CN114230596B - 一类具有大于1200nm吸收的乙烯桥联氟硼吡咯聚集体的制备方法及其光热诊疗应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一类基于乙烯桥联的氟硼吡咯(BODIPY)二聚体小分子光热试剂及其制备方法和生物应用。该类分子在溶液和聚集态都实现了强的近红外二区(NIR‑II，1000‑1700nm)吸收，小分子光热试剂的结构式为：

本发明通过简便的合成方法和低成本原料合成了NIR‑II吸收的有机小分子，基于这些分子所形成的J‑聚集体最大吸收波长为1325nm。同时，用两亲性聚合物F‑127包覆得到稳定的J‑聚集体可应用于生物体深层肿瘤组织中光声成像指导的光热治疗。

Description

一类具有大于1200nm吸收的乙烯桥联氟硼吡咯聚集体的制备方法及其光热诊疗应用

技术领域

本发明涉及一类具有大于1200nm吸收的乙烯桥联氟硼吡咯聚集体的制备方法及其光热诊疗应用，属于医药材料合成和应用技术领域。

背景技术

光热治疗(PTT)作为一种无创的治疗策略是利用光热试剂(PTA)吸收近红外(NIR)光将其转化为热能，有针对性的杀死肿瘤细胞。在肿瘤的光热治疗中，为了实现较小的光毒性和深层组织渗透的目的，具有近红外二区(NIR-II，1000-1700nm)吸收的光热试剂受到了研究者极大的关注。之前的研究报道了一系列NIR-II吸收的光热试剂，包括金纳米结构、2D碳材料和共轭聚合物等等。尽管这些NIR-II吸收的光热试剂显示出优异的光热治疗的性能，但其较差的生物降解性和低重现问题限制了其在生物领域的进一步应用。由于NIR-II吸收的有机小分子PTA具有更好的生物相容性和较高的生物降解性受到了研究者的青睐。因此，开发具有NIR-II吸收的有机小分子PTA在肿瘤光热治疗领域的应用具有重要意义。

目前，有机小分子主要通过增大π共轭结构和增强推拉电子作用来实现NIR-II吸收。然而，这些NIR-II吸收的有机小分子在光热治疗领域的应用鲜有报道。除此之外，J-聚集策略为实现有机小分子NIR-II吸收提供了新的思路。但是由于缺乏合适的分子骨架和设计策略，对于开发稳定的NIR-II吸收J-聚集体，并成功应用于光热治疗领域仍然是一个挑战性的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：(1)现有的有机小分子骨架通过简单的修饰难以实现NIR-II吸收；(2)具有NIR-II吸收能力的J-聚集体在光热治疗领域的应用需要进一步探索。

为此，我们提供一种基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂及其制备方法和生物应用。通过简便的制备方法和低成本原料合成了一类具有NIR-II吸收的光热试剂。该类分子在有机溶剂中吸收波长为1100nm；在不良溶剂中，分子通过自组装可形成稳定的J-聚集体，吸收波长可进一步红移至1325nm。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂，所述小分子光热试剂的结构式为：

其中，R₁分别独立地选自五氟苯基、酯基、三氟甲基、氰基；

优选地，所述小分子光热试剂的结构式为：

其中，R₂分别独立地选自苯环、取代苯环、噻吩、取代噻吩、萘、取代萘、取代咔唑、蒽、菲、芘。

优选地，所述小分子光热试剂的结构式为：

本发明还提供了一种基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂的制备方法，包括如下反应过程：

优选地，所述基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将化合物(I)、1-Boc-吡咯-2-硼酸，碳酸钾，四(三苯基膦)钯加入到第一溶剂中，90～120℃下反应4～8h反应得到化合物(II)；

(2)将化合物(II)、三氟乙酸于第二溶剂中，常温反应3～5h后得到化合物(III)；

(3)将化合物(III)、2-三氟乙酰基-5-氯-吡咯，三氯氧磷、三乙胺，三氟化硼乙醚加入到第三溶剂中，20℃～30℃反应得到化合物(IV)；

(4)将化合物(IV)、反式-1，2-双(三丁基锡)乙烯、四(三苯基膦)钯于第四溶剂中，100℃～120℃反应3～5h后得到化合物(V)；

优选地，所述的基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂，其特征是，所述第一溶剂为甲苯/乙醇/水混合溶剂或甲苯/水混合溶剂中的至少一种，所述第二溶剂为无水二氯甲烷；所述第三溶剂为无水二氯甲烷，所述第四溶剂为无水甲苯、二氧六环中的至少一种。

