JP2009280630A - Aqueous near-infrared fluorescent material and multimodal aqueous near-infrared fluorescent material - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous near-infrared fluorescent material with high quantum yield which emits near-infrared light and is used in an in vivo imaging technique, and to provide a multimodal aqueous near-infrared fluorescent material with high quantum yield which is used in a multimodal in vivo imaging technique using an optical (fluorescence) imaging, MRI, SPECT, etc. <P>SOLUTION: The aqueous near-infrared fluorescent material has a semiconductor quantum dot having an emission band in the near-infrared region and a coating layer coating the surface of the semiconductor quantum dot, wherein the coating layer is a layer composed of coated peptides selected from the group consisting of cysteine and consisting of peptides which are composed of 2-8 amino acid residues and contain one or more cysteine residues in amino acid residues. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、近赤外光を発光し、生体内イメージング法において用いることができる、量子収率の高い水溶性近赤外蛍光材料、およびマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料に関する。   The present invention relates to a water-soluble near-infrared fluorescent material having a high quantum yield and a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material that emits near-infrared light and can be used in in vivo imaging methods.

免疫学の分野は、ここ数年の間に大きく発展を遂げている生命科学分野の1つである。従来は、生体から別途取り出した細胞を用いて免疫反応の検討がなされていた。これに対して最近は、細胞を別途取り出すことなく、生体内において免疫反応を可視化し、実際の生体免疫反応を調べるという技術(生体内イメージング法)が検討されている。生体を個体レベルで非侵襲的にイメージングする方法として、MRI(核磁気共鳴画像法)、X線CT、PET(ポジトロン断層法)、SPECT(単一光子放射断層撮影)等が、医学分野において癌の診断または血管造影に用いられている。また最近では、近赤外光を用いた光(蛍光)イメージング法が高感度測定法として注目されている。   The field of immunology is one of the life sciences fields that has developed greatly over the last few years. Conventionally, an immune reaction has been studied using cells separately taken out from a living body. On the other hand, recently, a technique (in vivo imaging method) in which an immune reaction is visualized in a living body and an actual living body immune reaction is examined without separately removing cells has been studied. MRI (nuclear magnetic resonance imaging), X-ray CT, PET (positron tomography), SPECT (single-photon emission tomography), etc. are methods for cancer imaging in the medical field. Used for diagnosis or angiography. Recently, a light (fluorescence) imaging method using near-infrared light has attracted attention as a highly sensitive measurement method.

これらの生体内イメージング法においては、生体内に存在する癌組織または臓器にコントラストをつけて癌組織または臓器を可視化し、他部分とコントラストをつけてより明確に視認できるようにするため、しばしば造影剤が用いられる。例えば光イメージングにおいては蛍光性の微粒子または化合物が造影剤として用いられており、MRIにおいては核の緩和時間に影響を与えるガドリウムまたは鉄イオンなどの常磁性物質が造影剤として用いられており、PETにおいては陽電子崩壊する化合物が造影剤として用いられており、そしてPETにおいては99Tc、67Ga、68Gaといった放射性同位元素が造影剤として用いられている。このように、これらのイメージング技術においては、各イメージング技術それぞれの特性にあわせた、化学構造および特性がそれぞれ異なる造影剤を、各イメージング技術に応じて用いる必要がある。癌組織を特異的に検出するための造影剤は、MRI、PET、SPECTなどではすでに実用化されている。その一方で光イメージングにおいては造影剤の開発は非常に遅れているという問題がある。 In these in vivo imaging methods, in order to visualize cancer tissues or organs by contrasting them with cancer tissues or organs existing in the body, and contrasting with other parts, it is often contrasted An agent is used. For example, fluorescent fine particles or compounds are used as contrast agents in optical imaging, and paramagnetic substances such as gadolinium or iron ions that affect the relaxation time of the nucleus are used as contrast agents in MRI. , Positron decaying compounds are used as contrast agents, and PET uses radioactive isotopes such as 99 Tc, 67 Ga, and 68 Ga as contrast agents. As described above, in these imaging techniques, it is necessary to use contrast agents having different chemical structures and characteristics in accordance with the characteristics of each imaging technique depending on the imaging technique. Contrast agents for specifically detecting cancer tissue have already been put to practical use in MRI, PET, SPECT and the like. On the other hand, in optical imaging, there is a problem that the development of contrast agents is very late.

一方で、癌などの腫瘍部位を、光(蛍光)イメージング、MRI、PET、SPECTといった複数のイメージング技術によってマルチモーダルイメージングすることによって、画像から得られる情報の信頼性は従来に比べて格段に向上するといわれている(Nature Photonics, 487-489, 2007年)。このようなマルチモーダルイメージングにおいては、光(蛍光)イメージング、MRI、PET、SPECTといったすべてのイメージング測定法において共通に使用できる、つまり全てのイメージング測定法に対して標的対象(癌組織など)を特異的にコントラスト化および可視化することができる、マルチモーダル造影剤を使用することが必要となる。   On the other hand, the reliability of information obtained from images is greatly improved by multimodal imaging of tumor sites such as cancer using multiple imaging technologies such as optical (fluorescence) imaging, MRI, PET, and SPECT. (Nature Photonics, 487-489, 2007). In such multimodal imaging, it can be used in common in all imaging measurement methods such as optical (fluorescence) imaging, MRI, PET, SPECT, that is, the target object (such as cancer tissue) is specific to all imaging measurement methods. It is necessary to use a multimodal contrast agent that can be contrasted and visualized.

ところで蛍光プローブを用いる光イメージングにおいては、原理的には1分子レベルの検出が可能であり非常に高感度であるという優れた特性を有している。また、光イメージングで用いられる光イメージング装置は、価格が安くコンパクトであり、移動も比較的自由にできるという利点がある。そのため、病院での使用など臨床分野における潜在的汎用性が非常に高いものである。しかしながら現状においては、光(蛍光)イメージング装置は臨床レベルでの実用化には至っていない。光(蛍光)イメージング装置の臨床レベルにおける実用化の技術的条件としてあげられるのが、検出感度の向上と3次元での画像化であり、そのためには高感度な光造影剤が必要とされている。また生体内における光イメージングの使用においては、光の散乱による空間分解能の低下が問題となる。そのため、光イメージング技術を生体内で用いる場合は、MRI、PETまたはSPECTと併用することが望ましいと考えられる。そしてこれらの技術を併用することによって、生体内における3次元での正確な位置情報が得られることとなり、癌組織などの標的対象をより正確に検出することが可能となる。   By the way, optical imaging using a fluorescent probe has an excellent characteristic that, in principle, detection at a single molecule level is possible and the sensitivity is very high. Further, an optical imaging apparatus used in optical imaging has advantages that it is inexpensive and compact and can be moved relatively freely. Therefore, the potential versatility in clinical fields such as hospital use is very high. However, at present, optical (fluorescence) imaging devices have not been put into practical use at the clinical level. Technical conditions for practical application of optical (fluorescence) imaging devices at the clinical level include improved detection sensitivity and three-dimensional imaging, which requires a highly sensitive optical contrast agent. Yes. Further, in the use of optical imaging in a living body, a reduction in spatial resolution due to light scattering becomes a problem. Therefore, when optical imaging technology is used in vivo, it is considered desirable to use it together with MRI, PET, or SPECT. By using these techniques in combination, accurate three-dimensional position information in the living body can be obtained, and a target object such as a cancer tissue can be detected more accurately.

これまでに報告されている、光イメージング、MRI、PETおよびSPECTにおいて用いることができるマルチモーダル造影剤のほとんどが、可視部領域で発光する蛍光材料を使ったものである。しかしながら可視部領域の光は、生体内光イメージング法における使用には適していない。生体には、ヘモグロビンなどをはじめとする、可視光を吸収する内在性色素が数多く存在するため、可視光はほとんど透過しないからである。唯一、生体組織を透過できる光は、700〜900nmの近赤外光である。   Most of the multimodal contrast agents reported so far that can be used in optical imaging, MRI, PET, and SPECT use fluorescent materials that emit light in the visible region. However, light in the visible region is not suitable for use in in vivo optical imaging methods. This is because the living body contains a large number of endogenous dyes that absorb visible light, such as hemoglobin, and therefore hardly transmits visible light. The only light that can be transmitted through the living tissue is 700-900 nm near infrared light.

近赤外の蛍光材料として、シアニン系の有機色素(特にインドシアニン)が一般的に用いられている。しかしながらシアニン系有機色素は、水中での蛍光の量子収率は1%程と極めて低い。ここで量子収率とは、光化学反応において、1個の分子が1個の光量子を吸収し、それにより分子が反応(発光)する割合を示す値である。そのため、光イメージングにおいては、少量の使用での可視化が可能となる、より高輝度である近赤外蛍光材料の開発が望まれている。シアニン系の有機色素はまた、励起光により退色してしまうという欠点もある。   As the near-infrared fluorescent material, cyanine-based organic dyes (particularly indocyanine) are generally used. However, cyanine-based organic dyes have an extremely low quantum yield of fluorescence in water of about 1%. Here, the quantum yield is a value indicating a rate at which one molecule absorbs one photon in a photochemical reaction, and thereby a molecule reacts (emits light). For this reason, in optical imaging, it is desired to develop a near-infrared fluorescent material with higher luminance that can be visualized with a small amount of use. Cyanine-based organic dyes also have the disadvantage of fading due to excitation light.

より高輝度であり耐退色性のある蛍光材料の候補として最も有望であると考えられているものが、半導体量子ドットである。ここで「半導体量子ドット」とは、数nm〜数十nmほどの大きさの結晶であり、その結晶内に電子を閉じこめる性質を有する結晶をいう。なお半導体量子ドットは、半導体ナノ結晶とも言われることがある。ここ数年の間に、半導体量子ドットを利用した造影剤の合成研究が盛んになってきている。例えば以下に示す1)〜9)の文献は、半導体量子ドットを用いた造影剤についての論文である。
1) W. B. Beng and Y. Zang, "Multifunctional quantum-dot-based magnetic chitosan particles", Adv. Materials, 17, 23756-2380(2005);
2) H. Gu et al., "Direct synthesis of a bimodal nanosponge based on FePt and ZnS", Small, 4, 402-406(2005);
3) S. Santra et al., "Synthesis of water-dispersible fluorescent, radio-opaque, and paramagnrtic CdS:Mn/ZnS quantum dots: a multifunctional probe for bioimaging", J. Am. Chem. Soc., 127, 1656-1657(2005);
4) W. J. M. Mulder et al., "Quantum dots with a paramagnetic coating as a bimodal molecular imaging probe", Nano Lett., 6, 1-6(2006);
5) H. Yang et al., "GdIII-functionalized fluorescent quantum dots as multimodal imaging probes", Adv. Materials, 18, 2890-2894(2006);
6) G. A. F. van Tilborg et al., "Annexin A5-conugated quantum dots with a paramagnetic lipidic coating for the multimodal detection of apoptic cells, Bioconjugate Chem., 17, 865-868(2006);
7) L. Prinzen et al., "Optical and magnetic resonance imaging of cell deth and plateket activation using annexin A5-functionalized quantum dots", Nano Lett, 7, 93-100(2007);
8) W. B. Tan and Y. Zhang, "Multi-functional chitosan nanoparticles encapsulating quantum dots and Gd-DTPA as imaging probes for bio-applications", J. Nanosci. Nonotechnol.7, 2389-2393(2007);
9) S. Wang et al., "Core/shell quantum dots with high relaxivity and photoluminescence for multimodality imaging, J. Am. Chem. Soc., 129, 3848-3856(2007);
しかしながら上記1)〜9)の文献に開示される量子ドットは、可視部領域で発光する量子ドットである。そしてこのような量子ドットは、生体内における光イメージング法に用いることは非常に困難である。上述の通り生体内には、可視光を吸収するヘモグロビンまたはフラビンなどの内在性色素が多量に存在するため、可視光(400〜650nm)はほとんど透過しないからである。そして上記1)〜9)の文献はまた、生体透過性が良好である近赤外発光の量子ドットを使ったマルチモーダル造影剤については開示していない。
A semiconductor quantum dot is considered to be the most promising candidate for a fluorescent material having higher luminance and fading resistance. Here, the “semiconductor quantum dot” is a crystal having a size of several nanometers to several tens of nanometers, and has a property of confining electrons in the crystal. The semiconductor quantum dot is sometimes referred to as a semiconductor nanocrystal. In recent years, research on synthesizing contrast agents using semiconductor quantum dots has become active. For example, the following documents 1) to 9) are papers on contrast agents using semiconductor quantum dots.
1) WB Beng and Y. Zang, "Multifunctional quantum-dot-based magnetic chitosan particles", Adv. Materials, 17, 23756-2380 (2005);
2) H. Gu et al., "Direct synthesis of a bimodal nanosponge based on FePt and ZnS", Small, 4, 402-406 (2005);
3) S. Santra et al., "Synthesis of water-dispersible fluorescent, radio-opaque, and paramagnrtic CdS: Mn / ZnS quantum dots: a multifunctional probe for bioimaging", J. Am. Chem. Soc., 127, 1656 -1657 (2005);
4) WJM Mulder et al., "Quantum dots with a paramagnetic coating as a bimodal molecular imaging probe", Nano Lett., 6, 1-6 (2006);
5) H. Yang et al., "GdIII-functionalized fluorescent quantum dots as multimodal imaging probes", Adv. Materials, 18, 2890-2894 (2006);
6) GAF van Tilborg et al., "Annexin A5-conugated quantum dots with a paramagnetic lipidic coating for the multimodal detection of apoptic cells, Bioconjugate Chem., 17, 865-868 (2006);
7) L. Prinzen et al., "Optical and magnetic resonance imaging of cell deth and plateket activation using annexin A5-functionalized quantum dots", Nano Lett, 7, 93-100 (2007);
8) WB Tan and Y. Zhang, "Multi-functional chitosan nanoparticles encapsulating quantum dots and Gd-DTPA as imaging probes for bio-applications", J. Nanosci. Nonotechnol. 7, 2389-2393 (2007);
9) S. Wang et al., “Core / shell quantum dots with high relaxivity and photoluminescence for multimodality imaging, J. Am. Chem. Soc., 129, 3848-3856 (2007);
However, the quantum dots disclosed in the literatures 1) to 9) are quantum dots that emit light in the visible region. Such quantum dots are very difficult to use for in vivo optical imaging methods. This is because, as described above, since a large amount of endogenous dye such as hemoglobin or flavin that absorbs visible light exists in the living body, visible light (400 to 650 nm) hardly transmits. The documents 1) to 9) do not disclose a multimodal contrast agent using near-infrared light emitting quantum dots that have good biological permeability.

