CN114751918B - 新型近红外二区激发聚集诱导发光材料及制备方法、应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型近红外二区激发的聚集诱导发光材料及制备方法、应用，其化学结构式为：
由于分子具有D‑π‑A‑π‑D结构，分子结构中的4,7‑二溴苯并[1,2‑c:4,5‑c']双([1,2,5]噻二唑)作为强电子受体，大共轭、富电子的苯并[c]噻吩基团一方面作为富电子给体和π‑桥，另一方面作为大位阻构筑单元增加与受体单元间的二面夹角，使得整体分子骨架更加扭曲，赋予其聚集诱导发光特性。本发明的近红外二区激发的聚集诱导分子合成路线简单，成本低，生物相容性好，可用于近红外二区激发光源照射下的荧光成像和光热治疗。此外，其较深的组织穿透能力可以使得胰腺癌细胞发生免疫原性死亡。通过进一步与anti‑PD‑L1抗体介导的免疫疗法联用，用于光免疫协同治疗晚期胰腺癌。
Description
技术领域
本发明涉及荧光分子探针技术领域，具体涉及一种新型近红外二区激发聚集诱导发光材料及制备方法、应用。
背景技术
光免疫疗法是指免疫疗法与光学疗法相结合，可以克服传统单一治疗模态的局限性。在肿瘤区域富集的光热试剂(PTA)可以将吸收的光能转化为热能，诱发肿瘤组织发生热损伤。热损伤可以导致肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡(ICD)，使得肿瘤相关抗原暴露和损伤相关分子模式(DAMPs)释放，然后增强随后的免疫激活作用，唤起机体发生免疫反应。然而，对于深层肿瘤成像和治疗，光穿透深度仍然存在限制。因此，深层组织的影像学技术与光免疫治疗的协调策略，对于抑制胰腺癌的转移和复发是高度可行的。
与808nm激光器相比，更长波长的激光器(例如980nm)的使用可以实现更深的光穿透深度，较少的光子散射和更小的光损伤，因此开发长波长吸收的PTAs无疑是非常有前途的。然而，传统的近红外二区(NIR-II)激发的PTAs由于被激发后非辐射衰变途径占主导地位，很难保证具有荧光成像(FLI)的特性。得益于聚集诱导发光分子(AIEgens)独特的结构，其在聚集状态下可以有效抑制分子内/分子间π-π堆积，从而提高荧光成像能力。
然而目前近红外二区激发的AIE分子因为构筑基元有限，很难实现此波段下材料的便捷构建。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有构建近红外二区激发聚集诱导发光分子给体选择较少的局限、最大吸收波长很难突破980nm的问题，旨在丰富现有近红外二区激发聚集诱导发光分子材料储备库。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：引入苯并[c]噻吩衍生物作为富电子给体基元，构筑新型近红外二区激发聚集诱导发光材料，所构筑的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料化学结构式为：
基于苯并[c]噻吩电子给体衍生物的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将化合物A、4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)、四三苯基膦钯依次加入超干甲苯溶剂中，在N2保护下进行搅拌回流过夜，得到反应溶液；
所述化合物A的化学结构式为：
将饱和氟化钾溶液加入到所述反应溶液中，得到粗产物；
对所述粗产物进行纯化，得到所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料。
根据权利要求2所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌回流的温度为110-130℃，所述搅拌回流的时间为12-24h。
可选地，所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其中，所述化合物A与4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)的物质的量比为2.5-3.5：1。
可选地，所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其中，所述反应溶液中4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)的浓度为1-2M。
可选地，所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其中，所述4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)与所述四三苯基膦钯的物质的量比为10-20：1。
可选地，所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其中，所述将饱和氟化钾溶液加入到所述反应溶液中，得到粗产物的步骤包括：
向所述反应溶液中加入饱和氟化钾溶液对反应进行淬灭，室温下搅拌2-4h；
对搅拌后所述反应溶液进行萃取，并对萃取后的反应溶液中的有机相进行合并；
使用无水硫酸钠对合并有机相后的反应溶液进行干燥，并对干燥后的反应溶液进行减压浓缩处理，得到粗产物。
