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CN104225613A - 整联蛋白靶向试剂及使用其的体内和体外成像方法 - Google Patents

整联蛋白靶向试剂及使用其的体内和体外成像方法 Download PDF

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CN104225613A CN201410387744.3A CN201410387744A CN104225613A CN 104225613 A CN104225613 A CN 104225613A CN 201410387744 A CN201410387744 A CN 201410387744A CN 104225613 A CN104225613 A CN 104225613A
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acid
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M·拉约帕德耶
G·霍
B·拜德纳
L·T·都洪
P·J·克莱曼
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Schering Corp
Visen Medical Inc
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Abstract

本发明提供靶向整联蛋白的试剂的一个家族,它可以用作成像试剂和/或治疗性试剂。这些试剂可以用于成像在受试者中的血管发生、炎症或其他生理学过程。

Description

整联蛋白靶向试剂及使用其的体内和体外成像方法
本申请是申请日为2009年3月13日、申请号为200980115127.5、发明名称为“整联蛋白靶向试剂及使用其的体内和体外成像方法”的中国发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年3月14日提交的共同未决的美国临时专利申请序列号61/036,495的权益和优先权,其全部内容通过引用而结合。
技术领域
本发明提供选择性地靶向并且结合某些整联蛋白的试剂,具体地,αvβ3整联蛋白,并且可以将它用于多种体外以及体内的应用中。
背景技术
在某些疾病中用于评估分子终点的目前的方法通常要求组织取样或血液取样,外科手术,并且在实验动物的情况下,要求在不同的时间点处死。尽管在非侵入式成像方面有许多改进,仍然急迫地需要灵敏度以及特异性更高的成像试剂以及方法。能够看到特异性分子靶向和/或全部途径的成像技术将显著地提高我们的诊断以及评估对于许多不同的病情治疗干预的疗效的能力。目前大多数成像技术主要报告解剖学或生理学的信息(例如磁共振成像(MRI),计算机断层摄影术(CT)以及超声)。更新的方式例如光学成像以及新的分子成像探针具有彻底改变检测、治疗以及监控疾病的方法的潜力。
在成像科学中分子成像是一个新领域,它超越了成像结构或生理学的传统意义上的边界并且具有彻底改变目前的研究以及临床实践的潜力。对于分子成像最常规的范例涉及使用选择性地靶向一种特定的基因、蛋白、受体或一种细胞功能的一种“分子”探针或试剂,该特异性靶的缺少、存在或水平表示一种特定的病情。
具体地,光学成像提供了几个优点,这使它在研究以及临床环境中都成为一种有力的分子成像方法。确切地,光学成像可以是快速的、安全的、有成本效益的并且高度敏感的。扫描时间在数秒到数分钟的级别,不需要电离辐射,并且该成像系统可以相对简单地使用。此外,可以将光学探针设计为动态分子成像试剂,它可以改变它们体内的报告图形从而实时提供分子的以及功能性的信息。为了在体内实现最大的渗透以及灵敏度,在生物学系统中对多数光学成像的选择是在红色以及近红外(NIR)光谱区(600-900nm),尽管还可以使用可见光区域中其他的波长。在NIR波长的范围内,生理学上丰富的吸附剂例如血红蛋白或水的吸收是减少到最小的。
整联蛋白是位于细胞表面上的异源二聚体的膜受体,它结合到细胞外基质(ECM)上。通过细胞外配体结合,这种类型的粘附受体,通过该二聚体亚基的单一的跨膜螺旋向细胞内传送信号,这可以介导多种生物学结果包括细胞生长、存活、分化、以及凋亡。整联蛋白调节细胞周期连同细胞运动以及形态。除了结合到ECM以外,整联蛋白还作为桥将细胞与其他细胞连接。
结构上,整联蛋白是异源二聚体蛋白,它包括α以及β链亚基。存在每种亚基类型的多种形式(18种可能的α链以及8种可能的β链),提供了组装异源二聚体整联蛋白上的大量的多样性。此外,存在一些亚基的剪接变体,这允许了甚至更多的生物学功能性以及复杂性。整联蛋白包括ανβ1、ανβ3、ανβ5、ανβ6、ανβ8、α1β1、α2β1、α3β1、α3β6、α4β1、α4β7、α5β1、α6β4、α7β1、α8β1、α9β1、α10β1、αLβ2、αMβ2、αXβ2、αIIbβ3、以及最近发现的与β1配对的α亚基。在这些整联蛋白中,以下的整联蛋白αν、α5β1、αIIbβ3识别细胞外基质(ECM)的蛋白中的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)序列。结合整联蛋白的α亚基称作玻连蛋白受体,αvβ3、αvβ5以及纤连蛋白受体α5β1通过这种特异性的三氨基酸部分调节肿瘤细胞迁移以及粘附性(Albelda et al.,CANCER RES.1990,5:6757-6764;Gladson and Cheresh,J.CLIN.INVEST.1991,88:1924-1932;Lafrenie et al.,EUR.J.CANCER,1994,30:2151-2158)。
血管发生是新血管的形成,这对于生长和发育、组织修复以及肿瘤生长是必要的。已知整联蛋白ανβ3、ανβ5以及纤连蛋白受体在血管发生中起重要作用。例如在新生血管形成期间在活化的内皮细胞上整联蛋白ανβ3是高度表达的,而在已形成的血管中只有较弱的存在。该粘附受体ανβ3可以是用于检测任何新脉管系统生长的一种有吸引力的靶。
发明内容
本发明提供选择性地靶向并且结合某些整联蛋白的试剂,具体地,αvβ3整联蛋白,并且可以将它用于多种体外以及体内的应用中。本发明还提供了可以具有荧光性质和/或磁性性质的(例如,常磁性的或超顺磁性的性质)整联蛋白靶向试剂,可以将它用作MRI或多种形式的成像试剂(例如,光学成像以及磁共振成像)。此外,本发明提供了整联蛋白靶向试剂,它们独立地,以及联合地可以单独地或除了其他成像试剂外包括诊断性的和/或治疗性的放射性金属,可以将两者用作放射性药物、核成像剂、或多种形式的成像剂(例如,光学成像以及核成像)。
可以将该整联蛋白靶向试剂配制成适合给予一名受试者(例如一种动物和/或一个人类受试者)的一种药物组合物。该药物组合物可以包括一种或多种整联蛋白试剂以及在一种生理学上可接受的载体中的一种或多种稳定剂。
一方面,该整联蛋白靶向试剂包括:(a)包括一种烷基取代的四氢-1,8-萘啶部分的一种整联蛋白靶向部分(ITM),其中该烷基是用一个芳基或杂芳基部分取代的;以及(b)可任选地通过一种连接物(L)部分化学连接到该整联蛋白靶向部分的一种报道分子。该烷基可以用一种取代的或未取代的、单环的或二环的、杂芳基部分或芳基部分取代。
该整联蛋白靶向部分可以包括例如1到5个整联蛋白靶向部分(例如从2到5个、3到5个或4到5个整联蛋白靶向部分),各自化学连接到该成像报道分子上。这些试剂可以包括多个整联蛋白靶向部分,各自化学连接到该成像报道分子上。
该报道分子可以是例如一种荧光团报道分子、一种荧光染色报道分子、一种光学报道分子、一种磁性报道分子、一种放射性标记、一种X射线报道分子、一种超声成像报道分子或一种基于纳米颗粒的报道分子或它们的组合。该整联蛋白试剂可以进一步地包括化学连接到该整联蛋白靶向部分、该报道分子或该可任选的连接物上的一种生物学修饰剂。
另一方面,本发明提供了由式I代表的一种整联蛋白靶向试剂:
((ITM—L)m-Ln-IRq)-BMg   (I)
其中
ITM代表包括一种取代的四氢-1,8-萘啶部分的一种整联蛋白靶向部分;
L,对于每次出现时都独立地代表一个键或一个连接物部分;
IR代表一种成像报道分子;
m代表从1到500的一个整数,n代表从0到500的一个整数,q代表从1到500的一个整数,并且g代表从0到500的一个整数;
并且
BM代表一种生物学修饰剂。
应该理解到,m可以是从1到5的一个整数;n可以是从0到5的一个整数;q可以是从1到4的一个整数和/或g可以是从0到3的一个整数。在某些实施方案中,n是0并且g是0。在某些实施方案中,q是1。在某些其他的实施方案中,m可以是1或2。
此外,本发明提供了使用在此描述的整联蛋白靶向试剂用于体外以及体内成像的方法。对于体内光学成像,一个示例性的方法包括(a)将一种或多种本发明的前述整联蛋白靶向试剂给予一名受试者,其中这些试剂包括一种或多种荧光染料;(b)允许该试剂分布于受试者体内;(c)将该受试者暴露于可被至少一种荧光染料吸收的波长的光线下;并且(d)检测由该整联蛋白试剂发出的一种信号。由该试剂发出的信号可以用于构建一幅图像,例如一幅断层摄影图像。此外,应当理解的是可以以预定的间隔重复以上步骤,这允许随着时间评估该受试者。
可以用该整联蛋白靶向试剂测量血管发生(新血管形成)或其他生理学过程例如受试者体内的炎症。一种示例性的方法包括(a)向受试者给予一种或多种前述的整联蛋白靶向试剂;并且(b)检测这种(这些)试剂的存在从而生成代表在受试者体内新血管形成的一幅图像。
在每一种前述的方法中,该受试者可以是一种脊椎动物,例如一种哺乳动物,例如一个人。该受试者还可以是实验室研究中使用的一种非脊椎动物(例如,线虫、果蝇、或另一种模式研究生物)。
此外,可以将该整联蛋白靶向试剂整合成一种试剂盒,例如具有可任选的说明书的一种试剂盒,该说明书用于在体内或体外成像方法中使用该整联蛋白靶向试剂。该试剂盒可任选地可以包括有助于使用该整联蛋白靶向试剂的组分,例如缓冲液,以及其他配制试剂。可替代地,该试剂盒可以包括有助于向受试者给予和/或检测该整联蛋白靶向试剂的医学装置。
本发明的其他特征以及优点将从以下的图形、详细说明以及权利要求而清楚。
附图说明
图1描绘了给予示例性的化合物E-6(图1A)以及E-7(图1B)后24小时的双侧肿瘤的平面图像。
图2描绘了给予约2nmol剂量(图2A)以及约4nmol剂量(图2B)的化合物E-6后24小时肿瘤的荧光分子断层摄影双侧图像。
图3描绘了化合物E-6结合到HEK293-αvβ3细胞,其中图3A显示用化合物E-6在4℃下孵育HEK293-αvβ3细胞的图像(图3A),用化合物E-6在4℃下使用细胞掩膜(cell mask)以及DAPI的图像(图3B),使用化合物E-6在4℃下使用母体化合物DAPI的图像(图3C),或使用化合物E-6在37℃下使用母体化合物DAPI的图像(图3D)。
图4显示描绘示例性的化合物E-6与HEK293-αvβ3细胞的对应的结合常数的解离(图4A)以及平衡(图4B)的曲线图。
图5描绘了在小鼠中化合物E-6的药代动力学以及生物学分布。图5A是显示小鼠中化合物E-6的浓度随时间的曲线图,并且图5B是显示给予化合物E-6后身体组织中荧光分布的一幅条形图。
图6显示孵育后从内皮细胞(HUVEC)得到的荧光图像,用化合物E-6孵育后的图像(图6A),用化合物E-6以及母体化合物孵育后的图像(图6B),以及用VivoTag s750孵育后的图像(图6C),以及孵育后来自肿瘤细胞(A673)的荧光图像,用化合物E-6孵育后的图像(图6D),用化合物E-6以及母体化合物孵育后的图像(图6E),以及用VivoTag s750孵育后的图像(图6F)。
图7是描绘给予化合物E-6、母体化合物以及化合物E-6、或VivoTag s680(自由染料)之后来自带有A673肿瘤的小鼠的检测到的荧光(以皮摩尔计)的一幅条形图。
图8是显示来自用或者化合物E-6或者ProSense注射随后用阿瓦斯丁或磷酸盐缓冲盐水(载体)治疗的带有A673肿瘤小鼠的肿瘤荧光定量的一幅条形图。
发明详述
本发明部分地基于以下发现即可能生产整联蛋白靶向试剂,这些试剂是稳定的并且是生物相容的,并且它们可以用于多种体内以及体外测定以及成像应用,连同多种治疗性应用。
该整联蛋白靶向试剂包括至少一种整联蛋白靶向部分(ITM)以及一种报道分子,可任选地一种成像报道分子(IR),其中该ITM的一个或多个分子化学连接到该报道分子的一个或多个分子上。可任选地,可以用一种或多种连接物(L)部分将该ITM化学连接到该报道分子上。在某些实施方案中,该ITM是包含一种取代的或一种未取代的四氢萘啶部分一种分子,并且该报道分子是一种荧光染料分子。在某些实施方案中,本发明的这些试剂结合到在血管发生期间上调的一种整联蛋白上。
该ITM可以具有对αν整联蛋白的亲和力,例如ανβ5和/或ανβ3整联蛋白。在一个实施方案中,该ITM具有对ανβ3整联蛋白的亲和性。如在此使用的,术语“整联蛋白靶向部分”或“ITM”,被认为是指特异性地与一种整联蛋白结合和/或阻止一种整联蛋白结合到它的天然配体上的一个部分。一种ITM与一种整联蛋白之间的结合可以是共价键的或非共价键的(例如,一种静电相合作用,疏水性相互作用,范德瓦耳斯互作用,氢键,偶极相合作用等)。例如,一种ITM与一种整联蛋白之间的结合是非共价键的。
“成像报道分子”或“IR”可以是任何适合的分子、化学物或物质,它用于在成像中提供对比或信号并且通过成像技术可以将它检测出来。在某些实施方案中,该成像报道分子包括一种或多种荧光团、光致发光的纳米颗粒、放射性同位素、超顺磁性试剂、X射线造影剂,以及超声试剂。应当理解的是该成像报道分子还可以包括一种治疗性报道分子,例如在光力学治疗中使用的一种卟啉和/或在放射治疗中使用的放射性核素。
如在此使用的术语“亲和性”应当理解为是指该整联蛋白靶向试剂优选地结合到一种整联蛋白和/或被一种整联蛋白保留的能力。
如在此使用的,术语“化学连接”应当理解为是指通过原子之间的一种强到足以允许使结合的聚集体作为一个单位起作用的吸引力相连接。这包括但不限于化学键例如共价键,非共价键例如离子键、金属键、以及桥键,疏水性相合作用、氢键以及范德瓦耳斯互作用。
如在此使用的,术语“功能性”应当理解为是指一种反应性官能团,它可以用另一种分子进行进一步的修饰或衍生。例如,该反应性的官能团可以是一种胺、羧酸、羧酸酯、卤素、肼、羟胺、腈、异腈、异氰酸酯、异硫氰酸酯、硫醇、马来酰亚胺、叠氮化物、炔、四唑基、膦酸盐、亚烷基、硝基、以及亚硝基。
如在此使用的,术语“生物学修饰剂”或“BM”应当理解为指可以用于改变该整联蛋白试剂的生物学性质的任何部分,例如,不受限制地,与非-BM修饰的整联蛋白试剂比较,使该试剂更多地溶于水或更多地分散于用于给予的介质中,增加结合特异性,降低免疫原性或毒性,或改变药代动力学图形。
术语“烷基”是本领域公认的,并且包括饱和的脂肪烃基团,包括直链烷基、以及支链烷基。此外,术语“烷基”(或“低级烷基”)包括“取代的烷基”,它是指在烃主链的一个或多个碳上具有替换一个氢的取代基的烷基部分。这些取代基可以包括例如羟基、羰基(例如羧基、烷氧基羰基、甲酰基、或酰基),硫(代)羰基(例如硫代酯、硫代乙酸酯、或硫代甲酸酯),烷氧基、磷酰基、膦酸盐、次膦酸盐、氨基、酰氨基、脒、亚胺、氰基、硝基、叠氮基、巯基、烷硫基、硫酸盐、磺酸盐、氨磺酰基、亚磺酰氨基、磺酰基、杂环基、芳烷基、或芳香族或杂芳香族部分。本领域中普通技术人员应当理解的是,如果适合,在该烃链上取代的部分可以自身取代。例如,取代的烷基的取代基可以包括取代的以及未取代的形式的氨基、叠氮基、亚氨基、酰氨基、磷酰基(包括膦酸盐以及次膦酸盐)、磺酰基(包括硫酸盐、亚磺酰氨基、氨磺酰基以及磺酸盐)、以及甲硅烷基基团、连同醚类、烷硫基、羰基(包括酮、醛、羧化物、以及酯),-CN等等。
