CN104955484B - 用于前列腺癌成像的前列腺特异性抗原药剂及其使用方法 - Google Patents

用于前列腺癌成像的前列腺特异性抗原药剂及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一类靶向前列腺特异性抗原的药剂，该靶向前列腺特异性抗原的药剂可用作成像剂或治疗剂。所述药剂可用于在受检者体内对前列腺癌以及其他生理过程进行成像。

Description

用于前列腺癌成像的前列腺特异性抗原药剂及其使用方法
与相关申请的交叉引用
本申请要求2012年8月15日提交的美国临时专利申请号 61/683,305的优先权，所述临时申请的内容通过引用并入本文。
发明领域
本发明提供了用于在受检者体内检测前列腺癌的组合物和方法。所述组合物总的来说含有前列腺特异性抗原靶向组成部分和成像报告物，所述成像报告物可以是荧光团。
背景技术
目前在某些疾病中用于评估分子终点的方法，通常需要在不同时间点进行组织和血液取样、手术以及在实验动物情况下的处死。尽管在无创性成像中取得进展，但仍需要更灵敏和特异的成像剂和方法。能够可视化特定分子靶和/或整个通路的成像技术将显著提高我们诊断和评估治疗性干预对许多不同疾病状态的治疗效能的能力。大多数当前的成像技术主要报告解剖或生理信息(例如磁共振成像(MRI)、计算机断层扫描(CT)和超声)。更新的模式例如光学成像和新的分子成像探针，具有彻底改变检测、治疗和监测疾病的方式的潜力。
分子成像的常见范例涉及使用选择性靶向特定基因、蛋白质、受体或细胞功能的“分子”探针或药剂，其中特定靶的缺失、存在或水平指示了特定疾病状态。具体来说，光学成像提供了几种优点，使其在研究和临床两种背景中成为强有力的分子成像方法。光学成像快速、安全、成本效益高并且高度灵敏。扫描时间在数秒至数分钟的量级上，不需要电离辐射，并且成像系统使用简单。此外，光学探针能够被设计成动态分子成像剂，它们可以在体内改变其报告特征，以实时提供分子和功能信息。为了在体内获得最大穿透和灵敏度，在生物系统中大多数光学成像的选择在红光和近红外(NIR)光谱区(600-900nm) 内，尽管可见光区域中的其他波长也可以使用。在NIR波长区中，由生理上丰富的吸收剂例如血红蛋白和水引起的吸收以及组织的自体荧光，被降至最低。
前列腺癌是世界上癌症相关的死亡的第六大主导病因；它在美国是癌症相关的死亡的第二大主导病因。前列腺癌发生在作为男性生殖系统腺体的前列腺种中。尽管它可能具有侵袭性，但大多数形式是缓慢生长的癌症。癌症的转移或扩散可能发生在身体的其他部位例如骨骼和淋巴结中。前列腺癌会引起诸如排尿困难、尿频、夜间排尿增多、尿血、尿痛、勃起功能障碍、性交困难和疼痛的症状。
前列腺特异性抗原(PSA)是由前列腺腺体的细胞产生的一种蛋白质。PSA是第一种被鉴定的前列腺抗原，并且已变成用于前列腺癌的诊断、检测和预后的首要肿瘤标志物。对于目前正在调查的新的主动和被动免疫疗法来说，前列腺特异性抗原起到分子靶的作用。
在前列腺腺体之外的组织中没有发现显著水平的PSA。在正常情况下，高浓度的PSA被储存在前列腺导管网络中。前列腺或远端位点中正常的组织结构体系由于前列腺癌细胞的破坏，引起更大量的PSA 泄漏到组织间质中，然后泄漏到循环中。
尽管PSA被用于前列腺癌筛查，但单独的患者血清PSA水平不能提供足够的信息来区分良性前列腺状况与真正的前列腺癌。此外，关于将PSA用作治疗靶点，存在几个问题。首先，它被分泌并以高浓度存在于血清中。这可以在治疗或诊断药剂能够结合或进入癌细胞之前阻断向肿瘤细胞的靶向。其次，在激素耐受性癌症中，PSA以较低水平表达。
使有效的前列腺癌筛查变得复杂的一种因素是存在多种形式的 PSA蛋白。在前列腺中，肽酶从未成熟的PSA蛋白移除氨基酸序列，以产生PSA蛋白的成熟的具有酶活性的形式。具有酶活性的PSA仅存在于前列腺组织中。当未成熟蛋白未被正确加工时，产生PSA的无酶活性变体。标准的诊断测试不能区分PSA的有酶活性和无酶活性形式。少量具有酶活性的PSA泄漏出前列腺导管系统进入循环。有酶活性形式的PSA的高血清水平，仅在前列腺癌期间发现。一旦进入循环，有活性的PSA与血清蛋白酶抑制剂α-1-抗胰凝乳蛋白酶(ACT)形成复合物，而无酶活性形式保持不结合。合计造成了能够在循环中测量到的低水平。高水平的复合的(并因此具有酶活性的)PSA更可能指示癌症的存在。靶向PSA的具有酶活性的形式将促使更加可靠的前列腺癌诊断。
癌症后的长期存活极为依赖于早期检测和治疗。检测健康与异常前列腺组织中蛋白质表达的不同模式的能力，能够帮助对可能导致癌症的早期前列腺变化进行分类。更准确和有效地检测并定量成熟前列腺特异性抗原的水平的能力将有助于理解前列腺癌的发病机理和预后，并有助于确定最适合的治疗方式。
发明概述
本发明提供了只被具有酶活性的前列腺特异性抗原激活的荧光成像剂，并且这些药剂可用于各种体外和体内应用，包括但不限于前列腺癌的筛查。还提供了在激活后，在对于人类中前列腺癌的体内成像来说有特定效用的在远红或近红外区中具有荧光的药剂/配体。此外，提供了独立地含有远红或近红外荧光团的药剂，所述荧光团已被可用于优化所述药剂的体外和体内性质的多种化学修饰基团修饰。
因此，本发明的一个方面提供了一种前列腺特异性抗原可激活的药剂，其中所述药剂包含(i)前列腺特异性抗原靶向组成部分，其包含可酶切割的寡肽序列；(ii)两个以上成像报告物组成部分，其可任选地通过连接物(L)组成部分化学连接到所述前列腺特异性抗原靶向组成部分；以及(iii)任选的药物动力学(PK)修饰剂，其化学连接到所述前列腺特异性抗原靶向组成部分。在某些实施方式中，所述成像报告物是荧光组成部分。在其他实施方式中，成像报告物带有多个化学修饰组成部分。
在某些实施方式中，所述前列腺特异性抗原可激活的药剂由式(I) 或其盐表示：
其中F是荧光团或淬灭剂分子，L是连接键或连接物；并且M是附连到所述寡肽的C端或N端或两端的修饰剂。
在某些实施方式中，所述药剂在被前列腺特异性抗原激活后，在远红或近红外波长中具有荧光。
在某些实施方式中，所述PSA可切割的寡肽是表1中列出的寡肽的自由基。
表1.示例性的可酶切割的寡肽序列
寡肽 SEQ ID NO.
Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys-NH<sub>2</sub> 1
Gly-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys-NH<sub>2</sub> 2
Gly-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 3
Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 4
Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 5
Ac-Lys-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 6
Gly-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 7
Gly-Ser-Ser-Phe-Gln-Ser-Ser-Lys 8
Ac-Lys-Ala-Ser-Phe-Gln-Ser-Leu-Lys 9
Hyp-Ser-Chg-Gln-Ser-Lys 10
Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Phe-Gln-Ser-Ser-Lys 11
Gly-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 12
Gly-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys 13
在某些实施方式中，M选自由氢、醇、磺酸盐、多磺酸盐、磺基丙氨酸、磺酰胺、亚砜、砜、羧酸盐、酮、膦酸盐、磷酸盐、亚氨基二乙酸盐、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、四氮杂环十二烷四乙酸、氨基酸或聚氨基酸、寡聚或聚乙二醇、胺、季铵离子、糖、葡萄糖胺、半乳糖胺、甘露糖胺、聚乙二醇(PEG)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)、支链聚丙二醇、聚丙二醇、聚赖氨酸和甲氧基聚乙二醇的接枝共聚物、肽、脂类、脂肪酸、棕榈酸盐、磷脂、磷脂-PEG缀合物、碳水化合物(例如右旋糖酐、氨基右旋糖酐、羧甲基右旋糖酐)、聚乙烯吡咯烷酮、氧化铁纳米粒子、萘基丙氨酸、苯丙氨酸、3,3-二苯基丙胺、牛磺酸、膦酸盐、磷酸盐、羧酸盐和聚羧酸盐所组成的组。
在某些实施方式中，所述连接键或连接物(L)组成部分包含选自由下列组成部分所组成的组中的组成部分的二价自由基：甘氨酸，丙氨酸，β-丙氨酸，-NH-(CH2)n-C(＝O)-，其中n＝1-8，4-氨甲基苯甲酸，磺基丙氨酸，谷氨酸，氨基-聚乙二醇-羧酸，氨基-聚乙二醇胺，乙二胺，丙二胺，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、二氨基丁酸和二氨基丙酸，琥珀酸，戊二酸，辛二酸，己二酸，酰胺，三唑，脲或硫脲。
在某些实施方式中，所述化学修饰剂M改进所述药剂在给药于动物活体时的稳定性、药物动力学或生物分布。
在某些实施方式中，所述化合物是下列化合物之一或其盐：
或来自于表4的化合物。
其他示例性的前列腺特异性抗原可激活的药剂包括由具体实施方式中所描述的式I和II所涵盖的化合物。
本发明的另一方面提供了一种药物组合物，其包含前列腺特异性抗原可激活的药剂和可药用赋形剂。
本发明的另一方面提供了体内成像方法，所述方法包括：(a)将药剂给药于受检者；(b)使所述药剂在所述受检者体内分布；以及(c) 检测由所述前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号。
本发明的另一方面提供了一种体内光学成像方法，所述方法包括： (a)将药剂给药于受检者，其中所述药剂包含荧光染料；(b)使所述药剂在所述受检者体内分布；(c)将所述受检者暴露于所述荧光染料可吸收的波长的光；以及(d)检测由所述药剂发射的信号。
本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中由所述药剂发射的信号被用于构建图像。在其他实施方式中，所述图像是断层扫描图像。本发明的另一方面提供了一种体内光学成像方法，其中将上面描述的步骤(a)至(c)以预定的时间间隔重复，从而允许在所述受检者体内随时间评估所述药剂(例如前列腺特异性抗原成像剂)的发射信号。本发明的另一方面提供了一种体内光学成像方法，其中将上面描述的步骤(a)至(d)以预定的时间间隔重复，从而允许在所述受检者体内随时间评估所述药剂(例如前列腺特异性抗原成像剂)的发射信号。本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中所述受检者是动物或人。本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中在步骤(a)中，将信号特性可以彼此区分开的两种以上成像探针给药于受检者，其中至少一种所述成像探针是本文中描述的药剂(例如前列腺特异性抗原成像剂)。
本发明的另一方面提供了一种体内光学成像方法，其中所述照射和检测步骤使用内窥镜、导管、断层扫描系统、手持光学成像系统或术中显微镜来进行。在某些实施方式中，所述方法是一种体内成像方法，其中发射信号的存在、缺失或水平指示了疾病状态。在某些实施方式中，所述方法是一种体内成像方法，其中所述方法被用于检测和/ 或监测疾病。在某些实施方式中，所述疾病选自由发育异常、肿瘤形成和癌症所组成的组。
本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中在步骤(a)中，将用本文中描述的药剂(例如前列腺特异性抗原成像剂)标记的细胞给药于所述受检者。在其他实施方式中，由所述药剂(例如前列腺特异性抗原成像剂)发射的信号被用于监测所述细胞的运输和定位。
本发明的另一方面提供了一种在受检者体内成像前列腺癌的方法，所述方法包括下列步骤：(a)将药剂给药于受检者；以及(b)检测所述药剂的存在，从而产生代表前列腺癌的图像。
本发明的另一方面提供了一种在受检者体内治疗疾病的方法，所述方法包括将药剂系统或局部地给药于受检者，其中所述药剂包含定位于所述疾病区域中并释放有效剂量的辐射的放射性标记物。
本发明的另一方面提供了一种体外成像方法，所述方法包括：(a) 将样品与药剂相接触；(b)使所述药剂结合于生物靶；(c)可任选地除去未结合的药剂；以及(d)检测从所述药剂发射的信号，从而确定所述药剂是否已被所述生物靶激活或结合于所述生物靶。在某些实施方式中，所述样品是生物样品。
本文中描述的化合物被理解为对于前列腺特异性抗原的结合以及前列腺癌的体外和体内荧光成像来说是有效的，并因此可用于治疗和诊断应用两者。
此外，本发明提供了使用荧光前列腺特异性抗原成像剂进行体外和体内成像的方法。对于体内光学成像来说，所述方法包括(a)将本发明的前列腺特异性抗原可激活的药剂给药于受检者；(b)使所述前列腺特异性抗原可激活的药剂在所述受检者体内分布；(c)将所述受检者暴露于所述前列腺特异性抗原可激活的药剂的荧光团可吸收的波长的光；以及(d)检测由所述前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的光信号。由所述药剂发射的信号可用于构建图像。在某些实施方式中，某些所述图像是断层扫描图像。此外，应该理解，上述步骤可以以预定时间间隔重复，从而允许随时间评估所述受检者。
所述前列腺特异性抗原可激活的药剂可以配制成适合于向受检者例如动物和/或人类受检者给药的药物组合物。所述药物组合物可以在生理上可接受的载体中包含一种以上所述前列腺特异性抗原可激活的药剂和一种以上的稳定剂。
所述受检者可以是脊椎动物，例如哺乳动物，例如人类。所述受检者也可以是用于实验室研究的无脊椎动物(例如秀丽隐杆线虫、果蝇或其他模式研究生物等)。
在某些实施方式中，所述荧光团可以选自例如一系列荧光报告物。
此外，本发明的另一方面提供了使用所述前列腺特异性抗原可激活的药剂进行体外和体内成像的方法。对于体内光学成像来说，一种示例性的方法包括(a)将一种以上上述前列腺特异性抗原可激活的药剂给药于受检者，其中所述药剂包含两种以上荧光染料；(b)使所述药剂在所述受检者体内分布；(c)将所述受检者暴露于至少一种荧光染料可吸收的波长的光；以及(d)检测由所述前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号。由所述药剂发射的信号可用于构建图像，例如断层扫描图像。此外，应该理解，上述步骤可以以预定时间间隔重复，从而允许随时间评估所述受检者。
