CN101203248A - 光学成像造影剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于选择性鉴定胃肠道损伤位点的组合物和方法。更特别地，所述组合物包括磷酸化和/或硫酸化的糖，如硫糖铝，包括一种或多种光学分子。

Description

光学成像造影剂
发明背景
本发明一般涉及用于选择性鉴定胃肠道疾病或损伤位点的组合物和方法。更特别地，本发明涉及硫酸化和/或磷酸化的糖或其生理学上可接受的盐，更特别地涉及多硫酸化和/或多磷酸化的糖金属盐，如硫糖铝，用至少一种光学分子标记或含有至少一种光学分子，和这些用于鉴定胃肠道溃疡的含有光学分子的硫酸化和/或磷酸化的糖的用途。
胃溃疡和损伤的诊断一般要求胃和胃肠道的可视化。伴随诊断溃疡和损伤的具体问题包括从没有溃疡的、健康的位点中区分胃肠道内层发炎的或溃疡的区域。当溃疡存在时，目前的诊断方法可能不总能鉴定出溃疡的存在，且可能伴有病人的不适。这些误诊可能会随时间引起胃肠道问题的恶化。
鉴定问题区域使用的一个共同的诊断方法是内窥镜检查术。上部内窥镜检查术，也称为食道、胃、十二指肠镜检查(EGD)，使医师可视化地检查食道、胃和上十二指肠的内层。将一般薄的、可弯的、发光的也包括小型照相机的管插入通过口且下到咽喉。内窥镜传递食道、胃、十二指肠里面的图像，使医师看到别的方法可能不易鉴定的异常情况，如发炎或出血。虽然内窥镜一般比其它成像技术，如X-射线成像更准确，但内窥镜术有一些缺点，包括由于该方法的侵入性质造成病人不适，和使用镇静剂和止痛剂的必要。接受EGD的病人也可能经历咽喉疼痛，且可能胃出血和胃内层穿刺的危险。
也可使用X-射线诊断胃溃疡。通常在X-射线以前口服给予X-射线造影剂，如不透辐射的试剂，以增强造影。X-射线造影剂一般为水溶性碘化化合物。由于在这些化合物中碘阻断了X-射线，在X-射线照射的区域内，如胃，碘的堆积和定位在胃与其它组织间提供了所需的造影，形成X-射线图像。该造影使得医师可视化胃中的问题和异常情况。
除碘化试剂外，通常将硫酸钡用于胃肠系统的X-射线检查。与其它X-射线造影剂相似，可以口服给予硫酸钡，且涂于上胃肠道，使其X-射线不能透过。然后可评估食道、胃和/或十二指肠。
使用硫酸钡和其它X-射线造影剂有一些缺点。例如，当口服给药时，硫酸钡不能总是包衣到整个胃肠道粘膜，导致不能正确地诊断胃溃疡。而且，白色硫酸钡可造成病人吸收的不适和不喜欢，且硫酸钡的摄入可引起便秘、腹泻或痉挛。
胃肠道成像和检测溃疡的其它方法涉及使用硫酸化的糖，如硫糖铝，其与胃肠道溃疡区域选择性结合。使用硫糖铝的胃肠道成像技术的一些实例描述于美国专利号4,851,209和美国专利号5,023,072，在此全部引入作为参考。美国专利号4,851,209描述了在胃肠区域闪烁照相图像中使用锝-99m(Tc-99m)标记的硫糖铝和钾糖硫酸盐(potassium sucrose sulfate)。美国专利号5,023,072描述了用顺磁性、超顺磁性或铁磁性离子或粒子标记的硫糖铝和钾糖硫酸盐分子。标记的硫糖铝可用于胃肠区域的磁共振成像。
用于评估胃肠道的另一个方法是生物医学光学，其是相对新的技术，该技术在诊断和治疗应用上有巨大的潜力。与现有成像技术如交换体层摄影、磁共振成像和核医学相比，有成像的生物医学光学可含有一些有利的特点。一些优点包括：(1)仅需要少量造影剂；(2)使用非放射性能源；和(3)使用相对便宜的器械。
虽然有许多成像试剂和方法可用于成像和分析胃肠道，但是仍需要能够提供快速、准确的评估而对病人不产生不适的成像试剂和方法。如果成像试剂能够提供高造影和特异靶向于胃肠道溃疡区域，将是有利的。
发明简述
本发明涉及用于选择性鉴定胃肠道中疾病或损伤位点的组合物和方法。更特别地，本发明涉及硫酸化和/或磷酸化糖或其生理学上可接受的盐，更特别地涉及多硫酸化和/或多磷酸化的糖金属盐，如硫糖铝，包括至少一种光学分子标记，和这些用于鉴定胃肠道胃溃疡的含有至少一种光学分子的硫酸化和/或磷酸化的糖或其生理学上可接受的盐的用途。使用各种光学检测技术，含有光学分子的糖类的化合物和其衍生物与胃肠道中溃疡和损伤选择性结合的能力能够使溃疡和损伤可视化。
发明详述
根据本发明，已经发现已知引入后选择性结合胃肠道的溃疡和/或发炎位点的一定糖分子可以被至少一个光学分子取代以产生光学成像剂，所述光学成像剂可以特异性靶向和成像胃肠道的发炎或溃疡位点。本文所用的“光学分子”是指光学染料、纳米粒子和包裹于生理学上可接受的颗粒材料中的光学染料，其适合用于在胃肠道中的光学检测。虽然本文主要讨论化学地引入硫酸化和/或磷酸化的糖的合适的光学染料，但是应该理解根据本发明可以使用合适的将其物理地引入硫酸化和/或磷酸化的糖且其可以在胃肠道中任选被检测的纳米粒子(包括量子点(quantum dots))，或包裹于生理学上可接受的颗粒材料中的光学染料，以生产适合的光学成像造影剂。本文所用的“取代”是指化学地引入化合物或分子到糖分子上。如本文所用，对于本发明的糖，可以互换使用术语“分子”和“化合物”。可以取代的糖化合物上的特异性位点在下面讨论。通过将光学分子化学地或物理地引入到糖化合物上，使用比现有使用的组合物和方法更可靠的，较小侵入性且更安全的组合物和方法，可能精确地鉴定胃肠道的疾病或损伤位点。
本发明的光学成像试剂包括含有至少一个光学分子的糖分子，如至少被一个能够在胃肠道中被检测的光学染料取代。糖分子可以是任何生理学上可接受的被取代的糖，或其生理学上可接受的盐，其选择性与胃肠道的溃疡和/或发炎位点结合。优选地，糖分子为硫酸化和/或磷酸化的糖或其生理学上可接受的盐。如本文所用的术语“硫酸化的糖”或“糖的硫酸盐”可互换使用，其指的是包括一个或多个硫酸根的糖分子。相似的，术语“磷酸化的糖”和“糖的磷酸盐”可互换使用，其指的是包括一个或多个磷酸根的糖分子。优选地，硫酸化和/或磷酸化的糖为多硫酸化和/或多磷酸化的，即含有两个或多个硫酸根和/或磷酸根。