一方、マルチモーダル造影剤の製造において出発物質とすることができる疎水性近赤外半導体量子ドットについては、以下の文献10)〜19)に開示されている。
10) M. A. Hines, G. D. Scholes, "Colloidal PbS Nanocrystals with size-tunable near-infrared emission: observation of post-synthesis self-narrowing of the particle size distribution", Adv. Materials, 21, 1844-1849(2003);
11) R. E. Bailey, S. Nie, " Alloyed semiconductor quantum dots: tuning the optical properties without changing the particle size", J. Am. Chem. Soc., 125 7100-7106(2003);
12) S. Kim et al., "Type II quantum dots: CdTe/CdSe(core/shell) and CdSe/ZnTe(core/shell) heterostructures", J. Am. Chem. Soc., 125 11466-11467(2003);
13) S. Kim et al., "Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping", Nat. Biotech., 22, 93-96(2004);
14) R. E. Baily et al., "A new class of far-red and near-infrared biological labels based on alloyed semiconductor quantum dots", J. Nanosci. Nanotech., 6, 569-574(2004);
15) S.-W. Kim, et al., "Engineering InAsxP1-x /InP/ZnS III-V alloyed core/shell quantum dots for the near-infrared", J. Am. Chem. Soc., 127 10526-10523(2005);
16) W. Jiang et al., "Optimizing the synthesis of red- to near-IR-emitting CdS-capped CdTexSe1-x alloyed quantum dots for biomedical imaging", Chem. Mater., 18, 4845-4854(2006);
17) B.-R. Hyu, et al.,"Near-infrared fluorescence imaging with water-soluble lead salt quantum dots", J. Phys. Chem. B, 111, 5726-5730(2007);
18) H. Qian et al., "High-quality and water-soluble near-infrared photoluminescence CdHgTe/CdS quantum dots prepared by adjusting size and composition", J. Phys. Chem. C, 111, 7918-7923(2007);
19) S. Hinds et al., "Nir-emitting colloidal quantum dots having 26% luminescence quantum yield in buffer solution", J. Am. Chem. Soc., 129, 7218-7219(2007);
On the other hand, hydrophobic near-infrared semiconductor quantum dots that can be used as starting materials in the production of multimodal contrast agents are disclosed in the following documents 10) to 19).
10) MA Hines, GD Scholes, "Colloidal PbS Nanocrystals with size-tunable near-infrared emission: observation of post-synthesis self-narrowing of the particle size distribution", Adv. Materials, 21, 1844-1849 (2003);
11) RE Bailey, S. Nie, "Alloyed semiconductor quantum dots: tuning the optical properties without changing the particle size", J. Am. Chem. Soc., 125 7100-7106 (2003);
12) S. Kim et al., "Type II quantum dots: CdTe / CdSe (core / shell) and CdSe / ZnTe (core / shell) heterostructures", J. Am. Chem. Soc., 125 11466-11467 (2003 );
13) S. Kim et al., "Near-infrared fluorescent type II quantum dots for sentinel lymph node mapping", Nat. Biotech., 22, 93-96 (2004);
14) RE Baily et al., "A new class of far-red and near-infrared biological labels based on alloyed semiconductor quantum dots", J. Nanosci. Nanotech., 6, 569-574 (2004);
15) S.-W. Kim, et al., "Engineering InAsxP1-x / InP / ZnS III-V alloyed core / shell quantum dots for the near-infrared", J. Am. Chem. Soc., 127 10526- 10523 (2005);
16) W. Jiang et al., "Optimizing the synthesis of red- to near-IR-emitting CdS-capped CdTexSe1-x alloyed quantum dots for biomedical imaging", Chem. Mater., 18, 4845-4854 (2006);
17) B.-R. Hyu, et al., "Near-infrared fluorescence imaging with water-soluble lead salt quantum dots", J. Phys. Chem. B, 111, 5726-5730 (2007);
18) H. Qian et al., "High-quality and water-soluble near-infrared photoluminescence CdHgTe / CdS quantum dots prepared by adjusting size and composition", J. Phys. Chem. C, 111, 7918-7923 (2007) ;
19) S. Hinds et al., "Nir-emitting colloidal quantum dots having 26% luminescence quantum yield in buffer solution", J. Am. Chem. Soc., 129, 7218-7219 (2007);

このように上記文献10)〜19)は疎水性近赤外半導体量子ドットについて開示している。一方、疎水性近赤外量子ドットを水溶化し、生体内イメージング用の光造影剤として応用した例は少ない。疎水性近赤外量子ドットを水溶化した例として、2004年Bawendiらのグループは、タイプII型の近赤外量子ドットをホスフィンオリゴマーで被覆することにより、リンパ節イメージング用の光造影剤を開発している(上記文献13))。また、Nieらは2004年、合金型の近赤外量子ドットをメルカプト酢酸により表面被覆することによって水溶性の高輝度量子ドットを得ている(上記文献14)、なおこの文献14)には、イメージングデータに関する記載はない)。しかしながらこれらの方法はいずれも、毒性が問題となるホスフィンまたはメルカプト酢酸を被覆剤として用いている。そのためこれらの方法によって得られた量子ドットを生体内イメージング用として用いるには、生体毒性が問題となる。   Thus, the above-mentioned documents 10) to 19) disclose hydrophobic near-infrared semiconductor quantum dots. On the other hand, there are few examples in which hydrophobic near-infrared quantum dots are water-solubilized and applied as an optical contrast agent for in vivo imaging. As an example of water-solubilizing hydrophobic near-infrared quantum dots, the group of Bawendi et al. In 2004 developed a photocontrast agent for lymph node imaging by coating type II near-infrared quantum dots with phosphine oligomers. (Ref. 13)). In 2004, Nie et al. Obtained a water-soluble high-intensity quantum dot by coating the surface of an alloy-type near-infrared quantum dot with mercaptoacetic acid (Reference 14). There is no mention of imaging data). However, all of these methods use phosphine or mercaptoacetic acid, whose toxicity is a problem, as a coating agent. Therefore, in order to use the quantum dots obtained by these methods for in vivo imaging, biotoxicity becomes a problem.

米国特許出願公開2005/0220714号明細書(特許文献1)には、光およびMRIの造影機能を持つ常磁性イオンドープ型半導体ナノ粒子が記載されている。これは可視部発光のデュアルモーダル量子ドットである。一方でこの特許文献1は、近赤外領域で発光する量子ドットについては記載していない。   US Patent Application Publication No. 2005/0220714 (Patent Document 1) describes paramagnetic ion-doped semiconductor nanoparticles having optical and MRI contrast functions. This is a dual-modal quantum dot that emits visible light. On the other hand, this patent document 1 does not describe quantum dots that emit light in the near infrared region.

米国特許出願公開2005/0265922号明細書(特許文献2)には、光、MRI、PET、SPECTなどの造影機能をもつマルチモーダルナノ粒子の構造、製造法に関する概念的な内容が記載されている。一方で、特許文献2には、このようなマルチモーダルナノ粒子を具体的に合成したという実施例は示されていない。   US Patent Application Publication No. 2005/0265922 (Patent Document 2) describes the conceptual contents regarding the structure and manufacturing method of multimodal nanoparticles having an imaging function such as light, MRI, PET, and SPECT. . On the other hand, Patent Document 2 does not show an example in which such multimodal nanoparticles are specifically synthesized.

米国特許出願公開2007/0269382号明細書(特許文献3)には、常磁性イオンドープ型の多機能造影剤が記載されている。一方でこの特許文献3は、近赤外領域で発光する量子ドットについては記載していない。   US Patent Application Publication No. 2007/0269382 (Patent Document 3) describes a paramagnetic ion-doped multifunctional contrast agent. On the other hand, this patent document 3 does not describe quantum dots that emit light in the near infrared region.

米国特許出願公開2005/0220714号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0220714 米国特許出願公開2005/0265922号明細書US Patent Application Publication No. 2005/0265922 米国特許出願公開2007/0269382号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0269382

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目的とするところは、近赤外光を発光し生体内イメージング法において用いることができる、量子収率の高い水溶性近赤外蛍光材料、さらには、光(蛍光)イメージング、MRI、SPECTなどを用いるマルチモーダル生体内イメージング法において用いることができる、量子収率の高いマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料を提供することにある。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a water-soluble near-infrared fluorescent material with a high quantum yield that emits near-infrared light and can be used in in vivo imaging methods. Furthermore, another object of the present invention is to provide a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material having a high quantum yield that can be used in a multimodal in vivo imaging method using optical (fluorescence) imaging, MRI, SPECT and the like.

本発明は、
近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット、および
この半導体量子ドットの表面を被覆する被覆層、
を有する、水溶性近赤外蛍光材料であって、
この被覆層は、システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよびこのアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類から構成される層である、
水溶性近赤外蛍光材料、を提供するものであり、これにより上記目的が達成される。
The present invention
A semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region, and a coating layer covering the surface of the semiconductor quantum dot;
A water-soluble near-infrared fluorescent material having
This covering layer is composed of cysteine and covering peptides selected from the group consisting of 2 to 8 amino acid residues and a peptide containing one or more cysteine residues in the amino acid residues. The layer
A water-soluble near-infrared fluorescent material is provided, and the above object is achieved.

上記半導体量子ドットが、CdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)からなる、コアシェル構造の半導体量子ドットであるのが好ましい。 It is preferable that the semiconductor quantum dot is a semiconductor quantum dot having a core-shell structure including CdSe 1-x Te x core / CdS shell (where x = 0.2 to 1).

また、上記被覆ペプチド類が、システイン、グルタチオン、γ−Glu−ベンジル−Cys−Val、β−Asp−Cys−Gly、Glu−Cys−Gly、Asp−Cys−Gly、γ−Glu−Gly−Cys−Gly、β−Asp−Gly−Cys−Gly、Glu−Gly−Cys−Gly、Asp−Gly−Cys−Glyからなる群から選択されるペプチド類であるのが好ましい。   In addition, the coated peptides are cysteine, glutathione, γ-Glu-benzyl-Cys-Val, β-Asp-Cys-Gly, Glu-Cys-Gly, Asp-Cys-Gly, γ-Glu-Gly-Cys- Peptides selected from the group consisting of Gly, β-Asp-Gly-Cys-Gly, Glu-Gly-Cys-Gly, Asp-Gly-Cys-Gly are preferred.

上記水溶性近赤外蛍光材料は、平均粒径が2〜50nmであり、かつ単分散であるのが好ましい。   The water-soluble near-infrared fluorescent material preferably has an average particle diameter of 2 to 50 nm and is monodispersed.

本発明はまた、
表面が配位性有機化合物によって被覆された、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットと;システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよびこのアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類と;を、溶媒中で混合する、ペプチド類被覆工程、
を包含する、水溶性近赤外蛍光材料の製造方法も提供する。
The present invention also provides
A semiconductor quantum dot whose surface is coated with a coordinating organic compound and having an emission band in the near-infrared region; cysteine, and composed of 2 to 8 amino acid residues and one or more in this amino acid residue Coating peptides selected from the group consisting of peptides containing cysteine residues of
A method for producing a water-soluble near-infrared fluorescent material is also provided.

本発明はまた、上記水溶性近赤外蛍光材料の製造方法によって製造される、水溶性近赤外蛍光材料も提供する。   The present invention also provides a water-soluble near-infrared fluorescent material produced by the method for producing a water-soluble near-infrared fluorescent material.

本発明はさらに、
近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット、
この半導体量子ドットの表面を被覆する、システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよびこのアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類から構成される層である、被覆層、
この被覆層に化学結合した、元素包接基、および
この元素包接基に包接された、Gd(III)、Mn(II)、Mn(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、Cr(III)、Co(II)、Ni(II)、Dy(III)、Tb(III)、Nd(III)、Fe64Cu、67Ga、68Ga、99mTc、90Y、153Sm、166Ho、186Re、188Re、165Dy、111In、201Tc、18F、77Br、123I、124I、125I、126I、131I、201Tlからなる群から選択される元素、
を有する、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料、も提供する。
The present invention further includes
A semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region,
A coating selected from the group consisting of cysteine and a peptide composed of 2 to 8 amino acid residues and containing one or more cysteine residues in the amino acid residues, covering the surface of the semiconductor quantum dot A coating layer, which is a layer composed of peptides,
Elemental inclusion groups chemically bonded to the coating layer, and Gd (III), Mn (II), Mn (III), Fe (II), Fe (III), which are included in the element inclusion group, Cu (II), Cr (III), Co (II), Ni (II), Dy (III), Tb (III), Nd (III), Fe 3 O 4 , 64 Cu, 67 Ga, 68 Ga, 99 m From Tc, 90 Y, 153 Sm, 166 Ho, 186 Re, 188 Re, 165 Dy, 111 In, 201 Tc, 18 F, 77 Br, 123 I, 124 I, 125 I, 126 I, 131 I, 201 Tl An element selected from the group consisting of
A multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material is also provided.

本発明はさらに、
上記水溶性近赤外蛍光材料の製造方法により得られた水溶性近赤外蛍光材料の、被覆層中に存在する反応性官能基と、元素包接基含有化合物と、を化学結合させる、元素包接基導入工程、
導入された元素包接基に、Gd(III)、Mn(II)、Mn(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、Cr(III)、Co(II)、Ni(II)、Dy(III)、Tb(III)、Nd(III)、Fe64Cu、67Ga、68Ga、99mTc、90Y、153Sm、166Ho、186Re、188Re、165Dy、111In、201Tc、18F、77Br、123I、124I、125I、126I、131I、201Tlからなる群から選択される元素を導入する、元素導入工程、
を包含する、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料の製造方法、も提供する。
The present invention further includes
An element that chemically bonds the reactive functional group present in the coating layer and the element inclusion group-containing compound of the water-soluble near-infrared fluorescent material obtained by the method for producing the water-soluble near-infrared fluorescent material. Inclusion group introduction process,
Introduced element inclusion groups include Gd (III), Mn (II), Mn (III), Fe (II), Fe (III), Cu (II), Cr (III), Co (II), Ni (II), Dy (III), Tb (III), Nd (III), Fe 3 O 4 , 64 Cu, 67 Ga, 68 Ga, 99m Tc, 90 Y, 153 Sm, 166 Ho, 186 Re, 188 Re 165 Dy, 111 In, 201 Tc, 18 F, 77 Br, 123 I, 124 I, 125 I, 126 I, 131 I, 201 Tl, introducing an element selected from the group consisting of:
And a method for producing a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material.

本発明はさらに、上記マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料の製造方法によって製造される、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料も提供する。   The present invention further provides a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material produced by the method for producing a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material.

本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、有機性色素と比較して輝度が高い半導体量子ドットを有している。そして水中における分散性が良好であり安定性も高いという利点、さらにペプチド類で被覆されているため生体親和性が高いという利点、を有する。そのため本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、生体内イメージング法に好適に用いることができる、生体内光イメージング法における高輝度近赤外造影剤である。本発明の水溶性近赤外蛍光材料はさらに、製造工程が簡単であり、大量合成が可能であるという利点もある。
本発明においてはさらに、この水溶性近赤外蛍光材料を用いてマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料を調製することができる。このマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、光イメージング、MRI、SPECTなどの同時測定を可能とするマルチモーダル造影剤である。本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、光、MRI、SPECTによるマルチモーダルメージングの実現を可能とするものであり、生体内イメージングの技術発展に大きく寄与するものである。
The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention has semiconductor quantum dots that have higher brightness than organic dyes. And it has the advantage that the dispersibility in water is favorable and has high stability, and also has the advantage of high biocompatibility because it is coated with peptides. Therefore, the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is a high-intensity near-infrared contrast agent in in-vivo optical imaging that can be suitably used in in-vivo imaging. The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is further advantageous in that the production process is simple and mass synthesis is possible.
In the present invention, a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material can be prepared using this water-soluble near-infrared fluorescent material. This multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material is a multimodal contrast agent that enables simultaneous measurements such as optical imaging, MRI, and SPECT. The multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention enables realization of multimodal imaging by light, MRI, and SPECT, and greatly contributes to the development of in vivo imaging technology.

水溶性近赤外蛍光材料
本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、
近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット、および
この半導体量子ドットの表面を被覆する被覆層、
を有する。以下、各構成について順次説明する。
Water-soluble near-infrared fluorescent material The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is
A semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region, and a coating layer covering the surface of the semiconductor quantum dot;
Have Hereinafter, each configuration will be sequentially described.

近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット
本発明の水溶性蛍光材料に含まれる半導体量子ドットは、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットが用いられる。本発明における近赤外半導体量子ドットは、バンドギャップが近赤外領域にある金属化合物から構成される。半導体量子ドットでは、電子状態が価電子帯と伝導帯からなるバンド構造をなし、基底状態で電子は価電子帯を占有している。バンドギャップ(価電子帯と伝導帯のエネルギー差)より大きなエネルギーの光を吸収することにより、価電子帯にある電子は伝導帯に励起され、粒子内には電子と正孔の対(エキシトン)が形成される。この電子と正孔の対が再結合するとき光として放射されるのが半導体量子ドットにおける蛍光である。その蛍光波長は、半導体量子ドットのバンドギャップの大きさに依存する。近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットとして、半導体量子ドットコアと、そしてこの半導体量子ドットコアを被覆するシェル部とを有する、いわゆるコアシェル構造の半導体量子ドットが好ましく用いられる。
Semiconductor quantum dot having a light emission band in the near infrared region As the semiconductor quantum dot contained in the water-soluble fluorescent material of the present invention, a semiconductor quantum dot having a light emission band in the near infrared region is used. The near-infrared semiconductor quantum dot in the present invention is composed of a metal compound having a band gap in the near-infrared region. In semiconductor quantum dots, the electronic state has a band structure composed of a valence band and a conduction band, and electrons occupy the valence band in the ground state. By absorbing light with energy larger than the band gap (energy difference between the valence band and the conduction band), electrons in the valence band are excited to the conduction band, and a pair of electrons and holes (exciton) in the particle Is formed. It is the fluorescence in the semiconductor quantum dot that is emitted as light when the electron-hole pair recombines. The fluorescence wavelength depends on the size of the band gap of the semiconductor quantum dot. As a semiconductor quantum dot having a light emission band in the near infrared region, a semiconductor quantum dot having a so-called core-shell structure having a semiconductor quantum dot core and a shell portion covering the semiconductor quantum dot core is preferably used.

