Катионные амфифилы на основе амидов малоновой кислоты в качестве медиаторов трансфекции

Objectives. The aim of this work is to synthesize cationic amphiphiles based on malonic acid amides. The target compounds should contain saturated and unsaturated alkyl chains in the hydrophobic portion, and one or two positive charges in the polar head as created by ethylenediamine and amino acid L-ornithine. For such cationic amphiphiles, we determined physicochemical properties and transfection efficiency of liposomes based on them.Methods. The initial compound in the synthesis is diethylmalonate. We used C-alkylation to add the first hydrophobic chain (with octylbromide, dodecylbromide, or octadecylbromide). N-oleylamine was used as the second hydrophobic chain, which was attached at the carboxyl group of the malonic acid via amide bond formation. The polar head was represented by ethylenediamine, which was then attached at the second carboxyl group of the malonic acid. Further, L-ornithine was attached to ethylenediamine to produce cationic lipids with two positive charges in the head group. The structures of the compounds were characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, and elemental analysis. Particle size distribution was evaluated by photon correlation spectroscopy. The luciferase test was used to determine transfection efficiency using HeLa cells.Results. We have developed a synthesis scheme to produce new cationic amphiphiles with an asymmetric hydrophobic part. The obtained liposomal particles are approximately 120 nm in size and have a relatively high zeta potential of 29–30 mV.Conclusions. The size of these liposomes allows them to penetrate into cells, which makes it possible to use these compositions for transfection. The high zeta potential shows that the particles are stable. Our results demonstrate that the transfection efficiency of our liposomes (mixed with cholesterol) is comparable to a commercial formulation. Cationic amphiphiles based on malonic acid amides have great potential for liposome development for transfection.Цели. Задача данной работы заключалась в получении катионных амфифилов, являющихся амидами малоновой кислоты. Целевые амфифилы должны содержать насыщенную и ненасыщенную алкильные цепи в гидрофобном блоке, а также один или два положительных заряда в полярной головной части за счет этилендиамина и аминокислоты L-орнитина. Для таких катионных амфифилов должны быть определены физико-химические свойства и трансфекционная активность липосомальных композиций на их основе.Методы. Исходным соединением в синтезе был диэтиловый эфир малоновой кислоты. С ним проводили реакцию С-алкилирования для присоединения первой гидрофобной цепи (с использованием октилбромида, додецилбромида и октадецилбромида). В качестве второй гидрофобной цепи использовали N-олеиламин, который присоединяли по карбоксильной группе малоновой кислоты путем образования амидной связи. Полярная головная группа была представлена этилендиамином, который присоединяли по оставшейся карбоксильной группе малоновой кислоты. Далее к этилендиамину присоединяли L-орнитин для получения катионных липидов с двумя положительными зарядами в головной группе. Структуры соединений характеризовали с помощью инфракрасной спектроскопии, спектроскопии ядерного магнитного резонанса и элементного анализа. Методом фотонно-корреляционной спектроскопии оценивали распределение частиц по размерам. С помощью люциферазного теста определяли эффективность трансфекции на клеточной линии HeLa.Результаты. Разработана схема синтеза новых катионных амифифилов с несимметричным гидрофобным блоком. Полученные на их основе липосомальные частицы имеют размер около 120 нм и обладают достаточно высоким дзета-потенциалом (29–30 мВ).Выводы. Размер полученных липосом позволяет им проникать в клетки, что делает возможным использование таких композиций для трансфекции. Высокий дзета-потенциал свидетельствует об их стабильности. Наши результаты показали, что эффективность трансфекции полученными липосомами в смеси с холестерином сопоставима с коммерческим препаратом. Катионные амфифилы на основе амидов малоновой кислоты являются перспективными для разработки трансфекционных липосомальных композиций на их основе

Изучение взаимосвязи структура – свойства в ряду катионных липопептидов

Lipopeptides containing ArgGlu, OrnGlu, OrnGln, LysGlu, LysGln where synthesized. Amphiphilic properties where provided for formation of di- and monoesters L-glutamic acid and L-glutamine with various chain size of aliphatic alcohols. Parameter CCV for compounds where found and correlation between structure and behavior was determinedОсуществлён синтез липодипептидов, содержащих ArgGlu, OrnGlu, OrnGln, LysGlu, LysGln. Амфифильные свойства обеспечивались за счёт образования ди- и моноэфиров глутаминовой кислоты и глутамина с различными по длине алифатическими спиртами. Для полученных соединений определены параметры ККМ и выявлена взаимосвязь между структурой и свойствами.

