JP2009536152A - Non-peptide molecules for detecting and treating tumors - Google Patents

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Abstract

悪性腫瘍の最も普遍的な特性の1つは、それらの酸性である。オンコ−ツールは、腫瘍の早期の検出及び破壊のためにこの酸性を活用するように設計されている小非ペプチド合成分子である。各オンコ−ツールは、pH7.4において陰イオンで、親水性であり、そのため正常組織における細胞の負に荷電した表面から反発される。オンコ−ツールが腫瘍中のような酸性環境に入るとき、オンコ−ツール分子の一部は腫瘍の酸性領域内の細胞のような細胞に侵入するように設計されているそれらの非イオン親油形に転換する。オンコ−ツールの使用の前に、選択される放射性同位体をオンコ−ツールに結合させる。当放射性同位体が体外で検出することができる放射線を放射する場合、オンコ−ツールは腫瘍を検出する役割を果たすことができる。当放射性同位体が細胞を殺滅するのに有効な放射線を放射する場合、オンコ−ツールは腫瘍を治療する役割を果たすことができる。  One of the most common characteristics of malignant tumors is their acidity. Onco-tools are small non-peptide synthetic molecules that are designed to exploit this acidity for early detection and destruction of tumors. Each onco-tool is anionic at pH 7.4 and is hydrophilic, so it is repelled from the negatively charged surface of cells in normal tissue. Those non-ionic lipophilic forms that are designed to invade cells such as cells within the acidic region of the tumor when the onco-tool enters an acidic environment such as in a tumor. Convert to Prior to use of the onco-tool, the selected radioisotope is coupled to the onco-tool. When the radioisotope emits radiation that can be detected outside the body, the onco-tool can serve to detect the tumor. If the radioisotope emits radiation that is effective to kill cells, the onco-tool can serve to treat the tumor.

Description

本発明は、腫瘍を検出し、治療する目的のために対象における腫瘍の酸性領域に選択的に捕捉されるのに有効な組成物に関する。   The present invention relates to a composition that is effective to be selectively captured in the acidic region of a tumor in a subject for purposes of detecting and treating the tumor.

酸性:腫瘍の利用できるほぼ普遍的な特性
1930年に著名な生理学者Otto Warburgは、悪性腫瘍の最も普遍的な特性の1つはそれらの酸性であると報告した。その後の研究により、そのような酸性は、腫瘍が直径約1mm以上に成長するためには新たな血管を誘発しなければならないために生ずることが示唆された。腫瘍誘発性血管は不十分な間隔で配置され、異常であるため、そのような毛細血管から数十ミクロンを超えて離れた腫瘍の領域は一般に低酸素(酸素不足)になる。腫瘍のそのような低酸素領域における細胞は、死滅するか、又はそれらの乳酸の排出をもたらす解糖代謝に転換する。腫瘍における循環が不十分であるため、排出された乳酸は、腫瘍の低酸素領域の細胞の間の間隙に蓄積する。これが、毛細血管から最も遠い領域の最低の6.0から毛細血管の近くの約7.0までのpHが生ずる原因となり得る。ちなみに、正常な組織における間隙のpHは、約7.3〜pH7.5に厳格に調節されている。
Acidity: Almost universal properties available for tumors :
In 1930, the prominent physiologist Otto Warburg reported that one of the most universal properties of malignant tumors is their acidity. Subsequent studies have suggested that such acidity arises because new blood vessels must be induced in order for the tumor to grow to about 1 mm in diameter. Because tumor-causing blood vessels are poorly spaced and abnormal, areas of the tumor more than tens of microns away from such capillaries are generally hypoxic (oxygen deficient). Cells in such hypoxic regions of the tumor die or are converted to glycolytic metabolism that results in their lactate excretion. Due to insufficient circulation in the tumor, excreted lactic acid accumulates in the interstices between cells in the hypoxic region of the tumor. This can cause a pH of from the lowest 6.0 in the region farthest from the capillary to about 7.0 near the capillary. Incidentally, the pH of the gap in normal tissue is strictly adjusted to about 7.3 to pH 7.5.

腫瘍の酸性領域における休止細胞:癌治療における大きい未検討の課題
上述のように、腫瘍の酸性は、腫瘍毛細血管からの距離の増加とともに一般に増大する。毛細血管に近接するほぼ正常なpHの腫瘍細胞は高い代謝率及び速い細胞分裂を示すが、毛細血管からより離れた距離にあるより高い酸性の領域の腫瘍細胞はより低い代謝率を有し、緩やかに分裂するか、又はまったく分裂しない。迅速分裂腫瘍細胞と比較して、休止と呼ばれる緩徐分裂及び非分裂腫瘍細胞は、放射線及び有毒化学物質などの細胞障害作用因子に対して実質的により抵抗性である。
Resting cells in the acidic region of the tumor: a major unexamined challenge in cancer treatment
As mentioned above, tumor acidity generally increases with increasing distance from tumor capillaries. Nearly normal pH tumor cells close to the capillaries show a high metabolic rate and fast cell division, whereas tumor cells in higher acid regions that are further away from the capillaries have a lower metabolic rate, Split slowly or not at all. Compared to rapidly dividing tumor cells, slowly dividing and non-dividing tumor cells called resting are substantially more resistant to cytotoxic agents such as radiation and toxic chemicals.

従来の癌療法(放射線及び化学療法)は、ほとんどの正常組織に特有な緩徐分裂及び非分裂細胞を温存しながら、迅速分裂細胞を殺滅するそれらの能力のために主として選択されたので、そのような従来の癌療法は、毛細血管に近いほぼ正常なpHの迅速分裂腫瘍細胞を殺滅するのにかなり有効である。しかし驚くに当たらないことに、それらの同じ療法は、腫瘍のより酸性の領域における緩徐分裂及び非分裂休止細胞に対してむしろ無効である。したがって、従来の癌療法は、当該腫瘍の低酸素/酸性領域における休止細胞を温存しながら、十分に酸素化された迅速分裂腫瘍細胞を主として殺滅する。迅速分裂細胞のこの初期の殺滅は腫瘍を寛解に導き、一方、殺滅された細胞は身体の正常な浄化過程により処分される。しかし、この浄化過程中、大抵は、腫瘍の酸性領域における生存治療抵抗性休止細胞は、十分な酸素、栄養の取込み及び廃棄物処分を徐々に回復し、これが、それが高代謝率及び迅速細胞分裂に戻ることを可能にする。以前に休止していた腫瘍細胞のこの細胞新生は、癌によるほとんどの死亡の原因である案じられる再発につながる。   Traditional cancer therapies (radiation and chemotherapy) have been selected primarily for their ability to kill rapidly dividing cells while preserving the slow and non-dividing cells typical of most normal tissues. Such conventional cancer therapies are quite effective at killing rapidly dividing tumor cells at near normal pH close to capillaries. Not surprisingly, however, these same therapies are rather ineffective against slow dividing and non-dividing resting cells in the more acidic areas of the tumor. Thus, conventional cancer therapies primarily kill well-oxygenated rapidly dividing tumor cells while preserving resting cells in the hypoxic / acidic region of the tumor. This early killing of rapidly dividing cells leads to tumor remission, while killed cells are disposed of by the body's normal cleansing process. However, during this purification process, most of the surviving treatment-resistant resting cells in the acidic region of the tumor gradually recover sufficient oxygen, nutrient uptake and waste disposal, which is a high metabolic rate and rapid cell Allows to return to division. This neoplasia of previously resting tumor cells leads to a possible relapse that is responsible for most deaths from cancer.

治療のために腫瘍の低酸素/酸性領域を活用する従来の努力
腫瘍の低酸素/酸性特性は、75年間にわたり知られており、そのような特性が治療に活用することができる可能性があるということは長年にわたり推測されていた。しかし、最近まで、これらの特性を活用するほとんどの成功を収めた努力は低酸素に焦点が合わせられていた。具体的には、低酸素細胞においてかなりの細胞毒性を示すと同時に、酸素正常状態細胞において最小限の細胞毒性を示す物質が開発された。そのような1つの物質は、臨床試験段階に進んでいる。
Traditional efforts to exploit the hypoxic / acidic region of the tumor for treatment :
The hypoxic / acidic properties of tumors have been known for 75 years and it has long been speculated that such properties could be used for therapy. However, until recently, most successful efforts to exploit these properties focused on hypoxia. Specifically, substances have been developed that exhibit considerable cytotoxicity in hypoxic cells while at the same time exhibiting minimal cytotoxicity in normoxic cells. One such substance has entered the clinical trial phase.

腫瘍における低酸素を活用することに比較して、腫瘍の酸性を活用することに焦点を合わせる努力ははるかに少なかった。1つの不成功のアプローチは、組織における酸性pHがそれらの細胞を熱損傷に対して敏感にするように作用するという所見に基づいていた。しかし、細胞のこの酸媒介性熱感受性を活用する努力は、期待はずれの結果をもたらした。   Compared to exploiting hypoxia in tumors, much less effort was focused on exploiting tumor acidity. One unsuccessful approach was based on the finding that the acidic pH in the tissue acts to sensitize those cells to thermal damage. However, efforts to take advantage of this acid-mediated heat sensitivity of the cells have resulted in disappointing results.

腫瘍における酸性に関連する他のアプローチは、腫瘍における低pHが弱塩基性細胞毒性物質をイオン化し、それにより、それらを膜不透過性にし、ひいては、より正常なpHの領域における細胞中へのそのような物質の侵入と比較して腫瘍の酸性領域内への多数のそのような弱塩基性物質の侵入の選択的な減少をもたらすという事実に基づいている。これに関して、腫瘍における低pHを活用することを試みるのではなく、部分的に脱イオン化し、それにより、腫瘍の細胞中へのそのような弱塩基性細胞毒性物質の侵入を増大させるための手段として腫瘍におけるpHを上昇させることに努力を集中させた。そのような努力は、ある程度の成功を収めた。   Another approach related to acidity in tumors is that low pH in tumors ionizes weakly basic cytotoxic substances, thereby making them membrane impermeable and thus into cells in the more normal pH region Based on the fact that it leads to a selective reduction of the invasion of a large number of such weakly basic substances into the acidic area of the tumor compared to the invasion of such substances. In this regard, rather than attempting to exploit the low pH in the tumor, a means to partially deionize, thereby increasing the penetration of such weakly basic cytotoxic substances into the cells of the tumor As such, efforts were focused on raising the pH in the tumor. Such efforts have had some success.

本発明により密接に関連する他のアプローチは、腫瘍の間隙における低pHが弱酸性細胞毒性物質であるクロラムブシル(Chlorambucil)の部分的脱イオン化を引き起こすという事実(図1に示す)に依拠している。腫瘍の酸性領域におけるこのよく知られている弱酸性細胞毒性薬のイオン化の程度がより低いことの結果として、それが腫瘍の酸性領域の細胞における侵入の増加とひいてはより大きい細胞毒性を示すはずであると期待されよう。この期待は、Kozinらにより検定され、彼らは確立された方法を用いて担腫瘍マウスにおける腫瘍をより酸性にした(非特許文献1参照)。彼らは、予測通り、腫瘍における約0.3pH単位の低下が、弱酸(pKa5.8)クロラムブシルによってもたらされた腫瘍成長遅延の1.7倍と大きくない改善と一致していたことを報告した。彼らの論文の結論において、彼らは「我々の知る限り、CHL(クロラムブシル)は、適切なpKa≦6.5を有する弱酸である唯一の臨床的治療薬である。したがって、本試験は、類似の弱酸特性を示す新規且つ強力な薬物の設計、及び細胞内取込みへの拡散の寄与の根拠を提供する。またここに示すように、そのような化合物と放射線及び/又はpH勾配の調節因子との併用は、治療反応を最大限に増大させるさらなる機会を提供する。」と書いた。   Another approach that is more closely related to the present invention relies on the fact that a low pH in the tumor gap causes partial deionization of the weakly acidic cytotoxic agent chlorambucil (shown in FIG. 1). . As a result of the lower degree of ionization of this well-known weakly acidic cytotoxic drug in the acidic region of the tumor, it should exhibit increased invasion and thus greater cytotoxicity in cells in the acidic region of the tumor. Expect it to be. This expectation was tested by Kozin et al., Who made tumors in tumor-bearing mice more acidic using established methods (see Non-Patent Document 1). They reported that, as expected, a decrease of about 0.3 pH units in the tumor was consistent with a modest improvement of 1.7 times the tumor growth delay caused by the weak acid (pKa5.8) chlorambucil. . In the conclusion of their paper, they said, “As far as we know, CHL (chlorambucil) is the only clinical therapeutic that is a weak acid with an appropriate pKa ≦ 6.5. Provide a basis for the design of new and potent drugs that exhibit weak acid properties and the contribution of diffusion to intracellular uptake, and as shown here, between such compounds and modulators of radiation and / or pH gradients. The combination offers an additional opportunity to maximize the therapeutic response. "

前述の論文において、著者らは、既製の細胞毒性薬クロラムブシルの有効性の大きくない増大を示す彼らの結果は高い有効性を示すことのできる新たな弱酸細胞毒性抗癌薬の設計の根拠を提供したことに言及したが、そのような薬物の見込みのある分子構造に関する指針は示されず、弱酸機能と細胞毒性機能の両方を適切な薬物構造に組み込むのにどのように取りかかるのかに関する指針は示されず、どのような固有の特性が望ましいのかについての指針は示されず、そのような弱酸細胞毒性薬物の設計、製造又は試験にどのように取りかかるのかに関する指針は示されず、また、そのような細胞毒性薬の適用又は使用方法に関する指針も示されなかった。改善された有効性の新規な弱酸細胞毒性薬はクロラムブシルモデルに基づいて設計することができるという著者らの提案におけるより重大な制約は、そのような薬物が選択的に侵入するように設計されている腫瘍の酸性領域にある休止細胞が、それらの細胞が休止しているため、従来の細胞毒性薬に対して特に抵抗性であることである。したがって、クロラムブシルなどの従来の細胞毒性薬は、それらを使用することが提案された腫瘍の酸性領域における休止細胞を殺滅するのに不十分であるという強い事例を作ることができる。   In the aforementioned paper, the authors provide a basis for the design of new weak acid cytotoxic anticancer drugs that can demonstrate high efficacy, with their results showing a modest increase in the efficacy of the off-the-shelf cytotoxic drug chlorambucil However, there is no guidance on the likely molecular structure of such drugs, and no guidance on how to go about incorporating both weak acid and cytotoxic functions into the appropriate drug structure. There is no guidance on what specific properties are desirable, no guidance on how to design, manufacture or test such weak acid cytotoxic drugs, and such cytotoxic drugs No guidance was given on how to apply or use it. A more serious limitation in our proposal that novel weak acid cytotoxic drugs with improved efficacy can be designed based on the chlorambucil model is designed to selectively penetrate such drugs The resting cells in the acidic region of the tumor being treated are particularly resistant to conventional cytotoxic drugs because they are resting. Thus, conventional cytotoxic drugs such as chlorambucil can make a strong case that their use is insufficient to kill resting cells in the acidic area of the tumor.

その代わりに、Summerton(オンコ−ツール(onco−tool)の発明者)は、腫瘍の酸性領域における休止細胞を効果的に破壊するのに必要なものは、それらの治療抵抗性休止腫瘍細胞を決定的に破壊するのに十分な細胞生存能に対する特に破壊的影響を及ぼす特別に設計された薬物であると強く主張する。細胞生存能に対する破壊的影響のこの要件と組み合わされるものは、そのような薬物が、正常組織における細胞から大部分排除されると同時に腫瘍の細胞内に効果的に送達されるという同時要件である。   Instead, Summerton (inventor of onco-tool) determines what is necessary to effectively destroy resting cells in the acidic region of the tumor, and determines those treatment-resistant resting tumor cells. Argues that it is a specially designed drug that has a particularly destructive effect on cell viability that is sufficient to disrupt it. Combined with this requirement of destructive effects on cell viability is the simultaneous requirement that such drugs be largely eliminated from cells in normal tissue and at the same time be effectively delivered into tumor cells .

背景技術
腫瘍の酸性を活用するために従来の弱酸細胞毒性薬を使用するKozinらの提案と異なり、かなり前にオンコ−ツールの発明者であるDr.James Summertonは、広範囲の腫瘍のより安全且つより有効な療法を提供する目的で、正常組織と腫瘍の酸性領域とのpHの差を活用するために明確に設計された新規なペプチド組成物の開発を開始した。それらの大ペプチド組成物(一般に2000〜4000ダルトンの範囲の質量を有する)は、「エンベッダー及びトランスポーターペプチド」と呼ばれている。それらの構造及び腫瘍を検出し、治療するための使用の方法は、係属中の特許文献1及び2006年11月7日発行の特許文献2(両方の発明者Dr.James E.Summerton)に開示されている。そのようなエンベッダー及びトランスポーターペプチドは担腫瘍マウスにおける腫瘍にかなり選択的に侵入することが認められたが、それにもかかわらず、マウス試験からの実験結果は、そのようなペプチドは所望のものより低い特異性及び有効性を達成することを示唆している。それらはまた、腎臓における過度の再取込みを受けるように思われた。これは、診断適用において望ましくなく、治療適用において許容できない。
Background technology :
Unlike the proposal of Kozin et al., Which uses conventional weak acid cytotoxic drugs to take advantage of the acidity of the tumor, Dr. James Summerton develops a novel peptide composition specifically designed to take advantage of the difference in pH between normal tissue and the acidic region of the tumor in order to provide a safer and more effective therapy for a wide range of tumors Started. These large peptide compositions (generally having a mass in the range of 2000-4000 daltons) are referred to as “embedder and transporter peptides”. Their structure and methods of use to detect and treat tumors are disclosed in pending US Pat. No. 5,057,086 and US Pat. No. 5,037,028 issued Nov. 7, 2006 (both inventors Dr. James E. Summerton). Has been. Although such embedder and transporter peptides were found to penetrate tumors in tumor-bearing mice fairly selectively, nonetheless, experimental results from mouse studies showed that such peptides were more desirable than desired. Suggests achieving low specificity and efficacy. They also appeared to undergo excessive reuptake in the kidney. This is undesirable in diagnostic applications and unacceptable in therapeutic applications.

エンベッダー及びトランスポーターペプチドの限界を考慮して、Summertonは、以前のエンベッダー及びトランスポーターペプチドと比較して相当に改善された特異性、有効性及び安全性を達成するという目的で、オンコ−ツールと呼ばれる全面的に新たなクラスの小非ペプチド薬物を案出するための探求にその後着手した。本発明を含むこれらの小非ペプチドオンコ−ツールは、本発明者であるDr.James E.Summertonによって2006年3月30日に出願した特許文献3、2006年6月7日に出願した特許文献4及び特許文献5においてのみ開示された。   Considering the limitations of embedders and transporter peptides, Summerton is an onco-tool that aims to achieve significantly improved specificity, efficacy and safety compared to previous embedders and transporter peptides. The quest to come up with an entirely new class of small non-peptide drugs called later began. These small non-peptide onco-tools, including the present invention, are the subject of Dr. James E.M. It was disclosed only in Patent Document 3 filed on March 30, 2006 by Summerton and in Patent Document 4 and Patent Document 5 filed on June 7, 2006.

米国特許出願第11/069,849号明細書US patent application Ser. No. 11 / 069,849 米国特許第7,132,393号明細書US Pat. No. 7,132,393 米国特許出願第11/395,487号明細書US patent application Ser. No. 11 / 395,487 米国特許出願第11/449,495号明細書US patent application Ser. No. 11 / 449,495 米国特許出願第11/449,508号明細書US patent application Ser. No. 11 / 449,508 Cancer Research Vol. 61, pages 4740-4743 (2001)Cancer Research Vol. 61, pages 4740-4743 (2001) Thibonnel, et al., Tetrahedron Letters, Vol. 39, page 4277 (1998)Thibonnel, et al., Tetrahedron Letters, Vol. 39, page 4277 (1998) Miyake & Yamamura, Chemistry Letters, pages 981-984 (1989)Miyake & Yamamura, Chemistry Letters, pages 981-984 (1989) Marshall & Bourbeau, Tetrahedron Letters, Vol. 44, pages 1087-1089 (2003)Marshall & Bourbeau, Tetrahedron Letters, Vol. 44, pages 1087-1089 (2003) Corriu, Geng, & Moreau, J. Org. Chem. Vol. 58, page 1443 (1993)Corriu, Geng, & Moreau, J. Org. Chem. Vol. 58, page 1443 (1993) Zalutsky, page 96 of Chapter 4 titled: Radiohalogens for Radioimmunotherapy, in the book: Radioimmunotherapy of Cancer, Ed. by Abrams and Fritzberg, Pub. by Marcel Dekker, Inc. (2000)Zalutsky, page 96 of Chapter 4 titled: Radiohalogens for Radioimmunotherapy, in the book: Radioimmunotherapy of Cancer, Ed. By Abrams and Fritzberg, Pub. By Marcel Dekker, Inc. (2000) Zalutsky et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, Vol. 86, Pages 7149-7153 (1989)Zalutsky et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, Vol. 86, Pages 7149-7153 (1989) Vaidyanathan & Zalutsky, Nature Protocols, Vol. 1, Pages 1655-1661 (2006)Vaidyanathan & Zalutsky, Nature Protocols, Vol. 1, Pages 1655-1661 (2006) Goldman, Jacobsen, and Torssell, Synthesis in the Camphor Series. Alkylation of Quinones with Cycloalkyl Radicals. Attempted Synthesis of Lagopodin A and Desoxyhelicobasidin. Acta Chemica Scandinavica B 28 (1974) 492-500Goldman, Jacobsen, and Torssell, Synthesis in the Camphor Series.Alkylation of Quinones with Cycloalkyl Radicals. Attempted Synthesis of Lagopodin A and Desoxyhelicobasidin. Acta Chemica Scandinavica B 28 (1974) 492-500 Brian Thomas Connell, Synthesis and Evaluation of a New Camphor-Derived Lactam as a General Chiral Auxiliary for the Asymmetric Diels-Alder and Aldol Reaction. Thesis submitted to the Dept. of Chemistry, University of Rochester, Rochester, New York (1995)Brian Thomas Connell, Synthesis and Evaluation of a New Camphor-Derived Lactam as a General Chiral Auxiliary for the Asymmetric Diels-Alder and Aldol Reaction.Thesis submitted to the Dept. of Chemistry, University of Rochester, Rochester, New York (1995) Naeslund & Swenson (1953) Acta Obstet. Gyneocol. Scand. 32, 359-367)Naeslund & Swenson (1953) Acta Obstet. Gyneocol. Scand. 32, 359-367) Jahde et. al., (1992) Cancer Research 52, 6209-6215Jahde et.al., (1992) Cancer Research 52, 6209-6215 Kuin et al., (1994) Cancer Research 54, 3785-3792)。Kuin et al., (1994) Cancer Research 54, 3785-3792). Adachi and Tannock (1999) Oncology Research 11, 179-185Adachi and Tannock (1999) Oncology Research 11, 179-185

本発明の目的は、酸性領域を含む腫瘍を検出し、治療するための非ペプチド組成物及び方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide non-peptide compositions and methods for detecting and treating tumors containing acidic regions.

腫瘍の早期検出及び破壊のための腫瘍の酸性を活用するオンコ−ツール
本発明のオンコ−ツールは、腫瘍を検出し、治療するために設計された新規なクラスの分子である。各オンコ−ツールは、より高pHにおける陰イオン親水性形とより低pHにおける非イオン親油性形とに容易に転換する2つ又はそれを超えるpH転換成分を含む。各オンコ−ツールはまた、オンコ−ツールの診断又は治療上の役割を果たすのに適する選択される放射性同位体に結合するのに有効な積荷成分を含む。オンコ−ツールは、一般に約300〜1500ダルトンの範囲にある(放射性同位体の質量を数えない)質量を有する比較的小さい非ペプチド合成分子からなる。
An onco-tool that takes advantage of tumor acidity for early detection and destruction of tumors :
The onco-tools of the present invention are a new class of molecules designed to detect and treat tumors. Each onco-tool contains two or more pH converting components that readily convert to an anionic hydrophilic form at higher pH and a nonionic lipophilic form at lower pH. Each onco-tool also includes a cargo component that is effective to bind to a selected radioisotope suitable for serving the onco-tool diagnostic or therapeutic role. Onco-tools consist of relatively small non-peptide synthetic molecules having a mass (not counting the mass of radioisotopes) generally in the range of about 300-1500 daltons.

正常組織の中性pHにおいて、オンコ−ツールは、細胞の負に荷電した表面から反発され、腎臓により容易に排泄されるように設計されているそれらの水溶性の負に荷電した形で存在する。逆に、オンコ−ツールが腫瘍の酸性領域に侵入するとき、オンコ−ツール分子の一部は、近くの細胞に速やかに侵入するように設計されているそれらの非イオン親油形に転換する。したがって、オンコ−ツールのある用量を人に注射したとき、その人が直径が約1mmを超える腫瘍を有する場合、注射量の一部は腫瘍の酸性領域の細胞内に速やかに侵入して留まり、残りの量は腎臓により排泄される。言い換えれば、オンコ−ツールは、a)正常組織における細胞から反発され、b)腫瘍の酸性領域内に捕捉されるという重要な特性を有するように設計され、c)腫瘍の酸性領域内に捕捉されないオンコ−ツールは腎臓を経て身体から速やかに除去されるように設計されている。   At neutral pH in normal tissues, onco-tools exist in their water-soluble negatively charged form that is designed to be repelled from the negatively charged surface of cells and easily excreted by the kidneys. . Conversely, when onco-tools enter the acidic area of the tumor, some of the onco-tool molecules convert to their non-ionic lipophilic forms that are designed to rapidly enter nearby cells. Thus, when a person is injected with a dose of onco-tool, if the person has a tumor that is greater than about 1 mm in diameter, a portion of the injected volume will quickly penetrate into the cells in the acidic region of the tumor, The remaining amount is excreted by the kidneys. In other words, the onco-tool is designed to have the important properties of a) repelled from cells in normal tissue, b) trapped within the acidic region of the tumor, and c) not trapped within the acidic region of the tumor. Onco-tools are designed to be quickly removed from the body via the kidneys.

オンコ−ツールの使用の前に、選択される放射性同位体をオンコ−ツールに結合させる。結合させた放射性同位体は、オンコ−ツールの診断又は治療上の役割を果たす。診断上の役割は、腫瘍内のオンコ−ツールの存在を体外の検出器に報告することである。治療上の役割は、腫瘍を破壊することである。   Prior to use of the onco-tool, the selected radioisotope is coupled to the onco-tool. The combined radioisotope plays an onco-tool diagnostic or therapeutic role. The diagnostic role is to report the presence of an onco-tool within the tumor to a detector outside the body. The therapeutic role is to destroy the tumor.

診断用オンコ−ツール
腫瘍間の変動が大きいため、成功裏に治療することができる十分に早期(好ましくは転移し、顕性症状を示し、又は重篤な臓器損傷をもたらす前)の広範囲の腫瘍型のルーチンでの検出は、医学の未達成の目標であった。腫瘍のルーチンの早期検出における困難の多くは、ほとんど又はすべての腫瘍に共通であり、腫瘍のルーチン及び利用可能な早期検出のために効果的に利用することができるある種の特性を特定することにあった。現代の撮像技術と組み合わされた、体外で容易に検出できるシグナルを放射する適切な放射性同位体(例えば、ガンマ線又は陽電子放射体)を有するオンコ−ツールは、ほとんど又はすべての腫瘍型の非常に早期の検出を安全に行うことができるように設計されている。
Onco tools for diagnosis :
Due to the large variation between tumors, it is routine enough for a wide range of tumor types to be treated early enough (preferably before metastasis, manifesting symptoms, or causing severe organ damage) Detection was an unachieved goal of medicine. Many of the difficulties in routine early detection of tumors are common to most or all tumors and identify certain characteristics that can be used effectively for routine and available early detection of tumors It was in. Onco-tools with appropriate radioisotopes (eg, gamma rays or positron emitters) that emit signals that can be easily detected outside the body, combined with modern imaging techniques, are very early in most or all tumor types. It is designed so that it can be detected safely.

診断用オンコ−ツールは、顕微鏡的サイズより大きい本質的にすべての腫瘍の非常に早期の検出を可能にするためにルーチンの年1回の身体的検査に広く用いられるように設計されている。したがって、単一の診断用オンコ−ツールは、乳房マンモグラム、パパニコロー塗抹標本、前立腺検査及び大腸内視鏡検査などの広範囲の現行の腫瘍診断法の優れた包括的な代替としての役割を果たす可能性がある。さらに、多くの腫瘍型は、次に問題の根本原因を特定するために網羅的且つ非常に費用のかかる診断処置を必要とする、疼痛、臓器の機能不全、又は他のいくつかの一般的症状若しくは一連の症状により顕在化する発育のかなり後期に達するまで、現在のところ定法により検出することはできないことを理解すべきである。そのような腫瘍が検出される時までに、治療の成功(少なくとも現在承認されている療法による)を望むにはしばしばあまりにも進展している。これに関して、診断用オンコ−ツールは、そのような診断困難な腫瘍のルーチンの早期検出という全面的に新しい能力を有する見込みがある。   The diagnostic onco-tool is designed to be widely used for routine annual physical examination to allow very early detection of essentially all tumors larger than the microscopic size. Thus, a single diagnostic onco-tool could serve as an excellent and comprehensive alternative to a wide range of current tumor diagnostic methods such as breast mammograms, Papanicolaou smears, prostate examinations and colonoscopy There is. In addition, many tumor types then require pain, organ dysfunction, or some other common symptom that requires an exhaustive and very expensive diagnostic procedure to identify the root cause of the problem Or it should be understood that at present, it cannot be detected by routine methods until a very late stage of development manifested by a series of symptoms. By the time such a tumor is detected, it is often too advanced to wish for a successful treatment (at least with currently approved therapies). In this regard, diagnostic onco-tools are likely to have an entirely new capability for routine early detection of such difficult-to-diagnose tumors.

治療用オンコ−ツール
治療用オンコ−ツールは、腫瘍の安全且つ効果的な破壊をもたらすために腫瘍の酸性特性を活用するように設計されている。最適な結果を得るために、2つのオンコ−ツール製剤の組合せを用いるべきである。1つの製剤は、腫瘍の酸性領域(図2参照)における隣接する放射線抵抗性休止細胞を殺滅するのに有効である超高エネルギーアルファ粒子などの短経路長高線型エネルギー転移放射線を放射する放射性同位体を有する。他の製剤は、毛細血管に近いより遠放射線感受性迅速分裂腫瘍細胞を殺滅するのに有効な中経路長中エネルギーベータ粒子を放射する放射性同位体を有する。併用する場合、これらの2つの製剤は、体内の他の細胞にほとんど又はまったく損傷を与えずに、腫瘍全体を効果的に殺滅するように設計されている。結果として、治療用オンコ−ツールは、ほとんど又はすべての腫瘍におけるすべての細胞型に対して有効であるように設計され、したがって、ほとんど又はまったく再発なしに、はるかに毒性が低く、はるかに有効な腫瘍の療法である見込みがある。
Onco tools for treatment :
The therapeutic onco-tool is designed to take advantage of the acidic properties of the tumor to provide safe and effective destruction of the tumor. For optimal results, a combination of two onco-tool formulations should be used. One formulation is radioactive that emits short path length high linear energy transfer radiation such as ultra high energy alpha particles that are effective in killing adjacent radioresistant resting cells in the acidic region of the tumor (see FIG. 2). Has an isotope. Other formulations have a radioisotope that emits energy beta particles in the mid-path length effective to kill more far-radiosensitive rapidly dividing tumor cells near the capillaries. When used in combination, these two formulations are designed to effectively kill the entire tumor with little or no damage to other cells in the body. As a result, therapeutic onco-tools are designed to be effective against all cell types in most or all tumors and are therefore much less toxic and much more effective with little or no recurrence Expected to be a tumor therapy.

用語の定義
本明細書で用いる用語は、特に断らない限り、以下の特定の意味を有する。
Definition of terms :
The terms used in this specification have the following specific meanings unless otherwise specified.

「含む(comprising)」、「有する(having)」、「含む(containing)」及び「含む(including)」という語並びにその他の形は、意味が同等であり、これらの語のいずれか1つの次にくる1つの項目又は複数の項目がそのような1つの項目又は複数の項目の網羅的な列挙であることを意味しない、或いは列挙された1つの項目又は複数の項目のみに限定されることを意味しないという点で、限定範囲が定められていないことを意図する。   The terms “comprising”, “having”, “containing” and “including” and other forms are equivalent in meaning, and the next of any one of these terms It does not mean that an item or items in the list is an exhaustive list of such items or items, or is limited to only one or more items listed It is intended that a limited range is not defined in that it does not mean.

