CN103096935B - 开关型荧光纳米颗粒探针及使用其的荧光分子成像法 - Google Patents

开关型荧光纳米颗粒探针及使用其的荧光分子成像法 Download PDF

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Abstract

本发明提供具有开关功能(在纳米颗粒制备时荧光色素猝灭、在成像时发出荧光的功能)的新型成像用荧光纳米颗粒探针。该开关型荧光纳米颗粒探针包括由具有亲水性嵌段链和疏水性嵌段链的两亲性嵌段聚合物构成的分子聚集体和在该分子聚集体中内含的荧光色素，其中，(a)亲水性嵌段链含有选自肌氨酸单元和环氧烷单元中的单元作为亲水性必需构成单元，(b)疏水性嵌段链含有选自氨基酸单元和羟基酸单元中的单元作为疏水性必需构成单元，(c)荧光色素是下述式(I)所示的花青化合物，每一个分子聚集体内含多个分子的荧光色素。

Description

开关型荧光纳米颗粒探针及使用其的荧光分子成像法
技术领域
本发明涉及具有生物适应性的、在由两亲性物质构成的分子聚集体中内含荧光色素而成的荧光纳米颗粒及使用其作为探针的荧光成像。
背景技术
近年来对纳米技术的关注在高涨，开发了利用纳米尺寸物质特有的性质的新型功能性材料。该新型功能性材料可以在能源、电子及医药等广泛的领域中应用。纳米技术尤其在生物体样本中的物质的检测、体内(in vivo)成像中引人注目。
在医药领域中，让近红外荧光色素在肿瘤部分聚集、将肿瘤部分成像的近红外荧光摄影法受到了关注。在该方法中，将具有通过激发光照射而在近红外区域发射荧光的性质的化合物作为造影剂给药于生物体内。接着，从身体的外侧照射近红外波长的激发光，检测由在肿瘤部分聚集的荧光造影剂发射的荧光，确定病变部位。
用作成像用探针的物质主要由载剂和荧光色素构成，分别报告了各种形态的物质。
作为载剂，可列举出脂质体纳米颗粒(日本特开2005-220045号公报(专利文献1))、肽型纳米颗粒(Journal of Controlled Release51(1998)241-248(非专利文献1)、使用具有聚谷氨酸甲酯的两亲性嵌段聚合物作为疏水性嵌段的纳米颗粒(日本特开2008-024816号公报(专利文献2))、使用由聚肌氨酸链和聚乳酸链构成的两亲性嵌段聚合物的纳米颗粒(Chemistry Letters,vol.36,no.10,2007,p.1220-1221(非专利文献2))、使用由聚肌氨酸链和聚乳酸链构成的两亲性嵌段聚合物和聚乳酸的纳米颗粒(国际公开第2009/148121号小册子(专利文献3))等。
荧光色素是通过共价键与载剂键合或者通过非共价键内含在载剂中的物质，可使用荧光素系色素、花青系色素、若丹明(若丹明)系色素等。作为花青系色素，大多使用吲哚菁绿(indocyanine green，ICG)，开发了各种吲哚菁衍生物(Bioconjugate Chem.1996,7,356-362(非专利文献3)，日本药学会第131年会，29p-am395Q海报，2010年3月29日(非专利文献4))。另外，还报道了使通过同时内含吲哚菁衍生物和猝灭剂而猝灭的纳米颗粒在达到肿瘤组织时获得荧光性的方法(Cancer Research,60,4953-4958,September1,2000(非专利文献5)、Bioconjugate Chem.2002,13,605-610(非专利文献6)、Cancer Research,2009;69:(4).February15,2009(非专利文献7))。
更具体而言，在上述非专利文献4中公开了用由聚肌氨酸链和聚乳酸链构成的两亲性聚合物(PSar70-PLLA30)的6mg/mL溶液500μL和吲哚菁衍生物IC7-1的1mg/mL溶液3.16μL制作纳米颗粒IC7-1lactosome。即，公开了该纳米颗粒IC7-1lactosome中的吲哚菁衍生物IC7-1的内含量为0.48mol%。该内含量相当于，相对于一个纳米颗粒IC7-1lactosome，具有一个吲哚菁衍生物IC7-1分子。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-220045号公报
专利文献2：日本特开2008-024816号公报
专利文献3：国际公开第2009/148121号小册子
非专利文献
非专利文献1：“ジャ一ナル·オブ·コントロ一ルド·リリ一ス(Journal ofControlled Release)”，第51卷，1998年，第241-248页
非专利文献2：“ケミストリ·レタ一ズ(Chemistry Letters)”，第36卷，第10号，2007年，第1220-1221页
非专利文献3：“バイオコンジュゲ一ト·ケミストリ(Bioconjugate Chemistry)”，1996年，第7卷，第356-362页
非专利文献4：日本药学会第131年会，29p-am395Q海报，2010年3月29日
非专利文献5：“キャンサ一·リサ一チ(Cancer Research)”，第60卷，第4953-4958页，2000年9月1日
非专利文献6：“バイオコンジュゲ一ト·ケミストリ(Bioconjugate Chemistry)”，2002年，第13卷，第605-610页
非专利文献7：“キャンサ一·リサ一チ(Cancer Research)”，2009年，第69卷；(第4号)，2009年2月15日
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供具有开关功能(即，在纳米颗粒制备时内含的荧光色素猝灭、且在成像时发出荧光的功能)的新型成像用荧光纳米颗粒探针。
用于解决问题的方案
作为深入研究的结果，本发明人等发现了通过高浓度地内含荧光色素而自猝灭的纳米颗粒通过与血中成分接触而恢复荧光这一令人惊奇的效果，从而完成了本发明。
本发明包括以下的开关型荧光纳米颗粒探针及使用其的成像法。
(1)一种荧光纳米颗粒探针，该荧光纳米颗粒探针包括由具有亲水性嵌段链和疏水性嵌段链的两亲性嵌段聚合物构成的分子聚集体和在前述分子聚集体中内含的荧光色素，其中，
(a)前述亲水性嵌段链含有选自肌氨酸单元和环氧烷单元中的单元作为亲水性必需构成单元，且具有20个以上前述亲水性必需构成单元，
(b)前述疏水性嵌段链含有选自氨基酸单元和羟基酸单元中的单元作为疏水性必需构成单元，且具有15个以上前述疏水性必需构成单元，
(c)前述荧光色素是下述结构式(I)所示的花青化合物，
[化学式1]
式中，R1和R2各自可以相同或不同，是可以被取代的烃基；R3是可以被取代的二价的烃基；X是卤素、芳氧基或硫代芳氧基；A-是阴离子，m是0或1；环B和环D可以相同或不同，是含氮双环式或三环式芳香族杂环，
每一个前述分子聚集体内含多个分子的前述荧光色素。
在上述开关型荧光纳米颗粒探针中，由于内含的多个分子的荧光色素缔合，发生荧光猝灭。
(2)根据(1)所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素以相对于前述两亲性嵌段聚合物和前述荧光色素的总计为1~50mol%的量内含在前述分子聚集体中。
上述荧光纳米颗粒中的荧光色素内含量相当于相对于一个颗粒具有2~200分子荧光色素。
(3)根据(1)或(2)所述的荧光纳米颗粒探针，其中，血浆中的荧光强度为磷酸缓冲生理盐水中的荧光强度的10倍以上。
作为上述荧光强度达到10倍时的一个例子，可列举出荧光色素内含量为20mol%(即，相当于相对于一个荧光纳米颗粒具有50分子荧光色素)的情况。
(4)根据(1)~(3)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述环B具有以下所示的结构中的任一者，
[化学式2]
式中，R4和R5是氢或者它们相互连接而形成芳环，
前述环D具有以下所示结构中的任一者，
[化学式3]
式中，R4和R5是氢或者它们相互连接而形成芳环。
(5)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述花青化合物是下述结构式(I-i)所示的吲哚菁化合物，
