Взаємодія біядерних кластерів ренію (ІІІ) з фосфоліпідами та вищими карбоновими кислотами за формування мікрокапсул

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

02.00.01 - Неорганічна хімія

Взаємодія біядерних кластерів ренію (ІІІ) з фосфоліпідами та вищими карбоновими кислотами за формування мікрокапсул

Єгорова Діна Євгеніївна

Дніпропетровськ 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі неорганічної хімії ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет», Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор Штеменко Олександр Васильович, ДВНЗ „Український державний хіміко-технологічний університет”, завідувач кафедри неорганічної хімії

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор Ніколенко Микола Васильович, ДВНЗ „Український державний хіміко-технологічний університет”, завідувач кафедри загальної хімічної технології

доктор хімічних наук, професор Сейфулліна Інна Йосипівна, Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, завідувач кафедри загальної хімії та полімерів

Захист відбудеться 18 червня 2010 р. об 1100 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.01 при ДВНЗ „Український державний хіміко-технологічний університет” за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8, ауд. №220.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДВНЗ «Український державний хіміко-технологічний університет» (49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8).

Автореферат розісланий « 6 » травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.Д. Пініелле

1. Загальна характеристика роботи

диреній хімічний карбонова кислота

Актуальність теми. Біядерні сполуки ренію(ІІІ) належать до класу неорганічних сполук, які інтенсивно досліджуються у теперішній час. Унікальні властивості та реакційна здатність цих сполук обумовлені почверним зв'язком між атомами ренію, що утворюють біядерний кластерний центр Re26+ з координаційним числом 10. У попередніх дослідженнях було показано, що будь-який з 6 структурних типів галогенідних, галогенокарбоксилатних і фосфатних сполук диренію(ІІІ) виявляє біологічну активність у широкому діапазоні - це протипухлинні, антигемолітичні, цитостабілизуючі та антирадикальні властивості, а також може виступати як біохімічний модулятор у антираковій системі Re-Pt. Однак механізм дії та доставки цих комплексів до цілі повністю не досліджений. Знання цього механізму дозволить поставити на наукову основу пошук координаційних сполук, що не будуть завдавати шкоди для усього організму і будуть діяти безпосередньо на осередок пухлини.

Відомо, що дія будь-яких хімічних речовин у першу чергу пов'язана з проходженням крізь клітинну мембрану шляхом взаємодії з ліпідним матриксом мембрани. Подальша дія антиракових препаратів спрямована на утворенням зв'язків з молекулою ДНК, що призводить до її деструкції і як наслідок - загибелі ракової клітини. Крім того, на даний час при використанні хімічних препаратів у медичній практиці існує низка проблем, пов'язаних зі збереженням властивостей речовин за введення в організм і націленим спрямуванням безпосередньо до осередку хвороби. У зв'язку з цим актуальним є вивчення взаємодії біядерних кластерних сполук диренію(ІІІ) з фосфоліпідами та нуклеїновими основами, як структурними складовими молекули ДНК та безпосередньо з молекулами ДНК, а також створення методів підвищення біологічної ефективності досліджуваних сполук. Результати цих досліджень дозволять наблизитись до розуміння механізму біологічної дії комплексів диренію(ІІІ) на живий організм.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у рамках держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України “Розробка наукових основ синтезу високодисперсних систем з прогнозованими властивостями на базі сполук перехідних елементів”, державний реєстраційний номер 0105U000417 (2005-2007г.), “Кластерні та супрамолекулярні сполуки перехідних елементів як біологічно активні речовини та матеріали для нової техніки”, державний реєстраційний номер 0108U001161 (2008-2010г.), “Синтез та дослідження властивостей і процесів вільнорадикального окиснення комплексних та змішаних гетерогенних систем”, державний реєстраційний номер 0106U003720 (2006-2010г.)

Мета роботи: визначення характерних особливостей взаємодії комплексних сполук диренію(ІІІ) з фосфоліпідами та вищими карбоновими кислотами за формування мікрокапсул і у реакціях з нуклеїновими основами.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

– синтезувати представники різних структурних типів похідних кластеру Re26+ з галогенідними та карбоксилатними лігандами;

– дослідити поведінку біядерних кластерів ренію(ІІІ) у водних та буферних розчинах.;

– вивчити взаємодію біядерних кластерів ренію(ІІІ) з фосфоліпідами, вищими карбоновими кислотами та нуклеїновими основами. Запропонувати механізм цієї взаємодії;

– отримати ліпосомні форми та тверді частинки кластерних сполук ренію(ІІІ) і довести їх ефективність у низці біологічних експериментів.

Об'єкт дослідження _ реакції кластерів ренію з фосфоліпідами, вищими карбоновими кислотами та нуклеїновими основами, створення ліпосом та твердих часточок кластерів ренію.

Предмет дослідження - маршрути взаємодії кластерів диренію(ІІІ) з фосфоліпідами, вищими карбоновими кислотами та нуклеїновими основами, продукти цієї взаємодії та їх фізико-хімічні та біохімічні властивості; ефективність ліпосомних форм і твердих мікрочасток кластерів ренію як протипухлинних препаратів.

Методи дослідження - ІЧ-, електронна та хроматомасспектроскопія (ідентифікація та дослідження хімічних властивостей сполук), протонний магнітний резонанс, рентгеноструктурний і елементний аналіз, електронна мікроскопія.

