Сравнение эффективности нанореакторов для пероксиоксалатной хемилюминесцентной реакции в водной среде

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Пероксиоксалатная хемилюминесцентная реакция способна эффективно возбуждать фотосенсибилизаторы, применяющиеся в тераностике для идентификации и обнаружения раковых клеток, за счет активной генерации пероксида водорода в них. Однако субстраты пероксиоксалатной реакции, представляющие собой ароматические оксалаты, легко гидролизуются в водной среде. Солюбилизация в нанореакторы с гидрофобным ядром позволяет существенно повысить их стабильность. В настоящей работе мы впервые сравнили эффективность пероксиоксалатной реакции в эмульсионных и мицеллярных нанореакторах. Для этого использовали два оксалата: высокоактивный бис-(2,4,5-трихлор-6-(фенилоксикарбонил)фенил) оксалат и почти в 15 раз менее активный оксалат на основе природной аминокислоты L-тирозина (БТЭЭ-оксалат). Исследуемые оксалаты существенно различались в pKa уходящей группы, цитотоксичности и гидрофобности. Включение оксалатов в эмульсионные нанореакторы в обоих случаях увеличило их стабильность примерно на два порядка по сравнению с гомогенным раствором ТГФ/вода (4 : 1). Однако эмульсии со временем расслаивались вследствие оствальдовского созревания. В отличие от эмульсий мицеллы блок-сополимера лактида и этиленгликоля проявляли прекрасную коллоидную стабильность и обеспечивали низкую скорость гидролиза обоих оксалатов. Активность оксалата на основе природной аминокислоты L-тирозина, солюбилизованного в мицеллы, превысила активность бис-(2,4,5-трихлор-6-(фенилоксикарбонил)фенил) оксалата, что указывает на избирательность влияния нанореакторов с твердым ядром на эффективность пероксиоксалатной хемилюминесцентной реакции.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. О. Фомин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: meliknubarovns@gmail.com
Россия, Москва

Е. А. Якимова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: meliknubarovns@gmail.com
Россия, Москва

Н. П. Якимов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: meliknubarovns@gmail.com
Россия, Москва

И. Д. Гроздова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: meliknubarovns@gmail.com
Россия, Москва