[化学式4]
(6)根据(1)~(5)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-ii)所示的物质，
[化学式5]
(7)根据(1)~(5)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-iii)所示的物质，
[化学式6]
(8)根据(1)~(5)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-iv)所示的物质，
[化学式7]
(9)根据(1)~(5)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-v)所示的物质，
[化学式8]
(10)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-vi)所示的物质，
[化学式9]
(11)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-vii)所示的物质，
[化学式10]
(12)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-viii)所示的物质，
[化学式11]
(13)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-ix)所示的物质，
[化学式12]
(14)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-x)所示的物质，
[化学式13]
(15)根据(1)~(4)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述荧光色素为下述结构式(I-xi)所示的物质，
[化学式14]
(16)根据(1)~(15)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述疏水性嵌段链选自由具有10个以上疏水性氨基酸单元的疏水性多肽链、具有15个以上羟基酸单元的疏水性聚酯链、和具有总计20个以上氨基酸单元和羟基酸单元两者的疏水性酯肽链组成的组。
(17)根据(1)~(16)中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针，其中，前述疏水性嵌段链具有25个以上的乳酸单元。
(18)一种荧光分子成像法，其包括将(1)~(17)中的任一项所述的开关型荧光纳米颗粒探针给药于非人动物的工序以及检测荧光的工序。
发明的效果
根据本发明，可以提供具有开关功能(即，在纳米颗粒制备时内含的荧光色素猝灭、且在成像时发出荧光的功能)的新型成像用荧光纳米颗粒探针。
更具体而言，根据本发明，可以提供纳米颗粒，其为通过比以往的纳米颗粒更高浓度地内含花青系荧光色素，在制备时内含的荧光色素的荧光依赖于(荧光色素的)浓度而减少，且在与血中的成分接触时荧光依赖于(血中成分的)的浓度而恢复的纳米颗粒，其具有因EPR效果而获得的在期望的组织中的良好集聚性。因此，可以提供在生物体内的期望的组织中特异性地呈现高亮度荧光的荧光纳米颗粒及使用其的荧光成像法。
附图说明
图1是内含IC7-1或IC7-2的Lactosome的吸收光谱(a)和(c)及荧光光谱(b)和(d)的测定结果。分别表示内含1、5、10和20mol%IC7-1或IC7-2时的光谱。
图2是内含IC7-1的Lactosome(1mg/mL)的荧光强度测定结果。分别示出内含0.5、1、2、4、8、12、16、20mol%IC7-1时的荧光极大值(a)。其是换算为单位荧光色素浓度(1μM)的荧光强度测定结果(b)。在激发波长785nm下测定荧光极大值。
图3是分别在内含20mol%IC7-1的Lactosome(PSar-PLLA)、PEG-PLLA颗粒(PEG-PLLA)和Peptsome(PSar-P(Leu-Aib))中添加PBS、SDS、BSA或血浆时的荧光光谱测定结果。
图4是在内含荧光色素(IC7-1(a)、IC7-2(b)、ICG(c)、IR820(d)、IR783(e)、或IR806(f))的Lactosome中添加PBS、SDS、BSA或血浆时的荧光光谱测定结果。
图5是在内含荧光色素(若丹明800(j)、若丹明101(k)、或若丹明6G(l))的Lactosome中添加PBS、SDS、BSA或血浆时的荧光光谱测定结果。
图6是分别对IC7-1(a)、IC7-2(b)、IR820(e)、IR783(f)、IR806(g)改变配混量而制备的内含荧光色素的Lactosome(1mg/mL)中添加PBS、SDS、BSA或血浆时的荧光强度测定结果。
图7是在内含20mol%IC7-1的Lactosome中混合0.5~10wt%BSA时的荧光强度测定结果(a)。图(b)示出了BSA浓度与荧光极大值(839nm)下的上述荧光强度的关系。
图8是使用内含1mol%IC7-1的Lactosome时(a)和使用内含20mol%IC7-1的Lactosome时(b)的荷瘤小鼠的荧光成像试验结果。示出从五个方向(左腹、左体侧、背部、右体侧和右腹)测定荧光探针尾静脉注射后、刚给药后、经过3小时、6小时、9小时、24小时和48小时后的小鼠而得到的图像。
图9示出了使用内含1mol%IC7-1的Lactosome时(a)和使用内含20mol%IC7-1的Lactosome时(b)的、从背部方向观测的肿瘤、以及作为背景的背部的荧光强度的比较结果。
图10示出了由两亲性嵌段聚合物(图中用PLLA30-PSar70例示)和荧光色素(图中用IC7-1例示)通过自组装而形成的胶束(micelle)(IC7-1lactosome)。
图11是在内含荧光色素(IR775(m)、IR780(n)、IR792(o)、IR797(p)、或IR813(q)的Lactosome中添加PBS、SDS、BSA或血浆时的荧光光谱测定结果。
具体实施方式
[1.两亲性嵌段聚合物]
本发明的两亲性嵌段聚合物具有以下的亲水性嵌段和疏水性嵌段。以下，在本发明中，用语“氨基酸”以包含天然氨基酸、非天然氨基酸、以及由它们的修饰和/或化学改性生成的衍生物的概念来使用。此外，在本说明书中，氨基酸包含α-、β-、γ-氨基酸。优选α-氨基酸。
[1-1.亲水性嵌段链]
在本发明中，对亲水性嵌段链所具有的所谓“亲水性”这一物性的具体水平没有特别限定，至少亲水性嵌段链相对于下述特定的疏水性嵌段链为亲水性相对较强的区域，只要该亲水性嵌段链具有通过与该疏水性嵌段链形成共聚物、作为共聚物分子整体可实现两亲性的水平的亲水性即可。或者，具有该两亲性嵌段聚合物可在溶剂中自组装而形成自聚集体、优选粒状的自聚集体的水平的亲水性即可。
亲水性嵌段链是含有选自由肌氨酸衍生的单元和环氧烷或亚烷基二醇衍生的单元组成的组中的单元作为亲水性必需构成单元、且具有20个以上前述亲水性必需构成单元的亲水性分子链。具体而言，亲水性分子链包括具有20个、优选30个以上肌氨酸单元的亲水性多肽链；具有20个以上环氧烷单元的亲水性聚醚链；以及具有总计20个、优选30个以上肌氨酸单元和环氧烷单元两者的亲水性复合链。
肌氨酸也就是N-甲基甘氨酸。
作为环氧烷单元，具体而言，可列举出环乙烷单元(聚乙二醇单元)、环丙烷单元(丙二醇)等。另外，在环氧烷单元中，氢也可以被取代。
含有除肌氨酸单元和环氧烷单元以外的构成单元时，对这种构成单元没有特别限定，例如，可以为除肌氨酸以外的氨基酸(包括亲水性氨基酸和其它氨基酸)。作为这种氨基酸，优选是α氨基酸。例如，可列举出丝氨酸、苏氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸等。
在亲水性嵌段链中，构成该链的构成单元的种类和比率由本领域技术人员适当确定，使得嵌段链整体为如上所述的亲水性。
亲水性嵌段链例如可以将构成单元数500左右作为上限来设计。在本发明中，可以合成具有通常30~300、更优选50~200左右的构成单元数的亲水性嵌段链。构成单元数超过500左右时，形成分子聚集体时，该形成的分子聚集体有缺乏稳定性的倾向。构成单元数低于30时，分子聚集体的形成本身有变难的倾向。
