Управляемые светом блокаторы натриевых каналов: синтез, фотоизомеризация и биомедицинское применение тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ноев Алексей Николаевич

• Ноев Алексей Николаевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Ноев Алексей Николаевич

1.1. Актуальность работы

1.2. Степень разработанности темы

1.3. Научная новизна

1.4. Теоретическая и практическая значимость

1.5. Методология и методы исследования

1.6. Основные положения, выносимые на защиту

1.7. Публикации

1.8. Апробация работы

1.9. Личный вклад автора

1.10. Структура и объём диссертации

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.1. Блокаторы потенциал-зависимых натриевых каналов в медицине

2.1.1. Известные блокаторы Nav каналов и их структуры

2.1.2 Механизм действия блокаторов Nav каналов

2.1.3. Побочные эффекты местных анестетиков

2.2. Фотофармакология как способ увеличения селективности действия лекарственных препаратов

2.2.1. Необратимые фотофармакологические агенты

2.2.2. Обратимые фотофармакологические агенты

2.3. Химические классы молекулярных фотопереключателей, способных к фотоизомеризации вокруг двойной связи

2.3.1. Стильбены

35

2.3.2. Азобензолы

2.3.3. Моногетероциклические аналоги азобензола

2.3.4. Бисгетероциклические аналоги азобензола

2.3.5. Основания Шиффа как фотопереключаемые агенты

2.4. Управляемые светом препараты для обезболивания

2.4.1. Необратимые фотофармакологические агенты для обезболивания

2.4.2. Обратимые фотофармакологические агенты для обезболивания

Заключение

3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

3.1. Разработка и исследование новых управляемых светом блокаторов Nav каналов, содержащих линкер с простой эфирной связью

3.1.1 Синтез гидрохлорида этеркаина (9)

3.1.2. Исследование физико-химических свойств гидрохлорида этеркаина (9)

3.1.3. Синтез орто- и мета-изомеров этеркаина 15a-b

3.1.4. Исследование биологической активности in vivo соединений 9, 15a-b

3.1.5. Исследование действия соединения 9 на нейрональные потенциал-зависимые натриевые (Nav) каналы in vitro

3.1.6. Исследование действия гидрохлорида этеркаина (9) на ток INav в неонатальных кардиомиоцитах желудочков сердца крыс

3.2. Исследование зависимости свойств от химической структуры производных этеркаина на основе азобензола

3.2.1 Синтез и исследование амидных производных этеркаина

3.2.2. Влияние азотсодержащего фрагмента на физико-химические и биологические свойства этеркаина

3.2.3. Получение управляемого светом местного анестетика на основе пиперазина, обладающего активностью в форме Z-изомера

3.2.4. Исследование фторсодержащих производных этеркаина

3.2.5. Карбоксильные производные этеркаина

3.3. Гетероазоароматические производные блокаторов Nav каналов

3.3.1. Производные этеркаина на основе тиазола

3.3.2. Производные этеркаина на основе ^-метилпиразола

3.3.3. Производные этеркаина на основе изоксазола

3.4 Многократное фотопереключение местноанестетической активности in vivo

3.5 Исследование управляемых светом антиаритмических свойств гидрохлорида этеркаина in vitro методом оптического картирования

3.6 Исследование острой токсичности гидрохлорида этеркаина 9 и его гетероциклических аналогов

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4.1 Материалы

4.2. Химический синтез

4.2.1. Получение региоизомеров этеркаина 9, 15a-b

4.2.2. Получение амидных производных этеркаина 21, 22, 25,

4.2.3. Получение производных этеркаина 30, 31, 33 с различными азотсодержащими фрагментами

4.2.4. Получение пиперазин-содержащих амидных производных этеркаина 36a, 37, 39,

4.2.5. Получение фторсодержащих производных этеркаина 47a-h138

4.2.6. Получение карбоксильных производных этеркаина 51a-c

4.2.7. Получение гетероциклических производных этеркаина 56a-b на основе тиазола

4.2.8. Получение гетероциклических производных этеркаина на основе пиразола и изоксазола

4.3. Фотофизические исследования

4.4. Биологические исследования

4.4.1. Биологические исследования in vitro

4.4.2. Биологические исследования in vivo

5. ВЫВОДЫ

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

МА - местный анестетик ПД - потенциал действия TTX - тетродотоксин

VSD - домен - сенсор напряжения (с англ. voltage-sensing domain) LAST - системная токсичность местных анестетиков (с англ. local anesthetic systemic toxicity)

ФДТ - фотодинамическая терапия АФК - активные формы кислорода

PPG - фотолабильные защитные группы (с англ. photolabile protective group)

ДМНБ - 4,5-диметокси-2-нитробензильная защитная группа

АТФ - аденозинтрифосфат

УФ - ультрафиолет

ДМСО - диметилсульфоксид

ДТТ - дитиотреитол

АИП - арилиминопиразолы

GPCR - рецепторы, связанные с G-белком

^OR - ^-опиодные рецепторы

ГЭБ - гематоэнцефалический барьер

GIRK - калиевый канал выпрямления, активируемый G-белком ЯМР - ядерный магнитный резонанс МС - масс-спектрометрия

UV/Vis - спектрофотометрия в ультрафиолетовой и видимой областях

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

ДМД - диодно-матричный детектор

ФСС - фотостационарное состояние

ИК50 - концентрация полумаксимального ингибирования

ДМФА - диметилформамид

ДХМ - дихлорметан

ACN - ацетонитрил

ТФУК - трифторуксусная кислота

DMTMM - 4-(4,6-диметокси-1,3,5-триазин-2-ил)-4-метилморфолиния хлорид

ЛД50 - средняя смертельная доза ТСХ - тонкослойная хроматография

1. ВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Управляемые светом блокаторы натриевых каналов: синтез, фотоизомеризация и биомедицинское применение»

1.1. Актуальность работы

Блокаторы потенциал-зависимых натриевых (Nav) каналов широко используются в качестве местных анестетиков (МА) и антиаритмиков, при этом они обладают системной токсичностью. Существующие лекарственные средства, действующие на Nav каналы, связываются с ними в поровом домене, обладающим высокой консервативностью аминокислотной последовательности, что затрудняет разработку селективных препаратов. Для разработки безопасных местных анестетиков и антиаритмиков используются подходы фотофармакологии, позволяющие создавать агенты, биологическая активность которых регулируется с помощью света. Наиболее распространёнными органическими соединениями, на основе которых создаются фотофармакологические агенты, являются азобензолы, способные к обратимой E^Z-фотоизомеризации. Данное свойство позволяет разрабатывать соединения, у которых биологической активностью обладает только один из двух изомеров, что позволяет активировать препарат локально, сводя к минимуму системное воздействие. Другим перспективным классом химических соединений для создания молекулярных фотопереключателей являются азогетарены, в том числе фенилазопиразолы, фенилазотиазолы, фенилазоизоксазолы и др.

Таким образом, разработка и исследование фотофизических и биологических свойств новых управляемых светом блокаторов потенциал-зависимых натриевых каналов на основе ароматических азосоединений является крайне актуальной задачей, направленной на создание безопасных и эффективных обезболивающих средств и антиаритмиков с высокой степенью контроля в организме.

1.2. Степень разработанности темы

В настоящее время в литературе описаны несколько управляемых

светом блокаторов потенциал-зависимых натриевых (Nav) каналов на основе

азобензола, однако большинство из них исследованы лишь in vitro, и только

8

для одного соединения показана биологическая активность in vivo. Обладая двумя положительно заряженными группами в структуре молекулы, последнее ограниченно проникает через мембрану клетки. Некоторые из описанных в литературе соединений данной группы оказались высоко цитотоксичными, при этом для них отсутствуют систематические исследования взаимосвязи «структура-активность». Не описаны также блокаторы Nav каналов на основе гетероазоароматических соединений.

Цель работы заключается в получении новых фотоизомеризуемых блокаторов Nav каналов на основе ароматических азосоединений в качестве потенциальных управляемых светом местных анестетиков и антиаритмиков, а также исследовании зависимости физико-химических и биологических свойств от их структуры. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Получение нового управляемого светом блокатора Nav каналов на основе азобензола, исследование его физико-химических и биологических свойств на клеточном и организменном уровнях.

2. Изучение влияния структуры азобензолов, включая природу и положение линкера, тип азотсодержащих заместителей на периферии молекулы на биологические и фотофизические свойства, в том числе фотоизомеризацию.

3. Получение фторсодержащих производных азобензола с управляемым светом местноанестетическим эффектом, обладающих увеличенными временами жизни Z-изомеров.

4. Получение гетероциклических аналогов азобензолов и исследование их местноанестетических свойств.

1.3. Научная новизна

1. Разработан новый фотопереключаемый блокатор Nav каналов, обладающий батохромным сдвигом максимума поглощения E-формы на 20 нм относительно известного аналога (фотокаина).

2. Изучено действие полученного в работе лидерного производного азобензола этеркаина на натриевый ток в нейронах и кардиомиоцитах, а также подтверждено наличие светоуправляемого местноанестетического эффекта in vivo.

3. Реализованы систематические исследования влияния структуры синтезированных производных азобензолов на их местноанестетическую активность.