可以用于本发明的光学成像试剂的糖本身包括单糖或多糖。如本文所用的，术语多糖是指包括二糖以及三糖、四糖和寡聚糖。合适的糖的实例包括果糖、葡萄糖、核酸糖、甘露糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖、赤藓糖、苏糖、阿拉伯糖、脱氧核糖、纤维二糖、海藻糖、松三糖和木苏糖，等或其任何组合。优选地，糖为二糖。当前优选的二糖为蔗糖、乳糖或麦芽糖。更优选地，二糖为蔗糖。因此本发明的光学成像组合物可以包括被取代的单糖、被取代的多糖或其组合。任何选择性结合胃肠道的损伤和/或发炎位点的被取代的糖可适合用于本发明。
因此本发明的糖包括：(1)单硫酸化或多硫酸化的糖；(2)单磷酸化或多磷酸化的糖；(3)同时被磷酸化和硫酸化的糖(即硫酸-磷酸化的糖)；(4)任何其它选择性与胃肠道的溃疡和/或发炎位点结合的生理学上可接受的被取代的糖；和(5)其混合物。一般而言，本文所用的硫酸化和/或磷酸化的糖分子与胃肠道损伤位点，如发炎和溃疡位点结合的亲和力比与健康位点的亲和力大。这种亲和力将光学分子化学地或物理地引入到硫酸化和/或磷酸化的糖分子以特异性靶向胃肠道的损伤位点，由此增强了检查时的溃疡检测。
有利地，此处可以使用生理学上可接受的盐。生理学上可接受的盐包括与合适碱形成的盐。这些合适盐的实例为碱金属(如，钠和钾)盐、碱土金属(如，钙、镁和钡)盐、铝盐、铵(NH4 +)盐及其组合。例如，可以使用的糖金属盐，如铝、钙、镁、钠、钾、钡或任何其它生理学上可接受的盐及其组合。在一个实施方案中，所述盐为铝盐。
在另一个实施方案中，所述糖为多硫酸化二糖铝盐。这样的糖的一个实例为硫糖铝(α-D-吡喃葡糖苷、β-D-果糖呋喃糖基-、八-(硫酸氢根)、铝复合物)。硫糖铝(市售为CARAFATE，Hoechst Marion Roussel)为硫酸化蔗糖的碱式铝复合物，其具有通式(1)：
Figure S2006800225687D00041
其中，R为-SO3Al(OH)2；x为8至10；且y为22至31。
硫糖铝用于治疗胃、十二指肠和幽门前溃疡、胃炎、反流性食管炎和其它胃肠刺激。虽然硫糖铝用于加速治疗胃肠问题的精确理论尚不完全明确，但是已知硫糖铝选择性结合胃肠道的溃疡区域而不是没有溃疡的区域。具体地，已知在人中，硫糖铝与溃疡胃粘膜结合是与没有溃疡粘膜结合的大约6至7倍。
通过粘附于溃疡位点的蛋白质性渗出物并形成对酸、胃蛋白酶或胆汁盐的保护屏障，硫糖铝包衣于胃和胃溃疡的组织。该保护屏障被认为通过阻断损伤位点进一步被进攻而促进对溃疡的胃组织的治疗。硫糖铝也可通过排除来自胃分泌的酸、胃蛋白酶和胆汁盐且通过加速溃疡粘膜组织的血管形成和再生，发挥抗溃疡作用。
本发明将硫酸化和/或磷酸化的糖与适合的光学分子组合以产生光学成像试剂，其可以用于特异性靶向和成像胃肠道的发炎或溃疡位点。虽然主要根据硫糖铝和相关结构进行讨论，但是应该理解根据本发明任何特异性结合胃肠溃疡粘膜或其它胃肠疾病的糖组合物可以被化学修饰以产生合适的光学成像造影剂。除上述讨论外，其它合适的化合物可包括，例如其它生理学上可接受的多硫酸化和/或多磷酸化的糖金属盐，和硫糖铝的衍生物等。
用于取代或连接到硫酸化和/或磷酸化糖分子的适合染料为光学染料。如本文所用的，术语“光学染料”是指在约350纳米至约1300纳米的波长范围内传导光、反射光或发射荧光的染料，且其在胃肠道条件下，如酸性条件下含水溶液体系中，足够稳定。如本文所用的“足够稳定”是指足够时间的稳定，以使得将本发明的光学成像试剂给予到病人并得到光学图像。例如，对于上胃肠道的成像，足够稳定的光学染料在上胃肠道中pH条件下稳定(如在pH＜5，优选为pH＜3稳定)高达约30分钟至4小时，尤其为高达30分钟至2小时。本发明的光学染料优选不含有被伯胺、仲胺、醛或酮基团取代的脂肪链或基团。使用各种光学成像技术，例如各种光学体层摄影术、内窥镜检查术、光声应用、声致荧光应用，本文所述的且与硫酸化和/或磷酸化糖分子相连的光学染料使胃肠道的溃疡和发炎位点可以检测到。
任何本领域已知的合适的光学染料或其衍生物可以与本发明的硫酸化和/或磷酸化的糖组合使用。在一个实施方案中，本发明适合的光学染料分子包括至少一个取代基，所述取代基选自-SO3H(磺酸)、-PO4H2(磷酸)、-COOH(羧酸)及其组合。在优选实施方案中，该光学染料分子包括至少两个酸取代基。如果该光学染料分子包括至少两个酸取代基，那么至少两个酸取代基任选为与光学染料结构中的另一个非常相似。认为与另一个非常相似的酸取代基能与二价或三价金属离子形成稳定的盐。认为本发明的光学染料分子有低毒性。光学染料分子的实例包括描述于美国专利号6,329,531的两个或多个磺酸基团或它们的盐，在此全部引用作为参考。光学染料分子的实例包括描述与WO 01/43781三个或多个磺酸基团，在此全部引用作为参考。包含一个或多个-SO3H或-PO4H2基团且符合本发明光学染料要求的食用色素也可适合用于本发明。
例如，适合的光学染料包括：花青、靛青(靛青绿)、酞菁、方酸菁(squaaines)、聚甲炔、吡嗪(pyrzines)、若丹明(rhodamines)、荧光素和其衍生物和类似物。
这些和其它适合的光学染料的实例为本领域已知的。例如，适合的花青和/或靛青染料描述于美国专利号6,180,085；美国专利号6,180,087；美国专利号5,453,505；美国专利号6,258,340；美国专利公开申请号2003/0180221；WO 00/16810；和WO 01/43781，所有全部在此引用作为参考。其它适合的光学染料描述于美国专利号6,277,841；和美国专利号6,540,981，所有全部在此引用作为参考。根据本发明的描述，对于本领域熟练技术人员是明显的，公开于上述任何专利和公开专利申请的染料适合用于本发明。