Наукова новизна отриманих результатів. Уперше отримано та комплексно досліджено ліпосомні форми та тверді мікрокапсули біядерних кластерних сполук диренію(ІІІ). Встановлено, що за формування ліпосом і мікрокапсул відбувається координація фосфатидилхоліну та вищих карбонових кислот до кластерного центру Re26+, що призводить до підвищення стійкості та біологічної активності кластерів диренію(ІІІ). Уперше проведений прямий рентгеноструктурний аналіз і досліджена взаємодія дихлоротетра-м-ізобутирата диренія(ІІІ) з нуклеїновими основами та запропонована схема їх взаємодії. Данні вивчення взаємодії комплексних сполук ренію(ІІІ) з нуклеїновими основами вказують на різний механізм дії цих речовин і відомих протипухлинних препаратів на основі платинідів, що було доведено дослідами з ДНК та з раковими клітинними лініями in vitro.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені методи одержання ліпосомних форм на основі біядерний кластерних сполук ренію(ІІІ) та твердих мікрокапсул високої дисперсності, які мають перспективу застосування у медичній практиці. Експери-ментами іn vitro та in vivo показана ефективність ліпосомних форм і твердих мікрокапсул кластерів диренію(ІІІ) як протипухлинних препаратів і цитостабілізуючих агентів.

Особистий внесок здобувача полягає у здійсненні експериментальних досліджень, обробці експериментальних даних, підготовці до публікації результатів роботи. Постановка мети і визначення завдань дослідження, а також аналіз отриманих результатів виконані разом з науковим керівником д.х.н., проф. Штеменком О.В. Дослідження взаємодії методом протонного магнітного резонансу та рентгеноструктурний аналіз проводились на базі Дортмундського технічного університету (Німеччина) за сприяння професора Б. Ліпперта. Антипроліферативна активність кластерних сполук диренію(ІІІ) на клітинних лініях досліджувалась на базі Інституту клітинної біології НАН України (м. Львів) спільно з молодшим науковим співробітником кафедри біохімії та біофізики Дніпропетровського національного університету К. В. Парамоновою та науковим співробітником Інтитуту клітинної біології НАН України (м. Львів) О.Ю. Ключивською. Хроматомасспектральний аналіз поверхневих ліпідів та ТЕМ мікросвітлини твердих часток були отримані за сприяння доктора А. Ередіа (Університет Малаги, Іспанія). Дослідження протипухлинних властивостей ліпосомних форм і твердих мікрокапсул кластерних сполук диренію(ІІІ) in vitro та in vivo були здійснені разом зі співробітниками кафедри біохімії і біофізики Дніпропетровського національного університету під керівництвом д.б.н., проф. Штеменко Н.І.

Апробація роботи. Матеріали дисертації доповідалися на: IІІ, IV Міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології” (м. Дніпропетровськ, 2007 р., 2009 р.), ХХIII Международной Чугаевской конференции по координационной химии (м. Одеса, 2007 р.), 13th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (м. Відень, 2007 р.), 10th International Symposium on Metal Ions in Biology and Medicine (Корсика, Франція, 2008 р.), Українській конференції з неорганічної хімії за участю закордонних вчених (м. Львов, 2008 р.) Выездной сессии Научного совета НАН Украины по проблеме "Неорганическая химия" “Современные проблемы неорганической нанохимии и технологии” (м. Алушта, 2009 р.), 6th International Symposium on Recent Advances in Environmental Health Research (Jackson, Mississippi, USA, 2009 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 7 статей, із них 6 статей у наукових фахових журналах та 4 тез доповідей за матеріалами конференцій.

Структура та обсяг. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, заключення , висновків, списку літератури та додатка. Вона викладена на 123 сторінках (з них 5 сторінок - додаток) та містить 43 рисунки (з них 2 у додатку) та 13 таблиць. Перелік цитованої літератури нараховує 116 найменувань.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформовані мета та завдання дослідження, відображена наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У літературному огляді (розділ І) викладені відомості щодо відкриття почверного зв'язку М-М, будови та властивостей комплексних сполук диренію(ІІІ), що містять такий зв'язок. Описані властивості та охарактеризовані методи отримання і перспективи застосування ліпосом і твердих мікрокапсул.

У ІІ розділі наведено експериментальні методики синтезу біядерних кластерних сполук ренію, а також методики фізико-хімічних досліджень методами ІЧ-, ПМР-, електронної спектроскопії та мікроскопії, елементного хімічного аналізу, а також методики отримання ліпосомних форм і твердих мікрокапсул кластерних сполук ренію(ІІІ). Наведені також дані рентгеноструктурного аналізу сполуки Re2(i-C3H7COO)4Cl2.

У ІІІ розділі викладено результати експериментальних досліджень та їх обговорення.

Були синтезовані біядерні кластерні сполуки ренію(ІІІ) шести структурних типі: октагалогеніди, дигалогентетра-м-карбоксилати, тетрагалогеноди-м-карбоксилати з цис- і транс-розташуванням однойменних лігандів, тригалогенотри-м-карбоксилати та діакватетра-м-гідрофосфати диренію(ІІІ) - усього 20 сполук.

Досліджені процеси гідролізу представників різних структурних типів галогенокарбоксилатів, октагалогенідів та диакватетра-м-гідрофосфатів диренію(ІІІ), а також взаємодія цих комплексів з фосфатидилхоліном за формування ліпосом та з вищими карбоновими кислотами за формування твердих мікрокапсул. Для повного розуміння дії комплексних сполук диренію(ІІІ) на клітину було досліджено також взаємодію біядерних комплексів ренію(ІІІ) з нуклеїновими основами, як структурними складовими молекули ДНК і безпосередньо з молекулою ДНК.

