JP2013526547A - 光学造影および療法のタンデムのための官能性架橋型ナノ構造物 - Google Patents

光学造影および療法のタンデムのための官能性架橋型ナノ構造物 Download PDF

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Abstract

本発明は、光学造影および療法のタンデムにおいて有用な、光学機能性の架橋された超分子構造物および集合体を含む光学的作用物質を提供する。本発明の超分子構造物および集合体は、光学機能性のシェル架橋型ミセルを含み、光学機能性は、１つまたは複数の光活性部分を含む１つまたは複数の連結基を組み込むことによって達成される。本発明はさらに、会合した治療剤を有する光学機能性のシェル架橋型ミセルを含む、本発明の１つまたは複数の光学的作用物質を使用する造影方法および治療方法を含む。

Description

（関連出願への相互参照）
本願は、２０１０年５月１４日に出願された米国仮特許出願第６１／３３４，６９８号の優先権を主張する。この米国仮特許出願第６１／３３４，６９８号は、参考として本明細書に援用される。
（発明の背景）
自己集合型ナノ構造物は、生物医学用途に潜在的に有益な化学特性および物理特性を有する、あるクラスのナノ材料である。両親媒性ポリマーミセルの超分子構造物は、例えば、化学療法剤を含む難水溶性薬物を被包し、可溶化し、その送達を容易にするための多用途のナノ材料プラットフォームとして提唱されている。標的化リガンドを、両親媒性ポリマーミセルの超分子構造物に組み込むことは、特定の細胞型、組織および器官に医薬品を標的送達するのに有効な経路を提供できる見込みが高い。薬物製剤および送達適用のためにミセル超分子構造物を使用することは、現在、かなり大きな研究対象となっている。
ポリマーミセルの超分子構造物は、一般に、溶液環境における両親媒性ポリマーの自己集合をエントロピー的に促進することによって形成される。例えば、空間を隔てた親水性領域と疎水性領域とを有するブロックコポリマーが、臨界ミセル濃度（ＣＭＣ）を超える濃度で水溶液中に提供される場合、ポリマーが凝集し、自己集合して、疎水性領域が中心の疎水性コアを形成し、親水性領域が、水相に曝露される外部親水性コロナ領域に自己集合する。両親媒性ポリマーミセルのコア−コロナ構造は、疎水性コアが、疎水性分子を可溶化することができる遮蔽相を提供し、外部コロナ領域が、少なくとも部分的に溶媒和することにより、コロイド安定性をこれらのナノ構造物に付与するので、有用な物理特性を提供する。
ブロックコポリマーおよび架橋ブロックコポリマー集合体を含むいくつかの両親媒性ポリマー系は、特に、薬物製剤および送達適用などの生物医学用途のために設計され、開発されてきた。以下の参考文献は、ブロックコポリマー薬物送達系を含む両親媒性ポリマー薬物送達系の例を提供するものであり、それらはその全体が参考として本明細書に援用される。（１）非特許文献１、（２）非特許文献２、（３）非特許文献３、および（４）非特許文献４。
薬物送達系のためのポリマー系は提示されているが、光学造影および療法のタンデム（ｔａｎｄｅｍ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅｒａｐｙ）のためのポリマー超分子集合体の使用は提供されていない。薬物送達および造影のための一分子系の使用能力が、本発明では提供される。
Ｌｉ， Ｙａｌｉ；Ｓｕｎ， Ｇｕｏｒｏｎｇ；Ｘｕ， Ｊｉｎｑｉ；Ｗｏｏｌｅｙ， Ｋａｒｅｎ Ｌ．、Ｓｈｅｌｌ Ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ： ａ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ Ｒｅｐｏｒｔ ｏｎ ｔｈｅｉｒ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ；Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃｓ （２００７年）、３８１〜４０７頁 Ｑｉｎｇｇａｏ Ｍａ、Ｅｄｗａｒｄ Ｅ． Ｒｅｍｓｅｎ、Ｔｏｍａｓｚ、Ｋｏｗａｌｅｗｓｋｉ、Ｊａｃｏｂ Ｓｃｈａｅｆｅｒ、Ｋａｒｅｎ Ｗｏｏｌｅｙ、「Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ−ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ， Ｅｎｔｉｒｅｌｙ， Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ， Ｓｈｅｌｌ Ｃｒｏｓｓ−ｌｉｎｋｅｄ （ＳＣＫ） Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ． ２００１年、１巻、６５１頁 Ｊｏｎｅｓ， Ｍ．−Ｃ．；Ｌｅｒｏｕｘ Ｊ．−Ｃ．「Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ Ｍｉｃｅｌｌｅｓ： Ａ Ｎｅｗ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｄｒｕｇ Ｃａｒｒｉｅｒｓ」Ｅｕｒ． Ｊ． Ｐｈａｒｍ． Ｂｉｏｐｈａｒｍ． １９９９年、４８巻、１０１〜１１１頁 Ｋｗｏｎ， Ｇ． Ｓ．；Ｎａｉｔｏ， Ｍ．；Ｋａｔａｏｋａ， Ｋ．；Ｙｏｋｏｙａｍａ， Ｍ．；Ｓａｋｕｒａｉ， Ｙ．；Ｏｋａｎｏ， Ｔ．「Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｍｉｃｅｌｌｅｓ ａｓ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｆｏｒ Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｄｒｕｇｓ」Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ、Ｂ： Ｂｉｏｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ １９９４年、２巻、４２９〜３４頁
（発明の要旨）
本発明は、光学造影および療法のための組成物、調製物および製剤を含む光学的作用物質を提供する。特に、光学的作用物質は、光学造影および療法のタンデムにおいて有用であり、すなわち、光学造影用途を実施するのに有用である化学的部分と、治療用途に有用である部分とを含有する場合に有用である。光学造影の特定の態様は、可視化、診断モニタリングおよび光線療法の適用を含む。療法の特定の態様は、様々な病状の予防または治療に使用される化学療法または薬物療法を含む。一態様では、本発明は、治療剤の制御送達を提供する。
本発明の光学的作用物質は、造影用途のための機能性を提供する１つまたは複数の光活性部分を含む少なくとも１つの連結基を組み込み、少なくとも１つの治療剤を組み込む、シェル架橋型ナノ粒子または棒状ナノ構造物などの超分子構造物を含むフォトニックナノ構造物およびナノ集合体を含む。本発明の光学的作用物質は、有用な光学的および構造的機能性を付与する連結基を有する超分子構造を含む。一実施形態では、例えば、連結基の存在は、ポリマー成分を共有結合により架橋して、架橋されたシェルによって安定化した超分子構造物を提供するように機能し、また、例えば発色団、フルオロフォア、光増感剤および／または光反応種として機能することによって、有用な光学機能性を付与する。
本発明の一態様では、光学的作用物質は、内部疎水性コアおよび共有結合により架橋された親水性シェルを有する超分子構造物を水溶液中で形成し、内部疎水性コアは、ブロックコポリマーの疎水性ブロックを含み、共有結合により架橋された親水性シェルは、ブロックコポリマーの親水性ブロックを含み、治療剤は、超分子構造物によって少なくとも部分的に被包され、治療剤は、疎水性コアと非共有結合によって会合している。一態様では、治療剤は、超分子構造物と非共有結合によって会合している。一態様では、光学的作用物質は、架橋ブロックコポリマー（このブロックコポリマーのそれぞれが、親水性ブロックおよび疎水性ブロックを含む）と、ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部を共有結合により架橋する連結基であって、その少なくとも一部が１つまたは複数の光活性部分を含む連結基と、治療剤とを含み、該光学的作用物質は、内部疎水性コアおよび共有結合により架橋された親水性シェルを有する超分子構造物を水溶液中で形成し、内部疎水性コアは、ブロックコポリマーの疎水性ブロックを含み、共有結合により架橋された親水性シェルは、ブロックコポリマーの親水性ブロックを含み、治療剤は、超分子構造物によって少なくとも部分的に被包され、治療剤は、疎水性コアと非共有結合によって会合している。一態様では、治療剤は、治療剤を有用に放出可能にする任意の構造的立体配置の超分子構造物と会合している。一実施形態では、治療剤は、超分子構造物によって少なくとも部分的に被包されている。本発明の光学的作用物質は、シェル架橋型ミセルを含む超分子構造物および集合体を含み、治療剤は、コポリマーのブロックの１つまたは複数と物理的に会合しているか、または共有結合により連結している。
一態様では、超分子構造物と会合している２つ以上の異なる治療剤が存在する。本発明のこの態様の例示的な実施形態では、異なる治療剤は、異なる病状に有用となり得る。本発明のこの態様の例示的な実施形態では、異なる治療剤は、例えば、異なる放出プロファイルをそれぞれ有することができる、同じ化学的部分上の化学的変異であり得る。
本発明の光学的作用物質は、断層撮影造影、器官機能のモニタリングおよび評価、解剖学的可視化、冠動脈血管造影、蛍光内視鏡検査、光線治療法、画像誘導外科手術、治療剤の投与および標的とする特異的送達、内視鏡手順および療法、ならびに腫瘍の検出および造影などの、様々なインビボ、インビトロおよびエクスビボでの生物医学的な診断、可視化および造影用途と組み合わせて治療剤を造影するのに有用である。有用な光学造影法には、多光子造影および光音響造影が含まれる。一実施形態では、シェル架橋型ミセルを含む本発明のフォトニックナノ構造物およびナノ集合体は、標的とする生物学的環境、器官または組織に提供される電磁放射線を吸収し、その電磁放射線を、所望の治療効果を提供することができる光線療法剤に内部で移動させるための光学的作用物質を提供する。この態様では、光線療法剤は、非光線療法剤と組み合わせて使用することができる。
