Структурно-функциональные закономерности воздействия амфифильных блок-сополимеров на раковые клетки (1105748), страница 19
Текст из файла (страница 19)
20, 21, 22, 23, 24). Однако от структуры полимеразависит его концентрация, необходимая для повышения жизнеспособности клеток. Сувеличением количества звеньев ЭО в молекуле снижается концентрация полимера, при7С-ДМЭОR = -0,96454P123L6140P85REPL6F127F6820F87Концентрация полимера, вызывающаямаксимальный прирост клеток, мкМкоторой количество клеток достигает максимума (рис.
25).-50050100150200250Количество звеньев ЭОРис. 25. Корреляция между количеством звеньев ЭО в молекуле блок-сополимера иконцентрацией максимального прироста (КМП) клеток MCF7/R82Общим свойством всех соединений, которые повышали жизнеспособность клеток,является наличие линейного гидрофильного ПЭО блока. При наличии гидрофильного блокаиной архитектуры и химической природы - разветвленного полиглицерина - ни один изполимеров не вызывал увеличения количества клеток (рис. 16). На это не влияло количествоблоков в молекуле полиглицерина: после инкубации клеток, как с трехблочным P(G2)2, так и сдвублочными сополимерами в нетоксичных концентрациях, количество клеток варьировало впределах ошибки эксперимента и составляло 80-110%. Отсутствие влияния на пролиферациюклетокнаблюдалоськаксотносительногидрофобнымиполимерами,содержаниеполиглицерина в которых составляло около 14% (PG2), так и с более гидрофильными,содержащими 46% (PG30) и 75% (PG76) полиглицерина.Таким образом, в отличие от блок-сополимеров, содержащих в качестве гидрофильногоблока ПЭО, амфифилы на основе разветвленного полиглицерина не способны повышатьжизнеспособность клеток в культуре.
Следовательно, строение и структура именногидрофильного блока исследованных нами соединений, является основным фактором,определяющим поддерживающий эффект полимера.Какие же межмолекулярные взаимодействия лежат в основе этих явлений?Полиэтиленоксид и полиглицерин оба относятся к группе простых полиэфиров, ипоэтому должны быть склонны к образованию водородных связей. Действительно,гомополимер ПЭО, например, образует в слабощелочной среде прочные не растворимые вводе комплексы с полиакриловой и полиметакриловой кислотами, стабилизированныеводородными связями [204].
Мы предполагаем, что стабилизирующий эффект блоксополимеров,обусловленлинейнымПЭОблоком,вкотороматомыкислородаэтиленоксидных звеньев склонны к образованию водородных связей, причем, выступая вкачестве акцептора протонов. При взаимодействии этих полимеров с клетками в качестведоноров протонов могут выступать многочисленные гидроксильные группы углеводов,формирующих гликокаликс - слой полисахаридных цепей гликолипидов, протеогликанов игликопротеинов (рис. 4).
Гидрофильные головки липидов, экспонированные на поверхностимембраны, протонодонорными свойствами не обладают. Например, в фосфатидилхолине ниего фосфатная группа, ни остаток холина, в нейтральной среде не могут быть донорамипротонов.Мы полагаем, что взаимодействие сополимера, содержащего линейные блоки ПЭО, склеточной поверхностью происходит посредством образования множественных водородныхсвязей атомами кислорода этиленоксидных звеньев полимера и гидроксильными группамиуглеводов гликокаликса (рис. 26 А). Такое взаимодействие может реализоваться благодарявыигрышу в энтропии молекул воды при дегидратации эфирных групп полимера.
Образование83каждой водородной связи дает небольшой выигрыш в энтропии, однако если взаимодействиеносит кооперативный характер, то оно может приводить к формированию слоя из молекулсополимера на поверхности клетки (рис. 26 Б). Такой слой стабилизирует клеточнуюмембрану, способствуя сохранению жизнедеятельности клетки, особенно в отсутствиесыворотки.БАHO*OOOOHHOOHOOOOHO OHHOHHOHOHРис. 26. Схема взаимодействия ЭО-содержащих полимеров с углеводами наповерхности наружной мембраны: А – формирование водородных связей; Б – образованиеслоя из молекул полимераЧем больше звеньев ЭО в гидрофильном блоке, тем выше сродство полимера кгликокаликсу и, следовательно, тем ниже концентрация полимера, необходимая для ихвзаимодействия. Этот вывод подтверждается экспериментально полученной зависимостьюмежду количеством гидрофильных звеньев ЭО и концентрацией полимера, при которойнаблюдалось максимальное увеличение количества клеток (рис.
25).Предлагаемая гипотеза объясняет тот факт, что плюроники L61 и P123 с короткимиПЭО блоками приводят к приросту количества клеток только в мицеллярной форме (рис. 20 и21). Вероятно, дело в том, что при появлении мицелл формируется поверхность, состоящая измногочисленных ПЭО цепочек, и только тогда становится возможным кооперативноеобразование множества водородных связей с гликокаликсом (рис. 26 А).
