Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 11
1.1. Темплатный синтез порфиразинов 12
1.2. Спектральные свойства порфиразинов 16
1.3. Исторический обзор химии порфиразинов 22
1.4 Тетрапиррольные красители как флуоресцентные маркеры и фотосенсибилизароры для медицинской диагностики и фотодинамической терапии 36
ГЛАВА 2. Результаты и их обсуждение 63
2.1. Получение ароматических производных тетрацианоэтилена 63
2.2. Получение новых порфиразиновых комплексов ванадила 69
2.3. Получение порфиразиновых комплексов иттербия 73
2.4 Исследование люминесцентных свойств порфиразиновых комплексов иттербия. 79
2.5. Создание лабораторной модели люминесцентного солнечного концентратора на основе оптически малодеффектого органического стекла, допированного металлокомплексом Va 81
2.4. Получение порфиразиновых хромофоров в виде свободных оснований 91
2.6. Особености фотофизических свойств полученных порфиразинов и их металлокомплексов. Новый тип флюоресцентных молекулярных роторов 94
2.7 Характеристики новых красителей как потенциальных агентовфотодинамической терапии 111
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 122
Выводы 144
Список сокращений и условных обозначений 146
Литература 148
- Спектральные свойства порфиразинов
- Тетрапиррольные красители как флуоресцентные маркеры и фотосенсибилизароры для медицинской диагностики и фотодинамической терапии
- Получение порфиразиновых комплексов иттербия
- Особености фотофизических свойств полученных порфиразинов и их металлокомплексов. Новый тип флюоресцентных молекулярных роторов
Спектральные свойства порфиразинов
Несмотря на схожее молекулярное строение, порфиразины получают совершенно иным синтетическим способом, нежели порфирины. Наиболее предпочтительным путем синтеза порфиразиновых макроциклов является темплатная циклизация производных малеонитрила на катионах металлов (рисунок 1.3). 13 Рисунок 1.3 - Получение симметричного порфиразина
Особенности синтеза Pz позволяют получать макроциклы с химическими и физическими свойствами до сих пор неизвестными для порфиринов. В частности, были разработаны методики получения порфиразинов, функционализированных по периферии макроцикла заместителями, содержащими гетероатомы S, N и O [2]. Присоединение этих заместителей по периферии порфиринов затруднено или вообще невозможно. Кроме того, метод управляемой социклизации двух различных динитрилов позволяет получать порфиразины с несимметричным периферийным окружением.
Наиболее часто используемый в качестве темплата для таких реакций двухвалентный металл – Mg2+, обычно в виде бутоксида или пропоксида, хотя есть много сообщений и о других металлах IA и IIA групп [3]. Смешанная циклизация, в которой принимают участие два различных динитрила (рисунок 1.4) дает статистическую смесь шести различных продуктов. В настоящее время существует несколько подходов для решения проблемы направленного синтеза несимметричных порфиразинов типа M[Pz(AnB4-n)], n=1-3, в частности: a) берется избыток стехиометрически предпочтительного динитрила (A), так чтобы основными продуктами являлись A4 и A3B [4]; b) используются динитрилы различной полярности для лучшего хроматографического разделении продуктов [5]; с) используются объемные группы B для направленного получения специфично транс A2B2 порфиразинов и подавления образования цис-производных A3B и B4 порфиразинов [6]. Рисунок 1.4 - Получение несимметричных порфиразинов при социклизации двух различных динитрилов
Ранее был опубликован ряд работ по исследованию механизма образования фталоцианинов из фталонитрилов [2]. Поскольку фталоцианины по своей структуре практически не отличаются от порфиразинов, характер и последовательность процессов сборки фталоцаниновой структуры могут быть распространены на механизм формирования порфиразинового макроцикла (рисунок 1.5) [2, 7].
