[发明专利]一种多模态探针及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于生物相容反应的“一锅三步”串联反应方法，用来快速构建多功能、多模态探针，以及由所述方法制得的分子影像探针。该反应方法以具有近红外荧光的IR780衍生物为骨架，经过连续的点击反应、取代反应以及点击反应，可以高收率的实现多功能近红外荧光探针的构建。

技术领域

本发明属于分子探针领域，涉及一种多模态探针及其制备方法和应用。

背景技术

多模态分子影像探针通过整合不同模态成像技术的优势，在活体上同时进行 高灵敏度，高分辨率，高组织深度的成像分析，将有助于获取更全面、更精准的 信息，从而促进疾病的早期诊断。然而，构建多模态分子影像探针需要在同一个 分子中同时引入具有不同功能及不同成像模态的基团，这就使得该分子的结构变 得复杂，导致探针的合成过程繁琐、产率低。因此，开发简单、灵活、高效的合 成方法对于构建多功能、多模态分子影像探针将具有重要意义。

近年来，生物相容反应由于其温和的反应条件和高特异性的反应特点，被广 泛应用于分子影像探针的构建中。这些反应包括铜催化的叠氮和炔烃的环加成反 应(CuAAC)，环张力促进的叠氮和炔烃的环加成反应(SPAAC)，半胱氨酸 与氰基苯并噻唑的环化反应等等。尽管已有许多利用生物相容反应构建的分子影 像探针报道，但在一个分子内引入三个甚至更多的功能基团并不容易。目前已报 道的通过串联的生物相容反应构建多功能分子探针的策略一般可分为三类：(1) 在一个分子骨架上引入不同生物相容反应的底物，利用修饰的相应官能团进行多 个生物相容反应的串联；例如，Jones课题组报道了一种通过串联使用SPAAC， CuAAC以及巯基与马来酰亚胺的生物相容反应用于三功能探针的快速合成；(2) 在一个分子骨架上引入多个带保护的生物相容官能团(如炔基)，然后通过分步 脱保护来逐步引入功能基团；例如，Aucagne课题组报道了一种通过端炔选择性 脱保护策略实现的串联反应方法，可以在5步内实现三功能分子的构建；(3) 通过生物相容反应的不同底物反应特性不同来实现串联反应。例如，Hosoya课 题组最近报道了一种构建三官能团探针的策略，他们首先构建了含有芳基叠氮、 苄基叠氮和2,6-二异丙基苯基叠氮分子骨架，利用这三种叠氮与不同底物的选择 性环加成反应构建三功能分子。这些方法都需要通过多步的化学合成在一个分子 骨架上引入多个生物相容反应官能团，此外，这些探针中的分子骨架只是作为承 载成像基团的平台，这可能会增加多模态探针的体积进而影响其在生物体系中的 检测效果。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多模态探针的制备方法，包含如下步骤： 步骤1：寻找或合成能够进行第一步点击反应-第二步取代反应-第三步点击反应 的基本骨架；步骤2：通过第一步点击反应-第二步取代反应-第三步点击反应在 所述基本骨架上构建一或多个功能基团，从而制得多模态探针。

所述基本骨架包括但不限于带有炔基的IR780衍生物。

IR780是一种近红外荧光染料，相对临床上广泛使用的ICG具有更好的光稳 定性，被广泛的应用于近红外荧光探针的构建中。我们在研究中发现，IR780分 子结构中环己烯上的氯原子可以在非常温和的条件下被叠氮快速取代。在温和的 反应条件下，该反应不易受到其他一些亲核性基团的影响，生成含叠氮的化合物 在一定时间内可以稳定存在，进而可以和末端炔烃发生快速的点击反应，生成含 三氮唑的荧光探针，表现出比IR780和ICG荧光波长更红、光稳定性更好的性 质。基于此，我们设计并合成了带有炔基的IR780衍生物作为基本荧光分子骨架， 发展了点击反应-取代反应-点击反应的一锅三步串联反应策略来快速构建多功 能的近红外荧光探针。含有叠氮的功能基团首先通过点击反应与化合物中的炔基 连接，不需要纯化；然后加入叠氮化钠进行取代反应，该取代反应可以在10-15 分钟内完成且不会受到加入的硫酸铜、抗坏血酸钠以及配体THPTA的影响；最 后直接加入含炔基的化合物再次进行点击反应，从而引入第二个功能基团。在本 章的工作中，我们利用该一锅三步串联反应策略构建了含有不同电性，不同数量 靶向基团的近红外荧光小分子探针并进行了细胞和活体成像分析研究。同时，利 用此策略我们可以在miRNA蛋白、抗体等生物大分子上同时修饰近红外荧光染 料以及靶向基团。