4. Впервые получены производные блокаторов Nav каналов на основе азогетаренов (азотиазола, азопиразола, азоизоксазола) с местноанестетической активностью некоторых из них выше, чем у лидокаина.

5. Впервые получен пиперазин-содержащий фотопереключаемый анестетик, проявляющий активность в цис-форме.

1.4. Теоретическая и практическая значимость

Получен новый управляемый светом блокатор Nav каналов на основе азобензола и предложен способ его солюбилизации. Изучен механизм его действия in vitro и местноанестетические свойства in vivo. Разработаны синтетические подходы к получению блокаторов Nav каналов на основе азобензола, содержащих заместители в разных положениях бензольных колец. Исследована зависимость биологической активности от структуры в ряду азо-и гетероазоароматических блокаторов Nav каналов, выявлено лидерное соединение на основе фенилазоизоксазола с оптимальными физико-химическими и биологическими свойствами. По результатам исследования острой токсичности лидерные соединения на основе азобензола и фенилазоизоксазола оказались менее токсичными по сравнению с лидокаином. Показана возможность использования полученных соединений в качестве фотоуправляемых анестетиков и антиаритмиков.

1.5. Методология и методы исследования

При выполнении диссертационной работы были использованы

современные методы органической и медицинской химии. Подтверждение

структур полученных соединений проводилось с использованием

современных методов физико-химического анализа, в том числе хромато-масс спектрометрии, масс-спектрометрии высокого разрешения, одномерной и двумерной ЯМР спектроскопии, UV/Vis спектрофотомерии. Электрофизиологические исследования механизма действия полученных соединений in vitro проводилось методом пэтч-кламп. Оценка влияния соединений на прохождение волн возбуждения в культурах кардиомиоцитов выполнена с использованием оптического картирования на основе флуоресцентной кальциевой визуализации. Исследования

местноанестетической активности in vivo выполнены с использованием классической модели поверхностной анестезии, адаптированной для исследования светочувствительных соединений.

1.6. Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработка схемы синтеза и способа солюбилизации нового блокатора Nav каналов на основе 4-гидроксиазобензола, подтверждение механизма действия in vitro и реализация управляемой светом местноанестетической активности in vivo.

2. Синтез новых фотоизомеризуемых производных гидрокси- и амино-азобензолов, содержащих третичный или четвертичный атомы азота и обладающих управляемой светом местноанестетической активностью.

3. Изучение влияния числа и положения атомов фтора в фенильных кольцах азобензола на времена Z^E изомеризации и биологические свойства.

4. Разработка схемы синтеза и получение новых морфолин-содержащих гетероароматических азопроизводных на основе тиазола, 1 -метилпиразола и 3,5-диметилизоксазола, исследование их физико-химических и местноанестетических свойств.

1.7. Публикации

По материалам диссертации опубликована 21 печатная работа, включая 5 статей в научных изданиях, входящих в международные базы цитирования Scopus и Web of Science, и 16 тезисов докладов.

1.8. Апробация работы

Результаты работы были представлены на следующих российских и международных конференциях: IX Международный конгресс

«Фотодинамическая терапия и фотодиагностика» (Москва, 2020); Первая всероссийская школа для молодых учёных по медицинской химии MEDCHEMSCHOOL2021 (Новосибирск, 2021); 5-я Российская конференция по медицинской химии с международным участием MedChem-Russia 2022 (Волгоград, 2022); III Всероссийская научная конференция с международным участием «Оптогенетика+ 2023» (Санкт-Петербург, 2023); XXX Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2023); XXXI Международная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2024); X Всероссийская научная молодежная школа-конференция «Химия, физика, биология: пути интеграции» (Москва, 2024); 6-й Российская конференция по медицинской химии с международным участием «МедХим -Россия 2024» (Нижний Новгород, 2024); IV Всероссийская научная конференция с международным участием «Оптогенетика+ 2025» (Санкт-Петербург, 2025); XI Всероссийская научная молодежная школа-конференция «Химия, физика, биология: пути интеграции» (Москва, 2025).

1.9. Личный вклад автора

Диссертантом проведен обзор научной литературы по теме исследования, выбор целевых соединений и разработка схем их получения, реализованы химический синтез, подтверждение структур полученных соединений, а также методы их солюбилизации. Исследованы физико-химические свойства, местноанестетическая активность и острая токсичность лидерных соединений in vivo. Обработаны и проанализированы все полученные результаты, которые представлены в виде научных публикаций и докладов на конференциях.

1.10. Структура и объём диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы, включающего 199 ссылок на источники. Работа

изложена на 215 страницах печатного текста и содержит 59 рисунков, 12 схем, 9 таблиц и 28 приложений.

2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

2.1. Блокаторы потенциал-зависимых натриевых каналов в медицине

2.1.1. Известные блокаторы каналов и их структуры

Потенциал-зависимые натриевые каналы (№У) представляют собой важные молекулярные мишени для лечения различных заболеваний. Эти трансмембранные белки, необходимые для генерации и распространения потенциала действия в возбудимых тканях, включают девять различных изоформ (№у1.1-Кау 1.9), которые обладают тканеспецифичной экспрессией и выполняют различные функции в организме. Блокаторы потенциал-зависимых натриевых каналов представляют класс лекарственных средств, получивший наиболее широкое применение в трех областях медицины: анестезиологии, кардиологии и противосудорожной терапии. Данные препараты достигают терапевтического эффекта путем ингибирования натриевой проводимости в возбудимых тканях, нарушая генерацию и проведение потенциалов действия (ПД). В течение XX и начала XXI веков было получено значительное количество соединений, действующих на №у каналы (Рис. 1) [1,2].

Г

ск х>

N14

1

I

Л

11

н д

О 12

Местные анестетики Антиаритмики Антиконвульсанты

Рисунок 1. Структуры наиболее распространённых блокаторов №у каналов. Местные анестетики: мепивакаин (1), бупивакаин (2), артикаин (3), бензокаин (4), лидокаин (5). Антиаритмики: хинидин (6), фенитоин (7),

токаинид (8). Антиконвульсанты: карбамазепин (10), ламотриджин (11), лакосамид (12).

Большинство используемых в медицинской практике препаратов,

действующих на Nav каналы, являются их неселективными блокаторами.

Связываясь с мишенью, данные препараты препятствуют генерации и

распространению потенциалов действия в нервной системе, мышечной или

сердечной ткани.

2.1.2 Механизм действия блокаторов Na v каналов

2.1.2.1. История открытия структуры и функций Na v каналов

Понимание механизма действия блокаторов потенциал-зависимых

натриевых каналов стало возможным благодаря открытию ионных каналов, их

строения и функций. Одними из ключевых фигур в этом стали A. Hodgkin и

A. Huxley, которые в 1940-х - 1950-х годах использовали метод

двухэлектродной фиксации потенциала (англ. 2-electrode voltage clamp) для

детального изучения молекулярных механизмов распространения нервного

импульса в гигантском аксоне кальмара [3,4]. Итогом их последующих

исследований стала серия публикаций в 1952 году, которые легли в основу

теории Ходжкина — Хаксли — математической модели, описывающей

генерацию и распространение потенциалов действия в нейронах [5-9]. Кроме

того, авторами было предположено существование частиц в мембране

нейронов, ответственных за ионную проницаемость. Несмотря на актуальную

по сей день модель возникновения и распространения потенциала действия

(ПД), модель Ходжкина-Хаксли является математической теорией, и в

меньшей степени описывает лежащие в основе молекулярные механизмы [10].

В течение 1960-х - 1970-х годов, учеными-электрофизиологами, в числе

которых B. Hille, L. M. Hondeghem, C. M. Armstrong и др., было существенно

расширено представление о природе ионных каналов, ответственных за

проницаемость ионов Na+ и K+ через клеточные мембраны. Было установлено,

что ионы Na+ и K+ проникают в клетку сквозь поры, а не путём переносчиков,

причем указанные ионы используют разные поры для прохождения через

мембрану [11]. В 1966 году Armstrong и Hille независимо друг от друга представили доклады на конференции с названиями, содержащими слова «канал», что вызвало критику со стороны их коллег [10,11]. В 1970 Hille закрепляет термин «ионный канал», опубликовав обзорную работу с заголовком «Ionic channels in nerve membranes» [12]. К концу 1970-х годов Armstrong, Hille и Bezanilla представили и развили концепцию ионных каналов как макромолекулярных пор, образованных белком. Они ввели такие термины, как селективный фильтр, сенсор напряжения и др. В 1976 году E. Neher и B. Sakmann провели измерение ионных токов от единичного ионного канала, используя новый одноэлектродный метод локальной фиксации потенциала (patch-clamp), который использует в качестве электрода одну стеклянную пипетку [13]. За данное открытие Neher и Sakmann были награждены в 1991 году Нобелевской премией по физиологии и медицине. При этом до начала 1980-х годов точное строение и природа ионных каналов по-прежнему была неясна. В 1982 году Numa и его коллеги впервые клонировали канал никотинового ацетилхолинового рецептора, nAChR [14], а в 1984 году -потенциал-зависимый №+-канал [15]. Период 1980-х - 1990-х годов характеризуется постепенным пониманием ролей и функций отдельных компонентов и аминокислот в работе ионных каналов в условиях ограниченной доступности экспериментальных данных о структуре каналов. Первым ионным каналом, структура которого была расшифрована, стал бактериальный калиевый канал KcsA. Данное открытие было сделано в 1998 году R. MacKinnon, получившим в 2003 году Нобелевскую премию по химии «За структурные и механические исследования ионных каналов». В 2011 году была получена рентгеноструктурная модель бактериального потенциал-зависимого натриевого канала (NavAb), что открыло возможность детального описания пространственной организации этого класса мембранных белков на атомном уровне, а также позволило глубже понять процессы селективной проводимости и функционального контроля натриевых каналов. К 2025 году количество расшифрованных экспериментальных кристаллических структур

17

ионных каналов многократно возросло, в том числе благодаря развитию способов их кристаллизации, а также метода криоэлектронной микроскопии.