在亲水性嵌段链中，所有的相同构成单元可以是连续的，也可以是非连续的。在亲水性嵌段链中包含除上述特定单元以外的其它构成单元时，其它构成单元的种类和比率可由本领域技术人员适当确定，使得嵌段链整体为上述亲水性。另外，在该情况下，优选以不损害后述基本特性的方式进行分子设计。
肌氨酸(即N-甲基甘氨酸)的水溶性高，另外，肌氨酸的聚合物具有N取代酰胺，因此与通常的酰胺基相比，可进行顺-反异构化，进而，Cα碳周围的位阻少，因此，具有高的柔软性。从嵌段链具备兼具高亲水性和高柔软性的基本特性的观点来看，使用这种多肽作为构成嵌段链是非常有用的。
另外，聚环氧烷链的亲水性高，不会造成免疫原性、毒性等不良影响。从具备对嵌段链赋予高亲水性、使载剂减少抗原性且赋予良好的血中稳定性和血中保留性的基本特性的观点来看，使用这种聚醚链作为构成嵌段链是非常有用的。
[1-2.疏水性嵌段链]
在本发明中，对疏水性嵌段链所具有的所谓“疏水性”这一物性的具体水平没有特别限定，至少疏水性嵌段链相对于上述特定的亲水性嵌段链为疏水性相对较强的区域，只要该疏水性嵌段链具有通过与该亲水性嵌段链形成共聚物、作为共聚物分子整体可实现两亲性的水平的疏水性即可。或者，该两亲性嵌段聚合物具有可在溶剂中自组装，形成自聚集体、优选粒状的自聚集体的程度的疏水性即可。
疏水性嵌段链是含有选自由氨基酸衍生的构成单元和羟基酸衍生的构成单元组成的组中的单元作为必需构成单元、且具有20个以上该必需构成单元的疏水性分子链。具体而言，疏水性分子链包括具有20个以上疏水性氨基酸单元的疏水性多肽链；具有20个以上羟基酸单元的疏水性聚酯链；以及具有总计20个以上氨基酸单元和羟基酸单元两者的疏水性酯肽链。
本发明的疏水性嵌段链优选具有螺旋结构。
疏水性氨基酸大多具有脂肪族侧链、芳香族侧链等。对于天然氨基酸，可列举出甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、酪氨酸和色氨酸等。非天然氨基酸没有特别限定，可列举出谷氨酸甲酯、谷氨酸苄酯、天冬氨酸甲酯、天冬氨酸乙酯、天冬氨酸苄酯等氨基酸衍生物。
对羟基酸没有特别限定，可列举出乙醇酸、乳酸、羟基异丁酸等。
在疏水性嵌段链中，构成该链的构成单元的种类和比率可由本领域技术人员适当确定，使得链整体为疏水性。
疏水性嵌段链例如可以将构成单元数100左右作为上限来设计。在本发明中，可合成具有通常10~80、优选20~50左右的构成单元数的疏水性嵌段链。构成单元数超过100左右时，形成分子聚集体时，该形成的分子聚集体有缺乏稳定性的倾向。构成单元数低于10时，分子聚集体的形成本身有变难的倾向。
在疏水性嵌段链中，所有的相同构成单元可以是连续的，也可以是非连续的。在疏水性嵌段链中包含除上述特定单元以外的构成单元时，其它构成单元的种类和比率可由本领域技术人员适当确定，使得嵌段链整体为如上所述的疏水性。另外，在该情况下，优选以不损害后述基本特性的方式进行分子设计。
疏水性嵌段链中采用的氨基酸单元和羟基酸单元具有优异的生物适应性和稳定性。因此，从对生物体、尤其是人体的应用性的观点来看，由以这种聚乳酸作为构成嵌段的两亲性物质获得的分子聚集体是非常有用的。
另外，尤其是聚乳酸由于具有优异的生物降解性，因此代谢快，在生物体内向除癌组织以外的组织的集聚性低。因此，由以这种聚乳酸作为构成嵌段的两亲性物质获得的分子聚集体从在癌组织中的特异集聚性的观点来看是非常有用的。
而且，由于聚乳酸对低沸点溶剂的溶解性优异，因此，由以这种聚乳酸作为构成嵌段的两亲性物质获得分子聚集体时，可避免使用有害的高沸点溶剂。因此，从对生物体的安全性的观点来看，这种分子聚集体是非常有用的。
进而，从作为由以这种聚乳酸为构成单元的两亲性物质获得的分子聚集体的形状控制和尺寸控制的一个要因起作用的观点来看，优选调整聚乳酸的链长。因此，从得到的分子聚集体形状的用途性优异的观点来看，使用这种构成嵌段是非常有用的。
[1-3.其它]
在本发明中，构成两亲性嵌段聚合物的构成单元还可以具有其它基团。这种基团可由本领域技术人员来适当选择，没有特别限定。例如，作为该基团的例子，可列举出具有适当链长的有机基团等功能性基团。例如在本发明的纳米颗粒作为用于分子成像系统、药剂输送系统的分子探针使用时，这些基团可以为具有作为这种分子探针更有用的形态、功能等的基团，由本领域技术人员适当选择。作为功能性基团的更具体的例子，可列举出糖链、除了上述聚环氧烷链以外的水溶性高分子。作为糖链的例子，可列举出羧甲基纤维素、直链淀粉等。作为水溶性高分子的例子，可列举出聚醚链、聚乙烯醇链等。
[2.荧光色素]
本发明中，载剂中内含的荧光色素是下述通式(I)所示的花青化合物。
[化学式15]
上述式(I)中，R1和R2各自可以相同或不同，是可以被取代的烃基。
R1和R2中的烃基可以是碳数1~20、优选碳数2~5的烷基。R1和R2中的取代基可以是阴离子性的取代基，可以是羧基、羧酸酯基、金属羧酸盐基、磺酰基、磺酸酯基、金属磺酸盐基、或羟基。前述金属可以是碱金属或碱土金属。
或者，R1和R2中的烃基可以是包含5~50个、优选15~35个乳酸单元的聚乳酸链。即，在该情况下，应当内含的荧光色素是荧光标记了的聚乳酸链。
R3是可采取环状结构的、可以被取代的二价的烃基。R3通过采取环状结构可将荧光色素的分子结构刚性化。优选为亚乙基或亚丙基。
X是卤素、芳氧基或硫代芳氧基。卤素可以是Cl、Br或I。芳氧基例如可以是苯氧基。硫代芳氧基例如可以是硫代苯氧基。
A-是阴离子，m是0或1。m为0时，R1和R2中的任一者是阴离子性基团，作为分子整体采取甜菜碱结构。m为1时，A-可以是Cl-、Br-、I-等卤素离子、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、SbF6 -、SCN-等。
环B和环D可以相同或不同，是含氮双环式或三环式芳香族杂环。优选环B和环D相同。
作为环B的优选实施方式，可列举出以下所示的结构。
[化学式16]
作为环D的优选实施方式，可列举出以下所示的结构。
[化学式17]
在上述式中，R4和R5可以均为氢。或者，R4和R5可相互连接而形成芳环。前述芳基可以是可以被取代的苯环。
在本发明中更优选的荧光色素是下述结构式(I-i)所示的吲哚菁化合物。
[化学式18]
作为本发明中的荧光色素的具体例子，以下示出了环B和环D均为含氮三环式芳香族杂环的IC7-1(I-ii)、IR820(I-iii)和IR813(I-xi)，环B和环D均为含氮双环式芳香族杂环的IR783(I-iv)、IR806(I-v)、IR775(I-vii)、IR780(I-viii)、IR792(I-ix)和IR797(I-x)以及环B为含氮三环式芳香族杂环、环C为含氮双环式芳香族杂环的IC7-2(I-vi)的结构式。
本发明中的荧光色素包含：如式(I-ii)、(I-iii)、(I-iv)、(I-v)、(I-vii)、(I-viii)、(I-ix)、(I-x)和(I-xi)所例示那样至少除N取代基(R1、R2)以外具有对称结构的化合物，以及如式(I-vi)所例示那样具有非对称结构的化合物。在本发明中，至少除N取代基以外具有对称结构的化合物是更优选的。其中，式(I-ii)所例示的化合物除了N取代基以外具有对称结构，式(I-iii)、(I-iv)、(I-v)、(I-vii)、(I-viii)、(I-ix)、(I-x)和(I-xi)所例示的化合物包括N取代基在内，作为分子整体而具有对称结构。
[化学式19]
[化学式20]
[化学式21]
[化学式22]
[化学式23]
[化学式24]
[化学式25]
[化学式26]
[化学式27]
[化学式28]
[3.纳米颗粒]
本发明的纳米颗粒是以通过上述两亲性嵌段聚合物的聚集或通过自聚集性取向缔合而构成的分子聚集体作为载剂、内含上述荧光色素的结构体。
[3-1.纳米颗粒的结构]
本发明中的分子聚集体构成胶束。图10中示出本发明的胶束的一个例子的模式图。图10示出由两亲性嵌段聚合物(图中用PLLA30-PSar70例示)和荧光色素(图中用IC7-1例示)通过自组装而形成的胶束(IC7-1lactosome)。