术语“芳基”是本领域公认的,并且是指可以包括从0到4个杂原子的5元,6元以及7元单环芳香族基团,例如苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪以及嘧啶,等等。在环结构中具有杂原子的那些芳基基团还可以被称为“杂芳基”或“杂芳族化合物”。可以用如以上描述的这些取代基在一个或多个环位置上取代该芳香族环,例如卤素、叠氮化物、烷基、芳烷基、链烯基、炔基、环烷基、羟基、烷氧基、氨基、硝基、巯基、亚氨基、酰氨基、膦酸盐、次膦酸盐、羰基、羧基、甲硅烷基、醚、烷硫基、磺酰基、亚磺酰氨基、酮、醛、酯、杂环基、芳香族或杂芳香族的部分、-CF3、-CN,等等。术语“芳基”还包括具有两个或多个环的多环系统,其中两个邻近的环共用两个或多个碳原子(这些环是“稠合环”),其中这些环的至少一个是芳香族的,例如,其他环可以是环烷基、环烯基、环炔基、芳基和/或杂环基。
在某些实施方案中,该整联蛋白靶向试剂包括一种整联蛋白靶向部分,该整联蛋白靶向部分包括一种烷基取代的四氢-1,8-萘啶部分,其中可以用一种芳基或杂芳基部分(例如一种取代的或未取代的芳基)取代该烷基;以及一种成像报道分子,例如一种或多种荧光染料,该荧光染料例如通过一个键或通过一种连接物部分化学连接到该整联蛋白靶向部分上。
该整联蛋白靶向试剂可以包括一个或多个整联蛋白靶向部分,各自化学连接到该成像报道分子上并且可以包括例如从1到5个(例如,1、2、3、4、或5)整联蛋白靶向部分。一种示例性的整联蛋白靶向试剂由式I代表:
((ITM—L)m-Ln-IRq)-BMg   (I)
其中
ITM代表一种整联蛋白靶向部分,包括一种取代的四氢-1,8-萘啶部分,例如一种烷基取代的四氢-1,8-萘啶部分,如7-烷基-四氢-1,8-萘啶部分;
L,对于每次出现时都独立地代表一个键或一个连接物部分;
IR代表一种成像报道分子;
m代表1到500之间的一个整数,n代表0到500之间的一个整数,q代表1到500之间的一个整数,并且g代表0到500之间的一个整数;
并且BM代表一种生物学修饰剂。
在某些实施方案中,m可以是从1到5的一个整数,例如1、2、3、4或5。在某些实施方案中,整数n可以是从1到5的一个整数,例如1、2、3、4、或5。在某些实施方案中,整数q可以是从1到4的一个整数,例如1、2、3或4。在某些实施方案中,g可以是从0到3的一个整数,例如0、1、2或3。在某些实施方案中,g是0,n是0,q是1,并且m是1或2。
应当理解的是在此披露的整联蛋白靶向试剂还包括其立体异构形式、或其立体异构体形式的混合物、或其药学上可接受的盐的形式。
在某些实施方案中,该整联蛋白靶向试剂进一步独立地包括化学连接到该整联蛋白靶向部分的一种或多种生物学修饰剂、连接物和/或成像报道分子或它们任意的组合。该整联蛋白靶向部分、成像报道分子、连接物以及生物学修饰剂的每一个特征在以下进行更详细地讨论。
I.整联蛋白靶向部分
在本发明的实践中有用的某些示例性的整联蛋白靶向部分描述于美国专利号6,048,861、6,784,190、以及6,017,926;美国专利号申请号US2002/0040030;欧洲申请号1040111;国际申请公开号WO99/31061以及WO02/22616,所有这些通过引用以其整体结合在此。
当该整联蛋白靶向部分包括一种取代的四氢-1,8-萘啶部分时,例如,一种烷基取代的四氢-1,8-萘啶部分如7-烷基-四氢-1,8-萘啶部分,该萘啶和/或该烷基可以可任选地被一个,两个或三个如卤素、羟基、烷基、烷氧基等的取代基取代。
在某些实施方案中,该整联蛋白靶向部分由式II代表:
其中Ar是一种芳香族或部分芳香族的部分,并且是一种芳基或杂芳基;
R’是H或烷基;
a代表从0、1、2或3中选出的一个整数;
以及它们的盐。在式II、以及在此描述的其他结构中,被波浪线交叉的键代表将该整联蛋白靶向分子共价偶联到该整联蛋白靶向试剂的剩余部分的键。
在某些实施方案中,Ar是一种单环或双环的杂芳基、或一种单环或双环的芳基、可任选地用1、2、或3个部分取代,各自独立地选自下组,其构成为:H、卤素、烷氧基、烷基、芳基、以及杂芳基。在其他实施方案中,R’是H。
在某些实施方案中,该整联蛋白靶向部分由式IIA代表:
其中R’、Ar、以及a如以上式II中所指示。
Ar可以选自下组,其构成为:
在某些实施方案中,可以用于生成一种整联蛋白靶向试剂的整联蛋白靶向部分由式III代表:
其中R1提供了一种化学功能性,它可以独立地将该整联蛋白靶向部分化学连接到一种连接物、成像报道分子或一种生物学修饰剂上。
在某些实施方案中,可以用于生成一种整联蛋白靶向试剂的整联蛋白靶向部分由式IV代表:
其中例如NH2或NH-,提供了一种功能性,从而独立地将该整联蛋白靶向部分化学连接到一种连接物、成像报道分子或一种生物学修饰剂上。
在某些实施方案中,可以用于生成一种整联蛋白靶向试剂的整联蛋白靶向部分由式V代表:
其中,R1如以上式III中定义,并且Ar如以上式II中定义。
在某些实施方案中,具有式V的Ar选自下组,其构成为:
在某些实施方案中,可以用于生成一种整联蛋白靶向试剂的整联蛋白靶向部分由式VI代表:
其中R1提供了一种功能性从而独立地将该整联蛋白靶向部分化学连接到一种连接物、成像报道分子或一种生物学修饰剂上。
在某些实施方案中,可以用于生成一种整联蛋白靶向试剂的整联蛋白靶向部分由式VII代表:
II.成像报道分子
应当理解的是可以使用多种不同的成像报道分子,例如荧光报道分子以及非荧光报道分子,从而生成本发明的整联蛋白靶向试剂。
(a)荧光报道分子
在某些实施方案中,该成像报道分子是一种荧光团分子。如在此使用的,术语“荧光团”应当理解为是指一种荧光染料、一种荧光染料猝灭剂分子、任何有机的或无机的染料、金属螯合剂、或任何荧光酶底物,包括蛋白酶可活化的酶底物。
在某些实施方案中,该整联蛋白成像试剂包括一种荧光染料。在某些实施方案中,该荧光染料是远红以及近红外荧光染料(NIRF),吸收和发射最大值在约600与约1200nm之间,更优选地在约600nm与约900nm之间。应当理解的是也可以在本发明的组合物以及方法中使用激发以及发射波长在其他光谱中的荧光染料。示例性的荧光染料包括但不限于一种碳菁荧光染料以及一种吲哚菁荧光染料。
示例性的近红外荧光染料在水性介质中优选地具有每个荧光染料分子至少50,000M-1cm-1的消光系数。该近红外荧光染料优选地还具有(1)高量子产率(即,在水性介质中量子产率大于5%),(2)窄的激发/发射光谱,光谱上分离的吸收以及发射光谱(即激发以及发射最大值分开至少15nm),(3)高的化学以及光稳定性,(4)无毒性,(5)良好的生物相容性,生物可降解性以及可排泄性,以及(6)体内以及人类使用中所要求的商用的活力以及可放大用于大量的生产(例如克以及千克的量)。
可以使用某些碳菁或聚甲炔荧光染料生成本发明的整联蛋白试剂并且包括例如在美国专利号6,747,159、6,448,008、6,136,612、4,981,977、5,268,486、5,569,587、5,569,766、5,486,616、5,627,027、5,808,044、5,877,310、6,002,003、6,004,536、6,008,373、6,043,025、6,127,134、6,130,094、以及6,133,445;以及WO 97/40104、WO 99/51702、WO 01/21624、以及EP 1065250A1;以及Tetrahedron Letters 41,9185-88(2000)中所描述的那些。
不同的荧光染料是可以商购的并且可以用于构建本发明的整联蛋白成像试剂。示例性的荧光染料包括例如Cy5.5、Cy5以及Cy7(GEHealthcare);AlexaFlour660、AlexaFlour680、AlexaFluor750、以及AlexaFluor790(Invitrogen);VivoTag680、VivoTag-S680、以及VivoTag-S750(VisEn Medical);Dy677、Dy682、Dy752以及Dy780(Dyomics);DyLight547、DyLight647(Pierce);HiLyteFluor647、HiLyte Fluor680、以及HiLyte Fluor750(AnaSpec);IRDye 800CW、IRDye 800RS、以及IRDye 700DX(Li-Cor);以及ADS780WS、ADS830WS、以及ADS832WS(American Dye Source)以及Kodak X-SIGHT 650、Kodak X-SIGHT 691、Kodak X-SIGHT 751(Carestream Health)。
表1中列出了本发明的实践中有用的多种示例性的荧光染料连同它们的光谱性质。
表1
在一个实施方案中,一种示例性荧光染料由式VIII代表:
或其一种盐,其中:
X独立地选自下组,其构成为:C(CH2Y1)(CH2Y2)、O、S以及Se;
Y1以及Y2独立地选自下组,其构成为:H、C1-C20脂肪烃基团以及用-OR*、N(R*)2或-SR*取代的一种C1-C20脂肪烃基团;
W代表一种苯并稠合的,一种萘并稠合的或一种吡啶并稠合的环;
R1选自下组,其构成为:(CH2)xCH3、(CH2)nSO3 -以及(CH2)nSO3H,其中x是选自从0到6的一个整数,并且n是选自从2到6的一个整数;
R4选自下组,其构成为:(CH2)xCH3、(CH2)nSO3 -以及(CH2)nSO3H,其中x是选自从0到6的一个整数,并且n是选自从2到6的一个整数;
R2以及R3独立地选自下组,其构成为:H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、一种磺酸的部分以及一种磺酸盐的部分;
Q选自下组,其构成为:用一个羧基取代的一种杂芳环或用一个羰基取代的6元杂芳环。
Q选自下组,其构成为:(i)一种羧基功能化的杂环,(ii)一种羧基功能化的含氮杂环,(iii)一种羧基功能化的含氮6元杂环,例如吡啶、嘧啶酮、吡嗪,以及哒嗪,(iv)一种羧基功能化的含氮6元杂环,例如吡啶,(v)一种羰基功能化的含氮6元杂环,例如吡啶,(vi)一种异烟酸、烟酸以及吡啶甲酸,以及从以下选出的一种基团:
其中,该羧基还可以处于一种酯,一种活化的酯或能够与亲核体进行反应的羰基卤化物的形式,并且可以是例如一种CO-O苯并三唑基、CO-ON-羟基琥珀酰亚胺基、CO-O四氟苯基、CO-O五氟苯基、CO-O咪唑、以及CO-O对-硝基苯基。
在另一个实施方案中,一种示例性荧光染料由式IX代表:
或其一种盐,其中:
X1以及X2独立地选自下组,其构成为:C(CH2K1)(CH2K2),、O、S以及Se;
K1以及K2独立地选自下组,其构成为:H、一种C1-C20脂肪烃基团以及一种用-OR*、N(R*)2或-SR*取代的C1-C20脂肪烃基团;或K1与K2一起是一种取代的或未取代的碳环或杂环的一部分;
Y1以及Y2各自独立地是一种苯并稠合环、一种萘基稠合环或一种吡啶并稠合环;
n1是1、2、或3;
R2、R11以及R12独立地是H、F、Br、Cl、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、芳氧基、一种含氮杂环、一种含氮杂芳香族环、一种磺酸盐、一种亚氨鎓离子、或任何两个相邻的R12与R11取代基或R2与R11取代基,当进行组合时,形成一种4元、5元、或6元取代的或未取代的碳环、取代的或未取代的非芳香族碳环或一种取代的或未取代的碳环芳香环,其中这些碳环各自独立地由C1-C6烷基、卤素、或OR*或SR*可任选地取代一次或多次;
R1以及R13是(CH2)xCH3,其中x是选自从0到6的一个整数;或当n是选自从2到6的一个整数时,R1以及R13独立地是(CH2)nSO3 -或(CH2)nSO3H;
R3、R4以及R5独立地选自下组,其构成为:H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、一种磺酸部分以及一种磺酸盐部分;
R6选自下组,其构成为:一种取代的或未取代的C1-C20脂肪烃基团、一种取代的或未取代的芳基、一种取代的或未取代的烷芳基,其中R6是可任选地用卤素、OR*、N(R*)2或SR*取代,当Q是不存在时,一种羰基、一种取代的或未取代的C1-C6烷基,其中该烷基的0到2个亚甲基是用NH、O或S替代的,或一种取代的或未取代的C1-C6碳环、非芳香族碳环、杂环或非芳香族杂环,其中该杂环含有1到2个杂原子;或
当Q是一种羰基时,R6是H;并且
R7选自下组,其构成为:H、一种取代的或未取代的C1-C20脂肪烃基团、一种取代的或未取代的芳基、一种取代的或未取代的烷芳基,其中R7可任选地用卤素、OR*、N(R*)2或SR*取代;或
R6与R7在一起形成可任选地用卤素、OR*、N(R*)2或SR*取代的一种4元、5元、6元或7元杂环或非芳香族杂环;或
NR6、Q以及CHR7一起形成一种取代的或未取代的或杂环的或非芳香族杂环的环系统,其中这些环含有1或2个杂原子,其中这些环可任选地用 OR*、N(R*)2或-SR*取代;并且
W是不存在的或是选自下组的一个基团,该组构成为:-SO2NR6-Q-CHR7-、-O-、-COO-、以及-CONH-;
h=0-70;k=0或1;d=0-12;m=0-12;p=0-12;
Z是,或包含一种N、O或S亲核体官能度,或是,或包含能够与N、O或S亲核体进行反应的一种官能度;并且
每一个R*独立地是-H或C1-20烷基。
可以用于本发明的整联蛋白试剂的合成中的示例性的荧光团包括例如在表2中列出的那些。
表2:
在某些实施方案中,可以将一种或多种荧光染料分子化学连接到该整联蛋白靶向部分上从而生成荧光整联蛋白靶向试剂。
在其中该成像报道分子是一种荧光染料分子的情况下,该整联蛋白试剂的消光系数可以计算为在1cm光程长度的池中在其最大吸收处(例如对于VivoTag 680在约670nm)染料的吸光度与粒径的浓度比率,使用公式ε=A/cl,其中A是吸光度,c是摩尔浓度并且l是光程长度以cm计。
应当理解的是可以将整联蛋白成像试剂连接到纳米颗粒上(例如,含硅的纳米颗粒)从而生成荧光或发光的纳米颗粒。晶体硅的聚集体(例如多晶硅或单晶硅)、多孔硅、或非晶态硅、或这些形式的组合,可以形成该纳米颗粒。优选的荧光硅纳米颗粒具有的直径在约0.5nm到约25nm之间,更优选地在约2nm到约10nm之间。可以通过激光散射技术或通过原子力显微镜技术或其他适合的技术测定纳米颗粒的大小。
荧光硅纳米颗粒可以具有从200nm到2000nm的激发以及发射光谱,然而,优选的荧光硅纳米颗粒具有从约400nm到约1200nm(并且优选地500nm-900nm,例如500nm-600nm、600nm-700nm、700nm-800nm、或800nm-900nm)之间的激发以及发射最大值。优选的荧光硅纳米颗粒在水性介质中还具有至少50,000M-1cm-1的消光系数。尽管具有在400nm到1200nm之间的激发与发射最大值的荧光硅纳米颗粒是优选的,应当理解的是在本发明的组合物以及方法中还可以使用激发以及发射波长在其他光谱中的荧光硅纳米颗粒。例如,在某些实施方案中,这些颗粒可以具有范围为300-350nm的激发波长,并且发射波长在400-450nm的范围内。
荧光硅纳米颗粒还可以具有以下特性:(1)高量子产率(例如在水性介质中量子产率高于5%),(2)窄的发射光谱(例如,低于75nm;更优选地低于50nm),(3)光谱上分离的吸收以及发射光谱(例如,分开超过20nm;更优选地超过50nm),(3)具有高的化学稳定性以及光稳定性(例如,曝光后保留发光性),(4)是生物相容性的或可以变得更生物相容性;(5)在用于成像实验方案的剂量下对细胞或受试者是无毒的或是最低限度的毒性的(例如通过LD50或刺激研究或其他本领域中已知的类似方法进行测量)和/或(6)具有对于体内以及人类用途中所需要的商业的活性以及可放大用于大量的生产(例如,克以及千克的量)。