Рисунок 1.5 - Предполагаемый механизм циклизации порфиразинов [2]
Нуклеофильная группа «Y» инициирует реакцию атакой на углерод нитрильной группы, приводя к изменению геометрии углерода от линейной к тригональной. Эта новая конфигурация углерода стабилизируется атомом азота нитрильной группы, становящимся нуклеофилом и внутримолекулярно атакующим атом углерода другой нитрильной группы с образованием пирролина. В качестве Y предположительно выступает алкоксид, но также возможно и действие другой молекулы динитрила, которая была активирована при координации на металле. Реакция продолжается при действии двухвалентного металла в качестве темплата. Когда четыре молекулы динитрила «циклизуются» вокруг катиона металла, группа Y восстановительно элиминируется.
Спектральные свойства порфиразинов Электронные спектры поглощения (ЭСП) Рz играют важную роль в их идентификации. При тетраазазамещении в молекуле порфирина число л-электронов не изменяется, то есть молекулярные системы порфирина и Рz являются изоэлектронными. Четырехполосный спектр порфиринов в области 450-650 нм при переходе к Рz трансформируется в двухполосный, что связывают со снятием квазизапрета с полос I и III; при этом их интенсивность увеличивается, а полос II и IV- уменьшается (рисунок 1.6). длина
В ЭСП H2Pz в длинноволновой области имеются две полосы при 617 и 547 нм (в хлорбензоле). Эти полосы представляют собой расщепленную Q-полосу (по общепринятой классификации полос у порфиринов) [8]. Введение в молекулу Рz трет-бутильных групп или дибензобарреленовых фрагментов существенно не влияет на ЭСП, однако, повышение растворимости Рz в малополярных растворителях (гексан, бензол), дает возможность исследовать их в более широком спектральном диапазоне [9]. Так, у H2Pz в гексане отмечено четкое разрешение Q-полосы, отсутствующее в хлорбензоле. У комплексов Рz с металлами, как и у порфиринов, происходит слияние двух длинноволновых полос в одну из-за повышения симметрии молекулы от D2h до D4h. Эта полоса смещена гипсохромно по сравнению со спектром Рс на 100 нм. В области 530-550 нм проявляются малоинтенсивные полосы, являющиеся колебательными спутниками Q-полосы. Положение Q-полосы у МРz зависит от природы центрального атома металла и изменяется от 570 нм у ConPz до 620 нм у PbnPz. Её интенсивность зависит от природы растворителя. Так, мольный коэффициент экстинкции у MgPz составляет 4,8х104 в пиридине и гексане.
В ближней УФ-области спектра (-330 нм) наблюдается широкая интенсивная полоса В (полоса Соре) и менее интенсивные полосы N и L. Форма и интенсивность полосы Соре существенно зависят от природы центрального атома металла, в некоторых случаях она расщеплена, что объясняют наложением полос с 7г -типа.
Осуществлен квантово-химический расчет молекулы Рz и ряда его металлических комплексов различными методами [8, 10] методом самосогласованного поля с учетом всех электронов [11]. Согласно расчету, осуществленному Гутерманом и сотрудниками по расширенному методу Хюккеля с учетом валентных электронов, Q-полоса в ЭСП МРz обусловлена переходом а2u(7i)- eg(7i ) (рисунок 1.7). Орбиталь а2и построена, в основном, из орбиталей ос-атомов углерода пиррольных колец с заметным вкладом атомных орбиталей р-атомов углерода. Полоса Соре связана с переходом аіи(тг)- ее(7і ), причем орбиталь аы состоит почти исключительно из атомных орбиталей пиррольных ц-атомов азота. У Рz, как и у Рс, полоса Соре уширена, что обусловлено наложением полос типа а-тг . Нижняя свободная молекулярная орбиталь (НВМО) eg охватывает всю молекулу, причем преимущественно атомы внутреннего 16-членного кольца. Спектральный эффект мезо - азазамещения в молекуле порфина объясняется различным его воздействием на верхние занятые МО - если потенциал ионизации МО аJu изменяется лишь незначительно (0.3 эВ), то для МО а2и у Рz он значительно выше (на -2.2 эВ), чем у порфиринов [11].
