CN115819446B

CN115819446B - 一种酞菁-荧光素有机光热剂及其制备方法与在有机近红外光热治疗抗肿瘤药物中的应用

Info

Publication number: CN115819446B
Application number: CN202211362287.3A
Authority: CN
Inventors: 刘伟; 张威; 王祥磊; 赵婉茹; 张森; 廉贵雪
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2022-11-02
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2042-11-02
Also published as: CN115819446A

Abstract

本发明提供了一种酞菁‑荧光素有机光热剂及其制备方法与在有机近红外光热治疗抗肿瘤药物中的应用。所述酞菁‑荧光素有机光热剂具有I所示结构，制备方法包括步骤：将酞菁II、异硫氰酸荧光素III和碱加入有机溶剂中，在氮气保护下进行反应，得到酞菁‑荧光素有机光热剂。本发明的酞菁‑荧光素有机光热剂具有良好的荧光量子产率和水溶性，和优异的近红外吸收和光照下的光热转换率(光毒性)，可作为具有荧光跟踪功能的近红外光热治疗药物。本发明还提供了所述化合物的制备方法，工艺简单，使用范围广。

Description

一种酞菁-荧光素有机光热剂及其制备方法与在有机近红外光热治疗抗肿瘤药物中的应用

技术领域

本发明涉及一种酞菁-荧光素有机光热剂及其制备方法与在有机近红外光热治疗抗肿瘤药物中的应用，属于功能材料领域。

背景技术

光热治疗是一种新型癌细胞治疗手段，其原理是将具有较高光热转换能力的材料，通过药物的靶向作用使光热剂聚集在肿瘤位点，当近红外激光穿透组织到达肿瘤组织中的光热剂时，光热剂将光能转化为热能引起局部热效应，从而有效杀伤肿瘤基质细胞和肿瘤细胞；另一方面，肿瘤裂解后的碎片可以充当抗原源和免疫刺激剂，进而激活疫系统，逆转免疫抑制微环境，达到更强的抗肿瘤效果。光热治疗由于其微创、极低的毒副作用、高效的物理杀伤等优点，迄今己经有相关光热制剂开展治疗肿瘤的临床实验。

随着波长的增加，光对组织的穿透深度也逐渐增强。600-1200nm被称为人体组织的“光学窗口”，有利于增加治疗范围。因此，近红外光热治疗剂，是近些年的研究热点。目前的近红外光热剂基本是贵金属和无机金属化合物的纳米材料，这些无机材料具有在生物体内不容易代谢，生物毒性大对肿瘤选择性差；同时，溶解性差，必须与表面活性剂复合进行配制，而且没有荧光，不易进行药物跟踪和定位。与之相比，有机分子，生物相容性好，分子易功能化，并通过引入靶向配体提高药物对肿瘤的选择性。但是，现有的有机光热材料通常是以分子聚集态形成纳米材料而产生光热效应，这同时会导致吸收蓝移组织穿透力低，荧光淬灭，而且光热转换效率低等缺点。

因此，具有荧光发射性能的近红外有机光热剂，是开发新型具有荧光引导的光热治疗抗癌药物的研究重点。

发明内容

针对现有的技术不足，本发明提供了一种酞菁-荧光素有机光热剂及其制备方法与在有机近红外光热治疗抗肿瘤药物中的应用。本发明利用中心原子为硅的酞菁，通过轴向接入的基团避免分子间的聚集，不仅增加药物的溶解性，而且避免由于聚集导致的荧光淬灭，同时使其在近红外的吸收大大增加，有利于组织穿透能力。与其他金属酞菁相比，硅酞菁的生物相容性更好。

本发明通过在硅酞菁轴向取代荧光素合成得到酞菁-荧光素，其在水溶液中避免聚集而具有良好的水溶性，并且了保持了荧光性能。同时，酞菁-荧光素表现出良好的光热转换效率。本发明提供了一种新型的具有荧光探针功能的有机光热剂，可以应用于荧光引导下的光热治疗型抗癌药物。

本发明的技术方案如下：

一种酞菁-荧光素有机光热剂，其结构通式如式I所示：

式I中，n＝1～5。

根据本发明优选的，式I中，n＝1～3；更优选的，n＝1。

根据本发明优选的，上述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，包括步骤如下：

将酞菁II、异硫氰酸荧光素III和碱加入有机溶剂中，在氮气保护下进行反应，得到酞菁-荧光素有机光热剂；

酞菁II结构式中n与式Ⅰ中相同。

根据本发明优选的，所述酞菁II与异硫氰酸荧光素III的摩尔比为1:2～20，进一步优选为1:4～10。

根据本发明优选的，所述碱为K₂CO₃、Na₂CO₃或吡啶，进一步优选为K₂CO₃；所述碱与酞菁II的摩尔比为2～100:1，进一步优选为12～20:1。

根据本发明优选的，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇或乙醇，进一步优选为N,N-二甲基甲酰胺；所述有机溶剂的体积与酞菁II的摩尔数之比为120～500L:1mol，进一步优选为180～300L:1mol。