一態様では、本発明は、ポリマー成分を共有結合により架橋し、有用な光学機能性を提供し、治療剤と会合するための化学的環境を提供するために、二官能性連結基を有する架橋された超分子構造物を含む光学的作用物質を提供する。ポリマーブロックおよび超分子構造物のさらなる説明は、本明細書の他所で提供される。
一実施形態では、光学的作用物質は、球状、円柱状、円盤状、ドーナツ状、小胞状または多区画構造物を含む超分子構造物を、水溶液中で形成する。
本発明の光学的作用物質は、例えば、発色団、フルオロフォアまたは光線療法剤として機能することができ、任意選択により可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）および／または近赤外線領域（例えば、７５０〜１３００ｎｍ）で励起することができる、例えば任意選択により５ナノメートル〜５００ナノメートルの範囲ならびにそのすべての個々の値および範囲から選択される断面寸法を有するシェル架橋型ミセルを含む。本発明のミセルをベースとする光学的作用物質の物理的寸法の選択は、毒性、免疫応答、生物学的適合性および／またはバイオクリアランス（ｂｉｏｃｌｅａｒａｎｃｅ）の考慮などのいくつかの因子に基づいて行うことができる。諸実施形態では、断面寸法は、５〜７５ｎｍである。諸実施形態では、断面寸法は、２５〜１００ｎｍである。一実施形態では、光学的作用物質は、造影のためのアズレンおよびＮＩＲ色素を含む、波長３５０〜１２００ｎｍを吸収し、放射する色素を含む。一実施形態では、光学的作用物質は、アジド、アゾ化合物およびスルフェネートを含むＩ型光線療法剤を含む。一実施形態では、光学的作用物質は、ポルフィリンを含むＩＩ型光線療法剤を含む。
本発明の一態様では、治療剤は、細胞傷害性薬剤である。本明細書で使用される場合、細胞傷害性薬剤は、細胞を死滅させるか、または細胞生存率を低下させる。本発明の一態様では、治療剤は、化学療法剤である。化学療法剤は、アルキル化剤、ＤＮＡインターカレーター、微小管標的化分子、葉酸アンタゴニスト、ヌクレオシド代謝拮抗物質、および参考として本明細書に援用される「Ｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ Ａｇｅｎｔｓ． Ｉｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、Ｖｏｌ． １、Ｋｕｆｅ， Ｄ．Ｗ．ら Ｅｄｓ．、ＢＣ Ｄｅｃｋｅｒ、Ｈａｍｉｌｔｏｎ、Ｏｎｔａｒｉｏ、２００３年、７２７〜８１１頁」に記載の他の抗新生物剤を含む。一実施形態では、化学療法剤は、ＤＮＡにインターカレートするアントラサイクリン薬物である。一実施形態では、アントラサイクリン薬物は、ダウノルビシン、ドキソルビシン、エピルビシン、２−ピロリノドキソルビシン、モルホリノ−ドキソルビシンまたはシアノモルホリノ−ドキソルビシンである。一実施形態では、化学療法剤は、ビンブラスチン、ビンクリスチン、タモキシフェン、ならびにボルテゾミブおよびシクロヘキシミドなどの抗アポトーシス剤を含む任意の公知の化学療法剤である。本発明の一態様では、治療剤は、白金錯体、タキソール、Ｉ型光線療法化合物またはＩＩ型光線療法化合物である。治療剤は、治療剤と本発明の超分子構造物および他の態様との会合に関してここで提供される情報を使用することにより、過度の実験法なしに、本発明の方法および化合物および組成物において使用することができる。一実施形態では、治療剤は、有効濃度で光学的作用物質中に存在する。一実施形態では、治療剤は、細胞またはその一部に細胞傷害効果をもたらす有効濃度で光学的作用物質中に存在する。一実施形態では、治療剤は、被験体または患者にナノ粒子を投与した後、一定のレベルまたは１マイクロモルから１ミリモルに達する。一実施形態では、治療剤は、０．００５〜０．１ｍｇ／ｍＬの量で存在する。これらの濃度は、ポリマーの重量に関する薬物の重量パーセントに基づいて算出される。例えば、最大２０ｗｔ％のパクリタキセルをナノ粒子に入れることができ、最大５ｗｔ％のＩ型光線療法剤をナノ粒子に入れることができ、最大１８ｗｔ％のドキソルビシンをナノ粒子に入れることができ、最大３６ｗｔ％のドキソルビシンを棒状ナノ構造物に入れることができる。
一態様では、本発明の光学的作用物質はさらに、標的化部分を含む。一実施形態では、標的化部分は、ブロックコポリマーの少なくとも一部の親水性ブロックに化学的に結合するか、または物理的に会合している。一実施形態では、標的化部分は、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、抗体、炭水化物、ホルモン、脂質または薬物である。一実施形態では、標的化部分は、ＳＴ受容体結合剤、ボンベシン受容体結合剤、白血病ペプチドおよび葉酸受容体結合剤を含む。
