王遠(yuǎn)越 楊紅 周治國(guó) 楊仕平

摘要：

由于酞菁（Pc）配合物具有大的共軛體系，在催化、光電轉(zhuǎn)換以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用.Pc配合物的合成主要包括：插入配位合成方法、直接取代合成法、模板反應(yīng)合成法.Pc配合物在腫瘤診斷與治療領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括光聲成像（PAI）、磁共振成像（MRI）、光動(dòng)力治療（PDT）以及光熱治療（PTT）等.綜述了Pc配合物的合成和在腫瘤診斷與治療領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展.

關(guān)鍵詞：

酞菁; 合成; 生物醫(yī)學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)： O 611.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 1000-5137（2018）01-0100-13

Synthesis and biomedical applications of phthalocyanine complexes

Wang Yuanyue， Yang Hong*， Zhou Zhiguo， Yang Shiping

（College of Life and Environmental Sciences，Shanghai Normal University，Shanghai 200234，China）

Abstract：

Because of its large conjugated system，phthalocyanine complexes have been widely used in catalysis，photoelectric conversion，and biomedicine.Phthalocyanine complexes can be synthesized by many methods such as coordination insertion method，direct substitution method，and template reaction method.The applications of phthalocyanine complexes have been reported in tumor diagnosis and treatment mainly including photoacoustic imaging （PAI），magnetic resonance imaging （MRI），photodynamic therapy （PDT），and photothermal therapy （PTT）.Here，the recent advances in synthesis and biomedical applications of phthalocyannine complexes were reviewed.

Key words：

phthalocyanine; synthesis; biomedicine

收稿日期： 2017-09-18

基金項(xiàng)目： 國(guó)家自然科學(xué)基金（21371122）

作者簡(jiǎn)介： 王遠(yuǎn)越（1992-），女，碩士研究生，主要從事銥配合物的合成及性質(zhì)方面的研究.E-mail：1903458165@qq.com

*通信作者： 楊紅（1978-），女，博士，教授，主要從事配位化學(xué)、納米醫(yī)學(xué)方面的研究.E-mail：yanghong@shnu.edu.cn

引用格式： 王遠(yuǎn)越，楊紅，周治國(guó)，等.酞菁配合物的合成及在腫瘤診斷與治療中的研究進(jìn)展 [J].上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，47（1）：100-112.

Citation format： Wang Y Y，Yang H，Zhou Z G，et al.Synthesis and biomedical applications of phthalocyanine complexes [J].Journal of Shanghai Normal University（Natural Sciences），2018，47（1）：100-112.

0引言

圖1Pc和Pc配合物結(jié)構(gòu)圖

酞菁（Pc）是Scottish公司在1928年由鄰苯二甲酸酐合成鄰苯二甲酰亞胺的過(guò)程中，因一次設(shè)備事故意外發(fā)現(xiàn)的.它是一類(lèi)卟啉的衍生物（圖1），屬于苯并氮雜卟啉.Pc具有很強(qiáng)的配位能力，能夠與超過(guò)70種不同的元素進(jìn)行配位，也可以與不同的配體形成軸向配位化合物或橋接配合物.由于Pc具有18電子大環(huán)共軛體系，使其最大吸收相對(duì)于卟啉顯著紅移，通過(guò)在Pc環(huán)上引入不同的取代基和中心金屬離子，可以使其最大吸收紅移至700～800 nm.Pc配合物不僅對(duì)組織的透過(guò)率較高，而且對(duì)光、熱甚至酸堿具有較高的穩(wěn)定性，有利于在生物體系中的應(yīng)用.本文作者主要重點(diǎn)介紹了Pc配合物的合成方法以及在腫瘤診斷和治療中的研究進(jìn)展.

1Pc配合物的合成

根據(jù)不同的金屬（M）可以合成不同的Pc化合物，例如Pc化合物H2Pc、Li2Pc、CuPc、AlC1Pc、AlOHPc、TiOPc、SiCl2Pc和Si（OH）2Pc.Pc純化一般采用升華和溶液沖洗.常采用分區(qū)升華的方法提純Pc化合物.該方法一般需要N2流.升華分為三個(gè)區(qū)域：升華區(qū)（高溫區(qū)）、聚集區(qū)（中溫區(qū)）和低溫區(qū)，根據(jù)各個(gè)區(qū)域溫度的不同實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)和Pc產(chǎn)物的收集.溫度場(chǎng)和N2氣流的存在使得傳質(zhì)成為可能，溶液沖洗是在Pc合成中用有機(jī)溶劑，堿性溶液和5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的熱鹽酸溶液連續(xù)洗滌.

