RU2768707C1 - Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan - Google Patents

Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan Download PDF

Info

Publication number
RU2768707C1
RU2768707C1 RU2021115684A RU2021115684A RU2768707C1 RU 2768707 C1 RU2768707 C1 RU 2768707C1 RU 2021115684 A RU2021115684 A RU 2021115684A RU 2021115684 A RU2021115684 A RU 2021115684A RU 2768707 C1 RU2768707 C1 RU 2768707C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
arabinogalactan
fluorescent
water
derivatives
chitosan
Prior art date
Application number
RU2021115684A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Наталья Юрьевна Васильева
Екатерина Валерьевна Хименко
Евгения Алексеевна Слюсарева
Нина Викторовна Слюсаренко
Борис Николаевич Кузнецов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет"
Priority to RU2021115684A priority Critical patent/RU2768707C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768707C1 publication Critical patent/RU2768707C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.SUBSTANCE: invention relates to biotechnology and a method of producing novel luminescent-labeled biopolymers based on arabinogalactan. In particular, the described method of producing fluorescent arabinogalactan derivatives involves mixing a rhodamine dye with a cationite in NH4+form at room temperature for 1 hour, separation of aqueous solution and multiple washing of cationite with distilled water to colorless washing water; adding sulphated arabinogalactan to the cationite in the form of an ammonium salt and stirring at room temperature for 30 minutes; filtration; evaporation of water at 50–60 °C; washing solid residue with ethanol.EFFECT: high efficiency and environmental friendliness, as well as reduced duration of synthesis of fluorescent water-soluble derivatives of biopolymers.1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области биотехнологии и касается способа получения новых люминесцентно-меченых биополимеров на основе арабиногалактана, которые могут использоваться для визуализации клеточных мембран, а также для создания систем доставки лекарственных средств [S.A. Kuznetsova et al. Sulfated Derivatives of Arabinogalactan and Their Anticoagulant Activity. // Russ J Bioorg Chem 46, 1323-1329].The invention relates to the field of biotechnology and relates to a method for obtaining new luminescent-labeled biopolymers based on arabinogalactan, which can be used to visualize cell membranes, as well as to create drug delivery systems [S.A. Kuznetsova et al. Sulfated Derivatives of Arabinogalactan and Their Anticoagulant Activity. // Russ J Bioorg Chem 46, 1323-1329].

На сегодняшний день наиболее широко используемыми в качестве флуоресцентных меток являются производные флуоресцеина и родамина, поскольку они могут быть соответствующим образом возбуждены обычно используемыми источниками света, такими как аргоновый лазер (линии 488 нм и 514 нм) и ртутная дуговая лампа (линия 546 нм). Однако они обладают некоторыми нежелательными свойствами, которые могут препятствовать их использованию. Например, производные флуоресцеина могут быть фотообесцвечены с относительно высокой скоростью и демонстрировать рН-зависимое поглощение, которое приводит к значительному снижению флуоресценции при физиологическом значении рН 7 или ниже. Производные родамина относительно фотостабильны и проявляют нечувствительную к рН флуоресценцию по сравнению с производными флуоресцеина. Они проникают в клетки легче, чем производные флуоресцеина. В результате родамины широко используются в флуоресцентной микроскопии, в качестве флуоресцентных зондов и молекулярных маркеров в химии и биохимии, в проточной цитометрии и иммуноферментном анализе [Yuan-Qiang Sun et al. Rhodamine-Inspired Far-Red to Near-Infrared Dyes and Their Application as Fluorescence Probes // Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 7634-7636].The most widely used fluorescent labels today are fluorescein and rhodamine derivatives because they can be appropriately excited by commonly used light sources such as an argon laser (488 nm and 514 nm lines) and a mercury arc lamp (546 nm line). However, they have some undesirable properties that may prevent their use. For example, fluorescein derivatives can be photobleached at a relatively high rate and exhibit a pH-dependent uptake that results in a significant decrease in fluorescence at physiological pH 7 or below. Rhodamine derivatives are relatively photostable and exhibit pH-insensitive fluorescence compared to fluorescein derivatives. They penetrate cells more easily than fluorescein derivatives. As a result, rhodamines are widely used in fluorescence microscopy, as fluorescent probes and molecular markers in chemistry and biochemistry, in flow cytometry and enzyme immunoassay [Yuan-Qiang Sun et al. Rhodamine-Inspired Far-Red to Near-Infrared Dyes and Their Application as Fluorescence Probes // Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 7634-7636].