「で構成される」、「からなる」という語並びにその他の形は、意味が同等であり、これらの語のいずれか1つの次にくる1つの項目又は複数の項目がそのような1つの項目又は複数の項目の網羅的な列挙であり、列挙された1つの項目又は複数の項目のみに限定されることを意味するという点で、限定範囲が定められていることを意図する。   The words “consisting of”, “consisting of” and other forms are equivalent in meaning, and the item or items that follow any one of these terms are such one item. Alternatively, it is an exhaustive list of a plurality of items, and it is intended that a limited range is defined in the sense that it is limited to only one item or a plurality of items listed.

pHスイッチ成分−より高いpHでの陰イオン親水性形とより低いpHでの非イオン親油性形との間のpH媒介性転移を受けることができるオンコ−ツールの構造成分。   pH switch component—an onco-tool structural component capable of undergoing a pH-mediated transition between an anionic hydrophilic form at higher pH and a non-ionic lipophilic form at lower pH.

高度pHスイッチ成分−内部酸特異的水素結合を形成するように設計されたpHスイッチ成分。高度pHスイッチは、以下の特性を有する。   Advanced pH switch component-pH switch component designed to form internal acid-specific hydrogen bonds. The advanced pH switch has the following characteristics.

a)4員環、5員環及び6員環からなる群から選択される脂肪族環構造を含み、
b)脂肪族環構造に直接結合したカルボン酸部分を含み、
c)カルボン酸部分が、結合した電子求引基から少なくとも2個の炭素によって分離されており、
d)i)脂肪族環構造の一部、
ii)脂肪族環構造に直接結合したもの、
iii)脂肪族環構造に1個の原子を介して結合したもの
からなる群から選択されるH結合アクセプター部分を含み、
e)H結合アクセプター部分が、その非イオン形において、H結合ドナー部分としての役割を果たさない構造を有し、
f)カルボン酸部分及び前記H結合アクセプター部分が、近接して位置決めされ、内部酸特異的H結合の形成に適合するように適切に位置決めされ、配向されている。
a) an aliphatic ring structure selected from the group consisting of a 4-membered ring, a 5-membered ring and a 6-membered ring,
b) containing a carboxylic acid moiety directly attached to the aliphatic ring structure;
c) the carboxylic acid moiety is separated from the attached electron withdrawing group by at least two carbons;
d) i) part of an aliphatic ring structure,
ii) directly bonded to an aliphatic ring structure;
iii) comprising an H-bond acceptor moiety selected from the group consisting of those bonded to an aliphatic ring structure through one atom;
e) the H bond acceptor moiety has a structure that, in its non-ionic form, does not serve as an H bond donor moiety;
f) The carboxylic acid moiety and the H-bond acceptor moiety are positioned in close proximity and appropriately positioned and oriented to be compatible with the formation of internal acid-specific H bonds.

積荷成分−オンコ−ツールの存在を報告するのに有効である、或いは細胞を殺滅するのに有効である放射性同位体に結合する役割を果たすオンコ−ツールの構造成分。積荷成分は、放射性同位体に結合する準備が整った前駆体形又は放射性同位体を含む最終形として存在することができる。   Cargo component—A structural component of an onco-tool that serves to bind to a radioisotope that is effective in reporting the presence of an onco-tool or is effective in killing cells. The cargo component can exist as a precursor form ready to bind to a radioisotope or as a final form containing a radioisotope.

前駆体形の積荷成分−選択される放射性同位体に容易に結合することができる構造を有するが、未だ放射性同位体に結合していない積荷成分。この前駆体形の積荷成分を有するオンコ−ツールは、長期保存に適している。   Precursor form cargo component—a cargo component that has a structure that can be easily bound to a selected radioisotope but is not yet bound to a radioisotope. An onco-tool with this precursor form of the cargo component is suitable for long-term storage.

最終形の積荷成分−少なくとも1つの結合放射性同位体を含む積荷成分。この最終形の積荷成分を有するオンコ−ツールは、酸性領域を含む腫瘍を検出し、且つ/又は殺滅する目的のための対象への送達に適している。   Final form cargo component—a cargo component comprising at least one bound radioisotope. An onco-tool with this final form of the cargo component is suitable for delivery to a subject for the purpose of detecting and / or killing tumors containing acidic regions.

オンコ−ツール−少なくとも2つのpHスイッチ成分及び少なくとも1つの積荷成分を含む非ペプチド組成物。   Onco-tool-a non-peptide composition comprising at least two pH switch components and at least one cargo component.

診断用オンコ−ツール−腫瘍内のオンコ−ツールの存在を診断処置を受ける対象の体外の検出器に報告するのに有効な放射性同位体を含むオンコ−ツール。   Diagnostic onco-tool—an onco-tool that contains a radioactive isotope effective to report the presence of an onco-tool within the tumor to a detector outside the subject undergoing diagnostic treatment.

治療用オンコ−ツール−細胞を殺滅するのに有効な放射性同位体を含むオンコ−ツール。   Therapeutic onco-tool—An onco-tool that contains a radioactive isotope effective to kill cells.

二重放射性同位体オンコ−ツール治療戦略−少なくとも2種のオンコ−ツールを用いて腫瘍を治療する治療戦略で、1つのオンコ−ツールが高線型転移エネルギー放射線を放射し、他のオンコ−ツールがベータ線放射性の放射性同位体を含むもの。   Dual Radioisotope Onco-Tool Treatment Strategy-A treatment strategy to treat a tumor with at least two onco-tools, one onco-tool emitting high linear transition energy radiation and the other onco-tool Contains beta-ray radioactive isotopes.

間隙(interstitial space)−血管床の外側及び細胞の外側にある組織又は腫瘍の領域。   Interstitial space-a region of tissue or tumor outside the vascular bed and outside the cells.

腫瘍の酸性領域−間隙が7.0未満のpHを有する腫瘍の領域。   Tumor acidic area-the area of the tumor with a pH of the gap less than 7.0.

生理学的条件−20℃〜40℃の範囲の温度及び約0.13M〜0.17Mの塩化ナトリウム濃度を有する水溶液。   Physiological conditions—an aqueous solution having a temperature in the range of 20 ° C. to 40 ° C. and a sodium chloride concentration of about 0.13 M to 0.17 M.

かなりの部分−約1%を超える。   Significant portion-over about 1%.

陰イオン親水性形−少なくとも1つの負電荷を有し、1未満のオクタノール/水分配係数を有する形。   Anionic hydrophilic form—a form having at least one negative charge and an octanol / water partition coefficient of less than 1.

非イオン親油性形−イオン性電荷を有さず、1を超えるオクタノール/水分配係数を有する形。   Nonionic lipophilic form-a form that has no ionic charge and has an octanol / water partition coefficient greater than 1.

有効性係数−pH6.4でそれらの非イオン形であるオンコ−ツール分子の割合。   Effectiveness factor-the proportion of onco-tool molecules that are in their non-ionic form at pH 6.4.

特異性係数−(pH6.4で非イオン形のオンコ−ツール分子の割合)を(pH7.4で非イオン形のオンコ−ツール分子の割合)で割った比。   Specificity factor—ratio of (ratio of non-ionic onco-tool molecules at pH 6.4) divided by (ratio of non-ionic onco-tool molecules at pH 7.4).

存在を報告するのに有効−ガンマ線又は陽電子などの放射が対象の体外で容易に検出できるシグナルを発生する放射性同位体。   Effective for reporting presence-a radioisotope that generates a signal that radiation, such as gamma rays or positrons, can easily be detected outside the subject's body.

pT−物質の親水性形と該物質の親油性形との間の転移の中間点におけるpH値であり、2つの形の間の転移は生理食塩水(又はある種の緩衝剤を含むほぼ同等物)中に5ミリモルで存在する該物質を用いて測定される。pT値は物質のpKa値と類似しているが、pT値は、物質のpKaと物質の親油性の両方による影響を受ける点が異なっている。pT値は、非イオン形が著しく親油性であり、したがって、滴定中に水溶液から脱落することがあるか、又は分配試験中に無極性相中に分配することがある、カルボキシル含有物質を説明するのに有用である。さらに、pT値は、ほぼ生理的濃度の食塩の存在下で測定され、したがって、in vivo環境中の被験物質の特性をよりよく反映する。   pH value at the midpoint of the transition between the hydrophilic form of the pT-substance and the lipophilic form of the substance, the transition between the two forms being saline (or approximately equivalent with some buffer) Measured with the substance present at 5 mmol in the product. The pT value is similar to the substance's pKa value, except that the pT value is affected by both the substance's pKa and the substance's lipophilicity. The pT value accounts for carboxyl-containing materials where the non-ionic form is significantly lipophilic and thus may fall out of the aqueous solution during titration or partition into the nonpolar phase during the partitioning test. Useful for. In addition, pT values are measured in the presence of approximately physiological concentrations of sodium chloride, and thus better reflect the properties of the test substance in the in vivo environment.

高線型エネルギー転移放射線を放射する放射性同位体−アルファ粒子を放射するか、或いはオーガー(Augar)及び/又はコスター−クロニク(Coster−Kronig)電子を放射する放射性同位体。   Radioisotope that emits high linear energy transfer radiation—radioisotope that emits alpha particles or emits Auger and / or Coster-Kronig electrons.

発明者−James E.Summerton,Ph.D.   Inventor-James E.M. Summerton, Ph. D.

開示の概要
A.オンコ−ツールの分子設計
1.pHスイッチ成分
a)pHスイッチの親油性を調節する
b)新規な酸特異的内部H結合をpHスイッチに組み込む
c)多pHスイッチ成分をオンコ−ツールに組み込む
2.積荷成分
a)構造要件
b)前駆体及び最終形
c)放射性同位体積荷の選択
i)腫瘍の検出のため
ii)腫瘍の治療のため
3.オンコ−ツールの構造
a)構造要件
b)2pHスイッチを含むオンコ−ツール
c)3pHスイッチを含むオンコ−ツール
d)4pHスイッチを含むオンコ−ツール
B.成分及びオンコ−ツールの合成、試験及び最適化
1.代表的なpHスイッチを含む構造の調製
a)単純pHスイッチ
b)高度pHスイッチ
c)低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチ
2.pHスイッチの試験
3.代表的なオンコ−ツールの調製及び最終形への変換
a)単純pHスイッチを含むオンコ−ツール
b)高度pHスイッチを含むオンコ−ツール
c)低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチ有するオンコ−ツール
4.オンコ−ツールの試験及び最適化
a)反復最適化過程:培養細胞における合成及び試験
i)親油性が異なるオンコ−ツールの組を調製する
ii)pH6.4とpH7.4で培養細胞への侵入を評価する
iii)必要に応じて上のステップを繰り返す
b)正常マウスにおける体内運命を評価する
c)担腫瘍マウスにおける体内運命を評価する
d)前臨床及び臨床試験
C.オンコ−ツールを使用する方法
1.診断方法
2.治療方法
a)単一放射性同位体方法
b)二重放射性同位体方法
3.腫瘍を検出し、治療するための包括的方法
4.微小転移巣に対処するための戦略
5.有効性及び特異性の増大のために腫瘍におけるpHを低下させるために処置する
6.有効性及び特異性を高めるためにpKaが異なる複数のオンコ−ツールを使用する
7.腎臓の損傷を防ぐために尿中pHを上昇させるために処置する
8.安全性の増大のために膀胱をモニターし、洗浄する
Summary of disclosure :
A. Molecular design of onco-tools pH switch components a) Adjust pH switch lipophilicity b) Incorporate novel acid-specific internal H-bonds into pH switches c) Incorporate multiple pH switch components into onco-tools Cargo Component a) Structural Requirements b) Precursor and Final Form c) Radioisotope Volume Selection i) For Tumor Detection ii) For Tumor Treatment Onco-tool structure a) Structural requirements b) Onco-tool with 2 pH switch c) Onco-tool with 3 pH switch d) Onco-tool with 4 pH switch B. Composition, testing and optimization of ingredients and onco-tools Preparation of a structure comprising a representative pH switch a) Simple pH switch b) Advanced pH switch c) Advanced pH switch designed to form a low barrier H bond 2. pH switch test Preparation of typical onco-tool and conversion to final form a) Onco-tool with simple pH switch b) Onco-tool with advanced pH switch c) High pH designed to form low barrier H-bonds 3. Onco-tool with switch Onco-tool testing and optimization a) Iterative optimization process: synthesis and testing in cultured cells i) Prepare onco-tool sets with different lipophilicity ii) Invasion into cultured cells at pH 6.4 and pH 7.4 Iii) Repeat the above steps as needed b) Evaluate in vivo fate in normal mice c) Evaluate in vivo fate in tumor bearing mice d) Preclinical and clinical studies How to use an onco-tool Diagnosis method 2. Treatment methods a) Single radioisotope method b) Double radioisotope method 3. Comprehensive methods for detecting and treating tumors 4. Strategies for dealing with micrometastases 5. Treat to lower the pH in the tumor for increased efficacy and specificity. 6. Use multiple onco-tools with different pKa to increase efficacy and specificity. Treat to increase urine pH to prevent kidney damage 8. Monitor and lavage the bladder for increased safety

発明を実施するための態様
A.オンコ−ツールの分子設計
本発明を構成するオンコ−ツールは、腫瘍の検出及び治療のために設計された新規なクラスの分子である。各オンコ−ツールは、より高いpHでの陰イオン親水性形とより低いpHでの非イオン親油性形との間のpH媒介性転移を容易に受ける2つ又はそれを超えるpHスイッチ成分を含む。各オンコ−ツールはまた、オンコ−ツールの診断又は治療上の役割を果たすのに適する選択される放射性同位体に結合するのに有効な積荷成分を含む。
Embodiments for carrying out the invention :
A. Onco-Tool Molecular Design The onco-tools that make up the present invention are a novel class of molecules designed for tumor detection and treatment. Each onco-tool includes two or more pH switch components that readily undergo a pH-mediated transition between an anionic hydrophilic form at higher pH and a non-ionic lipophilic form at lower pH. . Each onco-tool also includes a cargo component that is effective to bind to a selected radioisotope suitable for serving the onco-tool diagnostic or therapeutic role.

1.pHスイッチ成分
オンコ−ツールが腫瘍の酸性領域に対する十分な特異性を達成するためであるならば、オンコ−ツールは、pH7.4の水溶液中でオンコ−ツール分子のほぼすべてが細胞膜の負に荷電した表面に対する親和性を欠く負に荷電した形(陰イオン形)で存在するような構造を有さなければならない。逆に、腫瘍の酸性領域に存在するpHにおいて十分な有効性を達成するために、オンコ−ツール分子のかなりの部分(1%を超える)は、細胞膜に容易に侵入する非イオン親油性形に転換すべきである。オンコ−ツールを設計するに際しての主要な課題は、オンコ−ツール分子の十分な部分が正常組織と腫瘍の酸性領域との間の利用可能な非常に限られたpH差の範囲内で陰イオン親水性形と非イオン親油性形との間の転移を受ける構造を案出することである。このpHの差は一般に約0.5〜0.7pH単位にすぎないが、正常組織と腫瘍の酸性領域との間のこのpHの差を実質的に増加させるための単純なステップ(本明細書における後のC項で述べる)を容易に実行することができることを理解すべきである。そのようなステップにより、正常組織と腫瘍の酸性領域との間のpHの差を一般に1.0pH単位以上に増加させることができる。
1. If the pH switch component onco-tool is to achieve sufficient specificity for the acidic region of the tumor, the onco-tool will be charged in an aqueous solution at pH 7.4 where almost all of the onco-tool molecules are negatively charged to the cell membrane. It must have a structure that exists in a negatively charged form (anionic form) that lacks affinity for the surface. Conversely, to achieve sufficient efficacy at the pH present in the acidic region of the tumor, a significant portion (greater than 1%) of the onco-tool molecule is in a non-ionic lipophilic form that readily penetrates the cell membrane. Should be converted. A major challenge in designing an onco-tool is that a sufficient portion of the onco-tool molecule is anionic and hydrophilic within the very limited pH difference available between normal tissue and the acidic region of the tumor. To devise a structure that undergoes a transition between a natural form and a non-ionic lipophilic form. This pH difference is generally only about 0.5-0.7 pH units, but a simple step to substantially increase this pH difference between normal tissue and the acidic region of the tumor (herein It should be understood that can be easily performed. Such a step can increase the pH difference between normal tissue and the acidic region of the tumor, generally to 1.0 pH units or more.

腫瘍における酸性の活用に固有の非常に要求の厳しい分子設計上の課題に対処するために、それぞれがpH7.4で負電荷を有する弱酸部分(一般にカルボン酸)を含むpHスイッチ構造を案出した。次に、この必須の弱酸部分はその非イオン遊離酸形において実質的な親水性を示すので、十分な有効性を達成するために、オンコ−ツールが腫瘍における酸性領域に侵入するときに、迅速な膜侵入のための十分な親油性をもたらすために2つの分子設計戦略を用いた。単独又は組み合わせて用いられるこれらの2つの設計戦略は、第3の設計戦略と組み合わせるとき、腫瘍の酸性領域に対するオンコ−ツールの特異性を劇的に増大させるうえで重要な役割を果たすこともできる。これらの3つの分子設計戦略の物理的及び数学的基礎(そのうちの2つはオンコ−ツールに特有であると考えられる)は、下で述べる。   To address the highly demanding molecular design challenges inherent in the use of acidity in tumors, the inventors have devised pH switch structures containing weak acid moieties (generally carboxylic acids) that each have a negative charge at pH 7.4. . This essential weak acid moiety then exhibits substantial hydrophilicity in its non-ionic free acid form, so that to achieve sufficient efficacy, when the onco-tool enters the acidic area in the tumor, it quickly Two molecular design strategies were used to provide sufficient lipophilicity for proper membrane penetration. These two design strategies, used alone or in combination, can also play an important role in dramatically increasing the onco-tool specificity for the acidic region of the tumor when combined with the third design strategy. . The physical and mathematical basis for these three molecular design strategies, two of which are considered specific to onco-tools, is described below.

a)遊離酸部分の固有の親水性を部分的に無効にするために複数の親油性部分を組み込むことによりpHスイッチの親油性を調節する。これに関して、pHスイッチの非イオン遊離酸形の親油性の増大がその分配特性にどのように影響を及ぼすのか(すなわち、それが水相とオクタノール又は細胞膜などの親油相とにどのように分配するのか)という定量的な評価を得ることが第一に有用である。そのためには、数学的モデリングを行って、高pHにおいて陰イオン水溶性形[A−]で存在し、より低いpHにおいて、ある程度の水溶性を有し[HAsol]、水溶液からの析出若しくは油分離(oiling)により、又はオクタノール又は細胞膜などの親油相中への分配により、[HAinsol]によって表される水不溶性/脂溶性にもなることができる非イオン親油性形に転換する弱酸物質の形の間のpH依存性転移を計算した。これらの3つの形の相互転換、並びに数学的モデリングに用いた重要な式を図3に示す。   a) Adjust the lipophilicity of the pH switch by incorporating multiple lipophilic moieties to partially defeat the inherent hydrophilicity of the free acid moiety. In this regard, how the increase in lipophilicity of the non-ionic free acid form of the pH switch affects its partitioning properties (ie how it partition between the aqueous phase and the lipophilic phase such as octanol or cell membrane) It is first useful to obtain a quantitative assessment of To that end, mathematical modeling is performed to exist in the anionic water-soluble form [A-] at high pH, have some water solubility at lower pH [HAsol], and precipitate or oil separation from aqueous solution. Forms of weak acid substances that convert to non-ionic lipophilic forms, which can also be water insoluble / lipid soluble, represented by [HAinsol] by (oiling) or by partitioning into lipophilic phases such as octanol or cell membranes The pH dependent transition between was calculated. These three forms of interconversion as well as important equations used for mathematical modeling are shown in FIG.

図4に示す当モデリングからの結果は、陰イオン形[A−]と非イオン形[HAsolプラスHAinsol]との間の転移の中間点のpHは非イオン性遊離酸形のオクタノール/水分配係数Pが増加するにつれて漸進的に上昇することを示している。しかし、転移のpHのそのような上昇は、遊離酸形が析出若しくは油分離を開始するのに有効な親油性閾値に達した後、又は分配を可能にする無極性相が存在する場合にのみ当てはまる。実施例1では、陰イオン形と非イオン形との間のpH依存性転移に対する酸形の親油性のこの数学的に予測された影響を例示する滴定実験を述べる。   The results from this modeling shown in FIG. 4 show that the pH at the midpoint of the transition between the anionic form [A−] and the nonionic form [HAsol plus HAinsol] is the octanol / water partition coefficient of the nonionic free acid form. It shows that P increases gradually as P increases. However, such an increase in the pH of the transition is only after the free acid form has reached an effective lipophilic threshold to initiate precipitation or oil separation, or when there is an apolar phase that allows partitioning. apply. Example 1 describes a titration experiment that illustrates this mathematically predicted effect of the lipophilicity of the acid form on the pH-dependent transition between the anionic and nonionic forms.

しかし、非イオン形の親油性の増大のための唯一の手段として過剰な親油性部分を組み込むことは逆効果であり得ることに注意すべきである。これは、非常に高い親油性が過大な数の親油性部分の組込みだけによって発生するとき、pHスイッチの陰イオン形でさえも細胞表面に対する親和性を有し始めることができ、これが正常組織並びに腫瘍中のオンコ−ツールの捕捉をもたらすためである。親油性部分が1つの大きい表面を形成し、親水性部分がこの親油性表面から十分に離れている場合に、これが特別の問題となり得る。オンコ−ツールが正常組織中にも捕捉される場合、オンコ−ツールは、診断適用において高いバックグラウンドを、また治療適用において著しい毒性を引き起こすこととなる。   However, it should be noted that incorporating excess lipophilic moieties as the only means for increasing non-ionic lipophilicity can be counterproductive. This is because when the very high lipophilicity occurs only by the incorporation of an excessive number of lipophilic moieties, even the anionic form of the pH switch can begin to have affinity for the cell surface, as well as normal tissues. This is to provide capture of the onco-tool in the tumor. This can be a particular problem when the lipophilic part forms one large surface and the hydrophilic part is sufficiently away from the lipophilic surface. If the onco-tool is also captured in normal tissue, the onco-tool will cause high background in diagnostic applications and significant toxicity in therapeutic applications.

b)新規な酸特異的内部H結合をpHスイッチに組み込んで、親水性形と親油性形との溶解度の差を拡大する。   b) Incorporating novel acid-specific internal H-bonds into the pH switch to expand the difference in solubility between hydrophilic and lipophilic forms.

前項において、オンコ−ツールの腫瘍の酸性領域における細胞への侵入を改善し、それにより、有効性を増大させるためのむしろ従来の戦略を述べた。当戦略は、親油性基をpHスイッチ成分に組み込むことである。この単純な戦略は、「合理的薬物設計」と呼ばれるものに一般に用いられる。これは、癌化学療法薬の有効性及び特異性を改善するための試みに広く適用されている。しかし、正常組織と腫瘍の酸性領域との間にpH値のかなり小さい差があるにすぎないので、発明者は、酸性領域へのオンコ−ツールの侵入を増大させるためのさらなる戦略を案出することを企てた。これは、腫瘍に対するオンコ−ツールの特異性も増大させることができると期待された。このために、発明者は、pH依存性内部酸特異的水素結合を形成するのに有効な構造を発明することによって、pHスイッチの陰イオン形の親水性と非イオン形の親油性を実質的に増大させることができると仮定した。発明者はさらに、そのような内部H結合は、pHスイッチがその陰イオン形とその非イオン形との間に転移するpHを上昇させ、それにより、腫瘍の酸性領域における細胞への侵入のためにより多くのオンコ−ツールを非イオン形で利用可能にすると仮定した。   In the previous section, rather conventional strategies have been described to improve onco-tool invasion into cells in the acidic region of the tumor, thereby increasing its effectiveness. The strategy is to incorporate lipophilic groups into the pH switch component. This simple strategy is commonly used for what is called “rational drug design”. This has been widely applied in attempts to improve the efficacy and specificity of cancer chemotherapeutic drugs. However, since there is only a fairly small difference in pH value between normal tissue and the acidic area of the tumor, the inventors devise additional strategies to increase onco-tool penetration into the acidic area. I planned. This was expected to increase the specificity of the onco-tool for the tumor. To this end, the inventor has substantially reduced the anionic and nonionic lipophilicity of the pH switch by inventing a structure that is effective in forming pH-dependent internal acid-specific hydrogen bonds. It was assumed that it could be increased to The inventor further noted that such internal H-bonds raise the pH at which the pH switch transitions between its anionic and non-ionic forms, thereby entering cells in the acidic region of the tumor. It was assumed that more onco-tools would be available in non-ionic form.

非イオン形の親油性のその予測されるH結合媒介性の増大と陰イオン形の親水性の付随する増大は、水性環境ではそのような内部H結合は遊離酸形のいくつか(おそらく2つ)の結合水を置換するという予想に基づいている。例示するために、図5のa)に陰イオン形及び非イオン性遊離酸形の標準的カルボキシルに直接H結合した予想される水和水を示す。図5のb)に所望の内部酸特異的H結合を形成するのに有効な構造の陰イオン形及び非イオン性遊離酸形に直接H結合した対応する予想される水和水を示す。明らかに、標準的カルボキシル及び内部H結合を形成するのに有効なカルボキシルは、陰イオン形から非イオン性遊離酸形に移行する際にそれらの対イオンを失う。しかし、標準的カルボキシルは陰イオン形と非イオン性遊離酸形に対して直接H結合した同じ数(おそらく4つ)の水を有すると予想されるが、発明者は、内部H結合を形成することができるカルボキシルについては、陰イオン形(おそらく5つのH結合した水)から非イオン性遊離酸形に移行するときに、いくつか(おそらく2つ)の直接H結合した水の正味の喪失があり、いくつかのH結合した水のこの喪失が2つの形の間の親水性/親油性の差を実質的に拡大するであろうと考える。発明者は、そのような内部酸特異的H結合を水性環境中で形成させることができるならば、いくつかの水和水の結果として生ずる喪失が腫瘍の酸性領域における細胞に迅速に侵入するオンコ−ツールの能力を著しく増大させ、一方、正常組織における細胞によるオンコ−ツールの拒絶も著しく増大させると予測した。要約すると、そのような内部酸特異的H結合の組込みは、その成分であるpHスイッチの2つの形のそれぞれに結合する水分子の数を差別的に変化させることにより、オンコ−ツールの特異性と有効性の両方を増大させると予測された。   Its predicted H-bond-mediated increase in lipophilicity in the non-ionic form and a concomitant increase in hydrophilicity in the anionic form indicate that in aqueous environments such internal H-bonds are some of the free acid forms (probably two ) Based on the expectation to replace bound water. For illustration, FIG. 5 a) shows the expected water of hydration directly H-bonded to standard carboxyls in the anionic and nonionic free acid forms. FIG. 5 b) shows the corresponding expected water of hydration directly H-bonded to the anionic and nonionic free acid forms of the structure effective to form the desired internal acid-specific H bond. Clearly, standard carboxyls and carboxyls that are effective in forming internal H-bonds lose their counterions as they transition from the anionic form to the nonionic free acid form. However, while standard carboxyls are expected to have the same number (probably four) of water directly H-bonded to the anionic and nonionic free acid forms, the inventor forms internal H-bonds. For the carboxyls that can, there is a net loss of some (probably two) direct H-bonded waters when moving from the anionic form (probably five H-bonded waters) to the non-ionic free acid form. Yes, we believe that this loss of some H-bonded water will substantially expand the hydrophilic / lipophilic difference between the two forms. If the inventor is able to form such internal acid-specific H-bonds in an aqueous environment, the loss resulting from some hydration water will rapidly invade cells in the acidic region of the tumor. -Expected to significantly increase the ability of the tool, while also significantly increasing onco-tool rejection by cells in normal tissues. In summary, the incorporation of such internal acid-specific H-bonds enables onco-tool specificity by differentially changing the number of water molecules bound to each of the two forms of the pH switch that are its components. And was expected to increase both effectiveness.

発明者はまた、pHスイッチ成分における内部酸特異的H結合の形成は、pHスイッチ成分のカルボキシル部分のその遊離酸形への転移に有利であり、そのカルボン酸部分のpKa値の著しい上昇をもたらすはずであることを予測した(そして今や実証した)。次の項で詳述するように、カルボキシル部分のpKaのそのような上昇は、2つ又はそれを超えるpHスイッチを当オンコ−ツールに組み込むことにより腫瘍に対するオンコ−ツールの特異性を劇的に増大させる戦略に関連して望ましい。   The inventors also note that the formation of an internal acid-specific H bond in the pH switch component favors the transfer of the carboxyl moiety of the pH switch component to its free acid form, resulting in a significant increase in the pKa value of the carboxylic acid moiety. Predicted (and now demonstrated) it should be. As detailed in the next section, such an increase in the pKa of the carboxyl moiety dramatically increases the specificity of the onco-tool for the tumor by incorporating two or more pH switches into the on-cotool. Desirable in relation to increasing strategy.

水性環境において内部H結合を形成することができるpHスイッチ構造の設計に関して、水素結合に関する専門家における従来の見識は、単独水素結合は、H結合アクセプター部位(110モル)及びH結合ドナー部位(110モル)における莫大な濃度の水との競合のため、水性環境において安定でないことを一般に支持する。それよりむしろ、水溶液中の安定な非共有結合性相互作用は、H結合、疎水性相互作用及び静電相互作用から選択される相互作用の多様性を必要とすると一般に考えられている。   With respect to the design of pH switch structures that can form internal H-bonds in an aqueous environment, conventional insights in hydrogen bond specialists indicate that single hydrogen bonds are H-bond acceptor sites (110 moles) and H-bond donor sites (110 It is generally supported that it is not stable in an aqueous environment due to competition with enormous concentrations of water in (mol). Instead, it is generally believed that stable non-covalent interactions in aqueous solutions require a variety of interactions selected from H-bonds, hydrophobic interactions and electrostatic interactions.

非共有結合性結合の多様性に関するこの要件は分子間相互作用について十分に確立されているように思われるが、発明者は、従来の見識に反して、H結合が2つの形の間の親水性/親油性の差を増大させ、陰イオン形に比べて遊離酸形に著しく有利になるように作用する(すなわち、pKaを上昇させる)、水溶液中で単一の比較的安定なpH依存性分子内H結合を形成するコンパクトな構造を発明することが可能であろうと仮定した。その時の重大な疑問は、水溶液中でそのような内部H結合を形成するような実際のpHスイッチ構造を発明することができるであろうかであった。   While this requirement for diversity of non-covalent bonds appears to be well established for intermolecular interactions, the inventor believes that, contrary to conventional insights, the H bond is hydrophilic between the two forms. Single, relatively stable pH dependence in aqueous solution that increases the difference in sexual / lipophilic properties and acts to favor the free acid form relative to the anionic form (ie, raises the pKa) It was postulated that it would be possible to invent a compact structure that forms intramolecular H-bonds. The critical question at that time was whether an actual pH switch structure could be invented that would form such an internal H bond in aqueous solution.

相当な実験の後に、所望の単一のpH依存性内部H結合を形成することが実証され、本発明のオンコ−ツールに組み込むのに適する新規な構造が今回発明された。発明者が最初に予測したように、そのような内部H結合は、pHスイッチがその陰イオン形からその非イオン形に移行するとき、親水性/親油性の差を著しく増大させるように思われる。そのようないくつかの内部酸特異的H結合は、構造がその陰イオン親水性形からその非イオン親油性形に転換するpHを、類似の単純カルボキシル部分がこの転移を受けるpHと比べて著しく上昇させることも実証された。   After considerable experimentation, it was demonstrated to form the desired single pH-dependent internal H-bond, and a novel structure suitable for incorporation into the onco-tool of the present invention has now been invented. As the inventor first predicted, such internal H-bonds appear to significantly increase the hydrophilic / lipophilic difference as the pH switch transitions from its anionic form to its non-ionic form. . Some such internal acid-specific H-bonds markedly compare the pH at which the structure converts from its anionic hydrophilic form to its non-ionic lipophilic form compared to the pH at which a similar simple carboxyl moiety undergoes this transition. It has also been demonstrated to increase.