1.1插入配位合成法

插入復(fù)合物合成法（簡(jiǎn)稱(chēng)插入法）首先合成無(wú)金屬Pc，然后與金屬鹽反應(yīng)，金屬離子參與4個(gè)氮原子配位反應(yīng)，使得相應(yīng)的金屬插入Pc環(huán)得到金屬Pc配合物（圖2）.非金屬Pc的中心孔直徑比周期表中大多數(shù)金屬離子大，使無(wú)金屬Pc可以和幾十種金屬離子，特別是過(guò)渡金屬離子形成穩(wěn)定的金屬Pc絡(luò)合物.Cook 等[1]使用烷氧基取代酞腈合成的無(wú)金屬Pc與金屬鹽反應(yīng)，形成相應(yīng)的金屬Pc.在合成無(wú)金屬Pc過(guò)程中，鋰與正戊醇反應(yīng)生成的戊醇鋰促進(jìn)該過(guò)程的進(jìn)行.該方法的缺點(diǎn)是低產(chǎn)率（通常為20%～30%），并且產(chǎn)物通常與無(wú)金屬Pc混合，不容易分離純化，近年來(lái)一直使用較少.但是使用插入方法可以合成一些不穩(wěn)定性金屬Pc絡(luò)合物，如Pc鐵在一些有機(jī)溶劑中非常不穩(wěn)定，對(duì)純化過(guò)程帶來(lái)了很多麻煩，用醇鋰法得到純的無(wú)金屬Pc，然后用插入法獲得金屬絡(luò)合物，可以解決后處理中Pc分解的問(wèn)題.

圖2插入法合成金屬Pc化合物[2]

1.2直接取代合成法

該方法涉及具有取代基的金屬Pc化合物.可以通過(guò)上述合成方法首選合成出具有取代基的非金屬Pc配合物，然后控制一定的反應(yīng)條件，加入一些相應(yīng)的金屬鹽合成具有取代基的金屬Pc化合物，但難以合成目標(biāo)產(chǎn)物，不僅存在副產(chǎn)物，且可能存在異構(gòu)體，產(chǎn)率低.Lobo等[3]參照此方法合成出一系列金屬Pc化合物（圖3）.

圖3直接取代合成法合成金屬Pc

1.3模板反應(yīng)合成法

模板反應(yīng)合成方法是以中心金屬為模板，可直接形成Pc環(huán)分子片段通過(guò)模板反應(yīng)制備Pc金屬絡(luò)合物.與插入配位法相比，模板反應(yīng)合成方法無(wú)需制備非金屬Pc，而是通過(guò)分子片段和中心金屬直接進(jìn)行合成相應(yīng)的金屬Pc，該反應(yīng)是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程.合成步驟少于插入方法，產(chǎn)量一般較高（通常大于30%），產(chǎn)物中雜質(zhì)種類(lèi)少，很容易被純化，近年來(lái)已被廣泛使用.圖4顯示了從分子片段直接合成無(wú)金屬Pc和酞菁金屬絡(luò)合物的主要合成方法.其中R1、R2、R3和R4可以是氫原子或其他取代基，例如羧基、酰氨基、腈基、硝基、磺酸基、鹵素原子、烷氧基等.“模板反應(yīng)”合成方法根據(jù)其使用的不同催化劑，可分為1，8-二氮雜雙環(huán)[5.4.0]十一碳-7-烯（DBU）液相催化法[4]和鉬酸銨催化法.

圖4模板反應(yīng)合成方法

1.3.1DBU液相催化合成法

DBU為Pc堿性催化劑在成環(huán)反應(yīng)中的催化能力將隨著溫度的升高而提高.該方法通常用于縮合一些更困難的分子片段[5].該方法具有一些缺點(diǎn)：在制備原料時(shí)需要用到劇毒的氰化物，且反應(yīng)條件比較苛刻，需在無(wú)水條件下進(jìn)行.但是因其產(chǎn)物產(chǎn)率較高且純化方法簡(jiǎn)單而受到青睞.Liu 等[6]采用先將醇轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的甲苯磺酸酯，然后用2，3-二氰基氫醌進(jìn)行親核取代，得到二取代的酞腈.在Zn（OAc）2·2H2O和DBU存在下，將這些化合物與過(guò)量的未取代的鄰苯二甲腈進(jìn)行反應(yīng)，得到相應(yīng)的“3+1”環(huán)化產(chǎn)物，由于苯環(huán)上的取代基增加了分子的水溶性使得分子是兩親性的，這是理想型光敏劑所具有的顯著特性.

1.3.2鉬酸銨固相催化合成法

圖52-甲氧基-1，3-二甲基苯金屬酞菁

（TDMP-MPc）合成路線(xiàn)圖

在固化反應(yīng)瓶中加入用來(lái)合成Pc配合物的分子碎片（鄰苯二甲酸酐或鄰苯二甲酰胺等衍生物）、催化劑（無(wú)機(jī)酸）、氨化劑（尿素等），還可以將反應(yīng)物加入到無(wú)機(jī)鹽作為助熔劑以降低熔融溫度，進(jìn)入馬弗爐加熱至熔融狀態(tài)下進(jìn)行.Kudo等[7]通過(guò)固相法合成烷氧基金屬Pc（圖5）.當(dāng)尿素熔融時(shí)，反應(yīng)保持恒定一段時(shí)間.一方面可以防止尿素的分解失去大量的氨，另一方面也可以防止氨釋放得太快.改變反應(yīng)環(huán)境可以改善在熔融狀態(tài)反應(yīng)物混合物不均勻的現(xiàn)象[8].雖然反應(yīng)方法比較簡(jiǎn)單，但是副產(chǎn)品比較多，影響產(chǎn)率，同時(shí)分離和純化也比較困難.Shaabani等[9]在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上使用微波處理，高效地縮短合成時(shí)間并提高產(chǎn)率.

