阅读说明：本技术 一种芘磺酸盐衍生物及其制备方法和应用 (Pyrene sulfonate derivative and preparation method and application thereof ) 是由 王艳丽 尹雪莲 章俊峰 李晨晨 于 2020-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种芘磺酸盐衍生物及其制备方法和应用,涉及医药技术领域。本发明提供了一种芘磺酸盐衍生物,具有式I所示的结构；所述式I中M为一价金属离子。本发明提供的芘磺酸盐衍生物的生物相容性好、毒性低,能够通过影响脑内皮细胞上的转录因子(Nrf2)和转化生长因子β1(TGFB1),在1h内就能够将血脑屏障进行无创、无毒性的打开,并且血脑屏障的开放持续时间长,为药物能够充分到达胶质瘤区域提供了通道。(The invention provides a pyrene sulfonate derivative and a preparation method and application thereof, and relates to the technical field of medicines. The invention provides a pyrene sulfonate derivative, which has a structure shown in a formula I; in the formula I, M is monovalent metal ion. The pyrene sulfonate derivative provided by the invention has good biocompatibility and low toxicity, can open the blood brain barrier in a non-invasive and non-toxic manner within 1h by influencing a transcription factor (Nrf2) and a transforming growth factor beta 1(TGFB1) on a brain endothelial cell, has long opening duration of the blood brain barrier, and provides a channel for a medicine to fully reach a glioma region.)

一种芘磺酸盐衍生物及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及医药技术领域，具体涉及一种芘磺酸盐衍生物及其制备方法和应用。

背景技术

中枢神经系统(CNS)肿瘤的治疗依赖于肿瘤的显微组织学特征，辅以免疫组织化学。目前，CNS肿瘤的治疗的方法主要是手术、化疗以及放疗-靶向治疗。胶质细胞瘤是最常见的CNS肿瘤，其生长特点为浸润性生长，与正常脑组织无明显界限，多数不限于一个脑叶，向脑组织外呈指状深入破坏脑组织。胶质细胞瘤主要来源于低分化的胶质细胞，具有核异型性、细胞多态性和高有丝***活性，可以通过优先解剖途径(包括脑实质、血管周围间隙、蛛网膜下腔和白质束)浸润邻近的脑组织，表现出极大的局部侵袭性。因此，胶质细胞瘤的边界通常不明确，无法完全手术切除，易导致肿瘤复发。

以纳米材料和药物为指导的化疗和光疗治疗发挥了重要作用，是利用药物载体和药物本身的性质(如脂溶性药物或者本身分子量小)，将药物传递到胶质瘤区域。然而，脑部微血管的紧密连接包裹着脑部组织的各个部分，形成天然阻隔屏障(血脑屏障)，使得药物不能在脑内聚积达到足够的药效剂量和产生相应的治疗作用。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种芘磺酸盐衍生物及其制备方法和应用，本发明提供的芘磺酸盐衍生物能够迅速、无创、无毒性的将血脑屏障打开，且血脑屏障的开放持续时间长，为药物能够充分到达胶质瘤区域提供了通道。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种芘磺酸盐衍生物，具有式I所示的结构：

