DE102011053775A1 - Methods and apparatus for detecting tau protein deposits in the eye - Google Patents
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-
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Abstract
Es werden Verfahren und Vorrichtungen zum Nachweis von gepaarten helikalen τ-Filamenten τ-PHF im Auge (100) bereitgestellt, bei welchen beispielsweise mittels einer Kameraeinrichtung (103) ein Übersichtsbild erstellt wird und mit einer Laserscannereinrichtung auf Basis des Übersichtsbildes identifizierte interessierende Bereiche abgerastert werden, um Fluoreszenz von an gepaarten helikalen τ-Filamenten (107) gebundenen Sonden (108) zu detektieren.Methods and apparatus are provided for detecting paired helical δ-filaments τ-PHF in the eye (100) in which, for example, an overview image is created by means of a camera device (103) and scanned areas of interest identified by a laser scanner based on the overview image to detect fluorescence from probes (108) bound to paired helical δ-filaments (107).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Nachweis von Ablagerungen des τ-Proteins im Auge zur Diagnose von Erkrankungen aus dem Formenkreis der sogenannten Tauopathien, beispielsweise an der Retina eines menschlichen Auges.The present invention relates to methods and devices for the detection of deposits of τ protein in the eye for the diagnosis of diseases from the group of so-called tauopathies, for example on the retina of a human eye.
So genannte Tauopathien gehören zu einer Gruppe von neurodegenerativen Krankheiten, denen eine pathologische Ablagerung von τ-Proteinen im Gehirn gemeinsam ist. Zur Gruppe der Tauopathien zählen beispielsweise Morbus Alzheimer, Morbus Pick, kortikobasale Degeneration, frontotemporale Demenz oder auch die progressive supranukleäre Blickparese. Morbus Alzheimer, d. h. Alzheimer-Krankheit, ist dabei bei weitem die häufigste und auch die am intensivsten erforschte Krankheit dieser Gruppe und dient daher im Folgenden als Anwendungsbeispiel.So-called tauopathies belong to a group of neurodegenerative diseases that share a pathological deposit of τ-proteins in the brain. The group of tauopathies include, for example, Alzheimer's disease, Pick's disease, corticobasal degeneration, frontotemporal dementia or progressive supranuclear palsy. Alzheimer's disease, d. H. Alzheimer's disease, is by far the most common and also the most intensively researched disease of this group and therefore serves as an application example below.
Die Alzheimer-Krankheit betrifft als häufigste Form von fortschreitenden neurodegenerativen Erkrankungen bei älteren Menschen ca. 40%–50% in der Altersgruppe der 85–90jährigen 60% der weltweit von Demenz betroffenen Menschen sind an Alzheimer erkrankt. Derzeit kann Alzheimer nur nach dem Tod des Erkrankten mittels Autopsie des Gehirns mit Sicherheit diagnostiziert werden.Alzheimer's disease, the most common form of progressive neurodegenerative disease, affects approximately 40% -50% of the age group 85-90 years old in the elderly. 60% of people with dementia worldwide suffer from Alzheimer's disease. Currently, Alzheimer's can only be diagnosed with certainty after the death of the patient by autopsy of the brain.
Gehirne von an einem Morbus Alzheimer erkrankten Personen enthalten im neuronalen Gewebe neben charakteristischen extrazellulären Ablagerungen, den so genannten Amyloid-Plaques, dystrophierte Neuriten und neurofibrilläre Bündel (engl. „neurofibrillary tangles”, NFT). Diese neurofibrillären Bündel bestehen aus pathologischen Ablagerungen des τ-Proteins, das für eine Stabilisierung von Mikrotubuli vor allem in Axonen eine wichtige Rolle spielt. Eine abnorme Hyperphosphorylierung wird als ursächlich für die Ausbildung von gepaarten helikalen τ-Filamenten (engl. „paired helical filaments”, PHF), welche nicht mehr mit den Mikrotubuli interagieren können, angesehen. Als Folge dieser pathologischen Veränderungen können extrazelluläre τ-PHF-Ablagerungen als neurofibrilläre Läsionen in Gehirnen von Alzheimer-Patienten beobachtet werden.Brains of people suffering from Alzheimer's disease contain neuronal tissue in addition to characteristic extracellular deposits, the so-called amyloid plaques, dystrophized neurites and neurofibrillary tangles (NFT). These neurofibrillary tangles consist of pathological deposits of the τ protein, which plays an important role in stabilizing microtubules, especially in axons. Abnormal hyperphosphorylation is considered to be the cause of the formation of paired helical filaments (π), which can no longer interact with the microtubules. As a result of these pathological changes, extracellular τ-PHF deposits can be observed as neurofibrillary lesions in brains of Alzheimer's patients.