内部酸特異的H結合を形成するように設計された構造を有するpHスイッチは、「高度pHスイッチ」と呼ぶ。分子モデリング及び広範な実験的研究からの結果は、高度pHスイッチが水溶液中で許容できるほどに安定な内部酸特異的H結合を形成するために、以下の3つの特性が必須であることを示唆している。   A pH switch having a structure designed to form an internal acid-specific H bond is referred to as an “advanced pH switch”. Results from molecular modeling and extensive experimental studies suggest that the following three properties are essential for an advanced pH switch to form an internal acid-specific H bond that is tolerably stable in aqueous solution: is doing.

i)酸特異的H結合
構造は、H結合の形成のためにH結合アクセプター部分に適切に近接して位置決めされているカルボキシル部分を含めなければならない。カルボキシル部分がその遊離酸形であるとき、それはH結合ドナーとしての役割を果たさなければならず、近位のH結合アクセプター部分は、その非イオン形においてH結合アクセプターとしての役割のみを果たすことができ、H結合ドナーとしての役割を果たすことができないようでなければならない。発明者は、そのような構造によって形成されるH結合を「内部酸特異的H結合」と呼んでいる。図6のa)に、内部酸特異的H結合のみを形成することができる代表的なpHスイッチ構造を示す。逆に、図6のb)に、類似しているが、カルボキシルがその陰イオン形にあるとき内部H結合を、またカルボキシルがその非イオン形にあるとき内部H結合を形成することができる容認できない構造を示す。発明者は、この二重H結合能力を「内部非酸特異的H結合」と呼んでおり、発明者の実験結果は、そのような非酸特異的H結合は、酸形の親油性の所望の増大をもたらさず、構造がその陰イオン親水形からその非イオン親油形に転換するpHを上昇させないので、容認できないことを示している。実施例2には、水とメタノールの1対1混合物中で図6のa)における構造がわずかに酸性条件下で内部酸特異的H結合を形成することを記載する−陰イオン形と遊離酸形との間の転移のpHの有意な上昇(すなわち、カルボキシル部分のpKa値の増加)によって明らかにされた。逆に、この同じ実施例に非酸特異的H結合を形成するように設計された図6のb)における非常に類似した構造がこれらの条件下で陰イオン形と非イオン形との間の転移のpHを上昇させないことも示す。
i) The acid-specific H-bond structure must include a carboxyl moiety that is positioned in close proximity to the H-bond acceptor moiety for H-bond formation. When the carboxyl moiety is in its free acid form, it must serve as an H-bond donor, and the proximal H-bond acceptor moiety can only serve as an H-bond acceptor in its non-ionic form. And must be unable to serve as an H-bond donor. The inventor has called the H bond formed by such a structure an “internal acid-specific H bond”. FIG. 6a shows a typical pH switch structure capable of forming only internal acid-specific H bonds. Conversely, FIG. 6b) is similar but allowed to form an internal H bond when the carboxyl is in its anionic form and an internal H bond when the carboxyl is in its non-ionic form. Indicates a structure that cannot. The inventor has referred to this double H-binding ability as an “internal non-acid specific H-bond” and the inventor's experimental results indicate that such non-acid-specific H bonds are the desired lipophilic form of the acid form Does not increase the pH of the anionic hydrophilic form to its nonionic lipophilic form, indicating that it is unacceptable. Example 2 describes that the structure in FIG. 6a) forms an internal acid-specific H bond under slightly acidic conditions in a one-to-one mixture of water and methanol—anionic form and free acid. A significant increase in the pH of the transition between forms (ie, an increase in the pKa value of the carboxyl moiety). Conversely, the very similar structure in FIG. 6b) designed to form a non-acid specific H bond in this same example is between the anionic form and the non-ionic form under these conditions. It also shows that the pH of the transition is not increased.

ii)H結合部分間の最小限の立体配座自由度
H結合アクセプター部分とH結合ドナー部分としての役割を果たすカルボキシルは、最小限の立体配座自由度を有する構造によって互いに近接した状態に保持されるべきである。この限られた立体配座自由度は、適切な環構造を用いて達成することができる。分子モデリング及び実験的研究は、4員、5員及び6員脂肪族環がこの目的のために好ましいことを示唆している。図7のa)に、H結合ドナー(カルボン酸のOH)と適切に位置決めされたH結合アクセプター部分との間の限られた立体配座自由度のみを可能にする代表的な4員、5員及び6員脂肪族環構造を示す。逆に、図7のb)に、その非環式構造がH結合ドナー部分とH結合アクセプター部分との間の過剰の立体配座自由度を可能にするために容認できないいくぶん類似した構造を示す。実施例3にメタノールと水の1:1混合物中でH結合部分間の最小限の立体配座自由度を有する構造がカルボキシル部分のpKa値の有意な増加をもたらすことができるが、H結合部分間の実質的により大きい回転自由度を有する類似した構造はカルボキシル部分のpKa値の対応する増加をもたらさず、したがって、これらの条件下では安定な内部酸特異的H結合をおそらく形成することができないことを述べる。
ii) Minimal conformational freedom between H-bonding moieties Carboxyls that serve as H-bond acceptor and H-bond donor moieties remain in close proximity to each other with structures having minimal conformational freedom It should be. This limited conformational freedom can be achieved using a suitable ring structure. Molecular modeling and experimental studies suggest that 4-, 5- and 6-membered aliphatic rings are preferred for this purpose. FIG. 7 a) shows a representative 4-membered, which allows only limited conformational freedom between the H-bond donor (OH of the carboxylic acid) and an appropriately positioned H-bond acceptor moiety. 1-membered and 6-membered aliphatic ring structures are shown. Conversely, FIG. 7 b) shows a somewhat similar structure whose acyclic structure is unacceptable to allow excessive conformational freedom between the H-bond donor and H-bond acceptor moieties. . Although the structure with minimal conformational freedom between H-bonding moieties in a 1: 1 mixture of methanol and water in Example 3 can result in a significant increase in the pKa value of the carboxyl moiety, Similar structures with substantially greater rotational degrees of freedom in between do not result in a corresponding increase in the pKa value of the carboxyl moiety and therefore probably cannot form stable internal acid-specific H-bonds under these conditions State that.

iii)電子求引基の誘起効果から絶縁されたカルボキシル
H結合ドナー部分としての役割を果たすべきカルボン酸は、少なくとも2個、好ましくは3個以上の炭素により、あらゆる結合した電子求引基から分離すべきである。これにより、電子求引基による誘起効果に起因するそのカルボキシルのpKa値の過度の低下が避けられる。図8のa)に示す分子構造及びそれらの対応するpKa値は、脂肪族炭素の数の増加がフェニル基のpKa低下効果からカルボキシルをいかに漸進的に絶縁することができるかを示している。図8のb)に、近接したアミド部分による誘引効果がカルボン酸部分のpKaの過度の低下を明らかに引き起こす構造を示す。実施例4ではH結合ドナーとアクセプター部分との間の最小限の立体配座自由度を有するときさえも、誘引効果からのカルボキシルの不十分な絶縁が存在するならば、陰イオン形と遊離酸形との間の転移のpHはあまりにも低くてpHスイッチに有用でないことを述べる。
iii) The carboxylic acid to serve as a carboxyl H-bond donor moiety insulated from the inducing effect of the electron withdrawing group is separated from any attached electron withdrawing group by at least 2, preferably 3 or more carbons. Should. This avoids an excessive decrease in the pKa value of the carboxyl due to the induced effect of the electron withdrawing group. The molecular structure shown in FIG. 8a) and their corresponding pKa values show how increasing the number of aliphatic carbons can progressively insulate the carboxyl from the pKa lowering effect of the phenyl group. FIG. 8b) shows a structure where the attractive effect of the adjacent amide moiety clearly causes an excessive decrease in the pKa of the carboxylic acid moiety. In Example 4, even when there is minimal conformational freedom between the H-bond donor and acceptor moiety, if there is insufficient carboxyl insulation from the attraction effect, the anionic form and the free acid It states that the pH of the transition between forms is too low to be useful for pH switches.

上の3つの必須の特性に加えて、以下の2つの特性から選択される少なくとも1つの追加の特性は、水溶液中の内部H結合の形成を達成するために望ましいと思われる。   In addition to the above three essential properties, at least one additional property selected from the following two properties may be desirable to achieve internal H-bond formation in aqueous solution.

iv)H結合部位を部分的に遮蔽する親油性基
水性環境中で単独H結合を形成するうえでの主な課題は、周囲の水を含む莫大な濃度の競合性H結合ドナー及びH結合アクセプターの存在下で当H結合を優先的に形成することである。酵素触媒部位の生化学的研究及び発明者の広範な分子モデリングに基づいて、発明者は、H結合部位が親油性基の存在によりバルク水から部分的に遮蔽されていたならば、所望の分子内H結合はより有利であろうと想定した。溶媒からの部分的遮蔽に関連して、図9に2つの関連構造を示す。図9のa)において、H結合部位は溶媒に対してまったく開放されている。逆に、図9のb)における対応するH結合部位は、1つの側の隣接するメチルにより、また他の側の隣接するメチレンにより、溶媒から部分的に遮蔽されている。実施例5で詳述する合成及び滴定試験では、溶媒からのH結合部位のそのような部分的遮蔽が所望の分子内H結合に有利であることを示唆する結果が得られている。
iv) Lipophilic groups that partially shield H binding sites The main challenge in forming a single H bond in an aqueous environment is the huge concentration of competitive H bond donors and H bond acceptors including ambient water This H bond is preferentially formed in the presence of. Based on biochemical studies of enzyme catalytic sites and the inventors' extensive molecular modeling, the inventors have found that if the H-binding sites are partially shielded from bulk water by the presence of lipophilic groups, the desired molecule It was assumed that internal H bonds would be more advantageous. In connection with partial shielding from the solvent, FIG. 9 shows two related structures. In FIG. 9 a), the H binding sites are completely open to the solvent. Conversely, the corresponding H binding sites in FIG. 9b) are partially shielded from the solvent by the adjacent methyl on one side and by the adjacent methylene on the other side. The synthesis and titration studies detailed in Example 5 have obtained results suggesting that such partial shielding of the H-bonding sites from the solvent favors the desired intramolecular H-bonding.

v)低バリアH結合
「低バリアH結合」という用語は、H結合ドナー部分とH結合アクセプター部分との間に形成される非共有結合性結合で、2つの孤立した部分のpKa値が互いの約2pH単位以内にあることを意味するために本明細書で用いる。この定義は、水素がドナー部分に対するよりもアクセプター部分に近い内部塩として解釈することもできるものを含むことを注意すべきである。そのような低バリアH結合は、一般に例外的に強いことが認められ、したがって、pHスイッチにおける所望の分子内H結合にかなり有利であり得る。図10のa)及び図10のb)に、pHスイッチにおける低バリアH結合を形成するのに適切な様々なH結合部分を示す。図10のc)に、低バリアタイプのH結合を形成するために設計されたいくつかの代表的なpHスイッチ構造を示す。実施例6では、2つの代表的なpHスイッチ(図10のb)における構造i及びiii)の合成及び試験、並びに水溶液中の所望の低バリアH結合の形成の実験的証拠を述べる。
v) Low-barrier H-bond The term “low-barrier H-bond” is a non-covalent bond formed between an H-bond donor moiety and an H-bond acceptor moiety, where the two isolated moieties have a pKa value of each other As used herein to mean within about 2 pH units. It should be noted that this definition includes what hydrogen can also be interpreted as an internal salt closer to the acceptor moiety than to the donor moiety. Such low barrier H bonds are generally found to be exceptionally strong and can therefore be quite advantageous for the desired intramolecular H bonds in the pH switch. FIG. 10 a) and FIG. 10 b) show various H-bonding moieties suitable for forming low barrier H-bonds in pH switches. FIG. 10 c) shows some typical pH switch structures designed to form low barrier type H-bonds. Example 6 describes the synthesis and testing of structures i and iii) in two representative pH switches (FIG. 10b) and experimental evidence of the formation of the desired low barrier H bond in aqueous solution.

下記は内部酸特異的水素結合を形成するように設計されている高度pHスイッチ成分に適することがわかった特性の要約である。   The following is a summary of properties found to be suitable for advanced pH switch components designed to form internal acid specific hydrogen bonds.

a)4員環、5員環及び6員環からなる群から選択される脂肪族環構造を含む、
b)脂肪族環構造に直接結合しているカルボン酸部分を含む、
c)カルボン酸部分が少なくとも2個の炭素により結合電子求引基から分離されている、
d)以下からなる群から選択されるH結合アクセプター部分を含む、
i)脂肪族環構造の一部
ii)脂肪族環構造に直接結合している、及び
iii)脂肪族環構造に1個の原子を介して結合している
e)H結合アクセプター部分が、その非イオン形においてH結合ドナー部分としての役割を果たさない構造を有する、並びに
f)カルボン酸部分及びH結合アクセプター部分が、互いに近接して位置決めされ、それらが内部酸特異的H結合の形成に適合するように適切に位置決めされ、配向されている。
a) comprising an aliphatic ring structure selected from the group consisting of 4-membered, 5-membered and 6-membered rings,
b) containing a carboxylic acid moiety directly attached to the aliphatic ring structure;
c) the carboxylic acid moiety is separated from the bonded electron withdrawing group by at least two carbons;
d) comprising an H-bond acceptor moiety selected from the group consisting of:
i) part of an aliphatic ring structure ii) directly bonded to the aliphatic ring structure, and iii) bonded to the aliphatic ring structure via one atom e) an H-bond acceptor moiety Has a structure that does not serve as an H-bond donor moiety in the non-ionic form, and f) the carboxylic acid moiety and the H-bond acceptor moiety are positioned in close proximity to each other, making them compatible with the formation of internal acid-specific H bonds Properly positioned and oriented.

c)オンコ−ツールの有効性の過度の低下をもたらすことなく、腫瘍に対するオンコ−ツールの特異性を劇的に増大させるための新規な戦略として、複数のpHスイッチ成分を各オンコ−ツールに組み込む。
単独又は組み合わせて用いる、先の2つの項で述べた2つの設計戦略は、腫瘍の酸性領域に存在するpHで細胞膜に侵入するのに有効であり、したがって、十分な有効性をもたらすpHスイッチ構造を発生させるという要求を満たす。しかし、そのような設計戦略は、クロラムブシルなどの従来の癌療法と比べてわずかな特異性の優位性をもたらすにすぎない。これに関して、現在用いられているほとんどの癌療法について、患者に治療の多くの失敗の一般に基礎をなすものはそれらの不十分な特異性であることを理解すべきである。すなわち、現在の癌療法は、約2〜8程度の特異性を有すると推定される。これは、それらが一般に正常組織に対するより癌に対して約2〜8倍程度の損傷を与えることを意味する。発明者は、腫瘍に対する特異性を実質的に増大させるために何らかの効果的な戦略を考案することができない限り、同様な限られた特異性のレベルと対応する低い奏功率がオンコ−ツール療法を悩ませるであろうということを深刻に認識していた。したがって、発明者は数年前にオンコ−ツールの特異性を実質的に増大させる何らかの方法を案出するための探求に着手した。その探求が下で述べる第3及び最も本質的なオンコ−ツール設計戦略につながった。
c) Incorporating multiple pH switch components into each onco-tool as a novel strategy to dramatically increase the specificity of the onco-tool for the tumor without leading to undue loss of onco-tool effectiveness .
The two design strategies described in the previous two sections, used alone or in combination, are effective to penetrate the cell membrane at the pH present in the acidic region of the tumor, and thus provide a pH switch structure that provides sufficient efficacy Satisfy the requirement to generate However, such a design strategy provides only a slight specificity advantage over conventional cancer therapies such as chlorambucil. In this regard, it should be understood that for most cancer therapies currently used, it is their poor specificity that is generally the basis of many treatment failures for patients. That is, the current cancer therapy is estimated to have a specificity of about 2-8. This means that they are generally about 2 to 8 times more damaging to cancer than to normal tissue. Unless the inventor can devise any effective strategy to substantially increase the specificity for the tumor, a similar low level of specificity and corresponding low response rate would result in onco-tool therapy. He was seriously aware that he would be bothered. Thus, the inventor set out on a search several years ago to devise some way to substantially increase the specificity of onco-tools. That exploration led to the third and most essential onco-tool design strategy described below.

酸のpKaは、酸分子の半分が陰イオンで、半分が非イオン性である酸の水溶液のpHである。酸のpKa及びその水溶液のpHを知っている場合、次のヘンダーソン−ハッセルバルク(Henderson−Hasselbalch)式を用いて、当溶液中に存在する陰イオン形[H−]と非イオン形[HA]との比を計算することができる:(pH=pKa+log[A−]/[HA])。   The pKa of an acid is the pH of an aqueous acid solution in which half of the acid molecules are anionic and half are nonionic. Knowing the pKa of the acid and the pH of its aqueous solution, the following Henderson-Hasselbal equation is used to show the anionic form [H-] and non-ionic form [HA] present in the solution: Can be calculated: (pH = pKa + log [A −] / [HA]).

ヘンダーソン−ハッセルバルク式の単純な適用により、正常組織中の間隙におけるpHと腫瘍の酸性領域におけるpHとがわずか1.0pH単位異なっている(すなわち、腫瘍において達成可能な約pH6.4及び正常組織に存在するpH7.4)場合、カルボキシル含有薬物が腫瘍の酸性領域に対して示すことができる、正常組織と比較した、理論的な最大の特異性は10以下であるように思われることが示唆される。換言すると、正常組織と腫瘍との間のわずか1.0のpHの差がある場合、ヘンダーソン−ハッセルバルク式の単純な適用により、腫瘍の酸性領域における細胞への従来の弱酸含有薬物の侵入の割合は正常組織中の細胞への当薬物の侵入の割合より約10倍以下であり得ることが示唆されるように思われる。   Due to the simple application of the Henderson-Hessel bulk formula, the pH in the gap in normal tissue and the pH in the acidic region of the tumor differ by only 1.0 pH units (ie, about pH 6.4 and normal tissue achievable in the tumor). In the case of pH 7.4), the theoretical maximum specificity compared to normal tissue, which can be shown for the acidic region of the tumor, appears to be less than 10 Is done. In other words, if there is a pH difference of only 1.0 between normal tissue and tumor, a simple application of the Henderson-Hasselbulk formula can prevent the invasion of conventional weak acid-containing drugs into cells in the acidic region of the tumor. It appears that the rate can be about 10 times less than the rate of entry of the drug into cells in normal tissue.

約10倍のこの上限がオンコ−ツールの特異性に当てはまるならば、診断適用において、この不十分な特異性レベルは、特にその検出が患者の最良の予後をもたらすような非常に小さい早期腫瘍の症例について検出することを試みていた腫瘍からのシグナルの大部分又はすべてを圧倒するような正常組織からの大きいバックグラウンドシグナルを発生させる可能性がある。同様に、治療適用において、そのような不十分な特異性レベルは、おそらく患者を死亡させる程度までの患者におけるかなりの毒性をもたらす可能性がある(これは、同様な不十分な特異性レベルも有する現行の化学療法で一般に発生する)。   If this upper limit of about 10 times applies to onco-tool specificity, in diagnostic applications, this insufficient level of specificity is particularly important for very small early tumors whose detection results in the best prognosis for the patient. It can generate a large background signal from normal tissue that overwhelms most or all of the signal from the tumor that it was trying to detect for the case. Similarly, in therapeutic applications, such insufficient specificity levels can result in considerable toxicity in the patient, possibly to the extent that the patient dies (this is also the case with similar insufficient specificity levels). Commonly occurs with current chemotherapy).

特異性が限られているという問題を克服するために、発明者は、正常組織と腫瘍組織との間の小さいpHの差によってもたらされると思われる見かけの理論的最大値10を超えてオンコ−ツールの特異性を劇的に増大させるための新規な設計戦略を案出した。本質において、該戦略は、2つ又はそれを超えるpHスイッチを単一オンコ−ツールに組み込むことであり、各pHスイッチのカルボキシルが、1つのカルボキシルのイオン化がその隣接するカルボキシルのイオン化に有意に影響を及ぼさないほど十分にその隣接するpHスイッチのカルボキシルから離れている(おそらく約5オングストロームを超える距離離れた)。逆に、多pHスイッチオンコ−ツールのpHスイッチのすべては、当オンコ−ツールが腫瘍の酸性領域に捕捉されるために要求される、その親油性の内部に侵入するために当オンコ−ツールが接近し、次に細胞膜の負に荷電した外表面を破って通る前に、成分pHスイッチのすべてがそれらの非イオン形でなければならないほど十分に接近しているべきである。多pHスイッチオンコ−ツールのすべてのカルボキシルは、この後者の要件を十分に満たすために互いから約15〜20オングストローム以下の距離にあるべきであると推定される。   In order to overcome the problem of limited specificity, the inventor has found an onco--beyond an apparent theoretical maximum of 10 that would be caused by a small pH difference between normal and tumor tissue. A new design strategy was devised to dramatically increase the specificity of the tool. In essence, the strategy is to incorporate two or more pH switches into a single onco-tool, where the carboxyl of each pH switch significantly affects the ionization of one carboxyl to its neighboring carboxyls. Sufficiently far from the carboxyl of its adjacent pH switch (possibly more than about 5 angstroms away). Conversely, all of the pH switches of a multi-pH switch onco-tool have to be turned on by the onco-tool to penetrate its lipophilic interior, which is required for the onco-tool to be trapped in the acidic area of the tumor. Before approaching and then breaking through the negatively charged outer surface of the cell membrane, all of the component pH switches should be close enough that they must be in their non-ionic form. It is estimated that all carboxyls of the multi-pH switch onco-tool should be at a distance of about 15-20 angstroms or less from each other to fully meet this latter requirement.

図11のa)に、抽象的な形で2pHスイッチ成分を含むオンコ−ツールの様々な陰イオン及び非イオン形を示し、図11のb)に、同様に3つのpHスイッチ成分を含むオンコ−ツールの様々な陰イオン及び非イオン形を示す。適切に設計されているとき、効率よく接触し、細胞膜に侵入することができるのはオンコ−ツールのこの非イオン形のみであり、少なくとも1つの陰イオン部分を含む他の形のすべてが静電的力により陰イオン細胞表面から反発を受けるので、特に関心が払われるのは非イオン形の濃度であることを理解すべきである。   FIG. 11 a) shows various anion and non-ion forms of an onco-tool that abstractly includes a 2 pH switch component, and FIG. 11 b) shows an onco-tool that also includes three pH switch components. Figure 3 shows various anionic and non-ionic forms of the tool. When properly designed, only this non-ionic form of the onco-tool can efficiently contact and penetrate the cell membrane, and all other forms, including at least one anionic portion, are electrostatic. It should be understood that it is the concentration of the non-ionic form that is of particular interest as it is repelled from the surface of the anion cells by the force of the force.

この多pHスイッチ設計戦略を用いるとき、当オンコ−ツールに用いるpHスイッチのカルボキシル部分のpKa値、当オンコ−ツールにおけるそれらのpHスイッチの数を用いて所定のオンコ−ツールの期待される有効性及び特異性係数を計算することができる。これらの計算において、有効性係数は、pH6.4で非イオン形であるオンコ−ツール分子の%である。この係数は、オンコ−ツールが腫瘍の酸性領域における細胞にどの程度効率よく侵入するかに関する尺度を与える。特異性係数は、(pH6.4における非イオン形の%)を(pH7.4における非イオン形の%)で割った比である。この係数は、正常組織(pH7.4の)中の細胞へのオンコ−ツールの侵入の割合に対する腫瘍の酸性領域(pH6.4の)における細胞へのオンコ−ツールの侵入の相対的割合に関する尺度を与える。これらの計算のために、最初にヘンダーソン−ハッセルバルク式を用いて選択されるpHスイッチについて、何%がpH6.4(腫瘍の酸性領域で達成できる)及びpH7.4(正常組織に存在する)で非イオン形であるかを計算する。次いで、二項展開を用いて、非イオン形のそれらの成分pHスイッチのすべてを有するオンコ−ツール分子の%を計算する。   When using this multi-pH switch design strategy, the expected effectiveness of a given onco-tool using the pKa value of the carboxyl portion of the pH switch used in the onco-tool and the number of those pH switches in the onco-tool And the specificity factor can be calculated. In these calculations, the effectiveness factor is the percentage of onco-tool molecules that are non-ionic at pH 6.4. This factor gives a measure of how efficiently the onco-tool enters cells in the acidic area of the tumor. The specificity factor is the ratio of (% non-ionic form at pH 6.4) divided by (% non-ionic form at pH 7.4). This coefficient is a measure for the relative rate of onco-tool invasion into cells in the acidic region of the tumor (pH 6.4) relative to the rate of onco-tool invasion into cells in normal tissue (pH 7.4). give. For these calculations, for the pH switch initially selected using the Henderson-Hassel bulk equation, what percentage is pH 6.4 (can be achieved in the acidic region of the tumor) and pH 7.4 (present in normal tissue). To calculate whether it is non-ionic. The binomial expansion is then used to calculate the percentage of onco-tool molecules with all of their component pH switches in the non-ionic form.

図12にa)1pHスイッチを含む組成物、b)2pHスイッチを含むオンコ−ツール、c)3pHスイッチを含むオンコ−ツール及びd)4pHスイッチを含むオンコ−ツールのそれらの成分pHスイッチのpKa値の関数としての計算有効性及び特異性係数のプロットを示す。これらの計算有効性及び特異性係数は、クロラムブシルなどの単一カルボキシル部分を含む組成物が腫瘍の酸性領域の細胞への選択的侵入のかなり不十分な特異性(特異性係数が常に10未満)を本質的に有することを示している。しかし、2つ又はそれを超えるpHスイッチを単一オンコ−ツールに組み込むことにより、計算上、実際的な有効性係数(pH6.4において非イオン形のオンコ−ツールの約5%以上)及びpKa値の適切な調節(内部酸特異的H結合に関する前の項を参照)により、オンコ−ツールの特異性係数を、単一カルボキシル組成物で可能なものと比べて多数倍増加させることができることが示唆される。特に、適切なpKa値により、特異性係数を2pHスイッチを含むオンコ−ツールについては50以上、3pHスイッチを含むオンコ−ツールについては200以上、4pHスイッチを含むオンコ−ツールについては900以上にすることができる。   FIG. 12 shows the pKa values of a) those compositions pH switch of a) a composition containing 1 pH switch, b) an onco-tool containing 2 pH switch, c) an onco-tool containing 3 pH switch, and d) an onco-tool containing 4 pH switch. 2 shows a plot of computational effectiveness and specificity coefficient as a function of. These calculated effectiveness and specificity factors indicate that compositions containing a single carboxyl moiety, such as chlorambucil, have rather poor specificity for selective entry into cells in the acidic region of the tumor (specificity factor is always less than 10). Is essentially present. However, by incorporating two or more pH switches into a single onco-tool, a calculated practical effectiveness factor (more than about 5% of the non-ionic onco-tool at pH 6.4) and pKa Appropriate adjustment of the values (see previous section on internal acid-specific H-bonds) can increase the onco-tool specificity factor many times over that possible with a single carboxyl composition. It is suggested. In particular, with an appropriate pKa value, the specificity factor should be at least 50 for onco-tools with 2 pH switches and at least 200 for onco-tools with 3 pH switches and over 900 for onco-tools with 4 pH switches. Can do.

図12からわかるように、有効性係数と特異性係数の間に逆の関係がある。したがって、pHスイッチのpKaが増加するにつれて、有効性係数増加するが、特異性係数は減少する。妥当な有効性及び高い特異性の両方が癌療法で望ましいので、どのようなpKa値が有効性と特異性との妥当に最適なバランスをもたらす可能性があるかを考慮することは有用である。図12のb)における計算値に基づいて、5.9のpKaを有するpHスイッチは、2pHスイッチを含むオンコ−ツールに有効性(6%)と特異性(60)との望ましいバランスをもたらすと思われる。さらに、図12のc)における計算値は、6.2のpKaを有するpHスイッチが3pHスイッチを含むオンコ−ツールに有効性(5.8%)と特異性(277)との望ましいバランスをもたらすことを示唆する。またさらに、図12のd)における計算値は、6.4のpKaを有するpHスイッチが4pHスイッチを含むオンコ−ツールに有効性(6.3%)と特異性(915)との望ましいバランスをもたらすことを示唆する。   As can be seen from FIG. 12, there is an inverse relationship between the effectiveness factor and the specificity factor. Thus, as the pKa of the pH switch increases, the effectiveness factor increases, but the specificity factor decreases. Since both reasonable efficacy and high specificity are desirable in cancer therapy, it is useful to consider what pKa values may provide a reasonably optimal balance between efficacy and specificity. . Based on the calculated values in b) of FIG. 12, a pH switch with a pKa of 5.9 provides a desirable balance of effectiveness (6%) and specificity (60) for on-co-tools containing 2 pH switches. Seem. Furthermore, the calculated values in FIG. 12 c) give a desirable balance of effectiveness (5.8%) and specificity (277) for on-co-tools in which a pH switch with a pKa of 6.2 includes a 3 pH switch. I suggest that. Still further, the calculated value in d) of FIG. 12 shows that a pH switch with a pKa of 6.4 provides a desirable balance between effectiveness (6.3%) and specificity (915) for an on-co-tool that includes a 4 pH switch. Suggest to bring.

これに関連して、前の項で述べたように、pHスイッチに内部酸特異的H結合を組み込むことは、これらの多pHスイッチオンコ−ツールにおけるそのような劇的に改善された特異性を得るために適切な範囲にpHスイッチのpKa値を調節する適切な手段を提供することを理解すべきである。   In this regard, as mentioned in the previous section, incorporating an internal acid-specific H bond into the pH switch would result in such dramatically improved specificity in these multiple pH switch onco-tools. It should be understood that it provides a suitable means of adjusting the pKa value of the pH switch to an appropriate range to obtain.

前述の考察及び計算は、有効性と特異性との望ましいバランスを達成するための手段としてのオンコ−ツールのpHスイッチのpKa値を最適化すること(内部酸特異的H結合の組込みによる)に焦点を合わせたものであった(図11及び12)。しかし、オンコ−ツールの分配係数(すなわち、親油性)を増大させることは多pHスイッチオンコ−ツールの有効性と特異性とのバランスに対して同様な効果があることも理解すべきである。これは、図4に示すように、親油性のそのような増大もオンコ−ツールが細胞膜などの親油相に侵入することができるpHを上昇させる役割を果たすためである。したがって、腫瘍に対するオンコ−ツールの特異性を増大させるためのこの多pHスイッチ戦略において、オンコ−ツールの親油性を調節することにより、又はpHスイッチのpKaを調節すること(内部酸特異的H結合の組込みによる)により、又はオンコ−ツールの親油性の調節とpHスイッチ成分のpKaの調節の組合せにより、有効性と特異性とのバランスを調節することができる。   The foregoing considerations and calculations are to optimize the pKa value of the onco-tool pH switch as a means to achieve the desired balance between efficacy and specificity (by incorporating internal acid-specific H-bonds). It was in focus (FIGS. 11 and 12). However, it should also be understood that increasing the onco-tool partition coefficient (ie, lipophilicity) has a similar effect on the balance between the effectiveness and specificity of the multi-pH switch onco-tool. This is because, as shown in FIG. 4, such an increase in lipophilicity also serves to raise the pH at which the onco-tool can enter the lipophilic phase such as the cell membrane. Thus, in this multi-pH switch strategy to increase the specificity of the onco-tool for the tumor, either by adjusting the lipophilicity of the onco-tool or by adjusting the pKa of the pH switch (internal acid specific H binding The balance between efficacy and specificity can be adjusted by adjusting the lipophilicity of the onco-tool and the pKa of the pH switch component.

この時点では、多pHスイッチオンコ−ツールのこれらの計算された特異性の値は、腫瘍の酸性領域において達成できるpH(pH6.4)において親油相(オクタノール又は細胞膜など)に選択的に入るが、正常組織のpH(pH7.4)においてそのような親油相に入ることを十分に避けるそのオンコ−ツールの能力を実際に反映するのかと問うことは適切である。   At this point, these calculated specificity values of the multi-pH switch on co-tool selectively enter the lipophilic phase (such as octanol or cell membrane) at the pH (pH 6.4) that can be achieved in the acidic region of the tumor. It is appropriate to ask whether it actually reflects its onco-tool's ability to sufficiently avoid entering such a lipophilic phase at normal tissue pH (pH 7.4).