可以使用本领域普通技术人员公知的常规方法得到本发明的光学染料制剂。例如，参见上述发明或公开申请，如WO 01/43781，对于如何制备在其中教导的光学染料的描述。
在一个实施方案中，用于合并入磷酸化和/或磷酸化的糖的光学染料为花青染料、靛青染料或其衍生物，如描述于美国专利号6,180,087和6,180,085。在一个实施方案中，所述花青染料为通式(2)的染料：
其中a1和b1在0～5中变化；W1和X1可以相同或不同且选自-CR10R11、-O-、-NR12、-S-和-Se；Q1为单键或选自-O-、-S-、-Se-和-NR13；Y1和Z1可以相同或不同且选自-(CH2)c-CO2H、-(CH2)c-SO3H、-(CH2)c-PO4H2、-CH2-(CH2-O-CH2)d-CH2-CO2H、-CH2-(CH2-O-CH2)d-CH2-SO3H、-CH2-(CH2-O-CH2)d-CH2-PO4H2、-(CH2)g-N(R14)-(CH2)h-CO2H、-(CH2)g-N(R14)-(CH2)h-SO3H、-(CH2)g-N(R14)-(CH2)h-PO4H2、-(CH2)I-N(R15)-CH2-(CH2-O-CH2)j-CH2-CO2H、-(CH2)I-N(R15)-CH2-(CH2-O-CH2)j-CH2-SO3H；和-(CH2)I-N(R15)-CH2-(CH2-O-CH2)j-CH2-PO4H2；R1和R10至R15可以相同或不同且选自氢、C1-C10烷基、C1-C10芳基、C1-C10烷氧基、C1-C10多烷氧基烷基、-CH2(CH2-O-CH2)c-CH2-OH、C1-C20多羟基烷基、C1-C10多羟基芳基、-(CH2)d-CO2H、-(CH2)d-SO3H、-(CH2)d-PO4H2、-CH2-(CH2-O-CH2)e-CH2-CO2H、-CH2-(CH2-O-CH2)e-CH2-SO3H、和CH2-(CH2-O-CH2)e-CH2-PO4H2；c、e、g、h和i在1～10中变化；d、f和j在1～100中变化；且R2至R9可以相同或不同且选自氢、C1-C10烷基、C1-C10芳基、羟基、C1-C10多羟基烷基、C1-C10烷氧基、氰基、硝基、-COOH、-SO3H、-PO4H2和卤素。
在另一个实施方案中，花青染料为通式(3)的染料：
其中a3和b3与a1和b1的定义方式相同；W3和X3与W1和X1的定义方式相同；Y3与Y1的定义方式相同；Z3与Z1的定义方式相同；A1为单键或双键；如果A1为单键，那么B1和C1可以相同或不同且选自-O-、-S-、-Se-、-P-和-NR38且D1选自-CR39R40和-C＝O；如果A1为双键，那么B1选自-O-、-S-、-Se-、-P-和-NR38，C1为氮或-CR41且D1为-CR42；R29至R37选自氢、C1-C10烷基、C1-C10芳基、羟基、亲水肽、C1-C10多羟基烷基、C1-C10烷氧基、-COOH、-SO3H、-PO4H2、氰基、硝基、和卤素；R38至R42可以相同或不同且选自氢、C1-C10烷基、C1-C10芳基、C1-C10烷氧基、C1-C10多烷氧基烷基、-CH2(CH2-O-CH2)c-CH2-OH、C1-C20多羟基烷基、C1-C10多羟基芳基、-(CH2)d-CO2H、-(CH2)d-SO3H、-(CH2)d-PO4H2、-CH2-(CH2-O-CH2)e-CH2-CO2H、-CH2-(CH2-O-CH2)e-CH2-SO3H、和-CH2-(CH2-O-CH2)e-CH2-PO4H2；c、e、g、h和i在1～10中变化；d、f和j在1～100中变化；R43和R44可以相同或不同且选自氢、C1-C10烷基、和C1-C10芳基、或一起形成5、6、或7元任选含有一个或多个氧、氮或硫原子的杂环。
在另一个实施方案中，该花青染料为通式(4)的染料：
Figure S2006800225687D00081
其中a5与a1的定义方式相同；W5和X5与W1和X1的定义方式相同；Y5与Y1的定义方式相同；Z5与Z1的定义方式相同；A3与A1的定义方式相同；B3、C3和D3与B1、C1和D1的定义方式相同；且R58至R66与R29至R37的定义方式相同。
本文所用的光学染料也可为靛青染料，例如靛青绿。所述靛青可以为美国专利号6,180,087和6,180,085所述的靛青。例如，在一个实施方案中，该靛青为通式(5)的染料：
Figure S2006800225687D00082
其中a2和b2与a1和b1的定义方式相同；W2和X2与W1和X1的定义方式相同；Q2与Q1的定义方式相同；R16和R10至R15与R1和R10至R15的定义方式相同；Y2与Y1的定义方式相同；Z2与Z1的定义方式相同；且R17至R28与R2至R9的定义方式相同。
在一个特殊实施方案中，本文所述的硫酸化和/或磷酸化的糖分子可以被多于一个的光学染料取代。由于用于胃肠道损伤区域的硫酸化和/或磷酸化的糖分子(如硫糖铝和其先导物和衍生物)的特殊性，仅要求少量的光学染料用于检测。这是特别有利的，因为使用少量的染料降低了对病人的染料毒性的危险。
本文中可交换使用的短语“光学染料取代的糖硫酸盐组合物”或“光学染料取代的硫酸化糖组合物”，指的是包括至少一个硫酸化的糖分子的组合物，其在带有至少一个光学染料的硫酸化的糖的一个或多个位置上被取代。同样的，本文中可交换使用的短语“光学染料取代的糖磷酸盐组合物”或“光学染料取代的磷酸化糖组合物”，指的是包括至少一个磷酸化的糖分子的组合物，其在带有至少一个光学染料的磷酸化的糖的一个或多个位置上被取代。并不是组合物中所有硫酸化和/或磷酸化的糖需要被光学染料取代，只要足量的硫酸化和/或磷酸化的糖分子被取代以使得能够检测到胃肠道的损伤区域。