Дослідження процесів гідролізу біядерних кластерних сполук ренію(ІІІ) різних структурних типів

Дослідження проводились спектрофотометричними методами у дистильованій воді та в фосфатному буфері з різним рН середовища. Висновок про проходження гідролітичних процесів робили на основі інтенсивності характеристичної смуги поглинання у видимій області спектру, що належить до д>д* електронного переходу почверного зв'язку Re-Re. Повне зникнення цієї смуги свідчило про завершення процесу гідролізу та розриву зв'язку Re-Re.

Аналіз спектральних даних показав, що стійкість до гідролізу змінюється у ряду:

[N(Bu)4]2Re2Х8 < Re2(RCOO)4Cl2 < Re2(C2H5COO)3Cl3. < cis-Re2(CH3COO)2Br4·2H2O < cis-Re2(CH3COO) 2Сl4·2H2O < trans- Re2(i-C3H7COO)2Cl4 < Сat2[Re2(HPO4)4(H2O)2] (де R - C2H5, i-C3H7, C10H15, Сat - Na+, NH4+) (табл.1).

Таблиця 1 Вплив pH на швидкість гідролізу

Речовина	pH 5.5	pH 6	pH 6.5
	K1	K2	K3
Na2[Re2(HPO4)4·2H2O]	1,89*10-5	3*10-5	8,8*10-5
(NH4)2[Re2(HPO4)4·2H2O]	1,6*10-5	2,7*10-5	8,5*10-5
cis-Re2(CH3COO)2Cl4·2H2O	1,2*10-4	2*10-4	7,5*10-4
trans-Re(i-C3H7COO)2Cl4	1,4*10-4	4,5*10-4	Гідролізує при розчиненні
Re2(C2H5COO)3Cl3	Гідролізує при розчиненні	Гідролізує при розчиненні	Гідролізує при розчиненні
Re2(RCOO)4Cl2	Гідролізує при розчиненні	Гідролізує при розчиненні	Гідролізує при розчиненні
[N(Bu)4]2Re2Hal8	Гідролізує при розчиненні	Гідролізує при розчиненні	Гідролізує при розчиненні

Цей ряд свідчить про те, що процес гідролізу залежить від структури комплексу та природи лігандів. Так октагалогеніди диренію(ІІІ) гідролізують при розчинені. При зміні галогенідного оточення кластерного центра Re26+ на карбоксилатне та фосфатне суттєво підвищується стійкість комплексів до гідролізу, що відповідає даним паралельного потенціометричного контролю середовища досліджуваних розчинів.

Показано, що рН закономірно зменшується для всіх комплексів. Однак, для комплексів з карбоксилатними лігандами відбувається різке зменшення рН на відміну від комплексів з фосфатними лігандами.

Це пояснюється тим, що при гідролізі діакватетра-µ-гідрофосфати диренію(ІІІ) генерують гідрофосфат іони, які здатні добре підтримувати рН середовища. Тоді як, при гідролізі комплексів, що мають у своему складі карбоксилатні ліганди генерують іони карбонових кислот, буферність яких значно нижча за буферність, що утворюється гідро фосфатними іонами.

Швидкість гідролізу також залежить від середовища, в якому розчинений комплекс. У ході експерименту встановлено, що підвищення рН середовища призводить до збільшення швидкості процесу гідролізу, що пояснюється основним каталізом фосфатного буфера. Дослідження кінетики гідролізу кластерів ренію(ІІІ) показало, що для всіх досліджуваних комплексів цей процес характеризується першим порядком реакції.

Спектральна картина усіх сполук, що вивчалися характеризується зниженням інтенсивності характеристичної смуги поглинання, у той час, як поява нових смуг поглинання не спостерігається. Така поведінка дає можливість припустити, що при контакті досліджуваних комплексів з водою відбувається поступове заміщення екваторіальних груп на ОН- групи з утворенням нестійкого гідроксокомплексу. Подальше окиснення киснем повітря призводить до розриву почверного зв'язку Re-Re. У результаті цього утворюється найбільш стійка форма для ренію - гідратований оксид ренію(IV) ReO2•nH2O. Таким чином, процес гідролізу відбувається для всіх комплексів однаково і може буди проілюстрований наступною схемою

[Re2L8]2->[Re2(OH)nLm-n]2->ReO2*nH2O

Схема гідролізу комплексів ренію з кластерним центром Re26+

Взаємодія біядерних кластерів ренію(ІІІ) з фосфоліпідами за формування ліпосом

Така нестійкість біядерних комплексів ренію(ІІІ) до гідролітичних процесів і, як наслідок, до впливу ферментів організму є суттєвою проблемою для перенесення цих сполук до біологічних об'єктів, що може знизити їх ефективність як біологічно активних речовин. З метою підвищення стійкості до впливу оточуючого середовища та підвищення ефективності їх біологічної дії були розроблені методики та отримані ліпосоми і мікрокапсули комплексних сполук диренію(ІІІ) різних структурних типів.

Завдяки своїм властивостям ліпосоми можуть захищати речовини від гідролітичних впливів та спрямовувати їх до цілі, а також можуть виступати як моделі мембрани клітини завдяки схожості у будові та функціях.