Синтез производных аминокислот на основе диэтаноламина с симметричными и асимметричными радикалами в гидрофобном домене с потенциальной антимикробной активностью

Objectives. Resistance to antibiotics and other antimicrobial drugs is an acute problem in the world today. Therefore, the chemical and pharmaceutical industries are still in search of new antibacterial agents that can overcome the resistance of pathogenic bacterial strains. To date, it has been established that molecules with antimicrobial activity must have an amphiphilic nature, a small size, one or more positive charges, and the required degree of hydrophobicity, that is, a significant hydrophilic–lipophilic balance (HLB) value. Some examples of such structures are antimicrobial peptides or peptidomimetics. This study aimed to develop a universal scheme for synthesizing several amino acid derivatives based on diethanolamine diesters with symmetric and asymmetric radicals in a hydrophobic block and potential antibacterial activity.Methods. The progression of chemical reactions was analyzed using thin-layer chromatography (TLC) on Sorbfil plates. The obtained compounds were isolated and purified using preparative TLC on Kieselgel (Merck) 60 F254 plates and column chromatography on Merck silica gel 0.040–0.063 mm. The TLC method was used to detect substances using a 3% ninhydrin solution, followed by heating to 70 °C. The structures of the obtained compounds were confirmed by hydrogen-1 nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy on a Bruker WM-300 pulse NMR spectrometer, with hexamethyldisiloxane serving as the internal standard.Results. The HLB values of the diethanolamine derivatives were calculated, and samples were selected for subsequent synthesis. A scheme was developed for preparing amino acid derivatives based on diethanolamine diesters with symmetric and asymmetric radicals in the hydrophobic domain, and five new compounds were synthesized. The hydrophilic blocks of these compounds included residues of amino acids such as glycine, β-alanine, L-ornithine, and L-lysine.Conclusions. The potential antimicrobial activity of the synthesized peptidomimetics was assessed by their HLB values using the ACD/Labs Log P program. New amphiphiles were synthesized using amino acids and diethanolamine, and their structures were confirmed by 1H NMR spectroscopy data. The synthesized compounds were prepared for antibacterial activity analysis.Цели. Резистентность к антибиотикам и другим антимикробным препаратам является острой проблемой современности. Поиск новых антибактериальных агентов, преодолевающих резистентность патогенных штаммов бактерий, является востребованным в химико-фармацевтической промышленности. На сегодняшний день известно, что молекулы, обладающие антимикробной активностью, должны быть амфифильной природы, иметь небольшой размер, нести один или несколько положительных зарядов, а также обладать необходимой степенью гидрофобности, выраженной величиной гидрофильно-липофильного баланса. Такими структурами могут выступать антимикробные пептиды или пептидомиметики. Целью данного исследования была разработка универсальной схемы и проведение синтеза ряда производных аминокислот на основе диэфиров диэтаноламина с симметричными и асимметричными радикалами в гидрофобном блоке с потенциальной антибактериальной активностью.Методы. Анализ химических реакций, выделение и очистку полученных соединений проводили с помощью тонкослойной и колоночной хроматографии. Обнаружение веществ осуществляли методом тонкослойной хроматографии с использованием нингидриновой реакции для их визуализации на пластинах. Структуры полученных соединений подтверждали методом 1Н-ЯМР спектроскопии.Результаты. Проведен расчет величин гидрофильно-липофильного баланса производных диэтаноламина и выбраны образцы для последующего синтеза. Разработаны схемы получения производных аминокислот на основе диэфиров диэтаноламина с симметричными и асимметричными радикалами в гидрофобном домене и проведен синтез пяти новых соединений, в состав гидрофильных блоков которых входят остатки таких аминокислот, как глицин, β-аланин, L-орнитин и L-лизин.Выводы. Произведена оценка потенциальной антимикробной активности синтезированных пептидомиметиков по величине их гидрофильно-липофильного баланса с помощью программы ACD/Labs Log P. Синтезированы новые амфифилы на основе аминокислот и диэтаноламина, структуры которых подтверждены данными 1H-ЯМР спектроскопии