この疑問に対応するために、図13のa)に示す2つのpHスイッチ成分を含む代表的な組成物を合成した。合成後、この組成物をpH5.6〜pH8.0の範囲のn−オクタノールと水性緩衝液とに分配させた。この分配実験の結果を図13のb)にプロットする。これらの結果は、pH6.4(腫瘍において達成できる)ではこの組成物の半分がオクタノール相中に分配したが、pH7.0では約2%のみがオクタノール相中に分配し、pH7.2では組成物のいずれもオクタノール相中に検出されなかったことを示している。   In order to address this question, a representative composition containing the two pH switch components shown in FIG. 13 a) was synthesized. After synthesis, the composition was partitioned between n-octanol and aqueous buffer ranging from pH 5.6 to pH 8.0. The result of this distribution experiment is plotted in FIG. These results show that at pH 6.4 (which can be achieved in tumors) half of this composition was partitioned in the octanol phase, but at pH 7.0 only about 2% was partitioned in the octanol phase and at pH 7.2 the composition. None of the objects were detected in the octanol phase.

図12にプロットした計算値によって示唆されるように、これらの分配結果も、2つのpHスイッチ成分を含む組成物の大部分は腫瘍の酸性領域に存在するpHにおいてその非イオン形(すなわち、オクタノール可溶形)で存在することができ、そして当組成物は正常組織に存在するpHにおいてその陰イオン形(すなわち、緩衝液可溶性)にほぼ完全に転換することができることを同様に示唆している。これは、腫瘍の酸性領域に対するオンコ−ツールの特異性を劇的に増大させるための手段として複数のpHスイッチ成分をオンコ−ツールに組み込むという新規な戦略の有用性に関する実験的裏づけを与える。   As suggested by the calculated values plotted in FIG. 12, these partition results are also present in the non-ionic form (ie, octanol) at the pH at which the majority of the compositions containing the two pH switch components are present in the acidic region of the tumor. It is also suggested that the composition can be almost completely converted to its anionic form (ie buffer soluble) at the pH present in normal tissues. . This provides experimental support for the usefulness of the new strategy of incorporating multiple pH switch components into the onco-tool as a means to dramatically increase the specificity of the onco-tool for the acidic region of the tumor.

様々な代表的な多pHスイッチオンコ−ツール構造を本明細書のA.3項で示す。   Various exemplary multi-pH switch on co-tool structures are described in A. Shown in item 3.

2.積荷成分
a)構造要件
積荷成分は、その放射がオンコ−ツールの存在を報告するのに有効又は細胞を死滅させるのに有効である放射性同位体を組み込む役割を果たすオンコ−ツールの構造成分である。積荷成分は、以下の3つの設計要件を満たすべきである。
2. Load component
a) Structural requirement cargo component is the structural component of the onco-tool that serves to incorporate a radioisotope whose radiation is effective to report the presence of the onco-tool or to kill the cell. The cargo component should meet the following three design requirements:

i)その前駆体形の積荷成分は、最小限の操作により、その選択される放射性同位体を容易且つ効率よく組み込むのに有効であるべきである。     i) The precursor form of the cargo component should be effective to incorporate the selected radioisotope easily and efficiently with minimal manipulation.

ii)その最終形の積荷成分に結合している放射性同位体は、診断処置中、又は放射性同位体からの放射が腫瘍の細胞を殺滅している治療過程を通して、そのように結合したままであるべきである。     ii) the radioisotope bound to its final form of the cargo component remains so bound during the diagnostic procedure or throughout the course of therapy in which the radiation from the radioisotope kills the tumor cells. Should be.

iii)結合した放射性同位体を含むその最終形の積荷成分は、十分に小さく、オンコ−ツールのpH依存性親水性/親油性特性に過度の影響を及ぼさないような成分であるべきである。換言すれば、積荷成分の最終形が過度の親水性に寄与している場合、それは、腫瘍の酸性領域における細胞へのオンコ−ツールの非イオン形の侵入を抑制し、それにより、有効性を低下させることがある。逆に、積荷成分の最終形が過度の親油性に寄与している場合、それは、正常組織中の過度の捕捉を引き起こし、それにより、特異性を低下させることがある。     iii) The final form of the cargo component, including the bound radioisotope, should be such that it is sufficiently small and does not unduly affect the pH-dependent hydrophilic / lipophilic properties of the onco-tool. In other words, if the final form of the cargo component contributes to excessive hydrophilicity, it inhibits onco-tool non-ionic entry into the cells in the acidic region of the tumor, thereby increasing efficacy. May decrease. Conversely, if the final form of the cargo component contributes to excessive lipophilicity, it can cause excessive capture in normal tissue, thereby reducing specificity.

積荷成分に関するこれらの要件に基づいて、F、Br、I及びAtから選択される放射性ハロゲンが最善の放射性同位体型であり、ビニル基又は単不飽和環又は単芳香環が放射性ハロゲンを結合させる最善の役割を果たすと思われる。図14に、選択される前駆体形及び診断又は治療上の使用の準備が整った最終放射性同位体含有形の多くの期待される積荷成分を示す。   Based on these requirements for cargo components, the radiohalogen selected from F, Br, I and At is the best radioisotope type, and the vinyl group or monounsaturated ring or monoaromatic ring is the best to which the radiohalogen is attached. It seems to play a role. FIG. 14 shows a number of expected cargo components of the precursor form selected and the final radioisotope-containing form ready for diagnostic or therapeutic use.

b)前駆体及び最終形
オンコ−ツールに結合させるべき選択される放射性同位体が短い半減期を有する場合、その前駆体形のオンコ−ツールを製造し、輸送し、保存し、次いで、診断又は治療すべき対象にオンコ−ツールを送達する直前に放射性同位体積荷を加えることがしばしば望ましい。様々な放射性同位体を結合させるのに適する多数の異なる構造が核医学分野で報告されているが、そのような多くの構造は、オンコ−ツールに使用するのに不適切である。図14にオンコ−ツールにおける使用の固有の要件を満たす、それらの前駆体形及びそれらの最終形のいくつかの選択される積荷成分を示す。図15に前駆体形のそのような2つの積荷成分を製造するための合成スキームを示す。これらの合成は、既に記載されているトリアルキルスズ部分を付加するための重要な反応を用いる(例えば、非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4及び非特許文献5参照)。図15に、以前に記載された(非特許文献6参照)前駆体形をそれらの最終放射性同位体含有形に変換する簡単な手順も示す。他の適切な積荷成分を製造し、放射性同位体を組み込んで、最終形を得るための手順が他所に記載されている(例えば、非特許文献7及び非特許文献8参照)。
b) If the selected radioisotope to be bound to the precursor and final form onco-tool has a short half-life, the precursor form of the onco-tool is manufactured, transported, stored and then diagnosed or treated It is often desirable to apply a radioisotope load just before delivering the onco-tool to the subject to be treated. A number of different structures suitable for combining various radioisotopes have been reported in the nuclear medicine field, but many such structures are unsuitable for use in onco-tools. FIG. 14 shows some selected cargo components of their precursor forms and their final forms that meet the unique requirements for use in onco-tools. FIG. 15 shows a synthetic scheme for producing two such cargo components in precursor form. These syntheses use important reactions for adding a trialkyltin moiety already described (see, for example, Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4, and Non-Patent Document 5). FIG. 15 also shows a simple procedure for converting previously described (see Non-Patent Document 6) precursor forms to their final radioisotope-containing forms. Procedures for producing other suitable cargo components and incorporating radioisotopes to obtain the final form are described elsewhere (see, eg, Non-Patent Document 7 and Non-Patent Document 8).

c)放射性同位体積荷の選択
オンコ−ツールの適用を決定するのはオンコ−ツールの結合放射性同位体であることに注意すべきである。結合放射性同位体が体外で容易に検出できるシグナルを放射するならば、当オンコ−ツールは、酸性領域を含む腫瘍を検出する機能を果たすことができる。逆に、放射性同位体が細胞を殺滅するのに有効な放射物を有するならば、当オンコ−ツールは、酸性領域を含む腫瘍の治療のために機能を果たすことができる。さらに、オンコ−ツールが、体外で容易に検出できるシグナル(例えば、ガンマ線)を放射し、細胞を殺滅するのに有効な放射物(例えば、ベータ粒子)を有するヨウ素131などの放射性同位体を含むならば、当オンコ−ツールは、酸性領域を含む腫瘍の診断及び治療のために機能を果たすことができる。
c) Radioisotope volume selection It should be noted that it is the combined radioisotope of the onco-tool that determines the application of the onco-tool. If the bound radioisotope emits a signal that can be easily detected outside the body, the onco-tool can serve to detect tumors containing acidic regions. Conversely, if the radioisotope has a radioactive substance that is effective in killing the cell, the onco-tool can serve for the treatment of tumors that contain acidic regions. In addition, the onco-tool emits a signal (eg, gamma rays) that can be easily detected outside the body, and a radioactive isotope such as iodine 131 that has a radioactive material (eg, beta particles) effective to kill the cell. If included, the onco-tool can serve for diagnosis and treatment of tumors containing acidic regions.

i)腫瘍の検出用
腫瘍を検出するために用いるオンコ−ツールにおいて、対象の体外での検出に適するシグナルを発生する放射性同位体を選択するに際してかなりの許容範囲がある。診断適用に有利な特性を有する以下のような数種の放射性同位体が挙げられる。
放射性同位体 半減期
フッ素18 1.8時間
臭素75 1.7時間
臭素76 16時間
臭素77 2.4日
ヨウ素123 13時間
ヨウ素124 4日
ヨウ素125 60日
ヨウ素126 13日
ヨウ素131 8日
i) In the onco-tool used to detect tumors for tumor detection, there is considerable tolerance in selecting radioisotopes that generate signals suitable for detection outside the subject's body. There are several radioisotopes that have advantageous properties for diagnostic applications:
Radioisotope half-life Fluorine 18 1.8 hours Bromine 75 1.7 hours Bromine 76 16 hours Bromine 77 2.4 days Iodine 123 13 hours Iodine 124 4 days Iodine 125 60 days Iodine 126 13 days Iodine 131 8 days

ii)腫瘍の治療用
腫瘍の成功裏での治療は、2つの課題に直面する。1つの課題は、腫瘍毛細血管に近いほぼ正常なpHのすべての治療感受性迅速分裂腫瘍細胞を完全に殺滅することである。他のより近づき難い課題は、腫瘍の酸性領域における治療抵抗性休止腫瘍細胞のすべてを完全に殺滅することである。治療用オンコ−ツールは、腫瘍の酸性領域における治療抵抗性休止細胞を殺滅するための手段としてのみ最初に考案された。これは、オンコ−ツールが腫瘍の酸性領域にのみ捕捉されるように設計されており、したがって、そのようなオンコ−ツールは放射線若しくは化学療法などのより多くの従来の癌療法と併用しなければならず、従来の療法は毛細血管により近い腫瘍のより中性の領域における治療感受性迅速分裂腫瘍細胞を殺滅する役割を果たす(そのような領域にはオンコ−ツールがほとんどないため)であろうと想定されたためである。
ii) Successful treatment of tumors for tumor treatment faces two challenges. One challenge is to completely kill all therapeutically sensitive rapidly dividing tumor cells at near normal pH close to tumor capillaries. Another less accessible issue is the complete killing of all treatment-resistant resting tumor cells in the acidic region of the tumor. A therapeutic onco-tool was first devised only as a means to kill treatment-resistant resting cells in the acidic region of the tumor. This is designed so that the onco-tool is captured only in the acidic area of the tumor, so such onco-tool must be used in conjunction with more conventional cancer therapies such as radiation or chemotherapy. Rather, conventional therapies would play a role in killing treatment-sensitive rapidly dividing tumor cells in more neutral areas of the tumor closer to the capillaries (because there are few onco-tools in such areas) This is because of the assumption.

より最近、発明者は、オンコ−ツールのみを用いて腫瘍全体を破壊し、それにより、毒性がより高く、特異性がより低い従来の癌療法との併用治療の必要を回避することができる二重放射性同位体戦略を考案した。この二重放射性同位体戦略は、細胞を殺滅するのに有効な少なくとも2つのオンコ−ツール製剤を用いることを必要とする。   More recently, the inventor can destroy the entire tumor using only onco-tools, thereby avoiding the need for combined treatment with conventional cancer therapies that are more toxic and less specific. A heavy radioactive isotope strategy was devised. This dual radioisotope strategy requires the use of at least two onco-tool formulations that are effective in killing cells.

治療抵抗性休止腫瘍細胞を殺滅するために用いるオンコ−ツール製剤は、放射性同位体を含む治療用オンコ−ツールが置かれている、又は近傍の放射線抵抗性休止腫瘍細胞のすべてを殺滅するために高線型エネルギー転移放射線を放射する放射性同位体を含むべきである。   Onco-tool formulations used to kill therapy-resistant resting tumor cells kill all of the nearby radiation-resistant resting tumor cells on which the therapeutic onco-tool containing the radioisotope is placed or Therefore, it should contain radioactive isotopes that emit high linear energy transfer radiation.

この要求の厳しい要件を達成するための1つの選択肢は、放出されるエネルギーがほとんどの放射線に対して高度に抵抗性である細胞でさえも殺滅するのに高度に有効であるような非常に短い距離(数細胞径)にわたって大量なエネルギーを放出するアルファ粒子を放射する放射性同位体を用いることである。この目的のための最善の放射性同位体は、放射性ハロゲンであるアスタチン211であると思われる。この放射性同位体は、アルファ粒子ビームを装着した中エネルギーサイクロトロンにおける天然ビスマス209から発生される。アスタチン211は、7.2時間の半減期を有し、放射されたアルファ粒子の約50〜80ミクロン経路長(数細胞径)以内の細胞を破壊することが示された5.87及び7.45百万電子ボルトのエネルギーを有する2つのアルファ粒子を放射する。単に数個のそのようなアルファ放射物が最も放射線抵抗性休止腫瘍細胞さえも殺滅することができる。   One option for achieving this demanding requirement is that the energy released is highly effective in killing even cells that are highly resistant to most radiation. The use of radioisotopes that emit alpha particles that emit large amounts of energy over short distances (several cell diameters). The best radioisotope for this purpose appears to be astatine 211, a radiohalogen. This radioisotope is generated from natural bismuth 209 in a medium energy cyclotron equipped with an alpha particle beam. Astatine 211 has a half-life of 7.2 hours and has been shown to destroy cells within about 50-80 micron path length (several cell diameters) of emitted alpha particles. It emits two alpha particles with an energy of 45 million electron volts. Only a few such alpha emitters can kill even the most radioresistant quiescent tumor cells.

高線型エネルギー転移放射線を放射する他のクラスの放射性同位体は、オーガー及び/又はコスター−クロニク電子を放射するものである。そのような放射性同位体は、殺滅すべき細胞内に置かれた場合、細胞のDNAの破壊的損傷を引き起こすことができ、したがって、細胞核に近接して局在化したとき、極度の細胞毒性を示す。治療用オンコ−ツールに特に適しているこの種の放射性同位体は、臭素77(半減期57時間)及びヨウ素123(半減期13時間)などである。   Another class of radioisotopes that emit high linear energy transfer radiation are those that emit auger and / or coster-chronic electrons. Such radioisotopes can cause destructive damage to cellular DNA when placed in cells to be killed and are therefore extremely cytotoxic when localized in close proximity to the cell nucleus. Indicates. Such radioisotopes that are particularly suitable for therapeutic onco-tools include bromine 77 (half-life 57 hours) and iodine 123 (half-life 13 hours).

毛細血管により近い治療感受性迅速分裂腫瘍細胞を殺滅するために用いるオンコ−ツール製剤は、治療感受性迅速分裂腫瘍細胞を殺滅するのに十分なエネルギーをそれらの経路に沿って放出する粒子を放射する1つ又は複数の放射性同位体を含むべきである。より重要なことに、粒子を放射するものは、それらが、オンコ−ツールが捕捉されている酸性領域から数百ミクロンまで及び得る腫瘍のより中性の領域における治療感受性迅速分裂腫瘍細胞を殺滅することを可能にする、オンコ−ツールが捕捉されている場所から数百ミクロンまでの細胞に対して有効である十分に長い経路長を有さなければならない。ベータ放射放射性同位体は、この要件を最もよく満たしている。この二重同位体療法戦略に用いることができる多くのベータ放射放射性同位体は存在するが、以下の放射性ハロゲンは、600ミクロンを超える平均経路長を含む、この適用に対して有利な特性を有する。
放射性同位体 半減期
臭素82 36時間
臭素83 2.4時間
ヨウ素126 13日
ヨウ素130 12時間
ヨウ素131 8日
ヨウ素132 2.3時間
ヨウ素133 21時間
ヨウ素135 7時間
Onco-tool formulations used to kill therapeutically sensitive rapidly dividing tumor cells that are closer to the capillaries emit particles that release enough energy along their pathways to kill the therapeutically sensitive rapidly dividing tumor cells. Should contain one or more radioisotopes. More importantly, those that emit particles kill the therapeutically sensitive rapidly dividing tumor cells in the more neutral areas of the tumor where they can range from the acidic area where the onco-tool is captured to several hundred microns. It must have a sufficiently long path length that is effective for cells from the location where the onco-tool is captured to a few hundred microns. Beta-radioactive isotopes best meet this requirement. Although there are many beta-radioactive isotopes that can be used in this dual isotope therapy strategy, the following radiohalogens have advantageous properties for this application, including average path lengths greater than 600 microns .
Radioisotope half-life bromine 82 36 hours Bromine 83 2.4 hours Iodine 126 13 days Iodine 130 12 hours Iodine 131 8 days Iodine 132 2.3 hours Iodine 133 21 hours Iodine 135 7 hours

オンコ−ツールを腫瘍の酸性領域における休止細胞を殺滅するためにのみ用い、より高いpHを有する腫瘍の他の領域における迅速分裂腫瘍細胞を殺滅するのに有効な従来の癌療法と併用する治療法と比べて、オンコ−ツールのみを腫瘍全体を殺滅するために用いる、この新たな二重放射性同位体オンコ−ツール療法戦略は、より簡単で、より費用がかからず、はるかに毒性が低く、はるかに有効な治療を提供するであろう。   The onco-tool is used only to kill resting cells in the acidic area of the tumor, and is used in conjunction with conventional cancer therapies effective to kill rapidly dividing tumor cells in other areas of the tumor with higher pH Compared to therapy, this new dual radioisotope onco-tool therapy strategy using only onco-tool to kill the entire tumor is simpler, less expensive and much more toxic Will provide a lower and much more effective treatment.

3.オンコ−ツールの構造
a)構造要件
各オンコ−ツールは、2つ又はそれを超えるpHスイッチ成分を含まなければならない。現行の癌療法(特異性は一般に約2〜8の範囲にあると推定される)によって一般にもたらされるより実質的に大きい(少なくとも20以上、好ましくは40以上)特異性を達成するためには、この「2つ又はそれを超える」要件は必須である。さらに、各オンコ−ツールは、pH7.4でほぼ完全に陰イオン親水形で存在するが、pH6.4ではかなりの部分(好ましくは1%又はそれを超える)が腫瘍の酸性領域に捕捉されるのに有効な非イオン親油形に転移するような構造を有さなければならない。各オンコ−ツールはまた、放射性同位体に結合するのに有効である、或いはオンコ−ツールの存在を報告するのに適し、且つ/又は細胞を殺滅するのに適する放射性同位体を含む積荷成分を含まなければならない。
3. Onco-tool structure
a) Structural requirements Each onco-tool must contain two or more pH switch components. In order to achieve substantially greater (at least 20 or more, preferably 40 or more) specificity than is generally provided by current cancer therapies (specificity is generally estimated to be in the range of about 2-8) This “two or more” requirement is mandatory. In addition, each onco-tool exists almost completely in the anionic hydrophilic form at pH 7.4, but a significant portion (preferably 1% or more) is trapped in the acidic region of the tumor at pH 6.4. It must have a structure that can be transferred to a non-ionic lipophilic form that is effective for this purpose. Each onco-tool also includes a radioactive isotope that is effective to bind to a radioisotope, or suitable for reporting the presence of an onco-tool and / or suitable for killing a cell. Must be included.

以下の3つの項で、2つ、3つ及び4つのpHスイッチを含むオンコ−ツールについて述べる。そのようなオンコ−ツール構造については、成分の選択される組合せには、十分な有効性及び有効性と特異性との望ましいバランスを達成するために、一般にR基の最適化を必要とする。R基のそのような最適化の手順は、本明細書における後のB項並びに当項に関連する図及び実施例で述べる。   The following three sections describe an onco-tool that includes two, three and four pH switches. For such onco-tool structures, the selected combination of ingredients generally requires optimization of the R group in order to achieve sufficient effectiveness and the desired balance of effectiveness and specificity. Procedures for such optimization of the R group are described later in this document in section B and the figures and examples associated with this section.

b)2pHスイッチを含むオンコ−ツール
これらのオンコ−ツールは、最も単純な構造を有し、一般に合成するのが最も容易である。それらは、一般に潜在的に約20〜約80の範囲にある特異性係数を有する。図16にオンコ−ツールの重要な構造要件を満たす様々な代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す。図16aに2つの単純pHスイッチを含むオンコ−ツールを示す。図16bに2つの高度pHスイッチを含むオンコ−ツールを示す。図16cに低バリアH結合を形成するように設計された2つの高度pHスイッチを含むオンコ−ツールを示す。
b) Onco-tools containing 2 pH switches These onco-tools have the simplest structure and are generally easiest to synthesize. They generally have a specificity factor that is potentially in the range of about 20 to about 80. FIG. 16 shows various representative 2pH switch onco-tools that meet the important structural requirements of the onco-tool. FIG. 16a shows an onco-tool that includes two simple pH switches. FIG. 16b shows an onco-tool that includes two advanced pH switches. FIG. 16c shows an onco-tool that includes two advanced pH switches designed to form a low barrier H bond.

c)3pHスイッチを含むオンコ−ツール
3pHスイッチを含むオンコ−ツールは、上述の2pHスイッチオンコ−ツールより複雑であり、一般に合成するのにより困難である。しかし、3pHスイッチオンコ−ツールは、潜在的に約100〜約500の範囲にあるかなりより高い特異性係数をもたらすという利点を有する。図17にオンコ−ツールの重要な構造要件を満たす様々な代表的な3pHスイッチオンコ−ツールを示す。図17のa)に3つの高度pHスイッチを含むオンコ−ツールを示し、図17のb)に低バリアH結合を形成するように設計された3つの高度pHスイッチを含むオンコ−ツールを示す。
c) Onco-tool with a 3 pH switch An onco-tool with a 3 pH switch is more complex and generally more difficult to synthesize than the 2 pH switch onco-tool described above. However, the 3pH switch on co-tool has the advantage of providing a considerably higher specificity factor potentially in the range of about 100 to about 500. FIG. 17 shows various representative 3pH switch onco-tools that meet the important structural requirements of the onco-tool. FIG. 17a) shows an onco-tool that includes three advanced pH switches, and FIG. 17b) shows an onco-tool that includes three advanced pH switches designed to form low barrier H-bonds.

d)4pHスイッチを含むオンコ−ツール
4pHスイッチを含むオンコ−ツールは、上述の3pHスイッチオンコ−ツールよりさらに複雑であり、一般に合成するのにより困難である。しかし、4pHスイッチオンコ−ツールは、潜在的に約400〜約2500の範囲にあるより高い特異性係数の可能性を有する。図18にオンコ−ツールの重要な構造要件を満たし、低バリアH結合を形成するように設計された4つの高度pHスイッチを含む2つの代表的なオンコ−ツールを示す。
d) Onco-tool with a 4 pH switch An onco-tool with a 4 pH switch is more complex than the 3pH switch onco-tool described above and is generally more difficult to synthesize. However, the 4pH switch on co-tool has the potential for a higher specificity factor, potentially in the range of about 400 to about 2500. FIG. 18 shows two representative onco-tools that include four advanced pH switches designed to meet the important structural requirements of the onco-tool and form low barrier H-bonds.

B.成分及びオンコ−ツールの合成、試験及び最適化
1.代表的なpHスイッチを含む構造の調製
新たなオンコ−ツール型の開発を始める前に、最初に様々なpHスイッチ型、並びにR基の変形形態が広範囲の親油性を構造に付与する役割を果たす、型内の変形形態を調製し、その特性を評価することが一般に望ましい。
B. Composition, testing and optimization of ingredients and onco-tools
1. Preparation of structures containing representative pH switches Before beginning the development of new onco-tool types, various pH switch types, as well as variations of the R group, initially serve to impart a wide range of lipophilicity to the structure. It is generally desirable to prepare in-mold variants and evaluate their properties.

a)単純pHスイッチ
図19にR基を変化させることにより調整された親油性を有する単純pHスイッチを含むオンコ−ツール構造の代表的な合成経路を示す。
a) Simple pH Switch FIG. 19 shows a typical synthesis route for an onco-tool structure including a simple pH switch with lipophilicity adjusted by changing the R group.

b)高度pHスイッチ
図20にR1基を変化させることにより調整された親油性を有する高度pHスイッチ型を含む構造の合成経路を示す。
b) Advanced pH Switch FIG. 20 shows a synthetic route of a structure including an advanced pH switch type having lipophilicity adjusted by changing the R1 group.

c)低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチ
図21及び22に低バリアH結合を形成するように設計された多くの高度pHスイッチ型を含む構造の合成経路を示す。
c) Advanced pH Switch Designed to Form Low Barrier H Bonds FIGS. 21 and 22 show synthetic pathways for structures containing many advanced pH switch types designed to form low barrier H bonds.

図21にpHスイッチの調製及びオンコ−ツールの調製のための有用なアミンエステル及びケトンエステル中間体を示す。そのような中間体の重要な中核成分の調製のための合成手順は既に報告されている(例えば、非特許文献9及び非特許文献10参照)。   FIG. 21 shows useful amine ester and ketone ester intermediates for pH switch preparation and onco-tool preparation. Synthetic procedures for the preparation of important core components of such intermediates have already been reported (see, for example, Non-Patent Document 9 and Non-Patent Document 10).

図22にそのようないくつかの中間体を、内部酸特異的低バリアH結合を形成するように設計された様々なpHスイッチに変換するための代表的な合成経路を示す。   FIG. 22 shows representative synthetic pathways for converting several such intermediates into various pH switches designed to form internal acid specific low barrier H bonds.

2.pHスイッチの試験
単純滴定試験は、pHスイッチ構造のpH依存性溶解特性並びにそれらのpKa値に関する有用な情報を提供する。実施例7でpHスイッチ成分を試験するのに用いた滴定手順を述べる。図23に様々な過去の滴定の代表的な結果を示す。
2. pH Switch Testing Simple titration tests provide useful information regarding the pH-dependent dissolution properties of pH switch structures as well as their pKa values. The titration procedure used in Example 7 to test the pH switch component is described. FIG. 23 shows representative results of various past titrations.

図23aに単純カルボン酸(酪酸)及び高度pHスイッチ(ショウノウ酸の酸アミド誘導体)についてメタノール/水(1:1容積比)中で滴定を行った通常の滴定曲線を示す。片方のプロットには、同じ滴定結果をより多くの情報を与える一次導関数の形でプロットする。   FIG. 23a shows a typical titration curve obtained by titrating simple carboxylic acid (butyric acid) and a high pH switch (an acid amide derivative of camphoric acid) in methanol / water (1: 1 volume ratio). On one plot, the same titration results are plotted in the form of a first derivative that gives more information.

図23bに滴定を水中で行い、各化学種が33ミリモル濃度で存在していた場合の通常の滴定曲線を示す。滴定結果は、R基のみが異なっている3つの関連2pHスイッチオンコ−ツール(しかし放射性ヨウ素の代わりに安定ヨウ素を含む)について示す。滴定結果は、R基がメチルである関連3pHスイッチ構造についても示す。   FIG. 23b shows a typical titration curve when titration was performed in water and each species was present at a concentration of 33 millimolar. Titration results are shown for three related 2 pH switch on co-tools that differ only in the R group (but contain stable iodine instead of radioactive iodine). Titration results also show related 3 pH switch structures where the R group is methyl.

図23cに低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチについて一次導関数としてプロットした滴定曲線を示す。この滴定は水中で行い、ショウノウ酸から誘導されたN−オキシド/酸構造を含むpHスイッチが5ミリモル濃度で存在していた。   FIG. 23c shows a titration curve plotted as the first derivative for an advanced pH switch designed to form a low barrier H bond. This titration was carried out in water and a pH switch containing an N-oxide / acid structure derived from camphoric acid was present at a concentration of 5 millimolar.

図24にショウノウ酸から誘導されたアミド/酸高度pHスイッチ、イソニポコチン酸から誘導された低バリアH結合を形成するように設計されたN−オキシド/酸高度pHスイッチ、及びショウノウ酸から誘導された低バリアH結合を形成するように設計されたN−オキシド/酸高度pHスイッチ(図10のc)の構造i及び図23cに示す構造としても示す)を含む3つのpHスイッチ構造の実験的に決定したpKa値を示す。   FIG. 24 shows an amide / acid advanced pH switch derived from camphoric acid, an N-oxide / acid advanced pH switch designed to form a low barrier H bond derived from isonipocotic acid, and derived from camphoric acid. Experimentally of three pH switch structures including an N-oxide / acid high pH switch designed to form a low barrier H bond (also shown as structure i in FIG. 10c and as shown in FIG. 23c). The determined pKa value is shown.

3.代表的なオンコ−ツールの調製及び最終形への変換
a)単純pHスイッチを含むオンコ−ツール
図19に単純pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールを調製するための合成経路を示す。
3. Preparation of typical onco-tool and conversion to final form
a) Onco-tool with a simple pH switch FIG. 19 shows a synthetic route for preparing a representative onco-tool with a simple pH switch.

b)高度pHスイッチを含むオンコ−ツール
図25に高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す。図25aにその2つのpHスイッチがジアシルヒドラジド構造により接合されているオンコ−ツールを示す。図25bにその2つのpHスイッチがジアミド構造により接合されているオンコ−ツールを示す。
b) Onco-tool including an advanced pH switch FIG. 25 shows a synthesis scheme of a representative onco-tool including an advanced pH switch. FIG. 25a shows an onco-tool whose two pH switches are joined by a diacyl hydrazide structure. FIG. 25b shows an onco-tool whose two pH switches are joined by a diamide structure.

c)低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含むオンコ−ツール
図26に低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す。
c) Onco-tool containing an advanced pH switch designed to form a low-barrier H bond Figure 26 shows a representative onco-tool synthesis containing an advanced pH switch designed to form a low-barrier H bond. A scheme is shown.

図26aに単一N−オキシド部分が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプター部分としての役割を果たす2pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す。図26bにヒドラジン部分の窒素の両方が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプター部分としての役割を果たす2pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す。図26cにシアノメチルアミン部分がカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプター部分としての役割を果たす2pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す。図26dに各N−オキシド部分が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプター部分としての役割を果たす4pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す。   FIG. 26a shows a synthetic scheme for a 2pH switch on co-tool in which a single N-oxide moiety serves as an H-bond acceptor moiety for two carboxylic acid H-bond donor moieties. FIG. 26b shows a synthetic scheme for a 2pH switch on co-tool where both nitrogens of the hydrazine moiety serve as H-bond acceptor moieties for the two carboxylic acid H-bond donor moieties. FIG. 26c shows a synthetic scheme for a 2pH switch on co-tool where the cyanomethylamine moiety serves as the H-bond acceptor moiety for the carboxylic acid H-bond donor moiety. FIG. 26d shows a synthetic scheme for a 4 pH switch on co-tool where each N-oxide moiety serves as an H-bond acceptor moiety for two carboxylic acid H-bond donor moieties.

