骨靶向性近红外荧光诊断试剂的设计、合成与活性评价

With the development of chinese aging population, joint diseases become one of the common diseases and a serious threat to people's health. Near-infrared fluorescence imaging is a new optical imaging technique and bone targeted near-infrared contrast agent has been a research frontier and hotspot of bone imaging. Although great progress has been made in recent years, there are still challenges in this field including not ideal targeting capacity and in vivo activity, and unclear structure-activity relationship. On the basis of our previous work, we propose a new design strategy named "Multivalent Bone Targeting". It bases on the incorporation of targeting moieties of BPs or a single phosphoric acid fragment of BPs into the non-delocalized structure of pentamethine and heptamethine indocyanines. Focus will be concentrated on the influence of targeting phosphate groups' type, number, location and substituent changes of the fluorophore's skeleton on the physical, chemical, optical properties and bone targeting efficiency of the contrast agents. The completion of this project will led to a better understanding of the structure-activity relationship, provide novel contrast agents with increased binding capacity, and lay the foundation for the development of next generation of bone targeted near-infrared contrast agents.

随着我国人口老龄化的发展，骨关节疾病成为当前常见疾病之一，严重威胁着人们的健康。近红外荧光成像是一种新颖的光学成像技术，其中骨靶向性近红外荧光诊断试剂已成为骨组织光学成像研究的热点和前沿。尽管骨靶向性近红外荧光诊断试剂的研究近年来取得了巨大进展，但仍存在靶向性不够突出、体内活性不够理想以及构效关系尚未明确等重要的科学问题亟待解决。在前期工作的基础上，我们提出了多共价结合骨靶向性的诊断试剂设计策略，拟将骨靶向性双磷酸类化合物中的磷酸基团片段或者单个磷酸基团引入到五甲炔花菁和七甲花菁荧光试剂的分子骨架上，重点设计、考察磷酸基团的片段的种类、数量、位置以及荧光试剂分子骨架上取代基变化对诊断试剂的理化、光学性质和靶向性的影响。在完成构效关系分析的基础上，发现结构新颖、骨靶向性突出的近红外荧光诊断试剂，为创制拥有自主知识产权的骨靶向性诊断试剂奠定基础。

近红外荧光成像是一种新颖的光学成像技术，其中骨靶向性近红外荧光诊断试剂已成为骨组织光学成像研究的热点和前沿。在前期工作的基础上，将骨靶向性双磷酸类化合物中的磷酸基团片段或者单个磷酸基团引入到五甲炔花菁和七甲花菁荧光试剂的分子骨架上，重点设计、考察磷酸基团的片段的种类、数量、位置以及荧光试剂分子骨架上取代基变化对诊断试剂的理化、光学性质和靶向性的影响。在完成构效关系分析的基础上，发现结构新颖、骨靶向性突出的近红外荧光诊断试剂，为创制拥有自主知识产权的骨靶向性诊断试剂奠定基础。.（1）骨靶向性近红外荧光诊断试剂的设计、合成及体外活性测试：采用MBT策略的思路，将骨靶向基团-荧光试剂两部分以不同方式进行组合，重点考察其吲哚芳环及共轭烯烃链上取代基的变化，比如电性、极性、Log D等对活性造成的影响。将碳酸钙，草酸钙，羟磷灰石（HA），磷酸钙和焦磷酸钙分别与所设计合成得到的诊断试剂进行体外结合能力测试。具有高HA靶向性的化合物，被用于后续研究。其中化合物P14和H15（呈现出较好的体外活性。.（2）现已证明，乳腺、肾脏、胰腺、结肠等多种实体肿瘤的血管内皮细胞高度表达前列腺特异性膜蛋白PSMA。采用MBT策略，申请人以KUE小分子为PSMA靶向载体，将骨靶向的近红外荧光试剂与其键合，考察了诊断试剂体外与PSMA高表达的LNCaP细胞的结合能力。以上相关研究成果发表在Chem. Commun. 2017, 53, 1611-1614. (SCI IF 6.319).（3）本课题组在实验中偶然发现N-烷基-2,3-二苯基马来酸酐在碱性条件下可裂解，且不能自动闭合成2,3-二苯基马来酸酐，但经简单的酸处理可自动关环，形成2,3-二苯基马来酸酐。基于这一发现，我们完成了以2,3-二苯基马来酸酐为起始原料的伯胺，O-烷基羟胺的绿色合成。该合成具有反应时间短、条件温和、操作简便、未使用有毒，有害及昂贵化学原料，试剂、成本低廉、环境友好等特点。以上工作已经发表SCI论文1篇，申请中国发明专利一项。Green Chemistry, 2016, 18, 5794-5799.