KR101164556B1 - 2-Photon Fluorescent Probe for Thiols in Live Cells and Tissues - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이광자 형광 프로브는 리포터(reporter)로 2-메틸아미노-6-아세틸나프탈렌을 포함하고, 티올 반응 사이트로 이황화그룹을 포함하며, 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.
화학식 1

Figure 112010003634214-pat00013

(화학식에서 X = S(황))
본 발명에 따른 티올 감지용 이광자 프로브는 생체 세포 및 생체 조직 내 90 내지 180㎛ 깊이에 존재하는 티올을 높은 선택성으로 감지할 수 있다. 또한, 종래의 프로브들에 비하여 형광 강도가 약 10배 증가되고, pH에 대한 의존성이 낮으므로 티올 감지를 위한 프로브로서 적용 범위가 매우 넓다.The two-photon fluorescent probe of the present invention includes 2-methylamino-6-acetylnaphthalene as a reporter, a disulfide group as a thiol reaction site, and may be represented by the following Chemical Formula 1.
Formula 1
Figure 112010003634214-pat00013

Where X = S (sulfur)
The thiol-sensing two-photon probe according to the present invention can detect a thiol present at a depth of 90 to 180 μm in living cells and tissues with high selectivity. In addition, since the fluorescence intensity is increased by about 10 times compared to the conventional probes, and the dependency on pH is low, the application range is very wide as a probe for thiol detection.

Description

생체 세포 및 조직에서 티올을 검출하기 위한 이광자 형광 프로브{2-Photon Fluorescent Probe for Thiols in Live Cells and Tissues}2-Photon Fluorescent Probe for Thiols in Live Cells and Tissues}

본 발명은 생체 세포 및 조직에서 티올을 검출하기 위한 이광자 형광 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to two-photon fluorescent probes for detecting thiols in living cells and tissues.

티올(thiols)은 시스테인(Cysteine: Cys)과 글루타티온(glutathione:GSH)과 같은 많은 아미노 산과 펩티드의 성분이다. 글루타티온은 농도가 1 내지 15 mM이 되는 가장 풍부한 세포성 티올이다(참조문헌 1). 글루타티온은 GSSG로 산화되는 과정에서 시토플라즘 단백질(cytoplasmic proteins) 내의 이황화결합을 티올로 환원시키고, 효소 글루타티온 환원제(enzyme glutathione reductase)에 의하여 GSSG로부터 재생산될 수 있다. 건강한 세포 및 조직에서, 전체 글루타티온의 90% 이상이 환원된 형태(GSH)로 존재하고 증가된 GSSG 대 GSH의 비율은 산화적 스트레스에 대한 지시로 간주된다(참조문헌 2). 생체 시스템에서 티올을 검출하기 위한 다양한 형광 프로브들이 개발되어 왔다(참조문헌 3). 이들의 대부분은 티올과 반응하여 강한 발광 생성물을 만드는 형광물질(fluorophore) 및 기능기로 형광염색(fluoroscein), 로다민(rhodamine) 또는 녹색 형광 단백질(Green fluorescent protein)을 이용한다. 그러나 단일-광자 현미경(one-photon microscopy: OPM)을 가진 이와 같은 탐침의 사용은 얇은 투과 깊이(<80㎛)로 인하여 조직 영상화에서 이들의 사용을 제한하는 비교적 짧은 여기 파장(<525㎚)을 요구한다. Thiols are components of many amino acids and peptides, such as Cysteine (Cys) and glutathione (GSH). Glutathione is the most abundant cellular thiol with a concentration of 1 to 15 mM (Ref. 1). Glutathione reduces the disulfide bonds in cytoplasmic proteins to thiols in the course of oxidation to GSSG, and can be reproduced from GSSG by the enzyme glutathione reductase. In healthy cells and tissues, at least 90% of total glutathione is present in reduced form (GSH) and the increased ratio of GSSG to GSH is considered an indication for oxidative stress (Ref. 2). Various fluorescent probes have been developed for detecting thiols in biological systems (Ref. 3). Most of them use fluorophores, rhodamines or green fluorescent proteins as fluorophores and functional groups that react with thiols to produce strong luminescent products. However, the use of such probes with one-photon microscopy (OPM) results in relatively short excitation wavelengths (<525 nm) that limit their use in tissue imaging due to their thin transmission depth (<80 μm). Require.

생체 조직 내부에 깊이 위치하는 티올을 검출하기 위하여, 이광자 현미경(two-photon microscopy: TPM)을 사용하는 것이 필수적이다. 여기 원(excitation source)으로 2개의 근적외선 광자를 사용하는 이광자 현미경은 증가된 투과 깊이(약 500㎛), 국소 여기 및 연장 관찰이 가능하고 이로 인하여 조직 영상화가 허용된다는 이점을 가진다(참조문헌 4). 최근 8-옥소-아세나프토 피롤(8-oxo-acenaphthopyrrole) 유도체로 표지된 세포의 이광자 현미경 이미지가 보고되었다. 이러한 탐침은 시스테인이 첨가될 때 430㎚에서 580㎚로 λmax가 변화되고, 호모시스테인(40 당량)이 추가로 첨가될 때 형과의 세기가 75배로 증가되므로, 시각적 변화레 의하여 티올을 감지할 수 있게 한다. 그러나 이광자 단면적이 매우 작아서(약 10GM) 형광원을 여기를 시키기 위하여 높이 레이저 파워(50mV)가 요구된다. 더욱이, 온전한 조직 내부에 깊이 위치하는 티올을 검출할 수 있는 이광자 탐침과 관련된 보고는 존재하지 않는다. 그러므로 본 발명은 리포터(reporter)로 2-메틸아미노-6-아세틸나프탈렌(2-methylamino-6-acetylnaphthalene)을 포함하고, 티올 반응 사이트로 이황화 그룹(disulfide group)을 포함하는 이광자 프로브에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 이광자 프로브는 90 내지 180 ㎛ 깊이에서 생체 세포 및 생체 조직에 있는 티올을 감지할 수 있어 합성과 생물학적 이미지 응용에 적용될 수 있다. In order to detect thiols deeply located inside biological tissues, it is essential to use two-photon microscopy (TPM). Two-photon microscopy using two near-infrared photons as excitation sources has the advantage that increased transmission depth (approximately 500 μm), local excitation and extension observations are allowed, thereby allowing tissue imaging (Ref. 4). . Recently, two-photon microscopic images of cells labeled with 8-oxo-acenaphthopyrrole derivatives have been reported. These probes change the λ max from 430 nm to 580 nm when cysteine is added, and the strength with the mold increases by 75 times when an additional homocysteine (40 equivalents) is added, so that thiol can be detected by visual change. To be. However, the two-photon cross section is so small (about 10 GM) that a high laser power (50 mV) is required to excite the fluorescence source. Moreover, there are no reports related to two-photon probes that can detect thiols located deep within intact tissue. Therefore, the present invention discloses a two-photon probe comprising 2-methylamino-6-acetylnaphthalene as a reporter and a disulfide group as a thiol reaction site. . The two-photon probe according to the present invention can detect thiols in living cells and tissues at a depth of 90 to 180 μm, and thus can be applied to synthesis and biological imaging applications.

본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 생체 세포 및 생체 조직에 있는 티올을 효과적으로 감지할 수 있는 이광자 프로브를 제공하는 것이다. The first problem to be solved by the present invention is to provide a two-photon probe that can effectively detect the thiol in living cells and tissues.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 이광자 프로브의 제조방법을 제공하는 것이다. The second problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing the two-photon probe.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 이광자 프로브를 이용하여 티올을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.The third object of the present invention is to provide a method for detecting thiols using the two-photon probe.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 하기의 화학식 1로 표시되는 티올의 검출를 위한 이광자 프로브를 제공한다.The present invention provides a two-photon probe for the detection of the thiol represented by the formula (1) to solve the first problem.