Симметрично замещенные макроциклы, содержащие в центре ион металла, например M[Pz(A4)] имеют симметрию D4h с дважды вырожденной НВМО (eg) и двумя ВЗМО (aJu и а2и). С понижением симметрии макроцикла НВМО расщепляется на две орбитали, b2g и b3g, что обычно проявляется в расщеплении Q-полосы. И хотя в принципе полоса Соре также должна расщепляться, на практике этого не наблюдается из-за небольшой разницы энергий переходов а2и b2g и а2и b3g. Эффект симметрии наиболее основательно изучен для M[Pz(AnB4.n)], где А = (8-бензил)2, В = бензоил, (п=1-3, включая транс- и цис-изомеры для п = 2). Порфиразины А3В или АВ3, имеющие симметрию C2, обладают менее выраженным расщеплением, чем транс-порфиразины А2В2, имеющие симметрию D2h.
Введение в молекулу незамещенного Рz четырех или восьми метильных групп приводит к некоторому ( 15 нм) смещению полосы Q [12]. Большее ее смещение наблюдается у октафенил-Рz [13] вследствие частичного сопряжения фенильных колец с тг-системой макрокольца. Введение в молекулу Рz четырех алкиламино- (трет-бутиламино, диэтиламино, аллиламино), алкокси- (трет 19 бутокси, амилокси) или алкилтиогрупп (метилтио, трет-амилтио) [14, 15] приводит к существенному батохромному смещению Q-полосы, величина которого достигает у алкиламинопроизводных 130 нм. Такое сильное смещение происходит вследствие сопряжения неподеленных электронных пар заместителей с тг-системой макрокольца. Уширение Q-полосы по сравнению с незамещенными аналогами связано, по-видимому, с проявлением спектральной неидентичности изомеров с различным положением заместителей в Рz.
Наличие в макрокольце Рz таких электроноакцепторных заместителей как циано-, карбокси-, карбэтокси-, нитрогруппы, а также атомов хлора, брома приводит к батохромному смещению Q-полосы (до 30 нм) и полосы Соре (до 20 нм) [2, 16-18]. А при введении наряду с цианогруппами также трет-бутиламино-или n-диалкиламинофенильных групп величина смещения Q-полосы составляет более 200 нм, что авторы связывают с расширением системы сопряжения хромофора [18].
Люминесцентные свойства Рz, в отличие от порфиринов и Рс, изучены весьма ограниченно. Как показано на примере тетра(трет-бутил)порфиразина, квантовый выход флуоресценции безметального соединения и цинкового комплекса значительно ниже, чем у соответствующих Рс, а спектр флуоресценции представляет собой зеркальное отображение спектра поглощения [19] . Изучены также спектры флуоресценции ряда нитрозамещенных Рz. Введение нитрогрупп в молекулу ZnРz приводит к некоторому повышению интенсивности вибронных полос как в спектре флуоресценции, так и в спектре триплетной фосфоресценции, а у соответствующего свободного основания - только в спектре флуоресценции. Показано, что квантовый выход флуоресценции слабо зависит от количества нитрогрупп в молекуле Рz, особенно для цинковых комплексов, для которых остается практически постоянной и длительность флуоресценции (таблица 1)
Тетрапиррольные красители как флуоресцентные маркеры и фотосенсибилизароры для медицинской диагностики и фотодинамической терапии
Впервые сообщение о порфиразинах появилось в литературе в 1937 году в статье Кука и Линстеда [2], озаглавленной «Фталоцианины. Часть XI. Получение октафенилпорфиразинов из дефенилмалеонитрила». Примерно в это же время Фишер и Эндерманн сообщили об аналогичных метильных и этильных производных порфиразинов, которые они называли тетраимидоэтиопорфиринами. Эти исследования были продолжением работы по получению фталоцианинов и соответственно использовались аналогичные методы, а именно высокая температура ( 250С) при которой плавились исходные реагенты: фталонитрил для фталоцианинов, производные малеонитрила для порфиразинов, а также двухвалентная соль металла. Полученные порфиразины не могли быть очищены сублимацией, в отличие от фталоцианиновых аналогов, вследствие их разрушения, поэтому для получения аналитически чистых веществ использовалась колоночная хроматография – техника, которая осталась широко распространенной до сих пор. В течение следующих двух десятилетий было мало сообщений о порфиразинах, так как основной интерес был сфокусирован на фталоцианинах. В 1952 году Линстед сообщил о новом, более общем подходе к получению порфиразинов с использованием в качестве темплата Mg(OBu)2 (бутоксида магния) при синтезе полностью незамещенного Pz (рисунок 1.9) [2]. Реакция проводилась при гораздо меньших температурах ( 120С) по сравнению с изначальным методом сплавления, и таким образом избегались реакции изомеризации исходного динитрила от малео- или «цис» -конформации к фумаро-или «транс» -конформации. Этот подход и сейчас является наиболее общим при получении порфиразинов. Соединения, которые получил Линстед, обладали ограниченной растворимостью.
