CN111171039B - 具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用 - Google Patents

具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111171039B
CN111171039B CN201911425786.0A CN201911425786A CN111171039B CN 111171039 B CN111171039 B CN 111171039B CN 201911425786 A CN201911425786 A CN 201911425786A CN 111171039 B CN111171039 B CN 111171039B
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound
light
activated
cell
fluorescence
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911425786.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111171039A (zh
Inventor
唐本忠
高蒙
凌霞
黄乐滔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201911425786.0A priority Critical patent/CN111171039B/zh
Publication of CN111171039A publication Critical patent/CN111171039A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111171039B publication Critical patent/CN111171039B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D491/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00
    • C07D491/12—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains three hetero rings
    • C07D491/14—Ortho-condensed systems
    • C07D491/153—Ortho-condensed systems the condensed system containing two rings with oxygen as ring hetero atom and one ring with nitrogen as ring hetero atom
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00—Antineoplastic agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D491/00—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00
    • C07D491/02—Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D491/04—Ortho-condensed systems
    • C07D491/056—Ortho-condensed systems with two or more oxygen atoms as ring hetero atoms in the oxygen-containing ring
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6456—Spatial resolved fluorescence measurements; Imaging
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018—Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025—Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • C09K2211/1033—Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom with oxygen
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6439—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" with indicators, stains, dyes, tags, labels, marks

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)

Abstract

本发明属于医用材料的技术领域，公开了具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用。方法：将二氢苯骈菲啶类生物碱与氧在光照的条件下反应，获得苯骈菲啶类生物碱；所述二氢苯骈菲啶类生物碱的结构为式I。所述二氢苯骈菲啶类生物碱在制备细胞核靶向光激活成像剂和/或光激活抗肿瘤产品中的应用。本发明的氧化脱氢方法简单，高效；将二氢苯骈菲啶类生物碱用于细胞中，并在氧的条件下光照，实现活细胞内细胞核靶向的特异性光激活荧光成像，而且具有光激活效率高、信噪比高、细胞毒性小、斯托克位移大、进入细胞能力强等优点。通过光照控制，选择性实现癌细胞内细胞核靶向光激活荧光成像和癌细胞选择性杀灭。

Description

具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧 化脱氢方法及应用
技术领域
本发明属于医用材料的技术领域，具体涉及二氢苯骈菲啶类生物碱的氧化脱氢方法及其应用。
背景技术
传统具有细胞毒性的化合物，通常对癌细胞和正常细胞的区分能力较差，无法选择性杀死癌细胞。具有光激活成像和癌细胞杀灭功能的分子，可以通过光照控制，选择性在癌细胞内激活其成像和癌细胞杀灭功能，进而实现成像介导下选择性杀死癌细胞。聚集诱导发光材料具有聚集态发光效率高、抗光漂白能力强、斯托克位移大等优点，可有效克服聚集猝灭发光的缺陷，在生物医学领域日益获得广泛的应用。
细胞核是遗传物质的贮存场所，具有重要的生理功能。目前针对细胞核的光激活成像和癌细胞杀灭的分子研究很少，因此迫切需要发展具有光激活能力的荧光成像和癌细胞杀灭功能的化合物，进而开展在生物医学领域的应用研究。
为了实现细胞核靶向的光激活荧光成像和细胞毒性，需要解决以下两个关键问题：(1)为了实现时空可控的细胞核荧光成像，需要建立光激活的细胞核靶向的荧光探针；(2)为了实现光激活癌细胞杀灭功能，迫切需要发展光照后细胞毒性明显增加的化合物。然而，传统的光激活荧光成像分子所基于的光化学反应种类有限，而且难以实现细胞核靶向光激活成像以及光照增加细胞毒性的功能。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种具有细胞核靶向光激活成像和光激活抗肿瘤功能的二氢苯骈菲啶类生物碱的氧化脱氢方法。本发明将二氢苯骈菲啶类生物碱与氧在光照的条件下反应即可获得苯骈菲啶类生物碱化合物，该方法简单，高效。
本发明的另一目的在于提供上述二氢苯骈菲啶类生物碱的应用。所述二氢苯骈菲啶类生物碱在制备细胞核靶向光激活成像剂(特别是肿瘤细胞细胞核靶向光激活成像剂)和/或光激活抗肿瘤产品中的应用。所述二氢苯骈菲啶类生物碱发生光氧化脱氢反应后会生成苯骈菲啶类生物碱，表现出聚集诱导发光(AIE)的性质和细胞核靶向成像功能，并可有效杀死癌细胞。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种具有光激活细胞成像和光激活抗肿瘤功能的二氢苯骈菲啶类生物碱的氧化脱氢方法，包括以下步骤：将二氢苯骈菲啶类生物碱与氧在光照的条件下反应，获得苯骈菲啶类生物碱；所述二氢苯骈菲啶类生物碱的结构如式I：