2.1.2.2. Строение потенциал-зависимых натриевых каналов

Потенциал-зависимые натриевые (Ыау) ионные каналы представляют собой трансмембранные белковые комплексы, формирующие ион-проводящую пору и обеспечивающие селективный транспорт катионов №+ через плазматическую мембрану [16]. В нервной ткани генерация ПД является базовым механизмом передачи информации, поскольку обеспечивает быстрое распространение электрических сигналов. Основной вклад в восходящую фазу ПД вносит натриевый ток, возникающий при активации Ыау каналов. В организме человека экспрессируется девять изоформ каналов Ыау (Ыау1.1-ЫаУ1.9), различающихся тканевой локализацией. Так, Ыау1.1, Ыау1.2 и Ыау1.6 преобладают в структурах центральной нервной системы, Ыау1.4 и Ыау1.5 характерны для скелетной и сердечной мускулатуры соответственно, тогда как Ыау1.7, Ыау1.8 и Ыау1.9 преимущественно экспрессируются в периферических нейронах, играя ключевую роль в ноцицепции.

Потенциал-зависимые натриевые каналы состоят из основной а-субъединицы и одной или нескольких у#-субъединиц, соединённых дисульфидными связями. Все изоформы обладают консервативными структурными мотивами, необходимыми для обеспечения ионной проводимости. Канал включает четыре сенсора напряжения (VSD1-VSD4), локализованных по периферии белкового комплекса и реагирующих на изменение трансмембранного потенциала, что напрямую связано с состоянием центральной поры. Сенсорная активность обеспечивается высокой концентрацией положительно заряженных аминокислот (лизин, аргинин) в S4-сегментах. Под влиянием электрического поля данные сегменты смещаются, инициируя открытие активационных ворот, представленных четырьмя S6-сегментами, образующими уплотнённую конформацию ворот поры. S4-S5-линкер характеризуется фиксированным изгибом, направленным в

цитоплазму, а последовательность остатков ШМТ (Пе-РЬе-Ме1-ТЬг),

18

расположенная между S5 домена III и S1 домена IV, выполняет функцию инактивационного механизма [17]. Ион-селективная пора формируется сегментами S5-S6 и внеклеточными петлями. Её наиболее узкая часть — селективный фильтр — отвечает за специфическую дискриминацию ионов. Для нормального функционирования клеток критически важно, чтобы канал проявлял высокую селективность к №+ в условиях конкуренции с К+ и Са2+. Соотношение коэффициентов селективности составляет около 30 для №+/К+ и более 11 для №+/Са2+ [18,19].

Функционирование каналов обусловлено переходами между

различными конформационными состояниями, регулируемыми мембранным потенциалом (Рис. 2).

Состояния натриевых каналов Ток натриевых каналов

Открыт Инактивирован

Рисунок 2. Состояния каналов и ток натрия в клетке во время покоя, открытия и инактивации [17].

В состоянии покоя активационный затвор закрыт, тогда как инактивационный открыт, что исключает прохождение ионов №+. Мембранная деполяризация вызывает смещение сенсоров напряжения, что сопровождается конформационными изменениями и открытием поры. Через образованную пору ионы №+ устремляются внутрь клетки по электрохимическому градиенту, вызывая фазу быстрой деполяризации. Вскоре после активации канал переходит в инактивированное состояние, при котором инактивационный затвор блокирует внутренний вход поры, что

19

делает мембрану рефрактерной к новым импульсам. Возврат канала в исходное состояние происходит при реполяризации за счёт закрытия активационного и открытия инактивационного затворов, что сопровождается перемещением S4 внутрь мембраны [20].

В структуре а-субъединицы идентифицировано несколько сайтов связывания лиганда (Рис. 3) [21].

Рисунок 3. Основные сайты связывания в структуре Nav каналов на примере N^.7. Нумерация сайта соответствуют номеру молекулы,

связывающейся с ним [21].

Тетродотоксин (TTX), низкомолекулярный природный алкалоид ядовитых рыб, связывается с внеклеточным участком поры (сайт 1), блокируя транспорт №+ независимо от функционального состояния канала [22]. Местные анестетики фиксируются на внутреннем участке канала у основания поры (сайт 3) [23]. Современные селективные ингибиторы, такие как GX-936, модулируют работу канала, взаимодействуя с доменом IV сенсора напряжения (VSD4, сайт 4), преимущественно связываясь с инактивированной конформацией [24]. Среди природных токсинов особое место занимают пептиды с дисульфидными мостиками, такие как протоксин-П (РгоТх-П), действующий на внеклеточный участок VSD2 (сайт 2) [25].

В контексте рассмотрения блокаторов каналов, применяемых в настоящей практике, наиболее важен сайт связывания местных анестетиков в центральной поре ионного канала.

2.1.2.3. Механизмы прохождения местных анестетиков к сайту связывания

Одними из наиболее изученных блокаторов натриевых каналов являются местные анестетики. Наличие третичных атомов азота в гидрофильной части молекулы МА обуславливает их способность к протонированию при физиологических значениях рН. Поскольку для большинства данных соединений характерны значения рКа, близкие к 7, в условиях организма они существуют в виде динамического равновесия между ионизированными и нейтральными формами. В практических целях местные анестетики, как правило, применяются в виде солей, чаще всего гидрохлоридов, что значительно улучшает их растворимость в воде. После введения в организм ионизированная форма молекул может подвергаться депротонированию, благодаря чему образующаяся нейтральная форма может проходить через липидный бислой клеточной мембраны. Попадая внутрь клетки, часть молекул вновь протонируется, и в заряженном состоянии реализует основной фармакологический эффект, связываясь изнутри с поровым доменом потенциал-зависимых натриевых каналов и блокируя прохождение ионного тока. В результате происходит подавление генерации и распространения потенциала действия, что лежит в основе механизма действия данных соединений (Рис. 4).

В + Н+ *-7 ВН+

Рисунок 4. Схематическая иллюстрация механизма действия МА.

Потенциал-зависимые натриевые каналы могут пребывать в одном из трех функциональных состояний: закрытое (покой, R), открытое (активированное, А) и инактивированное (I). В закрытом состоянии канал остаётся непроницаемым для натриевых ионов, сохраняя потенциал покоя и предотвращая спонтанную деполяризацию мембраны. При деполяризации мембраны канал претерпевает конформационные изменения, переходя в открытое состояние, что позволяет осуществлять быстрый вход натрия в клетку и инициировать потенциал действия. Открытое состояние является крайне недолговременным, поскольку канал быстро переходит в инактивированное состояние, характеризующееся отсутствием проводимости при сохраняющейся деполяризации, что предотвращает дальнейший вход натрия и обеспечивает рефрактерный период, необходимый для правильного распространения нервных импульсов. Последовательные переходы между закрытым, открытым и инактивированным состояниями лежат в основе физиологических и фармакологических реакций натриевых каналов в нейронах, мышцах и других возбудимых структурах.

В рамках модифицированной рецепторной теории, аффинность фармакологических веществ к специфическим участкам канала определяется его текущим функциональным состоянием. Для различных блокаторов натриевых каналов описаны индивидуальные кинетические параметры

связывания и диссоциации (константы ассоциации кК, кА, к1 и диссоциации 1Я, 1А, II) для каждого из возможных состояний ионного канала.

Способность нейтральных форм анестетиков проникать в клеточную мембрану дополнительно обеспечивает альтернативный путь достижения сайта связывания. Согласно современным представлениям, незаряженные молекулы могут диффундировать в участок ионного канала через специальные структурные элементы трансмембранного домена - боковые отверстия, известные как фенестрации (Рис. 5) [26].

Рисунок 5. Схематическое изображение альтернативных путей связывания местных анестетиков: нейтральная форма (синим цветом) и ионизированная форма (красным цветом) [26].