一態様では、本発明は、光学造影法および治療方法のタンデムを提供する。この方法では、有効量の本発明の光学的作用物質は、哺乳動物（例えば、治療を受けている患者）に投与される。この態様では、光学的作用物質の少なくとも１つの光活性部分は、任意選択により可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）および／または近赤外線領域（例えば、７５０〜１３００ｎｍ）の波長を有する電磁放射線を吸収することによって励起することができる、少なくとも１つの発色団および／またはフルオロフォアを含む。投与された光学的作用物質は、電磁放射線に曝露される。次に、光学的作用物質によって伝達、散乱または放射される電磁放射線が検出される。いくつかの実施形態では、蛍光は、任意選択により多光子励起過程を介して、光学的作用物質から励起され得る（例えば、電磁放射線への曝露に起因して）。４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を使用することは、器官、組織および／または腫瘍の造影、解剖学的な可視化、光誘導外科手術および内視鏡手順のための生物医学用途を含む、ｉｎ ｓｉｔｕでの本発明のいくつかの光学造影法に有用であり得る。治療剤は、光学造影手順の前、最中または後に、光学的作用物質から放出される。具体的には、「タンデム」という用語は、光学造影手順と療法手順とが同時に行われることを必ずしも必要としない。一態様では、治療剤の放出は、経時的に起き得、放出の程度は、経時的にモニタされ得る。
別の態様では、本発明は、光力学的療法を提供する方法を提供する。この方法では、有効量の本発明の光学的作用物質は、哺乳動物（例えば、治療を受けている患者）に投与される。この態様では、光学的作用物質の少なくとも１つの光活性部分は、任意選択により可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）および／または近赤外線領域（例えば、７５０〜１３００ｎｍ）の波長を有する電磁放射線を吸収することによって励起することができる、１つまたは複数の光線療法剤を含む。投与された光学的作用物質は、電磁放射線に曝露される。いくつかの実施形態では、光学的作用物質は、例えば、光学的作用物質に適切な標的化リガンドを組み込むことによって、哺乳動物の選択された器官、組織または腫瘍部位を標的にすることができる。４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を使用することは、本発明のいくつかの光線治療法に有用であり得る。光学的作用物質を電磁放射線に曝露することは、例えば、光線療法剤の放出および／または光線療法剤の１つもしくは複数の感光性結合の切断を引き起こす光線療法剤（複数可）を活性化させ、それによって１つまたは複数の反応種（例えば、フリーラジカル、イオン等）を生成する。一実施形態では、会合した光線療法剤は、第２の治療方法を提供する。
別の態様では、本発明は、光学造影および治療手順のタンデムにおいて使用するための光学的作用物質を提供する。一実施形態では、本発明の手順は、（ｉ）哺乳動物に、本明細書に記載の有効量の光学的作用物質を投与するステップであって、１つまたは複数の光活性部分は１つまたは複数の発色団および／またはフルオロフォアを含み、治療剤は超分子構造物から放出されるステップと、（ｉｉ）哺乳動物に投与した光学的作用物質を、電磁放射線に曝露するステップと、（ｉｉｉ）光学的作用物質によって伝達、散乱または放射される電磁放射線を検出するステップとを含む。
別の態様では、本発明は、（ｉ）架橋ブロックコポリマーであって、上記ブロックコポリマーのそれぞれが、疎水性ブロックに直接的または間接的に結合しているポリ（アクリル酸）ポリマーブロックを含むブロックコポリマーと、（ｉｉ）ブロックコポリマーのポリ（アクリル酸）ポリマーブロックの少なくとも一部を共有結合により架橋するピラジン含有連結基であって、ピラジン含有連結基はアミド結合によってポリ（アクリル酸）ポリマーブロックのモノマーに結合し、コポリマーは超分子構造物を形成する、ピラジン含有連結基と、（ｉｉｉ）超分子構造物によって少なくとも部分的に被包された治療剤とを含む、シェル架橋型ミセルを提供する。この態様の一実施形態では、ピラジン含有連結基とポリ（アクリル酸）ポリマーブロックのモノマーとのモル比は、１：１００〜９９：１００の範囲から選択される。