Figure BDA0002352394940000021
其中R1、R2、R4、R5、R6独立地为氢、C1-30烷基、C1-30亚烷基、芳基、杂芳基；
R3为氢、C1-30烷基氧基、C1-30烷基胺基、C1-30烷基硫基、芳基氧基、芳基氨基、芳基硫基、杂芳基氧基、杂芳基氨基、杂芳基硫基、芳基、杂芳基、炔基。式中虚线表示R1与R2，R5与R6可以相连也可以不相连，相连时表示-R1-R2-，R5-R6为亚烷基；
所述烷基为直链或支链烷基；例如，甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、叔丁基；
所述芳基指具有6-20个碳原子的单环或多环芳族基团，代表性的芳基包括：苯基、萘基、蒽基、芘基；
所述杂芳基指具有1-20个碳原子、1-4个选自N、S、O杂原子的单环或多环杂芳族基团，代表性的杂芳基包括：吡咯基、吡啶基、嘧啶基、咪唑基、噻唑基、吲哚基、氮杂萘基、氮杂蒽基、氮杂芘基；
优选地，R1、R2为烷基、亚烷基；R3为氢、杂芳基、炔基；R4为氢、烷基；R5、R6为烷基、亚烷基。
所述反应在介质中进行，所述介质是指在光照氧化脱氢时，能够提供一价阴离子的介质。所述一价阴离子为氯离子、氢氧根离子、硝酸根离子、醋酸根离子、有机羧酸根离子。如：介质为细胞提供的环境，特别是细胞核提供的环境，又或者介质为含有极性溶剂的物质(如：水，DMSO，三氟乙酸，三氯甲烷，缓冲溶液，酸性溶液等)。
所述光照为紫外光、紫光或白光。光照的强度为1～20mW/cm2。
苯骈菲啶类生物碱的结构为式II：
Figure BDA0002352394940000031
式I的二氢苯骈菲啶类生物碱在发生光消除反应后会生成苯骈菲啶类生物碱，反应方程式：
Figure BDA0002352394940000032
上述反应在氧气中进行效果更好，但考虑到空气的来源比纯净氧气的来源更为广泛，且更为经济；另一方面考虑到使用空气作为所述反应中氧气的来源已经可以取得较好的反应收率，因此，上述反应在空气中进行即可；同时，优选地，所述空气中氧气的含量大于等于21％；进一步优选空气中氧气的含量大于等于40％；进一步优选空气中氧气的含量大于等于60％；进一步优选空气中氧气的含量大于等于80％；进一步优选上述反应在氧气中进行；
上述的二氢苯骈菲啶类生物碱在制备细胞核靶向光激活成像剂(特别是肿瘤细胞细胞核靶向光激活成像剂)中应用，用于细胞核靶向的光激活荧光成像；还可以在多细胞环境下选择性针对单个细胞或细胞群实现光激活荧光成像。
将二氢苯骈菲啶类生物碱作为光激活细胞核染料对细胞核进行染色后，在光照射下，发生光氧化脱氢反应，生成苯骈菲啶类生物碱，苯骈菲啶类生物碱具有聚集诱导发光效应，从而对细胞核进行荧光成像。通过将二氢苯骈菲啶类生物碱与商用细胞核染料Hoechst33342进行共染实验证实了二氢苯骈菲啶类生物碱具有良好的光激活染色细胞核的效果。
值得注意的是，本发明的二氢苯骈菲啶类生物碱在紫外光照射下，发生光氧化反应，生成的苯骈菲啶类生物碱的发光不同于传统的荧光成像，而是表现出聚集诱导发光的性质，这意味着即使在高浓度条件下，二氢苯骈菲啶类生物碱也可以进行光激活荧光成像，而传统的荧光染料在高浓度条件下则具有聚集诱导淬灭的现象，因此传统的荧光染料不利于在高浓度条件下进行荧光成像。
上述二氢苯骈菲啶类生物碱在制备光激活抗肿瘤产品中的应用。
需强调的是，在现有技术中，未有文献报道过本发明的二氢苯骈菲啶类生物碱可以在光照和氧气的作用下转化为苯骈菲啶类生物碱。
在本发明中，“聚集诱导发光”是指荧光化合物在稀溶液中几乎不发光，但在聚集态或固态发出强荧光的现象。例如，在本发明中，由于分子内运动受限和扭曲的分子内电荷转移机制，苯骈菲啶类生物碱在溶液态不发出荧光或发光很弱，但在聚集态发出强荧光。
在本发明中，“光激活荧光分子”是指一类光响应的分子，在光照下发生化学反应，生成具有荧光发射能力的分子，在生物成像中具有易于调控和高时空分辨率等优势。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明的化合物在光照的条件下可实现活细胞内细胞核靶向的特异性光激活荧光成像，而且具有光激活效率高、信噪比高、进入细胞能力强等优点。
2、本发明的化合物通过光照后具有聚集诱导发光优势，可有效克服传统荧光染料的聚集诱导猝灭的缺陷。
3、本发明的化合物具有光激活化疗的优势，可以通过光照控制，选择性实现癌细胞内细胞核靶向的光激活荧光成像和癌细胞的选择性杀灭。
附图说明
图1(A)为化合物I-1和I-2光激活转变为II-1和II-2，靶向细胞核并选择性杀死癌细胞的示意图；(B)化合物I-1和II-1在溶液态中的归一化紫外吸收光谱，及化合物I-1和II-1在薄膜态下的归一化荧光发射光谱图；
图2为化合物II-1的紫外吸收和荧光发射光谱图，及单晶堆叠图；(A)化合物II-1在超纯水中的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1，左侧虚线)和在超纯水溶液和薄膜态的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1，右侧实线)，激发波长为330nm；插图：II-1的水溶液和薄膜在白光和365nm紫外光照射下的照片；(B)II-1的单晶堆积结构；(C)化合物II-1(10-5mol·L-1)在含有不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的葫芦7脲的水溶液中的荧光光谱图，激发波长为330nm；(D)化合物II-1与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大发射强度与水溶液中最大发射强度的比值变化图(I/I0)；化合物II-1与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大发射强度对应的波长变化图；(E)化合物II-1在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(F)化合物II-1在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的425和578nm处荧光发射强度与在水中425nm和578nm处的荧光发射强度的比值变化图；
图3为化合物II-2的紫外吸收和荧光发射光谱图；(A)化合物II-2在超纯水中的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1)；(B)化合物II-2在超纯水溶液和薄膜态的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(C)化合物II-2与不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的葫芦7脲结合后的荧光光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(D)化合物II-2与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大荧光发射强度与水中最大发射强度的比值变化图；化合物II-2与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大发射强度对应的波长变化图；(E)化合物II-2在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(F)化合物II-2在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的418nm和606nm处荧光发射强度与在水中418nm和606nm处的荧光发射强度的比值变化图；
图4为化合物II-1和II-2在甘油和水混合溶液中的紫外吸收光谱；(A)化合物II-1在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(B)化合物II-2在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；
