Azobenzene-Based Voltage-Gated Sodium Channel Blockers with Light-Controlled Local Anesthetic and Antiarrhythmic Activity

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

The work is devoted to the synthesis of new light-controlled voltage-gated sodium (Nav) channel blockers based on azobenzene and the study of their local anesthetic and antiarrhythmic properties. The effect of ethercaine and two of its new derivatives on native Nav channels was studied in vitro using the patch-clamp method on isolated excitable cells (neurons and cardiomyocytes) of a rat, and local anesthetic activity of the compounds was evaluated on rabbit’s eye cornea. Studies of the effect of the obtained compounds on the conductivity of excitation waves in cardiomyocyte cultures using the optical mapping method were performed. The effective light-dependent biological activity of ethercaine and its derivatives allows us to consider the resulting compounds as potential tools for light-controlled local anesthesia, as well as for non-invasive ablation of arrhythmia in the heart in cardiology.

Sobre autores

A. Noev

MIREA – Russian Technological University; P. Hertsen Moscow Oncology Research Institute – Branch of the National Medical Research Radiological Centre of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: aleksej-noev@yandex.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

S. Kovalenko

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); M.F. Vladimirsky Moscow Region Research Clinical Institute

Dolgoprudny, Russia; Moscow, Russia

E. Gataulina

I.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences

St. Petersburg, Russia

E. Turchaninova

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Dolgoprudny, Russia

V. Dzhabrailov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Dolgoprudny, Russia

A. Aitova

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University),

Dolgoprudny, Russia

D. Likhobabina

MIREA – Russian Technological University

Moscow, Russia

J. Sutemieva

MIREA – Russian Technological University

Moscow, Russia

S. Frolova

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); M.F. Vladimirsky Moscow Region Research Clinical Institute

Dolgoprudny, Russia; Moscow, Russia

L. Ruppel

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Dolgoprudny, Russia

D. Minakov

MIREA – Russian Technological University

Moscow, Russia

N. Suvorov

MIREA – Russian Technological University

Moscow, Russia

P. Ostroverkhov

MIREA – Russian Technological University

Moscow, Russia

Yu. Vasil’ev

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Moscow, Russia

M. Nikolaev

I.M. Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of Sciences

St. Petersburg, Russia

V. Tsvelaya

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); M.F. Vladimirsky Moscow Region Research Clinical Institute; ITMO University

Dolgoprudny, Russia; Moscow, Russia; St. Petersburg, Russia

K. Agladze

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); M.F. Vladimirsky Moscow Region Research Clinical Institute