半導体量子ドットコアとして、II−VI族化合物半導体、III−V族化合物半導体またはIV族半導体が好ましく用いられる。III−V族化合物半導体として、例えば、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb、AlAs、AlP、AlSb、AlS等が挙げられる。II−VI族化合物半導体として、例えば、ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、HgO、HgS、HgSe、HgTe等が挙げられる。IV族半導体として、Ge、Si、Pb、さらにPbS、PbSe等が挙げられる。これらの半導体を1種で用いてもよく、また2種以上を用いてもよい。さらに、これらの半導体は2種以上の半導体からなる合金であってもよく、または混晶であってもよい。   As the semiconductor quantum dot core, a II-VI group compound semiconductor, a III-V group compound semiconductor, or a group IV semiconductor is preferably used. Examples of the III-V group compound semiconductor include GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlAs, AlP, AlSb, and AlS. Examples of the II-VI group compound semiconductor include ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, HgO, HgS, HgSe, HgTe, and the like. Examples of the group IV semiconductor include Ge, Si, Pb, PbS, PbSe, and the like. These semiconductors may be used alone or in combination of two or more. Further, these semiconductors may be alloys made of two or more kinds of semiconductors, or may be mixed crystals.

半導体量子ドットコアとして、II−VI族化合物半導体を用いるのがより好ましく、CdSe、CdTeまたはこれらの混合物、合金もしくは混晶を用いるのがさらに好ましい。これらの半導体は、結晶粒径の制御性に優れ、また高い発光性能を有するからである。特に、CdSeおよびCdTeの混合物、合金もしくは混晶を用いるのが好ましい。これらの混合物、合金もしくは混晶は、SeおよびTeの比率を調整することによって、発光帯をより高波長域へ調整することができるからである。特に、半導体量子ドットコアが、CdSe1−xTe(式中x=0.2〜1であり、より好ましくは0.2〜0.8である)である場合は、その発光帯の範囲が、光(蛍光)イメージングにより適した範囲となり、より好ましい。 As the semiconductor quantum dot core, it is more preferable to use a II-VI group compound semiconductor, and it is more preferable to use CdSe, CdTe, or a mixture, alloy or mixed crystal thereof. This is because these semiconductors have excellent crystal grain size controllability and high light emission performance. In particular, it is preferable to use a mixture, alloy or mixed crystal of CdSe and CdTe. This is because these mixtures, alloys or mixed crystals can adjust the emission band to a higher wavelength region by adjusting the ratio of Se and Te. In particular, when the semiconductor quantum dot core is CdSe 1-x Te x (where x = 0.2 to 1, more preferably 0.2 to 0.8), the range of the emission band Is more suitable for optical (fluorescence) imaging, and is more preferable.

半導体量子ドットコアの調製方法として、例えば下記方法が挙げられる。
(1)原料水溶液を非極性有機溶媒中の逆ミセルとして存在させ、逆ミセル相中にて結晶成長させる方法(逆ミセル法)。例えばB.S.Zouら;Int.J.Quant.Chem.,72巻,439(1999)に記載されている、公知の方法である。比較的安価かつ化学的に安定な塩を原料とすることができ、しかも水の沸点を超えない比較的低温で行われるため、工業生産に適した方法である。但し、下記のホットソープ法の場合に比べて現状技術では発光特性に劣る場合がある。
(2)熱分解性原料を高温の液相有機媒体に注入して結晶成長させる方法(ホットソープ法)。例えば前記のJ.E.B.Katariら著の文献に記載される、公知の方法である。上記の逆ミセル法に比べて粒径分布と純度に優れた半導体結晶粒子が得られ、そして得られる生成物は発光特性に優れ有機溶媒に通常可溶であるという特徴がある。ホットソープ法における液相での結晶成長の過程の反応速度を望ましく制御する目的で、半導体構成元素に適切な配位力のある配位性有機化合物が、液相成分(溶媒と配位子を兼ねる)として選択される。このような配位性有機化合物の例としては、トリアルキルホスフィン類、トリアルキルホスフィンオキシド類、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のω−アミノアルカン類などが挙げられる。
(3)酸塩基反応を駆動力として半導体結晶やその前駆体を、水やエタノールなどのプロトン性溶媒中において100℃以下程度の比較的低い温度で生成させる工業生産に適した方法(ゾル−ゲル法)。
Examples of the method for preparing the semiconductor quantum dot core include the following methods.
(1) A method in which a raw material aqueous solution is present as reverse micelles in a nonpolar organic solvent, and crystals are grown in a reverse micelle phase (reverse micelle method). For example, B. S. Zou et al .; Int. J. et al. Quant. Chem. 72, 439 (1999). Since it is possible to use a relatively inexpensive and chemically stable salt as a raw material, and at a relatively low temperature that does not exceed the boiling point of water, this method is suitable for industrial production. However, the current technology may be inferior in light emission characteristics as compared with the following hot soap method.
(2) A method of injecting a thermally decomposable raw material into a high-temperature liquid phase organic medium to grow crystals (hot soap method). For example, J. E. B. This is a known method described in the literature by Katari et al. Compared with the reverse micelle method, semiconductor crystal particles having excellent particle size distribution and purity can be obtained, and the resulting product is excellent in luminescent properties and usually soluble in an organic solvent. For the purpose of desirably controlling the reaction rate in the process of crystal growth in the liquid phase in the hot soap method, a coordinating organic compound having a coordinating power suitable for a semiconductor constituent element is used to form a liquid phase component (solvent and ligand). Is also selected). Examples of such coordinating organic compounds include trialkylphosphines, trialkylphosphine oxides, ω-aminoalkanes such as dodecylamine, tetradecylamine, hexadecylamine, and octadecylamine.
(3) A method (sol-gel) suitable for industrial production in which a semiconductor crystal and its precursor are produced at a relatively low temperature of about 100 ° C. or less in a protic solvent such as water or ethanol by using an acid-base reaction as a driving force. Law).

上記調製方法のうち、(2)ホットソープ法を用いるのが好ましい。発光特性がより優れる半導体量子ドットコアを調製することができるからである。また、L. Qum and X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 124, 2049(2002)においても、トリアルキルホスフィンオキシド類によって被覆された半導体量子ドットの調製方法が開示されている。   Of the above preparation methods, (2) the hot soap method is preferably used. This is because it is possible to prepare a semiconductor quantum dot core having more excellent emission characteristics. L. Qum and X. Peng, J. Am. Chem. Soc., 124, 2049 (2002) also discloses a method for preparing semiconductor quantum dots coated with trialkylphosphine oxides.

半導体量子ドットコアは、約1nm〜約50nmの粒径を有するのが好ましく、約1nm〜約20nmの粒径を有するのがより好ましく、約1nm〜約5nmの粒径を有するのがさらに好ましい。上記範囲の粒径を有することによって、良好な発光特性を有する水溶性蛍光材料を得ることができる。   The semiconductor quantum dot core preferably has a particle size of about 1 nm to about 50 nm, more preferably has a particle size of about 1 nm to about 20 nm, and even more preferably has a particle size of about 1 nm to about 5 nm. By having a particle size in the above range, a water-soluble fluorescent material having good light emission characteristics can be obtained.

半導体量子ドットコアを被覆するシェル部は、バンドギャップ(禁制帯幅)が、半導体量子ドットコアのバンドギャップよりも大きな半導体を含む。シェル部にこのような半導体を用いることによって、半導体量子ドットにエネルギー的な障壁が形成され、これにより良好な発光性能が得られることとなる。詳しくは、シェル部の半導体のバンドギャップが、コア部のバンドギャップより大きいことによって、コアで生じた電子と正孔の対がコア部にとじこめられ、これにより半導体表面には出てこなくなる。そのため、光吸収によって生じた電子と正孔が、半導体表面でクエンチされることなく、再結合し蛍光として放射されることとなり、これにより良好な発光性能が得られることとなる。例えばシェル部を有さない、コア部のみの量子ドットである場合は、電子と正孔が半導体表面で酸素や水分子でクエンチされてしまい、これにより蛍光強度および輝度が小さくなると考えられる。   The shell part covering the semiconductor quantum dot core includes a semiconductor having a band gap (forbidden band width) larger than the band gap of the semiconductor quantum dot core. By using such a semiconductor for the shell portion, an energy barrier is formed in the semiconductor quantum dots, and thereby good light emission performance can be obtained. Specifically, since the band gap of the semiconductor in the shell portion is larger than the band gap of the core portion, pairs of electrons and holes generated in the core are trapped in the core portion, and thus do not come out on the semiconductor surface. For this reason, electrons and holes generated by light absorption are recombined and emitted as fluorescence without being quenched on the semiconductor surface, thereby obtaining good light emission performance. For example, in the case of a quantum dot having only a core part without a shell part, it is considered that electrons and holes are quenched by oxygen or water molecules on the semiconductor surface, thereby reducing fluorescence intensity and luminance.

シェル部に好ましく用いられる半導体は、用いられる半導体量子ドットコアのバンドギャップにも依存するが、例えばZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaAs、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InSb、AlAs、AlN、AlP、AlSbからなる群から選択される1種またはそれ以上の半導体、またはそれらの合金もしくは混晶が好ましく用いられる。   The semiconductor preferably used for the shell portion depends on the band gap of the semiconductor quantum dot core used, but for example, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, CdO, CdS, CdSe, CdTe, MgS, MgSe, GaAs, GaN, GaP One or more semiconductors selected from the group consisting of GaAs, GaSb, HgO, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InN, InP, InSb, AlAs, AlN, AlP, and AlSb, or alloys or mixed crystals thereof Is preferably used.

近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットとして、より好ましくは、CdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)、CdTeコア/CdSeシェル、CdSeコア/CdSシェル、CdSeコア/ZnSシェル、InAsコア/CdSaシェル、CdSコア/CdTeSeシェル、CdHgTeコア/CdSシェルからなる、コアシェル構造の半導体量子ドットが挙げられる。これらの半導体量子ドットは、生体内イメージング法の使用においてより好適な範囲の発光帯を有しているからである。 More preferably, the semiconductor quantum dots having an emission band in the near infrared region are CdSe 1-x Te x core / CdS shell (where x = 0.2 to 1), CdTe core / CdSe shell, CdSe core. Examples thereof include semiconductor quantum dots having a core / shell structure including a / CdS shell, a CdSe core / ZnS shell, an InAs core / CdSa shell, a CdS core / CdTeSe shell, and a CdHgTe core / CdS shell. This is because these semiconductor quantum dots have a light emission band in a range more suitable for use in the in vivo imaging method.

コアシェル構造を有する半導体量子ドットは、2段階方法により好ましく調製される。これは、上記方法により得られた半導体量子ドットコアに、シェル部に含まれる半導体の溶液を添加することにより、半導体量子ドットコアを被覆するシェル部を形成することができる。なおこの調製方法は、B. O. Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, F.V. Mikulec, J. R. Heine, H. Mattoussi, R. Ober, K.F. Jensen, M. G. Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463(1997)などに記載されており、公知である。   Semiconductor quantum dots having a core-shell structure are preferably prepared by a two-step method. This can form the shell part which coat | covers a semiconductor quantum dot core by adding the solution of the semiconductor contained in a shell part to the semiconductor quantum dot core obtained by the said method. This preparation method includes BO Dabbousi, J. Rodriguez-Viejo, FV Mikulec, JR Heine, H. Mattoussi, R. Ober, KF Jensen, MG Bawendi, J. Phys. Chem. B, 101, 9463 (1997), etc. And is publicly known.

コアシェル構造を有する半導体量子ドットは、約1nm〜約100nmの粒径を有するのが好ましく、約1nm〜約40nmの粒径を有するのがより好ましく、約1nm〜約10nmの粒径を有するのがさらに好ましい。上記範囲の粒径を有することによって、近赤外範囲おける発光帯を得ることができる。   The semiconductor quantum dots having a core-shell structure preferably have a particle size of about 1 nm to about 100 nm, more preferably have a particle size of about 1 nm to about 40 nm, and have a particle size of about 1 nm to about 10 nm. Further preferred. By having a particle size in the above range, an emission band in the near infrared range can be obtained.

本発明で用いられる、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットの発光帯は、波長700〜1400nmの範囲であるのが好ましく、波長700〜900nmの範囲であるのがより好ましい。上記範囲の波長の光、特に波長700〜900nmの範囲の光は、生体に対して優れた透過性を示すからである。波長が700nm未満である場合は、ヘモグロビンなどの可視光を吸収する生体内在性色素によって吸収されてしまい、生体を透過することができない。一方で、波長が900nmを超えると、水分子の振動吸収が生じ、透過率は再び低下する傾向にある。そして1400nmを超えるとほとんど透過しなくなる。本発明で用いられる、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットの発光帯の波長が上記範囲であることによって、光による生体内イメージング法において良好に用いることができる、近赤外領域で蛍光を発する高輝度な光造影剤が得られることとなる。   The emission band of a semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region used in the present invention is preferably in the wavelength range of 700 to 1400 nm, and more preferably in the wavelength range of 700 to 900 nm. This is because light having a wavelength in the above range, particularly light having a wavelength in the range of 700 to 900 nm, exhibits excellent permeability to a living body. When the wavelength is less than 700 nm, it is absorbed by a living endogenous dye that absorbs visible light such as hemoglobin and cannot pass through the living body. On the other hand, when the wavelength exceeds 900 nm, vibrational absorption of water molecules occurs, and the transmittance tends to decrease again. And if it exceeds 1400 nm, it will hardly permeate | transmit. The wavelength of the light emission band of the semiconductor quantum dot having a light emission band in the near infrared region used in the present invention is in the above range, so that it can be used favorably in in vivo imaging methods using light. A high-intensity photocontrast agent that emits fluorescence is obtained.

本発明においては、半導体量子ドットとして、その表面を配位性有機化合物で被覆されているものが用いられる。配位性有機化合物として、例えば、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などのトリアルキルホスフィンオキシド類、トリオクチルホスフィン(TOP)、トリブチルホスフィン(TBP)などのトリアルキルホスフィン類、またはヘキサデシルアミンなどのω−アミノアルカン類などが挙げられる。半導体量子ドットはその表面の反応性が非常に高いため、一般にトリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)またはトリオクチルホスフィン(TOP)などの配位性有機化合物によって表面が被覆され、安定化されている。しかしながら、配位性有機化合物によって被覆された半導体量子ドットは疎水性が非常に高く、クロロホルムやヘキサンなどの有機溶媒にしか分散させることができない。そしてこのように水には分散させることができない、配位性有機化合物によって被覆された半導体量子ドットは、本発明においては被覆層によって被覆されることによって、水に分散させることが可能となる。   In the present invention, a semiconductor quantum dot whose surface is coated with a coordinating organic compound is used. Examples of the coordinating organic compound include trialkylphosphine oxides such as trioctylphosphine oxide (TOPO), trialkylphosphines such as trioctylphosphine (TOP) and tributylphosphine (TBP), and ω such as hexadecylamine. -Aminoalkanes etc. are mentioned. Since the surface of semiconductor quantum dots has a very high reactivity, the surface is generally covered and stabilized by a coordinating organic compound such as trioctylphosphine oxide (TOPO) or trioctylphosphine (TOP). However, semiconductor quantum dots coated with a coordinating organic compound are very hydrophobic and can only be dispersed in organic solvents such as chloroform and hexane. And the semiconductor quantum dot coat | covered with the coordinating organic compound which cannot be disperse | distributed to water in this way can be disperse | distributed to water by being coat | covered with a coating layer in this invention.

なお、本発明においては、近赤外領域における高い発光性能からコアシェル型の半導体量子ドットが好ましく用いられるが、近赤外領域において高い発光性能を有する半導体量子ドットであればコアシェル型のものに限定されるものではない。例えば、ドープ型半導体量子ドットなどを用いてもよい。   In the present invention, a core-shell type semiconductor quantum dot is preferably used because of its high light emission performance in the near infrared region, but it is limited to a core-shell type if it is a semiconductor quantum dot having high light emission performance in the near infrared region. Is not to be done. For example, a doped semiconductor quantum dot or the like may be used.

