Biomedical Chemistry - Research and Methods (E-Journal)
Not a member yet
181 research outputs found
Sort by
Фторсодержащие α-аминоалкилфосфорильные соединения. Синтез, химические свойства и биологическая активность
No full textThe review reports data on the synthesis of fluorine-containing α-aminophosphonates based on available organophosphorus and fluoroorganic compounds, some of their chemical properties and biological activity.Обобщены собственные данные о синтезе фторсодержащих α-аминофосфонатов на основе доступных фосфорорганических и фторорганических соединений, некоторые их химические свойства и биологическая активность
Краун-содержащие фталоцианины – потенциальные сенсибилизаторы для фотодинамической терапии. Синтез, свойства и роль нековалентных взаимодействий
Get PDFPhthalocyanines (Pc) and their supramolecular aggregates are widely used in molecular electronics, chemical sensors, and catalysis, as well as in biology and medicine, including photodynamic therapy (PDT). One of the possibilities of preventing Pc aggregation in an aqueous medium is using surfactants: with their molecules are self-organized various supramolecular complexes. This results in formation of the required microheterogeneous Pc environment compatible with the biological medium. The monomolecular state of Pc in an aqueous medium is especially important for their use as sensitizers in fluorescence diagnostics and PDT. We have summarized here the results of investigations of distinctive features of the supramolecular aggregation of octa-[(4′-benzo-15-crown-5)oxy]phthalocyaninates (Mcr8Pc) and tetra-[(4′-benzo-15-crown-5)oxy]phthalocyaninates (Mcr4Pc) in electrolytic solutions and solutions of synthetic cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), sodium dodecyl sulfate (SDS), sodium dodecylbenzenesulfonate (SDBS). Biocompatible surfactants such as carboxymethylcellulose sodium salt (Na-CMC) and sodium deoxycholate (SDC) were also studied. Using the electron absorption spectra it has been shown that formation of Mсr8Pc monomers in micellar solutions of SDC is affected by both increased surfactant concentration and by changes in the ionic strength of solution after sodium chloride is added. The effect of the chemical structure of the biocompatible anionic surfactant on monomerization of crown_containing phthalocyanines has been identified; this fact opens new possibilities for using this family of compounds for fluorescent diagnosis and PDT.Благодаря комплексообразующим, электрофизическим, оптическим и другим свойствам, фталоцианины (Pc) и их супрамолекулярные агрегаты находят применение в молекулярной электронике, химических сенсорах, катализе, а также в биологии и медицине, в том числе, для фотодинамической терапии (ФДТ). Одной из возможностей предотвращения агрегации Pc в водной среде является использование поверхностно-активных веществ, молекулы которых самоорганизуются в различные надмолекулярные комплексы, и, как результат, возникает необходимое микрогетерогенное окружение для Pc, совместимое с биологической средой. Мономолекулярное состояние Pc в водной среде особенно важно для их использования в качестве сенсибилизаторов при флуоресцентной диагностике и ФДТ. В рамках поиска эффективных сенсибилизаторов в настоящей работе приведены обобщённые результаты исследований окта- и тетра-(бензо-15-краун-5)фталоцианинов в водных растворах электролитов как в присутствии синтетических (гексадецилтриметиламмоний бромид (СТАВ), додецилсульфат натрия (SDS), додецилбензолсульфонат натрия (SDBS), так и природных ПАВ (натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-CMC) и дезоксихолат натрия (SDC). Обсуждаются особенности формирования супрамолекулярных структур на основе Pc и ПАВ, возможности предотвращения агрегации Pc в водных средах и, соответственно, перспективы применения краун-фталоцианинов в ФДТ. Значительное внимание уделено изучению синергизма нековалентных взаимодействий, таких как комплексообразование ионов Na+ с фрагментами бензо-15-краун-5 (гость-хозяин), электростатическим и гидрофобным взаимодействиям, обеспечивающих высокую селективность формирования мицелло-связанного мономера Pc в случае ряда анионных ПАВ, что позволяет рассматривать краун-содержащие фталоцианины с точки зрения их потенциальной применимости в ФДТ
1,5-бис[2-(диоксифосфорил)-4-этилфенокси]-3-оксапентан и его аналоги как перспективные органические лиганды для связывания катиона меди(II)
