Tuning the structure of aminoferrocene-based anticancer prodrugs to prevent their aggregation in aqueous solution

亲脂性 前药 化学 分配系数 溶解度 细胞毒性 取代基 癌细胞 组合化学 水溶液 药品 体内 立体化学 有机化学 体外 生物化学 癌症 内科学 医学
作者
Steffen Daum,Svetlana Babiy,Helen Konovalova,Walter Hofer,A. V. Shtemenko,Natalia I. Shtemenko,Christina Janko,Christoph Alexiou,Andriy Mokhir
出处
期刊:Journal of Inorganic Biochemistry [Elsevier]
卷期号:178: 9-17 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jinorgbio.2017.08.038
摘要

Aminoferrocene-based prodrugs are activated in cancer cells by reactive oxygen species (ROS). They were shown to exhibit high cytotoxicity towards a variety of cancer cell lines and primary cancer cells, but remain not toxic towards non-malignant cells. However, these prodrugs have rather high lipophilicity leading to relatively low water solubility. In particular, an n-octanol/water partition coefficient for the best aminoferrocene-based prodrug (2) was found to be 4.51±0.03. Though the approaches for decreasing lipophilicity are straightforward and include the addition of polar residues to the drug structure, these modifications also lead to dramatic decrease of cell permeability and, correspondingly, lower the activity of the drug. Therefore, a delicate balance of polar and unpolar groups should be found to reduce lipophilicity without compromising the useful drug properties. In this study we optimized an N-alkyl substituent, which is a key element responsible for the stabilization of the aminoferrocene drug released in cancer cells from prodrug 2. We found that an N-propargyl residue is an optimal replacement for the N-benzyl fragment. In particular, such a substitution (prodrug 7a) leads to reduction of prodrug lipophilicity down to logP=3.78±0.05, improvement of its water solubility, decrease of its propensity towards aggregation and dramatic increase of its ROS-generating properties. Finally, we demonstrated that the optimized prodrug strongly suppresses growth of Guerin's carcinoma (T8) in vivo at the dose of 30mg/kg.
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