發(fā)布時間：2020-11-21 18:31

　　 在醫(yī)學上,癌癥又被稱之為惡性腫瘤。在各種致癌因素的作用下,局部組織細胞的基因失去了對其生長的正常調控,因此其細胞可以異常增生與分化,進而形成了腫瘤。腫瘤的發(fā)生是一個長期多階段、多基因改變與積累的過程,具有基因控制和多因素調節(jié)的復雜性。在中國,癌癥的發(fā)生率和死亡率持續(xù)增高。自2010年以來,癌癥成為了導致死亡的主要原因,也成為我國的主要公共衛(wèi)生問題。2017年,美國有1688780的癌癥新增病例和600920的癌癥死亡病例,癌癥成為其第二大死亡因素。目前治療惡性腫瘤的傳統(tǒng)方法有三種:手術、放射、化學藥物治療�；�療的地位及其重要,不可替代。其中手術與放射療法屬于局部治療,而化學藥物治療屬于全身治療,隨著血液循環(huán)化學藥物可以遍布全身絕大部分組織與器官,在殺死腫瘤細胞的同時會對正常的組織細胞造成傷害,導致化療藥物對腫瘤細胞和正常細胞選擇性差、毒副作用大的缺點。因此,研發(fā)高效且低毒的抗腫瘤藥物一直是人們不懈努力的奮斗目標。目前,癌癥化療中最常用的抗癌藥物為鉑類抗癌藥物。自從20世紀60年代美國密執(zhí)安州立大學的Rosenberg教授發(fā)現順鉑有抗癌活性,開辟了金屬鉑絡合物抗癌作用研究的新領域以來,已有4個鉑類抗癌藥物被獲準進入市場。這四個已上市的鉑絡合物大致經歷了三代:第一代鉑類抗癌藥—順鉑、第二代鉑類抗癌藥—卡鉑、第三代鉑類抗癌藥—奧沙利鉑、奈達鉑。但是在化療過程中,腫瘤細胞對化療藥物可以產生多耐藥性,這就導致有些腫瘤在經歷了最初有效的化學療法后,仍然會復發(fā)。雖然合理的聯合化療可以最大限度的發(fā)揮細胞毒作用,但是都可能會因為多藥耐藥的出現而失敗。多藥耐藥是指在腫瘤細胞接觸一種抗腫瘤藥物以后,可以產生對多種有不同結構并且作用機制也各異的其他的抗腫瘤藥物的耐藥性。目前,腫瘤細胞免受化療藥物攻擊的最為重要的細胞防御機制就是多藥耐藥。多藥耐藥涉及臨床中常用的多種抗腫瘤藥物,成為了腫瘤成功化療最為嚴重的障礙之一。比如,白血病、乳腺癌、肝癌、食道癌、結腸癌等均面臨著嚴重的多藥耐藥問題。因此,開發(fā)一類新型的抗癌藥物成為解決多藥耐藥這一難題的關鍵。通過查閱大量文獻,從腫瘤細胞被殺死的機制出發(fā),我們將研究點放在了多環(huán)芳烴上。多環(huán)芳烴通常被歸類于具有慢性毒性的化學物質。作為π電子密集的多環(huán)芳烴衍生物可與DNA大分子產生相互作用,導致DNA損傷,例如形成DNA加合物、誘導DNA鏈斷裂等。DNA鏈斷裂是一種重要類型的DNA損傷,當癌細胞的DNA鏈中的堿基對由于π電子密集的多環(huán)芳烴化合物的插入作用而斷裂或者形成解鏈時,癌細胞便由于無法繼續(xù)復制DNA而產生凋亡。例如,多環(huán)芳烴蒽的衍生物作為抗腫瘤候選藥物有許多研究和報道。同樣,多環(huán)芳烴芘的衍生物作為有效的抗腫瘤化合物也有大量的文獻報道。其中,阿霉素是一種從蒽類多環(huán)芳烴出發(fā)而成功開發(fā)的臨床抗腫瘤藥物,其適應癥包括肝癌、胃癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌和多種血癌。但臨床研究發(fā)現阿霉素作為抗腫瘤藥物在應用過程中存在較嚴重的心臟毒性,可引起遲發(fā)性嚴重心力衰竭。因此發(fā)現和開發(fā)新型的多環(huán)芳烴化合物,尤其是蒽類以外的多環(huán)芳烴抗腫瘤藥物具有重要的意義。1996年,Barth與Lawton第一次合成了一種新型多環(huán)芳烴—碗烯。隨后通過Siegel等人的不斷努力,碗烯可以被公斤級的生產。過去的幾十年里,科學家被碗烯的獨特功能與性質深深吸引。碗烯(corannulene,Cor)是一種將五個苯環(huán)并入一個五元環(huán)結構的多環(huán)芳香碳氫化合物。碗烯具有三維拓撲的曲面結構,這種結構恰好是富勒烯的最小結構單元。碗烯的電子分布特殊并擁有較大的偶極,這些特點賦予了其獨特的性能,比如擁有很強的接收電子的能力。碗烯的性質獨特,已被廣泛應用在了超分子化學、液晶、旋光活性、碳納米管的合成研究、自由基和鋰離子電池等領域。但是碗烯的水溶性很低,這一性質導致其在生物領域的應用受到了很大的限制。為了使碗烯能在生物領域發(fā)揮作用,使其具有很好的抗腫瘤活性,克服它的極低水溶性這一缺點成為了至關重要的一點。通過調研大量文獻得知,三氮唑環(huán)有很多的優(yōu)點,比如具有很高的穩(wěn)定性及選擇性,合成反應過程中副反應很少等等。無論是在堿性或酸性水解的條件下,還是氧化或還原的條件下三氮唑環(huán)的穩(wěn)定性都很高。此外,這一雜環(huán)是氨基化合物的生物電子等排,能夠和生物分子靶標通過氫鍵相結合。這一極具吸引力的生色團在很多藥物里具有很好的活性,比如抗菌、抗真菌、抗過敏、抗艾滋病、抗結核、抗腫瘤、抗病毒、抗瘧疾和抗驚厥藥等等。此外,三氮唑環(huán)還可以與DNA發(fā)生相互作用并作為DNA靶向藥物的一個重要部分�；�于以上研究,本課題從碗烯的分子結構出發(fā),設計并合成了三種碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物,希望糖分子的引入能夠解決碗烯的水溶性難題,使其能夠順利進入細胞,降低對正常組織的傷害,選擇性殺傷腫瘤細胞。同時,設計了三種苝-1,2,3-三唑糖偶聯物作為對照。