ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы – рациональный молекулярный дизайн, направленный синтез и комплексное исследование физиологически активных соединений металлов с целью создания фармакологических средств нового поколения для диагностики и терапии онкологических заболеваний. Современная фармацевтика обладает рядом успешных и эффективных методов лечения большого круга злокачественных новообразований, и в настоящее время можно выделить более 10 лекарственных препаратов, входящих в топ-200 фармацевтических продуктов. Однако их низкая специфичность и побочные эффекты осложняют применение известных химиотерапевтических схем. В связи с этим поиск новых эффективных соединений для лечения раковых заболеваний является актуальной задачей. Применение металлосодержащих средств для противораковой терапии открывает уникальные возможности для борьбы с теми видами опухолей, которые не поддавались лечению известными препаратами. Ключевыми проблемами в области создания физиологически активных соединений металлов являются обеспечение мишень-направленного действия и контроль соотношения активность-токсичность. Идея предлагаемого проекта заключается в разработке принципиально нового подхода (с использованием стратегии медицинской химии: «выбор валидированной мишени – компьютерный молекулярный дизайн – направленный синтез – скрининг») к созданию соединений металлов с противоопухолевым действием, базирующегося на двух основных принципах: (1) модификация молекулы органической субстанции известного препарата (лонидамин, бексаротин, фторурацил) путем введения атома металла с доказанной фармакологической активностью с целью повышения эффективности действия по отношению к опухолевым клеткам; (2) модификация молекулы известного металлосодержащего препарата путем введения протекторных органических групп (токоферол, мексидол) с целью снижения общей неспецифической токсичности по отношению к здоровым клеткам организма. Предложенные подходы позволят решить важную задачу создания новых нетривиальных по структуре и биомолекулярному механизму действия соединений металлов, обладающих более высокой эффективностью и более низкой токсичностью по сравнению с известными препаратами. Задачей проекта является разработка новой стратегии создания оригинальных физиологически активных комплексов Au, Sn и Ru, обладающих антипролиферативной и/или антиметастатической активностью in vitro и in vivo, и получение экспериментальных образцов соединений-лидеров для ранних доклинических испытаний. В качестве мишеней будут выбраны ретиноидный рецептор Х, гексокиназа, глутатионредуктаза, тиоредоксинредуктаза, тубулин. Основное внимание будет сконцентрировано на подавлении возможности неограниченного деления клеток, а также на подавлении процесса ангиогенеза. Будет осуществлено компьютерное молекулярное моделирование и молекулярный дизайн металлосодержащих структур, ингибирующих ферменты гексокиназа, глутатионредуктаза, тиоредоксинредуктаза, воздействующих на ретиноидные рецепторы и связывающиеся с белком тубулин, и отобраны наиболее перспективные для последующего синтеза и биотестирования структуры Будет синтезированы серии соединений Au, Sn и Ru на основе следующих структурных блоков: оловоорганические фрагменты, ареновые, карбеновые комплексы Ru и Au, комплексы бициклофосфитов глюкозы, тиолатные комплексы Au. При химическом конструировании будут варьироваться природа и степень окисления металла, лиганды на основе модифицированных лекарственных препаратов, природа линкера, геометрия, растворимость, аффинность по отношению к мишени. По данным скринига будет произведен отбор соединений-лидеров, затем оптимизация их структур методами медицинской химии с целью достижения оптимальной эффективности, необходимых фармакокинетических и фармакодинамических параметров, и проведен комплекс исследований для наиболее перспективных веществ с целью отбора кандидатов для ранних доклинических испытаний.