Auf zellulärer Ebene läuft dabei die Bildung von neurofibrillären Bündeln aus τ-Proteinen ungefähr wie folgt ab:
Im Verlauf ihrer Bildung und Anhäufung fügen sich gepaarte helikale Filamente des τ-Proteins zunächst innerhalb des Zytoplasmas zusammen, wahrscheinlich aus τ-Oligomeren, die während oder vor der PHF-Bildung verkürzt werden. Daraus entstehen klassische intrazelluläre neurofibrilläre Bündel. In diesem Zustand bestehen die τ-PHFs aus einem Kern von verkürzten τ-Proteinen und einem ausgefransten äußeren Bereich mit vollständigen τ-Proteinen. Es wird angenommen, dass diese Aggregate zu einer funktionellen Beeinträchtigung der betroffenen Neurone führen.At the cellular level, the formation of neurofibrillary tangles of τ-proteins proceeds approximately as follows:
In the course of their formation and accumulation, paired helical filaments of the τ protein first assemble within the cytoplasm, likely from τ oligomers, which are truncated during or before PHF formation. This results in classic intracellular neurofibrillary tangles. In this state, the τ PHFs consist of a core of truncated τ proteins and a frayed outer region with complete τ proteins. It is believed that these aggregates result in functional impairment of the affected neurons.
Derzeit wird das Ausmaß einer Alzheimer-Erkrankung am lebenden Patienten im Wesentlichen indirekt anhand von kognitiven Tests, Liquor-Untersuchungen oder morphologischen Veränderungen beispielsweise des Gehirnvolumens oder von Stoffwechselstörungen betroffener Gehirnbereiche mittels Magnetresonanztomographie (MRT) oder FDG-PET (Positronenemissionstomographie unter Verwendung von 18F-Fluordesoxyglukose) diagnostiziert. Die Spezifität derartiger indirekter Methoden, welche häufig mit hohen statistischen Schwankungsbreiten der Ergebnisse verbunden sind, sind gegenüber einem direkten Nachweis von τ-PHF im Gehirn als gering einzuschätzen.Currently, the extent of Alzheimer's disease in the living patient is determined substantially indirectly from cognitive tests, cerebrospinal fluid examinations, or morphological changes, for example, in brain volume or metabolic disorders of affected brain areas by magnetic resonance imaging (MRI) or FDG-PET (positron emission tomography using 18F fluorodeoxyglucose ) diagnosed. The specificity of such indirect methods, which are often associated with high statistical variability of results, are considered to be low compared to direct detection of τ-PHF in the brain.
Daher wäre es wünschenswert, τ-PHF-Ablagerungen frühzeitig erfassen zu können oder auch den Verlauf einer τ-Pathie quantitativ bewerten zu können. Dies könnte Therapien erleichtern und frühzeitig ermöglichen.Therefore, it would be desirable to be able to detect τ-PHF deposits at an early stage or to be able to quantitatively evaluate the course of τ-pathy. This could facilitate therapies and enable them early.
Seit einiger Zeit werden hauptsächlich für Studienzwecke Positronenemissionstomogramme (PT) des Gehirns unter Verwendung von Kontrastmitteln (z. B. [11C]PIB, [18F]FDDNP) durchgeführt, die durch selektive Bindung an Amyloid-Plaques und/oder τ-PHF einen direkten Hinweis auf pathologische Veränderungen des Nervengewebes geben. Aufgrund von sehr hohen Kosten für derartige Untersuchungen und einen hohen apparativen Aufwand sind derartige Untersuchungen jedoch kaum für großflächige Vorsorgeuntersuchungen oder für eine kontinuierliche Überwachung einer Therapie geeignet. Zudem können derartige Untersuchungen aufgrund der Strahlenbelastung an einem Patienten nicht beliebig oft wiederholt werden.For some time now, for purposes of study, positron emission tomograms (PT) of the brain have been performed using contrast agents (e.g., [ 11 C] PIB, [ 18 F] FDDNP) that are selectively linked to amyloid plaques and / or τ-PHF give a direct indication of pathological changes of the nerve tissue. However, due to the very high costs for such examinations and a high expenditure on equipment, such examinations are hardly suitable for large-scale preventive examinations or for continuous monitoring of a therapy. In addition, such examinations can not be repeated as often as desired due to the radiation exposure to a patient.