被覆ペプチド類
近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットは、上述したとおり、その表面にトリオクチルホスフィンオキシドまたは長鎖アルキルアミンなどの配位性有機化合物が結合しており、疎水性が高く水には不溶である。そのため、この半導体量子ドットを生体で使用するためには、半導体量子ドットに水溶化処理を行い水溶性とし、生体での分散安定性を向上させる必要がある。さらには、生体で用いる材料であるため、水溶化処理に用いる処理剤は毒性の低いものである必要がある。
Coated peptides As described above, semiconductor quantum dots having an emission band in the near-infrared region have a high hydrophobicity because a coordinating organic compound such as trioctylphosphine oxide or a long-chain alkylamine is bonded to the surface. Insoluble in water. Therefore, in order to use this semiconductor quantum dot in a living body, it is necessary to make the semiconductor quantum dot water-soluble so as to make it water-soluble, thereby improving the dispersion stability in the living body. Furthermore, since it is a material used in a living body, the treatment agent used for the water-solubilization treatment needs to have a low toxicity.

本発明においては、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットを水溶化するため、被覆物として、アミノ酸であるシステイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよびアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される、システインまたはペプチド(被覆ペプチド類)を用いることとした。なお本明細書における「ペプチド類」および「被覆ペプチド類」には、上記ペプチドおよびシステインが含まれることとする。そしてこの被覆ペプチド類を、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットの被覆処理剤として用いることによって、水中分散性および生体親和性が高く、そして生体毒性の低い水溶性近赤外蛍光材料が得られることとなった。   In the present invention, in order to solubilize a semiconductor quantum dot having an emission band in the near-infrared region, the coating is composed of cysteine, which is an amino acid, and 2 to 8 amino acid residues. Alternatively, cysteine or peptides (coated peptides) selected from the group consisting of peptides containing more cysteine residues were used. The “peptides” and “coating peptides” in this specification include the above peptides and cysteine. By using these coated peptides as a coating treatment for semiconductor quantum dots having a light emission band in the near infrared region, water-soluble near-infrared fluorescent materials with high dispersibility in water, high biocompatibility, and low biotoxicity Was obtained.

本発明で用いられる被覆ペプチド類は、システイン残基を有することによって、システイン残基中のチオール基が近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットの表面に配位し、これにより被覆ペプチド類が半導体量子ドットの表面を被覆することとなる。そして被覆ペプチド類はチオール基以外にも幾つかの親水基を有するため、半導体量子ドットの表面が被覆ペプチド類によって被覆されることによって水分散性が向上することとなる。被覆ペプチド類はまたペプチド類であることから、生体親和性が高く、生体に対する安全性が高い。さらにペプチド類が有するアミノ基およびカルボキシル基が半導体量子ドット被覆層表面に存在することとなるため、抗体または蛋白質などの様々な生体分子の修飾が可能となるという優れた利点も有している。   The coated peptides used in the present invention have a cysteine residue, whereby a thiol group in the cysteine residue is coordinated to the surface of a semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region, thereby Will cover the surface of the semiconductor quantum dots. Since the coated peptides have some hydrophilic groups in addition to the thiol group, the water dispersibility is improved by coating the surface of the semiconductor quantum dots with the coated peptides. Since the coated peptides are also peptides, they have high biocompatibility and high safety to living bodies. Furthermore, since the amino group and carboxyl group of the peptides are present on the surface of the semiconductor quantum dot coating layer, it has an excellent advantage that various biomolecules such as antibodies or proteins can be modified.

上記システイン残基を有するペプチドは、1〜4のアミノ酸残基から構成されこのアミノ酸残基中に1つのシステイン残基が含まれるペプチドであるのがより好ましい。2〜8のアミノ酸残基から構成され、そしてこのアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドの具体例として、例えば以下のペプチドが挙げられる:
γ−Glu−Cys−Gly(グルタチオン(還元型))、
γ−Glu−ベンジル−Cys−Val、
β−Asp−Cys−Gly、
Glu−Cys−Gly、
Asp−Cys−Gly、
γ−Glu−Gly−Cys−Gly、
β−Asp−Gly−Cys−Gly、
Glu−Gly−Cys−Gly、
Asp−Gly−Cys−Gly、
など。本発明においては、被覆ペプチド類として、システインまたはグルタチオン(還元型)を用いるのがさらに好ましい。システインは、必須アミノ酸の1種であり安全性が高く、また安価であるため、生体内光イメージングにおける使用に特に適しているからである。またグルタチオン(還元型)は、生体由来のペプチドであり安全性が高く、ペプチドの中では安価であり、さらにプロテアーゼ耐性を有するため、生体内光イメージングにおける使用に特に適しているからである。
The peptide having a cysteine residue is more preferably a peptide composed of 1 to 4 amino acid residues and including one cysteine residue in the amino acid residue. Specific examples of peptides composed of 2 to 8 amino acid residues and containing one or more cysteine residues in the amino acid residues include, for example, the following peptides:
γ-Glu-Cys-Gly (glutathione (reduced form)),
γ-Glu-benzyl-Cys-Val,
β-Asp-Cys-Gly,
Glu-Cys-Gly,
Asp-Cys-Gly,
γ-Glu-Gly-Cys-Gly,
β-Asp-Gly-Cys-Gly,
Glu-Gly-Cys-Gly,
Asp-Gly-Cys-Gly,
Such. In the present invention, cysteine or glutathione (reduced form) is more preferably used as the coating peptides. This is because cysteine is one of the essential amino acids, is highly safe and inexpensive, and is particularly suitable for use in in vivo optical imaging. In addition, glutathione (reduced form) is a peptide derived from a living body, is highly safe, is inexpensive among peptides, and has protease resistance, and thus is particularly suitable for use in in vivo optical imaging.

水溶性近赤外蛍光材料およびその調製
本発明の近赤外蛍光材料は、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットの表面が被覆層によって被覆された構造を有する。この近赤外蛍光材料は、表面が配位性有機化合物によって被覆された、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットと、システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよびアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類とを、溶媒中で混合することによって調製することができる(ペプチド類被覆工程)。混合方法は特に限定されるものではなく、任意の混合方法を用いることができる。
Water-soluble near-infrared fluorescent material and preparation thereof The near-infrared fluorescent material of the present invention has a structure in which the surface of a semiconductor quantum dot having an emission band in the near-infrared region is covered with a coating layer. This near-infrared fluorescent material is composed of a semiconductor quantum dot whose surface is coated with a coordinating organic compound and having an emission band in the near-infrared region, cysteine, and 2 to 8 amino acid residues, and an amino acid residue. It can be prepared by mixing a coated peptide selected from the group consisting of peptides containing one or more cysteine residues in the group in a solvent (peptide coating step). The mixing method is not particularly limited, and any mixing method can be used.

表面が配位性有機化合物によって被覆された、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットと被覆ペプチド類との混合における温度は、特に限定されるものではない。例えば0〜70℃、好ましくは10〜60℃、より好ましくは室温〜60℃など、の穏やかな条件下であっても良好に混合することができる。混合時間は、超音波処理を用いる場合は、例えば2秒〜30分の間で適宜選択することができる。超音波処理を用いない場合は、例えば10分〜24時間の間で適宜選択することができる。   The temperature at which the semiconductor quantum dots whose surfaces are coated with a coordinating organic compound and have a light emission band in the near-infrared region and the coating peptides are not particularly limited. For example, it can be mixed well even under mild conditions such as 0 to 70 ° C., preferably 10 to 60 ° C., more preferably room temperature to 60 ° C. The mixing time can be appropriately selected from 2 seconds to 30 minutes, for example, when sonication is used. When sonication is not used, it can be appropriately selected, for example, between 10 minutes and 24 hours.

混合に用いられる溶媒は、任意の有機溶媒、そして有機溶媒と水溶媒の混合溶媒などを用いることができる。用いることができる有機溶媒の具体例としては、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族系溶媒;メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、フェネトールなどのエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル、エチレングリコールジアセテートなどのエステル系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブなどのセロソルブ系溶媒;メタノール、エタノール、プロパノールなどのアルコール系溶媒;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒;などが挙げられる。これらの有機溶媒は1種のみを単独で用いてもよく、また2種以上を混合して用いてもよい。これらのうち、ケトン系溶媒、エーテル系溶媒、エステル系溶媒などが作業性の面などから特に好ましく用いられる。   As the solvent used for mixing, an arbitrary organic solvent, a mixed solvent of an organic solvent and an aqueous solvent, and the like can be used. Specific examples of organic solvents that can be used include, for example, aromatic solvents such as toluene and xylene; ketone solvents such as methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, and ethylene. Ether solvents such as glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, anisole and phenetol; ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, isopropyl acetate and ethylene glycol diacetate; dimethylformamide Amide solvents such as diethylformamide, N-methylpyrrolidone; Ruserosorubu, ethyl cellosolve, cellosolve solvents such as butyl cellosolve; methanol, ethanol, alcohol solvents such as propanol; and the like; dichloromethane, halogenated solvents such as chloroform. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Of these, ketone solvents, ether solvents, ester solvents and the like are particularly preferably used from the viewpoint of workability.

混合に用いられる半導体量子ドットと被覆ペプチド類との重量比は、用いる半導体ナノ結晶の粒径にも依存するが、一般に1:1〜1:100程であり、1:1〜1:50であるのがより好ましい。   The weight ratio between the semiconductor quantum dots used for mixing and the coated peptides depends on the particle size of the semiconductor nanocrystals used, but is generally about 1: 1 to 1: 100, and 1: 1 to 1:50. More preferably.

半導体量子ドットと被覆ペプチド類との混合処理により得られた生成物は、必要に応じて精製操作(透析または濾過など)を行ってもよい。また、半導体量子ドットと被覆ペプチド類との混合処理により得られた生成物に対して、カリウムt−ブトキシド、リチウムジイソプロピルアミド、カリウムヘキサメチルジシラジド、リチウム2,2,6,6−テトラメチルピペリジドなどの強塩基を加えてもよい。これらの強塩基を加えることによって、被覆ペプチド類のC末端カルボン酸(COOH)を脱プロトン化することができ、これにより中性の水に容易に溶解・分散させることができるからである。なおこれらの強塩基を用いない場合であっても、得られた生成物は、アルカリ水溶液(例えば0.1MのNaOH水溶液またはKOH水溶液など)に溶解・分散させることができる。   The product obtained by mixing the semiconductor quantum dots and the coated peptides may be subjected to a purification operation (such as dialysis or filtration) as necessary. In addition, for the product obtained by mixing the semiconductor quantum dots and the coated peptides, potassium t-butoxide, lithium diisopropylamide, potassium hexamethyldisilazide, lithium 2,2,6,6-tetramethyl A strong base such as piperidide may be added. This is because by adding these strong bases, the C-terminal carboxylic acid (COOH) of the coated peptides can be deprotonated, whereby it can be easily dissolved and dispersed in neutral water. Even when these strong bases are not used, the obtained product can be dissolved and dispersed in an alkaline aqueous solution (for example, a 0.1 M NaOH aqueous solution or a KOH aqueous solution).

本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、約2nm〜約100nmの粒径を有するのが好ましく、約2nm〜約50nmの粒径を有するのがより好ましい。水溶性近赤外蛍光材料の平均粒径が上記範囲であることによって、良好な発光特性を得ることができる。本発明の水溶性蛍光材料の粒径の測定には、レーザーを用いた動的光散乱法または蛍光相関分光法(FCS)を用いて求めている。ここで動的光散乱法は、溶液中の粒子のブラウン運動を光散乱法により検出し、粒子の大きさを算出する方法である。また蛍光相関分光法は、蛍光強度の揺らぎの自己相関からその分子の大きさを評価する方法である。蛍光相関分光法(FCS)を用いて水溶性蛍光材料の粒径を測定することによって、被覆層をも含めた水溶性蛍光材料自体の大きさが評価できるという利点がある。動的光散乱装置としてMalvern社またはシンメックス株式会社の動的光散乱装置などを用いることができる。またFCS測定装置として、例えば浜松ホトニクス社の蛍光相関分光装置などを用いることができる。   The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention preferably has a particle size of about 2 nm to about 100 nm, and more preferably has a particle size of about 2 nm to about 50 nm. When the average particle diameter of the water-soluble near-infrared fluorescent material is in the above range, good light emission characteristics can be obtained. The particle diameter of the water-soluble fluorescent material of the present invention is determined by using a dynamic light scattering method using a laser or fluorescence correlation spectroscopy (FCS). Here, the dynamic light scattering method is a method of detecting the Brownian motion of particles in a solution by the light scattering method and calculating the size of the particles. The fluorescence correlation spectroscopy is a method for evaluating the size of the molecule from the autocorrelation of the fluctuation of fluorescence intensity. By measuring the particle diameter of the water-soluble fluorescent material using fluorescence correlation spectroscopy (FCS), there is an advantage that the size of the water-soluble fluorescent material itself including the coating layer can be evaluated. As the dynamic light scattering device, a dynamic light scattering device manufactured by Malvern or Symex Corporation can be used. As the FCS measuring device, for example, a fluorescence correlation spectroscopic device manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd. can be used.

本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、単分散であるのがより好ましい。本明細書において「水溶性近赤外蛍光材料が単分散である」とは、上記動的光散乱法によって測定した平均粒径、および蛍光相関分光法(FCS)によって測定した平均粒径の粒径ピークが1つのピークを示すものであり、かつ、上記動的光散乱法によって測定した平均粒径と、蛍光相関分光法(FCS)によって測定される平均粒径とが高割合で一致することを意味する。なお、水溶性近赤外蛍光材料が単分散でない場合、つまり粒径のばらつきが大きい場合は、発光スペクトルがブロードになり輝度が劣ることとなるという不具合がある。   The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is more preferably monodispersed. In the present specification, “the water-soluble near-infrared fluorescent material is monodispersed” means particles having an average particle diameter measured by the dynamic light scattering method and an average particle diameter measured by fluorescence correlation spectroscopy (FCS). The diameter peak shows one peak, and the average particle diameter measured by the dynamic light scattering method and the average particle diameter measured by fluorescence correlation spectroscopy (FCS) coincide with each other at a high rate. Means. In addition, when the water-soluble near-infrared fluorescent material is not monodispersed, that is, when the variation in particle diameter is large, there is a problem that the emission spectrum becomes broad and the luminance is inferior.

本発明の水溶性近赤外蛍光材料においては、水溶性近赤外蛍光材料に含まれる半導体量子ドットが、CdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)からなるコアシェル構造の半導体量子ドットであって、被覆層がシステインまたはグルタチオン(還元型)であるのが特に好ましい。半導体量子ドットとしては、可視領域に発光帯を有するものも存在する。しかしながら、可視領域に発光帯を有する半導体量子ドットを、システインまたはグルタチオンで被覆すると、蛍光の量子収率が被覆前と比較して1/10〜1/20までに低下してしまうという問題がある。これに対して、近赤外領域に発光帯を有するCdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)からなるコアシェル構造の半導体量子ドットを、システインまたはグルタチオンで被覆した場合は、蛍光の量子収率が被覆前と比較して6/10程度にしか低下せず、蛍光量子収率が高い割合で保持できることが明らかとなった。可視領域に発光帯を有する上記コアシェル構造の半導体量子ドットをシステインまたはグルタチオンで被覆する場合は、可視領域に発光帯を有する半導体量子ドットをシステインまたはグルタチオンで被覆する場合と比較して蛍光量子収率が低下しない理由は明らかではない。しかしながらこの蛍光量子収率の結果は、CdSe1−xTeコア/CdSシェルからなるコアシェル構造の半導体量子ドットを、システインまたはグルタチオンで被覆するという組み合わせが、水溶性近赤外蛍光材料の調製に非常に適していることを裏付けするデータである。 In the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention, the semiconductor quantum dots contained in the water-soluble near-infrared fluorescent material are CdSe 1-x Te x core / CdS shell (wherein x = 0.2-1). It is particularly preferable that the semiconductor quantum dot having a core-shell structure is a cysteine or glutathione (reduced type). Some semiconductor quantum dots have an emission band in the visible region. However, when a semiconductor quantum dot having a light emission band in the visible region is coated with cysteine or glutathione, there is a problem that the quantum yield of fluorescence is reduced to 1/10 to 1/20 compared to before coating. . In contrast, a semiconductor quantum dot having a core-shell structure composed of a CdSe 1-x Te x core / CdS shell (where x = 0.2 to 1) having an emission band in the near infrared region is used as cysteine or glutathione. In the case of coating with, the quantum yield of fluorescence is only reduced to about 6/10 compared to before coating, and it was revealed that the fluorescence quantum yield can be maintained at a high rate. When the semiconductor quantum dots having the above-mentioned core-shell structure having an emission band in the visible region are coated with cysteine or glutathione, the fluorescence quantum yield is compared with the case of coating the semiconductor quantum dots having an emission band in the visible region with cysteine or glutathione. The reason why does not decrease is not clear. However, the result of this fluorescence quantum yield is that the combination of a core-shell structure semiconductor quantum dot composed of CdSe 1-x Te x core / CdS shell with cysteine or glutathione is useful for the preparation of water-soluble near-infrared fluorescent materials. The data confirms that it is very suitable.

