Закономерности комплексообразования индотрикарбоцианиновых красителей с белками сыворотки крови человека

  • Дмитрий Сергеевич Тарасов Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Михаил Петрович Самцов Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь
  • Никита Николаевич Красноперов Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Изучено взаимодействие индотрикарбоцианиновых красителей и белков сыворотки крови человека. Определены спектрально-люминесцентные свойства красителей в бутаноле, натрий-калиевом фосфатном буфере Дюльбекко (0,14 моль/л) с pH 7,4 и растворах сыворотки крови человека. Показано, что спектральные свойства красителей в бутаноле значительно отличаются от спектральных свойств красителей в двух других растворах. Отмечено, что бутанол эффективно экстрагирует молекулы исследованных красителей, которые не образуют ковалентно связанные комплексы с компонентами сыворотки крови. Путем анализа продуктов экстракции определена доля ковалентно связанных комплексов красителей с белковыми молекулами. Установлено, что индотрикарбоцианиновые красители с хлорзамещенным ортофениленовым мостиком в цепи сопряжения переходят в бутанол частично и степень экстракции зависит от соотношения концентраций красителя и белков. Так, при концентрации 10 мкмоль/л в 5 % сыворотке крови человека степень экстракции данных красителей составляет ~50 – 60 %. Соответственно, доля молекул красителей в прочных ковалентно связанных комплексах с компонентами сыворотки крови равняется ~40 –50 %. Однако краситель со свободной полиметиновой цепью экстрагируется практически полностью (степень экстракции 91,4 %). Индотрикарбоцианиновые красители можно эффективно использовать в качестве фотосенсибилизаторов при проведении фотодинамической терапии.

Биографии авторов

Дмитрий Сергеевич Тарасов, Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь; Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; старший научный сотрудник лаборатории спектроскопии Института прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, доцент кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета Белорусского государственного университета.

Михаил Петрович Самцов, Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, доцент; заведующий лабораторией спектроскопии

Никита Николаевич Красноперов, Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко БГУ, ул. Курчатова, 7, 220045, г. Минск, Беларусь

