CN116041306A - 一种化合物及其在脾脏成像方面的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化合物及其在脾脏成像方面的应用，其具有式I所示的结构：
式I。本发明的化合物具有超长的化学稳定性和光稳定性，可用于长时间生物体内成像，并且发射波长达到近红外二区，能特异性地靶向小鼠等生命体内的脾脏，用于脾脏损伤观测及辅助脾脏内注射成像。
Description
技术领域
本申请涉及生化分析领域，具体涉及一种化合物及其在脾脏成像方面的应用。
背景技术
脾脏是腹部的主要器官之一，主要作为血液储存和过滤器。它会去除受损的红细胞，并在被感染时分配免疫细胞。对于脾脏疾病如脾肿大、脾囊肿、脾损伤等，脾脏的形态学观察是必要的。在临床上，计算机断层扫描(CT)已被广泛应用于脾脏的观察。然而，特别是在生物医学研究中，仍需要创新的低成本、实用的脾脏成像技术。例如，脾切除术是所有脾损伤的标准治疗方法。但脾切除术后造成严重感染促使了脾脏挽救策略如部分脾切除术和自体移植的发展。在体内监测脾脏的形态可以为评估损伤和手术结果提供最重要的指征。另一方面，脾内注射常用于构建小鼠肿瘤。最近一项关于生物工程脾脏的研究甚至将脾脏从腹腔转移到皮下以促进重复的脾内注射。这些手术通常需要先进行剖腹手术。然而，在成像引导下经皮脾注射将大大简化手术。
在第二近红外窗口(NIR-II，1000-1700nm)中进行的荧光成像是一种新兴的动物体内成像技术。它提供了提高到几厘米的改进成像深度和较高的成像帧率，这在成像引导下的手术中显示出了巨大的潜力。到目前为止，已报道有各种荧光团用于在体内观察腹部器官。然而，由于大多数荧光团有强烈的肝脏积累倾向，用于脾脏成像的荧光团尚未见报道。因此，发展一种脾脏积累倾向的近红外第二窗口发射的小分子荧光团具有重要意义。
为此，提出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种化合物及其在脾脏成像方面的应用，该化合物具有超长的化学稳定性和光稳定性，可用于长时间生物体内成像，并且发射波长达到近红外二区，能特异性地靶向小鼠等生命体内的脾脏，用于脾脏损伤观测及辅助脾脏内注射成像。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。
本发明的第一方面提供了一种化合物，其具有式I所示的结构：
本发明的第二方面提供了上文所述的化合物的制备方法，合成路线为：
具体包括如下步骤：
步骤A：使化合物1与化合物2在碱、催化剂和有机溶剂存在下反应，得到化合物3；
步骤B：化合物3在酸和有机溶剂里进行开环反应，再与碱和有机溶剂得到所示化合物式I；
其中，化合物1中的X选自卤素，例如F、Cl、Br、I等，优选为I。
进一步地，步骤A和步骤B的碱各自独立的选自为三乙醇胺和三乙胺中的至少一种；优选地，步骤A以三乙醇胺为碱，步骤B以三乙胺为碱。
优选地，所述催化剂为醋酸钯。
优选地，所述酸为三氯氧磷。
进一步地，化合物1与化合物2的摩尔比为1:1.5～2.5，例如1:1.5，1:1.6，1:1.7，1:1.8，1:1.9，1:2.0，1:2.1，1:2.2，1:2.3，1:2.4，1:2.5等，其中优选1:2。
步骤A中化合物1与催化剂的摩尔比优选为100～120:1，例如100:1，105:1，110:1，115:1，120:1等；
步骤A中化合物1与碱的摩尔体积比优选为1mmol:5～6mL，例如1mmol:5mL，1mmol:5.1mL，1mmol:5.2mL，1mmol:5.3mL，1mmol:5.4mL，1mmol:5.5mL，1mmol:5.6mL，1mmol:5.7mL，1mmol:5.8mL，1mmol:5.9mL，1mmol:6mL，更优选1mmol:4mL；
步骤B中化合物3与酸的摩尔体积比优选为1mmol:0.5～2mL，例如1mmol:0.5mL，1mmol:0.8mL，1mmol:1.0mL，1mmol:1.2mL，1mmol:1.5mL，1mmol:2mL，更优选1mmol:1mL；
步骤B中化合物3与碱的摩尔体积比优选为10mmol:0.5～2mL，例如10mmol:0.5mL，10mmol:0.8mL，10mmol:1.0mL，10mmol:1.2mL，10mmol:1.5mL，10mmol:2mL，更优选10mmol:1mL。