图5为化合物II-1和II-2在含有的葫芦7脲水溶液中的紫外吸收光谱图；(A)化合物II-1在含有不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的葫芦7脲水溶液中的紫外吸收光谱图，激发波长为330nm；(B)化合物II-2在含有不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的葫芦7脲水溶液中的紫外吸收光谱图，激发波长为330nm；
图6为化合物II-1和化合物II-2的离子形式和假碱形式之间的平衡示意图；
图7为化合物I-1在氘代二甲基亚砜中的氢谱(左)和碳谱图(右)；
图8为化合物I-2在氘代二甲基亚砜中的氢谱(左)和碳谱图(右)；
图9为化合物I-3在氘代二甲基亚砜中的氢谱图；
图10为化合物I-1的紫外吸收和荧光发射光谱图；(A)化合物I-1在四氢呋喃中的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1，左侧虚线)和在四氢呋喃和水的混合溶液中不断增加水含量的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1，右侧实线)，激发波长为330nm；(B)化合物I-1在四氢呋喃和水的混合溶液中不断增加水含量的最大荧光发射强度与四氢呋喃溶液中最大荧光发射强度的比值变化，及最大发射荧光强度对应的波长变化图；(C)化合物I-1在四氢呋喃溶液和薄膜态下的荧光发射光谱(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；
图11为化合物I-2的紫外吸收和荧光发射光谱图；(A)化合物I-2在四氢呋喃中的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1，左侧虚线)和在四氢呋喃和水的混合溶液中不断增加水含量的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1，右侧实线)，激发波长为330nm；(B)化合物I-2在四氢呋喃和水的混合溶液中不断增加水含量的最大荧光发射强度与四氢呋喃溶液中最大荧光发射强度的比值变化，及最大发射波长对应的波长变化图；(C)化合物I-2在四氢呋喃溶液和薄膜态下的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；
图12为化合物I-1和I-2的光激活荧光光谱图；(A)化合物I-1在水和二甲基亚砜(99∶1，v/v)的混合溶液中，用365nm紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图(10-4mol·L-1)，激发波长为330nm；(B)化合物I-1在(A)的测试条件下，光照不同时间后的最大荧光强度的点线图；(C)化合物I-2(10-4mol·L-1)在水和二甲基亚砜(99∶1，v/v)的混合溶液中，用365nm紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图，激发波长为330nm；(D)化合物I-2在(C)的测试条件下，光照不同时间后的最大荧光强度的点线图；
图13为化合物I-1和I-2的光激活荧光光谱图；(A)化合物I-1在水和二甲基亚砜(99∶1，v/v)的混合溶液中，用365nm紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图(10-4mol·L-1)，激发波长为450nm；(B)化合物I-1在(A)的测试条件下，光照或不光照不同时间后的584nm处荧光强度与初始时间的584nm处荧光强度的比值；(C)化合物I-2(10-4mol·L-1)在水和二甲基亚砜(99∶1，v/v)的混合溶液中，用365nm紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图，激发波长为450nm；(D)化合物I-2在(C)的测试条件下，光照或不光照不同时间后的602nm处荧光强度与初始时间的602nm处荧光强度的比值；
图14为化合物I-3在氯仿中的光激活荧光光谱图；(A)化合物I-3(10-4mol·L-1)在氯仿中光照一段时间后的紫外吸收光谱图；(B)化合物I-3在(A)测试条件下，光照或不光照一段时间后于502nm处的吸收强度与0分钟时的502nm处吸收强度的比值变化图；(C)化合物I-3(10-4mol·L-1)在氯仿中光照一段时间后的荧光光谱图，激发波长为330nm；(D)化合物I-3在(C)测试条件下，光照或不光照一段时间后于568nm处的荧光强度与0分钟时的568nm处荧光强度比值变化图；
图15为化合物I-1在500μL氘代氯仿和5μL氘代三氟乙酸的混合溶液中的光照核磁转变图，365nm紫外灯光照不同时间后测的核磁氢谱叠加图；图中Ha表示N-甲基中的氢；
图16为化合物I-2在500μL氘代氯仿和5μL氘代三氟乙酸的混合溶液中的光照核磁转变图，365nm紫外灯光照不同时间后测的核磁氢谱叠加图；
图17为化合物I-1和I-2在不同pH(2，5，7，9，11)B-R缓冲水溶液(伯瑞坦-罗宾森缓冲水溶液)中的光激活荧光光谱图，(A)为化合物I-1(10-4mol·L-1)在不同pH缓冲水溶液中，光照不同时间后测的570nm处荧光强度与光照0分钟时的570nm处荧光强度的比值变化图，激发波长为450nm；(B)为化合物I-2(10-4mol·L-1)在不同pH缓冲水溶液中，光照不同时间后测的580nm处荧光强度与光照0分钟时的580nm处荧光强度的比值变化图，激发波长为450nm；
图18为化合物II-1在不同pH(2，3，4，5，6，7，8，9，10，11)B-R缓冲水溶液中的紫外吸收和荧光光谱图；(A)为化合物II-1(10-5mol·L-1)在不同pH缓冲水溶液中的紫外吸收光谱图；(B)为化合物II-1(10-5mol·L-1)在不同pH缓冲水溶液中的荧光光谱图，激发波长为330nm；(C)为化合物II-1在不同pH缓冲水溶液中的414nm和597nm处的荧光强度变化图；
图19为化合物II-2在不同pH(2，3，4，5，6，7，8，9，10，11)缓冲水溶液中的紫外吸收和荧光光谱图；(A)为化合物II-2(10-5mol·L-1)在不同pH缓冲水溶液中的紫外吸收光谱图；(B)为化合物II-2(10-5mol·L-1)在不同pH缓冲水溶液中的荧光光谱图，激发波长为330nm；(C)为化合物II-2在不同pH缓冲水溶液中的419nm和602nm处的荧光强度变化图；
图20为化合物I-1和I-2在含或不含有双氧水的水溶液中的光激活荧光强度比值点线图；(A)为化合物I-1(10-4mol·L-1)在含或不含有双氧水(3％)的水/二甲基亚砜混合溶液(v/v，99∶1)、光照或不光照下的不同时间的595nm处荧光强度与0分钟时荧光强度的比值变化图，激发波长为450nm；(B)为化合物I-2(10-4mol·L-1)在含或不含有双氧水的水/二甲基亚砜混合溶液(v/v，99：1)、光照或不光照下的不同时间的585nm处荧光强度与0分钟时585nm处荧光强度的比值变化图，激发波长为450nm；
图21为化合物I-1，I-2，II-1，II-2对子宫颈癌细胞(HeLa)的毒性；(A)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物I-1在光照和黑暗条件下对HeLa癌细胞的毒性；(B)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物I-2在光照和黑暗条件下对HeLa癌细胞的毒性；(C)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物II-1在光照和黑暗条件下对HeLa癌细胞的毒性；(D)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物II-2在光照和黑暗条件下对HeLa癌细胞的毒性；光照条件为365nm的手提式紫外灯(UV)光照5分钟，光功率为：5mW/cm2；