2Pc配合物在腫瘤診斷中的研究

成像已經(jīng)成為癌癥研究、臨床試驗(yàn)和醫(yī)學(xué)實(shí)踐中不可或缺的工具.Pc類(lèi)化合物由于大環(huán)的π體系的強(qiáng)疏水性相互作用，使其在水性介質(zhì)中溶解度較低且易于聚集，導(dǎo)致光敏效率大大降低[10].目前光動(dòng)力治療（PDT）的主要限制因素為隨著波長(zhǎng)增加組織穿透深度降低，但人體組織對(duì)650～1 100 nm范圍的光具有良好的組織穿透深度.因此目前Pc光敏劑的研究熱點(diǎn)是：合成出具有良好水溶性、低聚集性且在近紅外具有較強(qiáng)吸收的新型Pc衍生物.Pc類(lèi)化合物由于具有特殊的結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)良的光學(xué)性能，作為一種優(yōu)良的光敏劑已獲得廣泛推廣.Pc在可見(jiàn)光700 nm左右處有一個(gè)強(qiáng)烈的吸收帶，當(dāng)Pc分子同其他電學(xué)或光學(xué)活性基團(tuán)連接后會(huì)具有許多獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)[11].

2.1Pc配合物在光聲成像（PAI）中的研究成像

PAI技術(shù)是一種具有廣泛應(yīng)用前景的無(wú)損生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，其結(jié)合了純光學(xué)成像高選擇特性和純超聲成像中穿透深的優(yōu)點(diǎn)，克服了光在組織中的高散射限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活體深層組織的高分辨、高對(duì)比度成像.脈沖激光照射生物組織時(shí)，位于組織體內(nèi)的吸收體吸收脈沖光能量，產(chǎn)生瞬時(shí)升溫并膨脹，由此產(chǎn)生超聲波.這時(shí)位于組織體表面的超聲探測(cè)器可以接收到這些外傳的超聲波，并根據(jù)探測(cè)到的光聲信號(hào)來(lái)重建組織內(nèi)光能量吸收分布的圖像[12]（圖6）.該方法有機(jī)地結(jié)合了光學(xué)成像和聲學(xué)成像的特點(diǎn)，可提供深層組織高分辨率和高對(duì)比度的組織斷層圖像.從原理上避開(kāi)了光散射的影響，突破了高分辨率光學(xué)成像深度“軟極限” （約1 mm），可實(shí)現(xiàn)50 mm的深層活體內(nèi)組織成像.PAI將光學(xué)成像和超聲成像的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，一方面，在PAI中用來(lái)重建圖像的信號(hào)是超聲信號(hào)，生理組織對(duì)超聲信號(hào)的散射要比對(duì)光信號(hào)的散射低2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，因此可提供較深的成像深度和較高的空間分辨率;另一方面，相比純超聲成像，光聲圖像中不同組織間的光學(xué)對(duì)比度較高.PAI可以無(wú)標(biāo)記地對(duì)單個(gè)細(xì)胞成像，對(duì)血管形態(tài)的高分辨成像，對(duì)不同組織的成分進(jìn)行解析和對(duì)血液參數(shù)高特異性的功能檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了從細(xì)胞到組織結(jié)構(gòu)的多尺度示蹤及功能成像，可用于研究動(dòng)物體腦功能、腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移和腫瘤形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、病理特征、血流異常、藥物代謝功能、深層熒光蛋白表達(dá)、基因活性等方面的內(nèi)容.Lee等[13]成功制備了兩種納米萘Pc并進(jìn)行淋巴結(jié)PAI.通過(guò)左前爪注射給藥后進(jìn)行活體PAI，如圖7所示，A，H分別注射兩種等量的納米萘Pc（A組最大吸收峰在707 nm，H組最大吸收峰在860 nm）.將雞乳腺組織分層在大鼠的頂部，成像深度從2 mm分別增加到6 mm（圖7F，M）和10 mm（圖7G，N）.對(duì)于兩種納米萘Pc來(lái)說(shuō)，前哨淋巴結(jié)在兩個(gè)深度處都清楚地觀察到.表明這兩種納米萘Pc顯示出良好的PAI能力.近年來(lái)，作為血清蛋白主要成分的人血清白蛋白（HSA）由于其固有的生物相容性，免疫原性低，循環(huán)半衰期長(zhǎng)，低水平的單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)清除，改善藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，以及藥物傳遞中的多種作用被廣泛用作天然藥物載體，用于螯合無(wú)機(jī)氧化物或有機(jī)分子，例如硒化鉍、IR825和Ce6[14-17].由已知報(bào)道可知基于HSA的納米粒子通過(guò)靜脈內(nèi)注射會(huì)優(yōu)先在腫瘤部位積聚[18-19].同時(shí)Pc為有前景的第二光敏劑[20-21].鐵（II）酞菁（FePc）廣泛用于各種催化轉(zhuǎn)化，酯和肟的制備，還原、氧化和自由基反應(yīng)[22-23].但是其較差的水溶性和較低單線(xiàn)態(tài)氧產(chǎn)率限制了FePc作為光敏劑在癌癥診療中的應(yīng)用.納米粒子和光敏劑的結(jié)合，不僅使光敏藥物在活體內(nèi)循環(huán)時(shí)間增加，同時(shí)增加光敏劑在腫瘤位置的富集，以及提高光敏劑對(duì)光的吸收率，增強(qiáng)了PDT的靶向性光學(xué)深度.Jia等[24]因此合成出一種新型穩(wěn)定的納米粒子HSA-FePc （HSA-FePc NP），同時(shí)顯著改善了FePc在溶液中的穩(wěn)定性.他們研究了HSA-FePc NP在體內(nèi)的光聲（PA）成像性能.如圖8所示，采集不同的時(shí)間間隔注射有HSA-FePc NP或FePc分子的4T1荷瘤小鼠的PA圖像.結(jié)果表明，HSA-FePc NP是一種優(yōu)異的PA成像劑，而且與FePc分子相比，可以顯著提高腫瘤微結(jié)構(gòu)的對(duì)比度和空間分辨率.同時(shí)靜脈注射12 h后，腫瘤位點(diǎn)的HSA-FePc NP的PA信號(hào)達(dá)到最大值.除了肝臟和腎臟中稍高的HSA-FePc NPs積累之外，與其他器官（心臟、脾臟和肺）相比，腫瘤顯示出更高的強(qiáng)度，表明靜脈注射的HSA-FePc NP通過(guò)EPR效應(yīng)定位在腫瘤部位.