図１は、ＳＣＫ形成の一例を示す図である。両親媒性ブロックコポリマーは、疎水性コアを有するミセルに自己集合する。次に、ブロックコポリマーは官能化されて、個々のポリマー間に架橋を形成する。コポリマーの架橋により、疎水性コアを取り囲むシェルが形成される。 図２は、本発明のフォトニック連結基による架橋化学によって、ＳＣＫを含有するフォトニックシェルを形成するための合成経路を示す概略図である。 図３は、例示的なフォトニックシェル架橋型ナノ粒子構造物を示す図である。 図４は、実施例１および２の光架橋剤の合成を示す合成スキームである。 図５は、実施例４の光架橋剤の合成を示す合成スキームである。 図６は、実施例５のフォトニックシェル架橋型ナノ粒子の合成を示す合成スキームである。 図７は、実施例７のフォトニックシェル架橋型ナノ粒子の合成を示す合成スキームである。 図８は、実施例４の化合物４から生成されたミセルのＴＥＭ画像、および実施例４の化合物５から生成された多区画ミセルのＴＥＭ画像である。 図９は、球状または棒状ナノ構造物を使用する、治療負荷量の封入および放出の概要を示す図である。 図１０は、ＤＯＸが入れられたシェル架橋型の球状（ＤＯＸ−ＳＣＫ）ナノ物体または棒状（ＤＯＸ−ＳＣＲ）ナノ物体の概略図である。 図１１は、２つの異なるｐＨ値における、２、６または９％の架橋密度を有する棒状ＳＣのドキソルビシン（ＤＯＸ）放出プロファイルの一例を示す図である。 図１２は、２つの異なるｐＨ値における、２、６または９％の架橋密度を有するＳＣＫのＤＯＸ放出プロファイルの一例を示す図である。 図１３は、２、８または１５％の架橋密度を有する棒状ＳＣのＤＯＸ放出プロファイルを示す図である。 図１４Ａは、ｐＨ５．０（左）または７．４（右）の緩衝水溶液における棒状（ＳＣＲ）ＳＣＲ２％、ＳＣＲ６％またはＳＣＲ９％（上）およびシェル架橋型の球状（ＳＣＫ）ＳＣＫ２％、ＳＣＫ６％またはＳＣＫ９％（下）からのＤＯＸ放出を示す図であり、示される百分率は、架橋度％である。 図１５は、ポリマーおよびパクリタキセルの共集合の概略図である。 図１６は、様々な組成物について、２時間処理したＫＢ細胞を用いた二重実験のＩＣ５０の結果を示す図である。 図１７は、ポリマーおよびパクリタキセルが共集合してミセルを形成し、その後ＭＰ−３１４２で架橋されてシェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）をもたらす概略図である。 図１８Ａおよび１８Ｂは、時間の関数としての様々な配合物のパクリタキセル濃度を示す図である。 図１９は、パクリタキセルについてＩＣ５０に対するポリマーナノ粒子サイズの効果を示す図である。 図２０は、記載の粒子の一実施形態の概略図である。 図２１は、Ｕ９３７細胞における結合についての研究結果を示す図である。 図２２は、ナノ粒子の標的効率に対する、白血病ペプチドの濃度上昇の効果を示す図である。 図２３Ａ〜Ｃは、Ｕ９３７細胞におけるＮＰ誘発性の毒性に対する、架橋密度の増大の効果を示す図である。 図２４は、分子の様々な部分の概略図である。 図２５Ａ〜Ｃは、ｐＨ５．０またはｐＨ７．４の緩衝水溶液におけるＳＣＫ２％、ＳＣＫ６％およびＳＣＫ９％（図２５Ａ）、ｐＨ５．０またはｐＨ７．４の緩衝水溶液におけるＳＣＲ２％、ＳＣＲ６％およびＳＣＲ９％（図２５Ｂ）、ならびにｐＨ５．０またはｐＨ７．４の緩衝水溶液におけるｒＳＣＲ２％、ｒＳＣＲ６％およびｒＳＣＲ９％（図２５Ｃ）の、ＤＯＸ放出プロファイルのＨｉｇｕｃｈｉプロットである。
（発明の詳細な説明）
一般に、本明細書で使用される用語および句は、当業者に公知の標準のテキスト、参考文献および文脈を参照することによって見出すことができる、当技術分野で認識されているそれらの意味を有する。以下の定義は、本発明の文脈におけるそれらの用語および句の特定の使用を明確にするために提供される。
「光学的作用物質」は、一般に、ある環境および／もしくは試料に入る電磁放射線、ならびに／またはある環境および／もしくは試料から出る電磁放射線とカップリングする組成物、調製物および／または製剤を指す。例えばいくつかの用途では、本発明の光学的作用物質を、生物学的試料に入る電磁放射線および／または生物学的試料から出る電磁放射線とカップリングさせるために、患者、哺乳動物、器官、組織、腫瘍、腫瘍部位、切除した組織もしくは細胞材料、細胞抽出物および／もしくは生物学的液、コロイドならびに／または懸濁液などの生物学的環境または試料に投与する。いくつかの実施形態では、本発明の光学的作用物質は、生物学的試料および／または生物学的環境に提供された電磁放射線を吸収、伝達および／または散乱する。いくつかの実施形態では、本発明の光学的作用物質は、生物学的試料および／または生物学的環境に提供された電磁放射線によって励起され、蛍光、リン光、化学発光および／または光音響過程を介して電磁放射線を放射する。いくつかの実施形態では、本発明の光学的作用物質は、生物学的試料および／または生物学的環境に提供された電磁放射線を吸収し、例えば、１つもしくは複数の感光性結合の光切断または光開裂を含む、光開裂または他の光開始化学反応を介して活性化して、ニトレン、カルベン（ｃａｒｂｉｎｅ）、フリーラジカルおよび／またはイオンなどの反応種を生成する。いくつかの実施形態では、本発明の光学的作用物質は、生物学的試料および／または生物学的環境に提供された電磁放射線を吸収し、吸収したエネルギーの少なくとも一部を、放射または放射以外によって近接の部分、分子、複合体または集合体に移動させる。