用于检测所需的光学分子，且尤其是光学染料的量依赖于所选择的光学分子和所用的光学检测技术而改变，且可以由本领域熟练技术人员方便地确定。例如，在光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物中光学染料的量可以在下面的总光学染料与总硫酸化和/或磷酸化的糖的摩尔比率范围：约0.0001∶1至约3∶1、0.001∶1至约1∶1、约0.002∶1至约1∶1和约0.005∶1至约0.5∶1。例如，0.01摩尔光学染料可以与1摩尔硫糖铝反应以产生包含光学染料取代的硫糖铝的组合物，光学染料与硫糖铝的摩尔比例为0.01∶1。本发明的组合物可以包含在一个位置上被光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖分子，在多个位置上被光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖分子，未被取代的硫酸化和/或磷酸化的糖分子，及其组合。
本发明的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物可优选包含多于一种的光学染料。使用多种检测方法，这些组合物可有利地能够检测胃肠道的损伤区域。在一个实施方案中，该光学染料选自花青染料和靛青染料。
例如，在一个实施方案中，包括两种或多种光学染料的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物可以通过将两种或多种光学染料与硫酸化和/或磷酸化的糖反应而制备。所得组合物可以包含仅被一种光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖分子，被两种或多种光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖分子，未被取代的硫酸化和/或磷酸化的糖分子，及其组合。或者，包括两种或多种光学染料的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物可以通过下述方法制备，分别将每种光学染料与硫酸化和/或磷酸化的糖分子反应以产生包含每种染料的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物，然后将所得组合物组合以产生包含两种或多种光学染料的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物。在一个实施方案中，该光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物包含总光学染料与总硫酸化和/或磷酸化的糖的摩尔比例在下述范围：约0.0001∶1至约3∶1、0.001∶1至约1∶1、约0.002∶1至约1∶1和约0.005∶1至约0.5∶1。
根据本发明，可以在一个或多个位置引入或取代上述光学染料到硫酸化和/或磷酸化的糖分子上。在一个实施方案中，将该光学染料引入到具有通式(6)的糖：
Figure S2006800225687D00101
其中R选自-SO3M(OH)b、-PO3M(OH)b、氢及其任何组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(OH)b或-PO3M(OH)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；a为M的化合价(如，如果M为Al，a＝3；如果M为Mg，a＝2；如果M为Na，a＝1，等；a为1～3)，b为M的化合价减1(b为0～2)，x为1～15；且y为0～35。因此，在一个分子中，所有的R基团可以为-SO3M(OH)b、所有R基团可以为-PO3M(OH)b，或R基团可以为-SO3M(OH)b和/或-PO3M(OH)b和/或氢的一些组合，只要至少一个R基团为-SO3M(OH)b或-PO3M(OH)b。
可以在不同位置将光学染料取代到糖中，如下所述。应该注意式6仅包括基于蔗糖的硫酸化和/或磷酸化的二糖。然而，如上所述，硫酸化和/或磷酸化的糖可以为任何选择性与胃肠道的损伤和/或发炎区域结合的糖，且可以包括磷酸化和/或硫酸化的单糖和其它多糖。因此，下面讨论的光学染料取代为示例性的而不是限制性的，相似的取代可以用于其它合适的糖。
在一个实施方案中，在八个-OR位置中的任意一个或多个将光学染料取代到糖分子中；即，将至少一个(且最高所有的八个)-OR基团消除并用光学染料代替，使得至少一个光学染料代替一个-OR基团，且直接或间接与环结构或与连接到环结构的碳原子相连。从这种取代得到的光学染料取代的糖可具有通式(7)：
Figure S2006800225687D00111
其中Z1选自光学染料、-OR及其组合，只要至少一个Z1基团为光学染料；R选自-SO3M(OH)b、-PO3M(OH)b、氢及其组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(OH)b或-PO3M(OH)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；a为M的化合价(如，如果M为Al，a＝3；如果M为Mg，a＝2；如果M为Na，a＝1，等；a为1～3)，b为M的化合价减1(b为0～2)，x为1～15；且y为0～35。因此，在一个分子中，Z1基团可以为光学染料和/或-OR基团的任意组合，只要至少一个Z1基团为光学染料，且至少一个Z1基团为-OR。同样，在一个分子中，所有R基团可以为-SO3M(OH)b，所有R基团可以为-PO3M(OH)b，或R基团可以为-SO3M(OH)b和/或-PO3M(OH)b和/或氢的任意组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(OH)b或-PO3M(OH)b。
