Химия высоких энергий, 2020, T. 54, № 2, стр. 155-157

Бискарбоцианиновые красители (БКЦ) обладают двумя полосами поглощения, возникающими в следствие диполь-дипольного взаимодействия. Данные соединения обладают высокой молярной экстинкцией в красной и ближней ИК области [1, 2]. Способность поглощать свет в области “терапевтического окна” рассматриваемых соединений хорошо согласуется с требованиями для применяемых в ФДТ фотосенсибилизаторов [3–6]. Заселение триплетного состояния при прямом фотовозбуждении дает возможность осуществления реакции быстрого фотопереноса электрона от доноров к триплету БКЦ. В работе [7] было установлено, что введение в структуру хромофора индотрикарбоцианинов нитроксильного радикала с частичной циклизацией полиметиновой цепи приводит к увеличению выхода триплета в результате ускорения процесса ИКК, что подтверждает полученные ранее данные по механизму тушения триплетных состояний цианиновых красителей нитроксильными радикалами [8]. Два процесса обусловливают тушение триплетного состояния в рассматриваемой системе: эффект парамагнитной частицы (ускорение ИКК) и фотоперенос электрона (образование комплекса с переносом заряда между триплетом красителя и нитроксильным радикалом, как донором электрона). Ранее было установлено, что при взаимодействии триплетных состояний бискарбоцианинов с нитроксильными радикалами происходит процесс полного переноса электрона [9]. Данный процесс имеет важное значение для установления химического механизма процесса фотосенсибилизации в фотодинамической терапии. Фотоперенос электрона приводит к образованию восстановленной формы БКЦ, которая при взаимодействии с молекулой кислорода образует интермедиат – супероксид анион-радикал, который разрушает различные клеточные структуры и приводит к процессам некроза и апоптоза.

В настоящей работе исследованы реакционная способность триплетных состояний бис-карбоцианинового красителя, 1,1'-ди-3,3,3',3'-тетраметил-бисиндокарбо-2,5-диметил-бензо[1,2-d:4,5-d']-бистиазол иодидa (БКЦ), и процесс фотовосстановления красителя при взаимодействии с донором электрона – аскорбиновой кислотой. Эксперименты проводили в пропаноле-1 при комнатной температуре. Удаление кислорода воздуха проводили методом вакуумирования.

Измерение спектров поглощения БКЦ проводили на спектрофотометре “Shimadzu UV-3101PC” в кварцевых кюветах (1 × 1 см) (λ_макс1 = 518 нм (ε = 4.6 × 10⁴ М⁻¹ см⁻¹), λ_макс2 = 597 нм (ε = 1.5 × 10⁵ М⁻¹ см⁻¹)). Кинетика гибели и спектры поглощения интермедиатов были измерены на установке импульсного фотолиза в кварцевых кюветах с длиной оптического пути 20 см при фотовозбуждении Xe лампой с энергией вспышки 80 Дж (15 мкс), с использованием комбинации светофильтров СЗС-23 и ЖС-17 (пропускание 500–600 нм), регистрацию осуществляли фотодиодом “ОРТ-101 BURR BROWN CORP” в области 400–1100 нм.

Фотовозбуждение раствора БКЦ (6 × 10^–7 М) в пропаноле-1 в отсутствие кислорода приводит к образованию короткоживущего триплетного состояния красителя с максимумом при 630 нм и временем жизни около 200 мкс. В присутствии аскорбиновой кислоты (D) в концентрациях 10^–6–10^–5 М наблюдается ускорение гибели триплетного состояния. Из зависимости кинетики гибели триплета от концентрации аскорбиновой кислоты (рис. 1а, 1б) была вычислена константа скорости фотопереноса электрона на триплет БКЦ (k₁). Значение константы фотопереноса электрона k₁ = 2.4 × 10⁹ М^–1 с^–1 близко к значению диффузионной константы скорости для пропанола-1, что свидетельствует об эффективности этого процесса в жидкой фазе. Аскорбиновая кислота необратимо реагирует с триплетом красителя.

Рис. 1.

Дифференциальные спектры поглощения интермедиатов БКЦ (6 × 10^–7 М) в пропаноле-1 при импульсном фотолизе (200 мкс после вспышки): (1) в отсутствие (сплошная линия – триплетное состояние БКЦ) и (2) в присутствии аскорбиновой кислоты 1 × 10^–4 М (штрих линия – анион-радикал БКЦ). Вставка: кинетика гибели триплета БКЦ при 1010 нм (а) в отсутствие и (б) в присутствии аскорбиновой кислоты (2 × 10^–6 М), (в) –кинетика образования анион-радикала БКЦ при 440 нм в присутствии аскорбиновой кислоты (1 × 10^–2 М).

Тушение триплетного состояния БКЦ(Т) донором электрона приводит к появлению в дифференциальном спектре поглощения новой полосы с максимумом при 420 нм (рис. 1), которая соответствует полувосстановленной форме красителя ${{{\text{R}}}^{{\centerdot - }}}$ (анион-радикала) (рис. 1в), образовавшегося в результате одноэлектронного переноса от аскорбиновой кислоты на триплет красителя.

В результате фотопереноса электрона происходит разрушение одной из полиметиновых цепей в БКЦ, что проявляется в исчезновении расщепления синглетного уровня БКЦ.

Процесс разрушения хромофорной системы БКЦ в присутствии донора электрона (аскорбиновой кислоты), происходящий с участием триплетного состояния красителя, моделирует образование анион-радикала красителя в комплексе с белками при использовании БКЦ в качестве фотосенсибилизатора в процессах фотодинамической терапии [10]. В качестве донора электрона в этих процессах могут выступать ароматические аминокислоты (тирозин, триптофан), входящие в структуру белка (например, альбумина). Одним из путей гибели радикальной полувосстановленной формы БКЦ может быть реакция с молекулярным кислородом, в результате которой при переносе электрона образуется супероксид анион радикал, который участвует в механизме фотодинамической терапии. Этот интермедиат может взаимодействовать с различными клеточными структурами и приводить к гибели раковых клеток в результате процессов некроза и апоптоза. Образование супероксида в процессах фотодинамического разрушения раковых клеток в присутствии фотосенсибилизаторов БКЦ было установлено нами ранее методом конфокальной микроскопии [11].

Таким образом, на модельной системе установлено разрушение хромофорной структуры бискарбоцианинового красителя с образованием анион-радикала БКЦ при фотопереносе электрона от донора (аскорбиновая кислота) на триплетное состояние БКЦ.

Спектральные измерения были выполнены на спектрофотометрическом комплексе ЦКП ИБХФ РАН.