所述前列腺特异性抗原可激活的药剂可用于测量受检者体内具有酶活性的前列腺特异性抗原(前列腺癌)或其他生理过程例如癌症的水平。一种示例性方法包括(a)将一种以上上述前列腺特异性抗原可激活的药剂给药于受检者；(b)检测所述药剂的存在，从而产生代表所述受检者体内前列腺特异性抗原活性的位点的图像。
在每种上述方法中，所述受检者可以是脊椎动物，例如哺乳动物，例如人类。所述受检者也可以是用于实验室研究的无脊椎动物(例如秀丽隐杆线虫、果蝇或其他模式研究生物等)。
此外，可以将所述前列腺特异性抗原可激活的药剂合并到试剂盒中，例如可任选地具有在体内或体外成像方法中使用所述前列腺特异性抗原可激活的药剂的说明书的试剂盒。所述试剂盒可任选地可以包含有助于所述前列腺特异性抗原可激活的药剂的使用的组分，例如缓冲液和其他配制剂。或者，所述试剂盒可以包含有助于所述前列腺特异性抗原可激活的药剂向受检者的给药和/或检测的医疗装置。
从下面的附图、具体实施方式和权利要求书中，本发明的其他特点和优点将显而易见。
附图简述
图1是比较了前列腺特异性抗原可激活的药剂与有活性PSA和无活性(络合的)PSA保温培养时的荧光量的散点图。图1中的数据示出了前列腺特异性抗原可激活的药剂(化合物A10)的激活。
图2示出了使用前列腺特异性抗原可激活的药剂(化合物A10) 在小鼠体内检测到的有活性PSA的位点的断层扫描图像和总荧光量。图2A示出了在注射后6小时，表达前列腺癌的小鼠的表面荧光反射和断层扫描图像。图2B是比较了注射前列腺特异性抗原可激活的药剂(化合物A10)并进行断层扫描成像的前列腺癌表达(PSA阳性)和对照 (PSA阴性)小鼠之间的荧光量的柱状图。
具体实施方式
本发明提供了用于在受检者体内检测前列腺特异性抗原的组合物和方法。本文中描述的技术部分地基于下述发现，即可以生产稳定的，生物相容的，表现出低的体外非特异性细胞摄入和低的体内非特异性组织摄入，并且可以用于各种体外和体内测定和成像应用以及各种治疗应用的荧光前列腺特异性抗原可激活的药剂。所述前列腺特异性抗原可激活的药剂及其用途的各个方面将在下面的部分中描述。在一个特定部分中描述的本发明的方面不局限于任何特定部分。此外，如果变量不伴有定义，则以所述变量的先前定义为准。
I.前列腺特异性抗原可激活的药剂
本发明的一个方面提供了前列腺特异性抗原可激活的药剂。所述前列腺特异性抗原可激活的药剂总的来说包括(i)前列腺特异性抗原靶向组成部分，和(ii)成像报告物，其可以是荧光团。前列腺特异性抗原靶向组成部分可以通过连接物连接到成像报告物(例如荧光团)。
通过选择成像报告物组成部分、连接物和前列腺特异性抗原靶向组成部分的具体类型，可以调节前列腺特异性抗原可激活的药剂的性质。此外，通过附连一个以上的化学修饰基团(M)，能够调节前列腺特异性抗原可激活的药剂的性质。前列腺特异性抗原靶向组成部分、连接物、荧光团和化学修饰组成部分将更详细地在下面的子部分中描述。
“成像报告物”或“F”可以是用于在成像中提供对照或信号并且可以通过成像技术检测的任何适合的化学品或物质。在某些实施方式中，成像报告物包含一个以上荧光团或光致发光纳米粒子。
术语“化学修饰基团”或“M”被理解为是指可用于改变前列腺特异性抗原可激活的药剂的物理、化学或生物性质的任何组成部分，所述性质改变例如但不限于与未用M修饰的前列腺特异性抗原可激活的药剂相比，使其更易溶于水或在用于给药的介质中更易分散，提高结合特异性，增加或减少分子净电荷，降低免疫原性或毒性，或改变细胞摄入、药物动力学或生物分布特征。
前列腺特异性抗原可激活的药剂的其他信息，可以在例如美国专利号7,371,728、6,127,333、6,174,858、6,391,305、6,177,404和6,130,204 以及美国专利申请号20070244055中找到，所有上述专利和专利申请以其全文通过引用并入本文。
A.前列腺特异性抗原靶向组成部分
前列腺特异性抗原靶向组成部分总的来说是可酶切割的寡肽序列。示例性的前列腺特异性抗原靶向组成部分包括下列寡肽序列的自由基(且至少部分地在上面的表1中描述过)： Gly-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：3)； Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：4)； Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：5)； Ac-Lys-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：6)； Gly-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：7)；以及 Gly-Ser-Ser-Phe-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：8)。
B.成像报告物
考虑了适合于在本发明中使用的各种荧光团，例如荧光报告物。荧光团可以被多个化学修饰组成部分取代。
(a)荧光报告物
在某些实施方式中，成像报告物是荧光团分子。“荧光团”包括但不限于荧光染料、荧光染料淬灭剂分子、任何有机或无机染料、金属螯合物或任何荧光酶底物，包括蛋白酶可激活的酶底物。
在某些实施方式中，前列腺特异性抗原可激活的药剂包含荧光团。在某些实施方式中，荧光团是吸收和发射最大值在约600nm与约1200 nm之间、更优选地在约600nm与约900nm之间的远红和近红外荧光染料(NIRF)。应该认识到，激发和发射波长在其它光谱中的荧光染料的使用，也可用于本发明的组合物和方法中。示例性的荧光染料包括但不限于羰花青荧光染料和吲哚菁荧光染料。
远红至近红外荧光染料优选地在水性介质中具有每个荧光染料分子至少50,000M-1cm-1的消光系数。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高于5％)，(2)狭窄的激发/发射光谱，光谱分离的吸收和发射光谱(即激发和发射最大值相隔至少15 nm)，(3)高的化学和光稳定性，(4)无毒性，(5)良好的生物相容性、生物可降解性和可排泄性，以及(6)对于体内和人类应用所需的大量(即克和千克的量)来说，具有商业可行性和生产规模的可放大性。
某些羰花青或聚甲炔荧光染料可用于生产本发明的前列腺特异性抗原可激活的药剂，并包括例如在下述文献中描述的荧光染料：美国专利号6,747,159，美国专利号6,448,008，美国专利号6,136,612，美国专利号4,981,977，5,268,486，美国专利号5,569,587，美国专利号 5,569,766，美国专利号5,486,616，美国专利号5,627,027，美国专利号5,808,044，美国专利号5,877,310，美国专利号6,002,003，美国专利号 6,004,536，美国专利号6,008,373，美国专利号6,043,025，美国专利号 6,127,134，美国专利号6,130,094，美国专利号6,133,445，WO 97/40104， WO 99/51702，WO 01/21624和EP 1 065 250 A1，以及Tetrahedron Letters 41,9185-88(2000)。
各种荧光染料是可商购的，并且可用于构建本发明的前列腺特异性抗原可激活的药剂。示例性的荧光染料包括例如Cy5.5、Cy5和Cy7 (GE Healthcare)，AlexaFlour660、AlexaFlour680、AlexaFluor750和 AlexaFluor790(Invitrogen)，VivoTag680、VivoTag-S680和 VivoTag-S750(PerkinElmer)，Dy677、Dy682、Dy752和Dy780 (Dyomics)，DyLight547、DyLight647(Pierce)，HiLyte Fluor 647、 HiLyte Fluor 680和HiLyteFluor 750(AnaSpec)，IRDye 800CW、IRDye 800RS和IRDye 700DX(Li-Cor)，ADS780WS、ADS830WS和 ADS832WS(American Dye Source)以及Kodak X-SIGHT 650、Kodak X-SIGHT691、Kodak X-SIGHT 751(Carestream Health)。
表2列出了许多可用于本发明的实践的示例性的商品化荧光染料及其光谱性质。
表2
荧光染料 ε<sub>max</sub> M<sup>-1</sup>cm<sup>-1</sup> 最大吸收波长(nm)
Cy5 250,000 649
Cy5.5 250,000 675
Cy7 250,000 743
AlexaFlour660 132,000 663
AlexaFlour680 184,000 679
AlexaFlour750 280,000 749
VivoTag680(VT680) 100,000 670
VivoTag-S680 220,000 674
VivoTag-S750 100,000 750
Dy677 180,000 673
Dy682 140,000 690
Dy752 270,000 748
Dy780 170,000 782
DyLight547 150,000 557
DyLight647 250,000 653
IRDye800CW 240,000 774
IRDye800RS 200,000 767
IRDye700DX 165,000 689
ADS780WS 170,000 782
ADS830WS 240,000 819
ADS832WS 190,000 824
在某些实施方式中，荧光团被多个化学修饰基团取代。在某些实施方式中，荧光团由式A或其盐表示：
其中：
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
X在每次出现时独立地选自由C(CH2Y1)(CH2Y2)、O、S和Se所组成的组；
Y1和Y2独立地选自由H、C1-C20脂族基团所组成的组，并且可任选地被L—M取代；
L在每次出现时独立地表示连接键或连接物组成部分；并且
M在每次出现时独立地表示修饰组成部分。
在某些其他实施方式中，荧光团由式B或其盐表示：
其中：
X独立地选自由C(CH2Y1)(CH2Y2)、O、S和Se所组成的组；
Y1和Y2独立地选自由H、C1-C20脂族基团和被–OR*、N(R*)2或–SR*取代的C1-C20脂族基团所组成的组；
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
R*是烷基；
R1选自由-(CH2)xCH3、-(CH2)nSO3 -和-(CH2)nSO3H所组成的组，其中x是选自0至6的整数，并且n是选自2至6的整数；
R4选自由-(CH2)xCH3、-(CH2)nSO3 -和-(CH2)nSO3H所组成的组，其中x是选自0至6的整数，并且n是选自2至6的整数；
R2和R3独立地选自由H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、磺酸组成部分和磺酸酯组成部分所组成的组；
Q是-亚芳基-C(O)N(R**)-(C1-8亚烷基)C(O)-，其中亚芳基共价键合到式B的亚烯基核心；并且
R**是氢或烷基。
在某些其他实施方式中，荧光团由式B1或其盐表示：
其中：
X独立地选自由C(CH2Y1)(CH2Y2)、O、S和Se所组成的组；
Y1和Y2独立地选自由H、C1-C20脂族基团和被–OR*、N(R*)2或–SR*取代的C1-C20脂族基团所组成的组；
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
R*是烷基；
R1选自由(CH2)xCH3、(CH2)nSO3 -和(CH2)nSO3H所组成的组，其中 x是选自0至6的整数并且n是选自2至6的整数；
R4选自由(CH2)xCH3、(CH2)nSO3 -和(CH2)nSO3H所组成的组，其中 x是选自0至6的整数并且n是选自2至6的整数；
R2和R3独立地选自由H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、磺酸组成部分和磺酸酯组成部分所组成的组；
Q选自由被羧基取代的杂芳基环或被羰基取代的六员杂芳基环所组成的组；或者Q选自由(i)羧基官能化的杂环，(ii)羧基官能化的含氮杂环，(iii)羧基官能化的含氮六员杂环，例如吡啶、嘧啶酮、吡嗪和哒嗪，(iv)羧基官能化的含氮六员杂环，例如吡啶，以及(v)羰基官能化的含氮六员杂环，例如吡啶所组成的组。
在某些其他实施方式中，式B1具有可变物Q，其由异烟酸、烟酸和甲基吡啶酸或选自下列的基团制备：
其中，羧基也是能够与亲核试剂反应的酯、活性酯或羰基卤化物的形式，并且可以是例如-C(O)-O苯并三唑基、-C(O)-ON-羟基琥珀酰亚胺基、-C(O)-O-四氟苯基、-C(O)-O-五氟苯基、-C(O)-O-咪唑和-C(O)-O-对硝基苯基。
在另一种实施方式中，荧光团由式C或其盐表示：
其中：
X独立地选自由C(CH2K1)(CH2K2)、O、S和Se所组成的组；
K1和K2独立地是H或C1-C20脂族基团；或者K1与K2一起是取代或未取代的碳环或杂环的一部分；
Y1和Y2各自独立地是苯并稠合的环、萘并稠合的环或吡啶并稠合的环；
n1是1、2或3；
R2、R11和R12独立地是H、卤素、烷基、烷氧基、芳氧基、芳基、磺酸盐、亚胺离子，或者当任何两个相邻的R12和R11取代基组合在一起时，形成可任选地被C1-C6烷基、卤素或-S-烷基取代一次以上的四员、五员或六员碳环；
R1和R13是(CH2)xCH3，其中x是选自0至6的整数；或者R1和 R13独立地是(CH2)nSO3 -或(CH2)nSO3H，其中n是选自2至6的整数；
R3、R4和R5独立地选自由H、羧酸盐、羧酸、羧酸酯、胺、酰胺、磺酰胺、羟基、烷氧基、磺酸组成部分和磺酸酯组成部分所组成的组；
R6是未取代的C1-C20脂族基团、未取代的芳基或未取代的烷基芳基；
R7是H、未取代的C1-C20脂族基团、未取代的芳基或未取代的烷基芳基，其中R7可任选地被卤素取代；或者
R6和R7合在一起形成可任选地被卤素取代的四员、五员、六员或七员杂环；
W不存在或者是选自由–SO2NR6-Q-CHR7-、-O-、-C(O)O-和–C(O)N(H)-所组成的组中的基团；并且
h＝0-70；k＝0或1；d＝0-12；m＝0-12；p＝0-12。
可用于本发明的前列腺特异性抗原可激活的药剂的合成的一些示例性的化学修饰的荧光团，包括例如表3中所列出的。
表3.