其他示例性的荧光团包括金属氧化物纳米颗粒,它们是荧光性的并且可以用于多种体外以及体内应用中。在一个实施方案中,可以将该整联蛋白靶向部分偶联到具有一种或多种以下特征的荧光金属氧化物纳米颗粒上:(1)适合连接多个荧光染料从而得到大的消光系数(超过1,000,000M-1cm-1)的一种聚合物涂层,(2)适合每个颗粒连接从约10到约300个荧光染料的一种非交联的聚合物涂层,(3)适合以不显著地损害荧光染料的量子产率的方式连接多个荧光染料的一种聚合物涂层(例如,当在相同的条件下测试时,这些纳米颗粒保留至少50%的荧光信号,基本上通过同样数量的自由荧光染料产生这些信号),以及(4)易于有效地化学连接保留它们生物学性质的生物分子从而生成分子成像试剂的一种聚合物涂层。在化学连接到该整联蛋白靶向试剂的其他元件之前以及之后这些荧光金属氧化物纳米颗粒是高度稳定的体外分子成像试剂,但是在体内是不稳定的和/或可降解的。
可以将该整联蛋白靶向部分连接到荧光量子点上例如胺T2 MPEviTags(Evident Technologies)或Qdot Nanocrystals(Invitrogen)。通常地,荧光量子点是包含一种半导体材料的几种原子的纳米晶体,包括但不限于含有镉以及硒、硫化物或碲的那些;硫化锌、铟-锑、硒化铅、砷化镓、以及硅石或有机改性硅酸盐(ormosil),它们已经用硫化锌包被从而提高这些荧光试剂的特性。
此外,可以将该整联蛋白靶向部分偶联到能够引起光力学治疗的分子上。这些包括但不限于Photofrin、Lutrin、Antrin、氨基乙酰丙酸、金丝桃素、苯并卟啉衍生物、以及选择的卟啉。
在某些实施方案中,在由一种切割位点(例如,一种蛋白质分解切割位点)分开的荧光-淬灭允许的位置上可以将一种或多种不同的荧光团分子共价连接到一种可剪切的(例如,一种可酶促切割的)低聚肽上,或可替代地,可以将两个基本上相似的荧光染料共价连接到该低聚肽上,从而生成本发明的成像试剂。
在某些实施方案中,使用一种猝灭剂来淬灭来自共价连接到该低聚肽的荧光团的荧光信号。例如,可以这样设计一种试剂,使得当该试剂处于一种未活化状态时,该猝灭剂淬灭该成像试剂的荧光团的荧光,从而该成像试剂呈现极少的或没有信号直到它被活化。应当理解的是该猝灭剂可以是一种非荧光试剂,当相对于一种荧光团适当地放置时(例如,在一种荧光淬灭允许的位置上)它能够淬灭来自该荧光团的发射信号。应当理解的是当这两种荧光团位于允许荧光淬灭相互作用的位置上时,某些前述的荧光团可以起作用来淬灭另一种间隔开的荧光团的荧光信号。
许多猝灭剂是可以获得的并且对于本领域中普通技术人员是已知的,包括但不限于:4-{[4-(二甲氨基)-苯基]-偶氮}-苯甲酸(DABCYL)、(9-[2-[(4-羧基-1-哌啶基)磺酰基]苯基]-3,6-双(甲基苯基氨基)-呫吨鎓氯化物)(Molecular Probes,Inc.,OR)、(Molecular Probes,Inc.,OR)、ATTO612Q、ATTO580Q(ATTO-TEC,Germany);Black Hole(Bioresearch Technologies,Novato,CA)、QXLTM680 Acid(AnaSpec,San Jose CA)、以及发荧光的荧光团例如Cy5以及Cy5.5(即,2-[5-[3-[6-[(2,5-二氧-1-吡咯烷基)氧]-6-氧代己基]-1,3-二氢-1,1-二甲基-6,8-二磺基-2H-苯并[e]吲哚-2-亚基]-1,3-戊二烯基]-3-乙基-1,1-二甲基-6,8-二磺基-1H-苯并[e]吲哚鎓,内盐)(Schobel,Bioconjugate 10:1107,1999)。可以使用其他淬灭策略,例如使用不同的溶剂来淬灭这些试剂的荧光。
可以淬灭其他荧光团的发射的示例性的荧光团表示在表3中。
表3:
在这些实施方案中,这两个荧光团或该荧光团与该猝灭剂位于完整的成像试剂中在允许荧光淬灭相互作用的位置上。换言之,第一种荧光团在该完整的成像试剂中位于与第二种荧光团(或猝灭剂)足够近从而允许它们彼此光化学地相互作用从而第二种荧光团(或猝灭剂)淬灭来自第一种荧光团的信号。在具有两种荧光团的成像试剂的情况下,一种荧光团优选地淬灭另一种荧光团。关于淬灭的原理,参见美国专利号6,592,847。
(b)非荧光报道分子
如在此使用的术语“非荧光报道分子”是指没有荧光的一种化学部分,但它在成像中可以用于提供对比或信号,并且通过一种非荧光成像技术是可以检测的。在某些实施方案中,可以将其他非荧光报道分子与该成像部分化学连接,或可以与本发明的成像试剂同时或依次地给予受试者。这样的报道分子可以包括光致发光的纳米颗粒、放射性同位素、超顺磁性试剂、X射线造影剂以及超声试剂。一种报道分子还可以包括多种治疗性报道分子,例如用于光力学治疗的卟啉、氨基乙酰丙酸、金丝桃素、苯并卟啉衍生物,以及用于放疗的放射性核素。
(i)放射性的报道分子
这些试剂可以被包括一种或多种放射性标记。可以将放射性同位素形式的金属例如铜、镓、铟、锝、钇,以及镥化学连接到这些金属成像试剂上并且可以用于核成像或治疗性应用。示例性的放射性标记包括但不限于99mTc、111In、64Cu、67Ga、186Re、188Re、153Sm、177Lu、以及67Cu。
其他示例性的标记包括例如123I、124I、125I、11C、13N、15O、以及18F。其他示例性的标记可以是治疗性的放射性药物包括例如186Re、188Re、153Sm、166Ho、177Lu、149Pm、90Y、212Bi、103Pd、109Pd、159Gd、140La、198Au、199Au、169Yb、175Yb、165Dy、166Dy、67Cu、105Rh、111Ag、以及192Ir。
还可以考虑用于诊断性以及治疗性放射性药物的螯合剂或结合部分,并且可以将它们与这些成像试剂化学连接。可以选出示例性的螯合剂从而与具有可成像的γ射线或正电子发射的放射性同位素,例如99mTc、111In、64Cu、以及67Ga,形成稳定的络合物。示例性的螯合剂包括二胺二硫酚类、单胺-单酰胺二硫酚类、三酰胺-单硫醇类、单胺-二酰胺-单硫醇类、二胺二肟类、以及肼类。螯合剂通常地是四配位的,其供体原子选自氮、氧以及硫,并且可以包括例如环的以及非环的聚氨基羧酸盐,例如二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)、(DO3A)、2-苄基-DOTA、α-(2-苯乙基)1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-乙酸-4,7,10-三(甲基乙酸)酸、2-苄基-环己基二亚乙基三胺五乙酸、2-苄基-6-甲基-DTPA、以及6,6"-双[N,N,N",N"-四(羧甲基)氨甲基)-4'-(3-氨基-4-甲氧基苯基)-2,2':6',2"-三联吡啶。
(ii)磁性报道分子
其他示例性的报道分子可以包括用于磁共振成像试剂的一种螯合试剂。这样的螯合剂可以包括例如可以化学连接到这些试剂上的聚胺-聚羧酸酯螯合剂或亚氨基乙酸螯合剂。
可以选出用于磁共振成像试剂的螯合剂从而与顺磁金属离子例如Gd(III)、Dy(III)、Fe(III)、以及Mn(II)形成稳定的络合物,选自环的以及非环的聚氨基羧酸盐例如DTPA、DOTA、DO3A、2-苄基-DOTA、α-(2-苯乙基)1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-乙酸-4,7,10-三(甲基乙酸)酸、2-苄基-环己基二亚乙基三胺五乙酸、2-苄基-6-甲基-DTPA、以及6,6"-双[N,N,N",N"-四(羧甲基)氨甲基)-4'-(3-氨基-4-甲氧基苯基)-2,2':6',2"-三联吡啶。
在一个实施方案中,将这些整联蛋白试剂连接到超顺磁金属氧化物纳米颗粒上,这些纳米颗粒或者是(a)非荧光性的或者是(b)荧光性的,并且可以用于多种体外以及体内应用。也具有磁性特性的荧光金属氧化物纳米颗粒可以用于MRI,从而提供一种多方式成像试剂。
在某些实施方案中,这些成像试剂可以包括具有一种或多种以下特征的一种荧光性和/或非荧光性超顺磁性金属氧化物纳米颗粒:(1)适合于连接多种试剂的一种聚合物涂层(2)适合每个颗粒连接从约10到约300个试剂的一种非交联的聚合物涂层,以及(3)易于有效地化学连接保留它们生物学性质的试剂从而形成分子成像试剂的一种聚合物涂层。在化学连接这些试剂之前以及之后在体外这些试剂修饰的金属氧化物纳米颗粒是高度稳定的分子成像试剂,但是在体内是不稳定的和/或可降解的。
可以将偶联该整联蛋白试剂的金属氧化物纳米颗粒配制成适合给予受试者(例如一种动物和/或一个人类受试者)的一种药物组合物。
(iii)超声报道分子
为了超声成像,该成像报道分子可以包括充满气的泡例如Levovist、Albunex、或Echovist或颗粒或金属螯合物,其中这些金属离子具有原子序数21-29、42、44或57-83。这样的化合物的实例描述于Tyler et al.,ULTRASONIC IMAGING,3,pp.323-29(1981)以及Swanson,“Enhancement Agents for Ultrasound:Fundamentals,”PHARMACEUTICALS IN MEDICAL IMAGING,pp.682-87(1990)中。
(iv)X射线报道分子
示例性的报道分子可以包括原子序数57到83的重金属离子的碘化的有机分子或螯合物。这样的化合物的实例描述于Sovak,ed.,“Radiocontrast Agents,”SPRINGER-VERLAG,pp.23-125(1984)以及美国专利号4,647,447中。
III.连接物
可以使用连接物或间隔物部分化学连接一种或多种成像报道分子和/或整联蛋白靶向部分和/或生物学修饰剂从而生成本发明的整联蛋白试剂。有用的连接物部分包括天然的以及非天然的两种氨基酸以及核酸、肽,连同合成的连接物分子例如氨乙基马来酰亚胺。当连接物是一种肽时,该肽选择性地可以包括蛋白质分解切割位点,该位点可以用多种试剂例如一种酶进行切割。
应该理解的是对于一种给定的连接物没有特定的结构、大小或含量限制。连接物可以包括例如允许组装不同构造的分子的多种官能团例如马来酰亚胺、二巯基吡啶基、硫醇、叠氮化物、烯、或炔。
连接物可以是同功能连接物或异功能的连接物。例如,可以将胺(NH2)功能化的部分与设计的与氨基进行反应的双官能团的交联剂进行反应。具体地,有助于形成一种连接物或有助于例如一种荧光团与一种可酶促切割的低聚肽之间共价连接的有用的偶联试剂可以包括一种N-羟基丁二酰亚胺(NHS)酯和/或一种马来酰亚胺。该NHS酯可以与例如一种肽或荧光团的胺基进行反应。该马来酰亚胺可以与另一个分子的巯基进行反应。其他的特别有用的连接物部分是双官能团交联剂例如N-琥珀酰亚胺基3-(2-吡啶基二硫代)丙酸酯(SPDP)、长链-SPDP、马来酰亚胺基苯甲酸-N-羟基丁二酰亚胺酯(MBS)、琥珀酰亚胺基反式-4-(马来酰亚胺基甲基)环己烷-1-羧酸酯(SMCC)、琥珀酰亚胺基碘乙酸酯(SIA)。
在某些实施方案中,连接物(如果存在)可以是二胺的一种衍生物。二胺部分或衍生物可以提供不同长度的连接物臂以及通过可任选地用羧酸衍生用于化学连接分子的化学作用。二胺的非限制性的实例包括乙二胺(EDA)、丙邻二胺、亚精胺、精胺、己二胺、以及二胺-氨基酸,例如高赖氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、二氨基丁酸、以及二氨基丙酸。在其他实施方案中,可以将一种成像试剂的部分化学连接到一种二羧酸,例如琥珀酸、戊二酸、辛二酸、或己二酸,上。在一个实施方案中,该连接物是氨乙基马来酰亚胺。
在某些实施方案中,可以从一种叠氮化物部分生成一种连接物,该叠氮化物部分在一种叠氮化物-乙炔Huisgen[3+2]环加成中可以与取代的炔进行反应。在某些实施方案中,该叠氮化物或炔连接物可以将一种聚乙二醇(PEG)部分连接到例如一种可酶促切割的低聚肽上。其他所考虑的连接物包括炔丙基甘氨酸、戊酰基、戊炔酸、丙炔酸、和/或炔丙基胺部分。
在某些实施方案中,使用这些成像报道分子上的反应性NHS酯基团将这些成像报告分子直接化学连接到该整联蛋白靶向部分,这些NHS酯基团与氨基功能化的成像靶向部分的胺基进行反应。在某些其他实施方案中,该成像报告分子上的羧酸基团可以用本领域中已知的活化试剂,例如2-(1H-苯并三唑-1-基)-1,1,3,3,-四甲基脲鎓六氟磷酸盐(HBTU)、1-乙基-3-(3’-二甲基氨基丙基)-碳二亚胺盐酸盐(EDC)、N,N’-二环己基碳二亚胺(DCC)、N,N’-二琥珀酰亚胺基碳酸盐(DSC),在原位进行活化。在其他的实施方案中,可以通过双官能团交联剂将含有一种巯基或硫醇基的成像报道分子化学连接到该成像靶部分,该交联剂具有第二个部分,该第二个部分可以与一个巯基(硫醇基)进行反应。这样的交联剂包括,例如并且如以上所述,SPDP、长链-SPDP、SIA、MBS、SMCC、以及本领域中已知的其他的物质。
有用的连接物部分包括天然的以及非天然的两者的氨基酸类、低聚肽类,例如直链的或环的低聚肽类,以及核酸类。该连接物可以是一种肽或肽的一部分,它们可任选地包括一种蛋白质分解的或非蛋白质分解的切割位点,例如一种酯键,在感兴趣的位点处通过pH改变可以切割该酯键。
如在此所使用的,术语“可酶促切割的低聚肽”应当理解为是指包括两个或多个氨基酸的一种肽,这些氨基酸通过一种可酶促切割的肽键进行连接。还包括包括一种伪肽或模拟肽的部分。可切割的肽底物的实例可以在美国专利号7,439,319中找到。
如在此使用的术语“氨基酸”应当理解为是指包含一种碱性氨基基团以及一种酸性羧基基团两者的一种有机化合物。该术语中包括天然氨基酸(例如,L-氨基酸),修饰的以及不常见的氨基酸(例如,D-氨基酸),连同已知以自由形式或组合形式在生物学上出现的、但通常不在蛋白中出现的氨基酸。天然氨基酸包括但不限于丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、酪氨酸、色氨酸、脯氨酸、以及缬氨酸。其他的氨基酸包括但不限于精氨基琥珀酸、瓜氨酸、半胱氨酸亚磺酸、3,4-二羟基苯丙氨酸、高半胱氨酸、同型丝氨酸、鸟氨酸、肉毒碱、硒代半胱氨酸、硒代甲硫氨酸、3-单碘代酪氨酸、3,5-二碘代酪氨酸、3,5,5'-三碘甲腺原氨酸,以及3,3',5,5'-四碘甲腺原氨酸。
可以用于本发明的实践中的修饰的或非常见的氨基酸包括但不限于D-氨基酸类、羟基赖氨酸、脱氢丙氨酸、吡咯赖氨酸、2-氨基异丁酸、γ氨基丁酸、5-羟基色氨酸、S-腺苷基甲硫氨酸、S-腺苷基高半胱氨酸、4-羟基脯氨酸、一种N-Cbz-保护的氨基酸、2,4-二氨基丁酸、高精氨酸、正亮氨酸、N-甲基氨基丁酸、萘基丙氨酸、苯基甘氨酸、β-苯基脯氨酸、叔-亮氨酸、4-氨基环己基丙氨酸、N-甲基-正亮氨酸、3,4-脱氢脯氨酸、N,N-二甲氨基甘氨酸、N-甲氨基甘氨酸、4-氨基哌啶-4-羧酸、6-氨基己酸、反式-4-(氨甲基)-环己烷羧酸、2-、3-、以及4-(氨甲基)-苯甲酸、1-氨基环戊烷羧酸、1-氨基环丙烷羧酸、以及2-苄基-5-氨基戊酸。
如在此使用的,一种“伪肽”或“模拟肽”是例如通过使用除了通过酰胺键以外的连接基团(伪肽键)和/或通过使用非氨基酸取代基和/或一种修饰的氨基酸残基模拟一种氨基酸残基或一种肽的结构的一种化合物。一种“伪肽残基”是指在一种肽中存在的一种伪肽或模拟肽的部分。术语“伪肽键”包括肽键等排体,它可以用于替换正常的酰胺键或作为正常的酰胺键的替代物。从在肽或蛋白中不常发现的原子的组合形成该替代物或酰胺键“等效物”,它模拟酰胺键的空间要求并且可以稳定该分子从而进行酶降解。使用以下常规的三字母氨基酸缩写,如下:Ala=丙氨酸;Aca=氨基己酸、Ahx=6-氨基己酸、Arg=精氨酸;Asn=天冬酰胺;Asp=天冬氨酸;Cha=环己基丙氨酸;Cit=瓜氨酸;Cys=半胱氨酸;Dap=二氨基丙酸;Gln=谷氨酰胺;Glu=谷氨酸;Gly=甘氨酸;His=组氨酸;Ile=异亮氨酸;Leu=亮氨酸;Lys=赖氨酸;Met=甲硫氨酸;Nal=萘基丙氨酸;Nle=正亮氨酸;Orn=鸟氨酸;Phe=苯丙氨酸;Phg=苯基甘氨酸;Pro=脯氨酸;Sar=肌氨酸;Ser=丝氨酸;Thi=噻吩丙氨酸;Thr=苏氨酸;Trp=色氨酸;Tyr=酪氨酸;以及Val=缬氨酸。使用前缀D-表示该氨基酸的D-异构体;例如D-赖氨酸表示为D-Lys。