图22为化合物I-1，I-2，II-1，II-2对A549癌细胞的毒性；(A)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物I-1在光照和黑暗条件下对A549癌细胞的毒性；(B)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物I-2在光照和黑暗条件下对A549癌细胞的毒性；(C)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物II-1在光照和黑暗条件下对A549癌细胞的毒性；(D)为不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的化合物II-2在光照和黑暗条件下对A549癌细胞的毒性；光照条件为365nm的手提式紫外灯(UV)光照5分钟，光功率为：5mW/cm2；
图23(A)为化合物I-1(10-4mol·L-1)在子宫颈癌细胞HeLa细胞中，405nm激光照射3分钟的共聚焦荧光照片变化图；(B)化合物I-2(10-4mol·L-1)在HeLa细胞中，405nm激光照射3分钟的的共聚焦荧光照片变化图；(C)为化合物I-1(10-4mol·L-1：取10μL 10-2mol·L- 1I-1的DMSO母液加到990μL完全培养基中的终浓度)在HeLa细胞中，与商业化细胞核染料Hoechst 33342(5μg/mL)共染图；(D)为化合物I-2(10-4mol·L-1：取10μL 10-2mol·L-1I-2的DMSO母液加到990μL完全培养基中的终浓度)在HeLa细胞中，与商业化细胞核染料Hoechst33342(5μg/mL)共染图；
图24为化合物(A)I-1和(B)I-2(10-4mol·L-1：取10μL 10-2mol·L-1I-1和I-2的DMSO母液加到990μL完全培养基中的终浓度)在HeLa细胞中，405nm激光照射3分钟后，继续在暗中孵育10分钟的共聚焦荧光照片变化图；
图25为HeLa细胞在405nm激光照射3分钟后，继续在暗中孵育10分钟的共聚焦荧光照片变化图；
图26(A)为化合物II-1(2*10-5mol·L-1：取20μL 10-3mol·L-1II-1的DMSO母液加到980μL PBS溶液中的终浓度)加入4％多聚甲醛固定后的HeLa细胞中，黑暗中孵育10分钟后的共聚焦荧光照片变化图；(B)为化合物II-1(2*10-5mol·L-1)加入4％多聚甲醛固定后的HeLa细胞中，黑暗中孵育10分钟后的共聚焦荧光照片变化图；(C)为(A)实验条件下的共聚焦照片中统计的荧光强度变化图；(D)为(B)实验条件下的共聚焦照片中统计的荧光强度变化图；
图27为化合物I-1(A)和I-2(B)(2*10-5mol·L-1：取20μL 10-3mol·L-1I-2的DMSO母液加到980μL完全培养基中的终浓度)加入到子宫颈癌细胞HeLa细胞和NIH-3T3正常细胞共存下，405nm激光照射，选择性激活子宫颈癌细胞HeLa细胞，实现光控杀死HeLa的高时空分辨荧光成像的共聚焦荧光照片。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)化合物I-1：二氢白屈菜红碱：
Figure BDA0002352394940000091
化合物I-2：二氢血根碱：
Figure BDA0002352394940000092
化合物I-3：吲哚-二氢血根碱缀合物(14-(1H-吲哚-3-基)-13-甲基-13，14-二氢[1，3]dioxolo[4′，5′：4，5]苯并[1，2-c][1，3]dioxolo[4，5-i]菲啶)：
Figure BDA0002352394940000093
(2)光激活氧化脱氢
将化合物I-1、化合物I-2、化合物I-3分别加入水：二甲基亚砜(99∶1，v/v)的溶液中，用365nm手提式紫外(UV)灯照射，激发波长分别为330nm和450nm，在氧气中进行，照射的时间为90min，获得脱氢化合物。
或者将化合物I-1、化合物I-2、化合物I-3分别加入在氘代氯仿和氘代三氟乙酸(100：1，v/v)中，用365nm手提式紫外(UV)灯照射90min，在氧气中进行，获得脱氢化合物。
所述脱氢化合物的结构为式II：
Figure BDA0002352394940000094
化合物I-1光氧化脱氢后，脱氢化合物为式II-1，此时R1，R2为-CH3，R4为-CH3，R5…R6为-CH2-，X-为介质提供的阴离子；
化合物I-2光氧化脱氢后，脱氢化合物为式II-2，此时R1…R2为-CH2-，R4为-CH3，R5…R6为-CH2-，X为介质提供的阴离子；
化合物I-3光氧化脱氢后，脱氢化合物也为式II-2，此时R1…R2为-CH2-，R4为-CH3，R5…R6为-CH2-，X-为介质提供的阴离子。
实施例2
合成式I化合物：
(1)化合物I-1：二氢白屈菜红碱
Figure BDA0002352394940000101
将化合物盐酸白屈菜红碱(120mg，0.31mmols)溶于20mL甲醇溶液中，加入硼氢化钠(100mg，2.7mmols)，常温避光搅拌30分钟后，停止反应，抽滤，超纯水和甲醇洗涤固体，真空干燥，得到了白色固体产物二氢白屈菜红碱(102mg，收率：94％)。结构表征相关数据如下：
1H NMR(DMSO-d6，400MHz)：δ7.78(d，J＝8.4Hz，1H)，7.61-7.53(m，3H)，7.31(s，1H)，7.06(d，J＝8.4Hz，1H)，6.14(s，2H)，4.18(s，2H)，3.87(s，3H)，3.78(s，3H)，2.51(s，3H)；13C NMR(DMSO-d6，100MHz)：δ152.1，147.8，147.2，145.5，142.0，130.4，125.6，125.3，125.2，123.8，123.7，120.0，118.7，111.6，104.2，101.2，99.7，60.5，55.6，48.2，41.0.HRMS(ESI)：m/z[M]+ calcd for C21H19NO4，350.1348；found，350.1396.
(2)化合物I-2：二氢血根碱
Figure BDA0002352394940000102
将盐酸血根碱(100mg，0.27mmols)溶于20mL甲醇中，加入硼氢化钠(40mg，1.1mmols)，常温避光搅拌30分钟后，停止反应，抽滤，水和甲醇洗涤固体，真空干燥固体，得到白色固体二氢血根碱(50mg，收率：55％)。结构表征相关数据如下：
1H NMR(DMSO-d6，400MHz)：δ7.77(d，J＝8.4Hz，1H)，7.55(t，J1＝18.0Hz，J2＝8.4Hz，2H)，7.40(d，J＝7.7Hz，1H)，7.31(s，1H)，6.94(d，J＝8.0Hz，1H)，6.12(d，J＝13.2Hz，4H)，4.12(s，2H)，2.51(s，3H)；13C NMR(DMSO-d6，100MHz)：δ147.9，147.3，147.9，144.3，141.9，130.4，126.4，125.7，123.9，123.8，120.2，116.3，112.8，107.2，104.2，101.3，101.2，99.7，48.9，41.3.HRMS(ESI)：m/z[M]+ calcd for C20H15NO4，334.1035；found，334.1080.
(3)合成化合物I-3：吲哚-二氢血根碱缀合物(14-(1H-吲哚-3-基)-13-甲基-13，14-二氢[1，3]dioxolo[4′，5′：4，5]苯并[1，2-c][1，3]dioxolo[4，5-i]菲啶)
Figure BDA0002352394940000111
将吲哚(234mg，4.0mmols)、盐酸血根碱(100mg，0.27mmols)和三乙胺(1mL)加入到30mL乙腈，加热回流搅拌反应10h后，真空旋蒸抽去溶剂，柱层析法分离(洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯(10∶1，v/v)的混合溶剂)，浓缩溶剂后，真空干燥固体，得到白色固体产物(21mg，产率：17.4％)。结构表征相关数据如下：
1H NMR(DMSO-d6，400MHz)：δ10.52(s，1H)，7.80(t，J1＝9.2Hz，J2＝6.4Hz，1H)，7.77(d，J＝8.8Hz，1H)，7.51(t，J1＝8.4Hz，J2＝4.8Hz，2H)，7.43(d，J＝8.4Hz，1H)，7.21-7.20(m，1H)，7.19(s，1H)，7.06-7.00(m，3H)，6.23(d，J＝4.0Hz，1H)，6.11(d，J＝3.6Hz，2H)，6.08(s，1H)，6.04(s，1H)，5.72(s，1H)，2.82(s，3H).