在某些实施方式中，可以将两个以上荧光染料分子化学连接到前列腺特异性抗原靶向组成部分，以产生荧光前列腺特异性抗原药剂。
在某些实施方式中，可以将一个荧光团用淬灭剂分子代替。
在成像报告物是荧光染料分子的情形中，前列腺特异性抗原可激活的药剂的消光系数可以使用公式ε＝A/cl计算，即在1cm光程长度的比色皿中，染料在其最大吸收峰处(例如对于VivoTag 680来说在～670nm处)的吸收值与粒子浓度之比，其中A是吸收值，c是摩尔浓度，并且l是以cm为单位的光程长度。
荧光硅纳米粒子也可能具有下列性质：(1)高的量子产率(即在水性介质中量子产率高于5％)，(2)狭窄的发射光谱(即小于75nm，更优选地小于50nm)，(3)光谱分离的吸收和发射光谱(即相隔超过20nm，更优选地超过50nm)，(3)高化学稳定性和光稳定性(即在暴露于光后保留发光性质)，(4)具有生物相容性(参见下文)或可以被制造成生物相容性更高，(5)在用于成像方案的剂量下对细胞或受检者无毒性或毒性极小(通过例如LD50或刺激性试验或本领域中已知的其他类似方法测量)，和/或(6)对于体内和人类应用所需的大量(即克和千克的量)来说，具有商业可行性和生产规模的可放大性。
其他示例性荧光团包括具有荧光的并且可用于各种体外和体内应用的金属氧化物纳米粒子。在一种实施方式中，将前列腺特异性抗原靶向组成部分缀合到具有一种以上下列特征的荧光金属氧化物纳米粒子：(1)适合于附连多个荧光染料，从而获得大的消光系数(超过 1,000,000M-1cm-1)的聚合物涂层，(2)适合于每个粒子附连约10至约300个荧光染料的非交联聚合物涂层，(3)适合于以不显著损害荧光染料的量子产率的方式(例如当在相同条件下测试时，纳米粒子保留由基本上相同数量的游离荧光染料产生的荧光信号的至少50％)附连多个荧光染料的聚合物涂层，以及(4)适合于生物分子的高效化学连接并保留它们的生物性质以产生分子成像剂的聚合物涂层。在荧光染料和细菌靶向剂化学连接之前和之后的两种情况下，荧光金属氧化物纳米粒子是在体外高度稳定的分子成像剂，但在体内仍然是不稳定的和/或可降解的。
此外，可以将前列腺特异性抗原靶向组成部分缀合到能够引发光动力疗法的分子。这些分子包括但不限于Photofrin、Lutrin、Antrin、氨基乙酰丙酸、金丝桃素、苯并卟啉衍生物以及某些选择的卟啉。
在某些实施方式中，将成像剂合并到具有一种以上下列特征的纳米粒子上：(1)适合于附连多个药剂的聚合物涂层，(2)适合于每个粒子附连约10至约300个药剂的非交联聚合物涂层，以及(3)适合于药剂的高效化学连接并保留它们的生物性质以产生分子成像剂的聚合物涂层。在与药剂化学连接之前和之后的两种情况下，药剂修饰的金属氧化物纳米粒子可以是在体外高度稳定的分子成像剂，但在体内仍然不稳定和/或可降解。
应该认识到，可以将前列腺特异性抗原可激活的药剂缀合的金属氧化物纳米粒子配制成适合于向受检者例如动物和/或人类受检者给药的药物组合物。
(iii)超声报告物
对于超声波成像来说，成像报告物可以包括充气气泡例如 Levovist、Albunex或Echovist或粒子或金属螯合物，该金属螯合物中金属离子具有21-29、42、44或57-83的原子序数。这样的化合物的实例在Tyler等，Ultrasonic Imaging,3,pp.323-29(1981)和D.P.Swanson，“超声波强化药剂：基础”(Enhancement Agents for Ultrasound:Fundamentals)，《医学成像中的药物》(Pharmaceuticals in Medical Imaging)，pp.682-87(1990)中有描述。
(iv)X-射线报告物
示例性的报告物可以包含碘代有机分子或原子序数为57至83的重金属离子的螯合物。这样的化合物的实例在M.Sovak主编的《造影剂》(Radiocontrast Agents)，Springer-Verlag,pp.23-125(1984)和美国专利4,647,447中有描述。
C.连接物
连接物或间隔物组成部分(L)可用于将一个以上化学修饰剂(M) 化学连接到荧光团，和/或将前列腺特异性抗原靶向组成部分连接到Q，或者如果Q不存在，直接连接到本发明的药剂的荧光团。有用的连接物组成部分包括天然和非天然两类氨基酸和核酸、肽，例如甘氨酸、β- 丙氨酸、γ-氨基丁酸或氨基己酸，以及合成的连接物分子例如氨基乙基马来酰亚胺或氨甲基苯甲酸，或聚合物例如同双官能团或异双官能团聚乙二醇(PEG)。当连接物是肽时，所述肽可任选地可以包括蛋白水解切割位点，其可以用各种试剂例如酶切割。
应该理解，对于给定连接物来说，没有特别的结构、尺寸或内含物限制。连接物可以包括例如各种官能团，诸如马来酰亚胺、二硫代吡啶基、硫醇、叠氮化物、烯烃或炔烃，其允许分子组装具有多样化结构。
连接物可以是同官能团连接物或异官能团连接物。例如，胺(NH2- -)官能化组成部分可以与被设计为与氨基反应的双官能团交联剂反应。可以促进连接物形成或促进例如荧光团与可酶切割的寡肽之间的共价连接的特别有用的缀合试剂，可以包括N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯和/或马来酰亚胺。NHS酯可以与例如肽或荧光团的胺基反应。马来酰亚胺可以与其他分子的巯基反应。其他特别有用的连接物组成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-羟基琥珀酰亚胺酯 (MBS)、琥珀酰亚胺基-反式4-(马来酰亚胺基甲基)环己烷-1-甲酸酯 (SMCC)、琥珀酰亚胺基碘乙酸酯(SIA)。
在某些实施方式中，连接物如果存在的话，可以是二胺的衍生物。二胺组成部分或衍生物可以通过可任选地用羧酸衍生，为化学连接的分子提供不同长度和化学性质的连接臂。二胺的非限制性实例包括乙二胺(EDA)、丙二胺、亚精胺、精胺、己二胺和二胺-氨基酸例如高赖氨酸、赖氨酸、鸟氨酸、二氨基丁酸和二氨基丙酸。在其他实施方式中，可以将成像剂组成部分化学连接到二羧酸例如琥珀酸、戊二酸、辛二酸或己二酸。在一种实施方式中，连接物是氨基乙基马来酰亚胺。
在某些实施方式中，连接物可以分支，例如谷氨酸或5-(氨甲基) 间苯二甲酸，或是树枝状分子，例如赖氨酸或谷氨酸树枝状分子，并有连接到荧光团上的单一位点的多个M基团。
在某些实施方式中，L是官能化的、取代或未取代的C1-C18烷基、烯基、炔基、烷氧基或硫烷基。在其他实施方式中，L是官能化的取代或未取代的芳香族或杂芳族环。在其他实施方式中，L不存在。
在某些实施方式中，连接物可以由叠氮基组成部分形成，该叠氮基组成部分能够在叠氮-乙炔Huisgen[3+2]环加成反应中与与取代的炔反应。在某些实施方式中，叠氮基或炔连接物可以将聚乙二醇(PEG) 组成部分连接到例如可酶切割的寡肽。其他被考虑的连接物包括炔丙基甘氨酸、戊醇、戊炔酸、炔丙酸和/或炔丙胺组成部分。
在某些实施方式中，使用与氨基官能化的前列腺特异性抗原靶向组成部分的胺基反应的F上的反应性NHS酯基，将成像报告物直接化学连接到前列腺特异性抗原靶向组成部分。在某些其他实施方式中，F 上的羧酸基团可以被本领域中已知的活化剂原位活化，所述活化剂例如2-(1H-苯并三唑-1-基)-1,1,3,3,-四甲基脲六氟磷酸酯(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酯(DSC)。在其他实施方式中，含有巯基或硫醇的F可以通过与具有能够与巯基(硫醇) 反应的第二组成部分的双功能团交联剂反应，化学连接到前列腺特异性抗原靶向组成部分。这样的交联剂包括例如并且如上所述的SPDP、长链SPDP、SIA、MBS、SMCC和本领域中公知的其他交联剂。
有用的连接物组成部分包括天然和非天然两类氨基酸、寡肽例如线性或环状寡肽以及核酸。连接物可以是肽或肽组成部分。连接物可以可任选地包括蛋白水解或非蛋白水解切割位点，例如可以在所需位点处根据pH变化切割的酯连接键。
当在本文中使用时，术语“氨基酸”被理解为是指含有碱性氨基和酸性羧基两者的有机化合物。这一术语中包括天然氨基酸(例如L- 氨基酸)、修饰的和不常见氨基酸(例如D-氨基酸)以及已知在生物学上以游离或组合形式存在但通常不存在于蛋白质中的氨基酸。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、脯氨酸和缬氨酸。其他氨基酸包括但不限于精酰琥珀酸、瓜氨酸、半胱亚磺酸、3,4-二羟基苯丙氨酸、高半胱氨酸、高丝氨酸、鸟氨酸、肉碱、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、,5,5'-二碘代甲状腺原氨酸和3,3',5,5'-四碘代甲状腺原氨酸。
可用于实践本发明的修饰的或不常见氨基酸包括但不限于D-氨基酸、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-腺苷甲硫氨酸、S-腺苷高半胱氨酸、4-羟基脯氨酸、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-二甲基氨基甘氨酸、N-甲基氨基甘氨酸、4-氨基哌啶-4-甲酸、6-氨基己酸、反式4-(氨基甲基)-环己烷甲酸、2-、3-和4-(氨基甲基)-苯甲酸、1-氨基环戊烷甲酸、1-氨基环丙烷甲酸和2-苯甲基-5-氨基戊酸。
当在本文中使用时，“假肽”或“肽模拟物”是例如通过使用酰胺键连接之外的连接基团(假肽键)和/或通过使用非氨基酸替代物和/ 或修饰的氨基酸残基来模拟氨基酸残基或肽的结构的化合物。“假肽残基”意指假肽或肽模拟物的存在于肽中的部分。术语“假肽键”包括可用于代替正常酰胺键或作为其替代物的肽键电子等排体。这些替代物或酰胺“等同”连接键由正常情况下不存在于肽或蛋白质中的模拟酰胺键的空间要求并应该使分子对酶降解稳定的原子组合形成。在本文中使用下列常规三字母氨基酸缩写：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＝苯甘氨酸；Pro＝脯氨酸；Sar＝肌氨酸；Ser＝丝氨酸； Thi＝噻吩基丙氨酸；Thr＝苏氨酸；Trp＝色氨酸；Tyr＝酪氨酸；以及Val＝缬氨酸；Hpy＝羟基脯氨酸；Cha＝环己基丙氨酸；Chg＝环己基甘氨酸。前缀D-的使用表示所述氨基酸的D-异构体；例如，D- 赖氨酸表示为D-Lys。
肽可以使用溶液相化学或固相化学或两者的组合来合成 (Albericio,Curr.Opinion.Cell Biol.,8,211-221(2004)；M.Bodansky，《肽化学：实用教材》(PeptideChemistry:A Practical Textbook)， Springer-Verlag；N.L.Benoiton，《肽合成化学》(Chemistry of Peptide Synthesis)，2005,CRC Press)。
为了制备本发明的药剂，可能需要选择性或正交的胺保护基团。当在本文中使用时，术语“胺保护基团”是指有机合成技术领域中已知的用于胺基团的保护的任何基团。这样的胺保护基团包括在Greene，《有机合成中的保护基团》(Protective Groups inOrganic Synthesis)， John Wiley&Sons,New York(1981)和《肽：分析、合成、生物学》(ThePeptides: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下列：1)酰基类型，例如甲酰基、三氟乙酰基、邻苯二甲酰基和对甲苯磺酰基；2)芳香族氨基甲酸酯类型，例如苯甲氧基羰基(Cbz或Z)和取代的苯甲氧基羰基、1-(对联苯基)-1- 甲基乙氧基羰基和9-芴基甲氧基羰基(Fmoc)；3)脂族氨基甲酸酯类型，例如叔丁氧基羰基(Boc)、乙氧基羰基、二异丙基甲氧基羰基和烯丙氧基羰基；4)环烷基氨基甲酸酯类型，例如环戊氧基羰基和金刚烷氧基羰基；5)烷基类型，例如三苯基甲基和苯甲基；6)三烷基硅烷，例如三甲基硅烷；以及7)含硫醇类型，例如苯基硫代羰基和二硫代琥珀酰基。在术语“胺保护基团”中还包括酰基，例如叠氮基苯甲酰基、对苯甲酰基苯甲酰基、邻苯甲基苯甲酰基、对乙酰基苯甲酰基、丹磺酰基、甘氨酰基-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。
在某些实施方式中，可酶切割的寡肽可以包括寡聚L-精氨酸、寡聚L-赖氨酸、寡聚-L-天冬氨酸或寡聚L-谷氨酸。
连接物的可酶切割的寡肽可以被选自下列的至少一种酶切割：水解酶，弹性蛋白酶，组织蛋白酶，基质金属蛋白酶，肽酶，外肽酶，内肽酶，羧肽酶，糖苷酶，脂肪酶，核酸酶，裂合酶，淀粉酶，磷脂酶，磷酸酯酶，磷酸二酯酶，硫酸酯酶，丝氨酸蛋白酶，枯草杆菌蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，胰蛋白酶，苏氨酸蛋白酶，半胱氨酸蛋白酶，钙蛋白酶，木瓜蛋白酶，半胱天冬酶，天冬氨酸蛋白酶，胃蛋白酶，凝乳酶，谷氨酸蛋白酶，肾素，还原酶，以及寄生虫、病毒和细菌的酶。
D.化学修饰剂
取决于目标用途，前列腺特异性抗原可激活的药剂可以包含一个或多个化学修饰剂(M)，其可以改变前列腺特异性抗原可激活的药剂的物理、化学或生物性质。具体来说，可以将多个M化学连接到药剂的荧光团组成部分。M在每次出现时可以相同，或者也可以不同。例如，M可能使前列腺特异性抗原可激活的药剂对生物成像来说更加有用，也就是说例如与未取代或取代较少的荧光团组成部分相比，更易溶于水或在用于给药的介质中更易分散，具有增强的结合特异性或更低的免疫原性或更低的毒性，或具有降低的非特异性结合、改变了的生物分布和药物动力学。