本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、生体内での使用が可能である近赤外領域に発光帯を有し、かつこの発光性能が高く、高輝度であり、さらに耐退色性が優れるという特徴を有している。本発明の水溶性近赤外蛍光材料はさらに、その表面が被覆ペプチド類によって被覆されている。そしてこの被覆ペプチド類は、幾つかの親水基を有するため、水分散性が高いという性質を有する。また、被覆ペプチド類はアミノ酸またはペプチドであることから、生体親和性が高く、生体に対する安全性が高い。特に本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、従来から用いられているインドシアニン系の近赤外蛍光試薬と比較して、輝度が10〜100倍ほど高いためより高感度であり、かつ励起光により退色しないため、光(蛍光)イメージングの長時間測定を可能とするという優れた利点を有している。なお本発明の水溶性近赤外蛍光材料の輝度が、インドシアニン系の近赤外蛍光試薬の輝度と比較して100倍ほどにも高くなる理由として、(1)インドシアニン系の近赤外蛍光試薬の量子収率が1%程度であるのに対して、本発明の水溶性近赤外半導体量子ドットの量子収率は10%以上であること、および(2)本発明の水溶性近赤外半導体量子ドットのモル吸光係数は、インドシアニン系の近赤外蛍光試薬のモル吸光係数と比較して10倍ほどであること、が挙げられる。このため[(1)の量子収率が10倍であること]×[(2)モル吸光係数が10倍であること]=[輝度が100倍]となり、本発明の水溶性近赤外蛍光材料の輝度が、インドシアニン系の近赤外蛍光試薬の輝度と比較して100倍ほどにも高くなることとなる。そしてこのような優れた特徴を有する本発明の水溶性近赤外蛍光材料を光(蛍光)イメージングの造影剤として用いることによって、価格が安くコンパクトであり移動も比較的自由にできるという利点がある、光(蛍光)イメージングの検出感度を向上させることができる。従って本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、光(蛍光)イメージングの臨床レベルでの実用化および普及に大きく寄与するものである。本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、遺伝子改変によるヒト病態モデルの作成が盛んに行われているマウス等小動物での生体内イメージング用近赤外造影剤として用いることができる。本発明の水溶性近赤外蛍光材料はまた、将来的には、乳癌または甲状腺癌の検出、センチネルリンパ節のイメージングなど、ヒトを対象とした医療診断分野での生体内イメージングにおける使用が考えられる。   The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention has a light-emitting band in the near-infrared region that can be used in vivo, and has high light-emitting performance, high brightness, and excellent fading resistance. It has the characteristics. The surface of the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is further coated with coating peptides. And since this covering peptide has some hydrophilic groups, it has the property of being highly water-dispersible. In addition, since the coated peptides are amino acids or peptides, they have high biocompatibility and high safety to living bodies. In particular, the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is more sensitive and excited because the luminance is about 10 to 100 times higher than that of conventionally used indocyanine-based near-infrared fluorescent reagents. Since it does not fade by light, it has an excellent advantage of enabling long-time measurement of optical (fluorescence) imaging. The reason why the brightness of the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is about 100 times higher than the brightness of the indocyanine-based near-infrared fluorescent reagent is as follows. (1) Indocyanine-based near-infrared While the quantum yield of the fluorescent reagent is about 1%, the quantum yield of the water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots of the present invention is 10% or more, and (2) It is mentioned that the molar extinction coefficient of the infrared semiconductor quantum dot is about 10 times that of the indocyanine-based near infrared fluorescent reagent. Therefore, [(1) quantum yield is 10 times] × [(2) molar extinction coefficient is 10 times] = [luminance is 100 times], and the water-soluble near-infrared fluorescence of the present invention. The brightness of the material is about 100 times higher than that of the indocyanine-based near-infrared fluorescent reagent. By using the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention having such excellent characteristics as a contrast agent for optical (fluorescence) imaging, there is an advantage that it is inexpensive and compact and can be moved relatively freely. The detection sensitivity of optical (fluorescence) imaging can be improved. Therefore, the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention greatly contributes to practical application and spread of optical (fluorescence) imaging at the clinical level. The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention can be used as a near-infrared contrast agent for in vivo imaging in small animals such as mice for which human pathological models are being actively created by genetic modification. In the future, the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is also considered to be used in in vivo imaging in the medical diagnostic field for humans such as detection of breast cancer or thyroid cancer and imaging of sentinel lymph nodes. .

本発明の水溶性近赤外蛍光材料はさらに、被覆ペプチド類が有するアミノ基およびカルボキシル基が半導体量子ドット被覆層表面に存在するため、抗体、リガンドまたは薬物などの様々な成分を水溶性近赤外蛍光材料に修飾することが可能となるという優れた利点も有している。例えば、水溶性近赤外蛍光材料に抗体またはレセプターに対するリガンドを結合させて導入することによって、生体内における、腫瘍または特定組織の光(蛍光)イメージングが可能となるという利点がある。また、例えば、水溶性近赤外蛍光材料に薬物を結合させ導入することによって、生体内における、薬物動態の光(蛍光)イメージングが可能となるという利点がある。これらの抗体、リガンドまたは薬物の水溶性近赤外蛍光材料への導入は、以下の元素包接基導入において用いることができる縮合剤を用いて、元素包接基導入手順と同様に、簡便に行うことができる。さらには、上記水溶性近赤外蛍光材料に包接基含有基を導入し、次いで特定の元素を導入することによって、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料を得ることもできる。これについては以下の「マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料およびその調製」において詳述する。 The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention further contains various components such as antibodies, ligands, and drugs in the water-soluble near red color because the amino groups and carboxyl groups of the coated peptides are present on the surface of the semiconductor quantum dot coating layer. It also has an excellent advantage that it can be modified to an outer fluorescent material. For example, there is an advantage that light (fluorescence) imaging of a tumor or a specific tissue can be performed in vivo by introducing a water-soluble near-infrared fluorescent material by binding a ligand for an antibody or a receptor. In addition, for example, there is an advantage that light (fluorescence) imaging of pharmacokinetics in a living body can be achieved by binding and introducing a drug into a water-soluble near-infrared fluorescent material. The introduction of these antibodies, ligands or drugs into water-soluble near-infrared fluorescent materials can be carried out simply by using a condensing agent that can be used in the following element inclusion group introduction procedures, similarly to the element inclusion group introduction procedure. It can be carried out. Furthermore, a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material can also be obtained by introducing an inclusion group-containing group into the water-soluble near-infrared fluorescent material and then introducing a specific element. This will be described in detail in “ Multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material and preparation thereof ” below.

なお、従来技術として、半導体量子ドットを蛍光プローブとして使用するため、半導体量子ドットの表面を親水的官能基で化学修飾することにより、水溶性の半導体量子ドットを得る研究が行われている。このような化学修飾法として、以下の2つのタイプが挙げられる。第1のタイプは、チオール系の両親媒性化合物により、半導体量子ドット表面の疎水的被覆剤を置換して水溶化する方法であり、第2のタイプは、両親媒性のポリマーにより半導体量子ドット表面を被覆し水溶化する方法である。第1のタイプの方法においては、粒子サイズの小さい水溶半導体量子ドットを得ることができるものの、発光効率が著しく低下するという欠点がある。また第2のタイプの方法によって得られる水溶性半導体量子ドットは、第1のタイプの方法に比べて発光効率は一般に高くなるが、粒子サイズが大きくなってしまう問題がある。さらに、第1のタイプの方法では、製造工程において、毒性または腐食性を有するチオール系の試薬を使用する必要があり、そのため製造設備などのコストがかかるという問題もある。また第2のタイプの方法では、用いられるポリマー系被覆剤が高価であること、そして水溶性半導体量子ドットの調製に長時間を要することなどの問題もある。   In addition, as a prior art, since semiconductor quantum dots are used as a fluorescent probe, studies have been conducted to obtain water-soluble semiconductor quantum dots by chemically modifying the surface of the semiconductor quantum dots with a hydrophilic functional group. Examples of such chemical modification methods include the following two types. The first type is a method in which a hydrophobic coating agent on the surface of a semiconductor quantum dot is replaced with a thiol-based amphiphilic compound to make it water-soluble, and the second type is a semiconductor quantum dot using an amphiphilic polymer. In this method, the surface is coated and water-solubilized. In the first type of method, although water-soluble semiconductor quantum dots having a small particle size can be obtained, there is a drawback that the light emission efficiency is remarkably lowered. In addition, the water-soluble semiconductor quantum dots obtained by the second type method generally have higher luminous efficiency than the first type method, but have a problem of increasing the particle size. Furthermore, in the first type of method, it is necessary to use a thiol-based reagent having toxicity or corrosiveness in the production process, and therefore there is a problem that the cost of production equipment is increased. In the second type of method, there are also problems such that the polymer-based coating used is expensive and that it takes a long time to prepare the water-soluble semiconductor quantum dots.

これに対して本発明においては、まず、近赤外領域に発光帯を有しかつ高輝度である半導体量子ドットを、上記配位性有機化合物によって被覆された状態で調製し、次いで得られた半導体量子ドットを、上記被覆ペプチド類によって被覆することによって調製することを特徴とする。これにより、得られるペプチド類被覆半導体量子ドットは表面をペプチド類の単分子層で覆われた構造となり、そして近赤外領域に発光帯を有し、かつ発光効率に優れており高輝度であるという性能が達成されることとなる。   On the other hand, in the present invention, first, a semiconductor quantum dot having a light emission band in the near-infrared region and having high luminance was prepared in a state where it was covered with the coordination organic compound, and then obtained. A semiconductor quantum dot is prepared by coating with the above-described coating peptides. As a result, the obtained peptide-coated semiconductor quantum dots have a structure in which the surface is covered with a monomolecular layer of peptides, have a light emission band in the near infrared region, and have excellent luminous efficiency and high brightness. The performance is achieved.

上記の通り、本発明においては、近赤外領域に発光帯を有しかつ高輝度である半導体量子ドットを、上記配位性有機化合物によって被覆された状態で調製し、次いで得られた半導体量子ドットを、上記被覆ペプチド類によって被覆することによって調製することを特徴とする。ペプチド類被覆半導体量子ドットの調製方法の他の例として、例えば、配位性有機化合物による被覆を経ることなく、量子ドット調製の際に、直接、ペプチド類被覆を行う手法も考えられる。しかしながら、現在のところ、このような方法によって、近赤外領域に発光帯を有するペプチド類被覆半導体量子ドットが調製されたという報告は全くなされていない。さらにこのような、量子ドット調製の際に、直接、ペプチド類被覆を行う手法は、量子ドットがコア構造の量子ドットでないと困難であるという問題がある。つまり、コアシェル構造の量子ドットにおいては、量子ドット調製の際に、直接、ペプチド類被覆を行うことは困難である。さらに、量子ドット調製の際に直接ペプチド類被覆を行う手法によって得られるペプチド類被覆量子ドット(例えば可視領域に発光帯を有するペプチド類被覆量子ドット)は、量子ドットの蛍光スペクトルの半値幅が広く、そして輝度が低いという、性能上の欠点がある。   As described above, in the present invention, a semiconductor quantum dot having a light emission band in the near infrared region and high brightness is prepared in a state where it is coated with the coordination organic compound, and then the obtained semiconductor quantum Dots are prepared by coating with the above-described coating peptides. As another example of the method for preparing the peptide-coated semiconductor quantum dots, for example, a method of directly coating the peptides at the time of preparing the quantum dots without undergoing coating with a coordinating organic compound is also conceivable. However, at present, there has been no report that a peptide-coated semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region has been prepared by such a method. Furthermore, such a method of directly coating peptides when preparing quantum dots has a problem that it is difficult unless the quantum dots are core-structured quantum dots. That is, it is difficult to directly coat the peptides in the core-shell structure quantum dots when preparing the quantum dots. Furthermore, peptides coated quantum dots (for example, peptides coated quantum dots having a light emission band in the visible region) obtained by a method of directly coating peptides during quantum dot preparation have a wide half-width of the fluorescence spectrum of quantum dots. And there is a performance disadvantage of low brightness.

これに対して本発明においては、上記の通り、近赤外領域に発光帯を有しかつ高輝度である半導体量子ドットを、配位性有機化合物によって被覆された状態で調製し、次いで得られた半導体量子ドットを、被覆ペプチド類によって被覆することによって調製することを特徴とする。これにより、得られるペプチド類被覆半導体量子ドットは表面をペプチド類の単分子層で覆われた構造となり、そして近赤外領域に発光帯を有し、かつ発光効率に優れており高輝度であるという性能が達成されることとなる。本発明における方法による利点は以下の通りである。
1)ペプチド類で被覆された近赤外半導体量子ドットの合成が可能である。
2)輝度の高い水溶性近赤外半導体量子ドット(インドシアニングリーンの量子収率が1%程度であるのに対して、本発明の水溶性近赤外半導体量子ドットの量子収率は10%以上である)の合成が可能である。
3)反応時間および温度による半導体結晶のサイズ制御が容易であり、発光波長のピークを700〜850nmに有する近赤外半導体量子ドットの合成が可能である。
4)合成に用いる反応前駆体の調製が容易で、合成手順が簡便である。
5)水溶性近赤外半導体量子ドットの大量合成が容易である。
On the other hand, in the present invention, as described above, a semiconductor quantum dot having a light emission band in the near infrared region and high brightness is prepared in a state of being coated with a coordinating organic compound, and then obtained. The semiconductor quantum dots are prepared by coating with coated peptides. As a result, the obtained peptide-coated semiconductor quantum dots have a structure in which the surface is covered with a monomolecular layer of peptides, have a light emission band in the near infrared region, and have excellent luminous efficiency and high brightness. The performance is achieved. The advantages of the method according to the present invention are as follows.
1) Synthesis of near-infrared semiconductor quantum dots coated with peptides is possible.
2) Bright water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots (indocyanine green has a quantum yield of about 1%, whereas the water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots of the present invention have a quantum yield of 10%. The above can be synthesized.
3) The size of the semiconductor crystal can be easily controlled by the reaction time and temperature, and a near-infrared semiconductor quantum dot having an emission wavelength peak at 700 to 850 nm can be synthesized.
4) The reaction precursor used for synthesis is easy to prepare and the synthesis procedure is simple.
5) Large-scale synthesis of water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots is easy.

マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料およびその調製
本明細書におけるマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料とは、光(蛍光)イメージング、MRI、SPECTといった複数(2またはそれ以上)のイメージング技術によるマルチモーダルイメージングに用いることができる水溶性近赤外蛍光材料を意味する。そして本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、
近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット、
この半導体量子ドットの表面を被覆する、システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよびアミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類から構成される層である、被覆層、
この被覆層に化学結合した、元素包接基、および
元素包接基に包接された元素、
を有する。つまり、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットが被覆層によって被覆された上記の水溶性近赤外蛍光材料に、さらに、元素包接基が導入されており、そしてこの元素包接基に元素が包接された構造を有する。そしてこのマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、下記工程:
水溶性近赤外蛍光材料の、被覆層中に存在する反応性官能基と、元素包接基含有化合物と、を化学結合させる、元素包接基導入工程、
導入された元素包接基に、元素を導入する、元素導入工程、
によって調製することができる。
Multi-modal water-soluble near-infrared fluorescent material and preparation thereof The multi-modal water-soluble near-infrared fluorescent material in this specification refers to a multi-modal water-soluble near-infrared fluorescent material, which is based on a plurality of (two or more) imaging techniques such as optical (fluorescence) imaging, MRI, and SPECT. It means a water-soluble near-infrared fluorescent material that can be used for modal imaging. And the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention is
A semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region,
A coated peptide selected from the group consisting of cysteine and a peptide composed of 2 to 8 amino acid residues and containing one or more cysteine residues in the amino acid residues, covering the surface of the semiconductor quantum dot A coating layer, which is a layer composed of
An element inclusion group chemically bonded to the coating layer, and an element included in the element inclusion group,
Have That is, an element inclusion group is further introduced into the above water-soluble near-infrared fluorescent material in which a semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region is coated with a coating layer, and this element inclusion group It has a structure in which elements are included. And this multi-modal water-soluble near-infrared fluorescent material has the following steps:
An element inclusion group introduction step of chemically bonding the reactive functional group present in the coating layer of the water-soluble near-infrared fluorescent material and the element inclusion group-containing compound;
An element introduction step for introducing an element into the introduced element inclusion group;
Can be prepared.

