[发明专利]一种对酸化和乏氧连续响应的大分子光学探针及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及用于生物光学成像的大分子探针，具体涉及一种能够对酸化和乏氧连续响应的大分子光学探针及其制法和用途。

背景技术

癌症诊断的关键技术之一是放大肿瘤微环境信号，而肿瘤微环境信号的放大策略通常基于某些肿瘤标志性的特征，例如酸化，乏氧和过表达的肿瘤标志物等。然而，这些标志性的特征在肿瘤和体内正常组织中的差异往往并不大。例如，实体肿瘤的细胞外pH值大约为6.5-6.9，而正常组织细胞外的pH值大约为7.4，两者的差异十分有限。乏氧的肿瘤组织中的氧分压约为0-3％O2，而生理条件下正常供氧环境下的氧分压约为>5％O2，两者差异也有限。另外，许多肿瘤标志物在高表达的肿瘤亚型和低表达的亚型中的差异往往也并不大。这些肿瘤标志性特征在肿瘤和正常组织间的差异可使用刺激响应的探针来进行放大，从而达到可以检测的程度。但正如上面所述，由于这些肿瘤标志性特征在肿瘤和正常组织间的原始差异很小，且探针的响应灵敏度有限，使用这类刺激响应的探针来进行肿瘤微环境的一步放大的方法在肿瘤检测中往往得到的信噪比很低。

发明内容

为了解决上述难题，我们提出一种两级放大的概念和方法来提高肿瘤微环境信号的方法。即，探针在肿瘤微环境的第一次刺激下，先转换成另外一种形态，称之为报告分子；之后，报告分子的信号在一个新的通道中，再对肿瘤微环境的第二次刺激进行响应，从而实现肿瘤微环境信号的两步放大。为了实现这一设想，我们首先挑选了肿瘤特异性的细胞代谢作为探针设计的响应对象。与正常组织相比，肿瘤具有反常加速的代谢速度，并导致了酸化和乏氧的肿瘤微环境。这一标志性特征具有很好广泛性，几乎存在于所有类型的肿瘤中。然后，针对这一响应对象，我们设计出了一种对其具有两级响应的探针。所设计的探针化学结构上由磷光发射的铱配合物和生物相容性的聚乙二醇组成，两个组分之间通过一种酸敏感的亚胺键连接。在中性pH值条件下，该探针分子结构保持稳定。在酸性pH值条件下，探针化学结构中的亚胺键断裂，导致探针分子铱配合物与聚乙二醇部分分离，该化学结构的变化同时会导致探针分子发射波长的变化。其后，断裂分离出来的铱配合物部分的长寿命磷光发射继续表现出乏氧敏感的性质，其发射强度会随着乏氧程度的提高而增强。基于这一原理，所设计的大分子光学探针可以对肿瘤代谢所导致的酸化和乏氧表现出连续响应的特征，从而可以有效地实现肿瘤微环境信号的两步放大。

本发明的目的在于提供一种对酸化和乏氧连续响应的大分子光学探针及其制备方法和用途。

本发明的技术方案如下：

一种大分子光学探针，它有如下的结构式：

上述大分子光学探针，其结构中聚乙二醇部分的聚合度n可在12—455之间调控。

一种制备上述大分子光学探针的方法，它包括如下步骤：

步骤1.将苯并[b]噻吩-2-硼酸、6-氯吡啶甲醛、四(三苯基膦)钯、四氢呋喃以及碳酸钠水溶液加入到反应容器中，苯并[b]噻吩-2-硼酸、6-氯吡啶甲醛和四(三苯基膦)钯的摩尔比为1.2:1:0.03，所述的碳酸钠溶液的浓度为2mol/L，四氢呋喃和碳酸钠水溶液的体积比为3:1，混合物在氩气保护下回流过夜，反应后冷却到室温，将反应混合物倒入到水中，使用二氯甲烷萃取，二氯甲烷相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，过滤，并减压浓缩，产物使用柱层析方法提纯，得到6-(苯并[b]噻吩-2-基)吡啶甲醛；

步骤2.将步骤1所得到的6-(苯并[b]噻吩-2-基)吡啶甲醛、双-[二(2-苯基吡啶)合二氯化铱]、三氟甲基磺酸银以及二乙二醇二甲醚置于反应容器中，6-(苯并[b]噻吩-2-基)吡啶甲醛、双-[二(2-苯基吡啶)合二氯化铱]和三氟甲基磺酸银的摩尔比为5:1:2，混合物在氩气保护下，加热到150℃搅拌反应24小时，反应后，将反应混合物冷却到室温，在乙醚中沉降，过滤收集沉淀物，并溶于二氯甲烷，将不溶物过滤除去，所得二氯甲烷溶液减压浓缩后，使用柱层析分离提纯，得到带有醛基的铱配合物；

步骤3.将聚乙二醇单甲酯以及三乙胺溶于二氯甲烷中，并冷却到0℃，缓慢加入对甲苯磺酰氯，聚乙二醇单甲酯和对甲苯磺酰氯摩尔比为1:5，反应混合物在0℃下搅拌2小时，接着在室温下反应2天，随后减压蒸发除去溶剂，将残留物溶于三氯甲烷，并使用饱和碳酸钠水溶液洗涤，然后将三氯甲烷相使用无水硫酸镁干燥，过滤，在乙醚中沉淀，沉淀在真空环境下干燥，得到对甲苯磺酸端基的聚乙二醇；