可选地，所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其中，所述对所述粗产物进行纯化，得到所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的步骤包括：
以石油醚和四氢呋喃的混合液作为洗脱剂，通过硅胶柱色谱法对所述粗产物进行纯化，得到所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料。
可选地，所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其中，所述洗脱剂中石油醚与四氢呋喃的体积比为100:1-10：1。
一种如上所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料在制备光热协同免疫诊疗一体化试剂中的应用。
有益效果：本发明的近红外二区激发聚集诱导发光分子为具有新型D-π-A-π-D(D为电子给体，A为电子受体)结构的聚集诱导发光材料，该类材料以不同取代的二苯胺结构单元作为分子体系中的第一个D，以苯并[c]噻吩作为分子体系中的第二个D或者π-桥，以4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)结构单元作为A，强的D、A相互作用可以使得材料的吸收和发射波长得到延长，基于此构建具有近红外二区激发聚集诱导发光性质的新型光热材料；聚集诱导发光材料能够对980nm的长波长进行吸收，被激发后能够保证很好的荧光成像。将其与anti-PD-L1抗体相结合的免疫-光热协同治疗，可有效的抑制晚期胰腺癌的转移和复发。
附图说明
图1是本发明实施例提供的新型近红外二区激发聚集诱导发光分子的合成路线图；
图2是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子TPE-BT-BBTD在四氢呋喃中的核磁共振氢谱图；
图3是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子TPE-BT-BBTD在四氢呋喃中的核磁共振碳谱图；
图4为实施例中制备的新型近红外二区激发聚集诱导发光分子TPE-BT-BBTD在四氢呋喃/水混合溶剂中的吸收/发射光谱图，
图5为实施例中制备的新型近红外二区激发聚集诱导发光分子TPE-BT-BBTD在四氢呋喃/水混合溶剂中的荧光发射增强倍数图，
图6是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子制备成的纳米粒子对Panc02-H7细胞的光热杀伤效果实验图
图7是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子制备成的纳米粒子αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs对Panc02-H7细胞的光热引起免疫原性死亡验证图。
图8是本发明实施例中制备的TPE-BT-BBTD NPs与anti-PD-L1抗体结合形成αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs在小鼠胰腺癌富集的荧光成像图。
图9是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子制备成的αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs用于光热协同免疫抗胰腺癌图。
具体实施方式
本发明提供的基于苯并[c]噻吩电子给体衍生物的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料制备方法及其生物应用，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
光热治疗(PTT)是指光热试剂将吸收的光能转换为热量，使得癌症组织局部高温，实现对癌细胞的高效热损伤。然而，单一模态的PTT对光源依赖性强，难以顾及光源照射范围之外的微小肿瘤，很容易发生癌细胞的转移和复发。
近年来研究发现光热协同免疫的联合疗法可以起到相互增强的治疗效果，从而对原发性肿瘤和转移性肿瘤均有较好的抑制效果。虽然具备较高光热转化效率的光热试剂已有不少报道，然而同时具有近红外二区(NIR-II)窗口荧光成像的例子并不多见。得益于聚集诱导发光(AIE)材料独特的结构和光学性能，通过合理的分子设计可以实现基于单一AIE分子的多模态光诊疗一体化系统的构建。
目前报道的NIR-II AIEgens的多模态光诊疗试剂尽管已经取得了实质性进展，但大都集中在使用808nm光源激发，为了进一步延长NIR-II AIE材料的吸收和发射波长，本发明实施例提供了一种新型聚集诱导发光材料，其化学结构式为：
在本实施例中，所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料为具有新型D-π-A-π-D结构的聚集诱导发光材料，其分子结构中的4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)作为强电子受体，苯并[c]噻吩一方面作为富电子给体和π-桥，另一方面同时作为大位阻基团增加与受体基元间的二面夹角，使得整体分子骨架更加扭曲，保证其聚集诱导发光特性，强D-A作用可以延长吸收、发射波长。