进一步地，步骤A的反应温度为20～140℃，优选为130℃，反应时间优选为2h～12h，更优选为12h。
进一步地，步骤A和步骤B中的各个反应所用的有机溶剂独立地选自N,N-二甲基甲酰胺，1，2-二氯乙烷和正丁醇中的至少一种。
优选地，步骤A所用的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；步骤B中开环反应所用的有机溶剂为1，2-二氯乙烷，与碱反应所用的有机溶剂为正丁醇。
进一步地，步骤A和步骤B的反应都在惰性气氛中进行。
优选地，在步骤B之后还包括：用硅胶柱提纯，流动相为体积比8～10:1的二氯甲烷/甲醇混合液。
本发明的第三方面提供了上文所述的化合物作为探针，在脾脏成像方面的应用，可用于小鼠等生命体，可通过静脉注射等途径输入。
在上述应用中，式I所示化合物用于特异性地靶向脾脏，实现脾脏损伤观测及辅助脾脏内注射成像。
总之，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
1)本发明的化合物具有的疏水基团可避免水的猝灭作用，使其本身可在水中呈现荧光；
2)本发明的化合物作为荧光探针，具有超长的化学稳定性和光稳定性，可用于长时间生物体内成像；
3)荧光探针的发射波长达到近红外二区，可以有效降低生物体内自荧光背景信号的影响；
4)荧光探针作为纳米聚集体在血液循环的过程中被过滤在脾脏上，可特异性地靶向小鼠脾脏，用于脾脏损伤观测及辅助脾脏内注射成像。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明制备的荧光探针VIX-S在氯仿(A和B)和非离子两性缓冲液(HEPES)(C和D)中的吸收和发射光谱，横坐标为波长，纵坐标为吸收或荧光强度，荧光染料的浓度为10μM；其中左侧为吸收光谱，右侧为发射光谱；
图2为本发明制备的荧光探针VIX-S在小鼠的脾脏荧光成像图；
图3为本发明制备的荧光探针VIX-S对小鼠脾脏损伤观测荧光成像图；
图4为本发明制备的荧光探针VIX-S用于辅助小鼠脾脏注射荧光成像图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例1、VIX-S的制备方法
其合成路线如下：
在N2保护下，将化合物1(2mmol)、化合物2(5mmol)、三乙醇胺(4mL)和Pd(OAc)2(0.018mmol)的混合物放在无水DMF(20mL)中，在130℃下加热回流过夜。反应结束后，用二氯甲烷(100mL)和盐水(100mL×3)萃取。然后，在真空中浓缩有机层，用硅胶(二氯甲烷为洗脱液)柱层析纯化。可得到黄色固体(产率62％)为化合物3。在N2保护下，将化合物3(0.4mmol)与三氯氧磷(1mL)在1,2-二氯乙烷(10mL)中回流4h。将混合物在真空中浓缩，形成深绿色的固体。然后，将残渣溶解在无水乙腈(15mL)中，加入正丁醇(2mL)和三乙胺(0.04mmol)的混合物中。在室温下反应12h。反应混合物真空浓缩，用硅胶(二氯甲烷：甲醇＝10：1)柱层析纯化，得到荧光染料VIX-S(与正丁醇、三乙胺反应的产产率36％)，将制备得到的荧光探针VIX-S用于实施例3、4、5中。
荧光染料VIX-S的结构确证如下：
1H NMR(700MHz,298K,chloroform-d)δ8.38(d,J＝6.7Hz,1H),7.99-7.95(m,1H),7.93-7.89(m,3H),7.85(s,3H),7.60-7.56(m,7H),7.45-7.42(m,5H),7.41-7.37(m,2H),7.32(t,J＝7.8Hz,7H),7.16(s,5H),7.15-7.08(m,6H),7.05(d,J＝8.1Hz,2H),7.02(d,J＝6.0Hz,4H),1.43(d,J＝5.4Hz,1H),0.82(t,J＝7.1Hz,3H).
13C NMR(176MHz,Chloroform-d)δ＝165.01,157.38,152.92,150.59,147.43,146.47,130.25,129.61,129.33,128.54,127.64,127.33,125.82,124.69,123.72,123.25,122.78,121.19,65.92,30.36,13.64.
高分辨质谱：C64H51N2O3 +，[M]+，计算值为895.3900；实测值为895.3903.
实施例2、VIX-S在氯仿和非离子两性缓冲液(HEPES)中的吸收和发射光谱测试
将荧光探针VIX-S加入测试管中，再加入适量体积的氯仿溶液或20mM HEPES缓冲液，使最终荧光团浓度为10μM。在紫外分光光度计上测量溶液的吸收光谱，荧光分光光度计上测量其荧光光谱，选用808nm激光为激发波长，分别得到紫外吸收和荧光发射谱(参见图1)。由图1可知荧光探针VIX-S能在有机环境和水环境中都可发射较强的荧光，其最大发射波长分别为1064nm，1057nm。
实施例3、荧光探针VIX-S在小鼠的脾脏荧光成像图。
将200μL荧光探针VIX-S脂质体尾静脉注射到小鼠体内，注射浓度为20mg/mL，用808nm的激光器照射小鼠全身，采用1000nm长通的滤光片，可观察到清晰且分辨率较高的脾脏成像图(参见图2)，因此荧光探针VIX-S能够较好地应用于脾脏成像中。
实施例4、VIX-S对小鼠脾脏损伤观测荧光成像图
1)步骤与实施例3的步骤相同。
2)步骤1)中成像完毕后，通过将一根弯曲的注射器针头(29G)插入脾脏并旋转两次来建造小鼠脾损伤模型，之后再放到成像仪下观测
成像结果由图3所示，左为正常脾脏小鼠成像图，右为脾损伤小鼠成像图。从图中可以清晰地看到脾损伤后荧光明显缩小，形成一个圆形斑点，表明通过旋转损伤了脾脏的血管和韧带，实验完成后将动物进行安乐死。本发明的荧光探针VIX-S有效降低生物体内自荧光背景信号的影响，可用于脾损伤观测荧光成像应用。
实施例5、VIX-S用于辅助小鼠脾脏注射荧光成像图
1)步骤与实施例3的步骤相同。
2)步骤1)中成像完毕后，在荧光图像的指导下进行了无剖腹手术的脾内注射。将注射器从下经皮刺入脾脏。然后，缓慢注射20μL含亚甲基蓝为指标的生理盐水。注射后，切除脾脏，如图4，左图为在NIR-II荧光图像的指导下，脾内注射的操作姿势图，右图为脾注射后将小鼠脾脏切除的荧光图像和小鼠脾脏的明场图像，用蓝色染色证实注射成功。表明探针能够实现活体无剖腹的脾内注射，证实了本发明制备的荧光探针具有优异的选择性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种化合物，其具有式I所示的结构：
2.权利要求1所述的化合物的制备方法，其特征在于，合成路线为：
包括如下步骤：
步骤A：使化合物1与化合物2在碱、催化剂和有机溶剂存在下反应，得到化合物3；
步骤B：化合物3在酸和有机溶剂里进行开环反应，再与碱和有机溶剂得到所示化合物式I；
其中，化合物1中的X1和X2分别独立地选自卤素，优选二者相同，优选为I。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤A和步骤B的碱各自独立的选自为三乙醇胺和三乙胺中的至少一种；
优选地，所述催化剂为醋酸钯；
优选地，所述酸为三氯氧磷。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，化合物1与化合物2的摩尔比为1:1.5～2.5，优选1:2；
步骤A中化合物1与催化剂的摩尔比优选为100～120:1；
步骤A中化合物1与碱的摩尔体积比优选为1mmol:5～6mL，更优选1mmol:4mL；
步骤B中化合物3与酸的摩尔体积比优选为1mmol:0.5～2mL，更优选1mmol:1mL；
步骤B中化合物3与碱的摩尔体积比优选为10mmol:0.5～2mL，更优选10mmol:1mL。
5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤A的反应温度为20～140℃，优选为130℃，反应时间优选为2h～12h，更优选为12h。
6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤A和步骤B中的各个反应所用的有机溶剂独立地选自N,N-二甲基甲酰胺，1，2-二氯乙烷和正丁醇中的至少一种；
优选地，步骤A所用的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；步骤B中开环反应所用的有机溶剂为1，2-二氯乙烷，与碱反应所用的有机溶剂为正丁醇。
7.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，步骤A和步骤B的反应都在惰性气氛中进行；
优选地，在步骤B之后还包括：用硅胶柱提纯，流动相为体积比8～10:1的二氯甲烷/甲醇混合液。
8.权利要求1中所述的化合物在脾脏成像方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，式I所示化合物用于特异性地靶向脾脏，实现脾脏损伤观测及辅助脾脏内注射成像。
Priority Applications (1)
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| CN202211675634.8A CN116041306B (zh) | 2022-12-26 | 一种化合物及其在脾脏成像方面的应用 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113072574A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-06 | 浙江省人民医院 | 一种氟硼甲瓉类近红外二区荧光染料、制备方法及应用 |
| CN114805397A (zh) * | 2021-01-28 | 2022-07-29 | 武汉大学 | 可在体内长时间循环的有机荧光小分子化合物及其制备方法和应用 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 万琼琼等: "硝基还原酶荧光探针的研究进展", 分析科学学报, vol. 30, no. 5, 31 October 2014 (2014-10-31), pages 755 - 759 * |
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