例如，甲氧基聚乙二醇(mPEG)或多肽或多个阴离子性M的并入，可以起到改变前列腺特异性抗原可激活的药剂的体内药效动力学和血液清除率的作用。其他M可以被选择用于加速前列腺特异性抗原可激活的药剂从背景组织例如肌肉或肝脏和/或从血液的清除，从而降低背景干扰并提高图像质量。此外，M可以用于优选特定排泄路线，例如通过肾脏而不是通过肝脏。M还可以协助在药物组合物中配制探针，或者可用于改变或保留前列腺特异性抗原可激活的药剂的信号报告性质。具体来说，聚乙二醇(PEG)或其衍生物与前列腺特异性抗原可激活的药剂的化学连接可以产生更长的血液停留时间(更长的循环) 和降低免疫原性。
示例性的修饰剂包括聚乙二醇(PEG)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))、支链聚丙二醇、聚丙二醇、聚赖氨酸和甲氧基聚乙二醇的接枝共聚物、氨基酸、肽、脂、脂肪酸、棕榈酸盐、磷脂、磷脂-PEG缀合物、碳水化合物(例如右旋糖酐、氨基右旋糖酐、羧甲基右旋糖酐)、氧化铁纳米粒子、磺酸盐、聚磺酸盐、磺基丙氨酸、萘基丙氨酸、苯丙氨酸和3,3-二苯基丙胺牛磺酸、膦酸盐、磷酸盐、羧酸盐和聚羧酸盐。
在某些实施方式中，化学修饰剂M是选自由羧酸盐、膦酸盐、磷酸盐、亚氨基二乙酸盐、磺基丙氨酸或牛磺酸所组成的组的阴离子性组成部分。
在某些实施方式中，化学修饰剂M是磺酸盐或聚磺酸盐。
在某些实施方式中，化学修饰剂M是氢、醇、磺酰胺、亚砜、砜、酮、氨基酸例如谷氨酸或牛磺酸、聚氨基酸例如聚磺基丙氨酸、寡聚或聚乙二醇、胺、季铵离子或碳水化合物例如葡萄糖胺、半乳糖胺或甘露糖胺。
在某些实施方式中，化学修饰剂M是金属螯合剂例如乙二胺四乙酸(EDTA)、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)或四氮杂环十二烷四乙酸(DOTA)。在本发明的另一方面，一个或多个金属螯合性M基团络合到金属离子。
在某些实施方式中，正如上面讨论的，生物修饰剂可以是具有例如约0.1kDa至约50kDa、约5kDa至约45kDa或约10kDa至约40kDa 的分子量的PEG组成部分。或者，PEG可以是以例如约1100道尔顿的离散的分子量被官能化的dPEG。
在某些实施方式中，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。
PEG组成部分可以通过羧基官能团缀合到前列腺特异性抗原可激活的药剂上的反应性胺。或者，可以通过使用硫醇反应性交联剂，然后与PEG上的硫醇基反应，将PEG修饰剂缀合到前列腺特异性抗原可激活的药剂。或者，可以通过酰胺官能团将PEG组成部分缀合到前列腺特异性抗原可激活的药剂上的反应性羧酸。
在一种实施方式中，PEG可以是分支的或Y形的，正如可以从JenKem USA或NOF获得的，或者是梳形的，或通过将两个以上PEG 缀合到小分子例如谷氨酸来合成。
在其他实施方式中，生物修饰剂可以是聚乙烯吡咯烷酮(PVP) 类型的聚合物。生物修饰剂可以是官能化的聚乙烯吡咯烷酮，例如在聚合物的一个(或两个)末端上(正如可以从Polymersource获得的) 或在聚合物链内被羧基或胺基官能化。
或者，生物修饰剂可以包括聚N-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺 (HPMA)或官能化的HPMA(胺、羧基等)、聚(N-异丙基丙烯酰胺) 或官能化的聚(N-异丙基丙烯酰胺)。
生物修饰剂可以包括直链或支链酰基例如戊酰基，酸性基团例如琥珀酰基，低级烷基例如甲基、乙基、丙基等，羧基烷基例如羧乙基，卤代烷基例如三氟甲基等。
总的来说，M的化学连接对前列腺特异性抗原可激活的药剂的亲和性和/或结合性质没有不利影响。
E.第一类示例性的前列腺特异性抗原可激活的药剂
上面描述的前列腺特异性抗原靶向组成部分、成像报告物、连接物和任选的化学修饰组成部分可以以不同排列进行组合，以提供多种的前列腺特异性抗原可激活的药剂。
因此本发明的一个方面提供了一种前列腺特异性抗原可激活的药剂，其包含化学连接到两个荧光团的一个前列腺特异性抗原靶向组成部分，其中多个化学修饰组成部分(M)化学连接到所述荧光团。可任选地，一个或多个连接物(L)组成部分可用于将前列腺特异性抗原靶向组成部分化学连接到荧光团或将M化学连接到荧光团。
在某些实施方式中，前列腺特异性抗原可激活的药剂对具有酶活性的前列腺特异性抗原具有亲和性。在其他实施方式中，对具有酶活性的前列腺特异性抗原的亲和性高于对无酶活性的前列腺特异性抗原的亲和性。正如本文中定义的，“前列腺特异性抗原靶向组成部分”是与具有酶活性的成熟前列腺特异性抗原特异性结合的分子。
“荧光团”可以是用于在成像中提供荧光信号或对比并且可以通过成像技术检测的任何适合的化学品或物质。在某些实施方式中，荧光团包含例如花青染料、羰花青染料、吲哚菁染料或聚甲炔荧光染料。在某些实施方式中，荧光团包含对称的花青染料。在其他实施方式中，荧光团包含不对称的花青染料。在其他实施方式中，荧光团也可以用多个化学修饰基团修饰，以优化药剂的体外和体内性质，并最终优化药剂作为荧光成像剂的性能。
前列腺特异性抗原可激活的药剂可以对具有酶活性的前列腺特异性抗原具有亲和性。在某些实施方式中，前列腺特异性抗原可激活的药剂结合于在前列腺癌病理期间在血清中升高的成熟的具有酶活性的前列腺特异性抗原。
本发明的另一方面提供了前列腺特异性抗原可激活的药剂，其包含：
(i)前列腺特异性抗原靶向组成部分，其包含可酶切割的寡肽序列；以及
(ii)两个以上成像报告物，其可任选地通过连接物(L)组成部分化学连接到所述前列腺特异性抗原靶向组成部分；以及
(iii)一个或两个可任选的化学修饰组成部分M，其化学连接到所述前列腺特异性抗原靶向组成部分。
术语“化学连接”被理解为是指通过原子之间强得足以允许合并的聚集体作为单元起作用的吸引力相连。这包括但不限于化学键例如共价键、非共价键例如离子键、金属键和桥键、疏水相互作用、氢键和范德华相互作用。
本发明的另一方面提供了一种前列腺特异性抗原药剂，其包含：
(i)前列腺特异性抗原靶向组成部分，其包含可酶切割的寡肽序列；
(ii)成像报告物，其可任选地通过连接物(L)组成部分化学连接到所述前列腺特异性抗原靶向组成部分；以及
(iii)荧光报告物，其可任选地通过连接物(L)组成部分化学连接到可激活的前列腺特异性靶向组成部分，其中所述荧光组成部分带有多个化学修饰基团。
F.第二类示例性的前列腺特异性抗原可激活的药剂
本发明的另一方面提供了由式(I)或其盐表示的化合物：
其中：
F在每次出现时独立地表示荧光染料或淬灭剂；
L在每次出现时独立地表示连接键或连接物；并且
M是修饰剂，其附连到寡肽的C或N端或两端；并且
在M至少出现一次的情况下，n独立地表示0或1。
在某些实施方式中，所述药剂在远红或近红外波长中具有荧光。
在某些实施方式中，化学修饰组成部分(M)选自由氢、醇、磺酸盐、多磺酸盐、磺基丙氨酸、磺酰胺、亚砜、砜、羧酸盐、酮、膦酸盐、磷酸盐、亚氨基二乙酸盐、乙二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、四氮杂环十二烷四乙酸、氨基酸或聚氨基酸、寡聚或聚乙二醇、胺、季铵离子、糖、葡萄糖胺、半乳糖胺、甘露糖胺、聚乙二醇(PEG) 或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)、支链聚丙二醇、聚丙二醇、聚赖氨酸和甲氧基聚乙二醇的接枝共聚物、肽、脂、脂肪酸、棕榈酸盐、磷脂、磷脂-PEG缀合物、碳水化合物(例如右旋糖酐、氨基右旋糖酐、羧甲基右旋糖酐)、氧化铁纳米粒子、萘基丙氨酸、苯丙氨酸、3,3-二苯基丙胺、牛磺酸、膦酸盐、磷酸盐、羧酸盐和聚羧酸盐所组成的组。
在某些实施方式中，化学修饰组成部分(M)是氢、磺酸盐、聚磺酸盐、磺酰胺、亚砜、砜、羧酸盐、酮、膦酸盐、磷酸盐、亚氨基二乙酸盐或下列物质的自由基：醇，磺基丙氨酸，胺，乙二胺四乙酸，二亚乙基三胺五乙酸，四氮杂环十二烷四乙酸，氨基酸或聚氨基酸，寡聚乙二醇或聚乙二醇，季铵离子，糖，葡萄糖胺，半乳糖胺，甘露糖胺，聚乙二醇(PEG)及其衍生物，支链聚丙二醇，聚丙二醇，聚赖氨酸和甲氧基聚乙二醇的接枝共聚物，肽，脂，脂肪酸，棕榈酸盐，磷脂，磷脂-PEG缀合物，碳水化合物，聚乙烯吡咯烷酮，氧化铁纳米粒子，萘基丙氨酸，苯丙氨酸，3,3-二苯基丙胺，牛磺酸，膦酸盐，磷酸盐，羧酸盐或聚羧酸盐。
在其他实施方式中，化学修饰剂M降低药剂的非特异性细胞膜通透性。在其他实施方式中，化学修饰剂M降低药剂在给药于动物活体时的非特异性组织积累。
在某些实施方式中，连接键或连接物组成部分(L)包含选自下列的组成部分所组成的组中的的双自由基：甘氨酸，丙氨酸，β-丙氨酸， -NH-(CH2)n-C(＝O)-，其中n＝1-8，4-氨甲基苯甲酸，磺基丙氨酸，谷氨酸，氨基-聚乙二醇-羧酸，氨基-聚乙二醇胺，乙二胺，丙二胺，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、二氨基丁酸和二氨基丙酸，琥珀酸，戊二酸，辛二酸，己二酸，酰胺，三唑，脲或硫脲。
G.第三类示例性的前列腺特异性抗原可激活的药剂
本发明的另一方面提供了由式II或其盐表示的前列腺特异性抗原 (PSA)可激活的药剂：
其中：
R1是氢、-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇或-(C1-6亚烷基)-N(R*)C(O)-(C1-6亚烷基)-N(-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇)C(O)-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇；
R*是氢或未取代的C1-6烷基；
F在每次出现时独立地由结构式IIa或IIb表示：
其中：
R2在每次出现时独立地表示氢或未取代的C1-6烷基，或两个相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R3是氢或未取代的C1-6烷基，或者R3和相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R4是氢或未取代的C1-6烷基；
R5在每次出现时独立地表示未取代的C1-6烷基、未取代的C1-6烷基-SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
R6和R7在每次出现时各自独立地表示氢、-SO3H或-SO3 -M+；
M是一价阳离子或不存在；
n为1、2或3；
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
X在每次出现时独立地表示C(CH2Y1)(CH2Y2)、O或S；并且
Y1和Y2独立地是氢或未取代的C1-6烷基；并且
式IIb由下式表示：
其中：
R1b和R3b各自独立地表示未取代的C1-6烷基、未取代的C1-6烷基 -SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
R2b在每次出现时各自独立地表示甲基、乙基或丙基；
R4b和R5b在每次出现时各自独立地表示氢、-SO3H或-SO3 -M+；
R6b是氢或C1-6未取代的烷基；
M是一价阳离子或不存在；
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
Z是亚芳基；
X1是未取代的C1-8亚烷基；并且
PSA可切割的寡肽是下列寡肽之一：
其中ψ是连接到R1的共价键。
在某些实施方式中，F由结构式IIa表示。在某些实施方式中，W 表示苯并稠合的环。在某些实施方式中，R6和R7在每次出现时各自独立地表示氢或-SO3H。
在某些实施方式中，F由下列结构式表示：
其中：
R2在每次出现时独立地表示氢或未取代的C1-6烷基，或者两个相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R3是氢或未取代的C1-6烷基，或者R3和相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R4是氢或未取代的C1-6烷基；
R5在每次出现时独立地表示未取代的C1-6烷基-SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
M是一价阳离子或不存在；
n为1、2或3；并且
X是C(CH3)2或C(CH2CH3)2。
在某些实施方式中，R2和R3是氢。在某些实施方式中，R4是甲基。在某些实施方式中，n是2或3。在某些实施方式中，X是C(CH3)2。在某些实施方式中，F由下列结构式之一表示：
在某些其他实施方式中，F由结构式IIb表示。在某些实施方式中， W表示苯并稠合的环。在某些实施方式中，R4b和R5b在每次出现时各自独立地表示氢或-SO3H。
在某些实施方式中，F由下列结构式表示：
其中：
R1b和R3b各自独立地表示未取代的C1-6烷基、未取代的C1-6烷基 -SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
R2b在每次出现时独立地表示甲基或乙基；
R6b是氢或甲基；
M是一价阳离子或不存在；
Z是亚芳基；并且
X1是未取代的C1-6亚烷基。
在某些实施方式中，R1b和R3b各自独立地表示未取代的C1-6烷基 -SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H。在某些实施方式中，R2b是甲基。在某些实施方式中，R6b是氢。在某些实施方式中，Z是六员杂芳族双自由基。在某些实施方式中，Z是在某些实施方式中，X1是-(CH2)4-、-(CH2)5-或-(CH2)6-。在某些实施方式中，F由下列结构式之一表示：
