CN108409799A - 可用于光动力治疗的配合物及其制备方法 - Google Patents

可用于光动力治疗的配合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了结构通式（I）所示的配合物，其中，R1、R2、R3独立地选自为氢原子，C1‑C4的烷基，C1‑C3的烷氧基，苯基，羧基，羟基，硝基，氰基，三氟甲基，卤素基，环己基；X为卤素原子。本发明基于2‑（咪唑并[1,5‑a]吡啶‑3‑基）喹啉‑8‑醇及其衍生物的配合物具有良好的光敏性能，金属活性位点高，可用于三阴乳腺癌（MDA‑MB‑231细胞）的光动力治疗，具有非常好的疗效。

Description

可用于光动力治疗的配合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一类配合物材料，特别是基于2-（咪唑并[1,5-a]吡啶-3-基）喹啉及其衍生物的配合物材料，该材料具有良好的光敏性，应用于三阴乳腺癌（MDA-MB-231细胞）的光动力治疗具有高的疗效。
背景技术
近年来，癌症治疗取得了长足的进步，特别是在光动力治疗方面，光敏剂的更新换代层出不穷，由早期的卟啉及酞菁类光敏剂逐步发展到贵金属Ru、Ir的配合物类光敏剂。但对于合成简单、廉价且生物相容性好的3d金属配合物用于肿瘤治疗的光敏剂报导甚少。其主要原因是金属和配体之间能级轨道并不匹配，无法发生有效的金属到配体（MLCT）的跃迁，光谱吸收波段并不适用于光动力治疗。溶剂热合成法被广泛应用于无机合成制备，通常用于3d金属配合物的合成。具体说来是将金属离子和配体按照一定的配比放置于具有一定pH值的去离子水、乙醇、甲醇等单一或混合溶剂，搅拌均匀后放入密封容器到如带有聚四氟衬里的不锈钢反应器或玻璃试管中加热，温度一般在100-200 ℃，在自生压力下反应。随着温度的升高反应物就会逐渐溶解。这种方法反应时间短，并且解决了反应物在室温条件下不能溶解的难题。溶剂热生长技术具有晶体生长完美、设备简单、节省能量等优点，从而成为近年来使用的热点。通常有机配体的合成是通过回流反应完成，然而有些反应由于温度和压力的邮箱在回流条件下并不能进行。溶剂热技术由于自生压力而导致的溶剂沸点变化可以解决这一难题，因此在溶剂热条件下通过金属离子原位辅助催化有时可以得到一些新颖的有机物及其配合物。
发明内容
本发明的目的是提供一类基于平面型氮杂多环2-（咪唑并[1,5-a]吡啶-3-基）喹啉-8-醇及其衍生物的配合物材料；
本发明的另一个目的是提供上述配合物材料的制备方法；
本发明的第三个目的是提供上述配合物材料作为三阴乳腺癌（MDA-MB-231细胞）高效的光敏剂在光动力治疗方面的应用。
本发明实现过程如下：
结构通式（I）表示的配合物，
其中，R1、R2、R3独立地选自为氢原子，C1-C4的烷基（如甲基，乙基，丙基，异丙基，正丁基，异丁基，叔丁基），C1-C3的烷氧基（如甲氧基，乙氧基），苯基，羧基，羟基，硝基，氰基，三氟甲基，卤素基，环己基；
X为卤素原子（如F，Cl，Br）。
当R1、R2、R3为氢原子，X为Cl时，配合物属于三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数为a =7.3096(2) Å, b = 9.441(3) Å, c = 11.105(3) Å, α = 76.775(5) (deg), β = 89.516(5) (deg), γ = 82.498(5) (deg)。
上述配合物的制备方法：
将化学计量比的8-羟基喹啉-2-甲醛衍生物a与2-氨甲基吡啶衍生物b溶于有机溶剂中，加入可溶性卤代铁盐，在90～150 ℃反应得到配合物（I）。
有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、DMF；
反应温度优选为90～120 ℃。
平面型氮杂环可以发生高效的配体到配体的跃迁（LLCT）使得其具有有效的光谱吸收。本发明基于2-（咪唑并[1,5-a]吡啶-3-基）喹啉-8-醇及其衍生物的配合物具有良好的光敏性能，金属活性位点高，可用于三阴乳腺癌（MDA-MB-231细胞）的光动力治疗，并且具有非常好的疗效。
附图说明
图1为配合物Fe(L3)Cl2的结构图；
图2为配合物Fe(L3)Cl2的穆斯堡尔谱图；
图3为配合物Fe(L3)Cl2的热重分析图；
图4为配合物Fe(L3)Cl2的粉末衍射图；
图5为配合物Fe(L3)Cl2的对各种不同细胞（人肺癌细胞A549，人结直肠癌细胞HCT116，恶性黑色素瘤细胞A375，人正常细胞239T，乳腺癌细胞MCF-7，三阴乳腺癌细胞MDA-MB-231）杀伤作用图；
图6为配合物Fe(L3)Cl2对MDA-MB-231细胞杀伤作用优化图；
图7为不同对照组小鼠16天后肿瘤体积的变化；
图8为不同对照组小鼠16天后体重变化；
图9为不同对照组小鼠16天后取出肿瘤；
图10为配合物Fe(L3)Cl2与配体L3对MDA-MB-231细胞的杀伤作用对比图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，以下通过发明人给出的依本发明技术方案所完成的具体的实施例对本发明进一步的详细描述。
实施例1：Fe(L3)Cl2的合成及结构分析
将0.25 mmol的8-羟基喹啉-2-醛(a, 0.0433 g) 加入到25 mL容量的聚四氟乙烯的反应釜中，加入10 mL的甲醇溶解后，再加入0.5 mmol的无水三氯化铁(0.0811 g) ，在搅拌的条件下加入0.25 mmol的2-氨甲基吡啶(b, 26 μL)，继续搅拌3分钟，密封，放入100 ℃的烘箱保温12 h，然后缓慢降温得到黑色针状晶体(大概10 h降至室温)，产率为70%（基于b）。晶胞参数为a = 7.3096(2) Å, b = 9.441(3) Å, c = 11.105(3) Å, α = 76.775(5)(deg), β = 89.516(5) (deg), γ = 82.498(5) (deg)。