In der
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, effiziente Verfahren und Vorrichtungen zum Nachweis von gepaarten helikalen τ-Filamenten im Auge bereitzustellen.With this in mind, it is an object of the present invention to provide efficient methods and apparatus for detecting paired helical τ filaments in the eye.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 15. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Detektion von gepaarten helikalen τ-Filamenten (τ-PHF) im Auge vorgeschlagen, umfassend:
Aufnehmen eines Übersichtsbildes einer Retina des Auges,
Identifizieren von mindestens einem interessierenden Gebiet der Retina auf Basis des Übersichtsbildes,
Abtasten des mindestens einen interessierenden Gebiets mit einem Laserstrahl, und
Detektieren von Lichtemission von für gepaarte helikale τ-Filamente sensitiven Sonden in Antwort auf das Abtasten mit dem Laserstrahl.According to the invention, a method is proposed for the detection of paired helical τ-filaments (τ-PHF) in the eye, comprising:
Taking an overview picture of a retina of the eye,
Identifying at least one area of interest of the retina on the basis of the overview image,
Scanning the at least one region of interest with a laser beam, and
Detecting light emission of paired helical τ-filament sensitive probes in response to scanning with the laser beam.
Indem zunächst ein Übersichtsbild aufgenommen wird und dann mindestens ein interessierendes Gebiet der Retina auf Basis des Übersichtsbildes identifiziert wird, kann eine effiziente Untersuchung durchgeführt werden. Insbesondere können die interessierenden Gebiete mittels des Abtasten mit Laserstrahl exakt untersucht werden, ohne dass eine Gesamtdauer der Untersuchung unnötig lang wird.By first taking an overview image and then identifying at least one area of interest of the retina on the basis of the overview image, an efficient examination can be carried out. In particular, the areas of interest can be accurately examined by means of laser beam scanning, without a total duration of the investigation becoming unnecessarily long.
Die interessierenden Gebiete können dabei insbesondere Gebiete sein, bei welchen auf dem Übersichtsbild Lichtemission von den Sonden identifizierbar ist.The regions of interest may in particular be regions in which light emission from the probes can be identified on the overview image.
Die Lichtemission kann insbesondere eine Fluoreszenzemission oder eine Emission von inelastisch gestreutem Streulicht, z. B. durch Ramanstreuung, umfassen.The light emission may in particular be a fluorescence emission or an emission of inelastically scattered scattered light, for. By Raman scattering.
Das Verfahren umfasst bei einem Ausführungsbeispiel weiterhin eine Durchführung einer ergänzenden Diagnostik wie einer polarisationsbasierten oder einer auf optischer Kohärenztomographie basierten morphologischen Charakterisierung des neuronalen Gewebes der Retina, umfassend z. B. eine Schichtdickenmessung der retinalen Nervenfaserzellschicht bzw. der gesamten Retina.The method, in one embodiment, further comprises performing supplemental diagnostics, such as polarization-based or optical coherence tomography-based morphological characterization of the neural tissue of the retina, comprising e.g. B. a layer thickness measurement of the retinal nerve fiber cell layer or the entire retina.
Auf Basis derartiger Messungen können dann verschiedene Tauopathien, d. h. dem Vorhandensein von τ-PHF, assoziierte Erkrankungen unterschieden werden, beispielsweise Augenerkrankungen wie Glaukom von neurodegenerativen Erkrankungen.On the basis of such measurements, various tauopathies, i. H. the presence of τ-PHF, associated diseases, such as eye diseases such as glaucoma of neurodegenerative diseases.
Bevorzugt umfasst die Detektion eine Lebensdauermessung der Fluoreszenz, wodurch an gepaarte helikale τ-Filamente gebundene Sonden von ungebundenen Sonden unterschieden werden können.Preferably, the detection comprises a lifetime measurement of the fluorescence, whereby probes bound to paired helical τ filaments can be distinguished from unbound probes.
Über eine optische Kohärenztomographie können zudem morphologische Informationen gewonnen werden, welche mit Informationen aus der Detektion der Fluoreszenz gekoppelt werden können, um die Fluoreszenz zellulären Strukturen in verschiedenen Schichten des Auges zu ermöglichen.Morphological information can also be obtained via optical coherence tomography, which can be coupled with information from the detection of the fluorescence in order to enable the fluorescence of cellular structures in different layers of the eye.
Die Auflösung des Abtastens beträgt bevorzugt 20 μm oder darunter, noch bevorzugter 10 μm oder darunter.The resolution of the scanning is preferably 20 μm or below, more preferably 10 μm or below.