在某些实施方式中，PSA可切割的寡肽是下列寡肽之一：
在某些实施方式中，R1是-(C1-6亚烷基)-N(R*)C(O)-(C1-6亚烷基)-N(-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇))C(O)-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇。在某些实施方式中，R1是在某些实施方式中，所述甲氧基聚乙二醇具有约5,000g/mol至约30,000g/mol的重均分子量。在某些实施方式中，所述甲氧基聚乙二醇具有约20,000 g/mol的重均分子量。
在某些其他实施方式中，R1是氢。
本发明的另一方面提供了一种前列腺特异性抗原(PSA)可激活的药剂，其由式III表示或者是其盐：
其中：
p是1、2、3、4或5；
t是1、2、3或4；
所述PSA可切割的寡肽是选自下列的寡肽的一价或多价自由基：
Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys-NH2(SEQ ID NO：1)，
Gly-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys-NH2(SEQ ID NO：2)，
Gly-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：3)，
Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：4)，
Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：5)，
Ac-Lys-Hyp-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：6)，
Gly-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：7)，
Gly-Ser-Ser-Phe-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：8)，
Ac-Lys-Ala-Ser-Phe-Gln-Ser-Leu-Lys(SEQ ID NO：9)，
Hyp-Ser-Chg-Gln-Ser-Lys(SEQ ID NO：10)，
Ac-Lys-Hyp-Ser-Ser-Phe-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：11)，
Gly-Ala-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：12)，以及
Gly-Hyp-Ser-Ser-Chg-Gln-Ser-Ser-Lys(SEQ ID NO：13)；
R1是氢、-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇或-(C1-6亚烷基)-N(R*)C(O)-(C1-6亚烷基)-N(-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇)C(O)-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇；
R*是氢或未取代的C1-6烷基；
F在每次出现时独立地由结构式IIIa或IIIb表示：
其中：
R2在每次出现时独立地表示氢或未取代的C1-6烷基，或者两个相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R3在每次出现时独立地表示氢或未取代的C1-6烷基，或者R3和相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R4是氢或未取代的C1-6烷基；
R5在每次出现时独立地表示未取代的C1-6烷基、未取代的C1-6烷基-SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
R6和R7在每次出现时各自独立地表示氢、-SO3H或-SO3 -M+；
M是一价阳离子或不存在；
n为1、2或3；
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
X在每次出现时独立地表示C(CH2Y1)(CH2Y2)、O或S；并且
Y1和Y2独立地是氢或未取代的C1-6烷基；并且
式IIIb由下式表示：
其中：
R1b和R3b各自独立地表示未取代的C1-6烷基、未取代的C1-6烷基 -SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
R2b在每次出现时各自独立地表示甲基、乙基或丙基；
R4b和R5b在每次出现时各自独立地表示氢、-SO3H或-SO3 -M+；
R6b是氢或C1-6未取代的烷基；
M是一价阳离子或不存在；
W表示苯并稠合、萘并稠合或吡啶并稠合的环；
Z是亚芳基；并且
X1是未取代的C1-8亚烷基。
上面对式II和III的说明描述了多种实施方式。明确地考虑到了所述实施方式的所有组合。此外，由于上面式II中变量的定义涵盖了多种化学基团，因此本申请考虑了具有例如下列特点的实施方式：(i) 变量的定义是选自上面提出的化学基团中的单一化学基团，(ii)所述定义是选自上面提出的两个以上化学基团的集合，以及(iii)化合物由变量的组合所定义，其中所述变量由(i)或(ii)定义。
H.示例性的前列腺特异性抗原可激活的药剂
有用的前列腺特异性抗原可激活的药剂，可以使用上文中描述的一种以上前列腺特异性抗原靶向组成部分、成像报告物、生物修饰剂和连接物，使用本领域中已知的标准化学方法来产生。取决于具体应用，前列腺特异性抗原可激活的药剂可以被设计成可溶于水或可在水中分散的(即在水性或生理介质溶液中充分地可溶或可悬浮)。前列腺特异性抗原可激活的药剂优选地不具有任何不理想的光毒性性质和/ 或不表现出低的血清蛋白结合亲和性。示例性的具体的前列腺特异性抗原可激活的药剂列于表4中。在某些实施方式中，前列腺特异性抗原可激活的药剂是表4中列出的前列腺特异性抗原可激活的药剂或其盐。
表4.*
*化学结构的F*部分的结构提供在下面的表4A中。F*部分共价连接到指定的氨基酸残基以形成酰胺键。
表4A.
示例性的前列腺特异性抗原可激活的药剂可以包括下列物质或其盐：
本文中公开的成像剂可以配制成适合于向受检者例如动物和/或人类给药的药物组合物。药物组合物可以在生理相关的载体中包含一种以上成像剂和一种以上赋形剂例如稳定剂。
对于体内应用来说，本发明的组合物可以提供在适合于向受检者例如动物和/或人类给药的制剂中。因此，所述制剂包含药剂以及适合于所需给药形式和/或剂量的生理相关的载体。术语“生理相关的载体”被理解为是指将药剂分散、溶解、悬浮、混合在其中的载体，并且该载体是生理上可耐受的，即可以给药到受检者的身体、身体中或身体上，而没有过度不适或刺激或毒性。优选的载体是流体，优选为液体，更优选为水性溶液；然而，用于固体制剂、外用制剂、吸入制剂、眼用制剂和透皮吸收制剂的载体，也被认为是在本发明的范围之内。
考虑了药剂可以口服或肠胃外给药。对于肠胃外给药来说，药剂可以静脉内注射、肌肉内注射、皮肤给药、经皮给药、皮下注射、直肠给药、鼻腔给药、阴道给药或眼部给药。因此，组合物可以采取例如固体片剂、胶囊、丸剂、粉剂包括冻干粉剂、胶体混悬剂、微球、脂质体颗粒剂、混悬剂、乳剂、溶液剂、凝胶包括水凝胶、糊剂、软膏、霜剂、硬膏剂、灌洗液、灌服剂、渗透释放装置、栓剂、灌肠剂、注射剂、植入物、喷剂或气溶胶的形式。药物组合物可以按照常规制药方法来配制(参见例如《Remington：药学科学与实践》(Remington: TheScience and Practice of Pharmacy)，第20版，2000，A.R.Germaro 主编，LippincottWilliams&Wilkins,Philadelphia；以及《制药技术百科全书》(Encyclopedia ofPharmaceutical Technology)，J.Swarbrick 和J.C.Boylan主编，1988-1999,MarcelDekker,New York)。
应该理解，药剂的剂型、给药方式的选择、给药于受检者的药剂剂量和药剂给药与成像之间的时间安排，在本领域的技术人员的水平之内。
II.应用
应该理解，前列腺特异性抗原可激活的药剂可用于各种成像和治疗性应用中。
A.通用成像方法
本发明提供了使用本文中公开的成像剂进行体外和体内成像的方法。对于光学成像技术的综述，参见例如Alfano等，Ann.NY Acad.Sci. 820:248-270(1997)；Weissleder,Nature Biotechnology 19,316-317 (2001)；Ntziachristos等，Eur.Radiol.13:195-208(2003)；Graves等， Curr.Mol.Med.4:419-430(2004)；Citrin等，Expert Rev.AnticancerTher. 4:857-864(2004)；Ntziachristos,Ann.Rev.Biomed.Eng.8:1-33(2006)； Koo等，Cell Oncol.28:127-139(2006)；以及Rao等，Curr.Opin. Biotechnol.18:17-25(2007)。
光学成像包括来自于不使用任何装置和使用装置诸如各种视镜、导管和光学成像设备例如用于断层扫描呈现的基于计算机的硬件的直接可视化的所有方法。成像剂可用于光学成像模式和测量技术，包括但不限于：内窥镜，荧光内窥镜，光致发光成像，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，反射光谱术，光谱术，相干干涉测量术，干涉测量术，光学相干断层扫描术，扩散光学断层扫描术和荧光介导的分子断层扫描术(连续波、时域频域系统和早期光子)以及光散射、吸收、偏振、光致发光、荧光寿命、量子产率和淬灭的测量。
可用于本发明的实践的成像系统通常包括三个基本组件：(1)用于诱导成像剂的激发的适合的光源，(2)用于分离或区分发射与用于激发荧光团的光的系统，以及(3)检测系统。检测系统可以是手持的，或者合并到其他有用的成像装置例如术中显微镜中。示例性的检测系统包括内窥镜、导管、断层扫描系统、手持成像系统或术中显微镜。
优选地，光源提供单色的(或基本上单色的)光。光源可以是适当过滤的白光，即来自于宽谱带光源的带通光。例如，可以将来自于 150瓦卤素灯的光通过可以从OmegaOptical(Brattleboro,VT)商购的适合的带通滤光片。取决于系统，光源可以是激光。参见例如Boas等， Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91:4887-4891,1994；Ntziachristos等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 97:2767-2772,2000；以及Alexander,J.Clin.Laser Med.Surg.9:416-418,1991。关于用于成像的激光的信息，可以在例如 Imaging Diagnostic Systems,Inc.,Plantation,FL和各种其他来源处找到。高通或带通滤光片可用于将光发射从激发光分离开。适合的高通或带通滤光片可以从Omega Optical,Burlington,VT商购。
总的来说，光检测系统可以被视为包括聚光/成像组件和光/信号检测/图像记录组件。尽管光检测系统可以是合并有两个组件的单一的集成装置，但聚光/成像组件和光检测/图像记录组件被分开讨论。
特别有用的聚光/成像组件是内窥镜。已用于大量组织和器官包括腹膜(Gahlen等，J.Photochem.Photobiol.B 52:131-135,1999)、卵巢癌(Major等，Gynecol.Oncol.66:122-132,1997)、结肠和直肠(Mycek 等，Gastrointest.Endosc.48:390-394,1998；和Stepp等，Endoscopy 30:379-386,1998)、胆道(Izuishi等，Hepatogastroenterology 46:804-807, 1999)、胃(Abe等，Endoscopy 32:281-286,2000)、膀胱(Kriegmair 等，Urol.Int.63:27-31,1999；和Riedl等，J.Endourol.13:755-759,1999)、肺(Hirsch等，Clin Cancer Res7:5-220,2001)、脑(Ward,J.Laser Appl. 10:224-228,1998)、食管和头颈部的体内光学成像的内窥镜装置和技术，可用于本发明的实践中。
其他类型的聚光组件是基于导管的装置，包括光纤装置。这样的装置特别适合于血管内成像。参见例如Tearney等，Science 276:2037-2039,1997；和Circulation 94:3013,1996。