基于相同的发明构思，本发明还提供了一种上述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，包括步骤：
S1、将化合物A、4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)、四三苯基膦钯依次加入到超干甲苯溶剂中，在惰性气体保护下进行搅拌回流过夜，得到反应溶液；其中，惰性气体可以是氮气、氩气等惰性气体；所述化合物A的化学结构式为：
示例性地，如图1所示，为本发明实施例中新型近红外二区激发聚集诱导发光分子的合成路线图，将化合物A、4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)、四三苯基膦钯依次加入到超干甲苯溶剂中，在N2保护下进行搅拌回流过夜，得到反应溶液；其中，所述反应溶液中含有近红外二区激发聚集诱导发光材料。
在一具体实施方式中，所述搅拌回流的温度可以为120℃，所述搅拌回流的时间为12h，化合物A与4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)的物质的量比为2.5-3.5：1；反应溶液中4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)的浓度为1-2M；4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)与四三苯基膦钯的物质的量比为10-20：1；在此反应条件和反应物比例下能够制备出性能稳定的近红外二区激发聚集诱导发光材料。
S2、对所述反应溶液加入饱和氟化钾(KF)溶液并搅拌2-4h，然后使用乙酸乙酯进行萃取并合并有机相、干燥并减压浓缩处理，得到粗产物；
在本实施例中，反应完成后，首先采用饱和KF溶液对反应溶液进行淬灭，然后使用乙酸乙酯进行萃取，以去除部分杂质，并对萃取后的反应溶液中的有机相进行合并，然后使用无水硫酸钠对合并有机相后的反应溶液进行干燥，并对干燥后的反应溶液进行减压浓缩处理，得到粗产物。
S3、以石油醚/四氢呋喃作为洗脱剂，通过硅胶柱色谱法对所述粗产物进行纯化，得到新型近红外二区激发聚集诱导发光材料。
在本实施例中，在获得粗产物后，以石油醚/四氢呋喃作为洗脱剂，通过硅胶柱色谱法对所述粗产物进行纯化，得到纯净的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料。其中，石油醚与四氢呋喃的体积比为100:1-10：1。通过采用石油醚/四氢呋喃作为洗脱剂对得到的粗产物进行洗脱，去除有萃取无法去除的杂质物如反应原料等。
基于相同的发明构思，本发明还提供一种上述所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料在光热协同免疫诊疗一体化试剂中的应用。新型近红外二区激发聚集诱导发光材料具备良好的光热转换效率，对4T1细胞进行光热杀伤时可以引起细胞的免疫原性死亡，释放肿瘤相关抗原(TAA)和损伤相关分子模式(DAMP)，进而刺激4T1细胞发生免疫应激，提高治疗效果，最终通过与anti-PD-L1抗体相结合的免疫-光热协同治疗，可有效的抑制晚期胰腺癌的转移和复发。对提高胰腺癌治疗效果具有非常重要的研究意义。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步的解释说明。
实施例
如图1所示，在N2的保护下，将398mg化合物A、70mg 4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)与23mg四三苯基膦钯依次加入无水甲苯溶液中，在110℃下搅拌回流12h，待反应完全后加入饱和KF溶液对反应溶液进行淬灭，然后使用乙酸乙酯进行萃取，并对萃取后的反应溶液中的有机相进行合并，然后使用无水硫酸钠对合并有机相后的反应溶液进行干燥，并对干燥后的反应溶液进行减压浓缩处理，以石油醚/四氢呋喃(100:1)作为洗脱剂得到133mg褐色粉末状固体产物，即新型近红外二区激发聚集诱导发光分子(TPE-BT-BBTD)，其中TPE-BT-BBTD的产率为42％。TPE-BT-BBTD在四氢呋喃中的核磁共振氢谱图和核磁共振碳谱图如图2和图3所示。其在四氢呋喃中的吸收/发射光谱图如图4中所示。
如图5所示，图5为实施例中制备的新型近红外二区激发聚集诱导发光分子TPE-BT-BBTD在四氢呋喃/水混合溶剂中的荧光发射增强倍数图，从图5中可以看出所合成的分子都具备聚集诱导发光的性质。
如图6所示，图6是本发明实施例1中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子制备成的纳米粒子对Panc02-H7细胞的光热杀伤效果实验图；从图6可以看出，TPE-BT-BBTDNPs和αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs有优良的光热杀伤Panc02-H7细胞的能力。
如图7所示，图7是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子制备成的纳米粒子αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs对Panc02-H7细胞的光热引起免疫原性死亡验证图。从图7可以看出αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs引起的过热杀伤Panc02-H7细胞的同时可以引起钙网蛋白的过表达。
