光敏劑G-BDCM復(fù)合物的制備

狄 虎

（山西大同大學(xué)化工學(xué)院，山西 037009）

1 光動(dòng)力療法簡介

1.1 光動(dòng)力療法簡介

1.2 光動(dòng)力療法的作用機(jī)理

PDT作用機(jī)理：PDT治療中的三個(gè)關(guān)鍵因素是光敏劑，光和氧氣。當(dāng)一定組織波長的光照射在腫瘤特異性吸附的光敏劑上時(shí)，光敏劑將會(huì)發(fā)生光敏反應(yīng)并產(chǎn)生活性氧，其中主要的是單線態(tài)氧，這些活性氧物質(zhì) (reactive oxygen substance，ROS)能夠和細(xì)胞生物大分子發(fā)生氧化作用，使細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受到嚴(yán)重影響，比如影響腫瘤快速分化所需蛋白質(zhì)的合成的影響，從而實(shí)現(xiàn)干擾腫瘤細(xì)胞的生長，間接或直接的誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡。

1.3 理想光敏劑藥物應(yīng)具備的特點(diǎn)

吸收波長長，在近紅外區(qū)域有吸收，波長長，軟組織穿透深；組分單一，性質(zhì)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)明確；較低的安毒性、較高的組織選擇性；較大的水溶性，在生理?xiàng)l件下不易自聚；較高的單線態(tài)氧產(chǎn)率，并兼具一定的藥物代謝速率。

1.4 合成的意義和目的

光動(dòng)力療法與傳統(tǒng)的抗癌療法（放療、化療、手術(shù)治療）相比具有如下優(yōu)點(diǎn)；微創(chuàng)性小、毒副作用低、選擇性好（優(yōu)先在分裂快的組織細(xì)胞富集）、抗癌譜廣、副反應(yīng)小、療效快等特點(diǎn)。石墨烯及其衍生物在納米藥物運(yùn)輸系統(tǒng)、生物檢測、生物成像、腫瘤治療等方面的應(yīng)用廣闊。石墨烯和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究雖處于起步階段，但卻是產(chǎn)業(yè)化前景最為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域之一。

光動(dòng)力治療中光敏劑發(fā)揮PDT療效的最關(guān)鍵兩個(gè)因素是：水溶性和吸收波長。改善光敏劑的水溶性，降低其在生理?xiàng)l件下的π-π自聚，增大光敏效應(yīng)十分有必要。同時(shí)，光敏劑吸收波長越長，這就意味著相對(duì)應(yīng)治療可選擇的光能夠穿透組織越深，對(duì)應(yīng)治療深處腫瘤意義重大。因而課題研究的前提是基于提高葉綠素-a光敏劑焦脫鎂葉綠酸-a甲酯的水溶性和吸收波長，從根本上解決光敏劑治療癌癥問題。

2 光敏劑的類型及其發(fā)展

2.1 光敏劑的概念

光敏劑是種能特異性吸收和再釋放特定波長光的分子，能夠促使光化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。在光照條件下，光敏劑發(fā)生光敏化反應(yīng)，產(chǎn)生活性氧誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞死亡。

2.2 光敏劑的發(fā)展歷史

第一代光敏劑有血卟啉衍生物，包括二聚體、低聚體化合物，以及后續(xù)出現(xiàn)的光卟啉這些光敏劑最大吸收波長基本都低于630nm，波長較短，這樣就限制了治療時(shí)組織穿透力，從而降低治療效果；另一方面，它們的摩爾吸光系數(shù)相對(duì)比較低，發(fā)揮療效需要大量的藥物；體內(nèi)正常組織或皮膚滯留時(shí)間長，光敏作用時(shí)間較長，一般為4～6周。

第二代光敏劑大多數(shù)都是在20世紀(jì)90年代時(shí)期發(fā)展的，大多數(shù)二代光敏劑化合物基本都是以卟啉或者卟啉為基礎(chǔ)的大環(huán)結(jié)構(gòu)化合物，例如二氫卟吩、細(xì)菌二氫卟吩、細(xì)菌葉綠素a類、酞菁類、脫鎂葉綠素。克服了第一代光敏劑的缺陷，具有較大的摩爾吸光系數(shù)，光敏周期短，吸收波長較長，具有更深的軟組織穿透力，產(chǎn)生單態(tài)氧產(chǎn)率高，腫瘤選擇性高。

第三代光敏劑多為第二代的衍生物，基本都是基于波長的提高、靶向性專一性的增加、改善生物利用度等方面的修飾，例如結(jié)合多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸、多糖、納米材料結(jié)合來提高其磁靶向性、生物利用度，目前正處于進(jìn)一步的研究當(dāng)中。

因?yàn)楝旣愒谔崛『Ｈ鹚だ怂沟募?xì)胞時(shí)，根據(jù)姓名的縮寫寫下“HeLa”這個(gè)單詞，所以后來這個(gè)細(xì)胞就被叫作“海拉細(xì)胞”。

3 光敏劑G-BDCM復(fù)合物制備的實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

本文使用的實(shí)驗(yàn)試劑主要有以下五種：乙醇、丙二腈、二氯甲烷、苯、丙酮，其中乙醇的純度為95.57%。實(shí)驗(yàn)儀器包括電子天平、電熱鼓風(fēng)干燥箱、紅外光譜儀 (FT-IR)、紫外分光光度計(jì) (UV-Vis)、高速離心機(jī)、真空干燥箱、KQ-100B型超聲波清洗器、熒光光譜儀。

