[发明专利]一种pH和乏氧双响应定位肿瘤细胞的萘酰亚胺类比率荧光探针及其合成方法

说明书

本发明涉及肿瘤细胞的定位与检测技术领域，具体是一种pH和乏氧双响应定位肿瘤细胞的萘亚胺类比率荧光探针。本发明的探针以萘酰亚胺为母体引入硝基苄基和吗啉活性基团分别用于检测乏氧和pH，通过实验证明该探针在酸性下检测硝基还原酶的效果要远好于在中性条件下，因此本发明的探针消除了常规的乏氧探针只能检测硝基还原酶的局限性，大大地提高了肿瘤细胞成像的准确性，其在肿瘤的治疗和检测方面提供了一种新的思路，应用前景非常广阔。

技术领域

本发明涉及肿瘤细胞的定位与检测技术领域，具体地说，是一种pH和乏氧双响应定位肿瘤细胞的萘亚胺类比率荧光探针，简单来说，就是一种用于检测氢离子和硝基还原酶的萘亚胺类比率荧光探针。

背景技术

据相关组织报道，2004年全球有约800万人死于癌症，2013年有约900万人死于癌症，预计到2030年死于癌症的人数将超过1300万，显然癌症已经成为威胁人类健康重大疾病。研究人员早在1955年提出了肿瘤中存在乏氧区域的假说，后续大量实验表明了肿瘤细胞的氧浓度比正常细胞低。由于肿瘤乏氧与肿瘤细胞的恶性表型，癌症治疗的抗性，以及癌症病人的死亡率紧密相关，所以对于癌症治疗和诊断并发展有效的乏氧检测方法是刻不容缓的。乏氧是肿瘤微环境的一个重要特征，检测乏氧可以预测并治疗反应。目前对于肿瘤乏氧的检测主要有以下方法：有组织形态分析法、氧电极分析法、DNA断裂分析法、核磁共振分析法、核医学检测方法和乏氧探针成像法。由于乏氧探针成像分析法与前面四中方法相比具有灵敏度度高、方法简单的特点，所以其在乏氧检测方法中是一种具有很大优势。在乏氧细胞内乏氧探针可以被反应还原，生成或者释放荧光物质，达到检测乏氧的目的。

细胞内的pH是细胞很重要的参数，与细胞内受体介导信号传导、酶活性、细胞增殖和凋亡、离子转运等生命过程息息相关。在正常的生理条件下，人体细胞内的H⁺的浓度为40nmol/L(pH7.4)，仅在很小的范围内有轻微的变化(7.35-7.45)。研究表明，不正常的pH值变动，通常与细胞功能紊乱和一些疾病相关，如肾性中毒、阿尔兹海默症、肺气肿、炎症和癌症等。肿瘤细胞的pH范围约在5.8～7.7，比正常细胞中低0.5单位左右。研究表明肿瘤中酸性环境与离子转运体Na⁺/H⁺交换体(NHE)和H⁺乳酸协同转运蛋白系统等过程有关。因此，肿瘤细胞与正常组织的酸性不同，可作为切入点，用于药物的靶向设计和肿瘤诊断。目前可用于检测pH的方法主要有：微电极法、核磁共振法、吸收光谱法以及荧光光谱法等。其中，荧光技术具有高灵敏性、非损伤性、能原位直接检测等优点，使得该技术在细胞内的微环境的pH检测有着更广阔的应用前景。

综上所述，研究人员为了定位机体中的肿瘤细胞基本上是通过其细胞微环境内的乏氧和pH呈现弱酸性进行的。然而，已报道的荧光探针中大部分的荧光探针只能单独对乏氧环境进行检测或者对单独pH进行检测，通过探针的荧光变化定位肿瘤细胞。这样检测出来的结果对于定位肿瘤细胞的准确性有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，设计一种同时响应肿瘤细胞中乏氧环境和弱酸性的小分子探针，是以萘酰亚胺为发光基团，引入吗啉和含硝基的基团，能同时响应肿瘤细胞中乏氧环境和弱酸性。由于灵敏度较高，因此可以用于定位体内的肿瘤细胞。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：本发明采用萘酰亚胺为母体，引入吗啉和含有硝基的基团分别作为氢离子和硝基还原酶的活性中心，以便该探针更好地在生物体内的肿瘤细胞成像。

本发明的第一方面，提供一种pH和乏氧双响应定位肿瘤细胞的萘酰亚胺类比率荧光探针，其结构通式I如下所示：

其中，R₁，R₂，R₃为C₁～C₂₀的烷基或者氢；