[发明专利]近红外BODIPY类的羟基自由基探针及其合成方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一系列基于硼二吡咯亚甲基类近红外BODIPY化合物及其合成方法及在细胞成像中的应用。

背景技术

活性氧(ROS)包括超氧自由基(O₂·^-)，羟基自由基(HO·)，过氧化烷烃自由基(ROO·)，过氧化氢(H₂O₂)，单线态氧(¹O₂)，次氯酸/次氯酸根(HOCl/^-OCl)。活性氮(RNS)，包括一氧化氮(NO)，过氧化氮(ONOO^-)，二氧化氮自由基(NO₂·)和硝酸盐(NO₃^-)。[参见：(a)B.Halliwell and J.M.C.Gutteridge，Free Radicals in Biology and Medicine，Oxford University Press，Oxford，2007，pp.1-677.(b)L.L.Smith，Free Radical Biol.Med.，2004，37，318-324.]ROS/RNS对人体健康和疾病非常重要，研究它们在生物学上的作用变得更加重要。但是，检测活体细胞中ROS/RNS的一个重要的障碍就是它们有很短的寿命并且细胞体内存在各种抗氧化剂。合成荧光探针使用荧光仪是一种最有效和最重要的检测ROS/RNS的手段，归功于该方法有一下几点优点，灵敏性高，操作简单，对于仪器的要求低。[参见：(a)S.-K.Ko，X.Chen，J.Yoon and J.Shin，Chem.Soc.Rev.，2011，40，2120.(b)X.Chen，Y.Zhou，X.Peng and J.Yoon，Chem.Soc.Rev.，2010，39，2120-2135.(c)K.Kikuchi，Chem.Soc.Rev.，2010，39，2048-2053.(d)J.S.Kim and D.T.Quang，Chem.Rev.，2007，107，3780-3799.(e)H.N.Kim，M.H.Lee，H.J.Kim，J.S.Kim and J.Yoon，Chem.Soc.Rev.，2008，37，1465-1472.]生物体的组织液及细胞内的DNA，蛋白质，酯质，通过生物体的降解可以产生羟基自由基。因此，羟基自由基在放射治疗癌症的过程中起到重要的作用。由于羟基自由基对人类身体的健康和疾病有很重要的作用，故而寻找一种检测羟基自由基的方法急需解决。当前通常用来检测羟基自由基的方法是利用电子顺磁共振(ESR)光谱检测，但是该方法灵敏性差，不能定量检测羟基自由基，另外不能用于检测生物细胞中的羟基自由基的存在。为了克服这些局限性，有文献报道合成了对羟基自由基敏感的荧光探针并且将它运用到生物样品中。Pou和他的课题组合成了一类基于硝基氧的探针，通过硝基氧被氧化后，荧光强度增强很大，但是没有选择性。[S.Pou，Y.-I.Huang，A.Bhan，V.S.Bhadti，R.S.Hosmane，S.Y.Wu，G.-L. Cao and G.M.Rosen，Anal.Biochem.，1993，212，85-90.]随后，许多课题组合成基于硝基氧的探针，通过连接不同的荧光团，例如萘、蒽、BODIPY化合物、二萘嵌苯、罗丹明。[(a)X.-F.Yang and X.-Q.Guo，Anal.Chim.Acta，2001，434，169-177.(b)X.-F.Yang and X.-Q.Guo，Analyst，2001，126，1800-1804.(c)P.Li，T.Xie，X.Duan，F.Yu，X.Wang and B.Tang，Chem.-Eur.J.，2010，16，1834-1840.(d)T.Maki，N.Soh，T.Fukaminato，H.Nak ajima，K.Nakano and T.Imato，Anal.Chim.Acta，2009，639，78-82.(e)N.B.Yapici，S.Jockusch，A.Moscatelli，S.R.Mandalapu，Y.Itagaki，D.K.Bates，S.Wiseman，K.M.Gibson，N.J.Turro，L.Bi，Org.Lett.2012，14，50-53.]同时，还出现许多其它类型的探针，其中基于FRET类型的探针，利用DNA基团连接两种荧光团。当有羟基自由基存在时，阻止FRET能量转移，导致荧光的变化。[(a)N.Soh，K.Makihara，E.Sakoda and T.Imato，Chem.Commun.，2004，496-497.(b)B.Tang，N.Zhang，Z.Chen，K.Xu，L.Zhuo，L.An and G.Yang，Chem.-Eur.J.，2008，14，522-528.]基于苯酚的探针，利用苯酚易被氧化为苯醌的原理，来检测自由基。[(a)X.Qu，L.J.Kirschenbaum and E.T.Borish，Photochem.Photobiol.，2000，71，307-313.(b)G.M.Makrigiorgos，J.Baranowska-Kortylewicz，E.Bump，S.K.Sahu，R.M.Berman and A.I.Kassis，Int.J.Radiat.Biol.，1993，63，445-458.(c)N.Soh，K.Makihara，T.Ariyoshi，D.Seto，T.Maki，H.Nak ajima，K.Nakano and T.Imato，Anal.Sci.，2008，24，293-296.]探针运用到细胞成像需要满足以下几点要素，1)为了避免激发射波长干扰发射波长，需要探针具有大的斯托克斯位移；2)荧光的最大发射波长应该处于红外或者近红外区。[(a)R.Bandichhor，A.D.Petrescu，A.Vespa，A.B.Kier，F.Schroeder，K.Burgess，J.Am.Chem.Soc.，2006，128，10688.(b)P.W.Du，S.J.Lippard，Inorg.Chem.，2010，49，10753.]