元素包接基の導入に用いられる元素包接基含有化合物は、元素包接基を有しており、かつ、被覆層中に存在する反応性官能基(アミノ基またはカルボン酸基など)と反応する基を有している化合物であれば、特に制限なく用いることができる。本発明で用いることができる元素包接基含有化合物として、具体的には以下の化合物が挙げられる。なお元素包接基含有化合物は、後に導入する造影剤としての元素の種類および大きさに応じて、適宜選択することができる。   The element inclusion group-containing compound used for introduction of the element inclusion group has an element inclusion group and reacts with a reactive functional group (such as an amino group or a carboxylic acid group) present in the coating layer. If it is a compound which has group which carries out, it can use without a restriction | limiting in particular. Specific examples of the element inclusion group-containing compound that can be used in the present invention include the following compounds. The element inclusion group-containing compound can be appropriately selected according to the type and size of the element as a contrast agent to be introduced later.

Figure 2009280630
Figure 2009280630

上記の元素包接基含有化合物は、何れもカルボン酸基を有している。このカルボン酸基は、被覆層中に存在する反応性官能基(アミノ基)と縮合反応してアミド結合を形成する。これにより、反応性官能基が被覆層に化学結合されることとなる。なお本明細書における「元素包接基」は、上記元素包接基含有化合物と、被覆層中に存在する反応性官能基(アミノ基)とが化学結合した際における、元素包接基含有化合物の残基であって、元素包接基が形成する三次元的な空間中に、元素を閉じ込める性質を有する基を意味する。   All of the above element inclusion group-containing compounds have a carboxylic acid group. This carboxylic acid group undergoes a condensation reaction with a reactive functional group (amino group) present in the coating layer to form an amide bond. Thereby, the reactive functional group is chemically bonded to the coating layer. The “element inclusion group” in this specification refers to an element inclusion group-containing compound when the element inclusion group-containing compound and a reactive functional group (amino group) present in the coating layer are chemically bonded. A group having the property of confining an element in a three-dimensional space formed by the element inclusion group.

被覆層中に存在する反応性官能基と、元素包接基含有化合物と、を化学結合させて、元素包接基を導入する反応には、通常知られている縮合剤を用いることができる。用いることができる縮合剤として、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩(EDC)、ジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)、ジイソプロピルカルボジイミド(DIC)などのカルボジイミド系縮合剤、4−(4,6−ジメトキシ−1,3,5−トリアジン−2−イル)−4−メチルモルホリン塩酸塩などのトリアジン系縮合剤など、さらにはアミニウム系縮合剤、ホスホニウム系縮合剤、ジヒドロキノン系縮合剤などを用いることができる。これらの反応において、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)、1−ヒドロキシ−7−アザベンゾトリアゾール(HOAt)、N−ヒドロキシスクシンイミド(HOSu)などの脱水縮合添加剤を用いてもよい。   A commonly known condensing agent can be used for the reaction in which the reactive functional group present in the coating layer is chemically bonded to the element inclusion group-containing compound to introduce the element inclusion group. As condensing agents that can be used, carbodiimide condensing agents such as 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride (EDC), dicyclohexylcarbodiimide (DCC), diisopropylcarbodiimide (DIC), 4- ( Triazine condensing agents such as 4,6-dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl) -4-methylmorpholine hydrochloride, aminium condensing agent, phosphonium condensing agent, dihydroquinone condensing agent Etc. can be used. In these reactions, dehydration condensation additives such as 1-hydroxybenzotriazole (HOBt), 1-hydroxy-7-azabenzotriazole (HOAt), N-hydroxysuccinimide (HOSu) may be used.

また、上記元素包接基含有化合物は、活性エステルなどの誘導体であってもよい。例えば元素包接基含有化合物がDOTAである場合は、DOTA−NHS−エステル(1,4,7,10−テトラアザシクロドデカン−1,4,7,10−テトラ酢酸モノ−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル)などの活性エステルを用いることができる。このような活性エステルを用いることによって、縮合剤を用いることなく、被覆層に元素包接基をより簡便に導入することができるという利点がある。   The element inclusion group-containing compound may be a derivative such as an active ester. For example, when the element inclusion group-containing compound is DOTA, DOTA-NHS-ester (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid mono-N-hydroxysuccinimide ester) ) And the like can be used. By using such an active ester, there is an advantage that an element inclusion group can be more easily introduced into the coating layer without using a condensing agent.

この元素包接基導入工程に用いられる溶媒は、水、または水と必要に応じた有機溶媒との混合物が挙げられる。有機溶媒の具体例としては、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒;ジエチルエーテル、イソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、アニソール、フェネトールなどのエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル、エチレングリコールジアセテートなどのエステル系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドンなどのアミド系溶媒;などが挙げられる。これらの溶媒は単独で用いてもよく、また混合して用いてもよい。反応温度および反応時間などの反応条件は、被覆ペプチド類の種類等によって適宜選択することができる。例えば反応温度0〜40℃、反応時間5分〜24時間の範囲で適宜選択することができる。   Examples of the solvent used in the element inclusion group introduction step include water or a mixture of water and an organic solvent as necessary. Specific examples of the organic solvent include, for example, ketone solvents such as methyl ethyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone; diethyl ether, isopropyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether Ether solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, isopropyl acetate, and ethylene glycol diacetate; amides such as dimethylformamide, diethylformamide, dimethylsulfoxide, and N-methylpyrrolidone System solvents; and the like. These solvents may be used alone or in combination. Reaction conditions such as reaction temperature and reaction time can be appropriately selected depending on the type of the coated peptide. For example, it can select suitably in the range of reaction temperature 0-40 degreeC and reaction time 5 minutes-24 hours.

こうして導入された元素包接基に、造影剤として用いることができる元素を包接させることによって、マルチモーダル水溶性赤外蛍光材料が得られることとなる。導入される元素の種類は、MRI(核磁気共鳴画像法)、X線CT、SPECT(単一光子放射断層撮影)などの各イメージング法において造影剤として用いることができる元素であれば特に限定されない。例えばMRIにおいて造影剤として用いることのできる元素として、Gd(III)、Mn(II)、Mn(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、Cr(III)、Co(II)、Ni(II)、Dy(III)、Tb(III)、Nd(III)、Feなどの常磁性元素または強磁性元素が挙げられる。
例えばSPECTにおいて造影剤として用いることができる元素として、64Cu、67Ga、68Ga、99mTc、90Y、153Sm、166Ho、186Re、188Re、165Dy、111In、201Tc、18F、77Br、123I、124I、125I、126I、131I、201Tlなどの放射性同位元素が挙げられる。
これらの造影剤としての元素の導入は、元素包接基が導入された水溶性近赤外蛍光材料を水中に分散させた溶液へ、上記元素塩の水溶液を添加するなどといった方法によって、簡便に導入することができる。
A multimodal water-soluble infrared fluorescent material can be obtained by including an element that can be used as a contrast agent in the element inclusion group thus introduced. The type of element to be introduced is not particularly limited as long as it is an element that can be used as a contrast agent in each imaging method such as MRI (nuclear magnetic resonance imaging), X-ray CT, and SPECT (single photon emission tomography). . For example, as elements that can be used as contrast agents in MRI, Gd (III), Mn (II), Mn (III), Fe (II), Fe (III), Cu (II), Cr (III), Co ( II), Ni (II), Dy (III), Tb (III), Nd (III), and paramagnetic elements such as Fe 3 O 4 or ferromagnetic elements.
For example, as elements that can be used as a contrast agent in SPECT, 64 Cu, 67 Ga, 68 Ga, 99 m Tc, 90 Y, 153 Sm, 166 Ho, 186 Re, 188 Re, 165 Dy, 111 In, 201 Tc, 18 And radioisotopes such as F, 77 Br, 123 I, 124 I, 125 I, 126 I, 131 I, and 201 Tl.
The introduction of these elements as a contrast agent can be easily carried out by adding an aqueous solution of the above element salt to a solution in which a water-soluble near-infrared fluorescent material into which element inclusion groups have been introduced is dispersed in water. Can be introduced.

本発明のマルチモーダル水溶性赤外蛍光材料の概念構造式を以下に示す。なお以下の式はあくまでも概念構造式であり、元素包接基の数などは下記概念構造式に限定されるものではない。   The conceptual structural formula of the multimodal water-soluble infrared fluorescent material of the present invention is shown below. Note that the following formulas are conceptual structural formulas only, and the number of element inclusion groups is not limited to the following conceptual structural formulas.

Figure 2009280630
Figure 2009280630

本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、上記した水溶性近赤外蛍光材料の利点(近赤外領域に発光帯を有し、発光性能が高く、高輝度であり、耐退色性に優れ、生体親和性および生体安全性が高い)を備えつつ、さらに、光(蛍光)イメージング法と、MRI(核磁気共鳴画像法)、X線CTまたはSPECT(単一光子放射断層撮影)などとを組み合わせたマルチモーダルイメージングの造影剤として用いることができるという、優れた利点を有している。本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料を、マルチモーダルイメージングにおいて造影剤として用いることによって、生体内における3次元での正確な位置情報が得られることとなり、癌組織などの標的対象をより正確に検出することができるという利点がある。このように本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、光(蛍光)イメージング法と、MRI、X線CTまたはSPECTなどとを組み合わせたマルチモーダルイメージングを可能とするものであり、生体内イメージングの技術発展に大きく寄与するものである。   The multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention has the advantages of the above-mentioned water-soluble near-infrared fluorescent material (having a light emission band in the near-infrared region, high luminous performance, high brightness, and fading resistance) In addition, the optical (fluorescence) imaging method, MRI (nuclear magnetic resonance imaging), X-ray CT or SPECT (single photon emission tomography), etc. And has an excellent advantage that it can be used as a contrast agent for multimodal imaging. By using the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention as a contrast agent in multimodal imaging, accurate three-dimensional position information in a living body can be obtained, and target objects such as cancer tissues can be more targeted. There is an advantage that it can be detected accurately. As described above, the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention enables multimodal imaging combining a light (fluorescence) imaging method with MRI, X-ray CT, SPECT, or the like. This greatly contributes to the development of imaging technology.

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。実施例中、「部」および「%」は、ことわりのない限り、重量基準による。   The following examples further illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto. In the examples, “parts” and “%” are based on weight unless otherwise specified.

実施例1
システイン被覆水溶性近赤外半導体量子ドット(水溶性近赤外蛍光材料)の調製
疎水性近赤外半導体量子ドットCdSe0.75Te0.25/CdS(コア/シェル構造)を、R. E. Bailey, J. B. Strausburg, S. Nie, J. Nanosci. Nanotech. 4 569(2004)の方法を改良し、1段階で合成した。
酸化カドミウム(CdO)20mgとステアリン酸250mgを25ml三口フラスコに入れアルゴン雰囲気下で300℃に熱し、酸化カドミウムを溶解した。一旦温度を150℃に下げ、トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)2gとヘキサデシルアミン(HAD)2gを加えた。再び混合物を300℃に熱し5分間放置した。次に、溶液を撹拌しながら0.5mlのSe/Te前駆体(Se 25mgとTe 13mgを溶解したテトラブチルホスフィン溶液)を注射器で素早く加えた。直ちに溶液の温度を250℃に下げ、結晶成長の進行具合を蛍光スペクトルよりモニターした。約5分後、波長770−790nm付近にピークを有する半導体結晶が生成した。蛍光スペクトルにより半導体結晶の生成を確認後、反応を停止させるため温度を200℃に下げた。
次にCdSシェル部の形成反応を行った。溶液を撹拌しながら200℃において、0.25mlのCd/S前駆体(CdO 150mgおよび硫黄 40mgを溶解したトリオクチルホスフィン溶液 10ml)をゆっくりと滴下した。滴下終了後、溶液の温度を100℃に下げて1時間撹拌した。その後、温度を60℃に下げクロロホルム20mlを加えた。さらにメタノール20mlを加えCdSe0.75Te0.25/CdS半導体結晶を析出させた。得られた半導体結晶は疎水性が高く、水には溶解しない。結晶は遠心器により分離し、室温で乾燥させた。
得られた、CdSe0.75Te0.25/CdS結晶 5mgを、テトラヒドロフラン2mlに溶解し、室温でこれにシステイン水溶液(20mg/ml)1mlを滴下した。滴下終了後、溶液の温度を60℃にして約5分間放置した。生じた沈殿を遠心器により分離し、上澄み溶液を除いた。生じた沈殿物に、カリウムt−ブトキシド10mgおよび水2mlを加え、30秒間超音波処理し溶解させた。溶液は、黒褐色の水溶液になった。この溶液をホウ酸緩衝液(pH8.2)で透析し、過剰のカリウムt−ブトキシドを除いた。透析した溶液を0.2ミクロンのフィルターで濾過することにより、単分散のシステイン被覆近赤外半導体量子ドット(CdSe0.75Te0.25/CdS)である水溶性近赤外蛍光材料の水溶液を得た。
Example 1
Preparation of cysteine-coated water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots (water-soluble near-infrared fluorescent material) Hydrophobic near-infrared semiconductor quantum dots CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS (core / shell structure) were prepared by RE Bailey, The method of JB Strausburg, S. Nie, J. Nanosci. Nanotech. 4 569 (2004) was modified and synthesized in one step.
20 mg of cadmium oxide (CdO) and 250 mg of stearic acid were placed in a 25 ml three-necked flask and heated to 300 ° C. under an argon atmosphere to dissolve cadmium oxide. Once the temperature was lowered to 150 ° C., 2 g of trioctylphosphine oxide (TOPO) and 2 g of hexadecylamine (HAD) were added. The mixture was again heated to 300 ° C. and left for 5 minutes. Next, 0.5 ml of Se / Te precursor (tetrabutylphosphine solution in which 25 mg of Se and 13 mg of Te were dissolved) was quickly added with a syringe while the solution was stirred. The temperature of the solution was immediately lowered to 250 ° C., and the progress of crystal growth was monitored from the fluorescence spectrum. After about 5 minutes, a semiconductor crystal having a peak in the vicinity of a wavelength of 770 to 790 nm was formed. After confirming the formation of semiconductor crystals by the fluorescence spectrum, the temperature was lowered to 200 ° C. in order to stop the reaction.
Next, formation reaction of the CdS shell part was performed. While stirring the solution at 200 ° C., 0.25 ml of Cd / S precursor (10 ml of a trioctylphosphine solution containing 150 mg of CdO and 40 mg of sulfur) was slowly added dropwise. After completion of the dropwise addition, the temperature of the solution was lowered to 100 ° C. and stirred for 1 hour. Thereafter, the temperature was lowered to 60 ° C. and 20 ml of chloroform was added. Further, 20 ml of methanol was added to precipitate a CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS semiconductor crystal. The obtained semiconductor crystal is highly hydrophobic and does not dissolve in water. The crystals were separated by a centrifuge and dried at room temperature.
5 mg of the obtained CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS crystals were dissolved in 2 ml of tetrahydrofuran, and 1 ml of an aqueous cysteine solution (20 mg / ml) was added dropwise thereto at room temperature. After completion of dropping, the temperature of the solution was set to 60 ° C. and left for about 5 minutes. The resulting precipitate was separated by a centrifuge and the supernatant solution was removed. To the resulting precipitate, 10 mg of potassium t-butoxide and 2 ml of water were added, and sonicated for 30 seconds to dissolve. The solution became a black-brown aqueous solution. This solution was dialyzed against borate buffer (pH 8.2) to remove excess potassium t-butoxide. An aqueous solution of a water-soluble near-infrared fluorescent material that is a monodisperse cysteine-coated near-infrared semiconductor quantum dot (CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS) by filtering the dialyzed solution through a 0.2-micron filter. Got.