Було зазначено, що за формування ліпосом відбувається взаємодія кластерних сполук диренію(ІІІ) з фосфатидилхоліном.

Нами досліджено взаємодію хлороформних розчинів [Bu4N]2.[Re2Cl8], cis-Re2(CH3COO)2Cl4.2H2O, trans-Re2(C2H5COO)2Cl4, Re2(C2H5COO)3Cl3, Re2(C2H5COO)4Cl2, Re2(i-C3H7COO)4Cl2, Re2(AdCOO)4Cl2 з фосфатидилхоліном у часі за допомогою методу електронної спектроскопії.

Аналіз отриманих спектральних даних показав, що для структурного типу дихлоротетра-м-карбоксилатів диренію(ІІІ) спостерігається поступове зникнення смуги поглинання при 20000 см-1, що відноситься до д>д * електронного переходу зв'язку Re-Re та паралельна поява смуги поглинання при 14000-13500 см-1. Інтенсивність цієї смуги поглинання з часом зростає, що свідчить про збільшення частки модифікованої під дією фосфатидилхоліну речовини

Смуга поглинання при 14000-13500 см-1 характерна для д>д* електронному переходу дифосфатних монодентатно координованих похідних біядерного кластерного центра Re26+. Таким чином, можна стверджувати, що відбувається заміщення карбоксилатної групи на фосфатну групу фосфатидилхоліну, що супроводжується зникненням ефекту гіперкон'югації у циклі Re-O-C-O-Re, який притаманний містково-координованим карбоновим кислотам

Як наслідок, відбувається зсув основної смуги поглинання у низькоенергетичну ділянку спектра

Такий маршрут реакції підтверджується спектральними даними взаємодії хлороформного розчину октахлордиренату(ІІІ) з фосфатидилхоліном, у спектрі якого не спостерігається зміни положення максимуму поглинання при 14700 см-1, а відбувається лише зростання екстинції.

Це свідчить про заміщення усіх хлорид іонів на монодентатно координовані фосфатні групи фосфатидилхоліну. Для структурного типу трикарбоксилату спостерігається подібний механізм взаємодії фосфатидилихоліну з комплексом, що супроводжується поступовим зникненням характеристичної смуги поглинання при 18000 см-1 та появою смуги поглинання при 13500 см-1

Для структурного типу цис-тетрагалогеноди-м-карбоксилатів диренію(ІІІ) спостерігається інший маршрут взаємодії з фосфатидилхоліном. У спектрі не відбувається зсуву основної смуги поглинання при 15625 см-1, але наряду з цим з'являється смуга поглинання при 11500 см-1 , інтенсивність якої з часом зростає

Смуги поглинання при 15625см-1 та 11500 см-1 у вигляді дублету характеризують структурний тип дикарбоксилатів з транс-розташуванням µ-карбоксилатних лігандів. Таким чином, в той час, як хлоридні іони заміщуються на монодентатно координовані фосфатні групи фосфатидилхоліну, що обумовлено більш сильним транс-впливом карбоксилатних груп у порівнянні з хлорид-іонами, містково-координовані карбоксилатні ліганди при збереженні своєї кількості переходять у транспозицію одна до одної, що пояснюється стеричними затрудненнями у разі заміщення хлорид-іонів на фосфатидилхолін.

У випадку з представниками структурних типу дикарбоксилатів з транс-розташуванням однойменних лігандів у спектрі хлороформного розчину не відбувається зсуву основних смуг поглинання, а зростає їх інтенсивність, що є доказом саме моно координації фосфатної групи фосфатидилхоліну.

Ще одним підтвердженням монокоординації є спектральна характеристика представників ди- та тетра-µ-карбоксилатів, що знаходяться в ліпосомній формі (тобто у прореагованому з фосфатидилхоліном стані), де присутні чітко виражені смуги поглинання як продуктів взаємодії тетракарбоксилатів з фосфатидилхоліном (нЮ=13500-14000см-1), так і взаємодії дикарбоксилату з фосфатилилхоліном (нЮ=16000см-1).

Така координація фосфатної групи фосфатидилхоліну до кластерного центра Re26+ забезпечує підвищення стійкості цього центра до гідролітичних процесів. Це було доказано спектрофотометричним вивченням стійкості ліпосомних форм комплексних сполук диренію(ІІІ) у водному середовищі. Так, у порівнянні зі стійкістю у дистильованій воді, в ліпосомній формі Re2(C2H5COO)3Cl3 стійкий протягом 3-х діб; Re2(C2H5COO)4Cl2 _ 4-х діб; Re2(i-C3H7COO)4Cl2 - 6-ти діб; Re2(CH3COO)2Cl4·2H2O - 10-ти діб.

Розмір отриманих ліпосом кластерних сполук ренію(ІІІ) згідно з нефелометричним методом і методом світлової мікроскопії сягає 300-500 нанометрів. Для підвищення ефективності біологічної дії ліпосомних часток комплексних сполук диренію(ІІІ) зменшували їх розміри шляхом оброблення ультразвуком. Розміри часток після оброблення ультразвуком згідно з SEM аналізом складає від 100 до 300 нм.

