АГРЕГАЦИЯ ГИДРОФОБНЫХ ХЛОРИНОВ С ФРАГМЕНТАМИ АНТИМИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ ЭТАНОЛА И ТВИН 80
Аннотация
Метод фотодинамической терапии, применяемый как для лечения онкологических заболеваний (ФДТ), так и в качестве альтернативы антибиотикотерапии резистентных бактериальных и грибковых инфекций (АФДТ), предполагает необходимость нахождения фотосенсибилизатора (ФС) в составе препарата в неагрегированной молекулярной форме. Агрегация ФС снижает квантовый выход активных форм кислорода (АФК), время циркуляции пигментов в кровотоке, их тропность к атипичным клеткам, а значит, и эффективность ФДТ. В данной работе проведено исследование агрегационного состояния потенциальных ФС на основе хлорина e6, содержащих фрагменты антибактериальных препаратов «Мирамистин» и «Диоксидин» в водных растворах этанола, а также биосовместимого мицеллярного ПАВ Твин 80. Наилучшим способом исследования агрегации макроциклов хлоринового ряда в водно-этанольных растворах является сочетание методов абсорбционной спектроскопии и динамического светорассеяния, что позволяет делать заключения об образовании в системе агрегированных форм разных типов. Предположительно введение дополнительных фрагментов антибактериальных препаратов в структуру потенциального фотосенсибилизатора оказывает положительное влияние на АФДТ, несмотря на то, что такого рода гидрофобные ФС в водных растворах этанола и Твин 80 агрегированы не только при концентрациях, необходимых для применения в ФДТ, но и в более разбавленных растворах. В работе спектрофотометрически определены константы связывания ФС-ПАВ, методом динамического тушения флуоресценции оценена вероятная глубина локализации ФС в мицелле, методом динамического светорассеяния определен размер их агрегатов в водных растворах. Сделано предположение о том, что даже при больших избытках ПАВ по отношению к ФС последний может находиться не только в составе образовавшейся мицеллы, но в свободной агрегированной форме. Показано, что применение Твин 80 позволяет добиться лишь частичной дезагрегации изученных гидрофобных макроциклических ФС.
Литература
Dougherty T.J., Kaufman J.E., Goldfarb A., Weishaupt K.R., Boyle D., Mittleman A. Photoradiation therapy for the treatment of malignant tumors. Cancer Res. 1978. V. 38. N 8. P. 2628-2635.
Agostinis P., Berg K., Cengel K.A., Foster T.H., Girotti A.W., Gollnick S.O., Hahn S.M., Hamblin M.R., Juzeniene A., Kessel D., Korbelik M., Johan Moan, Mroz P., Nowis D., Piette J., Wilson B.C., Golab J. Photodynamic therapy of cancer: an update. CA Cancer J. Clin. 2011. V. 61. N 4. P. 250-281. DOI: 10.3322/caac.20114.
Bonnett R. Chemical aspects of photodynamic therapy. Amsterdam: Gordon Breach Sci. Publ. 2000. 305 p. DOI: 10.1201/9781482296952.
Kustov A.V., Berezin D.B., Strelnikov A.I., Lapochkina N.P. Antitumor and antimicrobial photodynamic therapy: mechanisms, targets, clinical and laboratory studies. M.: Largo. 2020. 108 p. (in Russian).
Dabrowski J.M., Arnaut L.G. Photodynamic therapy (PDT) of cancer: from a local to a systemic treatment. Photochem. Photobiol. Sci. 2015. V. 14. N 10. Р. 1765 – 1780. DOI: 1039/C5PP00132C.
Van Straten D., Mashayekhi V., De Bruijn H.S., Oliveira S., Robinson D.J. Oncologic photodynamic therapy: basic principles, current clinical status and future directions. Cancers. 2017. V. 9. N 19. P. 1-54. DOI: 10.3390/cancers9020019.
Tsyb A.F., Kaplan M.A., Romanko Yu.S., Popuchiev V.V. Clinical aspects of photodynamic therapy. Kaluga: Scient. Lit. Publ. 2009. 204 p. (in Russian).
Koifman O.I., Ageeva T.A., Beletskaya I.P., Averin A.D., Yakushev A.A., Tomilova L.G., Dubinina T.V., Tsivadze A.Yu., Gorbunova Yu.G., Martynov A.G., Konarev D.V., Khasanov S.S., Lyubovskaya R.N., Lomova T.N., Korolev V.V., Zenkevich E.I., Blaudeck Th., von Borczyskowski Ch., Dietrich l, Zahn R.T., Mironov A.F., Bragina N.A., Ezhov A.V., Zhdanova K.A., Stuzhin P.A., Pakhomov G.L., Rusakova N.V., Semenishyn N.N., Smola S.S., Parfenyuk V.I., Vashurin A.S., Makarov S.V., Dereven’kov I.A., Mamardashvili N.Zh., Kurtikyan T.S., Martirosyan G.G., Burmistrov V.А., Aleksandriiskii V.V., Novikov I.V., Pritmov D.A., Grin M.A., Suvorov N.V., Tsigankov A.A., Fedorov A.Yu., Kuzmina N.S., Nyuchev A.V., Otvagin V.F., Kustov A.V., Belykh D.V., Berezin D.B., Solovieva A.B., Timashev P.S., Milaeva E.R., Gracheva Yu.A., Dodokhova M.A., Safronenko A.V., Shpakovsky D.B., Syrbu S.A., Gubarev Yu.A., Kiselev A.N., Koifman M.O., Lebedeva N.Sh., Yurina E.S. Macroheterocyclic compounds – a key building block in new functional ma-terials and molecular devices. Macroheterocycles. 2020. V. 13. N 4. P. 311-467. DOI: 10.6060/mhc200814k.