本発明の光学的作用物質には、それに限定されるものではないが、コントラスト剤、造影剤、色素、光増感剤、光活性化剤および光反応性薬剤、ならびにそのコンジュゲート、複合体、バイオコンジュゲートおよび誘導体が含まれる。本発明の光学的作用物質は、球状、円柱状、円盤状、ドーナツ状、小胞状または多区画ミセルなどの超分子構造物を含むフォトニックナノ構造物およびナノ集合体を含み、これらの構造物および集合体は、フルオロフォア、発色団、光増感剤、および光反応性部分などの光活性部分を含む少なくとも１つの連結基、ならびに超分子構造物によって少なくとも部分的に被包される治療剤を組み込む。
「超分子構造物」は、共有結合により連結しているか、物理的に会合しているか、または共有結合により連結し、かつ物理的に会合している分子の集合体を含む構造物を指す。超分子構造物は、親水性ブロックおよび疎水基を有するブロックコポリマーを含む両親媒性ポリマーなどの分子の集合体を含む。本発明のいくつかの超分子構造物では、ブロックコポリマーの親水性部分は、連続する水相に向かって外側に配向し、親水性のシェルまたはコロナ相を形成し、ブロックコポリマーの疎水性部分は、内側に向かって配向し、疎水性の内部コアを形成する。本発明の超分子構造物には、それに限定されるものではないが、球状、円柱状、円盤状、ドーナツ状、小胞状または多区画ミセルが含まれる。本発明の超分子構造物には、自己集合型構造物が含まれる。超分子構造物には、シェル架橋型ミセル構造物およびシェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）または棒状ナノ構造物（棒状ＳＣまたはＳＣＲ）などの架橋構造物が含まれる。
「ポリマー」は、複数の反復する化学基（一般にモノマーと呼ばれる）を含む分子を指す。ポリマーは、十分に定義された順序または無作為分布で提供される、任意の数の異なるモノマータイプを含むことができる。一般にヘテロポリマーとも呼ばれる「コポリマー」は、２つ以上の異なるタイプのモノマーが、同じポリマー内で連結している場合に形成されるポリマーである。「ブロックコポリマー」は、ブロックまたは空間を隔てた領域を含むタイプのコポリマーであり、異なる領域は、異なる組成、化学特性および／または物理特性を有する異なるモノマーが重合したものを含む。ブロックコポリマーでは、隣接するブロックは、構成が異なっており、すなわち隣接するブロックは、異種のモノマーに由来するか、または同種のモノマーに由来するが、異なる組成もしくは順序分布の構成単位を有する構成単位を含む。ブロックコポリマーの異なるブロック（または領域）は、ポリマーの異なる末端もしくは内部に存在することができ（例えば、［Ａ］［Ｂ］）、または選択された順序で提供することができる（例えば、［Ａ］［Ｂ］［Ａ］［Ｂ］）。「ジブロックコポリマー」は、２つの異なるポリマーブロックを有するブロックコポリマーを指す。「トリブロックコポリマー」は、３つの異なるポリマーブロックを有するブロックコポリマーを指す。「ポリブロックコポリマー」は、２つ、３つ、４つ、５つ等の異なるポリマーブロックなどの少なくとも２つの異なるポリマーブロックを有するブロックコポリマーを指す。本発明の光学的作用物質は、グラフトコポリマーと共に、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマーおよびポリブロックコポリマーを含む超分子構造物を含む。任意選択により、本発明のブロックコポリマーは、ＰＥＧブロック（すなわち、（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｂ−）を含む。任意選択により、本発明のブロックコポリマーは、コポリマー主鎖の１つまたは複数のブロックに結合したＰＥＧブロックを含む。現在の光学的作用物質にＰＥＧを組み込み、使用する方法は、本明細書の他所にさらに記載されている。
「光活性部分」は、一般に、光学機能性を有する分子の成分を指す。光活性部分には、例えば、本発明の組成物および方法においてフルオロフォアまたは発色団として機能する官能基および置換基が含まれる。光活性部分は、蛍光を含む電磁放射線を吸収し、活性化し、１つまたは複数の感光性結合を切断する際のいくつかの過程、およびエネルギー移動過程を受けることができる。光活性または光反応性とは、この文脈では、電磁放射線を吸収することによって活性化され、その後化学反応またはエネルギー移動過程を受ける組成物および成分を指す。本発明は、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）および／または近赤外線領域（例えば、７５０〜１３００ｎｍ）の波長を有する電磁放射線の吸収時に励起される光活性部分を含む連結基を有する、シェル架橋型ミセルなどの超分子構造物を含む光学的作用物質を含む。光学的作用物質における光活性部分の量は、所望の目的を可能にする任意の量であり得る。例えば、光学的作用物質が、蛍光造影に使用される場合、光学的作用物質中に、モニタされるべき十分な量の光活性部分が存在しなければならない。諸実施形態では、アクリル酸反復単位の数に対して、光学的作用物質中に１〜４０％の光活性部分が存在する。