Концепция альтернативного пути действия местных анестетиков была впервые предложена в 1977 году, когда Hille предположил существование двух путей прохождения МА до сайта связывания - гидрофильного и гидрофобного. Hille постулировал, что «жирорастворимые формы лекарств, как предполагается, поступают и уходят с рецептора через гидрофобный участок мембраны, в то время как заряженные и менее жирорастворимые формы проходят через гидрофильный участок». Молекулярная основа фенестраций оставалась гипотетической до определения кристаллической структуры бактериального потенциал-зависимого натриевого канала NavAb из Arcobacter butzleri в 2011 году. Payandeh с коллегами впервые выявили трёхмерную архитектуру фенестраций - боковых отверстий в поровом домене,

23

которые соединяют липидную фазу мембраны непосредственно с центральной полостью канала [27]. Эти фенестрации, размером приблизительно 8*10 Ä в структуре NavAb подтвердили гипотезу гидрофобного пути. Большую роль в понимании механизмов действия МА внесли Д. Б. Тихонов и Б. С. Жоров, чьи работы связаны с компьютерным моделированием прохождения МА к сайту связывания и взаимодействия с ним [28,29]. В 2018 году T. M. Gamal El-Din с коллегами расшифровали структуры кристаллов NavAb в присутствии лидокаина и флекаинида, в которых наблюдалась высокая электронная плотность в центральной полости поры [30]. Путём мутагенеза остатка F206 было подтверждено связывание блокаторов вблизи этой аминокислоты. Систематические мутации остатка F203 в области фенестраций подтвердили то, что размер фенестрации влияет на эффективность препарата, причем способность к блокаде канала в состоянии покоя коррелировала с размером молекул препаратов (флекаинид > лидокаин > бензокаин) [30].

Таким образом, внутриклеточная среда характеризуется преобладанием протонированных форм анестетиков, что обеспечивает реализацию классического механизма блокирования натриевого канала через внутренние ворота. В отличие от этого, в гидрофобной области липидного бислоя равновесие смещается в сторону нейтральных форм, и именно они способны проникать к сайту связывания посредством фенестраций, реализуя так называемый тонический путь действия. В совокупности оба механизма формируют основу многообразных фармакодинамических свойств местных анестетиков и объясняют как особенности их блокирующей активности, так и вариабельность взаимодействия отдельных структурных аналогов с молекулярной мишенью.

2.1.2.4. Ключевые взаимодействия блокаторов Na v каналов с аминокислотными остатками сайта связывания

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ноев Алексей Николаевич, 2026 год

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bezerra M. M. h gp. A brief history behind the most used local anesthetics // Tetrahedron. 2020. T. 76, № 47. C. 131628.

2. McCaughey W. Adverse Effects of Local Anaesthetics // Drug Safety. 1992.

3. Hodgkin A. L., Huxley A. F. Action Potentials Recorded from Inside a Nerve Fibre // Nature. 1939. T. 144, № 3651. C. 710-711.

4. Vandenberg J. I., Waxman S. G. Hodgkin and Huxley and the basis for electrical signalling: a remarkable legacy still going strong // The Journal of Physiology. 2012. T. 590, № 11. C. 2569-2570.

5. Hodgkin A. L., Huxley A. F., Katz B. Measurement of current-voltage relations in the membrane of the giant axon of Loligo // The Journal of Physiology. 1952. T. 116, № 4. C. 424-448.

6. Hodgkin A. L., Huxley A. F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve // The Journal of Physiology. 1952. T. 117, № 4. C. 500-544.

7. Hodgkin A. L., Huxley A. F. The dual effect of membrane potential on sodium conductance in the giant axon of Loligo // The Journal of Physiology. 1952. T. 116, № 4. C. 497-506.

8. Hodgkin A. L., Huxley A. F. The components of membrane conductance in the giant axon of Loligo // The Journal of Physiology. 1952. T. 116, № 4. C. 473496.

9. Hodgkin A. L., Huxley A. F. Currents carried by sodium and potassium ions through the membrane of the giant axon of Loligo // The Journal of Physiology. 1952. T. 116, № 4. C. 449-472.

10. Hille B. A brief history of nerve action potentials after 1600 // Molecular Pharmacology. 2025. T. 107, № 2. C. 100012.

11. Catacuzzeno L., Michelucci A., Franciolini F. The crucial decade that ion channels were proven to exist: The vision of Bertil Hille and Clay Armstrong and how it came through // Pflugers Arch - Eur J Physiol. 2025. T. 477, № 7. C. 903-917.

12. Hille B. Ionic channels in nerve membranes // Progress in Biophysics and Molecular Biology. 1970. T. 21. C. 1-32.

13. Neher E., Sakmann B. Single-channel currents recorded from membrane of denervated frog muscle fibres // Nature. 1976. T. 260, № 5554. C. 799-802.

14. Noda M. h gp. Primary structure of a-subunit precursor of Torpedo californica acetylcholine receptor deduced from cDNA sequence // Nature. 1982. T. 299, № 5886. C. 793-797.

15. Noda M. h gp. Primary structure of Electrophorus electricus sodium channel deduced from cDNA sequence // Nature. 1984. T. 312, № 5990. C. 121-127.

16. Catterall W. A., Swanson T. M. Structural Basis for Pharmacology of Voltage-Gated Sodium and Calcium Channels // Molecular Pharmacology. 2015. T. 88, № 1. C. 141-150.

17. Bagal S. K. h gp. Voltage gated sodium channels as drug discovery targets // Channels. 2015. T. 9, № 6. C. 360-366.

18. Favre I., Moczydlowski E., Schild L. On the structural basis for ionic selectivity among Na+, K+, and Ca2+ in the voltage-gated sodium channel // Biophysical Journal. 1996. T. 71, № 6. C. 3110-3125.

19. Sun Y.-M. h gp. On the Structural Basis for Size-selective Permeation of Organic Cations through the Voltage-gated Sodium Channel // The Journal of General Physiology. 1997. T. 110, № 6. C. 693-715.

20. Chen H. h gp. Structural mechanism of voltage-gated sodium channel slow inactivation // Nat Commun. 2024. T. 15, № 1. C. 3691.

21. McKerrall S. J., Sutherlin D. P. Nav1.7 inhibitors for the treatment of chronic pain // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 2018. T. 28, № 19. C. 31413149.

22. Narahashi T., Moore J. W., Scott W. R. Tetrodotoxin Blockage of Sodium Conductance Increase in Lobster Giant Axons // The Journal of General Physiology. 1964. T. 47, № 5. C. 965-974.

23. Fozzard H., Lee P., Lipkind G. Mechanism of Local Anesthetic Drug Action on Voltage-Gated Sodium Channels // CPD. 2005. T. 11, № 21. C. 2671-2686.

183

24. Ahuja S. h gp. Structural basis of Nav1.7 inhibition by an isoform-selective small-molecule antagonist // Science. 2015. T. 350, № 6267. C. aac5464.

25. Flinspach M. h gp. Insensitivity to pain induced by a potent selective closed-state Nav1.7 inhibitor // Sci Rep. 2017. T. 7, № 1. C. 39662.

26. Körner J. h gp. Sodium Channels and Local Anesthetics—Old Friends With New Perspectives // Front. Pharmacol. 2022. T. 13. C. 837088.

27. Payandeh J. h gp. The crystal structure of a voltage-gated sodium channel // Nature. 2011. T. 475, № 7356. C. 353-358.

28. Bruhova I., Tikhonov D. B., Zhorov B. S. Access and Binding of Local Anesthetics in the Closed Sodium Channel // Molecular Pharmacology. 2008. T. 74, № 4. C. 1033-1045.

29. Tikhonov D. B., Zhorov B. S. Architecture and Pore Block of Eukaryotic Voltage-Gated Sodium Channels in View of NavAb Bacterial Sodium Channel Structure // Molecular Pharmacology. 2012. T. 82, № 1. C. 97-104.

30. Gamal El-Din T. M. h gp. Fenestrations control resting-state block of a voltage-gated sodium channel // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2018. T. 115, № 51. C. 13111-13116.

31. McNulty M. M. h gp. Charge at the local anesthetic binding site modulates steady state inactivation of voltage gated Na channels // The FASEB Journal. 2007. T. 21, № 6.

32. Arcisio-Miranda M. h gp. Molecular mechanism of allosteric modification of voltage-dependent sodium channels by local anesthetics // Journal of General Physiology. 2010. T. 136, № 5. C. 541-554.

33. Scholz A. Mechanisms of (local) anaesthetics on voltage-gated sodium and other ion channels // British Journal of Anaesthesia. 2002. T. 89, № 1. C. 5261.

34. Fozzard H. A., Sheets M. F., Hanck D. A. The Sodium Channel as a Target for Local Anesthetic Drugs // Front. Pharmacol. 2011. T. 2.

35. Li H.-L. h gp. A Molecular Basis for the Different Local Anesthetic Affinities of Resting Versus Open and Inactivated States of the Sodium Channel // Mol Pharmacol. 1999. T. 55, № 1. C. 134-141.

36. Panigel J., Cook S. P. A Point Mutation at F1737 of the Human Nav 1.7 Sodium Channel Decreases Inhibition by Local Anesthetics // Journal of Neurogenetics. 2011. T. 25, № 4. C. 134-139.

37. Ahern C. A. h gp. Electrostatic Contributions of Aromatic Residues in the Local Anesthetic Receptor of Voltage-Gated Sodium Channels // Circulation Research. 2008. T. 102, № 1. C. 86-94.

38. Yamagishi T. h gp. Novel Molecular Determinants in the Pore Region of Sodium Channels Regulate Local Anesthetic Binding // Molecular Pharmacology. 2009. T. 76, № 4. C. 861-871.