所述式I中M为一价金属离子。

优选的，所述式I中M为K⁺或Na⁺。

本发明提供了上述技术方案所述芘磺酸盐衍生物的制备方法，包括以下步骤：

将硝基芘、水溶性亚硫酸盐和水混合，进行还原反应，得到芘磺酸盐衍生物；

所述硝基芘具有式II所示结构：

优选的，所述浓硝酸的浓度为86～98wt％。

优选的，所述水溶性亚硫酸盐包括亚硫酸钠或亚硫酸钾。

优选的，所述硝基芘和水溶性亚硫酸盐的摩尔比为1：(200～400)。

优选的，所述还原反应的温度为150～250℃，时间为10～15h。

本发明还提供了上述技术方案所述芘磺酸盐衍生物或上述技术方案所述制备方法得到的芘磺酸盐衍生物作为无创血脑屏障开放剂在制备治疗胶质细胞瘤的药物中的应用。

本发明提供了一种芘磺酸盐衍生物，具有式I所示的结构；所述式I中M为一价金属离子。本发明提供的芘磺酸盐衍生物的生物相容性好、毒性低，能够通过影响脑内皮细胞上的转录因子(Nrf2)和转化生长因子β1(TGFB1)，在1h内就能够将血脑屏障进行无创、无毒性的打开，并且血脑屏障的开放持续时间长，为水溶性药物能够充分到达胶质瘤区域提供了通道。

本发明提供了上述技术方案所述芘磺酸盐衍生物的制备方法，包括以下步骤：将硝基芘、水溶性亚硫酸盐和水混合，进行还原反应，得到芘磺酸盐衍生物。本发明提供的制备方法，工艺简单，原料来源广，成本低，适宜工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的硝基芘的质谱图；

图2为实施例1制备的硝基芘的红外谱图；

图3为实施例1步骤(2)中搅拌30min所得产物的红外谱图；

图4为实施例1中芘、硝基芘和含芘磺酸钠衍生物水溶液的实物图；

图5为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物的质谱图；

图6为图5的局部放大图；

图7为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物的红外谱图；

图8为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物的投射电镜图；

图9为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物的粒径的统计图；

图10为RRAR-gamma实时荧光定量检测结果图；

图11为Nrf2实时荧光定量检测结果图；

图12为TGFB1实时荧光定量检测结果图；

图13为应用例1培养的体外血脑屏障的外观图；

图14为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物影响体外模拟血脑屏障的跨膜电阻值图；

图15为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物处理血脑屏障模型的开放剂穿透率图；

图16为实施例1制备的芘磺酸钠衍生物穿透血脑屏障的动物模型图，其中，a为白光下原位脑瘤图，b为活体荧光成像下原位脑瘤图。

具体实施方式

本发明提供了一种芘磺酸盐衍生物，具有式I所示的结构：

所述式I中M为一价金属离子。

在本发明中，所述式I中M优选为K⁺或Na⁺。

本发明提供的芘磺酸盐衍生物处理脑内皮细胞后检测PPAR-gamma，Nrf2和TGFB1，借助Gapdh作为引物，发现PPAR-gamma是过氧化物酶增值物，芘磺酸盐衍生物对脑内皮细胞影响不大。不同浓度的芘磺酸盐衍生物会使得Nrf2表达上调，可以使血脑屏障被打开。TGFB1被认为是血管生成的抑制剂转换生长因子表达，抑制了屏障的形成，完整性被破坏，说明，本发明提供的芘磺酸盐衍生物能够打开血脑屏障。

本发明提供了上述技术方案所述芘磺酸盐衍生物的制备方法，包括以下步骤：

将硝基芘、水溶性亚硫酸盐和水混合，进行还原反应，得到芘磺酸盐衍生物；所述硝基芘具有式II所示结构：

在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

在本发明中，所述硝酸芘优选将芘和浓硝酸混合后进行硝化反应制备得到。

在本发明中，所述芘的纯度优选≥98％。

在本发明中，所述浓硝酸的浓度优选为86～98wt％，更优选为90～96wt％，最优选为92～95wt％。

在本发明中，所述芘和浓硝酸中的HNO₃的摩尔比优选为1：(140～160)，更优选为1：(145～155)，最优选为1:150。

在本发明中，所述芘和浓硝酸混合优选为搅拌混合，本发明对于所述搅拌混合的速度和时间没有特殊限定，能够将原料混合均匀即可。

在本发明中，所述硝化反应的温度优选为50～80℃，更优选为55～75℃，最优选为60～70℃；所述硝化反应的时间优选为15～30h，更优选为18～28h，最优选为20～25h。在本发明中，所述硝化反应过程中，芘与硝酸发生硝化反应生成如式II所示结构的硝酸芘。