Als Sonden werden bevorzugt ein oder mehrere Substanzen ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Arylaminothiazole, 4,6-Divinylpyrimidine, 2,5- und 3,6-Divinylpyrazine, [4-(1,3-Benzothiazol-2-yl)phenyl]hydrazone, Diarylharnstoffe, Tetracyclin, 4,4'-(1E,1'E)-2,2'-(1-aryl-1H-pyrazole-3,5-diyl)bis(ethene-2,1-diyl)bis-2-methoxyphenole, 2,5-Bis(4-hydroxystyryl)benzonitril und 2,5-Bis(4-hydroxystyryl)-N-benzamide. Es können jedoch auch andere für gepaarte helikale τ-Filamente sensitive Sonden verwendet werden.As probes, one or more substances are preferably selected from the group comprising arylaminothiazoles, 4,6-divinylpyrimidines, 2,5- and 3,6-divinylpyrazines, [4- (1,3-benzothiazol-2-yl) phenyl] hydrazones , Diaryl ureas, tetracycline, 4,4 '- (1E, 1'E) -2,2' - (1-aryl-1H-pyrazole-3,5-diyl) bis (ethene-2,1-diyl) bis- 2-methoxyphenols, 2,5-bis (4-hydroxystyryl) benzonitrile and 2,5-bis (4-hydroxystyryl) -N-benzamide. However, other probes sensitive to paired helical τ filaments may also be used.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to embodiments. Show it:
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es ist zu bemerken, dass Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nichts anderes angegeben ist. Auf der anderen Seite ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung der Erfindung notwendig sind, da andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale oder alternative Merkmale aufweisen können.In the following, various embodiments will be explained in more detail. It should be noted that features of various embodiments may be combined with each other unless otherwise specified. On the other hand, a description of an embodiment having a plurality of features is not to be construed as requiring all of these features for practicing the invention, as other embodiments may have fewer features or alternative features.
In
Die Vorrichtung des Ausführungsbeispiels der
Zur Untersuchung des Auges
Die Steuerung
Neben derartigen Fluoreszenzmessungen können bei manchen Ausführungsbeispielen mit der Laserscannereinrichtung
Insbesondere können auf diese Weise Fluoreszenzsignale von den Sonden zellulären Strukturen in der inneren Körnerschicht (INL, „inner nuclear layer”) oder der Ganglienzellschicht (GCL, „ganglion cell layer”) oder anderen Schichten zugeordnet werden.In particular, fluorescence signals from the probes can be assigned in this way to cellular structures in the inner nuclear layer (INL) or the ganglion cell layer (GCL, or "ganglion cell layer") or other layers.
In
Als Laserscannereinrichtung umfasst das Ausführungsbeispiel der
Anzahl und Art der Laserlichtquellen
Der dichroitische Strahlteiler
Mittels eines Objektivs
Das in Antwort auf die Beleuchtung mit Laserlicht von der Retina des Auges
Die Kameraeinrichtung
Der Strahlteiler
Das von dem Auge
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Objektive
Als Sonden zum Nachweis von gepaarten helikalen τ-Filamenten, insbesondere Aggregaten hiervon, können beispielsweise die in
Die dargestellten Reste können beispielsweise C1-C6-Alkylreste sein.The radicals shown can be, for example, C 1 -C 6 -alkyl radicals.
Die Auswahl an Sonden ist jedoch nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt.However, the choice of probes is not limited to the illustrated examples.
Die genannten Verbindungen wirken vorzugsweise als fluoreszente Sonden. Sie besitzen eine (vorzugsweise hohe) Affinität für das Aβ-Protein, α-Synuclein und/oder für Tau-PHF-Aggregate und binden – vorzugsweise spezifisch – an diese. Die Bindung der erfindungsgemäßen Verbindungen an eines oder mehrere der oben genannten Zielproteine ist optisch detektierbar.The compounds mentioned preferably act as fluorescent probes. They have a (preferably high) affinity for the Aβ protein, α-synuclein and / or tau-PHF aggregates and bind to them - preferably specifically. The binding of the compounds of the invention to one or more of the above target proteins is optically detectable.
Bevorzugt weisen verwendete Sonden eine hinreichende Löslichkeit, geringe Lipophilie (logP < 5) und eine selektive Bindung an τ-PHF auch in Gegenwart anderer β-Faltblatt-Aggregate wie β-Amyloid auf. Bevorzugt liegt eine Dissoziationskonstante von verwendeten Sonden in einem in-vitro-Verdrängungsassay gegen Thioflavin-S oder Thioflavin-T oder Autoverdrängungsassay gegen radiomarkierte Analoga bei IC/EC50 < 200 nM. Eine Einphotonenfluoreszenzanregung der an τ-PHF gebundenen Sonden liegt bevorzugt zwischen 390 und 550 nm, wobei auch andere Wellenlängen möglich sind, wobei dann die entsprechende Anregungswellenlänge, beispielsweise durch die Laserlichtquellen
Bei manchen der beschriebenen Stoffe, insbesondere der 2,5-Divinylpyramizine und 4,6-Divinylpyrimidine, führen unterschiedliche Geometrien und Quatrupolmomente bei ähnlicher Affinität zu τ-PHF, insbesondere Tau-Aggregaten, und gleichbleibender Selektivität gegenüber anderen β-Faltblatt-Aggregaten zu unterschiedlichen Photoneneinfangquerschnitten bei einer Einphotonenanregung und einer Zweiphotonenanregung.In some of the described materials, especially the 2,5-divinylpyramizines and 4,6-divinylpyrimidines, different geometries and quatrupole moments with similar affinities to τ-PHF, especially tau aggregates, and consistent selectivity towards other β-sheet aggregates result in different Photon capture cross sections for single photon excitation and two photon excitation.