39. Zink W. Local anesthetic myotoxicity // Regional Anesthesia and Pain Medicine. 2004. T. 29, № 4. C. 333-340.

40. Wolfe J. W., Butterworth J. F. Local anesthetic systemic toxicity: update on mechanisms and treatment // Current Opinion in Anaesthesiology. 2011. T. 24, № 5. C. 561-566.

41. Sekimoto K., Tobe M., Saito S. Local anesthetic toxicity: acute and chronic management // Acute Medicine & Surgery. 2017. T. 4, № 2. C. 152-160.

42. Royse. A review of local anesthetic cardiotoxicity and treatment with lipid emulsion // LRA. 2010. C. 11.

43. Keskin Yalcin B. Complications Associated with Local Anesthesia in Oral and Maxillofacial Surgery // Topics in Local Anesthetics / nog peg. M. Whizar-Lugo V., Hernandez-Cortez E. IntechOpen, 2020.

44. Rhee S.-H. h gp. Lipid emulsion therapy of local anesthetic systemic toxicity due to dental anesthesia // J Dent Anesth Pain Med. 2019. T. 19, № 4. C. 181.

45. Baruzzini M. L. h gp. Isotopic fractionation studies of uranium and plutonium using porous ion emitters as thermal ionization mass spectrometry sources // International Journal of Mass Spectrometry. 2018. T. 430. C. 57-62.

46. Zheng Q., Peng X., Zhang Y. Cytotoxicity of amide-linked local anesthetics on melanoma cells via inhibition of Ras and RhoA signaling independent of sodium channel blockade // BMC Anesthesiol. 2020. T. 20, № 1. C. 43.

47. Scheib H. h gp. Modeling the pore structure of voltage-gated sodium channels in closed, open, and fast-inactivated conformation reveals details of site 1 toxin and local anesthetic binding // J Mol Model. 2006. T. 12, № 6. C. 813-822.

48. Hamdi Y. h gp. Protective effect of the octadecaneuropeptide on hydrogen peroxide-induced oxidative stress and cell death in cultured rat astrocytes // Journal of Neurochemistry. 2011. T. 118, № 3. C. 416-428.

49. Chan D. h gp. Seizure following in-office lidocaine administration: a case report on local anesthetic systemic toxicity // Therapeutic Advances in Drug Safety. 2025. T. 16. C. 20420986251318843.

50. Barik A. K. h gp. Response to "Fixed dose ketamine for prehospital management of hyperactive delirium with severe agitation" // The American Journal of Emergency Medicine. 2024. T. 83. C. 132-133.

51. Chernoff D. M. Kinetic analysis of phasic inhibition of neuronal sodium currents by lidocaine and bupivacaine // Biophysical Journal. 1990. T. 58, № 1. C. 53-68.

52. Plakhotnik J. h gp. Local Anesthetic Cardiac Toxicity Is Mediated by Cardiomyocyte Calcium Dynamics // Anesthesiology. 2022. T. 137, № 6. C. 687-703.

53. Bok C.-S. h gp. Tramadol as a Voltage-Gated Sodium Channel Blocker of Peripheral Sodium Channels Nav 1.7 and Nav 1.5 // Biomol Ther (Seoul). 2023. T. 31, № 2. C. 168-175.

54. Mehta M. P. h gp. Facilitation of Rapid Endotracheal Intubations with Divided Doses of Nondepolarizing Neuromuscular Blocking Drugs // Anesthesiology. 1985. T. 62, № 4. C. 392-395.

55. Lazar A. h gp. How we did it - an easy and feasible experimental rat model of protective role of Lipid Emulsion in Ropivacaine induced Local Anesthetic

Systemic Toxicity - technique presentation and preliminary results // Acta Marisiensis - Seria Medica. 2021. T. 67, № 2. C. 90-94.

56. Klein R. M. h gp. Association of respiratory failure with inhibition of NaV1.6 in the phrenic nerve // Channels. 2022. T. 16, № 1. C. 230-243.

57. He Y. h gp. Advances of Nano-Structured Extended-Release Local Anesthetics // Nanoscale Res Lett. 2020. T. 15, № 1. C. 13.

58. Prabhakar A. h gp. Liposomal bupivacaine and novel local anesthetic formulations // Best Practice & Research Clinical Anaesthesiology. 2019. T. 33, № 4. C. 425-432.

59. Mendoza G., Arruebo M. Light-triggered nanoparticles for pain management // Expert Opinion on Drug Delivery. 2020. T. 17, № 5. C. 627-633.

60. Pang Q. h gp. Near-infrared triggered on-demand local anesthesia using a jammed microgels system // Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition. 2020. T. 31, № 17. C. 2252-2267.

61. Hüll K., Morstein J., Trauner D. In Vivo Photopharmacology // Chem. Rev.

2018. T. 118, № 21. C. 10710-10747.

62. Lerch M. M. h gp. Emerging Targets in Photopharmacology // Angew Chem Int Ed. 2016. T. 55, № 37. C. 10978-10999.

63. Bregestovski P. D., Maleeva G. V. Photopharmacology: A Brief Review Using the Control of Potassium Channels as an Example // Neurosci Behav Physi.

2019. T. 49, № 2. C. 184-191.

64. Fuchter M. J. On the Promise of Photopharmacology Using Photoswitches: A Medicinal Chemist's Perspective // J. Med. Chem. 2020. T. 63, № 20. C. 1143611447.

65. Kim T. E., Chang J.-E. Recent Studies in Photodynamic Therapy for Cancer Treatment: From Basic Research to Clinical Trials // Pharmaceutics. 2023. T. 15, № 9. C. 2257.

66. Suvorov N. h gp. Derivatives of Natural Chlorophylls as Agents for Antimicrobial Photodynamic Therapy // IJMS. 2021. T. 22, № 12. C. 6392.

67. Correia J. H. h gp. Photodynamic Therapy Review: Principles, Photosensitizers, Applications, and Future Directions // Pharmaceutics. 2021. T. 13, № 9. C. 1332.

68. Li Y. h gp. Recent progress in studies of photocages // Smart Molecules. 2023. T. 1, № 1. C. e20220003.

69. Weng W., Xue G., Pan Z. Development of visible-light-activatable photocaged PROTACs // European Journal of Medicinal Chemistry. 2024. T. 265. C. 116062.

70. Lopez-Corrales M. h gp. Exploring the Phototherapeutic Applications of Mitochondria-Targeted COUPY Photocages of Antitumor Drugs // J. Med. Chem. 2025. T. 68, № 9. C. 9741-9754.

71. Barltrop J. A., Schofield P. Photosensitive Protecting Groups // Tetrahedron Letters. 1962. T. 3, № 16. C. 697-699.

72. Barton D. H. R. h gp. Photosensitive protection of functional groups // Tetrahedron Letters. 1962. T. 3, № 23. C. 1055-1057.

73. Barton D. H. R., Beckwith A. L. J., Goosen A. 28. Photochemical transformations. Part XVI. A novel synthesis of lactones // J. Chem. Soc. 1965. C. 181.

74. Patchornik A., Amit B., Woodward R. B. Photosensitive protecting groups // J. Am. Chem. Soc. 1970. T. 92, № 21. C. 6333-6335.

75. Sheehan J. C., Wilson R. Marshall. Photolysis of Desyl Compounds. A New Photolytic Cyclization // J. Am. Chem. Soc. 1964. T. 86, № 23. C. 5277-5281.

76. Engels J., Schlaeger E. J. Synthesis, structure, and reactivity of adenosine cyclic 3',5' -phosphate-benzyltriesters // J. Med. Chem. 1977. T. 20, № 7. C. 907-911.

77. Kaplan J. H., Forbush B., Hoffman J. F. Rapid photolytic release of adenosine 5'-triphosphate from a protected analog: utilization by the sodium:potassium pump of human red blood cell ghosts // Biochemistry. 1978. T. 17, № 10. C. 1929-1935.

78. Park C.-H., Givens R. S. New Photoactivated Protecting Groups. 6. p -Hydroxyphenacyl: A Phototrigger for Chemical and Biochemical Probes1,2 // J. Am. Chem. Soc. 1997. T. 119, № 10. C. 2453-2463.

79. Vorob'ev A. Yu., Dranova T. Yu., Moskalensky A. E. Photolysis of dimethoxynitrobenzyl-"caged" acids yields fluorescent products // Sci Rep. 2019. T. 9, № 1. C. 13421.

80. Givens R. S. h gp. p -Hydroxyphenacyl photoremovable protecting groups — Robust photochemistry despite substituent diversity // Can. J. Chem. 2011. T. 89, № 3. C. 364-384.

81. Givens R. S., Park C.-H. p-Hydroxyphenacyl ATP1: A new phototrigger // Tetrahedron Letters. 1996. T. 37, № 35. C. 6259-6262.

82. Salahi F. h gp. pHP-Tethered N -Acyl Carbamate: A Photocage for Nicotinamide // Org. Lett. 2018. T. 20, № 9. C. 2547-2550.

83. Feringa B. L. Molecular Switches. 2nd ed. Hoboken: John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. 1 c.

84. Beharry A. A., Sadovski O., Woolley G. A. Azobenzene Photoswitching without Ultraviolet Light // J. Am. Chem. Soc. 2011. T. 133, № 49. C. 1968419687.