Дослідження взаємодії кластерних сполук диренію(ІІІ) з вищими карбоновими кислотами та поверхневими ліпідами рослин

Ще одним методом захисту та підвищення ефективності лікарських субстанцій є отримання твердих мікрокапсул цих речовин. Матеріалом для створення таких мікрокапсул можуть бути природні речовини - поверхневі ліпіди рослин, жирні кислота та інш. Детальне дослідження процесу інкапсуляції біядерних комплексних сполук ренію(ІІІ) показало, що при формуванні мікрокапсул відбувається взаємодія з жирними кислотами, що входять до складу природних поверхневих ліпідів.

Нами буди отримані мікрокапсули з використанням поверхневих ліпідів Chelidonium majus L. (чистотіл).

Хроматомасспектральний аналіз поверхневих ліпідів цієї рослини показав, що найбільший відсоток з-поміж жирних кислот належить до кислот з С16 та С18 вуглецевого скелету, що відповідає алеуриловій (СН2ОН(СН2)5(СНОН)2(СН2)7СООН) та стеариновій (CH3(CH2)16COOH) кислотам.

Було досліджено взаємодію цих кислот з trans- Re2(C3H7COO)2Cl4 у дихлоретані. Так, при взаємодії з алеуриловою кислотою у спектрі розчину відбувається зникнення характеристичного для trans-Re2(C3H7COO)2Cl4 дублету при 16129 см-1 і 12500 см-1 та поява смуг поглинання при 17860 см-1 та 23809 см-1. Така ж сама спектральна картина спостерігається і у випадку взаємодії trans- Re2(C3H7COO)2Cl4 зі стеариновою кислотою, яка на відміну від алеурилової кислоти не містить у своєму складі гідроксильної групи, що свідчить про ідентичність маршруту взаємодії

Взаємодія trans- Re2(C3H7COO)2Cl4 реалізується шляхом координації карбоксилатних груп кислот, утворюючи спочатку структурний тип трикарбоксилатів, про що свідчить характерна для цього типу смуга поглинання при 17857 см-1. Подальша взаємодія супроводжується містковою координацією ще однієї молекули кислоти, що призводить до утворення структурного типу дигалогентетра-м-карбоксилатів диренію(ІІІ). Це підтверджує появу смуги поглинання при 23809 см-1, що відноситься до електронного переходу з перенесенням заряду Clр>Re- типу та проявляється у видимій ділянці спектра тільки для дихлоротетра-м-карбоксилату диренію(ІІІ).

Крім того, математична обробка цього спектру дозволила чітко виявити смуги поглинання, що характерні для цього структурного типу

Нами були розроблені методи отримання мікрокапсул комплексів диренію(ІІІ). Розміри отриманих твердих частинок Re2(i-C3H7COO)4Cl2 та cis-[Re2(C10H15COO)2Cl4]•2CH3CN з алеуриловою, стеариновою кислотами, а також з поверхневими ліпідами чистотіла, хвої та інших рослин згідно з ТЕМ аналізом склали у середньому 150 нм.

Взаємодія кластерів ренію(ІІІ) з жирними кислотами у процесі отримання мікрокапсул і розміри отриманих часток, на наш погляд, є причиною підвищення їх біологічної активності

Дослідження взаємодії дихлоротетра-µ-ізобутирату диренію(ІІІ) з нуклеїновими основами

Відомо, що протипухлинна активність такої речовини як цисплатину, що широко застосовується у антираковій терапії, обумовлена утворенням зв'язків з молекулою ДНК, що супроводжується каскадом незворотних процесів, які призводять до загибелі клітини. Низка біологічних експериментів показала, що похідні кластерного центра Re26+ виявляють значну протипухлинну активність, тому було досліджено взаємодію дихлоротетра-м-ізобутирату диренію(III), як найбільш активної протипухлинної речовини, з метильованими аденіном, гуаніном, цитозином та тиміном, як структурними складовими одиницями молекули ДНК. Дослідження виконувались методами ПМР (Н1 ЯМР) та електронної спектроскопії у різних розчинниках. Так, при використанні MeOD як розчинників, найбільший хімічний зсув для сигналів, що характерні для нуклеїнових основ, спостерігався при взаємодії Re2(i-C3H7COO)4Cl2 з 9MeG (9-метилгуанін)

Хімічний зсув сигналів Н8 та СН3 9MeG при взаємодії з Re2(i-C3H7COO)4Cl2 складає 8,736 мд та 3,779 мд відповідно.

Такий значний зсув свідчить про координацію 9MeG до кластерного центра Re26+, а значення зсуву свідчить про те, що 9MeG може координуватися до Re26+-центра через положення N1. У спектрі відсутні сигнали вільного ліганду i-C3H7COOH, що свідчить про те, що 9MeG не координується в екваторіальне положення шляхом заміщення ліганду ізобутиратної кислоти, а займає аксіальне положення, заміщуючи хлорид іони

За використання як розчинника хлороформу найбільш яскраво проявилася взаємодія дихлоротетра-м-ізобутирату диренію(ІІІ) у випадку з 9MeA (9-метиладенін). Взаємодія відбувається при нагріванні (t=50 C?). В спектрі, поряд з сигналами вільного 9MeA спостерігається поява 3 нових синглетів, що належать до сигналів 9MeA

Найбільший хімічний зсув для протонів, що належать до H2 та Н8 9MeA складає ?д 0,828 та 0,197 відповідно. Такий незвичайно малий зсув сигналу Н8 відповідно до зсуву сигналів Н2 свідчить про координацію 9MeA до кластерного центра Re26+ через положення N1/N6. Це підтверджує резонанс при 12,478, який належить протону на атомі Нітрогену N6. Присутність цієї смуги не типово для спектра вільного ліганду. Інтегрування Н2:Н8:Н6 показало, що вони відносяться один до одного, як 1:1:1.