低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含むオンコ−ツールの前述の合成において、図21の構造b、d及びfのようなケトン/エステル中間体を用いて、アミン部分が図21の構造a、c及びeのようなエステル部分に対してシスであるアミン/エステルを還元的にアルキル化するとき、得られる2pHスイッチ生成物が一般に2つの異性体を含み、1つはpHスイッチ成分の両方がアミン及びエステルに対してシスであり、他の生成物はpHスイッチ成分の1つがアミン及びエステル部分に対してシスであり、pHスイッチ成分の1つがトランスであることに注意すべきである。そのような場合、所望のシス/シス生成物を精製し、シス/トランス生成物を捨てることが望ましい。これを遂行する1つの方法は、トランスpHスイッチ成分は内部酸特異的低バリアH結合を形成することができないという事実を活用することである。その結果として、そのpKaは水溶液中で一般に約5.0となる。これに対して、シスpHスイッチ成分は一般に所望の内部酸特異的低バリアH結合を形成することができ、これにより、含まれるカルボキシル部分のpKaは約6.0以上に上昇する。その結果として、エステル部分を開裂させてカルボキシル部分を得た後に、テトラヒドロフラン、t−ブチルメチルエーテル又はジクロロメタンなどの有機相と約6.0に緩衝された水相とに分配することにより、所望のシス/シス形が望ましくないシス/トランス形から一般に容易に分離されるはずである。そのような分配システムにおいて、所望のシス/シス形は、一般に有機相中に優先的に分配されるが、望ましくないシス/トランス形は水性緩衝相中に優先的に分配されるはずである。   In the foregoing synthesis of an onco-tool comprising an advanced pH switch designed to form a low barrier H bond, a ketone / ester intermediate such as structures b, d and f in FIG. When reductively alkylating an amine / ester that is cis to an ester moiety such as structures a, c and e in FIG. 21, the resulting 2 pH switch product generally comprises two isomers, one of which Note that both pH switch components are cis for amines and esters, and other products are one of the pH switch components is cis for the amine and ester moieties, and one of the pH switch components is trans. Should. In such cases, it is desirable to purify the desired cis / cis product and discard the cis / trans product. One way to accomplish this is to take advantage of the fact that the trans pH switch component is unable to form an internal acid specific low barrier H bond. As a result, its pKa is generally about 5.0 in aqueous solution. In contrast, cis pH switch components are generally capable of forming the desired internal acid specific low barrier H bond, thereby increasing the pKa of the included carboxyl moiety to about 6.0 or higher. As a result, after cleaving the ester moiety to obtain the carboxyl moiety, partitioning between an organic phase such as tetrahydrofuran, t-butyl methyl ether or dichloromethane and an aqueous phase buffered to about 6.0 provides the desired The cis / cis form should generally be easily separated from the undesired cis / trans form. In such a distribution system, the desired cis / cis form is generally preferentially distributed in the organic phase, while the undesired cis / trans form should be preferentially distributed in the aqueous buffer phase.

同じ基本的分離戦略を用いて、少なくとも1つのトランスpHスイッチを含む複数の形から図26dの4pHスイッチオンコ−ツールの所望の全シス形を分離することもできる。   The same basic separation strategy can be used to separate the desired full cis form of the 4pH switch on co-tool of FIG. 26d from multiple forms including at least one transformer pH switch.

4.オンコ−ツールの試験及び最適化
以下の情報源は、有効且つ特異的なオンコ−ツールを設計し、開発するための出発点として役立つ。図12における有効性及び特異性プロットは、選択されるオンコ−ツールに含まれるpHスイッチ成分の数の関数としてのpHスイッチ成分の望ましいpKa値に関する指針を提供する。図4は、pHスイッチ成分のR基の親油性を変化させることにより分配係数を一般に調節するという、オンコ−ツールの非イオン形の分配係数の変化の影響に関する指針を提供する。さらに、上のB.1.項及びB.2.項で述べたそれらのpHスイッチの後の滴定試験で述べたような様々な期待されるpHスイッチ型及びそれらのR基変異体の合成は、期待されるオンコ−ツールの適切なpHスイッチ成分を選択するための有用な情報を提供する。最後に、図14にオンコ−ツールへの組込みに適する多くの積荷成分を示す。
4). Onco-Tool Testing and Optimization The following information sources serve as a starting point for designing and developing effective and specific onco-tools. The effectiveness and specificity plot in FIG. 12 provides guidance on the desired pKa value of the pH switch component as a function of the number of pH switch components included in the selected onco-tool. FIG. 4 provides guidance on the effect of changes in the onco-tool non-ionic partition coefficient, generally adjusting the partition coefficient by changing the R group lipophilicity of the pH switch component. Furthermore, B. above. 1. Term and B.I. 2. The synthesis of the various expected pH switch types and their R-group variants as described in the titration tests after those pH switches described in the section will give the appropriate pH switch components of the expected onco-tool. Provide useful information to choose. Finally, FIG. 14 shows a number of cargo components that are suitable for incorporation into onco-tools.

成分部分に関する前述の情報は有効且つ特異的なオンコ−ツールの設計及び開発のための有用な基礎を提供するが、それにもかかわらず、それらの成分部分が放射性同位体を含む形の期待されるオンコ−ツールに組み込まれたならば、十分な有効性及び有効性と特異性との望ましいバランスを達成するために、当オンコ−ツール構造を最適化することが一般に必要である。   Although the above information on component parts provides a useful basis for the design and development of effective and specific onco-tools, nonetheless, those component parts are expected to contain radioisotopes Once incorporated into an onco-tool, it is generally necessary to optimize the onco-tool structure to achieve sufficient effectiveness and the desired balance of effectiveness and specificity.

a)反復最適化工程:培養細胞中の合成及び試験。好ましい最適化工程は、以下を必要とする。 a) Iterative optimization process: synthesis and testing in cultured cells . A preferred optimization process requires:

i)親油性が異なる一組のオンコ−ツールを調製する
最適化工程は、該組のオンコ−ツールが異なるR1及びR2基を含むため広範囲の親油性を示す、選択される成分を組み込んだ一組の期待されるオンコ−ツール構造を調製することによって開始する。該組の各オンコ−ツールは、生物学的系における容易な検出及び定量を可能にするヨウ素131などの適切な放射性同位体も含むべきである。
i) An optimization process for preparing a set of onco-tools with different lipophilicity incorporates selected components that exhibit a wide range of lipophilicity because the set of onco-tools contains different R1 and R2 groups. Start by preparing a set of expected onco-tool structures. Each onco-tool in the set should also include a suitable radioisotope such as iodine 131 that allows easy detection and quantification in biological systems.

ii)pH6.4及びpH7.4における培養細胞への侵入を評価する
それらの期待されるオンコ−ツール構造のそれぞれを、期待されるオンコ−ツールを生存対象において遭遇する主要な生物学的環境及び構造に曝露させる、比較的単純な生物学的系内での試験に供するべきである。実施例8で述べるように、そのような最初の試験用の好ましい生物学的系は、正常組織を模倣するためにpH7.4で緩衝し、また腫瘍の酸性領域を模倣するためにpH6.4で緩衝した血清含有培地中で培養した哺乳動物細胞を含む。その概要を述べると、培養細胞の2つの異なるウェルを所定のオンコ−ツールに1時間曝露させる。1つの培養ウェルにおいてはオンコ−ツールをpH6.4の培地中に入れる。他の培養ウェルにおいてはオンコ−ツールをpH7.4の培地中に入れる。37℃で1時間インキュベートした後、オンコ−ツールを含む培地を除去し、細胞を同じpHの培地で徹底的に洗浄し、次いで、細胞により保持された放射性同位体を計数して、2つのpH条件のそれぞれのもとで捕捉されたオンコ−ツールの相対量の尺度とする。
ii) each of those expected onco-tool structures that assess invasion into cultured cells at pH 6.4 and pH 7.4 , the major biological environment in which the expected onco-tool is encountered in living subjects and It should be subjected to testing in a relatively simple biological system exposed to the structure. As described in Example 8, a preferred biological system for such initial testing is buffered at pH 7.4 to mimic normal tissue and pH 6.4 to mimic the acidic region of the tumor. Mammalian cells cultured in serum-containing medium buffered with In summary, two different wells of cultured cells are exposed to a given onco-tool for 1 hour. In one culture well, the onco-tool is placed in a medium at pH 6.4. In other culture wells, the onco-tool is placed in the medium at pH 7.4. After 1 hour incubation at 37 ° C., the medium containing the onco-tool is removed, the cells are washed thoroughly with medium of the same pH, and then the radioisotopes retained by the cells are counted to obtain two pHs. A measure of the relative amount of onco-tool captured under each of the conditions.

好ましいオンコ−ツール構造は、pH6.4において細胞により最大限に捕捉されるが、pH7.4において細胞により最小限に捕捉されるものである。   Preferred onco-tool structures are those that are maximally captured by cells at pH 6.4 but minimally captured by cells at pH 7.4.

上の2つの最適化ステップの最初の適用は、容認できる有効性(pH6.4で捕捉される量に関連する)及び特異性(pH6.4で捕捉される量/pH7.4で捕捉される量の比に関連する)の値を与える合理的に狭い範囲のオンコ−ツールの親油性を特定するのに一般に役立つはずである。或いは、そのような最初の試験はそれよりもむしろ、選択されるオンコ−ツール成分は不十分であり、異なるpHスイッチ成分及び/又は異なる積荷成分をその期待されるオンコ−ツール構造に用いるべきであることを示すのに役立つ可能性がある。   The first application of the two optimization steps above is acceptable efficacy (related to the amount captured at pH 6.4) and specificity (captured at pH 6.4 / captured at pH 7.4). It should generally be useful to identify the lipophilicity of a reasonably narrow range of onco-tools that give a value (related to the ratio of quantities). Alternatively, such an initial test would rather have insufficient onco-tool components selected, and different pH switch components and / or different cargo components should be used for the expected onco-tool structure. May be useful to show that there is.

iii)必要に応じて上のステップを繰り返す
漸進的により狭い構造範囲内でのさらなる最適化サイクルは、さらにより良好なオンコ−ツール活性につながる可能性がある。
iii) Further optimization cycles within progressively narrower structural ranges that repeat the above steps as needed may lead to even better onco-tool activity.

b)正常マウスにおける体内運命を評価する
上の細胞培養試験は、比較的迅速で、簡単であり、定量的な結果をもたらすので、かなり多くの期待されるオンコ−ツール構造の最初の試験に適用できる。しかし、この最初の細胞培養スクリーニングシステムは生存対象の実際の複雑さを完全に模擬するものでないことを認識すべきである。したがって、次に妥当な数の最も有望なオンコ−ツール構造を選択し、上の反復最適化工程で特定し、それらを生存哺乳動物において試験することが望ましい。そのような動物試験における最初のステップとして、実施例9で述べるように、これらの有望なオンコ−ツール構造を正常マウス(それらの尿がわずかに塩基性であることを保証するために前処置した、下のC.7.項参照)において試験することが有用である。正常マウスにおけるそのような試験は、正常組織に対する過度の親和性を示すことが認められるオンコ−ツールを捨てることを可能にする。
b) The above cell culture test to assess in vivo fate in normal mice is relatively quick, simple and yields quantitative results, so it applies to the first test of many expected onco-tool structures it can. However, it should be recognized that this first cell culture screening system does not completely mimic the actual complexity of living subjects. Therefore, it is desirable to then select a reasonable number of the most promising onco-tool structures, identify them in the iterative optimization step above, and test them in living mammals. As a first step in such animal studies, as described in Example 9, these promising onco-tool structures were pretreated to ensure that normal mice (those urines were slightly basic) , See section C.7 below). Such a test in normal mice makes it possible to discard onco-tools that are found to show excessive affinity for normal tissue.

c)担腫瘍マウスにおける体内運命を評価する
正常無腫瘍マウスにおける上の比較的簡単な試験は正常組織に対する過度の親和性を有するオンコ−ツールを捨てることを可能にするが、期待されるオンコ−ツール構造のより決定的な試験は、実施例10で述べるように、担腫瘍マウスにおいてそれを試験することである。概要を述べると、これは、ヨウ素131を含むオンコ−ツールのそれぞれを数匹の担腫瘍マウスに注射(好ましくは静脈内)し、次いで、マウスの組織及び/又は腫瘍中に捕捉されない投与量の一部の腎臓による正常な排泄を可能にするために適切な期間(5〜24時間程度)待つ。次いで、マウスを屠殺し、主要臓器及び明らかな腫瘍を摘出した後、摘出した臓器、腫瘍及び残りの死体部分からの放射線の放射を定量する。
c) The above relatively simple test in normal tumor-free mice to assess body fate in tumor-bearing mice allows the onco-tool with excessive affinity for normal tissue to be discarded, but the expected onco- A more critical test of the tool structure is to test it in tumor bearing mice as described in Example 10. In summary, this involves injecting (preferably intravenously) each of the onco-tools containing iodine 131 into several tumor-bearing mice, and then at a dose that is not trapped in the mouse tissue and / or tumor. Wait for an appropriate period (about 5-24 hours) to allow normal excretion by some kidneys. The mice are then sacrificed and the major organs and obvious tumors removed, followed by quantification of radiation emissions from the removed organs, tumors and remaining cadaver parts.

オンコ−ツールは、2つの補助的な方法を用いるときに最善の機能を示す。そのような1つの方法は、腎臓の近位尿細管の内層の細胞へのオンコ−ツールの再取込みを防止するためにマウスを前処置することを必要とする。この再取込みは、下のC.7.項で述べるように、尿をわずかに塩基性にすることにより阻止される。他の方法は、腫瘍の低酸素/酸性領域における酸性度をさらに増大させる(pHを低下させる)ためにマウスを前処置することを必要とする。この目的のための3つの前処理は、本明細書における後のC.5.項で述べる。有効且つ特異的オンコ−ツール活性に最もよく適合するように腫瘍の微小環境を調節するために、少なくとも1つ、また好ましくは2つ又は3つのそのような前処置の組合せを用いるべきである。   Onco-tools perform best when using two auxiliary methods. One such method entails pretreating the mice to prevent reuptake of onco-tools into the cells of the lining of the proximal tubule of the kidney. This reuptake is described below in C.I. 7. As described in the section, it is blocked by making the urine slightly basic. Other methods require pre-treating the mice to further increase acidity (lower pH) in the hypoxic / acidic region of the tumor. Three pretreatments for this purpose are described later in this document. 5). Described in the section. A combination of at least one, and preferably two or three such pretreatments should be used to modulate the tumor microenvironment to best match the effective and specific onco-tool activity.

d)前臨床及び臨床試験
ヒトを含む生存動物における放射性同位体含有物質を試験する手順は、核医学分野及び特に放射免疫療法の下位分野においてよく知られている。そのような既知の方法は、下のC.項で述べるオンコ−ツールを用いる方法を組み込むことによってオンコ−ツールの試験に容易に適応させることができる。
d) Preclinical and clinical trials Procedures for testing radioisotope-containing substances in living animals, including humans, are well known in the nuclear medicine field and particularly in the subfield of radioimmunotherapy. Such known methods are described below in C.I. It can be easily adapted to onco-tool testing by incorporating the onco-tool method described in the section.

C.オンコ−ツールを用いる方法
1.診断方法
オンコ−ツールは腫瘍のほぼ普遍的な特性である酸性を活用するので、オンコ−ツールは、ほぼ顕微鏡的サイズから非常に大きいサイズにまで及ぶサイズのほとんど又はすべての種類の腫瘍を検出するのに有効であるはずである。腫瘍を検出するためにオンコ−ツールを用いる以下の方法は、多くの研究適用並びに獣医学及びヒト医療に適している。診断方法は、一般に以下のステップを含むが、それらに限定されない。
C. Method using onco-tool
1. Diagnostic methods Onco-Tools exploit the acidity that is a nearly universal property of tumors, so Onco-Tools detect most or all types of tumors ranging in size from nearly microscopic to very large Should be effective. The following methods using onco-tools to detect tumors are suitable for many research applications and veterinary and human medicine. The diagnostic method generally includes, but is not limited to, the following steps.

ステップ1.オンコ−ツールの前駆体形を腫瘍内のその存在を生存対象の体外の検出器に報告するのに有効である適切な放射性同位体と接触させることにより、又はそのような放射性同位体を既に含む診断用オンコ−ツールの最終形を供給業者から直接入手することにより、その最終形の診断用オンコ−ツールを準備する。 Step 1 . Diagnosis by contacting the precursor form of the onco-tool with an appropriate radioisotope that is effective to report its presence in the tumor to a detector outside the body of the living subject or that already contains such a radioisotope The final form of the diagnostic onco-tool is prepared by obtaining the final form of the onco-tool directly from the supplier.

ステップ2.診断用オンコ−ツールを一般に静脈内注射により対象体内に投与する。 Step 2 . A diagnostic onco-tool is generally administered into a subject by intravenous injection.

ステップ3.オンコ−ツールが存在する可能性がある腫瘍の酸性領域に捕捉されるための適切な期間(例えば、約10分から約50分)待つ。腫瘍の酸性領域に捕捉されなかったオンコ−ツール投与量のその部分の大部分の腎臓を経ての排泄のためにさらなる時間(数時間)待つことによって、かなり増大した感度を得ることができる。このさらなる時間待つことは、正常組織からのバックグラウンドシグナルを著しく低下させるのに役立ち、かなり小さい腫瘍の検出を可能にする。これについて、数時間にわたってオンコ−ツールの注射量の大部分が腎臓により排泄され、1つ又は複数の腫瘍が存在する場合、オンコ−ツールの有意な保持のみが起る。一般に腫瘍を有さない被験者において、オンコ−ツールの大部分は24時間未満、またおそらく約4時間未満に排泄されるであろうことが予想される。非捕捉オンコ−ツールの排泄の速度は、特に液体が利尿薬を含む場合、被験者の液体摂取を増加させることによって増大させることができる。 Step 3 . Wait for an appropriate period of time (eg, about 10 to about 50 minutes) to be captured in the acidic area of the tumor where onco-tools may be present. By waiting for additional time (several hours) for excretion via most kidneys of that portion of the onco-tool dose that was not captured in the acidic area of the tumor, significantly increased sensitivity can be obtained. Waiting for this additional time helps to significantly reduce the background signal from normal tissue and allows the detection of fairly small tumors. In this regard, if the majority of the onco-tool injection volume is excreted by the kidney over several hours and only one or more tumors are present, only significant retention of the onco-tool occurs. It is expected that in subjects who generally do not have a tumor, most of the onco-tool will be excreted in less than 24 hours and perhaps less than about 4 hours. The rate of excretion of the uncaptured onco-tool can be increased by increasing the subject's fluid intake, especially when the fluid contains a diuretic.

ステップ4.診断方法における最終ステップは、有意なオンコ−ツールが1つ又は複数の腫瘍に捕捉されたかどうかを評価するために、オンコ−ツールの放射性同位体成分からの放射を検出するのに適する装置により被験者をスキャンすることである。ガンマ線スキャナ及びPETスキャナなどの現代の撮像装置により、腫瘍は、各腫瘍の部位の明らかな放射性同位体ホットスポットとして見える。 Step 4 . The final step in the diagnostic method is to subject the subject with a device suitable for detecting radiation from the radioisotope component of the onco-tool to assess whether significant onco-tool has been captured by the one or more tumors. Is to scan. With modern imaging devices such as gamma scanners and PET scanners, tumors appear as distinct radioisotope hotspots at each tumor site.

2.治療方法
オンコ−ツールは腫瘍のほぼ普遍的な特性である酸性を活用するので、オンコ−ツールは、ほぼ顕微鏡的サイズから非常に大きいサイズにまで及ぶサイズのほとんど又はすべての種類の腫瘍を治療するのに有効であるはずである。腫瘍を治療するためにオンコ−ツールを用いる以下の方法は、多くの研究適用分野並びに獣医学及びヒト医療に適している。治療方法は、一般に以下のステップを含むが、それらに限定されない。
2. Treatment methods Onco-Tools take advantage of acidity, an almost universal property of tumors, so Onco-Tools treat most or all types of tumors ranging in size from nearly microscopic to very large Should be effective. The following methods using onco-tools to treat tumors are suitable for many research applications and veterinary and human medicine. Treatment methods generally include, but are not limited to, the following steps.

a)単一放射性同位体法
対象が1つ又は複数の腫瘍を有することが認められた場合、それらの腫瘍は、細胞を殺滅するのに有効な放射性同位体を含む単一治療用オンコ−ツールを用いて治療することができる。該治療方法は概ね、以下の2つのステップを含むが、それらに限定されない。
a) If a single radioisotope subject is found to have one or more tumors, those tumors will contain a single therapeutic oncogene containing a radioisotope effective to kill the cells. Can be treated with tools. The treatment method generally includes the following two steps, but is not limited thereto.

ステップ1.細胞を殺滅するのに有効な放射性同位体を含むその最終形の治療用オンコ−ツールを準備する。これは、オンコ−ツールの前駆体形を適切な放射性同位体と接触させることにより、又はそのような放射性同位体を既に含む治療用オンコ−ツールの最終形を供給業者から直接入手することにより、行うことができる。 Step 1 . A final form of the therapeutic onco-tool containing a radioactive isotope effective to kill the cells is prepared. This is done by contacting the precursor form of the onco-tool with the appropriate radioisotope, or by obtaining the final form of the therapeutic onco-tool that already contains such a radioisotope from the supplier. be able to.

ステップ2.治療用オンコ−ツールを対象に一般に静脈内注射により投与する。 Step 2 . The therapeutic onco-tool is generally administered to the subject by intravenous injection.

この治療法において、細胞を殺滅するのに有効な放射性同位体は、その放射物がアルファ粒子などの高線型エネルギー転移を有するものか、又はベータ粒子を放射するものであり得る。アルファ放射放射性同位体アスタチン211などの高線型エネルギー転移放射物を有する放射性同位体を用いることの特別の利点は、腫瘍の酸性領域における休止細胞を殺滅することに関してベータ放射放射性同位体よりかなり有効であることである。しかし、そのような放射性同位体を含むオンコ−ツールを用いることについては、それらの放射物は一般にかなり短い経路長(例えば、80ミクロン以下)を有する。したがって、毛細血管に近いより正常なpHの領域における迅速分裂腫瘍細胞の破壊も保証するために、そのようなオンコ−ツールを従来の癌療法と併用することが必要であると思われる。さらに、好ましいアルファ放射体であるAt−211は短い半減期(7時間)を有し、したがって、この放射性同位体又はこの放射性同位体を含むオンコ−ツールを発生場所からかなりの距離を輸送することは、問題になり得る。さらに、At−211はアルファビーム可能出力を有するハイエンドサイクロトロンで発生させなければならず、現在のところ、そのような装置が利用可能な比較的少数の施設が存在するにすぎない。   In this therapy, a radioactive isotope effective to kill cells can be one whose radiation has a high linear energy transfer, such as alpha particles, or which emits beta particles. The particular advantage of using a radioisotope with a high linear energy transfer emitter, such as the alpha-radioactive isotope astatine 211, is significantly more effective than the beta-radioactive isotope in killing resting cells in the acidic region of the tumor It is to be. However, for using onco-tools that include such radioisotopes, those emissions generally have a fairly short path length (eg, 80 microns or less). It may therefore be necessary to use such onco-tools in combination with conventional cancer therapies to ensure the destruction of rapidly dividing tumor cells in a more normal pH region close to the capillaries. In addition, the preferred alpha emitter, At-211, has a short half-life (7 hours) and therefore transports this radioisotope or an onco-tool containing this radioisotope a significant distance from the location of origin. Can be a problem. In addition, At-211 must be generated in a high-end cyclotron with an alpha beam capable output, and there are currently only a relatively small number of facilities where such devices are available.

別の単一放射性同位体法は、ベータ放射放射性同位体を含む治療用オンコ−ツールを準備することを必要とする。ベータ放射は腫瘍の酸性領域における休止細胞を殺滅することに関してアルファ放射より著しく有効性が低いが、ベータ放射のこのより低い有効性は、はるかに大きい線量を用いて補償することができる。このはるかに大きい線量は、特異性をいくぶん損なうが、それにもかかわらず、オンコ−ツールにより達成可能な腫瘍に対する例外的に高いレベルの特異性のため、容認できる治療結果をもたらす可能性を有する。これについて、ベータ放射体であるヨウ素131は、次のいくつかの有用な特性を有する。すなわち、適度な価格で大量に入手可能であり、半減期が比較的長い(8日)ため、使用前に輸送し、妥当な期間保存することができ、中程度の平均経路長(約900ミクロン)を有するにすぎないが、捕捉されたオンコ−ツールが比較的欠けている毛細血管の近くの中性pHにより近い領域における迅速分裂腫瘍細胞を含む、腫瘍全体の細胞を殺滅するのに十分である。   Another single radioisotope method involves preparing a therapeutic onco-tool that contains beta radioisotopes. Although beta radiation is significantly less effective than alpha radiation in killing resting cells in the acidic region of the tumor, this lower effectiveness of beta radiation can be compensated using much larger doses. This much higher dose has some loss of specificity, but nevertheless has the potential to produce an acceptable therapeutic outcome due to the exceptionally high level of specificity to tumors that can be achieved with onco-tools. In this regard, iodine 131, a beta emitter, has several useful properties: That is, it is available in large quantities at a reasonable price and has a relatively long half-life (8 days), so it can be transported before use and stored for a reasonable period of time, with a medium average path length (approximately 900 microns) Sufficient to kill cells throughout the tumor, including rapidly dividing tumor cells in the region closer to the neutral pH near the capillaries where the captured onco-tool is relatively lacking It is.

b)二重放射性同位体法
本明細書において先に述べたように、高線型エネルギー転移放射物を有する放射性同位体は、腫瘍の酸性領域における放射線抵抗性休止細胞を殺滅するのに最適であるが、そのような放射物の短い経路長が、pHが中性により近い毛細血管に近い腫瘍の遠位領域における迅速分裂細胞を殺滅することに関してそのような放射性同位体を含むオンコ−ツールを逆に無効にしている。その理由は、そのような領域は捕捉されたオンコ−ツールが比較的欠けているからである。
b) Double Radioisotope Method As previously mentioned herein, radioisotopes with high linear energy transfer emissions are optimal for killing radioresistant resting cells in the acidic region of the tumor. Onco-tools that contain such radioactive isotopes, although the short path length of such radioactives is to kill rapidly dividing cells in the distal region of the tumor near the capillaries where the pH is closer to neutrality Conversely, it is invalidated. The reason is that such areas are relatively lacking of captured onco-tools.

逆に、ベータ放射放射性同位体を含むオンコ−ツールは、腫瘍の放射線抵抗性休止細胞に対して比較的無効であるが、オンコ−ツールが腫瘍の酸性領域にのみ存在するときでさえ、pHが中性により近い腫瘍の領域における放射線感受性迅速分裂細胞を殺滅するのにかなり有効であり得る。これは、ベータ粒子のより大きい経路長がそれらを、より感受性の高い腫瘍細胞に到達させ、殺滅させるためである。   Conversely, onco-tools containing beta-radioactive isotopes are relatively ineffective against tumor radioresistant resting cells, but the pH is low even when the onco-tool is present only in the acidic region of the tumor. It can be quite effective in killing radiosensitive rapidly dividing cells in areas of the tumor that are closer to neutrality. This is because the larger path lengths of beta particles allow them to reach and kill more sensitive tumor cells.

したがって、腫瘍を治療する好ましい方法は、2つの治療用オンコ−ツールを組み合わせて用いることであり、1つのオンコ−ツールは、腫瘍の酸性領域における近位放射線抵抗性休止細胞を殺滅するための高線型エネルギー転移放射物を有する放射性同位体(好ましくはアスタチン211、臭素77及びヨウ素123から選択される)を含み、もう1つのオンコ−ツールは、捕捉されたオンコ−ツールが比較的欠けている毛細血管の近くのより高いpHの領域における遠位の放射線感受性迅速分裂腫瘍細胞を殺滅するためのベータ放射放射性同位体を含む。   Thus, a preferred method of treating tumors is to use a combination of two therapeutic onco-tools, one onco-tool for killing proximal radioresistant resting cells in the acidic region of the tumor Containing a radioisotope having a high linear energy transfer emitter (preferably selected from astatine 211, bromine 77 and iodine 123), another onco-tool is relatively lacking in the captured onco-tool Includes beta-radioactive isotopes for killing distal radiosensitive rapidly dividing tumor cells in higher pH regions near capillaries.

3.腫瘍を検出し、治療する包括的方法
オンコ−ツールは、ほとんど又はすべての種類及びほぼ顕微鏡的サイズから非常に大きいサイズにまで及ぶサイズの腫瘍を検出し、治療することができるという非常に望ましい特性がある。診断用及び治療用オンコ−ツールは本質的には同じであり得る(一般に含まれる放射性同位体のみが異なるが)ので、一般に所定のオンコ−ツール構造が腫瘍を検出するのに有効であるならば、その同じオンコ−ツール構造(一般に含まれる放射性同位体のみが異なるが)が同じ腫瘍を治療するのに有効であるはずである。オンコ−ツールのこれらの特殊な特性は、生存対象における腫瘍を検出し、続いて、そのように検出された腫瘍を治療する包括的な方法を容易にする。この包括的な方法は、獣医学及びヒト医療の両方に適している。それは、以下を含むが、それらに限定されない。
3. Comprehensive method for detecting and treating tumors The onco-tool is a highly desirable property that it can detect and treat most or all types and sizes of tumors ranging from nearly microscopic to very large There is. The diagnostic and therapeutic onco-tools can be essentially the same (generally differing only in the radioisotopes involved), so generally if a given onco-tool structure is effective for detecting a tumor The same onco-tool structure (generally differing only in the radioisotopes involved) should be effective in treating the same tumor. These special properties of the onco-tool facilitate a comprehensive method of detecting tumors in living subjects and subsequently treating the tumors so detected. This comprehensive method is suitable for both veterinary and human medicine. It includes, but is not limited to:

a)腫瘍の検出
ステップ1.最初のステップは、腫瘍内のオンコ−ツールの存在を生存対象の体外の検出器に報告するのに有効な放射性同位体を含む最終形の診断用オンコ−ツールを準備することである。
a) Tumor detection
Step 1 . The first step is to prepare a final form of a diagnostic onco-tool that contains a radioisotope effective to report the presence of an onco-tool within the tumor to a detector outside the living subject.

ステップ2.次のステップは、診断用オンコ−ツールを一般に静脈内注射により対象に投与することである。 Step 2 . The next step is to administer the diagnostic onco-tool to the subject, typically by intravenous injection.

ステップ3.その後のステップは、オンコ−ツールが存在する可能性があるあらゆる腫瘍の酸性領域に捕捉されるために適切な期間待つことである。このステップは、腫瘍の酸性領域に捕捉されなかったオンコ−ツールの用量のほとんどが腎臓を経て排泄されるためにさらなる時間待つことも含む可能性がある。この期間中に、対象に、腫瘍の酸性領域に捕捉されなかったオンコ−ツールの用量のその部分の排泄を増大させるために、液体、特に利尿薬を含む液体を与えてもよい。 Step 3 . The subsequent step is to wait for an appropriate period of time to be captured in the acidic area of any tumor where an onco-tool may be present. This step may also include waiting for additional time for most of the onco-tool dose not captured in the acidic area of the tumor to be excreted through the kidney. During this period, the subject may be given a liquid, particularly a liquid containing a diuretic, to increase excretion of that portion of the dose of onco-tool that was not captured in the acidic area of the tumor.

ステップ4.検出過程における最後のステップは、有意なオンコ−ツールが1つ又は複数の腫瘍に捕捉されたかどうかを評価するために、オンコ−ツールの放射性同位体の放射を検出するのに適した装置で対象をスキャンすることである。ガンマ線スキャナ及びPETスキャナなどの現代の撮像装置により、腫瘍は、各腫瘍の部位の明らかな放射性同位体ホットスポットとして見えるはずである。 Step 4 . The final step in the detection process is to use a device suitable for detecting onco-tool radioisotope emissions to assess whether significant onco-tool has been captured by one or more tumors. Is to scan. With modern imaging devices such as gamma scanners and PET scanners, tumors should appear as distinct radioisotope hotspots at each tumor site.

ステップ4で1つ又は複数の腫瘍が検出された場合、検出された腫瘍を治療することに移る。   If one or more tumors are detected in step 4, proceed to treat the detected tumors.

b)検出された腫瘍の治療
ステップ5.検出された腫瘍を治療するために、1つ又は複数の治療用オンコ−ツールを準備する。これはベータ放射放射性同位体を含む単一オンコ−ツールであってよいが、1つは高線型エネルギー転移放射線を放射する放射性同位体を含み、他はベータ放射放射性同位体を含む、2つ又はそれを超えるオンコ−ツールを準備することが一般に好ましい。
b) Treatment of detected tumor
Step 5 . One or more therapeutic onco-tools are provided to treat the detected tumor. This may be a single onco-tool containing beta emitting radioisotopes, but one contains radioisotopes that emit high energy transfer radiation and the other contains beta emitting radioisotopes, two or It is generally preferred to provide more onco-tools.

ステップ6.1つ又は複数の準備されたオンコ−ツールを一般に静脈内注射により対象に投与する。 Step 6 . One or more prepared onco-tools are generally administered to the subject by intravenous injection.