圖6（a） 光聲信號(hào)激發(fā)與探測(cè);（b） PAI實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖

圖7兩種納米萘酞菁活體光聲成像.（a），（h）通過(guò)前哨淋巴結(jié)注射兩種等量的納米萘Pc的PAI（A組為最大吸收峰

在707 nm的納米萘Pc， H組最大吸收峰在860 nm的納米萘Pc）;（b），（i）分別為A，H組的對(duì)照組PAI;（c），

（j）為A、H組注射28 min后的PAI;（d），（k）分別為C、J組PAI的偽彩圖;（e），（l）分別C、J沿著黃色虛線(xiàn)切割橫

截面PAI;（f），（m）分別為A、H組前哨淋巴結(jié)橫截面PAI，且在大鼠上方覆蓋一層雞胸部組織;（g），（n）分別為

A、H組前哨淋巴結(jié)橫截面PAI，且在大鼠上方覆蓋兩層雞胸部組織

圖8（a） 不同濃度的HSA-FePc NPs水溶液PAI;（b） 靜脈注射FePc或HSA-FePc NP后腫瘤位點(diǎn)的時(shí)間

依賴(lài)性活體PA成像;（c） 腫瘤部位的時(shí)間依賴(lài)性光聲信號(hào)強(qiáng)度

2.2Pc配合物在磁共振成像（MRI）中的研究

MRI是一種無(wú)輻射的腫瘤成像技術(shù)，能夠非侵襲性地提供體內(nèi)多種信息，包括解剖、生理甚至分子信息[25].其具有良好的時(shí)間及空間分辨率和優(yōu)秀的軟組織對(duì)比及組織穿透力，能夠?qū)崿F(xiàn)多序列、多參數(shù)成像[26].由于MRI敏感性相對(duì)較低，臨床上通常使用釓配合物造影劑以增強(qiáng)MRI效果.近年來(lái)，納米分子探針在MRI中的應(yīng)用極大地增強(qiáng)了其對(duì)活體內(nèi)組織、細(xì)胞及分子水平生理生化變化過(guò)程（生物合成、細(xì)胞增殖、代謝、凋亡、信號(hào)通路改變、代謝物在體內(nèi)分布等） 的鑒別能力，使MRI分子影像在腫瘤診斷、分期、個(gè)性化治療、療效監(jiān)測(cè)等各方面的應(yīng)用中發(fā)揮重要作用[27].大多數(shù)MRI造影劑是由鑭系元素離子（通常是釓（Ⅲ）基螯合物）的環(huán)化螯合物制成的順磁絡(luò)合物[27-28].造影劑的功效取決于溶劑和配體之間水的相互作用.結(jié)合水的交換標(biāo)度依賴(lài)于配體和金屬離子的性質(zhì).用螯合劑1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷-1，4，7，10-四乙酸（DOTA）制備的絡(luò)合物表現(xiàn)出較大的結(jié)合水速率.Gürek等[29]將釓（Ⅲ）原子復(fù)合到DOTA單元上然后與具有光敏性的鋅（Ⅱ）酞菁偶聯(lián)（Gd-DOTA-Pc）.Pc的常見(jiàn)缺點(diǎn)是區(qū)域異構(gòu)體混合物及其嚴(yán)重的聚集傾向，這是由于在水溶液中兩種大環(huán)化合物之間的疊加機(jī)會(huì)大大增加.偶聯(lián)到Pc上的Gd-DOTA要求具有良好的MRI效果：快速的水交換，可持續(xù)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)和有限的內(nèi)部運(yùn)動(dòng).一般來(lái)說(shuō)，臨床使用的造影劑由于其低分子量而具有較慢的水交換率.眾所周知，增加MRI成像劑的分子大小可增強(qiáng)其成像效果.分子的吸收光譜表現(xiàn)出單一的窄Q帶，是典型的非聚集的金屬Pc絡(luò)合物的明顯標(biāo)志.臨床使用的造影劑的效率由其松弛度r1表示，主要受配位于中心Gd3+的水分子的停留時(shí)間（τM）和整個(gè)分子的旋轉(zhuǎn)相關(guān)時(shí)間（τR）的影響[30-32].同時(shí)，由于局部運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致τR值的縮短，具有較高分子量的共軛物可以顯示比預(yù)期的更低的r1.