在另一个实施方案中，可以在八个-R位置中任何一个或多个将光学染料取代到糖分子中；即，将至少一个(且最高所有的八个)-R基团消除并用光学染料代替，使得至少一个羟基氧直接或间接与光学染料相连。从这种取代得到的光学染料取代的糖可具有通式(8)：
Figure S2006800225687D00121
其中Z2选自光学染料、-R、氢、及其任何组合，只要至少一个Z2基团为光学染料，且至少一个Z2基团为-R；R独立地选自-SO3M(OH)b和一PO3M(OH)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；a为M的化合价(如，如果M为Al，a＝3；如果M为Mg，a＝2；如果M为Na，a＝1，等；a为1～3)，b为M的化合价减1(b为0～2)，x为1～15；且y为0～35。因此，在一个分子中，Z2基团可以为光学染料和/或-R基团和/或氢的任意组合，只要至少一个Z2基团为光学染料，且至少一个Z2基团为-R。“R独立选自-SO3M(OH)b和-PO3M(OH)b”指在一个分子中，所有R基团可以为-SO3M(OH)b，所有R基团可以为-PO3M(OH)b，或R基团可以为-SO3M(OH)b和/或-PO3M(OH)b的一些组合。
在另一个实施方案中，光学染料与一个或多个存在于糖分子的金属原子相连。在此实施方案中，光学染料直接或间接与位于-R基团中的金属原子相连，或与位于络合基团中的金属原子相连。由于这种取代，光学染料取代的糖可具有通式(9)：
Figure S2006800225687D00122
其中a为M的化合价(如，如果M为Al，a＝3；如果M为Mg，a＝2；如果M为Na，a＝1，等；a为1～3)，b为M的化合价减1(b为0～2)，x为1～15；且y为0～35；R选自-SO3M(Z3)b、-PO3M(Z3)b、氢，及其任意组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(Z3)b或-PO3M(Z3)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；且Z3选自光学染料、-OH及其任何组合，只要至少一个Z3基团为光学染料。因此，在一个分子中，所有Z3基团可以是光学染料，或Z3基团可以为光学染料和/或-OH基团的一些组合，只要至少一个Z3基团为光学染料。例如，光学染料可以与位于R基团中的金属原子(如Al、Ca、Mg、Na、K或Ba)相连(即，-SO3M(Z3)b和/或-PO3M(Z3)b)，其中两个Z3基团均为-OH基团，两个Z3基团均为光学染料，或Z3基团为光学染料和/或-OH的一些组合。同样，光学染料可以与位于络合基团中的金属原子(如Al、Ca、Mg、Na、K或Ba)相连(即，[M(Z3)a]x[H2O]y)，其中所有Z3基团为光学染料，所有Z3基团为-OH基团，或Z3基团为光学染料和/或-OH的一些组合。然而，在一个分子中，至少一个Z3基团应该为光学染料。而且，在一个分子中，所有R基团可以为-SO3M(Z3)b，所有R基团可以为-PO3M(Z3)b，或R基团可以为-SO3M(Z3)b和/或-PO3M(Z3)b和/或氢的一些组合，只要至少一个R基团为-SO3M(Z3)b或-PO3M(Z3)b。
在另一个实施方案中，光学染料与存在于糖分子中的一个或多个羟基氧原子相连。在该实施方案中，光学染料直接或间接与也连接于位于-R基团中的金属原子的羟基氧原子相连，或与也连接于位于络合基团中的金属原子的羟基氧原子相连。从这种取代得到的光学染料取代的糖可具有通式(10)：
Figure S2006800225687D00131
其中R选自-SO3M(OZ4)b、-PO3M(OZ4)b、氢和其任意组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(Z4)b或-PO3M(Z4)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；Z4为光学染料、氢和其任意组合，只要至少一个Z4基团为光学染料；a为M的化合价(如，如果M为Al，a＝3；如果M为Mg，a＝2；如果M为Na，a＝1，等；a为1～3)，b为M的化合价减1(b为0～2)，x为1～15；且y为0～35。因此，在一个分子中，所有Z4基团可以为光学染料，或Z4基团可以为光学染料和/或氢的一些组合，只要至少一个Z4基团为光学染料。例如，光学染料与连接于位于-R基团中的金属原子(如Al、Ca、Mg、Na、K或Ba)的羟基氧相连(即，-SO3M(OZ4)b和/或-PO3M(OZ4)b；)，其中两个Z4基团均为氢，两个Z4基团均为光学染料，或Z4基团为光学染料和/或氢的一些组合。同样，光学染料可以与连接于位于络合基团中的金属原子(如Al、Ca、Mg、Na、K或Ba)的羟基氧相连(即，[M(OZ4)a]x[H2O]y)，其中所有Z4基团为光学染料，所有Z4基团为氢，或Z4基团为光学染料和/或氢的一些组合。然而，在一个分子中，至少一个Z4基团应该为光学染料。而且，在一个分子中，所有R基团可以为-SO3M(OZ4)b，所有R基团可以为-PO3M(OZ4)b，或R基团可以为-SO3M(OZ4)b和/或-PO3M(OZ4)b和/或氢的一些组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(OZ4)b或-PO3M(OZ4)b。