Сравнительно небольшое количество значимых тематических работ было опубликовано до 1980 года, когда Шраммом и Хоффманом [23] были получены гетероатомсодержащие (S) порфиразины по методике, благодаря которой появилась возможность синтезировать большое количество родственных соединений. В частности, в их статье описывался синтез S-метилсодержащих порфиразинов. Динитрильные соединения, использованные в этом синтезе, были получены при алкилировании малеонитрилдитиолата натрия Na2(mnt) (рисунок 1.10).
Получение S-метилсодержащих порфиразинов Группой Ricciardi была получена серия серосодержащих порфиразинов M[pz(S-Et)8]; M = Mn, Co, Fe. Ими было исследовано влияние центрального металла и аксиальных лигандов на физико-химические свойства порфиразинов [24, 25]. Впоследствии, группами Хоффмана и Баррета с использованием этого подхода было получено большое количество серосодержащих порфиразинов с различными физико-химическими свойствами. Например, они описали серосодержащие порфиразины и параллельно с Нолте и ван Нострумом получили порфиразины с ионоселективными тиокраун-эфирными группами на периферии (рисунок 1.11)
Важным успехом в химии Pz стало получение несимметричных макроциклов социклизацией двух различных динитрилов. Этот синтетический метод стал частью попытки получить серосодержащие порфиразины, связывающие ионы металлов на периферии Pz так же, как и в центральной части [5, 25]. Во избежание образования статистической смеси шести различных «изомеров» во время такой циклизации, Хоффман с сотрудниками разработали методики селективного получения определенных «изомеров» [6]. После получения серосодержащих порфиразинов, Фитцджералд с сотрудниками в 1991 году сообщили о простом синтезе алкилзамещенных порфиразинов с предварительным получением диалкилдинитрильных предшественников из алкинов по реакции фон Брауна (рисунок 1.12) [26]. Получение октаэтилпорфиразина Позднее эти типы динитрилов использовались в смешанной циклизации для получения порфиразинов с тремя дипропильными заместителями [27]. Интересной разновидностью этого метода стало получение порфиразинов с одним незамещенным пиррольным звеном, что может быть использовано в последующих реакциях, включая нитрование и дегидроксилирование, приводящим к десимметризованному секопорфиразину [28].
Также были описаны и другие методы получения алкил-замещенных порфиразинов, включая порфиразины, связанные с ионами редкоземельных элементов в сэндвичеподобной конфигурации [2], полимерные Pz, полученные из несимметричных алкилзамещенных порфиразинов с норборнадиеновыми заместителями по реакции метатезиса с открытием кольца [29] а также «octaplus» порфиразинов с восемью катионными метил-пиридил заместителями [30].
Поскольку доступность Рz с различным периферийным обрамлением, а также их комплексов с металлами определяется в значительной мере доступностью исходных моно- и дизамещенных 1,2-дицианоэтиленов, то целесообразно кратко рассмотреть методы их синтеза. Немногочисленные синтезы 1,2-дицианоэтиленов основывались до недавнего времени лишь на следующих реакциях: а) дегидратации диамидов соответствующих кислот; б) окислительной димеризации алифатических мононитрилов; в) присоединения по тройной связи дицианоацетилена.
Однако из-за труднодоступности и неустойчивости последнего, а также из-за образования во всех этих методах нежелательных Е-изомеров, они не нашли широкого препаративного применения в химии Рz. С целью синтеза разнообразных замещенных Рz позднее были разработаны более удобные, с использованием доступных исходных соединений, методы синтеза замещенных 1,2-дицианоэтиленов [33]: а) заменой атомов галогена на цианогруппы в замещенных 1,2-дигалогенэтиленах; б) введением новых заместителей в уже готовые 1,2-дицианоэтилены с помощью реакций замещения.
