CN104177393A

CN104177393A - 光敏剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104177393A
Application number: CN201310728129.XA
Authority: CN
Inventors: 蒋雄杰; 黄权华; 杨战鏖
Original assignee: Shenzhen China Resources Gosun Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Shenzhen China Resources Gosun Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明适用于制药领域，提供了一种光敏剂、其制备方法和应用。本发明的光敏剂，通过引入多聚乙二醇作为轴向取代基，使该光敏剂能在水中能以单体存在，有效地减少了光敏剂在水中的聚集行为，实现光敏剂的光活性大大提高，在水中的单线态氧量子产量为0.52-0.56，离体细胞实验显示，该光敏剂对肝癌细胞HepG2，表现出极高的光动力活性，IC₅₀值低至8nM和10nM，是潜在的优秀的光敏药物。本发明光敏剂制备方法，操作简单，成本低廉，所制备的光敏剂光活性效果显著。

Description

光敏剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于制药领域，尤其涉及一种光敏剂及其制备方法和应用。

背景技术

光动力治疗（Photodynamic Therapy，简称PDT），又称光辐射疗法（Photoradiation Therapy，简称PRT）或称光化学疗法（Photochemotherapy）,是一种基于特定化学物质的光化学反应原理的治疗方法。所用的化学物质称为肿瘤化学诊治药物（也称光敏剂，Photosensitizer，简称PS）。PDT疗法过程是，通过静脉注射将光敏剂注入体内（对于皮肤也可以将其涂于患处），经过一定时间后用特定波长的光照射肿瘤组织，富集在肿瘤组织的光敏剂在光的激发下，产生一系列光物理化学反应，产生细胞毒性的活性氧，从而杀死癌细胞破坏肿瘤组织。

光动力疗法还可以有效地治疗细菌感染、口腔感染、黄斑变性眼病、动脉硬化、创伤感染以及皮肤病等非癌症疾病。光敏剂还可以用于光动力消毒，最主要的是用于血液和血液衍生物的灭菌消毒。同时，利用光敏剂的荧光性质进行光动力诊断，也是医用光敏剂的一个重要用途。

光动力治疗的关键在于光敏剂，光动力疗效取决于光敏剂的优劣。基于光动力治疗在治疗肿瘤和其他疾病方面的潜力，科学界普遍认为，光动力治疗将成为21世纪的重要医疗方法。现在临床主要应用的光敏剂为卟非姆纳为第一代光敏剂。1993年，光敏素Ⅱ由加拿大QLT公司（Quadra Logic Technologies Phototherapeutics Inc）正式投产，商品名卟非姆钠（Porfimer sodium）。该药先后在荷兰（1994）、加拿大（1995）、日本（1996）、美国（1996）、法国（1997）、德国（1997）、英国（2001）、以色列（2002）、葡萄牙（2002）、希腊（2003）等国家上市。

由于最大吸收波长位于易透过人体组织的红光区，结构稳定，光敏能力强等特点，酞菁配合物作为光敏剂的应用越来越引起人们的重视。在各种酞菁配合物中硅酞菁作为光敏药物展现独特的优势：1）由于轴向取得基的存在，可以更有效的组织酞菁环的π-π聚集，保证酞菁光敏能力的发挥；2）硅的生物相容性高；3）有较高的光敏能力，单线态量子产率高。美国Case Western Reserve大学研制的轴向取代硅酞菁Pc4具有较高的光动力活性，进入进入临床I期试验。但是Pc4的合成路线复杂，制造成本高，稳定性也较差。因此，迫切需要筛选活性高，制造简单，低成本的光敏药物。

专利号为ZL200610200598.4的中国发明专利介绍了一系列轴向取代硅酞菁配合物以及制备方法和在光动力治疗中的应用。虽然该专利中介绍的那些化合物已经展现了一定的光敏活性，但是那些化合物在水中聚集严重，导致那些化合物在水中的光活性较低。