可以用或者溶液相化学或者固相化学或它们两者的组合合成这些肽(Albericio,Curr.Opinion.Cell Biol.,8,211-221(2004),M.Bodansky,Peptide Chemistry:A Practical Textbook,Springer-Verlag;N.L.Benoiton,Chemistry of Peptide Synthesis,2005,CRC Press)。
可能需要选择性的或垂直的胺保护基团来制备本发明的试剂。如在此使用的,术语“胺保护基”是指在有机合成的领域中已知的任何基团,用于保护胺基团。这样的胺保护基团包括在Greene,"Protective Groups in Organic Synthesis"John Wiley&Sons,NewYork(1981)以及"The Peptides:Analysis,Synthesis,Biology,Vol.3,Academic Press,New York(1981)中列出的那些。可以使用本领域中已知的任何胺保护基团。胺保护基团的实例包括但不限于以下:1)酰基类型,例如甲酰基、三氟乙酰基、邻苯二甲酰、以及对-甲苯磺酰;2)芳香族氨基甲酸酯类型,例如苄氧基羰基(Cbz或Z)以及取代的苄氧基羰基、1-(对-联苯基)-1-甲基乙氧基羰基、以及9-芴甲氧羰基(Fmoc);3)脂肪族氨基甲酸酯类型,例如叔丁氧羰基(Boc)、乙氧碳酰基、二异丙基甲氧基羰基、以及烯丙氧羰基;4)环烷基氨基甲酸酯类型,例如环戊氧基羰基以及金刚烷基氧基羰基;5)烷基类型,例如三苯甲基以及苄基;6)三烷基硅烷,例如三甲基硅烷;以及7)含硫醇类型,例如苯基硫代羰基以及二硫代琥珀酰基。酰基例如叠氮基苯甲酰基、对-苯甲酰基苯甲酰基、邻-苄基苯甲酰基、对-乙酰基苯甲酰基、丹磺酰基、甘氨酰-对-苯甲酰基苯甲酰基、苯基苯甲酰基、间-苯甲酰基苯甲酰基、苯甲酰基苯甲酰基也包括在术语“胺保护基团”中。
在某些实施方案中,该可酶促切割的低聚肽可以包括低聚-L-精氨酸、低聚-L-赖氨酸、低聚-L-天冬氨酸或低聚-L-谷氨酸。
该可酶促切割的低聚肽可以被至少一种酶切割,这些酶选自:水解酶类、弹性蛋白酶类、组织蛋白酶类、基质金属蛋白酶类、肽酶类、肽链外切酶、肽链内切酶、羧肽酶类、糖苷酶类、脂肪酶类、核酸酶类、裂解酶类、淀粉酶类、磷脂酶类、磷酸酶类、磷酸二酯酶类、硫酸酯酶类、丝氨酸蛋白酶类、枯草杆菌蛋白酶类、胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶类、苏氨酸蛋白酶类、半胱氨酸蛋白酶类、钙蛋白酶类、木瓜蛋白酶类、半胱天冬蛋白酶类、天冬氨酸蛋白酶类、胃蛋白酶类、凝乳酶类、谷氨酸蛋白酶类、肾素、还原酶类、以及寄生的、病毒的以及细菌的酶类。
IV.生物学修饰剂
根据预期的用途,该整联蛋白试剂可以包括一种或多种生物学修饰剂,这些修饰剂可以改变该整联蛋白试剂的生物学特性。例如,与未修饰的整联蛋白配体相比,该生物学修饰剂可以例如使该整联蛋白试剂可更多地溶于水,可更多地分散在介质中用于给予,增加了结合特异性、免疫原性更低、毒性更低、降低了非特异性结合、改变了生物学分布以及药代动力学。
例如加入甲氧基聚乙二醇(mPEG)或多肽可以起作用从而改变药物动力学以及体内整联蛋白试剂的血液清除速率。可以选择其他的生物学修试剂从而加速从背景组织中,例如,肌肉或肝、和/或从血液中清除该整联蛋白试剂的,从而降低背景干扰并且提高图像质量。另外地,可以使用这些生物学修试剂从而有利于一种特定途径的排泄,例如通过肾而不是通过肝。这些生物学修试剂还可以有助于在药物组合物中配制探针或可以用于改变或保存该整联蛋白试剂的信号报道特性。具体地,将聚乙二醇(PEG)或其一种衍生物化学连接到整联蛋白靶向试剂上时可能导致更长的血液停留时间(更长时间的循环)并且降低免疫原性。
示例性的生物学修试剂包括聚乙二醇(PEG)以及其衍生物(例如烷氧基聚乙二醇(例如,甲氧基聚乙二醇、乙氧基聚乙二醇等)、分支的聚丙二醇、聚丙二醇、聚赖氨酸与甲氧基聚乙二醇的一种接枝共聚物、氨基酸类、多肽类、脂类、脂肪酸类、棕榈酸酯、磷脂、磷脂~PEG偶联物、碳水化合物类(例如葡聚糖、氨基葡聚糖、羧甲基-葡聚糖)、氧化铁纳米颗粒、磺酸盐类、聚磺酸盐类、磺基丙胺酸、萘基丙氨酸、苯丙氨酸、以及3,3-二苯基丙胺)。
通常地,该生物学修饰剂可以具有分子量为从约2kDa到低于约50kDa,例如从约5kDa到约40kDa,例如从约10kDa到约35kDa,进一步地例如从约15kDa到30kDa。在另一个实施方案中,该生物学修饰剂可以具有分子量为从约5kDa到约45kDa,例如从约5kDa到约40kDa,例如从约5kDa到约35kDa,例如从约5kDa到约30kDa,例如从约5kDa到约25kDa,例如从约5kDa到约20kDa,例如从约5kDa到约15kDa,进一步地例如从约5kDa到10kDa。在另一个实施方案中,该生物学修饰剂可以具有分子量为从约2kDa到低于50kDa,例如从约2kDa到约45kDa,例如从约2kDa到约40kDa,例如从约2kDa到约35kDa,例如从约2kDa到约30kDa,例如从约2kDa到约25kDa,例如从约2kDa到约10kDa,进一步地例如从约2kDa到5kDa。
如以上讨论的在某些实施方案中,该生物学修饰剂可以是一种PEG部分,它具有分子量例如从约0.5kDa到约50kDa,从约5kDa到约35kDa,或从约10kDa到约30kDa。可替代地,该PEG可以是以一种不连续的分子量例如约1100道尔顿功能化的dPEG。
在某些实施方案中,该PEG是甲氧基PEG(5000)-琥珀酰亚胺基丙酸酯(mPEG-SPA)、甲氧基PEG(5000)-琥珀酰亚胺基琥珀酸酯(mPEG-SS)。这样的PEG可以从Nektar Therapeutics或SunBiowest或LaysanBio或NOF商购。
可以通过一种羧基官能度将该PEG部分偶联到该整联蛋白试剂上的反应性胺上。可替代地,可以通过使用一种硫醇反应性交联剂并且然后与PEG上的硫醇基团进行反应将该PEG修饰剂偶联到该整联蛋白试剂上。
在一个实施方案中,该PEG可以是分枝的或Y型的,可以从JenKem美国或NOF得到,或梳型的,或通过将两个或多个PEG连接到一个小分子例如谷氨酸上而合成。
该PEG的Ω位置可以包括一个羟基或一个甲氧基并且在该Ω位置中该PEG还可以包含一个氨基。可以将这样一个氨基反过来连接到多种试剂上。在本发明的另一个实施方案中,该生物学修饰剂可以是一种聚乙二醇化聚L-赖氨酸或一种聚乙二醇化聚D-赖氨酸。
在其他的实施方案中,该生物学修饰剂可以是聚乙烯吡咯烷酮(PVP)-型聚合物。该生物学修饰剂可以是一种功能化的聚乙烯吡咯酮,例如在该聚合物的一端(或两端)(如从Polymersource可获得的)或在该聚合物链中被羧基或胺官能化的。
可替代地,该生物学修饰剂可以包括聚N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺(HPMA)、或功能化的HPMA(胺、羧基、等)、聚(N-异丙基丙烯酰胺)或功能化的聚(N-异丙基丙烯酰胺)。
生物学修饰剂可以包括直链或分支链的酰基,例如戊酰基(pentynoyl);酸基团,例如琥珀酰;低级烷基,例如甲基、乙基、丙基,等;羧基烷基,例如羧基乙基;卤烷基,例如三氟甲基;等。
通常地,包括的生物学修饰剂不应该对该整联蛋白试剂的亲和性和/或结合特性造成不良影响。
V.示例性的整联蛋白靶向试剂以及配制品
使用一种或多种上文中描述的整联蛋白结合部分、成像报道分子、生物学修饰剂、以及连接物使用本领域中已知的标准化学作用可以生成有用的整联蛋白靶向试剂。依赖于具体的应用,该整联蛋白试剂可以是可溶于水的或可分散于水中的(即是充分地可溶或可悬浮于水性或生理介质溶液中)。可以设计该整联蛋白试剂的体内半衰期为至少约10分钟,但更优选地是30分钟到数小时。这种试剂的体内半衰期优选地是足以实现良好的组织暴露以及结合的一个时间(例如,至少约30分钟)。在一个实施方案中,该整联蛋白试剂是可溶于水的或可分散于水性介质中的,并且是生物相容性的,即无毒的具有例如高于约50mg/kg体重的LD50。优选地这些整联蛋白试剂不具有任何不希望的光毒性特性和/或显示低的血清蛋白结合亲和性。
可以将在此披露的成像试剂配制成适合给予受试者(例如一种动物和/或一个人)的一种药物组合物。该药物组合物可以包括一种或多种成像试剂以及一种或多种赋形剂,例如在生理学相关的载体中的一种稳定剂。
对于体内使用,可以以适合给予受试者例如一种动物或一个人的一种配制品的形式提供本发明的组合物。因此,这些配制品包括这些试剂连同一种生理学相关的载体,该载体对于所希望的给药形式和/或剂量是适合的。术语,“生理学相关的载体”应当理解为是指一种载体,其中这些试剂被分散、溶解、悬浮、混合以及是生理学可容忍的,即可以给予受试者身体内或身体上而没有过度的不适、或刺激、或毒性。优选的载体是一种流体,优选一种液体,更优选一种水性溶液;然而用于固体配制品、局部配制品、吸入性配制品、眼用配制品、以及经皮配制品的载体也考虑在本发明的范围内。
已经考虑了这些试剂可以口服或胃肠外给药。对于肠胃外的给药,可以将这些试剂静脉内、肌内、皮肤、经皮地、皮下地、经直肠地、鼻地、经阴道地、以及眼睛地给药。因此,该组合物可以处于以下形式,例如固体片剂、胶囊、药丸、粉末(包括冻干的粉末)、胶体悬浮液、微球、脂质体颗粒、悬浮液、乳液、溶液、凝胶(包括水凝胶)、糊剂、软膏、乳剂、膏剂、冲洗溶液、灌服剂、渗透性递送装置、栓剂、灌肠剂、注射剂、植入物、喷雾剂、或气溶胶。可以根据常规的药物实践(参见,例如,Remington:The Science and Practice ofPharmacy,20th edition,2000,ed.A.R.Germaro,LippincottWilliams&Wilkins,Philadelphia,以及Encyclopedia ofPharmaceutical Technology,eds.J.Swarbrick and J.C.Boylan,1988-1999,Marcel Dekker,New York)配制这些药物组合物。
应当理解的是这些试剂的配方、给药方式的选择、给予受试者的试剂的剂量、以及这些试剂的给药与成像之间的时间在本领域普通技术人员的理解水平内。
VI.应用
应当理解的是这些整联蛋白靶向试剂可以用于多种成像以及治疗应用中。
(a)成像方法
本发明提供了使用在此披露的成像试剂用于体外以及体内成像的多种方法。为了回顾光学成像技术,参见,例如,Alfano et al.,ANN.NY ACAD.SCI.820:248-270(1997);Weissleder,NATURE BIOTECHNOLOGY19,316-317(2001);Ntziachristos et al.,EUR.RADIOL.13:195-208(2003);Graves et al.,CURR.MOL.MED.4:419-430(2004);Citrin et al.,EXPERT REV.ANTICANCER THER.4:857-864(2004);Ntziachristos,ANN.REV.BIOMED.ENG.8:1-33(2006);Kooet al.,CELL ONCOL.28:127-139(2006);以及Rao et al.,CURR.OPIN.BIOTECHNOL.18:17-25(2007)。
光学成像包括从不使用任何装置直接可视化的,以及使用装置例如不同范围、导管以及光学成像设备的(例如用于断层摄影显示的基于计算机的硬件)所有方法。对于以下光学成像方式以及测量技术,成像试剂是有用的,包括但不限于内窥镜检查;荧光内窥镜检查;发光成像;时间分辨透射成像;透射成像;非线性显微术;共聚焦成像;声-光成像;光声成像;反射光谱学;光谱学;相干干涉测量术;干涉测量术;光学相干断层摄影术;扩散光学断层摄影术以及荧光介导的分子断层摄影术(连续波、时域频域系统以及早期光子),以及光散射、吸收、偏振、发光、荧光寿命、量子产率、以及淬灭的测量。
在本发明的实践中有用的一种成像系统典型地包括三个基本部件:(1)用于诱导成像试剂的激发的一种适合的光源,(2)用于从用于荧光团激发的光分离或区别发射的一个系统,以及(3)一种检测系统。该检测系统可以是便携式的或整合到其他有用的成像装置中,例如手术中的显微镜。示例性的检测系统包括一种内窥镜、导管、断层摄影系统、便携式成像系统、或一种手术中的显微镜。
优选地,该光源提供单色光(或基本上单色的光)。该光源可以是一种适当过滤的白光,即来自宽带光源的通带光。例如,来自150瓦卤素灯的光可以通过一个适合的从Omega Optical(Brattleboro,VT)商购的带通滤光片。取决于系统,该光源可以是一种激光。参见例如Boas et al.,PROC.NATL.ACAD.SCI.USA 91:4887-4891,1994;Ntziachristos et al.,PROC.NATL.ACAD.SCI.USA 97:2767-2772,2000;以及Alexander,J.CLIN.LASER MED.SURG.9:416-418,1991。可以找到用于成像的激光的信息,例如在Imaging DiagnosticSystems,Inc.,Plantation,FL以及不同的其他来源。可以使用一种高通或带通滤光片从激发光分离光学的发射。一种适合的高通或带通滤光片可以从Omega Optical,Burlington,VT商购。
通常,可以将光检测系统视为包括一种收集光/形成图像的部件以及一种光/信号检测/记录图像的部件。尽管该光检测系统可以是整合两种部件的一种简单的整合装置,该收集光/形成图像的部件以及光检测/记录图像的部件要分开讨论。
一种特别有用的收集光/形成图像的部件是一种内窥镜。已经用于多种组织以及器官的体内光学成像的内窥镜装置以及技术,包括腹膜(Gahlen et al.,J.PHOTOCHEM.PHOTOBIOL.B 52:131-135,1999)、卵巢癌(Major et al.,Gynecol.Oncol.66:122-132,1997)、结肠以及直肠(Mycek et al.,GASTROINTEST.ENDOSC.48:390-394,1998;and Stepp et al.,ENDOSCOPY 30:379-386,1998)、胆管(Izuishi etal.,HEPATOGASTROENTEROLOGY 46:804-807,1999)、胃(Abe et al.,ENDOSCOPY 32:281-286,2000)、膀胱(Kriegmair et al.,UROL.INT.63:27-31,1999;and Riedl et al.,J.ENDOUROL.13:755-759,1999)、肺(Hirsch et al.,CLIN CANCER RES 7:5-220,2001)、脑(Ward,J.LASER APPL.10:224-228,1998)、食道、以及头以及颈区,可以用于本发明的实践中。
其他类型的收集光的部件是基于导管的装置,包括纤维光学装置。这样的装置特别适合于血管内成像。参见例如Tearney et al.,SCIENCE276:2037-2039,1997;以及CIRCULATION 94:3013,1996。