根据本发明优选的，所述反应的时间为12-72h，进一步优选为24-36h。

根据本发明优选的，反应完成后还包括反应产物的分离提纯步骤，具体如下：将所得反应混合液过滤，将所得滤液进行透析、经冷冻干燥、重结晶得到酞菁-荧光素有机光热剂；

进一步优选的，所述透析步骤为：将所得滤液在N,N-二甲基甲酰胺中透析1～7天，之后在去离子水中透析1～7天，优选为在去离子水中透析2～3天；透析所用透析袋的截留分子量为3000Da；

进一步优选的，所述冷冻干燥的温度为-60～-50℃，冷冻干燥的时间为1～7天，优选为3～4天；

进一步优选的，所述重结晶为使用乙醇/正己烷重结晶，乙醇与正己烷的体积比为0.1～0.2:1。

根据本发明，所述酞菁II的制备方法为现有技术，可参照专利文献CN115241379A制备；所述异硫氰酸荧光素可以市购或按现有方法制备。

本发明的反应路线如下：

根据本发明，上述酞菁-荧光素有机光热剂在制备有机近红外光热治疗抗肿瘤药物中的应用。

本发明的酞菁-荧光素化合物通过在硅酞菁分子轴向引入荧光素分子，从而避免了酞菁在水中的聚集，不仅增加酞菁的溶解性和亲水性，同时防止了荧光淬灭，并且具有优异的红光到近红外光的光热转换效率。该制备方法步骤简单，产物单一且易提纯；所得酞菁-荧光素I是一类新颖的具有荧光定位功能的有机近红外光热剂，生物相容性好，近红外吸收强，光热转换率高，可应用于荧光引导下的肿瘤光热治疗药物。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的酞菁-荧光素光热剂属于有机光热剂的范畴，具有良好的水溶性，生物相容性和生物活性，解决了无机纳米光热剂和有机纳米光热剂水溶性差、配方困难，体内代谢困难的缺点，避免了对人体器官，如肝肾等的伤害。

2、本发明的酞菁-荧光素有机光热剂具有优异的近红外光热转换效率(η＝32％)；此波段属于人体的最佳治疗窗口(700-900nm)，组织穿透率高，属于典型的近红外光热治疗剂的范畴。

3、本发明的酞菁-荧光素有机光热剂在具有良好的荧光发射功能，其在水中溶解性良好，避免了酞菁在水中易聚集、荧光淬灭的缺点，作为结合光热治疗和荧光探针的新型抗癌药物，可应用于荧光探针引导下的光热型抗癌治疗，有利于更直观的关注到癌症治疗的进度与精度。

4、本发明制备出不同烷氧基链长度的荧光硅酞菁，烷氧基链的存在，不仅能增加光热剂的水溶性，更能增加药物在血液中的滞留时间，提高药物对病灶的选择性，大大减小的药物的使用量。

附图说明

图1是实施例1制备的酞菁-荧光素有机光热剂N,N-二甲基甲酰胺溶液的紫外-可见吸收光谱图，其中横坐标为波长，纵坐标为吸收强度。

图2是实施例1制备的酞菁-荧光素有机光热剂去离子水溶液的紫外-可见吸收光谱图，其中横坐标为波长，纵坐标为吸收强度。

图3是实施例1制备的酞菁-荧光素有机光热剂去离子水溶液的荧光谱图，其中横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。

图4是实施例1制备的酞菁-荧光素有机光热剂水溶液在671nm激光照射下的温度变化曲线，其中横坐标为时间，纵坐标为温度。

图5是实施例1制备的酞菁-荧光素有机光热剂水溶液在808nm激光照射下的温度变化曲线，其中横坐标为时间，纵坐标为温度。

图6是实施例1制备的酞菁-荧光素有机光热剂在808nm激光照射下的光热响应曲线，其中横坐标为时间，纵坐标为温度。

图7是实施例2制备的酞菁-荧光素有机光热剂在671nm激光照射下的光热响应曲线，其中横坐标为时间，纵坐标为温度。

具体实施方式

下面具体实施例并结合附图对本发明进一步说明，但不限于此。

本发明所用原料均采用市售分析纯试剂。

实施例中所用酞菁II可参照专利文献CN115241379A制备得到。

实施例1酞菁-荧光素有机光热剂(n＝1)的制备

酞菁II(n＝1，27.1mg，0.036mmol)，异硫氰酸荧光素III(56mg，0.144mmol)，K₂CO₃(67.92mg,0.491mmol)加入10mL N,N-二甲基甲酰胺中，在氮气氛围下搅拌反应24h；将所得反应混合液过滤，并将滤液加入透析袋(截留分子量为3000Da)中，在N,N-二甲基甲酰胺中透析60h，再将透析袋放入去离子水中透析60h，之后将透析袋内液体用真空冷冻干燥机干燥后(-60℃，3天)，固体产物用乙醇/正己烷(乙醇与正己烷的体积比为0.15:1)混合溶剂重结晶得酞菁-荧光素有机光热剂(I)23mg，产率约为50％。

