Сотрудники Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН (Иваново) выяснили, что пространственная структура молекул противоракового препарата бикалутамида изменяется в зависимости от растворителя, в котором он находится.

Пространственная структура влияет на свойства лекарства: так, например, кристаллическая форма бикалутамида, содержащая «открытые» варианты молекулы, плохорастворима, но высокостабильна, тогда как содержащая «закрытые» — хорошо растворяется в воде, но обладает низкой стабильностью. Исследование может послужить основой для разработки методов, позволяющих контролировать получение форм бикалутамида с оптимальными свойствами, что улучшит его эффективность и безопасность при лечении. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в высокорейтинговом журнале International Journal of Molecular Sciences.

Ампулы для проведения экспериментов ЯМР

Некоторые лекарственные соединения могут существовать в нескольких твёрдых формах, которые часто имеют разные физико-химические и фармацевтические свойства и определяются различной упаковкой молекул, а также их пространственной структурой. Разные варианты пространственной структуры одной и той же молекулы называются конформерами. Информация об их соотношении в растворе позволяет обнаружить пути создания твёрдых форм лекарственных соединений с контролируемыми свойствами. Например, лекарственное соединение бикалутамид, широко используемое для лечения рака предстательной железы, имеет десятки различных конформеров, которые условно можно разделить на две группы — «открытые» и «закрытые». «Открытые» конформеры будто вытянуты в линию, а «закрытые» свёрнуты в полукольцо. При этом твёрдая форма, определяемая «открытыми» конформерами, более стабильна, зато сформированная «закрытыми» в 2,4 раза лучше растворяется в воде. Для достижения максимальной эффективности лекарственного соединения важно, чтобы оно совмещало высокую стабильность и растворимость, поэтому необходимо отслеживать доли «открытых» и «закрытых» конформеров, содержащихся в растворе.

Авторы исследовали, как характеристики растворителя — среды, в которой находится действующее вещество, — влияют на соотношение «открытых» и «закрытых» форм бикалутамида. Они обнаружили 10 наиболее стабильных конформеров этого вещества, проанализировав их электронную структуру и геометрию с помощью квантово-химических расчётов. Оказалось, что четыре варианта молекулы относятся к «открытым», а шесть — к «закрытым» конформациям.

Затем исследователи сравнили доли групп «открытых» и «закрытых» конформеров в двух растворителях — полярном (с высокой асимметрией распределения заряда) диметилсульфоксиде и неполярном (с нулевой или низкой асимметрией распределения заряда) хлороформе. Для этого исследователи использовали метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Этот метод заключается в том, что раствор исследуемого вещества, помещённого в магнитное поле, облучают радиочастотной электромагнитной волной и наблюдают изменения ориентации атомного ядра. По наблюдаемым изменениям удаётся определить не только химический состав, но и пространственную структуру вещества.

Первый автор работы, инженер-исследователь Валентина Соборнова держит датчик ЯМР спектрометра, в который помещают исследуемый образец вещества

Анализ показал, что молекулы бикалутамида в среде полярного растворителя принимают «открытую» конформацию (практически 100% молекул). В неполярном растворителе «открытыми» оказалось всего 22,7% молекул, а остальные 77,3% конформеров были «закрытыми». Такие различия можно объяснить перераспределением водородных связей — как внутри молекул, так и между ними. Исследователи предполагают, что именно такого рода взаимодействия отвечают за вероятность существования «закрытых» и «открытых» конформеров.

Заведующий лабораторией, д.ф.-м.н. Илья Ходов с соавторами работы — инженером-исследователем Валентиной Соборновой и младшим научным сотрудником Константином Беловым

«Понимание пространственной структуры бикалутамида в различных растворителях позволит минимизировать побочные эффекты препарата. Это может привести к созданию более эффективных и безопасных противораковых лекарственных форм, а, следовательно, и улучшению качества жизни пациентов. В дальнейшем мы планируем подробнее исследовать изменения, которые происходят с водородными связями бикалутамида в полярных и неполярных растворителях», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Ходов, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией ЯМР-спектроскопии растворов и флюидов Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН.

Источник: пресс-служба РНФ.

Новости Российской академии наук в Telegram →