當(dāng)脫氧原子在Gd（III）配位時(shí)形成6元螯合環(huán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)DOTA衍生物的平均τM在理想范圍內(nèi).在各種Gd3+物質(zhì)的量濃度（0.05，0.10，0.20，0.40，0.80和1.60 mmol/L）的水中測(cè)量綴合物的縱向松弛率（1/T1），并且在T1加權(quán)核磁成像上可以觀察到明顯的濃度依賴(lài)性（圖9）.但綴合物的r1值稍低于商用的MRI造影劑，證實(shí)綴合物保留了Gd-DOTA部分的對(duì)比成像特性.較弱的值可歸因于間隔臂上的酰胺官能團(tuán)，可能阻斷水結(jié)合位點(diǎn).

圖9Gd-DOTA-Pc中不同Gd3+濃度的水溶液的MRI

3Pc配合物在腫瘤治療中的研究

癌癥已經(jīng)成為威脅人們生命健康的主要疾病之一，如何治療癌癥是全世界一直關(guān)注的重要課題.現(xiàn)有的臨床治療手段，包括放射治療、化療（化學(xué)藥物治療）、激素治療、免疫治療等，經(jīng)常會(huì)引起一些副作用，發(fā)展新的治療方法成為當(dāng)務(wù)之急.與常規(guī)的腫瘤治療手段相比，光學(xué)治療表現(xiàn)出了很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì).光學(xué)治療包括PDT和光熱治療（PTT），由于其方便性和微創(chuàng)性，成為一種有效治療癌癥的新興技術(shù).PDT正在發(fā)展為一種治療癌癥和一些非癌癥疾病的重要方法.光敏劑是PDT的關(guān)鍵因素之一.Pc配合物因具有結(jié)構(gòu)較易修飾、暗毒性低、光物理光化學(xué)特性較理想等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一類(lèi)很有潛力的光敏劑[33].

3.1Pc配合物在PDT治療中的研究

PDT是近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新興癌癥治療技術(shù).PDT需要包含三要素：光敏劑、光和活性氧（ROS）[28].三要素相互作用，缺一不可.三要素中的任一要素單獨(dú)使用均不具有毒性，但其結(jié)合在一起共同作用，就可以產(chǎn)生具有高細(xì)胞毒性的活性氧，從而達(dá)到治療的目的.根據(jù)產(chǎn)生的活性氧的類(lèi)型不同，PDT的作用機(jī)理可以分為兩類(lèi)型，Ⅰ型以產(chǎn)生氧自由基為主，Ⅱ型以產(chǎn)生單線(xiàn)態(tài)氧為主.目前，人們普遍認(rèn)為Ⅱ型機(jī)理為PDT的主要作用機(jī)制.光的波長(zhǎng)也是影響PDT的重要因素.隨著波長(zhǎng)的增加，光線(xiàn)對(duì)組織的穿透能力逐漸增強(qiáng).其中，650～1 100 nm波長(zhǎng)范圍通常被稱(chēng)為人體組織光學(xué)窗口，這一波段的光線(xiàn)可以穿透組織[34].LED因其光譜寬度窄、光效高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)已成為PDT中理想的替代光源[35].理想的光敏劑應(yīng)具有以下特點(diǎn)：1） 成分單一，穩(wěn)定性高.成分單一有助于對(duì)光敏劑進(jìn)行質(zhì)量控制，減少雜質(zhì)可能引發(fā)的副作用;2） 暗毒性小，光毒性強(qiáng).避光下，理想的光敏劑本身及其代謝產(chǎn)物不具有毒性.光照下，光敏劑分子應(yīng)具有高的活性氧產(chǎn)率，氧化細(xì)胞內(nèi)大分子或細(xì)胞器，從而達(dá)到分子內(nèi)部殺死細(xì)胞的目的;3） 選擇性好.理想的光敏劑對(duì)癌細(xì)胞應(yīng)具有選擇性，能夠在癌細(xì)胞中特異性聚集而不影響正常組織細(xì)胞;4） 長(zhǎng)波吸收.在紅光和近紅外區(qū)有較強(qiáng)吸收以匹配組織透過(guò)窗口;5） 具有一定水溶性.水溶性有利于光敏劑在人體內(nèi)的擴(kuò)散和吸收.

