zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1297Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕSPECTROSCOPY IN BIOLOGY AND MEDICINEВзаимодействие трикатионного хлоринового сенсибилизатора для фотодинамической терапии со средствами пассивной доставки по данным ЯМР-спектроскопииInteraction of Tricationic Chlorin Sensitizer for Photodynamic Therapy with Passive Delivery Vehicles According to NMR Spectroscopy DataБерезинД. Б.BerezinD. B.

Иваново; Ярославль

Ivanovo; Yaroslavl

berezin@isuct.ruМакаровВ. В.MakarovV. V.

Иваново

Ivanovo

АлександрийскийВ. В.AlexandriyskiyV. V.

Иваново

Ivanovo

КрестьяниновМ. A.KrestyaninovM. A.

Иваново

Ivanovo

КустоваТ. В.KustovaT. V.

Иваново

Ivanovo

РазговоровП. Б.RazgovorovP. B.

Ярославль

Yaroslavl

КустовА. В.KustovA. V.

Иваново

Ivanovo

Ивановский государственный химико-технологический университет, НИИ макрогетероциклических соединений; Ярославский государственный технический университетIvanovo State University of Chemistry and Technology, Research Institute of Macroheterocyclic Compounds; Yaroslavl State Technical UniversityИвановский государственный химико-технологический университет, НИИ макрогетероциклических соединенийIvanovo State University of Chemistry and Technology, Research Institute of Macroheterocyclic CompoundsИнститут химии растворов им. Г.А. Крестова РАНG.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of SciencesЯрославский государственный технический университетYaroslavl State Technical UniversityИвановский государственный химико-технологический университет, НИИ макрогетероциклических соединений; Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАНIvanovo State University of Chemistry and Technology, Research Institute of Macroheterocyclic Compounds; G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences202331052023903406414Copyright © Березин Д.Б., Макаров В.В., Александрийский В.В., Крестьянинов М.A., Кустова Т.В., Разговоров П.Б., Кустов А.В., 20232023Березин Д.Б., Макаров В.В., Александрийский В.В., Крестьянинов М.A., Кустова Т.В., Разговоров П.Б., Кустов А.В.Berezin D.B., Makarov V.V., Alexandriyskiy V.V., Krestyaninov M.A., Kustova T.V., Razgovorov P.B., Kustov A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1297

Проведено 1D- и 2D-RMP-спектральное исследование процессов агрегации трикатионного хлоринового (H2Chl3+) фотосенсибилизатора (ФС) и его взаимодействия со средствами пассивной доставки Твин 80 и поливинилпирролидона (ПВП) в водных растворах. Показано, что метод ЯМР-спектроскопии позволяет наблюдать в растворе катионного хлорина H2Chl3+ образование наноагрегатов (тфс ≥ 10-3 моль/кг) и ассоциированных форм при снижении концентрации ФС на два порядка, а также выявлять фрагменты молекул, ответственные за агрегацию. Добавки кратных мольных избытков солюбилизаторов Твин 80 и ПВП приводят к разрушению наноагрегатов ФС и образованию устойчивых комплексов с потенциальными носителями, при этом ассоциированные формы макрогетероциклов в растворе могут сохраняться. Полученные результаты согласуются с данными абсорбционной и флуоресцентной спектроскопии, а также динамического рассеяния света. Молекулярный комплекс водорастворимого H2Chl3+ с макромолекулой ПВП в водном растворе дополнительно стабилизирован за счет Н-связывания амидного NH-протона ФС с кислородом карбонильной группы полимера.

The aggregation studies of tricationic chlorin photosensitizer (H2Chl3+, PS) and PS interaction with passive delivery vehicles Tween 80 and PVP in aqueous solutions have been carried out by 1D and 2D NMR. It is demonstrated that NMR spectroscopy is a powerful tool to detect both nanoaggregates at about 10-3 mol/kg and associates formed in H2Chl3+ solution at PS concentration lower by two orders of magnitude. At the same time NMR is able to identify molecular fragments of PS responsible for the aggregation. Addition of solubilizers as Tween 80 and PVP leads to the destruction of PS nanoaggregates and the formation of stable complexes with potential carriers, while the associated forms of the macrocycle studied are presented in a solution. The results obtained are consistent with the data of absorption and fluorescence spectroscopy as well as dynamic light scattering. The molecular complex of water-soluble H2Chl3+ with the PVP macromolecule in aqueous solution is additionally stabilized due to H-bonding of the PS amide NH proton and oxygen atom of the polymer carbonyl group.