实施例3
图1(A)为化合物I-1(二氢白屈菜红碱)和I-2(二氢血根碱)光激活转变为II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)，靶向细胞核并选择性杀死癌细胞的示意图；(B)化合物I-1(二氢白屈菜红碱)和II-1(白屈菜红碱)在溶液态中的归一化紫外吸收光谱，及化合物I-1(二氢白屈菜红碱)和II-1(白屈菜红碱)在薄膜态下的归一化荧光发射光谱图。
实施例4
化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)的光物理性质表征：
化合物II-1在溶液态的发射荧光强度较弱，薄膜态的发射荧光强度显著增强(图2)。化合物II-1薄膜态的荧光量子产率为18.2％，是化合物II-1在水溶液中荧光量子产率(1.1％)的16.5倍(表1)，表现出了聚集诱导发光的发光行为。化合物II-1在薄膜态的强荧光发射可归因于其分子空间结构是反平行的π-π平面堆积结构。相反，化合物II-2在水溶液中的荧光强度比薄膜态的荧光强度稍强(图3)，水溶液中的荧光量子产率(5.4％)也和薄膜态的荧光量子产率(5.0％)相近。
将不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的含有疏水空腔的葫芦7脲加入到水溶液中，与化合物II-1和II-2形成主客体复合物，化合物II-1和II-2的发光强度随着葫芦7脲浓度的增加而增强，但是化合物II-1和II-2与葫芦7脲结合后的紫外吸收光谱与纯水中的吸收光谱无明显变化(图5)。化合物II-1和II-2在含有20μM葫芦7脲的水溶液中，荧光量子产率分别为35.6％和39.6％，相较于水溶液中的荧光量子产率，分别增强了32.4和7.3倍，同时最大荧光强度分别从583nm蓝移到540nm，601nm蓝移到555nm，这种发光增强并蓝移的发光行为可归因于分子内运动受限(RIV)和分子内电荷转移(ICT)受限。
化合物II-1和II-2分子内运动受限(RIV)的发光机理进一步被证明。将甘油和水按照不同的体积比(水∶甘油＝100∶0，90∶10，80∶20，70∶30，60∶40，50∶50，40∶60，30∶70，20∶80，10∶90，1∶99)混合，形成含甘油量不同的混合液，将化合物II-1和II-2溶解到这些混合液中，使化合物的浓度为10-5mol·L-1，随后检测荧光发射光谱。可从光谱图中看出，随着甘油含量的增加，化合物II-1和II-2的荧光强度逐渐上升，其中，化合物II-1在418nm和II-2在425nm处的荧光强度也随着甘油含量的增加而增加，这是由于化合物II-1和II-2的离子盐形式有部分与水反应转变为了假碱的形式(图6)。但是，化合物II-1和II-2在不同甘油含量的甘油/水混合溶剂中的紫外吸收光谱与在纯水中的吸收光谱无明显变化(图4)，这表明化合物II-1和II-2在不同甘油含量的甘油/水混合溶剂中，基态并未发生变化，离子盐形式与水反应生成假碱的形式是在激发态中进行的。
图2为化合物II-1的紫外吸收和荧光发射光谱图，及单晶堆叠图；(A)化合物II-1在超纯水中的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1，左侧虚线)和在超纯水溶液和薄膜态的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1，右侧实线)，激发波长为330nm；插图：化合物II-1的水溶液和薄膜在白光和365nm紫外光照射下的照片；(B)II-1的单晶堆积结构；(C)化合物II-1(10- 5mol·L-1)在含有不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM)的葫芦7脲的水溶液中的荧光光谱图，激发波长为330nm；(D)化合物II-1与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大发射强度与水溶液中最大发射强度的比值变化图(I/I0)；化合物II-1与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大发射强度对应的波长变化图；(E)化合物II-1在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(F)化合物II-1在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的425和578nm处荧光发射强度与在水中425nm和578nm处的荧光发射强度的比值变化图。
图3为化合物II-2的紫外吸收和荧光发射光谱图；(A)化合物II-2在超纯水中的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1)；(B)化合物II-2在超纯水溶液和薄膜态的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(C)化合物II-2与不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM，水溶液)的葫芦7脲结合后的荧光光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(D)化合物II-2与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大荧光发射强度与水中最大发射强度的比值变化图；化合物II-2与不同浓度的葫芦7脲结合后的最大发射强度对应的波长变化图；(E)化合物II-2在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的荧光发射光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(F)化合物II-2在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的418和606nm处荧光发射强度与在水中418nm和606nm处的荧光发射强度的比值变化图。
图4为化合物II-1和II-2在甘油和水混合溶液中的紫外吸收光谱；(A)化合物II-1在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm；(B)化合物II-2在甘油和水的混合溶液中不断增加甘油含量的紫外吸收光谱图(10-5mol·L-1)，激发波长为330nm。
图5为化合物II-1和II-2在含有的葫芦7脲水溶液中的紫外吸收光谱图；(A)化合物II-1在含有不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM，水溶液)的葫芦7脲水溶液中的紫外吸收光谱图，激发波长为330nm；(B)化合物II-2在含有不同浓度(0，2，4，6，8，10，20μM，水溶液)的葫芦7脲水溶液中的紫外吸收光谱图，激发波长为330nm。图6为化合物II-1和化合物II-2的离子形式和假碱形式之间的平衡示意图。
表1化合物II-1～II-2在水溶液、薄膜态及与葫芦[7]脲水溶液中的光物理性质表征
Figure BDA0002352394940000131
实施例5
化合物I-1、I-2和I-3的结构表征：如图7～9。图7为化合物I-1在氘代二甲基亚砜中的氢谱和碳谱图。图8为化合物I-2在氘代二甲基亚砜中的氢谱和碳谱图。图9为化合物I-3在氘代二甲基亚砜中的氢谱图。
化合物I-1和I-2的光物理性质表征：
测化合物I-1和I-2在四氢呋喃溶液中的紫外可见吸收光谱。将四氢呋喃和水按照不同的体积比(四氢呋喃∶水＝100∶0，90∶10，80∶20，70∶30，60∶40，50∶50，40∶60，30∶70，20∶80，10∶90，1∶99)混合，形成含水量不同的混合液，将化合物I-1和I-2溶解到这些混合液中，使化合物的浓度为10-5mol·L-1，随后检测荧光发射光谱，作最大发射荧光强度和四氢呋喃中的最大发射荧光强度的比值变化和对应的波长变化图。最后，测化合物I-1和I-2在四氢呋喃和薄膜态的荧光光谱，结果见图10和图11。从测试结果可看出，相较于四氢呋喃溶液，化合物I-1在薄膜态的荧光强度增强，同时最大发射峰从445nm蓝移到了427nm，荧光量子产率从18.1％增加到了24.5％，这表明化合物I-1具有聚集诱导增强(AIEE)的发光行为。化合物I-2在四氢呋喃溶液中的荧光强度强于薄膜态的荧光强度，同时，相应的荧光量子产率(16.3％)也强于薄膜态的荧光量子产率(12.8％)。