如图10所例示的那样，两亲性嵌段聚合物的疏水性嵌段链通过自组装而形成为芯部。另一方面，荧光色素位于该疏水芯部。此时，作为花青系色素的荧光色素缔合。由此，发生荧光猝灭(即，处于后述关闭状态)。
本发明的纳米颗粒的载剂即分子聚集体在下述关闭状态下可以兼具能响应外部环境的柔软性和能将荧光色素保持在分子聚集体中的内含稳定性。
[3-2.纳米颗粒中的荧光色素的内含量]
本发明的纳米颗粒相对于一个纳米颗粒内含多个分子的荧光色素。例如，相对于两亲性嵌段聚合物和荧光色素的总计，荧光色素的量可以为1~50mol%。优选可以为5~20mol%或10~20mol%。在本发明中，通常相对于两亲性嵌段聚合物和荧光色素的总计为1mol%的荧光色素的量相当于一个纳米颗粒中内含2分子荧光色素。低于上述范围时，有无法具备开关功能的倾向，高于上述范围时，有难以形成纳米颗粒的倾向。
[3-3.纳米颗粒的开关功能]
[3-3-1.关闭功能]
本发明的纳米颗粒中内含多个分子的荧光色素。内含的多个分子通过缔合而自猝灭。
猝灭的程度依赖于内含的荧光色素的量。即，内含的荧光色素的量越多，每特定量的荧光色素的荧光强度呈指数函数关系减少。减少的程度可根据荧光色素而不同，以每特定量(例如1μM)的荧光色素换算的荧光强度在两亲性聚合物浓度1/15mg/mL下测定时，荧光色素内含量每增加1.12~2.07mol%，荧光强度有时减少到1/2。例如，作为每增加1.12mol%荧光强度可减少到1/2的情况，可列举出将在Lactosome(其为纳米颗粒的载体部分，由聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物构成的分子聚集体)中内含IC7-1的纳米颗粒调整至上述浓度来测定的情况。关于与内含的荧光色素的量为0.5mol%(相当于每一个纳米颗粒具有1分子荧光色素)的荧光强度相比较的猝灭率，在内含的荧光色素的量为1~50mol%(相当于每一个纳米颗粒具有2~200分子荧光色素)时，最大限度(即每增加1.12mol%，荧光强度减少至1/2的情况)为1/1.36~1/1.95×1013，或者，内含的荧光色素的量为10~20mol%(相当于每一个纳米颗粒具有22~50分子荧光色素)时，最大限度为1/355~1/1.72×105。
因此，本发明的纳米颗粒可用少量的荧光分子数来有效地猝灭。
上述猝灭状态(关闭状态)至少在纳米颗粒制备时的环境中被保持。作为关闭状态被保持的环境，只要不是引起后述开启状态的环境，任何环境均可。例如，可列举出不含表面活性剂、血中成分的水、水溶液等水性环境和无水环境。作为水、水溶液，只要在生物化学、药学上可接受即可，具体而言，可列举出注射用蒸馏水、生理盐水、缓冲液等，优选地可列举出磷酸缓冲生理盐水。另外，处于无水环境中的纳米颗粒即为冷冻干燥处理过的纳米颗粒。
[3-3-2.开启功能]
处于上述关闭状态的纳米颗粒在外部环境变化时，通过响应外部环境，成为荧光恢复的状态(即开启状态)。
作为引起开启状态的环境，只要是能够解除纳米颗粒中内含的荧光色素的缔合的环境就没有特别限定。可以认为，能够解除荧光色素的缔合的环境是指具有使作为载剂的分子聚集体结构发生变形的作用的环境。进一步优选如下的环境：发生可解除荧光色素缔合的载剂结构的变形，另一方面，解除缔合后的荧光色素不从纳米颗粒中释放出，而可继续保持在纳米颗粒中的环境。由此，可产生优选的开启状态。
作为引起开启状态的环境中所含的成分，具体而言，可列举出血中成分。
作为血中成分，可列举出血液、血浆、血清、白蛋白等。
血中成分只要是在生物体的体内环境中的浓度就能引起开启状态。作为可引起开启状态的血中成分浓度范围，例如在白蛋白的情况下，是0.5~10重量%，或者内含的荧光色素的2.3~47倍(摩尔基准)。低于上述范围时，荧光强度有不充分恢复的倾向，而高于上述范围时，荧光强度由于荧光最大限度地恢复而倾向于达到顶点。需要说明的是，本发明人等确认到，荧光恢复的水平依赖于血中成分的浓度而变化。
通过形成开启状态，在关闭状态时猝灭了的荧光得到恢复。恢复后的荧光强度可根据载剂、内含的荧光色素而不同，只要大于关闭状态(例如磷酸缓冲生理盐水中存在的状态)下的荧光强度即可。仅作为一个例子，内含的荧光色素的量为1~50mol%(相当于每一个纳米颗粒具有2~200分子荧光色素)时，最大限度可达1.09~2200倍左右，或者内含的荧光色素的量为10~20mol%(相当于每一个纳米颗粒具有22~50分子荧光色素)时，最大限度可达45.2~287倍左右。在本发明中，恢复后的荧光强度优选为关闭状态下的荧光强度的10倍以上。更优选为100倍以上。对上述范围的上限没有特别限定，例如为10000倍。
[3-4.纳米颗粒的尺寸]
[3-4-1.纳米颗粒的尺寸]
本发明的纳米颗粒的尺寸例如为粒径10~500nm。在此处，“粒径”是指在粒径分布中出现频率最高的粒径，即中心粒径。粒径小于10nm的纳米颗粒难以制作，而大于500nm的纳米颗粒尤其通过注射到生物体内来给药时，有时不优选作为注射剂。
[3-4-2.纳米颗粒的尺寸测定]
对用于测定本发明的纳米颗粒的尺寸的方法没有特别限定，可由本领域技术人员来适当选择。例如，可列举出利用透射型电子显微镜(Transmission ElectronMicroscope；TEM)的观察法、动态光散射(Dynamic Light Scattering；DLC)法等。在DLS法中，测定溶液中进行布朗运动的颗粒的移动扩散系数。
[3-4-3.纳米颗粒的尺寸控制]
作为控制分子聚集体的尺寸的手段的例子，可列举出控制两亲性嵌段聚合物的链长。优选地，调整两亲性嵌段聚合物中的疏水性嵌段的聚合度是有效的。
[3-5.纳米颗粒的形成]
对纳米颗粒的制作方法没有特别限定，本领域技术人员可根据期望的纳米颗粒的尺寸、特性、负载的荧光色素的种类、性质、含量等来适当选择。根据需要，如下所述形成纳米颗粒之后，可以通过公知的方法对得到的纳米颗粒进行表面修饰。
其中，颗粒形成的确认也可以通过电子显微镜来进行。
[3-5-1.薄膜法]
薄膜法是用于制备脂质体的方法。由于本发明中的两亲性嵌段聚合物具有对低沸点溶剂的溶解性，因此可以使用该方法制备纳米颗粒。
薄膜法包括以下工序。即，其包括：在容器(例如玻璃容器)中准备在有机溶剂中包含两亲性嵌段聚合物和荧光色素的溶液的工序；从前述溶液中除去前述有机溶剂，在前述容器的内壁上获得包含两亲性嵌段聚合物和荧光色素的薄膜的工序；以及在前述容器中添加水或水溶液，进行超声波处理或加热处理，将前述薄膜状物质转换为内含荧光色素的分子聚集体，从而获得纳米颗粒的分散液的工序。进而，薄膜法还可以包括将前述纳米颗粒的分散液供给冷冻干燥处理的工序。
在有机溶剂中包含两亲性嵌段聚合物和荧光色素的溶液还可以如下制备：将两亲性嵌段聚合物预先在薄膜的状态下储存，在纳米颗粒制备时，添加包含荧光色素的溶液，将薄膜溶解，从而制备。
作为用于薄膜法的有机溶剂，优选使用低沸点溶剂。本发明的低沸点溶剂是指，在一个大气压下的沸点为100℃以下，优选90℃以下的溶剂。具体而言，可列举出氯仿、二乙醚、乙腈、乙醇、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、己烷等。
通过在两亲性嵌段聚合物和荧光色素的溶解中使用这种低沸点溶剂，溶剂的除去变得非常简单。对溶剂的除去方法没有特别限定，本领域技术人员根据所使用的有机溶剂的沸点等适当确定即可。例如可以进行减压下的溶剂去除，也可以进行利用自然干燥的溶剂去除。
除去有机溶剂之后，在容器内壁上形成了包含两亲性嵌段聚合物和荧光色素的薄膜。在贴附有该薄膜的容器中添加水或水溶液。作为水或水溶液，没有特别限定，本领域技术人员适当选择在生物化学、药学上可接受的水或水溶液即可，例如可列举出注射用蒸馏水、生理盐水、缓冲液等。
添加水或水溶液之后，进行加热处理。在通过加热将薄膜从容器内壁剥离的过程中，形成分子聚集体。加热处理例如可以在70~100℃、5~60分钟的条件下进行。加热处理结束时，在容器中制备得到内含荧光色素的分子聚集体(纳米颗粒)在上述水或水溶液中分散的分散液。
得到的分散液可直接给药于生物体。即，也可以不在无溶剂的纳米颗粒本身的状态下保存。
