一种肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针及其制备和应用

本发明属于生物医学应用领域，具体而言，涉及一种肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针及其制备和应用。

背景技术：

1、铜(ii)离子(cu2+)作为生物体内一种必需的微量元素，在多种生物过程中扮演着至关重要的角色，包括酶的催化、蛋白质功能的调节、dna复制与修复、细胞分化与增殖等。研究表明，与正常组织相比，肿瘤对铜的需求更高。临床研究显示，癌症患者的血清或肿瘤组织中铜离子水平显著升高，较高的铜离子水平往往代表较差的临床分期及预后。铜可提高基因组不稳定性、促进血管生成和上调促肿瘤信号通路，进而增强肿瘤的转移性和侵袭力。然而，过量的铜离子已被证明通过凋亡或氧化应激等途径诱导肿瘤细胞死亡，最新发现的铜死亡也为肿瘤治疗提供了新的潜在靶点。因此，在肿瘤细胞中，铜离子的高需求与异常累积不仅促进了肿瘤的生长、转移和侵袭能力，同时也为肿瘤的治疗提供了新的思路-通过调控铜离子水平来影响肿瘤细胞的命运；然而，由于肿瘤细胞的异质性和复杂性，如何在肿瘤细胞中准确、快速、实时地检测铜离子含量成了一个亟待解决的问题。

2、传统检测铜离子的方法，如原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱等，虽然具有较高的准确性，但存在操作复杂、耗时较长、无法实时原位检测等局限性，难以满足临床及科研中的快速检测需求。在复杂的生物环境中，特别是肿瘤细胞内部，实现对铜离子的特异性检测仍具有挑战性。肿瘤细胞中的铜离子浓度可能因病情进展、肿瘤类型及个体差异而有所不同。传统检测方法在灵敏度和准确性方面可能存在局限，难以捕捉到细微的浓度变化。

3、近年来，荧光探针技术因其高灵敏度、高选择性、实时原位检测及良好的生物相容性等优点，在生物医学领域得到了广泛应用。荧光探针能够通过与目标分子特异性结合，引起荧光信号的变化，从而实现对目标分子的定量检测。在肿瘤细胞中，荧光探针能够穿透细胞膜，进入细胞内部，实时反映细胞内特定分子的动态变化，为肿瘤的诊断和治疗提供重要信息。

4、cxcr4是趋化因子cxcl12的特异性受体，cxcl12/cxcr4轴与肿瘤的转移、增殖、黏附以及血管新生多种机制相关。由于肿瘤细胞生长代谢旺盛，cxcl12能够吸引内皮干细胞，并且与血管表皮生长因子(vegf)等多种生长因子发生协同作用，增加内皮细胞的生长以形成大量新的细小血管。同时，cxcr4在多种包括卵巢癌细胞表面高度表达，并在其生长及其发生转移的能力中起重要作用。

5、因此，鉴于cxcr4作为趋化因子cxcl12的特异性受体在肿瘤生物学中的核心作用，以及其与肿瘤转移、增殖、黏附和血管新生等关键过程的紧密联系，开发一种能够同时针对cxcr4和铜离子进行特异性检测的荧光探针具有极高的科学价值和临床应用前景，对于提高肿瘤诊断的准确性、指导肿瘤治疗方案的制定具有重要意义。

技术实现思路

1、针对肿瘤细胞中铜离子检测的难题，在复杂的肿瘤环境中，如何实现铜离子的高灵敏度、高选择性及实时检测，同时赋予荧光探针肿瘤特异性，以精准反映肿瘤细胞内铜离子水平，为肿瘤诊断、分期及铜基疗法提供可靠依据的技术现状，本发明旨在于提供一种肿瘤靶向性的近红外铜离子探针及其制备和应用。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种具有肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针，所述荧光探针结构如下任意一项：

4、

5、本发明提供上述具有肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针的制备方法，包括：

6、s1，氩气保护，4-二乙氨基水杨醛与碳酸铯混合后，与2-溴环己-1-烯-1-甲醛反应，萃取，柱层析纯化制备化合物d1；

7、所述化合物d1的结构式为：

8、

9、s2，氩气保护，将s1化合物d1与1-乙基-2-甲基碘化喹啉鎓混合，加入溶剂反应，获得化合物d2于0～5℃加入三溴化硼反应，二氯甲烷稀释，加入碳酸钠溶液淬灭，萃取，过滤，柱层析纯化获得化合物d3；

10、

11、所述化合物d2的结构式为：

12、所述化合物d3的结构式为：

13、利用s1获得的化合物d1溶解于0～5℃加入三溴化硼反应，中和，萃取，干燥，柱层析纯化获得化合物d4，氩气保护，化合物d4与1-乙基-2-甲基碘化喹啉鎓混合，加入乙酸酐反应，过滤，干燥，柱层析纯化获得化合物d5；

