Применение водорастворимых производных фуллерена в качестве лекарственных препаратов нейропротекторного и противоопухолевого действия

Изобретение относится к медицине и предназначено для лечения заболеваний нервной системы. Раскрыто использование водорастворимых производных фуллерена С60 в производстве лекарственных препаратов нейропротекторного действия. Используют производные фуллеренов формулы I, содержащие 5 гидрофильных групп на одной полусфере фуллеренового каркаса, тогда как другая половина остается нефункционализированной. Соединения имеют в своей структуре гидрофобные и гидрофильные фрагменты, что обеспечивает легкость их проникновения через клеточные мембраны. Изобретение позволяет регулировать активность митохондрий и обеспечивает цитопротекторное (антиоксидантное) действие на разных типах клеток. 6 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к химической и фармацевтической отраслям промышленности и касается нейропротекторныхсредств и композиций на основе водорастворимых производных фуллерена C60. Изобретение может найти применение в биомедицинских исследованиях и производстве новых лекарственных препаратов, предназначенных для лечения и профилактики нейродегенеративных заболеваний.

Благодаря своим уникальным структуре и физико-химическим свойствам фуллерены нашли применение в различных областях материаловедения, энергетики и медицины. Для медицины фуллерены и их производные ценны своей антибактериальной, противовирусной, нейропротекторной, противоопухолевой активностями.

Биологическая активность производных фуллеренов находится в строгой зависимости от их строения и типа солюбилизирующих аддендов. Согласно компьютерным расчетам, немодифицированный фуллерен C60, проникая в клеточную мембрану, равномерно распределяется по билипидному слою. Внедрение фуллерена в клеточную мембрану приводит к ее деформации и может привести к нарушению ее функций. Напротив, водорастворимые поликарбоксильные производные фуллерена C60-аддукты малоновой кислоты (стереоизомеры C3 и D3)- адсорбируются на заряженной гидрофильной поверхности бислоя и не склонны проникать в подповерхностный слой, образуя контакт с гидрофобными хвостами фосфолипидов [1 - M.E.Bozdaganyan and ets., Comparative Computational Study of Interaction of C60 - Fullerene and Tris-Malonyl-C60-Fullerene Isomers with Lipid Bilayer: Relation to Their Antioxidant Effect, PLoS ONE, 2014, 9, e102487].

Нейропротекторное действие фуллеренов и их производных широко известно и связано с их антиоксидантной активностью, способностью «захватывать» свободные радикалы, а также с антиамилоидными свойствами. Накопление амилоидных бляшек (β-амилоидов) является одной из ключевых особенностей протекания болезни Альцгеймера. Олигомеризация β-амилоидов, вызванная повышенной продукцией активных форм кислорода, признается важным фактором в дисфункции нейронов и запуске программируемой клеточной гибели (апоптоза). Установлено, что фуллерены также могут приводить к расщеплению β-амилоидов, снижая разрушительное действие таких пептидов [2 - С.-М. Lee and ets., C60 fullerene-pentoxifylline dyad nanoparticles enhance autophagy to avoid cytotoxic effects caused by the β-amyloidpeptide, Nanomedicine., 2011, 7(1), 107-114].

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что производные фуллеренов являются перспективными объектами для использования в медицине. Однако их практическому внедрению препятствует фактически нулевая растворимость немодифицированных фуллеренов в воде. Исторически первыми попытками солюбилизации фуллеренов в водных средах были работы по получению их коллоидных суспензий в воде, а также растворов с использованием супрамолекулярных взаимодействий фуллеренов и каликсаренов, циклодекстринов или других солюбилизирующих агентов [3 - A.W. Jensen, S.R. Wilson and D.I. Schuster, Biological Applications of Fullerenes, Bioorg. Med. Chem., 1996, 4, 767-779]. Концентрация фуллерена в полученных таким образом коллоидных растворах низка и остается опасность присутствия токсичных органических растворителей. Кроме того, такие формы фуллерена неизбежно накапливаются в мембранах клеток, плохо выводятся из организма и приводят к токсическим эффектам. Напротив, ковалентное присоединение полярных солюбилизирующих групп является наиболее эффективным подходом к получению водорастворимых производных. Были синтезированы водорастворимые метанофуллерены, пирролидинофуллерены, фуллеренолы и дендрофуллерен [4 - Т. Da Ros and М. Prato, Medicinal chemistry with fullerenes and fullerene derivatives. Chem. Commun., 1999, 663-669]. Однако методы синтеза этих аддуктов отличаются малыми выходами целевых продуктов и низкой селективностью, а полученные препараты -низкой растворимостью в воде.