Get PDFThe dissociation and complexation ability toward Cu(II) of acidic type phosphoryl-containing podands – tetrabasic 1,5-bis[2-(dioxyphosphoryl)-4-ethylphenoxy]-3-oxapentane (L1), dibasic – 1,5-bis[2-(ethoxyhydroxyphosphoryl)-4-ethylphenoxy]-pentane (L2) and also of their carboxylic analogue dibasic 1,5-bis[2-(oxycarbonylphenoxy)]-3-oxapentane (L3) were investigated by spectrophotometric, conductometric and potentiometric methods in water in the presence 5% of dimethyl formamide. Spectrophotometric and conductometric titration data provided evidence for formation of 1:1 (M:L) complexes. The dissociation constants were determined and species distribution diagrams for studied acids were obtained by potentiometric method. These data are of interest for the design of binary extragents and medicinal drugs based on the studied ligands. The stability constants of Cu(II) 1:1 (M:L) complexes were estimated. Analysis of the titration curves suggests that deprotonation forms of the studied ligands react with Cu2+. Substitution of carboxylic groups in acyclic polyesters by phosphonic results in increased stability of the copper(II) complexesСпектрофотометрическим, кондуктометрическим и потенциометрическим методами в воде в присутствии 5% диметилформамида изучена диссоциация и комплексообразование с катионом Сu(II) фосфорилподандов кислотного типа: четырёхосновного – 1,5-бис[2-(диоксифосфорил)-4-этилфенокси]-3-оксапентана (L1), двухосновного – 1,5-бис[2-(оксиэтоксифосфорил)-4-этилфенокси]-пентана (L2), а также их карбонильного аналога – полиэфирной дикарбоновой кислоты 1,5-бис[2-(оксикарбонилфенокси)]-3-оксапентана (L3). Данные спектрофотометрических и кондуктометрических титрований свидетельствуют об образовании комплексов состава 1 : 1 (M : L). Методом потенциометрического титрования определены значения констант диссоциации и получены диаграммы распределения форм ионизации изученных соединений в зависимости от рН среды, которые представляют несомненный интерес при создании бинарных экстрагентов и медицинских препаратов на основе этих соединений. Определены значения констант устойчивости комплексов с катионом Cu2+ состава 1 : 1 (M : L). Анализ кривых титрования позволяет сделать вывод о том, что в реакцию с Cu2+ вступают депротонированные формы исследуемых лигандов. Замена карбоксильных групп в молекулах ациклических полиэфиров на фосфоновые приводит к заметному увеличению устойчивости образующихся комплексов меди(II) с близкими по строению лигандами L3 и L1
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) как основа клеточного матрикса для создания 3D клеточной культуры
Get PDFThe study is devoted to the development of an artificial material based on the ultrahigh-molecular weight polyethylene (UHMWPE) with a porous or cellular 3D structure as a cellular matrix – a framework for growing cell cultures. The development of such matrix provides support for neuronal cell culture under conditions that mimick those that exist in the living body. Typically, in vitro cellular studies are conducted in a 2D format, which limits intercellular interactions, morphology, differentiation, survival, signaling responses, gene expression and proliferation that are found in vivo. Here, we propose to use UHMWPE as a material of the cellular matrix, the ultra-high molecular weight polyethylene. UHMWP is a bioinert substance, wich allows forming a system of open connected pores needed to provide cellular life conditions with supply of nutrients and oxygen as well as the removal of waste products, the possibility of intercellular communication, etc. As a result, the use of UHMWPE as a cellular matrix will allow to study the processes occurring in cells in the 3D environment.Работа посвящена анализу свойств искусственного материала на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с пористой или ячеистой 3D-структурой, который используется в качестве клеточного матрикса – каркаса для выращивания культуры клеток. Разработка такого каркаса обеспечивает культивирование клеточной культуры в условиях, приближенных к тем, которые существуют в живом организме. Как правило, клеточные исследования in vitro проводят в 2D-формате, который по своей природе ограничивает межклеточные взаимодействия, морфологию, дифференцировку, выживаемость, сигнальные ответы, экспрессию генов и пролиферацию, наблюдаемые in vivo. В качестве материала клеточного матрикса предлагается использовать биоинертный сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), который позволяет сформировать систему открытых связанных пор с целью обеспечения клеточной жизнедеятельности – “подвод” питания и кислорода, удаление продуктов жизнедеятельности, возможность осуществления межклеточных связей и т.д. В результате использование СВМПЭ в качестве клеточного матрикса позволит изучить процессы, протекающие в клетках в условиях 3D-среды
Расчет и анализ фрактальных дескрипторов для белковых аминокислот в различных конформационных состояниях
No full textA series of 20 proteinogenic amino acids was studied. Four types of fractal descriptors for 2 conformational states are calculated: α-helix and 1-strand β-sheet. Based on the analysis of the results obtained, it is established that when the conformational state of the amino acids (α-helix→β-sheet) changes, significant changes in the fractal descriptor Dtot, in the calculation of which all the atoms of the molecule are used, are not observed. However, the more specific descriptors Dval, Dvdw and Dunb, which reflect the aggregate of valence-coupled, van der Waals contact and unbound atoms, respectively, are more sensitive to the conformational transition. The increase Dval, Dvdw and the decrease Dunb values were established for a series of 7 amino acids.