Pc主要用作PDT中的光敏劑.PDT的原理如圖10所示，基態(tài)Pc S0在激光照射下，進(jìn)入單線(xiàn)態(tài)激發(fā)態(tài)S1，S1不穩(wěn)定，輻射衰減產(chǎn)生熒光（hvF）通過(guò)通道間躍遷產(chǎn)生三線(xiàn)態(tài)T1：中心離子和周?chē)h(huán)上的磺酸基團(tuán)的數(shù)目對(duì)光動(dòng)力療法的功效具有顯著影響.Pc由于其具有更加擴(kuò)展的共軛π體系，使其最大吸收相對(duì)于卟啉顯著紅移.通過(guò)在Pc分子上引入相應(yīng)的取代基和中心金屬離子，Pc的最大吸收可以紅移至700～800 nm，該波段人體的透過(guò)率高，從而具有優(yōu)于卟啉的光化學(xué)性質(zhì).當(dāng)今Pc類(lèi)光敏劑已經(jīng)成為癌癥治療中最具有應(yīng)用前景的第二代光敏藥物之一，而水溶性的Pc衍生物更是其中的研究熱點(diǎn)[36].一般都是通過(guò)引入離子（-SO3-，-COO-，-N（CH3）3+，-NH3+）和非離子基團(tuán)（低聚乙二醇，-OH）制備水溶性金屬酞菁化合物（MPcs）[37].Ikeuchi等[38]合成一類(lèi)新型穩(wěn)定的水溶性鋅（II）酞菁光敏劑.由具有3-二甲基氨基丙氧基取代基的鄰苯二甲腈制備在α位具有4個(gè)帶正電荷的取代基的鋅酞菁（ZnPc）配合物3-二甲基氨基丙氧基鋅酞菁（α-ZnTAPc）.由于二甲基氨基的部分質(zhì)子化（α-ZnTAPc）可溶于pH為中性的水溶液中，在704 nm處觀察到Q帶.與α位四磺酸基取代酞菁（α-ZnTSPc）相比，α-ZnTAPc的Q帶位置顯著地紅移，分析原因是烷氧基鏈的供電子性質(zhì)導(dǎo)致最高占據(jù)分子軌道（HOMO）軌道的不穩(wěn)定性.α-ZnTAPc較α-ZnTSPc很不穩(wěn)定，α-ZnTAPc在水中（熒光量子產(chǎn)率，Φf=0.02）和二甲基亞砜（DMSO，Φf=0.06）中的Φf值低于α-ZnTSPc，分析原因?yàn)榉肿觾?nèi)光致電子從外周胺到光激發(fā)的ZnPc環(huán)的轉(zhuǎn)移.當(dāng)將帶負(fù)電荷的α-ZnTSPc和帶正電荷的α-ZnTAPc的水溶液混合，在623 nm觀察到新的寬吸收峰，在約720 nm處具有較弱的電荷轉(zhuǎn)移帶.這些光譜變化可歸因于在共面排列中形成相反電荷分子的堆疊.α-ZnTSPc的熒光發(fā)射在兩種溶液混合后完全淬滅，因?yàn)樾纬删奂w和電子轉(zhuǎn)移.通過(guò)加入NaCl和溫度變化不改變混合物的吸收光譜，顯示其是高度穩(wěn)定的.盡管PDT近年來(lái)已經(jīng)得到廣泛的研究，臨床前診治也已經(jīng)顯示出較有希望的結(jié)果，但是它在臨床上仍然不太常用于癌癥治療.首先，大多數(shù)針對(duì)PDT進(jìn)行的光敏劑缺乏腫瘤組織選擇性，并且也被正常組織高度攝取，這引起很多副作用，例如皮膚光敏性和光敏反應(yīng)[39].其次，PDT對(duì)巨大的實(shí)體瘤和轉(zhuǎn)移性腫瘤的效果較差.Zhang等[40]合成出一種新型水溶性ZnPc衍生物，通過(guò)三甘醇鏈連接他莫昔芬（Tamoxifen，作為特異性雌激素受體調(diào)節(jié)劑（SERM）是第一個(gè)針對(duì)乳腺癌的靶向藥物）改善了ZnPc-Tamoxifen的兩親性和生物相容性，同時(shí)保持了Tamoxifen的最大靶向能力.進(jìn)行細(xì)胞實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)ZnPc-Tamoxifen幾乎不具有暗毒性，同時(shí)MCF-7（高表達(dá)雌激素受體（ER+））癌細(xì)胞對(duì)ZnPc-Tamoxifen的攝取較MDA-MB-231（低表達(dá)雌激素受體（ER-））細(xì)胞具有一定的特異選擇性（圖11（a））.進(jìn)行活體PDT可以發(fā)現(xiàn)ZnPc-Tamoxifen靜脈注射到荷瘤小鼠體內(nèi)，在48 h內(nèi)表現(xiàn)為腫瘤大小比先增加然后逐漸降低.然而只注射ZnPc的小鼠腫瘤/正常物質(zhì)的量比隨時(shí)間而沒(méi)有明顯變化（圖11（b））.所有結(jié)果表明ZnPc-Tamoxifen對(duì)過(guò)表達(dá)的雌激素受體（ERs）和腫瘤組織的MCF-7乳腺癌細(xì)胞的高特異性具有親和力.

