一种具有I型光敏反应和光热协同效应的二元酞菁及其制备和应用

本发明属于光动力治疗药物和光热治疗药物领域，具体涉及一种二元酞菁及其制备与在制药领域的应用。

背景技术：

1、当前恶性肿瘤已成为影响人类健康、威胁人类生命的主要疾病之一，但是传统的肿瘤治疗方法包括手术和化疗等均存在较大缺点和不足，致使肿瘤的防治已经成为当前急需解决的问题。随着科技的发展，一些新型的恶性肿瘤治疗方法不断涌现，这其中就包括了光动力治疗(photodynamic therapy,pdt)和光热治疗(photothermal therapy,ptt)。pdt和ptt作为非侵入性的治疗手段，因其具有毒副作用小、收效快、重复应用下不会产生耐药性等优点而备受人们关注与期待。

2、光敏剂(或称光动力药物)和光热剂(或称光热药物)分别是决定光动力治疗和光热治疗效果的关键因素。光热治疗主要是通过光热剂吸收光子的能量，并将光子的能量转化为热能，从而破坏肿瘤细胞和组织。光动力治疗是光敏剂在光激发下发生光敏化反应，产生活性氧，从而破坏肿瘤细胞和组织。其中产生活性氧的机制有i型反应和ii型反应二种类型。处于基态(s0)的光敏剂吸收光子的能量跃迁到激发单线态(s1)，激发单线态通过系间窜越转换至寿命相对较长的激发三线态(t1)，之后，处于激发三线态的光敏剂通过电子转移和底物相互作用，产生超氧阴离子(o2·－)等活性氧，此过程称为i型反应。处于激发三线态的光敏剂也可直接将能量转移给基态的分子氧，产生活性较高的单线态氧(1o2)，此过程称为ii型反应。无论是i型反应还是ii型反应，它们产生的活性氧都可以起到杀伤癌细胞、破坏肿瘤组织的治疗作用。大部分光敏剂是通过ii型反应产生活性氧，具有有效i型光敏反应的光敏剂极少见。ii型反应高度依赖于环境中的氧气，而i型反应对氧气的依赖性较低。由于缺氧是实体肿瘤的主要特征之一，具有i型反应机制的光敏剂在光动力抗实体瘤方面拥有更好的应用价值。此外，光热治疗过程也不需要氧气的参与。

3、由于在光疗窗口(600-900nm)吸收强、暗毒性低、结构易于修饰等优点，酞菁作为新一代光敏剂的应用备受关注。酞菁属于苯并氮杂卟啉类衍生物，是由18个π电子组成的大环共轭体系。可通过引入不同的周环取代和轴向取代，以及更换不同的中心离子来合成不同结构和功能的酞菁。目前已经有一种酞菁(photosens)被批准临床使用、三种酞菁(pc 4、cgp55847、福大赛因)进入临床试验。但是，以上酞菁光敏剂都是单元酞菁，且都是通过对氧气依赖性较高的ii型光敏反应机制发挥作用，对实体瘤的光动力治疗效果受到限制。将两个酞菁分子共价偶联形成二元酞菁，有望获得性能更为优异的光敏剂，目前对于二元酞菁在光动力治疗领域中的应用还未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有i型光敏反应和光热协同效应的二元酞菁及其制备方法和应用，该二元酞菁不但可产生有效的i型光敏反应而且可产生光热效应，且在体内发挥作用后容易通过肾脏清除并随尿液排出体外，在实体瘤的光动力治疗中具有显著的应用前景。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明所提供的二元酞菁为酞菁硅-酞菁锌偶联物或酞菁锌-酞菁锌偶联物，其在水中能够发生自组装。

4、所述酞菁硅-酞菁锌偶联物具体为轴向不对称单羧基取代酞菁硅-周环不对称三取代“氮桥”吗啉基三乙二醇基酞菁锌偶联物，其结构式为：

5、

6、所述酞菁锌-酞菁锌偶联物具体为周环不对称三取代“氮桥”吗啉基酞菁锌-周环不对称三取代“氮桥”吗啉基酞菁锌偶联物，其结构式为：

7、

8、所述酞菁硅-酞菁锌偶联物的制备方法包括以下步骤：

9、(1)制备结构分别为的含有吗啉基的邻苯二甲腈衍生物和含有三乙二醇基的邻苯二甲腈衍生物：以n-氨基乙基吗啉或三乙二醇分别与3-硝基邻苯二甲腈的原料为反应物，使用分子筛净化过的二甲亚砜为溶剂，在三乙胺或者无水碳酸钾存在和氮气保护下，20-80℃下搅拌反应17-72小时，通过薄层色谱法监控，当3-硝基邻苯二甲腈基本消耗完毕时终止反应，通过溶剂法和柱层析法纯化目标产物；

10、(2)制备不对称三取代吗啉基三乙二醇基锌酞菁：以步骤(1)制备的含有吗啉基的邻苯二甲腈衍生物以及含有三乙二醇基的邻苯二甲腈衍生物为反应物，以正辛醇为溶剂，加入相应的氯化锌化合物，以1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯为催化剂，150-170℃下搅拌反应12-48小时，通过薄层色谱法监控反应终点，生成相应的酞菁锌，进而通过溶剂法或者色谱法纯化目标产物；