发明内容

光敏剂是光动力治疗的核心要素，光敏剂的物理化学性质直接决定光敏剂的活性。肿瘤的光动力治疗的基本原理是：摄入肿瘤组织的光敏剂在一定波长入射光照射下，光敏剂由基态(S0)激发到第一激发单线态(S1)，然后一激发单线态通过系间窜越（ISC）转变为第一激发三线态(T1),光敏剂分子的第一激发三线态与生物体内的氧分子相互作用而产生具有生物效应的活性氧（主要是单线态氧），使肿瘤组织中的生物分子氧化失活,损伤肿瘤细胞,而显示其治疗作用。而当光敏剂发生聚集时，激发态的光敏剂的能量会在光敏剂之间相互传递而减弱，而不会把能量传递给基态氧而产生活性氧，从而大大消弱了光敏剂的光动力活性。为了解决光敏药物水溶性差，在水中聚集严重的的技术问题，常用的方法有加入表面活性剂如蓖麻油衍生物，但光敏剂药物一般为静脉注射，加入表面活性剂增加了制剂的困难，而且注射大量的表面活性剂有较高的安全性风险，如高剂量蓖麻油衍生物能引起溶血问题。对光敏剂进行结构改造如增加水溶性的离子基团，如季铵盐基团，磺酸盐基团，羧酸盐基团等，但增加离子性基团可以增加水溶性，但并不代表该药物在水中不是聚集状态，比如福州大学研发的正处在临床二期中的光敏剂，该光敏剂含有2个磺酸盐基团，易溶于水，但其制剂在水中聚集非常严重，大大消弱其光敏活性。另外在光敏药物中增加离子基团，会导致该药物较难透过细胞膜，影响到药物的传送。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非离子型水溶性光敏剂，解决现有技术中该类化合物水溶性差、在水中聚集严重的技术问题，此种光敏剂能不需要表面活性剂的作用下在水中已单体形式存在；以及该化合物的制备方法和应用。

本发明是这样实现的，

一种光敏剂，所述光敏剂的结构式如下：

其中，R选自或

以及，

该光敏剂制备方法，包括如下步骤：

将3,5-二羟基苯乙醇或3,4，5-三羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯在含无机碱的有机溶剂中加热至温度为70-100℃反应16-24小时，得到第一化合物；

将二氯酞菁硅和所述第一化合物在含有吡啶或氢化钠的甲苯溶液中加热反90-130℃反应4-24小时，得到所述光敏剂。

本发明进一步提供该光敏剂在药物、消毒品中的应用。

本发明的光敏剂，通过引入多聚乙二醇作为轴向取代基，使该光敏剂在水中的活性大大提高，有效地减少了光敏剂在水中的聚集，实现光敏剂的光活性大大提高。

本发明光敏剂制备方法，操作简单，成本低廉，所制备的光敏剂光活性效果显著。

附图说明

图1本发明实施例提供光敏剂在水中的紫外可见光吸收光谱；

图2本发明实施例提供光敏剂离体细胞光活性效果图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种光敏剂，该光敏剂的结构式如下：

其中，R选自

(SiPc1)

或

(SiPc2)

本发明提供的酞菁硅配合物对肝癌细胞HepG2，表现出极高的光动力活性，杀死50%癌细胞所需的药物浓度低至8nM(即8×10^-9mol/l)和10nM(即1×10^-8mol/l)，是潜在的优秀的光敏药物。

本发明进一步提供上述光敏剂制备方法，包括如下步骤：

步骤S01，制备第一化合物

步骤S02，制备光敏剂

具体的，步骤S01中，在含有碳酸钾的丙酮溶液中，3,5-二羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯或3,4，5-三羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯发生反应，得到中间产物即第一化合物；该3,5-二羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯的摩尔比为1:2～4；该3,4，5-三羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯的摩尔比为1:3～6；该无机碱选自碳酸钠或碳酸钾，该有机溶剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺。

将该第一化合物与二氯酞菁硅反应，反应后室温，过滤，收率滤液，减压干燥去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷，收集主要组分，减压干燥即得到光敏剂。

