化学上的进步

ISSN:2576 - 3768

简短的沟通

合成和生物评价Fluorescein-Tagged 1-Methyl-o-carborane对硼中子俘获疗法

卢卡斯一Kuzmanic¹劳伦E Zuidema¹,杰森Misurelli²Uno合子³Sherine F Elsawa^{2、4 *},正雄Takagaki^{3、5 *}和Narayan年代Hosmane^{1 *}

¹部门的化学和生物化学,北伊利诺伊大学,迪卡尔布,60115,美国
²北伊利诺斯州大学生物科学系的迪卡尔布,60115年。美国
³路易·巴斯德医学研究中心、Tanakamonzen-cho Sakyo-ku, 606 - 8225年《京都议定书》,日本
⁴分子、细胞和生物医学科学,新罕布什尔大学,杜伦大学,NH 03824,美国
⁵人类与环境研究的研究生院,京都大学,办公,吉田,Sakyo-ku, 606 - 8501年《京都议定书》,日本

*通信地址:Sherine F Elsawa系的分子、细胞和生物医学科学,新罕布什尔大学,杜伦大学,NH 03824年美国电子邮件:sherine.elsawa@unh.edu

Narayan Hosmane、化学系、生物化学、北伊利诺斯州大学,迪卡尔布,60115年,美国,电子邮件:hosmane@niu.edu

正雄Takagaki,人类与环境研究的研究生院,京都大学,办公,吉田,Sakyo-ku,《京都议定书》606 - 8501年,日本电子邮件:takagaki.masao.67x@st.kyoto-u.ac.jp

日期:提交:2018年10月11日;批准:2018年10月25日;发表:2018年10月26日

本文引用:Kuzmanic洛杉矶,Zuidema LE Elsawa科幻,Takagaki M, Hosmane NS,等。合成和生物评价Fluorescein-Tagged 1-Methyl-o-carborane对硼中子俘获疗法。安之化学2018;2:075 - 081。DOI:10.29328 / journal.aac.1001016

版权许可:©2018 Kuzmanic洛杉矶,等。这是一个开放的文章在知识共享归属许可金博宝app体育下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。

关键词:硼中子俘获治疗;碳硼烷;荧光素;Bioconjugate;Theranostic

缩写:真挚里:硼中子俘获疗法;L-BPA:p- (¹⁰B) -Borono-L-Phenylalanine;¹⁰BSH: mercapto-undeca-hydro -closo-dodeca硼酸(¹⁰B-enriched);WST:水溶性四唑;DMEM:杜尔贝科修改鹰的媒介;的边后卫:胎牛血清;PBS:磷酸缓冲盐

硼中子俘获治疗(真挚里)是一个二进制方法包含米堡的癌症治疗药物n-10 (¹⁰B)选择性地运输到肿瘤细胞与热能中子辐照[1 - 3]。大的核截面¹⁰B核允许捕获与地层热中子的兴奋¹¹B核,经历一个裂变反应产生α-particle(方程1)(⁴他^{2 +}),一个⁷李^{3 +}离子和弱伽马辐射[4]。高度带电粒子破坏周围的组织,但消散在5 - 9µm动能,或者约一个细胞直径,因此避免损伤周围的健康组织[4]。

¹⁰B +¹n→[¹¹B)→⁴他^{2 +}(α)+⁷李^{3 +}+ 2.31兆电子伏(1)

这些粒子的杀伤力是有限的米德尔斯堡n含有细胞,因此真挚里的最重要的要求是和选择性积累量¹⁰B在癌症细胞,只有少量进入周围的健康组织。为了满足这些需求,研究人员检查了小和macro-molecule-based硼交付代理[1 - 5]。不幸的是,到目前为止主要两种boronated药物、钠mercaptododecaborate (BSH)和boronophenylalanine (BPA)(图1),在临床试验中已经使用全球[5]。

BPA的硼含量低和硫醇基BSH可以形成二硫键,破坏DNA,都表现出低tumor-to-brain和tumor-to-blood¹⁰B比率[1,3]。发展中硼交付代理,解决这些问题是当前真挚里研究的重点。一种方法包括共轭碳硼烷笼硼含量高的生物相容性的有机化合物中经常使用的细胞过程,如嘌呤、氨基酸、碳水化合物、咪唑类(6尺11寸)。

荧光素已被应用于各种各样的医学应用,如诊断角膜擦伤,溃疡,感染[12]。荧光素血管造影过程用于诊断视网膜血管组织障碍和眼内肿瘤[13]。荧光素日益被用作对脑癌的肿瘤标记物(14、15),这使得它真挚里投递代理的一个有吸引力的候选人。Carboranyl-BODIPY衍生品也被开发为评估可能的荧光探针真挚里[16]。在这个工作中,荧光素与1 -共轭o碳硼烷允许观察胰腺癌细胞吸收的(MIA PaCa-2)和鳞状细胞癌(SCC-VII)细胞系。我分配n体外观察这个theranostic代理使用荧光显微镜密度没有辐射,这种方法可能是有用的硼化合物的筛选没有中子。荧光化学物质也利用在术中使用荧光探测肿瘤手术显微镜(19、20)表示的另一个可能的应用carboranyl-fluorescein共轭(方案1)报道。

