Цитотоксичность нитроксильных радикалов в отношении опухолевых и диплоидных клеток человека in vitro и оценка их противовирусной активности

Проведён химический синтез 39 водорастворимых нитроксильных радикалов различных классов, относящихся к радикалам пиперидинового, пирролидинового и имидазолидинового рядов. Среди 39 исследованных нитроксильных радикалов 27 препаратов обладают цитотоксичностью in vitro в отношении культуры опухолевых клеток А431. Наиболее активные нитроксильные радикалы имели CC₅₀ для клеток SW480 и А431 в пределах 0,16-2,5 мМ при индексе селективности 3,91-7,81 по отношению цитотоксичности препаратов к клеткам нормального фенотипа Л68 и опухолевым клеткам. Тестирование противовирусной активности показало, что 16 и 22 нитроксильных радикалов проявляют противовирусную активность в культуре клеток Vero в отношении вируса Западного Нила и вируса простого герпеса второго типа соответственно, а ЕС₅₀ колебалась в пределах 0,09-3,45 мМ. Некоторые нитроксильные радикалы обладают только противовирусной активностью, а ряд соединений проявляли цитотоксичность и противовирусную активность одновременно.

нитроксильные радикалы, цитотоксичность, противовирусная активность, опухолевые клетки

1. McConnell H.M. Spin labeling: theory and applications / Berliner L., ed. New York: Academic Press; 1976.

2. Soule B.P., Hyodo F., Matsumoto K.-I. et al. The chemistry and biology of nitroxide compounds. Free Radic Biol Med 2007; 42: 1632-1650.

3. Kuppusamy P., Afeworki M., Shankar R., et al. In vivo electron paramagnetic resonance imaging of tumor heterogeneity oxygenation in a murine model. Cancer Res 1998; 58: 1562-1568.

4. Matsumoto K., Hyodo F., Matsumoto A. et al. High-resolusion mapping of tumor redox status by magnetic resonance imaging using nitroxides as redox-sensitive contrast agents. Сііп Cancer Res 2006; 12: 2455-2462.

5. Wang Y., Larrick J.W. Antioxidant nitroxides and nitrones as therapeutic agents.U.S. Patent 2004; No: US 6,717,012.

6. Beckman K., Ames B. Oxidative decay of DNA. J Biol Chem 1997; 272: 19633-19636.

7. Zhao Q., Fujiwara, Kondo T. Mechanism of cell death induction by nitroxide and hyperthermia. Free Rad. Med. 2006; 40: 1131-1143.

8. Sui S., Mitchel J., Samuni A. et al. Nitroxide Tempo, a small molecule, induces apoptosis in prostate carcinoma cells and suppresses tumor growth in athymic mice. Cancer 2005; 103: 1302-1313.

9. Krishna M., Samuni A., DeGraff W. et al. Potential use of nitroxides in radiation oncology. Cancer Res 1992; 52: 1750-1753.

10. Selvendiran K., Ahmed S., Dayton A. et al. Safe and targeted anticancer efficacy of a novel class of antioxidant-conjugated difluorodiarylidenyl piperidones: Differential cytotoxicity in healthy and cancer cells. Free Rad Biol Med 2010; 48: 1228-1235.

11. Zhang J., Zhang Z., Hui L. et al. Novel semisynthetic spin-labeled derivatives of podophyllotoxin with cytotoxic and antioxidative activity. Bioorg Med ^em Let 2010; 20: 983-986.

12. Jin Y., Chen S., Tian X. Synthesis and biological evaluation of new spinlabeled derivatives of podophyllotoxin. Bioorg Med Chem 2006; 14: 3062-3068.

13. Gadjeva V.G. Two spin labeled triazenes: relationship between biochemical and biological activities. Int J Pharm 2002; 247: 39-45.

14. Zheleva A.M., Gadjeva V.G. Spin labelled nitrosoureas and triazenes and their non-labelled clinically used analogues - a comparative study on their physicochemical properties and antimelanomic effects. Int J Pharm 2001; 212: 257-266.

15. Sosnovsky G., Bell P. In the search for new anticancer drugs. 29. A study on the correlation of lipophilicities, ionization constants and anticancer activities of aminoxyl labeled tepa congeners. Life Sciences 1998; 62: 639-648.