本明細書で使用される場合、「親水性」は、少なくとも１つの親水基を有する分子および／または分子の成分（例えば、ブロックポリマーの官能基、モノマー等）を指し、「疎水性」は、少なくとも１つの疎水基を有する分子および／または分子の成分（例えば、ブロックコポリマーのポリマーの官能基およびモノマー等）を指す。親水性分子またはその成分は、イオン性および／または極性基を有する傾向があり、疎水性分子またはその成分は、非イオン性および／または非極性基を有する傾向がある。親水性分子またはその成分は、水素結合および双極子−双極子相互作用を含む、水溶液との相互作用の安定化に関与する傾向がある。疎水性分子または成分は、水溶液との相互作用の安定化には関与しない傾向があり、したがってしばしば水溶液中で一緒になってクラスターを形成して、より安定な熱力学的状態を得る。両親媒性の分子または構造物は、疎水性単位および親水性単位の両方を含む。本発明の両親媒性ブロックコポリマーの状況では、あるブロックは、もう１つのブロックよりも相対的により疎水性が高くてよく、あるブロックは、もう１つのブロックよりも相対的により親水性が高くてよいことの両方が認識される。
本明細書で使用される場合、用語「診断」、「診断上の」および他の根幹用語の派生語は、当技術分野で理解される通りであり、健康状態または疾患状態の一般的なモニタリング、特徴付けおよび／または同定を含むことをさらに企図する。この用語は、予後の概念を包含することを意味する。例えば、癌の診断は、初期の決定、および／または過去の知見の転帰に関係のない１つもしくは複数のその後の評価を含み得る。この用語は、特定の状態または転帰の予測に関して、明確なレベルの確実性を必ずしも暗示しているわけではない。
本明細書で定義の通り、「接触させる」は、本発明で使用される化合物が、微生物、微生物培養物または基質などの別の要素と物理的に接触できるように提供されることを意味する。別の実施形態では、用語「接触させる」は、本発明で使用される化合物が、治療を受ける被験体に導入され、この化合物がインビボで接触可能になることを意味する。
本明細書で使用される場合、「治療剤」は、病状を寛解、抑制、根絶、予防し、病状の危険性を低減するか、または病状の発症を遅延させるのに有用な化合物または基を意味する。一実施形態では、病状は癌であり、治療剤は癌薬物である。一実施形態では、本発明の組成物は、単離または精製される。一実施形態では、単離または精製された化合物は、当技術分野で理解され得る通り、少なくとも部分的に単離または精製され得る。一実施形態では、本発明の組成物は、９５％の化学的純度を有し、任意選択によりいくつかの適用では９９％、任意選択によりいくつかの適用では９９．９％、任意選択によりいくつかの適用では９９．９９％純粋、および任意選択によりいくつかの適用では９９．９９９％純粋である。
アルキル基には、直鎖、分枝鎖状および環式アルキル基が含まれる。アルキル基には、１〜３０個の炭素原子を有するアルキル基が含まれる。アルキル基には、１〜３個の炭素原子を有する低分子アルキル基が含まれる。アルキル基には、４〜１０個の炭素原子を有する中程度の長さのアルキル基が含まれる。アルキル基には、１０個を超える炭素原子を有する長鎖アルキル基、特に１０〜３０個の炭素原子を有する長鎖アルキル基が含まれる。環式アルキル基（またはシクロアルキル基）には、１つまたは複数の環を有するアルキル基が含まれる。環式アルキル基には、３、４、５、６、７、８、９または１０員の炭素環を有するアルキル基、特に３、４、５、６または７員環を有するアルキル基が含まれる。環式アルキル基の炭素環は、アルキル基を担持することもできる。環式アルキル基には、二環式および三環式アルキル基が含まれ得る。アルキル基は、任意選択により置換されている。置換アルキル基には、中でも、アリール基で置換されているアルキル基が含まれ、そのアリール基も同様に、任意選択により置換されていてよい。具体的なアルキル基には、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソ−プロピル、シクロプロピル、ｎ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、シクロブチル、ｎ−ペンチル、分枝鎖状−ペンチル、シクロペンチル、ｎ−ヘキシル、分枝鎖状ヘキシルおよびシクロヘキシル基が含まれ、そのすべては、任意選択により置換されている。置換アルキル基には、１つまたは複数の水素が、１つまたは複数のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および／またはヨウ素原子で置き換えられたアルキル基などの、完全にハロゲン化された、または一部ハロゲン化されたアルキル基が含まれる。置換アルキル基には、１つまたは複数の水素が１つまたは複数のフッ素原子で置き換えられたアルキル基などの、完全にフッ素化されたアルキル基、または一部フッ素化されたアルキル基が含まれる。アルコキシル基は、酸素に連結しているアルキル基であり、式Ｒ−Ｏによって表すことができる。
