一种多模态分子影像探针NIR-[68Ga]及其制备方法与应用

本发明涉及分子影像学，具体涉及一种多模态分子影像探针nir-[68ga]及其制备方法与应用。

背景技术：

1、阿尔茨海默病(alzheimer’s disease，ad)是一种神经退行性疾病，具有进行性和不可逆的认知功能丧失，是最常见的痴呆类型之一。根据淀粉样蛋白级联假说，ad的组织病理学特征之一是脑内的β淀粉样(amyloid-β，aβ)斑块。在ad的慢性病理过程中，过量表达的aβ单体经由中间的一些过度态(二聚体、寡聚体以及aβ蛋白纤维等)聚集形成不溶性的aβ斑块。除了神经毒性的不溶性aβ斑块，最近的证据表明，可溶性的寡聚态aβ蛋白和最终的不溶性aβ斑块均具有很大的神经毒性，并引起ad临床症状的发生。因此，ad脑内这些可溶和不可溶的aβ蛋白可作为ad的生物标志物。基于此，对其进行成像检测有利于ad的早期精确诊断以及抗ad中aβ蛋白药物治疗效果的评估。

2、在过去的几十年里，许多检测aβ蛋白的分子影像探针，包括荧光(fluorescence，fl)探针、正电子发射断层成像(positron emission tomography，pet)探针和磁共振成像(magnetic resonance imaging，mri)探针，已经被开发用于aβ蛋白的体内可视化检测。特别是，多模态分子影像探针可结合不同成像模式的优势提高脑内aβ蛋白检测的灵敏度和精确度，并通过各自成像信息的相互验证来实现ad更加精确的诊断，这些相对于单模态成像具有明显的优势。例如，基于fl/mri，fl/pet和fl/spect的双模态成像探针等，虽然这些探针旨在对aβ蛋白进行高灵敏度和高分辨率成像，但是与aβ蛋白结合后，探针的荧光发射波长未能落在近红外荧光(near-infrared，nir)发射波段(λem<650nm)，不利于位于脑内的aβ蛋白的成像检测。同时，mri成像因其较大的给药剂量也具有较低的检测灵敏度。此外，这些多模态成像探针大都针对晚期的aβ斑块响应，不能很好对ad进行早期的诊断。因此，必须开发一种具有nir荧光发射的可靶向到可溶性和不溶性aβ蛋白的多模态分子影像探针，以提高aβ蛋白检测灵敏度和精确度，实现早期ad的精确诊断。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种nirfl/pet的双模态分子影像探针nir-[68ga]。

2、本发明还要解决的技术问题是提供上述多模态分子影像探针nir-[68ga]的制备方法。

3、本发明进一步要解决的技术问题是提供上述多模态分子影像探针nir-[68ga]的应用。

4、发明思路：本发明将可进行pet成像的放射性核素标记到对aβ蛋白单体、寡聚体和聚集体特异性响应的nir荧光小分子探针上，同时利用nir荧光和pet成像技术的较深组织穿透深度和高灵敏度的特点，从而用于aβ蛋白物种的高灵敏度和高特异性成像检测以及ad的早期精确诊断。

5、为了解决上述第一个技术问题，本发明公开了一种如式i所示的姜黄素类衍生物；

6、

7、本发明还公开了含有上述式i所示结构的分子影像探针nir-[ga]；

8、

9、本发明还公开了一种含有上述式ⅰ所示结构的多模态分子影像探针nir-[68ga]，其包含以下几个部分：(1)与aβ蛋白单体、寡聚体和聚集体响应的nir荧光小分子探针；(2)用于pet成像的noda-68ga螯合物；(3)用于平衡亲脂亲水性的中间烷基连接链；所示多模态分子影像探针nir-[68ga]的具体结构式如下：

10、

11、为了解决上述第二个技术问题，本发明公开了上述分子影像探针nir-[68ga]和nir-[ga]的制备方法，包括如下步骤：

12、步骤a：化合物f1在碱性条件下将环内双键转换为环外双键，得到中间体f1-a；

13、步骤b：化合物f1-a通过vilsmeier-haack反应，得到化合物f2；

14、步骤c：化合物f2与cranad-54进行缩合反应，得到化合物f3；

15、步骤d：化合物f3与6-叠氮基-己基胺进行click反应，得到化合物f4；

16、步骤e：化合物f4与noda-ga-nhs酯进行酰化反应，得到化合物f5；

17、步骤f：化合物f5与放射性核素68ga3+进行配位反应，得到双模态分子影像探针nir-[68ga]；或化合物f5与ga3+进行配位反应，得到“冷”探针nir-[ga]；

18、

19、其中，m选自68ga或ga。

20、步骤a中，所述反应为化合物f1在碱性水溶液和乙醚的混合溶剂中进行反应，得到化合物f1-a。

21、其中，碱性水溶液和乙醚的体积比为2–3:1，优选为2:1。

22、其中，所述碱性水溶液包括但不限于氢氧化钾水溶液；所述氢氧化钾水溶液的浓度为0.5–1.5n，优选为1n。

23、其中，所述反应温度为30–50℃，优选为40℃。

24、其中，所述反应是在搅拌状态下进行的。

25、其中，所述反应的时间为1h以上，优选为1–4h，进一步优选为2h。

26、其中，所述反应结束后，将含有f1-a的反应液旋蒸，萃取，干燥，得f1-a。

27、步骤b中，所述反应为化合物f1-a与vilsmeier试剂(氯代亚胺盐)发生vilsmeier-haack反应，得到化合物f2，具体为三氯氧磷与无水n,n-二甲基甲酰胺(dmf)形成vilsmeier试剂，所得vilsmeier试剂再与f1-a反应得到化合物f2。

