Квантово-химическое моделирование доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний

С целью терапевтического уничтожения злокачественных новообразований обычно применяют хирургическое вмешательство, химиоили лучевую терапию, а в изотопной медицине вводят в опухоль соответствующие короткоживущие радионуклиды (⁵⁹Fe, ⁹⁰Y, ⁹⁵Zr, ^99mTc, ¹⁰⁶Ru, ^114*In, ¹⁴⁷Eu, ¹⁴⁸Eu, ¹⁵⁵Eu, ¹⁷⁰Tm, ^177mLu, ¹⁸⁸Re, ²¹⁰Po, ²²²Rn, ²³⁰U, ²³⁷Pu, ²⁴⁰Cm, ²⁴¹Cm, ²⁵³Es). Бинарная (или нейтронозахватная) терапия – технология, разработанная для избирательного воздействия на злокачественные новообразования и использующая тропные к опухолям препараты, содержащие нерадиоактивные нуклиды (¹⁰B, ¹¹³Cd, ¹⁵⁷Gd и др.). Триадная терапия – последовательное введение в организм комбинации из двух и более по отдельности неактивных и безвредных компонентов тропных к опухолевым тканям и способных в них селективно накапливаться или вступать друг с другом в химическое взаимодействие и уничтожать опухолевые клетки под действием определенных сенсибилизирующих внешних воздействий. Цель работы – квантово-химическое моделирование электронной структуры и анализ термодинамической устойчивости новых доксорубицин-фуллереноловых агентов терапии злокачественных новообразований. Необходимость предварительных исследований по моделированию такого рода объектов обусловлена чрезвычайно высокой трудоемкостью, стоимостью и сложностью их практического получения.

1. Mayles, P. Handbook of Radiation Therapy Physics: Theory and Practice / P. Mayles, A. Nahum, J. C. Rosenwald. − Taylon & Francis, 2007. − 1450 p. https://doi.org/10.1201/9780429201493

2. Hosmane, N. S. Boron and Gadolinium Neutron Capture Therapy for Cancer Treatment / N. S. Hosmane, J. A. Maquire, Y. Zhu. – World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2012. − 300 p. https://doi.org/10.1142/8056

3. Vorst, A. V. RF/ Microwave interaction with biological tissues / A. V. Vorst, A. Rosen, Y. Kotsuka. – IEEE Press, Wiley Interscience, A John Wiley &Sons., Inc., Publ., 2006. – 346 p. https://doi.org/10.1002/0471752053

4. Квантово-химическое моделирование метотрексат-фуллереноловых радионуклидных агентов терапии онкологических заболеваний / Е. А. Дикусар [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хiм. навук. – 2019. – Т. 55, № 2. – С. 163–170. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2019-55-2-163-170

5. Квантово-химическое моделирование кортизон-фуллереноловых агентов терапии онкологических заболеваний / Е. А. Дикусар [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. хiм. навук. – 2021. – Т. 57, № 4. – С. 400–407. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2021-57-4-400-407

6. Перспективы создания радоносодержащих агентов радионуклидной терапии / Е. А. Дикусар [и др.] // Вестн. фармации. – 2021. – № 3 (93). – С. 64–72.

7. Противоопухолевая активность производных фуллерена и возможности их использования для адресной доставки лекарств / М. А. Орлова [и др.] // Онкогематология. – 2013. − № 2. – С. 83−92. https://doi.org/10.17650/1818-8346-2013-8-2-83-92

8. Тетракозагидроксибакминстерфуллеренол – реагент будущего / Е. А. Дикусар [и др.] // Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии: тез. докл. ХХХI Международ. науч.-техн. конф.: Реактив – 2018, 2–4 окт. 2018 г., Минск, Беларусь. – Минск: Беларуская навука, 2018. – С. 22.

9. General Atomic and Molecular Electronic-Structure System / M. W. Shmidt [et al.] // J. Comput. Chem. − 1993. − Vol. 14. − N 7. − P. 1347–1363.

10. Gaussian Basis Sets for Molecular Calculations / S. Huzinaga [et al.]. − Amsterdam: Elsevier, 1984. https://doi.org/10.1016/c2009-0-07152-9

11. Acramone, F. Doxorubicin: Anticancer Antibiotics / F. Acramone // Medicinal chemistry, a series of monographs. – Academic Press, Elsiver, 1981. – Vol. 17. – 369 p. https://doi.org/10.1016/c2012-0-01427-5

12. Аверин, П. С. Полиэлектролитные микрои наночастицы с доксорубицином / П. С. Аверин, А. В. Лопес де Гереню, Н. Г. Балабушевич // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. – 2016. – Т. 57, № 2. – С. 120–126.