表2化合物I-1～I-2在水溶液、薄膜态的光物理性质表征
Figure BDA0002352394940000141
实施例6
化合物I-1、I-2和I-3光激活转化为化合物II-1、II-2、II-3的荧光光谱图。
图12为化合物I-1和I-2的光激活荧光光谱图；(A)化合物I-1在水和二甲基亚砜(99：1，v/v)的混合溶液中，用365nm手提式紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图(10-4mol·L-1)，激发波长为330nm；(B)化合物I-1在(A)的测试条件下，光照不同时间后的最大荧光强度的变化图；(C)化合物I-2(10-4mol·L-1)在水和二甲基亚砜(99：1，v/v)的混合溶液中，用365nm手提式紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图，激发波长为330nm；(D)化合物I-2在(C)的测试条件下，光照不同时间后的最大荧光强度的变化图。图13为化合物I-1和I-2的光激活荧光光谱图；(A)化合物I-1在水和二甲基亚砜(99∶1，v/v)的混合溶液中，用365nm手提式紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图(10-4mol·L-1)，激发波长为450nm；(B)化合物I-1在(A)的测试条件下，光照或不光照不同时间后的584nm处荧光强度与初始时间的584nm处荧光强度的比值；(C)化合物I-2(10-4mol·L-1)在水和二甲基亚砜(99∶1，v/v)的混合溶液中，用365nm紫外灯光照一段时间后的荧光光谱图，激发波长为450nm；(D)化合物I-2在(C)的测试条件下，光照或不光照不同时间后的602nm处荧光强度与初始时间的602nm处荧光强度的比值。由图中可以看出，在UV灯照射下，随着照射时间的延长，330nm激发的荧光光谱图中，化合物I-1和I-2分别在438nm和436nm处的荧光强度逐渐降低，在450nm激发的荧光光谱图中，代表化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)的峰分别在584nm和602nm处，荧光强度逐渐上升。这是由于化合物I-1和I-2通过光氧化脱氢反应生成化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)造成的。形成对比的是，未光照的化合物I-1和I-2分别在584nm和602nm处的荧光强度几乎没有变化，表示光照是这一转变过程必不可少的条件。
图14为化合物I-3在氯仿中的光激活荧光光谱图；(A)化合物I-3(10-4mol·L-1)在氯仿中光照一段时间后的紫外吸收光谱图；(B)化合物I-3在(A)测试条件下，光照或不光照一段时间后于502nm处的吸收强度与0分钟时的502nm处吸收强度的比值变化图；(C)化合物I-3(10-4mol·L-1)在氯仿中光照一段时间后的荧光光谱图，激发波长为330nm；(D)化合物I-3在(C)测试条件下，光照或不光照一段时间后于568nm处的荧光强度与0分钟时的568nm处荧光强度比值变化图。可看出化合物I-3在光照下可生成化合物II-2。光照十分钟后，化合物I-3的紫外可见光吸收光谱在485nm处产生了一较明显的峰，该峰是化合物II-2的吸收峰，且化合物I-3在568nm处的荧光也有明显增强，这是化合物II-2的离子形式的发射峰。
为了证实光氧化脱氢的转化，测试了化合物I-1和I-2(0.1毫克/毫升)在氘代氯仿和氘代三氟乙酸(100∶1，v/v)中，365nm手提紫外(UV)灯照射不同时间后的核磁氢谱叠加图(见图15和图16)。从图中可以看出，随着光照时间的增加，化合物I-1的N-CH3峰(3.12ppm)逐渐降低，产生了化合物II-1的N-CH3峰(5.10ppm)，化合物I-2的N-CH3峰(3.06ppm)逐渐降低，化合物II-2的N-CH3峰(5.00ppm)不断升高(见图15和图16)，表明化合物I-1和I-2在酸性条件和光照下转变为了化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)的离子盐形式，且转变过程无其它副产物产生。
实施例7
将化合物I-1和I-2加入到不同pH(2，5，7，9，11)的B-R缓冲溶液中，365nm手提紫外(UV)灯照射不同时间后，分别测570nm和580nm处的荧光强度，作该波长下的荧光强度与初始荧光强度的比值图如图17。从图中看出，化合物I-1和I-2在酸性条件下转变为化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)的速率更快，这是因为在酸性条件下，化合物II-1和II-2的假碱形式会转变为离子形式。为了证实这一观点，测定了化合物II-1和II-2在不同pH(2，3，4，5，6，7，8，9，10，11)的缓冲溶液中的紫外可见光吸收光谱和荧光光谱，见图18和19。可见，化合物II-1和II-2在pH值逐渐升高时，离子盐形式的分子减少，化合物II-1在597nm和化合物II-2在602nm处的荧光强度降低，假碱形式的分子增加，化合物II-1在414nm和化合物II-2在419nm处的荧光强度增强。化合物在pH为2，3，4，5，6时，主要以离子盐形式存在，pH为9，10，11时，主要以假碱形式存在，pH为7，8时，假碱和离子形式均存在。
本发明测定了化合物I-1和I-2在含有双氧水条件下的光激活过程。将化合物I-1和I-2加入到含有0.3％双氧水的水和二甲基亚砜(v/v，99∶1)的混合溶液中，用365nm的手提式紫外灯光照不同时间后，分别测其化合物I-1在595nm，化合物I-2在585nm处的荧光强度变化，测试结果见图20。结果表明，黑暗条件下，双氧水不能促使化合物I-1和I-2向化合物II-1和II-2的转变，在光照条件下，含有双氧水的光激活过程比不含双氧水的慢，表明这一光激活过程可在生物实验中有效避免双氧水的干扰。
实施例8
化合物I-1和I-2的细胞毒性实验：
测定化合物I-1，I-2，II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)在光照与不光照条件下，对HeLa子宫颈癌细胞的细胞毒性。将细胞(105个/毫升)种于96透明孔板中，孵育24小时后，分别加入含有化合物I-1，I-2，II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)的培养基，孵育4小时后，用365nm的手提式紫外灯光照孔板5分钟。继续孵育24小时后，吸出旧培养基，加入含有MTT(0.5毫克/毫升)的培养基，孵育4小时后，测其于570nm处的吸光度，测试结果见图21。该结果表明，黑暗条件下，化合物I-1和I-2在不同浓度下(0，2，4，6，8，10，20μM)对HeLa癌细胞几乎没有细胞毒性。光照条件下，化合物I-1和I-2部分转变为化合物II-1和II-2，化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)对HeLa细胞有较强的毒性，所以表现为毒性随着化合物浓度的增强而增强。而化合物II-1和II-2对细胞毒性较强，所以黑暗组和光照组的细胞存活率都较低。
化合物I-1，I-2，II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)在光照和不光照条件下，对A549癌细胞的细胞毒性结果见图22，结果与HeLa细胞的结果类似，表明该光激活选择性杀灭癌细胞，而降低对正常细胞的毒副作用具有广泛适用性。
实施例9
化合物I-1和I-2在细胞核靶向的光激活荧光成像中的应用：
图23为化合物I-1(A)和I-2(B)对子宫颈癌细胞HeLa细胞的染色效果。结果发现，化合物I-1和I-2在HeLa细胞内刚开始并不发出荧光，通过被405nm的激光激活，其荧光发射强度迅速增加。在405nm激光的扫描下，随着扫描时间延长至3分钟，HeLa细胞被明显点亮，表明化合物I-1和I-2在HeLa细胞内具有极高的光激活效率和很高的信噪比。
与商品化的细胞核染料Hoechst 33342的共染实验确定了化合物I-1和I-2光激活后在细胞中所处的位置(图23C，D)。结果发现，光激活后的化合物I-1和I-2可以与细胞核染料Hoechst 33342有很好的共定位系数(重叠系数高达0.88)，表明化合物I-1和I-2在光激活转变为化合物II-1和II-2后，化合物II-1和II-2可进入细胞核。该实验表明，化合物I-1和I-2可作为细胞核靶向的光激活荧光探针。
