1. Введение
Рак — это гетерогенные и многофакторные заболевания, при которых серия геномных/молекулярных изменений вызывает неконтролируемый рост и пролиферацию клеток, вызывая быстрое увеличение массы тканей в пораженных частях тела. Раковые клетки растут, используя кислород и питательные вещества организма, лишая другие клетки регулярных питательных веществ и факторов роста [1], [2]. Эти клетки могут изменять микросреду в свою пользу, обманывать иммунную систему организма и использовать физиологию других клеток для обеспечения своей жизнедеятельности [3], [4], [5], [6]. Для обозначения этой категории заболеваний используются также термины «злокачественные опухоли» и «новообразования».
Рак — вторая по значимости причина смерти в мире, на долю которой приходится каждая шестая смерть. Рак лёгких, предстательной железы, толстой кишки, желудка и печени — наиболее распространённые виды рака у мужчин, в то время как рак молочной железы, толстой кишки, лёгких, шейки матки и щитовидной железы — наиболее распространённые у женщин.
В современной медицине существует много вариантов лечения различных онкологических заболеваний в зависимости от стадий злокачественного процесса. Важнейшее значение среди них, несмотря на имеющиеся недостатки, имеет химиотерапия [7], [8], [9], [10]. Химиотерапия основана на применении специальных медикаментов — цитостатиков, способных воздействовать на опухолевые клетки и препятствовать их росту и размножению [11], [12].
Перспективными соединениями для создания новых химиотерапевтических препаратов являются производные бензимидазола. Так, в работе [13] было показано, что исследуемый потенциальный лекарственный агент на основе бензимидазола снижал жизнеспособность клеточной линии аденокарциномы молочной железы и ингибировал образование колоний MCF-7 (аденокарциномы), что обусловлено его способностью вызывать окислительный стресс в клетках. На клеточной линии гистиоцитарной лимфомы человека U937 в исследовании [14] был показан аналогичный механизм цитотоксического действия другого производного бензимидазола. Прооксидантная активность была обнаружена ещё для некоторых бензимидазолов, приводящих в клетках глиомы к значительному увеличению продукции активных форм кислорода (АФК) и потере мембранного потенциала митохондрий по сравнению с контролем, что, в свою очередь, сопровождалось повышением уровня цитозольного цитохрома С и индукцией митохондриального пути апоптоза [15]. В работе [16] была синтезирована серия низкомолекулярных замещенных 1-бензил-1Н-бензимидазолов и исследована их противоопухолевая активность. Гибель опухолевых клеток была вызвана дозозависимым увеличением уровня АФК.
Поэтому в данном исследовании был получен ряд конденсированных производных с узловым атомом азота и изучена их цитотоксичность в отношении линий клеток опухолевого происхождения.
2. Методы и принципы исследования
Синтез и функционализацию конденсированных производных бензимидазола проводили по следующей схеме:
Схема синтеза конденсированных производных бензимидазола
На первой стадии в ходе восстановительной внутримолекулярной циклизации орто-нитроаренов (A), содержащих в предельный азагетероцикл, хлоридом олова (II) было сформировано гетероциклическое ядро 3,4-дигидро-1H-[1,4]оксазино[4,3-a]бензимидазола (Х=О) и 1,2,3,4-тетрагидропиридо[1,2-a]бензимидазола (Х=CH2 или СН-СН3, R1=H или СH3) (соединения 1–8). Дальнейшую функционализацию полученных конденсированных гетероциклов проводили в ходе реакций бромирования N-бромсукцинимидом или нитрования смесью нитрат калия/серная кислота. В результате были получены производные конденсированного бензимидазола 9–24, содержащие два заместителя в бензольном кольце.
Структура всех полученных 24 соединений 1Н, 13С ЯМР спектроскопии и масс-спектрометрии высокого разрешения. Отнесение сигналов протонов сделано на основании данных [17][18][19]
Для изучения цитотоксичности (степень, с которой вещество деструктивно действует на отдельные клетки) синтезированных производных бензимидазола 1–24 использовали клетки аденокарциномы легкого человека A549 и карциномы молочной железы MCF-7. Для оценки селективности действия данных соединений на клетки опухолевого и нормального происхождения в исследовании также применялись нормальные клетки из эмбриональной почки человека HEK-293.
Для определения цитотоксического действия синтезированных молекул был использован МТТ-тест [20]. В основе данного метода лежит реакция восстановления соли тетразолия (3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-тетразолиум бромид) митохондриальными дегидрогеназами живых клеток до нерастворимых в воде кристаллов формазана.