В настоящее время флуоресцирующие природные полимеры представляют интерес из-за их многообещающего применения в биомедицинском маркировании, отслеживании, визуализации и диагностике, особенно в системах доставки лекарств. Уникальной особенностью природных полимеров по сравнению с синтетическими является их способность к биодеградации. Сочетание полисахаридов или производных полисахаридов с флуоресцентными методами приводит к перспективным применениям их в биомедицинской области, экспериментальной медицине и биологии.Currently, fluorescent natural polymers are of interest due to their promising applications in biomedical labeling, tracing, imaging, and diagnostics, especially in drug delivery systems. A unique feature of natural polymers compared to synthetic ones is their ability to biodegrade. The combination of polysaccharides or polysaccharide derivatives with fluorescence methods leads to promising applications in the biomedical field, experimental medicine and biology.

Среди полисахаридов для создания их флуоресцентных производных нашли применение декстран, хитозан, гепарин и др. Органические флуорофоры могут быть присоединены к полимерным цепям через ковалентные или нековалентные связи и способны флуоресцировать в большом диапазоне длин волн, в зависимости от их природы. Синтез флуоресцентных полимеров, как правило, осуществляется с использованием двух устоявшихся методов. Первый - через полимеризацию флуоресцентных мономеров, а второй - через прикрепление флуоресцентных фрагментов к полимерной основе за счет ковалентного связывания [В.Н. Серова и др. Спектрально-флуоресцентные характеристики родамина 6 Ж в модифицированных (со)полиметакрилатных матрицах. // Вестник Казанского технологического университета. 2012 15(6):111-113]. Для сохранения свойств природного полимера последний способ часто оказывается более полезным [Hun Min Lee et al. Simple Synthesis of Fluorophore Using Water-Soluble Chitosan Oligomer. // International Conference on Applied Mathematics, Simulation and Modelling (AMSM 2016). P 435-436].Among polysaccharides, dextran, chitosan, heparin, etc. have been used to create their fluorescent derivatives. Organic fluorophores can be attached to polymer chains through covalent or non-covalent bonds and are capable of fluorescing in a wide range of wavelengths, depending on their nature. The synthesis of fluorescent polymers is usually carried out using two established methods. The first is through the polymerization of fluorescent monomers, and the second is through the attachment of fluorescent fragments to the polymer base due to covalent binding [V.N. Serova et al. Spectral and fluorescent characteristics of rhodamine 6 G in modified (co)polymethacrylate matrices. // Bulletin of the Kazan Technological University. 2012 15(6):111-113]. To preserve the properties of the natural polymer, the latter method is often more useful [Hun Min Lee et al. Simple Synthesis of Fluorophore Using Water-Soluble Chitosan Oligomer. // International Conference on Applied Mathematics, Simulation and Modeling (AMSM 2016). P 435-436].

Однако большинство флуоресцентно-меченных полимеров характеризуется низкими квантовыми выходами флуоресценции, что может быть связано с изменениями структуры молекул красителя, вызванными их ковалентным присоединением к макромолекулам полисахарида. В то же время флуоресцентные молекулы, используемые в качестве зондов, имеют квантовые выходы, начиная с 5%. Это обусловливает актуальность получения флуоресцентных полимеров путем нековалентного взаимодействия флуорофора с биомакромолекулами, например, за счет электростатического притяжения [СА. Силинг и др. Влияние кислотности среды на спектрально-флуоресцентные свойства растворов полишиффовых оснований на основе диаминов-флуорофоров. // Высокомолекулярные соединения. 1996 г. Серия А, т. 38, №7, с. 1222-1227], [Т.М. Акимкин и др. Спектральное изучение нековалентного взаимодействия тиакарбоцианиновых красителей с гиалуроновой кислотой. // Химия высоких энергий, 2011, том 45, №6, с. 553-558].However, most fluorescently labeled polymers are characterized by low fluorescence quantum yields, which may be due to changes in the structure of dye molecules caused by their covalent attachment to polysaccharide macromolecules. At the same time, fluorescent molecules used as probes have quantum yields starting from 5%. This makes it important to obtain fluorescent polymers by non-covalent interaction of the fluorophore with biomacromolecules, for example, due to electrostatic attraction [SA. Sealing et al. Influence of medium acidity on the spectral-fluorescent properties of solutions of poly-Schiff bases based on diamine-fluorophores. // Macromolecular compounds. 1996 Series A, vol. 38, no. 7, p. 1222-1227], [T.M. Akimkin et al. Spectral study of the non-covalent interaction of thiacarbocyanine dyes with hyaluronic acid. // High Energy Chemistry, 2011, Volume 45, No. 6, p. 553-558].