полусинтетические хлориныфотосенсибилизаторсредства пассивной доставкиядерный магнитный резонансагрегациямолекулярное комплексообразованиеsemi-synthetic chlorinsphotosensitizerpassive delivery vehiclesnuclear magnetic resonanceaggregationmolecular complex formationРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 21-13-00398, https://rscf.ru/project/21-13-00398/) с использованием ресурсов Центра коллективного пользования научным оборудованием ИХР РАН и ИГХТУ при поддержке Минобрнауки России (соглашение № 075-15-2021-671).ReferencesR. Bonnett. Chemical Aspects of Photodynamic Therapy, Amsterdam, Gordon and Breach Sci. Publ. (2000)R. Bonnett. Chemical Aspects of Photodynamic Therapy, Amsterdam, Gordon and Breach Sci. Publ. (2000)Е. В. Филоненко, Л. Г. Серова. Biomed. Photon., 5, N 2 (2016) 26—37Е. В. Филоненко, Л. Г. Серова. Biomed. Photon., 5, N 2 (2016) 26—37А. В. Кустов, Д. Б. Березин, А. И. Стрельников, Н. П. Лапочкина. Противоопухолевая и антимикробная фотодинамическая терапия: механизмы, мишени, клинико-лабораторные исследования, под ред. А. К. Гагуа, Москва, Ларго (2020)А. В. Кустов, Д. Б. Березин, А. И. Стрельников, Н. П. Лапочкина. Противоопухолевая и антимикробная фотодинамическая терапия: механизмы, мишени, клинико-лабораторные исследования, под ред. А. К. Гагуа, Москва, Ларго (2020)D. Van Straten, V. Mashayekhi, H. S. De Bruijn, S. Oliveira, D. J. Robinson. Cancers, 9, N 19 (2017) 1—54D. Van Straten, V. Mashayekhi, H. S. De Bruijn, S. Oliveira, D. J. Robinson. Cancers, 9, N 19 (2017) 1—54J. M. Dabrowski, L. G. Arnaut. Photochem. Photobiol. Sci., 14 (2015) 1765—1780J. M. Dabrowski, L. G. Arnaut. Photochem. Photobiol. Sci., 14 (2015) 1765—1780J. F. Algorri, M. Ochoa, P. Roldan-Varona, L. Rodriguez-Cobo, J. M. Lopez-Higuera. Cancers, 13 (2021) 4447J. F. Algorri, M. Ochoa, P. Roldan-Varona, L. Rodriguez-Cobo, J. M. Lopez-Higuera. Cancers, 13 (2021) 4447A. V. Kustov, D. B. Berezin, V. P. Zorin, Ph. K. Morshnev, N. V. Kukushkina, M. A. Krestyaninov, T. V. Kustova, A. I. Strelnikov, E. V. Lyalyakina, T. E. Zorina, O. B. Abramova, E. A. Kozlovtseva. Pharmaceutics, 15 (2023) 61A. V. Kustov, D. B. Berezin, V. P. Zorin, Ph. K. Morshnev, N. V. Kukushkina, M. A. Krestyaninov, T. V. Kustova, A. I. Strelnikov, E. V. Lyalyakina, T. E. Zorina, O. B. Abramova, E. A. Kozlovtseva. Pharmaceutics, 15 (2023) 