Изучен ряд из 20 белковых аминокислот. Рассчитаны 4 типа фрактальных дескрипторов для 2-х конформационных состояний: α-спираль и одноцепочечная альфа-структура. На основе анализа полученных результатов установлено, что при изменении конформационного состояния аминокислот (α-спираль→β-структура) значимых изменений во фрактальном дескрипторе Dtot, при расчёте которого используются все атомы молекулы, не наблюдается. Однако, более специфические дескрипторы Dval, Dvdw и Dunb, которые отражают совокупность валентно связанных, находящихся в ван-дер-ваальсовом контакте и несвязанных атомов соответственно, оказываются более чувствительными к конформационному переходу. Для ряда из 7 аминокислот установлен рост величин Dval, Dvdw и падение величины Dunb
Перспективы использования секвенаторов третьего поколения для количественного профилирования транскриптома
Get PDFTranscriptome profiling is widely employed to analyze transcriptome dynamics when studying various biological processes at the cell and tissue levels. Unlike the second generation sequencers, which sequence relatively short fragments of nucleic acids, the third generation DNA/RNA sequencers developed by biotechnology companies “PacBio” and “Oxford Nanopore Technologies” allow one to sequence transcripts as single molecules and may be considered as potential molecular counters capable to measure the number of copies of each transcript with high throughput, sensitivity, and specificity. In the present review, the features of single molecule sequencing technologies offered by “PacBio” and “Oxford Nanopore Technologies” are considered alongside with their utility for transcriptome analysis, including the analysis of transcript isoforms. The prospects and limitations of the single molecule sequencing technology in application to quantitative transcriptome profiling are also discussed.Транскриптомное профилирование широко используется для анализа динамики транскриптома при исследовании различных биологических процессов на клеточном и тканевом уровне. В отличие от секвенаторов второго поколения, которые секвенируют относительно короткие фрагменты нуклеиновых кислот, ДНК/РНК секвенаторы третьего поколения, разработанные биотехнологическими компаниями “PacBio” и “Oxford Nanopore Technologies”, позволяют секвенировать транскрипты как единичные молекулы и могут рассматриваться как потенциальные молекулярные счётчики, способные измерять количество копий каждого транскрипта с высокой производительностью, чувствительностью и специфичностью. В данном обзоре рассмотрены особенности технологий одномолекулярного секвенирования, предлагаемых компаниями “PacBio” и “Oxford Nanopore Technologies”, и применение технологий одномолекулярного секвенирования для целей транскриптомного анализа, включая анализ изоформ транкриптов. Также обсуждаются перспективы и ограничения их использования для количественного профилирования транскриптома
Компьютерное прогнозирование спектров биологической активности химических соединений: возможности и ограничения
Get PDFoai:www.bmc-rm.org:article/4An essential characteristic of chemical compounds is their biological activity since its presence can become the basis for the use of the substance for therapeutic purposes, or, on the contrary, limit the possibilities of its practical application due to the manifestation of side action and toxic effects. Computer assessment of the biological activity spectra makes it possible to determine the most promising directions for the study of the pharmacological action of particular substances, and to filter out potentially dangerous molecules at the early stages of research. For more than 25 years, we have been developing and improving the computer program PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances), designed to predict the biological activity spectrum of substance based on the structural formula of its molecules. The prediction is carried out by the analysis of structure-activity relationships for the training set, which currently contains information on structures and known biological activities for more than one million molecules. The structure of the organic compound is represented in PASS using Multilevel Neighborhoods of Atoms descriptors; the activity prediction for new compounds is performed by the naive Bayes classifier and the structure-activity relationships determined by the analysis of the training set. We have created and improved both local versions of the PASS program and freely available web resources based on PASS (http://www.way2drug.com). They predict several thousand biological activities (pharmacological effects, molecular mechanisms of action, specific toxicity and adverse effects, interaction with the unwanted targets, metabolism and action on molecular transport), cytotoxicity for tumor and non-tumor cell lines, carcinogenicity, induced changes of gene expression profiles, metabolic sites of the major enzymes of the first and second phases of xenobiotics biotransformation, and belonging to substrates and/or metabolites of metabolic enzymes.
