CN109820854A - 一种超分子光响应药物及其制备方法与调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超分子光响应药物及其制备方法与调控方法。本发明提供了一种偶氮苯基团修饰的活性化合物，其中偶氮苯基团与活性物质通过共价键连接；将其与环糊精通过超分子主客体作用组装，得到一种超分子光响应药物。本发明还提供了该超分子光响应药物的抗菌活性的调控方法，通过紫外光照，提高其抗菌活性；和，通过可见光照或非光照，抑制其抗菌活性。该调控方法具有较宽的抗菌调控范围，可作为一种有效控制抗生素耐药性的手段，具有良好的临床应用前景。

Description

一种超分子光响应药物及其制备方法与调控方法

技术领域

本发明涉及药物化学和超分子化学领域，具体涉及一种超分子光响应药物及其制备方法与调控方法。

背景技术

喹诺酮类(4-quinolones)，又称吡酮酸类或吡啶酮酸类，是一类合成抗菌药，具有抗菌谱广、价格便宜、不良反应少等优点，在临床上应用广泛。诺氟沙星(Norfloxacin)是一种人工合成的喹诺酮类的广谱抗生素。其抗菌机理是通过结合DNA旋转酶来抑制DNA的复制从而达到抗菌效果。近年来，通过将各种光异构分子接枝到抗生素骨架上，然后通过不同波长的光来调节其分子的构象、极性、水溶性等相关化学性质，以此来调控其抗菌活性已经获得了极大的发展。对抗生素的抗菌性进行调控可有助于解决抗生素耐药性问题，然而在现有技术中，存在着对抗生素的抗菌调控范围较窄的问题，这一直制约着其临床应用。

超分子化学是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体的化学，主客体是超分子领域的重要分支，通过控制主体分子与抗菌材料的组装与解组装过程，从而能够很好的屏蔽和释放药效，这种新型的超分子“开关”策略同样被视为一种有效控制抗生素耐药性的手段。然而由于其需要外源性客体引入来完成释放的过程，限制了其在人体内的应用。

由于目前对抗生素的抗菌调控存在调控范围较窄的问题，本领域一直致力于寻找可以在较大范围内调控药物活性的方法。而主客体超分子开关由于需要引入外源客体而无法应用于体内，故可在较大范围内调控药物活性并且不需要引入其他外源性分子的策略尚未见报道。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超分子光响应药物。该超分子光响应药物不需要引入外源性客体分子，即可响应不同波长的光照，在较大范围内实现抗菌活性的调控。

为此，第一方面，本发明提供一种偶氮苯基团修饰的活性化合物，其特征在于所述偶氮苯基团与活性化合物通过化学反应共价连接，所述化学反应包括酰胺缩合反应。在一个具体的实施方式中，所述化学反应包括4-偶氮苯酰氯和所述活性物质进行酰胺缩合反应。

本发明所述的偶氮苯基团修饰的活性化合物，其中所述活性化合物为抗生素，优选喹诺酮类抗生素，包括环丙沙星、氧氟沙星、恩诺沙星、诺氟沙星，更优选诺氟沙星。

本发明所述的偶氮苯基团修饰的活性化合物，其特征在于所述偶氮苯基团修饰的活性化合物具有式I所示的结构：

第二方面，本发明提供一种超分子光响应药物，其特征在于包括本发明第一方面所述偶氮苯基团修饰的活性化合物、环糊精；所述偶氮苯基团修饰的活性化合物和环糊精通过主客体作用组装。

第三方面，本发明提供第二方面所述超分子光响应药物的制备方法，其特征在于将偶氮苯基团修饰的活性化合物、环糊精在水中涡旋混合，装配获得所述超分子光响应药物。

进一步，所述偶氮苯基团修饰的活性化合物和环糊精的摩尔数比为1：1。

第四方面，本发明提供第一方面所述偶氮苯基团修饰的活性化合物、或第二方面所述超分子光响应药物在制备抑菌剂中的用途。

进一步，所述抑菌剂为广谱抑菌剂，能够抑制革兰氏阴性菌和/或革兰氏阳性菌。

进一步，所述革兰氏阴性菌包括但不限于大肠杆菌，所述革兰氏阳性菌包括但不限于金黄色葡萄球菌。

进一步，所述抑菌剂为条件性抑菌剂。

第五方面，本发明提供第二方面所述超分子光响应药物的活性调控方法，包括通过改变照射光的波长对所述超分子光响应药物的抗菌活性进行调控。

进一步，所述调控方法包括，通过紫外光照，提高所述超分子光响应药物的抗菌活性；和，通过可见光照或非光照，抑制所述超分子光响应药物的抗菌活性。

偶氮苯(azobenzene，Azo)是一种光异构的官能团，在低能态时，偶氮苯基团是以反式(trans)结构存在的；经紫外光照后，反式偶氮苯会变成能量较高的顺式(cis)偶氮苯构象；这种顺式结构经过可见光照射后，又会回到反式状态；如果将其静止在黑暗状态中，由于顺式偶氮苯能量较高，也会缓慢的变为反式形式。这个独特的光异构性质，使偶氮苯广泛应用于药物释放、智能水凝胶等领域。