在另一个实施方案中，在上述一个或多个位点的组合将光学染料引入到糖分子中。例如，通过替代-R基团和-OR基团，将光学染料引入并结合到金属原子和羟基氧原子或其任意组合。
如上所述，可以将一种光学染料连接到糖的多个位置。或者，在任何上述位置将两种或多种不同光学染料连接到相同的糖分子。光学染料的数量不是关键的，只要光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物包含足够的光学染料以使能够检测到胃肠道的损伤区域。
使用本领域已知的任何合适的方法，可以在上述一个或多个位置，将本文所述的光学染料连接到硫酸化和/或磷酸化的糖分子上。可以在上述位置将光学染料直接或间接(例如，使用连接方法、螯合方法、偶联方法和/或交联方法等)连接到硫酸化和/或磷酸化的糖分子。“直接连接”是指，不通过一些类型的接合物(connector)，如连接剂、螯合剂或偶联剂等将光学染料连接到硫酸化和/或磷酸化的糖上。例如，使用本领域普通技术人员公知的常规化学反应技术，可以通过一种下述或相似的连接将光学染料连接到糖上，所述连接如碳-碳键、碳-氮键、碳-氧键、氧-碳键或氧-硫键。“间接连接”是指，通过一些种类的接合物将光学染料连接到硫酸化和/或磷酸化的糖上。例如，合适的接合物指包括螯合剂、连接剂、偶联剂等，或其组合。由于各种连接方法是本领域已知的，所以本文仅简单描述。
用于直接将光学染料连接到硫酸化和/或磷酸化的糖的一种合适的方法包括，例如，将染料的-COOH基团(或其等价物)与糖分子的-OH基团反应导致形成酯键。另一个选择是将光学染料中的-OH基团与糖分子中的-OH基团反应导致形成醚键。这些和其它相似的合成方法是本领域公知的。
在另一个实施方案中，使用连接剂通过首先将官能团与硫酸化和/或磷酸化的糖分子中合适位置和/或染料分子中合适位置相连，以促进硫酸化和/或磷酸化的糖与光学染料之间的反应，将光学染料连接于硫酸化和/或磷酸化的糖分子。合适的官能团包括，但不限于，异氰酸酯基团、氨基、卤代乙酰基、甲基苯磺酸基团(-OTs)和磺酰卤等。合适的官能团也描述于美国专利号6,521,209。合适的连接剂包括聚合物和偶联试剂等。在一个实施方案中，连接剂为聚合物。首先可以将聚合物连接到硫酸化和/或磷酸化的糖分子上，然后在所用的第二个反应中，将硫酸化和/或磷酸化的糖与光学染料相连。或者，首先将聚合物连接到光学染料上，然后在所用的第二个反应中，将光学染料与硫酸化和/或磷酸化的糖分子相连。或者，在一个反应中将光学染料和硫酸化和/或磷酸化的糖同时连接到聚合物上。任选地，可以将官能团加到光学染料和/或硫酸化和/或磷酸化的糖分子上，以促进与连接剂相连。
在另一个实施方案中，本发明的光学分子可以包括任何生理学上可接受的颗粒材料，所述颗粒材料含有一种或多种光学分子。这些颗粒可以是固体颗粒(如，未包衣或包衣以提供在含水溶液体系中的稳定性)、或流体(如，乳剂中的液体颗粒)、或可以为聚集物(如，含有脂质体的流体)，其含有一种或多种光学分子。在一个实施方案中，颗粒材料的粒径小于或与入射光波长相近。这些颗粒优选为水不溶性或至少溶解性足够差，以使保持它们用于以后给予病人光学成像的足够时间所需的粒径。这些颗粒的实例描述于美国专利号6,540,981。
在一个实施方案中，这些颗粒为适合用于光学成像的纳米粒子。这些纳米粒子可以为量子点、Si或Si/Ge的纳米粒子、或含有合适光学染料的纳米粒子，所述光学材料如包裹在其中的荧光团。纳米粒子，如量子点和Si或Si/Ge纳米粒子的发光波长依赖于纳米粒子的粒径。用于生产这些纳米粒子的方法是本领域已知的。例如，美国专利号6,585,947公开的用于生产均一的(直径1～3纳米)的Si纳米粒子的方法，在此全部引用作为参考。这些颗粒可以物理地包裹于本发明的硫酸化和/或磷酸化的糖中或包衣有本发明的硫酸化和/或磷酸化的糖，尤其是硫酸化和/或磷酸化的糖金属盐基质(matrix)，且用于本发明的光学成像应用。
任选地，上述含有光学分子的硫酸化和/或磷酸化的糖金属盐基质可进一步含有铁磁性和/或超顺磁性的颗粒。已知这些铁磁性和超顺磁性的颗粒有作为MRI造影剂的功能。铁磁性物质易于有强磁性；即，原子的偶极矩易于自发地在相同方向上排成直线。这可能发生在甚至在没有外加磁场时。表现铁磁性的材料的实例包括，除别的外还有铁、钴、镍、钆、镝，和它们的合金，以及CrO2、MnOFe2O3、FeOFe2O3、NiOFe2O3、CuOFe2O3、MgOFe2O3、EuO、Y3Fe5O12，和多种氧化铁化合物，如磁石(Fe3O4)和铁氧体(Fe2O3)。超顺磁性材料含有介于铁磁性和顺磁性物质之间的磁化率，且一般为小颗粒(即，在约150纳米以下)。超顺磁性材料的实例包括多种含有造影剂的铁，如超顺磁性氧化铁(“SPIOs”)，且包括超小SPIOs。合适的SPIOs的实例包括合适粒径的磁铁颗粒(如，粒径小于10nm)、铁氧铁颗粒、磁赤铁(γ-Fe2O3)颗粒，和磁铁性蛋白(magnetoferritin)颗粒。适合的超小SPIOs的实例包括包衣羧基葡聚糖(Resovistferucarbotran，Schering AG)的醣胶氧化铁(ferumoxide)、包衣Dextran T-10(Combidexferumoxtran，AdvancedMagnetics，Inc.)的单晶氧化铁颗粒、和包衣Dextran T-10(如，MION-37的粒径为22±6nm和MION-46的粒径为21±3nm)单晶氧化铁纳米粒子(MION)。铁磁性和超顺磁性颗粒的其它实例是本领域已知的且描述于美国专利号5,653,959和美国专利号5,023,072，在此全部引用作为参考。任选地，超顺磁性或铁磁性颗粒可以包衣有适合的在酸性条件下提供提高的稳定性的颗粒。这些用于包衣超顺磁性或铁磁性颗粒的物质是本领域公知的。