Следует особо остановиться на возможности получения порфиразиновых макроциклов из монозамещенных производных тетрацианоэтилена (TCNE) RC(CN)=C(CN)2. В литературе представлено лишь незначительное число работ с описанием темплатного синтеза тетрацианопорфиразиновых металлокомплексов при взаимодействии RC(CN)=C(CN)2 c солями металлов (рисунок 1.15) [36, 37].
Получение порфиразиновых комплексов иттербия
Нами были исследованы люминесцентные свойства полученных комплексов иттербия в полимерной матрице.
Для этой цели были приготовлены тонкие пленки на основе фотополимеризуемого олигокарбонатдиметакрилата (ОКМ-2) (рисунок 2.14), допированные соединениями IVa - IXa (концентрация комплекса 0,5 масс.%). Полученные пленки обладают существенной люминесценцией в видимой области.
Олигокарбонатдиметакрилат (ОКМ-2) Ранее сообщалось [39], что полученные на основе комплекса III стекла показали сильную люминесценцию в видимой и/или ближней ИК-области в зависимости от концентрации металлокомплекса и длины волны возбуждения (рисунок 2.15). Возбуждение светом в диапазоне длин волн 530-600 нм дает интенсивную эмиссию в области 630 нм. Наблюдаемый при этом сдвиг Стокса не превышает 30-35 нм, и время жизни возбужденного состояния, не превышающее 3-6 нс, указывают на типичный для красителей флюоресцентный механизм эмиссии, когда реализуется излучательный переход из возбужденного синглетного (S1) в основное синглетное состояние (S0) макроциклического лиганда [39].
Квантовый выход фотолюминесценции такого стекла на длине волны 630 нм ( ех = 600 нм) составляет 65%.
Замещение четырех фенильных групп в молекуле порфиразина на четыре моно-, три-, пентафторфенильные группы или на четыре -нафтильные, бифенильные, о-метилфенильные группы приводит к сдвигу максимума люминесценции в длинноволновую область (таблица 2.8).
Интересно, что спектры эмиссии для комплексов IVа - IXа по характеру мало отличаются от аналогичных спектров фенильного замещенного. Малый сдвиг Стокса, наблюдаемый в этих случаях, говорит о флуоресцентном механизме эмиссии за счет перехода макроцикла из возбужденного синглетного состояния в основное.
Создание лабораторной модели люминесцентного солнечного концентратора на основе оптически малодеффектого органического стекла, допированного металлокомплексом Va Комплекс Va, показавший в матрице полимера самую интенсивную эмиссию, был использован в качестве основного светоизлучающего вещества для создания лабораторной модели люминесцентного солнечного концентратора [130]. Известно, что количество электроэнергии, полученной с помощью фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) может быть увеличено при использовании концентраторов солнечного света. При этом обычно используемые концентраторы представляют собой большие подвижные зеркала, следующие за движением солнца, фокусируя солнечный свет на ФЭП. Изготовление таких громоздких мобильных устройств и поддержание их эксплуатации весьма дороги и не позволяют существенно снизить стоимость использования солнечного света для нужд энергетики. Кроме того, ФЭП, находящиеся в фокусе зеркального концентратора, подвергаются сильному нагреву, быстро приводящему к ухудшению их фотовольтаических характеристик, вследствие чего солнечные элементы нуждаются в специальной системе охлаждения.
Важно отметить, что высокая оптическая концентрация солнечного света может быть достигнута и в стационарных устройствах без избыточного нагревания солнечных элементов. Для этого может быть использован люминесцентный солнечный концентратор (ЛСК), представляющий собой волновод в виде оптически прозрачного листа силикатного или органического стекла с инкорпорированным в нем люминесцентным органическим красителем. Последний эффективно поглощает свет на определенной длине волны и излучает его в материал волновода, направленно доставляющего переизлученную энергию на солнечные элементы, прикрепленные по торцам концентратора. Производительность такого концентратора, как правило, ограничена оптическими потерями в результате вторичной абсорбции света внутри самого волновода. Это связано с существенным перекрыванием спектров поглощения и люминесценции люминофора. Необходимость увеличения разницы энергий поглощения и эмиссии требует использования люминофоров с максимальной величиной сдвига Стокса, что, как правило, нехарактерно для флюоресцентных красителей.