还有其他成像技术，包括相控阵技术(Boas等，Proc.Natl.Acad.Sci. USA 91:4887-4891,1994；Chance,Ann.NY Acad.Sci.838:29-45,1998)、光学断层扫描术(Cheng等，Optics Express 3:118-123,1998；和Siegel 等，Optics Express 4:287-298,1999)、活体显微术(Dellian等，Br.J. Cancer 82:1513-1518,2000；Monsky等，Cancer Res.59:4129-4135,1999；和Fukumura等，Cell 94:715-725,1998)、共聚焦成像(Korlach等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 96:8461-8466,1999；Rajadhyaksha等，J.Invest.Dermatol.104:946-952,1995；和Gonzalez等，J.Med.30:337-356, 1999)和荧光分子断层扫描术(FMT)(Nziachristos等，Nature Medicine 8:757-760,2002；美国专利号6,615,063，PCT WO 03/102558和PCT WO 03/079015)，可以与本发明的成像剂一起使用。相似地，成像剂可用于各种不同成像系统中，例如(1)成像系统：100系列，200系列(Xenogen,Alameda,CA)，(2)SPECTRUM和LUMINA(Xenogen, Alameda,CA)，(3)或eXplore OptixTM(GE Healthcare,United Kingdom)，4)MaestroTM和NuanceTM-2系统(CRi,Woburn,MA)， (5)来自于Carestream Molecular Imaging,Rochester,NY(以前的 KodakMolecular Imaging Systems)的Image Station In-Vivo FX，(6) OV100，IV100(OlympusCorporation,Japan)，(7)Cellvizio Mauna Kea Technologies,France，(8)NanoSPECT/CT或HiSPECT(Bioscan, Washington,DC)，(9)或LILATM(Imaging DiagnosticSystems, Plantation,FL)，(10)DYNOTTM(NIRx Medical Technologies,Glen Head, NY)，以及(11)由Berthold Technologies,Germany制造的NightOWL 成像系统。
各种光检测/图像记录组件例如电荷耦合元件(CCD)系统或摄影胶片，可以用于这样的系统中。光检测/图像记录组件的选择取决于多种因素，包括所使用的聚光/成像组件的类型。然而，应该理解，适合的组件的选择、将它们组装成光学成像系统以及操作所述系统是在本领域的普通技术范围之内的。
对于具有磁性质的药剂来说，本领域中公知的MRI成像也可应用于本发明的实践。对于MRI技术的综述，参见Westbrook，《MRI技术手册》(Handbook of MRI Technique)，第二版，1999,Blackwell Science。可能可以将例如通过光学成像和通过磁共振成像获得的图像配准或彼此融合，以提供关于正在成像的物体的其他信息。此外，多模式成像系统(即组合的光学和MR成像系统)可用于产生组合的光学MR图像。
此外，本发明的组合物和方法可用于其他的成像组合物和方法。
此外，本发明的组合物和方法可以与其他成像组合物和方法组合使用。例如，本发明的药剂可以通过光学成像流程单独地或与其他传统成像模式诸如X-射线、计算机断层扫描(CT)、MR成像、超声、正电子发射断层扫描(PET)和单光子计算机断层扫描(SPECT)组合地进行成像。例如，本发明的组合物和方法可以与CT或MRI组合使用，以例如通过与由另一种成像模式产生的图像配准的方法，同时获得解剖学和分子信息两者。本发明的组合物和方法也可以与X-射线、 CT、PET、超声、SPECT以及其他光学和MR造影剂组合使用，或者本发明的药剂还可以包括成像剂诸如碘、钆原子和放射性同位素，其可以通过使用CT、PET、SPECT和MR成像模式与光学成像的组合来检测。成像剂可以连接到或并入到所述药剂中。
(i)体内成像方法
对于体内光学成像来说，这样的方法包括(a)将一种或多种本文中描述的前列腺特异性抗原可激活的药剂给药于受检者，(b)提供足够的时间以使药剂在受检者体内分布，以及(c)检测由前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号。由药剂发射的信号可用于构建图像，例如断层扫描图像。上述步骤可以以预定的时间间隔重复，从而允许在受检者体内随时间评估前列腺特异性抗原可激活的药剂的发射信号。
在另一种体内成像方法中，所述方法包括(a)将一种或多种本文中描述的含有荧光染料的前列腺特异性抗原可激活的药剂给药于受检者；(b)提供足够的时间以使药剂在受检者体内分布；(c)将受检者暴露于所述荧光染料可吸收的波长的光，以及(d)检测由前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号。上述步骤可以以预定的时间间隔重复，从而允许在受检者体内随时间评估前列腺特异性抗原可激活的药剂的发射信号。照射和/或检测步骤(分别为步骤(c)和(d))可以使用内窥镜、导管、断层扫描系统、平面系统、手持成像系统、护目镜或术中显微镜来进行。
在这些步骤之前或期间，检测系统可以位于环绕或接近受检者(动物或人类)的位置，以检测从受检者发射的信号。可以处理发射的信号以构建图像，例如断层扫描图像。此外，加工过的信号可以显示为单独的图像或融合(组合)的图像。
此外，可以实践一种体内成像方法，其同时选择性地检测和成像一种、两种或更多种包括前列腺特异性抗原可激活的药剂的分子成像探针。例如，在这样的方法中，在上面提到的步骤(a)中，将信号特性可以彼此区分开的两种以上成像探针同时或依次地给药于受检者，其中至少一种分子成像探针是前列腺特异性抗原可激活的药剂。多种探针的使用允许记录多种生物过程、功能或靶。
受检者可以是脊椎动物，例如哺乳动物，例如人类。受检者也可以是用于实验室研究的无脊椎动物(例如秀丽隐杆线虫、果蝇或其他模式研究生物等)。
由这样的体内成像方法提供的信息，例如发射的信号的存在、缺失或水平，可用于在受检者体内检测和/或监测疾病。示例性的疾病包括但不限于癌症。此外，通过使用成像剂，体内成像可用于评估化合物或疗法的效果，其中在用化合物或疗法治疗之前和之后对受检者进行成像，并比较相应的信号/图像。
前列腺特异性抗原可激活的药剂也可用于将用前列腺特异性抗原可激活的药剂标记的细胞给药于受体的体内成像方法中。细胞可以用前列腺特异性抗原可激活的药剂在体内或离体标记。在离体方法中，细胞可以直接源自于受检者或另一种来源(例如来自于其他受检者、细胞培养物等)。可以将前列腺特异性抗原可激活的药剂与细胞混合以有效地标记细胞，并将得到的标记细胞在步骤(a)中给药于受检者。然后接着进行上述步骤(b)至(d)。这种方法可用于监测某些细胞类型包括T细胞、肿瘤细胞、免疫细胞和干细胞以及其他细胞类型的运输和定位。具体来说，这种方法可用于监测基于细胞的疗法。
应该理解，前列腺特异性抗原可激活的药剂的剂型、给药方式的选择、给药于受检者的前列腺特异性抗原可激活的药剂的剂量以及前列腺特异性抗原可激活的药剂的给药与成像之间的时间安排，在本领域技术水平的范围之内。
上述方法可用于确定多种标记，包括追踪前列腺特异性抗原可激活的药剂在受检者体内随时间的定位或在受检者体内评估前列腺特异性抗原可激活的药剂的代谢和/或其排泄随时间的变化或改变。通过对由这样的疾病的疗法调节的分子事件和生物通路进行成像，所述方法还可用于跟踪这样的疗法，包括但不限于确定疗效、最优时间安排、最优剂量水平(包括对个体患者或试验受检者进行优化)以及疗法组合的协同效果。
本发明的方法和组合物可用于帮助医师或外科医生鉴定和表征疾病例如发育异常和癌症的区域，以辨别患病组织和正常组织，例如检测器官内前列腺癌的特定区域或使用常规成像技术难以检测的或其他组织，并进一步评估作为特定治疗方式候选者的组织或判定预后例如败血症的可能性。
本发明的方法和组合物也可用于检测、表征和/或确定疾病包括早期疾病的定位、疾病或疾病相关病症的严重性、疾病的阶段和/或监测疾病。发射的信号的存在、缺失或水平，可以指示疾病状态。
本发明的方法和组合物也可用于监测和/或指导各种治疗性干预，例如手术程序，以及监测药物疗法，包括基于细胞的疗法。本文中描述的方法也可用于评估各种治疗方式的治疗效能，所述治疗方式包括但不限于被设计用于减少肿瘤酸中毒和转移的治疗方式或各种放射疗法。本发明的方法还可用于疾病或疾病病症的预后。
因此，本文中描述的方法和组合物可用于例如检测和/或定量受检者、包括人类中，例如癌细胞或组织中升高的前列腺特异性抗原的存在和/或定位，以及检测和/或定量前列腺特异性抗原的存在和/或定位，包括器官内发育异常区域的存在。本文中描述的方法和组合物还可用于检测和/或定量与疾病、障碍和病症相关的前列腺特异性抗原，所述疾病、障碍和病症包括但不限于肿瘤前/肿瘤疾病，包括冠状和外周动脉中处于急性阻塞风险的区域(即易损斑块)、扩张性动脉瘤的区域、颈动脉中的不稳定斑块和局部缺血区域。本发明的方法和组合物还可用于肿瘤形成、发育异常和癌症例如前列腺癌的鉴定和评估。所述方法和组合物还可用于药物释放并用于监测药物释放，特别是当药物或类药分子被化学附连到荧光探针时。示例性的药物分子包括化疗剂和细胞生长抑制剂，包括但不限于Photofrin、Lutrin、Antrin、氨基乙酰丙酸、金丝桃素、苯并卟啉衍生物和卟啉。
此外，本文中描述的方法和组合物可用于成像受检者体内的具有酶活性的前列腺特异性抗原的水平。方法包括将一种以上本文中描述的前列腺特异性抗原可激活的药剂给药于受检者(例如人类或动物)，该药剂量足以促进前列腺特异性抗原成像。在经过足够时间以允许药剂在动物体内分布或在待成像区域内分布后，确定药剂的存在和/或量。然后可以使用药剂的存在和/或量来产生表示受检者组织内升高的带正电荷的细胞表面的图像，例如断层扫描图像。
(ii)体外成像方法
对于体外成像来说，成像剂可用于各种体外测定法中。例如，示例性的体外成像方法包括：(a)将样品例如生物样品与本文中描述的一种以上前列腺特异性抗原可激活的药剂相接触；(b)使药剂与样品中的生物靶相互作用；(c)可任选地除去未结合的药剂；以及(d)检测从药剂发射的信号，从而确定药剂是否已被生物靶激活或结合于生物靶。当前列腺特异性抗原可激活的药剂包含荧光染料时，步骤(d) 还包含用荧光染料可吸收的波长的光照射样品，以产生发射的信号。
在药剂已被设计、合成并可任选地配制后，可以由本领域技术人员对其进行体外试验，以评估其生物和性能特征。例如，在培养基中生长的不同类型的细胞可用于评估药剂的生物和性能特征。药剂的细胞摄入、结合或细胞定位，可以使用本领域中已知的技术来评估，包括例如荧光显微术、FACS分析、免疫组织化学法、免疫沉淀法、原位杂交法和Forster共振能量转移(FRET)或荧光共振能量转移。例如，可以将药剂与样品接触一段时间，然后清洗以除去任何游离的药剂。然后可以使用适合的检测装置，例如装备有与荧光药剂的光学性质相匹配的适合的滤光片的荧光显微镜，来观察样品。培养物中的细胞的荧光显微术或闪烁计数，也是用于确定是否发生摄入和结合的方便手段。组织、组织切片和其他类型的样品例如细胞离心涂片样品，也可以以类似的方式用于评估药剂的生物和性能特征。也可以使用其他检测方法，包括但不限于流式细胞术、免疫测定法、杂交测定法和微阵列分析。
B.示例性的成像方法
本发明的一个方面提供了一种体内成像方法，所述方法包括：(a) 将药前列腺特异性抗原成像剂给药于受检者；(b)使药剂在受检者体内分布；以及(c)检测由前列腺特异性抗原成像剂发射的信号。
本发明的另一方面描述了一种体内光学成像方法，所述方法包括：(a)将前列腺特异性抗原成像剂给药于受检者，其中所述药剂包含荧光染料；(b)使药剂在受检者体内分布；(c)将受检者暴露于荧光染料可吸收的波长的光；以及(d)检测由药剂发射的信号。
本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中使用由药剂发射的信号来构建图像。在其他实施方式中，图像是断层扫描图像。在某些实施方式中，本发明是一种体内光学成像方法，其中将步骤(a) 至(c)以预定的时间间隔重复，从而允许在受检者体内随时间评估前列腺特异性抗原可激活的药剂的发射信号。在某些实施方式中，本发明是一种体内光学成像方法，其中将步骤(a)至(d)以预定的时间间隔重复，由此允许在受检者体内随时间评估前列腺特异性抗原可激活的药剂的发射信号。在某些实施方式中，本发明是一种体内成像方法，其中受检者是动物或人类。在某些实施方式中，本发明是一种体内成像方法，其中在步骤(a)中，将信号特性可以彼此区分开的两种以上成像探针给药于受检者，其中至少一种成像探针是前列腺特异性抗原可激活的药剂。在某些实施方式中，本发明是一种体内光学成像方法，其中照射和检测步骤使用内窥镜、导管、断层扫描系统、手持光学成像系统或术中显微镜来进行。
本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中发射的信号的存在、缺失或水平指示了疾病状态。在某些实施方式中，本发明是一种体内成像方法，其中方法被用于检测和/或监测疾病。在某些实施方式中，所述疾病选自由发育异常、肿瘤形成、前列腺癌和癌症所组成的组。这里描述的药剂被用于成像活性PSA的位点，作为用于检测前列腺癌的手段。