本实施例的反应路线如下：

其中，n＝1。

对本实施例制备的酞菁-荧光素有机光热剂进行如下测试：

1、紫外-可见光谱吸收测试

将所得光热剂加入N,N-二甲基甲酰胺中，分别配制成浓度为0.5μmol/L、1μmol/L、2μmol/L、4μmol/L、6μmol/L、8μmol/L、10μmol/L的溶液，测试其紫外-可见光谱吸收，其结果如图1所示，从图1中可以看出，该酞菁-荧光素分子溶解性良好，同时具有酞菁和荧光素的特征吸收峰，且在该溶液中处于单体状态，没有聚集。

将所得光热剂加入去离子水中，分别配制成浓度为0.5μmol/L、1μmol/L、2μmol/L、4μmol/L、6μmol/L、8μmol/L、10μmol/L的溶液，测试其紫外-可见光谱吸收，其结果如图2所示，从图2中可以看出，与在有机溶液中类似，在水溶液中，该酞菁-荧光素分子溶解性良好，同时具有酞菁和荧光素的特征吸收峰，且在该溶液中处于单体状态，没有聚集。

2、荧光光谱测试

将所得光热剂加入去离子水中，分别配制成浓度为0.5μmol/L、1μmol/L、2μmol/L、4μmol/L、6μmol/L、8μmol/L、10μmol/L的溶液，测试其荧光光谱吸收，其结果如图3所示，从图3中可以看出，该酞菁-荧光素在水中具有良好的荧光发射功能，说明其在水溶液中没有聚集，荧光没有淬灭。

3、光热响应效果测试

将光热剂用中性去离子水分别配成30、60、90、120μg/mL的溶液，取3mL溶液置于比色皿中，分别用671nm激光器或808nm激光器照射10min。用红外热成像仪每30s记录一次温度，在671nm激光照射下的温度变化曲线如图4所示，在808nm激光照射下的温度变化曲线如图5所示。

由图4、图5可以看出，本实施例的酞菁-荧光素有机光热剂可调控光热剂有很好的热疗效果，10分钟内在671nm和808nm激光照射下，温度都有显著的提高。

4、光热转换效率测试

将光热剂用中性去离子水配成60μg/mL的溶液，取3mL溶液置于比色皿中，用808nm激光器照射10min，自然降温15min。用红外热成像仪每30s记录一次温度，其结果如图6所示。

经过计算后，本实施例的酞菁-荧光素有机光热剂有很高的光热转换效率，在808nm激光照射下，光热转换效率高达32％。

实施例2酞菁-荧光素有机光热剂(n＝2)的制备

如实施例1所述，不同之处在于：酞菁II中，n＝2。

本实施例所得产物酞菁-荧光素有机光热剂在去离子水中的荧光性能较好，且具有良好的光热转换响应与较高的光热转换效率(图7所示)。

实施例3酞菁-荧光素有机光热剂(n＝3)的制备

如实施例1所述，不同之处在于：酞菁II中，n＝3。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的可调控光热剂及制备方法进行荧光硅酞菁中长链的替换、合成条件及过程等各种改动和变形而不脱离本发明的本质和范围。这样，都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种酞菁-荧光素有机光热剂，其特征在于，其结构通式如式I所示：

式I中，n＝1～5。

2.根据权利要求1所述酞菁-荧光素有机光热剂，其特征在于，式I中，n＝1～3。

3.权利要求1或2所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，包括步骤如下：

酞菁II结构式中n与式I中相同。

4.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述酞菁II与异硫氰酸荧光素III的摩尔比为1:2～20。

5.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述酞菁II与异硫氰酸荧光素III的摩尔比为1:4～10。

6.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述碱为K₂CO₃，Na₂CO₃或吡啶；所述碱与酞菁II的摩尔比为2～100:1。

7.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述碱与酞菁II的摩尔比为12～20:1。

8.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、甲醇或乙醇；所述有机溶剂的体积与酞菁II的摩尔数之比为120～500L:1mol。

9.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为12-72h。

10.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为24-36h。

11.根据权利要求3所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，反应完成后还包括反应产物的分离提纯步骤，具体如下：将所得反应混合液过滤，将所得滤液进行透析、经冷冻干燥、重结晶得到酞菁-荧光素有机光热剂。

12.根据权利要求11所述酞菁-荧光素有机光热剂的制备方法，其特征在于，所述透析步骤为：将所得滤液在N,N-二甲基甲酰胺中透析1～7天，之后在去离子水中透析1～7天；透析所用透析袋的截留分子量为3000Da；

所述冷冻干燥的温度为-60～-50℃，冷冻干燥的时间为1～7天；

所述重结晶为使用乙醇/正己烷重结晶，乙醇与正己烷的体积比为0.1～0.2:1。