Interaction of Tricationic Chlorin Sensitizer for Photodynamic Therapy with Passive Delivery Vehicles According to NMR Spectroscopy Data

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.

1. R. Bonnett. Chemical Aspects of Photodynamic Therapy, Amsterdam, Gordon and Breach Sci. Publ. (2000)

2. Е. В. Филоненко, Л. Г. Серова. Biomed. Photon., 5, N 2 (2016) 26—37

3. 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)

4. D. Van Straten, V. Mashayekhi, H. S. De Bruijn, S. Oliveira, D. J. Robinson. Cancers, 9, N 19 (2017) 1—54

5. J. M. Dabrowski, L. G. Arnaut. Photochem. Photobiol. Sci., 14 (2015) 1765—1780

6. J. F. Algorri, M. Ochoa, P. Roldan-Varona, L. Rodriguez-Cobo, J. M. Lopez-Higuera. Cancers, 13 (2021) 4447

7. A. 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) 61

8. O. 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—304

9. Y. Liu, R. Qin, S. A. J. Zaat, E. Breukink, M. Heger. J. Clin. Transl. Res., 1, N 3 (2015) 140—167

10. F. Cieplik, D. Deng, W. Crielaard, W. Buchalla, E. Hellwig, A. Al-Ahmad, T. Maisch. Critical Rev. Microbiol., 44, N 5 (2018) 571—589

11. G. B. Kharkwal, S. K. Sharma, Y. Y. Huang, T. Dai, M. R. Hamblin. Lasers Surg. Medicine, 43, N 7 (2011) 755—767

12. D. B. Berezin, S. O. Kruchin, N. V. Kukushkina, E. A. Venediktov, M. O. Koifman, A. V. Kustov. Photochem., 3, N 1 (2023) 171—186

13. C. Donohoe, M. O. Senge, L. G. Arnaut, L. C. Gomes da Silva. Biochim. Biophys. Acta (BBA) Rev. Cancer, 1872, N 2 (2019) 188308

14. N. Malatesti, I. Munitic, I. Jurak. Biophys. Rev., 9 (2017) 149—168

15. S. 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—1107

16. L. Sobotta, P. Skupin-Mrugalska, J. Piskorz, J. Mielcarek. Eur. J. Med. Chem., 175 (2019) 72—106

17. J. Zhang, C. Jiang, J. P. F. Longo, R. B. Azevedo, H. Zhang, L. A. Muehlmann. Acta Pharm. Sinica B, 8, N 2 (2018) 137—146

18. H. Abrahamse, M.R. Hamblin. Biochem. J., 473, N 4 (2016) 347—364

19. G. Pratviel. Coord. Chem. Rev., 308 (2016) 460—477

20. M. 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—251

21. R. Giovannetti. In: Nanotechnology and Nanomaterials, Macro to Nano Spectroscopy, Ed. J. Uddin, Rijeka, InTech (2012) 87—108

22. I. Yakavets, M. Millard, V. Zorin, H.-P. Lassalle, L. Bezdetnaya. J. Contr. Release, 304 (2019) 268—287

23. T. 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—182

24. M. Q. Mesquita, C. J. Dias, M. G. P. M. S. Neves, A. Almeida, M. A. F. Faustino. Molecules, 23, N 10 (2018)2424

25. N. Maldonado-Carmona, T. S. Ouk, S. Leroy-Lhez. Photochem. Photobiol. Sci. (2022) 1—33

26. Д. 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—1279

27. A. 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—559

28. Д. В. Батов, А. В. Кустов, С. О. Кручин, В. В. Макаров, Д. Б. Березин. Журн. структ. химии, 60, № 3 (2019) 461—466

29. A. 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—67

30. A. 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) 5294

31. А. 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—573

32. D. B. Berezin, A. V. Kustov, M. A. Krestyaninov, D. V. Batov, N. V. Kukushkina, O. V. Shukhto. J. Mol. Liq., 283 (2019) 532—536

33. А. В. Кустов, Д. Б. Березин, С. О. Кручин, Д. В. Батов. Журн. физ. химии, 96, № 4 (2022) 582—588

34. О. В. Шухто, И. С. Худяева, Д. В. Белых, Д. Б. Березин. Изв. вузов. Химия и хим. технология, 64, № 11 (2021) 86—96

35. A. Lavi, H. Weitman, R. T. Holmes, K. M. Smith, B. Ehrenberg. Biophys. J., 82, N 4 (2002) 2101—2110

36. A. 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—7373

37. Е. А. Венедиктов, Е. Ю. Туликова, Е. П. Рожкова, Д. В. Белых, И. С. Худяева, Д. Б. Березин. Макрогетероциклы, 10, № 3 (2017) 295—300

38. Д. Б. Березин, М. А. Крестьянинов. Журн. структ. химии, 55, № 5 (2014) 868—876

39. I. Gjuroski, J. Furrer, M. Vermathen. Molecules, 26, N 7 (2021) 1942

40. M. Hadener, I. Gjuroski, J. Furrer, M. Vermathen. J. Phys. Chem. B, 119, N 36 (2015) 12117—12128

41. I. 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—167

42. A. V. Kustov, O. A. Antonova, N. L. Smirnova. J. Chem. Thermodyn., 130 (2019) 114—118

43. A. V. Kustov, N. L. Smirnova, D. B. Berezin, M. B. Berezin. J. Chem. Thermodyn., 89 (2015) 123—126

44. Ю. Я. Фиалков. Растворитель как средство управления химическим процессом, Ленинград, Химия (1990)