техник лаборатории спектроскопии

Литература

  1. Gunaydin G, Gedik ME, Ayan S. Photodynamic therapy for the treatment and diagnosis of cancer – a review of the current clinical status. Frontiers in Chemistry. 2021;9:686303. DOI: 10.3389/fchem.2021.686303.
  2. Agostinis P, Berg K, Cengel KA, Foster TH, Girotti AW, Gollnick SO, et al. Photodynamic therapy of cancer: an update. CA: a Cancer Journal for Clinicians. 2011;61(4):250–281. DOI: 10.3322/caac.20114.
  3. Chilakamarthi U, Giribabu L. Photodynamic therapy: past, present and future. The Chemical Record. 2017;17(8):775–802. DOI: 10.1002/tcr.201600121.
  4. Kudinova NV, Berezov TT. Photodynamic therapy of cancer: search for ideal photosensitiser. Biochemistry (Moscow) Supplement Series B: Biomedical Chemistry. 2010;4(1):95–103. DOI: 10.1134/S1990750810010129.
  5. Dereje DM, Pontremoli C, Moran Plata MJ, Visentin S, Barbero N. Polymethine dyes for PDT: recent advances and perspectives to drive future applications. Photochemical & Photobiological Sciences. 2022;21(3):397–419. DOI: 10.1007/s43630-022-00175-6.
  6. Lugovski AА, Samtsov MP, Kaplevsky KN, Tarasau DS, Voropay ES, Petrov PT, et al. Novel indotricarbocyanine dyes covalently bonded to polyethylene glycol for theranostics. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2016;316(3):31–36. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2015.10.008.
  7. Zhu C, Xia Y. Biomimetics: reconstitution of low-density lipoprotein for targeted drug delivery and related theranostic applications. Chemical Society Reviews. 2017;46(24):7668–7682. DOI: 10.1039/C7CS00492C.
  8. Bhushan B, Khanadeev V, Khlebtsov B, Khlebtsov N, Gopinath P. Impact of albumin based approaches in nanomedicine: imaging, targeting and drug delivery. Advances in Colloid and Interface Science. 2017;246:13–39. DOI: 10.1016/j.cis.2017.06.012.
  9. Belko NV, Khludeev II, Zorin VP, Samtsov MP. Influence of complex formation with blood plasma proteins on the spectral characteristics of tricarbocyanine dyes. Vesci BDPU. Seryja 3. Fizika. Matjematyka. Infarmatyka. Bijalogija. Geagrafija. 2018;1:14–20. Russian.
  10. Samtsov MP, Tarasov DS, Maliushkova EV, Khludeyev II, Lugovski AP, Semak IV. Analysis of the properties of polymethine dyes complexes with blood serum proteins by gel electrophoresis. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry. 2021;6(3): 499–504. Russian.
  11. Gordon AJ, Ford RA. The chemist’s companion: a handbook of practical data, techniques and references. New York: Wiley; 1973. 560 p.
  12. Poole CF, editor. Liquid-phase extraction. 1st edition. Amsterdam: Elsevier; 2019. 816 p. (Handbooks in separation science).
  13. Simpson NJK, editor. Solid-phase extraction: principles, techniques and applications. 1st edition. Boca Raton: CRC Press; 2000. 528 p. DOI: 10.1201/9780367802653.
  14. Belko NV, Samtsov MP, Lugovski AP. Controlling H* - and J-aggregation of an indotricarbocyanine dye in aqueous solutions of inorganic salts. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2020;2:19–27. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2020-2-19-27.
  15. Tarasov DS, Kaplevsky KN, Samtsov MP, Voropay ES. Analysis of spectral properties of multicomponent solutions of new indotricarbocyanine dye. Vestnik BGU. Seriya 1. Fizika. Matematika. Informatika. 2015;2:8–12. Russian.
  16. Samtsov MP, Tikhomirov SA, Lyashenka LS, Tarasau DS, Buganov OV, Galievsky VA, et al. Photophysical and photochemical properties of HITC indotricarbocyanine dye molecules in solutions. Journal of Applied Spectroscopy. 2013;80(2):170–175. DOI: 10.1007/s10812-013-9741-4.
  17. Chibisov AK, Zakharova GV, Görner H. Photoprocesses in dimers of thiacarbocyanines. Physical Chemistry Chemical Physics. 1999;1:1455–1460. DOI: 10.1039/A809354G.
  18. Samtsov MP, Tarasau DS, Stasheuski AS, Kaplevsky KN, Voropay ES. Concentration increase of the singlet-oxygen generation quantum yield by an indotricarbocyanine dye. Journal of Applied Spectroscopy. 2014;81(2):214–221. DOI: 10.1007/s10812-014-9912-y.
  19. Tatikolov AS, Costa SMB. Complexation of polymethine dyes with human serum albumin: a spectroscopic study. Biophysical Chemistry. 2004;107(1):33–49. DOI: 10.1016/S0301-4622(03)00218-7.
  20. Soper SA, Mattingly QL. Steady-state and picosecond laser fluorescence studies of nonradiative pathways in tricarbocyanine dyes: implications to the design of near-IR fluorochromes with high fluorescence efficiencies. Journal of the American Chemical Society. 1994;116(9):3744–3752. DOI: 10.1021/ja00088a010.
  21. Berezin MY, Lee H, Akers W, Achilefu S. Near infrared dyes as lifetime solvatochromic probes for micropolarity measurements of biological systems. Biophysical Journal. 2007;93(8):2892–2899. DOI: 10.1529/biophysj.107.111609.
  22. Parray ZA, Hassan MI, Ahmad F, Islam A. Amphiphilic nature of polyethylene glycols and their role in medical research. Polymer Testing. 2020;82:106316. DOI: 10.1016/j.polymertesting.2019.106316.
  23. Farruggia B, Nerli B, Di Nuci H, Rigatusso R, Picó G. Thermal features of the bovine serum albumin unfolding by polyethylene glycols. International Journal of Biological Macromolecules. 1999;26(1):23–33. DOI: 10.1016/S0141-8130(99)00061-6.
  24. Arakawa T, Timasheff SN. Mechanism of poly(ethylene glycol) interaction with proteins. Biochemistry. 1985;24(24):6756–6762. DOI: 10.1021/bi00345a005.
  25. Bhat R, Timasheff SN. Steric exclusion is the principal source of the preferential hydration of proteins in the presence of polyethylene glycols. Protein Science. 1992;1(9):1133–1143. DOI: 10.1002/pro.5560010907.
  26. Atha DH, Ingham KC. Mechanism of precipitation of proteins by polyethylene glycols. Analysis in terms of excluded volume. Journal of Biological Chemistry. 1981;256(23):12108–12117. DOI: 10.1016/S0021-9258(18)43240-1.
  27. Farruggia B, Nerli B, Picó G. Study of the serum albumin-polyethyleneglycol interaction to predict the protein partitioning in aqueous two-phase systems. Journal of Chromatography B. Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 2003;798(1):25–33. DOI: 10.1016/j.jchromb.2003.08.044.
Опубликован
2022-06-20
Ключевые слова: индотрикарбоцианиновые красители, комплексообразование, флуоресцентная спектроскопия, белки сыворотки крови, экстракция, фотосенсибилизаторы, фотодинамическая терапия
Как цитировать
Тарасов, Д. С., Самцов, М. П., & Красноперов, Н. Н. (2022). Закономерности комплексообразования индотрикарбоцианиновых красителей с белками сыворотки крови человека. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 4-11. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-2-4-11