Zusammenfassend weisen als Sonden verwendete Stoffe bevorzugt 3 oder mehr der folgenden Eigenschaften a)–f) auf:
- a) eine größer fünffache, bevorzugt größer zehnfache Extinktionszunahme bei einer Detektionswellenlänge nach Bindung an τ-PHF-Aggregate (oder auch an β-Amyloid) gegenüber einem ungebundenen Zustand,
- b) einen Stokes-Shift von > 10 nm, bevorzugt > 20 nm,
- c) einen Extinktionskoeffizienten E > 5000 L·mol–1·cm–1, bevorzugt größer 10000 L·mol–1·cm–1
- d) EC50 < 400 nM, bevorzugt < 200 nM in einem Verdrängungsassay gegen fluoreszente Referenzsonde oder im Autoverdrängungsassay gegen die radioisotopenmarkierte Verbindung
- e) eine Löslichkeit/Lipophilie mit logP < 5, bevorzugt zwischen 1 und 2,8, und
- f) eine topologische polare Oberflächenfläche (TPSA, vom Englischen „Topological Polar Surface Area”) < 200 Å2, bevorzugter < 100 Å2, noch bevorzugter < 80 Å2.
- a) a greater than five-fold, preferably greater than ten-fold, increase in absorbance at a detection wavelength after binding to τ-PHF aggregates (or also to β-amyloid) compared to an unbound state,
- b) a Stokes shift of> 10 nm, preferably> 20 nm,
- c) an extinction coefficient E> 5000 L · mol -1 · cm -1 , preferably greater than 10000 L · mol -1 · cm -1
- d) EC50 <400 nM, preferably <200 nM in a displacement assay against fluorescent reference probe or in the auto-displacement assay against the radiolabeled compound
- e) a solubility / lipophilicity with log P <5, preferably between 1 and 2.8, and
- f) Topological Polar Surface Area Topographic Polar Surface Area (TPSA) <200 Å 2 , more preferably <100 Å 2 , even more preferably <80 Å 2 .
Die oben erwähnte Extinktionszunahme bei Bindung beispielsweise an τ-PHF kennzeichnet insbesondere eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und kann experimentell beispielsweise durch Änderung, beispielsweise Verringerung, eines Hintergrundrauschens bestimmt werden. Die Bestimmung des Extinktionskoeffizienten E kann beispielsweise bei 25°C, einem pH-Wert von 7, bei einem jeweiligen Absorptionsmaximum des jeweiligen Stoffes mit DMSO (Dimethylsulfoxid) als Lösungsmittel gemessen werden.The abovementioned increase in absorbance when binding to, for example, τ-PHF In particular, an improvement of the signal-to-noise ratio and can be determined experimentally, for example by changing, for example reducing, a background noise. The determination of the extinction coefficient E can be measured for example at 25 ° C, a pH of 7, at a respective absorption maximum of the respective substance with DMSO (dimethyl sulfoxide) as a solvent.
Die Stokes-Shift bezeichnet einen Unterschied zwischen Anregungs-(Exzitations-)Maximum und Emissionsmaximum. Eine größere Stokes-Shift erleichtert eine Trennung von Anregungslicht und Fluoreszenz, beispielsweise durch die oben erwähnten dichroitischen Strahlteiler oder Farbfilter.The Stokes shift denotes a difference between excitation (excitation) maximum and emission maximum. A larger Stokes shift facilitates separation of excitation light and fluorescence, for example, by the dichroic beam splitters or color filters mentioned above.
Der oben erwähnte EC50-Wert kennzeichnet die Affinität der jeweiligen Sonde zu dem nachzuweisenden Stoff, beispielsweise τ-PHF, und kann beispielsweise durch die Verdrängung von fluoreszenten oder radioaktiven Referenzliganden indirekt bestimmt werden, beispielsweise eine Verdrängung von Thioflaviri S, Thioflavin T oder 11C-FIB. Ein geeignetes Messverfahren ist beispielsweise in
Bei Ausführungsbeispielen weisen Sonden, beispielsweise die oben erwähnten Arylaminotyazole, 4,6-Divinylpyrimidine, 3,6-Divinylpyridazine, 2,5-Divinylpyrazine, [4-(1,3-Benzothiazol-2-yl)phenyl]hydrazone und/oder Diarylharnstoffe 2, bevorzugt mindestens 3 aromatische Ringe auf, welche direkt, über eine Vinylbrücke oder eine Harnstoffbrücke miteinander verbunden sind. Insbesondere können verwendete Stoffe 3 aromatische Ringe aufweisen, welche über Vinylbrücken miteinander verbunden sind, was zu ausgedehnten p-Elektronensystemen führt.In embodiments, probes, for example the above-mentioned arylaminotyazoles, include 4,6-divinylpyrimidines, 3,6-divinylpyridazines, 2,5-divinylpyrazines, [4- (1,3-benzothiazol-2-yl) phenyl] hydrazones and / or diaryl ureas 2, preferably at least 3 aromatic rings which are bonded together directly via a vinyl bridge or a urea bridge. In particular, materials used may have 3 aromatic rings which are linked together via vinyl bridges, resulting in extended p-electron systems.