Синтез катионных и ионизируемых амфифилов на основе геминального аминодиола как потенциальных транспортных систем миРНК

Research methods based on the use of RNA interference mechanisms are now included among the basic methods of molecular biology. Drugs based on siRNA are being developed for the treatment of cancer, infectious diseases and other pathologies that are associated with impaired Junctions of specific genes. One of the main problems of siRNA-based drug development is their efficient and safe delivery to target cells. Modern delivery strategies are based on the use of chemical compounds or biological carriers, such as viruses. Lipid nanoparticles (liposomal agents) are the most advanced platform among non-viral vectors for the delivery of gene materials into cells. In this paper, a scheme has been proposed and the synthesis of new cationic amphiphiles has been carried out as the basis for the means of delivering siRNA to target cells. Synthesized amphiphiles belong to two types of cationic lipids: with a permanently charged amino group in the form of a salt and with an ionizable polar block. Ionized amphiphiles are a new generation of cationic lipids that exhibit reduced toxicity and immunogenicity. They undergo ionization only in the acidic environment of endosomes during intracellular transport in the cytosol, which leads to the release of the encapsulated cargo. The structure of the target compounds is based on diethanolamine derivatives, which is a spacer between the hydrophobic block and the polar fragment. The hydrophobic block contains palmitoyl residues, and the polar one - ethylenediamine and 3-diethylaminopropylamine derivatives. The developed synthetic scheme is distinguished by the simplicity and versatility of the proposed approach, which allows it to be used in the preparation of a series of samples in preparative quantities necessary for the subsequent physicochemical and biochemical studies.Научные исследования, основанные на использовании механизмов интерференции РНК, входят сегодня в число базовых методов молекулярной биологии. Препараты на основе малых интерферирующих РНК (миРНК) разрабатываются для лечения рака, инфекционных заболеваний и других патологий, которые ассоциированы с нарушениями в функциях специфических генов. Одной из главных проблем разработки лекарственных препаратов на основе миРНК является их эффективная и безопасная доставка в клетки-мишени. Современные стратегии доставки основаны на использовании химических соединений или биологических носителей, например, вирусов. Липидные наночастицы (липосомальные средства) являются наиболее передовой платформюй среди невирусных векторов для доставки в клетки генетического материала. В данной работе предложена схема и осуществлен синтез новых катионных амфифилов как основы средств доставки миРНК в клетки-мишени. Синтезированные амфифилы относятся к двум типам катионных липидов: с постоянно заряженной аминогруппой в виде соли и с так называемым ионизируемым полярным блоком Ионизируемые амфифилы являются новым поколением катионных липидов, которые проявляют пониженную токсичность и иммуногенность и подвергаются ионизации только в кислой среде эндосом в ходе внутриклеточного транспорта в цитозоле, что приводит к высвобождению инкапсулированной полезной нагрузки. Структура целевых соединений основана на производных диэтаноламина, которые являются спейсером между гидрофобным блоком и полярным фрагментом В гидрофобном блоке присутствуют остатки пальмитиновой кислоты, а в полярном - производные этилендиамина и 3-диэтиламинопропиламина. Разработанная схема синтеза отличается простотой и универсальностью предложенного подхода, который позволяет применять ее при получении серии образцов в препаративных количествах, необходимых для проведения последующих физико-химических и биохимических исследований

Тетравалентный неогликоконъюгат на основе d-галактозы для целей медицины

Previously, the scheme of the preparation of a tetravalent neoglycoconjugate with the terminal residues of D-galactose and with a branching component based on D-galactose was carried out in our laboratory. It includes the synthesis of hydrophilic and hydrophobic components, the synthesis of the branching scaffold and its conjugation with a hydrophilic component. This article describes the optimization of the synthesis of 1-O-azidoethyl-β-D-galactopyronaside using the change of different parameters such as temperature, solvent and reaction time. The structure of obtained glycoconjugates has potential to be capable to anti-adhesion and target delivery to certain cell group.Проведена оптимизация ранее разработанной схемы синтеза тетравалентного неогликоконъюгата с терминальными остатками D-галактозы и разветвляющей компонентой на основе D-галактозы. Структура полученных гликоконъюгатов обеспечивает им потенциальную возможность проявлять свойства антиадгезии и специфически связываться с рецепторами на определенных группах клеток