Альтернативный и более простой метод получения водорастворимых производных фуллерена основан на реакциях хлорфуллерена C60Cl6 с С-, S-, Р- и N-нуклеофилами [5 - O.A.Troshina et al., Chlorofullerene C60Cl6: a precursor for straight forward preparation of highly water-soluble polycarboxylic fullerene derivatives active against HIV, Org. Biomol. Chem., 2007, 2783-2791; 6 - A.B. Kornev et al., Facile preparation of amine and amino acid adducts of [60]fullerene using chlorofullerene C60Cl6 as a precursor, Chem. Commun., 2012, 48 (2012), 5461-5463; 7 - E.A. Khakina et al., Highly selective reactions of C60Cl6 with thiols for the synthesis of functionalized [60]fullerene derivatives, Chem. Commun., 2012, 48, 7158-7160; 8 - A.A. Yurkova et al., Arbuzov chemistry with chlorofullerene C60Cl6: a powerful method for selective synthesis of highly functionalized [60]fullerene derivatives, Chem. Commun., 2012, 8916-8918]. Солюбилизирующие адденды в образующихся соединениях расположены вокруг одного циклопентадиенильного фрагмента на фуллереновом каркасе, тогда как его большая часть остается свободной для связывания с биологическими мишенями. Данный подход позволяет синтезировать аддукты с высоким выходом, с четко установленным составом и строением, низкой себестоимостью и легкой масштабируемостью, что открывает путь к их промышленному применению.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка соединений фуллерена C60 и композиций на их основе, обладающих выраженной нейропротекторной активностью.

В настоящем изобретении эта задача решается применением производных фуллерена общей формулой I:

где в общей формуле I заместитель X имеет следующие значения:

- атом хлора (-Cl), присоединенный к углеродному каркасу (соединения 1-3);

- атом водорода (-Н), присоединенный к углеродному каркасу (соединения 4-9);

где в общей формуле I заместитель R имеет следующие значения:

- фрагмент арилкарбоновой кислоты общей формулы Ia

где n - число метиленовых звеньев в составе адденда (n=1÷3);

Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент фосфоновой кислоты -Р(O)(OY)2,

где Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент с общей формулой -S-(CH2)nSO3Y, где n=3, a Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- остаток каптоприла с общей формулой Ib, присоединенный к фуллереновому каркасу по атому серы:

где Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент с общей формулой -NH-(CH2)nCOOY, где n=2, a Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент на основе природных аминокислот общей формулы -NHCH(R1)COOY, присоединенный атомом азота к фуллереновому каркасу, где заместитель R1 может представлять собой -СН2ОН (в случае серина) и -CH2Ph (в случае фенилаланина) в форме любого из оптических изомеров, их смеси или рацемата. При этом Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда.

Структуры соединений общей формулы I и методы их получения были описаны нами ранее [5 - O.A.Troshina et al., Chlorofullerene C60Cl6: a precursor for straightforward preparation of highly water-soluble polycarboxylic fullerene derivatives active against HIV, Org. Biomol. Chem., 2007, 2783-2791; 6 - A.B. Kornev et al., Facile preparation of amine and amino acid adducts of [60]fullerene using chlorofullerene C60Cl6 as a precursor, Chem. Commun., 2012, 48 (2012), 5461-5463; 7 - E.A. Khakina et al., Highly selective reactions of C60Cl6 with thiols for the synthesis of functionalized [60]fullerene derivatives, Chem. Commun., 2012, 48, 7158-7160; 8 - A.A. Yurkova et al., Arbuzov chemistry with chlorofullerene C60Cl6: a powerful method for selective synthesis of highly functionalized [60]fullerene derivatives, Chem. Commun., 2012, 8916-8918; 9 - F.-Y. Hsieh and ets., Water-soluble fullerene derivatives as brain medicine: surface chemistry determines if they are neuroprotective and antitumor, ACS App. Mater. Interfaces, 2017, 9(13), 11482-11492].