85. Crespi S., Simeth N. A., König B. Heteroaryl azo dyes as molecular photoswitches // Nat Rev Chem. 2019. T. 3, № 3. C. 133-146.

86. Villaron D., Wezenberg S. J. Stiff-Stilbene Photoswitches: From Fundamental Studies to Emergent Applications // Angew Chem Int Ed. 2020. T. 59, №2 32. C. 13192-13202.

87. Sheng J. h gp. Supramolecular control of unidirectional rotary motion in a sterically overcrowded photoswitchable receptor // Org. Chem. Front. 2020. T. 7, № 23. C. 3874-3879.

88. Irie M. h gp. Photochromism of Diarylethene Molecules and Crystals: Memories, Switches, and Actuators // Chem. Rev. 2014. T. 114, № 24. C. 12174-12277.

89. Cheng H. h gp. Future-Oriented Advanced Diarylethene Photoswitches: From Molecular Design to Spontaneous Assembly Systems // Advanced Materials. 2022. T. 34, № 16. C. 2108289.

90. Kortekaas L., Browne W. R. The evolution of spiropyran: fundamentals and progress of an extraordinarily versatile photochrome // Chem. Soc. Rev. 2019. T. 48, № 12. C. 3406-3424.

91. Sepehri S. h gp. Medicinal chemistry perspective on the structure-activity relationship of stilbene derivatives // RSC Adv. 2024. T. 14, № 28. C. 1982319879.

92. Lin C. M. h gp. Interactions of tubulin with potent natural and synthetic analogs of the antimitotic agent combretastatin: a structure-activity study. // Molecular Pharmacology. 1988. T. 34, № 2. C. 200-208.

93. Lin C. M. h gp. Antimitotic natural products combretastatin A-4 and combretastatin A-2: studies on the mechanism of their inhibition of the binding of colchicine to tubulin // Biochemistry. 1989. T. 28, № 17. C. 6984-6991.

94. Fantacuzzi M. h gp. A novel life for antitumor combretastatins: Recent developments of hybrids, prodrugs, combination therapies, and antibody-drug conjugates // European Journal of Medicinal Chemistry. 2025. T. 281. C. 117021.

95. Karatoprak G. §. h gp. Combretastatins: An Overview of Structure, Probable Mechanisms of Action and Potential Applications // Molecules. 2020. T. 25, № 11. C. 2560.

96. Mikstacka R., Stefanski T., Rozanski J. Tubulin-interactive stilbene derivatives as anticancer agents // Cellular and Molecular Biology Letters. 2013. T. 18, № 3.

97. Chen Z.-H. h gp. Development of Combretastatin A-4 Analogues as Potential Anticancer Agents with Improved Aqueous Solubility // Molecules. 2023. T. 28, № 4. C. 1717.

98. Nemtsova E. R. h gp. Combretastatins A-4 and A-1 and their derivatives: Review // Rossijskij bioterapevticeskij zurnal. 2024. T. 23, № 1. C. 10-18.

190

99. Kumar S. h gp. Novel indole-bearing combretastatin analogues as tubulin polymerization inhibitors // Org Med Chem Lett. 2013. T. 3, № 1. C. 3.

100.Karetnikov G. L. h gp. 3,4-Diarylisoxazoles—Analogues of Combretastatin A4: Design, Synthesis, and Biological Evaluation In Vitro and In Vivo // ACS Pharmacol. Transl. Sci. 2024. T. 7, № 2. C. 384-394.

101.Pettit G. R. h gp. Antineoplastic Agents. 291. Isolation and Synthesis of Combretastatins A-4, A-5, and A-6 // J. Med. Chem. 1995. T. 38, № 10. C. 1666-1672.

102.Gaukroger K. h gp. Novel Syntheses of Cis and Trans Isomers of Combretastatin A-4 // J. Org. Chem. 2001. T. 66, № 24. C. 8135-8138.

103. Barnes N. G. h gp. A 2-step synthesis of Combretastatin A-4 and derivatives as potent tubulin assembly inhibitors // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2020. T. 28, № 19. C. 115684.

104. Seylar J. h gp. Breaking the bottleneck: stilbene as a model compound for optimizing 6n e- photocyclization efficiency // RSC Adv. 2021. T. 11, №2 12. C. 6504-6508.

105.Beharry A. A., Woolley G. A. Azobenzene photoswitches for biomolecules // Chem. Soc. Rev. 2011. T. 40, № 8. C. 4422.

106. Gao M. h gp. Visible-light-switchable azobenzenes: Molecular design, supramolecular systems, and applications // Natural Sciences. 2023. T. 3, № 1. C. e220020.

107.Calbo J. h gp. Tuning Azoheteroarene Photoswitch Performance through Heteroaryl Design // J. Am. Chem. Soc. 2017. T. 139, № 3. C. 1261-1274.

108. Samanta S. h gp. Photoswitching Azo Compounds in Vivo with Red Light // J. Am. Chem. Soc. 2013. T. 135, № 26. C. 9777-9784.

109. Dong M. h gp. Near-Infrared Photoswitching of Azobenzenes under Physiological Conditions // J. Am. Chem. Soc. 2017. T. 139, № 38. C. 1348313486.

110. Dong M. h gp. Red, far-red, and near infrared photoswitches based on azonium ions // Chem. Commun. 2015. T. 51, № 65. C. 12981-12984.

191

111. Albert L. h gp. Modulating Protein-Protein Interactions with Visible-Light-Responsive Peptide Backbone Photoswitches // ChemBioChem. 2019. T. 20, №2 11. C. 1417-1429.

112. Bleger D. h gp. o -Fluoroazobenzenes as Readily Synthesized Photoswitches Offering Nearly Quantitative Two-Way Isomerization with Visible Light // J. Am. Chem. Soc. 2012. T. 134, № 51. C. 20597-20600.

113.Goual N. h gp. Tuning the Thermal Stability of Tetra - o- chloroazobenzene Derivatives by Transforming Push-Pull to Push-Push Systems // Chemistry A European J. 2024. T. 30, № 53. C. e202401737.

114. Volaric J. h gp. Design and Synthesis of Visible-Light-Responsive Azobenzene Building Blocks for Chemical Biology // J. Org. Chem. 2022. T. 87, № 21. C. 14319-14333.

115.Knie C. h gp. ortho -Fluoroazobenzenes: Visible Light Switches with Very Long-Lived Z Isomers // Chemistry A European J. 2014. T. 20, №2 50. C. 1649216501.

116.Konrad D. B. h gp. Computational Design and Synthesis of a Deeply Red-Shifted and Bistable Azobenzene // J. Am. Chem. Soc. 2020. T. 142, № 14. C. 6538-6547.

117. Weston C. E. h gp. Toward Photopharmacological Antimicrobial Chemotherapy Using Photoswitchable Amidohydrolase Inhibitors // ACS Infect. Dis. 2017. T. 3, № 2. C. 152-161.

118. Lin R. h gp. Phenylazothiazoles as Visible-Light Photoswitches // J. Am. Chem. Soc. 2023. T. 145, № 16. C. 9072-9080.

119.Kumar P. h gp. Arylazo-3,5-dimethylisoxazoles: Azoheteroarene Photoswitches Exhibiting High Z -Isomer Stability, Solid-State Photochromism, and Reversible Light-Induced Phase Transition // Chemistry A European J. 2019. T. 25, № 51. C. 11924-11932.

120. Weston C. E. h gp. Arylazopyrazoles: Azoheteroarene Photoswitches Offering Quantitative Isomerization and Long Thermal Half-Lives // J. Am. Chem. Soc. 2014. T. 136, № 34. C. 11878-11881.

121.Zhang Z. h gp. Pyrazolylazophenyl Ether-Based Photoswitches: Facile Synthesis, (Near-)Quantitative Photoconversion, Long Thermal Half-Life, Easy Functionalization, and Versatile Applications in Light-Responsive Systems // Chemistry A European J. 2019. T. 25, № 58. C. 13402-13410.

122. Schehr M. h gp. 2-Azo-, 2-diazocine-thiazols and 2-azo-imidazoles as photoswitchable kinase inhibitors: limitations and pitfalls of the photoswitchable inhibitor approach // Photochem Photobiol Sci. 2019. T. 18, №2 6. C. 1398-1407.

123. Sahu S., Tamaoki N. A Versatile One-pot Strategy for Thiazolylazo Extensions: Visible Light-Driven Photoswitches // J. Am. Chem. Soc. 2025. T. 147, № 36. C. 32689-32697.

124.Kortekaas L. h gp. Rapid Photoswitching of Low Molecular Weight Arylazoisoxazole Adhesives // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. T. 12, №2 28. C. 32054-32060.

125.Kortekaas L. h gp. Acid-catalysed liquid-to-solid transitioning of arylazoisoxazole photoswitches // Chem. Sci. 2021. T. 12, № 34. C. 1133811346.

126. Weston C. E., Richardson R. D., Fuchter M. J. Photoswitchable basicity through the use of azoheteroarenes // Chem. Commun. 2016. T. 52, № 24. C. 45214524.