화학식 1Formula 1

Figure 112010003634214-pat00001
Figure 112010003634214-pat00001

(화학식에서 X = S(황)) Where X = S (sulfur)

본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 하기의 반응식 1에 의하여 제조되는 제1항의 이광자 프로브의 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing a two-photon probe of claim 1 prepared by the following scheme 1 to solve the second problem.

반응식 1Scheme 1

Figure 112010003634214-pat00002
Figure 112010003634214-pat00002

(1:

Figure 112010003634214-pat00003
, a: 피리딘, 디메틸포름아미드, 4-디메틸아민피리딘, b: 트리플루오로아세틱 에시드, 디클로로메탄)(One:
Figure 112010003634214-pat00003
, a: pyridine, dimethylformamide, 4-dimethylaminepyridine, b: trifluoroacetic acid, dichloromethane)

본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기 이광자 프로브를 이용하여 생체 세포 또는 생체 조직에서 티올을 감지하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for detecting thiol in living cells or tissue using the two-photon probe to solve the third problem.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 티올이 감지되는 생체 세포 또는 생체 조직의 깊이는 90 내지 180㎛인 것이 바람직하다.According to one embodiment of the invention, the depth of the living cells or tissue tissue is detected thiol is preferably from 90 to 180㎛.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 생체 세포는 헬마 세포 또는 쥐 해마 세포일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the living cell may be a hema cell or a rat hippocampal cell.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 생체 조직은 미토콘드리아 또는 핵일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the biological tissue may be mitochondria or nucleus.

본 발명에 따른 티올 감지용 이광자 프로브는 생체 세포 및 생체 조직 내 90 내지 180㎛ 깊이에 존재하는 티올을 높은 선택성으로 감지할 수 있다. 또한, 종래의 프로브들에 비하여 형광 강도가 약 10배 증가되고, pH에 대한 의존성이 낮으므로 티올 감지를 위한 프로브로서 적용 범위가 매우 넓다.The thiol-sensing two-photon probe according to the present invention can detect a thiol present at a depth of 90 to 180 μm in living cells and tissues with high selectivity. In addition, since the fluorescence intensity is increased by about 10 times compared to the conventional probes, and the dependency on pH is low, the application range is very wide as a probe for thiol detection.

도 1의 (a), (b), (c) 및 (d)는 1,4-디옥산, DMF, EtOH 및 H2O의 ASS(a, c)와 화합물1(b, d)의 정규 흡수(Normalized absorbption) 및 방출 스펙트럼(emission)을 각각 도시한 것이다.
도 2는 다양한 용액(Solvent)에서 ASS와 화합물1의 광물리적 성질을 요약한 것이다.
도 3의 (a), (b) 및 (c)는 MOPS 버퍼에서 ASS(5 uM)와 2-아미노에탄티올(10 mM)의 반응에 대한 시간의 경과에 따른 이광자 형광 강도(two-photon fluorescence intensity)의 변화를, 단일- 및 이광자 과정에 대한 MOPS 버퍼에서 ASS(5 uM)와 2-아미노에탄티올(10 mM)의 반응에 대한 ln(F-F) 대 시간에 대한 도표를 그리고 MOPS 버퍼에서 ASS(uM)과 다양한 2-아미노에탄티올 농도(10-100 mM)의 반응에 대한 ln(F-F) 대 시간에 대한 도표를 각각 도시한 것이다.
도 4의 (a), (b) 및 (c)는 ASS, 화합물 1 및 ASS와 2-아미노에탄티올 사이이 반응생성물에 대한 HPLC 궤적(traces)을 도시한 것이다.
도 5의 (a),(b), (c) 및 (d)는 MOPS 버퍼에서 ASS(5 uM)와 2-AET(10 mM)의 반응에 대한 시간의 경과에 따른 단일-광자 형광 강도의 변화를, kobs 대 (2-AET) 농도에 대한 도표를, GSH, Cys, DTT, 2-ME 및 2-AET를 향항 ASS의 형광 반응을 그리고 MOPS 버퍼에서 ASS, ASS+2-AET 및 화합물1의 2-광자 여기 스펙트럼을 각각 도시한 것이다.
도 6은 GSH 및 다른 분석물(analytes)에 대한 ASS의 형광 반응을 나타낸 것이다.
도 7은 ASS(검은색 사각형)와 MOPS 버퍼에서 ASS와 2아미노에탄티올 사이의 반응생성물(흰색 원)의 단일-광자 형광 강도에 대한 pH의 효과를 도시한 것이다.
도 8a은 ASS(3 uM)로 배양된 HeLa 세포의 TPM(a 내지 c) 및 밝은 영역(d)를 각각 도시한 것이다.
도 8b는 3 uM ASS로 표시된 HeLa 세포의 밝은 영역 및 TMP 이미지를 각각 도시한 것이다.
도 9는 ASS(3 uM), 미토트랙커(1 uM) 및 Hoechst(1 uM)으로 함께 표지된 HeLa 세포의 TPM 및 OPM 이미지를 각각 도시한 것이다.
도 10은 약 120 um의 깊이에서 20 uM ASS로 염색된 신선한 쥐 해마 조각의 밝은 영역 및 TPM 이미지를 도시한 것이다.
도 11은 20 uM ASS로 염색된 신선한 쥐 해마 조각의 TMP 이미지를 나타낸 것이다.
(A), (b), (c) and (d) of FIG. 1 show the normalization of ASS (a, c) and compound 1 (b, d) of 1,4-dioxane, DMF, EtOH and H 2 O. Normalized absorbption and emission spectra are shown, respectively.
Figure 2 summarizes the photophysical properties of ASS and Compound 1 in various solutions (Solvent).
3 (a), (b) and (c) show two-photon fluorescence over time for the reaction of ASS (5 uM) and 2-aminoethanethiol (10 mM) in a MOPS buffer. Change in intensity is plotted against ln (F -F) vs. time for the reaction of ASS (5 uM) and 2-aminoethanethiol (10 mM) in MOPS buffer for single- and two-photon processes. Plots of ln (F -F) versus time for the reaction of ASS (uM) and various 2-aminoethanethiol concentrations (10-100 mM) in buffer, respectively.
4 (a), (b) and (c) show HPLC traces for the reaction product between ASS, Compound 1 and ASS and 2-aminoethanethiol.
5 (a), (b), (c) and (d) show the single-photon fluorescence intensity over time for the reaction of ASS (5 uM) and 2-AET (10 mM) in MOPS buffer. Changes, plots for k obs versus (2-AET) concentrations, fluorescence reaction of ASS against GSH, Cys, DTT, 2-ME and 2-AET and ASS, ASS + 2-AET and compounds in MOPS buffer The two-photon excitation spectrum of 1 is shown respectively.
FIG. 6 shows the fluorescence response of ASS to GSH and other analytes.
FIG. 7 shows the effect of pH on the single-photon fluorescence intensity of the reaction product (white circle) between ASS and 2aminoethanethiol in ASS (black square) and MOPS buffer.
8A shows TPMs (a to c) and bright regions (d) of HeLa cells incubated with ASS (3 uM), respectively.
8B shows bright regions and TMP images of HeLa cells labeled 3 uM ASS, respectively.
9 shows TPM and OPM images of HeLa cells labeled together with ASS (3 uM), mitotracker (1 uM) and Hoechst (1 uM), respectively.
FIG. 10 shows light regions and TPM images of fresh rat hippocampal slices stained with 20 uM ASS at a depth of about 120 um.
FIG. 11 shows TMP images of fresh rat hippocampal slices stained with 20 uM ASS.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.

본 발명의 이광자 형광 프로브는 리포터(reporter)로 2-메틸아미노-6-아세틸나프탈렌을 포함하고, 티올 반응 사이트로 이황화그룹을 포함하며, 하기의 화학식 1로 표시될 수 있다.
The two-photon fluorescent probe of the present invention includes 2-methylamino-6-acetylnaphthalene as a reporter, a disulfide group as a thiol reaction site, and may be represented by the following Chemical Formula 1.

화학식 1Formula 1

Figure 112010003634214-pat00004
Figure 112010003634214-pat00004

(화학식에서 X = S(황))
Where X = S (sulfur)

본 발명에 따른 이광자 프로브(ASS)는 아래와 같은 반응식 1로부터 합성될 수 있고 대비되는 프로브(ACC)는 반응식 2에 제시된 과정을 통하여 합성될 수 있다.
The two-photon probe (ASS) according to the present invention can be synthesized from Scheme 1 below, and the contrasting probe (ACC) can be synthesized through the process shown in Scheme 2.

반응식 1Scheme 1

Figure 112010003634214-pat00005
Figure 112010003634214-pat00005

반응식 2Scheme 2

Figure 112010003634214-pat00006

Figure 112010003634214-pat00006

반응식 1 및 반응식 2에서 1 내지 6으로 표시된 것은 화합물 1 내지 화합물 6을 나타낸다. 화합물 1은 2-메틸아미노-6-아세틸나프탈렌을 나타내고 ASS 또는 ACC는 이광자 프로브를 의미한다. 또한 a는 피리딘(pyridine), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF) 및 4-디메틸아민피리딘(4-dimethylaminepyridine, DMAP)이고, b는 트리플루오로아세틱 에시드(trifluoroacetic acid, TFA) 및 디클로로메탄(dichloromethane, CH2Cl2)이다.What is indicated by 1 to 6 in Scheme 1 and Scheme 2 represents compound 1 to compound 6. Compound 1 represents 2-methylamino-6-acetylnaphthalene and ASS or ACC means two-photon probe. A is pyridine, dimethylformamide (DMF) and 4-dimethylaminepyridine (DMAP), and b is trifluoroacetic acid (TFA) and dichloromethane. , CH 2 Cl 2) .

화합물 1은 아래와 같은 화학식 2로 표시된다.
Compound 1 is represented by the following formula (2).

화학식 2Formula 2

Figure 112010003634214-pat00007

Figure 112010003634214-pat00007

반응식 1 및 반응식 2의 생성물은 아래와 같은 화학식 2로 표시된다.
The products of Scheme 1 and Scheme 2 are represented by the following formula (2).

화학식 2Formula 2

Figure 112010003634214-pat00008
Figure 112010003634214-pat00008

화학식 2에서 X = S(황)가 되면 본 발명에 따른 이광자 프로브(ASS)가 되고 그리고 X=C(탄소)가 되면 본 발명과 대조 이광자 프로브(ACC)가 된다. 본 발명에 따른 이광자 프로브는 X=S가 되는 이황화 그룹(disulfide group)을 가지는 것을 특징으로 한다. In Formula 2, when X = S (sulfur), it becomes a two-photon probe (ASS) according to the present invention, and when X = C (carbon), it becomes a two-photon probe and the control two-photon probe (ACC). The two-photon probe according to the present invention is characterized by having a disulfide group in which X = S.

이광자 프로브(ASS, ACC)의 적용 과정에 대하여 설명한다. The application process of the two-photon probes ASS and ACC will be described.

아래에서 제시된 메커니즘은 ASS, ACC, 화합물 1 및 화합물 2의 구조와 ASS의 티올-유도 산화의 매커니즘을 나타낸 것이다.
The mechanisms presented below show the structure of ASS, ACC, Compound 1 and Compound 2 and the mechanism of thiol-induced oxidation of ASS.

메커니즘mechanism

Figure 112010003634214-pat00009
Figure 112010003634214-pat00009

아래에서 제시된 메커니즘에 대하여 구체적으로 설명한다.The mechanism presented below is described in detail.

도 1의 (a), (b), (c) 및 (d)는 1,4-디옥산(1,4-dioxane), 디메틸포름아미드(DMF), 에탄올 및 물에서 ASS(a, c)와 화합물 1(b, d)의 정규 흡수도(Normalized absorbption) 및 방출 스펙트럼(emission)을 각각 도시한 것이다. 도 2는 다양한 용매(solvent)에서 ASS와 화합물 1의 광물리적 성질을 요약한 것이다. 방출 스펙트럼은 정규 형광 강도(Normalized fluorescence intensity)로 표시된다. 흡수 스펙트럼은 Hewlett-Packard 8453 diode array spectrophotometer에 기록되고, 형광 스펙트럼은 1-cm 표준 수정(quartz) 셀을 이용하여 Amico-Bowman series 2 luminescence spectrometer으로 얻어졌다. 형광 광자 효율(fluorescence quantum yield)은 Demas, J. N.; Crosby, G. A. J. Phys . Chem . 1971, 75, 991에 개시된 방법에 따라 쿠머린 307(coumarin 307) 및 로다민 B(rhodamine B)를 사용하여 결정된다. 도 2에서 [a]에서 괄호 안의 숫자는 Reichardt, C. Chem. Rev. 1994, 94, 2319-2358에 개시된 것처럼 용액 극성의 정규 실험 매개 변수를 나타내고, [b]의 단일-광자 흡수 및 방출 스펙트럼은 nm 단위로 나타낸 것이고, [c]는 형광 광자 생성물을 나타낸 것이다. 오차 범위는 15%가 된다. 1 (a), (b), (c) and (d) show ASS (a, c) in 1,4-dioxane (1,4-dioxane), dimethylformamide (DMF), ethanol and water And Normalized absorbption and emission spectra of Compound 1 (b, d), respectively. FIG. 2 summarizes the photophysical properties of ASS and Compound 1 in various solvents. The emission spectrum is expressed in normalized fluorescence intensity. Absorption spectra were recorded on a Hewlett-Packard 8453 diode array spectrophotometer, and fluorescence spectra were obtained with an Amico-Bowman series 2 luminescence spectrometer using a 1-cm standard quartz cell. Fluorescence quantum yield was determined by Demas, JN; Crosby, GA J. Phys . Chem . Determined using coumarin 307 and rhodamine B according to the methods disclosed in 1971, 75 , 991. In Figure 2 [a] the numbers in parentheses are Reichardt, C. Chem. Rev. Normal experimental parameters of solution polarity are shown as disclosed in 1994, 94, 2319-2358, the single-photon absorption and emission spectra of [b] are in nm, and [c] is the fluorescent photon product. The margin of error is 15%.

형광 방법에 의하여 결정된 ASS의 물에 대한 용해도는 4.0 내지 8.0 μM이 되고 바람직하게 5.0 내지 7.0 uM 그리고 가장 바람직하게 6.0 uM가 되고 이는 셀을 염색하기에 충분하다. ASS의 흡수 및 발광 스펙트럼은 용액 극성에 감지되지 않은 반면 화합물 1에 대한 흡수 및 발광 스펙트럼들은 1,4-디옥산<에탄올<물의 순서대로 큰 적색 천이를 나타냈다(도 1의 b와 c 그리고 도 2 참조). 효과는 흡수 스펙트럼(12㎚)에 비하여 발광 스펙트럼(76㎚)이 더 크게 나타나고, 이로 인하여 극성 검출로 화합물 1의 유용성이 나타났다. The solubility of water in the ASS determined by the fluorescence method is from 4.0 to 8.0 μM, preferably from 5.0 to 7.0 uM and most preferably from 6.0 uM, which is sufficient to stain the cells. Absorption and emission spectra of ASS were not detected in solution polarity whereas absorption and emission spectra for Compound 1 showed large red transitions in order of 1,4-dioxane <ethanol <water (Figs. 1 b and c and Fig. 2). Reference). The effect was that the emission spectrum (76 nm) was larger than the absorption spectrum (12 nm), which showed the utility of compound 1 by polarity detection.

도 3의 (a), (b) 및 (c)는 MOPS 버퍼에서 ASS(5uM)와 2-아미노에탄티올(2-aminoethanethiol, 10mM)의 반응에 대한 시간의 경과에 따른 이광자 형광 강도(two-photon fluorescence intensity)의 변화를, 단일 및 이광자 과정에 대한 MOPS 버퍼에서 ASS(5uM)와 2-아미노에탄티올(10mM)의 반응에 대한 ln(F-F) 대 시간에 대한 도표를 그리고 MOPS 버퍼에서 ASS(uM)과 다양한 2-아미노에탄티올 농도(10-100 mM)의 반응에 대한 ln(F-F) 대 시간에 대한 도표를 각각 도시한 것이다. (A), (b) and (c) of FIG. 3 show two-photon fluorescence intensities over time for the reaction of ASS (5 uM) and 2-aminoethanethiol (10 mM) in MOPS buffer. Change in photon fluorescence intensity is plotted against ln (F -F) vs. time for the reaction of ASS (5 uM) and 2-aminoethanethiol (10 mM) in MOPS buffer for single and two-photon processes and MOPS buffer Plots for ln (F -F) vs. time for the reaction of ASS (uM) with various 2-aminoethanethiol concentrations (10-100 mM).

도 4의 (a), (b) 및 (c)는 ASS, 화합물 1 및 ASS와 2-아미노에탄티올 사이이 반응생성물에 대한 HPLC 궤적(traces)을 도시한 것이다. HPLC 조건은 1.0 mL/min 유동 속도, 20분에 걸쳐 5%A 내지 90%A 및 307nm에서 검출가 된다. 용액 A는 0.1% TFA를 포함하는 아세토니트릴(acetonitrile) 그리고 용액 B는 0.1% TFA를 포함하는 물이 된다. 4 (a), (b) and (c) show HPLC traces for the reaction product between ASS, Compound 1 and ASS and 2-aminoethanethiol. HPLC conditions are detected at 1.0 mL / min flow rate at 5% A to 90% A and 307 nm over 20 minutes. Solution A is acetonitrile containing 0.1% TFA and solution B is water containing 0.1% TFA.

도 5의 (a), (b), (c) 및 (d)는 MOPS 버퍼에서 ASS(5uM)와 2-AET(10mM)의 반응에 대한 시간의 경과에 따른 단일-광자 형광 강도의 변화를, kobs 대 (2-AET) 농도에 대한 도표를, GSH, Cys, DTT, 2-ME 및 2-AET에 대한 ASS의 형광 반응을 그리고 MOPS 버퍼에서 ASS, ASS+2-AET 및 화합물 1의 이광자 여기 스펙트럼을 각각 도시한 것이다. (c)에서 흰색 및 검은 색 막대는 각각 티올의 첨가 전 및 티올을 첨가 후 1시간이 되는 시점에서 ASS의 형광 강도를 나타낸다. 5 (a), (b), (c) and (d) show the change in single-photon fluorescence intensity over time for the reaction of ASS (5 uM) and 2-AET (10 mM) in a MOPS buffer. , plot the concentrations of k obs vs. (2-AET), fluorescence response of ASS for GSH, Cys, DTT, 2-ME and 2-AET and ASS, ASS + 2-AET and Compound 1 in MOPS buffer. Each of the two-photon excitation spectra is shown. In (c), the white and black bars represent the fluorescence intensity of ASS before the addition of thiol and at 1 hour after the addition of thiol, respectively.

도 6은 MOPS 버퍼에서 GSH 및 다른 분석물(analytes)에 대한 ASS의 형광 반응을 나타낸 것이다. 다른 분석물은 30당량, 1, Ca2+ 2, K+ 3, Na+ 4, Fe3+ 5, Zn2+ 6, Mg2+ 7, Glu 8, Ser 9, Val 10, Met 11, Ala 12, Ile 13, H2O2 14, GSH이 되고 흰색 및 검은 색 막대는 GSH의 첨가 전 및 첨가 후 3시간이 경과한 때에 다양한 분석물에 존재에서 ASS(5uM)의 형광 강도를 나타낸 것이다. 6 shows fluorescence response of ASS to GSH and other analytes in MOPS buffer. Other analytes were 30 equivalents, 1, Ca 2+ 2, K + 3, Na + 4, Fe 3+ 5, Zn 2+ 6, Mg 2+ 7, Glu 8, Ser 9, Val 10, Met 11, Ala 12, Ile 13, H 2 O 2 14, GSH and white and black bars show the fluorescence intensity of ASS (5 uM) in the presence of various analytes before and 3 hours after addition of GSH.

도 7은 ASS(검은색 사각형)와 MOPS 버퍼에서 ASS와 2-아미노에탄티올 사이의 반응생성물(흰색 원)의 단일-광자 형광 강도에 대한 pH의 효과를 도시한 것이다. ASS(5 uM)와 2-아미노에탄올티올(10 mM)의 반응은 상온에서 버퍼 용액(2 mL)에서 2시간 동안 진행되고 여기 파장은 365nm이다. FIG. 7 shows the effect of pH on the single-photon fluorescence intensity of the reaction product (white circle) between ASS and 2-aminoethanethiol in ASS (black square) and MOPS buffer. The reaction of ASS (5 uM) and 2-aminoethanol thiol (10 mM) proceeds for 2 hours in a buffer solution (2 mL) at room temperature and the excitation wavelength is 365 nm.

2-아미노에탄티올(2-AET, 10mM)이 3-(N-모르폴리노)프로판 설포닉 산(MOPS) 버퍼 용액(30mM, 100mM KCl, 10mM EGTA, pH 7.2)의 버퍼 용액에 첨가되는 경우, 단일 및 2-광자 형광 강도가 시간의 경과와 함께 점차적으로 증가되었다(도 5의 (a) 및 도 3의 (a) 참조). 반응은 HPLC 분석에 의하여 밝혀진 것처럼 유일한 생성물로 화합물1을 만들었다(도 4참조). 더욱이 시간 대 ln(F-F)의 도표는 직선이 되었고, 상기에서 F및 F는 각각 무한대(>10 반감기) 및 주어진 시간에서 측정된 형광 강도를 나타낸다(도 5의 (b), 도 3의 (b)와 (c) 참조). 도표의 기울기는 관측된 유사-1차-속도 상수(pseudo-first-order rate constant: kobs)가 된다. kobs 대 (2-AET) 농도에 대한 도표는 원점을 통과하는 직선이 된다. 이와 같은 결과는 반응은 ASS에 대한 2차(second order), 1차(first order) 그리고 2-AET에 대한 1차가 되고 k2=2.2ㅧ10-5M-1s-1이 된다는 것을 나타낸다(도 5의 (b) 참조). 그러므로 관측된 결과는 반응구조에서 개략적으로 제시된 것처럼 화합물 1을 제공하기 위한 C-N의 절단에 의하여 후속되는 이황화결합에서 티올의 속도 제한적 개입(rate-limiting attack)에 기인한 것으로 가장 합리적으로 판단될 수 있다. 2-aminoethanethiol (2-AET, 10 mM) is added to a buffer solution of 3- (N-morpholino) propane sulfonic acid (MOPS) buffer solution (30 mM, 100 mM KCl, 10 mM EGTA, pH 7.2) , The single and two-photon fluorescence intensities gradually increased over time (see FIG. 5 (a) and FIG. 3 (a)). The reaction made compound 1 as the only product as revealed by HPLC analysis (see FIG. 4). Moreover, the plot of time versus ln (F -F) is a straight line, where F and F represent infinity (> 10 half-life) and fluorescence intensity measured at a given time, respectively (FIG. 5 (b), FIG. See (b) and (c) of 3). The slope of the plot is the observed pseudo-first-order rate constant (k obs ). The plot for k obs versus (2-AET) concentration is a straight line through the origin. These results indicate that the response is second order, first order for ASS, and first order for 2-AET, with k 2 = 2.2 ㅧ 10 -5 M -1 s -1 ( (B) of FIG. 5). The observed results can therefore be most reasonably attributed to the rate-limiting attack of thiols in disulfide bonds followed by cleavage of CN to give compound 1 as outlined in the reaction scheme. .

ASS는 GSH, Cys, 디티올테레이톨(dithiothreitol: DTT), 2-메르캅토에탄올(2-mercaptoethanol, 2-ME) 및 2-AET에 강한 반응을 보이고 티올 기(glu, ser, val, met, ala, ile), 금속 이온(Ca2+, K+, Na+, Fe3+, Zn2+, Mg2+) 및 H2O2에 대하여 무시할 수 있는 반응을 보이고(도 5의 (c) 및 도 6참조) 그리고 생물학적 관련 pH에 영향을 받지 않는 pH가 되었다(도 7참조). 그러므로 이러한 탐침은 다른 생물학적 관련 분석물(analytes) 및 pH로부터 간섭이 없이 세포 내 티올을 검출할 수 있다. ASS exhibits strong response to GSH, Cys, dithiothreitol (DTT), 2-mercaptoethanol (2-ME) and 2-AET, and to thiol groups (glu, ser, val, met, ala, ile), metal ions (Ca 2+ , K + , Na + , Fe 3+ , Zn 2+ , Mg 2+ ) and H 2 O 2 showed a negligible reaction (Fig. 5 (c) And pH 6) and pH independent of biologically relevant pH (see FIG. 7). Thus, such probes can detect intracellular thiols without interference from other biologically relevant analytes and pH.

ASS의 TP 작동 스펙트럼 및 MOPS 버퍼 용액 내에서 ASS와 2-AET 사이의 반응 생성물은 780㎚에서 11 및 113 GM의 이광자 작동 단면(Φ δ) 값을 나타내었다. 이는 ASS가 화합물 1로 환원되는 경우 이광자 여기 형광(TPEF) 강도에서 10배 증가를 나타낸다. 예상된 것처럼, 반응 생성물의 2-광자 작동 스펙트럼은 화합물 1의 이광자 작동 스펙트럼과 거의 동일하다. 추가로 화합물 1의 이광자 작동 단면 값은 화합물2의 이광자 작동 단면 값보다 더 큰 11배가 되고, ASS-표지 셀을 위한 TPM은 화합물 2로 염색된 TPM 이미지보다 상당히 밝아야 한다고 예측된다.The TP operating spectrum of the ASS and the reaction product between ASS and 2-AET in the MOPS buffer solution exhibited two-photon working cross section (Φ δ) values of 11 and 113 GM at 780 nm. This represents a 10-fold increase in two-photon excitation fluorescence (TPEF) intensity when ASS is reduced to compound 1. As expected, the two-photon operating spectrum of the reaction product is almost the same as the two-photon operating spectrum of compound 1. In addition, the two-photon working cross-sectional value of Compound 1 is 11 times larger than the two-photon working cross-sectional value of Compound 2, and it is expected that the TPM for ASS-labeled cells should be significantly brighter than the TPM image stained with Compound 2.

아래에서 생체 세포에서 티올을 검출하는 ASS의 능력에 대하여 설명된다. The ability of ASS to detect thiols in living cells is described below.

도 8a는 ASS(3 uM)로 배양된 HeLa 세포의 TPM(a 내지 c) 및 밝은 영역(d)을 각각 도시한 것이다. 도 8a에서 (a)는 30분 동안의 이미지를 도시한 것이고, (b)와 (c)는 ASS로 표지되기 전에 1일 동안 리포 산(lipoic acid)(500 uM)으로 그리고 30분 동안 NEM(100 uM)으로 선처리(pretreated)된 것을 도시한 것이다. 이광자 여기는 femto second 펄스를 이용하여 780 nm에서 제공되고 스케일 바(scale bars)는 복제 실험(n=5)으로부터 대표적인 이미지를 나타낸다. 8A shows TPMs (a to c) and bright regions (d) of HeLa cells cultured with ASS (3 uM), respectively. In FIG. 8A, (a) shows an image for 30 minutes, (b) and (c) with lipoic acid (500 uM) for 1 day and NEM (30 minutes) before being labeled with ASS. Pretreated with 100 uM). Two-photon excitation is provided at 780 nm using femto second pulses and scale bars represent representative images from replication experiments (n = 5).

도 8b는 3uM ASS로 표시된 헬라(HeLa) 세포의 밝은 영역 및 TMP 이미지를 각각 도시한 것이다. FIG. 8B shows bright regions and TMP images of HeLa cells labeled 3uM ASS, respectively.

도 8b에서 (a)는 밝은 영역을 도시한 것이고 그리고 (b) 및 (c)는 TPEP는 360~460nm 및 500~620nm에서 수집된 것을 각각 도시한 것이다. 그리고 도 9의 (d)는 3uM ACC로 표지된 헬라 세포의 TPM 이미지를 도시한 것이다. 이광자 여기는 femto-second 펄스를 이용하여 780nm에서 제공되고 도시된 세포는 복세 실험(n=5)로부터 얻어진 대표적인 이미지를 나타내고 스케일 바는 30um가 된다. In FIG. 8B, (a) shows bright regions and (b) and (c) show that TPEP was collected at 360-460 nm and 500-620 nm, respectively. And (d) of Figure 9 shows the TPM image of HeLa cells labeled with 3uM ACC. Two-photon excitation is provided at 780 nm using femto-second pulses and the cells shown represent a representative image obtained from a copy experiment (n = 5) and the scale bar is 30 um.

도 9는 ASS(3uM), 미토트랙커(1uM) 및 Hoechst(1uM)으로 함께 표지된 헬라 세포의 TPM 및 OPM 이미지를 각각 도시한 것이다. 단일 및 이광자 여기를 위한 파장은 514 및 780nm가 되고 스케일 바는 30um가 되고 그리고 도시된 세포는 복제 실험(n=5)으로부터 대표적인 이미지를 나타낸다. 9 shows TPM and OPM images of HeLa cells labeled together with ASS (3 uM), mitotracker (1 uM) and Hoechst (1 uM), respectively. The wavelengths for single and two photon excitation are 514 and 780 nm and the scale bar is 30 um and the cells shown represent representative images from replication experiments (n = 5).

도 9에서 (a), (b) 및 (c)는 TPEF가 500~620nm(ASS)에서 수집된 것, 단일광자 형광이 600~660nm(미토트랙커)에서 수집된 것 그리고 450~550nm(Hoechst)에서 수집된 것을 각각 나타내고 (d) 및 (e)는 공영역된 이미지(colocalized images)를 나타낸다. In Figure 9 (a), (b) and (c) is a TPEF collected at 500 ~ 620nm (ASS), single photon fluorescence collected at 600 ~ 660nm (mitotracker) and 450 ~ 550nm (Hoechst) Represented are collected at and (d) and (e) represent colocalized images, respectively.

생체 세포에서 티올을 검출하기 위하여 ASS의 능력을 시험되었다. ASS-표지 헬라 세포들의 TPM 이미지는 가정적으로 티올 유도된 산화의 쉬운 로딩(loading) 및 편리한 비율 및 반응 생성물의 현저한 이광자 작동 단면 값으로 인하여 밝았다(도 8a의 (a) 참조). 세포가 α-리포 산으로 1일 동안 미리 배양되어 GSH 생성을 증가시키는 경우(도 8a의 (b) 참조) TPEF 강도는 현저하게 증가하였고 그리고 잘 알려진 티올-차단제인 N-에틸말레이미드(NEM)로 처리되면 급격하게 감소되었다(도 8a의 (c) 참조). 대조적으로, ACC로 표지된 세포로부터 TPEF는 거의 검출되지 않았다(도 8b 참조). 더욱이 밝은 영역 이미지는 세포가 이미지 연구를 통하여 계속 독자적으로 생존하고 있는 것으로 확인된다(도 8a의 (d)참조). 그러므로 ASS는 명확히 생체 세포에서 티올을 검출할 수 있다. 추가로 ASS, 미토트랙커(Mito Tracker) 및 널리 알려진 미토콘드리아와 핵을 위한 광자 형광 검출인 Hoechst 33342(참조문헌9)로 함께 염색된 헬라 세포의 TPM 이미지는 미토콘드리아의 OPM 이미지와 잘 병합이 되었다(도 9의 (e)참조). 이러한 결과는 티올이 미토콘드리아에서 우월적으로 존재한다는 것을 나타낸다. The ability of ASS to detect thiols in living cells was tested. TPM images of ASS-labeled HeLa cells were assumed to be bright due to the easy loading and convenient ratio of thiol induced oxidation and the prominent two-photon working cross-sectional values of the reaction product (see FIG. 8A (a)). When cells were pre-cultured with α-lipoic acid for 1 day to increase GSH production (see Figure 8a, (b)), TPEF strength increased significantly and the well-known thiol-blocking agent N-ethylmaleimide (NEM) The treatment decreased sharply (see FIG. 8A (c)). In contrast, little TPEF was detected from cells labeled with ACC (see FIG. 8B). Furthermore, bright area images confirm that cells continue to survive independently through image studies (see (d) of FIG. 8A). Thus, ASS can clearly detect thiols in living cells. In addition, TPM images of HeLa cells stained with ASS, Mito Tracker and well-known mitochondria and Hoechst 33342 (photo9), photon fluorescence detection for the nucleus, merged well with OPM images of mitochondria (Fig. (E) of 9). These results indicate that thiols are superior in mitochondria.

본 발명에 따른 이광자 프로브는 조직 이미징에 적용될 수 있다. The two-photon probe according to the invention can be applied for tissue imaging.

도 10은 약 120 um의 깊이에서 20 uM ASS로 염색된 신선한 쥐 해마 조각의 밝은 영역 및 TPM 이미지를 도시한 것이다. FIG. 10 shows light regions and TPM images of fresh rat hippocampal slices stained with 20 uM ASS at a depth of about 120 um.

도 10에서 (a)는 밝은 영역 그리고 (b)는 TPM 이미지 10ㅧ배율, 스케일 바 300 um로 적용되었고, (c)는 100ㅧ배율, 스케일 바 30um로 약 100 um의 깊이에서 CA1 영역의 TPM 이미지를, (d)는 20uM ASS로 표지되기 전 NEM(200uM)로 선처리가 된 (b)의 TPM 이미지를 각각 나타낸 것이다. TPEF는 femto second 펄스를 이용하여 780nm에서 여기가 되어 500~620 nm에서 수집되었다.In FIG. 10, (a) is a bright region and (b) is a TPM image 10 Hz magnification with a scale bar of 300 um, and (c) 100 Hz magnification with a scale bar of 30 um. (D) shows the TPM images of (b) pretreated with NEM (200 uM) before being labeled with 20 uM ASS. TPEF was excited at 780 nm using femto second pulses and collected at 500-620 nm.

도 11은 20uM ASS로 염색된 신선한 쥐 해마 조각의 TMP 이미지를 나타낸 것이다. Figure 11 shows a TMP image of fresh rat hippocampal fragments stained with 20 uM ASS.

이미지는 10ㅧ배율로 90 내지 180um의 깊이에서 얻어졌다. TPEF는 femto second 펄스를 이용하여 780nm에서 여기가 되고 500~620nm에서 수집되었고 스케일 바는 300 um가 된다. Images were obtained at depths of 90-180 um at 10 Hz magnification. TPEF was excited at 780 nm using a femto second pulse, collected at 500-620 nm, and the scale bar was 300 um.

조직 이미징에서 이러한 탐침의 유용성이 추가로 조사되었다. 밝은 영역 이미지는 치아이랑(dentate gyrus: DG) 뿐만 아니라 CA1 및 CA3을 보여준다(도 10의 (a) 참조). 1 μM의 ASS로 배양된 신선한 쥐 해마(hippocampal) 조각의 일부에 대한 TPM 이미지는 120㎛ 깊이에서 CA1 및 DG 영역이 풍부하다는 것을 보여준다(도 10의 (d)참조). 더 큰 배율에서 이미지는 100 ㎛ 깊이에 있는 CA1 영역에서 티올 분포를 보여준다(도 10의 (c)참조). 더욱이 90, 120, 150, 및 180 ㎛에서 TPM 이미지는 각각의 xy 평면 내 및 z 방향을 따라 티올 분포를 보여준다(도 11 참조). 추가로 TPEF 강도는 조직 조각이 NEM으로 미리 처리되었을 때(도 10의 (d)참조) 급격하게 감소되었다. 이러한 사실은 ASS가 TPM을 사용할 때 생체 조직에서 90 내지 180 ㎛ 깊이에서 티올을 검출할 수 있다는 것을 보여준다. The usefulness of these probes in tissue imaging has been further investigated. The bright area image shows the dentate gyrus (DG) as well as CA1 and CA3 (see FIG. 10 (a)). TPM images of a portion of fresh rat hippocampal slices incubated with 1 μM ASS show abundance of CA1 and DG regions at 120 μm depth (see FIG. 10 (d)). At larger magnifications the image shows thiol distribution in the CA1 region at 100 μm depth (see FIG. 10 (c)). Furthermore, TPM images at 90, 120, 150, and 180 μm show thiol distributions in the xy plane and along the z direction (see FIG. 11). In addition, TPEF strength was drastically reduced when tissue pieces were pretreated with NEM (see FIG. 10 (d)). This fact shows that ASS can detect thiols at 90-180 μm deep in living tissue when using TPM.

본 발명의 실시 예에 따른 프로브는 티올에 반응하여 10배로 TPEF 향상을 보여주고, 생물학적 관련 pH에서 pH-영향을 받지 않고 그리고 공지의 프로브와 비교할 때 11배로 우월 강성 TPEF를 방출한다. 그리고 본 발명에 따른 프로브는 다른 생물학 관련 종으로부터 간섭을 받지 않고 90 내지 180 ㎛ 깊이에서 생체 세포 및 생체 조직 내 티올이 검출될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.
The probe according to an embodiment of the present invention shows a 10-fold improvement in TPEF in response to thiol, and is free of pH-effects at biologically relevant pH and releases superior stiff TPEF 11-fold compared to known probes. And the probe according to the invention has the advantage that thiols in living cells and tissues can be detected at a depth of 90 to 180 μm without interference from other biologically related species.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred examples. However, these examples are intended to illustrate the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited thereby.

화합물 1, 화합물 3 및 화합물 5의 제조 공정은 이 분야에서 공지되어 있고 예를 들어 Kim, H. M.; Jung, C.; Kim, B. R.; Jung, S. Y.; Hong J. H.; Ko, Y. G.; Lee, K. J.; Cho, B. R. Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 346 b) Pires, M. M. Chmielewski, J. Org. Lett. 2008, 10, 837과 같은 문헌에 개시되어 있다. 상기 문헌은 본 명세서에 참조로 포함된다.
Processes for the preparation of compound 1, compound 3 and compound 5 are known in the art and are described, for example, in Kim, HM; Jung, C .; Kim, BR; Jung, SY; Hong JH; Ko, YG; Lee, KJ; Cho, BR Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 346 b) Pires, MM Chmielewski, J. Org. Lett. 2008, 10, 837, and the like. This document is incorporated herein by reference.

실시예 1(화합물 4의 제조)Example 1 (Preparation of Compound 4)

화합물 4의 제조를 위하여 DMF(5mL) 내에 화합물 3(500mg, 1.6mmol), 피리딘(0.64 mL, 7.9 mmol) 및 화합물 1(630 mg, 3.2 mmol)이 혼합된 용액에 N, N-디메틸아미노피리딘(DMAP)이 촉매량(catalytic amount)으로 첨가되고 그리고 실온에서 14시간 동안 교반이 된다. 용제가 진공에서(in vacuo)에서 제거되고 결과물인 갈색 잔여물은 CH2Cl2에 용해되고 1 %의 HCl(aq)에서 두 번 세척이 된다. 불순물을 포함하는 생성물은 용리액(eluent)으로 헥산/에틸 아세테이트(4:1)을 사용하는 실리카-겔 칼럼 크로마토그래피에 의하여 정제된다. 최종 생성물은 310 mg(41%)가 된다. 제조된 화합물 4는 이광자 프로브에 해당하는 ASS 또는 ACC의 제조를 위하여 사용된다.
To prepare compound 4, N, N-dimethylaminopyridine in a solution of compound 3 (500 mg, 1.6 mmol), pyridine (0.64 mL, 7.9 mmol) and compound 1 (630 mg, 3.2 mmol) in DMF (5 mL) was prepared. (DMAP) is added in a catalytic amount and stirred for 14 hours at room temperature. The solvent is removed in vacuo and the resulting brown residue is dissolved in CH 2 Cl 2 and washed twice in 1% HCl (aq). The product containing impurities is purified by silica-gel column chromatography using hexane / ethyl acetate (4: 1) as eluent. The final product is 310 mg (41%). Prepared compound 4 is used for the preparation of ASS or ACC corresponding to two-photon probe.

실시예Example 1-2( 1-2 ( ASSASS 의 제조)Manufacture)

화합물4(300 mg, 6.8 mmol)가 암실 조건의 0 ℃에서 CF3CO2H/CH2Cl2(1/1, 10 mL)에 용해된다. 용액은 0 ℃에서 1시간 동안 교반되고, 실온으로 가열되고, 2시간 동안 교반이 되고 그리고 용매가 진공 상태(in vacuo)에서 제거된다. 잔여물은 MeOH에 용해되어 여과된다. 프리-HPLC를 사용하여, ASS는 10%의 용리액 A(0.1 % TFA를 포함하는 HPLC-등급 MeCN) 및 90 %의 용리액 B(0.1 % TFA를 포함하는 HPLC-등급 물)의 혼합액을 이용하여 정제되고 120분의 시간에 걸쳐 10 mL/min의 흐름 속도로 80 % 용리액 A와 20 %의 용리액 B에 이르는 선형 기울기(linear gradient)를 가지도록 반응 공정이 진행된다. 순수 ASS가 갈색 기름으로 수득이 된다. 최종 생성물은 140 mg(46 %)가 된다.
Compound 4 (300 mg, 6.8 mmol) is dissolved in CF 3 CO 2 H / CH 2 Cl 2 (1/1, 10 mL) at 0 ° C. under dark conditions. The solution is stirred at 0 ° C. for 1 hour, heated to room temperature, stirred for 2 hours and the solvent is removed in vacuo. The residue is dissolved in MeOH and filtered. Using pre-HPLC, ASS was purified using a mixture of 10% eluent A (HPLC-grade MeCN with 0.1% TFA) and 90% eluent B (HPLC-grade water with 0.1% TFA). The reaction process proceeds with a linear gradient of 80% eluent A and 20% eluent B at a flow rate of 10 mL / min over a period of 120 minutes. Pure ASS is obtained as brown oil. The final product is 140 mg (46%).

실시예 1-3(화합물 6의 제조)Example 1-3 (Preparation of Compound 6)

화합물 6은 화합물 3을 대신하여 화합물 5(140 mg, 0.50 mmol)가 사용되는 것을 제외하면 화합물4의 합성 공정과 동일한 공정을 통하여 제조된다. 용리액으로 헥산/에틸 아세테이트(4:1)를 사용하여 실리카-겔 칼럼 크로마토그래피에 의한 정제가 화합물5에 적용된다. 최종 수득율은 90 mg(41%)가 된다.
Compound 6 is prepared by the same process as the synthesis of Compound 4, except that Compound 5 (140 mg, 0.50 mmol) is used instead of Compound 3. Purification by silica-gel column chromatography using hexane / ethyl acetate (4: 1) as eluent is applied to compound 5. The final yield is 90 mg (41%).

비교예(ACC의 제조)Comparative Example (Manufacture of ACC)

ACC는 화합물 4를 대신하여 화합물 6(50 mg, 0.11 mmol)이 사용된다는 것을 제외하면 실시예의 합성 과정과 동일한 공정을 통하여 제조된다. ACC는 위에서 기술한 것과 동일한 과정을 사용하여 프리-HPLC에 의하여 정제된다. 최종 생산물은 32 mg(62%)가 된다.
ACC is prepared through the same process as the synthesis process of Example, except that compound 6 (50 mg, 0.11 mmol) is used instead of compound 4. ACC is purified by pre-HPLC using the same procedure as described above. The final product is 32 mg (62%).

평가예Evaluation example 1-1(화합물 4의 분석) 1-1 (Analysis of compound 4)

실시예 1-1에 따라 제조된 화합물 4에 대한 IR(KBr), 1H NMR(CDCl3, 300 MHz) 및 13C NMR(CDCl3, 100 MHz)분석을 수생하였다.IR 피크는 3361, 1714, 1681 cm-1에서 관찰되었고, 1H NMR은 δ 8.45 (d, J = 1.9 Hz, 1H) 8.06 (dd, J = 1.9, 8.8 Hz, 1H), 7.96 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.86 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.72(d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.55 (d, J = 1.9 Hz, 8.8 Hz, 1H), 4.41(t, J = 6.6 Hz, 2H), 3.44 (s, 3H), 3.41 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.92 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.75 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.73 (s, 3H), 1.43 (s, 9H)에서 피크가 관찰되었으며, 13C NMR은 δ 198.2, 155.3, 136.8, 136.0, 134.7, 130.7, 130.4, 130.0, 128.4, 125.7, 124.8, 122.9, 120.8, 63.9, 39.3, 38.8, 38.0, 37.4, 28.6, 26.9, 14.4에서 피크가 관찰되었다.
IR (KBr), 1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) and 13 C NMR (CDCl 3 , 100 MHz) analyzes for Compound 4 prepared according to Example 1-1 were aquatic. The IR peaks were 3361, 1714. , 1681 cm -1 , and 1 H NMR was δ 8.45 (d, J = 1.9 Hz, 1H) 8.06 (dd, J = 1.9, 8.8 Hz, 1H), 7.96 (d, J = 8.8 Hz, 1H) , 7.86 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.72 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.55 (d, J = 1.9 Hz, 8.8 Hz, 1H), 4.41 (t, J = 6.6 Hz, 2H ), 3.44 (s, 3H), 3.41 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.92 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.75 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 2.73 (s, 3H ), Peaks were observed at 1.43 (s, 9H), and 13 C NMR was δ 198.2, 155.3, 136.8, 136.0, 134.7, 130.7, 130.4, 130.0, 128.4, 125.7, 124.8, 122.9, 120.8, 63.9, 39.3, 38.8 Peaks were observed at 38.0, 37.4, 28.6, 26.9, and 14.4.

평가예Evaluation example 1-2( 1-2 ( ASSASS 의 분석)Analysis of

실시예 1-2에 따라 제조된 ASS에 대한 IR(KBr), 1H NMR(CD3OD, 300 MHz) 및 13C NMR(CD3OD, 100 MHz)분석을 수생하였다.IR 피크는 3442, 1712, 1680 cm-1에서 관찰되었고, 1H NMR은 δ 8.60 (d, J = 2.0 Hz, 1H), 8.06 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 8.04 (dd, J = 2.0 Hz, 8.9 Hz, 1H), 7.93 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 7.84 (d, J = 2.0 Hz, 1H), 7.60 (dd, J = 2.0 Hz, 8.9 Hz 1H), 4.42 (t, J = 6.5 Hz, 2H) 3.43 (s, 3H), 3.22 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 3.00 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 2.90 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 2.72 (s, 3H)에서 피크가 관찰되었으며, 13C NMR은 δ 199.0, 155.7, 147.8, 143.2, 136.1, 134.6, 130.9, 130.2, 130.1, 128.1, 125.6, 124.1, 123.0, 63.7, 37.8, 36.9, 36.6, 34.2, 29.9, 25.5에서 피크가 관찰되었다.
IR (KBr), 1 H NMR (CD 3 OD, 300 MHz) and 13 C NMR (CD 3 OD, 100 MHz) analyzes for ASS prepared according to Examples 1-2 were aquatic. The IR peak was 3442, Observed at 1712, 1680 cm −1 , 1 H NMR was δ 8.60 (d, J = 2.0 Hz, 1H), 8.06 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 8.04 (dd, J = 2.0 Hz, 8.9 Hz , 1H), 7.93 (d, J = 8.9 Hz, 1H), 7.84 (d, J = 2.0 Hz, 1H), 7.60 (dd, J = 2.0 Hz, 8.9 Hz 1H), 4.42 (t, J = 6.5 Hz , 2H) 3.43 (s, 3H), 3.22 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 3.00 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 2.90 (t, J = 6.5 Hz, 2H), 2.72 (s, 3H), peaks were observed, and 13 C NMR was δ 199.0, 155.7, 147.8, 143.2, 136.1, 134.6, 130.9, 130.2, 130.1, 128.1, 125.6, 124.1, 123.0, 63.7, 37.8, 36.9, 36.6, 34.2, 29.9 The peak was observed at, 25.5.

평가예Evaluation example 1-3(화합물 6의 분석) 1-3 (analysis of compound 6)

실시예 1-2에 따라 제조된 ASS에 대한 IR(KBr), 1H NMR(CDCl3, 300 MHz) 및 13C NMR(CDCl3, 100 MHz)분석을 수생하였다.IR 피크는 3365, 1710, 1680 cm-1에서 관찰되었고, 1H NMR은 δ 8.43 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 8.03 (dd, J = 1.6 Hz, 8.7 Hz 1H), 7.93 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.83 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 7.53 (dd, J = 1.6 Hz, 8.7 Hz, 1H), 4.13 (t, J = 6.6 Hz, 2H) 3.41 (s, 3H), 3.06 (t, J = 6.6 Hz 2H), 2.71 (s, 3H), 1.61 (m 4H), 1.42 (s, 9H), 1.30 (m, 4H)에서 피크가 관찰되었으며, 13C NMR은 δ 198.2, 155.8, 143.5, 136.0, 134.5, 130.5, 130.2, 130.1, 128.3, 125.8, 125.1, 124.7, 122.5, 66.2, 40.7, 37.8, 30.2, 29.0, 28.6, 28.3, 27.0, 26.6, 25.8에서 피크가 관찰되었다.
IR (KBr), 1 H NMR (CDCl 3 , 300 MHz) and 13 C NMR (CDCl 3 , 100 MHz) analyzes for ASS prepared according to Examples 1-2 were aquatic. The IR peaks were 3365, 1710, Observed at 1680 cm -1 , 1 H NMR was δ 8.43 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 8.03 (dd, J = 1.6 Hz, 8.7 Hz 1H), 7.93 (d, J = 8.7 Hz, 1H) , 7.83 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.68 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 7.53 (dd, J = 1.6 Hz, 8.7 Hz, 1H), 4.13 (t, J = 6.6 Hz, 2H ) Peaks were observed at 3.41 (s, 3H), 3.06 (t, J = 6.6 Hz 2H), 2.71 (s, 3H), 1.61 (m 4H), 1.42 (s, 9H), 1.30 (m, 4H). , 13 C NMR is δ 198.2, 155.8, 143.5, 136.0, 134.5, 130.5, 130.2, 130.1, 128.3, 125.8, 125.1, 124.7, 122.5, 66.2, 40.7, 37.8, 30.2, 29.0, 28.6, 28.3, 27.0, 26.6, A peak was observed at 25.8.

평가예Evaluation example 1-4( 1-4 ( ACCACC 의 분석)Analysis of

실시예 1-2에 따라 제조된 ASS에 대한 IR(KBr), 1H NMR(CD3OD, 300 MHz) 및 13C NMR(CD3OD, 100 MHz)분석을 수생하였다.IR 피크는 ): 3423, 1685, 1677 cm-1에서 관찰되었고, 1H NMR은 δ 8.60 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 8.06 (d, J = 8.8 Hz, 1H),, 8.05 (dd, J = 1.9 Hz, 8.8 Hz, 1H), 7.93 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.82 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.58 (dd, J = 1.9 Hz, 8.8 Hz, 1H), 4.15 (t, J = 6.9 Hz, 2H), 3.41 (s, 3H), 2.86 (t, J = 6.9 Hz, 2H), 2.72 (s, 3H) 1.63 (m, 4H), 1.37 (m, 4H)에서 피크가 관찰되었으며, 13C NMR은 δ 199.0, 156.2, 143.4, 136.2, 134,5, 130.8, 130.1, 128.8, 128.0, 127.5, 125.7, 124.8, 124.1, 65.9, 39.4, 36.8, 28.5, 27.3, 25.8, 25.5, 25.3, 25.1에서 피크가 관찰되었다.IR (KBr), 1 H NMR (CD 3 OD, 300 MHz) and 13 C NMR (CD 3 OD, 100 MHz) analyzes for ASS prepared according to Examples 1-2 were aquatic. 3423, 1685, 1677 cm −1 , 1 H NMR was measured at δ 8.60 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 8.06 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 8.05 (dd, J = 1.9 Hz , 8.8 Hz, 1H), 7.93 (d, J = 8.8 Hz, 1H), 7.82 (d, J = 1.9 Hz, 1H), 7.58 (dd, J = 1.9 Hz, 8.8 Hz, 1H), 4.15 (t, Peaks observed at J = 6.9 Hz, 2H), 3.41 (s, 3H), 2.86 (t, J = 6.9 Hz, 2H), 2.72 (s, 3H) 1.63 (m, 4H), 1.37 (m, 4H) 13 C NMR are δ 199.0, 156.2, 143.4, 136.2, 134, 5, 130.8, 130.1, 128.8, 128.0, 127.5, 125.7, 124.8, 124.1, 65.9, 39.4, 36.8, 28.5, 27.3, 25.8, 25.5, 25.3 , Peaks were observed at 25.1.

Claims (6)

하기의 화학식 1로 표시되는 티올의 검출를 위한 이광자 프로브.
화학식 1
Figure 112010003634214-pat00010

(화학식에서 X = S(황))
Two-photon probe for the detection of thiols represented by the following formula (1).
Formula 1
Figure 112010003634214-pat00010

Where X = S (sulfur)
하기의 반응식 1에 의하여 제1항의 이광자 프로브를 제조하는 방법:
반응식 1
Figure 112010003634214-pat00011

(상기 식에서, 1은
Figure 112010003634214-pat00012
, a: 피리딘, 디메틸포름아미드, 4-디메틸아민피리딘, b: 트리플루오로아세틱 에시드, 디클로로메탄)
A method for preparing the two-photon probe of claim 1 according to Scheme 1 below:
Scheme 1
Figure 112010003634214-pat00011

Where 1 is
Figure 112010003634214-pat00012
, a: pyridine, dimethylformamide, 4-dimethylaminepyridine, b: trifluoroacetic acid, dichloromethane)
제1항의 이광자 프로브를 이용하여 생체 세포 또는 생체 조직에서 티올을 검출하는 방법.A method for detecting thiol in living cells or living tissue using the two-photon probe of claim 1. 제3항에 있어서,
티올이 감지되는 생체 세포 또는 생체 조직의 깊이는 90 내지 180㎛인 것을 특징으로 하는 생체 세포 또는 생체 조직에서 티올을 검출하는 방법.
The method of claim 3,
A method for detecting thiol in a living cell or living tissue, wherein the depth of the living cell or living tissue in which the thiol is detected is 90 to 180 μm.
제3항에 있어서,
생체 세포는 헬마 세포 또는 쥐 해마 세포인 것을 특징으로 하는 생체 세포 또는 생체 조직에서 티올을 검출하는 방법.
The method of claim 3,
The living cell is a hematopoietic cell or a rat hippocampal cell, characterized in that the method for detecting thiol in a living cell or living tissue.
제3항에 있어서,
생체 조직은 미토콘드리아 또는 핵인 것을 특징으로 하는 생체 세포 또는 생체 조직에서 티올을 검출하는 방법.
The method of claim 3,
A method for detecting thiol in a living cell or living tissue, wherein the living tissue is mitochondria or nucleus.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101639027B1 (en) * 2015-02-27 2016-07-12 아주대학교산학협력단 Cysteamine-selective two-photon fluorescent probes for ratiometric bioimaging

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