Bei Ausführungsbeispielen werden insbesondere Verbindungen der vorgenannten Klassen mit delokalisierten Elektronen, beispielsweise p-Elektronensystemen, über mindestens 15 beteiligte Atome, beispielsweise mindestens 20 Atome, insbesondere 22 oder mehr Atome, verwendet.In embodiments, compounds of the abovementioned classes with delocalized electrons, for example p-electron systems, are used in particular via at least 15 atoms involved, for example at least 20 atoms, in particular 22 or more atoms.
Bevorzugt sind Sonden deren Konformation im angeregten Zustand durch Bindung an das Zielprotein stabilisiert werden. Diese Stabilisierung kann durch Wasserstoffbrückenbindung oder van der Waals-Interaktionen der Aryleinheiten mit dem Zielprotein erfolgen. Dies führt bei bevorzugten Sonden zu einer Stabilisierung des nicht-planaren, angeregten Zustandes. Derartige Verdrillung kann durch 1,3-Allylspannung oder durch 1,4-Butadienspannung alkylierter Vinylaromaten induziert werden.Preferably, probes whose conformation in the excited state are stabilized by binding to the target protein. This stabilization may be by hydrogen bonding or van der Waals interactions of the aryl moieties with the target protein. This leads to stabilization of the non-planar, excited state in preferred probes. Such twisting can be induced by 1,3-allyl stress or by 1,4-butadiene voltage alkylated vinyl aromatic compounds.
Besonders bevorzugt sind weiterhin Verbindungen, die eine Halbwertszeit in vivo von > 60 min besitzen. Hierzu werden in bestimmten Ausführungsformen Verweildauer und Ausscheidungsrate entsprechend markierter Sonden (z. B. 3H, 11C, 18F) bestimmt.Particular preference is furthermore given to compounds which have a half-life in vivo of> 60 min. For this purpose, in certain embodiments, residence time and excretion rate of correspondingly labeled probes (eg 3H, 11C, 18F) are determined.
Bevorzugt sind Verbindungen, die eine erhöhte potentielle Hirngängigkeit bei reduzierter Bindung an weiße Hirnmasse aufweisen sowie eine reduzierte Plasmaprotein-Bindung besitzen. Das Diffusionsvermögen einer Verbindung durch die Endothelien der Blut-Hirn-Schranke wird maßgeblich durch seine Fettlöslichkeit (Lipophilie) und Größe bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform haben die erfindungsgemäßen Verbindungen eine Molmasse < 500 g/mol.Preference is given to compounds which have an increased potential brain activity with reduced binding to white brain mass and have reduced plasma protein binding. The diffusivity of a compound through the endothelium of the blood-brain barrier is largely determined by its lipid solubility (lipophilicity) and size. In a preferred embodiment, the compounds of the invention have a molecular weight <500 g / mol.
