variability in composition due to difficulties in isolating the target chlorin from biomass. An urgent problem is the search for new effective photosensitizers with a constant composition, high photostability and intense absorption in the field of transparency of biological tissues. The novelty of the Project lies in the selection of previously undescribed aryloxy- and alkoxy-substituted phthalocyanine complexes as an object of research. The work will be carried out in two directions. The first direction is associated with the production of solubilized forms of hydrophobic phthalocyanine photosensitizers. The presence of alkoxy groups in molecules helps to improve the membranotropic properties of photosensitizers. The introduction of halogen atoms, in the case of aryloxy-substituted phthalocyanines, improves resistance to photodegradation by increasing the first oxidation potential in the presence of electron-withdrawing groups. Zinc and lutetium(III) ions will be used as central ions. The choice of zinc is due to the fact that tetrapyrrole photosensitizers based on it have high yields of singlet oxygen generation (Photocyanin, undergoing clinical trials in China). Lutetium was chosen due to the presence of an axial ligand in this type of complex. In addition, lutetium itself is located outside the plane of the macrocycle and provides steric hindrance to p-stacking interactions, which helps reduce aggregation, improve solubility and increase the generation yield of reactive oxygen species, respectively. The second direction will be to obtain fluorophores based on ytterbium(III) phthalocyanines, which have luminescence of ytterbium ions in the near-IR range, in the region of the highest transparency of biological tissues (about 900 nm). Similar fluorophores were previously obtained only on the basis of 2,4-dimethoxyhematoporphyrin IX, which has low resistance to photooxidation. For photosensitizers and fluorophores synthesized within the framework of the Project, solubilized forms will be obtained by introducing them into micelles and cyclodextrins for the purpose of further determining their photodynamic activity in vitro. MTT testing will be performed on several cell lines, including the A431 cell line, an epidermoid carcinoma cell that is often treated using photodynamic therapy. For each obtained compound, the following stages of research are planned: synthesis and identification, study of photochemical properties, obtaining forms solubilized in micelles and cyclodextrins, determination of cytotoxicity in the dark and under irradiation, identification of the ability to exhibit a photodynamic effect. For ytterbium complexes, fluorescence spectra will be recorded in the near-IR range. The result of the Project will be selected hit compounds that exhibit the greatest photodynamic activity and can subsequently be studied in experiments to determine cytotoxicity in vivo.

В результате выполнения настоящего Проекта будут получены следующие практически значимые результаты: Будут разработаны селективные и эффективные подходы к синтезу новых эффективных, устойчивых к фотодеградации фотосенсибилизаторов, на основе арилокси-и алкокси-замещенных фталоцианинов. С использованием полученных фталоцианиновых лигандов будут синтезированы комплексы иттербия (III), рассматривающиеся как флуорофоры для ближнего ИК диапазона, перспективные соединения для диагностики онкологических заболеваний. Флуоресценция полученных соединений не будет перекрываться с флуоресценцией биологических тканей. Для синтезированных гидрофобных фотосенсибилизаторов и флуорофоров будут получены солюбилизированные формы за счет внедрения в мицеллы на основе ПАВ и образования комплексов с циклодекстринами. В полном соответствии с мировым уровнем исследований в области медицинской химии будет проведено определение in vitro фотохимических характеристик полученных фотосенсибилизаторов с целью определения механизма действия и эффективности. Будет установлена корреляция между структурами и проявляемой активностью (SAR) и произведен отбор наиболее перспективных по своим показателям соединений и наиболее эффективных методик их солюбилизации.

Разработаны селективные и эффективные подходы к синтезу неописанных ранее галогензамещенных, монофталоцианиновых комплексов лантанидов (III) на основе темплатного метода и исходя из фталоцианинового лиганда [E.A. Kuzmina et al., Dyes and Pigments 185 (2021) 108871]. На примере гексадекафторзамещенных комплексов, впервые осуществлен синтез фталоцианинатов лантанидов путём использования гидрохинона в качестве восстанавливающего агента и среды протекания реакции. Исследованы нелинейнооптические характеристики комплексов планарного и сэндвичевого строения элементов начала ряда [Kuzmina E. A., Dubinina T. V., Borisova N. E., Tarasevich B. N., Krasovskii V. I., Feofanov I. N., Dzuban A. V., Tomilova L. G.// Dyes and Pigments, 2020, 174, 108075]. Было продемонстрировано, что галогензамещенные монофталоцианиновые комплексы способны к генерации двух форм активного кислорода: супероксид анион-радикала (O2-•) и синглетного кислорода (O21) [E.A. Gorbunova et al., Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry 426 (2022) 113747].Успешно подобраны условия солюбилизации галогензамещенных комплексов путем введения комплексов в мицеллы и липосомы. Для солюбилизированных форм галогензамещенных комплексов исследованы темновая и фотоцитотоксичность in vitro на различных клеточных линия [E.A. Gorbunova et al., Journal of Photochemistry & Photobiology, A: Chemistry 426 (2022) 113747]. Обнаружена флуоресценция гексадекахлорзамещенного и окта(пара-хлорфенокси)замещенного фталоцианиновых комплексов иттербия в видимой и ближней ИК-области. Более высокий выход флуоресценции характерен для окта(пара-хлорфенокси)замещенного комплекса [Д.Д. Ставцев, Т.В. Дубинина, Е.А. Горбунова, А.Ю. Герасименко. Метод флуоресцентной диагностики злокачественных новообразований кожи при помощи фталоцианинов иттербия. // Медицинская техника, 2022, 4, 13-16].