Тем не менее, научная группа из Массачусетского технологического института (США) недавно сообщила о создании эффективного варианта ЛСК, способного, согласно расчетам авторов, понизить стоимость солнечных элементов, по крайней мере, на порядок [126]. Предлагаемое в данной работе устройство представляет собой тандем ЛСК, один из которых собирает и переизлучает свет в коротоковолновой области спектра [люминофор - 4-(дицианометилен)-2-трет-бутил-6-( 1,1,7,7-тетраметилджулолидил-9-енил)-4Н-пиран, DCJTB)], а второй - в более длинноволновом диапазоне [люминофор - тетрафенилтетрабензопорфириновый комплекс платины, Pt(TPBP)]. Оба люминофора характеризуются высокими квантовыми выходами люминесценции ( 1 и 0.5 соответственно) и большими сдвигами Стокса (-100 нм для DCJTB и 260 нм для Pt(TPBP)), что позволяет значительно уменьшить самопоглощение ЛСК на основе этих красителей. Особенно это касается материала на основе Pt(TPBP), поскольку в отличие от флюоресценции обычных органических красителей эмиссия в этом комплексе возникает по механизму интеркомбинационной конверсии за счет триплет-триплетной релаксации (фосфоресценции). Энергия возбужденного триплетного состояния молекул таких красителей значительно ниже энергии их возбужденного синглетного состояния, что обеспечивает максимальную величину сдвига Стокса. По данным авторов [126] параметр самопоглощения (S), определяемый соотношениемкоэффициентов поглощения в максимуме и на длине волны люминесценции, для Pt(TPBP) равен 500, что соответствует практически нулевому самопоглощению.
Нами был использован новый подход к подбору компонентов люминесцентной композиции, обеспечивающий дополнительный поток переизлученного солнечного света на длине волны, близкой максимуму поглощения порфиразинового красителя (600-630 нм) за счет возбуждения фотолюминесценции входящих в состав ЛСК люминофоров на длинах волн ближнего УФ диапазона (340-390 нм) [130]. В качестве материала оптического волновода использовался сополимер поликарбонатдиметилметакрилат/уретанодиметакрилат, полученный методом послойной фотополимеризации [131], а основного светоизлучающего материала - новый комплекс Va, показавший в матрице данного полимера существенно большую эмиссию при 630 нм (рисунок 2.16, кривая B).
Особености фотофизических свойств полученных порфиразинов и их металлокомплексов. Новый тип флюоресцентных молекулярных роторов
Исследование темновой токсичности и фотодинамической активности наиболее перспективных соединений в эксперименте на культуре опухолевых клеток человека. Важным критерием для «идеального» фотосенсибилизатора является его низкая темновая токсичность, т.е. при отсутствии облучения фотосенсибилизаторы не должны вступать в фотохимические реакции и повреждать клетки. Это позволяет избежать повреждения и гибели здоровых клеток.
Для оценки влияния полученных порфиразинов и их металлокомплексов в различных водорастворимых формах, как потенциальных фотосенсибилизаторов, на жизнеспособность клеток были проведены исследования их цитотоксичности с помощью МТТ-теста, позволяющего определить ингибирующую концентрацию (ИК50) – концентрацию соединения, вызывающую снижение роста клеток на 50% (или их гибель).
По данным литературы в настоящее время к клиническому применению допущены препараты с темновой токсичностью, соответствующей ИК50110-4 М (100 мкг/мл) [138]. Для всех полученных нами порфиразинов и их металлосодержащих комплексов вне зависимости от используемого типа полимерной оболочки темновая токсичность по порядку величины не превышает 0.510-4 М и более, что сопоставимо с таковой клинически одобренных препаратов.