本发明的另一方面提供了一种体内成像方法，其中在步骤(a)中，将用前列腺特异性抗原可激活的药剂标记的细胞给药于受检者。在其他实施方式中，由前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号被用于监测细胞的运输和定位。
本发明的另一方面提供了一种成像受检者体内具有酶活性的前列腺特异性抗原的水平的方法，所述方法包括下列步骤：(a)将药剂给药于受检者；以及(b)检测药剂的存在，从而产生代表具有酶活性的前列腺特异性抗原的浓度的图像。在某些实施方式中，本发明是一种在受检者体内治疗疾病的方法，所述方法包括将药剂系统或局部地给药于受检者，其中药剂包含定位于疾病区域中并释放有效剂量的辐射的放射性标记物。
本发明的另一方面提供了一种体外成像方法，所述方法包括：(a) 将样品与药剂相接触；(b)使药剂结合于生物靶；(c)可任选地除去未结合的药剂；以及(d)检测从药剂发射的信号，从而确定药剂是否已被生物靶激活或结合于生物靶。在其他实施方式中，所述样品是生物样品。
在某些实施方式中，化学修饰基团包含有生物活性的分子，例如药物或放疗药剂组成部分。在某些实施方式中，通过可以由生物或物理途径切割的连接物将有生物活性的分子连接到药剂，该途径包括但不限于酶、热、酸催化或光化学切割。
在某些优选实施方式中，Q可以选自(i)取代或未取代的芳基， (ii)官能化的、取代或未取代的杂芳基，(iii)官能化的、取代或未取代的C1-C18烷基、烯基、炔基、烷氧基或硫烷基。在其他实施方式中，Q不存在。
在某些实施方式中，化学修饰组成部分M增强前列腺特异性抗原可激活的药剂对具有酶活性的前列腺特异性抗原的优于其他蛋白质的结合选择性。
在某些实施方式中，化学修饰组成部分M减少前列腺特异性抗原可激活的药剂的非特异性酶切割。此外，在其他实施方式中，化学修饰组成部分M减少前列腺特异性抗原可激活的药剂在给药于动物活体时的非特异性组织积累。
在本发明的一个方面，前列腺特异性抗原可激活的药剂在激活后在远红或近红外光谱范围内具有荧光。
在某些实施方式中，前列腺特异性抗原可激活的药剂还包含一种以上化学修饰剂，其独立地化学连接到前列腺特异性抗原靶向组成部分、L和/或F或其任何组合。
C.治疗性应用
本文中描述的某些前列腺特异性抗原可激活的药剂，例如含有放射性标记物和药物分子的药剂，可用于改善特定疾病或障碍的症状或治疗特定疾病或障碍。所述方法包括：(a)给药本文中描述的一种以上药量足以在受检者体内提供治疗效果的药剂；以及(b)提供足够的时间以使药剂在受检者体内分布或另外地定位在受检者的待治疗区域中，然后(c)取决于治疗剂，可任选地激活药剂以提供治疗效果。例如，当治疗剂是放射性标记物时，不需要后续的激活。然而，当治疗剂是光反应性药剂例如在光动力疗法中使用的染料时，可以通过将药剂暴露于具有激活该药剂的波长的光，将药剂激活。结果，药剂可用于治疗目标病症例如癌症、免疫障碍、炎性障碍、血管障碍等。此外，药剂可用于抑制器官或受检者体内的其他目标区域中的发育异常，或降低受检者体内的癌性细胞增殖。
现在将利用下面的实例对本发明进行说明，所述实例仅是出于说明目的给出的，并且没有任何限制本发明范围的意图。
III.药物组合物
本文中描述的药剂可以与一种以上可药用载体(添加剂)和/或稀释剂一起配制，以提供药物组合物。示例性的药物组合物包含一种以上药剂和一种以上可药用载体。正如在下面详细描述的，药物组合物可以被特别地配制成用于以固体或液体形式给药，包括适用于下列给药的形式：(1)口服给药，例如灌服剂(水性或非水性溶液剂或混悬剂)，片剂例如靶向口颊、舌下和系统吸收的片剂，丸剂，粉剂，颗粒剂，施用到舌的糊剂；(2)肠胃外给药，例如通过皮下、肌肉内、静脉内或硬膜外注射，例如作为无菌溶液剂或混悬剂、或缓释制剂； (3)外用，例如作为霜剂、软膏剂或缓控释贴剂或施用到皮肤的喷剂； (4)阴道内或直肠内，例如作为阴道栓剂、霜剂或泡沫；(5)舌下； (6)眼部；(7)透皮吸收；或(8)鼻部。
短语“可药用”在本文中用于指称在合理的医学判断的范围内，适合于与人类和动物的组织相接触而没有过度毒性、刺激性、过敏反应或其他问题或并发症，与合理的利益/风险比相称的化合物、材料、组合物和/或药物剂型。
可药用载体包括液体或固体填充剂、稀释剂、赋形剂、制造助剂 (例如润滑剂、滑石、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸锌或硬脂酸)、或溶剂包封材料，其涉及将主体化合物从一个器官或身体的一部分携带或运输至另一个器官或身体的另一部分。在与制剂的其他成分相容并且对患者无害的意义上，每种载体必须是“可接受的”。可以用作可药用载体的材料的一些实例包括：(1)糖，例如乳糖、葡萄糖和蔗糖；(2)淀粉，例如玉米淀粉和马铃薯淀粉；(3)纤维素及其衍生物，例如羧甲基纤维素钠、乙基纤维素和纤维素乙酸酯；(4)粉状黄芪树胶；(5)麦芽；(6)明胶；(7)滑石；(8)赋形剂，例如可可脂和栓剂用蜡；(9)油，例如花生油、棉籽油、红花油、芝麻油、橄榄油、玉米油和大豆油；(10)二醇，例如丙二醇；(11)多元醇，例如甘油、山梨糖醇、甘露糖醇和聚乙二醇；(12)酯，例如油酸乙酯和月桂酸乙酯；(13)琼脂；(14)缓冲剂，例如氢氧化镁和氢氧化铝；(15)海藻酸；(16)无热原水；(17)等渗盐水；(18)林格氏液；(19)乙醇；(20)pH缓冲溶液；(21)聚酯、聚碳酸酯和/或聚酸酐；以及(22)在药物制剂中使用的其他无毒性的相容物质。
润湿剂、乳化剂和润滑剂例如月桂基硫酸钠和硬脂酸镁，以及着色剂、脱模剂、涂层剂、甜味剂、调味剂和增香剂、防腐剂和抗氧化剂，也可以存在于组合物中。
适合于肠胃外给药的本发明的药物组合物包含一种以上本发明的药剂，其与一种以上可药用无菌等渗水性或非水性溶液剂、分散剂、混悬剂或乳剂或无菌粉剂组合，所述无菌粉剂可以在即将使用之前重构为无菌可注射溶液剂或分散剂，上述药用组合物可以含有糖、醇、抗氧化剂、缓冲剂、抑菌剂、可使制剂与目标受体的血液等渗的溶质或混悬剂或增稠剂。
在某些实施方式中，本发明提供了适合给药于受检者的可药用组合物，其包含前列腺特异性抗原成像剂和可药用赋形剂。
IV.定义
为了便于本发明的理解，下面定义了许多术语和短语。
当在本文中使用时，没有具体数量的指称意味着“一个以上”并且包括复数指称物，除非上下文不适合。
当在本文中使用时，术语“有效量”是指化合物的足以实现有益或所需结果的量。除非另有陈述，否则有效量可以在一次以上给药、施用或剂量中给药，并且没有意图限定于特定制剂或给药途径。当在本文中使用时，术语“治疗”包括引起病症、疾病、障碍等的改进或改善其症状的任何效应，例如缓解、减轻、调节、改善或消除。
当在本文中使用时，术语“患者”和“受检者”是指通过本发明的方法治疗的生物体。这样的生物体优选地包括但不限于哺乳动物(例如鼠类、猴类、马类、牛类、猪类、犬类、猫类等)，并且最优选地包括人类。
本文中描述的某些化合物可能以特定几何或立体异构形式存在。本发明考虑了属于本发明范围之内的所有这样的化合物，包括顺式和反式异构体、R-和S-对映异构体、非对映异构体、(D)-异构体、(L)-异构体、其外消旋混合物以及其他混合物。在取代基例如烷基中可能存在其他不对称碳原子。所有这样的异构体及其混合物，都意图包含在本发明中。
当在本文中使用时，术语“亲和性”是指前列腺特异性抗原可激活的药剂结合到前列腺特异性抗原和/或被前列腺特异性抗原保持的能力。
当在本文中使用时，术语“官能团”被理解为是指可以用另一个分子进一步修饰或衍生的反应性官能团。一方面，反应性功能基团是胺、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、叠氮基、炔、四唑基、膦酸酯、烯、硝基和亚硝基。
术语“烷基”是本领域公知的，并包括饱和的脂族基团，包括直链烷基和支链烷基。此外，术语“烷基”(或“低级烷基”)包括“取代的烷基”，其是指在烃骨架的一个以上的碳上具有代替氢的取代基的烷基组成部分。这样的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(例如硫酯、硫代乙酸酯或硫代甲酸酯)、烷氧基、磷酰基、膦酸酯、亚膦酸酯、氨基、酰胺基、脒、亚胺基、氰基、硝基、叠氮基、巯基、烷基硫基、硫酸酯、磺酸酯、氨磺酰基、磺酰胺基、磺酰基、杂环基、芳烷基或芳香族或杂芳族组成部分。本领域技术人员应该理解，如果适合，在烃链上取代的组成部分本身可以被取代。例如，取代的烷基的取代基，可以包括取代和未取代形式的氨基、叠氮基、亚胺基、酰胺基、磷酰基(包括膦酸酯和亚膦酸酯)、磺酰基(包括硫酸酯、磺酰胺基、氨磺酰基和磺酸酯)和甲硅烷基，以及醚、烷基硫基、羰基(包括酮、醛、羧酸酯和酯)、-CN等。在某些实施方式例中，烷基是未取代的。
术语“亚烷基”是指烷基的双自由基。示例性的亚烷基包括–CH2- 和-CH2CH2。
术语“杂烷基”是本领域公知的，并且是指其中一个骨架碳原子已被杂原子例如O、S或N代替的饱和的脂族基团，包括直链烷基和支链烷基。示例性的杂烷基包括–CH2-O-CH3和–CH2CH2-O-CH3。
术语“亚杂烷基”是指杂烷基的双自由基。示例性的亚杂烷基包括–CH2-O-CH2–和–CH2CH2-O-CH2–。
术语“芳基”是本领域公知的，并且是指五员、六元和七员单环芳香族基团，其可以包括0至4个杂原子，例如苯、吡咯、呋喃、噻吩、咪唑、噁唑、噻唑、三唑、吡唑、吡啶、吡嗪、哒嗪和嘧啶等。在环结构中具有杂原子的芳基也可以被称为“杂芳基”或“杂芳族化合物”。芳香环可以在一个以上的环位置处被如上所述的那些取代基取代，例如卤素、叠氮基、烷基、芳烷基、烯基、炔基、环烷基、羟基、烷氧基、氨基、硝基、巯基、亚胺基、酰胺基、膦酸酯、亚膦酸酯、羰基、羧基、甲硅烷基、醚、烷基硫基、磺酰基、磺酰胺基、酮、醛、酯、杂环基、芳香族或杂芳族组成部分、-CF3、-CN等。术语“芳基”还包括具有两个以上环的多环系统，其中两个以上碳为两个相邻环所共有(所述环是“稠合的环”)，其中至少一个环是芳香族的，其他环可以是例如环烷基、环烯基、环炔基、芳基和/或杂环基。
当在本文中使用时，术语“亚芳基”是指芳基的二价自由基。亚芳基可以如对芳基所述或如其他地方所指出的被可任选地取代。示例性的亚芳基是
当在本文中使用时，术语“杂环”或“杂环基”是指含有一个以上杂原子的芳香族或非芳香族环。杂原子可以彼此相同或不同。杂原子的实例包括但不限于氮、氧和硫。芳香族和非芳香族杂环在本领域中是公知的。芳香族杂环的一些非限制性实例包括吡啶、嘧啶、吲哚、嘌呤、喹啉和异喹啉。非芳香族杂环化合物的非限制性实例包括哌啶、哌嗪、吗啉、吡咯烷和吡唑烷。含氧杂环的实例包括但不限于呋喃、环氧乙烷、2H-吡喃、4H-吡喃、2H-苯并吡喃和苯并呋喃。含硫杂环的实例包括但不限于噻吩、苯并噻吩和帕拉噻嗪。含氮环的实例包括但不限于吡咯、吡咯烷、吡唑、吡唑烷、咪唑、咪唑啉、咪唑烷、吡啶、哌啶、吡嗪、哌嗪、嘧啶、吲哚、嘌呤、苯并咪唑、喹啉、异喹啉、三唑和三嗪。含有两个不同杂原子的杂环的实例包括但不限于吩噻嗪、吗啉、帕拉噻嗪、噁嗪、噁唑、噻嗪和噻唑。杂环(或杂环基)环还可任选地在一个以上环位置处被例如卤素、叠氮基、烷基、芳烷基、烯基、炔基、环烷基、羟基、烷氧基、氨基、硝基、巯基、亚胺基、酰胺基、羧酸、-C(O)烷基、-CO2烷基、羰基、羧基、烷基硫基、磺酰基、磺酰胺基、磺酰胺、酮、醛、酯、芳基或杂芳基组成部分、-CF3、 -CN等取代。
术语“胺”和“氨基”是本领域公知的，并且是指未取代和取代的胺两者，例如可以由下列通式表示的组成部分：
其中R50、R51、R52和R53各自独立地表示氢、烷基、烯基、-(CH2)m-R61，或者R50和R51与它们所附连的N原子合在一起，形成在环结构中具有4至8个原子的杂环；R61表示芳基、环烷基、环烯基、杂环或多环；并且m为0或1至8范围内的整数。在某些实施方式中，R50或R51中只有一个可以为羰基，例如R50、R51和氮一起不形成酰亚胺。在其他实施方式中，R50和R51(以及可任选地R52)各自独立地表示氢、烷基、烯基或-(CH2)m-R61。
术语“烷氧基”或“烷氧代”是本领域公知的，并且是指附连有氧自由基的如上定义的烷基。代表性的烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、叔丁氧基等。“醚”是由氧共价连接的两个烃。因此，使烷基成为醚的该烷基的取代基是或类似于烷氧基，例如可以用-O-烷基、 -O-烯基、-O-炔基、-O-(CH2)m-R61之一表示，其中m和R61在上面描述过。
术语“取代的”是指基团中一个以上氢原子独立地被相同或不同的取代基代替。示例性的取代基包括但不限于卤素、烷基、卤代烷基、氧基、烷氧基、硫醇、硫酯、氰基、酯、酮、酰胺、磺酰胺、羧酸盐、羧酸、芳基、芳烷基、烯基、炔基、亚烷基-酰胺等。
当在本文中使用时，术语“可药用盐”是指本发明的化合物的任何可药用盐(例如酸或碱)，其在给药于受检者后，能够提供本发明的化合物或其活性代谢物或残基。正如本领域技术人员已知的，本发明的化合物的“盐”可以源自于无机或有机酸和碱。酸的实例包括但不限于盐酸、氢溴酸、硫酸、硝酸、高氯酸、富马酸、马来酸、磷酸、乙醇酸、乳酸、水杨酸、琥珀酸、对甲苯磺酸、酒石酸、乙酸、柠檬酸、甲磺酸、乙磺酸、甲酸、苯甲酸、丙二酸、萘-2-磺酸、苯磺酸等。其他酸例如草酸，尽管本身不是可药用的，但也可用于为获得本发明的化合物及其可药用的酸加成盐，而作为中间体的盐的制备中。
碱的实例包括但不限于碱金属(例如钠)的氢氧化物、碱土金属 (例如镁)的氢氧化物、氨和式NW4 +的化合物等，其中W是C1-4烷基。
