一類線粒體靶向的七甲川吲哚花菁染料及制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物領(lǐng)域，特別涉及一類線粒體靶向的七甲川吲哚花菁染料及制備方 法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 惡性腫瘤是嚴(yán)重危害人類健康和生命的重大疾病，已成為我國(guó)人口第一位死亡原 因。腫瘤的耐藥和復(fù)發(fā)是腫瘤難以攻克的重要原因。目前認(rèn)為，提高藥物的靶向性以及聯(lián)合 多種治療手段是降低腫瘤耐藥和復(fù)發(fā)的重要途徑。腫瘤光學(xué)治療，一直被認(rèn)為是一種局部 的、非侵襲性的治療腫瘤的手段。由于其僅對(duì)光照處理的局部部位有治療作用，可望增加治 療的選擇性和降低毒副作用。腫瘤光學(xué)治療，主要包括光動(dòng)力治療(PDT)和光熱治療(PTT) 兩種主要方式。無(wú)論是PDT，還是PTT，其關(guān)鍵都需要依賴于光敏劑。光敏劑通過(guò)吸收光能后 分別將光能轉(zhuǎn)化成大量的活性氧或者高熱，進(jìn)而導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞死亡（Cheng，LWang，C.; Feng，L·; Yang，K·;Liu，Z· Chem· Rev· 2014，114，10869)。一個(gè)理想的光敏劑應(yīng)該具有高效的 光療作用及較少的毒副作用，而這樣的光敏劑需要同時(shí)具備高效的光敏特性和對(duì)腫瘤細(xì)胞 的高特異性。為了增強(qiáng)光敏特性，很多精心設(shè)計(jì)和制備的納米材料，將光動(dòng)力光敏劑和光熱 光敏劑組裝在一起，同步實(shí)現(xiàn)PDT和PTT的治療作用(Wang，S. ;Riedinger，A. ;Li，H. ;Fu，C.; Liu,H.；Li,L.；Liu,T.；Tan,L.；Barthe1,M.J.；Pugliese,G.；Donato,F.D.；Abbusco, M.S.D. ;Meng，X. ;Manna，L. ;Meng，H. ;Pellegrino,T.ACS Nano 2015,9,1788);為了提高光 敏劑的腫瘤特異性，目前最常用的策略是通過(guò)化學(xué)連接方法將光敏劑與腫瘤靶向配體連接 在一起，從而利用靶向配體使光敏劑能夠特異性和高效性地與腫瘤細(xì)胞膜上高表達(dá)的生物 標(biāo)志物結(jié)合并攝入（Zhang,S. ;Jia，N. ;Shao，P. ;Tong，Q. ;Xie，X. ;Bai，M.Chem.Biol.2014， 21，338)?；谶@兩種策略，新近發(fā)展的光敏劑不但整合了roT/PTT雙模態(tài)光學(xué)治療，還具有 較好的靶向性，為腫瘤治療帶來(lái)的希望。然而，納米材料類的多功能光敏劑將面臨很多根本 性的難題，比如難以重復(fù)性和大規(guī)模的制備、大部分被吸收和滯留在網(wǎng)狀內(nèi)皮組織的器官、 長(zhǎng)期毒性的擔(dān)憂等，導(dǎo)致大部分納米材料類的多功能光敏劑還停留在早期開發(fā)階段(Chen， F. ;Cai，W.Nanomedicine(Lond)2015,10,1)。同時(shí)，通過(guò)化學(xué)連接方法開發(fā)多功能光敏劑可 能會(huì)改變靶向配體的結(jié)構(gòu)、額外的合成步驟和成本，這些同樣會(huì)妨礙它們的實(shí)際應(yīng)用 (Cheng，Z.;Α1，Ζ·Α·;Hui，J.Z.;Muzykantov，V.R.;Tsourkas，A.Science 2012,338,903)〇
[0003] 線粒體是細(xì)胞生存的重要細(xì)胞器，其在能源制造和細(xì)胞凋亡通路中發(fā)揮著核心作 用。因此，線粒體長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是適合癌癥治療的亞細(xì)胞靶點(diǎn)（Thomas，A.P· ;Bae，B.; Kim，N.D.;Kim，S.H.;Suh，P.G.;Ryu，J.H.;Kang，B.H.J.Am.Chem.Soc.2015,137,4358)。尤 其是因?yàn)榫€粒體對(duì)大量的活性氧(如單態(tài)氧、自由基)非常敏感，一些靶向線粒體的光敏劑 被證明顯著提高了光動(dòng)力治療作用。另外，最近報(bào)道發(fā)現(xiàn)將一種包含親脂性的三苯基膦陽(yáng) 離子(TPP)基團(tuán)的磁性納米顆粒，首先通過(guò)腫瘤EPR效應(yīng)，特異性蓄積于腫瘤組織，進(jìn)而親脂 性陽(yáng)離子的TPP使其高效地蓄積在腫瘤細(xì)胞的線粒體中。然而，線粒體靶向的Η)Τ和PTT協(xié)同 治療未見相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一類線粒體靶向的七甲川吲哚花菁染料和制備方法及應(yīng)用。 