纳米工程技术作为一种工具，用于增强含有环状P2N2配体的炔基Au(I)配合物的抗癌活性

《Inorganic Chemistry Communications》：Nanoengineering approach as a tool for enhancing the anticancer activity of alkynyl Au(I) complexes with cyclic P 2N 2 ligands

金(I)复合物结构修饰与纳米封装对稳定性和抗癌活性影响研究。通过合成含不同取代基的P2N2配体金(I) alkynyl复合物，并采用Pluronic F127/P123胶束形成核心-壳层或胶束纳米颗粒，发现封装于胶束非极性核心的复合物稳定性显著高于固体核心形式，且抗癌活性增强。研究证实Pluronic结构调控可独立于ROS水平影响抗癌效果，为纳米药物载体设计提供新策略。

　　

Bulat A. Faizullin | Irina R. Dayanova | Elizaveta M. Shibetskaya | Igor A. Litvinov | Alexandra D. Voloshina | Anna P. Lyubina | Elena V. Grachova | Igor D. Strelnik | Andrey A. Karasik | Asiya R. Mustafina

俄罗斯科学院喀山科学中心Arbuzov有机与物理化学研究所，Arbuzov街8号，420088，喀山，俄罗斯

摘要

在这项研究中，我们展示了在分子、超分子和纳米尺度上的结构变化，作为修改含有P₂N₂（1,5-二氮杂-3,7-二膦环辛烷）配体的炔基（C≡CR'）Au(I)复合物抗癌活性的工具。通过改变P₂N₂和C≡CR'配体中的不同取代基，合成了一系列新的Au(I)复合物。由于这些复合物在水中的溶解度较低，我们采用了两种不同的方法将其转化为亲水性胶体：一种是形成核壳结构（复合物聚集形成固体核心），另一种是形成胶束纳米颗粒（NPs），其中复合物被包裹在非极性的胶束核心中。这两种类型的NPs的亲水表面是由于Pluronic F127或其与Pluronic P123的混合聚集所致。与将复合物包裹在固体核心中相比，将其包裹在胶束的非极性核心中可以更有效地确保其在水环境中的稳定性。研究表明，当Au(I)炔基复合物被包裹在固体核心中时，其抗癌活性较低；此外，通过改变胶束中Pluronic组分的结构，可以进一步提高这些复合物的抗癌活性。然而，所获得的抗癌活性与细胞内活性氧（ROS）的生成水平并无相关性。这表明，改变基于Pluronic的胶束的性质可以成为调节其中Au(I)复合物抗癌活性的有效手段。

引言

炔基配体是强σ-和π-供体，最近结合光电子光谱和理论计算的研究表明，炔基金复合物中的金-碳键是最强的金-配体键之一[1][2]。Au-P配位键也非常强，因为膦既是σ-供体又是π-受体[3]。由于金的相对论效应，金复合物在热力学上被认为是亚稳态的，容易还原为元素金[4]，随后在极性溶液中可能发生Au(I)向Au(0)和Au(III)的不均匀反应。然而，这些复合物在水环境中的稳定性（持续数小时或数天）值得怀疑，而这正是它们用于治疗目的的关键条件。通常，通过监测Au(I)复合物在水或DMSO溶液中的电子吸收光谱或NMR光谱来评估其稳定性[5][6][7]。值得注意的是，这些复合物的稳定性取决于其结构，在大多数情况下，稳定的复合物具有{R-C≡C-Au}结构中的大体积R基团[2]。在这项工作中，我们提出了一种策略，通过优化分子结构和最佳的纳米工程方法来防止含有炔基和环状P₂N₂（1,5-二氮杂-3,7-二膦环辛烷）配体的Au(I)复合物在水环境中的不稳定性。与先前的研究趋势一致，N取代基的性质对P₂N₂配体的柔韧性起着关键作用，这显著影响了它们与Au(I)复合物的化学计量比和结构[8]。特别是，选择N-苄基取代的P₂N₂配体是其刚性的前提，这有利于形成具有明显金亲和性的双核Au(I)复合物[9]。N-苄基取代的P₂N₂配体的结构变化是通过改变P取代基来改变其Au(I)复合物的化学稳定性的。虽然结构修饰被认为是一种提高金复合物稳定性和治疗活性的有效方法[7][10][11][12]，但同时修改分子结构和NPs的架构是提高Au(I)复合物稳定性和治疗活性的有效手段，这一点在含有P₂N₂配体的Au(I)二氯化物复合物的研究中已经得到证实[13][14]。 由于两亲性、良好的生物相容性和聚集能力，三嵌段共聚物（Pluronic）已被成功用于在溶剂交换方法条件下对不溶于水的Cu(I)复合物进行亲水涂层，从而限制了它们的无控制聚集[15][16]。因此，上述方法被用作限制Au(I)复合物在水介质中发生不良转化的第一种手段。然而，配体的足够疏水性有助于将其金属复合物封装到Pluronic胶束纳米容器的疏水核心中。这种封装广泛用于提高各种药物分子的水溶性和生物相容性[17][18][19]。由于封装在Pluronic胶束疏水核心中的金属复合物的水合作用受到显著限制[20][21]，因此选择将它们封装在Pluronic胶束中作为第二种限制Au(I)复合物在水介质中降解的方法。因此，在这项研究中，使用了这两种基于Pluronic的纳米工程技术将炔基Au(I)复合物转化为亲水性NPs，并确定了它们对这些复合物化学稳定性的影响。结果首次证明，通过将它们装载到Pluronic胶束中，可以将其在水介质中的化学稳定性提高到可接受的水平。 Pluronic分子的结构变化控制了它们的自聚集能力，这由临界胶束浓度（CMCs）决定，并影响胶束的稳定性及其在刺激下释放载荷的能力[22][23][24][25][26]。本研究表明，改变作为胶束纳米容器构建块的Pluronic分子的结构是一种纳米工程方法，可以控制作为载荷的Au(I)炔基复合物的细胞毒性和抗癌特异性。这一结论基于对不同组成和纳米结构的亲水性NPs中含有的炔基Au(I)复合物的抗增殖效果的比较分析。