环糊精(cyclodextrin，CD)是由6，7或8个D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的腔内疏水、腔外亲水的环状低聚糖，分别称为α、β、γ-环糊精。α环糊精很容易识别并与反式偶氮苯基团组装，但其与顺式偶氮苯的结合能力非常弱。

本发明设计并构建了具有偶氮苯基团的诺氟沙星衍生物(简称azo-nor)，并通过将α环糊精结合到分子的偶氮苯基团上从而构筑了一种新型的超分子光控药物。α环糊精作为超分子主体分子引入到azo-nor中，由于反式偶氮苯与α环糊精结合能力强，azo-nor的抗菌活性被屏蔽；在365nm紫外光照条件下，反式偶氮苯转化为顺式，导致α环糊精从azo-nor上释放，从而释放azo-nor的抗菌活性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供了一种偶氮苯基团修饰的活性化合物，其具有共价连接的偶氮苯基团，偶氮苯基团在其中仍保持优异的光致顺反异构性能，从而可以通过不同波长的光来调节其分子构象，从而调控其活性。

(2)本发明提供了一种超分子光响应药物，以α环糊精作为超分子主体分子，通过主客体作用与偶氮苯基团修饰的活性化合物进行组装，该超分子光响应药物在紫外光照下释放抗菌活性，在可见光照或非光照条件下抑制抗菌活性，且抗菌活性的调控范围较宽。

(3)本发明提供的超分子光响应药物无需外源客体，解决了现有技术中往往需要引入外源性客体来实现主客体超分子“开关”释放的技术问题，使得该超分子光响应药物可以应用于人体，具有良好的临床应用前景。

(4)本发明提供的调控抗菌活性的方法，方法简单，具有较宽的抗菌调控范围，有潜力成为一种有效控制抗生素耐药性的手段。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1为在365nm紫外光照射条件下，azo-nor在不同时间(0、10s、20s、30s、40s、50s、60s)的紫外吸收光谱图。

图2为用365nm紫外光和白光来回照射，azo-nor在325nm处的紫外吸收图。

图3为通过紫外吸收测量azo-nor中的顺式偶氮苯完全回到反式偶氮苯所需的时间，经检测t_1/2≈58h。

图4为不同光照条件下，azo-nor的核磁氢谱图。

图5为azo-nor和azo-nor/αCD的粒径分布图。

图6为azo-nor和α环糊精的等温滴定量热曲线。

图7为在365nm紫外光照和非光照条件下，azo-nor和azo-nor/αCD的紫外吸收光谱图，其中(a)为azo-nor的紫外吸收光谱图，(b)为azo-nor/αCD的紫外吸收光谱图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规实验条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1制备具有偶氮苯基团的诺氟沙星衍生物

将0.5g诺氟沙星，0.167g三乙胺完全溶解在20ml超干二氯甲烷中，将反应体系放入冰水浴中30min。将0.919g4-偶氮苯酰氯溶解在8ml超干二氯甲烷中，并将其逐滴滴加到所述反应体系中。室温反应过夜。将20ml水加入体系中用于终止反应，将混合物用水洗三次，通过柱层析法获得式I所示诺氟沙星衍生物(azo-nor)，最终产率为49.8％。

产物表征：1H-NMR(400 MHz,CDCL3,ppm):8.70(s,1H),8.02(s,1H),7.91(m,3H),7.62(d,2H),7.59(m,3H)6.88(d,1H)4.43(m,2H)3.91(d,4H)3.35(m,4H)1.66(m,3H).13C-NMR(100 MHz,CDCL3,ppm):δ177.02,169.85,167.02,154.50,153.39,152.48,147.33,145.62,145.54,137.03,131.67,129.22,128.20,123.09,113.25,113.07,108.62,104.34,49.78,14.52,13.74.

实施例2

本实施例对实施例1制备得到的诺氟沙星衍生物(azo-nor)的光开关效果进行表征，测量azo-nor在不同波长光照或不同光照时间条件下的紫外吸收光谱图和核磁氢谱图。

将实施例1制备得到的azo-nor溶于DMSO，配置成浓度为5mM的azo-nor母液，用DMSO将其浓度稀释至25μM进行以下检测。分别测量azo-nor在365nm光照射不同时间(0、10s、20s、30s、40s、50s、60s)的紫外吸收图(见图1)，测量325nm处用365nm光和白光来回照射的紫外吸收图(见图2)，通过紫外吸收测量azo-nor中的顺式偶氮苯完全回到反式偶氮苯所需的时间(见图3)，以及测量在不同光照条件下，azo-nor的核磁氢谱图(图4)。

