ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ ОПУХОЛЕЙ И

ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ ОПУХОЛЕЙ И
ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ СЕЛЕНОРГАНИЧЕСКИХ
ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Дмитриенко Т.Г., Жарлогапова А.И.
ФГБОУ ВПО «Cаратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», г. Саратов, Россия
[email protected]
Известно, что фотодинамическая терапия (ФДТ) является одним из важных методов удаления доступных для света опухолей, основанном на введении в организм фотосенсибилизаторов, способных к накоплению в опухолевых тканях. Этот метод используется для уничтожения небольших поверхностных опухолей, которые можно облучать при помощи световодов.
Фотосенсибилизаторы вступают в фотодинамические процессы, приводя к возникновению активных форм кислорода и свободных радикалов, в результате чего повышается чувствительность опухолей к повреждающему действию видимого света, выражающееся в окислительном повреждении опухолей и их гибели.
Как ранее нами было установлено в результате изучения фотохимических процессов с участием селенсодержащих гетероциклов, к фотосенсибилизаторам относятся
некоторые селенорганические соли [1-5].
ФДТ вызывает гибель опухолевых клеток вследствие индукции, некроза, программированной гибели клеток (апоптоза), либо повреждение кровеносных сосудов
опухоли, что приводит к прекращению кровоснабжения, ишемии; либо способствует
мобилизации защитных иммунологических процессов в организме.
Фотосенсибилизаторы могут быть как гидрофобными, так и гидрофильными,
причем последние оказывают непрямое повреждающее действие на клетки за счет разрушения кровеносных сосудов и прекращения снабжения опухоли кислородом и питательными веществами.
Существует взаимосвязь между сенсибилизатором и временем облучения. Когда
сенсибилизаторы накапливаются в опухолевых клетках, свет индуцирует прямую гибель клеток, и воздействие более специфично по отношению к опухоли. При этом фотоокислительное повреждение мембран приводит к появлению медиаторов воспаления.
Фотоиндуцированное повреждение сосудов опухоли стимулирует прикрепление к
стенкам сосудов нейтрофилов и тромбоцитов.
Поэтому успех ФДТ зависит от удачного выбора фотосенсибилизатора. Идеальный фотосенсибилизатор для ФДТ должен удовлетворять нескольким условиям:
1) с высокой избирательностью накапливаться в опухолевых тканях, чтобы
чувствительность к свету возрастала у опухолей, а не здоровых тканей;
2) обладать оптимальной фармакинетикой, чтобы обеспечивать повышенную
чувствительность к свету и быстро выводиться из организма;
3) иметь высокий квантовый выход;
4) хорошо поглощать свет в области коротковолновой границы 600-650 нм и
длинноволновой – 850 нм.
Можно выделить три поколения фотосенсибилизаторов для ФДТ:
1) производное гематопорфирина («фотофрин»); кожа сохраняет высокую фоточувствительность, низкую избирательность; относится к первому поколению;
2) фотосенсибилизаторы второго поколения – синтетические и природные
производные порфиринов;
3) фотосенсибилизаторы третьего поколения, обладающие высокой избирательностью накопления в опухолях (полярные фотосенсибилизаторы, липофильные,
полученные методами генной инженерии.
Наряду с введением экзогенных сенсибилизаторов проводятся работы по активации синтеза фотосенсибилизатора в самих опухолевых клетках.
В настоящее время ФДТ начинают применять не только в онкологии, но и для
обеззараживания инфицированной донорской крови, в гнойной хирургии, для лечения
псориаза и ревматоидных артритов.
Исследование различных фотосенсибилизаторов и условий протекания фотосенсибилизируемых химических реакций является актуальным научным направлением [6].
Важным применением реакции фотосенсибилизированного окисления органических соединений в биологии и медицине является метод фотодинамической инактивации болезнетворных организмов (вирусы, бактерии, простейшие и т.д.) в донорской
крови и продуктах крови. Действительно, передача инфекций при переливании плазмы
донорской крови и использовании лечебных препаратов, полученных из нее, является
одним из путей заражения пациентов гепатитами, ВИЧ и другими особо опасными инфекциями. Тем более, что в последние годы в группу заболеваний, передающихся при
гемотрансфузиях, попали еще более 30 «новых» инфекционных болезней человека и,
видимо, эта группа будет постоянно увеличиваться [7].