61O. I. Koifman, T. A. Ageeva, N. S. Kuzmina, V. F. Otvagin, A. V. Nyuchev, A. Yu. Fedorov, D. V. Belykh, N. Sh. Lebedeva, E. S. Yurina, S.A. Syrbu, M. O. Koifman, Yu. A. Gubarev, D. A. Bunin, Yu. G. Gorbunova, A. G. Martynov, A. Yu. Tsivadze, S. V. Dudkin, A. V. Lyubimtsev, L. A. Maiorova, M. B. Kishalova, M. V. Petrova, V. B. Sheinin, V. S. Tyurin, I. A. Zamilatskov, E. I. Zenkevich, Ph. K. Morshnev, D. B. Berezin, E. A. Drondel, A. V. Kustov, V. A. Pogorilyy, A. N. Noev, E. A. Eshtukova-Shcheglova, E. A. Plotnikova, A. D. Plyutinskaya, N. B. Morozova, A. A. Pankratov, M. A. Grin, O. B. Abramova, E. A. Kozlovtseva, V. V. Drozhzhina, E. V. Filonenko, A. D. Kaprin, A. V. Ryabova, D. V. Pominova, I. D. Romanishkin, V. I. Makarov, V. B. Loschenov, K. A. Zhdanova, A. V. Ivantsova, Yu. S. Bortnevskaya, N. A. Bragina, A. B. Solovieva, A. S. Kuryanova, P. S. Ti- mashev. Macroheterocycles, 15, N 4 (2022) 207—304O. I. Koifman, T. A. Ageeva, N. S. Kuzmina, V. F. Otvagin, A. V. Nyuchev, A. Yu. Fedorov, D. V. Belykh, N. Sh. Lebedeva, E. S. Yurina, S.A. Syrbu, M. O. Koifman, Yu. A. Gubarev, D. A. Bunin, Yu. G. Gorbunova, A. G. Martynov, A. Yu. Tsivadze, S. V. Dudkin, A. V. Lyubimtsev, L. A. Maiorova, M. B. Kishalova, M. V. Petrova, V. B. Sheinin, V. S. Tyurin, I. A. Zamilatskov, E. I. Zenkevich, Ph. K. Morshnev, D. B. Berezin, E. A. Drondel, A. V. Kustov, V. A. Pogorilyy, A. N. Noev, E. A. Eshtukova-Shcheglova, E. A. Plotnikova, A. D. Plyutinskaya, N. B. Morozova, A. A. Pankratov, M. A. Grin, O. B. Abramova, E. A. Kozlovtseva, V. V. Drozhzhina, E. V. Filonenko, A. D. Kaprin, A. V. Ryabova, D. V. Pominova, I. D. Romanishkin, V. I. Makarov, V. B. Loschenov, K. A. Zhdanova, A. V. Ivantsova, Yu. S. Bortnevskaya, N. A. Bragina, A. B. Solovieva, A. S. Kuryanova, P. S. Ti- mashev. Macroheterocycles, 15, N 4 (2022) 207—304Y. Liu, R. Qin, S. A. J. Zaat, E. Breukink, M. Heger. J. Clin. Transl. Res., 1, N 3 (2015) 140—167Y. Liu, R. Qin, S. A. J. Zaat, E. Breukink, M. Heger. J. Clin. Transl. Res., 1, N 3 (2015) 140—167F. Cieplik, D. Deng, W. Crielaard, W. Buchalla, E. Hellwig, A. Al-Ahmad, T. Maisch. Critical Rev. Microbiol., 44, N 5 (2018) 571—589F. Cieplik, D. Deng, W. Crielaard, W. Buchalla, E. Hellwig, A. Al-Ahmad, T. Maisch. Critical Rev. Microbiol., 44, N 5 (2018) 571—589G. B. Kharkwal, S. K. Sharma, Y. Y. Huang, T. Dai, M. R. Hamblin. Lasers Surg. Medicine, 43, N 7 (2011) 755—767G. B. Kharkwal, S. K. Sharma, Y. Y. Huang, T. Dai, M. R. Hamblin. Lasers Surg. Medicine, 43, N 7 (2011) 755—767D. B. Berezin, S. O. Kruchin, N. V. Kukushkina, E. A. Venediktov, M. O. Koifman, A. V. Kustov. Photochem., 3, N 1 (2023) 171—186D. B. Berezin, S. O. Kruchin, N. V. Kukushkina, E. A. Venediktov, M. O. Koifman, A. V. Kustov. Photochem., 3, N 1 (2023) 171—186C. Donohoe, M. O. Senge, L. G. Arnaut, L. C. Gomes da Silva. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Rev. Cancer, 1872, N 2 (2019) 188308C. Donohoe, M. O. Senge, L. G. Arnaut, L. C. Gomes da Silva. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Rev. Cancer, 1872, N 2 (2019) 188308N. Malatesti, I. Munitic, I. Jurak. Biophys. Rev., 9 (2017) 149—168N. Malatesti, I. Munitic, I. Jurak. Biophys. Rev., 9 (2017) 149—168S. Kwiatkowski, B. Knap, D. Przystupski, J. Saczko, E. K^dzierska, K. Knap-Czop, J. Kotlinska, O. Michel, K. Kotowski, J. Kulbacka. Biomed. Pharmacother., 106 (2018) 1098—1107S. Kwiatkowski, B. Knap, D. Przystupski, J. Saczko, E. K^dzierska, K. Knap-Czop, J. Kotlinska, O. Michel, K. Kotowski, J. Kulbacka. Biomed. Pharmacother., 106 (2018) 1098—1107L. Sobotta, P. Skupin-Mrugalska, J. Piskorz, J. Mielcarek. Eur. J. Med. Chem., 175 (2019) 72—106L. Sobotta, P. Skupin-Mrugalska, J. Piskorz, J. Mielcarek. Eur. J. Med. Chem., 175 (2019) 72—106J. Zhang, C. Jiang, J. P. F. Longo, R. B. Azevedo, H. Zhang, L. A. Muehlmann. Acta Pharm. Sinica B, 8, N 2 (2018) 137—146J. Zhang, C. Jiang, J. P. F. Longo, R. B. Azevedo, H. Zhang, L. A. Muehlmann. Acta Pharm. Sinica B, 8, N 2 (2018) 137—146H. Abrahamse, M.R. Hamblin. Biochem. J., 473, N 4 (2016) 347—364H. Abrahamse, M.R. Hamblin. Biochem. J., 473, N 4 (2016) 347—364G. Pratviel. Coord. Chem. Rev., 308 (2016) 460—477G. Pratviel. Coord. Chem. Rev., 308 (2016) 460—477M. Caterino, F. D'Aria, A. V. Kustov, D. V. Belykh, I. S. Khudyaeva, O. M. Starseva, D. B. Berezin, Ya. I. Pylina, T. Usacheva, J. Amato, C. Giancola. Int. J. Biol. Macromol., 145 (2020) 244—251M. Caterino, F. D'Aria, A. V. Kustov, D. V. Belykh, I. S. Khudyaeva, O. M. Starseva, D. B. Berezin, Ya. I. Pylina, T. Usacheva, J. Amato, C. Giancola. Int. J. Biol. Macromol., 145 (2020) 244—251R. Giovannetti. In: Nanotechnology and Nanomaterials, Macro to Nano Spectroscopy, Ed. J. Uddin, Rijeka, InTech (2012) 87—108R. Giovannetti. In: Nanotechnology and Nanomaterials, Macro to Nano Spectroscopy, Ed. J. Uddin, Rijeka, InTech (2012) 87—108I. Yakavets, M. Millard, V. Zorin, H.-P. Lassalle, L. Bezdetnaya. J. Contr. Release, 304 (2019) 268—287I. Yakavets, M. Millard, V. Zorin, H.-P. Lassalle, L. Bezdetnaya. J. Contr. Release, 304 (2019) 268—287T. M. Zhiyentayev, U. T. Boltaev, A. B. Solov'eva, N. A. Aksenova, N. N. Glagolev, A. V. Chernjak, N. S. Melik-Nubarov. Photochem. Photobiol., 90, N 1 (2014) 171—182T. M. Zhiyentayev, U. T. Boltaev, A. B. Solov'eva, N. A. Aksenova, N. N. Glagolev, A. V. Chernjak, N. S. Melik-Nubarov. Photochem. Photobiol., 90, N 1 (2014) 171—182M. Q. Mesquita, C. J. Dias, M. G. P. M. S. Neves, A. Almeida, M. A. F. Faustino. Molecules, 