图1为在365nm紫外光照射下，azo-nor在不同时间的紫外吸收光谱图，可以看出，随着照射时间的增加，azo-nor在325nm处的紫外吸收逐渐减弱，表明偶氮苯基团在azo-nor中仍保持优异的光致顺反异构性能。

图2为用365nm紫外光和白光来回照射，azo-nor在325nm处的紫外吸收图，由图2可知azo-nor的顺反构型在不同光照条件下可以很好地进行可逆循环。

图3为通过紫外吸收测量顺式偶氮苯完全回到反式偶氮苯所需的时间，经检测t_1/2≈58h。图4为不同光照条件下，azo-nor的核磁氢谱图。

由图1-图4可知，将偶氮苯基团连接至诺氟沙星后，偶氮苯基团在其中仍保持优异的光致顺反异构性能，从而可以通过不同波长的光照条件来调节其分子构象。

实施例3制备azo-nor/αCD

本实施例将实施例1制备得到的诺氟沙星衍生物(azo-nor)与α-环糊精进行组装，并对组装后得到的azo-nor/αCD进行表征，测量其粒径分布图和等温滴定量热曲线。

将实施例1制备得到的azo-nor和α环糊精以1：1(摩尔比)比例在水中进行涡旋混匀，即装配得到azo-nor/αCD。分别配置浓度为20μM的azo-nor和azo-nor/αCD，测量其粒径分布图，测量结果见图5。测量并拟合azo-nor和α环糊精的等温滴定量热曲线，见图6。由图5和图6可知，azo-nor和αCD得到了成功组装，且粒子分布均匀。

实施例4

本实施例对实施例3制备得到的azo-nor/αCD的光开关效果进行表征。测量其在不同波长光照条件下的紫外吸收光谱图。

分别配置浓度为25μM的azo-nor和azo-nor/αCD，分别测量它们在365nm紫外光照和非光照条件下的紫外吸收光谱图，测量结果见图7。其中(a)为azo-nor的紫外吸收光谱图，(b)为azo-nor/αCD的紫外吸收光谱图。由图7可知，azo-nor和azo-nor/αCD在生理条件下，均可以表现出开关性质；与αCD组装后，由顺反异构引起的紫外吸收差异更大，使得azo-nor/αCD具有调控范围更广的开关效应。

实施例5

本实施例对azo-nor和azo-nor/αCD的抗菌性能调控范围进行检测。

分别将浓度为OD₆₀₀＝0.1的金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)接入到96孔板中，随后将分别azo-nor和azo-nor/αCD倍比稀释为8份，分别加入到96孔板中，光照组在365nm紫外光照射条件下培养，非光照组在非光照条件下培养，37℃培养12h后检测其在650nm处的紫外吸收值，并计算azo-nor和azo-nor/αCD抑菌的IC₅₀值，结果见下表所示。

上表记载了azo-nor和azo-nor/αCD对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在非光照和光照条件下的IC₅₀值，以及光照前后抗菌能力变化比例。由上表可知，azo-nor和azo-nor/αCD均表现出了光控调节抗菌活性的能力；与单纯的azo-nor的光控调节抗菌活性的能力相比，azo-nor/αCD具有更大的调节范围。azo-nor/αCD这种优异的宽范围抗菌活性调控性能，克服了现有技术中光控抗生素的调节范围窄的缺点，同时也避免了现有技术中的超分子策略中需要加入竞争性客体的问题，具有良好的临床应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种偶氮苯基团修饰的活性化合物，其特征在于所述偶氮苯基团与活性化合物通过化学反应共价连接，所述化学反应包括酰胺缩合反应。

2.如权利要求1所述的偶氮苯基团修饰的活性化合物，其特征在于活性化合物为喹诺酮类抗生素，包括环丙沙星、氧氟沙星、恩诺沙星、诺氟沙星，优选诺氟沙星。

3.如权利要求1所述的偶氮苯基团修饰的活性化合物，其特征在于所述偶氮苯基团修饰的活性化合物具有式I所示的结构：

4.一种超分子光响应药物，其特征在于包括权利要求1-3任一所述偶氮苯基团修饰的活性化合物、环糊精，所述偶氮苯基团修饰的活性化合物和环糊精通过主客体作用组装。

5.如权利要求4所述超分子光响应药物的制备方法，其特征在于将偶氮苯基团修饰的活性化合物、环糊精在水中涡旋混合，装配获得所述超分子光响应药物。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述偶氮苯基团修饰的活性化合物和环糊精的摩尔数比为1：1。

7.权利要求1-3任一所述偶氮苯基团修饰的活性化合物或权利要求4所述超分子光响应药物在制备抑菌剂中的用途。

8.如权利要求4所述超分子光响应药物的活性调控方法，特征在于，包括通过改变照射光的波长对所述超分子光响应药物的抗菌活性进行调控。

9.如权利要求8所述的调控方法，其特征在于，包括通过紫外光照，提高所述超分子光响应药物的抗菌活性；和，通过可见光照或非光照，抑制所述超分子光响应药物的抗菌活性。