В отличие от всех других описанных в литературе соединений фуллеренов, проявляющих нейропротекторные свойства, производные фуллерена, соответствующие общей формуле 1, имеют ряд отличительных особенностей:

- отличаются простотой получения и низкой стоимостью, и поэтому могут быть легко синтезированы в больших количествах с целью практического использования,

- соединения с общей формулой I имеют четко установленный состав и строение. Полярные адденды располагаются вокруг одного циклопентадиенильного фрагмента. Большая часть фуллереновой сферы свободна и доступна для связывания с биологическими мишенями,

- особенности строения соединений придают им амфифильные свойства, так как соединения имеют в своей структуре гидрофобные и гидрофильные фрагменты, что обеспечивает легкость их проникновения через клеточные мембраны. Это является важным преимуществом указанных производных по сравнению с ранее описанными соединениями, в которых каркас фуллерена равномерно покрыт заряженными группами,

- в зависимости от типа присоединенных заместителей R соединения способны регулировать активность митохондрий и проявлять цитопротекторное (антиоксидантное) действие на разных типах клеток;

- соединения общей формулы I могут преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ).

Учитывая особенности строения и обнаруженный мощный антиоксидантный эффект производных фуллеренов общей формулы I, выражающийся в их способности регулировать активность митохондрий у различных типов клеток, а также способность преодолевать ГЭБ, можно заключить, что изобретение найдет применение в биомедицинских исследованиях и производстве новых лекарственных препаратов нейропротекторного действия.

Заявляемое изобретение иллюстрируется, но никак не ограничивается следующими примерами.

Пример 1. Нейропротекторное действие водорастворимых производных фуллеренов на примере пролиферационной и дифференцирующей активности в отношении нейральных стволовых клеток (ИСК).

Для иллюстрации нейропротекторного действия заявляемого изобретения были выбраны соответствующие общей формуле I производные фуллеренов 1-9 (Фиг. 1).

В данном примере было исследовано влияние производных фуллеренов 1-9 на выживаемость, рост (пролиферацию) и дифференциацию нейральных стволовых клеток (ИСК).

Биологическая активность определялась на НСК, выделенных из гиппокампа мозга взрослой мыши. Соединения 1-9 добавляли в культуру клеток и инкубировали в течение 24 часов. Выживаемость клеток определялась фотометрическим методом измерения числа живых клеток, при добавлении в среду тетразолиевого красителя МТТ (3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-тетразолиум бромид). Процент клеток, обработанных производными фуллеренов относительно необработанных клеток (контроля) служил характеристикой выживаемости и роста клеток. Результаты определения выживаемости клеток представлены на Фиг. 2.

Выживаемость ИСК, обработанных функционализированными производными фуллерена, заметно возрастает до 120-130%.

Параллельно изучалосьвлияние производных фуллерена C60 1-6 на дифференциацию ИСК с помощью анализа активности нейрон-связанных генов, кодирующих нестин, β-тубулин и МАР2, методом ПЦР в реальном времени в течение 24 часов. Полученные результаты показаны на Фиг. 3.

Активность гена, кодирующего нестин (маркер прогениторных клеток -недифференциированные клетки-предшественники), существенно (~5 и ~3,5 раз) возрастает для НСК, обработанных производными 3 и 4 соответственно. Но понижается для производных 1 и 2 по сравнению с контролем. НСК, обработанные производными 1-6, экспрессируют больше β-тубулина(маркер клеток-предшественников нервной ткани) и МАР2 (маркер созревших нейронов). Среди всех изученных производных фуллерена C60 соединение 4 вызывало наибольшую экспрессию генов, кодирующих β-тубулин и МАР2.

На данном примере проиллюстрировано, что пролиферационная активность НСК, обработанных функционализированными производными фуллерена соответствующего строения и состава согласно заявленной формуле I, возрастает на 120-130%; исследование нейрон-связанных генов показало, что производные фуллерена соответствующего строения и состава согласно заявленной формуле I могут промотировать дифференциацию НСК в нейроны. Более того, отдельные производные (3-6) поддерживают постоянное обновление клеток-предшественников нейронов (нейропрогениторов).

Пример 2. Регуляция деятельности ЦНС на примере восстановления двигательной активности у взрослых рыбок Данио (Daniorerio).

Производные фуллерена соответствующего строения и состава согласно заявленной формуле I способны восстанавливать различные функции поврежденных участков ЦНС.

