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吡啶胺双膦酸酯铂配合物的制备和生物学性质研究

刘红  
【摘要】:众所周知,全球癌症发病率每年都在呈不断上升趋势,严重威胁着人类的生命健康。现有的金属类抗癌药物主要以铂类化合物为主,但它们因具有胃肠道毒性、肝毒性、肾毒性和神经毒性等毒副作用以及内源性耐药和获得性耐药等缺点,严重影响了药物的作用效果,进而限制了其在临床上的进一步应用。这主要与铂类化合物对肿瘤缺乏靶向特异性有关。双膦酸类化合物因其亲骨性高而作为骨靶向类药物被广泛应用于代谢性骨病和骨肿瘤等疾病的临床诊断和治疗中。相关研究表明,含氮杂环的单功能铂类配合物具有良好的抗癌活性,并且作用机制与临床常用的抗癌药物顺铂不同。为了得到一种高效低毒的新型铂类抗癌药物,本文设计合成了具有抗癌活性基团和骨靶向基团的系列含氮杂环的吡啶胺双膦酸酯铂配合物,并对其骨靶向性、抗癌活性和肝毒性进行了系统研究,旨在通过提高药物的骨靶向性和改变其作用方式来降低药物的毒副作用和耐药性。本文分别以帕米膦酸和阿伦膦酸与2-氯甲基吡啶盐酸盐作原料,以水做溶剂,在碱性条件下成功合成了吡啶胺帕米膦酸和吡啶胺阿伦膦酸;将吡啶胺双膦酸和三甲基硅烷基重氮甲烷进一步反应,分别得到吡啶胺帕米膦酸酯和吡啶胺阿伦膦酸酯;再将吡啶胺双膦酸酯类配体与铂配位,分别得到吡啶胺帕米膦酸酯-铂配合物和吡啶胺阿伦膦酸酯-铂配合物,对合成条件和分离提纯方法进行了探讨。通过质谱、核磁共振氢谱/碳谱/磷谱、紫外光谱、红外光谱及元素分析确证了目标化合物的分子结构,利用量子化学中密度泛函方法对目标化合物的几何结构、红外光谱和核磁共振谱进行了理论计算研究。并对其生物学性质进行了系统的研究。首先,对吡啶胺双膦酸酯-铂配合物的骨靶向性进行了研究。通过羟基磷灰石吸附实验考察了吡啶胺双膦酸酯-铂配合物的体外亲骨性,结果表明羟基磷灰石对吡啶胺帕米膦酸酯-铂配合物和吡啶胺阿伦膦酸酯-铂配合物均有一定的吸附作用。随着作用时间的延长,吸附率不断增加。当t24 h,吸附达到平衡,羟基磷灰石对吡啶胺帕米膦酸酯-铂配合物和吡啶胺阿伦膦酸酯-铂配合物的最大吸附率分别为64%和60%。根据测定的吡啶胺帕米膦酸酯-铂配合物和吡啶胺阿伦膦酸酯-铂配合物的脂水分配系数,表明其亲水性较好,有利于靶向骨组织。其次,通过MTT实验、PI/Hoechst 33342双染实验及流式细胞术实验,研究了吡啶胺双膦酸酯-铂配合物对五种肿瘤细胞(人骨肉瘤细胞U2OS、人肺癌细胞A549、人结肠癌细胞HCT116、人乳腺癌细胞MDA-MB-231和人肝癌细胞Hep G2)的抑制活性、诱导细胞凋亡、影响细胞周期以及对正常肝细胞L02的毒副作用。MTT实验研究结果表明,该类化合物对五种细胞均有一定的生长增殖抑制作用,随着药物浓度增大和作用时间增长,细胞存活率均逐渐降低。其中吡啶胺帕米膦酸酯-铂配合物对Hep G2和A549的作用效果相对较好,对Hep G2作用72 h和48 h的IC50值分别为139.79μmol/L和170.72μmol/L,对A549作用72 h和48 h的IC50值为108.72μmol/L和180.23μmol/L。PI/Hoechst 33342双染实验发现给药组中有呈亮蓝色凝集的细胞核及凋亡小体等典型的凋亡现象;细胞周期实验表明,该类药物可使细胞阻滞在G2/M期,表明该类化合物是通过阻滞细胞周期、诱导细胞凋亡来抑制肿瘤细胞的增殖。此外,还研究了吡啶胺双膦酸酯-铂配合物对正常肝细胞的毒副作用,并以顺铂为对照作相应的比较,以期为临床用药提供参考。结果表明:(1)吡啶胺双膦酸酯-铂配合物对正常肝细胞L02的抑制活性明显低于对人肝癌细胞Hep G2的抑制活性,用400μmol/L吡啶胺帕米膦酸酯-铂配合物对Hep G2和L02细胞分别作用72 h后,Hep G2和L02的细胞存活率分别为4.15%和42.72%。(2)该类化合物对正常肝细胞的抑制作用小于顺铂,即对肝的毒副作用较顺铂小。顺铂在给药浓度为25μmol/L时,对L02作用48 h后细胞存活率为52.01%,作用72 h后存活率仅为25.02%。最后,通过圆二色谱法及紫外光谱法初步研究了吡啶胺双膦酸酯铂配合物与DNA的作用机制。结果显示吡啶胺帕米膦酸酯铂配合物及吡啶胺阿伦膦酸酯铂配合物与CT-DNA的结合强度(Kb值)分别为1.11×105 M-1及9.48×104 M-1,CT-DNA与配合物作用后其碱基堆积作用增强,DNA双螺旋结构变的松散,该类化合物通过与DNA发生作用,进而影响肿瘤细胞的生长增殖。


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