Study of correlation structure-behavior among cationic lipopeptides

Lipopeptides containing ArgGlu, OrnGlu, OrnGln, LysGlu, LysGln where synthesized. Amphiphilic properties where provided for formation of di- and monoesters L-glutamic acid and L-glutamine with various chain size of aliphatic alcohols. Parameter CCV for compounds where found and correlation between structure and behavior was determine

Cationic amphiphiles based on malonic acid amides as transfection mediators

Objectives. The aim of this work is to synthesize cationic amphiphiles based on malonic acid amides. The target compounds should contain saturated and unsaturated alkyl chains in the hydrophobic portion, and one or two positive charges in the polar head as created by ethylenediamine and amino acid L-ornithine. For such cationic amphiphiles, we determined physicochemical properties and transfection efficiency of liposomes based on them.Methods. The initial compound in the synthesis is diethylmalonate. We used C-alkylation to add the first hydrophobic chain (with octylbromide, dodecylbromide, or octadecylbromide). N-oleylamine was used as the second hydrophobic chain, which was attached at the carboxyl group of the malonic acid via amide bond formation. The polar head was represented by ethylenediamine, which was then attached at the second carboxyl group of the malonic acid. Further, L-ornithine was attached to ethylenediamine to produce cationic lipids with two positive charges in the head group. The structures of the compounds were characterized by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, and elemental analysis. Particle size distribution was evaluated by photon correlation spectroscopy. The luciferase test was used to determine transfection efficiency using HeLa cells.Results. We have developed a synthesis scheme to produce new cationic amphiphiles with an asymmetric hydrophobic part. The obtained liposomal particles are approximately 120 nm in size and have a relatively high zeta potential of 29–30 mV.Conclusions. The size of these liposomes allows them to penetrate into cells, which makes it possible to use these compositions for transfection. The high zeta potential shows that the particles are stable. Our results demonstrate that the transfection efficiency of our liposomes (mixed with cholesterol) is comparable to a commercial formulation. Cationic amphiphiles based on malonic acid amides have great potential for liposome development for transfection

Synthesis of Cationic and Ionizable Amphiphiles Based on Heminal Aminodiol as Potential siRNA Delivery Systems

Research methods based on the use of RNA interference mechanisms are now included among the basic methods of molecular biology. Drugs based on siRNA are being developed for the treatment of cancer, infectious diseases and other pathologies that are associated with impaired Junctions of specific genes. One of the main problems of siRNA-based drug development is their efficient and safe delivery to target cells. Modern delivery strategies are based on the use of chemical compounds or biological carriers, such as viruses. Lipid nanoparticles (liposomal agents) are the most advanced platform among non-viral vectors for the delivery of gene materials into cells. In this paper, a scheme has been proposed and the synthesis of new cationic amphiphiles has been carried out as the basis for the means of delivering siRNA to target cells. Synthesized amphiphiles belong to two types of cationic lipids: with a permanently charged amino group in the form of a salt and with an ionizable polar block. Ionized amphiphiles are a new generation of cationic lipids that exhibit reduced toxicity and immunogenicity. They undergo ionization only in the acidic environment of endosomes during intracellular transport in the cytosol, which leads to the release of the encapsulated cargo. The structure of the target compounds is based on diethanolamine derivatives, which is a spacer between the hydrophobic block and the polar fragment. The hydrophobic block contains palmitoyl residues, and the polar one - ethylenediamine and 3-diethylaminopropylamine derivatives. The developed synthetic scheme is distinguished by the simplicity and versatility of the proposed approach, which allows it to be used in the preparation of a series of samples in preparative quantities necessary for the subsequent physicochemical and biochemical studies

Tetravalent neoglycoсonjugate based on the d-galactose for medicine purposes

Previously, the scheme of the preparation of a tetravalent neoglycoconjugate with the terminal residues of D-galactose and with a branching component based on D-galactose was carried out in our laboratory. It includes the synthesis of hydrophilic and hydrophobic components, the synthesis of the branching scaffold and its conjugation with a hydrophilic component. This article describes the optimization of the synthesis of 1-O-azidoethyl-β-D-galactopyronaside using the change of different parameters such as temperature, solvent and reaction time. The structure of obtained glycoconjugates has potential to be capable to anti-adhesion and target delivery to certain cell group