На основании результатов анализа оптических свойств, эффективности генерации синглетного кислорода, внутриклеточной аккумуляции и результатов оценки темновой токсичности для проведения исследования фотодинамической активности и сравнения с одобренными для клинической практики препаратами был выбран порфиразин XII, солюбилизированный в полимерных щетках.
Введение в питательную среду клеток данного соединения и последующая инкубация в течение 24 часов не приводила к существенному снижению метаболической активности клеточной культуры вплоть до концентраций, превышающих 50 мМ. В то же время, облучение через 24 часа инкубации светом с длиной волны 635 нм в дозе 10 Дж/см2 значительно снижало жизнеспособность клеток (рисунок 2.39). Во всех случаях оценка жизнеспособности проводилась через 24 часа после смены среды на свежую, время облучения не превышало 10 минут.
Процедура линеаризации и анализ зависимости логарифма фракционного эффекта от логарифма концентрации позволили оценить ИК50. Под фракционным эффектом в данном случае понимается отношение доли популяции, затронутой воздействием (fa – fraction affected) к доли популяции, не затронутой воздействием (fu – fraction unaffected): f(e)= fa/fu= fa/(1-fa). Согласно определению, ИК50 соответствует концентрации, при которой fa=fu, а lg(fe)=0.
По данным эксперимента для темновой инкубации ИК50 составила 70,9 мМ, а в случае облучения – 14,8 мМ. Как было сказано выше, для полученных порфиразиновых макроциклов показана способность генерировать синглетный кислород при облучении в присутствии кислорода воздуха. Эксперименты на культуре клеток позволили подтвердить сделанное предположение о высокой фотодинамической активности данных соединений.
Сравнение функциональных свойств новых соединений с клинически одобренными перпаратами порфириновой и порфиразиновой природы.
С целью сравнения фотосенсибилизирующих свойств синтезированных нами макроциклов со свойствами препаратов, используемых в настоящее время в клинике, мы проанализировали фотодинамическую активность порфиразина XII, препаратов «Фотосенс» и «Фотодитазин» в отношении одной и той же культуры опухолевых клеток при идентичной схеме воздействия (инкубация в течение 24 часов для насыщения клеток красителем, смена среды, облучение на 635 нм в дозе 10 Дж/см2, 24 часа инкубации для развития предполагаемого негативного эффекта). Результаты оценки жизнеспособности клеток А431 после облучения с применением фотосенсибилизаторов в разных дозах представлены на рисунке 2.40. Поскольку «Фотосенс» по химическому составу представляет собой смесь ди-, три- и тетрасульфатированного фталоцианина алюминия с наибольшей долей трисульфатированной формы, корректное определение его молярной концентрации невозможно. Тем не менее, для сравнения эффективности препаратов различной химической природы молярная концентрация данного препарата была оценена условно с учетом процентного содержания перечисленных форм.
Зависимость метаболической активности (выживаемости) клеток A 431 от концентрации в среде порфиразина XII в полимерных щетках (черная линия), препарата «Фотосенс» (красная линия) и препарата «Фотодитазин» (синяя линия). Облучение светом 635 нм в дозе 10 Дж/см2
Как видно из приведенных данных, эффективность фотодинамического действия полученного при выполнении проекта порфиразинового основания не уступает таковой для клинически одобренных препаратов как хлориновой, так и фталоцианиновой природы.
Исследование фармакокинетических свойств полимерных наночастиц, содержащих порфиразиновые соединения, методом флюоресцентного биоимиджинга in vivo на экспериментальных опухолях животных
Для установления способности наночастиц на основе полимерных щеток накапливаться в опухолевой ткани и качественной оценки селективности такого накопления по сравнению с нормальными тканями были проведены эксперименты на животных опухоленосителях. Внутривенное введение суспензии наночастиц (концентрация хромофора 118 мг/кг веса) приводило к появлению сильного сигнала флуоресценции в диапазоне, соответствующем флуоресценции порфиразина (рисунок 2.41). Несмотря на то, что флуоресценция усиливалась для всей поверхности тела животного, накопление порфиразина в опухоли обладало значительной степенью селективности. Об этом свидетельствует многократное превышение уровня флуоресцентного сигнала в области опухоли по сравнению с окружающими здоровыми тканями.