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[学位]

棉酚的提取、手性分离、结构改性及其生物学效应

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Author:

贾光锋 (贾光锋.)

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学位论文库

Abstract:

恶性肿瘤已成为威胁人类健康的重要因素之一,全球因患癌而死亡的人数呈现逐年上升趋势。目前,多数肿瘤对放疗和化疗药物产生不同程度的耐药性。作为一种重要的天然抗肿瘤化合物,棉酚可以选择性的和Bcl-2家族抗凋亡蛋白结合来抑制其表达,从而抑制肿瘤细胞生长、对抗肿瘤细胞耐药。棉酚最有希望成为一种小分子抗肿瘤药物。然而,目前棉酚存在着价格昂贵、稳定性差、难溶于水及在体内毒性明显等不足,因此,开发低廉的棉酚,并对其进行拆分、改造以发现具有更好抗肿瘤效果的化合物已经成为该领域的研究方向。

本文建立了从棉油下脚料皂脚中提取醋酸棉酚的新方法,降低了棉酚的生产成本;研究了手性棉酚的拆分工艺,获得高纯度、高活性的左旋棉酚;分析并优化了小分子希夫碱棉酚的合成条件,提高了产率,降低了毒性;开发水溶性棉酚前药,提高了棉酚的生物利用度,并具有体内控制释放的效果;检验了棉酚及其衍生物的抗肿瘤活性,以发现既能够有效抑制恶性肿瘤,又能增强肿瘤细胞对化疗药物的敏感性,同时具有较低毒副作用的新型抗癌药物。主要包括下列内容:

(1)联合使用超声萃取技术和超声诱导结晶技术从棉油下脚料皂脚中回收醋酸棉酚,考察了超声萃取时间、水解酸度、回流时间和超声结晶时间四个因素对棉酚粗品的产率和含量的影响,并对提取条件进行优化,结果表明,在超声萃取25 min、回流90 min、水解酸度1.4 mol/L、超声结晶25 min的条件下,100 g棉油皂脚可以获得1.243 g高纯度醋酸棉酚;紫外、红外和核磁共振光谱进一步确认了醋酸棉酚的化学结构;体外MTT法表明,所制备的低价格醋酸棉酚能够显著地抑制前列腺癌细胞PC-3和乳腺癌细胞MDA-MB-231的生长。

(2)通过衍生化、柱层析、酸水解和超声纯化的工艺从消旋棉酚中拆分出左旋棉酚,利用薄层层析、比旋光度、紫外光谱、红外光谱和核磁共振光谱对左旋棉酚拆分进程进行跟踪,结果表明,衍生化反应时间最少为40 min,乙酸乙酯为洗脱溶剂,并用乙醚作为水解溶剂时,可以获得高光学纯度和结构确定的左旋棉酚及其手性氨衍生物;采用MTT法、AO染色、透射电镜、TUNEL等方法研究了左旋棉酚对前列腺癌 PC-3及LNCaP的体外增值抑制作用,结果表明,左旋棉酚能够诱导前列腺癌细胞的凋亡;通过建立人前列腺癌裸鼠移植瘤模型,观察了左旋棉酚对其生长的抑制作用,结果表明,分离后的左旋棉酚能够显著地抑制前列腺癌异种移植瘤的生长。

(3)利用小分子胺(3-二甲氨基丙胺,DMAPA)与棉酚发生缩合反应合成稳定的棉酚希夫碱(SDG),考察了DMAPA浓度、反应温度和反应时间对合成产率的影响,并优化了反应条件,结果表明,当DMAPA浓度为150 μmol/mL,反应温度30 ℃,反应时间3 h时,合成的SDG产率最高;红外光谱、核磁共振氢谱和碳谱分析表明,SDG由2分子的DMAPA和1分子的棉酚组成;体外MTT法结果表明,SDG对前列腺癌细胞PC-3和LNCaP均有显著的抑制效果。

(4)利用紫外和红外光谱考察了明胶、壳聚糖和氨基聚乙二醇携载棉酚的可能性,结果表明,氨基聚乙二醇是棉酚的最佳水溶性载体;通过紫外光谱跟踪PEGGC的合成过程,考察反应时间、反应温度和投料比对PEGGC合成产率的影响,结果表明,当反应时间240 min,反应温度40 ℃,投料比nG-AA:nPEG=2,可以获得最高的产率(96.8%);利用紫外光谱的变化检验PEGGC水溶液的酸碱稳定性和储存稳定性,结果表明,PEGGC具有酸碱敏感性,在酸性条件下容易水解释放棉酚,碱性条件下易于氧化变质;体外MTT法结果表明,消旋棉酚和左旋棉酚的水溶性衍生物PEGGC和LPEGGC对前列腺癌细胞均有抑制活性。

以上的研究可以得出以下的结论:

(1)开发了联合使用超声萃取技术和超声诱导结晶技术从工业残渣(棉油皂脚)中规模化回收药用级醋酸棉酚的新工艺。一方面提高了醋酸棉酚的纯度、降低了醋酸棉酚的生产成本、缩短了生产周期、保持棉酚的抗肿瘤活性;另一方面克服了传统加工工艺给食品和饲料安全带来的潜在威胁;更为重要的是,还实现了变废为宝,解决棉油加工过程中的环境污染问题。

(2)建立了以廉价的手性胺为拆分剂和自制醋酸棉酚为原料,通过衍生化法和超声结晶技术快速地获得高光学纯度的左旋棉酚新方法。此法降低了左旋棉酚的生产成本,提高了生产效率,并增加了棉酚的附加值。拆分所得的左旋棉酚比棉酚具有更高体内外抗肿瘤活性,但其对肝脏和肠道的毒性不容忽视,值得临床使用时参考。

(3)以DMAPA和自制棉酚为原料,根据亲和加成反应合成了高产率的SDG,并以红外光谱和核磁共振光谱确定了其化学结构。SDG具有与棉酚相当的体外抗肿瘤活性,同时毒性明显降低,但其仍没有解决棉酚难溶于水的问题。

(4)以水溶性载体PEG-(NH2)2和自制棉酚为原料,合成出既能溶于水又具有抗肿瘤活性的棉酚衍生物PEGGC。此化合物的水溶液具有一定的酸碱敏感性,利用此性质可以实现药物的控释,因此,作为一种水溶性棉酚前药,PEGGC将有可能成为未来的新型抗肿瘤药物。

Keyword:

超声波 醋酸棉酚 抗肿瘤活性 水溶性棉酚衍生物 左旋棉酚

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  • [ 1 ] 西安交通大学生命科学与技术学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 吴道澄

Year: 2010

Language: Chinese

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30 Days PV: 16

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