Dolgoprudny, Russia; Moscow, Russia

M. Grin

MIREA – Russian Technological University

Moscow, Russia

Bibliografia

  1. Grant A. O. Sodium Channel Blockade as an Antiarrhythmic Mechanism. In Antiarrhythmic Drugs: Mechanisms of Antiarrhythmic and Proarrhythmic Actions, Ed. by G. Breithardt, M. Borggrefe, A. J. Camm, and M. Shenasa (Springer, Berlin–Heidelberg, 1995), pp. 3–22. doi: 10.1007/978-3-642-85624-2_1
  2. Roden D. M. Pharmacology and toxicology of Nav1.5Class 1 antiarrhythmic drugs. Card. Electrophysiol. Clin., 6 (4), 695–704 (2014). doi: 10.1016/j.ccep.2014.07.003
  3. Lagan G. and McLure H. A. Review of local anaesthetic agents. Curr. Anaesth. Crit. Care, 15 (4–5), 247–254 (2004). doi: 10.1016/j.cacc.2004.08.007
  4. Tikhonov D. B. and Zhorov B. S. Mechanism of sodium channel block by local anesthetics, antiarrhythmics, and anticonvulsants. J. Gen. Physiol., 149 (4), 465–481 (2017). doi: 10.1085/jgp.201611668
  5. Fozzard H. A., Sheets M. F., and Hanck D. A. The sodium channel as a target for local anesthetic drugs. Front. Pharmacol., 2, 1–6 (2011). doi: 10.3389/fphar.2011.00068
  6. Arumugam S., Contino V., and Kolli S. Local anesthetic systemic toxicity (LAST) – a review and update. Curr. Anesthesiol, Rep., 10 (2), 218–226 (2020). doi: 10.1007/s40140-020-00381-x
  7. Gitman M. and Barrington M. J. Local Anesthetic Systemic Toxicity: A Review of Recent Case Reports and Registries. Reg. Anesth. Pain Med., 43 (2), 1 (2018). doi: 10.1097/AAP.0000000000000721
  8. Zhang W., Ji T., Li Y., Zheng Y., Mehta M., Zhao C., Liu A., and Kohane D. S. Light-triggered release of conventional local anesthetics from a macromolecular prodrug for on-demand local anesthesia. Nat. Commun., 11 (1), 2323 (2020). doi: 10.1038/s41467-02016177-w
  9. Moradkhani M. R., Karimi A., and Negahdari B. Nanotechnology application to local anaesthesia. Artif. Cells, Nanomedicine, Biotechnol., 46 (2), 355–360 (2018). doi: 10.1080/21691401.2017.1313263
  10. Fuchter M. J. On the promise of photopharmacology using photoswitches: a medicinal chemist’s perspective. J. Med. Chem., 63 (20), 11436–11447 (2020). doi: 10.1021/acs.jmedchem.0c00629
  11. Velema V. A., Szymanski W., and Feringa B. L. Photopharmacology: Beyond Proof of Principle. J. Am. Chem. Soc., 136 (6), 2178–2191 (2014). doi: 10.1021/ja413063e
  12. Rozhkov K. I., Yagudaeva E. Y., Sizova S. V., LazovM. A., Smirnova E. V., Zubov V. P., and Ischenko A. A. Characterization of iron-doped crystalline silicon nanoparticles and their modification with citrate anions for in vivo applications. Fine Chem. Technol., 16 (5), 414–425 (2021). doi: 10.32362/2410-6593-202116-5-414-425
  13. Broichhagen J., Frank J. A., and Trauner D. A roadmap to success in photopharmacology. Acc. Chem. Res., 48 (7), 1947–1960 (2015). doi: 10.1021/acs.accounts.5b00129
  14. Noev A., Kuznetsov N., Korenev G., Morozova N., Vasil’ev Y., Suvorov N., Diachkova E., Usachev M., Pankratov A., and Grin M. A Novel Photoswitchable Azobenzene-Containing Local Anesthetic Ethercaine with Light-Controlled Biological Activity In Vivo. Int. J. Mol. Sci., 23 (10), 5352 (2022). doi: 10.3390/ijms23105352
  15. Noev A., Morozova N., Suvorov N., Vasil’ev Y., Pankratov A., and Grin M. Development of a Dosage form for a Photoswitchable Local Anesthetic Ethercaine. Pharmaceuticals, 16 (10), 1398 (2023). doi: 10.3390/ph16101398
  16. Gazerani P. Shedding light on photo-switchable analgesics for pain. Pain Manag., 7 (2), 71–74 (2017). doi: 10.2217/pmt-2016-0039
  17. Frolova S. R., Gaiko O., Tsvelaya V. A., Pimenov O. Y., and Agladze K. I. Photocontrol of Voltage-Gated Ion Channel Activity by Azobenzene Trimethylammonium Bromide in Neonatal Rat Cardiomyocytes. PLoS One, 11 (3), e0152018 (2016). doi: 10.1371/journal.pone.0152018
  18. Nizamieva A. A., Kalita I. Y., Slotvitsky M. M., Berezhnoy A. K., Shubina N. S., Frolova S. R., TsvelayaV. A., and Agladze K. I. Conduction of excitation waves and reentry drift on cardiac tissue with simulated photocontrol-varied excitability. Chaos, 33(2), (2023). doi: 10.1063/5.0122273
  19. Frolova S. R., Gorbunov V. S., Shubina N. S., Perepukhov A. M., Romanova S. G., and Agladze K. I. Stilbene derivative as a photosensitive compound to control the excitability of neonatal rat cardiomyocytes. Biosci. Rep., 39 (1), 1–14 (2019). doi: 10.1042/BSR20181849
  20. Mourot A., Fehrentz T., Le Feuvre Y., Smith C. M., Herold C., Dalkara D., Nagy F., Trauner D., and Kramer R. H. Rapid optical control of nociception with an ion-channel photoswitch. Nat. Methods, 9 (4), 396–402 (2012). doi: 10.1038/nmeth.1897
  21. Mourot A., Herold C., Kienzler M. A., and Kramer R. H. Understanding and improving photocontrol of ion channels in nociceptors with azobenzene photo-switches. Br. J. Pharmacol., 175 (12), 2296–2311 (2018). doi: 10.1111/bph.13923
  22. Fehrentz T., Kuttruff C. A., Huber F. M. E., Kienzler M. A., Mayer P., and Trauner D. Exploring the Pharmacology and Action Spectra of Photochromic Open-Channel Blockers. ChemBioChem, 13 (12), 1746–1749 (2012). doi: 10.1002/cbic.201200216
  23. Schoenberger M., Damijonaitis A., Zhang Z., Nagel D., and Trauner D. Development of a New Photochromic Ion Channel Blocker via Azologization of Fomocaine. ACS Chem. Neurosci., 5 (7), 514–518 (2014). doi: 10.1021/cn500070w
  24. National Research Council. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals: Eighth Edition. Washington (National Academies Press, 2011). doi: 10.17226/12910

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».