所述硝化反应后，本发明优选还包括将所述硝化反应的体系冷却至室温后固液分离，将所得固体产物依次进行水洗和真空抽滤，得到硝基芘。本发明对于所述冷却的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可。本发明对于所述固液分离的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的固液分离方式即可，具体如过滤或抽滤。在本发明中，所述水洗优选为去离子水洗，所述水洗的次数优选为3～5次；所述水洗和真空抽滤的目的是除去未反应的硝酸。在本发明中，所述真空抽滤的目的是除去未反应的硝酸和水。

在本发明中，所述水溶性亚硫酸盐优选包括亚硫酸钠或亚硫酸钾。在本发明中，所述硝基芘与水溶性亚硫酸盐的摩尔比优选为1：(200～400)，更优选为1：(250～350)，最优选为1:300。

在本发明中，所述水溶性亚硫酸盐的物质的量和水的体积的比优选为(10～20)mol：1L，更优选为(12～18)mol：1L，最优选为(15～16)mol：1L。

在本发明中，所述硝基芘、水溶性亚硫酸盐和水混合的方式优选为搅拌混合，本发明对于所述搅拌混合的速度和时间没有特殊限定，能够将原料混合均匀即可。在本发明中，所述混合的顺序优选为将水溶性亚硫酸盐溶解于水中，得到亚硫酸盐溶液，将所述亚硫酸盐溶液和硝基芘混合。

在本发明中，所述还原反应的温度优选为150～250℃，更优选为180～220℃，最优选为200℃；所述还原反应的时间优选为10～15h，更优选为11～14h，最优选为12～13h。在本发明中，所述还原反应过程中发生的反应如式(1)所示

所述还原反应后，本发明优选还包括将所述还原反应的体系冷却至室温，固液分离，将所得液体产物浓缩，得到芘磺酸盐衍生物。本发明对于所述冷却的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可。本发明对于所述固液分离的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的固液分离方式即可，具体如过滤或抽滤。本发明对于所述冷却的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冷却方式即可，具体如减压蒸馏。

本发明还提供了上述技术方案所述芘磺酸盐衍生物或上述技术方案所述制备方法得到的芘磺酸盐衍生物作为无创血脑屏障开放剂在制备治疗胶质细胞瘤的药物中的应用。

本发明提供的芘磺酸盐衍生物的生物相容性好、毒性低，能够通过影响脑内皮细胞上的转录因子(Nrf2)和转化生长因子β1(TGFB1)，作为血脑屏障开放剂使用。本发明提供的芘磺酸盐衍生物在1h内就能够将血脑屏障进行无创、无毒性的打开，并且血脑屏障的开放持续时间长，为药物能够充分到达胶质瘤区域提供了通道。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)将0.5g纯度为98％的芘(购买于东京化成工业株式会社)和25mL浓度为98wt％的浓硝酸混合，在80℃条件下硝化反应24h，冷却至室温后过滤，将所得固体产物用去离子水洗涤3次，用膜清洗去酸，然后在25℃条件下干燥0.5h，得到黄色固体8g，经结构鉴定为硝基芘。

硝基芘的质谱图如图1所示，由图1可知，硝基产物的质荷比是466.53601，所占比例约为60％，本实施例制备得到II所示结构的硝基芘。硝基芘的红外谱图如图2所示，由图2可知，具有C＝C、-NO₂、C-N、C-H以及水中的-OH的特征峰。表明，本实施例制备得到II所示结构的硝基芘。

(2)将8g所述硝基芘加入至50mL浓度10mol/L的亚硫酸钠溶液中在25℃条件下搅拌30min，转移至150mL的陶瓷高压蒸汽反应釜中，在200℃条件下还原反应24h，冷却至室温后过滤，将得到滤液浓缩后在60℃条件下干燥24h干燥，得到芘磺酸钠衍生物(产率为38.4％，纯度为60％，紫外灯照射下具有蓝色荧光)。

