一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物的制备及其应用.pdf

本发明公开了一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物，其化学式为：RE(TTA)3L·nH2O(n＝1-7)或Mt2(TTA)3L·Cl4。这种配合物具有良好的化学稳定性和热稳定性，可在常温下使用、保存和运输。本发明的三元配合物对早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞的IC50为0.005-0.5μg/ml，粒径范围为纳米级的三元配合物更加容易进入癌细胞内而对癌细胞起到杀伤作用。另外，本发明的制备方法简单、制备价格低廉、制造环节中对环境的影响小；生物利用度高，用药量少，使药物毒性更小。

1、  一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物，其特征在于：它的化学式为：RE(TTA)₃L·nH₂O(n＝1-7)或Mt₂(TTA)₃L·Cl₄；其中，RE选自稀土离子La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Y³⁺、Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一种或一种以上，Mt为Cu²⁺、Zn²⁺和Fe³⁺金属离子。

2、  根据权利要求1所述的一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物，其特征在于：所述的L为对位有取代基的芳香羧酸盐或芳香羧酸其中：R₁为OH、Cl、Br和NH₂，R₂为COOH，COONa。

3、  根据权利要求1所述的一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物，其特征在于：所述的金属噻吩环类三元配合物的粒径范围为10-300nm，且粒度分布均匀。

4、  根据权利要求1所述的一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物，其特征在于：所述的稀土离子由RE₂O₃与盐酸反应制得。

5、  一种制备权利要求1所述的金属噻吩环类三元配合物的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)制备配体2-噻吩甲酰三氟丙酮钠盐：2-噻吩甲酰三氟丙酮与氢氧化钠的摩尔比为1:1，加入适量的醇类溶剂，加热搅拌，使之完全溶解；得到配体2-噻吩甲酰三氟丙酮钠盐溶液；
2)制备三元配合物：当水浴加热回流温度升高至50～90℃时，将1mmolRECl₃或MtCl₂加入到步骤1)制得的配体2-噻吩甲酰三氟丙酮钠盐溶液中，搅拌0.5～2h后，再滴加适量的芳香羧酸盐或芳香羧酸的醇类溶液，金属氯化物、2-噻吩甲酰三氟丙酮和(R₁＝OH、CI、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)的摩尔比为1:3:1；反应数小时后，真空干燥，制得三元配合物。

6、  根据权利要求5所述的金属噻吩环类三元配合物的制备方法，其特征在于：所述的RE为La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Y³⁺、Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一种或几种组合；Mt为Cu²⁺、Zn²⁺和Fe³⁺。

7、  根据权利要求1所述的金属噻吩环类三元配合物的应用，其特征在于：所述的金属噻吩环类三元配合物可促进癌细胞凋亡。

8、  根据权利要求7所述的金属噻吩环类三元配合物的应用，其特征在于：所述金属噻吩环类三元配合物以0.001μg-0.1μg/mL的终浓度作用于早幼粒细胞性白血病癌细胞；当合成药物的IC₅₀<10μg/mL时，样品有活性。