13. Theranostic pH-sensitive nanoparticles for highly efficient targeted delivery of doxorubicin for breast tumor treatment / C. Pan [et al.] // International Journal of Nanomedicine. – 2018. – Vol. 13. – P. 1119–1137. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.598155

14. Synthesis, Characterization, Cellular Uptake, and in vitrio Anticancer Activity of Fullerenol-Doxorubicin Conjugates / B. Xu [et al.] // Frontieres in Pharmacology. – 2021. – Vol. 11. – N 598155 (10 p.). https://doi.org/10.3389/fphar.2020.598155

15. Increased quality of life among hepatocellular carcinoma patients treated with radioembolization, compared with chemoembolization / S. R. Gilbertsen [et al.] // Clin. Gastroentrol. Hepatol. – 2013. – Vol. 11, N 10. – P. 1358–1365. https://doi.org/10.1016/j.cgh.2013.04.028

16. Adelstein, S. J. Isotopes for Medicine and the Life Sciences / S. J. Adelstein, F. J. Manning. − Washington, DC: The National Academies Press., 1995. – 144 p. https://doi.org/10.17226/4818

17. Bergmann, H. Radioactive Isotopes in Clinical Medicine and Research / H. Bergmann, H. Sinzinger – Basel: Rirkhäuser Verlag, 1995. – 300 p. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-7340-6

18. Thayer, J. S. Relativistic Effects and the Chemistry of the Heavier Main Group Elements / J. S. Thayer // Relativistic Methods of Chemists (Challenges and Advances in Computational Chemistry and Physics) / ed.: Barysz M., Ishikawa Ya.N.-Y.: Springer, 2010. – Ch. 2. – P. 63–97. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-9975-5_2

19. Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) / J. R. de Laeter [at al.] // Pure and Appl. Chem. – 2003. – Vol. 75, N 6. – P. 683–800. https://doi.org/10.1351/pac200375060683

20. Оценка возможности использования эндоэдрических радон-222-содержащих производных бакминстерфуллеренов С60 и С80 в качестве нанороботов – истребителей опухолевых новообразований / Е. А. Дикусар [и др.] // Мед. новости. – 2013. – № 3 (222). – С. 11–12.

21. Quantum chemical designing of endohedral containing Po210 derivatives of buckminsterfullerene C60 – C80 for development of radionuclide nanosized agents for cancer therapy / E. A. Dikusar [et al.] // Nonlinear Dynamics and Applications: Proceedings of the 21-th Annual Seminar (NPCS’2014) ; Ed. by L. F. Babichev, V. I. Kuvshinov, V. V. Shaparau. – Minsk, May 20–23, 2014. – Vol. 20. – P. 50–55.

22. Банару, А. М. Кристаллоструктурные закономерности строения кристаллогидратов с бесконечными мотивами Н2О…ОН2 / А. М. Банару, Д. А. Банару. – Красноярск: НИЦ, 2021. – 196 с. https://doi.org/10.12731/978-5-907208-48-3

23. Seydel, J. K. Drug-Membrane Interactions: Analysis, Drug Distribution, Modeling / J. K. Seydel, M. Wiese. – Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA, 2002. – 362 p. https://doi.org/10.1002/3527600639

24. Аномальная диффузия радионуклидов в сильно неоднородных геологических формациях / В. М. Головизнин [и др.]; под ред. Л. А. Большова; Ин-т проблем безопасного развития атомной энергетики РАН. – М.: Наука, 2010. – 342 с.

25. The Structure of Biological Membrans / ed.: P. L. Yeagle. – The 3rd ed. – CRC Press Book: Tailor and Frances Gr., 2011. – 398 p. https://doi.org/10.1201/b11018

26. Transport Across Single Biological Membranes / ed.: D. C. Tosteson // Membrane Transport in Biology / ed.: G. Giebisch, D. C. Tosteson, H. H. Ussing. – Berlin; Heidelberg; N.-Y.: Springer-Verlag, 1979. – Vol. 2. – 444 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-46375-4

27. Sandler, S. I. Chemical, biochemical, and engineering thermodynamics / S. I. Sandler. − John Wiley & Sons, 2017. − 1040 p.

28. Nonequilibrium thermodynamics: Transport and rate processes in physical, chemical and biological systems / Y. Demerel. − 3rd ed. – Amsterdam, Oxford: Elsevier Science, 2014. − 792 p. https://doi.org/10.1016/C2012-0-00459-0

29. Mullin, J. W. Crystallization / J. W. Mullin – 4 th ed. – Oxford: Butterworth Heinemann, 2001. – 356 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-4833-2.X5000-1

30. Мостапенко, В. М. Эффект Казимира и его приложения / В. М. Мостапенко, Н. Я. Турнов – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 216 с.

31. Putz, M. V. DFT chemical reactivity driven by biological activity: applications for the toxicological fate of chlorinated PAHs // Applications of Density Functional Theory to Biological and Bioinorganic Chemistry. – Ed. M. V. Putz, M. P. Mingos / M. V. Putz, A. M. Putz. – Berlin: Springer Link, 2013. – P. 181–231. https://doi.org/10.1007/978-3-642-32750-6_6

32. Heavy Element Research at Dubna / Yu. Ts. Oganessian [et al.] // Nucl. Phys. A. – 2004. – Vol. 734. – N 1–4. – P. 109–123. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2004.01.020

33. Sundqvist, B. Fullerens under high pressure / B. Sundqvist // Fullerens: chemistry, physics, and technology / ed. K. M. Kadish, R. S. Ruoff. – N.-Y.: Wiley-Interscience, 2000. – 984 p.