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

Структурные особенности синтетических гликоконъюгатов и эффективность их взаимодействия с гликопротеиновыми рецепторами на поверхности гепатоцитов

Objectives. Over the last few years, medicinal chemistry research has been focusing on the creation of molecules that can target particular body systems, organs and tissues, thus abating systemic toxicity and side effects, and, most of all, boosting therapeutic potential. This goal can be achieved through the specific interaction of such drugs with active sites of cellular receptors. For example, glycoprotein receptors that can be found on cellular surfaces in neural tissues and liver parenchyma, selectively bind various glycoproteins and glycosides, facilitating their penetration into cells. This review describes how certain parameters of ligand structure (the nature and length of the spacer between carbohydrate and non-carbohydrate fragments of the molecule, number of carbohydrate residues per molecule, etc.) influence the penetration efficiency of synthetic glycoconjugates into liver cells.Methods. This review article summarizes 75 research papers and discusses data from in vitro and in vivo experiments showing which structures of synthetic carbohydrate derivatives are optimal for targeted drug delivery into liver cells.Results. The surface of liver cells (hepatocytes) contains a significant number of asialoglycoprotein receptors (ASGP-R) that are almost never found elsewhere. This makes ASGP-R an ideal target for the directed treatment of liver diseases, including such difficult, socially important conditions as hepatocellular carcinoma and Hepatitis C. A number of various ligands and targeted (to ASGP-R) delivery systems have been designed. Such molecules always contain derivatives of mono- and disaccharides, most commonly D-glucose, D-galactose, D-lactose and N-acetylglucosamines. This review contains the chemical structures of carbohydrate-based ligands.Conclusions. Glycolipids based on D-carbohydrates, when in liposomes, facilitate penetration into liver cells by a receptor-mediated, clathrin-dependent endocytosis mechanism that is activated upon contact of the carbohydrate-containing ligand fragment with the active site of ASGP-R. It can be addressed by the use of monovalent derivatives of carbohydrates as well as polyvalent glycoconjugates. Alterations in the ligand structure and the number of liposomal modifications can boost the therapeutic effect. The distance between the liposomal surface and the carbohydrate residue (spacer length), as well as the hydrophilic-lipophilic balance of the ligand molecule, have a great effect on the affinity and cellular response.Цели. Последние несколько лет исследования в области медицинской химии уделяют большое внимание созданию молекул, направленно воздействующих на конкретные системы организма человека, органы и ткани, что помогает снизить общее токсическое воздействие препаратов на их основе, уменьшить степень проявления побочных эффектов, а самое главное – многократно усилить их терапевтический эффект. Это может быть достигнуто при помощи специфического взаимодействия подобных веществ с активными центрами клеточных рецепторов. Например, класс гликопротеиновых рецепторов, располагающихся на поверхности клеток нервной ткани и паренхимы печени, селективно связывает различные гликопротеины и гликозиды, способствуя их проникновению внутрь клеток. В обзоре рассмотрено влияние таких особенностей структуры лигандов, как природа и длина связующего звена (спейсера) между углеводной и неуглеводной частями молекулы, количество углеводных остатков в составе одной молекулы, а также ряда других, на эффективность проникновения синтетических гликоконъюгатов в клетки печени.Методы. В обзоре проанализировано 75 публикаций и обобщены результаты исследований, в которых с помощью in vitro и in vivo экспериментов устанавливается, какая структура искусственно синтезированных производных углеводов окажется наиболее оптимальной для направленной доставки лекарственных средств в клетки печени.Результаты. На поверхности гепатоцитов (клеток печени) в большом количестве представлен асиалогликопротеиновый рецептор (ASGP-R), который почти не встречается на других типах клеток, что делает его идеальным рецептором-мишенью для направленного лечения заболеваний печени, в том числе таких трудно излечимых социально значимых заболеваний, как гепатоцеллюлярная карцинома и гепатит С. Разработан ряд разнообразных лигандов и систем направленной доставки к ASGP-R. Такие молекулы обязательно имеют в составе производные монои дисахаридов, чаще всего применяются D-глюкоза, D-галактоза, D-лактоза и N-ацетилглюкозамины. В обзоре приводятся примеры химических структур углеводсодержащих лигандов.Заключение. Гликолипиды на основе D-углеводов в составе липосом обеспечивают их проникновение в клетки печени по механизму рецептор-опосредованного клатрин-зависимого эндоцитоза, который активируется при контакте углеводсодержащей части лиганда с активным центром ASGP-R. Показано, что для этого можно использовать как моновалентные производные углеводов, так и поливалентные гликоконъюгаты. Варьируя структуру лиганда и количество добавляемых к липосоме модификаций, можно достичь наибольшего терапевтического эффекта. Большое влияние на аффинность и клеточный ответ оказывают расстояние от поверхности липосомы до углеводного остатка (длина спейсера) и гидрофильно-липофильный баланс молекулы лиганда