还有其他的成像技术,包括相阵列技术(Boas et al.,PROC.NATL.ACAD.SCI.USA 91:4887-4891,1994;Chance,ANN.NY ACAD.SCI.838:29-45,1998),光学断层摄影术(Cheng et al.,OPTICS EXPRESS3:118-123,1998;以及Siegel et al.,OPTICS EXPRESS 4:287-298,1999),活体显微术(Dellian et al.,BR.J.CANCER 82:1513-1518,2000;Monsky et al.,CANCER RES.59:4129-4135,1999;以及Fukumura et al.,CELL 94:715-725,1998),共聚焦成像(Korlachet al.,PROC.NATL.ACAD.SCI.USA 96:8461-8466,1999;Rajadhyakshaet al.,J.INVEST.DERMATOL.104:946-952,1995;以及Gonzalez etal.,J.MED.30:337-356,1999)以及荧光分子断层摄影术(FMT)(Nziachristos et al.,NATURE MEDICINE 8:757-760,2002;美国专利号6,615,063,PCT WO 03/102558,以及PCT WO 03/079015)可以使用本发明的成像试剂。类似地,该成像试剂可以用于多种成像系统中,例如(1)Imaging Systems:100 Series,200 Series(Xenogen,Alameda,CA),(2)SPECTRUM以及LUMINA(Xenogen,Alameda,CA),(3)或eXplore OptixTM(GE Healthcare,英国),(4)MaestroTM以及NuanceTM-2 Systems(CRi,Woburn,MA),(5)Carestream Molecular Imaging,Rochester,NY的ImageStation In-Vivo FX(原Kodak Molecular Imaging Systems),(6)OV100,IV100(Olympus Corporation,日本),(7)Cellvizio MaunaKea Technologies,法国),(8)]NanoSPECT/CT或HiSPECT(Bioscan,Washington,DC),(9)或LILATM(Imaging Diagnostic Systems,Plantation,FL),(10)DYNOTTM(NIRx Medical Technologies,GlenHead,NY),以及(11)Berthold Technologies,德国的NightOWLImaging Systems。
多种光检测/记录图像部件例如电荷耦合器件(CCD)系统或照相底片可以用于这样的系统中。光检测/记录图像的选择取决于多种因素,包括使用的收集光/形成图像部件的类型。然而,应当理解的是,选择适合的部件,将它们组装成一种光学成像系统,并且操作该系统是在本领域中普通技术范围内。
对于具有磁性特性的试剂,还可以将本领域中熟知的MRI成像用于本发明的实践中。对于MRI技术的回顾,参见Westbrook,HANDBOOKOF MRI TECHNIQUE,2nd Edition,1999,Blackwell Science。有可能的是,例如通过光学成像以及通过磁共振成像得到的图像可以同时记录或彼此融合从而提供关于被成像的物品的另外的信息。此外,可以使用多形式成像系统(例如组合的光学与MR成像系统)从而生成组合的光学MR图像。
此外,本发明的组合物以及方法可以用于其他成像组合物以及方法。例如,可以用其他的成像模式将本发明的试剂成像,例如X射线、计算机断层摄影术(CT)、MR成像、超声、正电子发射断层成像(PET)、以及单光子计算机断层摄影术(SPECT)。
此外,本发明的组合物以及方法可以与其他成像组合物以及方法组合使用。例如,可以通过光学成像方案(单独地或与其他传统成像方式例如X射线、计算机断层摄影术(CT)、MR成像、超声、正电子发射断层成像(PET)、以及单光子计算机断层摄影术(SPECT)组合)将本发明的试剂成像。例如,可以与CT或MRI组合使用本发明的组合物以及方法从而例如通过同时记录通过另一种成像方式生成的图像同时得到解剖学的以及分子的信息。还可以X射线、CT、PET、超声、SPECT以及其他光学的以及MR造影剂组合使用本发明的组合物以及方法,或可替代地,本发明的试剂还可以包括成像试剂,例如碘、钆原子以及放射性同位素,它们可以与光学成像结合用CT、PET、SPECT、以及MR成像方式进行检测。可以将这些成像试剂连接到这些试剂上或整合到这些试剂中。
(i)体内成像方法
对于光学体内成像,这样一种方法包括(a)向受试者给予一种或多种在此描述的整联蛋白试剂,(b)允许足够的时间从而允许该试剂分布于受试者,并且(c)检测由该整联蛋白试剂发出的信号。由该试剂发出的信号可以用于构建一幅图像,例如一幅断层摄影图像。可以在预定的时间间隔重复上述步骤从而可以随时间评估受试者体内该整联蛋白试剂的发出的信号。
在另一种体内成像方法中,该方法包括以下步骤:(a)向受试者给予一种或多种在此描述的整联蛋白试剂,该试剂含有荧光染料;(b)允许足够的时间从而允许该整联蛋白试剂分布于受试者体内;(c)将该受试者暴露于可被该荧光染料吸收的波长的光下,并且(d)检测由该整联蛋白试剂发出的信号。可以在预定的时间间隔重复上述步骤从而可以随时间评估受试者体内该整联蛋白试剂的发出信号。可以用内窥镜、导管、断层摄影术系统、平面系统、便携式成像系统、护目镜、或手术中的显微镜实现该照明和/或检测步骤(分别地是步骤(c)以及(d))。
在这些步骤之前或期间,可以将一种检测系统置于受试者(例如一种动物或一个人)的周围或邻近处从而检测从该受试者发出的信号。可以处理该发出的信号从而构建一幅图像,例如一幅断层摄影图像。此外,这些处理的信号可以显示为或者单独的图像或者为融合的(组合的)图像。
此外,实践一种体内成像方法是可能的,该方法同时选择性地检测并且成像一种、两种或多种分子成像探针,包括该整联蛋白试剂。在这样一种方法中,例如在上述步骤(a)中,将其信号特性是彼此可分辨的两种或以上的成像探针或者同时或者依次地给予受试者,其中至少一种分子成像探针是一种整联蛋白试剂。使用多种探针允许记录多种生物学过程、功能或目标。
该受试者可以是一种脊椎动物,例如一种哺乳动物,例如一个人。该受试者还可以是实验室研究中使用的一种非脊椎动物(例如,线虫、果蝇、或另一种模式研究生物,等)。
可以使用由这样的体内成像方法提供的信息(例如发出的信号的存在、缺少或水平)检测和/或监测受试者体内的疾病。示例性的疾病包括但不限于自身免疫疾病、骨骼疾病、癌、心血管疾患、环境性疾病(environmental disease)、皮肤病、免疫病、遗传病、传染性疾病、代谢病、神经退行性疾病、眼病、以及呼吸道疾病。此外,通过使用该成像试剂,可以使用体内成像评估一种化合物或疗法的效果,其中在用该化合物或疗法治疗之前以及之后对该受试者进行成像,并且比较相应的信号/图像。
也可以将这些整联蛋白靶向试剂用于体内成像方法中,其中将用该整联蛋白试剂标记的细胞给予接受者。这些细胞可以用该整联蛋白试剂或者在体内或者在体外进行标记。在体外的方法中,可以直接从受试者得到细胞或者从另外的来源得到(例如从另外的受试者、细胞培养物,等)。可以将这些整联蛋白试剂与这些细胞进行混合从而有效地标记这些细胞并且将得到的标记的细胞给予该受试者进入步骤(a)中受试者体内。然后按照上述进行步骤(b)-(d)。可以使用这种方法用于监控某些细胞类型的运输以及定位,这些细胞类型包括T细胞、肿瘤细胞、免疫细胞以及干细胞,以及其他细胞类型。特别地,这种方法可以用于监控基于细胞的治疗。
应当理解的是这些整联蛋白靶向试剂的配方、给药方式的选择、给予受试者的整联蛋白试剂的剂量、以及这些整联蛋白试剂的给予与成像之间的时间在本领域的普通技术水平内。
可以使用上述方法来测定多种标记,包括随着时间跟踪受试者体内该整联蛋白试剂的位置或随时间评估受试者体内该整联蛋白试剂的代谢和/或排泄的改变或变更。还可以使用这些方法通过成像分子事件以及被这样的疗法调节的生物学途径跟踪对于这些疾病的治疗,包括但不限于测定疗效、最佳时间、最佳剂量水平(包括对于单个患者或测试的受试者)、以及疗法组合的协同效果。
本发明的方法以及组合物可以用于帮助医师或外科医生识别并且表征这些疾病的区域,这些疾病例如关节炎、癌以及确切地结肠息肉、或易损的或不稳定的斑块,从而区别患病的与正常的组织,例如检测肿瘤边缘,这是很难用常规操作的显微镜检测到的,例如在脑手术中,从而帮助指出一种治疗性的或外科手术性的干预,例如通过确定是否一种损伤是癌性的并且可以去除或是非癌性的并且可以单独留下,或在对一种疾病进行的外科手术分期,例如,对手术中的淋巴节进行分期、对标记的淋巴节进行作图、或对手术中的出血进行评估。
还可以将本发明的方法以及组合物用于检测、表征和/或测定一种疾病,特别是早期疾病的位置、一种疾病或一种疾病相关的病症的严重性、一种疾病的分期、和/或监测一种疾病。一种发出的信号的存在、缺少、或水平可以指示一种疾病状态。
本发明的方法以及组合物还可以用于监测和/或指导不同的治疗性干预,例如外科手术过程中,并且监测药物治疗包括基于细胞的治疗。还可以将本发明的方法用于预测一种疾病或一种病症。
对于上述的每一种情况,可以检测或监测(治疗之前、其间或之后)的疾病或病症的实例包括炎症(例如,由关节炎引起的炎症,例如,类风湿性关节炎)、癌(例如,结肠直肠、卵巢、肺、乳房、前列腺、宫颈、睾丸、皮肤、脑、胃肠、胰、肝、肾、膀胱、胃、白血病、口腔、食管、骨骼)、心血管疾患(例如、血管的动脉硬化以及炎性病症、局部缺血、中风、血栓症、弥散性血管内凝血)、皮肤病(例如,卡波西氏肉瘤、牛皮癣、过敏性皮炎)、眼科疾病(例如,黄斑变性、糖尿病性视网膜病)、传染性疾病(例如,细菌性、病毒性、真菌性以及寄生性传染,包括获得性免疫缺陷综合症、疟疾、查格斯病、血吸虫病)、免疫疾病(例如,一种自身免疫障碍、淋巴瘤、多发性硬化症、类风湿性关节炎、糖尿病、红斑狼疮、重症肌无力、格雷夫斯氏病)、中枢神经系统疾病(例如,一种神经退行性疾病,例如帕金森氏病或阿耳茨海默病、亨廷顿舞蹈病、肌萎缩性侧索硬化、朊病毒病)、遗传疾病、代谢疾病、环境性疾病(例如,铅、汞以及放射性中毒、皮肤癌)、骨相关疾病(例如,骨质疏松症、原发性以及转移性骨肿瘤、骨性关节炎)、神经退行性疾病、以及手术相关的并发症(例如移植排斥、器官排斥、创伤愈合的改变、纤维化或与外科植入物相关的其他并发症)。
因此在此描述的方法以及组合物可以用于例如测定肿瘤细胞的存在和/或位置,炎症的存在和/或位置,包括活化的巨噬细胞的存在,例如在动脉硬化或关节炎中,血管病的存在和/或位置包括在冠状动脉以及外周动脉中处于急性闭锁(例如易损斑块)风险的区域,扩张的动脉瘤的区域、颈动脉中不稳定的斑块、以及局部缺血区域。本发明的方法以及组合物还可以用于识别以及评估细胞死亡、损伤、凋亡、坏死、缺氧以及血管发生。还可以将这些方法以及组合物用于药物递送,并且用于监测药物递送,特别是当药物或类似药物的分子化学连接到这些荧光探针上时。示例性的药物分子包括化疗剂以及细胞抑制剂以及光力学试剂包括但不限于Photofrin、Lutrin、Antrin、氨基乙酰丙酸、金丝桃素、苯并卟啉衍生物、以及卟啉类。
此外,在此描述的方法以及组合物还可以用于受试者体内的血管发生(新血管形成)成像。该方法包括向受试者(例如一个人或动物)给予一定量的足以有助于血管发生成像的一种或多种在此描述的整联蛋白试剂。在足够的时间从而允许该试剂分布到该动物体内或分布于有待成像的区域中之后,测定该试剂的存在和/或量。然后可以使用该试剂的存在和/或量建立一幅图像,例如一幅断层摄影图像,代表在受试者体内新血管的形成。
(ii)体外成像方法
对于体外成像,这些成像试剂可以用于多种体外检测中。例如,一种示例性的体外成像方法包括:(a)用一种或多种在此描述的整联蛋白试剂接触一种样品例如一种生物样品;(b)允许这种或这些试剂在该样品中与一种生物学目标相互作用;(c)可任选地,去除未结合的试剂;并且(d)检测从该试剂发出的信号从而确定是否该试剂已经被该生物学目标活化或结合到该生物学目标上。当该整联蛋白试剂包括一种荧光染料时,步骤(d)进一步包括用可被该荧光染料吸收的波长的光照射样品从而生成该发出的信号。
已经设计、合成、并且可任选地配制试剂之后,可以由本领域中普通技术人员体外进行测试从而评估它的生物学特征以及性能特征。例如,可以使用不同类型的在培养物中生长的细胞从而评估该试剂的生物学特征以及性能特征。该试剂的细胞摄入、结合或细胞定位可以用本领域中已知的技术进行评估,包括例如荧光显微术、FACS分析、免疫组织化学、免疫沉淀反应、原位杂交以及Forster共振能量转移(FRET)或荧光共振能量转移。通过实例的方式,可以将这些试剂与一种样品接触一段时间并且然后洗涤从而去除任何自由的试剂。然后可以用一种适合的检测装置,例如装备适当的滤光片的一种荧光显微镜观看该样品,这些滤光片与荧光试剂的光学特性相匹配。培养中的细胞的荧光显微术或闪烁计数也是一种方便的方法用于确定是否已经发生摄入和结合。组织、组织切片以及其他类型的样品例如细胞离心涂片(cytospin)样品也可以以类似方式用于评估这些试剂的生物学特征以及性能特征。其他的检测方法包括但不限于流式细胞计数法、免疫测定、杂交测定、以及微阵列分析也可以用于本发明的实践中。
(b)治疗性应用
在此描述的某些整联蛋白靶向试剂例如含有一种放射性标记和/或一种药物分子的试剂可以用于缓解一种具体的疾病或失调的症状或治疗一种具体的疾病或失调。该方法包括(a)向受试者给予一定量的足以在受试者体内产生治疗性作用的一种或多种在此描述的试剂;并且(b)允许足够的时间用于使该药物分布于该受试者体内或另外地位于该受试者的有待治疗的一个区域内,并且然后,(c)取决于该治疗性试剂,可任选地活化该试剂从而产生一种治疗性作用。例如,当该治疗性试剂是一种放射性标记时,不需要随后的活化。然而,当该治疗性试剂是一种光反应性的试剂时,例如用于光力学治疗的一种染料,可以通过将该试剂暴露于具有活化该试剂的波长的光从而活化该试剂。其结果是,可以使用这些试剂治疗感兴趣的病症,例如一种癌、免疫障碍、炎性疾病、血管疾病等。此外,还可以使用这些试剂在受试者身上感兴趣的区域预防、缓解、或逆转血管发生。
现在将通过以下实例对本发明进行说明,给出这些实例仅为说明的目的,而没有任何意图限制本发明的范围。
具体实施方式
以下非限制性实例示范了示例性整联蛋白靶向试剂的合成。以下进一步描述了可以用于制备本发明的材料的代表性的材料以及方法。以商购的方式使用所有化学品以及溶剂(试剂级)而未经进一步纯化。HPLC分析:使用或者一个Phenomenex Phenyl-hexyl柱(3μ,100x 4.6mm)或者C18柱(5μ,250x 4.6mm)在流速1mL/min下在一台Waters2695系统上进行分析性RP HPLC。使用的线性梯度为A(10mM三乙胺乙酸盐,pH=7,+5%乙腈)以及B(乙腈)。典型地,该梯度起始于10-40%的B,并且在10到20分钟后变成50-90%的B。在254nm以及675nm处监测色谱图。使用一根Phenomenex C18柱(250x 10mm)以4.7mL/min使用与分析型操作相似的梯度在一台Varian系统上进行制备型HPLC。
实例1:成像靶向部分化合物6的合成
部分A:化合物2的制备
将亚硫酰二氯(1.3g,10.9mmol)加入到20mL的含有化合物1(690mg,1.57mmol)的乙醇溶液中。加入后在40℃-45℃下搅拌该溶液,并且通过HPLC监测该反应。反应完成(约45分钟)后,将溶液浓缩成一种油,并且加入乙酸乙酯(30mL)以及水(20mL)。用固体碳酸氢钠中和该混合物直至pH大约8。相分离后,用2x 15mL乙酸乙酯萃取该水层。用2x 10mL的饱和盐水洗涤合并的乙酸乙酯溶液并且经无水硫酸钠进行干燥。滤除固体并且浓缩滤液从而提供820mg(111%物料平衡)的酯2,为一种油。