计划1所示的顺序反应导致功能化的荧光素代替碳硼烷半个(21、22)。因此,碳硼烷前驱,[1 -closo1,2摄氏度₂B₁₀H₁₁),第一次治疗n在己烷-butyllithium(1.6米),形成相应的锂盐,当时的反应原位1,4-diiodobutane收益率化合物1 [21]。结果1-methyl-2-iodobutane -o碳硼烷与荧光素结合,通过威廉姆森醚合成的过程[22],生产所需的carboranyl-fluorescein共轭2是识别的特征¹H,¹³C,¹¹B核磁共振光谱学以及红外光谱。的红外光谱closo-carboranyl碘(1)和carboranyl-fluorescein共轭(2)表现出强烈的吸收在2587厘米¹和2585厘米¹分别对应v拉伸(b - h)。此外,元素分析和质谱(ESI)得到确认产品1和2的形成计划1所示。

生物评价

carboranyl-fluorescein衍生的细胞增殖和细胞毒性效应2在鳞状细胞癌细胞系(SCC-VII)确定使用WST-8分析如图2所示,这是执行按照文献方法[23]。SCC-VII细胞增殖的50%抑制浓度(IC50)是1毫米或21 ppm¹⁰B,反映出中度毒性相对的BSH(28毫米)和双酚a(7.9毫米)[6]。这可能是由于fluorescei硼含量的增加n标记1 -o碳硼烷相比BSH和双酚a。化合物2是溶解在DMSO浓度的0.5毫米,适用于一个包含SCC-VII生长介质。荧光显微图像记录后48小时的潜伏期(图3)。

carboranyl-fluorescein共轭2再次溶解在DMSO溶液的浓度为10毫克/毫升和应用对人类胰腺癌细胞系(MIA PaCa-2)在生长培养基培养浓度表示。流式细胞术进行24小时后确定样品吸收由肿瘤细胞(图4)。细胞被洗去除多余样本细胞培养流式细胞术之前,并显示样品浓度和细胞吸收之间的正相关关系。进一步观察细胞的2,荧光显微镜使用黑色和白色,绿色和组合过滤器进行下面的40µg /毫升fluorescei样本n标记1 -o碳硼烷在DMSO(图5)。共焦显微图像的米娅PaCa-2也采取了以下治疗40µg /毫升样品化合物2为24小时(见支持信息),其次是显微镜检查前清洗以去除多余的样品。Carboranyl-fluorescein共轭2似乎积累统一整个细胞质和细胞核,类似于前面的biodistribution观察研究执行L-BPA [9]。化合物2穿过等离子体的机理和核膜尚未阐明。

Carboranyl-fluorescein共轭2合成通过威廉姆森的反应和生物评价胰腺癌细胞系和鳞状细胞癌。化合物2显示中度毒性低细胞毒性来表明它是正常细胞相比,目前fda boronated交付代理。均匀分布的观察2米娅PaCa-2和SCC-VII细胞系通过相衬,荧光共焦显微镜。这些结果表明,进一步调查为辅的2的有效性是值得的。这些新的结果将尽快报道真挚里在这bioconjugate完成试验。

一般程序

所有的反应都表现在氩气氛下奥维n干烧瓶用标准Schlenk线技术。荧光素,n在己烷-butyllithium(1.6米),1,4-diiodobutane,氢氧化钠(西格玛奥德里奇)都作为收到。甲苯、乙醚、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺(DMF)是干使用标准程序。1号-o碳硼烷被Katchem有限公司提供,作为收到。通过硅胶产品纯化(70 - 230目)柱层析法,然后孤立的收益率计算。傅立叶变换红外光谱测定使用马特森ATI创世纪红外光谱与溴化钾丸。Perki元素分析n埃尔默2400系列II中文元素分析仪。的¹H核磁共振,¹³C NMR,¹¹B核磁共振光谱得到使用力量皇冠三世300核磁共振谱仪在300 MHz。的积分¹H NMR光谱按照他们的作业,和耦合常数(Js)给出了赫兹。所有¹³C NMR光谱原型n解耦。质谱分析进行了使用Thermofinnigan LCQ利用质谱计。

细胞培养

人类胰腺癌细胞系(MIA PaCa-2)被用来检查biodistribution bioconjugate 2。米娅PaCa-2细胞在DMEM培养补充10%的边后卫和抗生素。用24孔板细胞被镀的密度0.125 x10⁶细胞每1毫升的媒体和一夜之间可以遵循。DMSO溶液或bioconjugate 2溶解在DMSO溶液,加入井表示浓度的1、5、10、20μg /毫升。细胞培养24小时37°C的额外5%二氧化碳气氛,其次是2与磷酸盐缓冲盐水洗(PBS),随后,荧光显微镜进行使用evo不健全导致细胞成像站(热费希尔科学、沃尔瑟姆,MA)。每个实验重复3次。