Поэтому стратегической задачей службы крови всех стран мира является обеспечение минимального уровня риска передачи гемотрансмиссивных инфекций при введении реципиентам донорской плазмы и препаратов из нее. В связи с этим в службе
крови по регламенту Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) был введен ряд
новых инактивационных технологий, позволяющих снизить риск заражения инфекционными заболеваниями при трансфузии и терапии.
К наиболее перспективным инактивационным технологиям относится фотодинамическое воздействие, которое заключается в активации светом в присутствии кислорода вводимого в плазму фотосенсибилизатора, генерации активных форм кислорода
(в том числе синглетного кислорода) и последующего разрушения ими инфекционных
агентов [8].
В качестве фотосенсибилизаторов в настоящее время используются водорастворимые красители, в основном метиленовый синий. Следует отметить, что данная технология реализуется в установках импортного производства, в России технология
инактивации практически не используются.
Однако, несмотря на высокую эффективность этого метода, он имеет существенные недостатки, которые заключаются в необходимости последующего удаления
красителя из инактивированной плазмы, что реализуется с помощью специально разработанных селективных фильтров в небольших объемах плазмы. К тому же данный метод не может быть применен для инактивации пулированной плазмы, идущей на переработку на лечебные препараты, из-за невозможности полного удаления красителя из
больших объемов вязкой биологической жидкости.
Создание нового класса высокоэффективных твердофазных фотосенсибилизаторов позволит осуществлять инактивацию плазмы в гетерогенных условиях, что обеспечит простоту полного извлечения реагента после процесса инактивации и тем самым
гарантию отсутствия нежелательных примесей в целевой плазме. Такие фотосенсибилизаторы с успехом могут применяться как в процессах инактивации небольших объемов плазмы из дозы донорской крови, так в случае инактивации пулированной плазмы
для получения из нее лечебных препаратов.
Октагидроселеноксантены проявляют антиоксидантные свойства, являются
официально зарегистрированными ветеринарными препаратами и пищевыми добавками, а также аналогами селеноксантенов, которые проявляют радиопротекторные свойства [1-5]. В данном исследовании ставилась задача установления некоторых особенностей механизма протекания свободнорадикальных реакций в октагидрохалькогеноксантеновых структурах и изучения строения продуктов фотохимического окисления, для
чего использовались такие методы исследования, как – ГХ с МСД, ВЭЖХ и УФспектрофотометрия.
При протекании фотохимических процессов с октагидроксантеновыми структурами теоретически был возможен механизм, который предполагал первоначальную
атаку по гетероатому фотовозбужденной молекулой:
+ CBr
4
X
X
Br
H .
H R
.
CBr
. CBr
3
R
Se+ Br-
R
3
hV
Ph
CBr4
Se
+ CHBr3
+
Se
Br-
Ph
В 9R-симм.-октагидрохалькогеноксантенах заместитель в С9 положении гетероцикла находится в «псевдо» – аксиальном положении (у арилалифатических халькогенопиранов подобный заместитель располагается экваториально), поэтому реакция, которая протекает по гетероатому, вероятно, может заканчиваться отщеплением бромбензола или трибромтолуола, а не бромоформа или бромистого водорода.
Наличие в реакционной смеси бромбензола позволило предположить, что радикальные процессы с халькогенопирановыми структурами протекают по необычному
механизму. В классическом варианте это могло бы выглядеть следующим образом:
Ph
H
.
+ Br
..
X
..
H
Ph
H
+ Br -
..+
X
..
-PhBr
+
X
C
Вероятность протекания реакции по данному механизму меньше, чем по стандартному, так как энергия диссоциации связи С-Ph намного больше энергии диссоциации связи C-H.
Наличие в реакционной бромоформа дает основание предполагать, что реакция
протекает по «стандартному» механизму:
Ph
hv
CBr
4
.
CHBr
3
CBr
3
+
X
.
.
CBr + Br
3
Ph
.
+
X
Ph
Ph
.
Br
+
.
+
HBr
X
X
Ph
Ph Br
.
+ CBr
X
4
.