В данном примере была исследована способность функционализированных производных фуллеренов 3 и 4 восстанавливать деятельность ЦНС у взрослых рыбок Данио (Danio rerio).

Взрослым рыбкам Данио иглой повреждали мозжечок. Рыбки с таким повреждением ЦНС были обездвижены или демонстрировали не сбалансированное передвижение. Всех рыбок, отобранных для исследования, разделили на группы (по 15 особей в каждой), часть из которых обработали производными 3 или 4. Результаты восстановления двигательной активности после повреждения мозжечка представлены на Фиг. 4.

Рыбки, обработанные производным 4, демонстрировали восстановление двигательных функций на 34, 57 и 72% на 2, 4 и 6 дни соответственно. В тоже время, рыбки, обработанные производным 3, восстановились на 24, 41 и 63% соответственно. Для сравнения, рыбки, не подвергавшиеся действию препаратов, не демонстрировали каких-либо значимых показателей восстановления двигательных функций спустя 6 дней.

Применение производных фуллерена C60 общей формулы I

,

где в общей формуле I заместитель X имеет следующие значения:

- атом хлора (-Cl), присоединенный к углеродному каркасу (соединения 1-3);

- атом водорода (-Н), присоединенный к углеродному каркасу (соединения 4-9);

где в общей формуле I заместитель R имеет следующие значения:

- фрагмент арилкарбоновой кислоты общей формулы Ia

,

где n - число метиленовых звеньев в составе адденда (n=1÷3);

Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент фосфоновой кислоты -Р(O)(OY)2, где Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент с общей формулой -S-(CH2)3SO3Y, a Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- остаток каптоприла с общей формулой Ib, присоединенный к фуллереновому каркасу по атому серы

,

где Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент бета-аланина с общей формулой -NH-(CH2)2COOY, присоединенный к фуллереновому каркасу по атому азота, где Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

- фрагмент на основе природных аминокислот общей формулы -NHCH(R])COOY, присоединенный атомом азота к фуллереновому каркасу, где заместитель R1 может представлять собой -СН2ОН (в случае серина) и -CH2Ph (в случае фенилаланина) в форме любого из оптических изомеров, их смеси или рацемата, при этом Y - атом водорода, или ион металла, или органический катион аммониевого ряда;

в качестве основы для создания препаратов нейропротекторного действия.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к химической промышленности и материаловедению и может быть использовано при изготовлении добавок, улучшающих свойства материалов. Смесь органического и металлсодержащего вещества механически обрабатывают перетиранием.

Изобретение относится к области неорганической химии и может быть использовано при промышленном изготовлении абразивных и смазочных материалов, а также инструментов.

Изобретения относятся к области химического материаловедения и могут быть использованы при изготовлении датчиков химического состава, электрохимических источников тока, носителей катализаторов, химических реагентов, меток, хроматографических фаз или дозы лекарства в микрокапсулах.

Изобретение может быть использовано для извлечения гелия из природного газа или продувочных газов производственных процессов. Для получения гелия из технологического газа подают технологический газ под давлением менее 15 бар в блок предварительной очистки, где удаляют нежелательные компоненты.

Изобретение относится к химической технологии, а именно к производству детонационных наноалмазов. Способ получения детонационных наноалмазов осуществляют подрывом двухкомпонентных взрывчатых составов в неокислительной среде, содержащих тетрил и тротил, или гексоген, или тринитрофенол, или другое взрывчатое вещество.

Изобретение может быть использовано при изготовлении трикотажа, постельных принадлежностей, хозяйственных товаров, автомобильной продукции, мебели, труб, профилей и одежды.

Изобретение относится к способу получения озона при повышенном давлении с производительностью не менее 1 кг озона в час посредством генератора озона. Генератор озона содержит высоковольтный электрод (5) и по меньшей мере один противоэлектрод (1).

Изобретение может быть использовано при получении искусственных алмазов. Молекулу со структурой тетраэдрана из ряда, включающего бензвален, 3,4-диазабензвален или 2,3,4-метинил-циклобутанон, подвергают реакции с атомом углерода, не содержащим радикальных примесей, полученным из углеводородного источника, выбранного из группы, включающей алканы, циклоалканы и кубан, посредством воздействия на указанный углеводород разрядом высокой энерги.