流式细胞仪实验后,细胞治疗2 bioconjugate 24小时收获和洗两次荧光激活细胞分类(流式细胞仪)缓冲区(PBS补充与叠氮化钠的边后卫2%和0.05%),然后在500年resuspendedµl流式细胞仪使用FACSCalibur缓冲和分析流式细胞分析仪(BD生物科学,圣何塞,CA)。数据分析使用FlowJo软件(FlowJo, LLC、亚什兰或)。

细胞被电镀0.125 x10准备共焦显微镜⁶细胞用2毫升在6孔板/毫升含有无菌玻璃盖玻片。细胞被允许坚持一夜之间和治疗40μg /毫升bioconjugate碳硼烷化合物2和孵化一个额外的24小时周期。盖玻片放置在显微镜载玻片后细胞与PBS洗4次。共焦成像进行了使用蔡司LSM 5帕斯卡共焦激光扫描显微镜下40 x放大。

前体的合成和表征(1)和Bioconjuage (2)

1-Methyl-2-iodobutyl -o碳硼烷(1):按照文献[21]中描述的过程,爱n干250毫升三颈圆底烧瓶添加1 -o碳硼烷(160.9毫克,1.017更易)和溶解在无水四氢呋喃(15毫升)在氩气氛。这个解决方案之后,使用干冰冷却到-78°Cn在己烷-butyllithium(0.75毫升,1.20更易)是一滴一滴地补充道通过注射器。混合物的温度维持在-78°C前1小时变暖到室温。在室温下搅拌8个小时后,反应混合物冷却到0°C 1之前,4-diiodobutane(1.02 150µL,更易)添加到瓶中通过注射器和混合搅拌30分钟,然后可以温暖到室温。的反应是搅拌过夜和回流4小时。回流后,溶剂被减少压力和乙醚萃取进行(3 x 30毫升)和去离子水。所有从水层提取物结合有机层,和溶剂被留下了一个黄色的残渣作为原油产品。这种残留物被thi纯化n层色谱(6:1混合的二氧化硅,发达n己烷和乙酸乙酯)和硅胶柱层析法100%乙酸乙酯洗脱液。净化后,减压下的溶剂被给予606毫克yellow-waxy残渣,后通过红外表征,NMR和元素分析确认为1(总收率82%)和发现是按照数据发表在文献[21]。

Fluorescein-tagged 1 -o碳硼烷(2):氢氧化钠(4毫克,0.1更易)被放置在一个爱n干100毫升圆底烧瓶,溶解在20毫升的二甲基甲酰胺(DMF)通过声波降解法。荧光素(0.1 32毫克,更易)和刚做好1-methyl-2-iodobutyl -o碳硼烷(0.6 g)被添加到解决方案,反应混合物加热在115 oc的24小时。有机溶剂是通过蒸馏提取之前执行与乙酸乙酯(3 x 20毫升)和去离子水。提取是有机相结合,通过旋转蒸发溶剂被留下一道桔红色粉末。原油产品过滤和冷去离子水清洗。这n层色谱、硅胶柱层析法进行了用乙酸乙酯作为溶剂。收集到的分数集中在减少压力和真空下的产品干离开58毫克的橙色粉末特征是红外,核磁共振、质谱和元素分析(数据S1-S10支持信息),确定为carboranyl bioconjugate 2(收益率为76%)。

¹H NMR (CD₃)₂所以,相对于森那美₄,300 MHz, ppm)δ7.99 (d, 1 H, J = 7.4 Hz), 7.79 - 7.71 (m, 2 H, J = 24.4 Hz), 7.27 (d, 2 H, J = 7.6 Hz), 6.68(年代,H), 6.55 (d, 4 H, J = 1.1 Hz), 3.57(年代,13 H), 2.08 - 1.9 (d, 21 H, J = 52.8 Hz), 1.19(年代,8 H)。¹³C NMR (CD₃)₂所以,相对于森那美₃,300 MHz, ppm)δ171.86,167.94,163.68,161.99,155.33,132.53,130.04,129.54,127.14,126.62,116.67,112.20,103.19,102.49,78.80,75.46,62.98,60.88,35.90,34.26,31.47,30.53,27.69,26.04,22.18。¹¹B核磁共振(CD₃)₂所以,相对于BF3·等₂啊,300 MHz, ppm)δ-3.98,-5.27,-6.88,-9.04,-10.05,-11.61,-17.16,-18.51。红外(电影KBr,厘米¹)3438、2585、1654、1460、1384、1255、1109。谱m / z):包:756.9。发现:757.6 (M⁺+ 1,100%)。对C元素肛门:计算的₃₄H₅₂B_20.O₅:C, 53.95;6.92 H,。发现:C, 53.60;6.56 H,。

我们感谢北伊利诺斯州大学(牛)办公室的学生参与和体验学习(OSEEL),部门生物科学、化学和生物化学的金融支持。NSH也感谢妞妞首届董事会教授的头衔。

作者的贡献

手稿是通过贡献的作者写的。

资金来源

妞妞学生参与基金

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