CN112341379B - 多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机发光材料技术领域，具体为一种多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料及其制备方法和应用。本发明提供的多芳基硫吡啶正离子盐材料本身没有发光现象，且无AIE特性，但与生物大分子如DNA、BSA、HS等结合后，存在较强磷光现象；当其进入细胞后，在405nm的紫外光照下，细胞会迅速在发生细胞焦亡现象，即表现为光控细胞焦亡的特性；作为光控细胞焦亡材料，在其进入细胞后，可特异性到达细胞线粒体，并对线粒体进行标记，准确显示细胞线粒体位置，从而可应用于生物细胞成像。本发明光控细胞焦亡材料，以水溶液为环境，因此生物兼容性好，无毒性；合成较为简单，原料廉价易得，易于大规模的商业化。

Description

多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于有机发光材料技术领域，具体涉及一种多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料及其制备方法和应用。
背景技术
细胞焦亡作为一种新型的细胞死亡方式，它的发生机理与过程目前还尚不完全明确。通常细胞焦亡由于存在着炎性小体NLRP3的激活，都会伴随着细胞内强烈炎症反应的发生。适量的炎症反应对于机体清理内部致炎因子，修复受损组织有一定益处。目前达到细胞焦亡的手段主要是有PAMP（pathogen associated molecular patterns）和DAMP（damageassociated molecular patterns）两种，但这两种方法都达不到定点定时的细胞焦亡，操作起来存在一定的局限性，且整个细胞焦亡进程存在不可控性。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物兼容性好、无毒性，细胞焦亡进程可控，且制备方便、原料易得的光控细胞焦亡材料及其制备方法和应用。
本发明的提供的光控细胞焦亡材料，是一种多芳基硫吡啶正离子盐光致发光材料，具体地，是以多芳基硫单元为母核，通过去甲基化得到的水溶性材料。其结构如通式如下式Ⅰ所示：
Figure 979866DEST_PATH_IMAGE001
通式Ⅰ
式中，X为F、Cl、Br或I，Y为-CONH-或-COOR-
本发明还提供上述光致发光材料的制备方法，其合成路线如下式所示：
Figure 464330DEST_PATH_IMAGE002
。
具体步骤如下：
（1）制备六苯甲酸乙酯取代的多芳基硫化合物
首先，将4-巯基苯甲酸乙酯、六氯苯加入到DMF溶剂中，同时加入K2CO3，在氮气氛围下于55-60℃反应60小时，停止反应；待冷却至室温时加入大量蒸馏水产生黄色沉淀，经过滤后柱层析提纯，得到六苯甲酸乙酯取代的多芳基硫化合物，记为化合物1；随后向化合物1中加入THF使其溶解，然后加入氢氧化钠的水溶液，在室温下反应24小时；反应结束后加入浓度为1-3 M的盐酸析出橙黄色沉淀；经过滤、洗涤、干燥，得到六羧酸取代的多芳基硫化合物，记为化合物2；
（2）制备六吡啶取代的多芳基硫化合物
将化合物2加入适量DMF中，同时加入相应量的HATU和DIPEA，室温搅拌25-35min，随后加入氨基吡啶，室温反应48h，旋蒸至剩余少量DMF，加水沉淀得中间产物，记为化合物3；
（3）制备最终产物
化合物3用适量DMF溶解后，加入大量CH3I，室温反应48h，旋蒸出多余试剂，得到化合物4，即最终产物。
本发明中，所述溶剂可选择等离子水。
本发明提供的多芳基硫吡啶正离子盐材料，其本身没有发光现象，且无AIE特性，但在与生物大分子如DNA、BSA（牛血清蛋白）、HS（肝素钠）等结合后，存在较强磷光现象
本发明提供的上述多芳基硫吡啶正离子盐材料，具体光控细胞焦亡特性。即当其在进入细胞后，正常状态下不会影响细胞生存能力，即细胞毒性较低。但当其受到405nm的紫外光照后，细胞会迅速在3-5min发生细胞焦亡现象。即表现为光控细胞焦亡的特性。
因此，本发明提供的多芳基硫吡啶正离子盐可作为光控细胞焦亡材料，在其进入细胞后，可特异性到达细胞线粒体，并对线粒体进行标记，准确显示细胞线粒体位置。
本发明提供的多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料，可应用于生物细胞成像方面，通过405nm光照的引入，光照后细胞在明场下可观察到细胞焦亡现象，且所需时间仅3-5min。
本发明所述的光控细胞焦亡材料，由于是以水溶液为环境，因此生物兼容性好，无毒性。
本发明所述的发光材料合成较为简单，原料廉价易得，易于大规模的商业化。
附图说明
图1是向化合物4水溶液中不断滴加DNA的发射光谱。
图2是化合物4在细胞内特异性标记线粒体。
图3是含化合物4的细胞在405nm光照下发生焦亡。
图4是在confocal下持续观察5h细胞焦亡。
具体实施方式
下面通过一个优选实施例对本发明作进一步的阐述，其目的仅在于更好地理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
在实施例中，所用原料及试剂均为市售品。
实施例1（光致发光材料的合成）
化合物1的合成, 具体步骤如下：
将12 mmol 4-巯基苯甲酸乙酯、1 mmol六氯苯加入到20 mL DMF溶剂中，同时加入24 mmol K2CO3，在氮气氛围下于60℃反应60小时，停止反应；待冷却至室温时加入100 mL蒸馏水产生黄色沉淀，经过滤后柱层析提纯，洗脱剂为乙酸乙酯和石油醚（1：3）得到化合物1，产率为72%。
化合物2的合成, 具体步骤如下：
在1 mmol化合物1中加入20 mL THF使其溶解，然后加入1.5 M的氢氧化钠的水溶液20 mL，在室温下反应24小时；反应结束后加入浓度为2 M的盐酸30 mL析出橙黄色沉淀；经过滤、洗涤、干燥，得到化合物2，产率为95%。
化合物3的合成，具体步骤如下：
称取0.004mmol化合物2，向其中加入5ml DMF以及0.1 mmol的氨基吡啶、0.2mmol的DIPEA和0.2mmol的HATU，室温搅拌24h后，旋蒸至仅剩少量DMF，加大量水沉淀得化合物3。
化合物4的合成，具体步骤如下：
称取0.001mmol的化合物3，向其中加入5ml DMF以及5mL的CH3I，室温搅拌反应24h后，旋蒸至仅剩少量DMF时，加入大量无水乙醚沉淀得化合物4（各化合物核磁共振氢谱如图1所示）。
称取0.001mmol 产物化合物4，向其中加入1ml蒸馏水，浓度为10-3 M。
实施例2（大分子结合发光现象）
取步骤3中所得浓度的溶液，用去离子稀释10倍，取3 mL于比色皿中，检测波长范围为385 nm ~ 600 nm的发射峰，在365nm光照下所得吸收光谱如图1中发射光谱灰色曲线所示，该溶液几乎不发光。取稀释后的溶液1mL，向其不断滴加0.5mg的DNA水溶液，混合后所得溶液置于比色皿中，以365 nm为激发波长，检测波长范围为385 nm ~ 600 nm间的发射光谱，得到最大发射波长为535 nm，且随着DNA含量的增大发光强度明显增大（图2）。
实施例3（特异性标记）
取步骤3中所得浓度的溶液稀释100倍后和标准线粒体荧光探针同时加入含有10μM的Hela细胞中培养，并利用激光共聚焦成像。将培养后的细胞施加光照并成像，此时通过可看到化合物4溶液在细胞内位置与线粒体位置完全吻合，说明化合物4可特异性到达细胞线粒体处（图2）。
实施例4（光控细胞焦亡）
取步骤3中所得浓度的溶液稀释100倍后加入含有10 μM的Hela细胞中培养，并利用激光共聚焦成像观察细胞在明场下的状态。在初始状态下，细胞呈正常不规则状。随着激光共聚焦自带405nm激光的加入，3min后细胞膜处存在“冒泡”现象，即开始发生细胞焦亡（图3）。持续5h拍照观察，可看到在2h小时左右，细胞内容物就已经流出，且细胞核逐渐皱缩且易于观察（图4）。