14、

15、所述化合物d4的结构式为：

16、所述化合物d5的结构式为：

17、s3，二碳酸二叔丁酯与1,4,8,11-四氮杂环十四烷反应，柱层析纯化获得化合物d6，将化合物d6、无水二氯甲烷、对氯甲基苯甲酰氯、三乙基胺混合反应，萃取，纯化，浓缩，溶于丙酮，加入碘化钠蒸发溶剂获得化合物d7；

18、

19、

20、所述化合物d6的结构式为：

21、所述化合物d7的结构式为

22、s4，s2获得的化合物d3或者化合物d5与s3获得的化合物d7反应，萃取，纯化，真空浓缩，干燥后加入含二氧六环的盐酸溶液再次反应，纯化获得靶向cxcr4受体同时检测铜离子的荧光探针；

23、

24、s1所述4-二乙氨基水杨醛、碳酸铯和2-溴环己-1-烯-1-甲醛的摩尔比为2～3:4～5:1，反应温度为24～26℃，反应时间为16～20h。

25、s1所述萃取采用的溶剂为水和二氯甲烷，所述柱层析纯化采用的流动相为体积比为6:1的石油醚和乙酸乙酯。

26、s2所述化合物d1与1-乙基-2-甲基碘化喹啉鎓的摩尔比为1:1，所述溶剂为乙酸酐，反应温度为100～120℃，反应时间为10～14h。

27、s2所述化合物d2与三溴化硼的摩尔比为1:20～25，室温反应20～26h，所述柱层析纯化采用体积比为30:1的二氯甲烷和甲醇为流动相。

28、s2所述化合物d1与三溴化硼的摩尔比为1:20～22，室温反应14～18h，所述萃取采用二氯甲烷为溶剂萃取2～4次，所述柱层析纯化采用体积比为30:1的二氯甲烷和甲醇为流动相；

29、所述化合物d4与1-乙基-2-甲基碘化喹啉鎓的摩尔比为1:1～2，反应温度为100～120℃，反应时间为8～12h。

30、s3所述二碳酸二叔丁酯与1,4,8,11-四氮杂环十四烷的摩尔比为2～3:1，室温反应16～20h，柱层析纯化采用体积比为20:1的石油醚和乙酸乙酯流动相；所述化合物6、对氯甲基苯甲酰氯和三乙基胺的摩尔比为1:20～30:20～30，室温反应3～5h。

31、所述化合物d3或者化合物d5与化合物d7的摩尔比为1:2～3，50～70℃反应3～5h。

32、本发明提供上述具有肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针在肿瘤细胞中对外源性铜离子的检测和成像应用，所述肿瘤靶向为靶向cxcr4受体。

33、与现有技术相比，本发明取得如下技术效果：

34、本发明提供的具有肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针，该探针具有1)高效铜离子检测与特异性肿瘤靶向：探针通过与铜离子的特定配位反应，实现了对铜离子的快速、高选择性检测，不仅提高了检测的准确性，还减少了生物环境中其他金属离子的干扰；同时该探针能够特异性地富集在cxcr4高表达的肿瘤细胞中，为肿瘤的早期诊断提供了有力的工具；2)优越的荧光性能：探针的发射波长位于近红外区域(685nm)，可有效避免了生物自体发光信号的干扰，提高了荧光成像的信噪比和清晰度；探针具有较大的斯托克斯位移有助于减少激发光对发射光的干扰，进一步提升了荧光检测的灵敏度和准确性；3)强大的组织穿透力与实时成像能力：探针能够实时、快速地响应肿瘤细胞中铜离子的变化，实现动态成像；因此，本发明荧光探针在铜离子检测和肿瘤成像方面具有显著的优势和广泛的应用前景，为肿瘤的诊断、治疗和基础研究提供了有力的技术支持。

35、本发明提供的具有肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针的制备方法，通过多步有机合成反应制备，反应条件温和易于控制，且纯化步骤简单，适合大规模生产；原料易得，成本低，利于实际应用，通过精心设计的分子结构，该荧光探针能够特异性地识别并结合cxcr4受体，同时对铜离子表现出高灵敏度响应，这种高选择性和灵敏度确保了探针在复杂生物环境中的准确性和可靠性。

36、本发明提供的荧光探针通过检测肿瘤细胞内铜离子的变化，可深入了解肿瘤生长、转移和治疗的分子机制，用于评估肿瘤靶向治疗的疗效，为肿瘤细胞中对外源性铜离子的检测和成像提供了一种新的工具；由于cxcr4受体在多种肿瘤细胞中的高表达，该荧光探针在肿瘤的早期诊断、分期、治疗监测和预后评估等方面具有潜在的临床应用价值，通过进一步的研究和优化，该探针还可用于其他与cxcr4受体和铜离子代谢相关的疾病的研究和治疗；本发明提供的具有肿瘤靶向性的近红外铜离子荧光探针在生物医学研究和临床诊断中具有重要的技术效果和广泛的应用前景。