Н. С. Мелик-Нубаров

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: meliknubarovns@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. J.F. Algorri, M. Ochoa, P. Roldán-Varona, L. Rodríguez-Cobo, and J.M. López-Higuera, Cancers 13, 3484 (2021).
  2. R. Laptev, M. Nisnevitch, G. Siboni, Z. Malik, and M.A. Firer, Br. J. Cancer 95, 189 (2006).
  3. J. Ng, N. Henriquez, A. MacRobert, N. Kitchen, N. Williams, and S. Bown, Photodiagnosis Photodyn. Ther. 38, 102856 (2022).
  4. E.A. Chandross, Tetrahedron Lett. 4, 761 (1963).
  5. A. Boaro and F.H. Bartoloni, Photochem. Photobiol. 92, 546 (2016).
  6. M. Vacher, I.F. Galván, B.-W. Ding, S. Schramm, R. Berraud-Pache, P. Naumov, N. Ferré, Y.-J. Liu, I. Navizet, D. Roca-Sanjuán, W.J. Baader, and R. Lindh, Chem. Rev. 118, 6927 (2018).
  7. M.J. Phillip and P.P. Maximuke, Oncology 46, 266 (1989).
  8. A.V. Romanyuk, I.D. Grozdova, A.A. Ezhov, and N.S. Melik-Nubarov, Sci. Rep. 7, 3410 (2017).
  9. L.S. Darken, J. Am. Chem. Soc. 63, 1007 (1941).
  10. D. Lee, S. Khaja, J.C. Velasquez-Castano, M. Dasari, C. Sun, J. Petros, W.R. Taylor, and N. Murthy, Nat. Mater. 6, 765 (2007).
  11. X. Zhen, C. Zhang, C. Xie, Q. Miao, K.L. Lim, and K. Pu, ACS Nano 10, 6400 (2016).
  12. Y.-D.D. Lee, C.-K.K. Lim, A. Singh, J. Koh, J. Kim, I.C. Kwon, and S. Kim, ACS Nano 6, 6759 (2012).
  13. M. Wu, M. Cui, A. Jiang, R. Sun, M. Liu, X. Pang, H. Wang, B. Song, and Y. He, Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 62, e202303997 (2023).
  14. D. Mao, W. Wu, S. Ji, C. Chen, F. Hu, D. Kong, D. Ding, and B. Liu, Chem 3, 991 (2017).
  15. M. Dasari, D. Lee, V.R. Erigala, and N. Murthy, J. Biomed. Mater. Res., Part A 89, 561 (2009). https://doi.org/10.1002/jbm.a.32430
  16. S.S. Mohammadi, Z. Vaezi, B. Shojaedin-Givi, and H. Naderi-Manesh, Anal. Chim. Acta 1059, 113 (2019).
  17. M. Xie, Z. Zhang, W. Guan, W. Zhou, and C. Lu, Anal. Chem. 91, 2652 (2019).
  18. A.V. Romanyuk and N.S. Melik-Nubarov, Polym. Sci., Ser. B 57, 369 (2015). https://doi.org/10.1134/S1560090415040089
  19. M.M. Rauhut, L.J. Bollyky, B.G. Roberts, M. Loy, R.H. Whitman, A.V. Iannotta, A.M. Semsel, and R.A. Clarke, J. Am. Chem. Soc. 89, 6515 (1967).
  20. P. Ferruti, M. Penco, P. D’Addato, E. Ranucci, and R. Deghenghi, Biomaterials 16, 1423 (1995).
  21. E.A. Dets, N.P. Iakimov, I.D. Grozdova, and N.S. Melik-Nubarov, Mendeleev Commun. 33, 793 (2023).
  22. C.D. Dowd and D.B. Paulm, Aust. J. Chem. 37, 73 (1984).
  23. F.J. Alvarez, N.J. Parekh, B. Matuszewski, R.S. Givens, T. Higuchi, and R.L. Schowen, J. Am. Chem. Soc. 108, 6437 (1986).
  24. S.M. da Silva, A.P. Lang, A.P.F. dos Santos, M.C. Cabello, L.F.M.L. Ciscato, F.H. Bartoloni, E.L. Bastos, and W.J. Baader, J. Org. Chem. 86, 11434 (2021).
  25. A.G. Hadd, A. Seeber, and J. W. Birks, J. Org. Chem. 65, 2675 (2000).
  26. T. Maruyama, S. Narita, and J. Motoyoshiya, J. Photochem. Photobiol., A 252, 222 (2013).
  27. J.P. Guthrie, Canad. J. Chem. 56, 2354 (1978).
  28. H. Neuvonen, J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 1995, 945 (1995).
  29. M.M. Rauhut, US Patent No. 3749679 (1971).
  30. M.M. Rauhut, Acc. Chem. Res. 2, 80 (1969).
  31. M. Khalid, S.P. Souza, M.C. Cabello, F.H. Bartoloni, L.F.M.L. Ciscato, E.L. Bastos, O.A.A. El Seoud, and W.J. Baader, J. Photochem. Photobiol., A 433, 114161 (2022).
  32. T. Riley, C.R. Heald, S. Stolnik, M.C. Garnett, L. Illum, S.S. Davis, S.M. King, R.K. Heenan, S.C. Purkiss, R.J. Barlow, P.R. Gellert, and C. Washington, Langmuir 19, 8428 (2003).
  33. S.A. Hagan, A.G. A. Coombes, M.C. Garnett, S.E. Dunn, M.C. Davies, L. Illum, S.S. Davis, S.E. Harding, S. Purkiss, and P.R. Gellert, Langmuir 12, 2153 (1996).
  34. E.V. Razuvaeva, A.I. Kulebyakina, D.R. Streltsov, A.V. Bakirov, R.A. Kamyshinsky, N.M. Kuznetsov, S.N. Chvalun, and E.V. Shtykova, Langmuir 34, 15470 (2018).
  35. T. Riley, T. Govender, S. Stolnik, C.D. Xiong, M.C. Garnett, L. Illum, and S.S. Davis, Colloids Surf., B 16, 147 (1999).
  36. T. Riley, S. Stolnik, C.R. Heald, C.D. Xiong, M.C. Garnett, L. Illum, S.S. Davis, S.C. Purkiss, R.J. Barlow, and P.R. Gellert, Langmuir 17, 3168 (2001).
  37. S.S. Venkatraman, P. Jie, F. Min, B.Y.C. Freddy, and G. Leong-Huat, Int. J. Pharm. 298, 219 (2005).
  38. M.L. Bender and W.A. Glasson, J. Am. Chem. Soc. 81, 1590 (1959).
  39. F.A. Augusto, G.A. de Souza, S.P. de Souza Junior, M. Khalid, and W.J. Baader, Photochem. Photobiol. 89, 1299 (2013).
  40. F.H. Bartoloni, A.P. E. Pagano, F.A. Augusto, and W.J. Baader, Luminescence 29, 62 (2014).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Схема 1