Наявність у спектрі розчину ренієвого комплексу з 9МеА сигналів ліганда ізобутиратної кислоти у вільному стані свідчить про те, що 9МеА координується в екваторіальне положення до ядра Re-Re шляхом заміщення цього ліганду.

Інтеграли сигналів усіх лігандів відповідають запропонованій схемі взаємодії

Такий механізм взаємодії також підтверджується даними електронної спектроскопії. У спектрі хлороформного розчину Re2(i-C3H7COO)4Cl2 з 9MeA при нагріванні відбувається зсув основної смуги поглинання при 20000 см-1, яка відноситься до д>д* електронного переходу зв'язку Re-Re, в область 18000 см-1, крім того, з'являється ще й смуга поглинання при 24012 см-1, що свідчить про утворення у розчині суміші двох речовин , які належать до різних структурних типів кластерних сполук диренію(ІІІ).

Таким чином, отриманні дані свідчать про те, що механізм взаємодії комплексів диренію(ІІІ) з молекулою ДНК відрізняється від механізму дії такого відомого протипухлинного препарату як цисплатин, що призводить до різних наслідків дії біядерних кластерних сполук ренію(ІІІ) та цисплатину на живий організм.

У заключенні проведено аналіз отриманих даних та визначене їх значення у розумінні механізму дії комплексних сполук диренію(ІІІ), як протипухлинних препаратів. Стійкість у водному середовищі та доставку речовини забезпечує ліпосомна форма упаковки та форма упаковки у вигляді твердих мікрокапсул, чим підвищує ефективність комплексних сполук диренію(ІІІ), що було доведено в експерименті з клітинними лініями раку крові людини СЕМ-Т4. Досягнувши клітини, відбувається злиття ліпосомної оболонки кластерів ренію(ІІІ) з ліпідним матриксом клітинної мембрани. При цьому ліпідна складова ліпосоми вбудовується в мембрану клітини, а комплексна сполука диренію(ІІІ) проникає до цитоплазми, де одним зі шляхів подальшої дії є взаємодія з молекулою ДНК.

У додатку наведені результати вивчення протипухлинних властивостей ліпосомних форм і твердих мікрокапсул кластерних сполук ренію(ІІІ) in vitro та in vivo, які були проведені разом зі співробітниками кафедри біофізики та біохімії Дніпропетровського національного університету.

Було встановлено, що ліпосомні форми та тверді мікрокапсули ренієвих кластерних сполук проявляють більший терапевтичний ефект у порівнянні з їх розчинами. Особливо ефективним виявилося комбіноване використання ліпосомних форм та мікрокапсул кластерів диренію(ІІІ) та цисплатину. Цисплатин уражає ракові клітини, а сполуки ренію підсилюють дію цисплатину, водночас усуваючи побічні ефекти, такі як анемія та гепатотоксичність за рахунок здатності стабілізувати мембрани еритроцитів і гепатоцитів.

Висновки

1. Синтезовано та комплексно досліджено 20 біядерних кластерних сполук ренію(ІІІ) з галогенідними, карбоксилатними та фосфатними лігандами, які належать до різних структурних типів: [N(Bu)4]2Re2X8, (де X - Cl-,Br- ), Re2(RCOO)4Cl2, Re2(C2H5COO)3Cl3 (де R - C2H5, i-C3H7, C10H15), cis-Re2(RCOO)2Hal4·2L (де R - CH3, C10H15, Hal - Cl-,Br-, L - H2O, DMSO), trans-Re2(RCOO)2Сl4 (де R - C2H5, i-C3H7, C10H15), M2[Re2(HPO4)4(H2O)2] (де М - Na+, K+, NH4+).

Доведено залежність стійкості досліджуваних комплексів диренію(ІІІ) до гідролізу від їх будови, координаційного оточення та рН середовища. Встановлено, що стійкість змінюється у ряду: [N(Bu)4)]2Re2Х8 < Re2(RCOO)4Cl2 < Re2(C2H5COO)3Cl3. < cis-Re2(Ac)2Br4·2H2O < cis-Re2(Ac)2Сl4·2H2O < trans- Re2(i-C3H7COO)2Cl4 < Сat2[Re2(HPO4)4(H2O)2], де найбільш стійким є комплекс (NH4)2[Re2(HPO4)4(H2O)2], для якого почверний зв'язок Re-Re у водному середовищі зберігається протягом 4 місяців. З підвищенням рН середовища збільшується швидкість гідролізу. Процес гідролізу усіх комплексів характеризується реакцією першого порядку. Результатом гідролізу є руйнування кластерного центра Re26+ та утворення стійкої сполуки Re(IV) ReO2.•nH2O.

2. Показано, що за формування ліпосом на основі лецитину відбувається взаємодія біядерних кластерних сполук ренію(ІІІ) з фосфатидилхоліном. Взаємодія відбувається шляхом монодентатної координації фосфатних груп фосфатидилхоліну до кластерного центра Re26+, що призводить до утворення змішанолігандних карбоксилатно-фосфатидилхолінових або повністю заміщених фосфатидилхолінових комплексних сполук диренію(ІІІ). Крім того, така координація призводить до підвищення стійкості кластерних сполук диренію(ІІІ) до гідролізу.