一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物的制备及其应用
技术领域
本发明涉及金属与对位有取代基的芳香羧酸盐或芳香羧酸和噻吩甲酰三氟丙酮形成的三元配合物的制备方法以及其在抗肿瘤活性上的应用。
背景技术
公共卫生是整个社会全体成员预防疾病、增进健康的事业。我国肿瘤的死亡率居高不下，所以癌症专家将癌症视为中国公共卫生的头号公敌：“如果政府现在不采取有效措施，癌症死亡率在未来20年内将上升一倍，达到300万。”同时癌症一直是全世界致力要攻克的一项重大疾病，癌症至今得不到有效的控制，成为威胁人类生存的一大难题。为此，世界卫生组(WHO)预测21世纪癌症将成为人类的“第一杀手”，癌症控制已成为全球性的卫生战略重点之一。
金属及金属配合物用于肿瘤治疗的研究始于16世纪，但直到1969年顺铂首次被报道具有抗肿瘤活性，随之被应用于临床实验，这一领域的研究才得以迅速发展。顺铂抗肿瘤活性的发现，不但极大地促进了生物无机化学这一新兴学科的发展，也促进了铂、钛、钌、铑、锗、锡、铜、稀土等金属配合物作为抗肿瘤药物的研究，金属配合物目前已逐渐成为抗肿瘤药物研究中较为活跃的领域之一。
近年来，金属配合物在抗菌、抗肿瘤以及与生物大分子如DNA之间的相互作用研究一直是生物无机化学研究的热点。顺铂是当今应用最为广泛的抗肿瘤药物之一，但在使用过程中表现出一些副作用，如毒性较明显以及抗药性的产生等现象严重制约了它的治疗效果，因此设计合成具有不同于顺铂作用机理的新型、高效、低毒的金属配合物抗肿瘤药物具有重要的现实意义。
由于一般细胞尺寸约在微米左右，因此，制备具有纳米尺寸的抗菌剂可使活性相更容易进入细胞内部，使细胞的细胞膜破裂。其次，纳米粒子独特的体积效应和表面积效应能够大大提高活性相的分布均匀度，增加其与细胞的接触表面积，从而进一步提高抗癌效率，减少用药量，降低成本；利用纳米粒子的量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等能够改善其电子和能级结构特性，以提高抗癌能力。
稀土离子由于其特殊的电子层结构，可使菌类的代谢过程停止，具有广泛的抗菌抗癌作用。杂环所选用的是噻吩甲酰三氟丙酮(简称HTTA)及其衍生物，具有抗癌抑菌活性，芳香族化合物具有优良的抗菌、抗肿瘤作用。Yao-Feng Yuan等2007年在《Inorg.Chem.》上发表了“Rare-Earth Complexes ofFerrocene-Containing Ligands：Visible-Light Excitable Luminescent Materials”，此篇文章研究的化合物为稀土氯化物与噻吩甲酰三氟丙酮及邻菲咯啉三元配合物，但着重是研究配合物的发光性能，并没有研究配合物的抗肿瘤活性。同时，所用的另外一种配体都不是(R₁＝OH、CI、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)。更重要的是该报道的文献中皆未提及所说配合物的粒径为纳米级。
发明内容
木发明的目的是为了提供一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物及其制备方法和应用，以克服现有配合物大多为常规粒径、少有纳米粒径的制备方法，且制备方法复杂的不足，克服现有抗癌化合物价格高昂、用药量大、毒性高、副作用大、对环境易产生污染的缺陷。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有抗癌活性的金属噻吩环类三元配合物，其化学式为：RE(TTA)₃L·nH₂O(n＝1-7)或Mt₂(TTA)₃L·Cl₄；其中，RE选自稀土离子La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Y³⁺、Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一种或一种以上，Mt为Cu²⁺、Zn²⁺和Fe³⁺等金属离子。
所述的噻吩环化合物为2-噻吩甲酰三氟丙酮。
所述的L为对位有取代基的芳香羧酸盐或芳香羧酸其中：R₁为OH、CI、Br、NH₂等，R₂为COOH，COONa等。
所述的金属噻吩环类三元配合物的粒径范围为10-300nm，且粒度分布均匀。
所述的稀土离子由RE₂O₃与盐酸反应制得。
上述的金属噻吩三元配合物的制备方法，包括如下步骤：
1)制备配体2-噻吩甲酰三氟丙酮钠盐：2-噻吩甲酰三氟丙酮与氢氧化钠的摩尔比为1:1，加入适量的醇类溶剂，加热搅拌，使之完全溶解；得到配体2-噻吩甲酰三氟丙酮钠盐溶液；