如图1所示，配合物Fe(L3)Cl2的空间群是P-1，不对称单元由一个Fe，一个L3和两个Cl组成。金属中心（Fe）与螯合配体L3提供的N2O1和两个弱配位Cl原子发生配位，Fe1-Cl1（2.208 Å）、Fe1-Cl2（2.214 Å）和Cl1-Fe1-Cl2（111.32°）。平面型有机配体位于与氯原子相反的一侧，并且有机配体L3处于的平面平分角Cl1-Fe1-Cl2。在配位氯方向上容易发生反应，几乎没有阻碍。
如图2所示，配合物Fe(L3)Cl2的穆斯堡尔谱证实Fe处于+3价态。
如图3所示，配合物Fe(L3)Cl2的热重分析图，实验温度控制为室温到800 ℃，流速为15 cm3/min，升温速率为5 ℃/min，氮气条件下的热重分析表明，配合物Fe(L3)Cl2没有溶剂分子，并且在接近300 ℃时才开始分解，说明其热稳定性好。
如图4为配合物Fe(L3)Cl2的粉末衍射图。通过粉末衍射的实验值和拟合值对比可以看出，通过上述方法合成的配合物Fe(L3)Cl2为纯相。
实施例2：发明人通过使用不同的反应原料均可获得目标配合物，具体列表如下：
实施例3：实施例1制备得到的Fe(L3)Cl2应用于肿瘤细胞的光动力治疗
利用MTT比色法来分析配合物材料Fe(L3)Cl2对各类肿瘤细胞的抗增殖效应。MTT，中文名叫噻唑蓝，是一种四唑盐，在活细胞中，线粒体内的琥珀酸脱氢酶可将MTT还原，生成一种蓝紫色产物-甲臜（可溶于DMSO），且该产物在490 nm处有吸收峰，故可用A490nm来分析细胞增殖情况。
MTT实验步骤如下：①先各复苏1管肿瘤细胞，用新鲜培养液（DMEM培养基+10%胎牛血清）培养，传代2次后使用。②待细胞到达对数生长期时，以8000个/孔的细胞密度接种至2块96孔板中（每孔用100 μL培养液培养细胞，一板为光照组，另一板为黑暗对照组），送入恒温箱（37 °C，5% CO2）中培养。③待其贴壁后，每孔加入100 μL含有不同浓度的配合物Fe(L3)Cl21的新鲜培养液，轻轻晃匀，在恒温箱中避光孵育4 h后，将光照组的细胞培养板置于100 W卤钨灯下光照1 h（每照射20 min休息5 min，功率密度：25 mW/cm2），然后放回温箱接着避光孵育19 h（黑暗对照组的细胞一直置于温箱中避光培养）。④弃两板内原有培养基，用PBS漂洗细胞一次，每孔换成200 μL新鲜的含药培养液。37 °C避光孵育4 h后，将光照组的细胞培养板置于卤钨灯下继续间断式光照1 h（黑暗对照组的细胞不做处理），然后接着避光孵育19 h。⑤每孔加入20 μL MTT (5 mg/mL)，于37 °C温箱中孵育4 h后检测A490nm。
如图5所示，MTT法检测不同浓度的配合物Fe(L3)Cl2在黑暗与光照处理条件下对各种不同的细胞（人肺癌细胞A549，人结直肠癌细胞HCT116，恶性黑色素瘤细胞A375，人正常细胞239T，乳腺癌细胞MCF-7，三阴乳腺癌细胞MDA-MB-231）的杀伤作用效果不同，在光照条件下对乳腺癌MDA-MB-231细胞的杀伤效果最佳。
如图6所示，MTT法检测不同浓度配合物Fe(L3)Cl2对不同照射处理MDA-MB-231细胞生长的抑制作用：0h，黑暗; 2小时，一次连续照射2小时；1 + 1h，1小时连续照射2次，第一次照射24小时后进行第二次照射；1 + 1h（间隔），间隔1小时照射2次，每隔20分钟照射5分钟。
具体实施例3：Fe(L3)Cl2应用于裸鼠乳腺癌（MDA-MB-231）肿瘤的光动力治疗
Balb/c裸鼠的饲养
本实验购买的Balb/c裸鼠均为雌性，SPF级，4-5周龄。裸鼠送到实验室后，置于SPF级动物房适应1周。饲养温度为22 ± 3 °C，光照12 h/d，黑暗12 h/d，自由饮食，所有操作均遵循实验动物标准操作规程的相关规定。
乳腺癌原位瘤造模
首先准备造模需用的细胞。用DMEM+10%胎牛血清在10 cm培养皿中培养MDA-MB-231细胞，待其到达对数生长期后，用胰酶消化法将细胞悬液收集于5 mL无菌离心管中，1,000rpm离心5 min，弃上清。再用PBS离心漂洗细胞沉淀1-2次，然后用2.5 mL不含血清的新鲜DMEM培养基重悬所有沉淀，加入等体积的基质胶，混匀，插入冰盒中，备用。
接下来处理裸鼠进行造模。首先对裸鼠进行称重，按照200 μL/20 g的剂量腹腔注射1.25%阿福丁进行麻醉。待裸鼠失去知觉（用镊子夹腿无反应）后，即可进行操作。将小鼠固定在手术板上（板面与水平面成30 °角左右），全身用75%酒精消毒10 min后，用手术剪剪开其乳腺脂肪垫附近的皮肤，在距乳腺1-2 cm处进针将上述制备好的MDA-MB-231细胞（每只小鼠注射200 μL，含细胞3ⅹ106个）打进脂肪垫中，然后缝合伤口并用75%酒精消毒后，送回动物房中饲养。
光动力治疗
当肿瘤体积达到～80 mm3时，将20只裸鼠随机分为4组（每组5只）：①空白组、②单纯光照组、③单纯配合物Fe(L3)Cl2治疗组及④配合物Fe(L3)Cl2+光照治疗组。其中，③④组实行原位注射配合物Fe(L3)Cl2（8 mg/kg），而①②组则注射等量生理盐水；②④组在注射给药3h后，利用裸光纤（600 μm）和石英卤钨灯（功率密度为0.15 W/cm2）对肿瘤进行定点光照治疗0.5 h（每光照10 min休息5 min）。这样的治疗每4天进行一次， 4次为一疗程。在治疗过程中，每3天测一次肿瘤体积和小鼠体重并记录。在最后一次治疗结束后48 h，将所有小鼠麻醉后进行安乐死，并取出肿瘤块进行称量。
如图7所示，不同对照组的小鼠16天之后小鼠体内肿瘤变化情况，加入配合物Fe(L3)Cl2在光照处理组（Fe1-PDT）小鼠肿瘤明显的被预制增长。
如图8所示，不同对照组的小鼠16天之后小鼠体重几乎没有变化，说明配合物Fe(L3)Cl2并没有明显的毒性。
如图9所示，不同对照组的小鼠16天之后取出体内肿瘤。
如图10所示，MTT法检测相同浓度的配合物Fe(L3)Cl2与配体L3通过黑暗与光照处理之后对MDA-MB-231细胞的杀伤作用效果；明显看出，配合物Fe(L3)Cl2在光照条件下对MDA-MB-231细胞杀伤作用非常强，而在黑暗条件下杀伤作用非常弱；配体L3无论是否光照均无有效的杀伤效果。

