CN116003776A - 一种aie-spect双模态显像剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种AIE‑SPECT双模态显像剂及其制备方法和应用，它是在聚合物修饰的有机小分子结构的基础上，加入具有SPECT成像效果的放射性核素，通过自组装形成纳米粒子，并螯合放射性核素离子，合成兼具SPECT和荧光双模态成像特性的AIE纳米材料。所述纳米材料在特定波长范围的光照射下可产生近红外二区荧光，并且能够产生光热效应，因此该纳米材料可用于肿瘤荧光成像和光热治疗；同时，由于放射性核素可释放β射线，该纳米材料可用于肿瘤放射治疗。所述纳米材料在水溶液中均匀分散，平均粒径为9.5nm，可通过增强透过与滞留(EPR)效应被动靶向肿瘤，因此可作为肿瘤成像试剂和治疗药物。

Description

一种AIE-SPECT双模态显像剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于肿瘤成像和抗肿瘤治疗领域，具体涉及一种AIE(聚集诱导发光)-SPECT(单光子发射计算机断层扫描)双模态显像剂及其制备方法和应用，该显像剂能够用于肿瘤显像和光热治疗及放射治疗。

背景技术

癌症已成为世界范围内最大的健康风险之一，尽管已有多种技术和方法被用于临床肿瘤诊断和治疗，肿瘤的异质性和广泛个体差异性导致这些方法难以发挥足够作用，也无法惠及大多数肿瘤患者，而且诊断和治疗往往需要使用不同的药物，加重患者负担。因此，开发高效的肿瘤诊疗一体化药物对于肿瘤精准诊疗和个性化治疗具有重要意义。

聚集诱导发光(AIE)分子是近年来兴起的一类新型荧光材料，其在聚集条件下荧光增强的特性，表现出独特的应用优势。这类材料具有更强的抗光漂白特点，相比于传统荧光材料表现出更高的稳定性，可以稳定和长时间地追踪疾病进展。荧光波长的增加可以增强荧光的组织穿透性，并且提高成像的空间分辨率，AIE分子的发射波长已经从可见光(400-700nm)逐渐延伸至近红外二区(1000-1700nm)，因此近红外二区AIE分子具有更加重要的生物应用潜力。此外，通过结构优化设计，还可以开发具有治疗特性的AIE材料，同时用于肿瘤荧光成像和治疗研究。其中，可以利用AIE分子的光热效应使肿瘤组织局部温度升高，从而杀死肿瘤细胞，实现肿瘤定点清除，并且减轻如化疗药物对人体的副作用。

分子影像技术的发展为肿瘤的在体可视化分析提供了重要的工具，这对于肿瘤的早期诊断具有重要意义。荧光成像虽具有较高的空间分辨率，但对人体组织的穿透力有限，难以用于全身肿瘤筛查。单光子发射计算机断层扫描(SPECT)是一种依靠放射性核素衰变产生的γ信号来检测病灶的技术，其对于人体组织具有无限的穿透力，从而可用于全身显像分析；此外一些放射性核素本身能够发射能量较高的β射线，可用于肿瘤放射治疗。不足之处在于其空间分辨率有限，难以对局部病灶进行精准定位，也无法用于术中成像分析。因此，将荧光成像与SPECT成像结合，可以发挥优势互补作用，利用SPECT成像对病灶进行初步的筛查，再利用荧光成像进行局部显像定位，清晰地勾勒肿瘤边界。将具有光热效应的AIE分子与SPECT核素结合，开发肿瘤荧光-SPECT双模态成像与治疗试剂，对肿瘤诊疗一体化技术的发展和转化应用具有重要意义。

目前，还没有兼具荧光-SPECT双模态成像与光热-放射治疗特性的AIE-SPECT显像剂的报道，由此本发明提供一种能够用于肿瘤显像和光热-放射治疗的AIE-SPECT双模态显像剂及其制备方法和应用，其在肿瘤诊疗一体化研究领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够用于肿瘤显像和光热-放射治疗的AIE-SPECT双模态显像剂及其制备方法和应用，本发明是以AIE分子为核心，以水溶性聚合物为连接分子和螯合剂，通过螯合的方式实现放射性核素标记，从而制备具有荧光和SPECT双重显像和光热-放射治疗特性的显像剂。

本发明所述的显像剂分子记为¹⁷⁷Lu-2TT-oC6B，具有如下所示结构：

其中，R为

其制备方法为：

(1)AIE分子的合成：室温下，将化合物2TT-oC6B-N₃与DBCO-PEG2K-DOTA加入无水四氢呋喃中，反应获得化合物2TT-oC6B-DOTA；

(2)放射性核素标记：将化合物2TT-oC6B-DOTA溶于PBS(pH＝7.2-7.4)中，与¹⁷⁷LuCl₃溶液混合反应获得双模态显像剂分子¹⁷⁷Lu-2TT-oC6B；