Описан общий подход к получению флуоресцентных полисахаридов на основе флуоресцеина [Charles G. Glabe et al. // Analytical Biochemistry. Volume 130, Issue 2, 15 April 1983, Pages 287-294]. При получении флуоресцентных полисахаридов для их активации предлагается использовать цианогенбромид. Однако этот реагент очень токсичен. Цианогенбромид летуч и легко абсорбируется через кожу или желудочно-кишечный тракт. Следовательно, токсическое воздействие может произойти при вдыхании, физическом контакте или проглатывании.A general approach to the production of fluorescent polysaccharides based on fluorescein has been described [Charles G. Glabe et al. // Analytical Biochemistry. Volume 130, Issue 2, 15 April 1983, Pages 287-294]. When obtaining fluorescent polysaccharides, it is proposed to use cyanogen bromide for their activation. However, this reagent is highly toxic. Cyanogen bromide is volatile and readily absorbed through the skin or gastrointestinal tract. Therefore, toxic effects can occur through inhalation, physical contact, or ingestion.

Известен способ получения меченого окисленного декстрана, который включает проведение реакции флуоресцентного красителя с активированным окисленным декстраном с последующей очисткой конечного продукта от примесей путем ультрафильтрации [RU 2426545. Опубликовано: 20.08.2011 Бюл. №23. Способ получения флуоресцентных производных декстранов]. В качестве флуоресцентного красителя используют флуоресцеин, в качестве активирующего реагента - 1,1'-карбонилдиимидазол. Очистку конечного продукта от примесей проводят путем ультрафильтрации на мембранных фильтрах Vivaflow 200 с параметром сепарации 10 кДа для декстрана и ПАД Mr=60 кДа, и 5 кДа для декстрана и ПАД Mr=35 кДа. Процесс включает 27 циклов полного концентрирования. Степень очистки контролируют спектрофотометрически. Проверку чистоты осуществляют методом капиллярного электрофореза.A known method for producing labeled oxidized dextran, which includes the reaction of a fluorescent dye with activated oxidized dextran, followed by purification of the final product from impurities by ultrafiltration [RU 2426545. Published: 20.08.2011 Bull. No. 23. Method for obtaining fluorescent derivatives of dextrans]. Fluorescein is used as a fluorescent dye, and 1,1'-carbonyldiimidazole is used as an activating reagent. Purification of the final product from impurities is carried out by ultrafiltration on Vivaflow 200 membrane filters with a separation parameter of 10 kDa for dextran and PAD M r =60 kDa, and 5 kDa for dextran and PAD Mr=35 kDa. The process includes 27 full concentration cycles. The degree of purification is controlled spectrophotometrically. Purity is checked by capillary electrophoresis.

Недостатки способа: длительность и многостадийность процесса, использование дорогостоящего активирующего реагента - 1,1'-карбонилдиимидазола. Поскольку относительная молекулярная масса нативного декстрана достигает сотен миллионов дальтон, то возникает необходимость проведения гидролиза нативного декстрана для получения препарата с заданным молекулярно-массовым распределением.The disadvantages of the method: the duration and multi-stage process, the use of expensive activating reagent - 1,1'-carbonyldiimidazole. Since the relative molecular weight of native dextran reaches hundreds of millions of daltons, it becomes necessary to carry out the hydrolysis of native dextran to obtain a drug with a given molecular weight distribution.

В последнее время синтезированы различные флуоресцентные производные хитозана (природного полимера, состоящего из 1,4-связанные N-ацетил-D-глюкозамин и D-глюкозамин субъединиц). Большая часть подходов для синтеза меченой красителем молекулярной системы хитозана из-за его низкой растворимости была разработана с использованием химических реагентов и путем ковалентного присоединения флуорофоров по аминогруппе биополимера, таких как флуоресцеин изотиоцианат, родамин В изотиоцианат.Recently, various fluorescent derivatives of chitosan (a natural polymer consisting of 1,4-linked N-acetyl-D-glucosamine and D-glucosamine subunits) have been synthesized. Most of the approaches for the synthesis of a dye-labeled chitosan molecular system due to its low solubility have been developed using chemical reagents and by covalent addition of fluorophores to the amino group of the biopolymer, such as fluorescein isothiocyanate, rhodamine B isothiocyanate.

В способе для получения хитозана меченного родамин В изотиоцианатом [Odette Ma et al. Precise derivatization of structurally distinct chitosans with rhodamine В isothiocyanate. // Carbohydrate Polymers 72 (2008) 616-624] хитозан растворяют в уксусной кислоте в течение 18 часов, к раствору хитозана добавляют равный объем безводного метанола с последующим перемешиванием в течение 3 часов, далее при комнатной температуре в течение 18 часов в темноте проводят процесс присоединение к биополимеру родамин В изотиоцианата. В конце периода мечения родамин В изотиоцианатом - хитозаны осаждают добавлением растворов гидроксида натрия, многократно промывают деионизированной водой и сублимируют.In a method for producing chitosan labeled with rhodamine B isothiocyanate [Odette Ma et al. Precise derivatization of structurally distinct chitosans with rhodamine B isothiocyanate. // Carbohydrate Polymers 72 (2008) 616-624] chitosan is dissolved in acetic acid for 18 hours, an equal volume of anhydrous methanol is added to the chitosan solution, followed by stirring for 3 hours, then at room temperature for 18 hours in the dark, the process is carried out addition of rhodamine B isothiocyanate to the biopolymer. At the end of the labeling period with rhodamine B isothiocyanate - chitosans are precipitated by adding sodium hydroxide solutions, washed many times with deionized water and sublimated.