Claims (7)

1.结构通式（I）所示的配合物，
其中，R1、R2、R3独立地选自为氢原子，C1-C4的烷基，C1-C3的烷氧基，苯基，羧基，羟基，硝基，氰基，三氟甲基，卤素基，环己基；X为卤素原子。
2.根据权利要求1所述的配合物，其特征在于：当R1、R2、R3为氢原子，X为Cl时，配合物属于三斜晶系，P-1空间群，晶胞参数为a = 7.3096(2) Å, b = 9.441(3) Å, c = 11.105(3)Å, α = 76.775(5) (deg), β = 89.516(5) (deg), γ = 82.498(5) (deg)。
3.权利要求1所述的配合物的制备方法：
将化学计量比的8-羟基喹啉-2-甲醛衍生物a与2-氨甲基吡啶衍生物b溶于有机溶剂中，加入可溶性卤代铁盐，在90～150 ℃反应得到配合物（I）。
4.根据权利要求3所述的配合物的制备方法，其特征在于：有机溶剂选自甲醇、乙醇、乙腈、DMF。
5.根据权利要求3所述的配合物的制备方法，其特征在于：反应温度为90～120 ℃。
6.权利要求1所述配合物在制备治疗乳腺癌药物中的应用。
7.根据权利要求5所述应用，其特征在于：所述配合物作为光动力治疗乳腺癌的药物。
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