Der log P-Wert und der log D-Wert sind Modellmaße für das Verhältnis zwischen Lipophilie (Fettlöslichkeit) und Hydrophilie (Wasserlöslichkeit) einer Substanz. Die Erwartung ist, mit Hilfe des Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten die Verteilungskoeffizienten dieses Stoffes in anderen Systemen mit einer wässrigen und einer lipophilen Phase abschätzen zu können. Der log P-Wert ist größer als eins, wenn eine Substanz besser in fettähnlichen Lösungsmitteln wie n-Oktanol löslich ist, kleiner als eins wenn sie besser in Wasser löslich ist. Entsprechend ist log P-Wert positiv für lipophile und negativ für hydrophile Substanzen. Bevorzugt sind Verbindungen, die einen log P-Wert von 1 bis 2,8 haben. In weiteren Ausführungsformen sind Verbindungen mit einem log D-Wert < 5 bevorzugt. Die Messung des log P-Werts oder des log D-Werts erfolgt über ein Oktanol/Wasser-Zwei-Phasensystem und UV/VIS-Spektroskopie bei 25°C und pH 7. Da nicht für alle Chemikalien der log P-Wert und/oder der log D-Wert gemessen werden kann, gibt es auch andere Modelle für die Vorhersage, z. B. durch Quantitative Struktur-Aktivitats-Beziehungen (QSAR) oder durch Linear Free Energy Relationships (LFER).The log P value and the log D value are model measures of the relationship between lipophilicity (fat solubility) and hydrophilicity (water solubility) of a substance. The expectation is to be able to estimate the distribution coefficients of this substance in other systems with an aqueous and a lipophilic phase with the help of the octanol-water partition coefficient. The log P value is greater than one if a substance is more soluble in fat-like solvents such as n-octanol, less than one if it is better soluble in water. Accordingly, log P value is positive for lipophilic and negative for hydrophilic substances. Preference is given to compounds which have a log P value of from 1 to 2.8. In further embodiments, compounds with a log D <5 are preferred. The measurement of the log P value or of the log D value takes place via an octanol / water two-phase system and UV / VIS spectroscopy at 25 ° C. and
Die potentielle Hirngängigkeit der Verbindungen kann auch über die topological polar surface area (TPSA) definiert werden. Diese ist definiert als die Summe der Oberflächenbeiträge der polaren Atoms (in der Regel Sauerstoffatome, Stickstoffe und/oder Wasserstoffatome) in einem Molekül. Die Berechnung wurde unter anderem von
Ladungsfreiheit bzw. eine schwache Basizität der Verbindungen fördern die gute Penetration durch die Blut-Hirnschranke. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind weiterhin durch eine gute Photostabilität (geringe Photobleichung) und durch eine kurzlebige Singulettanregung gegenüber einer langlebigen Triplettanregung charakterisiert.Freedom of charge or a weak basicity of the compounds promote good penetration through the blood-brain barrier. The compounds of the invention are further characterized by good photostability (low photobleaching) and by a short-lived singlet excitation is characterized by a long-lived triplet stimulus.
In
Zur Vorbereitung des eigentlichen Verfahrens werden in einem Schritt
In Schritt
Beim Erstellen des Übersichtsbildes wird dabei allgemein der Augenhintergrund großflächig zur Fluoreszenz angeregt. Zur Vermeidung des Einflusses von Streulicht oder anderem Fremdlicht, beispielsweise Streulicht an einer dem Augenhintergrund vorgelagerten Schicht, beispielsweise der Augenlinse, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Beispielsweise kann der Augenhintergrund strukturiert beleuchtet werden, so dass sich hellere und dunklere Bereiche auf dem Augenhintergrund ergeben. Aus Intensitätsmessungen in den dunkleren Bereichen kann über die Kamera ein ortsaufgelöstes Untergrundsignal als Falschlichtverteilung ermittelt werden, das von einem das Falschlicht enthaltenden später aufgenommenen und gleichmäßig ausgeleuchteten Bild des Augenhintergrundes subtrahiert wird. So kann eine von Falschlicht im Wesentlichen freie Abbildung des Augenhintergrundes erzeugt werden. Die Ortsauflösung entspricht dabei der Auflösung der verwendeten Kamera wie der Kamera
Bevorzugt werden dabei vor der eigentlichen Aufnahme zwei verschiedene Lichtmuster so erzeugt, dass die hellen Bereiche der beiden Lichtmuster sich zu einem vollständigen lückenlosen Bild (Hellbild) ergänzen und die dunkleren Bereiche der beiden Lichtmuster sich ebenso lückenlos zu einem Bild (Dunkelbild) ergänzen. So können bei der Streulichtverteilung Streuzentren in einem gesamten Querschnitt des Strahlengangs der Kameraeinrichtung berücksichtigt werden. Zudem kann so eine Streulichtverteilung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Details zu entsprechenden Verfahren der Streulichtbestimmung finden sich beispielsweise in der
In einem Schritt
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird bei der Erstellung des Übersichtsbildes und der Definition der interessierenden Bereiche nicht zwischen Fluoreszenz von an τ-PHF gebundenen Sonden und ungebundenen Sonden unterschieden. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden bereits bei der Erstellung des Übersichtsbildes eine Fluoreszenzlebensdauer und/oder eine spektrale Fluoreszenzverteilung, beispielsweise durch Verwendung einer Farbkamera, bestimmt, um gebundene von ungebundenen Sonden unterscheiden zu können, da eine Bindung der Sonden an τ-PHF insbesondere eine langsame Komponente eines exponentiellen Abfalls eines Fluoreszenzabklingverhaltens der Fluoreszenz beeinflusst. Eine derartige Lebensdauermessung kann insbesondere dadurch bewerkstelligt werden, dass die Beleuchtung bei mindestens zwei Frequenzen bevorzugt im Megahertzbereich kombiniert wird und als Kamera eine Laufzeitkamera verwendet wird. Durch die Verwendung einer Spektralanalyse, auch als „Spectral Unmixing” bezeichnet, kann zudem Fluoreszenz von den interessierenden Sonden anderen Fluoreszenzquellen, beispielsweise Autofluoreszenz des Augenhintergrundes, unterschieden werden.In some embodiments, when generating the overview image and defining the regions of interest, no distinction is made between fluorescence of probes bound to τ-PHF and unbound probes. In other embodiments, a fluorescence lifetime and / or a spectral fluorescence distribution, for example by using a color camera, determined in order to distinguish bound from unbound probes already in the preparation of the overview image, since a binding of the probes to τ-PHF in particular a slow component of a exponential decay of fluorescence decay behavior of fluorescence. Such a lifetime measurement can be accomplished, in particular, by combining the illumination at at least two frequencies, preferably in the megahertz range, and using a runtime camera as the camera. By using spectral analysis, also referred to as "spectral unmixing", fluorescence from the probes of interest can also be distinguished from other sources of fluorescence, such as autofluorescence of the ocular fundus.
