Новые флуоресцентные бисфосфонаты в качестве потенциальных кандидатов на роль диагностических и лекарственных препаратов нового поколения

Разработанные швейцарским исследователем Гербертом Фляйшем в 1968 году бисфосфонаты изначально являлись средством лечения такого заболевания, как остеопороз. Сегодня данный класс биологически активных веществ нашел широкое применение не только в медицине для лечения заболеваний костной системы, но также и в различных областях химической технологии. Так, например, бисфосфонаты применяются в качестве ингибиторов образования солеотложений и коррозии в водооборотных системах, для разделения катионов металлов. Широкий спектр биологической активности позволяет использовать соединения данного класса для лечения гиперкальциемии, остеопороза, болезни Педжета, онкологических заболеваний, а также в качестве контрастных агентов.

Коллектив кафедры ведет интенсивные разработки в области синтеза новых бисфосфоновых производных. Были получены флуоресцентные бисфосфонаты нового поколения, которые могут быть использованы для выявления кальцификации мягких тканей, патологий сосудов, молочных желёз и почек на ранних стадиях развития заболеваний, а также при изучении процессов нормального и патологического метаболизма костной ткани. Общая формула таких соединений представлена на рис. 1.

Рисунок 1 – Бисфосфонат нового поколения

Полученные коллективом кафедры бисфосфонаты, конъюгированные с флуорофором, построенным на платформе 1,8-нафталимида, демонстрируют замечательные спектральные свойства, а также высокое сродство к иону кальция в водных средах. Таким образом, данные соединения могут быть использованы для флуоресцентной визуализации кальцификации мягких тканей, а также для широкого ряда исследований по биовизуализации.

Сотрудниками кафедры совместно с коллегами из Института общей физики им. А.М. Прохорова и Института биологии гена РАН проведено исследование, которое показало, что в присутствии флуоресцентного бисфосфоната и гидроксиапатита можно эффективно визуализировать фибробласты человека. Молекулы бисфосфоната эффективно проникают в клетки, но не проникают через ядерную мембрану, а также связываются с гидроксиапатитом, что позволяет визуализировать распределение микрочастиц гидроксиапатита в клетках, как это показано на рис. 2.

Рисунок 2 – Флуоресцентные микрофотографии фибробластов человека

Результаты проведенного исследования показывают, что фибробласты не маскируют поглощение молекул бисфосфоната гидроксиапатитом, и области кальцификации мягких тканей остаются легко распознаваемыми и локализуемыми. Таким образом, полученный бисфосфонат может стать универсальным инструментом для раннего выявления кальцификации мягких тканей человека на ранних этапах выявления заболеваний.

Публикации по теме:

1. Popov, K., Oshchepkov, M., Tkachenko, S., Sergienko, V., Oshchepkov, A. //Journal of Molecular Liquids. – 2022. – P. 118619.

2. Tkachenko, S., Ryabova, A., Oshchepkov, M., Popov, K. Fluorescent‐tagged Antiscalants: A New Look at the Scale Inhibition Mechanism and Antiscalant Selection. //ChemNanoMat. – 2022. – Vol.2. – P. e202100370.

3. Oshchepkov A., Oshchepkov M., Pavlova G., Ryabova A., Kamagurov S., Tkachenko S., Frolova S., Redchuk A., Popov K., Kataev E. Naphthalimide-functionalized bisphosphonates for fluorescence detection of calcification in soft tissues// Sensors and Actuators: B. Chemical. – 2020. – Vol. 314. - P. 128047-128057

4. Oshchepkov M., Kamagurov S., Tkachenko S., Ryabova A., Popov K. Insight into the mechanisms of scale inhibition: a case study of a task‐specific fluorescent‐tagged scale inhibitor location on gypsum crystals // ChemNanoMat. – 2019. – Vol. 5. – № 5. – P. 586–592