实施例10
化合物I-1和I-2在细胞核靶向的光激活荧光成像中的应用：
化合物I-1(A)和I-2(B)对子宫颈癌细胞HeLa的染色效果，见图24。结果发现，化合物I-1和I-2在HeLa细胞内刚开始并不发出荧光，被405nm的激光激活3分钟后，部分转变为化合物II-1和II-2，可观察到细胞核内部荧光发射强度迅速增加。然后在黑暗条件下继续孵育，每隔5分钟拍一次共聚焦照片，一共拍10分钟，化合物II-1和II-2的荧光发射强度显著减弱，并且伴随着细胞膨胀和细胞膜起泡。图25为405nm激光照射HeLa细胞3分钟后，在黑暗条件下继续孵育10分钟的共聚焦荧光照片，细胞形态并未发生明显的改变。该对照试验表明，405nm激光器照射HeLa细胞3min并不会对细胞形态有影响，导致细胞膜起泡的是化合物I-1和I-2光激活后生成的产物II-1和II-2。化合物II-1和II-2会使细胞膜起泡以及细胞核溶解，导致细胞胀亡。而化合物II-1(白屈菜红碱)和II-2(血根碱)与用4％的多聚甲醛溶液固定的HeLa细胞孵育后置于黑暗条件下继续孵育，每隔5分钟拍一次共聚焦照片，一共拍10分钟，测试结果见图26，其荧光发射强度基本没有变化(图26)，这表明化合物II-1和II-2具有良好的光稳定性。
实施例11
化合物I-1和I-2在子宫颈癌细胞HeLa细胞与正常细胞NIH-3T3共培养的多细胞环境中，选择性针对子宫颈癌细胞HeLa细胞实现光激活荧光成像中的应用：
为了验证化合物I-1和I-2可以用于高时空分辨的细胞成像，以HeLa细胞为例，发现在子宫颈癌细胞HeLa细胞与正常细胞NIH-3T3共存的多细胞的环境下，化合物I-1和I-2可以通过光控实现对不同细胞的依次逐个点亮(见图27)。化合物I-1和I-2的这一性质，特别有利于其对癌细胞的光激活选择性杀伤，从而在临床抗癌方面拥有广阔的应用前景。
图27为化合物I-1(A)和I-2(B)(2*10-5 mol·L-1：取20μL 10-3 mol·L-1I-2的DMSO母液加到980μL完全培养基中的终浓度)加入到子宫颈癌细胞HeLa细胞和NIH-3T3正常细胞共存下，405nm激光照射，选择性激活子宫颈癌细胞HeLa细胞，实现光控杀死HeLa的高时空分辨荧光成像的共聚焦荧光照片。
本发明建立了二氢苯骈菲啶类生物碱和苯骈菲啶类生物碱的简便高效的制备方法。二氢苯骈菲啶类生物碱在光照下，可发生光氧化脱氢反应，生成具有聚集诱导发光性质的苯骈菲啶类生物碱。由于分子内运动受限和扭曲的分子内电荷转移机制，苯骈菲啶类生物碱在溶液态不发出荧光或发光很弱，但在聚集态发出强荧光。二氢苯骈菲啶类生物碱作为光激活荧光探针，实现了细胞核靶向的光控高时空分辨率荧光成像。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有光激活细胞成像和光激活抗肿瘤功能的二氢苯骈菲啶类生物碱的氧化脱氢方法，其特征在于：包括以下步骤：
将二氢苯骈菲啶类生物碱与氧在光照的条件下反应，获得苯骈菲啶类生物碱；所述二氢苯骈菲啶类生物碱的结构为式I：
Figure FDA0003762063660000011
其中R1、R2独立为氢、甲基或亚甲基；R3为氢、吲哚基；R4为氢、甲基；R5、R6独立为氢、甲基或亚甲基；式中虚线表示R1与R2相连或不相连，R5与R6相连或不相连，相连时表示-R1-R2-为亚甲基，R5-R6为亚甲基；
苯骈菲啶类生物碱的结构为式II：
Figure FDA0003762063660000012
X-为一价阴离子；
所述氧来自氧气或空气；
所述反应在介质中进行；所述介质是指在光照氧化脱氢时，能够提供一价阴离子的介质；
所述一价阴离子为氯离子、氢氧根离子、硝酸根离子、有机羧酸根离子。
2.一种二氢苯骈菲啶类生物碱在制备细胞核靶向光激活成像剂和/或光激活抗肿瘤产品中的应用，其特征在于：所述二氢苯骈菲啶类生物碱为权利要求1中二氢苯骈菲啶类生物碱；
所述肿瘤的细胞是指子宫颈癌细胞HeLa细胞或A549癌细胞。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述细胞核靶向光激活成像剂为肿瘤细胞细胞核靶向光激活成像剂。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述细胞核靶向光激活成像剂为单个细胞或细胞群的细胞核靶向光激活成像剂。
CN201911425786.0A 2019-12-31 2019-12-31 具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用 Active CN111171039B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911425786.0A CN111171039B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911425786.0A CN111171039B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111171039A CN111171039A (zh) 2020-05-19
CN111171039B true CN111171039B (zh) 2022-10-25

Family

ID=70652457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911425786.0A Active CN111171039B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111171039B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111675724B (zh) * 2020-07-21 2021-09-21 山东大学 一种萤光素酶底物及其制备方法和应用
CN112079776A (zh) * 2020-09-15 2020-12-15 华南理工大学 一种光诱导结晶的异喹啉盐类化合物及其制备方法与应用、纳米晶体的制备方法
CN113816967B (zh) * 2021-09-16 2023-04-21 华南理工大学 一种生物正交光催化氧化脱氢激活抗肿瘤化合物的方法、组合物及应用
CN113929671B (zh) * 2021-10-15 2023-08-22 华南理工大学 一种具有细胞器依次成像和双色成像功能的光激活探针及其应用
CN116120231A (zh) * 2022-12-21 2023-05-16 佛山科学技术学院 一种活细胞内细胞核荧光成像方法
CN116375721A (zh) * 2023-03-16 2023-07-04 佛山科学技术学院 光氧化原位生成两面针碱及其在细胞探针和抗癌药物制备中的应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107810961A (zh) * 2016-09-12 2018-03-20 南开大学 Topsentin类生物碱在抗植物病毒和病菌中的应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2387564A1 (en) * 2009-01-15 2011-11-23 Rutgers, The State University of New Jersey Benzo ýc¨phenanthridines as antimicrobial agents

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107810961A (zh) * 2016-09-12 2018-03-20 南开大学 Topsentin类生物碱在抗植物病毒和病菌中的应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Antibacterial activity of substituted 5-methylbenzo[c]phenanthridinium derivatives;Ajit Parhi et al.;《Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters》;20121002;第22卷;第7080-7083页 *