Bei Verwendung derartiger Verfahren können dann die interessierenden Bereiche in Schritt
In Schritt
Zusätzlich oder alternativ zu einer derartigen Lebensdauermessung kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine optische Kohärenztomographieaufnahme mit einer entsprechenden Laserscannereinrichtung erfolgen. Durch die Definition von interessierenden Bereichen, welche relativ klein sein können, und durch Beschränkung der Lebensdauer- bzw. spektroskopischen Messungen auf nur wenige Datenpunkte kann dabei insbesondere eine relativ kurze Untersuchungszeit erreicht werden, was für einen Patienten angenehmer ist und bei gleicher Zeit eine genauere Untersuchung der eigentlich interessierenden Bereiche ermöglicht.In addition or as an alternative to such a lifetime measurement, in some embodiments an optical coherence tomography image can be taken with a corresponding laser scanner device. By defining areas of interest, which may be relatively small, and by restricting the lifetime or spectroscopic measurements to only a few data points, a relatively short examination time can be achieved, which is more comfortable for a patient and more accurate at the same time the areas of interest.
Verschiedene Möglichkeiten und Varianten der Implementierung des Schrittes
Generell erfolgt mit Laserscanneranordnungen eine serielle punktförmige Anregung der fluoreszierenden Objekte, wobei das punktförmig angeregte Feld konfokal in eine Feldblende abgebildet wird, welche bevorzugt von vor einem Detektor, bevorzugt einem Einzeldetektor, angeordnet ist. Aus nacheinander von jedem Punkt detektiertem Licht erfolgt nach Durchgang durch ein Sperrfilter ein Aufbau eines zweidimensionalen Bildes des fluoreszierenden Objekts. Durch die Konfokalität, welche bei dem Ausführungsbeispiel der
Die Laserwellenlänge wird dabei insbesondere passend zu der verwendeten Sonde ausgewählt, d. h. es wird eine Laserwellenlänge ausgewählt, bei welcher die Sonde eine erhöhte Absorption und/oder Streuung und/oder Anregung zur Fluoreszenz bzw. Biolumineszenz aufweist. Die Laserwellenlänge kann dabei im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich liegen.The laser wavelength is selected in particular matching the probe used, d. H. a laser wavelength is selected in which the probe has an increased absorption and / or scattering and / or excitation for fluorescence or bioluminescence. The laser wavelength can be in the visible or infrared spectral range.
Eine spektral aufgelöste Detektion, beispielsweise für das oben erwähnte „Spectral Unmixing” zur Unterscheidung gebundener Sonden von ungebundenen Sonden bzw. anderen Fluoreszenzquellen kann beispielsweise eine spektrale Aufspaltung des Lichtes und simultane Detektion in mehreren Kanälen erfolgen, beispielsweise in der Detektionseinrichtung
In einer verwendeten Detektionseinrichtung wie der Detektionseinrichtung
Optional kann in Schritt
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren der
Während der Bildgebung, d. h. der Schritte
Durch die dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen kann insbesondere eine ante-mortem-Diagnose von Tauopathien erfolgen, ein Krankheitsverlauf überwacht werden und/oder eine entsprechende Therapie kontrolliert werden.In particular, an ante-mortem diagnosis of tauopathies can be carried out by the presented methods and devices according to the invention, a course of the disease can be monitored and / or a corresponding therapy can be controlled.
Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung sind in
Die
Es ist zu bemerken, dass bei anderen Ausführungsbeispielen auch nur eine Kameraeinrichtung oder nur eine Laserscannereinrichtung zum Einsatz kommen kann.It should be noted that in other embodiments, only one camera device or only one laser scanner device can be used.
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