16. Sosnovsky G., Li S.W. In the search for new anticancer drugs XII. Synthesis and biological evaluation of spin labeled nitrosoureas. Life Sciences 1985; 36: 1479-1483.

17. Kaledin V.I., Popova N.A., Nikolin V.P. et al. Tempol reduces the therapeutic effect of cyclophosphamide on an experimantal tumour model. Free Rad Res 2009; 43: 685-690.

18. Розанцев Э.Г. Свободные иминоксильные радикалы, Химия. М.: 1970.

19. Мишарин A.Ю., Поляновский О.Л. Синтез и применение спин-меток 2,2,6,6-тетраметил-1-оксилпиперидин-4-малеинимида и 2,2,6,6-тетраметил-1-оксилпиперидин-4-изомалеинимида. Изв. АН СССР. Сер. хим. 1974; 11: 2526-2529.

20. Rassat A., Rey P. Nitroxides 23. Preparation of amino acid free radicals and their complex salts. Bull Soc Chim Fr 1967; 815-817.

21. Nakatsuji S., Takai A., Nishikawa K. et al. Magnetic properties of charge-transfer complexes based on TEMPO radicals. Chem Commun 1997; 3: 275-276.

22. Hankowsky H.O., Hideg K., Lex L. Nitroxyls. 8. Synthesis of nitroxylphosphinimines - a convenient route to amine, isothiocyanate, aminocarbonylaziridine, and carbodiimide nitroxyls. Synthesis 1981; 2: 147-149.

23. Hideg K., Hankovszky H.O., Lex L., Kucsar G. Nitroxyls. 6. Synthesis and reactions of 3-hydroxymethyl-2,2,5,5-tetramethyl-2,5-dihydropyrrole-1-oxyl and 3-formyl derivatives. Synthesis 1980; 11: 911-914.

24. Sosnovsky G., Cai Z.W. A study of the favorskii rearrangement with 3-bromo-4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl. J Org Chem 1995; 60: 3414-3418.

25. Miyake M., Shen J., Liu Sh. et al. Acetoxymethoxycarbonyl nitroxides as electron paramagnetic resonance proimaging agents to measure O-2 levels in mouse brain: A pharmacokinetic and pharmacodynamic study. J Pharmacol Exp Ther 2006; 318: 1187-1193.

26. Воинов М.В., Володарский Л.Б. Изв АН Сер. хим. 1997; 1: 131-136.

27. Woldman Ya.Yu., Khramtsov V.V., Grigor'ev I.A. et al. Spin-trapping of nitric-oxide by nitronylnitroxides - measurement of the activity of no synthase from rat cerebellum. Biochem Biophys Res Com 1994; 202: 195-203.

28. Григорьев И.A., Кирилюк И.A., Стариченко В.Ф., Володарский Л.Б. Получение стабильных нитроксильных радикалов с аминогруппой у a-углеродного атома радикального центра при окислительном аминировании N,N-диоксидов и N-оксидов 4Н-имидазола. Известия АН СССР Сер. хим. 1989; 3: 661-667.

29. Berezina T.A., Reznikov V.A., Volodarsky L.B. Synthesis and some properties of heterocyclic amidine derivatives of 3-imidazoline nitroxides. Tetrahedron 1993; 49: 46: 10693-10704.

30. Володарский Л.Б., Резников В.Д., Кобрин B.C. Получение и свойства имидазолиниевых солей, содержащих нитроксильный радикальный центр. Ж. орган. химии. 1979; 15: 2: 415-422.

31. Щукин Г.И., Володарский Л.Б. Взаимодействие амидов производных 3-имидазолина и 3-имидазолин-3-оксида с гипобромитом натрия. Изв. АН СССР Сер. хим. 1979; 28: 228-231.

32. Kirilyuk I., Polovyanenko D., Semenov S. et al. Inclusion complexes of nitroxides of pyrrolidine and imidazoline series with cucurbit[7]uril. J Phys Chem. 2010; 114: 1719-1728.

33. Яньшоле В.В., Кирилюк И.A., Григорьев И.A. и др. Изучение антиоксидантных свойств нитроксильных радикалов и гидроксиламинов при взаимодействии с триплетным и. дезаминированным кинуренином. Изв. АН Сер. хим. 2010; 1: 67-75.