搅拌30min后的产物的红外谱图如图3所示，由图3可知，室温下搅拌30min已经发生了还原反应，有磺酸基生成。

芘、硝基芘和含芘磺酸钠衍生物水溶液(浓度为82.6g/L)的实物图如图4所示，由图4可知，本发明制备的芘磺酸钠衍生物在紫外光下具有蓝色荧光，能够实现荧光成像。

本实施例制备的芘磺酸钠衍生物的质谱图如图5所示，局部放大图如图6所示，由图5～6可知，质荷比为543.9913所占的比例为66％，即为式I所示结构的芘磺酸钠衍生物。

本实施例制备的芘磺酸钠衍生物的红外谱图和质谱如图7所示。由图7可知，图中有C＝C(1404cm^-1)，-NO₂(1653cm^-1)、C-H(924cm^-1)、-NH₂(3570cm^-1)以及C-S(1190cm^-1)特征峰，而且C＝C双键说明C原子是SP²杂化。说明本发明成功制备得到具有式I所示芘磺酸钠衍生物。

本实施例制备的芘磺酸钠衍生物的投射电镜图如图8所示，芘磺酸钠衍生物的粒径的统计图如图9所示。由图8～9可知，本实施例制备的粒径的芘磺酸钠衍生物的粒径小，为3.62±0.76nm。

应用例1

将购买于上海酶研生物科技有限公司的脑内皮细胞种植在六孔板上，在在二氧化碳培养箱中培养(5v/v％的二氧化碳+95/v％空气，温度为37℃)体外血脑屏障，2天后借助血脑屏障电位仪测试跨膜电阻值为100Ω·cm³，说明完整的血脑屏障培养成功，加入芘磺酸钠衍生物使得芘磺酸钠衍生物的浓度分别为50ppm、100ppm和200ppm，设置空白脑内皮细胞孵育24h后提取内皮细胞的RNA转录，用PCR测试仪测试实时荧光定量数据，结果如图10～12所示。

图10为RRAR-gamma实时荧光定量检测结果，由图10可知，不同浓度的开放剂(即芘磺酸钠衍生物)使PPAR-gamma的表达减少，内皮细胞的防御会减少，产生ROS也会减少。图11为Nrf2实时荧光定量检测结果，由图11可知，不同浓度的开放剂(即芘磺酸钠衍生物)会使Nrf2上调，抑制脑内皮细胞增殖，从而使血脑屏障被打开。图12为TGFB1实时荧光定量检测结果，由图12可知，不同浓度的开放剂(即芘磺酸钠衍生物)会使TGFB1的表达增强，而TGFB1被认为是血管生成的抑制剂转换生长因子表达，抑制了脑血屏障的形成。

培养的体外血脑屏障的外观图如图13所示，由图13可知，本实施例制备的芘磺酸钠衍生物能够打开血脑屏障。

其中，荧光定量PCR实验步骤为：

(1)总RNA抽提(枪头和离心管均经过湿热灭菌，无RNA酶)

(1.1)用微量移液器将培养瓶/板中培养液吸除干净，加入1mL、4℃预冷的PBS溶液，轻摇洗涤；(1.2)用微量移液器将PBS吸除干净；(1.3)加入1mL的RNA提取液，轻缓振荡或用枪头吹打，破碎细胞；(1.4)将液体转移到灭过菌的1.5mL离心管内；(1.5)加入250μL三氯甲烷，颠倒离心管15s，充分混匀，静置3min；(1.6)4℃下12000rpm离心10min；(1.7)将所得上清转移到新的离心管中，加入0.8倍体积的异丙醇，颠倒混匀；(1.8)-20℃放置15min；(1.9)4℃下12000rpm离心10min，管底的白色沉淀即为RNA；(1.10)吸除液体，加入75％乙醇1.5mL洗涤沉淀；(1.11)4℃下12000rpm离心10min；(1.12)将上清液液体吸除干净，将离心管置于超净台上吹3min；(1.13)加入15μL无RNA酶的水溶解RNA；(1.14)在55℃下孵育5min；(1.15)使用Nanodrop 2000检测RNA浓度及纯度：仪器空白调零后取2.5μL待测RNA溶液于检测基座上，放下样品臂，使用电脑上的软件开始吸光值检测；(1.16)将浓度过高的RNA稀释至终浓度为200ng/μL。