Изобретение может быть использовано при изготовлении конструкций из композиционных материалов. Соединительный элемент полого герметичного изделия интегральной конструкции выполнен из УУКМ на основе низкомодульных углеродных волокон и содержит присоединительный концевой участок 1 и металлическую законцовку, снабженную сильфоном.

Изобретение относится к области химии, а именно к способам переработки углеродсодержащего сырья, в том числе отходов, с производством ценных химических продуктов, а также энергии.

Группа изобретений относится к фармацевтической комбинации с анксиолитическим действием. Комбинация с анксиолитическим действием для лечения невротических и психических расстройств включает феназепам, витамин В6 и магний и представляет собой набор лекарственных форм, включающих феназепам, витамин В6 и магний в эффективных количествах, либо представляет собой единую лекарственную форму, причем в лекарственной форме, содержащей феназепам, содержится 0,1-10 мг феназепама, в лекарственной форме, содержащей витамин В6, содержится 0,1-600 мг витамина В6, в лекарственной форме, содержащей магний, содержится 10-1200 мг магния.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и медицине и касается новой жидкой лекарственной формы для перорального введения, обладающей ноотропной активностью, содержащей в качестве активного компонента кальциевую соль гопантеновой кислоты в количестве 5-20 мас.%, парабен в количестве 0,1-0,5 мас.%, а также вспомогательные вещества – остальное до 100%.

Изобретение относится к новому производному пиримидина общей формулы (1), обладающему свойствами модулятора глутаматного ионотропного рецептора АМРА-типа. Соединения могут найти применение для лечения нейродегенеративных и психоневрологических заболеваний, опосредованных активностью глутаматного ионотропного рецептора АМРА-типа.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и к фармацевтической промышленности. Предложен способ лечения когнитивных нарушений больных острым инфарктом миокарда, включающий введение эффективного количества полипренолов формулы (1) в течение 48 часов от начала заболевания.

Изобретение относится к новым производным 1,4-бензодиазепин-2-она формулы I, ограниченным следующими вариантами структуры 1-6: Технический результат: получены новые соединения формулы I, обладающие наряду с выраженными анальгетическими свойствами анорексигенными и анксиолитическими.

Группа изобретений относится к медицине. Предложены: применение ботулинического токсина для лечения паратонии у пациента пожилого возраста с когнитивным нарушением в результате болезни Альцгеймера или деменции и соответствующий способ лечения паратонии у данных групп пациентов.

Изобретение относится к медицине, в частности к составу, обладающему ноотропной активностью, фармацевтической композиции и лекарственному средству. Предложенный состав, содержащий N-карбамоилметил-4-фенил-2-пирролидон и, по меньшей мере, одно дополнительное соединение, выбранное из группы, включающей 4-фенилпирролидон-2, 2-(2-оксо-4-фенилпирролидин-1-ил)уксусную кислоту, этил-2-(2-оксо-4-фенилпирролидин-1-ил)ацетат и их оптические изомеры.

Группа изобретений (варианты) относится к фармакологии и медицине. Предложено применение лиганда транслокаторного белка (TSPO) N-бензил-N-метил-1-фенилпирроло[1,2-а]пиразин-3-карбоксамида (ГМЛ-1) в качестве антидепрессантного и ноотропного средства.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу лечения и/или профилактики нейродегенеративного расстройства или заболевания у страдающего от него субъекта.

Изобретение относится к применению диаминопиримидинового соединения формулы I или IB, или его фармацевтически приемлемой соли, или его дейтерированной формы. Соединения обладают свойствами ингибитора JNK1, JNK2, IL2 или TNFα и предназначены для получения лекарственного средства для лечения или предотвращения неалкогольного стеатогепатита, фиброза почек, воспаления, гиперплазии, некроза или волчанки.

Изобретение относится к медицине и предназначено для лечения заболеваний нервной системы. Раскрыто использование водорастворимых производных фуллерена С60 в производстве лекарственных препаратов нейропротекторного действия. Используют производные фуллеренов формулы I, содержащие 5 гидрофильных групп на одной полусфере фуллеренового каркаса, тогда как другая половина остается нефункционализированной. Соединения имеют в своей структуре гидрофобные и гидрофильные фрагменты, что обеспечивает легкость их проникновения через клеточные мембраны. Изобретение позволяет регулировать активность митохондрий и обеспечивает цитопротекторное действие на разных типах клеток. 6 ил., 2 пр.

Наверх