127. Kennedy A. D. W. h gp. Visible-Light Photoswitching by Azobenzazoles // Chemistry A European J. 2020. T. 26, № 5. C. 1103-1110.

128.Huddleston P. R., Volkov V. V., Perry C. C. The structural and electronic properties of 3,3'-azothiophene photo-switching systems // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. T. 21, № 3. C. 1344-1353.

129. He Y. h gp. Azobispyrazole Family as Photoswitches Combining (Near-) Quantitative Bidirectional Isomerization and Widely Tunable Thermal Half-Lives from Hours to Years** // Angew Chem Int Ed. 2021. T. 60, № 30. C. 16539-16546.

130. Wu J. h gp. Photoswitchable imines: aryliminopyrazoles quantitatively convert to long-lived Z -isomers with visible light // Chem. Sci. 2024. T. 15, № 11. C. 3872-3878.

131. Wu J., Greenfield J. L. Light them up: photoresponsive imine-containing systems // Chem. Sci. 2025. T. 16, № 39. C. 17991-18004.

132. Wu J., Kreimendahl L., Greenfield J. L. Switching Sides: Regiochemistry and Functionalization Dictate the Photoswitching Properties of Imines // Angew Chem Int Ed. 2025. T. 64, № 3. C. e202415464.

133. Wu J. h gp. Iminobispyrazole (IBP) photoswitches: two pyrazole rings can be better than one // Chem. Commun. 2024. T. 60, № 85. C. 12365-12368.

134.Gazerani P. Shedding Light On Photo-Switchable Analgesics For Pain // Pain Manag. 2017. T. 7, № 2. C. 71-74.

135.Kienzler M. A., Isacoff E. Y. Precise modulation of neuronal activity with synthetic photoswitchable ligands // Current Opinion in Neurobiology. 2017. T. 45. C. 202-209.

136. Jarrin S., Finn D. P. Optogenetics and its application in pain and anxiety research // Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2019. T. 105. C. 200-211.

137.Rwei A. Y. h gp. Enhanced Triggering of Local Anesthetic Particles by Photosensitization and Photothermal Effect Using a Common Wavelength // Nano Lett. 2017. T. 17, № 11. C. 7138-7145.

138. Chen M.-C. h gp. Implantable polymeric microneedles with phototriggerable properties as a patient-controlled transdermal analgesia system // J. Mater. Chem. B. 2017. T. 5, № 3. C. 496-503.

139.Weiser B. P., Kelz M. B., Eckenhoff R. G. In Vivo Activation of Azipropofol Prolongs Anesthesia and Reveals Synaptic Targets // Journal of Biological Chemistry. 2013. T. 288, № 2. C. 1279-1285.

140.Bonin R. P. h gp. Epidural optogenetics for controlled analgesia // Mol Pain. 2016. T. 12. C. 1744806916629051.

141.Deisseroth K. Optogenetics // Nat Methods. 2011. T. 8, № 1. C. 26-29.

142.Broichhagen J., Frank J. A., Trauner D. A Roadmap to Success in Photopharmacology // Acc. Chem. Res. 2015. T. 48, № 7. C. 1947-1960.

143. Shalabi A. R. h gp. A potent photoreactive general anesthetic with novel binding site selectivity for GABAA receptors // European Journal of Medicinal Chemistry. 2020. T. 194. C. 112261.

144. Zhang W. h gp. Light-triggered release of conventional local anesthetics from a macromolecular prodrug for on-demand local anesthesia // Nat Commun. 2020. T. 11, № 1. C. 2323.

145. Font J. h gp. Optical control of pain in vivo with a photoactive mGlu5 receptor negative allosteric modulator // eLife. 2017. T. 6. C. e23545.

146.Xu Y.-L. h gp. Red nucleus mGluR4 and mGluR8 inhibit nociception and the development of neuropathic pain by restraining the expressions of TNF-a and IL-1ß // Neuropharmacology. 2025. T. 271. C. 110387.

147.Pereira V., Goudet C. Emerging Trends in Pain Modulation by Metabotropic Glutamate Receptors // Front. Mol. Neurosci. 2019. T. 11. C. 464.

148. Christoffersen G. R. J. h gp. MGlu5 antagonism impairs exploration and memory of spatial and non-spatial stimuli in rats // Behavioural Brain Research. 2008. T. 191, № 2. C. 235-245.

149.Notartomaso S. h gp. A 'double-edged' role for type-5 metabotropic glutamate receptors in pain disclosed by light-sensitive drugs // eLife. 2024. T. 13. C. e94931.

150.Notartomaso S. h gp. Light-Induced Activation of a Specific Type-5 Metabotropic Glutamate Receptor Antagonist in the Ventrobasal Thalamus Causes Analgesia in a Mouse Model of Breakthrough Cancer Pain // IJMS. 2022. T. 23, № 14. C. 8018.

151. White M. J. h gp. Side effects during continuous epidural infusion of morphine and fentanyl // Can J Anaesth. 1992. T. 39, № 6. C. 576-582.

152. Leon Duque M. A., Vallavoju N., Woo C. M. Chemical tools for the opioids // Molecular and Cellular Neuroscience. 2023. T. 125. C. 103845.

153. Lopez-Cano M. h gp. Remote local photoactivation of morphine produces analgesia without opioid-related adverse effects // British J Pharmacology. 2023. T. 180, № 7. C. 958-974.

154. Ma X. h gp. In vivo photopharmacology with a caged mu opioid receptor agonist drives rapid changes in behavior // Nat Methods. 2023. T. 20, № 5. C. 682-685.

155.McClain S. P. h gp. In vivo photopharmacology with light-activated opioid drugs // Neuron. 2023. T. 111, № 24. C. 3926-3940.e10.

156.Maleeva G. h gp. A photoswitchable GABA receptor channel blocker // British J Pharmacology. 2019. T. 176, № 15. C. 2661-2677.

157.Maleeva G. h gp. Light-Activated Agonist-Potentiator of GABAa Receptors for Reversible Neuroinhibition in Wildtype Mice // J. Am. Chem. Soc. 2024. T. 146, № 42. C. 28822-28831.

158. Stein M. h gp. Azo-Propofols: Photochromic Potentiators of GABAa Receptors // Angew Chem Int Ed. 2012. T. 51, № 42. C. 10500-10504.

159. Becker J. h gp. Optical Control of TRPM8 Channels with Photoswitchable Menthol // Angew Chem Int Ed. 2025. T. 64, № 5. C. e202416549.

160.Camerin L. h gp. Photoswitchable Carbamazepine Analogs for Non-Invasive Neuroinhibition In Vivo // Angew Chem Int Ed. 2024. T. 63, № 38. C. e202403636.

161.Mostyn S. N. h gp. Photoswitchable ORG25543 Congener Enables Optical Control of Glycine Transporter 2 // ACS Chem. Neurosci. 2020. T. 11, № 9. C. 1250-1258.

162. Rodriguez-Soacha D. A. h gp. Development of an Indole-Amide-Based Photoswitchable Cannabinoid Receptor Subtype 1 (CB1 R) "Cis-On" Agonist // ACS Chem. Neurosci. 2022. T. 13, № 16. C. 2410-2435.

163.Gomez-Santacana X. h gp. Illuminating Phenylazopyridines To Photoswitch Metabotropic Glutamate Receptors: From the Flask to the Animals // ACS Cent. Sci. 2017. T. 3, № 1. C. 81-91.

164.Pittolo S. h gp. An allosteric modulator to control endogenous G proteincoupled receptors with light // Nat Chem Biol. 2014. T. 10, № 10. C. 813-815.

165.Rovira X. h gp. OptoGluNAM4.1, a Photoswitchable Allosteric Antagonist for Real-Time Control of mGlu 4 Receptor Activity // Cell Chemical Biology. 2016. T. 23, № 8. C. 929-934.

166. Schönberger M., Trauner D. A Photochromic Agonist for ^-Opioid Receptors // Angew Chem Int Ed. 2014. T. 53, № 12. C. 3264-3267.

167.Frank J. A. h gp. Photoswitchable fatty acids enable optical control of TRPV1 // Nat Commun. 2015. T. 6, № 1. C. 7118.

168.Mourot A. h gp. Rapid optical control of nociception with an ion-channel photoswitch // Nat Methods. 2012. T. 9, № 4. C. 396-402.

169.Lahmy R. h gp. Photochromic Fentanyl Derivatives for Controlled ^-Opioid Receptor Activation // Chemistry A European J. 2022. T. 28, № 63. C. e202201515.

170.Engers D. W. h gp. Discovery, Synthesis, and Structure-Activity Relationship Development of a Series of N -(4-Acetamido)phenylpicolinamides as Positive Allosteric Modulators of Metabotropic Glutamate Receptor 4 (mGlu4 ) with CNS Exposure in Rats // J. Med. Chem. 2011. T. 54, № 4. C. 1106-1110.

171.Ricart-Ortega M. h gp. Mechanistic Insights into Light-Driven Allosteric Control of GPCR Biological Activity // ACS Pharmacol. Transl. Sci. 2020. T. 3, № 5. C. 883-895.