在另一个实施方案中，在本发明中使用的颗粒为包裹于微球颗粒的光学染料，所述微球颗粒的粒径范围为约40μm至约1200μm，如三丙稀基明胶微球，如市售来自BioSphere Medical的Embosphere微球。这些微球可以物理地包裹在本发明的硫酸化和/或磷酸化的糖中，或被本发明的硫酸化和/或磷酸化的糖包衣，尤其是本发明的硫酸化和/或磷酸化的糖金属盐基质，且用于本发明的光学成像应用。
一旦制备了光学分子取代的硫酸化和/或磷酸化的糖制剂，将其给予病人以辅助检测胃肠道的损伤区域。如本文中所用的“病人”是指任何需要检测胃肠道损伤区域的动物。优选地，动物为哺乳动物，且最普遍的为人。
本文描述的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物可以配制到用于给药的诊断组合物中。当配制后，光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物适合于体内如口服或直肠给药。优选地，该组合物为口服给药。除了光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖，该组合物可含有其它生理学上可接受的载体、稀释剂或赋形剂，包括缓冲液、表面活性剂、乳化剂、触变剂、稳定剂和调味剂，和用于增强该组合物感观性质的其它成分。该组合物也包括抗菌素或抗真菌剂(如，对羟基苯甲酸酯)和防气肿试剂(如，二甲硅油)。可以将该组合物配制为常规药学给药的形式，如片剂、包衣片剂、胶囊、丸剂、粉末剂、溶液剂、混悬剂、分散剂、糖浆剂、乳剂等。
含有光学分子取代的硫酸化和/或磷酸化的糖的组合物的剂量没有特别的限制，只要剂量能够检测胃肠道的损伤区域。剂量依据病人、所选的光学分子和所使用的检测技术而改变，但是可以被本领域熟练技术人员简单地优化。在一个实施方案中，以每5至50mL悬浮液中约0.001g至约2g的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖给予该组合物，优选地以每10至20mL悬浮液中约0.001g至约1g的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖给予该化合物。在另一个实施方案中，以每5至50mL悬浮液中约0.001g至约2g的含有光学分子的硫酸化和/或磷酸化的糖金属盐基质给予该组合物，优选为以每10至20mL悬浮液中约0.001g至约1g的含有光学分子的硫酸化和/或磷酸化的糖金属盐基质给予该组合物。
给予病人本发明的组合物，之后在合适的时间进行光学检测技术。这种适合的时间是本领域公知的。在一个实施方案中，给予该组合物至少15分钟后，进行检测技术。在另一个实施方案中，给予该组合物至少1小时后，进行检测技术。
一旦给予光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物，该组合物的活性成分将粘附于胃肠道粘膜的损伤区域。然后使用各种光学检测方法这些损伤区域可以被检测到，其中所述检测方法如光成像技术。光成像技术利用传递、散射或发射(荧光)光子或这些作用的组合。一般地，光成像技术使用电磁光谱的紫外、可见或红外区域的照明光源。在光成像中，检测通过身体传递、被身体散射或从身体反射(或以荧光再发射)的光，且直接或间接产生图像。光学检测方法的许多实例是本领域已知的。优选地，检测方法选自光学体层摄影术、内窥镜检查术、光声应用和声致荧光应用。这些和其它光成像技术是本领域已知的，且描述于，例如美国专利号6,258,340；美国专利号6,540,981；和WO 00/16810。
本发明还提供了用于检测胃肠道损伤区域的方法。该方法包括给予病人包含含有糖分子的光学分子(如光学取代的糖分子)的组合物，并用检测方法检测胃肠道损伤区域。优选地，糖选自硫酸化的糖、磷酸化的糖及其组合。更优选地，硫酸化的糖为硫糖铝，且光学染料含有一个或多个选自下述的基团，-SO3H、-PO4H2、-COOH或其组合，其中该染料不含被伯胺、仲胺、醛或酮基团取代的脂肪链或基团。任选地，将能够被磁共振成像检测的足量MRI造影剂(即超磁性或铁磁性颗粒)物理地引入到含有光学分子的硫酸化和/或磷酸化的糖组合物中。在这种情况中，替代或除光学检测方法外，磁共振成像可用于检测胃肠道的损伤区域。因此对于本领域熟练技术人员是明显的，所用的检测方法可依赖于所用的光学分子改变。
使用与硫酸化和/或磷酸化的糖结合的光学分子检测胃肠道的溃疡和发炎位点可以提供了许多优于现有使用常规染料检测方法的优点。例如，用于检测胃肠道损伤位点的硫糖铝的特异性允许特异靶向溃疡，与没有溃疡特异性的常规造影剂相比，使用了较低剂量的光学染料取代的硫酸化和/或磷酸化的糖。这从而提高了诊断的简易性和准确性，其降低了对病人的危险。此外，使用光学染料提供了用于非放射性检测的方法。而且，由于身体仅最低限度地吸收硫糖铝，不在发炎或溃疡组织上的形成包衣的大多数硫糖铝分子应简单的通过胃肠道。结果，被身体相对吸收的连接于硫糖铝的染料化合物应该相对于未连接的染料化合物降低。在检测期间，这将导致更安全的组合物和降低背景假相，其给出了改良的成像效果。成分的低剂量体积、安全性和通过胃肠道的低潜在吸收也应该导致对病人最小的副作用，因此导致提高了病人的顺应性。
根据本发明，光学染料与硫酸化和/或磷酸化糖分子，尤其是对硫糖铝的连接，不会导致荧光淬灭问题的发生。而且，根据本发明，光学染料与硫酸化和/或磷酸化糖分子的连接也不会妨碍染料的光学性质。