(2)反转录(枪头和PCR均经过湿热灭菌，无RNA酶)

(2.1)取一PCR管，加入含2μg RNA的溶液；(2.2)加入1μLoligo(dT)18；(2.3)用无核糖核酸酶的去离子水补足至12μL；(2.4)于PCR仪上65℃保温5min，迅速置冰上冷却；(2.5)依次加入4μL 5×buffer、2μL 10mM dNTPs、1μLRNAinhibitor和1μL反转录酶，用枪抽吸混匀；(2.6)于PCR仪上42℃保温60min，结束后80℃保温5min灭活反转录酶。

(3)定量PCR

(3.1)取0.2mLPCR管，配制如下反应体系，每个反转录产物配制3管，反应体系组成为：12.5μL 2×qPCRMix、2.0μL 7.5μmol/L基因引物、2.5μL反转录产物和8.0μLddH₂O；(3.2)PCR扩增：预变性(95℃，10min)，循环(95℃，15s→60℃，60s)40次，溶解曲线(75℃→95℃，升温速率1℃/20s)。

(4)结果处理(ΔΔCT法)

表达倍数＝2^-K

其中，A＝CT(目的基因，待测样本)-CT(内标基因，待测样本)，B＝CT(目的基因，对照样本)-CT(内标基因，对照样本)，K＝A-B。

应用例2

(1)将5×10⁵/cm²的脑内皮细胞和原代脑内皮细胞(自己提取)培养在Transwell小室上层建立单层血脑屏障模型，将脑胶质瘤细胞培养在Transwell小室下层建立双血脑屏障模型。培养(5v/v％的二氧化碳+95/v％空气，温度为37℃)10天，隔天换液。用血脑屏障电位仪测试血脑屏障的跨膜电阻值，并且加入浓度为100mg/L芘磺酸钠衍生物作为开放剂，每隔1h测试跨膜电阻值，结果如图14所示，其中，Bend.3是脑内皮细胞，U251是胶质瘤细胞，PrimaryBend.3是提取的脑内皮细胞。由图14可知，加入芘磺酸钠衍生物开放剂能够使跨膜电阻值减小，说明血脑屏障被打开。

(2)采用与步骤(1)相同方式培养血脑屏障模型，在上层清夜中加入10mg/L芘磺酸钠衍生物作为开放剂每隔1h取下层小室中的液体500μL，收集48h，测试开放剂的紫外吸收值，根据开放剂的紫外标准曲线计算出穿透率，结果如图15所示，其中，Bend.3是脑内皮细胞，U251是胶质瘤细胞，PrimaryBend.3是提取的脑内皮细胞。由图15可知，开放剂可在1h内穿透紧密的血脑屏障模型。

应用例3

体外实验

将1只原位脑瘤小鼠在动物房中称重，注射100mg/kg的实施例1制备的芘磺酸钠衍作为开放剂，注射后0.5h后，将老鼠处死，取其脑和脑瘤，除去肿瘤表面的脂肪，用生理盐水清洗掉血，然后用活体成像仪测量荧光强度，放在黑色卡纸上荧光成像图，结果如图16所示，其中，a为白光下原位脑瘤图，b为注射开放剂之后活体荧光成像下原位脑瘤图。由图16可知，具有荧光的开放剂打开血脑屏障聚集在脑瘤处。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。