另一方面，可以将得到的分散液进行冷冻干燥处理。作为冷冻干燥处理的方法，可以没有特别限定地使用公知的方法。例如，可以通过利用液氮等将如上所述获得的纳米颗粒的分散液冷冻、在减压下升华来进行。由此，可获得纳米颗粒的冷冻干燥处理物。即，可以将纳米颗粒以冷冻干燥处理物的形态保存。根据需要，通过在该冷冻干燥物中添加水或水溶液，获得纳米颗粒的分散液，从而可以将纳米颗粒投入使用。作为水或水溶液，没有特别限定，本领域技术人员适当选择在生物化学、药学上可接受的水或水溶液即可。例如，可列举出注射用蒸馏水、生理盐水、缓冲液等。
此处，在冷冻干燥处理前的分散液中，除了由两亲性嵌段聚合物和荧光色素形成的本发明的纳米颗粒以外，没有对形成这种纳米颗粒做出贡献的两亲性嵌段聚合和/或荧光色素分别可以以其自身的形态残留。将这种分散液供给于冷冻干燥处理时，在使溶剂浓缩的过程中，可以由没有形成本发明的纳米颗粒而残留的两亲性嵌段聚合物和荧光色素进一步形成纳米颗粒。因此，可以有效地进行本发明的纳米颗粒的制备。
[3-5-2.注射法]
注射法不限于本发明的纳米颗粒，是用于制备其它许多纳米颗粒的方法。在该方法中，通过将两亲性嵌段聚合物和荧光色素溶解在有机溶剂例如三氟乙醇、乙醇、六氟异丙醇、二甲亚砜等中，将得到的溶液分散在注射用蒸馏水、生理盐水、缓冲液等水性溶剂中，进行纯化处理例如凝胶过滤色谱法、过滤、超速离心等处理，然后除去有机溶剂，从而可以制备纳米颗粒。由此获得的纳米颗粒给药于生物体内时，有机溶剂使用对生物体有害的物质时，需要严格地进行该有机溶剂的去除。
[4.荧光分子成像法]
本发明的荧光分子成像法包括将上述荧光纳米颗粒作为探针给药于生物体内。本发明的荧光分子成像法的特征在于使用上述荧光探针，其它具体的步骤可以由本领域技术人员根据公知的荧光分子成型法来适当确定。
[4-1.荧光探针的给药]
作为给药荧光探针的生物体，没有特别限定，可以是非人动物。作为非人动物，没有特别限定，可列举出人以外的哺乳类，更具体而言，可列举出灵长类、啮齿类(小鼠、大鼠等)、兔子、狗、猫、猪、牛、羊和马等。
作为给药于生物体内的方法，没有特别限定，本领域技术人员可适当确定。因此，作为给药方法，只要是荧光探针能够与血中成分接触的方式即可，可以是全身给药和局部给药。即，分子探针的给药可以通过注射(有针型、无针型)、内服、外用中的任一种方法来进行。
本发明的荧光探针具有开关功能。因此，在荧光探针制备后到给药于生物体内之前荧光猝灭，而通过给药于生物体内，荧光探针与血中成分接触，发出荧光。
[4-2.给药靶]
在本发明的方法中，作为荧光探针使用的纳米颗粒向血管病变部位(例如恶性肿瘤部位、炎症部位、动脉硬化部位、血管新生部位等)的特异集聚性是优异的。本发明的荧光探针由于EPR(enhanced permeability and retention)效果而在这些部位的组织中集聚，因此，该集聚性不依赖于血管病变部位的组织的种类。作为本发明的荧光探针的给药靶，优选为癌。可作为给药靶的癌涉及多方面。例如，可列举出肝癌、胰腺癌、肺癌、宫颈癌、乳腺癌、大肠癌等。
[4-3.荧光探针的检测]
本发明的分子成像系统中包括检测源自所给药的荧光探针的荧光的工序。通过检测所给药的荧光探针，可以从体外观测给药靶的状况(尤其是癌等的组织的位置和尺寸)。
作为检测方法，可以使用能够使所给药的荧光探针可视化的所有手段。作为该手段，本领域技术人员可以根据荧光探针所具有的荧光色素的种类来适当确定。
例如，可以对给药荧光探针的生物体进行激发光照射，检测体内的荧光探针所具有的荧光色素发出的荧光。
激发波长、应检测的荧光波长等参数可以由本领域技术人员根据所给药的荧光探针所具有的荧光色素的种类和给药靶的种类而适当确定。
本领域技术人员可以根据所给药的荧光探针所具有的荧光色素的种类和给药靶的种类适当确定从给药到检测开始的时间。例如，可以设定为给药后3~48小时。低于上述范围时，信号过强，存在不能明确区分给药靶与其它部位(背景)的倾向。另外，高于上述范围时，存在荧光探针从给药靶排泄出的倾向。
从准确性的观点来看，优选的是，荧光探针的检测通过不是从生物体的一个方向而是从多个方向的测定来进行。具体而言，可以从至少三个方向，更优选至少五个方向来进行测定。从五个方向测定时，例如，可以从左右腹两侧、从左右体两侧、和从背部侧方向进行测定。
实施例
以下举出实施例来更详细地说明本发明。
在实施例中，作为本发明的纳米颗粒，制备以聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PSar-PLLA)、聚乙二醇-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PEG-PLLA)、或聚肌氨酸-聚(亮氨酸-氨基异丁酸)(PSar-P(Leu-Aib))作为载剂、内含IC7-1、IC7-2、IR820(Aldrich)、IR783(Aldrich)、和IR806(Aldrich)中的各个荧光化合物作为荧光色素的纳米颗粒。但本发明不限于这些实施例。
另外，作为比较用的纳米颗粒，制备以上述聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PSar-PLLA)作为载剂、内含ICG(Sigma)、若丹明800(Sigma)、若丹明101(Sigma)、和若丹明6G(Aldrich)中的各个荧光化合物作为荧光色素的纳米颗粒。
以下示出荧光化合物的结构。
[化学式29]
[实验例1：N-[5-Anilino-3-chloro-2,4-(propane-1,3-diyl)-2,4-pentadiene-1-ylidene]anilinium Chloride(N-[5-苯胺基-3-氯-2,4-(丙-1,3-二基)-2,4-戊二烯-1-叉基]苯胺盐酸盐；化合物1)的合成]
在100mL的三口烧瓶中投入无水DMF(13mL，0.17mol)，冷却到0℃。用15分钟在其中滴加三氯氧化磷(11mL，0.12mol)。在0℃下搅拌1小时之后，添加环己酮(5.5mL，0.053mol)。在室温下搅拌1小时之后，加热回流，进一步搅拌1小时。冷却到室温之后，添加苯胺(aniline)/EtOH=1/1(体积比)的混合溶液18mL。30分钟之后，添加H2O/HCl=10/1(体积比)的混合溶液110mL，在5℃下放置过夜。滤取沉淀物，用THF、冷水洗涤之后，将晶体与P2O5一起在干燥器内干燥，获得化合物1(反应路线1)。产率为53.6%(10.2g)。
[化学式30]
[实验例2：3-(5-Carboxy-pentyl)-1,1,2-trimethyl-1H-benzo[e]indolium;iodide(3-(羧基-戊基)-1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚鎓碘化物；化合物2)的合成]
在50mL的茄形烧瓶中添加6-Bromohexanoic Acid(6-溴己酸；8.4g，43.0mmol)、碘化钾(7.2g，43mmol)和甲苯5mL之后，再添加1,1,2-Trimethyl-1H-benzo[e]indole(1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚；3.0g，14.3mmol)。加热回流15小时之后，滤取析出的固体。固体依次用THF、冷水、氯仿洗涤，然后在干燥器中干燥，获得化合物2(反应路线2)。产率为77%(5.0g)。
[化学式31]
[实验例3：中间体3的合成]
将化合物1(3.00g，8.35mmol)、化合物2(3.77g，8.35mmol)和无水醋酸钠(0.753g，9.19mmol)溶解在75.0mL的无水乙醇中，在氮气气氛下加热回流6小时。反应结束后，添加0.2mol/L的磷酸缓冲液pH=7.0进行中和，然后用氯仿提取有机物。一旦将提取物浓缩，用柱色谱法纯化，获得中间体3(反应路线3)。产率为25.5%(1.45g)。
[化学式32]