优选地，以摩尔比计，所述溴代苯衍生物∶1-Boc-吡咯-2-硼酸∶碳酸钾，四(三苯基膦)钯＝1.0∶1.1～1.5∶3.0～4.0∶0.06～0.1，以体积比计，所述第二溶剂为甲苯∶乙醇∶水＝7∶1～2∶1～2或甲苯∶水＝1∶1～2。

优选地，以摩尔比计，所述1-Boc-吡咯衍生物∶三氟乙酸＝1.0∶10～30。

优选地，以摩尔比计，所述吡咯衍生物∶2-三氟乙酰基-5-氯吡咯∶三氯氧磷∶三乙胺∶三氟化硼乙醚＝1.0∶1.1～1.5∶1.0～1.2∶5～6∶6～7。

优选地，以摩尔比计，所述BODIPY衍生物∶反式-1，2-双(三丁基锡)乙烯∶四(三苯基膦)钯＝1∶0.45～0.5∶0.05～0.1。

进一步地，本发明的具体反应过程为：

同时，本发明还提供了一种根据权利要求1～3任一项所述的基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂或根据权利要求4～9任一项所述的基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂的制备方法制备得到的光热试剂在在抗肿瘤治疗中的应用。

本发明所达到的有益效果：

1、本发明提供的基于乙烯桥联BODIPY二聚体的光热试剂，是一类结构新颖的有机小分子骨架，通过简单的官能团调控，即可实现在有机溶剂强的NIR-II吸收，最大吸收波长＞1100nm。该化合物在不良溶剂可形成稳定的J-聚集体，吸收波长可进一步红移至1325nm。

2、本发明提供的基于乙烯桥联BODIPY二聚体的光热试剂的制备方法，合成方法简单、原料成本低、作用条件温和，通过四步工艺得到的目标产物。

3、本发明提供的基于乙烯桥联BODIPY二聚体的光热试剂的应用，将上述制备得到NIR-II吸收J-聚集体通过生物相容性两亲性聚合物Pluronic F127包覆得到稳定的纳米粒子，我们将该纳米粒子应用于生物体中光声成像指导的光热治疗，将肝癌模型鼠通过尾静脉注射，每隔24h对小鼠肿瘤用1208nm激光器照射10分钟，通过为期16天的治疗，达到了理想的治疗效果。从而实现了对深层肿瘤的光热治疗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中BisBDP1的核磁谱图；

图2为本发明中BisBDP1的质谱；

图3为本发明中BisBDP2的核磁谱图；

图4为本发明中BisBDP2的质谱；

图5为本发明中BisBDP2在四氢呋喃/甲醇混合溶剂中的吸收光谱；

图6为本发明中BisBDP2纳米粒子的吸收光谱；

图7为本发明中BisBDP2纳米粒子的光热曲线；

图8为本发明中肝癌模型鼠抗肿瘤治疗过程中的热成像图；

图9为本发明中肝癌模型鼠经过16天的治疗过程中肿瘤体积变化图。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

化合物1-2的合成方法：氮气保护下，在反应器中加入6-溴喹啉(1mmol)，硼氢化钠(10mmol)，冰醋酸或辛酸(30mmol)。甲苯溶解，5℃下搅拌2小时后，再加热回流6小时。待反应结束，乙酸乙酯萃取，分别用水和盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干。分别用体积比1∶2的二氯甲烷/石油醚和2∶1的二氯甲烷/石油醚的展开剂进行硅胶柱层析分离，得到相应的化合物1和2。产率分别为60％和57％。

实施例2

化合物3-4的合成方法：氮气保护下，在反应器中加入化合物1或2(1mmol)、1-Boc-吡咯-2-硼酸(1.3mmol)，碳酸钾(3mmol)，四三苯基膦钯(0.06mmol)。在90mL甲苯/水/乙醇混合溶剂(甲苯∶乙醇∶水＝6∶1∶1)中加热回流，搅拌8小时。待反应结束，二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干。用体积比3∶1的二氯甲烷/石油醚的展开剂进行硅胶柱层析分离，得到相应的化合物3或4。产率分别为79％和75％。

实施例3

化合物5-6的合成方法：氮气保护下，在反应器中加入化合物3或4(1mmol)和三氟乙酸(10mmol)，用无水二氯甲烷(40mL)溶解，室温下搅拌5小时。待反应结束后，二氯甲烷萃取，无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干。所得粗产物直接用于下一步反应。

实施例4

化合物9-10的合成方法：氮气保护下，在反应器中加入化合物5或6(1mmol)，化合物8(1mmol)，三氯氧磷(1.1mmol)。无水二氯甲烷(20mL)溶解，室温下搅拌10分钟后，加入三乙胺(5mmol)，室温搅拌30分钟后，加入三氟化硼乙醚(7mmol)，室温下搅拌4小时。待反应结束，二氯甲烷萃取，分别用水和盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干。用体积比2∶1的二氯甲烷/石油醚的展开剂进行硅胶柱层析分离，得到相应的化合物9或10。产率分别为31％和28％。