The web resource Way2Drug is used by over 19 000 researchers from more than 100 countries around the world, which allowed them to obtain over 600 000 predictions and publish about 500 papers describing the obtained results. The analysis of the published works shows that in some cases the interpretation of the prediction results presented by the authors of these publications requires an adjustment. In this work, we provide the theoretical basis and consider, on particular examples, the opportunities and limitations of computer-aided prediction of biological activity spectra.Важной характеристикой химических соединений является их биологическая активность, поскольку ее наличие может стать основой для использования вещества в терапевтических целях, либо, напротив, ограничить возможности его практического применения вследствие проявления побочных и токсических эффектов. Компьютерная оценка спектра биологической активности дает возможность определить наиболее перспективные направления для тестирования фармакологического действия конкретных веществ и отсеять потенциально опасные молекулы на ранних стадиях исследований. Свыше 25 лет нами осуществляется разработка и совершенствование компьютерной программы PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances), предназначенной для прогнозирования спектра биологической активности вещества по структурной формуле его молекул. Прогноз осуществляется на основе анализа зависимостей «структура-активность» для соединений обучающей выборки, в настоящее время содержащей информацию о структурах и известных видах биологической активности более чем для миллиона молекул. Описание структуры молекул органического соединения реализовано в PASS посредством дескрипторов атомных окрестностей (Multilevel Neighborhoods of Atoms), прогнозирование активности для новых соединений выполняется алгоритмом на основе «наивного Байесовского подхода» и зависимостей «структура-активность», выявляемых при анализе обучающей выборки. Нами созданы и совершенствуются как локальные версии программы PASS, так и свободно доступные в Интернет веб-ресурсы на основе PASS (http://way2drug.com): прогноз нескольких тысяч видов биологической активности (фармакологические эффекты, молекулярные механизмы действия, специфическая токсичность и побочное действие, метаболизм, а также влияние на нежелательные мишени, молекулярный транспорт, генную экспрессию), прогноз цитотоксичности для опухолевых и неопухолевых клеточных линий, прогноз канцерогенности, прогноз индуцированных органическими соединениями изменений профилей экспрессии генов, прогноз взаимодействия с ферментами метаболизма лекарств, в том числе прогноз сайтов метаболизма, а также прогноз принадлежности к субстратам и/или метаболитам этих ферментов.
Веб-ресурс Way2Drug используют свыше 19 тысяч исследователей более чем из 100 стран мира, что позволило им осуществить свыше 600 тысяч прогнозов и опубликовать около 500 работ с описанием полученных результатов. Анализ опубликованных работ показывает, что в некоторых случаях приводимая авторами этих публикаций интерпретация результатов прогноза требует корректировки. В рамках настоящей работы мы представим теоретическое обоснование и рассмотрим на конкретных примерах возможности и ограничения компьютерного прогнозирования спектров биологической активности
Влияние размера цикла и структуры спейсера конъюгатов такрина и его циклопентильного гомолога с 5-(4-трифторметил-фениламино)-1,2,4-тиадиазолом на спектр биологической активности
Get PDFThe conjugates of tacrine and its cyclopentyl analogue with 5-(4-trifluoromethyl-phenylamino)-1,2,4-thiadiazole, combined with two different spacers, pentylaminopropane and pentylaminopropene, were synthesized. Their esterase profile, the ability to displace propidium from the peripheral anionic site (PAS) of acetylcholinesterase (AChE) and antioxidant activity in the ABTS test were investigated. The compounds obtained effectively inhibit cholinesterases with a predominant effect on butyrylcholinesterase, displace propidium from the PAS of Electrophorus electricus AChE (EeAChE) and exhibit a high radical-scavenging capacity. It is shown that, depending on the spacer structure, particulary, the presence of a propenamine or propanamine fragment, the spectrum of biological activity of the conjugates changes.Синтезированы конъюгаты такрина и его циклопентильного аналога с 5-(4-трифторметил-фениламино)-1,2,4- тиадиазолом, объединённые двумя разными спейсерами – пентиламинопропановым и пентиламинопропеновым, исследован их эстеразный профиль, способность вытеснять пропидий из периферического анионного сайта (ПАС) ацетилхолинэстеразы (АХЭ) и антиоксидантная активность в тесте АБТС. Полученные соединения эффективно ингибируют холинэстеразы с преимущественным действием на бутирилхолинэстеразу, вытесняют пропидий из ПАС АХЭ из Electrophorus electricus (EeАХЭ) и обладают высокой радикал-связывающей способностью. Показано, что в зависимости от строения спейсера, а именно наличия в нем пропенаминового или пропанаминового фрагмента, меняется спектр биологической активности конъюгатов
Биоизостерные аналоги коричной кислоты в качестве потенциальных нейропротекторов
