Симметричные и асимметричные димерные катионные амфифилы на основе липопептидов нерегулярного строения в качестве потенциальных компонентов катионных липосом

Цели. В настоящее время для лечения заболеваний, имеющих генетическое происхождение, разрабатываются методы генной терапии, основанные на доставке в клетки организма терапевтических нуклеиновых кислот. Среди современных систем доставки лекарственных средств особое место занимают невирусные средства, основанные на использовании разнообразных липидов для получения липосом и мицелл. Целью данной работы является синтез и изучение свойств димерных катионных амфифилов нерегулярного строения с симметричным и ассиметричным гидрофобным блоком для определения влияния структуры на физико-химические свойства, что позволит оценить перспективы их применения в качестве трансфекционных агентов.

Методы. Формирование гидрофобных и гидрофильных блоков предполагает проведение реакций производных L-цистина и диэфиров L-глутаминовой кислоты и диэтаноламина с помощью конденсирующих агентов: N,N-дициклогексилкарбодиимида (DCC) + 4-диметиламинопиридина (DMAP) или гексафторфосфат бензотриазолтетраметилурония (HBTU) + диизопропилэтиламина (DIPEA). Для выделения продуктов реакции из реакционной смеси применялась колоночная хроматография и/или препаративная тонкослойная хроматография на силикагеле. Структура полученных соединений подтверждена данными спектроскопии ядерного магнитного резонанса 1Н и масс-спектрометрии. Синтезированные липопептиды в водной среде образовывали липосомальные дисперсии, размер частиц которых определяли методом фотонно-корреляционной спектроскопии.

Результаты. Разработаны схемы получения новых димерных катионных амфифилов на основе производных L-цистина. Гидрофобные блоки полученных соединений включают диэфиры диэтаноламина и L-глутаминовой кислоты (С10, С14 и С16). Целевые липопептиды были использованы для получения липосомальных дисперсных систем в смеси с природными липидами. Для всех дисперсий определен гидродинамический размер сформированных частиц, который находится в интервале от 50 до 200 нм.

Выводы. Изучены физико-химические свойства водных дисперсий на основе синтезированных соединений. Димерные амфифилы в смеси с фосфатидилхолином и холестерином образуют липосомальные частицы. Показано влияние структуры амфифилов на размер получаемых агрегатов. Установлено, что наиболее значимым параметром, влияющим на размер частиц, является число остатков L-орнитина (0, 1, 2) в составе целевых продуктов. 

1. Yadav M.R., Kumar M., Murumkar P.R. Further studies on cationic gemini amphiphiles as carriers for gene delivery-the effect of linkers in the structure and other factors affecting the transfection efficacy of these amphiphiles. ACS Omega. 2021;6(49): 33370–33388. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c03667

2. Schambach A., Buchholz C.J., Torres-Ruiz R., Cichutek K., Morgan M., Trapani I., Büning H. A new age of precision gene therapy. The Lancet. 2024;403(10426):568–582. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(23)01952-9

3. Пашков Е.А., Коротышева М.О., Пак А.В., Файзулоев Е.Б., Сидоров А.В., Поддубиков А.В., Быстрицкая Е.П., Дронина Ю.Е., Солнцева В.К., Зайцева Т.А., Пашков Е.П., Быков А.С., Свитич О.А., Зверев В.В. Исследование противогриппозной активности комплексов миРНК против клеточных генов FLT4, Nup98 и Nup205 на модели in vitro. Тонкие химические технологии. 2022;17(2):140–151. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-2-140-151

4. Sharma D., Arora S., Singh J., Layek B. A review of the tortuous path of nonviral gene delivery and recent progress. Int. J. Biol. Macromol. 2021;183:2055–2073. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.05.192

5. John R., Monpara J., Swaminathan S., Kalhapure R. Chemistry and Art of Developing Lipid Nanoparticles for Biologics Delivery: Focus on Development and Scale-Up. Pharmaceutics. 2024;16(1):131. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics16010131

6. Muñoz-Úbeda M., Misra S.K., Barrán-Berdón A.L., Datta S., Aicart-RamosC., Castro-HartmannP., Kondaiah P., JunqueraE., Bhattacharya S., AicartE. How does the spacer length of cationic gemini lipids influence the lipoplex formation with plasmid DNA? Physicochemical and biochemical characterizations and their relevance in gene therapy. Biomacromolecules. 2012;13(12):3926–3937. https://doi.org/10.1021/bm301066w

7. Yang H.W., Yi J.W., Bang E.K., Jeon E.M., Kim B.H. Cationic nucleolipids as efficient siRNA carriers. Org. Biomol. Chem. 2011;9(1):291–296. https://doi.org/10.1039/C0OB00580K

8. Chang D.C., Zhang Y.M., Zhang J., Liu Y.H., Yu X.Q. Cationic gemini lipids with cyclen headgroups: interaction with DNA and gene delivery abilities. RSC Adv. 2014;4(83): 44261–44268. https://doi.org/10.1039/C4RA05974C

9. KoloskovaO.O., NikonovaA.A., BudanovaU.A., Shilovskiy I.P., Kofiadi I.A., Ivanov A.V., Smirnova O.A., Zverev V.V., Sebaykin Y.L., Andreev S.M., Khaitov M.R. Synthesis and evaluation of novel lipopeptide as a vehicle for efficient gene delivery and gene silencing. Eur. J. Pharm. Biopharm. 2016;102:159–167. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2016.03.014

10. Kedika B., Patri S.V. Synthesis and Gene Transfer Activities of Novel Serum Compatible Reducible Tocopherol-Based Cationic Lipids. Mol. Pharm. 2012;9(5):1146–1162. https://doi.org/10.1021/mp200435y

11. Li D., Zhang R., Liu G., Kang Y., Wu J. Redox-Responsive SelfAssembled Nanoparticles for Cancer Therapy. Adv. Healthc. Mater. 2020;9(20):2000605. https://doi.org/10.1002/adhm.202000605

12. Короткин М.Д., Филатова С.М., Дениева З.Г., Буданова У.А., Себякин Ю.Л. Синтез производных аминокислот на основе диэтаноламина с симметричными и асимметричными радикалами в гидрофобном домене с потенциальной антимикробной активностью. Тонкие химические технологии. 2022;17(1):50–64. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-1-50-64

13. Дениева З.Г., Буданова У.А., Себякин Ю.Л. Синтез катионных и ионизируемых амфифилов на основе геминального аминодиола как потенциальных транспортных систем миРНК. Тонкие химические технологии. 2019;14(3):42–49. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2019-14-3-42-49

14. Бухарин Г.А., Буданова У.А., Дениева З.Г., Дубровин Е.В., Себякин Ю.Л. Катионные и ионизируемые амфифилы на основе дигексадецилового эфира L глутаминовой кислоты для липосомального транспорта РНК. Биологические мембраны. 2024;41(4):309–321. https://doi.org/10.31857/S0233475524040035

15. Maritim S., Boulas P., Lin Y. Comprehensive analysis of liposome formulation parameters and their influence on encapsulation, stability and drug release in glibenclamide liposomes. Int. J. Pharm. 2021;592:120051. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.120051

16. Liu Y., Castro Bravo K.M., Liu J. Targeted liposomal drug delivery: a nanoscience and biophysical perspective. Nanoscale Horiz. 2021;6(2):78–94. https://doi.org/10.1039/D0NH00605J