11、(3)轴向不对称单羧基取代酞菁硅-周环不对称三取代“氮桥”吗啉基三乙二醇基酞菁锌偶联物的制备是以轴向不对称单羧基取代硅酞菁和步骤(2)制备的周环不对称三取代“氮桥”吗啉基三乙二醇基酞菁锌为反应物，使用n,n-二甲基甲酰胺为溶剂，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐为缩合剂、4-二甲氨基吡啶为催化剂，于25-45℃下搅拌反应12-48小时，通过薄层色谱法监控反应终点，再通过溶剂法或色谱法纯化目标产物，得到轴向不对称单羧基取代酞菁硅-周环不对称三取代“氮桥”吗啉基酞菁锌偶联物；

12、其中，所用轴向不对称单羧基取代硅酞菁、周环不对称三取代“氮桥”吗啉基酞菁锌、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为1:1.2～1:1.2～5.7:1.9～7.5；

13、所述轴向不对称单羧基取代硅酞菁的结构式为：所述周环不对称三取代“氮桥”吗啉基三乙二醇基酞菁锌的结构式为：

14、所述酞菁锌-酞菁锌偶联物的制备方法包括以下步骤：

15、(1)制备结构为的邻苯二甲腈偶联物：以三乙二醇与3-硝基邻苯二甲腈的原料为反应物，使用分子筛净化过的二甲亚砜为溶剂，在无水碳酸钾存在和氮气保护下，20-80℃下搅拌反应17-72小时，通过薄层色谱法监控，当3-硝基邻苯二甲腈基本消耗完毕时终止反应，通过溶剂法和柱层析法纯化目标产物；

16、(2)制备酞菁锌-酞菁锌偶联物：以步骤(1)制备的邻苯二甲腈偶联物以及上述制备的含有吗啉基的邻苯二甲腈衍生物为反应物，以正辛醇为溶剂，加入相应的氯化锌化合物，以1,8-二氮杂二环[5.4.0]十一碳-7-烯为催化剂，150-170℃下搅拌反应12-48小时，通过薄层色谱法监控反应终点，生成相应的锌酞菁，进而通过溶剂法或者色谱法纯化目标产物。

17、本发明所提供的二元酞菁可用于光动力药物、光热药物、光动力-光热联用药物、光敏药剂、光热药剂、光热成像试剂或光声成像试剂。所述光敏药剂，或简称光敏剂，或称光敏药物制剂，又称为光动力药剂。所述光热药剂，或简称光热剂，或称光热药物制剂，又称为光热药剂。所制备的光动力药物或光敏药剂可用于光动力治疗、光动力诊断或光动力消毒。所制备的光热药物或光热药剂可用于光热治疗、光热诊断或光动力消毒。所述的治疗可以是恶性肿瘤的治疗，或是良性肿瘤的治疗，或是白血病的骨髓体外净化治疗，或是非癌症疾病的治疗。所述的非癌症疾病，可以是细菌感染，或是口腔疾病，或是黄斑变性眼病，或是动脉硬化，或是创伤感染，或是皮肤病，或是病毒感染。所述的消毒可以是血液或血液衍生物的灭菌净化，或是水的灭菌消毒，或是医用或生活用器的消毒。

18、利用本发明所述的二元酞菁制备光敏(或光热)药剂的方法是：用水，或水和其它物质的混和溶液，其中其它物质的质量分数不高于10％，作为溶剂，溶解本发明所述的二元酞菁，配制成含一定浓度的光敏(或光热)药剂，二元酞菁的浓度不高于其饱和浓度；在制成的溶液中加入抗氧化剂、缓冲剂和等渗剂作为添加剂以保持光敏(或光热)药剂的化学稳定性和生物相容性。所述的其它物质是蓖麻油聚氧乙烯35醚、二甲亚砜、乙醇、甘油、n，n-二甲基甲酰胺、聚乙二醇300-3000、环糊精、葡萄糖、吐温、聚乙二醇单硬脂酸酯中的一种或几种的混和物。对于局部给药用的制剂，可以将本发明所述的二元酞菁溶解在渗透性溶剂中，或将其注入到软膏、洗液或凝胶中。所述渗透性溶剂优选5-35％(wt％)二甲亚砜的水溶液。

19、本发明所述二元酞菁在光动力(或光热)治疗、光动力(或光热)诊断、光动力(或光热)消毒和光动力(或光热)降解污染物中的应用，需配套适宜的光源，所述适宜的光源可以由普通光源连接合适的滤光片来提供或由特定波长的激光或led灯或其他灯源来提供，光源的波长范围为600～900nm。

20、本发明的有益效果和突出优势是：

21、(1)在水中，本发明所述二元酞菁及其自组装体不但可产生有效的i型光敏反应而且可产生光热效应，因而可作为光敏剂、光热剂或光动力-光热联用药物，且其在作为光动力-光热联用药物时，可在近红外激光的照射及乏氧条件下产生较高量的超氧阴离子与明显的光热效应。其中，其所发挥的i型光敏机制是其他类型酞菁光敏剂不具有的。

22、(2)细胞实验证明，利用所述二元酞菁或其自组装体所制备的光动力-光热联用药物，在有氧与无氧条件下都具有较高的抗癌活性，显示了较高的光动力治疗和光热治疗协同效应。动物实验表明，所述二元酞菁或其自组装体具有良好的肿瘤靶向性和光动力-光热联合治疗效应，在乏氧肿瘤的治疗领域具有显著的应用前景。

23、(3)动物实验表明，所述二元酞菁或其自组装体能够被生物体通过肾脏清除并随尿液排出体外，显著提高了生物安全性。

24、(4)本发明所述二元酞菁可以在水中发生自组装，自组装体的形成可增强其i型光敏效率和光热效应。

25、(5)本发明二元酞菁的制备过程操作简单、性质稳定、便于储存、有利于在工业生产中大批量的制备，产业化前景良好。