Dabrowski J.M. Reactive oxygen species in photodynamic therapy: mechanisms of their generation and po-tentiation. Adv. Inorg. Chem. 2017. V. 70. P. 343-394. DOI: 10.1016/bs.adioch.2017.03.002.
Liu Y., Qin R., Zaat S.A.J., Breukink E., Heger M. Antibacterial photodynamic therapy: overview of a prom-ising approach to fight antibiotic-resistant bacterial infections. J. Clin. Translat. Res. 2015. V. 1. N 3. P. 140-167. DOI:10.18053/jctres.201503.002.
Hamblin M. Antimicrobial photodynamic inactivation: a bright new technique to kill resistant microbes. Curr. Opin. Microbiol. 2016. V. 33. P. 67-73. DOI: 10.1016/j.mib.2016.06.008.
Pereira M.A., Faustino M.A., Tome J.P., Neves M.G., Tomé A.C., Cavaleiro J.A., Cunha A., Almeida A. In-fluence of external bacterial structures on the efficiency of photodynamic inactivation by a cationic porphyrin. Photochem. Photobiol. Sci. 2014. V. 13. P. 680-690. DOI: 10.1039/C3PP50408E.
Kustov A.V., Belykh D.V., Smirnova N.L., Venediktov E.A., Kudayarova T.V., Kruchin S.O., Khudyaeva I.S., Berezin D.B. Synthesis and investigation of water-soluble chlorophyll pigments for antimicrobial photodynamic therapy. Dyes Pigm. 2018. V. 149. P. 553-559. DOI: 10.1016/j.dyepig.2017.09.073.
Kustov A.V., Kustova T.V., Belykh D.V., Khudyaeva I.S., Berezin D.B. Synthesis and investigation of novel chlorin sensitizers containing the myristic acid residue for antimicrobial photodynamic therapy. Dyes Pigm. 2020. V. 173. P. 107948. DOI: 10.1016/j.dyepig.2019.107948.
Tiwari G., Tiwari R., Sriwastawa B., Bhati L., Pandey S., Pandey P., Bannerjee S.K. Drug delivery systems: an updated review. Intern. J. Pharm. Invest. 2012. V. 2. N 1. P. 2-11. DOI: 10.4103/2230-973X.96920.
Lucky S.S., Soo Kh. S., Zhang Y. Nanoparticles in photodynamic therapy. Chem. Rev. 2015. V. 115. P. 1990-2042. DOI: 10.1021/cr5004198.
Mironov A.F., Zhdanova K.A., Bragina N.A. Nanosized vehicles for delivery of photosensitizers in photodynamic diagnosis and therapy of cancer. Usp. Khim. 2018. V. 87. N 9. P. 859-881 (in Russian). DOI: 10.1070/RCR4811.
Bai R.G., Muthoosamy K., Manickam S. Nanomedicine in theranostics. In: Nanotechnology applications for tissue engineering. Ed. by Sabu Thomas, Yves Grohens, Neethu Ninan. William Andrew Publ. 2015. P. 195-213. DOI: 10.1016/B978-0-323-32889-0.00012-1.
Kustov A.V., Belykh D.V., Smirnova N.L., Khudyaeva I.S., Berezin D.B. Partition of methylpheophorbide a, di-oxidine and their conjugate in the 1-octanol/phosphate saline buffer biphasic system. J. Chem. Thermodyn. 2017. V. 115. P. 302-306. DOI: 10.1016/j.jct.2017.07.031.
Kruk N.N. Structure and optical properties of tetrapyrrole compounds. Minsk: BSTU. 2019. 214 p. (in Russian).
Giovannetti R. The use of spectrophotometry UV-Vis for the study of porphyrins. In: Nanotechnology and nanomaterials. Micro to nano spectroscopy. Ed. by J. Uddin. Shanghai: In Tech. 2012. P. 87-108. DOI: 10.5772/38797.
Berezin D.B., Solodukhin T.N., Shukhto O.V., Belykh D.V., Startseva O.M., Khudyaeva I.S., Kustov A.V. As-sociation of hydrophilic derivatives of chlorophyll a in ethanol – water and ethanol – water – solubilizer systems. Izv. AN Ser.Khim. 2018. V. 67. N 7. P. 1273-1279 (in Russian). DOI: 10.1007/s11172-018-2212-6.