其中，所述的核素为¹⁷⁷Lu，核素离子通过与AIE分子中的DOTA基团进行螯合，实现核素标记。

所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤荧光和SPECT显像试剂中的应用。

所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤光热治疗试剂中的应用。

所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤放射治疗试剂中的应用。

所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤诊疗一体化试剂中的应用。

本发明的有益效果是：

本发明采用共价连接的方式最终实现AIE组分连接并标记核素，相对于常规包覆的方式而言，该方法能够使核素与AIE分子连接更稳定，所得到的聚合物修饰AIE分子也具有更小的尺寸(在本发明中平均粒径基本在10nm以下)和更强的体内稳定性，更有利于后续的相关应用；并且本发明所得到的AIE分子与2TT-oC6B相比，不仅具有AIE效应，还具有很强的光热性能，由此本发明首次提供了一个可同时用于肿瘤近红外二区荧光成像和SPECT成像及光热-放射治疗的多功能显像剂。此显像剂在特定波长光激发下可产生近红外二区荧光，从而可以实现活体荧光成像。所标记的放射性核素可用于SPECT显像，实现无创肿瘤诊断。此外，此显像剂不仅具有光热效应，还能够发射β射线，可以用于肿瘤局部组织的光热治疗和放射治疗。因此，所开发的AIE-SPECT双模态显像剂可以同时作为成像试剂和肿瘤治疗药物用于肿瘤双模态成像与光热-放射治疗。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细地说明。

图1为本发明所述AIE分子的合成路线图；

图2为本发明所述AIE分子前体2TT-oC6B-N₃的合成路线图；

图3为化合物2TT-oC6B-DOTA与DBCO-PEG2K-DOTA的红外光谱对比图；

图4为本发明实施例1中AIE分子的吸收和发射光谱图；

图5为本发明实施例1中AIE分子的粒径测试图；

图6为本发明实施例1中不同浓度AIE分子溶液在1W/cm²激光光照下温度随时间的变化图；

图7为本发明实施例1中60μg/mL浓度的AIE分子溶液在1W/cm²激光光照下加热-冷却循环曲线图；

图8为本发明实施例2中的显像剂通过静脉注射进入肿瘤小鼠后的活体荧光成像图。

具体实施方式

试剂与材料

四氢呋喃购于安耐吉试剂公司，PBS购于白鲨生物试剂公司。

实施例1

本发明所述的AIE分子2TT-oC6B-DOTA合成路线如图1所示，以下结合一个具体实例，对本发明做进一步说明：

化合物2TT-oC6B-DOTA

室温下，6.0mg(29.1mmol)化合物2TT-oC6B-N₃和41.4mg DBCO-PEG2K-DOTA加入5mL无水四氢呋喃中，室温搅拌24h，真空除去溶剂，得到黑色固体产物即2TT-oC6B-DOTA36.5mg(产率：77.0％)。

其中化合物2TT-oC6B-N₃的合成过程如图2所示，下面简述制备过程。

化合物2

在氮气氛围下将化合物1(1.92g,5mmol)溶解于10mL无水二氯甲烷中。在0℃将三溴化硼(15mL,30mmol,2.0M in DCM)缓慢滴加至溶液中。室温搅拌2小时后，降至0℃加水淬灭反应。使用二氯甲烷、盐水萃取得到有机相后通过无水硫酸钠干燥，旋转蒸发去除溶剂并通过真空烘箱干燥后得到化合物2。

化合物4

在氮气氛围下将化合物2(1.43g,4mmol)和无水碳酸钾(3.32g,24mmol)溶解于30mL丙酮中，将化合物3(3.71mL,24mmol)滴入反应溶液，在80℃下搅拌反应12小时。冷却至室温后，过滤并用丙酮洗涤，通过旋转蒸发去除滤液得到粗产物，进一步通过硅胶柱层析分离纯化得到化合物4。

化合物6

在氮气氛围下，将化合物4(1.36g,2mmol)，化合物5(1.37g,3mmol)，四(三苯基膦)钯(Pd(PPh₃)₄(115.56mg,0.1mmol)溶解于30mL无水甲苯中，混合物回流反应24h。冷却至室温后，通过旋转蒸发去除溶剂，粗产物经硅胶柱层析分离纯化得到化合物6。

化合物7

在-78℃和氮气氛围下，将正丁基锂(n-BuLi 0.46mL,1.1mmol,2.4M in hexane)滴入20mL化合物6(769.72mg,1mmol)的THF溶液中，并在-78℃下搅拌反应1h。然后将三丁基氯化锡(1.1mL,1.1mmol,1.0M in THF)加入溶液中，在室温下搅拌12小时后，加入KF溶液以淬灭反应。用正己烷萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥。去除溶剂后，得到化合物7，无需进一步纯化。