Недостатки способа: технологическая сложность, заключающаяся в длительности как процесса растворения хитозана в уксусной кислоте, так и присоединения к нему флуорофора, необходимость контроля степени протонирования хитозана, использование токсичного метанола, проведение процесса без доступа света.Disadvantages of the method: technological complexity, which consists in the duration of both the process of dissolving chitosan in acetic acid and attaching a fluorophore to it, the need to control the degree of protonation of chitosan, the use of toxic methanol, the process without access to light.

Известно получение флуоресцентного хитозана химической модификацией хитозана флуоресцеин изотиоцианатом в диметилсульфоксиде. Способ трудоемок и длителен, в синтезе используют токсичный триэтиламин. Для очистки продукта реакции применяется диализ, фракционирование хроматографией на колонке с биогелем [В.И. Горбач, И.М. Ермак. Липосомы как носители сульфатированных полисахаридов из морских водорослей для их доставки в организм. // Здоровье. Медицинская экология. Наука 3 (70) - 2017].It is known to obtain fluorescent chitosan by chemical modification of chitosan with fluorescein isothiocyanate in dimethyl sulfoxide. The method is laborious and lengthy; toxic triethylamine is used in the synthesis. To purify the reaction product, dialysis is used, fractionation by chromatography on a biogel column [V.I. Gorbach, I.M. Yermak. Liposomes as carriers of sulfated polysaccharides from seaweed for their delivery to the body. // Health. Medical ecology. Science 3 (70) - 2017].

Описан способ получения меченного флуоресцеин изотиоцианатом олигомера хитозана, который состоит из β-(1,4)-2-амидо-2-дезокси-D-глюкана и β-(1,4)-2-ацетоамидо-2 -дезокси-D-глюкана (ацетилглюкозамина). Производные были синтезированы путем реакции аминных групп в олигомере с изотиоцианатными группами флуоресцеин изотиоцианата в этаноле [Hun Min Lee et al. Simple Synthesis of Fluorophore Using Water-Soluble Chitosan Oligomer. // International Conference on Applied Mathematics, Simulation and Modelling (AMSM 2016). Р.435-436].Described is a method for producing a chitosan oligomer labeled with fluorescein isothiocyanate, which consists of β-(1,4)-2-amido-2-deoxy-D-glucan and β-(1,4)-2-acetoamido-2-deoxy-D- glucan (acetylglucosamine). The derivatives have been synthesized by reacting the amine groups in the oligomer with the isothiocyanate groups of fluorescein isothiocyanate in ethanol [Hun Min Lee et al. Simple Synthesis of Fluorophore Using Water-Soluble Chitosan Oligomer. // International Conference on Applied Mathematics, Simulation and Modeling (AMSM 2016). R.435-436].

В связи с низкой растворимостью хитозана для перевода его в водорастворимое состояние данный способ включает дополнительную операцию - получение водорастворимого олигомера хитозана путем кислотного или ферментативного гидролиза исходного хитозана. Это увеличивает продолжительность процесса получения, меченного флуоресцеин изотиоцианатом хитозана, что является существенным недостатком этого способа.Due to the low solubility of chitosan, to convert it into a water-soluble state, this method includes an additional operation - obtaining a water-soluble chitosan oligomer by acidic or enzymatic hydrolysis of the original chitosan. This increases the duration of the production process labeled with chitosan isothiocyanate fluorescein, which is a significant disadvantage of this method.

Известен способ получения флуоресцентного гепарина. Флуоресцентно-меченый гепарин был подготовлен для изучения влияния гепарина на взаимодействие между биомакромолекулами или клетками с помощью флуоресцентного зонда. Флуоресцентный гепарин получают путем взаимодействия частично N-десульфированного гепарина и 5-изотиоцианатофлуоресцеин в карбонатном буфере при перемешивании в течение 3 часов. Флуоресцентный гепарин выделяют из реакционной массы на колонке с сефадексом. Для выделения и очистки флуоресцеинилтиокарбамоильного производного частично N-десульфатированного гепарина использут диализ и лиофилизацию.A known method of obtaining fluorescent heparin. Fluorescent labeled heparin was prepared to study the effect of heparin on the interaction between biomacromolecules or cells using a fluorescent probe. Fluorescent heparin is obtained by reacting partially N-desulfurized heparin and 5-isothiocyanatofluorescein in carbonate buffer with stirring for 3 hours. Fluorescent heparin is isolated from the reaction mass on a Sephadex column. Dialysis and lyophilization are used to isolate and purify the fluoresceinylthiocarbamoyl derivative of partially N-desulfated heparin.

