定制新颖的对称型ZnII-酞菁衍生物用于潜在的光敏化应用：合成与全面的光物理化学研究

《Polyhedron》：Tailoring novel symmetric ZnII-phthalocyanines-based for potential photosensitization: synthesis and comprehensive photophysicochemical investigation

　　

摘要

近年来，癌症已经成为一个重大的健康问题，对全人类造成了威胁。目前使用的传统癌症治疗方法复发风险非常高，并且伴有许多副作用。因此，光动力疗法（PDT）作为一种新的治疗方法，由于其众多优势，在癌症治疗中扮演了非常重要的角色。由于酞花青素（Pcs）具有较高的单线态氧生成能力和其他独特性质，PDT广泛将其用作光敏剂。基于此，本研究的主要目标是合成并表征新的Schiff碱连接的外周和非外周Zn^II-酞花青素（ANTB-ZnPcs^p/np），并探讨通过光物理化学方法增强单线态氧生成的可能性。合成得到的酞花青素化合物在光化学测量中的单线态氧量子产率分别为：外周型（ANTB-ZnPc^p）为0.60，非外周型（ANTB-ZnPc^np）为0.30；而在DMSO中的荧光量子产率分别为0.10和0.06。这些通过光物理化学测量获得的数值与文献中的报道进行了比较，为合成化合物的内在光敏性质和PDT潜力提供了重要的初步评估，支持它们作为进一步体外研究的潜在光敏剂的考虑。

引言

癌症仍然是一个全球性的重大健康问题，因为它是一种复杂且多维的疾病。异常细胞会失控地增殖、分裂和生长，从而导致恶性肿瘤的发展[1]、[2]。随着时间的推移，已经开发出多种癌症治疗方法，包括放射疗法、手术、免疫疗法和化疗。然而，这些传统方法常常伴有严重的不良反应且效果不佳，这促使人们研究新的、更精细的治疗方法[1]、[3]。光动力疗法（PDT）是一种低毒性的非侵入性技术，最近受到了广泛关注，它是这些创新方法之一。PDT利用光、光敏剂和分子氧来选择性地杀死恶性细胞[4]。

在治疗过程中，患者会被给予一种光敏剂，该光敏剂会在肿瘤组织中定位。由于癌细胞膜保持其膜结构并且含有癌细胞特有的抗原，因此它们具有显著的肿瘤靶向潜力[4]、[5]、[6]、[7]。当肿瘤暴露在特定波长的光下时，光敏剂会被激活，引发一系列光化学进程，通过产生活性氧（ROS）来破坏癌细胞（图1）。与传统疗法相比，PDT的侵入性更小，对周围健康组织的损害更小，并且可以重复使用而不会产生累积毒性。此外，PDT的精确靶向机制能够选择性地杀死癌细胞，降低复发风险并改善患者的预后[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。

PDT的成功在很大程度上取决于光敏剂的选择和特性。文献中的多项研究表明，如果使用具有适当光化学性质的光敏剂，可以生成高效的单线态氧[13]、[14]、[15]。PDT过程需要天然和合成的光敏剂（PS），这些光敏剂应具有高的消光系数、化学稳定性、能在红光到近红外光谱区域（700–900?nm）快速从体内清除，并对恶性肿瘤具有良好选择性。为了产生单线态氧并吸收宽光谱范围的光，PS还应包含扩大的芳香环[16]、[17]。

与其他光敏剂相比，尽管已经评估了多种可能用于PDT的光敏剂，酞花青素（Pcs）表现出卓越的效果。这归因于它们较高的三重态和单线态氧量子产率、在治疗窗口（600–800?nm）内的低暗毒性以及强吸收能力。它们成功的临床试验表明，在使用酞花青素作为PDT光敏剂方面取得了显著进展[18]。特别是锌酞花青素（ZnPcs），由于其独特的物理化学特性而备受关注。它们在近红外光谱区域有显著的吸收，使得光线能够更深入地穿透组织，从而提高治疗效果[19]、[20]。

关于Schiff碱取代的酞花青素化合物在PDT中的光敏效应的研究有限，它们被用作氧的提供者。还有报道称，Schiff碱取代会增加系间窜越（ISC），从而提高单线态氧的量子产率[32]、[33]、[34]、[35]、[36]。Schiff碱与亚胺官能团一样，是非常灵活的官能团。亚胺官能团具有 conjugation能力、氮原子上存在的孤对电子，以及为超分子化学提供所需的构象灵活性[37]、[38]。

为了提高PDT的效果，我们的目标是设计一种能够高效生成单线态氧的光敏剂。为此，首先合成了Schiff碱连接的外周和非外周Zn^II-酞花青素（ANTB-ZnPcs^{p/np），这些化合物是文献中未提到的酞花青素的前体。随后，测量了它们的单线态氧生成和光降解行为作为光化学特性，同时测量了荧光行为作为光物理性质。这些光物理化学结果为合成化合物的内在性质提供了重要的初步评估，支持它们作为进一步体外PDT研究的潜在光敏剂的考虑。}

章节片段

实验

光化学和光物理特性、所用设备及材料的具体信息详见补充信息。

本研究的目标之一是寻找有效的合成方法来制备这些化合物，因此进行了使用Schiff碱反应合成亚胺连接酞花青素分子的探索性研究。通过4-硝基酞腈或3-硝基酞腈与亚胺连接酚结构的亲核芳香取代反应后，可以得到相应的前体酞腈化合物（ANTB-CN^p/np），然后将其环化四聚化以得到目标的外周和非外周酞花青素

选择酞花青素的核心金属原子和取代基对于增强光敏剂的治疗效果至关重要。预期酞花青素的物理化学特性会受到取代基（尤其是重质Br原子）和Schiff碱化合物的影响，已知Schiff碱化合物具有显著的生物活性。基于这些信息，在合成后对其物理化学特性进行了研究

Halise Yalazan：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，方法学，研究。

作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

卡拉德尼兹技术大学科研项目的支持。项目编号：FBA-2024-16009

Halise Yalazan

卡拉德尼兹技术大学，科学学院，化学系，特拉布宗，土耳其