所述七甲川吲哚花菁染料是以腫瘤線粒體為靶向，在近紅外熒光成像引導(dǎo)下，同步實(shí)現(xiàn)精 確高效的光熱和光動(dòng)力抗腫瘤作用的多功能有機(jī)小分子。本發(fā)明所述七甲川吲哚花菁染 料，為徹底抑制腫瘤生長(zhǎng)、防止耐藥和復(fù)發(fā)提供可行性。采用本發(fā)明所述七甲川吲哚花菁染 料制備的光敏劑，與目前必須依賴于昂貴而制備復(fù)雜的納米材料類光敏劑相比，更具有轉(zhuǎn) 化和應(yīng)用前景。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] -類七甲川吲哚花菁染料，其由線粒體靶向的吲哚七甲川鏈和不同長(zhǎng)度的N-烷基 側(cè)鏈構(gòu)成，具有以下結(jié)構(gòu)通式：
[0007]
[0008] 其中，η = 1 -5，R為氫、甲基、甲氧基、羧基、羧酸鹽、磺酸基、磺酸鹽、羥基、芳香基中 的任意一種;X+為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸根、四氟硼酸根、高氯酸根中任意的一 種。
[0009] 上述的一類七甲川吲哚花菁染料：
[0010] 1)當(dāng)η = 1，R為氫，各種烷烴基、羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香烴基中的任意一種， X為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸根、四氟硼酸根、高氯酸根中任意的一種時(shí)，其結(jié)構(gòu)式 為化合物1;
[0011] 2)當(dāng)η = 2，R為氫，各種烷烴基、羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香烴基中的任意一種， X為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸根、四氟硼酸根、高氯酸根中任意的一種時(shí)，其結(jié)構(gòu)式 為化合物2-3;
[0012] 3)當(dāng)η = 3，R為氫，各種烷烴基、羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香烴基中的任意一種， X為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸根、四氟硼酸根、高氯酸根中任意的一種時(shí)，其結(jié)構(gòu)式 為化合物4-5;
[0013] 4)當(dāng)η = 4，R為氫，各種烷烴基、羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香烴基中的任意一種， X為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸根、四氟硼酸根、高氯酸根中任意的一種時(shí)，其結(jié)構(gòu)式 為化合物6;
[0014] 5)當(dāng)η = 5,R為酰胺或酯類衍生物，其通式為-COXY-;當(dāng)Χ = 0，Υ為氫、各種烷烴基、 羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香烴基中的任意一種，X為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸 根、四氟硼酸根、高氯酸根中的任意一種時(shí)，其結(jié)構(gòu)式為化合物7-9;
[0015] 6)當(dāng)X = Ν，Υ為氫、各種烷烴基、羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香經(jīng)基中的任意一種， X為碘離子、氯離子、溴離子、烷基磺酸根、四氟硼酸根、高氯酸根中的任意一種時(shí)，其結(jié)構(gòu)式 為化合物10-15;
[0016] 化合物1-15的結(jié)構(gòu)式為
[0017]
[0018] 上述一類七甲川吲哚花菁染料的合成方法，有以下步驟：
[0019]
[0020] 1 )N，N_二甲基甲酰胺為反應(yīng)試劑和溶劑，環(huán)己酮與P0C13發(fā)生Vilsmeimer-Haack 甲?；磻?yīng)，反應(yīng)4小時(shí)，合成化合物A0(其結(jié)構(gòu)如反應(yīng)步驟中，下同）；其中環(huán)己酮:P0C13: DMF的摩爾比是1:5:15;化合物A0經(jīng)乙酸乙酯重結(jié)晶得純品；
[0021] 2)甲苯為溶劑，2，3，3-三甲基3H吲哚與溴代的衍生物于氬氣和避光保護(hù)下，回流 10-20小時(shí)，N-烷基化反應(yīng)合成含有不同鏈長(zhǎng)或不同末端官能團(tuán)的2，3，3-三甲基3H吲哚季 銨溴鹽A1-A6;其中2，3，3-三甲基3H吲哚:N-烷基化試劑的摩爾比為1:1.2，化合物A1-A6經(jīng) 異丙醇重結(jié)晶得純品；