圖10PDT原理示意圖

3.2Pc配合物在PTT中的研究

PTT利用在近紅外具有較強(qiáng)光吸收的材料將光能轉(zhuǎn)化為熱能，從而殺死癌細(xì)胞，與傳統(tǒng)的化療、放療相比具有副作用小、特異性好的優(yōu)點(diǎn).PTT的基本原理是在激光照射條件下，利用光熱轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的高熱量來(lái)破壞、消除癌細(xì)胞.其中，在癌細(xì)胞位點(diǎn)上較強(qiáng)的近紅外光學(xué)吸收以及高的光熱轉(zhuǎn)換效率是PTT

圖11（a） 不同細(xì)胞對(duì)ZnPc-Tamoxifen的攝取情況;（b） 注射ZnPc-Tamoxifen和ZnPc的小鼠腫瘤體積隨時(shí)間的變化

能否成功實(shí)施的關(guān)鍵.吲哚菁綠是美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)的可以用于臨床近紅外成像的有機(jī)小分子，同時(shí)它也是一種理想的光熱試劑.但是，它在一定濃度下會(huì)發(fā)生團(tuán)聚從而使其水溶性較差，另外它會(huì)非特異性吸附在蛋白上，這些缺點(diǎn)限制了它在PTT中的應(yīng)用[41].

Ricciardi 等[42]合成出兩種新型的基于金屬Pc的光敏劑，NiPc（OBu）8和NiNc（OBu）8.已發(fā)現(xiàn)NiNc（OBu）8滿(mǎn)足PTT的條件.即光能穿透組織的近紅外區(qū)域并顯示出有效的光子吸收（ε845 nm=2×105 mol·L-1·cm-1），并且快速失活以產(chǎn)生高度局部化的熱效應(yīng)，可導(dǎo)致細(xì)胞死亡.同時(shí)可以證明該化合物被無(wú)色素黑素瘤細(xì)胞有效攝取，通過(guò)產(chǎn)生光熱而有效地破壞這種細(xì)胞，而不需要分子氧[43]，因此它們適用于PTT.在實(shí)驗(yàn)中他們也驗(yàn)證了NiPc（OBu）8和 NiNc（OBu）8的失活機(jī)制，其中超快實(shí)驗(yàn)和時(shí)間依賴(lài)密度泛函理論（TDDFT）計(jì)算結(jié)果一致，表明Pc環(huán)的苯并環(huán)化通過(guò)誘導(dǎo)位于激發(fā)態(tài)S1（π，π*）和基態(tài)之間的相對(duì)能量的顯著變化來(lái)修飾S1（π，π*）的光去活化機(jī)制[44].該部分的工作只是在理論上進(jìn)行了討論，并沒(méi)有進(jìn)行活體驗(yàn)證.Jia等[45]合成的HSA-FePc NP實(shí)現(xiàn)了在活體層次的PAI和PTT.已知FePc作為光敏劑受限于低的水溶性和低的單線(xiàn)態(tài)氧產(chǎn)率，導(dǎo)致不能夠應(yīng)用于臨床.但是FePc表現(xiàn)出強(qiáng)烈的近紅外吸收和無(wú)熒光的性質(zhì).通過(guò)HSA改性，克服了FePc的水分散性差和非靶向性的缺點(diǎn)，使HSA-FePc NP可以應(yīng)用于PTT.其光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)44.4%且該納米粒子毒性較低.靜脈給藥后的荷瘤小鼠在用671 nm（0.5 W·cm-2）激光照射10 min后，腫瘤的溫度迅速升至55.4 ℃（圖12），從而殺死癌細(xì)胞.治療組小鼠可以存活50 d以上.