4.微小転移巣に対処するための戦略
腫瘍が実質的なサイズ(1cm以上など)に達したとき、腫瘍は、単一腫瘍細胞又は腫瘍細胞の非常に小さい凝集体が親腫瘍から放出され、それらの放出された細胞が体内の遠隔部位でコロニー形成することができるという転移を一般に始める。微小転移巣と呼ばれるこれらの細胞のコロニーは、新たな子孫腫瘍に成長することができる。これがオンコ−ツール治療方法に対してもたらす困難は、微小転移巣の形成の時点とそのような微小転移巣がそれら自体の酸性領域を発生するのに十分なサイズ(直径が約1mm)に成長するまでの時間との間の期間においては、それらのミリメートル未満の子孫腫瘍は、一般にオンコ−ツールによって検出又は殺滅することができない。したがって、酸性領域を含む親腫瘍はオンコ−ツールによって検出し、破壊することができるが、直径が約1mm未満の子孫微小転移巣は、オンコ−ツール治療で残存し、最終的に再発をもたらす(そのような再発は最初のオンコ−ツール療法後数年間は起らない可能性があるが)。
4). Strategies to address micrometastasis When tumors reach a substantial size (such as 1 cm or more), the tumors are released from the parent tumor by a single tumor cell or a very small aggregate of tumor cells. The metastasis generally begins when the released cells can colonize at a remote site in the body. These cell colonies, called micrometastases, can grow into new offspring tumors. The difficulties this poses for onco-tool treatment methods are the time of formation of micrometastasis and the size of such micrometastasis to develop its own acidic region (diameter about 1 mm) In the period between the time to the time, those sub-millimeter progeny tumors cannot generally be detected or killed by onco-tools. Thus, parent tumors containing acidic regions can be detected and destroyed by onco-tool, but progeny micrometastases less than about 1 mm in diameter remain with onco-tool treatment, eventually resulting in recurrence ( Such recurrence may not occur for several years after the first onco-tool therapy).

この微小転移巣の問題を解決するための戦略は、存在し、最初の治療で残存する可能性のあるような微小転移巣が酸性領域を発生するサイズ(一般に直径が約1mm)に成長するのに十分な最初のオンコ−ツール療法(上の第3項におけるステップ5及び6)の後の期間待つことである。逆に、それらの子孫微小転移巣は、それらも転移を始めるはるかに大きいサイズ(おそらく直径が1cm程度)に成長させるべきでない。最初のオンコ−ツール療法を免れた可能性のある微小転移巣がこの適切なサイズ範囲(酸性領域を含むのに十分に大きいが、転移を始めるほど大きくない)に入ったならば、オンコ−ツール検出及び治療過程(上の第3項のステップ1〜6の繰返し)を再び行う。   Strategies to solve this micrometastasis problem exist and grow to a size (generally about 1 mm in diameter) where the micrometastasis develops an acidic region that may remain with initial treatment. To wait for a period after the first onco-tool therapy (steps 5 and 6 in section 3 above) sufficient. Conversely, their progeny micrometastasis should not grow to a much larger size (probably about 1 cm in diameter) where they also initiate metastasis. Once the micrometastasis that may have escaped initial onco-tool therapy has entered this appropriate size range (large enough to include the acidic region but not large enough to initiate metastasis), the onco-tool The detection and treatment process (repeating steps 1-6 in the third section above) is performed again.

上の戦略における複雑化の要因は、腫瘍が広範囲の成長速度を示すことであり、したがって、最初の療法を免れた可能性のある微小転移巣が酸性領域を含むサイズに達するのにどれほどの時間を要するのかを予測することが困難である。したがって、賢明な針路は、微小転移巣が最初のオンコ−ツール療法における破壊を免れ、次に、そのような微小転移巣が酸性領域を発生するのに十分なサイズに成長し、その後の反復診断処置(上のステップ1〜4の繰返し)の1つにおいて検出されるかどうかを実際的に確認するために十分な期間(おそらく4〜6年間)にわたり継続して上の診断ステップ1〜4を適切な間隔(おそらく1年に1回)で繰り返すことである。反復診断処置の1つが1つ又は複数の腫瘍を検出する場合、患者を上のステップ5及び6により再び治療する。そのような第2の治療は、最初のオンコ−ツール治療中に微小転移巣の形で免れた可能性があるあらゆる子孫腫瘍を完全に破壊し、それにより、最初の腫瘍とそのすべての子孫を患者から完全に除去する高い可能性があることはあり得ると思われる。   The complicating factor in the above strategy is that the tumor exhibits a wide range of growth rates, and therefore how long it takes for micrometastasis that may have escaped the initial therapy to reach a size that includes the acidic region. Is difficult to predict. Therefore, a sensible course is that micrometastasis escapes destruction in the first onco-tool therapy, and then such micrometastasis grows to a size sufficient to generate an acidic region, followed by repeated diagnosis. Continue the diagnostic steps 1-4 above for a sufficient period of time (probably 4-6 years) to actually confirm whether it is detected in one of the treatments (repeat of steps 1-4 above) Repeat at appropriate intervals (perhaps once a year). If one of the repeated diagnostic procedures detects one or more tumors, the patient is treated again according to steps 5 and 6 above. Such a second treatment completely destroys any progeny tumor that may have been escaped in the form of micrometastasis during the first onco-tool treatment, thereby removing the first tumor and all its progeny. It is likely that there is a high potential for complete removal from the patient.

5.有効性及び特異性の増大のために腫瘍におけるpHを低下させるために処置する
腫瘍の酸性領域に対するオンコ−ツールの有効性及び特異性は、腫瘍の酸性領域と正常組織とのpHの差の強い関数である。したがって、正常組織におけるpHの付随する低下なしに、自然の条件で認められるよりも腫瘍の酸性領域におけるpHを選択的に低下させることができるならば、これは、オンコ−ツールの診断適用におけるより大きい感度並びに治療適用におけるより大きい有効性及び特異性をもたらすこととなる。
5). The effectiveness and specificity of the onco-tool for the acidic area of the tumor treated to reduce the pH in the tumor for increased efficacy and specificity is due to the strong pH difference between the acidic area of the tumor and normal tissue It is a function. Thus, if the pH in the acidic region of the tumor can be selectively reduced without being accompanied by a concomitant decrease in pH in normal tissue, than in natural conditions, this is more than in onco-tool diagnostic applications. This will result in greater sensitivity and greater effectiveness and specificity in therapeutic applications.

過去半世紀にわたり、多くの処置が腫瘍におけるpHを変化させる(あるものはpHを上昇させ、あるものはpHを低下させる)ことが報告された。診断用及び治療用オンコ−ツールの場合には、問題となる正常組織におけるpHの付随する低下なしに、腫瘍におけるpHを選択的に低下させることが処置である。以下は、腫瘍におけるpHを選択的に低下させることが報告されたそのような3つの処置である。   Over the past half century, many treatments have been reported to change the pH in tumors (some increase the pH and some decrease the pH). In the case of diagnostic and therapeutic onco-tools, the treatment is to selectively lower the pH in the tumor without the concomitant reduction in pH in the normal tissue in question. The following are three such treatments that have been reported to selectively reduce the pH in tumors.

a)担腫瘍動物へのグルコースの導入は、正常組織における間隙のpHにほとんど又はまったく影響を及ぼさずに、一般に約2〜3時間の期間中、腫瘍の低酸素領域における間隙のpHを低下させるように作用することが長年知られている(例えば、非特許文献11参照)。グルコースのさらなる経口摂取により、腫瘍におけるpHがそのように低下した状態に留まる時間を著しく延長させることができる。   a) Introduction of glucose into tumor bearing animals reduces the pH of the gap in the hypoxic region of the tumor, generally during a period of about 2-3 hours, with little or no effect on the pH of the gap in normal tissues It has been known for many years (see, for example, Non-Patent Document 11). Further oral ingestion of glucose can significantly extend the time that the pH in the tumor stays so reduced.

b)腫瘍の酸性領域におけるpHは、ミトコンドリア阻害剤であるメタヨードベンジルグアニジンの投与によって、再び明らかに正常組織におけるpHに不適切な影響を与えることなく、さらに低下させることもできる(例えば、非特許文献12参照)。   b) The pH in the acidic region of the tumor can be further reduced by administration of the mitochondrial inhibitor metaiodobenzylguanidine again without apparently having an inappropriate effect on the pH in normal tissues (eg, non- (See Patent Document 12).

腫瘍の酸性領域におけるpHをグルコースとメタヨードベンジルグアニジンとの併用によって0.7pH単位と大きくさらに低下させることができることも報告された(例えば、非特許文献13参照)。   It has also been reported that the pH in the acidic region of the tumor can be further reduced to 0.7 pH units by combining glucose and metaiodobenzylguanidine (see, for example, Non-Patent Document 13).

c)さらに、腫瘍の酸性領域におけるpHは、高血圧を有する人を治療するのにルーチンに用いられている血管拡張薬によってさらに低下させることができる(例えば、非特許文献14参照)。腫瘍の異常な血管系は一般に血管収縮筋細胞及びそれらの神経線維を欠いているので、そのような薬剤はおそらく有効であると考えられる。したがって、対象に血管拡張薬を投与するとき、血流に対する抵抗は、腫瘍においては変化しないが、正常組織では低下する。血管拡張薬のこれらの異なる影響は、正常組織を通しての著しくより大きい血流量及び腫瘍を通しての血流量の付随する低下をもたらす。ひいては、腫瘍を通してのこの低い血流量は、腫瘍の低酸素領域における腫瘍細胞によって産生された乳酸のウォッシュアウトをおそらく減少させ、腫瘍の酸性領域における観察される血管拡張薬媒介性のpHの低下をもたらすと考えられる。   c) Furthermore, the pH in the acidic region of the tumor can be further reduced by vasodilators routinely used to treat people with hypertension (see, for example, Non-Patent Document 14). Since the abnormal vasculature of tumors generally lacks vasoconstrictor muscle cells and their nerve fibers, such agents are likely to be effective. Thus, when a vasodilator is administered to a subject, resistance to blood flow does not change in the tumor but decreases in normal tissue. These different effects of vasodilators result in significantly greater blood flow through normal tissue and a concomitant reduction in blood flow through the tumor. In turn, this low blood flow through the tumor is likely to reduce the washout of lactate produced by tumor cells in the hypoxic region of the tumor and the observed vasodilator-mediated pH drop in the acidic region of the tumor. It is thought to bring.

腫瘍の酸性領域におけるpHをさらに低下させるためのそのような処置、好ましくは2つ又はそれを超えるそのような処置の組合せは、腫瘍の今やより酸性の領域におけるオンコ−ツールの捕捉を増加し、また、オンコ−ツールを捕捉するのに十分に酸性である腫瘍の領域の増加をもたらすはずである。これらの効果の両方が、オンコ−ツールの有効性及び特異性を増大させる役割を果たす。   Such a treatment to further lower the pH in the acidic region of the tumor, preferably a combination of two or more such treatments, increases onco-tool capture in the now more acidic region of the tumor, It should also result in an increase in the area of the tumor that is sufficiently acidic to capture the onco-tool. Both of these effects play a role in increasing the effectiveness and specificity of the onco-tool.

腫瘍をより酸性にすることは、より低いpKa(オンコ−ツールの特異性の著しい増大をもたらし得る)を有するpHスイッチを含むオンコ−ツールを使用することも可能にする。   Making the tumor more acidic also makes it possible to use an onco-tool that includes a pH switch with a lower pKa (which can lead to a significant increase in the specificity of the onco-tool).

6.有効性及び特異性を高めるためにpKaが異なる複数のオンコ−ツールを使用する
腫瘍における酸性度の報告された実験的測定は、腫瘍毛細血管に近い約7.0からの範囲のpHの勾配及び腫瘍毛細血管からの距離の増加に伴う低下を示し、約6.0と低い値が腫瘍毛細血管から最も遠い領域について報告された。広い範囲のpH値を有する腫瘍については、あまりにも高いpKaを有する治療用オンコ−ツールは、腫瘍毛細血管から最も遠い腫瘍の最低pH領域に到達するのに不十分なオンコ−ツールが残存するような程度まで、腫瘍毛細血管に近いわずかに酸性の領域における細胞に速やかに侵入するという可能性がある。或いは、あまりにも低いpKaを有する治療用オンコ−ツールは、腫瘍における毛細血管により近いわずかに酸性の領域にあまりにも不十分に捕捉され、それにより、そのような領域の不十分な治療につながる可能性がある。腫瘍内の広いpH範囲に対処するための1つの戦略は、2つ又はそれを超えるオンコ−ツールの組合せを用いることであり、より高いpKaを有する1つのオンコ−ツールは毛細血管により近い腫瘍のより高いpH領域において最大限に有効であり、より低いpKaを有する他のオンコ−ツールは毛細血管からより遠い腫瘍のより低いpH領域において最大限に有効であるというものである。オンコ−ツールのそのような組合せを用いる根拠は、より高いpKaを有するオンコ−ツールが毛細血管に近い領域に主として捕捉されることができ、毛細血管からより遠いより低いpHの領域への到達のために利用可能なものがほとんど残存していないということである。逆に、より低いpKaを有するオンコ−ツールは、毛細血管に近いより高いpHの領域に不十分に捕捉され、したがって、それらを効果的に捕捉させることができる毛細血管からより遠いより低いpHの領域への拡散に利用可能な状態に留まる。したがって、合わせて考えると、低pKa及び高pKaオンコ−ツールのそのような組合せは、腫瘍の完全な破壊をよりよく達成するはずである。
6). Reported experimental measurements of acidity in tumors using multiple onco-tools with different pKa's to increase efficacy and specificity show a pH gradient ranging from about 7.0 close to tumor capillaries and A decrease with increasing distance from the tumor capillaries was shown, with a value as low as about 6.0 reported for the region farthest from the tumor capillaries. For tumors with a wide range of pH values, a therapeutic onco-tool with too high pKa will leave insufficient onco-tool to reach the lowest pH region of the tumor farthest from the tumor capillaries. To a certain extent, there is the possibility of rapidly invading cells in a slightly acidic area close to the tumor capillaries. Alternatively, therapeutic onco-tools with too low pKa may be trapped too poorly in slightly acidic areas closer to the capillaries in the tumor, thereby leading to poor treatment of such areas There is sex. One strategy to deal with the wide pH range within the tumor is to use a combination of two or more onco-tools, where one onco-tool with a higher pKa is closer to the capillaries. Other onco-tools that are maximally effective in the higher pH region and that have a lower pKa are those that are maximally effective in the lower pH region of the tumor farther from the capillaries. The rationale for using such a combination of onco-tools is that onco-tools with higher pKa can be mainly trapped in the region close to the capillaries, reaching the lower pH region farther from the capillaries. This means that there is almost nothing available for use. Conversely, onco-tools with lower pKa are poorly trapped in the higher pH region near the capillaries, and thus lower pH farther from the capillaries that can effectively capture them. It remains available for diffusion into the region. Thus, when taken together, such a combination of low pKa and high pKa onco-tools should better achieve complete destruction of the tumor.

7.腎臓の損傷を防ぐために尿中pHを上昇させるために処置する
腎臓の機能の1つは、体内のpHを7.4に非常に近い値に維持することである。この機能を果たすために、腎臓は、適度に塩基性からかなり酸性までの尿を排泄することができる。この過程において、物質は腎臓の糸球体において血液からろ過され、その後、当物質(尿に溶解した)は近位尿細管を通り、そこで、糸球体において排泄された重要な成分は近位尿細管の内層表面の細胞により再吸収される。尿がこの箇所において酸性である場合、この酸性環境中のオンコ−ツールは、オンコ−ツールが酸性細胞外環境から腫瘍細胞に侵入するように、腎臓の近位尿細管の内層表面の細胞に結合し、侵入する能力を有する。換言すれば、排泄される尿が十分に酸性である場合、オンコ−ツールは、その非イオン性親油形に転換する。親油形へのその転換が、腎臓の近位尿細管の内層表面の細胞の場合のように、尿が細胞膜と直接接触している領域で起る場合、オンコ−ツールはそのような細胞に侵入することができる。診断用オンコ−ツールの場合、近位尿細管の内層表面の細胞へのオンコ−ツールのこのような侵入は、腎臓の近く又は腎臓における腫瘍を不明瞭にする可能性がある、腎臓から発する過剰なシグナルの原因となり得る。治療用オンコ−ツールの場合、近位尿細管の内層表面の細胞へのオンコ−ツールのこのような侵入は、近位尿細管の内層表面の細胞を殺滅するとなり得る(これにより腎臓が実質的に無機能になる)。
7). One of the functions of the kidney that is treated to raise the urinary pH to prevent kidney damage is to maintain the pH in the body very close to 7.4. To perform this function, the kidneys can excrete urine from moderately basic to fairly acidic. In this process, the substance is filtered from the blood in the kidney glomeruli, after which the substance (dissolved in the urine) passes through the proximal tubules, where the important components excreted in the glomeruli are the proximal tubules It is reabsorbed by cells on the inner layer surface. When urine is acidic at this location, the onco-tool in this acidic environment binds to cells on the inner surface of the proximal tubule of the kidney so that the onco-tool enters the tumor cells from the acidic extracellular environment. And has the ability to penetrate. In other words, if the excreted urine is sufficiently acidic, the onco-tool will convert to its non-ionic lipophilic form. If the conversion to the lipophilic form occurs in an area where the urine is in direct contact with the cell membrane, as is the case with cells on the inner lining of the proximal tubule of the kidney, the onco-tool will have such cells Can invade. In the case of a diagnostic onco-tool, such invasion of the onco-tool into cells on the inner lining surface of the proximal tubule can lead to an excess from the kidney that can obscure the tumor near or in the kidney Can cause a bad signal. In the case of a therapeutic onco-tool, such invasion of the onco-tool into the cells on the inner lining surface of the proximal tubule can kill the cells on the inner lining surface of the proximal tubule (this causes the kidney to Become nonfunctional).

幸運にも、対象の尿のpHをオンコ−ツールによる診断又は治療を行うのに十分な時間にわたり上昇させるための医療技術分野においてよく知られている方法が存在する。非捕捉オンコ−ツールの大部分が腎臓により排泄されている期間中に尿をわずかに塩基性のpHに維持するための適切な薬物を用いることにより、尿中に排泄される当オンコ−ツールは、その陰イオン親水形に留まり、排尿により身体から安全に排出される。尿を塩基性にするための1つの安全且つ有効な物質は、炭酸脱水酵素阻害薬であるアセタゾラミドである。したがって、オンコ−ツールによるあらゆる診断又は治療における賢明な針路は、オンコ−ツールを対象に投与する約1から2時間前に最初に対象にこの薬物、又は尿のpHを上昇させ、約7.4以上のpHに維持するのに有効な他の物質を投与することである。   Fortunately, there are well known methods in the medical art for raising the pH of a subject's urine for a time sufficient to perform onco-tool diagnosis or treatment. By using appropriate drugs to maintain urine at a slightly basic pH during the period when the majority of uncaptured onco-tools are excreted by the kidney, the onco-tool excreted in urine is It stays in its anionic hydrophilic form and is safely discharged from the body by urination. One safe and effective substance for making urine basic is acetazolamide, a carbonic anhydrase inhibitor. Thus, a sensible course in any diagnosis or treatment with an onco-tool first increases the pH of this drug, or urine, to the subject about 1-2 hours before administering the onco-tool to the subject, and about 7.4. To administer other substances effective to maintain the above pH.

8.安全性の増大のために膀胱をモニターし、洗浄する
腎臓が酸性尿を排泄している場合、治療用オンコ−ツールによる腎臓への潜在的害のため、カテーテルの末端の微小pHプローブを用いることによって膀胱に入る尿のpHを継続的にモニターすることも望ましいことがある。そのようなモニタリングの好ましい期間は、オンコ−ツールの注射直前から腫瘍の酸性領域に捕捉されなかったオンコ−ツールの大部分が腎臓により排泄されたような時間までである(一般に約3から6時間)。そのようなモニタリングは、新たに排泄される尿が約pH7.4未満に低下し始める場合に緊急介入(アセタゾラミドの追加の用量を注射することなど)を可能にする。
8). Use a micro pH probe at the end of the catheter to monitor the bladder for increased safety and if the kidney to be washed is excreting acid urine, due to potential harm to the kidney by a therapeutic onco-tool It may also be desirable to continuously monitor the pH of urine entering the bladder. The preferred period of such monitoring is from just before onco-tool injection to the time when most of the onco-tool that was not captured in the acidic area of the tumor was excreted by the kidney (generally about 3 to 6 hours). ). Such monitoring allows emergency intervention (such as injecting additional doses of acetazolamide) when newly excreted urine begins to drop below about pH 7.4.

数時間にわたり、オンコ−ツールの注射量の多くが腎臓により排泄され、排尿により排泄されるまで、対象の膀胱中に貯蔵される。オンコ−ツール診断適用の場合については、膀胱中の放射性オンコ−ツールのこの蓄積は、膀胱に近接する腫瘍の存在を不明瞭にすることがあり得る。治療用オンコ−ツールの場合については、患者の膀胱中の放射性オンコ−ツールの蓄積は、膀胱に損傷を与える可能性がある。膀胱中の放射性オンコ−ツールの蓄積が重大な問題であることが証明される場合、オンコ−ツールの注射時から注射量の大部分が患者の身体から除去されるような時点まで、流入/流出カテーテルを用いて膀胱を洗浄することによって実質的に減少させることができる。   Over the course of several hours, much of the onco-tool injection is excreted by the kidneys and stored in the subject's bladder until it is excreted by urination. For the case of onco-tool diagnostic applications, this accumulation of radioactive onco-tool in the bladder can obscure the presence of a tumor proximate to the bladder. In the case of a therapeutic onco-tool, accumulation of radioactive onco-tool in the patient's bladder can damage the bladder. If accumulation of radioactive onco-tool in the bladder proves to be a significant problem, inflow / outflow from the time of onco-tool injection to the point where most of the injection volume is removed from the patient's body This can be substantially reduced by irrigating the bladder with a catheter.

オンコ−ツール用量の大部分が腎臓により排泄されている期間中の膀胱の洗浄は、膀胱から運ばれる溶液を、放射性同位体が安全レベル(一般に放射性同位体の10半減期)まで壊変するまで、含めることができる遮蔽保存容器中に通すことができるという追加の目的に役立つ。これは、対象に付き添う医療従事者の安全を保証するのに役立ち、また対象により排泄される放射性オンコ−ツールによる手洗所及び他の区域の不注意による汚染を大部分防止する。   Lavage of the bladder during the period when the majority of the onco-tool dose is excreted by the kidneys, until the radioisotope is disrupted to a safe level (generally the 10 half-life of the radioisotope) It serves the additional purpose of being able to pass through a shielded storage container that can be included. This helps to ensure the safety of health care workers attending the subject and largely prevents inadvertent contamination of hand-washing rooms and other areas by radioactive onco-tools excreted by the subject.

(実施例1)
イオン形と非イオン形との間の転移のpHに対する親油性の影響
水に溶解した33mMの濃度のプロピオン酸(親水性カルボン酸)及びオクタン酸(親油性カルボン酸)のナトリウム塩を5M HClで滴定した。塩と酸との間の転移の中点(pKa値)は、プロピオン酸については予測された4.83であったが、オクタン酸については驚くほど高い5.5であることがわかった。滴定曲線の一次導関数は、プロピオン酸については対称であったが、オクタン酸については高度に非対称であった。さらに、オクタン酸滴定中にオクタン酸の小滴が溶液から油分離した。
(Example 1)
Lipophilic effect on the pH of the transition between ionic and non-ionic forms Sodium salt of propionic acid (hydrophilic carboxylic acid) and octanoic acid (lipophilic carboxylic acid) dissolved in water at a concentration of 33 mM with 5M HCl Titration. The midpoint of transition between salt and acid (pKa value) was 4.83 as expected for propionic acid, but was found to be surprisingly high for 5.5. The first derivative of the titration curve was symmetric for propionic acid but highly asymmetric for octanoic acid. Furthermore, during the octanoic acid titration, a small drop of octanoic acid separated from the solution.

これと対照的に、これらの同じ2つの酸の塩を半水性媒体:メタノール/水(1:1体積比)中で滴定したとき、それらの転移の中点は実際上同じであり、それらの滴定曲線の一次導関数は、今度は両方とも対称であった。最後に、半水性媒体であるメタノール/水中での滴定において、オクタン酸は溶液から油分離しなかった。   In contrast, when these same two acid salts are titrated in a semi-aqueous medium: methanol / water (1: 1 volume ratio), the midpoint of their transition is practically the same, and their The first derivative of the titration curve was now both symmetric. Finally, octanoic acid did not oil separate from solution in titration in methanol / water, a semi-aqueous medium.

これらの結果は、水溶液中のオクタン酸について認められた滴定の驚くほど高い中点は図3及び4に示した溶解度の影響に単に起因していたことを示唆している。結果はさらに、半水性溶液メタノール/水(1:1体積比)中で滴定することにより滴定曲線に対するこれらの溶解度の影響が避けられることを示している。   These results suggest that the surprisingly high midpoint of titration observed for octanoic acid in aqueous solution was solely due to the solubility effect shown in FIGS. The results further show that titration in a semi-aqueous solution methanol / water (1: 1 volume ratio) avoids these solubility effects on the titration curve.

(実施例2)
イオン形と非イオン形との間の転移のpHに関する酸特異的及び非酸特異的内部H結合の比較
図6のa)(酸特異的内部H結合を形成するように設計された)及び図6のb)(非酸特異的H結合を形成するように設計された)に示す化合物のナトリウム塩の30mM溶液を水溶液中で5M HClで滴定した。図6のb)における化合物の滴定曲線の一次導関数は、対称であり、4.82の予測されたpKa値(単純カルボン酸に典型的)を示し、滴定中に発生した明らかな不溶性物質は存在しなかった。これと著しく対照的に、図6のa)における化合物の滴定曲線の一次導関数は、非常にゆがんでおり、pH5.8という驚くほど高い値で最小値を示し、滴定のおおよその中点はpH5.6であった。さらに、pHが5.8未満に低下したときから、HClの添加のたびに生成した大量の沈殿が存在した。
(Example 2)
Comparison of acid-specific and non-acid-specific internal H-bonds with respect to the pH of the transition between ionic and non-ionic forms Figure 6a) (designed to form acid-specific internal H-bonds) and figure A 30 mM solution of the sodium salt of the compound shown in 6 b) (designed to form non-acid specific H bonds) was titrated with 5M HCl in aqueous solution. The first derivative of the titration curve of the compound in FIG. 6b) is symmetric and exhibits an expected pKa value of 4.82 (typical for simple carboxylic acids), and the apparent insoluble material generated during titration is Did not exist. In sharp contrast, the first derivative of the compound titration curve in Figure 6a) is very distorted, showing a surprisingly high value of pH 5.8 and a minimum, with the approximate midpoint of the titration being The pH was 5.6. In addition, there was a large amount of precipitate that formed with each addition of HCl since the pH dropped below 5.8.

ほぼ同じ構造の化合物の間の滴定特性のこれらの劇的な差は、図6のa)における構造は予測された内部酸特異的H結合を形成しており、H結合がイオン形と非イオン形との間の転移のpHを上昇させるように作用するという推論を裏づけている。逆に、図6のb)における構造は内部H結合を形成している可能性があるが、H結合はカルボン酸塩形又はカルボン酸形と形成することができるので、そのようなH結合は、イオン形と比べて非イオン形に著しく有利でなく、したがって、プロピオン酸などの単純カルボン酸について認められることと比較して、2つの形の間の転移のpHを著しく変化させない。   These dramatic differences in titration properties between compounds of approximately the same structure indicate that the structure in FIG. 6a) forms the predicted internal acid specific H bond, which is in ionic form and non-ionic Supports the inference that it acts to increase the pH of the transition between forms. Conversely, the structure in FIG. 6 b) may form an internal H bond, but since the H bond can be formed with the carboxylate form or the carboxylic acid form, such an H bond is It is not significantly advantageous in the non-ionic form compared to the ionic form, and therefore does not significantly change the pH of the transition between the two forms compared to what is observed for simple carboxylic acids such as propionic acid.

(実施例3)
イオン形と非イオン形との間の転移のpHに対する低立体配座自由度H結合の影響
図7のb)の非環式構造の水溶液中での滴定は、4.95の予測された転移のpH値(単純カルボン酸に典型的)を示し、酸形の沈殿はなかった。これと対照的に、図7のa)の5員環構造の滴定は、陰イオン形と非イオン形との間の転移のpHの5.6という予測できないほど高値を示した。当環構造の滴定は、pHが約5.8未満に低下したとき大量の沈殿も伴っており、滴定曲線の形状は高度に非対称であった。
(Example 3)
Effect of low conformational freedom H-bonding on the pH of the transition between ionic and nonionic forms Titration in aqueous solution of the acyclic structure of Fig. 7 b) predicted an expected transition of 4.95 PH value (typical for simple carboxylic acids) and no precipitation of the acid form. In contrast, the titration of the five-membered ring structure of FIG. 7a) showed an unexpectedly high pH of 5.6 for the transition between the anionic and nonionic forms. Titration of the ring structure was accompanied by a large amount of precipitation when the pH dropped below about 5.8, and the shape of the titration curve was highly asymmetric.

しかし、これらの2つの化合物を代わりに半水性媒体メタノール/水(1:1体積比)中で滴定したとき、不溶性の徴候はなく、滴定曲線の一次導関数のプロットは今度は対称であった。図7のb)に示す非環式化合物については、滴定の中点のpHは5.8であったが、図7のa)の環構造については滴定の中点は実質的により高い6.45であった。   However, when these two compounds were titrated instead in semi-aqueous medium methanol / water (1: 1 volume ratio), there was no sign of insolubility and the plot of the first derivative of the titration curve was now symmetric. . For the acyclic compound shown in FIG. 7 b), the pH at the midpoint of titration was 5.8, whereas for the ring structure of FIG. 45.

したがって、親油性酸形の沈殿に起因する滴定曲線のゆがみがない場合でさえ、半水性滴定実験において、図7のa)における環式化合物については滴定曲線の中点の実質的な0.65pH単位の上昇が認められる。これに対する最も妥当な説明は、この半水溶液中では内部酸特異的H結合は環構造の場合にのみ形成し、当H結合は平衡を酸形に有利に移動させているということであると思われる。   Thus, even in the absence of distortion of the titration curve due to precipitation of the lipophilic acid form, in a semi-aqueous titration experiment, for the cyclic compound in FIG. 7a, a substantial 0.65 pH at the midpoint of the titration curve. An increase in units is allowed. The most reasonable explanation for this seems to be that in this semi-aqueous solution, the internal acid-specific H bond is formed only in the case of a ring structure, and this H bond favorably moves the equilibrium to the acid form. It is.

(実施例4)
結合基の電子求引効果からカルボキシルを絶縁することの重要性
構造8bの分子モデリングにより、内部H結合は、前記H結合のほぼ完全な形状及びH結合ドナー部分とH結合アクセプター部分との間の非常に限られた立体配座自由度によって著しく有利であることが示唆される。これらの因子が内部酸特異的H結合の形成に有利であるにもかかわらず、図8のb)における構造の塩を調製し、水溶液中でHClで滴定したとき、滴定曲線は3.0未満のpKa値を示した。
(Example 4)
The importance of insulating the carboxyl from the electron-withdrawing effect of the linking group Due to the molecular modeling of structure 8b, the internal H-bond is between the almost complete shape of the H-bond and the H-bond donor and H-bond acceptor moieties. A very limited conformational freedom suggests significant advantages. Despite these factors favoring the formation of internal acid-specific H-bonds, the titration curve is less than 3.0 when the salt of the structure in FIG. 8 b) is prepared and titrated with HCl in aqueous solution. The pKa value was shown.

この結果から、アミドによる誘起効果(前記効果が介在二重結合を介して容易に伝播する)がおそらくカルボキシルのpKaの大きい低下を引き起こし、その負の誘起効果が、内部酸特異的H結合がカルボキシルのpKa上昇に対して及ぼす可能性のある正の効果をはるかに超えていると推測される。   This result suggests that the amide-induced effect (which propagates easily via an intervening double bond) probably causes a large decrease in the pKa of the carboxyl, and that the negative induced effect is that the internal acid-specific H bond is carboxylated. It is surmised that the positive effects that can be exerted on the increase in pKa are far exceeded.

(実施例5)
水性溶媒からH結合部位を部分的に遮蔽する利点
図9における2つの化合物を調製し、半水性溶媒メタノール/水(1:1体積比)中で滴定した。この半水性溶媒は、不溶性効果が滴定結果に影響を与えることを防ぐために、これらの滴定に用いた。これらの実験では、滴定プロットの一次導関数は対称であり、沈殿の目に見える徴候はなかった。したがって、不溶性効果を避ける目的は満たされた。
(Example 5)
Advantage of partially shielding H-binding sites from aqueous solvent The two compounds in FIG. 9 were prepared and titrated in the semi-aqueous solvent methanol / water (1: 1 volume ratio). This semi-aqueous solvent was used for these titrations to prevent insoluble effects from affecting the titration results. In these experiments, the first derivative of the titration plot was symmetric and there was no visible sign of precipitation. Therefore, the purpose of avoiding insoluble effects was met.