Claims (3)

1.一种多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料，其特征在于，以多芳基硫单元为母核，通过去甲基化得到的水溶性材料，结构式如式Ⅰ所示：
Figure 611309DEST_PATH_IMAGE002
通式Ⅰ
式中，X为F、Cl、Br或I，Y为-CONH-，且-CO-与苯环相连，-NH-与吡啶相连。
2.一种多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料的制备方法，其特征在于，合成路线如下式所示：
Figure 731712DEST_PATH_IMAGE004
；
制备的具体步骤为：
（1）制备六苯甲酸乙酯取代的多芳基硫化合物
首先，将4-巯基苯甲酸乙酯、六氟苯加入到DMF溶剂中，同时加入K2CO3，在氮气氛围下于55-60℃反应60小时，停止反应；待冷却至室温时加入大量蒸馏水产生黄色沉淀，经过滤后柱层析提纯，得到六苯甲酸乙酯取代的多芳基硫化合物，记为化合物1；随后向化合物1中加入THF使其溶解，然后加入氢氧化钠的水溶液，在室温下反应24小时；反应结束后加入浓度为1-3 M的盐酸析出橙黄色沉淀；经过滤、洗涤、干燥，得到六羧酸取代的多芳基硫化合物，记为化合物2；
（2）制备六吡啶取代的多芳基硫化合物
将化合物2加入适量DMF中，同时加入相应量的HATU和DIPEA，室温搅拌25-35min，随后加入氨基吡啶，室温反应48h，旋蒸至剩余少量DMF，加水沉淀得中间产物，记为化合物3；
（3）制备最终产物
化合物3用适量DMF溶解后，加入大量CH3I，室温反应48h，旋蒸出多余试剂，得到最终产物；
其中，化合物3和化合物4中，X为I，Y为-CONH-，且-CO-与苯环相连，-NH-与吡啶相连。
3.如权利要求1所述的多芳基硫吡啶正离子盐光控细胞焦亡材料在制备生物细胞成像剂方面的应用。
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