3. Формування твердих мікрокапсул на основі поверхневих ліпідів рослин супроводжується взаємодією біядерних кластерних сполук ренію(ІІІ) з вищими карбоновими кислотами, як складовими поверхневих ліпідів, шляхом місткової координації карбоксилатних груп кислот до комплексоутворюючого центру Re26+, що призводить до утворення іншого структурного типу µ-карбоксилатів диренію(ІІІ).

4. Вивчення взаємодії кластерів диренію(ІІІ) з нуклеїновими основами показало, що найбільша взаємодія спостерігається у випадку дихлоротетра-м-ізобутирату диренію(III) з 9MeG та 9MeA. У випадку з 9MeG координація здійснюється атомом нітрогену N1 у аксіальне положення до кластерного центра Re26+ , тоді як у випадку з 9MeA координація відбувається за рахунок утворення місткових зв'язків атомами нітрогену N1/N6, шляхом заміщення екваторіально розташованих карбоксилатних лігандів дихлоротетра-м-ізобутирату диренію(III).

5. Отримані ліпосомні форми та тверді мікрокапсули біядерних кластерних сполук диренію(ІІІ) показали кращий ніж для розчинів цих сполук ефект як у експериментах in vivo так і in vitro. Найбільш ефективною виявилася система «дихлоротетра-м-ізобутират диренію(III) - цисплатин» у ліпосомній формі, застосування якої призводить до повного зникнення злоякісних пухлин у піддослідних тварин.

Роботи, опубліковані за темою дисертації

1. Берзеніна О.В. Вплив комплексних сполук диренію(ІІІ) на каталітичну активність фосфатаз/ Берзеніна О.В., Гріценко П.В., Штеменко Н.І., Воронкова Ю.С., Єгорова Д.Є. // Вопросы химии и хим. технологии. - 2007.- № 6.- С. 40-44.

Здобувачем здійснено експериментальні дослідження впливу біядерних кластерів ренію(III) на каталітичну активність фосфатаз.

2. Егорова Д.Е. Изучение процессов гидролиза биядерных кластерных соединений рения(III) различных структурных типов/ Д.Е. Егорова, О.В. Берзенина, В.Г. Столяренко, А.В. Штеменко // Вопросы химии и химической технологии. - 2008.- № 1._ С. 27 _ 31.

Здобувачем здійснено експериментальні дослідження процесу гідролізу біядерних кластерних сполук ренію(III)

3. Shtemenko N.I. Liposomal forms of rhenium cluster compounds: enhancement of biological activity/ Shtemenko N.I., Berzenina O.V., Yegorova D.E., Shtemenko A.V. // Chemistry and biodiversity.- 2008.- Vol. 5. - P.1660-1667.

Здобувачем здійснено експериментальні дослідження взаємодії кластерних сполук ренію(III) за формування ліпосом, участь в обговоренні результатів.

4. Leus I. Investigation of antioxidant properties of the cluster rhenium compound in the model of tumor growth/ Leus I, Collery P, Zabitskaya E, Shamelashvili K, Yegorova D, Shtemenko N. // Metal ions in biology and medicine: vol. 10 Eds. Ph. Collery, T. Theophanides. John Libbey Eurotext, Paris.- 2008.- P.399-402.

5. Парамонова К. В. Вплив ліпосомних форм реній-платина протипухлинної системи на антипроліферативну активність ракових клітин/К. В. Парамонова, Д. Є. Єгорова,

О. Ю. Ключівська, Р. С. Стойка, Н. І. Штеменко.//Вісник ДНУ. Серія «Біологія, екологія». - 2009. - №.3. - С. 66-70

Здобувачем створено ліпосомні форми системи реній-платина, здійснено експериментальні дослідження впливу цієї системи на антипроліферативну активність ракових клітин

6. Егорова Д.Е. Биядерные кластерные соединения рения(III) в процессе формирования липосом и микрокапсул/ Егорова Д.Е., Штеменко А.В. // Вопросы химии и химической технологии. - 2010.- № 1. - С. 103 - 110.

Здобувачем створено наноліпосомні форми та нанокапсули кластерних сполук диренію(III) і досліджено взаємодію комплексів з фосфатидилхоліном, вищими кислотами з комплексами за формування ліпосом і мікрокапсул.

7. Штеменко А.В. Взаимодействие Re2(i-C3H7COO)4Cl2 с нуклеиновыми основаниями / Штеменко А.В., Егорова Д.Е.// Вопросы химии и химической технологии. - 2010.- № 1. - С. 115 - 118.

Здобувачем здійснено експериментальні дослідження взаємодії кластерних сполук диренію(III) з нуклеїновими основами.

8. Берзенина О.В. Изучение влияния биядерных кластерных соединений дирения(III) на активность фосфатаз/ О.В. Берзенина, Д.Е. Егорова, Е.В. Кухтина, Н.И. Штеменко // XIII Международная Чугаевская Конференция по координационной химии. - Одесса. - 2007. _ С. 297 - 298.

Здобувачем здійснено експериментальні дослідження впливу біядерних кластерів ренію(III) на каталітичну активність фосфатаз.

9. Нестеренко З.С. Дослідження гідролізу біядерних кластерних сполук диренію(ІІІ) різних структурних типів / З.С. Нестеренко, Д.Є. Єгорова, О.В. Берзеніна // ІІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія і сучасні технології» - Дніпропетровськ. _ 2007. _ С.10

Особистий вклад здобувача полягає в проведені експериментальних досліджень процесу гідролізу біядерних кластерних сполук ренію(III).