認められたことは、図9の構造(a)は5.6のpHで滴定曲線の中点を示したが、図9の構造(b)はpH6.14で滴定の著しい高い中点を示したことである。   It was observed that structure (a) in FIG. 9 showed the midpoint of the titration curve at a pH of 5.6, while structure (b) in FIG. 9 showed a significantly higher midpoint of titration at pH 6.14. That is.

再び、これらの滴定における構造(b)の著しく高い転移のpH値の考えられる説明は、この半水性溶液中では構造(b)は平衡を酸形に有利に移動させるように作用している内部酸特異的H結合を形成しているが、密接に関連する構造(a)はそのような内部酸特異的H結合を形成しないということである。構造(b)におけるH結合部位の適度の遮蔽が構造(b)におけるH結合の形成に有利な因子であり、一方、構造(a)におけるH結合部位のそのような遮蔽の欠如が構造(a)における内部H結合の明らかな欠如の有力な原因であると思われる。   Again, a possible explanation for the pH value of the significantly higher transition of structure (b) in these titrations is that in this semi-aqueous solution structure (b) acts to favorably move the equilibrium to the acid form. The acid-specific H bond is formed, but the closely related structure (a) does not form such an internal acid-specific H bond. Moderate shielding of the H binding site in structure (b) is an advantageous factor for the formation of H bonds in structure (b), while the lack of such shielding of the H binding site in structure (a) is the structure (a It appears to be the dominant cause of the apparent lack of internal H bonds in

(実施例6)
内部酸特異的低バリアH結合を形成するように設計された2pHスイッチ構造の調製及び滴定
イソニポコチン酸のメチルエステルを3−ペンタノンを用いて還元的にアルキル化し、次いで、得られた第三級アミンをメタクロロベンゾイルペルオキシドを用いてN−オキシドに変換した。最後に、エステルを水酸化ナトリウム水溶液で開裂させて、図10のb)における構造iiiを得た。カルボン酸ナトリウム形のこの生成物を水中で滴定した。その滴定プロットの一次導関数は、pH3.8(N−オキシド部分について予測されたおおよその値)における1つと、N−オキシド部分又はカルボン酸部分について予測されるより実質的に高いpH6.0における他の最小値との2つの最小値を示している。しかし、本明細書における以前の実施例における結果に照らして、最も可能性高い説明は、このpKa6.0の値はカルボキシルH結合ドナーとN−オキシドH結合アクセプターとの間の内部低バリアH結合の形成に起因し、内部H結合が平衡を酸形の方に移動させる、すなわち、pKaを上昇させるように作用することである。
(Example 6)
Preparation of a 2 pH switch structure designed to form an internal acid-specific low barrier H bond and titration of the methyl ester of isonipocotic acid reductively alkylated with 3-pentanone and then the resulting tertiary amine Was converted to N-oxide using metachlorobenzoyl peroxide. Finally, the ester was cleaved with aqueous sodium hydroxide to give structure iii in FIG. This product in sodium carboxylate form was titrated in water. The first derivative of the titration plot is one at pH 3.8 (approximate value predicted for the N-oxide moiety) and substantially higher than expected for the N-oxide or carboxylic acid moiety at pH 6.0. Two minimum values with other minimum values are shown. However, in light of the results in previous examples herein, the most likely explanation is that this pKa 6.0 value is an internal low barrier H bond between the carboxyl H bond donor and the N-oxide H bond acceptor. The internal H bond acts to shift the equilibrium towards the acid form, i.e. increase the pKa.

ショウノウ酸のシス(3−アミン−1−酸)誘導体を過剰のアセトアルデヒドを用いて還元的にアルキル化し、得られた第三級アミン生成物をメタクロロベンゾイルペルオキシドを用いてN−オキシドに変換して、図10のb)における構造iを得た。カルボン酸ナトリウム形のこの生成物を水中で滴定した。その滴定プロットの一次導関数は、pH4.2(N−オキシド部分について予測されたおおよその値)における1つと、N−オキシド部分又はカルボン酸部分について予測されるより実質的に高いpH6.5における他の最小値との、2つの最小値を示している。再び、本明細書における以前の実施例からの結果に照らして、6.5というこの例外的に高いpKa値の最も可能性高い説明は、内部低バリアH結合はカルボキシルH結合ドナーとN−オキシドH結合アクセプターとの間に形成されており、内部H結合が平衡を酸形の方に強く移動させ、それによりpKa値を上昇させるように作用することである。   The cis (3-amine-1-acid) derivative of camphoric acid is reductively alkylated with excess acetaldehyde, and the resulting tertiary amine product is converted to N-oxide with metachlorobenzoyl peroxide. Thus, the structure i in FIG. This product in sodium carboxylate form was titrated in water. The first derivative of the titration plot is one at pH 4.2 (approximate value predicted for the N-oxide moiety) and substantially higher than expected for the N-oxide moiety or carboxylic acid moiety. Two minimum values are shown, with other minimum values. Again, in light of the results from previous examples herein, the most likely explanation for this exceptionally high pKa value of 6.5 is that the internal low barrier H bond is a carboxyl H bond donor and an N-oxide. It is formed between the H bond acceptor and the internal H bond acts to move the equilibrium strongly towards the acid form, thereby increasing the pKa value.

上の内部H結合イソニポコチン酸誘導体は、いくぶん類似した内部H結合ショウノウ酸誘導体よりかなり低いpKa値(6.0)を有する(H結合ドナー部分とH結合アクセプター部分が両構造において事実上同じであるにもかかわらず)ことは注目に値する。pKa値の間のこのかなりの差の最も可能性高い説明は、上のイソニポコチン構造のような6員脂肪族環の最低エネルギー配座は一般にいす形配座であり、そのいす形配座を次の最も安定な配座であるねじれ舟形に変換するのに約5Kcalを一般に必要とするということである。発明者の分子モデリングはイソニポコチン誘導体のねじれ舟形配座のみが内部酸特異的H結合を形成することを示したので、当H結合の強さはいす形配座からねじれ舟形配座への変換のエネルギーコストにより減弱されることはあり得ることである。   The above internal H-linked isonipocotic acid derivative has a considerably lower pKa value (6.0) than the somewhat similar internal H-linked succinic acid derivative (the H-bond donor and H-bond acceptor moieties are virtually the same in both structures) Despite that, it is worth noting. The most likely explanation for this considerable difference between pKa values is that the lowest energy conformation of a six-membered aliphatic ring, such as the isonipocotine structure above, is generally a chair conformation, and the chair conformation is This generally requires about 5 Kcal to convert to the twisted boat shape, which is the most stable conformation. Since the inventors' molecular modeling has shown that only the twisted boat conformation of the isonipocoti derivative forms an internal acid-specific H bond, the strength of this H bond is the conversion of the chair to the twisted boat conformation. It can be attenuated by energy costs.

これと対照的に、ショウノウ酸誘導体の5員脂肪族環は、容易に且つ低いエネルギーコストで異なるパッカー配座の間を移動することができ、したがって、内部酸特異的H結合を形成するのに適する配座を選ぶためのエネルギーコストはほとんどない。結果として、当H結合の実質的に全エネルギーが、塩形より酸形を優位にし、ひいてはpKaを6.5の例外的に高い値に上昇させるために利用可能である。   In contrast, the 5-membered aliphatic ring of camphoric acid derivatives can be easily and at low energy costs to move between different packer conformations, thus forming an internal acid-specific H bond. There is almost no energy cost to choose a suitable conformation. As a result, substantially all the energy of the H bond is available to dominate the acid form over the salt form and thus raise the pKa to an exceptionally high value of 6.5.

上のことの意義は、有効性と特異性との望ましいバランスを達成するために(その重要性は図12に示されている)、pHスイッチのpKa値をかなり精密に調節するのに微妙な構造特性を活用できることを示すことである。   The significance of the above is subtle to adjusting the pKa value of the pH switch fairly precisely in order to achieve the desired balance between effectiveness and specificity (the importance of which is shown in FIG. 12). It is to show that structural characteristics can be utilized.

(実施例7)
pHスイッチ構造を試験するための滴定手順
a)水性滴定
一般に高度pHスイッチ成分として適している可能性がある新たな構造は、それらのpT値、すなわち、陰イオン形と非イオン形との間のそれらの転移の中点におけるpH値について最初に評価する。これは、当構造のナトリウム塩形を調製し、それを50mlの0.15M NaCl(炭酸含量を最小限にするために脱気した)に5mMの濃度で溶解することを必要とする。小磁気撹拌棒を加え、少量の1M NaOHで溶液のpHを約9に調整する。撹拌しながら、5μlずつの1M HClを加え、各HClの部分を加えてから1分後にpHを記録する。滴定中にpHスイッチの沈殿又は油分離が起らなかった場合、pH対添加HCl容積のプロットにより、通常の滴定曲線が得られる。しかし、pKa値のかなり正確な尺度を得ることを可能にする、滴定結果のはるかにより有用な表示は、この滴定曲線の一次導関数を代わりにプロットすることによって得られる。これは、X軸上に(pHn+pHn+1)/2の値をプロットし、Y軸上に(pHn−pHn+1)の値をプロットすることを必要とする。
(Example 7)
Titration procedure for testing pH switch structures
a) Aqueous titrations A new structure that may generally be suitable as a high pH switch component is their pT value, ie the pH value at the midpoint of their transition between anionic and nonionic forms. Evaluate first. This requires preparing a sodium salt form of this structure and dissolving it in 50 ml of 0.15 M NaCl (degassed to minimize carbonate content) at a concentration of 5 mM. Add a small magnetic stir bar and adjust the pH of the solution to about 9 with a small amount of 1M NaOH. While stirring, add 5 μl of 1M HCl and record the pH 1 minute after each HCl portion is added. If no pH switch precipitation or oil separation occurred during the titration, a plot of pH versus added HCl volume gives a normal titration curve. However, a much more useful representation of the titration results that makes it possible to obtain a fairly accurate measure of the pKa value is obtained by plotting instead the first derivative of this titration curve. This plots the values of (pH n + pH n + 1 ) / 2 on the X axis requires plotting the values of (pH n -pH n + 1) on the Y axis.

b)半水性滴定
pHスイッチが滴定中に沈殿又は油分離する場合、滴定曲線は一般に著しくゆがむ。そのような場合には、pHスイッチの陰イオン形と非イオン形との間の転移の中点に対する溶解度効果とpKa効果を区別することは困難である。そのような場合には、pHスイッチの塩及び酸形の両方が完全に溶解性である半水性溶媒中で滴定することによって、溶解度効果を避けることができる。メタノールと水との1:1混合物は、一般にこの目的にかなう。この溶媒中では滴定曲線の一次導関数は再び対称になる。オクタン酸などの安定な内部H結合を形成することができない物質の場合、滴定プロットは、プロピオン酸のような完全に水溶性の単純カルボン酸について認められるのと非常に類似した古典的なpKa値を示す。しかし、上の実施例で述べた高度pH構造のような安定な内部酸特異的H結合を形成するように設計された物質の場合、滴定プロットはメタノール/水中で対称になるが、それにもかかわらず、滴定プロットは、内部酸特異的H結合を形成することができない非常に類似した構造と比べて実質的に高いpKa値を示すことができ、またこの高いpKa値は、滴定の条件下で形成する内部酸特異的H結合を示唆している。
b) If the semi-aqueous titration pH switch precipitates or oil separates during titration, the titration curve is generally significantly distorted. In such cases, it is difficult to distinguish the solubility effect from the pKa effect at the midpoint of the transition between the anionic and nonionic forms of the pH switch. In such cases, solubility effects can be avoided by titrating in a semi-aqueous solvent in which both the salt and acid forms of the pH switch are completely soluble. A 1: 1 mixture of methanol and water generally serves this purpose. In this solvent, the first derivative of the titration curve becomes symmetrical again. For substances that cannot form stable internal H bonds, such as octanoic acid, the titration plot is a classic pKa value very similar to that observed for a completely water-soluble simple carboxylic acid such as propionic acid. Indicates. However, for materials designed to form stable internal acid-specific H bonds, such as the advanced pH structure described in the above example, the titration plot is symmetric in methanol / water, but nevertheless. First, the titration plot can show a substantially higher pKa value compared to a very similar structure that cannot form an internal acid-specific H bond, and this high pKa value is This suggests an internal acid-specific H bond that forms.

したがって、生理食塩水中の滴定において、滴定曲線の非対称を伴う転移の見かけのpHの総上昇は、内部酸特異的H結合効果と溶解度効果の組合せに起因する可能性がある。しかし、滴定をその代わりにメタノール/水などの半水性溶媒中で行う場合、内部酸特異的H結合を形成することができない非常に類似した物質のpKaと比較した、内部酸特異的H結合を形成するように設計された物質のpKa値の実質的な上昇は、主として内部H結合だけに起因するものであって、その内部H結合の結果である可能性がある酸部分の親油性の増大に起因しない。しかし、ある程度まで、極性がより低いメタノール/水溶媒は内部H結合の形成に本質的に有利であり、したがって、ともかく起り得る場合、新たなpHスイッチ構造型を試験するとき、完全に水性の溶液中で滴定することによって内部酸特異的H結合の形成を確認することが望ましいことも理解すべきである。   Thus, in titration in saline, the total apparent increase in pH of the transition with asymmetry of the titration curve may be due to a combination of internal acid specific H-binding effects and solubility effects. However, when the titration is performed instead in a semi-aqueous solvent such as methanol / water, the internal acid-specific H bond is compared to the pKa of a very similar substance that cannot form an internal acid-specific H bond. The substantial increase in the pKa value of the material designed to form is mainly due to internal H bonds only and increased lipophilicity of the acid moiety that may be the result of the internal H bonds. Not due to However, to a certain extent, the less polar methanol / water solvent is inherently advantageous for the formation of internal H-bonds, and therefore, if it can occur anyway, when testing a new pH switch structure type, a completely aqueous solution It should also be understood that it is desirable to confirm the formation of internal acid specific H bonds by titrating in.

(実施例8)
オンコ−ツール用細胞培養試験系
最初に見込みのある各オンコ−ツール構造を比較的単純な生物学的系において試験することが推奨され、この場合、オンコ−ツールが生存対象体内で遭遇する主な生物学的環境及び構造(血液及び正常組織を模倣するための、pH7.4で緩衝し、また腫瘍の酸性領域を模倣するための、pH6.4で緩衝した血清含有培地に曝露させた哺乳動物細胞を特に含む)にオンコ−ツールを曝露させる。
(Example 8)
Onco-tool cell culture test system It is recommended to first test each potential onco-tool structure in a relatively simple biological system, in which case the onco-tool is the main one encountered in living subjects. Biological environment and structure (mammals exposed to serum-containing medium buffered at pH 7.4 to mimic blood and normal tissue and buffered at pH 6.4 to mimic the acidic region of the tumor The onco-tool is exposed to (including cells in particular).

そのような適切な試験系は、等張性培地の2つの調製物を調製することを必要とする。1つは、10%血清を含み、50mMヘペス緩衝液(pKa7.5)でpH7.4に強力に緩衝すべきである。他は、10%血清アルブミンを含み、50mMビストリス緩衝液(pKa6.5)に強力に緩衝すべきである。ヨウ素131を含むオンコ−ツールを各培地に等濃度で加えるべきである。   Such a suitable test system requires the preparation of two preparations of isotonic medium. One should contain 10% serum and be strongly buffered to pH 7.4 with 50 mM Hepes buffer (pKa 7.5). Others should contain 10% serum albumin and be strongly buffered in 50 mM Bistris buffer (pKa 6.5). An onco-tool containing iodine 131 should be added to each medium at equal concentrations.

実験の前に、ヒーラ(Hela)細胞を12ウェル培養プレートで融合まで増殖させるべきである。次に、細胞の4ウェルから培地を除去し、pH7.4で緩衝したオンコ−ツール含有培地と交換する。さらに、細胞の他の4ウェルから培地を除去し、pH6.4で緩衝したオンコ−ツール含有培地と交換する。次いで、プレートを37℃で1時間インキュベートする。インキュベーション後、オンコ−ツール含有培地を除去し、同じpHのオンコ−ツール不含有培地と交換し、短時間旋回し、除去する。この洗浄処置を合計4回繰り返す。次に、細胞を1mlの洗剤溶液で溶解し、溶解物溶液を除去し、シンチレーション又はガンマカウンタで計数して、2つのpH条件のそれぞれのもとで捕捉されたオンコ−ツールの相対量の尺度を得る。   Prior to the experiment, Hela cells should be grown to fusion in 12-well culture plates. The medium is then removed from the 4 wells of the cells and replaced with onco-tool containing medium buffered at pH 7.4. In addition, the media is removed from the other 4 wells of the cells and replaced with media containing onco-tool buffered at pH 6.4. The plate is then incubated for 1 hour at 37 ° C. After incubation, the onco-tool containing medium is removed and replaced with onco-tool free medium of the same pH, swirled briefly and removed. This washing procedure is repeated a total of 4 times. The cells are then lysed with 1 ml of detergent solution, the lysate solution removed, counted with a scintillation or gamma counter and a measure of the relative amount of onco-tool captured under each of the two pH conditions. Get.

好ましいオンコ−ツール構造は、pH6.4の細胞により最大限に捕捉されるが、pH7.4の細胞により最小限に捕捉されるのみである。   The preferred onco-tool structure is maximally captured by cells at pH 6.4 but only minimally captured by cells at pH 7.4.

(実施例9)
正常マウスにおけるオンコ−ツールの試験
上のオンコ−ツール用の細胞培養試験系は、実質的な数の見込みのあるオンコ−ツールの確度の高い有効性及び特異性特性の最初の迅速且つ定量的な評価を可能にする。しかし、この最初の評価は、次に最も有望なオンコ−ツール構造について生存マウスにおける試験により追跡すべきである。マウスにアセタゾラミドなどの炭酸脱水酵素阻害薬を最初に前投与して、マウスの尿が長時間にわたり塩基性に維持されるようにすることが推奨される。次に、適切な量のリン酸緩衝生理食塩水中ヨウ素131含有オンコ−ツールを、好ましくは尾静脈内などの静脈内に注射すべきである。その後、マウスを約24時間までの期間にわたり一定の間隔をおいてモニターし(適切なガンマカウンタ又はガンマカメラの下に短時間置くなどにより)、標識オンコ−ツールの排泄の率を測定する。
Example 9
The onco-tool cell culture test system for testing onco-tools in normal mice is the first rapid and quantitative characteristic of the high-efficiency efficacy and specificity characteristics of a substantial number of potential onco-tools. Enable evaluation. However, this initial assessment should be followed by testing in living mice for the next most promising onco-tool structure. It is recommended that mice are first pre-administered with a carbonic anhydrase inhibitor, such as acetazolamide, so that the urine of the mouse remains basic over time. Next, an appropriate amount of an onco-tool containing iodine 131 in phosphate buffered saline should be injected, preferably intravenously, such as in the tail vein. The mice are then monitored at regular intervals over a period of up to about 24 hours (such as by placing them briefly under an appropriate gamma counter or gamma camera) to determine the rate of excretion of the labeled onco-tool.

正常マウスにおけるこの試験の主な目的は、過度の親油性におそらく起因する、或いは正常組織又はある種の特定の臓器等に対する予期されない親和性を有する何らかの構造要素におそらく起因する、正常組織における過度に捕捉されるオンコ−ツールを特定することである。正常マウスから速やか且つ完全に排泄され、したがって、この予備的動物試験に合格するオンコ−ツールは、次の実施例で述べる担腫瘍マウスにおいて次に試験すべきである。   The main purpose of this test in normal mice is the excess in normal tissue, possibly due to excessive lipophilicity or possibly due to some structural element with unexpected affinity for normal tissue or certain specific organs etc. Identifying onco-tools to be captured. Onco-tools that are rapidly and completely excreted from normal mice and thus pass this preliminary animal test should then be tested in tumor bearing mice as described in the following examples.

(実施例10)
担腫瘍マウスにおけるオンコ−ツールの試験
腫瘍のない正常マウスにおける上の比較的簡単な試験は正常組織に対する過度の親和性を有するオンコ−ツールを捨てることを可能にするが、見込みのあるオンコ−ツール構造のより決定的な試験は、担腫瘍マウスにおいてそれを試験するものである。
(Example 10)
Onco-tool testing in tumor- bearing mice The above relatively simple test in normal tumor-free mice allows the onco-tool with excessive affinity for normal tissue to be discarded, but a promising onco-tool A more definitive test of the structure is to test it in tumor bearing mice.

そのような実験において、a)尿のpHを上昇させるためにアセタゾラミドなどの炭酸脱水酵素阻害薬、及びb)腫瘍におけるpHを選択的に低下させるのに有効な物質の1つ又は組合せをマウスに最初に前投与することが推奨される。そのような物質としては、i)グルコース(例えば、非特許文献11参照)、ii)ミトコンドリア阻害剤メタヨードベンジルグアニジン(例えば、非特許文献12参照)、及びiii)高血圧を有する人を治療するのにルーチンに用いられている血管拡張薬(例えば、非特許文献14参照)などがある。   In such experiments, mice a) one or a combination of a) a carbonic anhydrase inhibitor such as acetazolamide to increase urine pH, and b) a substance effective to selectively reduce pH in the tumor. It is recommended to pre-administer first. Such substances include i) glucose (see, for example, Non-Patent Document 11), ii) mitochondrial inhibitor metaiodobenzylguanidine (see, for example, Non-Patent Document 12), and iii) to treat people with high blood pressure. And vasodilators used routinely (see, for example, Non-Patent Document 14).

そのような前投与の後の適切な期間の後に、担腫瘍マウスにヨウ素131含有オンコ−ツールを(好ましくは静脈内)注射する。マウスの組織及び/又は腫瘍中に捕捉されない投与量の一部の腎臓による正常な排泄を可能にするための適切な期間(5から24時間程度)の後に、マウスを屠殺し、主要臓器及び明らかな腫瘍を摘出する。各臓器及び腫瘍並びに残りの死体部分をガンマカウンタで計数する。   After an appropriate period after such pre-administration, tumor bearing mice are injected (preferably intravenously) with iodine-131 containing onco-tool. After an appropriate period of time (about 5 to 24 hours) to allow normal excretion by some kidney of a dose not captured in the tissue and / or tumor of the mouse, the mouse is sacrificed and the major organs and obvious The tumor is removed. Each organ and tumor and the remaining cadaver part are counted with a gamma counter.

マウスの前処置については、両タイプの前処置を用いる場合にオンコ−ツールが最善の作用を示すことを強調すべきであり、1つのタイプは腎臓の近位尿細管の内層表面の細胞へのオンコ−ツールの再取込みを防止するのに役立つものである。この再取込みは、尿をわずかに塩基性にすることによって阻止される。他のタイプは、腫瘍の低酸素/酸性領域における酸性度をさらに増加させる(pHを低下させる)のに役立つ。有効且つ特異的オンコ−ツール活性に最もよく適合するように腫瘍の微小環境を調節するために、好ましくは腫瘍におけるpHを選択的に低下させるための2つ又は3つのそのような前処置の組合せを用いるべきである。   For mouse pretreatment, it should be emphasized that the onco-tool performs best when both types of pretreatment are used, and one type is directed to cells on the inner surface of the proximal tubule of the kidney. It helps to prevent re-uptake of onco-tools. This reuptake is prevented by making the urine slightly basic. Other types help to further increase acidity (lower pH) in the hypoxic / acidic region of the tumor. Combination of two or three such pretreatments to selectively reduce the pH in the tumor, preferably to adjust the tumor microenvironment to best match the effective and specific onco-tool activity Should be used.

上に、本発明の組成物及び方法について予測される最良の態様、並びに当業者が組成物及び方法を製造及び使用することを可能にするような完全、明瞭、簡明且つ正確な用語でそのような組成物及び方法を製造及び使用する手法及び方法の記述を示す。しかし、これらの組成物及び方法は、完全に同等である上述の実例となる実施形態からの変更形態及び代替構成を許容する。したがって、開示した組成物及び方法を開示した特定の実施形態に限定することを意図しない。これに反して、意図は、開示する組成物及び方法の主題を詳細に示し、明瞭に請求する特許請求の範囲により一般に表明されている組成物及び方法の精神及び範囲に入るすべての変更形態及び代替構成を含めることである。   Above, the best mode anticipated for the compositions and methods of the present invention, and such terms in complete, clear, concise and accurate terms that will enable one of ordinary skill in the art to make and use the compositions and methods. A description of techniques and methods for making and using various compositions and methods is provided. However, these compositions and methods permit variations and alternative constructions from the above-described illustrative embodiments that are completely equivalent. Accordingly, it is not intended that the disclosed compositions and methods be limited to the specific embodiments disclosed. On the contrary, the intention is to express in detail the subject matter of the disclosed compositions and methods, and to include all modifications and variations that fall within the spirit and scope of the compositions and methods generally expressed by the claims that are explicitly claimed. Include alternative configurations.

陰イオン及び非イオン形の両方における弱酸細胞毒性化学療法薬クロラムブシルを示す図である。FIG. 5 shows the weak acid cytotoxic chemotherapeutic drug chlorambucil in both anionic and nonionic forms. 腫瘍における酸性度の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the acidity in a tumor. 形の間のpH媒介性及び溶解度媒介性転移を示す図である。FIG. 5 shows pH-mediated and solubility-mediated transitions between forms. 非イオン性酸形の親油性の関数としての計算滴定曲線を示す図である。FIG. 3 shows a calculated titration curve as a function of lipophilicity of a nonionic acid form. a)は、その陰イオン及び非イオン形の通常のカルボン酸にH結合した水分子を示す、予想される水和水を示す図であり、b)は、その陰イオン形及びその内部でH結合した非イオン形のカルボン酸含有構造にH結合された水分子を示す、予想される水和水を示す図である。a) shows the expected water of hydration, showing water molecules H-bonded to the normal carboxylic acid in its anionic and non-ionic forms, and b) H in its anionic form and within it. FIG. 4 shows the expected water of hydration showing water molecules H-bonded to a bound non-ionic carboxylic acid containing structure. a)は、その非イオン形のみの内部酸特異的H結合を形成する構造における酸特異的H結合を示す図であり、b)は、その陰イオン形及びその非イオン形の両方における非酸特異的H結合を形成する構造を示す図である。a) shows acid-specific H-bonds in a structure that forms internal acid-specific H-bonds only in its non-ionic form, and b) non-acids in both its anionic and non-ionic forms It is a figure which shows the structure which forms a specific H bond. a)は、4員環構造、5員環構造及び6員環構造を含む、高度pHスイッチに適する代表的環構造を示す図であり、b)は、非環式構造を有するために高度pHスイッチとして使用するのに許容できない構造を示す図である。a) shows a representative ring structure suitable for an advanced pH switch including a 4-membered ring structure, a 5-membered ring structure, and a 6-membered ring structure, and b) shows an acyclic structure because of having an acyclic structure. It is a figure which shows the structure which cannot accept | permit to use as a switch. a)は、電子求引基からカルボキシルを分離する炭素の数の増加による誘起効果からのカルボキシル部分の絶縁を示す図であり、b)は、誘起効果からのそのカルボキシルの不十分な絶縁を有する構造を示す図である。a) shows the insulation of the carboxyl moiety from the induced effect by increasing the number of carbons separating the carboxyl from the electron withdrawing group, and b) has insufficient insulation of the carboxyl from the induced effect. It is a figure which shows a structure. a)は、そのH結合部位が溶媒に対して開放されている構造を示す図であり、b)は、そのH結合部位が溶媒から部分的に遮蔽されている構造を示す図である。a) is a diagram showing a structure in which the H binding site is open to the solvent, and b) is a diagram showing a structure in which the H binding site is partially shielded from the solvent. 低バリアH結合の成分を示す図であり、a)は、約3.0〜6.5の範囲のpKa値を有する独立形のH結合アクセプター部分とともに低バリアH結合を形成するのに適するカルボン酸を含むH結合ドナーを示す図であり、b)は、カルボン酸ドナーとともに低バリアH結合を形成するのに適する代表的なH結合アクセプター部分を示す図であり、c)は、内部酸特異的低バリアH結合を形成するように設計された代表的な高度pHスイッチを示す図である。FIG. 5 shows components of low barrier H bonds, a) is a carboxylic acid suitable for forming low barrier H bonds with a free-standing H bond acceptor moiety having a pKa value in the range of about 3.0 to 6.5. Figure 2 shows an H-bond donor containing an acid, b) shows a representative H-bond acceptor moiety suitable for forming a low-barrier H bond with a carboxylic acid donor, and c) is an internal acid specific. FIG. 2 shows an exemplary advanced pH switch designed to form a static low barrier H bond. 多pHスイッチオンコ−ツールの特異性の増大の統計的基礎を示す図であり、a)は、2pHスイッチを含むオンコ−ツールの非捕捉陰イオン及び腫瘍捕捉非イオン形を示す図であり、b)は、3pHスイッチを含むオンコ−ツールの非捕捉陰イオン及び腫瘍捕捉非イオン形を示す図である。FIG. 5 shows the statistical basis of increased specificity of a multi-pH switch onco-tool, a) shows the non-capture anion and tumor capture non-ion forms of an onco-tool containing a 2 pH switch, b ) Shows non-capture anion and tumor capture non-ion forms of an onco-tool containing a 3 pH switch. 多pHスイッチオンコ−ツールの計算有効性及び特異性係数を示す図であり、a)は、1pHスイッチを含む構造のpKa値の関数としての計算有効性及び特異性係数を示す図であり、b)は、2pHスイッチを含むオンコ−ツールのpKa値の関数としての計算有効性及び特異性係数を示す図であり、c)3pHスイッチを含むオンコ−ツールのpKa値の関数としての計算有効性及び特異性係数を示す図であり、d)4pHスイッチを含むオンコ−ツールのpKa値の関数としての計算有効性及び特異性係数を示す図である。FIG. 4 shows the computational effectiveness and specificity factor of a multi-pH switch onco-tool, a) showing the computational effectiveness and specificity factor as a function of the pKa value of the structure containing the 1 pH switch, b ) Shows the computational effectiveness and specificity factor as a function of the pKa value of the onco-tool including the 2pH switch, and c) the computational effectiveness as a function of the pKa value of the onco-tool including the 3pH switch and FIG. 4 is a diagram showing the specificity factor, d) showing the computational effectiveness and the specificity factor as a function of the pKa value of the onco-tool including the 4 pH switch. 2高度pHスイッチを含む組成物を示す図であり、a)は、この組成物の構造を示す図であり、b)は、pHの関数としてのこの2pHスイッチ組成物のn−オクタノール/緩衝液分配のプロットを示す図である。Figure 2 shows a composition comprising two advanced pH switches, a) showing the structure of this composition, and b) n-octanol / buffer of this two pH switch composition as a function of pH. It is a figure which shows the plot of distribution. それらの前駆体及び最終形の代表的な積荷成分を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing representative cargo components in their precursors and final form. 選択される前駆体形をそれらの最終形に変換する単純な手順を含む、代表的な積荷成分の2つの合成経路を示す図である。FIG. 2 shows two synthesis routes for representative cargo components, including a simple procedure to convert selected precursor forms to their final forms. 代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、単純pHスイッチを含む2つの代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an exemplary 2pH switch on co-tool and showing two exemplary 2pH switch on co-tools including a simple pH switch. 代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、高度pHスイッチを含む5つの代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す図である。FIG. 2 illustrates a representative 2pH switch on co-tool and illustrates five representative 2pH switch on co-tools including an advanced pH switch. 代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む10個の代表的な2pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、構造1及び2は、pHスイッチのH結合アクセプター部分がN−オキシド部分であり、各N−オキシド部分が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプターとしての役割を果たしている2つのオンコ−ツールを示す図である。FIG. 2 illustrates a representative 2 pH switch on co-tool, showing 10 exemplary 2 pH switch on co tools including an advanced pH switch designed to form a low barrier H-bond, Structure 1 And 2 show two onco-tools in which the H-bond acceptor moiety of the pH switch is an N-oxide moiety, and each N-oxide moiety serves as an H-bond acceptor for two carboxylic acid H-bond donor moieties. FIG. 代表的な3pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、a)は、高度pHスイッチを含む2つの代表的な3pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、b)は、低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む2つの代表的な3pHスイッチオンコ−ツールを示す図である。FIG. 2 shows a representative 3pH switch on co-tool, a) shows two representative 3pH switch on co-tools including an advanced pH switch, and b) forms a low barrier H bond. FIG. 2 shows two representative 3 pH switch on co-tools that include an advanced pH switch designed to: 代表的な4pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、a)は、pHスイッチのH結合アクセプター部分がアルコキシアミン部分である4pHスイッチオンコ−ツールを示す図であり、b)は、pHスイッチのH結合アクセプター部分がN−オキシド部分であり、各N−オキシド部分が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプターとしての役割を果たしている4pHスイッチオンコ−ツールを示す図である。FIG. 4 shows a representative 4 pH switch on co-tool, a) showing a 4 pH switch on co tool in which the H bond acceptor portion of the pH switch is an alkoxyamine moiety, and b) shows the pH switch H co tool. FIG. 4 shows a 4 pH switch on co-tool in which the bond acceptor moieties are N-oxide moieties, each N-oxide moiety serving as an H-bond acceptor for two carboxylic acid H-bond donor moieties. R基を変化させることにより親油性を調節することができる、単純pHスイッチを含むオンコ−ツールの合成を示す図である。FIG. 4 shows the synthesis of an onco-tool containing a simple pH switch that can adjust lipophilicity by changing the R group. R基を変化させることにより親油性を調節することができる、高度pHスイッチについての合成スキームを示す図である。FIG. 3 shows a synthetic scheme for an advanced pH switch that can adjust lipophilicity by changing the R group. オンコ−ツール合成に有用なアミンエステル及びケトンエステル中間体を示す図である。FIG. 2 shows amine ester and ketone ester intermediates useful for onco-tool synthesis. 内部酸特異的低バリアH結合を形成するように設計されたpHスイッチの代表的な合成を示す図であり、a)は、H結合アクセプターがシアノメチルアミン部分であるpHスイッチの合成を示す図であり、b)は、H結合アクセプターがN−オキシド部分であるpHスイッチの合成を示す図であり、c)は、H結合アクセプターがトリフルオロエチルアミン部分であるpHスイッチの合成を示す図である。FIG. 4 shows a representative synthesis of a pH switch designed to form an internal acid-specific low barrier H bond, and a) shows the synthesis of a pH switch where the H bond acceptor is a cyanomethylamine moiety. And b) shows the synthesis of a pH switch in which the H-bond acceptor is an N-oxide moiety, and c) shows the synthesis of a pH switch in which the H-bond acceptor is a trifluoroethylamine moiety. . 様々なpHスイッチ構造の滴定結果を示す図であり、単純カルボン酸(酪酸)及び高度pHスイッチ(ショウノウ酸の酸アミド誘導体)について1:1の容積比のメタノール/水中で滴定を行った場合の通常の滴定曲線並びにより多くの情報を与える一次導関数の形の同じデータのプロットを示す図である。It is a figure which shows the titration result of various pH switch structures, and is the case at the time of performing titration in methanol / water of 1: 1 volume ratio about simple carboxylic acid (butyric acid) and advanced pH switch (acid amide derivative of camphoric acid) FIG. 6 shows a plot of the same data in the form of a normal titration curve as well as a first derivative giving more information. 様々なpHスイッチ構造の滴定結果を示す図であり、R基が異なる2pHスイッチオンコ−ツール(放射性ヨウ素の代わりに安定ヨウ素を含む)及び関連3pHスイッチ構造について水中で滴定を行い、各化学種が33ミリモル濃度で存在した場合の通常の滴定曲線を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing titration results of various pH switch structures. 2 pH switch on co-tool (including stable iodine instead of radioactive iodine) with different R groups and related 3 pH switch structures were titrated in water, and each chemical species It is a figure which shows the normal titration curve at the time of existing by 33 mmol concentration. 様々なpHスイッチ構造の滴定結果を示す図であり、低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチの一次導関数としてプロットした滴定曲線(この滴定は、水中で行い、ショウノウ酸から誘導されたN−オキシド/酸構造を含むpHスイッチは、5ミリモル濃度で存在する)を示す図である。FIG. 4 shows titration results for various pH switch structures, a titration curve plotted as the first derivative of an advanced pH switch designed to form a low barrier H bond (this titration is performed in water and from camphoric acid). PH switch containing a derivatized N-oxide / acid structure is present at a 5 millimolar concentration). 図23aに示すショウノウ酸から誘導されたアミド/酸高度pHスイッチ、イソニポコチン酸から誘導された低バリアH結合を形成するように設計されたN−オキシド/酸高度pHスイッチ、及び図23cに示すショウノウ酸から誘導された低バリアH結合を形成するように設計されたN−オキシド/酸高度pHスイッチを含む3つのpHスイッチ構造の実験的に決定したpKa値を示す図である。An amide / acid high pH switch derived from camphoric acid shown in FIG. 23a, an N-oxide / acid high pH switch designed to form a low barrier H bond derived from isonipocotic acid, and camphor shown in FIG. FIG. 5 shows experimentally determined pKa values for three pH switch structures including N-oxide / acid high pH switches designed to form acid-derived low barrier H bonds. 高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す図であり、その2つのpHスイッチがジアシルヒドラジド構造により結合されているオンコ−ツールを示す図である。FIG. 2 shows a synthesis scheme of a representative onco-tool that includes an advanced pH switch, showing the onco-tool in which the two pH switches are linked by a diacyl hydrazide structure. 高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す図であり、その2つのpHスイッチがジアミド構造により結合されているオンコ−ツールを示す図である。FIG. 2 shows a synthesis scheme of a representative onco-tool that includes an advanced pH switch, showing the onco-tool with its two pH switches linked by a diamide structure. 低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す図であり、単一N−オキシド部分が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合レセプター部分としての役割を果たす2pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す図である。FIG. 2 shows a synthesis scheme of an exemplary onco-tool that includes an advanced pH switch designed to form a low barrier H bond, where a single N-oxide moiety is an H bond to two carboxylic acid H bond donor moieties. FIG. 2 shows a synthesis scheme of a 2pH switch on co-tool that serves as a receptor moiety. 低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す図であり、ヒドラジン部分の窒素の両方が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合レセプター部分としての役割を果たす2pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す図である。FIG. 2 shows a synthesis scheme of a representative onco-tool that includes an advanced pH switch designed to form a low barrier H bond, where both nitrogens of the hydrazine moiety are H bonds to two carboxylic acid H bond donor moieties. FIG. 2 shows a synthesis scheme of a 2pH switch on co-tool that serves as a receptor moiety. 低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す図であり、シアノメチルアミン部分がカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合アクセプター部分としての役割を果たす2pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す図である。FIG. 2 shows a synthesis scheme of an exemplary onco-tool that includes a high pH switch designed to form a low barrier H bond, with the cyanomethylamine moiety as the H bond acceptor moiety relative to the carboxylic acid H bond donor moiety. FIG. 2 shows a synthesis scheme of a 2pH switch on co-tool that plays a role. 低バリアH結合を形成するように設計された高度pHスイッチを含む代表的なオンコ−ツールの合成スキームを示す図であり、各N−オキシド部分が2つのカルボン酸H結合ドナー部分に対するH結合レセプター部分としての役割を果たす4pHスイッチオンコ−ツールの合成スキームを示す図である。FIG. 2 shows a synthesis scheme of a representative onco-tool that includes an advanced pH switch designed to form a low barrier H bond, each N-oxide moiety being an H-coupled receptor for two carboxylic acid H-bond donor moieties. FIG. 4 shows a synthesis scheme of a 4pH switch on co-tool that serves as a part.