On the third phase of our project on the design of new low-molecular weight metal based antitumor compounds synthetic approaches developed in the first two phases have been used, (1) attachment of a metal atom to known antitumor drug (vectors) to increase affinity toward the molecular target and to improve anticancer activity; (2) introduction of the cytoprotective (antioxidant) group in to toxic metal complex to fine tune cytotoxicity and reduce general toxicity against normal cells. The third stage of the project include synthesis of new compounds, preparation of experimental samples and comprehensive study of physical-chemical properties and biological evaluation in vitro and in vivo, Results of phase III are: 1. Synthesis of the novel compounds based on the structural blocks have been formulated in the previous stages. Synthesis of extended libraries of compounds to determine structure-activity relationship; 2. Screening of biological activity and study on the mechanism of action in In vitro eeriments (cytotoxicity using cell lines, enzyme inhibition, ROS study) and in vivo experiments (acute toxicity, metal biodistribution); 3. Assessment of the prospects for pre-clinical studies for the lead compounds. In accordance with the plan for 2016 work was carried out in three directions and defined nature of the metal with proven pharmacological activity: tin compounds, gold and ruthenium. 3. Ruthenium compounds At this stage, a series of new organic ligands containing pharmacophore groups bexarotene (selective agonist of the RXR receptor) and lonidamine (selective inhibitor of glycolysis in cancer cells) and Ru(III) complexes based on them have been prepared. This approach provided for (1) affinity of new compounds to a molecular target, (2) increase the hydrophilicity via formation of salt form, (3) variation of oxidation state for ruthenium. An extended library of new compounds was prepared to establish structure-activity relationship depending on the distance between imidazole moiety in the ligand and Ru center in the complexes and pharmacology active component. Structure-activity relationship was established based on the in vitro and in vivo experiments. The cytotoxicity of compounds was evaluated against human cancer cell lines (SW480 human colon adenocarcinoma, A549 human lung carcinoma, MCF7 human breast adenocarcinoma, MCF7D adenocarcinoma human breast doxirubicin / cisplatin resistant variant, HaCat normal human skin fibroblasts, and SH-SY5Y human neuroblastoma). The analysis of the cytotoxicity shows that ligands have moderate cytotoxicity against panel to cancer cell lines with IC50 values close to the values for the parent organic drugs bexarotene and lonidamine. Ruthenium complexes found to be about 3 times more cytotoxic then organic precursors. An important result of was observed for compounds with -CH2 CH2CH2- linker, this compound presented cytotoxicity in the nanomolar range (~ 30 nM) against neuroblastoma cell line. This type of cancer better chemotherapeutics are urgently required, and our finding open up possibility for the more extensive pre-clinical studies. 4. Conclusions The main result of phase III of the project is selection of the most promising tin, gold and ruthenium compounds based on in vitro and in vivo data. The findings of hit compounds allow us to propose conduct an advanced biochemical, pharmacological and pre-clinical trials.

Общий план работ в соответствии с проектом на 2016 год включает следующие этапы: 1. Разработка методов получения комплексов рутения (III) на основе лигандов с фрагментами бексаротина и лонидамина. Синтез расширенного ряда карбеновых соединений на основе имидазольных производных. 2. Разработка оптимальных методик получения оловоорганических соединений на основе принципов синтетической органической и элементоорганической химии с высокими выходами с целью получения экспериментальных опытных образцов. 3. Систематическое исследование устойчивости, липофильности, способности к проникновению в клетку и влияния на клеточный цикл соединений металлов. Расширенный скрининг цитотоксичности соединений рутения и олова на раковых клетках и первичных клетках мозга, а также на нормальных клетках человека. 4. Расширенное исследование биологической активности in vivo полученных ранее соединений-лидеров. Синтез соединений рутения и олова Планируется разработка синтетических подходов для синтеза комплексов Ru(III) на основе ранее синтезированных имидазольных лигандов – производных бексаротина и лонидамина (Схема 1). Подобные соединения являются производными NAMI-A и могут обладать меньшей токсичностью, а также высокой селективностью по отношению к раковым клеткам.

Синтезированы новые оловоорганические соединения, содержащие цитопротекторную группу 2,6-диалкилфенола – биомиметика природного α-токоферола, и координирующую группу производного кислоты и салицилового альдегида. С целью установления протекторной функции проведена оценка антиоксидантной активности в сравнении с RN=C(H)С6Н4OH, RCOOH с помощью ДФПГ теста. Из полученных данных следует, что активность оловоорганических соединений выше, чем у исходных лигандов. При этом анализ «структура-активность» показывает, что наиболее активным является соединение с двумя группами R и системой сопряжения Sn-L, что предполагает возможность снижения общей неспецифической токсичности. Общий вывод анализа «структура-активность» подтвержден на серии клеточных линий для полученных на II соединений Sn с одной и двумя протекторными фенольными группами

При выполнении третьего этапа проекта по созданию новых низкомолекулярных металлосодержащих противоопухолевых соединений были использованы синтетические подходы, разработанные на первых двух этапах, которые включают: (1) введение атома металла в молекулу известного фармпрепарата противоопухолевого действия (вектора) для обеспечения связывания с валидированной мишенью и повышения активности; (2) введение в молекулу металлосодержащих соединений цитопротекторной (антиоксидантной) группы с целью управления токсичностью и специфичностью действия по отношению к клеткам опухоли и здоровым клеткам организма. Третий этап работы включал, таким образом, получение новых соединений, наработку экспериментальных образцов и комплексное исследование их физико-химических свойств и биологической активности in vitro и in vivo. Результаты III этапа: 1. Синтез новых соединений, структурные компоненты которых были сформулированы на предыдущих этапах. Синтез расширенных библиотек соединений для установления зависимости «структура-активность»; 2. Скрининг биологической активности и изучение механизма действия in vitro (клеточные линии, ферменты, окислительные процессы) и in vivo (острая общерезорбтивная токсичность, биораспределение); 3. Оценка перспективы разработки субстанций соединений-лидеров для ранних доклинических исследований. В соответствии с планами на 2016 год работа проведена по трем направлениям, указанным в плане работ на III этап и определяемым природой металла с доказанной фармакологической активностью: соединения олова, золота, и рутения.