[实验例4：3-(2-Hydroxy-ethyl)-1,1,2-trimethyl-1H-benzo[e]indolium;iodide(3-(2-羟基-乙基)-1,1,2-三甲基-1H-苯并[2]吲哚鎓碘化物；化合物4)的合成]
在50mL的三口烧瓶中添加1,1,2-Trimethyl-1H-benzo[e]indole(1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚；2.0g，9.556mmol)和无水甲苯10mL，在氮气气氛下加热至80℃。将1,1,2-Trimethyl-1H-benzo[e]indole(1,1,2-三甲基-1H-苯并[e]吲哚)完全溶解在甲苯中之后，添加2-Iodoethanol(2-碘乙醇；1.64g，9.556mmol)。进行2小时加热回流之后，冷却到室温，滤取析出的淡蓝色晶体。将晶体用甲苯洗涤，在干燥器内干燥，获得化合物4(反应路线4)。产率为33%(1.21g)。
[化学式33]
[实验例5：IC7-1的合成]
将中间体3(1.16g，1.70mmol)、化合物4(0.714g，1.87mmol)、和无水醋酸钠(0.153g，1.87mmol)溶解在29.0mL的无水乙醇中，在氮气气氛下加热回流5小时。反应结束之后，添加0.2mol/L的磷酸缓冲液pH=7.0进行中和，然后用氯仿提取有机物。一旦将提取物浓缩，用柱色谱法纯化，获得IC7-1(反应路线5)。产率为85.3%(1.22g)。
[化学式34]
[实验例6：1-(2-Hydroxy-ethyl)-4-methyl-quinolinium;iodide(1-(2-羟基-乙基)-4-甲基-喹啉鎓碘化物；化合物5)的合成]
在50mL的茄形烧瓶中添加4-Methylquinoline(4-甲基喹啉；1g，7mmol)和2-Iodoethanol(2-碘乙醇；1.2g，7mmol)，使之溶解在5mL甲苯中。加热搅拌4小时之后，滤取黄色晶体，用甲苯洗涤，在干燥器中干燥，获得化合物5(反应路线6)。产率为74%(1.63g)。
[化学式35]
[实验例7：IC7-2的合成]
将中间体3(414.0mg，0.608mmol)、化合物5(210.7mg，0.669mmol)、和无水醋酸钠(54.9mg，0.669mmol)溶解在12.0mL的无水乙醇中，在氮气气氛下加热回流8小时。
反应结束之后，添加0.2mol/L的磷酸缓冲液pH=7.0进行中和，然后使用氯仿/甲醇/水，通过分液操作将有机物纯化，获得IC7-2(反应路线7)。产率为46.7%(221mg)。
[化学式36]
[实验例8：聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PSar70-PLLA30)的合成]
在本实验例中，由肌氨酸-NCA(Sar-NCA)和氨基化聚L-乳酸(a-PLA)合成聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PSar70-PLLA30)(反应路线12)。
[化学式37]
在Ar气氛下，在a-PLA(383mg，0.17mmol)和肌氨酸-NCA(Sar-NCA)(3.21g，27.9mmol)中添加二甲基甲酰胺(DMF)(140mL)，在室温下搅拌12小时。将反应溶液冷却至0℃之后，添加乙醇酸(72mg，0.95mmol)、O-(苯并三唑-1-基)-N,N,N’,N’-四甲基脲六氟磷酸盐(HATU)(357mg，0.94mmol)、和N,N-二异丙基乙胺(DIEA)(245μL，1.4mmol)，在室温下反应18小时。
通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去DMF之后，用LH20柱进行纯化。将在UV270nm处检测到峰的级分(fraction)回收、浓缩。在0℃下将得到的浓缩溶液滴加到二乙醚中，进行再沉淀，从而获得作为目标产物的PSar70-PLLA30(1.7g)。
[实验例9：聚乙二醇-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PEG-PLLA)的合成]
在溶解有a-PLA(0.47g，206μmol))的DMF溶液中添加1.1摩尔当量的SUNBRIGHTME-050AS(日油)，在氩气气氛下，在30度下搅拌过夜。反应结束之后，将得到的溶液浓缩至约5.0mL，通过凝胶过滤柱(Sephadex LH-20，DMF洗脱)进行纯化。测定级分的波长270nm的吸光度，检测目标聚合物。将各个回收溶液浓缩，滴加到冰冷却的二乙醚中，通过离心分离回收析出的白色沉淀。产率为48%(0.71g)。
[化学式38]
[实验例10：聚肌氨酸-聚(亮氨酸-氨基异丁酸)(PSar-P(Leu-Aib))的合成]
在本实验例中，由肌氨酸-NCA(Sar-NCA)和聚(亮氨酸-氨基异丁酸)(P(Leu-Aib))合成两亲性物质肌氨酸-聚(亮氨酸-氨基异丁酸)(PSar-P(Leu-Aib))(反应路线14)。
[化学式39]
将Boc-(Leu-Aib)8-OMe(600mg，0.349mmol)添加到6.0mL三氟乙酸(TFA)和0.6mL苯甲醚的混合溶液中，除去Boc基团，获得TFA盐衍生物。将TFA盐衍生物用异丙醚洗涤，在真空下干燥2小时。将其溶解在氯仿中，用4wt%的碳酸氢钠水溶液中和，除去TFA基团。将氯仿溶液浓缩，获得420mg(0.259mmol)的聚(亮氨酸-氨基异丁酸)(P(Leu-Aib))。
将得到的P(Leu-Aib)溶解在8.0mL的DMF/HCl3的1/1(v/v)混合溶液中，添加到将Sar-NCA(1.11g，15.6mmol)溶解在6.0mL的DMF/HCl3的1/1(v/v)混合溶液中而形成的混合物中。在Sar-NCA由于反应而消失之后，将反应溶液冷却到0℃，添加乙醇酸(98mg，1.30mmol)、HATU(492mg，1.30mmol)、和DIEA(338μL，1.94mmol)，在室温下搅拌10小时。在该反应溶液中进一步添加乙醇酸(40mg，0.52mmol)、HATU(198mg，0.52mmol)、和DIEA(135μL，0.78mmol)，搅拌12小时。反应结束之后，将反应溶液浓缩，用Sephadex LH-20进行凝胶过滤，从而纯化目标产物PSar-P(Leu-Aib)(186mg)。
[实施例1：内含荧光色素的纳米颗粒的制作]
[实施例1-1：内含荧光色素的Lactosome的制作]
将作为纳米颗粒的载剂部分的、由聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物构成的分子聚集体记载为Lactosome。
在本实施例中，制备内含IC7-1、IC7-2、ICG(比较用)、IR820(Aldrich)、IR783(Aldrich)、IR806(Aldrich)、若丹明800(Sigma)(比较用)、若丹明101(Sigma)(比较用)、若丹明6G(Aldrich)(比较用)作为荧光色素的Lactosome。
分别制备作为载剂的聚乳酸-聚肌氨酸两亲性嵌段聚合物(PSar70-PLLA30·26H2O，MW=7767)和上述荧光色素各自的氯仿溶液(0.2mM)。在玻璃容器内以荧光色素的摩尔浓度分别为0.5mol%(比较用)、1mol%、2mol%、4mol%、5mol%、8mol%、10mol%、12mol%、16mol%和20mol%的方式将两种溶液混合。此后，减压蒸馏除去溶剂，在玻璃容器的壁面上形成包含载剂和荧光色素的薄膜。进而，在形成有薄膜的玻璃容器内，添加水或缓冲液，在温度82℃下水浴加热20分钟，然后在室温下放置30分钟，用0.2mm的过滤器过滤，冷冻干燥。
[实施例1-2：内含荧光色素的PEG-PLLA的制作]
在本实施例中，制备使用聚乙二醇-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PEG-PLLA)作为载剂、内含IC7-1荧光色素的纳米颗粒。