但是通過實驗發(fā)現,同樣的條件下,苝-1,2,3-三唑糖偶聯物的水溶性遠遠低于碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物的水溶性。我們通過核磁共振氫譜、碳譜、質譜和紅外等方法證明了所有不同糖通過點擊化學方法與碗烯以及苝形成的偶聯物的成功合成。為了評價新合成的碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物對人類腫瘤細胞的細胞毒性,我們選用了人體的HepG2腫瘤細胞對這些化合物進行了體外MTT毒性評價。測試表明所合成的三種碗烯化合物具有很好的殺死腫瘤細胞的能力,其中藥效最好的為碗烯-1,2,3-三唑半乳糖偶聯物。如前文所述,作為π電子密集的多環(huán)芳烴衍生物可與DNA大分子產生相互作用,導致DNA損傷,從而使癌細胞由于無法繼續(xù)復制DNA而產生凋亡。由于DNA的二級結構中存在大溝和小溝,二者構成了小分子化合物與DNA之間相互作用的位點。小分子化合物與DNA之間的相互作用方式包括四種類型:長距組裝、共價結合、非共價結合和剪切作用。經研究表明,小分子化合物與DNA之間的相互作用的主要方式為非共價結合。非共價結合方式主要包括三種:靜電作用、溝槽作用、嵌插作用。而嵌插作用又分為經典嵌插作用和非經典嵌插(部分插入)作用兩種。其中靜電作用有較差的選擇性以及對DNA結構較弱的影響性。大多數的小分子化合物可以在DNA的小溝區(qū)特異性地與其發(fā)生相互作用,并且這些典型的小分子化合物的結構中都含有芳香環(huán)。嵌插作用的主要作用力包括三種:芳香環(huán)離域π體系和堿基之間的π-π堆積相互作用力;疏水相互作用力;偶極-偶極相互作用力。影響非共價結合的主要因素有DNA同小分子化合物的配比、反應介質的pH值以及離子強度等等。DNA同小分子化合物的作用方式可能會隨著反應條件的變化而變化,所以非共價結合也被稱之為可逆結合。小分子化合物同DNA之間的相互作用機理的研究方法主要包括光譜法、電化學法以及黏度法。其中,由于光譜法具有很多的優(yōu)點,比如操作簡便、高效、經濟等。由于這些優(yōu)點,光譜法成為了研究小分子化合物同DNA之間相互作用的最常用并且有效的方法。光譜法通常包括紫外-可見吸收光譜法、圓二色光譜(CD)法、拉曼光譜法、線二色譜法、傅立葉變換紅外光譜法、共振光散射光譜法及熒光光譜法等。因此為了探究碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物殺死癌細胞的作用機制是否是通過與癌細胞的DNA發(fā)生作用,我們采用上述研究手段做了一系列的相關實驗。本論文主要包括以下三種測試方法:(1)在pH為7.2的Tris-HCl緩沖體系,溫度為25 ~oC條件下應用紫外-可見光譜法對化合物與HsDNA的相互作用進行研究。由于DNA的雙螺旋鏈中的堿基都有共軛雙鍵,DNA在波長為260 nm左右處會有較強的紫外吸收峰,具有一定的光化學活性。當小分子化合物與DNA發(fā)生相互作用后,DNA的紫外吸收光譜可能會有吸收譜帶變寬、減色或增色效應以及紅移或者藍移的現象。如果小分子與DNA發(fā)生的相互作用方式為經典插入,則DNA的最大吸收峰的吸光度會發(fā)生減色紅移。如果小分子與DNA發(fā)生的相互作用方式是靜電或者溝槽,則DNA的最大吸收峰會出現減色效應不明顯以及紅移的現象。本論文中的紫外-可見光譜法測定。實驗的研究結果表明,所合成的碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物使HsDNA的最大吸收峰增色并且位移沒有發(fā)生改變,初步排除碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物與Hs-DNA之間存在經典嵌插作用的可能性。(2)在pH為7.2的Tris-HCl緩沖體系,溫度為25 ~oC條件下應用圓二色光譜法對化合物與HsDNA的相互作用進行研究。HsDNA的圓二色光譜有兩個特征峰,即在波長為249 nm處,由于B螺旋構像導致的負向吸收峰,以及在波長為275 nm處,由于堿基堆積導致的正向吸收峰。本論文中圓二色光譜(CD)法測定實驗的研究結果表明,碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物使HsDNA的正向峰的最大吸收強度減小,這就意味著碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物有可能部分插入到了HsDNA的堿基對中導致其堿基堆積的減弱。另外,碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物使HsDNA的正向峰的最大吸收強度增強(向0水平線移動),并且波長位置并沒有發(fā)生大的改變,表明HsDNA構像的變化很小。HsDNA的正向峰與負向峰的改變表明碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物與HsDNA之間可能存在非經典嵌插(部分插入)的作用。(3)在pH為7.2的Tris-HCl緩沖體系,溫度為25℃條件下應用黏度法對化合物與HsDNA的相互作用進行研究。黏度法是一種研究小分子化合物同DNA間相互作用及作用機理的又一種常用的技術手段。