Chemical transformation of protoberberines. Part 10. A novel synthesis of sanguilutine and dihydrosanguilutine, fully aromatized 2,3,7,8,10-pentaoxygenated benzo[c]phenanthridine alkaloids;Hanaoka, Miyoji et al.;《Journal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1: Organic and Bio-Organic Chemistry》;19871231;第18卷(第29期);第186页 *
凌霞等.基于天然AIE分子的光激活诊疗探针.《第十一届全国化学生物学学术会议论文摘要（第二卷）》.2019,第12页. *
基于天然AIE分子的光激活诊疗探针;凌霞等;《第十一届全国化学生物学学术会议论文摘要（第二卷）》;20191130;第12页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111171039A (zh) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111171039B (zh) 具有细胞核靶向光激活成像和癌细胞杀灭能力的化合物的氧化脱氢方法及应用
Xu et al. Hypoxia-activated NIR photosensitizer anchoring in the mitochondria for photodynamic therapy
Bumagina et al. Basic structural modifications for improving the practical properties of BODIPY
Killoran et al. Synthesis of BF 2 chelates of tetraarylazadipyrromethenes and evidence for their photodynamic therapeutic behaviour
Zhang et al. Two-photon induced luminescence, singlet oxygen generation, cellular uptake and photocytotoxic properties of amphiphilic Ru (II) polypyridyl–porphyrin conjugates as potential bifunctional photodynamic therapeutic agents
CN108409685B (zh) 具有原位生成能力的光激活聚集诱导发光探针及其制备与应用
Zhang et al. A light-up endoplasmic reticulum probe based on a rational design of red-emissive fluorogens with aggregation-induced emission
Zhao et al. Polyethylene glycol-functionalized benzylidene cyclopentanone dyes for two-photon excited photodynamic therapy
Hu et al. Modifying the meso-phenyl with electron donating amino groups strongly enhances BODIPY's ability as good singlet oxygen photosensitizer
Aksakal et al. A novel photosensitizer based on a ruthenium (II) phenanthroline bis (perylenediimide) dyad: synthesis, generation of singlet oxygen and in vitro photodynamic therapy
Göksel Synthesis of asymmetric zinc (II) phthalocyanines with two different functional groups & spectroscopic properties and photodynamic activity for photodynamic therapy
Lai et al. Photostable BODIPY-based molecule with simultaneous type I and type II photosensitization for selective photodynamic cancer therapy
Perumal et al. Biotin-decorated NIR-absorbing nanosheets for targeted photodynamic cancer therapy
Tanaka et al. Development of the sensitizer for generating higher-energy photons under diluted condition via the triplet-triplet annihilation-supported upconversion
Gierlich et al. One‐Photon and Two‐Photon Photophysical Properties of Tetrafunctionalized 5, 10, 15, 20‐tetrakis (m‐hydroxyphenyl) chlorin (Temoporfin) Derivatives as Potential Two‐Photon‐Induced Photodynamic Therapy Agents
Gülmez et al. Silicon (IV) phthalocyanine-biotin conjugates: Synthesis, photophysicochemical properties and in vitro biological activity for photodynamic therapy
Zhao et al. A novel heavy-atom-free lysosome-targeted BODIPY as triplet photosensitizer based on SOCT-ISC mechanism for photodynamic therapy
Eçik et al. Design of novel photosensitizers and controlled singlet oxygen generation for photodynamic therapy
RU2621710C1 (ru) Порфиразин, порфиразиновый комплекс гадолиния и их применение
CN108358972B (zh) 邻菲罗啉钌配合物类光敏染料及其制备方法和用途
Lin et al. Recent Advances in Triplet–Triplet Annihilation Upconversion for Bioimaging and Biosensing
CN116120231A (zh) 一种活细胞内细胞核荧光成像方法
WO2019210786A1 (zh) 噁嗪类化合物及其应用
Yalazan et al. Peripherally, non-peripherally and axially pyrazoline-fused phthalocyanines: synthesis, aggregation behaviour, fluorescence, singlet oxygen generation, and photodegradation studies
CN113563388B (zh) 一类新型铱配合物及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant