新型二氢卟吩类光敏剂的设计、合成和PDT抗癌活性研究

摘要

肿瘤一直都是严重危害人类身体健康的重大疾病，手术、化疗和放疗三大传统肿瘤治疗方法在一定程度上都存在难以接受的患者或者具有严重的副作用，致使患者很难具有一个良好的预后恢复和日常生活质量。光动力疗法(photodynamic therapy，PDT)是在上世纪八十年代逐渐发展起来的肿瘤靶向治疗新技术，它对于人体正常组织和器官是一种非侵害性的治疗方法。光照、组织中的氧和光敏剂是PDT的三大要素，其中，光敏剂是核心因素。国内外对于PDT研究主要是针对光敏剂的结构改造。光敏剂的研发历经以卟吩姆钠为代表的第一代卟啉类光敏剂到以维替泊芬、他拉泊芬和替莫泊芬为代表的第二代二氢卟吩类光敏剂，目前研究热点聚焦于希望设计合成获得红光区治疗波长红移、光敏活性更强、暗毒性更小和体内药代动力学性质更佳的新一代二氢卟吩类光敏剂以及利用其具有的独特荧光特性拓展其作为肿瘤早期诊治多功能影像分子探针研究。
　　据此，在国家自然科学基金(81172950)、上海市科委基金(14430723201、12DZ1940606、14430723201、12ZR1439900)和上海市卫生局基金(20124195)资助下，本论文开展了下面两部分的研究工作:一是以蚕沙叶绿素a经酸降解得到的焦脱镁叶绿酸-a为先导化合物，通过对其3位乙烯基醚化及17位丙羧基偶联氨基酸以期设计合成并筛选得到高效、低毒、ADMET性质良好的新型二氢卟吩类光敏剂;二是焦脱镁叶绿酸-a与磁性纳米Fe3O4偶联获得靶向性更好的磁性纳米光敏剂作为肿瘤早期靶向诊治的分子探针研究。
　　一、新型二氢卟吩类光敏剂的设计、合成及PDT抗癌活性研究
　　焦脱镁叶绿酸-a作为二氢卟吩类光敏剂，其醚类衍生物HPPH（光克洛）作为已经进入临床研究的药物，提示了将焦脱镁叶绿酸-a进行醚化有很好的前景。据此，我们首先设计合成了5个焦脱镁叶绿酸-a醚类衍生物6a-6e;其次，基于氨基酸作为一种前药设计策略，在引入氨基酸后，药物分子的水溶性及其ADMET性质往往能够得到很大的改善如2004年上市的光敏抗癌新药二氢卟吩e6单天门冬氨酸（商品名:他拉泊芬）就是一个成功案例，我们进一步将焦脱镁叶绿酸-a醚类衍生物分别偶联天门冬氨酸、谷氨酸和赖氨酸，设计合成得到了15个焦脱镁叶绿酸-a醚类氨基酸衍生物8a-8o;最后，用MTT法初步测定了其中19个目标产物对人肠癌细胞(HCT-116)、人胃癌细胞(MKN45)和人乳腺癌细胞(MDA-MB-231)的体外PDT抗癌活性。结果显示，在光照剂量为10J/cm2条件下，所有目标产物对3个瘤种均具有优良的PDT抗癌活性，且其活性均显著优于阿霉素。初步构效关系表明:
　　(1)目标产物的PDT抗癌活性随醚链增长增强，并以6-8个碳原子为最佳，当醚链长度继续增加，活性将会有所降低。这可能是由于醚链长度决定了光敏分子的亲脂性，这提示适宜的亲脂性为活性必需;
　　(2)焦脱镁叶绿酸-a醚类衍生物(6a-6d)的体外PDT抗癌活性和暗毒性均高于醚类氨基酸衍生物（8a-8o），这提示是否醚类化合物偶联氨基酸后衍生为其前药，从而使得活性和毒性同时降低，有待下一步从体内药效、药代和分子作用机制等方面深入研究阐明;
　　(3)在焦脱镁叶绿酸-a醚类目标产物(6a-6d)中，以焦脱镁叶绿酸-a正己基醚(6d)的活性最佳;
　　(4)在焦脱镁叶绿酸-a醚类氨基酸目标产物(8a-8o)中，以焦脱镁叶绿酸-a正己基醚或正辛基醚的氨基酸衍生物(8d、8e、8i、8j、8n)的活性为佳，其中，尤以8d和8j的活性为最佳，值得深入研究。
　　二、磁性纳米光敏剂的设计、制备及肿瘤靶向诊治研究
　　随着材料学的快速发展，多学科之间也正在发生着更深层次的交流，一些纳米材料被广泛地在药剂学科中所使用，借此可实现肿瘤的靶向诊断和治疗。基于磁性纳米粒如超微顺磁性氧化铁(USPIO)具有良好的生物学相容性和肿瘤靶向聚集效应，我们采用焦脱镁叶绿酸-a与经过氨基修饰的USPIO偶联成功制得磁性纳米光敏剂，初步测定了其弛豫率及体外对人肠癌细胞(HCT-116)的荧光成像、核磁共振(MR)成像和PDT抗癌活性。初步结果显示:
　　(1)该磁性纳米光敏剂具有优良的磁稳定性;可快速进入HCT-116细胞，3h即获得最大荧光，提示其具有良好的肿瘤荧光成像诊断应用前景;
　　(2)该磁性纳米光敏剂对HCT-116细胞的核磁共振T2信号明显低于阴性对照组（未加磁性光敏剂），提示其可用于肿瘤核磁共振影像诊断;
　　(3)在光剂量为0.9-9 J/cm2条件下，该磁性纳米光敏剂对HCT-116细胞显示了良好的PDT杀伤效果，提示其除了可用于肿瘤荧光成像和MR成像诊断外，还可用于肿瘤PDT治疗，可实现对肿瘤的诊治一体化。

目录

声明

摘要

缩略词表

前言

第一章 新型二氢卟吩类光敏剂的设计、合成及PDT抗癌活性研究

一、焦脱镁叶绿酸-a的介绍

1．1 国内针对焦脱镁叶绿酸-a的研究现状

1．2 国外针对焦脱镁叶绿酸-a的研究现状

二、设计思想

三、化学合成

3．1 焦脱镁叶绿酸-a(1)的制备

3．2 焦脱镁叶绿酸-a醚类化合物(6)的制备

3．3 焦脱镁叶绿酸-a醚类氨基酸衍生物(8)的合成

四、体外光动力抗肿瘤活性研究

五、细胞凋亡和周期的测定

六、构效关系研究

七、实验部分

7．1 化学合成

7．2 体外抗肿瘤活性测试

7．3 细胞凋亡和周期的测定

八、结果与讨论

参考文献

第二章 磁性纳米光敏剂的设计、制备及靶向诊断研究

一、磁性纳米粒的研究简介

二、设计思想

三、实验部分

四、目标化合物的结构表征

五、结果分析

六、生物实验结果分析

七、结论

参考文献

文献综述 光动力疗法的形成与发展，展望与未来

作者简介及在校发表的文章

致谢

附录