如果小分子與DNA發(fā)生的作用為嵌插,則DNA雙螺旋鏈中相鄰堿基對的距離需要足夠大,這樣才能夠容納該小分子,進而直接導致的結果是DNA雙螺旋鏈膨脹伸長,使相應的黏度增大。如果小分子與DNA發(fā)生靜電或溝槽作用,DNA的雙螺旋鏈就不會膨脹伸長,因此黏度也就不會有太大的變化。如果小分子與DNA發(fā)生作用的方式為非經典插入,DNA雙螺旋鏈將會扭曲變形,進而DNA雙螺旋鏈間接觸面降低,故而黏度降低。本論文的粘度測定實驗所得的研究結果表明,隨著碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物的濃度的增強,粘度值急劇降低。這就表明碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物與HsDNA之間可能存在非經典嵌插的作用。通過對以上實驗結果所得譜圖的數據的綜合分析,可以得出以下結論:其作用機理為碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物與HsDNA分子之間相互作用的方式可能為部分插入作用,從而影響了腫瘤細胞DNA的復制、轉錄等生物學功能,進而有良好的抗腫瘤活性。本課題中碗烯-1,2,3-三唑糖偶聯物克服了碗烯的水難溶性的問題,并且具有很好的抗腫瘤活性作用。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R914
【文章目錄】：
摘要
abstract
Chapter 1 Research Background
    1.1 Overview of Cancer
        1.1.1 Definitions
        1.1.2 Causes
        1.1.3 Therapeutic Method
    1.2 Classification of Antitumor Drugs
        1.2.1 Directly Acting on DNA
        1.2.2 Interfering with DNA Synthesis
        1.2.3 Inhibiting Mitosis
    1.3 Development Trend of Antitumor Drugs
        1.3.1 Targeted Antitumor Drugs
        1.3.2 Gene Therapy of Tumors
        1.3.3 Development Trend of other Antitumor Drugs
    1.4 Research Progress of Corannulene
        1.4.1 Molecular Structure
        1.4.2 Properties of Corannulene
        1.4.3 Synthesis of Corannulene
        1.4.4 Flash Vacuum Pyrolysis
        1.4.5 Kilogram Scale Synthesis in Solution
    1.5 Brief Introduction of DNA
        1.5.1 Interaction between Small Molecular Compounds and DNA
        1.5.2 Analysis and Testing Method for the Interaction between Drugs and DNA
Chapter 2 Project Design
    2.1 Basis of Selection of Thesis
    2.2 Design of Target Compounds
    2.3 Design of Organic Synthesis
Chapter 3 Experimental Data
    3.1 General Notes and Procedures
    3.2 Synthesis Procedures
        3.2.1 Synthesis and Characterization of Corannulene Bromide（2）
        3.2.2 Synthesis and Characterization of Ethynylcorannulene-TMS（3）
        3.2.3 Synthesis and Characterization of 1-Ethynylcorannulene（4）
        3.2.4 Synthesis and Characterization of 1,2,3,4,6-Penta-o-acetyl-D-glucopyranose（6）
        3.2.5 Synthesis and Characterization of 1,2,3,4,6-Penta-o-acetyl-D-mannopyranose（8）
        3.2.6 Synthesis and Characterization of 1,2,3,4,6-Penta-o-acetyl-D-galactopyranose（10）
        3.2.7 Synthesis and Characterization of 2,3,4,6-Tetra-o-Acetyl-β-D-glucopyranosyl azide（11）