Claims (32)

生存対象における腫瘍中に存在する可能性がある、酸性領域において優先的に捕捉される組成物に容易に変換することができる前駆体構造であって、組成物が(i)pH7.4の水溶液中で主として負に荷電した水溶性の形態で存在するが、pH7.0未満の酸性領域では、組成物の分子のかなりの部分が、細胞膜であってもよい親油性相に入るのに有効な非イオン形に転換するという特性を有し、(ii)光子、ガンマ線(高エネルギー光子)又は陽電子を放射することによってその存在を報告することができ、且つ/又はそれが捕捉されている領域における細胞の損傷を引き起こすことができる積荷成分を含み、改善が、
放射性ハロゲンの添加により、酸性領域における特異性の改善により優先的に捕捉されている改善された組成物に変換させることができ、
(a)少なくとも2つの酸部分、
(b)酸部分の少なくとも1つが以下のi)からiii)の特性を有する内部にHを結合できる成分に組み込まれており、
i)酸部分が環構造に直接結合しているカルボン酸部分であり、
ii)環構造が非芳香族であり、4員環、5員環及び6員環からなる群から選択され、
iii)環構造に、7未満のpKaを有し、その非イオン形においてH結合ドナー部分としての役割を果たすことができない構造を有するH結合アクセプター部分も結合しており、H結合におけるアクセプターとしての役割を果たす原子が環構造に直接結合したもの及び環構造に1つの原子を介して結合したものからなる群から選択され、
カルボン酸部分及びH結合アクセプター部分は、それらが内部H結合の形成に適合するように位置決めされ、配向されており、
(c)放射性ハロゲンに容易且つ安定に結合するのに有効な前駆体形における少なくとも1つの積荷成分
を含み、
(d)スルホンアミド部分(R1SO2NR23
を欠く
改善された前駆体構造を含むことを特徴とする、酸性領域において優先的に捕捉される組成物に容易に変換することができる前駆体構造。
A precursor structure that can be readily converted to a composition that is preferentially captured in the acidic region that may be present in a tumor in a living subject, wherein the composition is (i) an aqueous solution at pH 7.4 Exists in a primarily negatively charged water soluble form, but in the acidic region below pH 7.0, a significant portion of the molecules of the composition are effective to enter the lipophilic phase, which may be the cell membrane. Has the property of converting to a non-ionic form and (ii) can report its presence by emitting photons, gamma rays (high energy photons) or positrons and / or in the region where it is captured Containing cargo components that can cause cell damage,
The addition of radiohalogens can be converted into improved compositions that are preferentially captured by improved specificity in the acidic region,
(A) at least two acid moieties;
(B) at least one of the acid moieties is incorporated in a component capable of binding H to the interior having the following properties i) to iii):
i) a carboxylic acid moiety in which the acid moiety is directly bonded to the ring structure;
ii) the ring structure is non-aromatic and is selected from the group consisting of 4-membered, 5-membered and 6-membered rings;
iii) The ring structure also has an H-bond acceptor moiety having a pKa of less than 7 and a structure that cannot serve as an H-bond donor moiety in its non-ionic form, as an acceptor in an H bond Selected from the group consisting of atoms in which the role plays a direct bond to the ring structure and those bonded to the ring structure through one atom;
The carboxylic acid moiety and the H-bond acceptor moiety are positioned and oriented such that they are compatible with the formation of internal H-bonds;
(C) comprising at least one cargo component in a precursor form effective to bind easily and stably to a radiohalogen;
(D) Sulfonamide moiety (R 1 SO 2 NR 2 R 3 )
A precursor structure that can be easily converted into a composition that is preferentially trapped in the acidic region, characterized in that it comprises an improved precursor structure that lacks.
前駆体形における少なくとも1つの積荷成分はトリアルキルスズ部分を含むことを特徴とする、請求項1に記載の改善された前駆体構造。   The improved precursor structure of claim 1, wherein at least one cargo component in the precursor form comprises a trialkyltin moiety. 最良態様構造は、
Figure 2009536152
であることを特徴とする、請求項2に記載の改善された前駆体構造。
The best mode structure is
Figure 2009536152
The improved precursor structure of claim 2, wherein:
生存対象における腫瘍中に存在する可能性がある酸性領域において優先的に捕捉される組成物であって、(i)pH7.4の水溶液中で主として負に荷電した水溶性の形態で存在するが、pH7.0未満の酸性領域では、組成物の分子のかなりの部分が、細胞膜であってもよい親油性相に入るのに有効な非イオン形に転換するという特性を有し、(ii)光子、ガンマ線(高エネルギー光子)又は陽電子を放射することによってその存在を報告することができ、且つ/又はそれが捕捉されている領域における細胞の損傷を引き起こすことができる積荷成分を含み、改善が、
酸性領域における特異性の改善により優先的に捕捉されており、
(a)少なくとも2つの酸部分、
(b)酸部分の少なくとも1つが以下のi)からiii)の特性を有する内部にHを結合できる成分に組み込まれており、
i)酸部分が環構造に直接結合しているカルボン酸部分であり、
ii)環構造が非芳香族であり、4員環、5員環及び6員環からなる群から選択され、
iii)環構造に、7未満のpKaを有し、その非イオン形においてH結合ドナー部分としての役割を果たすことができない構造を有するH結合アクセプター部分も結合しており、H結合におけるアクセプターとしての役割を果たす原子が環構造に直接結合したもの及び環構造に1つの原子を介して結合したものからなる群から選択され、
カルボン酸部分及びH結合アクセプター部分は、それらが内部H結合の形成に適合するように位置決めされ、配向されており、
(c)放射性ハロゲンを含む少なくとも1つの積荷成分
を含む改善された組成物を含むことを特徴とする、酸性領域において優先的に捕捉される組成物。
A composition that is preferentially trapped in an acidic region that may be present in a tumor in a living subject, (i) present in a water solution that is predominantly negatively charged in an aqueous solution at pH 7.4. In the acidic region below pH 7.0, a significant portion of the molecules of the composition has the property of converting to a non-ionic form effective to enter the lipophilic phase, which may be a cell membrane, (ii) Includes a cargo component that can report its presence by emitting photons, gamma rays (high energy photons) or positrons and / or cause cell damage in the area where it is captured, ,
Captured preferentially by improving specificity in the acidic region,
(A) at least two acid moieties;
(B) at least one of the acid moieties is incorporated in a component capable of binding H to the interior having the following properties i) to iii):
i) a carboxylic acid moiety in which the acid moiety is directly bonded to the ring structure;
ii) the ring structure is non-aromatic and is selected from the group consisting of 4-membered, 5-membered and 6-membered rings;
iii) The ring structure also has an H-bond acceptor moiety having a pKa of less than 7 and a structure that cannot serve as an H-bond donor moiety in its non-ionic form, as an acceptor in an H bond Selected from the group consisting of atoms in which the role plays a direct bond to the ring structure and those bonded to the ring structure through one atom;
The carboxylic acid moiety and the H-bond acceptor moiety are positioned and oriented such that they are compatible with the formation of internal H-bonds;
(C) A composition preferentially captured in the acidic region, characterized in that it comprises an improved composition comprising at least one cargo component comprising radiohalogen.
少なくとも1つの積荷成分はフッ素、臭素、ヨウ素及びアスタチンからなるハロゲン形の群から選択される放射性ハロゲンを含むことを特徴とする、請求項4に記載の改善された組成物。   5. The improved composition of claim 4, wherein the at least one cargo component comprises a radiohalogen selected from the group of halogen forms consisting of fluorine, bromine, iodine and astatine. 少なくとも1つの内部にHを結合できる成分におけるH結合アクセプター部分は、
(a)アミド、
(b)トリフルオロエチルアミン、
(c)シアノメチルアミン、
(d)アルコキシアミン、
(e)N−オキシド、
(f)イミダゾール、
(g)アニリン、
(h)ホスホルアミド、及び
(i)尿素
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項5に記載の改善された組成物。
The H-bond acceptor moiety in the component capable of binding H to at least one interior is
(A) an amide,
(B) trifluoroethylamine,
(C) cyanomethylamine,
(D) alkoxyamine,
(E) N-oxide,
(F) imidazole,
(G) aniline,
6. The improved composition according to claim 5, characterized in that it is selected from the group consisting of (h) phosphoramide, and (i) urea.
少なくとも1つの内部にHを結合できる成分は、
Figure 2009536152
からなる群から選択される構造を有することを特徴とする、請求項6に記載の改善された組成物。
The component capable of binding H to at least one interior is
Figure 2009536152
7. The improved composition of claim 6, having a structure selected from the group consisting of:
分子構造は、
Figure 2009536152
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項7に記載の改善された組成物。
The molecular structure is
Figure 2009536152
The improved composition according to claim 7, characterized in that it is selected from the group consisting of:
最良態様構造は、
Figure 2009536152
であることを特徴とする、請求項8に記載の改善された組成物。
The best mode structure is
Figure 2009536152
The improved composition according to claim 8, wherein:
生存対象における腫瘍中に存在する可能性がある酸性領域の存在を検出するための組成物であって、(i)pH7.4の水溶液中で主として負に荷電した水溶性の形態で存在するが、pH7.0未満の酸性領域では、組成物の分子のかなりの部分が、生物学的組織における細胞膜であってもよい親油性相に入るのに有効な非イオン形に転換するという特性を有し、(ii)それが捕捉されている領域から光子、ガンマ線(高エネルギー光子)又は陽電子を放射することによってその存在を報告することができる積荷成分を含み、改善が、
(a)少なくとも2つの酸部分、
(b)酸部分の少なくとも1つが以下のi)からiii)の特性を有する内部にHを結合できる成分に組み込まれており、
i)酸部分が環構造に直接結合しているカルボン酸部分であり、
ii)環構造が非芳香族であり、4員環、5員環及び6員環からなる群から選択され、
iii)環構造に、7未満のpKaを有し、その非イオン形においてH結合ドナー部分としての役割を果たすことができない構造を有するH結合アクセプター部分も結合しており、H結合におけるアクセプターとしての役割を果たす原子が環構造に直接結合したもの及び環構造に1つの原子を介して結合したものからなる群から選択され、
カルボン酸部分及びH結合アクセプター部分は、それらが内部H結合の形成に適合するように位置決めされ、配向されている、
及び
(c)i)ガンマ線、
ii)陽電子、並びに
iii)陽電子及びガンマ線
からなる群から選択される種類の放射線を放射する放射性ハロゲンを含む少なくとも1つの積荷成分
を含む酸性領域の存在を改善された特異性により検出するための改善された組成物を含むことを特徴とする、酸性領域の存在を検出するための組成物。
A composition for detecting the presence of an acidic region that may be present in a tumor in a living subject, wherein (i) it exists in an aqueous solution at pH 7.4, mainly in a negatively charged water-soluble form. In the acidic region below pH 7.0, it has the property that a significant portion of the molecules of the composition convert to a non-ionic form that is effective to enter the lipophilic phase, which may be a cell membrane in biological tissue. And (ii) a cargo component that can report its presence by emitting photons, gamma rays (high energy photons) or positrons from the region where it is captured,
(A) at least two acid moieties;
(B) at least one of the acid moieties is incorporated in a component capable of binding H to the interior having the following properties i) to iii):
i) a carboxylic acid moiety in which the acid moiety is directly bonded to the ring structure;
ii) the ring structure is non-aromatic and is selected from the group consisting of 4-membered, 5-membered and 6-membered rings;
iii) The ring structure also has an H-bond acceptor moiety having a pKa of less than 7 and a structure that cannot serve as an H-bond donor moiety in its non-ionic form, as an acceptor in an H bond Selected from the group consisting of atoms in which the role plays a direct bond to the ring structure and those bonded to the ring structure through one atom;
The carboxylic acid moiety and the H bond acceptor moiety are positioned and oriented such that they are compatible with the formation of internal H bonds.
And (c) i) gamma rays,
An improvement for detecting with improved specificity the presence of an acidic region comprising ii) a positron, and iii) at least one cargo component comprising a radioactive halogen emitting radiation of a type selected from the group consisting of positrons and gamma rays A composition for detecting the presence of an acidic region, characterized in that
放射性ハロゲンは、臭素76、臭素77、ヨウ素123、ヨウ素124及びヨウ素131からなる群から選択されることを特徴とする、請求項10に記載の改善された組成物。   The improved composition according to claim 10, wherein the radiohalogen is selected from the group consisting of bromine 76, bromine 77, iodine 123, iodine 124 and iodine 131. 最良態様の構造は、
Figure 2009536152
であることを特徴とする、請求項11に記載の改善された組成物。
The structure of the best mode is
Figure 2009536152
The improved composition of claim 11, wherein:
(a)(i)pH7.4の水溶液中で主として負に荷電した水溶性の形態で存在するが、pH7.0未満の酸性領域では、組成物の分子のかなりの部分が、生物学的組織における細胞膜であってもよい親油性相に入るのに有効な非イオン形に転換するという特性を有し、
(ii)それが捕捉されている領域から光子、ガンマ線(高エネルギー光子)又は陽電子を放射することによってその存在を報告することができる積荷成分を含む
組成物を準備するステップと、
(b)準備した組成物を対象に導入するステップと、
(c)10分間から48時間までの範囲の期間待つステップと、
(d)準備した組成物の積荷成分からの放射を検出するのに有効な装置により対象を評価するステップと
により、酸性領域が腫瘍に存在する可能性がある、対象における酸性領域を検出する方法であって、
改善が、改善された特異性により対象における酸性領域を検出する改善された方法を含み、準備した組成物が請求項10に記載の組成物であり、ガンマ線を検出するのに有効な装置により対象を評価することを特徴とする、対象における酸性領域を検出する方法。
(A) (i) present in an aqueous solution that is predominantly negatively charged in aqueous solution at pH 7.4, but in the acidic region below pH 7.0, a significant portion of the molecules of the composition is biological tissue Having the property of converting to a non-ionic form effective to enter the lipophilic phase, which may be a cell membrane in
(Ii) providing a composition comprising a cargo component capable of reporting its presence by emitting photons, gamma rays (high energy photons) or positrons from the region in which it is captured;
(B) introducing the prepared composition into a subject;
(C) waiting for a period ranging from 10 minutes to 48 hours;
(D) a method for detecting an acidic region in a subject, wherein the subject may be present in the tumor by evaluating the subject with a device effective to detect radiation from a cargo component of the prepared composition. Because
The improvement comprises an improved method of detecting an acidic region in a subject with improved specificity, and the prepared composition is the composition of claim 10, wherein the subject is a device effective for detecting gamma radiation. A method for detecting an acidic region in a subject, characterized in that
改善された方法は、酸性領域を含む腫瘍の存在について生存対象を評価するのに用いられることを特徴とする、請求項13に記載の改善された方法。   14. Improved method according to claim 13, characterized in that the improved method is used to assess a living subject for the presence of a tumor comprising an acidic region. (a)対象の尿のpHを増加させるのに有効な少なくとも1つの物質、及び
(b)腫瘍におけるpHを低下させるのに有効な少なくとも1つの物質
により対象を最初に治療することをさらに含むことを特徴とする、請求項13に記載の改善された方法。
Further comprising first treating the subject with (a) at least one substance effective to increase the urine pH of the subject, and (b) at least one substance effective to lower the pH in the tumor. The improved method of claim 13, wherein:
対象の尿のpHを上昇させるのに有効な少なくとも1つの物質は、
(a)炭酸脱水酵素阻害剤アセタゾールアミド、及び
(b)緩衝剤重炭酸ナトリウム
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項15に記載の改善された方法。
At least one substance effective to raise the pH of the subject's urine is
The improved method according to claim 15, characterized in that it is selected from the group consisting of (a) carbonic anhydrase inhibitor acetazolamide, and (b) buffer sodium bicarbonate.
腫瘍におけるpHを低下させるのに有効な少なくとも1つの物質は、
(a)グルコース、
(b)ミトコンドリア阻害剤メタヨードベンジルグアニジン、及び
(c)血管拡張剤カプトプリル
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項15に記載の改善された方法。
At least one substance effective to lower the pH in the tumor is
(A) glucose,
16. The improved method of claim 15, characterized in that it is selected from the group consisting of (b) mitochondrial inhibitor metaiodobenzylguanidine, and (c) vasodilator captopril.
生存対象における腫瘍中に存在する可能性がある、酸性領域を治療するための組成物であって、(i)pH7.4の水溶液中で主として負に荷電した水溶性の形態で存在するが、pH7.0未満の酸性領域では、組成物の分子のかなりの部分が、生物学的組織における細胞膜であってもよい親油性相に入るのに有効な非イオン形に転換するという特性を有し、(ii)それが捕捉されている領域における細胞の損傷を引き起こすことができる積荷成分を含み、改善が、
(a)少なくとも2つの酸部分、
(b)酸部分の少なくとも1つが以下のi)からiii)の特性を有する内部にHを結合できる成分に組み込まれており、
i)酸部分が環構造に直接結合しているカルボン酸部分であり、
ii)環構造が非芳香族であり、4員環、5員環及び6員環からなる群から選択され、
iii)環構造に、7未満のpKaを有し、その非イオン形においてH結合ドナー部分としての役割を果たすことができない構造を有するH結合アクセプター部分も結合しており、H結合におけるアクセプターとしての役割を果たす原子が環構造に直接結合したもの及び環構造に1つの原子を介して結合したものからなる群から選択され、
カルボン酸部分及びH結合アクセプター部分は、それらが内部H結合の形成に適合するように位置決めされ、配向されており、
(c)i)アルファ粒子、及び
ii)ベータ粒子
からなる群から選択される種類の放射線を放射する放射性ハロゲンを含む少なくとも1つの積荷成分
を含む改善された特異性により酸性領域を治療するための改善された組成物を含むことを特徴とする、酸性領域を治療するための組成物。
A composition for treating an acidic region that may be present in a tumor in a living subject, (i) present in an aqueous solution that is primarily negatively charged in an aqueous solution at pH 7.4, In the acidic region below pH 7.0, it has the property that a significant portion of the composition's molecules convert to a non-ionic form effective to enter the lipophilic phase, which may be a cell membrane in biological tissue. (Ii) including a cargo component that can cause cell damage in the area in which it is captured,
(A) at least two acid moieties;
(B) at least one of the acid moieties is incorporated in a component capable of binding H to the interior having the following properties i) to iii):
i) a carboxylic acid moiety in which the acid moiety is directly bonded to the ring structure;
ii) the ring structure is non-aromatic and is selected from the group consisting of 4-membered, 5-membered and 6-membered rings;
iii) The ring structure also has an H-bond acceptor moiety having a pKa of less than 7 and a structure that cannot serve as an H-bond donor moiety in its non-ionic form, as an acceptor in an H bond Selected from the group consisting of atoms in which the role plays a direct bond to the ring structure and those bonded to the ring structure through one atom;
The carboxylic acid moiety and the H-bond acceptor moiety are positioned and oriented such that they are compatible with the formation of internal H-bonds;
For treating an acidic region with improved specificity comprising (c) i) alpha particles, and ii) at least one cargo component comprising a radiohalogen that emits a type of radiation selected from the group consisting of: A composition for treating acidic regions, characterized in that it comprises an improved composition.
放射性ハロゲンはアルファ粒子を放射し、アスタチン211であることを特徴とする、請求項18に記載の改善された組成物。   19. The improved composition of claim 18, wherein the radioactive halogen emits alpha particles and is astatine 211. 最良態様構造は、
Figure 2009536152
であることを特徴とする、請求項19に記載の改善された組成物。
The best mode structure is
Figure 2009536152
The improved composition according to claim 19, characterized in that
放射性ハロゲンは、ベータ粒子を放射し、臭素82、臭素83、ヨウ素130、ヨウ素131、ヨウ素132、ヨウ素133及びヨウ素135からなる群から選択されることを特徴とする、請求項18に記載の改善された組成物。   19. Improvement according to claim 18, characterized in that the radioactive halogen emits beta particles and is selected from the group consisting of bromine 82, bromine 83, iodine 130, iodine 131, iodine 132, iodine 133 and iodine 135. Composition. (a)(i)pH7.4の水溶液中で主として負に荷電した水溶性の形態で存在するが、pH7.0未満の酸性領域では、組成物の分子のかなりの部分が、生物学的組織における細胞膜であってもよい親油性相に入るのに有効な非イオン形に転換するという特性を有し、
(ii)それが捕捉されている領域における細胞の損傷を引き起こすことができる積荷成分を含む
組成物を準備するステップと、
(b)準備した組成物を対象に導入するステップと
による、対象における酸性領域を治療する方法であって、酸性領域は腫瘍中にある可能性があり、
改善が、改善された特異性により対象における酸性領域を治療する改善された方法を含み、準備した組成物が請求項18に記載の組成物であることを特徴とする、対象における酸性領域を治療する方法。
(A) (i) present in an aqueous solution that is predominantly negatively charged in aqueous solution at pH 7.4, but in the acidic region below pH 7.0, a significant portion of the molecules of the composition is biological tissue Having the property of converting to a non-ionic form effective to enter the lipophilic phase, which may be a cell membrane in
(Ii) providing a composition comprising a cargo component capable of causing cell damage in the area in which it is captured;
(B) a method of treating an acidic area in a subject by introducing the prepared composition into the subject, wherein the acidic area may be in a tumor;
19. Treatment of an acidic region in a subject, wherein the improvement comprises an improved method of treating an acidic region in a subject with improved specificity, wherein the prepared composition is the composition of claim 18. how to.
酸性領域を含む1つ又は複数の腫瘍を有する生存対象を治療するのに用いられることを特徴とする、請求項22に記載の改善された方法。   23. The improved method of claim 22, wherein the improved method is used to treat a living subject having one or more tumors that include an acidic region. (a)対象の尿のpHを上昇させるのに有効な少なくとも1つの物質、及び
(b)腫瘍におけるpHを低下させるのに有効な少なくとも1つの物質
により対象を最初に治療することをさらに含むことを特徴とする、請求項22に記載の改善された方法。
Further comprising first treating the subject with (a) at least one substance effective to increase the pH of the subject's urine, and (b) at least one substance effective to decrease the pH in the tumor. The improved method of claim 22, characterized in that:
対象の尿のpHを上昇させるのに有効な少なくとも1つの物質は、
(a)炭酸脱水酵素阻害剤アセタゾールアミド、及び
(b)緩衝剤重炭酸ナトリウム
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項24に記載の改善された方法。
At least one substance effective to raise the pH of the subject's urine is
25. The improved method of claim 24, selected from the group consisting of (a) carbonic anhydrase inhibitor acetazolamide, and (b) buffer sodium bicarbonate.
腫瘍におけるpHを低下させるのに有効な少なくとも1つの物質は、
(a)グルコース、
(b)ミトコンドリア阻害剤メタヨードベンジルグアニジン、及び
(c)血管拡張剤カプトプリル
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項24に記載の改善された方法。
At least one substance effective to lower the pH in the tumor is
(A) glucose,
25. The improved method of claim 24, selected from the group consisting of (b) mitochondrial inhibitor metaiodobenzylguanidine, and (c) vasodilator captopril.
請求項18に記載の少なくとも2つの組成物を準備し、対象に導入する請求項22に記載の改善された方法であって、請求項18に記載の1つの準備した組成物のが放射性ハロゲンアスタチン211を含み、請求項18に記載の第2の準備した組成物がベータ粒子を放射する放射性ハロゲンを含むことを特徴とする、該方法。   24. The improved method of claim 22, wherein at least two compositions of claim 18 are prepared and introduced into a subject, wherein one prepared composition of claim 18 is a radioactive halogen astatine. 21. The method of claim 18, wherein the second prepared composition of claim 18 comprises a radioactive halogen that emits beta particles. 最良態様の準備した組成物は、
Figure 2009536152
であることを特徴とする、請求項27に記載の改善された方法。
The prepared composition of the best mode is
Figure 2009536152
28. The improved method of claim 27, wherein:
酸性領域を含む1つ又は複数の腫瘍を有する生存対象を治療するのに用いられることを特徴とする、請求項27に記載の改善された方法。   28. The improved method of claim 27, wherein the improved method is used to treat a living subject having one or more tumors comprising an acidic region. (a)対象の尿のpHを上昇させるのに有効な少なくとも1つの物質、及び
(b)腫瘍におけるpHを低下させるのに有効な少なくとも1つの物質
により対象を最初に治療することをさらに含むことを特徴とする、請求項27に記載の改善された方法。
Further comprising first treating the subject with (a) at least one substance effective to increase the pH of the subject's urine, and (b) at least one substance effective to decrease the pH in the tumor. 28. The improved method of claim 27, wherein:
対象の尿のpHを上昇させるのに有効な少なくとも1つの物質は、
(a)炭酸脱水酵素阻害剤アセタゾールアミド、及び
(b)緩衝剤重炭酸ナトリウム
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項30に記載の改善された方法。
At least one substance effective to raise the pH of the subject's urine is
31. The improved method of claim 30, wherein the method is selected from the group consisting of (a) a carbonic anhydrase inhibitor acetazolamide, and (b) a sodium bicarbonate buffer.
腫瘍におけるpHを低下させるのに有効な少なくとも1つの物質は、
(a)グルコース、
(b)ミトコンドリア阻害剤メタヨードベンジルグアニジン、及び
(c)血管拡張剤カプトプリル
からなる群から選択されることを特徴とする、請求項30に記載の改善された方法。
At least one substance effective to lower the pH in the tumor is
(A) glucose,
31. The improved method of claim 30, wherein the method is selected from the group consisting of (b) mitochondrial inhibitor metaiodobenzylguanidine, and (c) vasodilator captopril.
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