Активные производные D-галактозы и D-лактозы в синтезе неогликоконъюгатов

Synthesis of active derivatives of carbohydrates D-galactose and D-lactose and neoglycoconjugates on their basis is carried out. For receiving modified glycolipids the approach with use N-hydroxysuccinimide ethers of carbohydrates is offered.Осуществлён синтез активных производных углеводов D-галактозы и D-лактозы и неогликоконъюгтов на их основе. Для получения модифицированных гликолипидов предложен подход с использованием N- гидроксисукцинимидных эфиров углеводов

Синтез углеводсодержащих компонентов липидных транспортных систем направленного действия методом «click-chemistry»

Neoglycolipids based on azide containing D-lactose derivative and di-esters of L-glutamic acid with terminal acetylene group were synthesized by click-chemistry technology. Prepared compounds could be utilized in targeted drug delivery systems.Методом «click-chemistry» в мягких условиях получены неогликолипиды на основе азидосодержащего производного D-лактозы и модифицированных диэфиров L-глутаминовой кислоты с терминальной тройной связью. Соединения могут быть использованы для создания адресных систем доставки лекарственных препаратов

Дизайн и синтез гидрофобных производных RGD-пептидов

Hydrophobic peptide derivatives containing RGD-amino acids sequence have been synthesized and ability of cationic liposomes to form complexes with DNA has been investigated.Осуществлен синтез гидрофобных производных RGD- и RGDS-пептидов и исследована способность катионных липосом с их включением образовывать комплексы с ДНК

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА НЕОГЛИКОЛИПИДОВ НА ОСНОВЕ 2-АМИНО-2-ГИДРОКСИМЕТИЛПРОПАН-1,3-ДИОЛА

The use of TRIS derivatives as the kernels of branching fragments is a modern method of preparing carbohydrate-containing dendrimer-like amphiphiles. A scheme of the synthesis of derivatives of trivalent neoglycolipids with terminal residues of D-mannose and a branching component based on 2-amino-2-hydroxymethylpropene-1,3-diol (TRIS) differing in the degree of saturation of the hydrocarbon chains is developed. The preparation of the hydrophilic part of the target molecules was carried out with the use of the reaction of 1,3-dipolar cycloaddition followed by conjugation with the hydrophobic component according to the carbodiimide method with the addition of HOBt as a catalyst. Approaches to the formation of target designs - liposomes based on phosphatidylcholine and synthesized neoglycolipids - and their physical and chemical properties, such as the size of particles and stability are investigated. The activity of the obtained compounds in the composition of liposomes loaded with the antibiotic meropenem with respect to Escherichia coli strain is carried out. An opportunity of changing the profile of the action of a liposome sample containing neoglycolipids by choosing various methods of its preparation that is promising for further research in this direction is revealed.Использование в качестве ядер разветвляющих фрагментов производных TRIS является современным методом получения углеводсодержащих дендримероподобных амфифилов. Разработана схема синтеза получения производных трехвалентных неогликолипидов с терминальными остатками D-маннозы и разветвляющей компонентой на основе 2-амино-2-гидроксиметилпропан-1,3-диола (TRIS), различающиеся степенью насыщенности углеводородных цепей. Получение гидрофильной части целевых молекул проводили по реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения, с дальнейшей конъюгацией с гидрофобной компонентой карбодиимидным способом с добавкой HOBt в качестве катализатора. В работе исследованы подходы к формированию целевых конструкций - липосом на основе фосфатидилхолина и синтезированных неогликолипидов и их физико-химические свойства, такие как размер частиц и стабильность. Изучена активность полученных соединений в составе липосом, загруженных антибиотиком меропенемом, в отношении штамма бактерий Escherichia coli. Выявлена возможность изменять профиль действия образца липосом, содержащих неогликолипиды, выбором различных методов его приготовления, что перспективно для дальнейших исследований в этом направлении

Синтез и оптимизация процесса получения октавалентного болаамфифила с терминальными остатками D-маннозы

In this article a scheme was proposed, and the synthesis of octavalent bolaamphiphile with terminal D-mannose residues was carried out. The technique of the laboratory synthesis of this compound was improved using optimisation of the key step of the compound synthesis and purification of the final compound. All intermediate steps of the final compound synthesis were described in detail. The terminal D-mannose residues will allow binding with mannose-specific lectins, for example, on the surface of E. coli morbidising the gastrointestinal tract. The resulting compound can be used as a potential anti-adhesion agent to prevent the development of infectious diseases.Предложена схема и осуществлен синтез октавалентного болаамфифила с терминальными остатками D-маннозы. Усовершенствована методика лабораторного получения данного соединения при помощи оптимизации ключевых стадий синтеза и очистки целевого продукта. Терминальные остатки D-маннозы позволят связаться с маннозоспецифичными лектинами на поверхности бактерий, например, E. coli, вызывающей заболевания желудочно-кишечного тракта. Полученное соединение может быть использовано в качестве антиадгезионного агента для предотвращения развития инфекционных заболеваний

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