172.Zussy C. h gp. Dynamic modulation of inflammatory pain-related affective and sensory symptoms by optical control of amygdala metabotropic glutamate receptor 4 // Mol Psychiatry. 2018. T. 23, № 3. C. 509-520.

173.Pereira V. h gp. Photopharmacological manipulation of amygdala metabotropic glutamate receptor mGlu4 alleviates neuropathic pain // Pharmacological Research. 2023. T. 187. C. 106602.

174.Palmisano V. F. h gp. Voltage-Gated Ion Channels: Structure, Pharmacology and Photopharmacology // ChemPhysChem. 2024. T. 25, № 16. C. e202400162.

175. Strichartz G. R. The Inhibition of Sodium Currents in Myelinated Nerve by Quaternary Derivatives of Lidocaine // The Journal of General Physiology. 1973. T. 62, № 1. C. 37-57.

176.Binshtok A. M., Bean B. P., Woolf C. J. Inhibition of nociceptors by TRPV1-mediated entry of impermeant sodium channel blockers // Nature. 2007. T. 449, № 7162. C. 607-610.

177.Fehrentz T. h gp. Exploring the Pharmacology and Action Spectra of Photochromic Open-Channel Blockers // ChemBioChem. 2012. T. 13, №2 12. C. 1746-1749.

178.Mourot A. h gp. Understanding and improving photo-control of ion channels in nociceptors with azobenzene photo-switches // British J Pharmacology. 2018. T. 175, № 12. C. 2296-2311.

179.Thapaliya E. R., Zhao J., Ellis-Davies G. C. R. Locked-Azobenzene: Testing the Scope of a Unique Photoswitchable Scaffold for Cell Physiology // ACS Chem. Neurosci. 2019. T. 10, № 5. C. 2481-2488.

180.Trads J. B. h gp. Sign Inversion in Photopharmacology: Incorporation of Cyclic Azobenzenes in Photoswitchable Potassium Channel Blockers and Openers // Angew Chem Int Ed. 2019. T. 58, № 43. C. 15421-15428.

181.Frolova S. R. h gp. Photocontrol of Voltage-Gated Ion Channel Activity by Azobenzene Trimethylammonium Bromide in Neonatal Rat Cardiomyocytes // PLoS ONE / nog peg. Barnes S. 2016. T. 11, № 3. C. e0152018.

182.Nizamieva A. A. h gp. Conduction of excitation waves and reentry drift on cardiac tissue with simulated photocontrol-varied excitability // Chaos: An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science. 2023. T. 33, № 2. C. 023112.

183.Frolova S. R. h gp. Stilbene derivative as a photosensitive compound to control the excitability of neonatal rat cardiomyocytes // Bioscience Reports. 2019. T. 39, № 1. C. BSR20181849.

184.Magome N. h gp. Photo-Control of Excitation Waves in Cardiomyocyte Tissue Culture // Tissue Engineering Part A. 2011. T. 17, № 21-22. C. 2703-2711.

185. Schoenberger M. и др. Development of a New Photochromic Ion Channel Blocker via Azologization of Fomocaine // ACS Chem. Neurosci. 2014. Т. 5, № 7. С. 514-518.

186.Leippe P. и др. Optical Control of a Delayed Rectifier and a Two-Pore Potassium Channel with a Photoswitchable Bupivacaine // ACS Chem. Neurosci. 2018. Т. 9, № 12. С. 2886-2891.

187.Fehrentz T. и др. Optical control of cardiac electrophysiology by the photochromic ligand azobupivacaine 2 // British J Pharmacology. 2025. Т. 182, № 5. С. 1125-1142.

188.Хабриев Р.У. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. М.: Медицина. - 2005. -827 с.

189.Volaric J. и др. Molecular photoswitches in aqueous environments // Chem. Soc. Rev. 2021. Т. 50, № 22. С. 12377-12449.

190. Tombari R. J. и др. Calculated oxidation potentials predict reactivity in Baeyer-Mills reactions // Org. Biomol. Chem. 2021. Т. 19, № 35. С. 7575-7580.

191. Jampilek J. Heterocycles in Medicinal Chemistry // Molecules. 2019. Т. 24, № 21. С. 3839.

192. Vitaku E., Smith D. T., Njardarson J. T. Analysis of the Structural Diversity, Substitution Patterns, and Frequency of Nitrogen Heterocycles among U.S. FDA Approved Pharmaceuticals: Miniperspective // J. Med. Chem. 2014. Т. 57, № 24. С. 10257-10274.

193.Jakopin Z. 2-aminothiazoles in drug discovery: Privileged structures or toxicophores? // Chemico-Biological Interactions. 2020. Т. 330. С. 109244.

194.Ermishov A. Yu., Shegal I. L. Alkylation of the 2-benzothiazolylazophenol anion // Chem Heterocycl Compd. 1979. Т. 15, № 11. С. 1185-1187.

195.Dang T., Zhang Z.-Y., Li T. Visible-Light-Activated Heteroaryl Azoswitches: Toward a More Colorful Future // J. Am. Chem. Soc. 2024. Т. 146, № 29. С. 19609-19620.

196.Hasan B., Asif T., Hasan M. Lidocaine-Induced Systemic Toxicity: A Case Report and Review of Literature // Cureus. 2017.

197. В.Б.Прозоровский. Статистическая обработка результатов фармакологических исследований // Психофармакология и биологическая наркология. 2007. Т. 7, № 3-4. С. 2090-2120.

198. Seeling A., Leuschner F., Oelschläger H. Physikalisch-chemische, pharmakologische und toxikologische Eigenschaften von Fomocain-Metaboliten // Arzneimittelforschung. 2011. Т. 51, № 01. С. 7-17.

199. Liu Y. и др. Mechanisms and Efficacy of Intravenous Lipid Emulsion Treatment for Systemic Toxicity From Local Anesthetics // Front. Med. 2021. Т. 8. С. 756866.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. 1Н-ЯМР (600 МГц, СБСЬ) спектр этеркаина 8.

Приложение 2. Фрагменты ароматических и алифатических ф) сигналов 1Н-ЯМР (600 МГц, СБСЪ) спектра Е-этеркаина 8, которые демонстрируют минорные сигналы, соответствующие 7-форме этеркаина 8.

Приложение 3. 13С{1Н}-ЯМР (150 МГц, СБСЪ) спектр этеркаина 8.

Приложение 4. Фрагмент 13С{1Н}-ЯМР (150 МГц, СБСЪ) спектра Е-формы этеркаина 8, который демонстрируют выход минорных пиков, соответствующих 7-форме этеркаина 8.

Приложение 5. 1Н-ЯМР (300 МГц, ДМСО-ё6) спектр соединения 9 (гидрохлорида этеркаина).

Приложение 6. 13С-ЯМР (75 МГц, ДМСО-ё6) спектр соединения 9 (гидрохлорида этеркаина).

Приложение 7. МС (ESI+) спектр соединения 9 (гидрохлорида

этеркаина).

Приложение 8. ^-ЯМР (600 МГц, ДМСО^б) спектр соединения 54a.

Приложение 9. ^C-ЯМР (150 МГц, ДМСО^б) спектр соединения 54a.

Приложение 10. 1H,1H-NOESY-ЯМР (600 МГц, ДМСО^б) спектр

соединения 54a.

Н12-С10 Н13-С10 B.S " ¡Ta ' /л, 7.0

lu 13

Приложение 11. ^^C-HMBC-HMP (ДМСО^б) спектр соединения

54a.

Приложение 12. ^-ЯМР (600 МГц, ДMСО-d6) спектр соединения 54b.

Приложение 13. ^C-ЯМР (150 МГц, ДМСО^б) спектр соединения 54b.

Приложение 14. 1H,1H-NOESY-ЯМР (600 МГц, ДМСО^б) спектр

соединения 54b.

Приложение 15. 'H^C-HMBC-H^ (ДМСО^б) спектр соединения

54b.

Приложение 16. ^^N-HMBC-H^ (ДМСО^б) спектр соединения

54b.

Приложение 17. ^-ЯМР (600 МГц, ДМСО^б) спектр соединения 55a.

Приложение 18. 13C-HMP (150 МГц, ДМСО^б) спектр соединения 55a.

Приложение 19. 1H,1H-NOESY-ЯMР (600 МГц, ДМСО^б) спектр

соединения 55a.

Приложение 20. ^^-ИМВ^Л^ (ДМСО^6) спектр соединения

55a.

Приложение 21. 1Н-ЯМР (600 МГц, ДМСО-ё6) спектр соединения 55Ь.

Приложение 22.13С-ЯМР (150 МГц, ДМСО-ё6) спектр соединения 55Ь.

Приложение 23. 'H^H^ESY-fl^ (600 МГц, ДМСО^б) спектр

соединения 55b.

Приложение 24. ^^-HMBC-H^ (ДМСО^б) спектр соединения

55b.

Приложение 25. ^^N-HMBC-HM (ДМСО^6) спектр соединения

55b.

Приложение 26. ^-ЯМР (300 МГц, ДМСО^6) спектр соединения 65b.

Приложение 27. ^-ЯМР (75 МГц, ДМСО^6) спектр соединения 65Ь.

Приложение 28. Масс-спектр ESI+ соединения 65Ь.