CBr
3
+
X
Ph
+
X
Br
Согласно проведенным исследованиям, в реакционной среде может находиться
тетрабромэтилен CBr2 = CBr2 , что указывает
на протекание следующего процесса:
.
2 С Br
C Br
2 6
3
Ph
Ph
2
2
+
X
Br CBr
X
Br Br
2
C2Br
4
+ 2 PhBr
+
X
Br
Молекула халькогенопирана, сталкиваясь с возбужденной молекулой четырехбромистого углерода, превращается в относительно устойчивую структуру, которая
затем диспропорционирует с образованием соли халькогенопирилия, тетрабромэтилена
и бромбензола. Это хорошо согласуется с результатами, которые были получены при
исследовании радиопротекторных свойств селеноксантенов.
На основании предполагаемого нового механизма можно сделать вывод, что
указанные соединения могут блокировать свободно-радикальные реакции, вступая во
взаимодействие с фотовозбужденными молекулами и не допускать гомолитического
распада связи. Этим могут быть объяснены некоторые аномалии, которые были обнаружены при изучении радиопротекторных свойств селеноксантенов на биологических
объектах. Возможно отщепление атома водорода в С4 положении гетероцикла с последующей ароматизацией и диспропорционированием аддуктов, которые образуются
при реакции по гетероатому:
Ph
Ph
.
.
CBr3
+ Br
Se
..
Se
.+ Br
Ph
Br3C
Se
+ BrPh
Ph
+
.
Br
Se
.+ Br
Br
Se
+
Br-
Ph . . . Br
BrSe+
+
Se
Br-
+
PhBr
Экспериментально доказано, что возможно протекание процессов фотохимического окисления халькогенопирановых структур по гетероатому. Впервые получены
галогенированные по атому халькогена 9-фенил-симм-октагидрохалькогеноксантеновые структуры, которые удалось идентифицировать с использованием методов
УФ-спектроскопии, высокоэффективной жидкостной хроматографии и газовой хроматографии с масс-селективным детектором. Установлено, что галогенированные по гетероатому халькогеноксантеновые структуры могут спонтанно превращаться в соответствующие гетероароматические катионы. Полученные сенсибилизаторы могут быть
предложены для использования в фотодинамической терапии.
Литература
1. Дмитриенко Т.Г. Фотохимическое получение 4H- селено-(тио)пиранов и их
солей/ Т.Г. Дмитриенко, Б.И. Древко// Журнал прикладной химии. – 2008. – Т. 81, вып.
7. – С. 1124 – 1129.
2. Дмитриенко Т.Г. Фотохимическое окисление 2,4,6-триарилселена(тиа)циклогексанов/Т.Г.
Дмитриенко//
Вестник
Саратовского
государственного
технического университета. – 2007. - № 2 (25). - С. 91 – 97.
3. Дмитриенко Т.Г. Фотохимическое окисление халькогеносодержащих гетероциклов/ Т.Г. Дмитриенко, А.И. Горшков// Известия вузов. Химия и химическая
технология. – 2009. – Т.52, вып.8. – С. 88 – 94.
4. Дмитриенко Т.Г. Биосовместимые материалы и покрытия нового поколения:
особенности получения, наноструктурирование, исследование свойств, перспективы
клинического применения/ А.В. Лясникова, Т.Г. Дмитриенко. - Саратов: ООО «Издательство научная книга», 2011. - 220 с.
5. Лясников В.Н. Материалы и покрытия в медицинской практике/В.Н.Лясников, А.В. Лясникова, Т.Г. Дмитриенко. – Саратов: ООО «Издательство
Научная книга», 2011. – 300 с.
6. Красновский А.А. Синглетный молекулярный кислород и первичные механизмы фотодинамического действия оптического излучения//Современные проблемы
лазерной физики. М., 1990. Т.3.
7. Миронов А.Ф. Фотосенсибилизаторы на основе порфиринов и родственных
соединений для фотодинамической терапии рака// Современные проблемы лазерной
физики. М., 1990. Т.3.
8. Черняева Е.Б., Степанова Н.В., Литинская Л.Л. Механизмы взаимодействия
фотосенсибилизаторов с клетками (вклад лазерных и оптических методов исследования) // Современные проблемы лазерной физики. М., 1990. Т.3.