化合物9

在氮气氛围下，将化合物7(847.02mg,0.8mmol)，化合物8(70.40mg,0.2mmol)，三二亚苄基丙酮二钯(Pd₂(dba)₃ 18.31mg,0.02mmol)，三(邻甲基苯基)磷(P(o-tol)₃48.70mg,0.16mmol)溶解于20mL无水甲苯中。将混合物回流24h。冷却至室温后，通过旋转蒸发去除溶剂。粗产物经硅胶柱层析分离纯化得到化合物9。

化合物2TT-oC6B-N₃

在氮气氛围下，将化合物9(173.0mg,0.1mmol)和叠氮化钠(NaN₃ 65.01mg,1mmol)溶解于20mL乙腈中回流反应24h。冷却至室温后，使用乙酸乙酯和盐水进行萃取得到有机相，经无水硫酸钠干燥后通过旋转蒸发得到粗产物，进一步经中性氧化铝柱层析分离纯化得到化合物2TT-oC6B-N₃。

实施例2

放射性核素标记

向0.5mL AIE分子2TT-oC6B-DOTA的PBS缓冲液(pH＝7.2-7.4)中加入10μL含有放射性核素¹⁷⁷Lu的溶液，37℃反应1h，即完成核素标记，得到AIE-SPECT双模态显像剂。

实施例3

AIE分子的体外光热性能检测

将实施例1制备的AIE分子按比例稀释至不同浓度的溶液，分别置于不同的离心管中，用750nm激光照射溶液，同时用热成像仪实时监测溶液温度变化，每30s记录一次。

AIE分子的光热效应检测结果见图6。随着照射时间增加，溶液温度逐渐上升并趋于平稳，提高显像剂浓度，可使溶液的温差不断增加，在180μg/mL的浓度下，能够达到40℃以上的温度差，体现出较强的光热性能，在肿瘤光热治疗中具有潜在的应用价值。

实施例4

AIE分子的体外光热稳定性测试

将实施例1制备的AIE分子稀释至60μg/mL，置于离心管中，用750nm激光照射溶液，同时用热成像仪实时监测溶液温度变化，每30s记录一次。

AIE分子的光热稳定性检测结果见图7。随着照射时间增加，溶液温度逐渐上升，停止照射后，溶液温度快速下降，循环往复5次，可以看到，溶液温度在开启加热和中止加热的时刻没有显著变化，体现出显像剂较强的光热稳定性，可以在维持光热性能的同时承受较长时间的光照。

实施例5

肿瘤小鼠的荧光成像

将实施例2制备的显像通过静脉注入肿瘤小鼠中，通过活体荧光成像仪拍摄不同时间的小鼠荧光图像。

肿瘤的荧光成像检测结果见图8。随着时间延长，肿瘤部位的荧光信号逐渐增强，这说明了显像剂经过血液循环不断地蓄积于肿瘤组织，对比度逐渐增强，体现出显像剂对肿瘤的高效靶向聚集特性和优异的荧光成像效果。

本发明得到的显像剂在水溶液中可均匀分散，平均粒径为9.5nm，且可以看出，所得产物可以在近红外光激发下可产生近红外二区荧光，从而可以实现活体荧光成像。而所标记的放射性核素可用于SPECT显像，可实现无创肿瘤诊断。由此，本发明得到一种AIE-SPECT双模态显像剂；

此外，此显像剂具有优异、稳定的光热效应，可以用于肿瘤局部组织的光热治疗；同时，放射性核素可产生β射线，用于肿瘤放射治疗。因此，本发明所制备得到的AIE-SPECT双模态显像剂可以同时作为成像试剂和肿瘤治疗药物用于肿瘤双模态成像与光热-放射治疗。而且，显像剂可通过增强透过与滞留(EPR)效应被动靶向肿瘤，可作为肿瘤成像试剂和治疗药物。

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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种AIE-SPECT双模态显像剂，其特征在于，所述的显像剂分子记为¹⁷⁷Lu-2TT-oC6B，结构式如下：

其中，R为

2.如权利要求1所述的AIE-SPECT双模态显像剂的制备方法，其特征在于，所述显像剂分子的制备方法包括：

(1)AIE分子的合成：室温下，将化合物2TT-oC6B-N₃与DBCO-PEG2K-DOTA加入无水四氢呋喃中，反应获得化合物2TT-oC6B-DOTA；

其中，R为

(2)放射性核素标记：将化合物2TT-oC6B-DOTA溶于PBS中，与¹⁷⁷LuCl₃溶液混合反应获得双模态显像剂分子¹⁷⁷Lu-2TT-oC6B。

3.如权利要求1所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤荧光和SPECT显像试剂中的应用。

4.如权利要求1所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤光热治疗试剂中的应用。

5.如权利要求1所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤放射治疗试剂中的应用。

6.如权利要求1所述的AIE-SPECT双模态显像剂在制备肿瘤诊疗一体化试剂中的应用。

7.一种具有光热作用的AIE分子，其特征在于，所述AIE分子为2TT-oC6B-DOTA，其结构式为

其中，R为

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