2)制备三元配合物：当水浴加热回流温度升高至50～90℃时，将1mmolRECl₃或MtCl₂(RE可以为La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Y³⁺、Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一种，也可以是一种以上的组合，比如稀土La³⁺和Ce³⁺、Pr³⁺和Nd³⁺、Nd³⁺和Sm³⁺、Eu³⁺和Er³⁺，甚至15种稀土元素的全部；Mt为Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺等金属离子)加入到步骤1)制得的配体2-噻吩甲酰三氟丙酮钠盐溶液中，搅拌0.5～2h后，再滴加适量的芳香羧酸盐或芳香羧酸的醇类溶液，金属氯化物、2-噻吩甲酰三氟丙酮和(R₁＝OH、Cl、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)的摩尔比为1:3:1；反应数小时后，真空干燥，制得三元配合物。
若芳香酸盐或其衍生物不溶于醇类溶剂中，需先加少量的水溶解，然后再加醇类溶剂。
本发明的技术方案之三是提供上述的金属噻吩环三元配合物的应用，即利用其促进癌细胞凋亡。优选方案为将所说的配合物以0.001μg-0.1μg/mL的终浓度作用于早幼粒细胞性白血病癌细胞。一般当合成药物的IC₅₀<10μg/mL时，判断样品有活性。本发明是通过如下方式实现的：首先利用金属离子与2-噻吩甲酰三氟丙酮配位，然后再加入(R₁＝OH、Cl、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)，在一定温度下搅拌回流约6-8小时，再旋转蒸发，冷却，抽滤，洗涤，真空干燥得本发明金属噻吩环三元配合物。
本发明的有益效果为：
1)本发明的金属噻吩环三元配合物是一种以配位键结合的稀土芳香羧酸盐或芳香羧酸噻吩环类配合物，具有良好的化学稳定性和热稳定性，可经受450℃的高温，可在常温下使用、保存和运输。
2)本发明的金属噻吩环三元配合物具有良好的脂溶性，按照相似相溶的原理，它更加容易进入癌细胞内而对癌细胞起到杀伤作用。
3)本发明的金属噻吩环抗癌三元配合物制备方法简单、制备价格低廉、制造环节中对环境的影响小。
4)对体外培养的早幼粒细胞性白血病癌细胞癌凋亡作用显著，单位药量的抗癌能力因三种配体的协同作用而更加强劲，抗癌效果优于任何一种单一配体，且使用中由于是纳米级，生物利用度高，用药量少，使药物毒性更小。
5)该金属噻吩环三元配合物的粒径为纳米级，所以有较大的表面积，易于与微米级的癌细胞作用，使其凋亡。同时，可增加使用效果、降低使用量，而普通粒径的同类药物配合物则不具有这种优越性。本发明的三元配合物对早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞的IC₅₀为0.005-0.5μg/ml，一般当合成药物的IC₅₀<10μg/mL时，即判断样品有活性。因此本系列配合物抗肿瘤效果更明显。
附图说明
图1为实施例1所制备的三元配合物的透射电镜照片；
图2为实施例2所制备的三元配合物的透射电镜照片；
图3为用KBr压片法测得的金属噻吩环三元配合物红外谱图(a、La(TTA)₃Lb、HTTA c、L)；
图4是正常早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞(左图)和经过抗癌化合物处理的凋亡早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞(右图)的荧光显微镜图，图中标尺均为微米；
图5三元配合物及其配体对早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞生长周期的抑制百分率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如操作手册，或按照制造厂商所建议的条件。所有无机化学试剂和有机溶剂购自上海化学试剂厂。早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞来源于中国科学院上海细胞库。
实施例1
称取0.666g(3mmol)2-噻吩甲酰三氟丙酮(HTTA)溶解在10ml的醇类溶剂中，再加入3ml1mol/L的氢氧化钠溶液，加热搅拌；当温度升高至60～65℃时，滴加1mmol稀土氯化物(预先由RE₂O₃与盐酸反应制得)，搅拌0.5-2h后，再滴加1mmol L的醇类溶液；反应4-8小时后，旋转蒸发，冷却，抽滤，洗涤2～4次，得到RE(TTA)₃L·nH₂O(n＝1-7)，真空干燥4～5小时后密闭保存。
上述方法中，HTTA为2-噻吩甲酰三氟丙酮，L为(R₁＝OH、Cl、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)，RE可以为La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Gd³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Y³⁺、Er³⁺、Tm³⁺和Yb³⁺中的一种，也可以是一种以上的组合，比如稀土La³⁺和Ce³⁺、Pr³⁺和Nd³⁺、Nd³⁺和Sm³⁺、Eu³⁺和Er³⁺，甚至15种稀土元素的全部，n种RECl₃·xH₂O为原料时，其反应条件和过程相同。