部分B:化合物3的制备
将酯2(820mg,1.57mmol理论值)溶于4mL乙酸中,并且然后加入溴(296mg,1.85mmol)。HPLC分析显示约10分钟后该反应结束。用乙酸乙酯(30mL)以及水(20mL)稀释该溶液。用碳酸氢钠中和该混合物直至pH大约7。相分离后,用20mL乙酸乙酯萃取该水层。用2x 20mL的饱和盐水洗涤合并的乙酸乙酯并且经硫酸钠进行干燥。溶剂的蒸发提供了化合物9,为一种灰白色固体(908mg,118%物料平衡)。
部分C:化合物4的制备
将化合物9(908mg,1.57mmol理论值)与氰化锌(380mg,3.2mmol)、以及四(三苯基膦)钯(0)(365mg,0.31mmol)在二甲基乙酰胺(4mL)中进行混合,并且用真空/氮气将得到的混合物吹扫4次。在约120℃加热该混合物20小时并且HPLC显示>97%的转化。冷却到约20℃后,加入30 mL乙酸乙酯。过滤掉固体并且用2x 25mL的乙酸乙酯洗涤。用2x 20mL的水以及20mL的饱和盐水洗涤合并的乙酸乙酯溶液。在硫酸钠上干燥后,将该溶液浓缩成一种油。将残留物溶于10mL的乙酸乙酯中并且通过一种硅胶柱(70mL床体积)进行分离,用乙酸乙酯中的8%甲醇(v/v)进行洗脱。将适当的部分合并,并且浓缩至干燥从而提供氰-酯4为一种蜡状固体(510mg,66%总计)。
部分D:化合物5的制备
将氰基酯4(170mg,0.345mmol)溶于甲醇(3mL)中,并且加入1M水性氢氧化钠(2mL)。将该溶液在20℃下老化直到HPLC显示4的水解完成(还观察到甲基酯的形成,它也水解成氰基酸中间产物)。将该溶液浓缩至干燥并且将残留物溶于一种氨/甲醇溶液中(3.5M,10mL)。在压力管中将得到的溶液加入到Raney Ni(约100mg,加入前用甲醇洗涤3次)。将甲酸铵(120mg,1.9mmol)加入该混合物中,然后在20℃下剧烈搅拌(搅拌棒)直到HPLC显示该氰酸中间产物完全转化(约20小时)。去除上清并且将催化剂用4x 10mL的甲醇进行洗涤。将合并的甲醇溶液浓缩至干燥。将该固体溶于10mL的30/70甲醇/水(v/v)中,并且装到一种离子交换柱上(50WX8-200,5mL床体积)从而去除镍离子。用水洗涤该树脂直到pH约6并且用30/70甲醇/水中的1M氨进行洗脱。将适当的部分进行合并,并且蒸发从而提供氨基酸5(110mg),它可以是以一种部分的铵盐存在。对于C24H32N6O4,MALDI-MS计算值为468.6;发现值为469.7。
部分E:成像靶部分化合物6的制备
将粗氨基酸5(90mg,0.185mmol为铵盐)溶于10mL的1:1甲醇/水中,并且然后加入碳酸氢钠(16mg,0.185mmol)。将得到的溶液蒸发至干燥从而提供钠盐6(97mg,0.20mmol),为一种灰白色固体。
实例2:化合物12的合成
部分A:化合物8的制备
将亚硫酰二氯(1.2g,10mmol)缓慢地加入到20mL的含有化合物7(764mg,2.0mmol)的乙醇溶液中。加入后在40℃-45℃下搅拌该溶液,并且通过HPLC监测该反应。反应完成(约3小时)后,将溶液浓缩为一种油,并且加入乙酸乙酯(20mL)以及水(10mL)。用固体碳酸氢钠中和该混合物直至pH约8。相分离后,用20mL乙酸乙酯萃取该水层。用2x 10mL的饱和盐水洗涤合并的乙酸乙酯溶液并且经无水硫酸钠进行干燥。滤除固体并且浓缩滤液从而提供762mg(1.86mmol,93%)的化合物8,为一种油。
部分B:化合物9的制备
将酯8(762mg,1.86mmol)溶于3.5mL乙酸中,并且然后加入溴(340mg,2.1mmol)。HPLC分析显示20分钟后该反应结束。用乙酸乙酯(30mL)以及水(25mL)稀释该溶液。用碳酸氢钠中和该混合物直至pH约7。相分离后,用20mL乙酸乙酯萃取该水层。用2x 15mL的饱和盐水洗涤合并的乙酸乙酯并且经硫酸钠进行干燥。蒸发溶剂提供化合物9,为一种油(854mg,94%),将其通过静置进行固化。对于C24H33BrN4O2,MALDI-MS计算值为489.5;发现值为491.8。
部分C:化合物10的制备
将化合物9(854mg,1.7mmol)与氰化锌(590mg,5.0mmol),以及四(三苯基膦)钯(0)(570mg,0.49mmol)在二甲基乙酰胺(5mL)中进行混合,并且用真空/氮气将得到的混合物吹扫4次。在约110℃加热该混合物18小时并且HPLC显示>99%的转化。冷却到约20℃后,加入乙酸乙酯(30mL)。通过过滤收集固体并且用2x 25mL的乙酸乙酯洗涤。用2x 20mL的水以及20mL的盐水洗涤合并的乙酸乙酯溶液。经硫酸钠干燥后,将该溶液浓缩为一种油。将残留物溶于10mL的乙酸乙酯中并且通过一种硅胶柱(70mL床体积)进行分离,用乙酸乙酯中的3%甲醇(v/v)进行洗脱。将适当的部分合并,并且浓缩至干燥从而提供氰基酯10为一种固体(710mg,93%)。对于C25H33N5O2,MALDI-MS计算值为435.6;发现值为438.9。
部分D:化合物11的制备
将氰基酯10(200mg,0.46mmol)溶于甲醇(7mL)中,并且加入1M水性氢氧化钠(3mL)。将该溶液在20℃下老化直到HPLC显示该酯完全水解(还观察到甲基酯的形成,它也水解成氰基酸中间产物)。将该溶液浓缩至干燥并且将残留物溶于一种氨/甲醇溶液中(3.5M,15mL)。在压力管中将得到的溶液加入到Raney Ni(约150mg,加入前用甲醇洗涤3次)。向该混合物中加入甲酸铵(200mg,3.2mmol)。在20℃下将该混合物剧烈搅拌(搅拌棒)直到HPLC显示该氰基酸中间产物的完全转化(约20小时)。去除上清并且用4x10mL的甲醇洗涤催化剂。将合并的甲醇溶液浓缩至干燥。将该固体溶于10mL的30/70甲醇/水(v/v)中,并且装到一种离子交换柱上(50WX8-200,5mL床体积)从而去除镍离子。用水洗涤该树脂直到pH约6并且用30/70甲醇/水中的1M氨进行洗脱。将适当的部分进行合并,并且蒸发从而提供该氨基酸11(143mg),它可以以一种部分的铵盐存在。对于C23H33N5O2,LC/MS的计算值为411.5;发现值为410(负模式)。
部分E:化合物12的制备
将粗氨基酸11(130mg,0.30mmol,为铵盐)溶于20mL的1:1甲醇/水中,并且然后加入碳酸氢钠(25mg,0.3mmol)。将得到的溶液蒸发至干燥从而提供钠盐12(103mg,0.23mmol),为一种灰白色固体。
实例3:成像试剂E-3的制备
将荧光团C1(见表2,1-1.5μmol)加入含有化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)的DMSO(0.7mL)溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后分离为一种蓝色固体。对于C68H81N9O19S5,MALDI-MS的计算值为1487;发现值为1489。
实例4:成像试剂E-4的制备
将荧光团A1的一种活性酯(见表2,1-1.5μmol)加入到化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后分离为一种蓝色固体。对于C75H86N10O12S2,MALDI-MS计算值为1382;发现值为1385。
实例5:成像试剂E-5的制备
将荧光团E1的一种活性酯(见表2,1-1.5μmol)加入到化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后分离为一种蓝色固体。对于C73H82N10O18S4,MALDI-MS计算值为1514;发现值为1518。
实例6:成像试剂E-6的制备
将荧光团C1(见表2,1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后分离为一种蓝色固体。对于C67H82N8O17S5,MALDI-MS计算值为1430;发现值为1434。
实例7:成像试剂E-7的制备
将荧光团E1的一种活性酯(见表2,1-1.5μmol)加入到12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后E-7分离为一种蓝色固体。对于C72H83N9O16S4,MALDI-MS计算值为1457;发现值为1460。
实例8:成像试剂E-8的制备
将AlexaFluor750 NHS酯(1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-8分离为一种偏绿的蓝色固体。MALDI-MS计算值为1278;发现值为1279。
实例9:成像试剂E-9的制备
将荧光团B1(见表2,1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-9分离为一种偏绿的蓝色固体。对于C61H80N8O14S4,LC/MS的计算值为1276.5,发现值为1276(-ve模式)。
实例10:成像试剂E-10的制备
荧光团C1(参见表2)与L-磺丙氨酸在三乙胺存在下进行反应生成具有式C1-Csa的化合物(制备型HPLC纯化后),用DSC/DMAP在DMSO中将其转化成N-羟基丁二酰亚胺酯。用MTBE沉淀该NHS酯。将得到的NHS酯与化合物12进行反应生成化合物E-10,通过制备型HPLC将其纯化并且分离。对于C70H87N9O2S6,LC/MS的计算值为1581.5,发现值为1580.9(-ve模式)。
实例11:成像试剂E-11的制备
部分A:整联蛋白成像部分化合物13的制备。
将亚硫酰二氯(50μL,81.5mg,0.68mmol)缓慢地加入到悬浮于2mL甲醇中的化合物12(55mg,0.12mmol)的钠盐中。首先溶解该固体,并且形成一种沉淀。在约20℃下老化30分钟后,HPLC显示该起始材料的完全转化。浓缩该混合物从而提供酯13,为HCl盐(60mg)。
部分B:化合物15的制备
将N-乙基吗啉(0.35mL,318mg,2.77mmol)加入到Fmoc-Lys-OH(368mg,1.0mmol)在9mL的1:2水/乙腈中的浆料中。然后加入琥珀酸酐(125mg,1.25mmol)。将该固体缓慢地溶解并且HPLC显示在约20℃下18小时后完全反应。将该溶液浓缩为一种油并且用2mL的水稀释。通过加入水性HCl(2N,,3mL)沉淀该产物。通过过滤收集固体并且用3x 5mL的水洗涤。将该固体进行风干至恒重从而提供FmocLys(Suc),14,为一种灰白色固体(462mg)。对于C25H28N2NaO7,MALDI-MS计算值为491.2;发现值为490.4。
将二乙胺(1.5mL,1.1g,15mmol)加入到化合物14(100mg,0.21mmol)在5mL乙腈中的溶液中。形成一种细的浆料并且HPLC显示4小时后完成反应。将该混合物浓缩为一种固体并且用3x 3mL的MTBE洗涤。用在甲醇(5mL)中的三乙胺(0.15mL)以及在8mL的1:1乙腈/甲醇中的三乙胺(0.2mL)冲洗该固体2次。干燥至恒重(48mg)后得到化合物15,为一种灰白色固体。
部分C:成像试剂化合物E-11的制备
荧光团C1(参见表2)与化合物15在三乙胺存在下进行反应生成二羧酸,C1-15,制备型HPLC纯化后为一种蓝色固体。
对于C54H67N5O20S5,MALDI-MS的计算值为1265;发现值为1267。通过HBTU/三乙胺介导C1-15与甲基酯13进行偶合生成(二)甲基酯偶联物,制备型HPLC纯化后为一种蓝色固体。对于C102H133N15O22S5,MALDI-MS的计算值为2080,发现值为2082。用NaOH水解该甲基酯(0.1N在1:1MeOH/水中,3小时在20℃下)并且通过制备型HPLC纯化探针从而给出E-11。
对于C100H129N15O22S5,MALDI-MS计算值为2052;发现值为2055。
实例12:化合物12的DOTA偶联物(E-12)的制备以及111In标记
将DOTA琥珀酰亚胺基酯(Macrocyclics,TX)(1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-12分离为一种固体。将约50μL的111InCl3(约100mCi/mL在0.05M HCl中)与等体积的新鲜制备的1.0M乙酸铵进行结合,之后加入溶于0.25mL水中的0.1-1mg的E-12。在室温下允许该反应进行30分钟。通过HPLC分析产物。
实例13:化合物6的DOTA偶联物(E-13)的制备以及111In标记
将DOTA琥珀酰亚胺基酯(Macrocyclics,TX)(1-1.5μmol)加入到含有化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)的DMSO(0.7mL)溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-13分离为一种固体。将约50μL的111InCl3(约100mCi/mL在0.05M HCl中)与等体积的新鲜制备的1.0M乙酸铵进行结合,之后加入溶于0.25mL水中的0.1-1mg的试剂E-13。在室温下允许该反应进行30分钟。通过HPLC分析产物。
实例14:化合物12的Hynic偶联物(E-14)的制备以及99mTc标记
将肼烟酸琥珀酰亚胺基酯(SoluLink,CA)(1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-14(适当的盐形式)分离为一种固体。
对于99mTc标记,可以如下进行以下的实验方案。将0.05mL 1.0NNaOH加入到含有70mg曲辛的1.0mL的水溶液中从而将pH提高到7。然后加入0.1-1.0mL的99mTcO4 -在盐水中(10-100mCi),随后加入溶于100μL的0.1N HCl中的10μg的化合物E-14以及100μg的SnCl2将2H2O溶于0.1N HCl中。在室温下允许该反应进行45分钟。通过HPLC分析产物。
实例15:化合物6的Hynic偶联物(E-15)的制备以及99mTc标记
将肼烟酸琥珀酰亚胺基酯(SoluLink,CA)(1-1.5μmol)加入到化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10nmL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-15(适当的盐形式)分离为一种固体。
通过以下实验方案可以实现99mTc标记。将0.05mL 1.0N NaOH加入到70mg曲辛的1.0mL水溶液中从而将pH提高到7。然后加入0.1-1.0mL的99mTcO4 -在盐水中(10-100mCi),随后加入溶于100μL的0.1N HCl中的10μg的化合物E-15以及100μg的SnCl2。将2H2O溶于0.1N HCl中。在室温下允许该反应进行45分钟。通过HPLC分析产物。
实例16:化合物12的DTPA偶联物(E-16)的制备以及111In标记
将DTPA二酐(Aldrich)(1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-16分离为一种固体。将约50μL的111InCl3(约100mCi/mL在0.05M HCl中)与等体积的新鲜制备的1.0M乙酸铵进行结合,之后加入溶于0.25mL水中的0.1-1mg的化合物E-16。在室温下允许该反应进行30分钟。通过HPLC分析产物。
实例17:化合物6的DTPA偶联物(E-17)的制备以及111In标记