34. Niks M., Otto M. Towards an optimized MTT assay. J Immunol Meth 1990; 130: 1: 149-151.

35. Леннет Э., Шмидт H. Лабораторная диагностика вирусных и риккетсиозных заболеваний. М.: 1974; 44-95.

36. Razumov I.A., Kazachinskaia E.I., Ternovoi V.A. et al. Neutralizing monoclonal antibodies against Russian strain of the West Nile virus. Viral Immunol 2005; 18: 558-568.

37. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: 2000; 1-398.

38. Kirilyuk I.A., Shevelev T.G., Morozov D.A. et al. Grignard reagent addition to 5-alkylamino-4H-imidazole 3-oxides: Synthesis of new pH-sen-sitive spin probes. Synthesis 2003; 6: 871-878.

39. Couet W.R., Brasch R.C., Sosnovsky G. et al. Influence of chemical-structure of nitroxyl spin labels on their reduction by ascorbic-acid. Tetrahedron 1985; 41: 1165-1172.

40. Кирилюк И.A., Каледин В.И.,. Попова H.A. и др. Нитроксильный антиоксидант TPPA-TEMPO повышает эффективность противоопухолевой терапии на модели перевиваемой лимфосаркомы мышей. Бюлл. Эксп. Биол. Мед. 2010; 148: 7: 85-89.

41. Щукин Г.И., Григорьев И.A., Володарский Л.Б. β-дикарбоновые производные стабильных нитроксильных радикалов 3-имидазола. Изв СО АН СССР Сер хим. 1977; 9: 4: 135-140.

42. Володарский Л.Б., Григорьев И.A., Диканов С.A. и др. Имидазолиновые нитроксильные радикалы, Глава 5. Окислительно-восстановительные реакции нитроксильных радикалов. Новосибирск: Наука Сиб. Отд-е, 1988; 171-216.

43. Khramtsov V., Woldman Ya., Grigor'ev I. et al. Trapping of nitric oxide and nitric oxide synthase activity measurement by nitronylnitroxyl radicals. Magnetic Res Med 1995; 6: 285-287.

44. Murphy M.P., Smith R.A.J. Targeting antioxidants to mitochondria by conjugation to lipophilic cations. Ann Rev Pharmacol Toxicol 2007; 47: 629-656.

45. Benedetto M. Di., Starzec A., Vassy R. et al. Inhibition of epidermoid carcinoma A431 cell growth and angiogenesis in nude mice by early and late treatment with a novel dextran derivative. Br J Cancer 2003; 88: 1987-1994.

46. Heise C., Sampson-Johannes A., Williams A. et al. ONYX-015, an E1B gene-attenuated adenovirus, causes tumor-specific cytolysis and antitumoral efficacy that can be augmented by standard chemotherapeutic agents. Nature Medicine 1997; 3: 6: 639-644.

47. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / Р.У. Хабриев, ред. М.: 2000.

48. Maher B.A. Researchers are building a viral arsenal to fight cancer. The Scientist 2001; 15: 16: 24.

49. Ring C.J. Суtolytic viruses as potential anti-cancer agents. J Gen Virol 2002; 83: 491-502.

50. Gariboldi M.B., Lucchi S., Caserini C. et al. Antiproliferative effect of the piperidine nitroxide TEMPOL on neoplastic and nonneoplastic mammalian cell lines. Free Rad Biol Med 1998; 24: 913-923.

51. Daya C.W., Smeea D.F., Julandera J.G. et al. Error-prone replication ofWest Nile virus caused by ribavirin. Antiviral Res 2005; 67: 1: 38-45.

52. Горбунов H.В., Насыров Р.В., Ерин A.H. и др. Эффект нитроксильных радикалов на патогенные свойства герпесвирусов (спиновая метка в исследовании взаимодействия вируса и макрофагов) Бюлл. Эксп. Биол. Мед. 1992; 113: 6: 604-606.

53. Сень В.Д., Голубев В.A., Рукина H.A. и др. Нитроксильные производные 3'-азидо-2'3'-дидеокситимидина, обладающие антивирусной активностью. Патент РФ 2004. № 2103274. БИ: 32/2004

54. Wolf M.C., Freiberg A.N., Zhang T. et al. A broad-spectrum antiviral targeting entry of enveloped viruses. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 7: 3157-3162.