        3.2.8 Synthesis and Characterization of 2,3,4,6-Tetra-o-acetyl-β-D-mannopyranosyl azide（12）
        3.2.9 Synthesis and Characterization of 2,3,4,6-Tetra-o-acetyl-β-D-galactopyranosyl azide（13）
        3.2.10 Synthesis and Characterization of Glucose Conjugate of Corannulene（15）
        3.2.11 Synthesis and Characterization of Mannose Conjugate of Corannulene（17）
        3.2.12 Synthesis and Characterization of Galactose Conjugate of Corannulene（19）
        3.2.13 Synthesis and Characterization of 3-Bromoperylene（21）
        3.2.14 Synthesis and Characterization of 3-[（Trimethylsilyl）ethynyl]perylene（22）
        3.2.15 Synthesis and Characterization of 3-Ethynylperylene（23）
        3.2.16 Synthesis and Characterization of Glucose Conjugate of Perylene（25）
        3.2.17 Synthesis and Characterization of Galactose Conjugate of Perylene（27）
        3.2.18 Synthesis and Characterization of Mannose Conjugate of Perylene（29）
Chapter 4 Discussion and Conclusion
    4.1 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 2
    4.2 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 3
    4.3 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 4
    4.4 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 6,8,10
    4.5 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 11-13
    4.6 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 14,16,18
    4.7 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 15,17,19
    4.8 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 2 1
    4.9 Analysis and Discussion on the Preparation of Compound 25,27,29
Chapter 5 In Vitro Tests for the Biological Evaluation
    5.1 In vitro Antitumor Cytotoxicity Test
        5.1.1 Reagent and Instruments
        5.1.2 Experimental Principles
        5.1.3 Experimental Mothod
        5.1.4 Results and Discussion
Chapter 6 DNA Binding Studies
    6.1 Materials
    6.2 UV-vis Absorption Spectroscopic Characteristics
        6.2.1 Method
        6.2.2 Results and Discussion
    6.3 CD spectroscopy
        6.3.1 Method
        6.3.2 Results and Discussion
    6.4 Viscosity Measurements
        6.4.1 Method
        6.4.2 Results and Discussion
Chapter 7 Conclusion
References
Notes on Publications and Participation in Scientific Research
Appendix:Characterization of Synthetic Compounds
Acknowledgements