Недостатки способа: многостадийность и длительность процесса; использование большого числа реагентов и методов для очистки целевого флуоресцентного гепарина; необходимость фракционирования гепарина и предварительное проведение операции частичного N-десульфатирования в среде токсичного пиридина [Hideki Uchiyama and Kinzo Nagasawa. Preparation of Biologically Active Fluorescent Heparin Composed of Fluorescein-Labeled Species and Its Behavior to Antithrombin III. //1 Biochem. 89, 185-192 (1981)].The disadvantages of the method: multi-stage and duration of the process; the use of a large number of reagents and methods for the purification of the target fluorescent heparin; the need for fractionation of heparin and the preliminary operation of partial N-desulfation in a toxic pyridine environment [Hideki Uchiyama and Kinzo Nagasawa. Preparation of Biologically Active Fluorescent Heparin Composed of Fluorescein-Labeled Species and Its Behavior to Antithrombin III. //1 Biochem. 89, 185-192 (1981)].

Наиболее близким к предлагаемому способу является «Способ получения производных хитозана для визуализации клеточных мембран и создания систем доставки лекарств с повышенной мукоадгезией» [RU 2697872, 21.08.2019]. Для этого хитозан сначала ацилируют капроновым ангидридом, затем алкилируют в присутствии глицидилтриметиламмоний хлорида с последующим диализом и лиофильной сушкой продукта, затем присоединяют флуоресцеин изотиоцианат. Полученное производное хитозана имеет структуру поликатиона. Флуоресцеин изотиоцианат - отрицательно заряженный флуоресцентный краситель, который является флуоресцентной пробой для биологических экспериментов. Недостатками способа являются длительность и многостадийность процесса синтеза и очистки флуоресцентного производного хитозана, использование токсичного метанола, кроме того хитозан имеет низкую растворимость в воде.Closest to the proposed method is the "Method for obtaining chitosan derivatives for visualizing cell membranes and creating drug delivery systems with increased mucoadhesion" [RU 2697872, 21.08.2019]. To do this, chitosan is first acylated with caproic anhydride, then alkylated in the presence of glycidyltrimethylammonium chloride, followed by dialysis and freeze drying of the product, then fluorescein isothiocyanate is added. The resulting chitosan derivative has a polycation structure. Fluorescein isothiocyanate is a negatively charged fluorescent dye that is a fluorescent probe for biological experiments. The disadvantages of this method are the duration and multi-stage process of synthesis and purification of the fluorescent derivative of chitosan, the use of toxic methanol, in addition, chitosan has a low solubility in water.

Задачей изобретения является разработка простого, удобного и экологичного способа присоединения флуоресцентного красителя к биополимеру, а так же повышение эффективности, экологичности синтеза флуоресцентных водорастворимых производных биополимеров, повышение достоверности визуализации, снижение длительности синтеза флуоресцентных водорастворимых производных биополимеров.The objective of the invention is to develop a simple, convenient and environmentally friendly method for attaching a fluorescent dye to a biopolymer, as well as to increase the efficiency and environmental friendliness of the synthesis of fluorescent water-soluble derivatives of biopolymers, increase the reliability of visualization, and reduce the duration of the synthesis of fluorescent water-soluble derivatives of biopolymers.

Технический результат достигается за счет того, что при реализации способа получения флуоресцентных производных арабиногалактана на первой стадии родаминовый краситель перемешивают с катионитом в NF4 +-форме при комнатной температуре в течение 1 часа. Затем отделяют водный раствор и многократно промывают катионит дистиллированной водой до бесцветных промывных вод. Далее добавляют к катиониту сульфатированный арабиногалактан в виде аммониевой соли и перемешивают при комнатной температуре 30 мин, фильтруют, испаряют воду при 50-60°С. Твердый остаток промывают этанолом.The technical result is achieved due to the fact that when implementing the method for obtaining fluorescent derivatives of arabinogalactan in the first stage, the rhodamine dye is mixed with cation exchanger in NF 4 + -form at room temperature for 1 hour. Then the aqueous solution is separated and the cation exchange resin is repeatedly washed with distilled water until colorless washings are obtained. Next, sulfated arabinogalactan in the form of an ammonium salt is added to the cation exchanger and stirred at room temperature for 30 minutes, filtered, and water is evaporated at 50-60°C. The solid residue is washed with ethanol.

