Исследование механизма антиоксидантной активности деферипрона в окислительно-восстановительных процессах с участием ионов железа и меди.

 

Тимошников Виктор Александрович, аспирант 4-го курса ФФ НГУ

Лаборатория Магнитных явлений, Науч. рук.: д. хим. н. Поляков Николай Эдуардович

1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность

Деферипрон или L1 (рис. 1) является эффективным хелатором ионов металлов. Данный препарат используется для лечения заболеваний связанных с избытком железа в организме, таких как талассемия.

Рис. 1. Структура молекулы  деферипрона.

Рис. 1. Структура молекулы деферипрона.

Хотя сам деферипрон поглощает в УФ диапазоне, у хелатного комплекса [L13Fe3+] появляется полоса поглощения в области 500-800 нм. В этой области спектра свет может проникать через кожу и достигать капилляров. Кроме того, известно, что железо в воде способно образовывать аквакомплексы, которые фотохимически нестабильны и под действием света разлагаются с образованием гидроксильных радикалов. Поэтому изучение фотохимической стабильности комплексов L1 с металлами особенно важно, так как заболевания, связанные с избытком железа, такие как талассемия, в основном распространены в странах Средиземноморья, Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии, где уровень облучения солнечным светом чрезвычайно высок.

Также известно, что в водных растворах ионы железа и меди могут индуцировать образование высокотоксичных гидроксильных радикалов через реакцию Фентона. Хотя в литературе показано, что деферипрон обладает антиоксидантными свойствами, однако данные о механизме антиоксидантной активности деферипрона на молекулярном уровне отсутствуют.

Также представляет интерес влияние деферипрона на перекисное окисление липидов. В 2014 году выдели еще один механизм клеточной гибели – ферроптоз. Данный механизм основывается как раз на перекисном окислении липидного бислоя клетки за счет редокс реакций с участием ионов железа. Поэтому исследование влияния различных веществ, в том числе хелаторов, на перекисное окисление липидов сейчас достаточно важная и актуальная тема.

2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение

Таким образом, были поставлены следующие задачи:

  • Исследование механизма ингибирования образования активных кислородных радикалов в фотоиндуцированных процессах с участием комплексов Fe(III) с L1 в УФ и видимом диапазоне.
  • Исследование поведения L1 в реакциях Фентона и Габера-Вейса с участием ионов железа и меди
  • Исследование влияния L1 на перекисное окисление липидов с участием ионов железа и меди.

3. Используемый подход, его новизна и оригинальность

Для решения поставленных задач был применен комплексный подход с использованием методов ЯМР, оптической спектроскопии и метода ЭПР со спиновыми ловушками. Данный подход позволяет исследовать окислительно-восстановительные процессы с участием короткоживущих кислородных радикалов. Образование подобных частиц трудно задетектировать и идентифицировать в виду очень малого времени жизни (порядка 10-9с) другими методами. К исследованию антиоксидантных свойств деферипрона этот подход был применен впервые.

4. Полученные результаты, их уровень и значимость

Показано, что хелатные комплексы деферипрона с ионами железа фотохимически стабильны при облучении видимым светом с длиной волны более 400 нм. Полученные результаты имеют важное значение при оценке возможных побочных эффектов применения этого препарата, особенно в странах с повышенной солнечной активностью.

Установлено, что фотооблучение аква-комплексов Fe3+ в водных растворах в присутствии спиновых ловушек приводит к появлению сигнала ЭПР спинового аддукта OH радикала. Присутствие L1 полностью ингибирует образование OH радикалов в этой реакции. Образования других активных кислородных радикалов также не было зафиксировано в реакции облучения L1 или его комплексов с ионами железа. Кроме того, взаимодействие L1 c ионами железа и меди полностью ингибирует образование гидроксильных радикалов как в реакции Фентона.

Показано, что L1 ингибирует реакции перекисного окисления линолевой кислоты в мицеллярной форме индуцированные ионами железа и меди в присутствие перекиси водорода. При добавлении хелаторов в раствор скорость окисления липида падает более чем в 1000 раз.

5. Вклад молодого ученого в выставляемые на конкурс работы

Соискателем выполнено более 50% экспериментальной работы. Им была собрана фотохимическая приставка к ЭПР спектрометру, а также исследовано воздействие деферипрона на генерацию активных кислородных радикалов в световых и темновых реакциях методами спектрофотометрии и ЭПР со спиновыми ловушками. Данная работа коррелирует с темой кандидатской диссертации. Материалы исследований были представлены на 10 российских и международных конференциях.

6. Список статей, опубликованных в рецензируемых журналах, индексируемых ISI

1. V. A. Timoshnikov, T. V. Kobzeva, N. E. Polyakov, G. J. Kontoghiorghes, Inhibition of Fe2+- and Fe3+- induced hydroxyl radical production by the iron-chelating drug deferiprone. Free Radical Biology and Medicine, 78 (2015) 118–122, IF = 5.65.

2. V.A. Timoshnikov, T.V. Kobzeva, O.Y. Selyutina, N.E. Polyakov, G.J. Kontoghiorghes. Effective inhibition of copper‑catalyzed production of hydroxyl radicals by deferiprone, J. Biol. Inorg. Chem, 24, 331-341 (2019), IF = 3.63