在上述的组合物和方法中，不脱离本发明的范围可以有各种改变，因此上述说明书中的所有内容是作为示例性的说明而没有限制意义。

Claims (26)

1.用于检测胃肠道损伤区域的组合物，所述组合物包括能够与胃肠道的损伤或发炎区域选择性结合的含有光学分子的糖或其生理学上可接受的盐。
2.权利要求1的组合物，其中所述糖分子选自硫酸化的糖、磷酸化的糖及其组合。
3.权利要求1或2的组合物，其中所述糖分子为选自硫糖铝和硫糖铝的衍生物的硫酸化的糖。
4.权利要求1～3的任一项的组合物，其中所述光学分子适合用于胃肠道的光学检测并且包括至少一种光学染料。
5.权利要求4的组合物，其中在约350纳米至约1300纳米的波长范围内，所述光学染料传导光、反射光或发射荧光，并且在胃肠道的环境下足够稳定。
6.权利要求5的组合物，其中所述光学染料包括至少一种取代基，所述取代基选自-SO3H(磺酸)、-PO4H2(磷酸)、-COOH(羧酸)及其组合。
7.权利要求5～6任一项的组合物，其中所述光学染料选自花青、靛青、酞菁、方酸菁、聚甲炔、吡嗪、罗丹明、荧光素和其衍生物和类似物。
8.权利要求4～7中任一项的组合物，其中所述组合物包括两种或多种光学染料。
9.权利要求4～8中任一项的组合物，其中所述光学染料直接与糖连接。
10.权利要求4～8中任一项的组合物，其中所述光学染料通过至少一种螯合剂、至少一种连接剂或至少一种偶联部分间接与糖连接。
11.权利要求1～10中任一项的组合物，其中所述光学分子和糖以约0.0001∶1至约3∶1的总光学分子与总糖的摩尔比例存在。
12.权利要求4～8中任一项的组合物，其中所述光学染料取代的糖包括：
Figure S2006800225687C00021
其中Z1选自光学染料、-OR及其任意组合，只要至少一个Z1基团为光学染料且至少一个Z1基团为-OR；R选自-SO3M(OH)b、-PO3M(OH)b、氢、及其任意组合，只要至少一个R基团为-SO3M(OH)b或-PO3M(OH)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；a为M的化合价；b为M的化合价减1；x为1～15；和y为0～35。
13.权利要求4～8中任一项的组合物，其中所述光学染料取代的糖包括：
Figure S2006800225687C00022
其中Z2选自光学染料、-R、氢及其任意组合，只要至少一个Z2基团为光学染料且至少一个Z2基团为-R；R独立地选自-SO3M(OH)b和-PO3M(OH)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；a为M的化合价；b为M的化合价减1；x为1～15；和y为0～35。
14.权利要求4～8中任一项的组合物，其中所述光学染料取代的糖包括：
Figure S2006800225687C00031
其中R选自-SO3M(Z3)b、-PO3M(Z3)b、氢、及其任意组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(Z3)b或-PO3M(Z3)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；Z3选自光学染料、-OH及其任意组合，只要至少一个Z3基团为光学染料；a为M的化合价；b为M的化合价减1；x为1～15；和y为0～35。
15.权利要求4～8中任一项的组合物，其中所述光学染料取代的糖包括：
其中R选自-SO3M(OZ4)b、-PO3M(OZ4)b、氢、及其任意组合，只要至少一个-R基团为-SO3M(OZ4)b或-PO3M(OZ4)b；M独立地选自Al、Ca、Mg、Na、K、Ba和NH4；Z4选自光学染料、氢及其任意组合，只要至少一个Z4基团为光学染料；a为M的化合价；b为M的化合价减1；x为1～15；和y为0～35。
16.权利要求1～3中任一项的组合物，其中所述光学分子为生理学上可接受的颗粒材料，所述纳米材料选自适合于光学成像的纳米粒子和包裹于生理学上可接受的颗粒材料中的光学染料。
17.权利要求16的组合物，其中所述光学分子为适合光学成像的纳米粒子，所述纳米粒子选自量子点、Si或Si/Ge的纳米粒子和其中包裹合适光学染料的纳米粒子。
18.权利要求17的组合物，其中所述纳米粒子被物理地包裹在硫酸化的和/或磷酸化的糖中或由硫酸化的和/或磷酸化的糖包衣。
19.权利要求16的组合物，其中所述光学分子为包裹于生理学上可接受的颗粒材料中的光学染料。
20.权利要求19的组合物，其中生理学上可接受的颗粒材料为微球，且该微球被物理地包裹在硫酸化的和/或磷酸化的糖中或由硫酸化的和/或磷酸化的糖包衣。
21.权利要求1～20的组合物，其还包括超顺磁性试剂、铁磁性试剂及其组合。
22.检测胃肠道损伤部位的方法，所述方法包括：
给予病人权利要求1～21中任一项的组合物；和
用检测方法检测胃肠道的损伤部位。
23.权利要求22的方法，其中所述检测方法选自光学体层摄影术、内窥镜检查术、光声应用、声致荧光应用和磁共振成像术。
24.权利要求22或23的方法，其中将所述组合物以每约5mL～约50mL悬浮液约0.001g至约2g的光学染料取代的糖分子的量给予。
25.权利要求22或23的方法，其中将所述组合物以每约5mL～约50mL悬浮液约0.001g至约2g的含有硫酸化和/或磷酸化的糖金属盐基质的光学分子的量给予。
26.权利要求22～25任一项的方法，其中在所述检测前至少约15分钟给予所述组合物。
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