糖修饰卟啉和酞菁类近红外荧光分子探针研究

摘要

分子影像学通过跟踪活体内生物大分子或代谢过程的特征揭示分子水平上生理和病理机制，可以完成疾病的早期诊断、定性定量、预后评估等。光学成像具有非离子低能量辐射、高敏感性、连续实时监测、无创性或微创性、设备价格相对廉价等优势，特别是近红外荧光成像具有很好的应用前景。由于生物体对近红外荧光的光散射非常弱，因而背景干扰降低，灵敏度提高，近红外光穿透生物组织的距离较大，因此采用近红外荧光成像可以对深层的组织和器官进行探测和成像，在分子成像方面具有其特定的优势。
　　 分子影像的核心是分子探针，但是目前光学分子探针还有待进一步优化和完善，主要应解决的问题包括分子探针在深层次光的传输和采集高的发光量子效率等性能，以及良好的生物相容性和靶向性等。本文以含四吡咯基团的荧光染料（包括卟啉和酞菁）作为荧光基团开展用于生物组织成像的近红外荧光探针研究。由于卟啉或酞菁分子，其在近红外区域有较强的吸收和高的荧光量子产量以及光学稳定性，且其发光效率与发光波长，以及单线态、三线态的比例和特征可以通过周边基团或中心元素的修饰而得以调控，可以满足探针的近红外光学特性；糖的修饰能够改善探针的溶解性和生物相容性，而且利用糖的肿瘤靶向功能可以提高探针肿瘤主动靶向成像效果。因而我们综合了卟啉或酞菁的光学特性以及糖的特性，设计合成了糖基取代的卟啉类和酞菁类两个体系的近红外荧光探针化合物，并对其进行评价。
　　 糖修饰卟啉是以三甲基硅丙炔醛、糖醛、糖二吡咯、甲醛二吡咯等作为中间体分别合成了糖炔卟啉，两个糖基、三个糖基以及四个糖基卟啉，并以此为前体通过偶联反应制备了在近红外区具有强吸收的卟啉体系。糖修饰酞菁以Click反应为连接策略，以炔基苯二甲腈和叠氮糖为前体，通过端基炔和叠氮的Click反应形成了以三唑环为linker的糖修饰苯二甲腈，以此中间体合成葡萄糖酞菁和乳糖酞菁，所有化合物均通过质谱、核磁等结构表征。基于光谱分析法我们证明了糖酞菁光稳定性好和荧光量子产率高。我们以糖修饰酞菁作为近红外荧光探针，以肝癌肿瘤鼠为动物模型，通过活体荧光成像研究探针在各脏器的聚集、分布以及成像效果。结果表明该类体系具有良好近红外荧光特性、水溶性和一定的肿瘤靶向性，该光学探针在肿瘤诊断中具有很好的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 分子影像学

1.2 光学成像

1.2.1 荧光成像

1.2.2 生物体自发光成像

1.2.3 光学成像的优势及局限性

1.3 光学探针

1.3.1 光学探针的分类

1.3.2 内源性荧光团

1.3.3 外源性荧光团

1.3.4 近红外荧光分子探针

1.4 课题的提出

第二章 糖卟啉的合成

2.1 实验仪器与试剂

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器

2.2 糖炔修饰卟啉及糖修饰卟啉的合成

2.2.1 化合物Ⅱ-7的合成

2.2.2 化合物Ⅱ-8的合成

2.2.3 化合物Ⅱ-9的合成

2.2.4 化合物Ⅱ-11的合成

2.2.5 化合物Ⅱ-1的合成

2.2.6 化合物Ⅱ-2的合成

2.2.7 化合物Ⅱ-13的合成

2.2.8 化合物Ⅱ-2，Ⅱ-3，Ⅱ-4的合成

2.2.9 化合物Ⅱ-14的合成

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 糖酞菁的合成

3.1 实验仪器与试剂

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器

3.2 酞菁合成路线图

3.2.1 葡萄糖酞菁的合成路线

3.2.2 乳糖酞箐的合成路线

3.3 目标物结构通式

3.3.1 化合物Ⅲ-5的合成

3.3.2 化合物Ⅲ-8的合成

3.3.3 化合物Ⅲ-11的合成

3.3.4 化合物Ⅲ-12的合成

3.3.5 化合物Ⅲ-1的合成

3.3.6 化合物Ⅲ-14的合成

3.3.7 化合物Ⅲ-2的合成

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 糖修饰酞菁近红外荧光探针光学性质及活体成像评价

4.1 实验仪器及试剂

4.2 糖修饰酞菁光学性质评价

4.2.1 酞菁化合物紫外光谱测定

4.2.2 酞菁化合物荧光量子产率的测定

4.2.3 光漂白实验（PHOTOBLEACHING EXPERIMENTS）

4.3 葡萄糖酞菁及乳糖酞菁作为荧光探针在动物及组织成像中的应用

4.3.1 小白鼠肝癌模型组织成像

4.3.2 裸鼠活体预成像实验

4.3.3 裸鼠肝癌肿瘤模型活体及组织成像

4.4 数据统计学分析

4.5 结果与讨论

4.5.1 糖修饰酞菁光学性质评价

4.5.2 小自鼠肝癌模型组织成像

4.5.3 裸鼠活体预成像实验

4.5.4 裸鼠肝癌肿瘤模型活体成像结果

4.5.5 裸鼠肝癌肿瘤模型组织成像结果

4.6 本章小结

第五章 结论

参考文献

附图

致谢