如图8所示，图8是本发明实施例中制备的TPE-BT-BBTD NPs与anti-PD-L1抗体结合形成αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs，通过腹腔注射可以很好的富集在小鼠胰腺癌的位置。
如图9所示，图9是本发明实施例中制备的近红外二区激发聚集诱导发光分子制备成的αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs用于光热协同免疫抗胰腺癌；从图9可以看出αPD-L1@TPE-BT-BBTD NPs介导的光热治疗与anti-PD-L1抗体介导的免疫治疗可以很好的实现对晚期胰腺癌的治疗，同时可以有效的抑制癌细胞向肠道的转移。
综上所述，本发明公开了一种基于苯并[c]噻吩电子给体衍生物的新型近红外二区激发的聚集诱导发光材料制备方法及其生物应用，新型近红外二区激发聚集诱导发光分子的化学结构式为：
本发明实施例提供的新型近红外二区激发的聚集诱导发光分子，其结构中的4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)作为强电子受体，苯并[c]噻吩一方面作为富电子给体和π-桥，另一方面同时作为大位阻基团增加与受体基元间的二面夹角，保证其聚集诱导发光特性。强D-A作用可以延长吸收、发射波长。此外，所制备的TPE-BT-BBTD NPs具有优良光热转化效率，在980nm激光照射下可以引起细胞的免疫原性死亡，引起免疫应激反应，进一步联合anti-PD-L1抗体介导的免疫治疗可以有效的抑制晚期胰腺癌的转移与复发。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型近红外二区激发聚集诱导发光材料，其特征在于，其化学结构式如下：
2.一种如权利要求1所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将化合物A、4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c']双([1,2,5]噻二唑)、四三苯基膦钯加入到甲苯溶剂中，在惰性气体保护下进行搅拌回流，得到反应溶液；
所述化合物A的结构式为：
将饱和氟化钾溶液加入到所述反应溶液中，得到粗产物；
对所述粗产物进行纯化，得到所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料。
3.根据权利要求2所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌回流的温度为110-130℃，所述搅拌回流的时间为12-24h。
4.根据权利要求2所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述化合物A与4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)的物质的量比为2.5-3.5：1。
5.根据权利要求2所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述反应溶液中4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)的浓度为1-2M。
6.根据权利要求2所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述4,7-二溴苯并[1,2-c:4,5-c’]双([1,2,5]噻二唑)与所述四三苯基膦钯的物质的量比为10-20：1。
7.根据权利要求2所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述将饱和氟化钾溶液加入到所述反应溶液中，得到粗产物的步骤包括：
向所述反应溶液中加入饱和氟化钾溶液对反应进行淬灭，室温下搅拌2-4h；
对搅拌后所述反应溶液进行萃取，并对萃取后的反应溶液中的有机相进行合并；
使用无水硫酸钠对合并有机相后的反应溶液进行干燥，并对干燥后的反应溶液进行减压浓缩处理，得到粗产物。
8.根据权利要求2所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述对所述粗产物进行纯化，得到所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的步骤包括：
以石油醚和四氢呋喃的混合液作为洗脱剂，通过硅胶柱色谱法对所述粗产物进行纯化，得到所述新型近红外二区激发聚集诱导发光材料。
9.根据权利要求8所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料的制备方法，其特征在于，所述洗脱剂中石油醚与四氢呋喃的体积比为100:1-10：1。
10.一种如权利要求1所述的新型近红外二区激发聚集诱导发光材料在制备光热协同抑制胰腺癌一体化试剂中的应用。
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