将DTPA二酐(Aldrich)(1-1.5μmol)加入到化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过加入1:1乙酸乙酯/己烷(约10mL)将产物沉淀并且用MTBE(2x 5mL)进行洗涤。将该固体溶于水中并且通过制备型HPLC纯化并且在蒸发该制备型HPLC部分之后化合物E-17分离为一种固体。将约50μL的111InCl3(约100mCi/mL在0.05M HCl中)与等体积的新鲜制备的1.0M乙酸铵进行结合,之后加入溶于0.25mL水中的0.1-1mg的化合物E-17。在室温下允许该反应进行30分钟。通过HPLC分析产物。
实例18:化合物12的Bolton-Hunter偶联物(E-18)的制备
125I Bolton-Hunter试剂(Perkin Elmer/NEN)(1-1.5μmol)加入到化合物12(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过制备型HPLC纯化产物并且E-18分离为一种HPLC部分。
实例19:化合物6的Bolton-Hunter偶联物(E-19)的制备
125I Bolton-Hunter试剂(Perkin Elmer/NEN)(1-1.5μmol)加入到化合物6(约3mg)以及N-乙基吗啉(10μL)在DMSO(0.7mL)中的溶液中。在20℃下将该溶液老化1-2小时。通过制备型HPLC纯化产物并且化合物E-19分离为一种HPLC部分。
实例20:合成具有化合物12的示例性荧光金属氧化物纳米颗粒(E-20)
将胺功能化的荧光氧化铁纳米颗粒(600μL的2.5mg/mL铁)与50μL 0.1M HEPES、pH 7以及4mg的琥珀酰亚胺基吡啶二硫代丙酸盐(SPDP)在100μL DMSO中进行结合并且在室温下旋转5小时。通过凝胶过滤(用0.1M HEPES,pH 7.0洗脱)将这些颗粒与未反应的SPDP进行分离。将用巯基丙酸(1mg)修饰的化合物12溶于100μLDMSO中,并且加入到该SPDP偶联的颗粒中,在室温下允许反应3小时从而生成化合物20的纳米颗粒。通过凝胶过滤用1X PBS作为洗脱液纯化得到的纳米颗粒(E-20)。
实例21:DOTA偶接到化合物12的钆络合物的制备
按照以下步骤制备实例12的偶联物的钆络合物。将3-3.5mg偶联物溶于在pH 7.0下的2mL 1M乙酸铵缓冲液中,并且加入一当量的Gd(NO3)3溶液(0.02M水溶液)。将该反应混合物在100℃下加热30分钟并且通过制备型HPLC分离该产物。将含有该络合物的部分冻干。通过质谱证实该络合物的身份。
实例22:偶联到一种整联蛋白成像试剂上的可酶促切割的低聚肽(化合物E-21)的合成
在100μL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中将肽[H]-His-Gly-Pro-Asn-Lys-[OH](SEQ ID No.1)(Tufts UniversityCore Facility,0.45μmol)以及荧光团C1(参见表2,1.0μmol)与1μL N-甲基吗啉(NMM)以及0.25mg N,N-二甲基氨基吡啶(DMAP)进行结合。将该溶液放在遮光的旋转器中并且在室温下旋转16小时。通过加入1.5mL甲基-叔丁基醚(MTBE)沉淀该双重标记的肽随后离心并且倾析上清液。在真空下简单地干燥该固体肽,溶于200μL 0.1M碳酸氢钠中,并且用HPLC纯化并且用LC-MS表征。
将化合物12(24mg,55μmol)溶于1mL甲醇中并且然后加入25μL SOCl2。将该溶液放在旋转器中并且在室温下旋转1小时。在真空下蒸发溶剂。将该固体产物再溶于2mL甲醇中并且在真空下蒸发两次,然后溶于2mL 1:1甲醇/乙腈中并且在真空下蒸发从而生成化合物12的甲基酯。
然后在含有1μL N-甲基吗啉(NMM)的100μL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中将该化合物12的甲基酯(0.8mg,2μmol)与标记的肽(3.9mg,0.75μmol)进行结合。加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC,0.17mg,0.9μmol)以及羟基苯并三唑(HOBT,0.17mg,1.2μmol)并且将该溶液放在遮光的旋转器上并且在室温下旋转16小时。通过加入1.5mL MTBE将产物沉淀,通过离心分离并且倾析该上清液。在真空下简单地干燥该固体肽。为了水解该酯,将该固体溶于300μL 0.1M氢氧化钠中,并且放在遮光的旋转器上1小时。用HPLC纯化该肽并且用LCMS表征。
实例23:使用示例性成像试剂E-6以及E-7对肿瘤成像
该实例显示本发明的化合物可以用于体内成像肿瘤。在这个实验中,在每个乳房脂肪垫中用2x 106 4T-1细胞双侧皮下(s.c.)注射6-8周龄的NU/NU小鼠(Charles River Laboratory,Wilmington,MA)。当肿瘤达到3x 3mm(细胞注射后约7天)近似大小时,用100μL体积中4nmoles的每种整联蛋白试剂(5小鼠/探针+2小鼠/无探针作为对照)通过尾静脉静脉(i.v.)注射小鼠。注射后24小时用一台荧光分子断层成像系统(VisEn Medical,Bedford,MA)进行成像。使用E-6以及E-7图像的实例绘于图1以及2中,这些图表明可以有效地成像这些肿瘤。
实例24:抑制对玻连蛋白的细胞连接
这个实例显示本发明的化合物具有体外整联蛋白αvβ3对αvβ55β1,以及αIIbβ3的选择性。在这个实验中,用胰蛋白酶-EDTA释放用αvβ3(HEK293-αvβ3细胞)稳定转染的人胚肾(HEK293)细胞并且用无血清的MEM洗涤4次。将细胞(25000个细胞/孔)加入到用玻连蛋白包被的微孔中并且在缺少或存在浓度不断增加的化合物E-6或未标记的母体化合物(作为E-6的一种抑制剂)下在增湿的培养箱中在37℃下允许连接2小时。轻轻地冲洗掉未连接的细胞。使用用αvβ5、αIIbβ3、或α5β1稳定转染的HEK293细胞进行类似的实验。在一台Vmax酶标仪中(Molecular Devices,Menlo Park,CA)通过比色检测己糖胺酶的酶活性对这些附着的细胞进行定量。对于以三重样品的平均值测定并且表达的每个细胞系使用标准曲线对附着细胞的数量进行定量。这些结果汇总在表4中。
表4:
表4描述了对于每个实验的IC50值,它证明与αIIbβ3以及αvβ5相比化合物E-6对αvβ3整联蛋白展现出更强的亲和性,而没有检测到对α5β1的特异性结合。与母体化合物相比,E-6(i)展现出5倍的减少的对αvβ3的亲和性,(ii)25倍减少的对αvβ5的亲和性,(iii)保留更高的结合αIIbβ3的的潜能,以及(iv)展现出对α5β1的极低的亲和性。
实例25:化合物E-6结合到HEK293-αvβ3细胞上
这个实验显示E-6对αvβ3的亲和性。用稳定表达人αvβ3的HEK293细胞进行细胞结合测定。
在该测定的前一天,将用αvβ3(HEK293-αvβ3细胞)稳定转染的HEK293细胞放在包被聚-L-赖氨酸的Lab-Tek II分室的盖玻片(Nunc,Rochester,NY)上。首先用DAPI(10μg/ml)将细胞孵育3小时,随后CellMask(Invitrogen,Carlsbad,CA)染色5分钟。然后用PBS将细胞洗涤2次并且用E-6(200nM含5%血清的PBS中)在4℃或37℃下孵育30分钟。为了竞争性研究,在E-6孵育前将细胞用母体化合物(200μM)孵育1小时。在一台Leica SP5共聚焦系统(Leica,Wetzlar,Germany)上进行共聚焦显微术。
图3显示化合物E-6结合到该细胞表面的受体上并且该结合可以被母体化合物所阻止。这证明化合物E-6以一种整联蛋白依赖的方式结合到细胞上。化合物E-6与CellMask膜标志物的同时定位表明在表面膜上的积聚。在37℃下受体再循环(胞吞作用)导致E-6的内化,但在4℃下不发生。
实例26:化合物E-6的平衡结合以及解离的测量
对于平衡结合以及分离测量,在4℃下在“流式细胞仪缓冲液”(145nM NaCl、5mM KCl、1mM MgCl2、以及10mM HEPES pH 7.4)中将HEK293-αvβ3细胞(1x 105)与0、3.12、6.25、12.5、20、25、40、50、80、100、以及200nM的化合物E-6孵育30分钟。通过流式细胞仪(FACSCalibur,BD Biosciences,CA)测定结合到HEK293-αvβ3细胞上整联蛋白的探针的量。用FlowJo软件分析数据并且用SigmaPLot 10软件计算Kd值。对于koff的测定,在4℃下将HEK293-αvβ3细胞(1x106)用100nM E-6孵育30分钟,并且然后将标记的细胞转移到含10mM母体化合物的PBS中。在与未标记的化合物混合前、以及混合后1、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、以及24小时用流式细胞仪(FACSCalibur,BD Biosciences,CA)测定结合到HEK293-αvβ3细胞上整联蛋白上的探针的量。用FlowJo软件分析数据并且用SigmaPLot 10软件计算koff以及t1/2值。这些结果汇总于图4A以及图4B中。
图4A显示E-6以描述为解离速率常数koff=1.08 x 10-4 s-1(t1/2=107分钟)的速率从αvβ3受体上解离。图4B显示表观平衡结合常数(Kd)的值为4.2±0.6nM(使用单结合位点模型)。由Mn2+离子协助的αvβ3整联蛋白的活性构象出现在肿瘤细胞以及新血管细胞的表面上。缺少或存在Mn2+的结合等温线实际上是完全相同的,证明化合物E-6结合到整联蛋白的活性形式上。这进一步支持了化合物E-6结合表达整联蛋白细胞的能力。
实例27:在小鼠中化合物E-6的药代动力学以及生物学分布
这个实例显示在小鼠中化合物E-6的药代动力学以及生物学分布。
24只雌性老年BALB/c小鼠(Charles River Laboratories,Wilmington,MA)接受静脉(i.v.)推注化合物E-6(2nmoles在PBS中)。通过从每只小鼠心脏穿孔(随后进行二氧化碳窒息)收集终端血样对于每个时间点对3只小鼠取样。通过离心收集血浆,在DMSO中1:2稀释并且使用一台荧光酶标仪(Molecular Devices,Sunnyvale,CA)进行荧光读取。将数据对用E-6的已知浓度制备的一个标准曲线(图5A)进行归一化。血浆中化合物E-6的浓度依赖符合具有计算的t(1)1/2=6min以及t(2)1/2=210min的一种两个分段的模型,其中t(1)1/2表示从循环中自由E-6的快速清除并且t(2)1/2对应于结合的E-6的清除。
对于生物学分布研究,在第一个乳房脂肪垫中用A673细胞(5x106)皮下(s.c.)注射雌性6-8周龄NU/NU小鼠(Charles RiverLaboratory,Wilmington,MA)。一旦肿瘤达到希望的体积(使用式体积mm3=(长度x宽度2)/2,用测径器测定),用化合物E-6(2nmoles)静脉注射小鼠。24小时后通过二氧化碳窒息处死小鼠并且取出某些组织,用盐水冲洗,吸干,并且使用反射方式在VisEn's FMT2500上成像。用FMT软件在每个器官周围画出感兴趣的区域(ROIs)并且对于每一个器官测定平均荧光(报道为数/能量)并且对取为100%的肿瘤中的平均荧光进行归一化。这些结果汇总于图5B中,显示荧光广泛分布于具有肿瘤中发现的最高浓度的这些组织中,之后是肝、小肠以及皮肤。
实例28:在体外用内皮以及A673肿瘤细胞结合E-6
该实验显示化合物E6结合到内皮细胞以及A673肿瘤细胞上。
用HUVEC(人脐带静脉内皮细胞)以及人横纹肌肉瘤A673肿瘤细胞进行细胞结合测定。将HUVEC或A673(50,000细胞)(ATCC,Manassas,VA)种在8孔Lab-Tek腔室玻片(Nalge-Nunc International,Naperville,IL)上,并且在37℃下在含有5%的CO2的潮湿气氛中放置使粘附过夜。之后的一天,将培养基换成新鲜的含有化合物E-6或自由染料(20nM)的完全培养基,在37℃下孵育30分钟,用PBS洗涤2次并且在4℃下用多聚甲醛固定30分钟。在加入E-6之前通过用母体化合物(200nM)预先孵育细胞5分钟进行竞争性研究。然后可以将显微术载玻片上的细胞在避光下风干。用抗退色试剂用DAPI(Molecular Probes,Eugene,OR)固定载玻片并且在室温下避光固化过夜。用荧光显微镜(Zeiss,Thornwood,NY)收集核染色(DAPI)与荧光信号合并的图像。
对于用E-6标记的HUVEC以及A673细胞两者都观察到显著的荧光信号(分别地图6A以及6D)在存在一种阻断剂量的母体化合物下降低了观察到的来自HUVEC细胞以及A673细胞(分别地图6B以及6E)荧光强度。此外,在仅用自由染料(用于合成E-6相同的染料)(分别地图6C以及6F)孵育的HUVEC细胞以及A673细胞中检测到降低或无荧光。这些结果证明化合物E-6特异性地结合到表达整联蛋白的肿瘤以及内皮细胞上。
实例29:在带有A673肿瘤的小鼠中E-6信号的体内成像以及定量
这个实例显示在带有肿瘤的小鼠中E-6信号的成像以及定量。在第一个乳房脂肪垫中用A673细胞(5x 106)皮下(s.c.)注射雌性6-8周龄NU/NU小鼠(Charles River Laboratory,Wilmington,MA)。一旦肿瘤达到希望的体积(使用式体积mm3=(长度x宽度2)/2,用测径器测定),用E-6(2nmoles)在缺少或存在过量的、竞争母体化合物(100nmoles)下静脉注射小鼠。对照小鼠接受自由染料。为了体内成像,用气麻(异氟烷/氧气混合物)将小鼠麻醉,一次一只放在VisEn's FMT2500系统成像室中并且成像。
肿瘤中容易地检测到荧光并且未标记的母体化合物有效地降低了肿瘤中E-6信号的总量。在相同的成像条件下,在用自由染料注射的小鼠的肿瘤中没有观察到可检测的荧光。
通过在每个肿瘤周围画一幅三维ROI对荧光信号进行定量。如图7中所示,与用化合物E-6注射的小鼠的肿瘤相比在接受母体化合物(降低67%,p=0.011)或仅用染料(p=0.00038)的小鼠的肿瘤中E-6荧光的总量显著地降低。这些结果证明体内使用一种感知整联蛋白试剂(E-6)的靶向特异性。
实例30:在带有A673肿瘤的小鼠中抗血管形成阿瓦斯丁治疗对整联蛋白以及组织蛋白酶B信号的作用
这个实例证明在带有A673肿瘤的小鼠中抗血管形成治疗对整联蛋白以及组织蛋白酶B信号的作用。
一旦它们的肿瘤达到希望的体积将带有A673肿瘤的小鼠随机处理并且或者用E-6(2nmoles)或者用自由染料(2nmoles)静脉注射。为了竞争性研究,将小鼠用母体化合物(100nmoles)进行注射,随后5分钟后注射化合物E-6(2nmoles)。为了治疗性研究,向腹膜内(i.p.)或者用2mg/kg阿瓦斯丁(bevacizumab,Genentech,CA)或者用载体(PBS)治疗小鼠2周,并且在用2nmoles终体积200μlPBS中的化合物E-6以及ProSense(ProSense750,VisEn Medical,Bedford,MA)的每一种开始治疗之后注射7天。ProSense是一种可活化的蛋白酶荧光试剂,包括连接到一种肽支架上的荧光染料。该支架被组织蛋白酶B的活性(并且对于更低程度的组织蛋白酶K、L、以及S)蛋白质分解切割释放该荧光染料并且导致大量的荧光(通过去淬灭)。给予这些试剂之后24小时用FMT2500进行成像。在同一种动物中可以看到化合物E-6与ProSense的荧光信号的差异定位。对应于给予该动物的荧光试剂的吸收光谱,激光的波长选为680nm或750nm,可以同时成像以及定量2种光谱学上不同的试剂。