3.2 光敏劑G-BDCM復(fù)合物的制備過程

以焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（MPPA） 為起始原料，以乙醇作為溶劑，在三乙胺的作用下與丙二氰反應(yīng)制備得到13-β，β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM），然后以DMSO溶劑BDCM，以水分散石墨粉，在持續(xù)超聲振蕩下反應(yīng)24h，得到墨綠色溶液G-BDCM水溶液。

3.3 光敏劑G-BDCM復(fù)合物的制備步驟

3.3.1 制備13-β，β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM）

取MPPA22mg、丙二腈20mg溶于3ml乙醇，加入催化劑三乙胺50μl，放入50ml二口瓶中進(jìn)行磁力攪拌，溶液溫度85℃左右反應(yīng)3-5h后，停止反應(yīng)，減壓旋蒸濃縮液體，隨后以乙醇、二氯甲烷萃取溶液，濃縮蒸干，采用薄層層析分離，以乙酸乙酯：石油醚（1：5） 為展開劑，得到墨綠色固體13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM）。

3.3.2 制備石墨烯負(fù)載BDCM復(fù)合物，以實(shí)現(xiàn)提高BDCM的水溶性。

首先制備石墨烯溶液：用50mg石墨與50mg十二烷基苯磺酸鈉（SDBS） 在60ml二重蒸餾水中超聲2h，之后離心30min，得到粗制得石墨烯溶液。然后向其中滴加BDCM（10mg）二氰化合物的DMSO溶液0.2mL，邊超聲邊震蕩，超聲24h，隨后離心混合液以除去沒有反應(yīng)的光敏劑，并抽濾除去沒有反應(yīng)的石墨烯，得到的物質(zhì)保存于水中待測。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.4.1 石墨烯負(fù)載13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM） 的表征

根據(jù)紫外吸收光譜可知最大吸收波長：λmax：MPPa為667nm，MDCM 為698nm，說明丙二氰的修飾，擴(kuò)展了芳香環(huán)的π-π-共軛，使紫外吸收波長紅移了31nm，波長越長，對(duì)深處腫瘤治療越好。

3.4.2 石墨烯負(fù)載BDCM后的紫外吸收與熒光發(fā)射光譜圖

根據(jù)熒光發(fā)射光譜可知：熒光發(fā)射波長MPPa：為704nm，G-BDCM基本呈現(xiàn)熒光淬滅，說明石墨烯負(fù)載BDCM后，使其熒光淬滅，簡接說明BDCM已經(jīng)連接在石墨烯表面了。

根據(jù)紫外吸收光譜可知最大吸收波長：λmax：BDCM 為 698nm、 G-BDCM 為 708nm、石墨烯與光敏劑是通過π-π共軛連接在一起的，導(dǎo)致吸收波長出現(xiàn)紅移10nm，同時(shí)紫外吸收基線上調(diào)，這是納米藥物分散在水中導(dǎo)致的現(xiàn)象，也說明石墨烯成功與BDCM連接在一起。

3.4.3 石墨烯負(fù)載BDCM后G-BDCM的結(jié)果

根據(jù)拉曼光譜可知：Graphite：D 1355 cm-1G：1578 cm-12D 2729 cm-1。

G-BDCM：D 1356 cm-1G：1578 cm-12D：2710 cm-1。

H-石墨烯負(fù)載光敏劑BDCM后，基本維持原先石墨粉的拉曼吸收峰，但2D峰藍(lán)移，說明BDCM參與了石墨粉的剝離，導(dǎo)致少層石墨烯的形成，同時(shí) D峰強(qiáng)度的增加源于光敏劑BDCM的負(fù)載，破壞了原先石墨粉的對(duì)稱性，促使D峰強(qiáng)度增加。

4 結(jié)論

本文首先以焦脫鎂葉綠酸-a甲酯為原料，通過丙二氰的修飾，擴(kuò)展了整個(gè)大π-電子體系共軛，因而使13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯（BDCM）的紫外吸收波長紅移至698nm，同時(shí)其熒光發(fā)射波長為704nm（400nm的激發(fā)波長），丙二氰的修飾成功獲得吸收波長更長的光敏劑13-β、β二氰焦脫鎂葉綠酸-a甲酯，它更利于對(duì)深處腫瘤的治療。另一方面，當(dāng)和石墨烯結(jié)合后，雖然由于石墨的引入導(dǎo)致其熒光強(qiáng)度基本淬滅，但其紫外吸收波長進(jìn)一步紅移至708nm，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的初衷，制備波長更長的新型光敏劑，有望解決深處腫瘤的治療。另一方面，由于石墨烯是在水中和BDCM反應(yīng)，由于π-π共軛效應(yīng)和親水性反應(yīng)，使獲得的新型G-BDCM復(fù)合物呈現(xiàn)明顯增加的水溶性，在很大程度上解決了光敏劑水溶性差的問題。

綜合上述所述，制備新的光敏劑G-BDCM復(fù)合物具有顯著增加的紫外吸收波長，以及明顯增加的水溶性，有望應(yīng)用于深處腫瘤的治療，我們相信，水溶性的大大提升將會(huì)獲得優(yōu)良的抗腫瘤活性，同時(shí)也有望應(yīng)用于臨床研究當(dāng)中。