同理，利用上述的方法也可以制备噻吩甲酰三氟丙酮衍生物等与不同的稀土离子和不同的芳香族化合物的配合物，具体做法只要将相同摩尔数的噻吩甲酰三氟丙酮衍生物取代噻吩甲酰三氟丙酮，所获产品符合通式RE(TTA)₃L·nH₂O(n＝1～7)。
图1为本实施例所制备的三元配合物【Ce(TTA)₃L·6H₂O】的透射电镜照片。由图1可见：本实施例所制备的三元配合物由纳米离子组成，平均粒径为200nm。
图3为本实施例所制备的稀土三元配合物及其配体用KBr压片法测得的红外对照谱图，图中：a为稀土三元配合物La(TTA)₃L·6H₂O，b为配体TTA，c为配体L(对羟基苯甲酸钠)。
由图3可见：自由配体TTA有两个不对称羰基伸缩振动峰，靠近噻吩基的v_CO为1655cm^-1，靠近强电负性三氟甲基的v_CO为1642cm^-1，在配合物中靠近噻吩基的v_CO的吸收峰和靠近强电负性三氟甲基的v_CO的吸收峰因变为螯合环的偶合振动而位于1687cm^-1处，表明TTA中的羧基发生了配位，形成了新化合物的稳定螯合环。TTA的δ_C-H(面内)特征吸收峰在1447cm^-1，1408cm^-1处，而配合物中吸收峰却出现在1417cm^-1；TTA在2921cm^-1，2848cm^-1出现v_C—H特征吸收峰，而配合物中在2917cm^-1处出现弱的v_C-H特征吸收峰；TTA在1000～650cm^-1处出现δ_C-H(面外)吸收谱带明显不同于配合物，这些都表明了由于螯合环的产生影响了C-H的吸收，这说明已经生成了新的配合物。
实施例2
称取0.666g(3mmol)2-噻吩甲酰三氟丙酮(HTTA)溶解在20ml的醇类溶剂中，再加入3ml 1mol/L的氢氧化钠溶液，加热搅拌；当温度升高至60～80℃时，滴加1mmolMtCl₂的醇类溶液，搅拌0.5-2h后，再滴加1mmol L的醇类溶液；反应6-8小时后，旋转蒸发，冷却，洗涤，得到Mt₂(TTA)₃L·Cl₄，真空干燥4～6小时后密闭保存。
上述方法中，HTTA为噻吩甲酰三氟丙酮，L为(R₁＝OH、CI、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)，Mt为Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺等金属离子。
同理，利用上述的方法也可以制备噻吩甲酰三氟丙酮衍生物等与不同的稀土离子和不同的(R₁＝OH、Cl、Br、NH₂等，R₂＝COOH，COONa等)的配合物，具体做法只要只要将相同摩尔数的噻吩甲酰三氟丙酮衍生物取代噻吩甲酰三氟丙酮，所获产品符合通式Mt₂(TTA)₃L·Cl₄。
图2为本实施例所制备的三元配合物Cu₂(TTA)₃L·Cl₄的透射电镜照片。
实施例3
将实施例1、2所制备的配合物分别溶于二甲亚砜(DMSO)，分别配制成溶液，以终浓度为0.1ng/mL，1ng/mL，5ng/mL，10ng/mL，50ng/mL加入快速生长期的早幼粒细胞性白血病细胞培养液中，使细胞终浓度为2×10⁵个/mL左右。48小时后在荧光倒置显微镜下观察细胞生长情况并且计数，结果如图4所示。
图5为实施例1所制备的三元配合物及其配体对早幼粒细胞性白血病肿瘤细胞生长周期的抑制百分率。
部分稀土杂环化合物对癌细胞抑制的抑制率的测定结果见表1。以稀土镧-对羟基苯甲酸钠—噻吩甲酰三氟丙酮配合物处理的白血病细胞，其抑制率分别为19.41％，30.80％，54.09％，61.81％，69.02％效果显著。其他稀土离子-对羟基苯甲酸钠—噻吩甲酰三氟丙酮配合物处理白血病细胞，抑制率的测试结果显示，效果同样显著。抑制率为正值说明抑制癌细胞生长，抑制率为负值说明促进癌细胞生长。
以同样终浓度的稀土离子(La³⁺或Ce³⁺或Pr³⁺或Nd³⁺或Sm³⁺或Eu³⁺或Pm³⁺或Gd³或Tb³⁺或Dy³⁺或Ho³⁺或Y³⁺或Er³⁺或Tm³⁺和Yb³⁺)处理白血病细胞并以空白为对照，其均低于配合物且均为负值，如La³⁺处理组的各浓度组抑制率为-38.67％，-48.73％，-40.99％，-35.43％，-34.45％。抑制率为负值说明促进癌细胞生长。
以同样终浓度的对羟基苯甲酸钠处理白血病细胞并以空白为对照其均低于配合物且均为负值，各浓度组抑制率为-30.01％，-35.45％，-47.04％，-42.50％，-20.83％。抑制率为负值说明促进癌细胞生长。
以同样终浓度的2-噻吩甲酰三氟丙酮处理白血病细胞并以空白为对照其均低于配合物且均为负值，各浓度组抑制率为-23.81％，-42.72％，-26.95％，-44.11％，-36.77％。抑制率为负值说明促进癌细胞生长。
表1