阿瓦斯丁治疗后,肿瘤中由化合物E-6生成的信号比由ProSense生成的信号降低更大的量,证明对于E-6以及ProSense作用的不同模式(图8)。
通过引用的结合
在此引用的所有的出版物、专利、以及专利申请通过引用以其整体清楚地结合在此,并且与如果每一个如此单独地指出相同程度地用于所有的目的。
等效物
可以用其他的具体形式实施本发明而不背离其精神或本质特征。因此,上述的实施方案必须被认为在所有方面是用作说明的而不是对在此所说明的本发明进行限制。因此,本发明的范围是由所附的权利要求书而不是通过上述的说明书来指明的,并且在该权利要求书的等效性的含义和范围之内的所有变化均旨在被包括在其中。

Claims (61)

1.一种整联蛋白靶向试剂,包括:
(a)一种整联蛋白靶向部分(ITM),包括一种烷基取代的四氢-1,8-萘啶部分,其中该烷基用一种芳基或杂芳基部分取代,以及
(b)一种报道分子,可任选地通过一种连接物(L)部分,化学结合到该整联蛋白靶向部分上。
2.如权利要求1所述的试剂,其中该试剂包括多个整联蛋白靶向部分,各自化学连接到该成像报道分子上。
3.如权利要求1所述的试剂,包括1到5个整联蛋白靶向部分,各自化学连接到该成像报道分子上。
4.如权利要求3所述的试剂,包括2到5个靶向部分,各自化学连接到该成像报道分子上。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的试剂,其中该报道分子是一种荧光团、一种荧光染料、一种光学报道分子、一种磁性报道分子、一种放射性标记、一种X射线报道分子、一种超声成像报道分子或一种纳米颗粒报道分子。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的试剂,其中该烷基用一种取代的或未取代的、单环或双环的、杂芳基部分取代。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的试剂,进一步包括一种生物学修饰剂,该生物学修饰剂化学连接到该整联蛋白靶向部分、该报道分子或该可任选的连接物上。
8.一种由式I代表的整联蛋白靶向试剂:
((ITM—L)m-Ln-IRq)-BMg   (I)
其中,
ITM代表包括一种取代的四氢-1,8-萘啶部分的一种整联蛋白靶向部分;
L,对于每次出现时都独立地代表一个键或一个连接物部分;
IR代表一种成像报道分子;
m代表1到500之间的一个整数,n代表0到500之间的一个整数,q代表1到500之间的一个整数,并且g代表0到500之间的一个整数;
并且
BM代表一种生物学修饰剂。
9.如权利要求8所述的试剂,其中m是从1到5的一个整数;n是从0到5的一个整数;q是从1到4的一个整数;并且g是从0到3的一个整数。
10.如权利要求8或9中所述的试剂,其中n是0并且g是0。
11.如权利要求8-10中任意一项所述的试剂,其中q是1。
12.如权利要求8-11中任意一项所述的试剂,其中m是2。
13.如权利要求8-11中任意一项所述的试剂,其中m是1。
14.如权利要求1-13中任意一项所述的试剂,其中ITM由式II代表:
其中,Ar代表芳基或杂芳基;
R’是H或烷基;
A代表来自0、1、2或3中的一个整数;
以及它们的盐。
15.如权利要求14所述的试剂,其中Ar是一种单环或双环的杂芳基,可任选地用1、2、或3个部分取代,这些部分各自独立地选自下组,其构成为:H、卤素、烷氧基、烷基、芳基、以及杂芳基。
16.如权利要求14所述的试剂,其中Ar是一种单环或双环的芳基,可任选地用1、2、或3个部分取代,这些部分各自独立地选自下组,其构成为:H、卤素、烷氧基、烷基、芳基、以及杂芳基。
17.如权利要求14-16中任意一项所述的试剂,其中R’是H。
18.如权利要求14或17所述的试剂,其中Ar选自下组,其构成为:
19.如权利要求14-18中任意一项所述的试剂,其中a是1。
20.如权利要求8-19中任意一项所述的试剂,其中ITM由式IIA代表:
其中,Ar、R’、以及a如以上式II中所定义。
21.如权利要求1-20中任意一项所述的试剂,其中ITM由式III代表:
以及它们的盐。
22.如权利要求1-13中任意一项所述的试剂,其中ITM由式IV代表:
其中,Ar是一种芳基或杂芳基;
R’是H或烷基;
以及它们的盐。
23.如权利要求22所述的试剂,其中Ar选自下组,其构成为:
24.如权利要求22或23中所述的试剂,其中ITM由式IVA代表:
其中Ar如式IV中所列出的进行定义。
25.如权利要求1-13中任意一项所述的试剂,其中ITM是由式V代表的一种化合物:
以及它们的盐。
26.如权利要求1-25中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR是一种远红或一种近红外荧光染料。
27.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR是一种碳菁荧光染料。
28.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR是一种吲哚菁荧光染料。
29.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR由式VIII代表:
或其一种盐,其中:
对于每次出现时,X独立地选自下组,其构成为:C(CH2Y1)(CH2Y2)、O、S,以及Se;
Y1以及Y2独立地选自下组,其构成为:H、C1-C20脂肪烃基团,可任选地用-OR*、N(R*)2或-SR*取代,其中R*是H或烷基;
W代表一种苯并稠合的,一种萘并稠合的或一种吡啶并稠合的环;
R1选自下组,其构成为:(CH2)xCH3、(CH2)ySO3 -以及(CH2)ySO3H,其中x是选自从0到6的一个整数,并且y是选自从2到6的一个整数;
R4选自下组,其构成为:(CH2)xCH3、(CH2)ySO3 -以及(CH2)nSO3H,其中x是选自从0到6的一个整数,并且y是选自从2到6的一个整数;
对于每次出现时,R2以及R3各自独立地选自下组,其构成为:H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、一种磺酸部分以及一种磺酸盐部分;
Q选自下组,其构成为:用一个羧基基团取代的一种杂芳环或用一个羰基基团取代的6元杂芳环。
30.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR是由式IX代表的一种荧光染料:
或其一种盐,其中:
对于每次出现时,X1以及X2独立地选自下组,其构成为:C(CH2K1)(CH2K2)、O、S以及Se;
K1以及K2独立地选自下组,其构成为:H、可任选地用-OR*、N(R*)2或-SR*取代的一种C1-C20脂肪烃基团;或K1与K2一起形成一种取代的或未取代的碳环或杂环的一部分,其中R*是H或烷基;
Y1以及Y2各自独立地是一种苯并稠合环、一种萘基稠合环或一种吡啶并稠合环;
n1是1、2、或3;
R2、R11以及R12独立地选自下组,其构成为:H、F、Br、Cl、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、芳氧基、一种含氮杂环、一种含氮杂芳香族环、一种磺酸盐、一种亚氨鎓离子、或任何两个相邻的R12与R11取代基或R2与R11取代基,当进行组合时,形成一种4元、5元、或6元取代的或未取代的碳环、取代的或未取代的非芳香族碳环或一种取代的或未取代的碳环芳香环,其中这些碳环各自独立地由C1-C6烷基、卤素、或OR*或SR*可任选地取代一次或多次;
R1以及R13是(CH2)xCH3,其中x是选自0到6的一个整数;或当n是选自从2到6的一个整数时,R1以及R13独立地是(CH2)nSO3 -或r(CH2)nSO3H。
R3、R4以及R5独立地选自下组,其构成为:H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、一种磺酸部分以及一种磺酸盐部分;
Q是不存在的,或选自一种羰基部分或一种取代的或未取代的C1-C6烷基基团,其中该烷基基团的0-2个亚甲基基团可以可任选地被NH、O或S替代、或一种取代的或未取代的C1-C6碳环、非芳香族碳环、杂环或非芳香族杂环,其中该杂环含有1-2个杂原子;
R6选自下组,其构成为:H、取代的或未取代的C1-C20脂肪烃基团、一种取代的或未取代的芳基、一种取代的或未取代的烷芳基,其中R6可以可任选地用卤素、OR*、N(R*)2或SR*取代,
R7选自下组,其构成为:H、一种取代的或未取代的C1-C20脂肪烃基团、一种取代的或未取代的芳基、一种取代的或未取代的烷芳基,其中R7可任选地用卤素、OR*、N(R*)2或SR*取代;或
R6与R7,在一起形成可任选地用卤素、OR*、N(R*)2或SR*取代的一种4元、5元、6元或7元杂环或非芳香族杂环;或
NR6、Q以及CHR7一起形成一种取代的或未取代的或杂环的或非芳香族杂环的环系统,其中这些环含有1或2个杂原子,其中这些环可任选地用-OR*、N(R*)2或-SR*取代;并且
W是不存在的或是选自下组的一个基团,该组构成为:-SO2NR6-Q-CHR7-、-O-、-COO-、以及-CONH-;
h=0-70;k=0或1;d=0-12;m=0-12;p=0-12;
Z是一种N、O或S亲核体官能度部分,或是,或包含能够与N、O或S亲核体进行反应的一种官能度;并且
每一个R*独立地是-H或C1-20烷基。
31.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR是一种放射性标记,包括选择下组的一种放射性同位素金属,该组构成为:铜、镓、铟、锝、钇、以及镥。
32.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该放射性同位素金属选自下组,该组包括:99mTc、111In、64Cu、67Ga、186Re、188Re、153Sm、177Lu以及67Cu。
33.如权利要求31-32中任意一项所述的试剂,其中该放射性标记包括一种治疗性放射性药物。
34.如权利要求33所述的试剂,其中该治疗性放射性药物是选自下组的一种放射性同位素金属,该组的构成为:186Re、188Re、153Sm、166Ho、177Lu、149Pm、90Y、212Bi、103Pd、109Pd、159Gd、140La、198Au、199Au、169Yb、175Yb、165Dy、166Dy、67Cu、105Rh、111Ag、以及192Ir。
35.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或该IR是选自下组的一种磁性报道分子,该组包括:Gd(III)、Dy(III)、Fe(III)、Mn(II)以及金属氧化物纳米颗粒。
36.如权利要求1-26中任意一项所述的试剂,其中该报道分子或IR是一种X射线造影剂。
37.如权利要求1-36中任意一项所述的试剂,其中L包括选自下组的一个部分,该组的构成为:一种酰氨基、氨基-聚乙二醇-羧酸、氨基-聚乙二醇叠氮化物、二氨基PEG、磺基丙胺酸、谷氨酸、氨基己酸、乙二胺、丙邻二胺、亚精胺、精胺、己二胺、以及一种二胺-氨基酸,例如高赖氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、二氨基丁酸以及二氨基丙酸、琥珀酸、戊二酸、辛二酸、或己二酸。
38.如权利要求1-36中任意一项所述的试剂,其中L包括一种可酶促切割的包括从约2到15个氨基酸的低聚肽。
39.如权利要求38所述的试剂,其中L包括一种可酶促切割的键并且一种IR共价连接到位于该可酶促切割的键的一侧的一种低聚肽序列上并且一种IR共价连接到位于该可酶切键的另一侧的一种低聚肽序列上。
40.如权利要求38所述的试剂,其中该试剂包括至少两种彼此淬灭的荧光染料或一种荧光染料与一种猝灭剂,它们各自位于该试剂上允许荧光淬灭的位点上,在其上该低聚肽的切割导致至少一种荧光染料去淬灭。
41.如权利要求7-40中任意一项所述的试剂,其中该生物学修饰剂(BM)选自下组,其构成为:一种PEG、磷脂、氨基酸、肽、磷脂PEG、碳水化合物、磺酸盐、聚磺酸盐、谷氨酸、磺基丙胺酸、萘基丙氨酸、苯丙氨酸、二苯基丙胺、4,4-二苯基环己醇、葡糖胺、甘露糖胺、半乳糖胺、精氨酸、赖氨酸、高赖氨酸、亮氨酸、以及它们的组合。
42.一种整联蛋白成像试剂,该整联蛋白成像试剂选自下组,其构成为:
以及它们的药学上可接受的盐。
43.一种适合给予一名受试者的药学上可接受的组合物,包括如权利要求1-42中任意一项所述的一种试剂以及一种药学上可接受的赋形剂。
44.一种体内成像的方法,该方法包括:
(a)向一名受试者给予如权利要求1-43中任意一项所述的一种试剂;
(b)允许该试剂分布于该受试者体内;并且
(c)检测由该试剂发出的一种信号。
45.一种体内光学成像的方法,该方法包括:
(a)向一名受试者给予如权利要求1-43中任意一项所述的一种试剂,其中该试剂包括一种荧光染料;
(b)允许该试剂分布于该受试者体内;
(c)将受试者暴露于可被该荧光染料吸收的波长的光下;并且
(d)检测由该试剂发出的一种信号。
46.如权利要求44或45所述的方法,其中由该试剂发出的信号被用于构建一幅图像。
47.如权利要求46所述的方法,其中该图像是一幅断层摄影图像。
48.如权利要求44所述的方法,其中在预定的时间间隔重复(a)-(c)步骤从而允许随时间评估受试者体内该整联蛋白试剂的发出信号。
49.如权利要求45所述的方法,其中在预定的时间间隔重复(a)-(d)步骤从而允许随时间评估受试者体内该整联蛋白试剂的发出信号。
50.如权利要求44或45所述的方法,其中该受试者是一种动物或一个人。
51.如权利要求44或45所述的方法,其中在步骤(a)中将其信号性质彼此便于识别的两种或多种成像探针给予一名受试者,其中至少一种成像探针是一种整联蛋白结合试剂。
52.如权利要求45所述的方法,其中该照射以及检测步骤是使用一种内窥镜、导管、断层摄影系统、便携式光学成像系统、或一种手术中的显微镜来进行的。
53.如权利要求44或45所述的方法,其中发出的信号的存在、不存在、或水平表示一种疾病状态。
54.如权利要求44或45所述的方法,其中该方法用于检测和/或监测一种疾病。
55.如权利要求54所述的方法,其中该疾病选自下组,其构成为:骨骼疾病、癌、心血管疾患、动脉硬化、再狭窄、心脏局部缺血、心肌再灌注损伤、环境性疾病、皮肤病、免疫疾病、遗传病、传染性疾病、炎性疾病、代谢疾病、神经退行性疾病、眼病、以及呼吸道疾病。
56.根据权利要求44或45所述的方法,其中步骤(a)中,将用该整联蛋白结合试剂标记的细胞给予该受试者。
57.如权利要求56所述的方法,其中由该整联蛋白结合试剂发出的信号被用于监测这些细胞的运输以及定位。
58.一种在受试者体内成像血管发生的方法,该方法包括以下步骤:
(a)向一名受试者给予如权利要求1-43中任意一项所述的一种试剂;并且
(b)检测该试剂的存在从而生成代表在该受试者体内新血管形成的一幅图像。
59.一种在受试者体内治疗疾病的方法,包括向一名受试者,或者全身性地或者局部地,给予如权利要求1-43中任意一项所述的一种试剂,其中该试剂包括位于患病区并且递送一种有效剂量辐射的一种放射性标记。
60.一种体外成像方法,该方法包括:
(a)用如权利要求1-43中任意一项所述的一种试剂接触一种样品;
(b)如果存在于该样品中,允许该试剂结合到一种生物学目标上;
(c)可任选地去除未结合的试剂;并且
(d)检测从该试剂发出的信号从而确定是否该试剂被该生物学目标物活化或结合到该生物学目标物上。
61.如权利要求60所述的方法,其中该样品是一种生物学样品。
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