10. Берзеніна О.В. Взаємодія біядерних кластерів ренію(ІІІ) з фосфоліпідами при формуванні ліпосом/ О.В. Берзеніна, Д.Є. Єгорова, О.В. Штеменко // XVIІ Українська конференція з неорганічної хімії за участю закордонних вчених. - Львів. - 2008. - С.93.

Особистий вклад здобувача полягає в проведені досліджень взаємодії біядерних кластерів ренію(ІІІ) з фосфоліпідами за формування ліпосом.

11. Лавриненко С.П. Спектрофотометрическое исследование взаимодействия дихлоротетра-м-изобутиратодирения(ІІІ) с растворителями / С.П. Лавриненко, Д.Е. Егорова, А.В. Штеменко // ІV Міжнародна науковотехнічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології”.- Дніпропетровськ. - 2009. - С. 46.

Особистий вклад здобувача полягає в проведені досліджень взаємодії біядерних кластерів диренію(III) з різними розчинниками.

Анотація

Єгорова Д.Е. Взаємодія біядерних кластерів ренію(ІІІ) з фосфоліпідами та вищими карбоновими кислотами за формування мікрокапсул. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.01 - неорганічна хімія. - ДВНЗ “Українських державних хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2010.

Досліджено взаємодію комплексних сполук диренію(ІІІ) різних структурних типів з фосфоліпідами та вищими карбоновими кислотами за формування мікрокапсул та у реакціях з нуклеїновими основами. Показано, що координація фосфоліпідів за рахунок фосфатної груп та вищих карбонових кислот за рахунок карбоксилатної групи відбувається у екваторіальне положення до кластерного центру Re26+ та призводить до підвищення стійкості та біологічної активності комплексних сполук диренію(ІІІ). Данні вивчення взаємодії комплексних сполук ренію(ІІІ) з нуклеїновими основами вказують на різний механізм дії цих речовин та відомих протипухлинних препаратів на основі платинідів, що було доведено дослідами з ДНК та з раковими клітинними лініями in vitro.

Ключові слова: біядерні комплеси ренію(ІІІ), фосфатидилхолін, мікрокапсули, нуклеїнові основи, ДНК, протипухлинна активність.

Аннотация

Егорова Д.Е. Взаимодействие биядерных кластеров рения(III) с фосфолипидами и высшими карбоновыми кислотами при формировании микрокапсул. Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.01 - неорганическая химия. - ГВУЗ “Украинский государственный химико-технологический университет”, Днепропетровск, 2010.

Изучен процесс гидролиза биядерных кластерных соединений рения(III) различных структурных типов. Показана зависимость устойчивости исследуемых комплексов к гидролизу от их строения, координационного окружения и рН среды. Полученные данные свидетельствуют о кислотном механизме гидролиз, результатом которого является разрушение кластерного центра Re26+.

Были получены липосомы с различными структрурными типами кластеров рения(III), изучены процессы формирования липосом. Показано, что при формировании липосом, соединения рения взаимодействуют с фосфатидилхолином. Взаимодействие происходит в экваториальном окружении центра Re26+. Доказано, что механизм замещения лигандного окружения на фосфатные группы фосфатидилхолина зависит от структуры комплекса. Исходя из полученных данных были предложены 2 пути взаимодействия. Показано, что во всех случаях координация фосфатидилхолина проходит монодентатно через группу P-O-. Такая координация обеспечивает дополнительную устойчивость комплексов к гидролитическим процессам. Многочисленными биологическими экспериментами доказано, что что липосомные формы рениевых кластерных соединений проявляют больший терапевтический эффект по стравнению с их растворами.

В случае с твердыми наночастицами кластерных соединений рения также было доказано взаимодействие комплексов с жирными кислотами и показан путь протекания этой реакции. Размеры получаемых липосом и наночастиц позволяют успешно использовать их в биологических экспериментах.

Исследовано взаимодействие производных Re26+ с нуклеиновыми основаниями. Показано, что координация нуклеиновых оснований может осуществляться как в экваториальное так и в аксиальное положение к кластерному центру Re26+.

Ключевые слова: биядерные комплексы рения(III), фосфатидилхолин, микрокапсулы, нуклеиновые основания, ДНК, противоопухолевая активность.

Annotation

Yegorova D.Y. The interaction of dinuclear cluster rhenium compounds with phospholipids and higher fatty acids during microcapsule formation. Manuscript.

Dissertation for the competition of chemical science candidate degree, Specialty 02.00.01 - inorganic chemistry. SHEE Ukrainian State Chemical Technological University, Dnipropetrovs'k, 2010.

It was investigated the interaction between dinuclear cluster rhenium compounds, phospholipids and higher fatty acids during liposomes and solid microparticles formation and in reactions with the nuclear basis. Coordination of phospholipids via phosphate groups and higher fatty acids via carboxylic group was shown to equatorial position to cluster centre Re26+ and leads to increasing stability and biological activity of dirhenium(III) complex compounds. Investigations data of the interaction dirhenium(III) complex compounds with nuclear basis shows different action mechanisms of these compounds and famous anticancer drugs on the base of platinum. It was proved by experiment with DNA and with cancer cells in vitro.

Key words: binuclear rhenium(III) complexes, phosphatidylcholine, microcapsules, nuclear bases, DNA, anticancer activity.

Размещено на Allbest.ru