一類線粒體靶向的七甲川吲哚花菁染料及制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物領域，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 法和應用。
【背景技術】
[0002] 惡性腫瘤是嚴重危害人類健康和生命的重大疾病，已成為我國人口第一位死亡原 因。腫瘤的耐藥和復發是腫瘤難以攻克的重要原因。目前認為，提高藥物的靶向性以及聯合 多種治療手段是降低腫瘤耐藥和復發的重要途徑。腫瘤光學治療，一直被認為是一種局部 的、非侵襲性的治療腫瘤的手段。由于其僅對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。腫瘤光學治療，主要包括光動力治療(PDT)和光熱治療(PTT) 兩種主要方式。無論是PDT，還是PTT，其關鍵都需要依賴于光敏劑。光敏劑通過吸收光能后 分別將光能轉化成大量的活性氧或者高熱，進而導致腫瘤細胞死亡（Cheng，LWang，C.; Feng，L·; Yang，K·;Liu，Z· Chem· Rev· 2014，114，10869)。一個理想的光敏劑應該具有高效的 光療作用及較少的毒副作用，而這樣的光敏劑需要同時具備高效的光敏特性和對腫瘤細胞 的高特異性。為了增強光敏特性，很多精心設計和制備的納米材料，將光動力光敏劑和光熱 光敏劑組裝在一起，同步實現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化學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胞膜上高表達的生物 標志物結合并攝入（Zhang,S. ;Jia，N. ;Shao，P. ;Tong，Q. ;Xie，X. ;Bai，M.Chem.Biol.2014， 21，338)。基于這兩種策略，新近發展的光敏劑不但整合了roT/PTT雙模態光學治療，還具有 較好的靶向性，為腫瘤治療帶來的希望。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，比如難以重復性和大規模的制備、大部分被吸收和滯留在網狀內皮組織的器官、 長期毒性的擔憂等，導致大部分納米材料類的多功能光敏劑還停留在早期開發階段(Chen， F. ;Cai，W.Nanomedicine(Lond)2015,10,1)。同時，通過化學連接方法開發多功能光敏劑可 能會改變靶向配體的結構、額外的合成步驟和成本，這些同樣會妨礙它們的實際應用 (Cheng，Z.;Α1，Ζ·Α·;Hui，J.Z.;Muzykantov，V.R.;Tsourkas，A.Science 2012,338,903)〇
[0003] 線粒體是細胞生存的重要細胞器，其在能源制造和細胞凋亡通路中發揮著核心作 用。因此，線粒體長期以來被認為是適合癌癥治療的亞細胞靶點（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 其是因為線粒體對大量的活性氧(如單態氧、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力治療作用。另外，最近報道發現將一種包含親脂性的三苯基膦陽 離子(TPP)基團的磁性納米顆粒，首先通過腫瘤EPR效應，特異性蓄積于腫瘤組織，進而親脂 性陽離子的TPP使其高效地蓄積在腫瘤細胞的線粒體中。然而，線粒體靶向的Η)Τ和PTT協同 治療未見相關報道。
【發明內容】
[0004] 本發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下，同步實現精 確高效的光熱和光動力抗腫瘤作用的多功能有機小分子。本發明所述七甲川吲哚花菁染 料，為徹底抑制腫瘤生長、防止耐藥和復發提供可行性。采用本發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雜的納米材料類光敏劑相比，更具有轉 化和應用前景。
[0005] 實現本發明的技術方案是：
[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度的N-烷基 側鏈構成，具有以下結構通式：
[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，其結構式 為化合物1;
[0011] 2)當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，其結構式 為化合物2-3;
[0012] 3)當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，其結構式 為化合物4-5;
[0013] 4)當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，其結構式 為化合物6;
[0014] 5)當η = 5,R為酰胺或酯類衍生物，其通式為-COXY-;當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，其結構式為化合物7-9;
[0015] 6)當X = Ν，Υ為氫、各種烷烴基、羧基、磺酸基、羥基、氨基、芳香經基中的任意一種， 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，其結構式 為化合物10-15;
[0016] 化合物1-15的結構式為
[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試劑和溶劑，環己酮與P0C13發生Vilsmeimer-Haack 甲酰化反應，反應4小時，合成化合物A0(其結構如反應步驟中，下同）；其中環己酮:P0C13: DMF的摩爾比是1:5:15;化合物A0經乙酸乙酯重結晶得純品；
[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下，回流 10-20小時，N-烷基化反應合成含有不同鏈長或不同末端官能團的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 異丙醇重結晶得純品；
[0022] 3)無水乙醇為有機溶劑，無水醋酸鈉堿性催化下，A0與A1-A6于70°C發生縮合反 應，經硅膠柱層析合成含有不同鏈長或不同末端官能團的N-烷基側鏈的化合物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溶劑，反應4-6小時，減壓蒸 發除去過量的氯化亞砜后，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于氬氣和避光保護下，回流10-20小時后，再以無水乙醇為有機溶劑，無水醋 酸鈉堿性催化下，分別與A0于70°C發生縮合反應，經硅膠柱層析合成含有不同鏈長或不同 末端官能團的N-烷基側鏈的化合物7-12;
[0024] 5)步驟4)得到的B7-B9為反應原料，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 避光保護下，回流10-20小時后，再以無水乙醇為有機溶劑，無水醋酸鈉堿性催化下，分別與 A0于70°C發生縮合反應，經硅膠柱層析合成含有不同鏈長或不同末端官能團的N-烷基側鏈 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構式中η = 1-4所述。
[0026] 步驟2)_3)所述不同鏈長或不同末端官能團，是指當η=1-4時，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)的結構是，當η = 5時，X = 0或Ν，Υ為結 構式中化合物7-15各自相應Ν-烷基側鏈成酯或酰胺前的結構。
[0028] 上述15個代表化合物中，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治療腫瘤中光敏劑的應用。
[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或不同末端官能團的結構，具有線粒體的靶向。
[0032] 所述光學治療腫瘤，是指以腫瘤細胞線粒體為靶標，在近紅外熒光成像引導和 650-900nm的單光源激光照射下，實現精確定位和同步實現光熱與光動力殺傷腫瘤細胞。
[0033] 本發明所述七甲川吲哚花菁染料是含有不同鏈長、不同末端官能團的N-烷基側鏈 的小分子，具有近紅外熒光、腫瘤線粒體靶向蓄積、光熱和光動力協同治療殺傷等多功能活 性。申請人的實驗結果表明，所制備的七甲川吲哚花菁染料，可用于腫瘤PDT和PTT協同治 療。
[0034] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條 件或按照制造廠商所建議的條件。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發明實施例9中1-15化合物的體外光誘導升溫情況；
[0036] 圖2為本發明實施例10中1-15化合物在近紅外激光照射后的單態氧生成情況；
[0037] 圖3為動物移植瘤模型的活體成像；
[0038] 圖4本發明實施例12的1 -15化合物中代表化合物1、2、5、6、7、10號化合物蓄積于腫 瘤細胞的線粒體；
[0039]圖5為本發明實施例13中CCK-8檢測代表化合物l(n = l)的光誘導細胞殺傷效應； [0040]圖6為本發明實施例13中CCK-8檢測代表化合物2(n = 2)的光誘導細胞殺傷效應；
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