Badania nad działaniem nitroreduktazy na poliazotowe fluorofory emitujące w zakresie czerwonym

Obrazowanie fluorescencyjne jest jedną z najbardziej obiecujących, nieinwazyjnych metod obrazowania zjawiska hypoksji w komórkach nowotworowych. Charakteryzuje się wysoką selektywnością, szybka odpowiedzią, oraz bardzo dobrą rozdzielczością przestrzenną i czasową. Projektując sondy typu “switch off/on” do obrazowania hypoksji wykorzystuje się zjawisko wygaszania fluorescencji przez odpowiednie ugrupowanie, a następnie redukcję tego ugrupowania przez nitroreduktazy do wysoce fluorescencyjnej “formy on”. Obecnie jednym z największych wyzwań w obrazowaniu optycznym jest przesunięcie absorpcji/emisji fluoroforów w kierunku bliskiej podczerwieni, ze względu na zwiększoną głębokość penetracji tkanek, zmniejszone rozpraszanie fotonów, zmniejszoną absorpcję i autofluorescencję tkanek oraz poprawę stosunku sygnału do szumu.Celem przeprowadzonych badań było otrzymanie nowych sond typu ‘switch off/on”, których absorbcja i emisja była przesunięta w kierunku bliskiej podczerwieni, a opartych na rusztowaniu pyrazino-1,3a,6a-triazapentalenowym, z dodatkowym pierścieniem pirazyny, do którego wprowadzono ugrupowanie nitrofenylowe, bezpośrednio lub przez łącznik alkinowy. Otrzymanie nowych fluoroforów wiąże się z przeprowadzeniem wielu-etapowych syntez, których optymalizacja była również jednym z celów tego projektu. Wprowadzenie dodatkowego pierścienia pirazyny do ugrupowania pyrazino-1,3a,6a-triazapentalenowego, powoduje efekt batochormowy. Otrzymany tetracykl wykazuje bardzo dobre właściowości spektrokopowe w związku z czym wydaje się być obiecującym rusztowaniem do projektowania nowych sond fluorescencyjnych, których absorbcja i emisja są przesunięte w kierunku bliskiej podczerwieni. Otrzymane w projekcie sondy fluorescencyjne typu “switch off” charakteryzują się bardzo niską fluorescencją, dość szerokim przesunięcim Stokes’a a pomiary absorbancji wskazują na ich redukcję w obecności nitroreduktazy. Dodatkowo w porówaniu do innych sond opartych na ruszowaniu triazapentalynowym osiągnięto przesunięcie długości fali absorpcji i emisji w stronę podczerwieni. W związku z czym sondy wydają się być obiecujące w wykorzystaniu ich w aplikacjach biomedycznycjh, jednak niezbędne jest przeprowadzenie bardziej dokładnych testów, w szególności in vitro i in vivo.

Fluorescence imaging is one of the most promising non-invasive methods for imaging hypoxia in cancer cells. It is characterized by high selectivity, fast response, and very good spatial and temporal resolution. When designing “switch off/on” probes for hypoxia imaging, the phenomenon of quenching of fluorescence by the appropriate moiety is used, followed by its reduction by nitroreductases to the highly fluorescent "form on". Nowadays, one of the goals of the optical imaging is to shift the absorption/emission of the fluorophores towards the near-infrared, due to increased tissue penetration depth, reduced photon scattering, reduced tissue absorption and autofluorescence, and improved signal-to-background ratio.The aim of the research was to obtain new near-infrared-shifted 'switch off/on' probes based on a pyrazino-1,3a,6a-triazapentalene scaffold, with an additional pyrazine ring, into which a nitrophenyl moiety was introduced, directly or by an alkyne linker. Obtaining new fluorophores involves performing multistep syntheses, of which the optimization was also one of the goals of this project. The introduction of an additional pyrazine ring to the pyrazino-1,3a,6a-triazapentalene moiety causes a bathochromic effect. The obtained tetracycle shows very good spectroscopic properties and therefore seems to be a promising scaffold for the design of new near-infrared-shifted fluorophores. The “switch off” probes obtained in the project are characterized by a very low fluorescence, a fairly large Stoke shift, and absorbance measurements indicate that their reduction is taking place in the presence of nitroreductase. In addition, compared to other probes based on triazapentalene scaffold, the absorption and emission wavelengths were shifted toward the near-infrared. The resulting probes are promising for use in biomedical applications, but more tests are needed to prove their utility in vitro and in vivo.