一种高效产生羟基自由基的花菁光敏染料及其制备方法和应用

本发明属于花菁光敏染料及肿瘤光动力治疗，具体涉及一种高效产生羟基自由基的花菁光敏染料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、光动力治疗（photodynamic therapy，pdt）是一种非侵入性的肿瘤治疗手段，其基本原理是利用特定波长的光激发富集于肿瘤组织的光敏剂（photosensitizer），通过光物理和光化学过程产生活性氧（reactive oxygen species，ros），从而诱导肿瘤细胞死亡。与手术、化疗和放疗等传统治疗方式相比，光动力治疗具有创伤性小、可重复治疗、对正常组织损伤低等显著优势。菁类染料因具有近红外吸收、生物相容性好、易修饰等优点，在pdt领域备受关注。

2、根据作用机制，光敏剂主要分为type i型（通过电子转移产生自由基，如羟基自由基·oh）和type ii型（依赖氧气产生单线态氧）。实体肿瘤普遍存在乏氧微环境，导致typeii型光敏剂疗效受限。相比之下，type i型光敏剂产生的·oh具有极高氧化电位，能够高效杀伤肿瘤细胞，且对氧气依赖性较低，是克服乏氧耐药性的理想途径。

3、现有技术中，cn202211599244.7的专利文献公开了一种香豆素半花菁类光敏剂及其制备方法和应用，为解决经典的香豆素半花菁染料所构建的光敏剂通常存在单线态氧效率低的问题，基于结构刚性的香豆素半花菁染料开发光敏剂，开发的光敏剂rchc-i不仅具有吸收波长长、生物兼容性好等优点，其在pbs中可以以聚集态形式存在，单线态氧量子收率得到大大提高，该光敏剂能够在近红外光照射下产生大量活性氧化物，从而杀死癌细胞。cn202410339876.2的专利文献公开了一种吲哚盐光敏染料及其制备方法和应用，以半花菁为母体制备具有喹喔啉结构的光照后可产生超氧阴离子自由基的光敏染料，其具有亲水性基团磺酸根和吲哚盐类能够有效增强其亲水性，其含有的半花菁吲哚盐结构可使光敏染料定位线粒体，实现在hepg2细胞中激活高效产生超氧阴离子自由基以杀死hepg2细胞，能够用于制备光动力治疗抗癌药物。cn202310846068.0的专利文献公开了一种以五甲川花菁染料为母体的光敏剂及其合成方法和应用，以五甲川花菁染料为母体的光敏剂的合成，及其在生物染色和光动力治疗方面的应用，以五甲川花菁染料为母体的光敏剂中五甲川花菁染料具有很好的系间窜越能力，并且可以在光照下产生大量自由基物种，具有近红外激发、线粒体定位和良好乏氧光动力效果。cn202210444767.8的专利文献公开了七甲川吲哚花菁-tempo化学偶链小分子和制备方法及其制备辐射防护制剂的应用，小分子将具有高效清除ros的tempo化学连接到线粒体靶向的七甲川吲哚花菁结构中，使tempo能特异性蓄积到线粒体，并高效清除因辐射诱导细胞线粒体产生的大量ros，减轻正常细胞的辐射损伤。上述专利文献的技术方案并没有关于光照后能够高效产生羟基自由基（·oh）的花菁类光敏染料的相关记载，同时也不存在将花菁类光敏染料用于在hepg2细胞中激活高效产生·oh以杀死hepg2细胞，进而实现乏氧肿瘤光动力治疗的相关技术启示。

4、现有的花菁类光敏剂大多以产生超氧阴离子为主，关于高效产生·oh的报道相对较少。在常氧条件下，超氧阴离子具有光动力治疗效果；但在肿瘤乏氧微环境中，超氧阴离子的产生效率也会受到部分限制，而·oh可通过非氧依赖途径高效生成，具有更低的氧气依赖性，且其具有更高的氧化性和更快的反应速度，治疗效果更好。因此，亟需开发一种能够高效产生·oh且生物相容性好的花菁光敏染料，以突破现有光敏剂在乏氧肿瘤光动力治疗中的局限。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供了一种高效产生羟基自由基的花菁光敏染料及其制备方法，该方法以七甲川花菁为母体制备得到光照后能够高效产生·oh的光敏染料，可实现在hepg2细胞中激活高效产生·oh以杀死hepg2细胞，该花菁光敏染料为光动力治疗提供思路，能够进一步用于制备光动力治疗抗癌药物。