步骤S02中，该二氯酞菁硅和所述第一化合物摩尔比1:2～6，反应时间为4-24小时，优选6-12小时，反应温度为90-130℃，优选120℃。

上述步骤S01、02的反应式如下：

1、3,5-二羟基苯乙醇的：

或者；

2、3,4,5-二羟基苯乙醇的：

本发明实施例进一步提供上述光敏剂在药品、消毒品中的应用。

以下结合具体实施例对上述光敏剂及其制备方法进行详细阐述。

实施例一

中间产物3,5-二（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇的合成

3，5-二羟基苯乙醇（1.4g）与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯（6.4g）在无水碳酸钾（14g）存在下在丙酮(150ml)中70℃加热反应24小时。反应液冷却到室温，过滤，收率滤液，减压干燥去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷，收集主要组分，减压干燥得到白色油状物5.3g。产物的结果表征数据为：¹H NMR(400M CDCl₃):δ6.51(s,2H,ArH),6.42(s,1H,ArH),4.61(d,J=4.8Hz,2H,CH₂),4.11(t,J=4.8Hz,4H,CH₂),3.84(t,J=4.8Hz,4H,CH₂),3.70-3.75(m,4H,CH₂),3.62-3.69(m,8H,CH₂),3.53-3.55(m,4H,CH₂),3.38(s,6H,CH₃);Mass(ESI):m/z617[M+Na]⁺。

酞菁SiPc1的合成

3,5-二（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇(0.71g)与二氯酞菁硅(0.5g)在吡啶(1ml)存在下在甲苯(30ml)中120℃加热反应12小时。停止减压蒸馏去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷/甲醇（50:1），收集主要组分，减压干燥得到绿色油状物0.55g。产物的结果表征数据为：¹H NMR(400M CDCl₃):δ9.55-9.65(m,8H,Pc-H_α),8.32-8.37(m,8H,Pc-H_β),5.65(s,2H,ArH),3.57-3.67(m,24H,CH₂),3.51-3.55(m,8H,CH₂),3.42-3.45(m,16H,CH₂),3.36(s,12H,CH₃),3.06(m,4H,ArH),-0.7(s,4H,CH₂);Mass(ESI):m/z1403[M+H]⁺。

实施例二

中间产物3,4，5-三（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇的合成

3,4，5-三羟基苯乙醇（1.6g）与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯（9.6g）在无水碳酸钠（20g）存在下在N，N-二甲基甲酰胺(80ml)中80℃反应16小时。反应液冷却到室温，过滤，收率滤液，减压干燥去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷，收集主要组分，减压干燥得到白色油状物6.5g。产物的结果表征数据为：¹HNMR(400M CDCl₃):δ6.55(s,2H,ArH),6.40(s,1H,ArH),4.60(d,J=4.8Hz,2H,CH₂),4.12-4.20(m,6H,CH₂),3.86(t,J=4.8Hz,4H,CH₂),3.70-3.79(m,8H,CH₂),3.62-3.69(m,12H,CH₂),3.53-3.55(m,6H,CH₂),3.37(s,9H,CH₃);Mass(ESI):m/z455[M+Na]⁺。

酞菁SiPc2的合成

3,4，5-三（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇(0.97g)与二氯酞菁硅(0.5g)在吡啶(1ml)存在下在甲苯(40ml)中120℃加热反应12小时。停止减压蒸馏去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷/甲醇（50:1），收集主要组分，减压干燥得到绿色油状物0.67g。产物的结果表征数据为：¹H NMR(400M CDCl₃):δ9.53-9.66(m,8H,Pc-H_α),8.31-8.36(m,8H,Pc-H_β),3.51-3.67(m,48H,CH2),3.42-3.45(m,24H,CH₂),3.36(s,18H,CH₃),3.09(m,4H,ArH),-0.7(s,4H,CH₂);Mass(ESI):m/z1727[M+H]⁺。

实施例三

中间产物3,5-二（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇的合成

3，5-二羟基苯乙醇（1.4g）与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯（12.8g）在无水碳酸钾（14g）存在下在N,N二甲基乙酰胺(100ml)中100℃加热反应16小时。反应液冷却到室温，过滤，收率滤液，减压干燥去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷，收集主要组分，减压干燥得到白色油状物5.8g。

酞菁SiPc1的合成

3,5-二（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇(2.1g)与二氯酞菁硅(0.5g)在氢化钠(0.5g)存在下在甲苯(30ml)中120℃加热反应6小时。停止减压蒸馏去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷/甲醇（50:1），收集主要组分，减压干燥得到绿色油状物0.61g。

实施例四

中间产物3,4，5-三（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇的合成

3,4，5-三羟基苯乙醇（1.6g）与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯（19.2g）在无水碳酸钠（50g）存在下在N，N-二甲基甲酰胺(250ml)中100℃反应16小时。反应液冷却到室温，过滤，收率滤液，减压干燥去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷，收集主要组分，减压干燥得到白色油状物5.6g。