盐的实例包括但不限于：乙酸盐，己二酸盐，海藻酸盐，天冬氨酸盐，苯甲酸盐，苯磺酸盐，硫酸氢盐，丁酸盐，柠檬酸盐，樟脑酸盐，樟脑磺酸盐，环戊烷丙酸盐，二葡萄糖酸盐，十二烷基硫酸盐，乙磺酸盐，富马酸盐，葡萄糖庚酸盐(glucoheptanoate)flucoheptanoate，甘油磷酸盐，半硫酸盐，庚酸盐，己酸盐，盐酸盐，氢溴酸盐，氢碘酸盐，2-羟基乙磺酸盐，乳酸盐，马来酸盐，甲磺酸盐，2-萘磺酸盐，烟酸盐，草酸盐，棕榈酸盐，果胶酸盐，过硫酸盐，苯丙酸盐，苦味酸盐，特戊酸盐，丙酸盐，琥珀酸盐，酒石酸盐，硫氰酸盐，对甲苯磺酸盐，十一烷酸盐等。盐的其他实例包括与适合的阳离子例如Na+、 NH4 +和NW4 +(其中W是C1-4烷基)等化合的本发明的化合物的阴离子。
对于治疗性应用来说，本发明的化合物的盐被考虑为是可药用的。然而，不可药用的酸和碱的盐也可能在例如可药用化合物的制备或纯化中发现用途。
在整个说明书中，当组合物和试剂盒被描述为具有、包括或包含特定组分时，或者当过程和方法被描述为具有、包括或包含特定步骤时，考虑到了另外还存在基本上由所叙述的组分构成或由所叙述的组分构成的本发明的组合物和试剂盒，并且另外还存在基本上由所叙述的步骤构成或由所叙述的步骤构成的本发明的过程和方法。
V.实施例
目前正被通述的本发明，通过参考下面的实施例，将更容易理解，包含所述实施例仅仅是出于说明本发明的某些方面和实施方式的目的，并且没有限制本发明的意图。
实施例1：PSA可激活的药剂的示例性合成
本发明的化合物可以从容易获得的起始原料按照标准方法和程序合成。下面的非限制性实例演示了示例性的荧光前列腺特异性抗原可激活的药剂的合成。可以在制备本发明的材料中使用的代表性材料和方法，在下面进一步描述。除非另有陈述，否则所有化学品和溶剂(试剂级)不需进一步纯化，以其商购时的状态使用。合成的化合物通过 HPLC或离子交换柱色谱法表征和纯化。
表3中的荧光团的N-羟基琥珀酰亚胺酯(即NHS酯)是指荧光团的羧酸基团已被N-羟基琥珀酰亚胺酯代替的化合物。例如，荧光团 F2的N-羟基琥珀酰亚胺酯具有下面的化学结构：
缩写“EDC”是指1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺。缩写“HOBt”是指羟基苯并三唑。缩写Y-mPEG胺是指下面的化合物：
部分I：通用程序：
用于肽缀合的通用方法A。向寡肽(1μmol)的二甲基甲酰胺 (DMF)溶液(1mL)中加入荧光团-NHS酯(～3μmol)的DMF溶液。在通过HPLC判断为反应完成后，将溶液用碳酸氢钠水溶液稀释以水解过量的荧光团-NHS酯。然后通过制备HPLC分离所需产物。
用于mPEG胺缀合的通用方法B。向荧光团标记的肽和mPEG胺 (1.5当量)的DMF溶液中加入HOBt(1当量)、N-甲基吗啉(2当量)和EDC(1.5当量)。在反应完成后，将反应混合物用水稀释，并通过离子交换柱色谱法分离所需产物。
部分II：PSA可激活的药剂A1的合成
使用通用方法A将上面表1中的寡肽SEQ 1与荧光团F2的N-羟基琥珀酰亚胺酯缀合。将得到的粗产物通过制备HPLC进行纯化。
部分III：PSA可激活的药剂A3的合成
使用通用方法A将上面表1中的寡肽SEQ 3与F2的NHS酯缀合。在通过制备HPLC纯化后，使用通用方法B将所述缀合物与～20kDa 的mPEG胺缀合。将得到的产物通过离子交换柱色谱法进行纯化。
实施例2：PSA可激活的药剂A5的合成
使用实施例1中的通用方法A将上面表1中的寡肽SEQ 4与F8 的NHS酯缀合。在通过制备HPLC纯化后，使用实施例1中的通用方法B将所述缀合物与～10kDa的mPEG胺缀合。将得到的产物通过离子交换柱色谱法进行纯化。
实施例3：PSA可激活的药剂A10的合成
使用实施例1中的通用方法A将上面表1中的寡肽SEQ 5与F8 的NHS酯缀合。在通过制备HPLC纯化后，使用实施例1中的通用方法B将所述缀合物与～40kDa的Y-mPEG胺缀合。将得到的产物通过离子交换柱色谱法进行纯化。
实施例4：PSA可激活的药剂A12的合成
使用实施例1中的通用方法A将上面表1中的寡肽SEQ 13 与F2的NHS酯缀合。在通过制备HPLC纯化后，使用实施例1中的通用方法B将所述缀合物与～40kDa的Y-mPEG胺缀合。将得到的产物通过离子交换柱色谱法进行纯化。
实施例5：前列腺特异性抗原可激活的药剂在体外被具有酶活性的PSA切割
本实施例证实了本文中描述的前列腺特异性抗原可激活的药剂在体外被具有酶活性的前列腺特异性抗原切割。对于每种酶来说，在优化的缓冲液(TCNB或50nM Tris，10mMCaCl2，150mM NaCl，0.05％ Brij-35，pH 7.5)中，试验药剂(化合物A10：药剂最终浓度0.5μM) 被有活性的PSA(被活化的酶的最终浓度为0.1μM)激活，但不被复合的PSA激活。动力学荧光读数在添加酶后的不同时刻由Gemini荧光板读数器进行。
在这个实验中，荧光只在本文中描述的有活性PSA存在下与试验药剂(化合物A10)相关联。图1中示出的结果证实了前列腺特异性抗原可激活的药剂例如化合物A10在有活性PSA存在下的体外激活。
实施例6：使用前列腺特异性抗原可激活的药剂对前列腺癌进行体内成像
如图2A中所示，在带有人类前列腺PSA+LNCaP肿瘤的雄性 Nu/Nu小鼠中进行了成像研究。向小鼠静脉内注射2nmol试验药剂(化合物A10)，并在6小时后在FMT2500(PerkinElmer Inc.,Waltham,MA) (FMT 2D用于表面荧光，FMT 3D用于断层扫描)上以反射和断层扫描模式成像，并在IVIS Spectrum(PerkinElmer Inc.,Waltham,MA)上成像。对于反射和断层扫描成像两者来说，在相同的位置中检测到有活性PSA的位点，从而证实了所述药剂在体内检测具有酶活性的PSA 的能力。
实施例7：前列腺特异性抗原可激活的药剂在体内的特异性
在带有LNCaP肿瘤(PSA+)和PC3(PSA-)肿瘤的雄性Nu/Nu小鼠中进行了成像研究。向小鼠静脉内注射2nmol化合物A10，并在24小时后在FMT2500(PerkinElmer Inc.,Waltham,MA)上成像。对来自于阳性和对照小鼠的肿瘤荧光进行定量和作图。图2B证实了前列腺特异性抗原可激活的药剂在体内拥有对含有具有酶活性的PSA的肿瘤的优于PSA阴性肿瘤的特异性。
通过参考并入
本文中引用的所有出版物、专利和专利申请，以其全部内容出于所有目的明确地通过引用并入本文，引用程度等同于单独引用每个出版物、专利和专利申请。
等同性
本发明可以以其他特定形式体现，而不背离其精神或基本特征。因此，上述实施例在所有方面被认为是说明性的，而不是限制本文中描述的发明。因此，本发明的范围由随附的权利要求书而不是前面的描述指明，并且意图涵盖所有进入权利要求书的等同性意义和范围之内的所有变化。

Claims (32)

1.一种由式II或其盐表示的前列腺特异性抗原(PSA)可激活的药剂：
其中：
R1是-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇或-(C1-6亚烷基)-N(R*)C(O)-(C1-6亚烷基)-N(-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇)C(O)-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇；
R*是氢或未取代的C1-6烷基；
F在每次出现时独立地由下列结构式表示：
其中：
R2在每次出现时独立地表示氢或未取代的C1-6烷基，或者两个相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R3是氢或未取代的C1-6烷基，或者R3和相邻出现的R2与它们所附连的原子合在一起形成五员或六员碳环；
R4是氢或未取代的C1-6烷基；
R5在每次出现时独立地表示未取代的C1-6烷基-SO3 -M+或未取代的C1-6烷基-SO3H；
M是一价阳离子或不存在；
n为1、2或3；并且
X是C(CH3)2或C(CH2CH3)2；并且
所述PSA可切割的寡肽是下列之一
其中ψ是连接到R1的共价键。
2.根据权利要求1所述的药剂，其中，R2和R3是氢。
3.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，R4是甲基。
4.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，n是2或3。
5.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，X是C(CH3)2。
6.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，F由下列结构式之一表示：
7.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，所述PSA可切割的寡肽是下列之一：
8.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，R1是-(C1-6亚烷基)-N(R*)C(O)-(C1-6亚烷基)-N(-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇)C(O)-(C1-6亚烷基)-甲氧基聚乙二醇。
9.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，R1是
10.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，所述甲氧基聚乙二醇具有5,000g/mol至30,000g/mol的重均分子量。
11.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，所述甲氧基聚乙二醇具有20,000g/mol的重均分子量。
12.根据权利要求1或2所述的药剂，其中，所述药剂选自A10或A12或其盐，
其中，A10为
(SEQ ID NO：45)，其中F8*为下列结构表示的荧光团
并且
A12为
(SEQ ID NO：47)，其中F2*为下列结构表示的荧光团
13.一种由下列化合物之一或其盐表示的前列腺特异性抗原(PSA)可激活的药剂：
14.一种药物组合物，该药物组合物包含权利要求1至13任意一项所述的药剂和可药用赋形剂。
15.一种权利要求1至13任意一项所述的药剂在制备用于体内成像的产品中的应用，所述成像包括：
(a)将所述产品给药于受检者；
(b)使所述药剂在所述受检者体内分布；以及
(c)检测由所述前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号。
16.一种权利要求1至13任意一项所述的药剂在制备用于体内光学成像的产品中的应用，所述成像包括：
(a)将所述产品给药于受检者；
(b)使所述药剂在所述受检者体内分布；
(c)将所述受检者暴露于所述药剂里包含的荧光染料可吸收的波长的光；以及
(d)检测由所述药剂发射的信号。
17.根据权利要求15或16所述的应用，其中，由所述药剂发射的信号被用于构建图像。
18.根据权利要求17所述的应用，其中，所述图像是断层扫描图像。
19.根据权利要求15所述的应用，其中，将步骤(a)至(c)以预定的时间间隔重复，从而允许在所述受检者体内随时间评估所述前列腺特异性抗原可激活的药剂的发射信号。
20.根据权利要求16所述的应用，其中，将步骤(a)至(d)以预定的时间间隔重复，从而允许在所述受检者体内随时间评估所述前列腺特异性抗原可激活的药剂的发射信号。
21.根据权利要求15或16所述的应用，其中，所述受检者是动物或人。
22.根据权利要求15或16所述的应用，其中，在步骤(a)中，将信号特性可以彼此区分开的两种以上成像探针给药于受检者，其中至少一种所述成像探针是前列腺特异性抗原可激活的药剂。
23.根据权利要求16所述的应用，其中，所述步骤(c)和步骤(d)使用内窥镜、导管、断层扫描系统、手持光学成像系统或术中显微镜来进行。
24.根据权利要求15或16所述的应用，其中，发射信号的存在、缺失或水平指示了疾病状态。
25.根据权利要求15或16所述的应用，其中，所述成像被用于检测和/或监测疾病。
26.根据权利要求25所述的应用，其中，所述疾病选自由发育异常、肿瘤形成和癌症所组成的组。
27.根据权利要求15或16所述的应用，其中，在步骤(a)中，将用所述前列腺特异性抗原可激活的药剂标记的细胞给药于所述受检者。
28.根据权利要求27所述的应用，其中由所述前列腺特异性抗原可激活的药剂发射的信号用于监测所述细胞的运输和定位。
29.一种权利要求1至13任意一项所述的药剂在制备用于在受检者体内成像前列腺癌的产品中的应用，所述成像包括：
(a)将所述产品给药于受检者；
(b)检测所述药剂的存在；以及
(c)产生表示具有酶活性的前列腺特异性抗原的图像，由此对前列腺癌的存在进行成像。
30.一种权利要求1至13任意一项所述的药剂在制备用于在受检者体内治疗疾病的药物中的应用，其中将包含所述药剂的所述药物给药于受检者，其中所述药剂包含定位于所述疾病区域并释放有效剂量的辐射的放射性标记物。
31.一种权利要求1至13任意一项所述的药剂在制备用于体外成像的产品中的应用，所述成像包括：
(a)将样品与所述产品相接触；
(b)允许所述药剂结合于生物靶；以及
(c)检测从所述药剂发射的信号，以确定所述药剂是否已被所述生物靶激活或结合于所述生物靶。
32.根据权利要求31所述的应用，其中，所述样品是生物样品。
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