[0022] 3)無(wú)水乙醇為有機(jī)溶劑，無(wú)水醋酸鈉堿性催化下，A0與A1-A6于70°C發(fā)生縮合反 應(yīng)，經(jīng)硅膠柱層析合成含有不同鏈長(zhǎng)或不同末端官能團(tuán)的N-烷基側(cè)鏈的化合物1-6;
[0023] 4)6-溴己酸為原料，氯化亞砜為酰氯活化試劑和反應(yīng)溶劑，反應(yīng)4-6小時(shí)，減壓蒸 發(fā)除去過(guò)量的氯化亞砜后，得6-溴己酰氯；二氯甲烷為溶劑，三乙胺為縛酸劑，6-溴己酰氯 分別與含有羥基或氨基的衍生物(X-Y)成酯或酰胺類化合物B7-B12; 2，3，3-三甲基3H吲哚 分別與B7-B12于氬氣和避光保護(hù)下，回流10-20小時(shí)后，再以無(wú)水乙醇為有機(jī)溶劑，無(wú)水醋 酸鈉堿性催化下，分別與A0于70°C發(fā)生縮合反應(yīng)，經(jīng)硅膠柱層析合成含有不同鏈長(zhǎng)或不同 末端官能團(tuán)的N-烷基側(cè)鏈的化合物7-12;
[0024] 5)步驟4)得到的B7-B9為反應(yīng)原料，在四氫呋喃水溶液中，氫氧化鋰為堿性水解試 劑，水解甲酯，分別合成羧酸衍生物B13-B15;2,3,3-三甲基3H吲哚分別與B13-B15于氬氣和 避光保護(hù)下，回流10-20小時(shí)后，再以無(wú)水乙醇為有機(jī)溶劑，無(wú)水醋酸鈉堿性催化下，分別與 A0于70°C發(fā)生縮合反應(yīng)，經(jīng)硅膠柱層析合成含有不同鏈長(zhǎng)或不同末端官能團(tuán)的N-烷基側(cè)鏈 的七甲川吲哚花菁染料代表化合物13-15。
[0025] 步驟2)所述溴代衍生物如結(jié)構(gòu)式中η = 1-4所述。
[0026] 步驟2)_3)所述不同鏈長(zhǎng)或不同末端官能團(tuán)，是指當(dāng)η=1-4時(shí)，R可為氫、各種烷烴 基、羧基、羧酸鹽、磺酸基、磺酸鹽、羥基、芳香基中的任意一種。
[0027] 步驟4)所述含有羥基或氨基的衍生物(Χ-Υ)的結(jié)構(gòu)是，當(dāng)η = 5時(shí)，X = 0或Ν，Υ為結(jié) 構(gòu)式中化合物7-15各自相應(yīng)Ν-烷基側(cè)鏈成酯或酰胺前的結(jié)構(gòu)。
[0028] 上述15個(gè)代表化合物中，化合物5、7、8、9、10、11、12、13、14、15均未見合成報(bào)道，采 用上述制備方法步驟1)_5)的方法合成上述七甲川吲哚花菁染料。
[0029] 上述一類七甲川吲哚花菁染料在制備光學(xué)治療腫瘤中光敏劑的應(yīng)用。
[0030] 上述光敏劑，是指該類七甲川吲哚花菁染料分子具有近紅外熒光成像、腫瘤線粒 體靶向蓄積和光敏抗腫瘤作用。
[0031] 七甲川吲哚花菁染料為不同鏈長(zhǎng)或不同末端官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)，具有線粒體的靶向。
[0032] 所述光學(xué)治療腫瘤，是指以腫瘤細(xì)胞線粒體為靶標(biāo)，在近紅外熒光成像引導(dǎo)和 650-900nm的單光源激光照射下，實(shí)現(xiàn)精確定位和同步實(shí)現(xiàn)光熱與光動(dòng)力殺傷腫瘤細(xì)胞。
[0033] 本發(fā)明所述七甲川吲哚花菁染料是含有不同鏈長(zhǎng)、不同末端官能團(tuán)的N-烷基側(cè)鏈 的小分子，具有近紅外熒光、腫瘤線粒體靶向蓄積、光熱和光動(dòng)力協(xié)同治療殺傷等多功能活 性。申請(qǐng)人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的七甲川吲哚花菁染料，可用于腫瘤PDT和PTT協(xié)同治 療。
[0034] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條 件或按照制造廠商所建議的條件。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例9中1-15化合物的體外光誘導(dǎo)升溫情況；
[0036] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例10中1-15化合物在近紅外激光照射后的單態(tài)氧生成情況；
[0037] 圖3為動(dòng)物移植瘤模型的活體成像；
[0038] 圖4本發(fā)明實(shí)施例12的1 -15化合物中代表化合物1、2、5、6、7、10號(hào)化合物蓄積于腫 瘤細(xì)胞的線粒體；
[0039]圖5為本發(fā)明實(shí)施例13中CCK-8檢測(cè)代表化合物l(n = l)的光誘導(dǎo)細(xì)胞殺傷效應(yīng)； [0040]圖6為本發(fā)明實(shí)施例13中CCK-8檢測(cè)代表化合物2(n = 2)的光誘導(dǎo)細(xì)胞殺傷效應(yīng)；
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