Batov D.V., Kustov A.V., Kruchin S.O., Makarov V.V., Berezin D.B. Aggregation of cationic chlorin e6 deriva-tives in water and aqueous solutions of polyvinilpyrroli-done. J. Struct. Chem. 2019. V. 60. N 3. P. 443-448. DOI: 10.1134/S0022476619030120.
Berezin D.B., Kustov A.V., Krestyaninov M.A., Batov D.V., Kukushkina N.V., Shukhto O.V. The behavior of monocationic chlorin in water and aqueous solutions of non-ionic surfactant Tween 80 and potassium iodide. J. Mol. Liq. 2019. V. 283. P. 532-536. DOI: 10.1016/j.molliq.2019.03.091.
Kustov A.V., Krestyaninov M.A., Kruchin S.O., Shu-khto O.V., Kustova T.V., Belykh D.V., Khudyaeva I.S., Koifman M.O., Razgovorov P.B., Berezin D.B. Interaction of cationic chlorin photosensitizers with non-ionic surfactant Tween 80. Mend. Commun. 2021. V. 31. N 1. P. 65-67. DOI: 10.1016/j.mencom.2021.01.019.
Gerola A.P, Tsubone T.M, Santana A., de Oliveira H.P.M., Hioka N., Caetano W. Properties of chlorophyll and derivatives in homogeneous and microheterogeneous systems. J. Phys. Chem. B. 2011. V. 115. N 22. P. 7364-7373. DOI: 10.1021/jp201278b.
Berezin D.B., Makarov V.V., Znoyko S.A., Mayzlish V.E., Kustov A.V. Aggregation water soluble octaanionic phthalocyanines behavior and their photoinactivation antimicrobial effect in vitro. Mend. Commun. 2020. V. 30. N 5. P. 621-623. DOI: 10.1016/j.mencom.2020.09.023.
Solovieva A.B., Aksenova N.A., Glagolev N.N., Melik-Nubarov N.S., Ivanov A.V., Volkov V.I., Chernyak A.V. Amphiphilic polymers in photodynamic therapy. Khim. Fiz. 2012. V. 31. N 6. P. 72-80 (in Russian). DOI: 10.1134/S1990793112060061.
Klimenko I.V., Lobanov A.V. Biocompatible supramo-lecular systems based on chlorin e6: preparation, photophysical properties. Macroheterocycles. 2020. V. 13. N 2. P. 142-146. DOI: 10.6060/mhc200390k.
Yakavets I., Millard M., Zorin V., Lassalle H.-P., Bezdetnaya L. Current state of the nanoscale delivery systems for temoporfin-based photodynamic therapy: Advanced delivery strategies. J. Contr. Release. 2019. V. 304. P. 268-287. DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.05.035.
Mroz P., Yaroslavsky A., Kharkwal G.B, Hamblin M.R. Сell death pathways in photodynamic therapy of cancer. Cancers. 2011. N 3. P. 2516-2539. DOI: 10.3390/cancers3022516.
Burger K. Solvation, ionic reactions and complexation in non-aqueous media. M.: Mir. 1984. 256 p. (in Russian).
Kikoin I.K. Tables of physical quantities. M.: Atomizdat. 1976. 1008 p. (in Russian).
Kustov A.V., Belykh D.V., Startseva O.M., Kruchin S.O., Venediktov E.A., Berezin D.B. New photosensitiz-ers developed on a methylpheophorbide a platform for photodynamic therapy: synthesis, singlet oxygen genera-tion and modeling of passive membrane transport. Pharm. Anal. Acta. 2016. V. 7. N 5. P. 480-484. DOI: 10.4172/2153-2435.1000480.
Berezin D.B., Belykh D.V., Startseva O.M., Manin N.G., Krest’yaninov M.A., Kustov A.V. Solid state physicochemical study of chlorophyll a derivatives and their glycol conjugates. Macroheterocycles. 2017. V. 10. N 1. P. 72-76. DOI: 10.6060/mhc160963c
Kustov A.V., Smirnova N.L., Berezin M.B. Standard enthalpies and heat capacities of ethyl acetate and deu-teroporphyrin dimethylester solution in N,N-dimethylformamide at 298–318 K. Thermochim. Acta. 2011. V. 521. N 1-2. P. 224–226. DOI: 10.1016/j.tca.2011.02.020.
Kustov A.V. The aromatic amino acid behavior in aque-ous amide solutions. The temperature dependence of the L-phenylalanine-urea interaction. J. Thermal. Anal. Сalo-rim. 2007. V. 89. N 3. P. 841-846. DOI: 10.1007/s10973-007-8464-2.
Smith D.A., Van de Waterbeemd H., Walker D.K., Mannhold R., Kubinyi H., Timmerman H. Pharmacoki-netics and metabolism on drug design. In: Methods and principles in medicinal chemistry. Ed. by R. Mannhold, H. Kubinyi, H. Timmerman. Weinheim: Wiley–VCH Ver-lag. 2001. 141 p. DOI: 10.1002/3527600213.
Kobayashi N. Spectroscopically and/or structurally intriguing phthalocyanines and related compounds. Part 1. Monomeric systems. ChemChemTech.. [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 4. P. 4-46. DOI: 10.6060/ivkkt.20196206.5913_1.