将3mg聚乙二醇-聚乳酸两亲性嵌段聚合物(PEG114-PLLA30，MW=7302)和20mol%(103nmol)IC7-1溶解在0.1mL乙腈中，边搅拌边添加到1.9mL超纯水中，进行颗粒化。得到的颗粒溶液使用凝胶过滤柱(PD-10、GE Helthcare)、用3mL超纯水进行溶剂交换，获得内含IC7-1的PEG-PLLA颗粒溶液。
[实施例1-3：内含荧光色素的Peptosome(PSar-P(Leu-Aib))的制作]
将作为纳米颗粒的载剂部分的、由聚肌氨酸-聚(亮氨酸-氨基异丁酸)构成的分子聚集体记载为Peptosome。
在本实施例中，制备内含IC7-1作为荧光色素的Peptosome。
将3mg聚肌氨酸-聚(亮氨酸-氨基异丁酸)两亲性嵌段聚合物(PSar60-P(Leu-Aib)8，MW=6001)和20mol%(125nmol)IC7-1溶解在0.1mL乙醇中，边搅拌边添加到1.9mL超纯水中，进行颗粒化。得到的颗粒溶液使用凝胶过滤柱(PD-10，GE Helthcare)、用3mL超纯水进行溶剂交换，获得内含IC7-1的Peptosome颗粒溶液。
[实施例2：内含荧光色素的Lactosome的吸收和荧光光谱]
实施例1-1获得的内含荧光色素IC7-1的Lactosome(IC7-1/Lactosome)中，分别对内含1mol%、5mol%、10mol%和20mol%的荧光色素的Lactosome的冷冻干燥品如下所述进行吸收光谱和荧光光谱测定。
为了确认各个Lactosome根据配混比例内含荧光色素，进行吸收光谱的测定。另外，测定了内含荧光色素的Lactosome的荧光强度。吸收光谱用紫外可见分光光度计(UVmini-1240，岛津制作所公司制造)来测定。荧光光谱用荧光分光光度计(RF-5300PC，岛津制作所公司制造)在激发波长785nm下对700-900nm的范围进行测定。
使内含荧光色素的Lactosome以两亲性聚合物浓度为1mg/mL的方式在超纯水中分散，测定吸收和荧光光谱(图1)。内含1mol%IC7-1的Lactosome的吸收极大值为831nm，荧光极大值为836nm。尽管增加荧光色素的配混量时，吸收强度增大，但荧光强度在配混1mol%时最高，配混20mol%时，荧光强度减少至配混1mol%时的约1/120(图1的(a)、(b))。
内含1mol%IC7-2的Lactosome的吸收极大值为831nm，荧光极大值为833nm。IC7-2显示出比IC7-1更宽的吸收光谱。在配混IC7-22时，也观测到荧光的猝灭，配混20mol%时，荧光强度减少至配混1mol%时的约1/8(图1的(c)、(d))。
[实施例3：内含IC7-1的Lactosome的荧光强度]
在实施例1-1获得的内含荧光色素IC7-1的Lactosome(IC7-1/Lactosome)中，以各自的两亲性聚合物浓度达到1mg/mL的方式分别将内含0.5mol%(比较用)、1mol%、2mol%、4mol%、8mol%、12mol%、16mol%和20mol%荧光色素的Lactosome分散在超纯水中，在激发波长785nm下测定荧光极大值(图2的(a))。结果可以看出，内含1mol%IC7-1时，荧光强度变得最高。换算成每1μM荧光色素浓度的荧光强度呈指数函数关系减少，直到8mol%为止，显示出将荧光色素配混量每增加0.78mol%时荧光强度减少到1/2的倾向(图2的(b))。
[实施例4：外部环境变化前后的内含IC7-1的颗粒的荧光强度的比较]
如上所述，明显可以看出，在载剂PSar-PLLA中以高密度内含IC7-1的Lactosome(IC7-1/Lactosome)中，发生荧光猝灭。因此，对生物体内条件下的荧光强度的恢复条件进行了研究。对于载剂PSar-PLLA中内含20mol%IC7-1的Lactosome水分散液(1mg/mL)，分别按照1:1(体积比)混合磷酸缓冲生理盐水(PBS)、血浆(Plasma；从雄性ddY采血)、5重量%白蛋白(BSA)、或者5重量%SDS，遮光下室温放置30分钟后，以两亲性聚合物浓度达到1/15mg/mL的方式用PBS稀释，测定荧光光谱(图3的(a))。
同样地，分别对在载剂PEG-PLLA中内含20mol%IC7-1的颗粒和在载剂PSar-P(Leu-Aib)中内含20mol%IC7-1的Peptosome测定荧光光谱(图3的(b)和(c))。
其中，磷酸缓冲生理盐水(PBS)的具体组成为，相对于1L超纯水，Na2HPO4·12H2O为29g，NaH2PO4·2H2O为2.96g，NaCl为8.7g。
下述表1中示出了外部环境变化(血浆添加)前后的内含20mol%IC7-1的纳米颗粒的荧光强度比的比较。
[表1]
下述表2中示出了外部环境变化(添加5重量%BSA)前后的内含20mol%IC7-1的纳米颗粒的荧光强度比的比较。
[表2]
下述表3中示出了外部环境变化(添加5重量%SDS)前后的内含20mol%IC7-1的纳米颗粒的荧光强度比的比较。
[表3]
比较SDS、BAS、血浆中的荧光极大波长下的荧光强度与PBS中的荧光强度之比，在所有情况中，内含IC7-1的Lactosome的荧光强度比是最高的(表1~3)。尤其是血浆中的荧光强度相对于PBS中的荧光强度恢复287倍。另外，在所有情况中，荧光强度比有以Lactosome>PEG-PLLA颗粒>Peptosome的顺序升高的倾向(表1~3)。可以认为，由于Lactosome和PEG-PLLA颗粒的疏水部在310螺旋结构的聚乳酸中形成，另外，Peptosome的疏水芯在α-螺旋结构的氨基酸系聚合物中形成，因此在纳米颗粒的疏水部为螺旋结构时，观测到花青系荧光色素的猝灭以及由外部环境变化导致的荧光强度的恢复。
[实施例5：外部环境变化前后的内含荧光色素的Lactosome的荧光强度比的比较]
将100μL的配混有20mol%的IC7-1、ICG(比较用)、IR820、IR783、IR806、若丹明800(比较用)、若丹明101(比较用)、若丹明6G(比较用)、IR775、IR780、IR792、IR797或IR813的Lactosome水分散液(1mg/mL)、或配混有15mol%IC7-2的Lactosome水分散液(1mg/mL)与100μL的PBS、血浆(从ddY小鼠采血)、5重量%BSA(溶剂：PBS)、或5重量%SDS(溶剂：PBS)混合，遮光下室温搅拌30分钟之后，以两亲性聚合物浓度达到1/15mg/mL的方式用PBS稀释，使用Fluorolog-3(HORIBA Jobin Yvon Inc.)测定荧光光谱。其结果在图4的(a)~(f)、图5的(j)~(l)和图11的(m)~(q)中示出。
结果，内含花青系荧光色素的Lactosome通过混合血浆或BSA，相对于PBS溶液中的荧光强度，观测到了荧光强度的显著增大(图4和图11)。然而，内含具有若丹明骨架的荧光色素的Lactosome没有观测到荧光强度的显著恢复(图5的(j)~(l))。
下述表4中示出外部环境变化(血浆添加)前后的内含荧光色素的Lactosome的荧光强度比的比较。
[表4]
下述表5中示出外部环境变化(添加5重量%BSA)前后的内含荧光色素的Lactosome的荧光强度比的比较。
[表5]
下述表6中示出外部环境变化(添加5重量%SDS)前后的内含荧光色素的Lactosome的荧光强度比的比较。
[表6]
若比较SDS、BAS、血浆中的荧光极大波长下的荧光强度与PBS中的荧光强度之比，则在所有情况中，内含IC7-1的Lactosome的荧光强度比最高，接着依次是IR820、ICG较高(表4~6)。在内含具有若丹明骨架的荧光色素的Lactosome中，即使是荧光强度比大的Lactosome，也只是1.9倍。
[实施例6：内含荧光色素的Lactosome的荧光强度的荧光色素内含量依赖性]
对IC7-1、IC7-2、IR820、IR783、或IR806改变各自配混量而制备的内含荧光色素的Lactosome(1mg/mL)，按照1:1(体积比)分别混合PBS、5重量%SDS、5重量%BSA、和血浆，遮光下室温放置30分钟之后，以两亲性聚合物浓度达到1/15mg/mL的方式用PBS稀释，使用Fluorolog-3(HORIBA Jobin Yvon Inc.)测定荧光强度(图6)。
