Синтез катионных и ионизируемых амфифилов на основе геминального аминодиола как потенциальных транспортных систем миРНК

Научные исследования, основанные на использовании механизмов интерференции РНК, входят сегодня в число базовых методов молекулярной биологии. Препараты на основе малых интерферирующих РНК (миРНК) разрабатываются для лечения рака, инфекционных заболеваний и других патологий, которые ассоциированы с нарушениями в функциях специфических генов. Одной из главных проблем разработки лекарственных препаратов на основе миРНК является их эффективная и безопасная доставка в клетки-мишени. Современные стратегии доставки основаны на использовании химических соединений или биологических носителей, например, вирусов. Липидные наночастицы (липосомальные средства) являются наиболее передовой платформюй среди невирусных векторов для доставки в клетки генетического материала. В данной работе предложена схема и осуществлен синтез новых катионных амфифилов как основы средств доставки миРНК в клетки-мишени. Синтезированные амфифилы относятся к двум типам катионных липидов: с постоянно заряженной аминогруппой в виде соли и с так называемым ионизируемым полярным блоком Ионизируемые амфифилы являются новым поколением катионных липидов, которые проявляют пониженную токсичность и иммуногенность и подвергаются ионизации только в кислой среде эндосом в ходе внутриклеточного транспорта в цитозоле, что приводит к высвобождению инкапсулированной полезной нагрузки. Структура целевых соединений основана на производных диэтаноламина, которые являются спейсером между гидрофобным блоком и полярным фрагментом В гидрофобном блоке присутствуют остатки пальмитиновой кислоты, а в полярном - производные этилендиамина и 3-диэтиламинопропиламина. Разработанная схема синтеза отличается простотой и универсальностью предложенного подхода, который позволяет применять ее при получении серии образцов в препаративных количествах, необходимых для проведения последующих физико-химических и биохимических исследований.

1. Дейчман А.М., Зиновьев С.В., Барышников А.Ю. Экспрессия генов и малые РНК в онкологии // Российский биотерапевтический журнал. 2009. Т. 8. № 3. С. 107-118.

2. Farhood H., Gao X., Son K., Yang Y Y Cationic liposomes for direct gene transfer in therapy of cancer and other diseases // Ann. N. Y Acad. Sci. 1994. V 716. P 23-34. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1994.tb21701.x

3. Vaishnaw A. K., Gollob J., Gamba-Vitalo C., Hutabarat R. A status report on RNAi therapeutics // Silence. 2010. V 1. P 14. https://doi.org/10.1186/1758-907X-1-14

4. Floch V, Loisel S., Guenin E., Herve A.C. Cation substitution in cationic phosphonolipids: A new concept to improve transfection activity and decrease cellular toxicity // J. Med. Chem. 2000. V 43. P 4617-4628. https://doi.org/10.1021/jm000006z

5. Heyes J.A., Niculescu-Duvaz D., Cooper R.G., Springer C.J. Synthesis of novel cationic lipids: Effect of structural modification on the efficiency of gene transfer // J. Med. Chem. 2002. V 45. P. 99-114. https://doi.org/10.1021/jm010918g

6. Lin PJ., Tam Y.Y., Hafez I., Sandhu A., Chen S., Ciufolini M.A., Nabi I.R., Cullis P.R. Influence of cationic lipid composition on uptake and intracellular processing of lipid nanoparticle formulations of siRNA // Nanomedicine. 2013. V. 9. P. 233-246. https://doi.org/10.1016/j.nano.2012.05.019

7. Landesman-Milo D., Peer D. Toxicity profiling of several common RNAi-based nanomedicines: A comparative study // Drug Deliv. Transl. Res. 2014. V. 4. P. 96-103. https://doi.org/10.1007/s13346-013-0158-7.

8. Peer D. Immunotoxicity derived from manipulating leukocytes with lipid-based nanoparticles // Adv. Drug Deliv. Rev. 2012. V. 64. P 1738-1748. https://doi.org/10.1016/j.addr.2012.06.013

9. Zhang J.-S., Li, F., Huang L. Implications of pharmacokinetic behavior of lipoplex for its inflammatory toxicity // Adv. Drug Deliv. Rev. 2005. V 57. P. 689-698. https://doi.org/10.1016/j.addr.2004.12.004

10. Jones C.H., Chen C.K., Ravikrishnan A., Rane S., Pfeifer B.A. Overcoming nonviral gene delivery barriers: Perspective and future // Mol. Pharmaceut. 2013. V. 10. P. 4082-4098. https://doi.org/10.1021/mp400467x

11. Mui B., Ahkong Q.F., Chow L., Hope M.J. Membrane perturbation and the mechanism of lipid-mediated transfer of DNA into cells // Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2000. V. 1467. P. 281-292. https://doi.org/10.1016/S0005-2736(00)00226-1

12. Adami R.C., Seth S., Harvie P, Johns R., Fam R. An amino acid-based amphoteric liposomal delivery system for systemic administration of siRNA // Mol. Ther. 2011. V. 19. P. 1141-1151. https://doi.org/10.1038/mt.2011.56

13. Hafez I. M., Maurer N., Cullis P R. On the mechanism whereby cationic lipids promote intracellular delivery of polynucleic acids // Gene Ther. 2001. V. 8. P. 1188-1196. https://doi.org/10.1038/sj.gt.3301506

14. Semple S. C., Klimuk S. K., Harasym, T. O. Efficient encapsulation of antisense oligonucleotides in lipid vesicles using ionizable aminolipids: formation of novel small multilamellar vesicle structures // Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 2001. V 1510. P. 152-166. https://doi.org/10.1016/S0005-2736(00)00343-6

15. Heyes J., Palmer L., Bremner K., MacLachlan I. Cationic lipid saturation influences intracellular delivery of encapsulated nucleic acids // J. Contr. Release. 2005. V. 107. P. 276-287. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2005.06.014

16. Ramaswamy S., Tonnu N., Tachikawa K., Limphong P, Vega J. B. Systemic delivery of factor IX messenger RNA for protein replacement therapy // Proc. Natl. Acad. Sci. U . S. A. 2017. V. 114. P 1941-1950. https://doi.org/10.1073/pnas.1619653114

17. Yanagi T., Tachikawa K., Wilkie-Grantham R., Hishiki A. Lipid nanoparticle-mediated siRNA transfer against PCTAIRE1/PCTK1/ CDK16 inhibits in vivo cancer growth // Mol. Ther. -Nucl. Acids. 2016. V 5. P e327. https://doi.org/10.1038/mtna.2016.40

18. Шуина Е.Д., Щелик И.С., Себякин Ю.Л. Cинтез и свойства неогликолипидов на основе 2-амино-2-гидрокси-метилпропан-1,3-диола // Тонкие химические технологии. 2017. Т. 12. № 4. С. 65-74. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-4-65-74

19. Sarychev G.A., Mironova M.S., Budanova U.A., Sebyakin Yu.L. Design, synthesis and morphology of the organosiloxane hybrid particles based on L-aspartic acid derivatives // Mend. Comm. 2017. V. 27. P. 155-156. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2017.03.016

20. Krapcho A.P., Kuell C.S. Mono-protected diamines. N-tert-Butoxycarbonyl-a,ro-alkanediamines from α,ω-alkanediamines // Synth. Commun. 1990. V. 20. P. 2559-2564. https://doi.org/10.1080/00397919008053205