Журнал неорганической химии, 2021, T. 66, № 4, стр. 477-484

ВВЕДЕНИЕ

Введение в клиническую практику цисплатина привело к развитию нового направления в поиске противоопухолевых агентов [1–7]. Препараты платины успешно применяются в клинике и используются почти в половине всех химиотерапевтических схем [8, 9]. В настоящее время ведутся исследования по поиску новых противоопухолевых металлосодержащих соединений, лишенных таких недостатков цисплатина и его аналогов, как низкая избирательность и высокая токсичность, а также наличие первичной или приобретенной резистентности. Одной из основных стратегий поиска новых противоопухолевых соединений металлов является получение комплексов рутения, золота, осмия, галлия, титана, родия и др., которые будут обладать селективностью и отличным от платиновых лекарственных средств механизмом действия [10–13].

В ряду новых комплексов наиболее перспективными являются соединения рутения, два из которых, NAMI-A и KP1019 (КР1339 – натриевая соль соединения KP1019) (рис. 1), проходили или проходят клинические испытания [14–20]. Основное отличие противоопухолевых комплексов рутения от классических соединений платины – это отсутствие кросс-резистентности к платиновым препаратам, низкий уровень общей токсичности и белковые молекулярные мишени [21, 22].

Рис. 1.

Комплексы Ru(III), находящиеся в клинических испытаниях в качестве противоопухолевых агентов.

В доклинических исследованиях препарат NAMI-A на основе Ru(III) показал низкую активность по отношению к основной опухоли, но оказался эффективным при воздействии на метастазы. В I стадии клинических испытаний NAMI-A способствовал остановке прогрессирующего метастазирующего рака легких у тяжелобольного пациента на 21 неделю. Установлено, что соединение обладает низким уровнем общей токсичности [15].

Механизм действия NAMI-A до сих пор до конца не ясен. Существуют две основные гипотезы: первая заключается в связывании с биологическими мишенями, например с молекулой ДНК, по аналогии с соединениями платины; показана также возможность связывания продуктов гидролиза NAMI-A с РНК. Второй подход заключается во внутриклеточном восстановлении до активной формы – комплекса Ru(II), чем и объясняется низкий уровень общей токсичности по сравнению с цисплатином [19, 23–26].

В отличие от NAMI-A, комплекс KP1019 индуцирует апоптоз опухолевых клеток [27, 28], блокирует электронно-транспортную цепь и деполяризует мембрану митохондрий, вызывает активацию каспазы-3 и нарушение функции антиапоптотического фактора bcl-2 [29]. Статус апоптотического белка p53 опухолевых клеток свидетельствует о том, что действие на ДНК не является основным механизмом, однако есть вероятность нарушения структуры ДНК образующимися активными метаболитами кислорода. Соединение KP1019 оказалось активным по отношению ко многим хеморезистентным видам рака [29, 30].

Одним из современных подходов к увеличению специфичности препаратов в неорганической медицинской химии является создание соединений двойного действия, когда с токсичным фрагментом металла связана биологически активная молекула, которая селективно взаимодействует с молекулярными мишенями и обеспечивает действие на раковую клетку. Данный подход дает возможность одновременного влияния на несколько молекулярных особенностей злокачественных клеток с целью увеличения биологического ответа и эффективности соединений [31–43].

Ранее было показано, что введение биологически активных молекул в координационную сферу комплексов Ru(III) значительно влияет на противораковую активность. На основе этакриновой кислоты (ингибитор глутатион-S-трансферазы) получен аналог NAMI-A (рис. 2, 1), который проявляет меньшую цитотоксичность по сравнению с производным Ru(II), что характерно для комплексов Ru(III) [39, 44–46]. Модификацией бидентатного лиганда этилендиамина и имидазола в структуру был введен остаток гефитиниба (рис. 2, 2–3), который является ингибитором эпидермиального фактора роста (ЭФР). Наибольшую активность в ингибировании ЭФР проявил комплекс с имидазольным фрагментом, а комплекс с этилендиамином в присутствии эндогенного ЭФР оказался более активным, чем металлоорганические соединения Ru(II) [47, 48].

Рис. 2.

Комплексы Ru(III) (аналоги NAMI-A) с биологически активными лигандами.

Исследования показывают, что в составе комплекса органический биологически активный фрагмент сохраняет свою активность и возможность связываться с молекулярной мишенью. Следовательно, данный подход предоставляет возможность создания мультитаргетных противоопухолевых соединений.

В данном сообщении мы представляем синтетический подход к получению координационных соединений Ru(III) – аналогов NAMI-A (рис. 3) с биологически активными лигандами на основе бексаротена и лонидамина, изучение их электрохимического поведения и антипролиферативной активности.

Рис. 3.