圖12活體PTT.（a） 不同治療組小鼠紅外熱成像;（b） 不同治療組小鼠的腫瘤溫度變化曲線(xiàn);（c） 不同治療

小鼠的腫瘤生長(zhǎng)曲線(xiàn)

3.3Pc配合物光動(dòng)力學(xué)/光熱協(xié)同治療中的研究

將PTT和PDT整合到單一系統(tǒng)中，在癌癥治療中具有巨大的潛力.因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于個(gè)體治療反應(yīng)可以提高治療效率，降低副作用[46].因單純的金屬Pc一般不具有PTT效果，對(duì)于Pc類(lèi)化合物同時(shí)具有PDT和PTT效果一般需要對(duì)Pc環(huán)進(jìn)行修飾，接上具有PTT效果的基團(tuán)或試劑.目前因牛血清白蛋白（BSA）能夠同時(shí)解決Pc化合物水溶性差的問(wèn)題，還具有更好的生物相容性，受到大多數(shù)學(xué)者的青睞.單壁碳納米角（SWNHs）的平均錐角為120°，直徑為2～5 nm，長(zhǎng)度為40～50 nm的喇叭形納米結(jié)構(gòu)，形成直徑為50～100 nm的圓形聚集體.直徑處于最佳尺寸范圍，能夠增強(qiáng)其在腫瘤部位的高通透性和滯留效應(yīng)（EPR），且不含有金屬雜質(zhì)，在體外和體內(nèi)都具有可忽略的毒性[47-48].Zhang等[49]在已知理論基礎(chǔ)上以ZnPc為PDT劑，中空的單壁碳納米角（SWNHox）為熱敏劑（PHT），BSA增強(qiáng)生物相容性實(shí)現(xiàn)了體外和體內(nèi)雙重光療效果.Zhang[50]前期工作證實(shí)了SWNHox與BSA共軛能夠增強(qiáng)對(duì)H460細(xì)胞（人大細(xì)胞肺癌細(xì)胞）的攝取.將5RP7細(xì)胞皮下移植到裸鼠的左側(cè)和右側(cè).兩側(cè)腫瘤瘤內(nèi)注射給藥，治療時(shí)使用670 nm激光照射左側(cè)腹部的腫瘤照射10 min持續(xù)10 d（圖13（a），（b）），形成自身對(duì)照.可以發(fā)現(xiàn)注射ZnPc-SWNHox-BSA后的激光照射顯著抑制腫瘤生長(zhǎng)（圖13（c），紅）.在該部分的工作中對(duì)于雙光療的機(jī)理也進(jìn)行了研究.通常認(rèn)為光學(xué)激發(fā)光敏劑將能量轉(zhuǎn)移到氧分子以產(chǎn)生破壞腫瘤細(xì)胞的單線(xiàn)態(tài)氧[51-52].但是在該部分工作中他們發(fā)現(xiàn)，ZnPc-SWNHox-BSA在670 nm激光照射不產(chǎn)生單線(xiàn)態(tài)氧.通過(guò)使用蒽-9，10-二丙酸二鈉鹽（ADPA）化學(xué)方法檢查單線(xiàn)態(tài)氧的產(chǎn)生.在單線(xiàn)態(tài)氧的存在下，ADPA熒光被猝滅，并且其吸收峰，例如在358，378和400 nm時(shí)被減弱.但用ADPA 檢測(cè)ZnPc-SWNHox-BSA時(shí)發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有熒光的變化.進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)ZnPc被光激發(fā)時(shí)，電子轉(zhuǎn)移到SWNHox中，并在ZnPc-SWNHox-BSA體系中形成電荷分離狀態(tài).結(jié)果與從光激發(fā)的ZnPc分子到富勒烯[53-54]，碳納米管[55-56]和SWNH[57]的電子轉(zhuǎn)移的研究一致.當(dāng)存在氧氣時(shí)，可以從ZnPc-SWNHox-BSA的電荷分離狀態(tài)接受電子，產(chǎn)生氧負(fù)離子以及隨后的其他反應(yīng)性物質(zhì)如羥基.這些活性物質(zhì)的存在導(dǎo)致附近癌細(xì)胞的死亡，從而達(dá)到PDT和PTT的效果.

圖13活體光動(dòng)力和光熱協(xié)同治療.（a） 腫瘤細(xì)胞移植7 d后，在小鼠左右側(cè)各有腫瘤且左側(cè)的腫瘤正在用

670 nm激光照射;（b） 用ZnPcSWNHox-BSA治療10 d（第17 d）并在其左側(cè)激光照射腫瘤的小鼠;

（c） 不同治療條件后左側(cè)腫瘤的相對(duì)體積

4展望

綜上所述，Pc化合物的合成方法很多.但總體上存在一個(gè)共同的難題：目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率普遍比較低且純化困難.Pc化合物在生物領(lǐng)域應(yīng)用的前提是需要改善Pc的水溶性，以及改善水溶性Pc在水溶液中聚集的問(wèn)題.目前研究方向主要圍繞高水溶性，高單純態(tài)氧產(chǎn)率且以及能在水溶液中以低聚集態(tài)存在的Pc合成.Pc類(lèi)化合物作為光敏劑并用于腫瘤治療仍有很大的發(fā)展空間.

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