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉濤;;關于幾種植物材料DNA含量差異性的研究[J];中學生物學;2019年03期

2 陳從周;;DNA折紙術——全編程的信息工具[J];廣州大學學報(自然科學版);2019年01期

3 李文送;;DNA甲基化及其生物學功能[J];生物學教學;2014年09期

4 劉慶華;茹慧香;;“DNA是主要的遺傳物質”教學設計[J];中學生物教學;2016年07期

5 丁思思;袁華;羅小虎;李高峰;;植物DNA粗提取與鑒定的簡便方法[J];中學生物教學;2016年19期

6 周苑;;《DNA分子的結構》微課程設計[J];中國信息技術教育;2016年24期

7 吳久宏;;追尋人類思維的脈絡——蘇教版“DNA分子的結構”一節(jié)科學史料教學設計[J];中學生物教學;2016年21期

8 唐琳;;《DNA是主要的遺傳物質》教學設計(第一課時)[J];課程教育研究;2016年35期

9 王佳惠;;“觀察DNA和RNA在細胞中的分布”實驗改進[J];中學生物教學;2016年18期

10 劉雪梅;;作圖法解決“放射性同位素標記DNA與細胞增殖”問題[J];中學生物教學;2016年18期

相關博士學位論文 前10條

1 方丁強;釀酒酵母DDK激酶在DNA復制起始和時序調控中的功能研究[D];中國農業(yè)大學;2016年

2 何志勇;C5-取代衍生尿嘧啶用于DNA的合成后修飾研究[D];武漢大學;2017年

3 李治;基于DNA一級結構中堿基序列分布的DNA分詞研究[D];山西醫(yī)科大學;2016年

4 劉文靜;基于DNA折紙的單分子力譜研究[D];中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所);2019年

5 代江兵;多功能DNA納米結構的構建及生物成像[D];中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所);2019年

6 靖薪薪;框架核酸介導的仿生礦化[D];中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所);2019年

7 魯爽;DNA輔助的納米金三角片分離純化及相關性質研究[D];中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所);2019年

8 劉江波;基于DNA納米技術的細胞膜界面調控[D];中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所);2019年

9 高延靜;基于脂質體與DNA的酶動力學與細胞應用研究[D];中國科學院大學(中國科學院上海應用物理研究所);2019年

10 王琳;鐮孢菌DNA條形碼及多樣性研究[D];山西農業(yè)大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 劉超;關于氟離子對DNA發(fā)卡結構穩(wěn)定性影響的磁鑷單分子操作技術探究[D];廈門大學;2017年

2 楊金華;三瓣雙鬃果蠅種組和中華雙鬃果蠅種組（雙翅目：果蠅科）的分類和DNA條形碼研究[D];云南大學;2017年

3 陳雪旭;基于酶催化免標記的DNA傳感器的設計與應用研究[D];廈門大學;2017年

4 黃鵬;DNA折紙術動態(tài)組裝及其在核殼納米粒子中的應用研究[D];廈門大學;2017年

5 葉琳雄;海南島果實蠅昆蟲形態(tài)及其DNA條形碼研究[D];海南大學;2017年

6 易嘯;對蝦科15種蝦類的系統(tǒng)發(fā)育分析及DNA條形碼研究[D];廈門大學;2017年

7 李青璇;乙肝HBeAg、前S1蛋白、IL-17、Treg細胞與HBV-DNA之間的相關性探討[D];青島大學;2016年

8 呂曼;基于DNA自組裝生物傳感器檢測諾如病毒方法的建立[D];南京農業(yè)大學;2017年

9 李娜;基于MOFs和Au/Ag納米材料的電化學DNA傳感器研究[D];武漢理工大學;2018年

10 侯玉濤;基于混沌和DNA編碼的圖像加密方案研究[D];大連理工大學;2018年

本文編號：2893422