В качестве показателей эффективности были определены величины IC50 цитотоксического эффекта, представляющие собой концентрации соединения, приводящие к гибели 50% клеток в пробе. Чем меньшее значение IC50 имели исследуемые соединения, тем выше была их цитотоксичность.
Подробные методики проведения цитотоксических исследований приведены в работе [19].
Статистическую обработку проводили методами описательной и математической статистики с применением пакета прикладных программ
Statistica 10.0 (StatSoftInc., USA)
3. Основные результаты
В таблице 1 представлены значения
IC50 конденсированных производных бензимидазола (рис. 2) в отношении клеток нормального и опухолевого происхождения.
Значения IC50 (мкм) цитотоксического эффекта конденсированных соединений ряда бензимидазола
| № | А549 | МСF-7 | Hek-293 |
| 1 | 76,86 ± 0,19 | 73,90 ± 0,31 | ≥100 |
| 2 | 73,38 ± 0,21 | 62,02 ± 0,19 | ≥100 |
| 3 | 68,72 ± 0,21 | 57,14 ± 0,63 | 91,37 ± 0,52 |
| 4 | 86,81 ± 0,64 | 83,35 ± 0,32 | ≥100 |
| 5 | 73,09 ± 1,80 | 69,32 ± 1,51 | ≥100 |
| 6 | 59,09 ± 0,79 | 57,16 ± 0,56 | 89,81 ± 0,64 |
| 7 | 46,78 ± 0,63 | 44,24 ± 0,43 | 86,09 ± 0,33 |
| 8 | 74,09 ± 0,64 | 69,41 ± 0,32 | ≥100 |
| 9 | 69,21 ± 0,79 | 71,32 ± 0,94 | ≥100 |
| 10 | 57,23 ± 0,84 | 56,32 ± 0,93 | 92,83 ± 0,42 |
| 11 | 47,11 ± 0,72 | 41,22 ± 0,54 | 89,59 ± 0,34 |
| 12 | 71,68 ± 0,75 | 68,71 ± 0,42 | ≥100 |
| 13 | 73,52 ± 0,38 | 67,22 ± 0,61 | 95,58 ± 0,41 |
| 14 | 56,39 ± 0,27 | 54,82 ± 0,43 | 91,31 ± 0,76 |
| 15 | 48,24 ± 0,64 | 43,36 ± 0,51 | 89,27 ± 0,58 |
| 16 | 69,83 ± 0,51 | 66,42 ± 0,51 | ≥100 |
| 17 | 67,24 ± 0,24 | 65,89 ± 0,38 | ≥100 |
| 18 | 56,98 ± 0,63 | 53,72 ± 0,47 | 92,78 ± 0,58 |
| 19 | 47,59 ± 0,31 | 39,81 ± 0,28 | 84,33 ± 0,72 |
| 20 | 75,11 ± 0,32 | 67,98 ± 0,37 | ≥100 |
| 21 | 66,24 ± 0,36 | 61,53 ± 0,44 | 89,34 ± 0,61 |
| 22 | 41,37 ± 0,49 | 26,33 ± 0,59 | 84,91 ± 0,32 |
| 23 | 12,41 ± 0,28 | 8,33 ± 0,85 | 81,37 ± 0,42 |
| 24 | 67,29 ± 0,42 | 60,73 ± 0,87 | ≥100 |
Структуры исследуемых конденсированных производных бензимидазола
4. Обсуждение
Анализ данных таблицы позволил сделать следующие выводы:
– все полученные производные бензимидазола
– производные бензимидазола
– структура аннелированного к имидазолу предельного гетероцикла (Х=О или Х=СН2Missing Mark : sub) не оказывала сильного влияния на цитотоксичность исследуемых веществ;
– в большей степени цитотоксический эффект зависел от природы заместителей в конденсированном бензимидазоле. Наличие двух атомов галогенов (структуры
– в еще большей степени на цитотоксичность веществ влияло наличие метильных (СН3Missing Mark : sub) групп в предельном гетероцикле. Известно, что алкильные заместители увеличивают липофильность молекулы, что облегчает ее проникновение в клетку через липидную мембрану;
– из двух использованных линий клеток опухолевого происхождения клетки
карциномы молочной железы были менее устойчивы к действию синтезированных гетероциклов;
– по отношению к клеткам нормального происхождения все исследуемые соединения проявляли значительно меньший цитотоксический эффект по сравнению с раковыми клетками;
– из всех исследованных соединений наибольший интерес вызывали бензимидазолы
5. Заключение
Таким образом, синтезированные конденсированные производные бензимидазола обладали цитотоксичностью в отношении клеточных линий опухолевого происхождения
—