Схема получения комплексов Ru(III) с биологически активными лигандами (бексаротен 8–10, лонидамин 11–13).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Растворители были очищены и дегазированы перед использованием. Элементный анализ проводили в лаборатории биоэлементоорганической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на анализаторе MicroCube Elementar. Масс-спектры ИЭР получали на спектрометре Bruker LC/MS – Ion-trap amaZon SL.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Новые соединения Ru(III) получены замещением молекул ДМСО в комплексе Ru 1 на имидазольные лиганды, при этом один лиганд координируется, замещая ДМСО во внутренней сфере комплекса, а второй в результате протонирования группы имидазола замещает протонированную молекулу ДМСО во внешней сфере комплекса. Используя полученные ранее модифицированные имидазольные лиганды с различной длиной линкера [49, 50], которые обладают собственными молекулярными мишенями, получили новые полные аналоги соединения-лидера NAMI-A, в которых содержатся два биологически активных органических фрагмента и рутениевый центр (рис. 3). Комплексы выделяли в виде оранжевых порошков, состав полученных соединений подтверждали данными элементного анализа и методом масс-спектрометрии ИЭР.

В масс-спектрах соединений в режиме регистрации отрицательных ионов наблюдаются два сигнала с молекулярной массой, соответствующей предполагаемому аниону и недиссоциированному депротонированному комплексу с характерным изотопным распределением рутения, а в режиме регистрации положительно заряженных ионов наблюдается сигнал, который можно отнести к протонированному имидазольному лиганду (рис. 4). Наблюдаемые сигналы полностью соответствуют расчетным по массе и изотопному распределению.

Рис. 4.

Масс-спектры комплекса 8.

С целью оценить возможность внутриклеточного восстановления была проведена оценка редокс-активности новых комплексов Ru(III). Электрохимическое поведение соединений 8–10 и 11–13 в ацетонитриле было изучено методом циклической вольтамперометрии с использованием платинового и стеклоуглеродного (СУ) рабочих электродов. Показано, что лиганды не проявляют электрохимической активности, а для всех синтезированных комплексов наблюдаются редокс-переходы в анодной и катодной областях. Потенциалы переходов соединений 8–10 и 11–13 приведены в табл. 1 и 2.

Электрохимическое поведение комплексов 8–13 во многом аналогично. В анодной области на платиновом электроде регистрируются одноэлектронные пики диффузионного характера в интервале 1.17–1.28 В для соединений 8–10 и 1.18–1.53 В для 11–13 и в диапазоне 1.17–1.28 В для комплексов 11–13 на СУ-электроде. В случае соединений 8–10 на Pt- и 11–13 на СУ-электродах пики на ЦВА имеют обратимый характер (рис. 5). Очевидно, данные переходы отвечают окислению Ru(III) в Ru(IV):

Рис. 5.

ЦВА соединения 10 на платиновом электроде (С = 10^–3 моль/л, скорость развертки 200 мВ/с, Ag/AgCl, фон 0.5 М n-Bu₄NBF₄, CH₃CN).

Кроме того, в анодной области ЦВА для всех полученных соединений наблюдаются квазиобратимые пики низкой интенсивности в области от 40 до 460 мВ (рис. 6). Согласно данным [51], этот пик может быть обусловлен редокс-переходом Ru(II) в Ru(III) c измененным лигандным окружением (возможна замена одного или двух атомов хлора на молекулу растворителя).

Рис. 6.

ЦВА комплекса 11 на СУ-электроде (С = = 10^‒3 моль/л, скорость развертки 200 мВ/с, Ag/AgCl, фон 0.5 М n-Bu₄NBF₄, CH₃CN).

В катодной области потенциалов для соединений 11–13 наблюдаются одноэлектронные пики в интервале от –80 до –310 мВ при измерениях на платиновом электроде и от –135 до –410 мВ при измерениях на СУ-электроде соответственно. Данные значения потенциала, согласно литературным данным, соответствуют процессу восстановления Ru(III) в Ru(II) [50–53]. Квазиобратимый характер перехода (разница потенциалов между катодным и анодным пиками составляет ΔE = 150–260 мВ) свидетельствует об изменении геометрии комплексов. В случае комплексов 8–10 восстановление протекает необратимо при более отрицательных потенциалах (в интервале от –0.59 до –0.82 В), что свидетельствует о протекании быстрой химической стадии, следующей за переносом электрона.

На основании данных, полученных методом ЦВА, можно сделать вывод, что длина углеводородного спейсера в лиганде незначительно сказывается на значениях редокс-потенциалов. Легкость восстановления комплексов указывает на перспективность их использования в качестве противоопухолевых соединений, механизм действия которых основан на активации реакцией восстановления атома металла.

Оценка антипролиферативной активности изучена методом МТТ в экспериментах in vitro. Для соединений 8–13 определена концентрация полумаксимального ингибирования (IC₅₀) на клетках аденокарциномы толстой кишки человека SW480, аденокарциномы молочной железы человека MCF7, аденокарциномы легкого человека А549 и рака толстой кишки человека HCT116 (табл. 3). Оценку цитотоксичности проводили при сравнении с исходными органическими соединениями: бексаротеном, лонидамином, а также с клинически используемым цисплатином.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе получены новые координационные соединения рутения с двумя биологически активными органическими фрагментами (полные аналоги противоопухолевого соединения NAMI-A), изучены их редокс-свойства и определены значения in vitro цитотоксичности соединений на клеточных линиях рака человека. Показано, что соединение 8, в состав которого входит фрагмент бексаротена, перспективно для химиотерапии аденокарциномы легкого, а соединение 13, содержащее лонидамин, – для химиотерапии аденокарциномы толстой кишки и аденокарциномы молочной железы человека.