商业试剂

Pluronic F127 ((PEO)₉₉(PPO)₆₇(PEO)₉₉)和乙腈（≥99.9%）购自Sigma Aldrich；Pluronic P123 ((PEO)₂₀(PPO)₇₀(PEO)₂₀)购自Aldrich Chemistry；二甲甲酰胺（DMF，HPLC级）购自Scharlau；二氯甲烷（DCM，99.9%）和二甲基亚砜（DMSO，99.5%）购自SRL。

配体 L1–L3

配体L1–L3的合成是在惰性气氛下使用标准真空技术进行的，遵循先前报道的方法[16][27]。

UV–vis光谱

UV-VIS光谱是在Specord 50 Plus（Analytik Jena AG，德国）分光光度计上使用10毫米石英比色皿记录的。Au(I)复合物及其相应配体的溶液浓度为2×10^?5M。

炔基Au(I)复合物的合成与表征

含有P₂N₂配体的炔基Au(I)复合物的合成首先需要合成这些配体，这些配体在图1中标记为L1–L4。吡啶-2-基、2-(吡啶-2'-基)乙基和联苯取代的P₂N₂配体（L1–L3）的合成方法已在前文中报道[16][27][28]，而噻吩-2-基膦及其相应的P₂N₂配体L4的合成方法则是本研究首次开发的（见图1a，S1）。新获得的化合物通过标准方法进行了表征。

结论

总之，本文介绍了五种新合成的含有P₂N₂配体的炔基Au(I)复合物。研究旨在通过改变它们的结构（主要是磷取代基）来修改其抗癌活性。炔基配体具有C≡CPh结构，其中一个结构类似物是C≡CPh配体。监测这些复合物在水介质中的稳定性和聚集行为表明，水介质是触发聚集的因素。

CRediT作者贡献声明

Bulat A. Faizullin：撰写 – 审稿与编辑、原始草稿撰写、可视化、方法学设计、实验研究、数据分析。Irina R. Dayanova：可视化、资源准备、实验研究。Elizaveta M. Shibetskaya：资源准备、实验研究。Igor A. Litvinov：结果验证、实验研究、数据分析。Alexandra D. Voloshina：结果验证、实验研究、数据分析。Anna P. Lyubina：结果验证、实验研究、数据分析。Elena V. Grachova：撰写 – 审稿与编辑、结果验证。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢俄罗斯科学院喀山科学中心指定的光谱分析中心在研究中的技术支持。

Bulat A. Faizullin于2018年毕业于喀山联邦大学，2023年获得化学博士学位。他目前是A. E. Arbuzov有机与物理化学研究所中专注于基于金属复合物的发光纳米材料的研究专家。他的研究兴趣主要集中在基于Cu(I)、Au(I)和Pt(II)的发光复合物的纳米颗粒在生物成像和抗癌治疗中的应用。