Heparin–polynitroxide derivatives (HPNs): A platform for new

Аннотация к докладу
«Гепарин-полинитроксильные производные: синтез и применение в
качестве локальных внеклеточных антиоксидантов и зондов для магнитнорезонансной томографии кровеносных сосудов»
Сень Василий Дмитриевич1, В.А. Голубев1, K. Münnemann2, D. Hinderberger2,
K.J. Lackner3, S. Weber3, М. Терехов3, L.M. Schreiber3, T. Münzel4, А.Л. Клещев4
Институт проблем химической физики РАН, 142432, Черноголовка Московской области,
Россия
2
Max Planck Institute for Polymer Research, 55128 Mainz, Germany
3
Department of Radiology and 4 Department of Cardiology, Johannes Gutenberg University, Mainz
55131, Germany
1
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), такие как атеросклероз, гипертония,
сахарный диабет, остаются одной из основных причин смертности во всем мире.
Поэтому важной задачей является поиск методов ранней неинвазивной диагностики, а
также лекарственных средств, которые могут предотвратить, обратить вспять или
уменьшить опасность ССЗ.
Литературные данные показывают, что высокие уровни активных форм кислорода
(АФК) во внеклеточном пространстве и возникающий окислительный стресс стенки
сосуда сопровождают все этапы развития ССЗ. Источниками АФК являются ферменты
миелопероксидаза и ксантин-оксидаза, которые генерируют соответственно
хлорноватистую кислоту и супероксидные радикалы. Последние при взаимодействии с
эндогенным оксидом азота образуют пероксинитрит, а по реакции с переходными
металлами генерируют гидроксильный радикал. Прямое окислительное повреждение
поверхности клеток эндотелия перечисленными АФК является причиной осаждения на
его поверхность окисленных низкомолекулярных липопротеинов, адгезии моноцитов и
тромбоцитов и дальнейшего обострения окислительного стресса. Эти события
кардинально изменяют гомеостаз кровеносного сосуда, приводят к утолщению стенок,
образованию атеросклеротических бляшек и тромбов и могут иметь фатальные
последствия.
Поэтому раннее неинвазивное обнаружение патологии стенок сосудов и ее
своевременная лекарственная коррекция имеет первостепенное значение для
профилактики и эффективного лечения ССЗ. Нами синтезированы ранее неизвестные
гепарин-полинитроксилы (ГПН), потенциально способные решать обе поставленные
задачи.
Гепарин-полинитроксилы (ГПН)
Почему гепарин? Гепарин является природным высокосульфатированным
гликозаминогликаном, который получают из животного сырья и широко используют в
качестве антикоагулянта (предотвращение тромбообразования). Продажный гепарин
представляет собой полисахарид с молекулярным весом ~12 кДа; в основном
дисахаридном звене α-L-идо- или β-D-глюкопиранозидуроновая кислота связана с Nсульфо-D-глюкозамином. В среднем, один дисахарид полимера содержит 3
отрицательно заряженные группы, что обеспечивает гепарину прочное
1
электростатическое связывание с поверхностями, несущими противоположный заряд.
Гепарин имеют высокое сродство к внеклеточным структурам эндотелия сосудов.
Почему нитроксилы? Физиологическая антиоксидантная защита, осуществляемая
внеклеточной супероксид-дисмутазой (вк-СОД), часто оказывается недостаточной.
Субстратом вк-СОД является только O2–•-радикал и от других АФК внеклеточная СОД
не защищает. Циклические нитроксильные радикалы являются миметиками СОД, а
также нейтрализуют другие АФК, что подтверждается многочисленными
исследованиями. Однако системное применение низкомолекулярных нитроксильных
радикалов требует относительно высоких концентраций, что может вызывать побочные
эффекты. Поэтому оптимальной представляется целенаправленная доставка
нитроксильных радикалов на поверхность эндотелия сосудов. Другое преимущество
нитроксилов – их парамагнетизм – позволяет использовать неинвазивные методы
исследования – электронный парамагнитный резонанс и магнитно-резонансную
томографию (МРТ).
Результаты. Синтез ГПН осуществляли конденсацией аминонитроксилов с
активированными карбоксильными группами гепарина либо активированных
нитроксилкарбоновых кислот с аминогруппами частично десульфатированного
гепарина. Степень модификации гепарина (доля дисахаридов, содержащих
нитроксильный радикал) в 4 образцах определялась методами ЭПР и УФ
спектроскопии и составляла от 18 до 72%. Полученные образцы охарактеризованы
также ИК-спектрами, гель-хроматографически и данными электрофореза на
акриламидном геле.
Все синтезированные ГПН имеют низкую антикоагулянтную активность, длительное
(более 3 ч, метод ЭПР) время жизни в кровотоке животных и с высоким сродством
связываются с эндотелием сосудов. На ряде тестовых систем ГПН демонстрируют
высокую антиоксидантную активность. Усиление контраста при магнитно-резонансной
томографии кровеносных сосудов, обработанных ГПН, продемонстрировано как на
выделенных фрагментах сосудов, так и в предварительных опытах на живых кроликах.
Таким образом, ГПН могут быть полезными для целенаправленной антиоксидантной
защиты эндотелия сосудов и в качестве контрастирующих агентов при магнитнорезонансной томографии сосудов.
Публикации по докладу
1. Kleschyov A.L., Sen’ V.D., Golubev V.A., Münnemann K., Hinderberger D., Lackner
K.J., Weber S., Terekhov M., Schreiber L.M., Münzel T. Heparin-polynitroxides:
synthesis and preliminary evaluation as cardiovascular EPR/MR imaging probes and
extracellular space-targeted antioxidants // Eur. J. Med. Chem., 2012, v. 58. p. 265271.
2. Kleschyov, A. L., Sen', V. D. Heparin-polynitroxide derivatives: a platform for new
diagnostic and therapeutic agents in cardiovascular disease?. Future medicinal
chemistry, 2013, 5, 385-388.
2