实施例5

BisBDP1-2的合成方法：氮气保护下，在反应器中加入化合物9或10(1mmol)，反式-1，2-双(三丁基锡)乙烯(0.49mmol)。用除氧后的甲苯(5mL)溶解，110℃搅拌2小时。待反应结束，二氯甲烷萃取，分别用水和盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，抽滤，旋干。用体积比3∶1的二氯甲烷/石油醚的展开剂进行硅胶柱层析分离，得到相应的化合物BisBDP1或BisBDP2。产率分别为21％和23％。

如图1所示的化合物BisBDP1核磁图，从图中可知，¹H NMR(600MHz，CDCl₃)δ/ppm＝7.79-7.70(m，3H)，7.43-7.32(m，3H)，7.10-6.97(m，8H)，6.60(s，2H)，3.61-3.49(m，16H)，1.37(t，J＝6.9Hz，6H)，1.27-1.26(m，6H).

如图2所示的化合物BisBDP1高分辨质谱图，从图中可知，HRMS(ESI⁺)：calcd.forC₄₆H₄₅B₂F₁₀N₈：[M+H]⁺＝921.3788，found：[M+H]⁺＝921.3784.

如图3所示的化合物BisBDP2核磁图，从图中可知，¹H NMR(600MHz，CDCl₃)δ/ppm＝7.84(s，2H)，7.67(d，J＝50.0Hz，2H)，7.45(s，2H)，7.31(s，2H)，7.11(t，J＝28.6Hz，4H)，6.95(d，J＝40.0Hz，2H)，6.58(d，J＝7.7Hz，2H)，3.57(s，4H)，3.37(s，12H)，1.74(s，4H)，1.67(s，4H)，1.35-1.19(m，40H)，0.90(s，6H)，0.80(s，6H).

如图4所示的化合物BisBDP1高分辨质谱图，从图中可知，HRMS(ESI⁺)：calcd.forC₇₀H₉₂B₂F₁₀N₈：[M]⁺＝1256.7466，found：[M]⁺＝1256.7470.

应用实施例1

将实施例5得到的基于乙烯桥联BODIPY二聚体的小分子光热试剂(BisBDP2)溶于四氢呋喃中，加入F-127搅拌10分钟。快速加入PBS缓冲液(含20％乙醇)，继续搅拌2h，超声分散半小时，通过滤膜过滤得到纳米粒子。制备好的纳米粒子在体外的光热测试中表现出高效的光热转化效率(PCE)，最高可达63％.

应用实施例2

将实施例5得到的基于乙烯桥联BODIPY二聚体光热试剂做成纳米粒子应用于生物体的抗肿瘤治疗中，通过肝癌模型鼠的尾静脉注射，每隔24h对小鼠肿瘤部位用1208nm激光器照射10分钟，通过为期16天的治疗，达到了理想的治疗效果。

如图5所示，根据紫外吸收光谱，可以得知，化合物BisBDP2在四氢呋喃溶剂中吸收波长在1100nm，随着不良溶剂(甲醇)比例的增多，BisBDP2分子逐渐聚集，导致吸收波长红移致1325nm。

如图6所示，根据紫外吸收光谱，可以得知，BisBDP2纳米粒子在PBS缓冲溶液中的最大吸收波长为1270nm。

如图7所示，根据体外光热曲线可以得知，化合物BisBDP2纳米粒子在1208nm激光照射10分钟后温度可以从28℃摄氏度升至62℃摄氏度。。

如图8所示，BisBDP2纳米粒子在肝部肿瘤部位的光热成像图，随着光照时间的增长，肿瘤部位温度逐渐升高。

如图9所示，在为期16天的治疗过程中，根据实验组和对照组小鼠肿瘤体积的变化曲线，“纳米粒子+1208nm激光”组表现出明显的抗肿瘤效果。

本发明基于乙烯桥联的BODIPY二聚体骨架，制备得到了一类具有强的NIR-II吸收的光热试剂，通过J-聚集策略调控，所形成的J-聚集体吸收波长可进一步红移至1325nm。我们将该聚集体包覆成水溶性纳米粒子，研究了其在活体深层肿瘤组织中光热治疗的能力，表现出较好的成像效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于乙烯桥联BODIPY二聚体的小分子光热试剂，其特征在于，所述光热试剂的结构式为：

2.权利要求1所述的基于乙烯桥联BODIPY二聚体小分子光热试剂在制备抗肿瘤治疗剂中的应用。

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