システイン被覆による蛍光スペクトル変化
トリオクチルホスフィンオキシド(TOPO)などの配位性有機化合物で被覆された疎水性量子ドットを配位子交換により水溶化する場合、問題となるのが著しい輝度の低下である。たとえば、CdSe/ZnS量子ドットをチオール系化合物であるメルカプトプロピオン酸などで被覆する場合には、蛍光輝度が約1/10から1/20までに減少することが報告されている(Chem. Commun., 2829-2931(2005))。本発明における被覆法の有効性を確認するため、システイン被覆した場合の近赤外半導体量子ドット(CdSe0.75Te0.25/CdS)の蛍光スペクトル変化を日本分光FP-6200により測定した(図8)。その結果、被覆後の蛍光輝度は被覆前に比べ約65%という高い割合で保持されることが明らかとなった。また、蛍光ピークは3nm短波長にシフトしたのみでスペクトル幅はほとんど変化しなかった。このことは、システイン被覆による水溶化に際して、被覆前の近赤外半導体量子ドットの蛍光スペクトル特性が保持されたことを示している。
Fluorescence spectrum change by cysteine coating When water-solubilizing hydrophobic quantum dots coated with a coordinating organic compound such as trioctylphosphine oxide (TOPO), a significant decrease in luminance is a problem. . For example, when CdSe / ZnS quantum dots are coated with a thiol-based compound such as mercaptopropionic acid, it has been reported that the fluorescence luminance decreases from about 1/10 to 1/20 (Chem. Commun. , 2829-2931 (2005)). In order to confirm the effectiveness of the coating method in the present invention, the fluorescence spectrum change of near-infrared semiconductor quantum dots (CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS) when coated with cysteine was measured by JASCO FP-6200 ( FIG. 8). As a result, it became clear that the fluorescence brightness after coating was maintained at a high rate of about 65% compared to before coating. The fluorescence peak was only shifted to a short wavelength of 3 nm, and the spectrum width hardly changed. This indicates that the fluorescence spectrum characteristics of the near-infrared semiconductor quantum dots before coating were retained during water solubilization by cysteine coating.

実施例2
グルタチオン被覆水溶性近赤外半導体量子ドット(水溶性近赤外蛍光材料)の調製
実施例1と同様に調製した、CdSe0.75Te0.25/CdS結晶 5mgを、テトラヒドロフラン2mlに溶解し、室温でこれに還元型グルタチオン水溶液(20mg/ml)1mlを滴下した。滴下終了後、溶液の温度を60℃にして約5分間放置した。生じた沈殿を遠心器により分離し、上澄み溶液を除いた。生じた沈殿物に、カリウムt−ブトキシド10mgおよび水2mlを加え、30秒間超音波処理し溶解させた。溶液は、黒褐色の水溶液になった。この溶液をホウ酸緩衝液(pH8.2)で透析し、過剰のカリウムt−ブトキシドを除いた。透析した溶液を0.2ミクロンのフィルターで濾過することにより、単分散のグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドット(CdSe0.75Te0.25/CdS)である水溶性近赤外蛍光材料の水溶液を得た。
Example 2
Preparation of glutathione-coated water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots (water-soluble near-infrared fluorescent material) 5 mg of CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS crystals prepared in the same manner as in Example 1 were dissolved in 2 ml of tetrahydrofuran, At room temperature, 1 ml of a reduced glutathione aqueous solution (20 mg / ml) was added dropwise thereto. After completion of dropping, the temperature of the solution was set to 60 ° C. and left for about 5 minutes. The resulting precipitate was separated by a centrifuge and the supernatant solution was removed. To the resulting precipitate, 10 mg of potassium t-butoxide and 2 ml of water were added, and sonicated for 30 seconds to dissolve. The solution became a black-brown aqueous solution. This solution was dialyzed against borate buffer (pH 8.2) to remove excess potassium t-butoxide. An aqueous solution of a water-soluble near-infrared fluorescent material that is a monodispersed glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dot (CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS) by filtering the dialyzed solution through a 0.2-micron filter. Got.

グルタチオン被覆水溶性近赤外半導体量子ドットの蛍光スペクトル
グルタチオン被覆した場合の近赤外半導体量子ドット(CdSe0.75Te0.25/CdS)の蛍光スペクトル変化を日本分光FP-6200により測定した(図9)。この場合も、システインで被覆したときと場合と同様、蛍光輝度は約65%という高い割合で保持されたことが確認された。またグルタチオン被覆後、蛍光波長のピークは5nm長波長にシフトするがスペクトル幅はほとんど変化しない。この事から、グルタチオン被覆の場合もシステイン被覆の場合と同様に、水溶化に際し被覆前の近赤外半導体量子ドットの蛍光スペクトル特性は保持されると結論できる。
Fluorescence spectrum of water-soluble near-infrared semiconductor quantum dots coated with glutathione The change in fluorescence spectrum of near-infrared semiconductor quantum dots (CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS) when glutathione was coated was measured by JASCO FP-6200 ( FIG. 9). Also in this case, it was confirmed that the fluorescence luminance was maintained at a high rate of about 65% as in the case of coating with cysteine. Further, after the glutathione coating, the peak of the fluorescence wavelength shifts to a long wavelength of 5 nm, but the spectrum width hardly changes. From this, it can be concluded that in the case of glutathione coating, as in the case of cysteine coating, the fluorescence spectral characteristics of the near-infrared semiconductor quantum dots before coating are retained upon water solubilization.

水中での粒径および分散性の評価
グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットのサイズおよび分散性は、動的光散乱装置(Malvern, Nano-ZS)および蛍光相関分光装置(浜松ホトニクス、C9413−01MOD)を用いて評価した。633nmのHe−Neレーザーを用いた動的光散乱法によって、水中におけるグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットの流体力学的粒径を測定した。その結果、粒径は、約10nmであった(図1)。また、水中における分散性の評価は蛍光相関分光法装置により評価した。グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットの水中における蛍光相関曲線はほぼ単一成分の並進拡散に基づく相関関数で近似でき、拡散時間は0.4msであった(図2)。この値から見積もられる、グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットの流体力学的粒径は、動的光散乱法により得られる結果とほぼ一致し、単分散粒子として存在していると結論できる。
Evaluation of particle size and dispersibility in water The size and dispersibility of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots were measured using a dynamic light scattering apparatus (Malvern, Nano-ZS) and a fluorescence correlation spectrometer (Hamamatsu Photonics, C9413-01MOD). Was used to evaluate. The hydrodynamic particle size of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots in water was measured by dynamic light scattering using a 633 nm He-Ne laser. As a result, the particle size was about 10 nm (FIG. 1). The dispersibility in water was evaluated by a fluorescence correlation spectroscopy apparatus. The fluorescence correlation curve of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots in water can be approximated by a correlation function based on almost single component translational diffusion, and the diffusion time was 0.4 ms (FIG. 2). It can be concluded that the hydrodynamic particle size of the glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots estimated from this value almost coincides with the result obtained by the dynamic light scattering method and exists as monodisperse particles.

実施例3
グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットへの牛血清アルブミンの修飾
実施例2のグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットのリン酸緩衝液(1μM,pH=7.4)4mlに、クロスカップリング試薬であるEDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩)50μl(10mM)を加えた。10分後、牛血清アルブミン(10mg/ml)1mlを加え、30分間インキュベーションした。その後、透析膜(分子量10万)を用いて、過剰のEDCおよび牛血清アルブミンを除き、牛血清アルブミンを表面修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットを得た。
Example 3
Modification of Bovine Serum Albumin to Glutathione-Coated Near-Infrared Semiconductor Quantum Dots 4 ml of phosphate buffer (1 μM, pH = 7.4) of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots of Example 2 is a cross-coupling reagent 50 μl (10 mM) of EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride) was added. Ten minutes later, 1 ml of bovine serum albumin (10 mg / ml) was added and incubated for 30 minutes. Thereafter, a glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dot in which bovine serum albumin was surface-modified was obtained by removing excess EDC and bovine serum albumin using a dialysis membrane (molecular weight: 100,000).

実施例4
グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットへの抗体の修飾
実施例2のグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットのリン酸緩衝液(0.1μM,pH=7.4)20μlに、クロスカップリング試薬であるEDC(1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)−カルボジイミド塩酸塩)2.5μl(0.1mM)を加えた。10分後、Anti−UCAM−1抗体(70μg/ml)20μlを加え、30分間インキュベーションした。その後、透析膜(分子量20万)を用いて、過剰のEDCおよび抗体を除き、抗体を表面修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットを得た。
Example 4
Modification of antibody to glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots 20 μl of phosphate buffer (0.1 μM, pH = 7.4) of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots of Example 2 is a cross-coupling reagent 2.5 μl (0.1 mM) of EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) -carbodiimide hydrochloride) was added. Ten minutes later, 20 μl of Anti-UCAM-1 antibody (70 μg / ml) was added and incubated for 30 minutes. Thereafter, using a dialysis membrane (molecular weight 200,000), excess EDC and antibodies were removed, and glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots whose surfaces were modified with antibodies were obtained.

実施例5
グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットへのGd−DOTA錯体の修飾によるデュアルモーダル(光/MRI)造影剤(マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料)の合成
実施例2のグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットCdSe0.75Te0.25/CdSの1μM溶液 5ml(25mM ホウ酸緩衝液、pH=8.2)に、DOTA−NHS−エステル(1,4,7,10−テトラアザシクロドデカン−1,4,7,10−テトラ酢酸モノ−N−ヒドロキシスクシンイミドエステル;米国、macrocyclics社)水溶液(20mg/ml) 1mlを室温で加え、撹拌しながら30分反応させた。その後、溶液を25mM ホウ酸緩衝液(pH=8.2)で透析し、未反応のDOTA−NHS−エステルを除いた。この溶液に0.1mMのGdCl水溶液 1mLを滴下しながら加えた。過剰のGd2+イオンを除くため、25mM ホウ酸緩衝液(pH=8.2)で再び透析した。中性付近でGd−DOTA錯体修飾グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットを安定化させるため、1%の牛血清アルブミンを含むリン酸緩衝液で透析し溶液交換をした。上記手順により、Gd−DOTA錯体を修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドット(マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料)を調製した。
Example 5
Synthesis of dual-modal (light / MRI) contrast agent (multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material) by modification of Gd-DOTA complex to glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots Glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum of Example 2 Dot CdSe 0.75 Te 0.25 / CdS 1 μM solution in 5 ml (25 mM borate buffer, pH = 8.2), DOTA-NHS-ester (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1 , 4,7,10-tetraacetic acid mono-N-hydroxysuccinimide ester; US, macrocyclics, USA) 1 ml of an aqueous solution (20 mg / ml) was added at room temperature and reacted for 30 minutes with stirring. Thereafter, the solution was dialyzed against 25 mM borate buffer (pH = 8.2) to remove unreacted DOTA-NHS-ester. To this solution, 1 mL of 0.1 mM GdCl 2 aqueous solution was added dropwise. To remove excess Gd 2+ ions, dialyzed again with 25 mM borate buffer (pH = 8.2). In order to stabilize the Gd-DOTA complex-modified glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots near neutrality, the solution was exchanged by dialysis against a phosphate buffer containing 1% bovine serum albumin. A glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dot (multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material) modified with a Gd-DOTA complex was prepared by the above procedure.

吸収および蛍光特性
図3は、実施例5により得られたGd−DOTA錯体を修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットおよびインドシアニングリーン(ICG)の吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを測定した結果である。グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットの吸収スペクトルは、近赤外から可視部領域にわたり連続的な吸収を示すため、この領域すべての波長での励起が可能である。一方、インドシアニングリーンでは780nmにピークをもつ吸収体を示し、励起波長もまた780nmの領域に限られる。
例えば745nmで励起した場合、グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットの発光の量子効率はインドシアニングリーンに比べ約10倍高い。インドシアニングリーンの量子収率(Photochem. Photobio. 72, 392-398(2000))が1%程度であるのに対して、グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットの量子収率は約12%と見積もられる。また、光退色性に関しては、図4に示すように、グルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットにおいては、時間により退色していくインドシアニングリーン(ICG)と比較して、785nmの半導体レーザーによる励起光照射によってもほとんど退色しないという、優れた蛍光特性を有している。
Absorption and Fluorescence Characteristics FIG. 3 shows the results of measuring the absorption spectrum and fluorescence spectrum of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots and indocyanine green (ICG) modified with the Gd-DOTA complex obtained in Example 5. Since the absorption spectrum of the glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dot shows continuous absorption from the near-infrared region to the visible region, excitation at all wavelengths in this region is possible. On the other hand, indocyanine green shows an absorber having a peak at 780 nm, and the excitation wavelength is also limited to the region of 780 nm.
For example, when excited at 745 nm, the quantum efficiency of light emission of a glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dot is about 10 times higher than that of indocyanine green. The quantum yield of indocyanine green (Photochem. Photobio. 72, 392-398 (2000)) is about 1%, while that of glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots is estimated to be about 12%. It is. As for the photobleaching property, as shown in FIG. 4, the glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots are excited by a 785 nm semiconductor laser as compared with indocyanine green (ICG), which fades with time. It has excellent fluorescence characteristics that it hardly fades even when irradiated.

マウスでの光造影効果
本発明によるGd−DOTA錯体修飾近赤外半導体量子ドットの光造影効果を確認するため、マウスでの蛍光イメージングを行った。蛍光イメージングには島津製作所製Clavivo OPT特型を使用した。励起光源として758nmの半導体レーザーを受光には845nmの干渉フィルターを使用し10秒間露光した。図5は、実施例4により得られたGd−DOTA錯体を修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットを、10μMの濃度で用いた場合における、マウスリンパ節と大腿動静脈血管を蛍光イメージングした結果を示すものである。図5から、本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料のマウスにおける光造影剤としての有効性が確認できる。
To confirm the optical imaging effect of Gd-DOTA complexes modified near infrared semiconductor quantum dots by light contrasting effect present invention in mice was subjected to fluorescence imaging in mice. A Clavivo OPT special model manufactured by Shimadzu Corporation was used for fluorescence imaging. An 845 nm interference filter was used to receive a 758 nm semiconductor laser as an excitation light source, and exposure was performed for 10 seconds. FIG. 5 shows the result of fluorescence imaging of mouse lymph nodes and femoral arteriovenous blood vessels when the glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots modified with the Gd-DOTA complex obtained in Example 4 were used at a concentration of 10 μM. Is shown. FIG. 5 confirms the effectiveness of the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention as an optical contrast agent in mice.

MRI造影効果
本発明によるGd−DOTA錯体修飾近赤外半導体量子ドットのMRI造影効果を確認するため、T強調画像を取得した。撮像装置は、Bruker社製AVANCE 500WB (11.7T) であり、グラジエントエコー法により撮像した。図6には、従来法により報告されているマンガンドープ型の量子ドットおよびハロトランスフェリン(鉄イオン含有)修飾量子ドットと、実施例4により得られたGd−DOTA錯体を修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットのT強調画像を示した。測定条件は、測定領域を2.0cm、平面内分割数を256×256、スライス厚を0.5mm、繰り返し時間を47ms、エコー時間を5.3ms、積算回数を32回で、所要時間は、6分である。図6から明らかなように、本発明におけるGd−DOTA錯体を修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットは、従来技術により作製した量子ドットに比べて極めて高いMRI造影効果が認められた。
To confirm the MRI contrast effect of Gd-DOTA complexes modified near infrared semiconductor quantum dots by MRI contrast effect present invention, it was obtained T 1 -weighted images. The imaging device was AVANCE 500WB (11.7T) manufactured by Bruker, and the imaging was performed by the gradient echo method. FIG. 6 shows a manganese-doped quantum dot and a halotransferrin (iron ion-containing) modified quantum dot reported by a conventional method and a glutathione-coated near-infrared modified with the Gd-DOTA complex obtained in Example 4. It showed T 1 -weighted images of the semiconductor quantum dots. The measurement conditions were 2.0 cm for the measurement area, 256 × 256 for the in-plane division, 0.5 mm for the slice thickness, 47 ms for the repetition time, 5.3 ms for the echo time, 32 times for the integration time, and the required time was 6 minutes. As is clear from FIG. 6, the glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots modified with the Gd-DOTA complex in the present invention were found to have an extremely high MRI contrast effect as compared with quantum dots produced by the prior art.