2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案：

3、一种高效产生羟基自由基的花菁光敏染料，其结构如式i所示：

4、

5、式i；

6、所述花菁光敏染料在光照条件下能够高效产生羟基自由基，同时该花菁光敏染料具有良好的生物相容性。

7、一种高效产生羟基自由基的花菁光敏染料的制备方法，其具体制备步骤为：

8、步骤s1，将式vii所示化合物和n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，再加入1,3-二溴丙烷溶解并于50~70℃回流反应得到式vi所示化合物，其中式vii和式vi所示化合物的结构式分别为：

9、

10、式vii；

11、

12、式vi；

13、步骤s2，将式vi所示化合物和1,1,2-三甲基-1h-苯并[e]吲哚混合均匀，再加入1,2-二氯苯溶解并在保护气氛下于100~120℃回流反应得到式iii所示化合物，其中式iii所示化合物的结构式为：

14、

15、式iii；

16、步骤s3，将式v所示化合物加入到反应容器中，再加入含有二氯甲烷的三氯氧磷和n,n-二甲基甲酰胺并在保护气氛下于70~90℃回流反应得到式iv所示化合物，无需纯化直接用于下一步反应，其中式v和式iv所示化合物的结构式分别为：

17、

18、式v；

19、

20、式iv；

21、步骤s4，将式iii所示化合物和式iv所示化合物加入到反应容器中，再加入甲苯和正丁醇的混合溶剂并于120~140℃回流反应得到式ii所示化合物，式iii所示化合物的结构式为：

22、

23、式ii；

24、步骤s5，将式ii所示化合物和n-甲基哌嗪加入到反应容器中，再加入乙腈并于50~70℃回流反应得到式i所示化合物。

25、优选的，步骤s1中式vii所示化合物与1,3-二溴丙烷的投料摩尔比为10:（1~2）。

26、优选的，步骤s2中式vi所示化合物与1,1,2-三甲基-1h-苯并[e]吲哚的投料摩尔比为1:（1~2）。

27、优选的，步骤s3中式v所示化合物与三氯氧磷和n,n-二甲基甲酰胺的投料摩尔比为1:1~3:4~6。

28、优选的，步骤s4中式iii所示化合物与式iv所示化合物的投料摩尔比为2~3:1，混合溶剂中甲苯与正丁醇的体积比为7:3。

29、优选的，步骤s5中式ii所示化合物与n-甲基哌嗪的投料摩尔比为1:（1~3）。

30、本发明提供了式i所示高效产生羟基自由基的花菁光敏染料在制备光动力治疗抗癌药物中的应用，该花菁光敏染料在光照条件下能够高效产生·oh，进而杀死肿瘤细胞。

31、优选的，所述花菁光敏染料具有良好的水油两亲性，在溶液或hepg2细胞中均能够高效产生·oh，实现肿瘤的治疗，其中花菁光敏染料在溶液中，在不光照的条件下，不产生·oh，在光照条件下，产生大量的·oh；花菁光敏染料在hepg2细胞中，不光照的条件下，对细胞没有毒性，在光照条件下，细胞存活率降低。

32、本发明提供的式i所示高效产生羟基自由基的花菁光敏染料本身具有较长的发射波长，较大的stokes位移，且具有良好的荧光发光性能。

33、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：本发明制备的式i所示花菁光敏染料具有良好的水油两亲性即生物相容性，能够进入细胞，并在光照激活后高效产生·oh，进而杀死肿瘤细胞，能够用于进一步制备光动力治疗抗癌药物。