对于内含荧光色素的Lactosome，在PBS中，分别地，在IC7-1的情况下，内含1mol%荧光色素时，荧光强度达到最大，在IC7-2的情况下，内含2.5mol%荧光色素时，荧光强度达到最大，在IR820、IR783、IR806的情况下，内含5mol%荧光色素时，荧光强度达到最大，内含在此以上的量的荧光色素时，显示了荧光强度减少的倾向。
添加SDS、BAS、血浆时，在IC7-1、IC7-2、IR783、IR806的情况下，荧光强度依赖于荧光色素的内含量而增大。在IR820的情况下，添加SDS或血浆时，荧光强度依赖于荧光色素的内含量而增大，添加BSA时，荧光色素内含量在5mol%以上时，荧光强度基本上是恒定的。
[实施例7：内含荧光色素的Lactosome的荧光强度的BAS浓度依赖性]
图7的(a)中示出在内含20mol%IC7-1的Lactosome中混合0.5~10wt%BAS时的荧光强度测定结果，图7的(b)中示出BSA浓度与荧光极大值(839nm)下的前述荧光强度的关系。内含IC7-1的Lactosome的荧光强度依赖于BSA浓度而增大，添加10wt%时的荧光强度为添加0.5wt%时的约4.5倍。内含的IC7-1与添加的B SA的摩尔比为1:2.3~1:47，可以认为，Lactosome中内含的荧光色素的猝灭状态的恢复需要过量的BSA分子。
[实施例8：使用内含IC7-1的Lactosome的皮下癌的荧光造影试验]
如下所述利用小鼠癌细胞的皮下移植来制作荷癌小鼠。
动物使用7周龄的Balb/c nu/nu mice(CLEA)，将小鼠腹水癌细胞(EhrlichAscites Tumor)按1×106个/0.05mL皮下移植到小鼠的右大腿部中。2周后，癌组织生长至12mm时，将小鼠供给于下述造影试验。
通过异氟烷(isofllurane)将上述荷癌小鼠麻醉，从其尾静脉给药作为分子探针的、内含量分别为1mol%或20mol%的内含IC7-1的Lactosome的分散液0.05mL(分别为0.13nmol/body、3.2nmol/body)。在探针分散液的给药后，经时拍摄小鼠全身的荧光图像。拍摄从五个方向即小鼠的左腹、左体侧、背部、右体侧和右腹的所有方向对全身进行。荧光色素在785nm下激发，经时测定845nm附近的荧光。
图8的(a)中示出使用内含1mol%IC7-1的Lactosome时获得的图像，图8的(b)中示出使用内含20mol%IC7-1的Lactosome时获得的图像。在图8的(a)和(b)中示出对尾静脉注射纳米颗粒后、刚给药后、经过3小时、6小时、24小时和48小时后的小鼠的测定结果。在图8中，通过使色调变化来表示荧光强度的不同。
使用内含1mol%IC7-1的Lactosome时，从尾静脉注射后经过3小时之后，观测到了癌部位的荧光，荧光强度慢慢升高，24小时后，荧光强度达到最大。刚给药后，观测到了肝脏部位的荧光，由于肝脏中集聚的荧光色素排泄到体外，给药24小时之后，基本上没有观测到来自肝脏的荧光。使用内含20mol%IC7-1的Lactosome时，观测到了同样的体内动态。
图9中示出了使用内含1mol%IC7-1的Lactosome的情况(a)和使用内含20mol%IC7-1的Lactosome的情况(b)的从背部方向观测到的癌与作为背景的背部的荧光强度的比较结果。在图9中，横轴表示尾静脉注射纳米颗粒后的经过时间(Time(H))，纵轴表示每1秒曝光时间的荧光强度(Intensity of Fluorescence(conts/sec))。
使用内含1mol%或20mol%IC7-1的Lactosome时，尾静脉注射后经过24小时后的荧光强度的平均值分别为约350、约6300，与Lactosome中内含的荧光色素的量成比例，使用内含20mol%IC7-1的Lactosome时，荧光强度高了约18倍。
由此表明，通过使用内含大量花青系色素的Lactosome，能够以高亮度进行癌的荧光观测。

Claims (16)

1.一种荧光纳米颗粒探针，该荧光纳米颗粒探针包括由具有亲水性嵌段链和疏水性嵌段链的两亲性嵌段聚合物构成的分子聚集体和在所述分子聚集体中内含的荧光色素，其中，
(a)所述亲水性嵌段链含有选自肌氨酸单元和环氧烷单元中的单元作为亲水性必需构成单元，且具有20个以上所述亲水性必需构成单元，
(b)所述疏水性嵌段链含有选自氨基酸单元和羟基酸单元中的单元作为疏水性必需构成单元，且具有15个以上所述疏水性必需构成单元，并且
所述两亲性嵌段聚合物的疏水部为螺旋结构，并且
所述两亲性嵌段聚合物选自由聚肌氨酸-聚乳酸两亲性嵌段聚合物、聚乙二醇-聚乳酸两亲性嵌段聚合物、和聚肌氨酸-聚(亮氨酸-氨基异丁酸)两亲性嵌段聚合物组成的组，
(c)所述荧光色素是下述结构式(I)所示的花青化合物，
式中，R1和R2各自可以相同或不同，是可以被取代的烃基；R3是可以被取代的二价的烃基；X是卤素、苯氧基或硫代苯氧基；A-是阴离子，m是0或1；环B和环D可以相同或不同，是含氮双环式或三环式芳香族杂环，其中，
所述环B具有以下所示的结构中的任一者，
式中，R4和R5是氢或者它们相互连接而形成芳环，
所述环D具有以下所示结构中的任一者，
式中，R4和R5是氢或者它们相互连接而形成芳环，
每一个所述分子聚集体中，多个分子的所述荧光色素在自猝灭的状态下被内含，
通过与血中成分接触而恢复荧光，
所述荧光色素以相对于所述两亲性嵌段聚合物和所述荧光色素的总计为1～50mol％的量内含在所述分子聚集体中。
2.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，血浆中的荧光强度为磷酸缓冲生理盐水中的荧光强度的10倍以上。
3.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述花青化合物是下述结构式(I-i)所示的吲哚菁化合物，
4.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-ii)所示的物质，
5.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-iii)所示的物质，
6.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-iv)所示的物质，
7.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-v)所示的物质，
8.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-vi)所示的物质，
9.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-vii)所示的物质，
10.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-viii)所示的物质，
11.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-ix)所示的物质，
12.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-x)所示的物质，
13.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述荧光色素为下述结构式(I-xi)所示的物质，
14.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述疏水性嵌段链选自由具有10个以上疏水性氨基酸单元的疏水性多肽链、具有15个以上羟基酸单元的疏水性聚酯链、和具有总计20个以上的氨基酸单元和羟基酸单元两者的疏水性酯肽链组成的组。
15.根据权利要求1所述的荧光纳米颗粒探针，其中，所述疏水性嵌段链具有25个以上的乳酸单元。
16.根据权利要求1～15中的任一项所述的荧光纳米颗粒探针在制造用于给药于非人动物并检测荧光的试剂中的应用。
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