От прототипа предлагаемый нами способ отличается:The proposed method differs from the prototype:

1) природой полисахарида: в прототипе - малорастворимый в воде хитозан, в заявляемом способе для получения флуоресцентного производного использовалась аммониевая соль сульфатированного арабиногалактана, выделенного из лиственницы сибирской. Полифункциональность, водорастворимость и мембранотропность арабиногалактана являются явными преимуществами по сравнению с другими синтонами (хитозан, декстран, гепарин), использующимися для синтеза биологически активных флуоресцентных коньюгатов. Сульфатированный арабиногалактан обладает антикоагулянтной и гиполипидемической активностью, является потенциальным гепариноидом, а также самостоятельным антимикробным агентом имеет большие перспективы по сравнению с другими матрицами вследствие того, что этот модифицированный биополимер практически нетоксичен, хорошо растворим в воде, а наследование наноструктурированной морфологии исходного арабиногалактана позволяет сохранить его иммуномодуляторные и трансмембранные свойства в синтезе новых физиологически активных полимеров, в том числе фармацевтических и медицинских препаратов [21-28];1) the nature of the polysaccharide: in the prototype - chitosan, which is slightly soluble in water, in the claimed method, the ammonium salt of sulfated arabinogalactan isolated from Siberian larch was used to obtain a fluorescent derivative. Polyfunctionality, water solubility, and membranotropism of arabinogalactan are clear advantages over other synthons (chitosan, dextran, heparin) used for the synthesis of biologically active fluorescent conjugates. Sulfated arabinogalactan has anticoagulant and hypolipidemic activity, is a potential heparinoid, and also has great prospects as an independent antimicrobial agent compared to other matrices due to the fact that this modified biopolymer is practically non-toxic, highly soluble in water, and the inheritance of the nanostructured morphology of the original arabinogalactan makes it possible to preserve its immunomodulatory properties. and transmembrane properties in the synthesis of new physiologically active polymers, including pharmaceutical and medical preparations [21-28];

2) упрощением способа за счет уменьшения числа стадий и использования для введения в структуру полисахарида (сульфатированного арабиногалактана) флуоресцентного красителя методом ионного обмена;2) simplification of the method by reducing the number of stages and using a fluorescent dye by ion exchange to introduce a fluorescent dye into the structure of the polysaccharide (sulfated arabinogalactan);

3) природой флуоресцентной метки (в прототипе - флуоресцеин изотиоцианат, в заявляемом - способе родамин В - флуоресцентный краситель, преимущества которого перед производными флуоресцеина заключаются в том, он относительно фотостабилен, проявляет нечувствительную к рН флуоресценцию и проникает в клетки легче, чем производные флуоресцеина).3) the nature of the fluorescent label (in the prototype - fluorescein isothiocyanate, in the claimed method - rhodamine B - a fluorescent dye, the advantages of which over fluorescein derivatives are that it is relatively photostable, exhibits pH-insensitive fluorescence and penetrates into cells more easily than fluorescein derivatives) .

Таким образом, благодаря данным отличительным признакам, за счет сокращения стадий и применения простого метода ионного обмена удалось добиться эффективности процесса присоединения флуоресцентного красителя к биополимеру, получить флуоресцентные водорастворимые, малотоксичные производные биополимера арабиногалактана, обладающие достаточным для визуализации квантовым выходом за счет нековалентного связывания флуорофора с макромолекулекулой полисахарида.Thus, thanks to these distinctive features, by reducing the stages and using a simple ion exchange method, it was possible to achieve the efficiency of the process of attaching a fluorescent dye to a biopolymer, to obtain fluorescent water-soluble, low-toxic derivatives of arabinogalactan biopolymer, which have a quantum yield sufficient for visualization due to non-covalent binding of a fluorophore to a macromolecule polysaccharide.

Способ осуществляют следующим образом.The method is carried out as follows.

Процесс включает три стадии.The process includes three stages.

Первая стадия - сульфатирование арабиногалактана проводят по методике, описанной в патенте [RU 2521649, опубл. 10.07.2014].The first stage - sulfation of arabinogalactan is carried out according to the method described in the patent [RU 2521649, publ. 07/10/2014].

Вторая стадия - закрепление на катионите КУ-2-8 в NH4 +-форме флуоресцентного красителя родамина В.The second stage is the fixation on the KU-2-8 cation exchanger in the NH 4 + form of the fluorescent dye rhodamine B.

Третья стадия - введение в структуру сульфатированного полисахарида флуорофора - родамина В.The third stage is the introduction of a fluorophore, rhodamine B, into the structure of the sulfated polysaccharide.

Способ подтверждается конкретными примерами. Пример 1.The method is confirmed by specific examples. Example 1

Арабиногалактан производства ООО «Химия древесины» (Иркутск, Россия) под наименованием препарата «ФиброларС» выделенный из древесины лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) сульфатируют по методике, описанной в патенте [RU 2521649, опубл. 10.07.2014]. Процесс сульфатирования проводят при температуре 80°С в течение 2 часов. По окончании процесса сульфатирования выделяют продукт, содержащий 8,2% серы.Arabinogalactan produced by Chemistry of Wood LLC (Irkutsk, Russia) under the name of the drug "FibrolarS" isolated from Siberian larch wood (Larix sibirica Ledeb.) is sulfated according to the method described in the patent [RU 2521649, publ. 07/10/2014]. The sulfation process is carried out at a temperature of 80°C for 2 hours. At the end of the sulfation process, a product containing 8.2% sulfur is isolated.