23, N 10 (2018)2424M. Q. Mesquita, C. J. Dias, M. G. P. M. S. Neves, A. Almeida, M. A. F. Faustino. Molecules, 23, N 10 (2018)2424N. Maldonado-Carmona, T. S. Ouk, S. Leroy-Lhez. Photochem. Photobiol. Sci. (2022) 1—33N. Maldonado-Carmona, T. S. Ouk, S. Leroy-Lhez. Photochem. Photobiol. Sci. (2022) 1—33Д. Б. Березин, Т. Н. Солодухин, О. В. Шухто, О. М. Старцева, И. С. Худяева, Д. В. Белых, А. В. Кустов. Изв. РАН. Сер. хим., 7 (2018) 1273—1279Д. Б. Березин, Т. Н. Солодухин, О. В. Шухто, О. М. Старцева, И. С. Худяева, Д. В. Белых, А. В. Кустов. Изв. РАН. Сер. хим., 7 (2018) 1273—1279A. V. Kustov, D. V. Belykh, N. L. Smirnova, E. A. Venediktov, T. V. Kudayarova, S. O. Kruchin, D. B. Berezin. Dyes Pigm., 149 (2018) 553—559A. V. Kustov, D. V. Belykh, N. L. Smirnova, E. A. Venediktov, T. V. Kudayarova, S. O. Kruchin, D. B. Berezin. Dyes Pigm., 149 (2018) 553—559Д. В. Батов, А. В. Кустов, С. О. Кручин, В. В. Макаров, Д. Б. Березин. Журн. структ. химии, 60, № 3 (2019) 461—466Д. В. Батов, А. В. Кустов, С. О. Кручин, В. В. Макаров, Д. Б. Березин. Журн. структ. химии, 60, № 3 (2019) 461—466A. V. Kustov, M. A. Krestyaninov, S. O. Kruchin, O. V. Shukhto, T. V. Kustova, D. V. Belykh, I. S. Khudyaeva, M. O. Koifman, P. B. Razgovorov, D. B. Berezin. Mend. Commun., 31, N 1 (2021) 65—67A. V. Kustov, M. A. Krestyaninov, S. O. Kruchin, O. V. Shukhto, T. V. Kustova, D. V. Belykh, I. S. Khudyaeva, M. O. Koifman, P. B. Razgovorov, D. B. Berezin. Mend. Commun., 31, N 1 (2021) 65—67A. V. Kustov, P. K. Morshnev, N. V. Kukushkina, N. L. Smirnova, D. B. Berezin, D. R. Karimov, O. V. Shukhto, T. V. Kustova, D. V. Belykh, M. V. Mal'shakova, V. P. Zorin, T. E. Zorina. Int. J. Mol. Sci., 23 (2022) 5294A. V. Kustov, P. K. Morshnev, N. V. Kukushkina, N. L. Smirnova, D. B. Berezin, D. R. Karimov, O. V. Shukhto, T. V. Kustova, D. V. Belykh, M. V. Mal'shakova, V. P. Zorin, T. E. Zorina. Int. J. Mol. Sci., 23 (2022) 5294А. В. Кустов, Ф. К. Моршнев, О. В. Шухто, Н. Л. Смирнова, Н. В. Кукушкина, О. И. Койф- ман, Д. Б. Березин. Изв. РАН. Сер. хим., 72, № 2 (2023) 566—573А. В. Кустов, Ф. К. Моршнев, О. В. Шухто, Н. Л. Смирнова, Н. В. Кукушкина, О. И. Койф- ман, Д. Б. Березин. Изв. РАН. Сер. хим., 72, № 2 (2023) 566—573D. B. Berezin, A. V. Kustov, M. A. Krestyaninov, D. V. Batov, N. V. Kukushkina, O. V. Shukhto. J. Mol. Liq., 283 (2019) 532—536D. B. Berezin, A. V. Kustov, M. A. Krestyaninov, D. V. Batov, N. V. Kukushkina, O. V. Shukhto. J. Mol. Liq., 283 (2019) 532—536А. В. Кустов, Д. Б. Березин, С. О. Кручин, Д. В. Батов. Журн. физ. химии, 96, № 4 (2022) 582—588А. В. Кустов, Д. Б. Березин, С. О. Кручин, Д. В. Батов. Журн. физ. химии, 96, № 4 (2022) 582—588О. В. Шухто, И. С. Худяева, Д. В. Белых, Д. Б. Березин. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 64, № 11 (2021) 86—96О. В. Шухто, И. С. Худяева, Д. В. Белых, Д. Б. Березин. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 64, № 11 (2021) 86—96A. Lavi, H. Weitman, R. T. Holmes, K. M. Smith, B. Ehrenberg. Biophys. J., 82, N 4 (2002) 2101—2110A. Lavi, H. Weitman, R. T. Holmes, K. M. Smith, B. Ehrenberg. Biophys. J., 82, N 4 (2002) 2101—2110A. P. Gerola, T. M. Tsubone, A. Santana, H. P. M. de Oliveira, N. Hioka, W. Caetano. J. Phys. Chem. B, 115, N 22 (2011) 7364—7373A. P. Gerola, T. M. Tsubone, A. Santana, H. P. M. de Oliveira, N. Hioka, W. Caetano. J. Phys. Chem. B, 115, N 22 (2011) 7364—7373Е. А. Венедиктов, Е. Ю. Туликова, Е. П. Рожкова, Д. В. Белых, И. С. Худяева, Д. Б. Березин. Макрогетероциклы, 10, № 3 (2017) 295—300Е. А. Венедиктов, Е. Ю. Туликова, Е. П. Рожкова, Д. В. Белых, И. С. Худяева, Д. Б. Березин. Макрогетероциклы, 10, № 3 (2017) 295—300Д. Б. Березин, М. А. Крестьянинов. Журн. структ. химии, 55, № 5 (2014) 868—876Д. Б. Березин, М. А. Крестьянинов. Журн. структ. химии, 55, № 5 (2014) 868—876I. Gjuroski, J. Furrer, M. Vermathen. Molecules, 26, N 7 (2021) 1942I. Gjuroski, J. Furrer, M. Vermathen. Molecules, 26, N 7 (2021) 1942M. Hadener, I. Gjuroski, J. Furrer, M. Vermathen. J. Phys. Chem. B, 119, N 36 (2015) 12117—12128M. Hadener, I. Gjuroski, J. Furrer, M. Vermathen. J. Phys. Chem. B, 119, N 36 (2015) 12117—12128I. Gjuroski, E. Girousi, C. Meyer, D. Hertig, D. Stojkov, M. Fux, N. Schnidrig, J. Bucher, S. Pfister, L. Sauser, H.-U. Simon, P. Vermathen, J. Furrer, M. Vermathen. J. Contr. Release, 316 (2019) 150—167I. Gjuroski, E. Girousi, C. Meyer, D. Hertig, D. Stojkov, M. Fux, N. Schnidrig, J. Bucher, S. Pfister, L. Sauser, H.-U. Simon, P. Vermathen, J. Furrer, M. Vermathen. J. Contr. Release, 316 (2019) 150—167A. V. Kustov, O. A. Antonova, N. L. Smirnova. J. Chem. Thermodyn., 130 (2019) 114—118A. V. Kustov, O. A. Antonova, N. L. Smirnova. J. Chem. Thermodyn., 130 (2019) 114—118A. V. Kustov, N. L. Smirnova, D. B. Berezin, M. B. Berezin. J. Chem. Thermodyn., 89 (2015) 123—126A. V. Kustov, N. L. Smirnova, D. B. Berezin, M. B. Berezin. J. Chem. Thermodyn., 89 (2015) 123—126Ю. Я. Фиалков. Растворитель как средство управления химическим процессом, Ленинград, Химия (1990)Ю. Я. Фиалков. Растворитель как средство управления химическим процессом, Ленинград, Химия (1990)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.