酞菁SiPc2的合成

3,4，5-三（三乙二醇单甲醚基）苯乙醇(3g)与二氯酞菁硅(0.5g)氢化钠在(0.7g)存在下在甲苯(80ml)中120℃加热反应6小时。停止减压蒸馏去除溶剂，剩下固体用硅胶色谱分离纯化，解析剂为三氯甲烷/甲醇（50:1），收集主要组分，减压干燥得到绿色油状物0.73g。

光敏剂团聚效果测试：

为了研究本发明的得到光敏剂在水中的聚集行为，测试了SiPc1和SiPc2在水中的紫外可见光谱。请参阅图1，图1是SiPc1、SiPc2和锌酞菁在水中的紫外可见光吸收光谱。图1中可以看到，SiPc1和SiPc2的呈现尖锐强的Q-band吸收，吸收峰在680nm附近为典型的酞菁非聚集谱图。从此图可以证明SiPc1和SiPc2在水中以单体形式存在。从该图中也可以看到锌酞菁在600-800nm之间呈现非常弱的Q-band吸收，说明锌酞菁在水中聚集非常严重。

光敏剂在水中的光敏活性评价：

通过研究酞菁配合物产生单线态氧（¹O₂）的能力来评价它们的光敏化反应能力。单线态氧量子产率的测定采用DPBF探针法，具体实验步骤参加本发明人发表的论文《Bioorganic&MedicinalChemistry Letters》，2006，16，2450-2453。实验结果显示此酞菁配合物SiPc1和SiPc2在水中的单线态氧量子产量分别为0.52和0.56，在水中展现极高的光敏活性。

应用例

光敏剂光活性检测

将本发明所描述的酞菁硅配合物（SiPc1和SiPc2）溶于PH7.4的PBS水溶液，配成8×10^-5mol/l的母溶液。将此含有光敏药物的母溶液稀释到培养液中，配制含有不同浓度光敏药物的细胞培养液。分别测试含有不同浓度的光敏药物对人肝癌细胞（HepG2）的暗毒性和光动力活性。（暗毒性是指在避光情况下药物的毒性，光动力活性是指在光照下激发的药物的活性，优秀的光敏剂应该是较低的暗毒性和很高的光敏活性）。将癌细胞分别在含有不同浓度光敏剂的培养液中培养2小时，然后弃去培养样，用新鲜的PBS溶液润洗2次,加入不含药物的新的培养液。光照实验组，对细胞进行红光照射30分钟（激光波长>610nm,50mW cm^-2,60J cm^-2）;不照光组，将细胞置于暗处30分钟。细胞的存活率用MTT法考察。具体实验步骤参加本发明人发表的论文《Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters》，2006，16，2450-2453。

请参阅图2，图2显示本发明实施例1和2所制备的光敏剂的光敏活性。结果表明，本发明所述的多乙二醇取代酞菁硅，在红光照射下均表现很高的光动力活性。通过考察酞菁配合物浓度和细胞存活率的量效关系，获得在照条件下的半致死量(IC₅₀,即杀死50%癌细胞所需的药物浓度)，SiPc1和SiPc2的IC₅₀值分别为8nM(即8×10^-9mol/l)和10nM(即1×10^-8mol/l)。如此低的IC50值，说明这两个化合物具有非常高的光动力活性。在避光条件下，在药物SiPc1和SiPc2的浓度达到1000nM(1×10^-6mol/l)时，癌细胞的存活率都接近100%，说明这两个酞菁硅配合物具有很低的光毒性。此实验结果表明，酞菁硅配合物SiPc1和SiPc2都是潜在的优秀的光敏药物，值得进一步研究开发。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种光敏剂，所述光敏剂的结构式如下：

其中，R选自或

2.如权利要求1所述的光敏剂制备方法，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的光敏剂制备方法，其特征在于，所述无机碱选自碳酸钠或碳酸钾。

4.根据权利要求2所述的光敏剂制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

5.根据权利要求2所述的光敏剂制备方法，其特征在于，所述3,5-二羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯的摩尔比为1:2～4。

6.根据权利要求2所述的光敏剂制备方法，其特征在于，所述3,4，5-三羟基苯乙醇与三乙二醇单甲醚对甲苯磺酸酯的摩尔比为1:3～6。

7.根据权利要求2所述的光敏剂制备方法，其特征在于，所述二氯酞菁硅和所述第一化合物摩尔比1:2～6。

8.权利要求1所述的光敏剂在药物、消毒品中的应用。