Для закрепления на катионите КУ-2-8, находящегося в NH4 +-форме, родаминового красителя (родамина В) к 5 мл набухшего катионита добавляют 0,1 г соответствующего красителя в 30 мл воды и перемешивают смесь при комнатной температуре в течение 1 часа. Отделяют от катионита водный раствор, модифицированный катионит промывают многократно порциями воды по 20-30 мл до бесцветных промывных вод, далее модифицированный родаминовым красителем катионит перемешивают с водным раствором 0,3 г сульфатированного арабиногалактана (содержание серы 8,2% (масс.)) в 20 мл воды при комнатной температуре в течение 30 мин. Водный раствор сульфатированного арабиногалактана с присоединенным к нему родамином В отделяют от катионита фильтрованием, упаривают при температуре 50-60°С, образовавшийся твердый остаток промывают этанолом для удаления неприсоединившегося к полисахариду красителя до бесцветных промывных этанольных растворов. Получают 0,25 г водорастворимого целевого продукта с квантовым выходом 17±2%.To fix the rhodamine dye (rhodamine B) on the cation exchanger KU-2-8, which is in the NH 4 + -form, 0.1 g of the corresponding dye in 30 ml of water is added to 5 ml of the swollen cation exchanger and the mixture is stirred at room temperature for 1 hour . An aqueous solution is separated from the cation exchanger, the modified cation exchanger is washed repeatedly with portions of water, 20–30 ml each, until colorless washings are obtained, then the cation exchanger modified with rhodamine dye is mixed with an aqueous solution of 0.3 g of sulfated arabinogalactan (sulfur content 8.2% (mass.)) in 20 ml of water at room temperature for 30 min. An aqueous solution of sulfated arabinogalactan with rhodamine B attached to it is separated from the cation exchange resin by filtration, evaporated at a temperature of 50-60°C, the resulting solid residue is washed with ethanol to remove the dye not attached to the polysaccharide to colorless washing ethanol solutions. Get 0.25 g of water-soluble target product with a quantum yield of 17±2%.

Примеры 2,3. Аналогично примеру 1, отличие в содержании серы в сульфатированном арабиногалактане (см. таблицу). В зависимости от условий проведения процесса сульфатирования получают сульфатированный арабиногалактан, содержащий 10,1÷12,8% (масс.) серы. Сульфатированный арабиногалактан, содержащий 10,1% серы (пример 2) получают при сульфатировании арабиногалактана при температуре 80°С в течение 3 часов; содержащий 12,8% серы (пример 3) - при 90°С в течение 2 часов. При сульфатировании арабиногалактана, с увеличением как продолжительности процесса, так и температуры больше, чем 90-100°С, содержание серы в сульфатированном арабиногалактане увеличивается незначительно, но процесс сопровождается большей степенью деполимеризации исходного и сульфатированного арабиногалактана. С увеличением содержания серы происходит незначительный рост квантового выхода.Examples 2.3. Analogously to example 1, the difference in the sulfur content in sulfated arabinogalactan (see table). Depending on the conditions of the sulfation process, sulfated arabinogalactan is obtained containing 10.1÷12.8% (wt.) sulfur. Sulfated arabinogalactan containing 10.1% sulfur (example 2) is obtained by sulfation of arabinogalactan at a temperature of 80°C for 3 hours; containing 12.8% sulfur (example 3) - at 90°C for 2 hours. During the sulfation of arabinogalactan, with an increase in both the duration of the process and the temperature greater than 90-100°C, the sulfur content in sulfated arabinogalactan increases slightly, but the process is accompanied by a greater degree of depolymerization of the original and sulfated arabinogalactan. With an increase in the sulfur content, a slight increase in the quantum yield occurs.

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, путем присоединения флуоресцентного красителя к сульфатированному арабиногалактану с использование простого метода ионного обмена синтезированы флуоресцентные водорастворимые производные арабиногалактана, обладающие необходимым для визуализации квантовым выходом. Все образцы, полученные в результате синтеза, выполняют поставленную задачу в исследуемом диапазоне изменения содержания серы в исходном сульфатированном арабиногалактане.Thus, by adding a fluorescent dye to sulfated arabinogalactan using a simple ion exchange method, fluorescent water-soluble derivatives of arabinogalactan have been synthesized with the quantum yield necessary for visualization. All samples obtained as a result of synthesis fulfill the task in view of the studied range of changes in the sulfur content in the initial sulfated arabinogalactan.