28、其中，所述反应为在惰性气体保护下进行。

29、其中，vilsmeier试剂为三氯氧磷与无水n,n-二甲基甲酰胺事先在0℃下搅拌反应得到；所述反应时间为0.5h–2.0h，优选为1.0h。

30、其中，所述三氯氧磷与化合物f1-a的摩尔比为1:1–3，优选为1:2。

31、其中，f1-a与vilsmeier试剂分别(1)在0℃反应0.5h–2.0h，优选为1.0h；(2)在室温–55℃反应0.5h–2.0h，优选为在室温下反应10min，再在40℃和1.0h；(3)用冰水混合物猝灭，用饱和氢氧化钠水溶液调至ph＝11，再在50–80℃反应1–10min，优选为60℃和3min。

32、其中，所述反应结束后，将含有化合物f2的反应液萃取，干燥，重结晶即得化合物f2；其中，所述重结晶的溶剂包括但不限于无水乙醚。

33、步骤c中，所述反应为化合物f2与cranad-54(j.am.chem.soc.2013,135,16397-16409)在溶剂中进行缩合反应，得到化合物f3。

34、其中，所述溶剂包括但不限于乙酸酐，优选为乙酸酐。

35、其中，所述反应温度为45–70℃，优选为60℃。

36、其中，所述反应是在搅拌状态下进行的。

37、其中，所述反应的时间为1h以上，优选为过夜反应。

38、其中，所述反应结束后，将含有化合物f3的反应液旋蒸，硅胶柱纯化即得化合物f3。

39、步骤d中，所述反应为化合物f3与6-叠氮基-己基胺在cuso4和维生素c钠的混合水溶液中发生点击化学反应，得到化合物f4。

40、其中，所述溶剂包括但不限于二甲基亚砜(dmso)。

41、其中，所述反应温度为20–30℃，优选为室温。

42、其中，所述反应是在搅拌状态下进行的。

43、其中，所述反应的时间为10–120min，优选为30min。

44、其中，所述反应结束后，将含有f4的反应液用反相制备液相色谱仪分离纯化，冻干，即得化合物f4。

45、步骤e中，所述反应为将化合物f4、二异丙基乙胺(dipea)和noda-ga-nhs酯溶于溶剂中反应，得到含有化合物f5的反应液。

46、其中，所述化合物f4、dipea和noda-ga-nhs酯的摩尔比为1:3.0–10:0.5–2.5，优选为1:5:1。

47、其中，所述溶剂包括但不限于dmf。

48、其中，所述反应的温度为20–30℃，优选为室温。

49、其中，所述反应是在搅拌状态下进行。

50、其中，所述反应的时间为1h以上，优选为1–7h。

51、其中，所述反应结束后，将含有f5的反应液用反相制备液相色谱仪分离纯化，冻干，即得化合物f5。

52、步骤f中，所述反应为化合物f5与放射性核素68ga3+标记，得到nir-[68ga]。

53、为了解决上述第三个技术问题，本发明公开了上述nir荧光/pet双模态分子影像探针nir-[68ga]和对应“冷”探针nir-[ga]的应用。

54、所述应用为在制备aβ蛋白物种检测试剂中的应用。

55、所述应用为在aβ蛋白物种检测中的应用。

56、所述应用为在制备诊断阿尔兹海默病荧光成像产品中的应用；其中，当探针为nir-[68ga]时，所述荧光成像为nir荧光/pet双模态成像；所述产品包括造影剂。

57、本发明还公开了一种检测aβ蛋白物种的试剂，其包括上述分子影像探针nir-[68ga]和nir-[ga]。

58、本发明还公开了一种诊断阿尔兹海默病荧光成像的产品，其包括上述分子影像探针nir-[68ga]和nir-[ga]；所述产品包括造影剂。

59、如图1所示，双模态探针与aβ蛋白结合之前，分子在溶液中的构象可自由旋转，非辐射的能量释放占主导，分子的荧光较弱；当探针与aβ蛋白结合后，分子的自由旋转受阻且分子结构呈平面型，当分子受到激发光激发后，荧光辐射的能量释放占主导，分子的荧光被打开。同时，双模态探针与aβ蛋白结合后，与未结合的探针相比，在脑部有一定的停留，以此产生较强的pet信号，因此可以区分转基因ad模型小鼠与对照野生型小鼠。因此，一方面，将双模态探针经尾静脉注射到小鼠体内后，探针经血液循环并穿透血脑屏障(bbb)进入大脑实质，可与ad小鼠脑部高表达的aβ蛋白结合，产生“激活”的荧光信号。另一方面，双模态探针与aβ蛋白结合后，在脑部会有一定的停留，而未被结合的探针可通过自由扩散再次进入血液循环被清除，以此产生增强的pet信号。

60、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：

61、本发明提供了一种aβ蛋白响应的nir荧光/pet的双模态分子影像探针nir-[68ga]，同时利用nir荧光和pet的高灵敏性和较深组织穿透深度的特点，可以对ad模型小鼠脑内高表达的可溶性和不可溶性aβ蛋白进行高灵敏度和高特异性成像检测，以实现ad的精确诊断。