Get PDFCompounds that act on mitochondrial functions are considered as promising drugs for the treatment of neurodegenerative diseases and age-related dementias. As a basis for the creation of such potential drugs, bioisosteric cinnamic acid analogs and polymethoxybenzene derivatives were selected. Derivatives of cinnamic acid have a wide range of biological activities, which can be important for drugs aimed at the treatment of neurodegenerative diseases, in particular Alzheimer′s disease. In this work, the neuroprotective activity of bioisosteric cinnamic acid analogs and polymethoxybenzene derivatives was studied. Among the compounds studied, lead substances 3, 4, and 7 have been identified. These compounds show no intrinsic toxicity and have a neuroprotective effect on the cellular model of neurodegeneration associated with calcium stress. The mechanism of their cytoprotective activity is probably due to the influence on mitochondrial functions, because these compounds effectively suppress the calcium-induced process of mitochondrial permeability jump. In addition, one of the substances investigated (7) has antioxidant properties, showing the ability to inhibit lipid peroxidation (LPO) of rat brain homogenate, which may be an additional mechanism of neuroprotective effect. The data obtained make it possible to recommend the investigated substances as a basis for the creation of effective neuroprotective drugs capable of influencing early stages of the development of neurodegenerative diseases.Соединения, направленно действующие на митохондриальные функции, рассматриваются как перспективные лекарственные препараты для лечения нейродегенеративных заболеваний и возрастных деменций. В качестве основы для создания таких потенциальных лекарственных средств были выбраны биоизостерные аналоги коричной кислоты и производные полиметоксибензолов. Производные коричной кислоты имеют широкий спектр биологических активностей, который может иметь значение для лекарственных препаратов, направленных на лечение нейродегенеративных заболеваний, в частности болезни Альцгеймера. В данной работе исследована нейропротекторная активность биоизостерных аналогов коричной кислоты и производных полиметоксибензолов. Среди исследованных соединений выявлены вещества-лидеры 3, 4 и 7. Эти соединения не проявляют собственной токсичности и оказывают нейропротекторный эффект на клеточной модели нейродегенерации, связанной с кальциевым стрессом. Механизм их цитопротекторной активности, возможно, обусловлен влиянием на функции митохондрий, поскольку эти соединения эффективно подавляют кальций-индуцированный процесс скачка митохондриальной проницаемости. Кроме того, одно из исследованных веществ (7) обладает антиоксидантными свойствами, проявляя способность к ингибированию перекисного окисления липидов (ПОЛ) гомогената мозга крыс, что может быть дополнительным механизмом нейропротекторного эффекта. Полученные данные позволяют рекомендовать исследованные вещества в качестве основы для создания эффективных нейропротекторных препаратов, способных повлиять на ранние стадии развития нейродегенеративных заболеваний
Использование SPR биосенсора при поиске прототипов лекарственных средств на примере цитохрома Р450(51) в качестве белка-мишени
Get PDFThe development of the integral platform “From Gene to Lead”, consolidated computer methods, bioinformatics researches, and experimental approaches, significantly accelerated and optimized base structure search in the field of drug design. The necessity of the experimental verification of hundreds virtual structure hypothesis (results of molecular data base selections or de novo construction) requires demands the usage of the high-through out and sensitive methods for validation possible interaction between numerous of selected compounds and particular molecular targets and evaluation of affinity, kinetics and thermodynamics. Surface plasmon resonance (SPR) technology makes it possible to solve all these problems. In this article the methodical aspects of the optical SPR-biosensor usage in the field of drug prototypes selection are described using the human cytochrome P450(51) catalyzing one of the key step of cholesterol biosynthesis as an example.Интеграция различных компьютерных, биоинформатических и экспериментальных технологий в единую платформу, покрывающую путь “от гена до прототипа лекарства”, значительно ускорила и оптимизировала поиск базовых структур для создания новых лекарственных препаратов. При этом необходимость экспериментальной проверки найденных компьютерными методами сотен структурных гипотез, представляющих собой выборки из молекулярных баз данных или сконструированных de novo соединений, требует привлечения быстрых и чувствительных скрининговых методов анализа их возможных взаимодействий с белком-мишенью. А в случае позитивного результата и возможности количественной оценки аффинности, кинетики и термодинамики межмолекулярного взаимодействия. Технология поверхностного плазмонного резонанса (SPR) позволяет решать все перечисленные задачи. В данной статье рассматриваются методические аспекты применения оптического SPR биосенсора для поиска прототипов лекарственных средств на примере цитохрома Р450(51) человека, катализирующего ключевую стадию биосинтеза холестерина