Claims (1)

Способ получения флуоресцентных производных арабиногалактана, включающий перемешивание родаминового красителя с катионитом в NH4 +-форме при комнатной температуре в течение 1 часа; отделение водного раствора и многократное промывание катионита дистиллированной водой до бесцветных промывных вод; добавление к катиониту сульфатированного арабиногалактана в виде аммониевой соли и перемешивание при комнатной температуре 30 мин; фильтрование; испарение воды при 50-60°С; промывание твердого остатка этанолом.The way to obtain fluorescent derivatives of arabinogalactan, including mixing rhodamine dye with cation exchanger in NH 4 + -form at room temperature for 1 hour; separation of the aqueous solution and repeated washing of the cation exchanger with distilled water to colorless washings; adding sulfated arabinogalactan in the form of ammonium salt to the cation exchanger and stirring at room temperature for 30 minutes; filtration; evaporation of water at 50-60°C; washing the solid residue with ethanol.
RU2021115684A 2021-05-31 2021-05-31 Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan RU2768707C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115684A RU2768707C1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115684A RU2768707C1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768707C1 true RU2768707C1 (en) 2022-03-24

Family

ID=80819497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115684A RU2768707C1 (en) 2021-05-31 2021-05-31 Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768707C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998049176A1 (en) * 1997-04-25 1998-11-05 Carnegie Mellon University Glycoconjugated fluorescent labeling reagents
RU2426545C1 (en) * 2010-04-26 2011-08-20 Учреждение Российской академии медицинских наук Научный центр клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения РАМН (НЦКЭМ СО РАМН) Method of obtaining fluorescent derivatives of dexrans
RU2466143C1 (en) * 2011-06-17 2012-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) Method of producing sulphated arabinogalactan derivatives

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998049176A1 (en) * 1997-04-25 1998-11-05 Carnegie Mellon University Glycoconjugated fluorescent labeling reagents
RU2426545C1 (en) * 2010-04-26 2011-08-20 Учреждение Российской академии медицинских наук Научный центр клинической и экспериментальной медицины Сибирского отделения РАМН (НЦКЭМ СО РАМН) Method of obtaining fluorescent derivatives of dexrans
RU2466143C1 (en) * 2011-06-17 2012-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения РАН (ИХХТ СО РАН) Method of producing sulphated arabinogalactan derivatives

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ВОЛОШИНА Т. В., Исследование спектров люминесценции молекул органических красителей, внедренных в ионообменные материалы, Вестник ВГУ, серия: Физика. Математика, 2006 (2), с.49-53. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Roberts et al. Structure of chitin and chitosan
Hudson et al. Polysaccharides: chitin and chitosan: chemistry and technology of their use as structural materials
EP1921104B1 (en) Hydrophobic modified polyrotaxane and crosslinked polyrotaxane
Mestechkina et al. Sulfated polysaccharides and their anticoagulant activity: A review
EP0020183B1 (en) Poly-ion complex, process for its preparation and shaped articles prepared therefrom
Vikhoreva et al. Preparation and anticoagulant activity of a low-molecular-weight sulfated chitosan
US20230323041A1 (en) Method for preparing acylated crosslinked glycosaminoglycans
Lamarque et al. New route of deacetylation of α-and β-chitins by means of freeze− pump out− thaw cycles
CA2817176C (en) Polysaccharide derivatives including an alkene unit and thiol-click chemical coupling reaction
EP1921105A1 (en) Modified hydrophilic polyrotaxane and cross-linked polyrotaxane
Lutzke et al. Nitric oxide-releasing S-nitrosated derivatives of chitin and chitosan for biomedical applications
Li et al. Synthesis, biodegradability and cytotoxicity of water-soluble isobutylchitosan
US20030162744A1 (en) Salmon-origin chondroitin sulfate
CN103450369B (en) The preparation method of poly glycol monomethyl ether-chitosan derivatives
US10968286B2 (en) Site-selective modification of polysaccharides and applications thereof
JPH069707A (en) Highly acetylated hyaluronic acid and production thereof
Isobe et al. Identification of chitin allomorphs in poorly crystalline samples based on the complexation with ethylenediamine
RU2768707C1 (en) Method for producing fluorescent derivatives of arabinogalactan
Maiga-Revel et al. New investigations on heparin-like derivatized dextrans: CMDBS, synergistic role of benzylamide and sulfate substituents in anticoagulant activity
Rinauldo Chitin and chitosan: Properties and applications
JP4958368B2 (en) Cross-linked hyaluronic acid
JP4719878B2 (en) Chondroitin sulfate from heron
Oh et al. Application of chitin and Chitosan toward electrochemical hybrid device
Gonçalves et al. Sulfation of Microbial Polysaccharides
EP4048706B1 (en) Process for the purification of hyaluronic acid sodium salt, conducted in organic solvent