Интересно, чтонаиболее гидрофобный плюроник - L81 – не увеличивал количество клеток. Мы полагаем, чтоэто обусловлено его высокой токсичностью. Действительно, для увеличения количестваклеток под действием гидрофобных плюроников L61 и Р123 необходимо добавлять их вконцентрации 15 - 40 мкМ (табл. 7, КМП), а плюроник L81 в этом диапазоне концентрацийвызывает гибель клеток: его ННК = 15 ± 5 мкМ (табл. 7). Эти различия вероятно обусловленыувеличением длины гидрофобного блока плюроника L81 на 10 звеньев по сравнению с блокомППО плюроника L61.84ВотличиеотПЭО-содержащихполимеров,простыеэфирныекислородыполиглицеринов находятся в точках ветвления плотно упакованной гидрофильной «короны»блок-сополимера и потому склонны к образованию меж- и внутрицепных водородных связей,разрыв которых невыгоден вследствие сближенности взаимодействующих групп [50, 55] и,как это ни парадоксально, менее склонны к формированию водородных связей с другимимолекулами.
«Букетная» архитектура макромолекул полиглицеринов (рис. 1) приводит к тому,что значительная доля глицериновых звеньев недоступна для растворителя и, тем более, неможет взаимодействовать с полисахаридами на поверхности клеток. Мы полагаем, что именнопо этой причине полиглицерины не способны, подобно плюроникам, образовать наповерхности клеток сеть стабилизированную множеством водородных связей и, как следствие,не повышают жизнеспособность клеток.Ранее в нашей лаборатории было показано, что при взаимодействии с липосомами,сформированными из фосфатидилхолина, плюроники увеличивают проницаемостьлипосомальной мембраны для DOX [56]. Однакопри введении в состав липосомальных мембранганглиозида GM1, гидрофильная головкакоторого состоит из 4 гексоз и остатка сиаловойкислоты, влияние плюроника L61 на аккумуляциюDOX снижалось до 50% при массовой долеганглиозида равной 0,23 [205].
С точки зренияГанглиозид GM1излагаемой гипотезы этот факт можно объяснитьтем, что при появлении в мембране ганглиозидаGM1 гидрофильный блок плюроника L61 начиналвзаимодействовать с гидроксильными группамисахаров ганглиозида. Тот факт, что при этом ослаблялось влияние полимера на проницаемостьбислоя для DOX, позволяет заключить, что биологические эффекты незаряженныхамфифильных блок-сополимеров определяются соотношением сродства их гидрофобногоблока к области остатков жирных кислот бислоя и сродства их гидрофильных блоков кпротонодонорным группам на поверхности мембраны.Это подтверждают результаты анализа поверхностно-активных соединений - Triton X100 и Brij-35 (рис. 27).
Они не увеличивали жизнеспособность клеток несмотря на то, чтосодержат гидрофильный блок, состоящий из 10 и 24 звеньев ЭО, соответственно.Отсутствие эффекта объясняется тем, что их гидрофобные блоки представляют собойпредельные углеводороды, которые обладают значительно большим сродством к липидамклеточной мембраны (KР = 3000 для Triton X-100 [206]), нежели ППО в составе плюроников85(KP = 45 для плюроника L61 [207] и KP = 75 для двублочного сополимера REP [40]). Сильноевзаимодействие гидрофобных блоков этих ПАВ с липидами в области остатков жирныхкислот препятствует образованию множественных водородных связей между атомамикислорода ПЭО с гидроксильными группами углеводов гликокаликса.
Мы полагаем, чтоименно это лишает Brij-35 и Triton X-100 возможности поддерживать жизнеспособностьклеток.АКоличество клеток, %1008010060504020001101001000Интенсивностьфлуоресценции ДФГТ, усл. ед.150Концентрация Triton X-100, мкМ 1201201001008080606040402020000,1110100Концентрация Brij-35, мкMИнтенсивостьфлюоресценции ДФГТ, усл. ед.Количество клеток, %БРис. 27.
Кривые цитотоксичности (, левая ось ординат) Triton X-100 (А) и Brij-35 (Б)(приведены усредненные данные двух экспериментов с каждым ПАВ) и увеличениефлюоресценции зонда ДФГТ при образовании мицелл ( , правая ось ординат). ЗначенияННК и ККМ указаны стрелкамиТаким образом, мы предположили, что в основе защитных свойств ПЭО-содержащихамфифильных незаряженных блок-сополимеров лежит кооперативное взаимодействие86этиленоксидных звеньев с гидроксильными группами углеводных цепочек на поверхностиклеток с образованием сетки водородных связей, стабилизирующих клеточную мембрану.
Этагипотеза требует экспериментального подтверждения, но такое исследование выходит зарамки настоящей работы.3.4. Влияние исследованных соединений на устойчивостьраковых клеток к доксорубицинуИзвестно, что некоторые плюроники, в том числе L61 и P85, подавляют устойчивостьраковых клеток ко многим лекарствам (МЛУ), в частности к доксорубицину. При этоммаксимальное подавление МЛУ наблюдается в присутствии концентраций полимеров,близких к ККМ [24]. Например, максимальное снижение устойчивости клеток к DOXзафиксировано при концентрации плюроника L61 около 100-110 мкМ, которая совпадает созначением ККМ (110 мкМ), определенным сотрудниками той же лаборатории [28].Следовательно, способностью влиять на резистентность клеток обладают именно отдельныемакромолекулы плюроников. Однако по нашим данным ККМ плюроника L61 составляет 11 ±1 мкМ, то есть на порядок меньше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