Скачать (114KB)
Метаданные
3. Табл. 1_рис. 1

Скачать (47KB)
Метаданные
4. Табл. 1_рис. 2

Скачать (37KB)
Метаданные
5. Рис. 1. Кинетика ПО-реакции (a) и гидролиза (б) БТЭЭ-оксалата (1) и CPPO (2) в системе ТГФ/вода при концентрации оксалатов 4.5 × 10–5 моль/л, перилена 1 × 10–4 моль/л, H2O2 4 × 10–4 моль/л; Т = 37 °C

Скачать (138KB)
Метаданные
6. Рис. 2. Кинетика испускания хемилюминесценции в ходе ПО-реакции (a) и гидролиза (б) БТЭЭ-оксалата (1) и CPPO (2) в эмульсии диметилфталат/плюроник L64, содержащей 5 мг/мл диметилфталата, 1.25 мг/мл плюроника L64, 4.5 × 10–3 моль/л одного из оксалатов, 1 × 10–4 моль/л перилена и 4 × 10–4 моль/л H2O2, PBS, 37 °C; в ‒ изменение мутности при 600 нм чистой эмульсии (1), эмульсии с 1 × 10–4 моль/л перилена и 4.5 × 10–4 моль/л CPPO (2), и с 4.5 × 10–4 моль/л БТЭЭ-оксалата (3)

Скачать (181KB)
Метаданные
7. Рис. 3. Анализ мицелл сополимеров мПЭГ‒блок‒полилактид методом динамического светорассеяния. Распределение мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид14 (1), мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид36 (2), мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид51 (3) и мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид61 (4) по интенсивности (а) и по объему (б); в ‒ изменения в значении гидродинамического радиуса мицелл мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид (1) и мПЭГ‒блок‒поли-D,L-лактид (2)

Скачать (232KB)
Метаданные
8. Рис. 4. Кинетика испускания хемилюминесценции в течение ПО-реакции (a) и гидролиза (б) для БТЭЭ-оксалата (1) и CPPO (2) в мицеллах сополимеров мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид61 при концентрации полимера 7.5 мг/мл, 4.5 × 10–4 моль/л каждого оксалата, 1 × 10–4 моль/л перилена и 4 × 10–4 моль/л H2O2, PBS, 37 °C

Скачать (134KB)
Метаданные
9. Рис. 5. Кинетика гидролиза БТЭЭ-оксалата (а) и CPPO (б), измеренная с помощью потенциометрического титрования (1) в условиях, приведенных в подписи к рис. 4. На левых осях указаны доли гидролизованного оксалата, рассчитанные из количества добавленного NaOH нормированного на количество оксалата в образце, на правых осях ‒ количество оставшегося оксалата. Светлые точки соответствуют данным рис. 4, полученным из интегральной интенсивности ПО-реакции

Скачать (227KB)
Метаданные
10. Рис. 6. Зависимость интегральной интенсивности ПО-реакции в мицеллах сополимеров мПЭГ‒блок‒поли-L-лактид (1) и мПЭГ‒блок‒поли-D,L-лактид (2) от массовой доли ω полилактидного блока. Концентрация БТЭЭ-оксалата 4.5 × 10–4 моль/л, перилена 1 × 10–4 моль/л

Скачать (66KB)
Метаданные
11. Рис. 7. а ‒ Сравнение наблюдаемых констант циклизации k1 × [H2O2] (1) и наблюдаемых констант гидролиза k3 × [H2O] (2) для CPPO (слева) и БТЭЭ-оксалата (справа) в трех изученных системах; б ‒ сравнение интегральных интенсивностей хемилюминесценции, приведенных к одинаковой концентрации оксалата в исследуемых системах. Все данные представлены как среднее значение по крайней мере 3‒5 независимых экспериментов, а указанные доверительные интервалы соответствуют стандартному отклонению по всей выборке

Скачать (220KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024