マウスでの近赤外蛍光とMRIによるデュアルモーダルイメージング
本発明によるGd−DOTA錯体修飾近赤外半導体量子ドットのデュアルモーダル(光/MRI)造影機能を確認するため、これを含むファントムをマウス腹腔に埋め込み、近赤外光およびMRIによるデュアルモーダルイメージングを行った。得られた結果を図7に示す。図7から明らかなように、実施例4により得られたGd−DOTA錯体を修飾したグルタチオン被覆近赤外半導体量子ドットを用いることにより、近赤外光およびMRIいずれのイメージング法においても明瞭にマウス腹腔内のファントムの存在が確認できた。近赤外光イメージングにおいては、生体内での光散乱が伴うために3次元的な正確な位置情報は得られない。しかし、MRIでイメージングすることによりマウス腹腔内のファントムの位置が正確に求められる。これらの結果は、本発明によるマルチモーダル近赤外半導体量子ドットを利用することによって、生体のデュアルモーダル造影が可能であることを示している。
Dual-modal imaging by near-infrared fluorescence and MRI in mice In order to confirm the dual-modal (light / MRI) contrast function of Gd-DOTA complex-modified near-infrared semiconductor quantum dots according to the present invention, a phantom containing this is placed in the abdominal cavity of mice. Dual modal imaging by embedding, near infrared light and MRI was performed. The obtained results are shown in FIG. As is clear from FIG. 7, the use of the glutathione-coated near-infrared semiconductor quantum dots obtained by modifying the Gd-DOTA complex obtained in Example 4 makes it possible to clearly display the mouse in both near-infrared light and MRI imaging methods. The presence of the phantom in the abdominal cavity was confirmed. In near-infrared light imaging, three-dimensional accurate position information cannot be obtained due to light scattering in a living body. However, the position of the phantom within the mouse abdominal cavity can be accurately determined by imaging with MRI. These results show that dual modal imaging of a living body is possible by using the multimodal near-infrared semiconductor quantum dots according to the present invention.

本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、生体内での使用が可能である近赤外領域に発光帯を有し、かつこの発光性能が高く、高輝度であり、耐退色性が優れ、さらに水分散性が高く、生体親和性が高く、生体に対する安全性が高いという利点を有する。そのため本発明の水溶性近赤外蛍光材料は、光(蛍光)イメージングの造影剤として好適に用いることができる。
また、本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、上記した水溶性近赤外蛍光材料の利点(近赤外領域に発光帯を有し、発光性能が高く、高輝度であり、耐退色性に優れ、生体親和性および生体安全性が高い)を備えつつ、さらに、光(蛍光)イメージング法と、MRI(核磁気共鳴画像法)、X線CTまたはSPECT(単一光子放射断層撮影)などとを組み合わせたマルチモーダルイメージングの造影剤として用いることができるという、優れた利点を有している。本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料を、マルチモーダルイメージングにおいて造影剤として用いることによって、生体内における3次元での正確な位置情報が得られることとなり、癌組織などの標的対象をより正確に検出することができるという利点がある。本発明のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料は、光(蛍光)イメージング法と、MRI、X線CTまたはSPECTなどとを組み合わせたマルチモーダルイメージングを可能とするものであり、生体内イメージングの技術発展に大きく寄与するものである。
The water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention has a light-emitting band in the near-infrared region that can be used in vivo, and has high light-emitting performance, high luminance, and excellent fading resistance. Furthermore, it has the advantages of high water dispersibility, high biocompatibility, and high safety for the living body. Therefore, the water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention can be suitably used as a contrast agent for optical (fluorescence) imaging.
In addition, the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention has the advantages of the above-described water-soluble near-infrared fluorescent material (having a light emission band in the near-infrared region, high luminous performance, high luminance, Excellent photobleaching, high biocompatibility and high biosafety), optical (fluorescence) imaging, MRI (nuclear magnetic resonance imaging), X-ray CT or SPECT (single photon emission tomography) ) And the like, and can be used as a contrast agent for multimodal imaging. By using the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention as a contrast agent in multimodal imaging, accurate three-dimensional position information in a living body can be obtained, and target objects such as cancer tissues can be more targeted. There is an advantage that it can be detected accurately. The multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of the present invention enables multimodal imaging combining a light (fluorescence) imaging method with MRI, X-ray CT, SPECT, etc. It greatly contributes to development.

実施例2の水溶性近赤外蛍光材料の、水中における流体力学的粒径の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the hydrodynamic particle size in water of the water-soluble near-infrared fluorescent material of Example 2. 実施例2の水溶性近赤外蛍光材料の、蛍光相関分光法装置による蛍光相関曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the fluorescence correlation curve by the fluorescence correlation spectroscopy apparatus of the water-soluble near-infrared fluorescent material of Example 2. 実施例5のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料(Gd−DOTA錯体修飾近赤外半導体量子ドット)およびインドシアニングリーン(ICG)の吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the absorption spectrum and fluorescence spectrum of the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material (Gd-DOTA complex modification near-infrared semiconductor quantum dot) of Example 5, and indocyanine green (ICG). 実施例5より得られたマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料(Gd−DOTA錯体修飾近赤外半導体量子ドット)およびインドシアニングリーン(ICG)の光退色性を示すグラフである。It is a graph which shows the photobleaching property of the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material (Gd-DOTA complex modification near-infrared semiconductor quantum dot) obtained from Example 5, and indocyanine green (ICG). 実施例5のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料(Gd−DOTA錯体修飾近赤外半導体量子ドット)を、10μMの濃度で用いた場合における、マウスリンパ節と大腿動静脈血管を蛍光イメージングした画像である。An image obtained by fluorescence imaging of mouse lymph nodes and femoral arteriovenous blood vessels when the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of Example 5 (Gd-DOTA complex-modified near-infrared semiconductor quantum dots) is used at a concentration of 10 μM It is. 従来法により報告されているマンガンドープ型の量子ドットおよびハロトランスフェリン(鉄イオン含有)修飾量子ドットと、実施例2の水溶性近赤外蛍光材料のT強調画像である。And a reported manganese-doped quantum dots and halo transferrin (iron ion-containing) modified quantum dots in a conventional manner, a T 1 -weighted images of the water-soluble near infrared fluorescent material of Example 2. 実施例5のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料をマウス腹腔に埋め込み、近赤外光およびMRIによるデュアルモーダルイメージングを行った画像である。It is the image which carried out dual modal imaging by near infrared light and MRI which embedded the multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material of Example 5 in the mouse | mouth abdominal cavity. 実施例1における、近赤外半導体量子ドットのシステイン被覆による蛍光スペクトルの変化を示すグラフである。6 is a graph showing changes in fluorescence spectrum by cysteine coating of near-infrared semiconductor quantum dots in Example 1. 実施例2における、近赤外半導体量子ドットのグルタチオン被覆による蛍光スペクトルの変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the fluorescence spectrum by the glutathione coating | cover of the near-infrared semiconductor quantum dot in Example 2. FIG.

Claims (13)

近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット、および
該半導体量子ドットの表面を被覆する被覆層、
を有する、水溶性近赤外蛍光材料であって、
該被覆層は、システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよび該アミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類から構成される層である、
水溶性近赤外蛍光材料。
A semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region, and a coating layer covering the surface of the semiconductor quantum dot;
A water-soluble near-infrared fluorescent material having
The coating layer is composed of cysteine and coated peptides selected from the group consisting of 2 to 8 amino acid residues and a peptide including one or more cysteine residues in the amino acid residues. Is a layer,
Water-soluble near-infrared fluorescent material.
前記半導体量子ドットが、CdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)からなる、コアシェル構造の半導体量子ドットである、請求項1記載の水溶性近赤外蛍光材料。 The water-soluble near-red color according to claim 1, wherein the semiconductor quantum dot is a semiconductor quantum dot having a core-shell structure composed of CdSe 1-x Te x core / CdS shell (where x = 0.2 to 1). Outside fluorescent material. 前記被覆ペプチド類が、システイン、グルタチオン、γ−Glu−ベンジル−Cys−Val、β−Asp−Cys−Gly、Glu−Cys−Gly、Asp−Cys−Gly、γ−Glu−Gly−Cys−Gly、β−Asp−Gly−Cys−Gly、Glu−Gly−Cys−Gly、Asp−Gly−Cys−Glyからなる群から選択されるペプチド類である、請求項1または2記載の水溶性近赤外蛍光材料。   The coated peptides are cysteine, glutathione, γ-Glu-benzyl-Cys-Val, β-Asp-Cys-Gly, Glu-Cys-Gly, Asp-Cys-Gly, γ-Glu-Gly-Cys-Gly, The water-soluble near-infrared fluorescence according to claim 1 or 2, which is a peptide selected from the group consisting of β-Asp-Gly-Cys-Gly, Glu-Gly-Cys-Gly, Asp-Gly-Cys-Gly. material. 平均粒径が2〜50nmであり、かつ単分散であることを特徴とする、請求項1〜3何れかに記載の水溶性近赤外蛍光材料。   The water-soluble near-infrared fluorescent material according to any one of claims 1 to 3, wherein the water-soluble near-infrared fluorescent material has an average particle diameter of 2 to 50 nm and is monodispersed. 表面が配位性有機化合物によって被覆された、近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドットと;システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよび該アミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類と;を、溶媒中で混合する、ペプチド類被覆工程、
を包含する、水溶性近赤外蛍光材料の製造方法。
A semiconductor quantum dot whose surface is coated with a coordinating organic compound and having an emission band in the near infrared region; cysteine, and composed of 2 to 8 amino acid residues, and one or more in the amino acid residues Coating peptides selected from the group consisting of peptides containing cysteine residues of
A method for producing a water-soluble near-infrared fluorescent material.
前記半導体量子ドットが、CdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)からなる、コアシェル構造の半導体量子ドットである、請求項5記載の水溶性近赤外蛍光材料の製造方法。 The water-soluble near-red color according to claim 5, wherein the semiconductor quantum dot is a core-shell semiconductor quantum dot composed of CdSe 1-x Te x core / CdS shell (where x = 0.2 to 1). A method for producing an outer fluorescent material. 前記被覆ペプチド類が、システイン、グルタチオン、γ−Glu−ベンジル−Cys−Val、β−Asp−Cys−Gly、Glu−Cys−Gly、Asp−Cys−Gly、γ−Glu−Gly−Cys−Gly、β−Asp−Gly−Cys−Gly、Glu−Gly−Cys−Gly、Asp−Gly−Cys−Glyからなる群から選択されるペプチド類である、請求項5または6記載の水溶性近赤外蛍光材料の製造方法。   The coated peptides are cysteine, glutathione, γ-Glu-benzyl-Cys-Val, β-Asp-Cys-Gly, Glu-Cys-Gly, Asp-Cys-Gly, γ-Glu-Gly-Cys-Gly, The water-soluble near-infrared fluorescence according to claim 5 or 6, which are peptides selected from the group consisting of β-Asp-Gly-Cys-Gly, Glu-Gly-Cys-Gly, Asp-Gly-Cys-Gly. Material manufacturing method. 請求項5〜7いずれかに記載の水溶性近赤外蛍光材料の製造方法によって製造される、水溶性近赤外蛍光材料。   The water-soluble near-infrared fluorescent material manufactured by the manufacturing method of the water-soluble near-infrared fluorescent material in any one of Claims 5-7. 近赤外領域に発光帯を有する半導体量子ドット、
該半導体量子ドットの表面を被覆する、システイン、および2〜8のアミノ酸残基から構成されおよび該アミノ酸残基中に1またはそれ以上のシステイン残基が含まれるペプチドからなる群から選択される被覆ペプチド類から構成される層である、被覆層、
該被覆層に化学結合した、元素包接基、および
該元素包接基に包接された、Gd(III)、Mn(II)、Mn(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、Cr(III)、Co(II)、Ni(II)、Dy(III)、Tb(III)、Nd(III)、Fe64Cu、67Ga、68Ga、99mTc、90Y、153Sm、166Ho、186Re、188Re、165Dy、111In、201Tc、18F、77Br、123I、124I、125I、126I、131I、201Tlからなる群から選択される元素、
を有する、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料。
A semiconductor quantum dot having an emission band in the near infrared region,
A coating selected from the group consisting of cysteine and a peptide composed of 2 to 8 amino acid residues and containing one or more cysteine residues in the amino acid residues, covering the surface of the semiconductor quantum dots A coating layer, which is a layer composed of peptides,
Elemental inclusion groups chemically bonded to the coating layer, and Gd (III), Mn (II), Mn (III), Fe (II), Fe (III), which are included in the element inclusion group, Cu (II), Cr (III), Co (II), Ni (II), Dy (III), Tb (III), Nd (III), Fe 3 O 4 , 64 Cu, 67 Ga, 68 Ga, 99 m From Tc, 90 Y, 153 Sm, 166 Ho, 186 Re, 188 Re, 165 Dy, 111 In, 201 Tc, 18 F, 77 Br, 123 I, 124 I, 125 I, 126 I, 131 I, 201 Tl An element selected from the group consisting of
A multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material.
前記半導体量子ドットが、CdSe1−xTeコア/CdSシェル(式中x=0.2〜1である)からなる、コアシェル構造の半導体量子ドットである、請求項9記載のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料。 The multimodal water-soluble compound according to claim 9, wherein the semiconductor quantum dot is a semiconductor quantum dot having a core-shell structure composed of CdSe 1-x Te x core / CdS shell (where x = 0.2 to 1). Near-infrared fluorescent material. 前記被覆ペプチド類が、システイン、グルタチオン、γ−Glu−ベンジル−Cys−Val、β−Asp−Cys−Gly、Glu−Cys−Gly、Asp−Cys−Gly、γ−Glu−Gly−Cys−Gly、β−Asp−Gly−Cys−Gly、Glu−Gly−Cys−Gly、Asp−Gly−Cys−Glyからなる群から選択されるペプチド類である、請求項9または10記載のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料。   The coated peptides are cysteine, glutathione, γ-Glu-benzyl-Cys-Val, β-Asp-Cys-Gly, Glu-Cys-Gly, Asp-Cys-Gly, γ-Glu-Gly-Cys-Gly, The multimodal water-soluble near-red color according to claim 9 or 10, which is a peptide selected from the group consisting of β-Asp-Gly-Cys-Gly, Glu-Gly-Cys-Gly, Asp-Gly-Cys-Gly. Outside fluorescent material. 請求項5〜7いずれかに記載の方法により得られた水溶性近赤外蛍光材料の、被覆層中に存在する反応性官能基と、元素包接基含有化合物と、を化学結合させる、元素包接基導入工程、
導入された元素包接基に、Gd(III)、Mn(II)、Mn(III)、Fe(II)、Fe(III)、Cu(II)、Cr(III)、Co(II)、Ni(II)、Dy(III)、Tb(III)、Nd(III)、Fe64Cu、67Ga、68Ga、99mTc、90Y、153Sm、166Ho、186Re、188Re、165Dy、111In、201Tc、18F、77Br、123I、124I、125I、126I、131I、201Tlからなる群から選択される元素を導入する、元素導入工程、
を包含する、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料の製造方法。
The element which chemically bonds the reactive functional group which exists in a coating layer, and the element inclusion group containing compound of the water-soluble near-infrared fluorescent material obtained by the method in any one of Claims 5-7. Inclusion group introduction process,
Introduced element inclusion groups include Gd (III), Mn (II), Mn (III), Fe (II), Fe (III), Cu (II), Cr (III), Co (II), Ni (II), Dy (III), Tb (III), Nd (III), Fe 3 O 4 , 64 Cu, 67 Ga, 68 Ga, 99m Tc, 90 Y, 153 Sm, 166 Ho, 186 Re, 188 Re 165 Dy, 111 In, 201 Tc, 18 F, 77 Br, 123 I, 124 I, 125 I, 126 I, 131 I, 201 Tl, introducing an element selected from the group consisting of:
A method for producing a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material, comprising:
請求項12記載のマルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料の製造方法によって製造される、マルチモーダル水溶性近赤外蛍光材料。   A multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material produced by the method for producing a multimodal water-soluble near-infrared fluorescent material according to claim 12.
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CN108083256A (en) * 2017-12-28 2018-05-29 大连工业大学 The preparation method of high fluorescence property fluorescent carbon quantum dot and its in Cr(VI)Application in detection
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050265922A1 (en) * 2004-04-20 2005-12-01 Emory University Multimodality nanostructures, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof
US20070269382A1 (en) * 2004-04-30 2007-11-22 Swadeshmukul Santra Nanoparticles and Their Use for Multifunctional Bioimaging

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050265922A1 (en) * 2004-04-20 2005-12-01 Emory University Multimodality nanostructures, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof
US20070269382A1 (en) * 2004-04-30 2007-11-22 Swadeshmukul Santra Nanoparticles and Their Use for Multifunctional Bioimaging

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6009028945; Bo Tang: 'Synthesis and Characterization of Wavelength-Tunable,Water-Soluble,and Near-Infrared-Emitting CdHgTe' Chem.Mater. Vol 19, 2007, p1212-1214 *
JPN6009028947; Wen Jiang: 'Optimizing the Synthesis of Red-to Near-IR-Emitting CdS-Capped CdTexSe1-x Alloyed Quantum Dots for B' Chem.Mater. Vol 18, 2006, p4845-4854 *

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