アルケニル基には、直鎖、分枝鎖状および環式アルケニル基が含まれる。アルケニル基には、１つ、２つまたはそれ以上の二重結合を有するアルケニル基、および二重結合の２つ以上が共役二重結合であるアルケニル基が含まれる。アルケニル基には、２〜２０個の炭素原子を有するアルケニル基が含まれる。アルケニル基には、２〜３個の炭素原子を有する低分子アルケニル基が含まれる。アルケニル基には、４〜１０個の炭素原子を有する中程度の長さのアルケニル基が含まれる。アルケニル基には、１０個を超える炭素原子を有する長鎖アルケニル基、特に１０〜２０個の炭素原子を有する長鎖アルケニル基が含まれる。環式アルケニル基には、１つまたは複数の環を有するアルケニル基が含まれる。環式アルケニル基には、二重結合が環内に、または環に結合しているアルケニル基内に存在するアルケニル基が含まれる。環式アルケニル基には、３、４、５、６、７、８、９または１０員の炭素環を有するアルケニル基、特に３、４、５、６または７員環を有するアルケニル基が含まれる。環式アルケニル基の炭素環は、アルキルを担持することもできる。環式アルケニル基には、二環式および三環式アルキル基が含まれ得る。アルケニル基は、任意選択により置換されている。置換アルケニル基には、中でもアルキル基またはアリール基で置換されているアルケニル基が含まれ、そのアルキル基またはアリール基も同様に、任意選択により置換されていてよい。具体的なアルケニル基には、エテニル、プロパ−１−エニル、プロパ−２−エニル、シクロプロパ−１−エニル、ブタ−１−エニル、ブタ−２−エニル、シクロブタ−１−エニル、シクロブタ−２−エニル、ペンタ−１−エニル、ペンタ−２−エニル、分枝鎖状ペンテニル、シクロペンタ−１−エニル、ヘキサ−１−エニル、分枝鎖状ヘキセニル、シクロヘキセニルが含まれ、これらのすべては、任意選択により置換されている。置換アルケニル基には、１つまたは複数の水素が１つまたは複数のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および／またはヨウ素原子で置き換えられたアルケニル基などの、完全にハロゲン化されたアルケニル基、または一部ハロゲン化されたアルケニル基が含まれる。置換アルケニル基には、１つまたは複数の水素が１つまたは複数のフッ素原子で置き換えられたアルケニル基などの、完全にフッ素化された、または一部フッ素化されたアルケニル基が含まれる。
アリール基には、１つまたは複数の５員または６員の芳香族環または芳香族複素環を有する基が含まれる。アリール基は、１つまたは複数の縮合芳香族環を含有することができる。芳香族複素環は、環内に１つまたは複数のＮ、ＯまたはＳ原子を含み得る。芳香族複素環には、１つ、２つもしくは３つのＮを有するもの、１つもしくは２つのＯを有するもの、および１つもしくは２つのＳを有するもの、または１つもしくは２つもしくは３つのＮ、ＯもしくはＳの組合せを有するものが含まれ得る。アリール基は、任意選択により置換されている。置換アリール基には、中でも、アルキル基またはアルケニル基で置換されているアリール基が含まれ、そのアルキル基またはアルケニル基も同様に、任意選択により置換されていてよい。具体的なアリール基には、フェニル基、ビフェニル基、ピリジニル基およびナフチル基が含まれ、そのすべては、任意選択により置換されている。置換アリール基には、１つまたは複数の水素が１つまたは複数のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および／またはヨウ素原子で置き換えられたアリール基などの、完全にハロゲン化されたアリール基、または一部ハロゲン化されたアリール基が含まれる。置換アリール基には、１つまたは複数の水素が１つまたは複数のフッ素原子で置き換えられたアリール基などの、完全にフッ素化されたアリール基、または一部フッ素化されたアリール基が含まれる。
アリールアルキル基は、１つまたは複数のアリール基で置換されているアルキル基であり、そのアルキル基は、任意選択により追加の置換基を担持し、アリール基は任意選択により置換されている。具体的なアルキルアリール基は、フェニル置換アルキル基、例えばフェニルメチル基である。あるいは、アルキルアリール基は、１つまたは複数のアルキル基で置換されているアリール基として記載され、そのアルキル基は、任意選択により追加の置換基を担持し、アリール基は任意選択により置換されている。具体的なアルキルアリール基は、メチルフェニルなどのアルキル置換フェニル基である。置換アリールアルキル基には、１つまたは複数の水素が１つまたは複数のフッ素原子、塩素原子、臭素原子および／またはヨウ素原子で置き換えられた１つまたは複数のアルキルおよび／またはアリールを有するアリールアルキル基などの、完全にハロゲン化されたアリールアルキル基、または一部ハロゲン化されたアリールアルキル基が含まれる。
任意のアルキル、アルケニルおよびアリール基の任意選択の置換には、以下の置換基、ハロゲン、−ＣＮ、−ＣＯＯＲ、−ＯＲ、−ＣＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＮＯ２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２または−ＳＯＲ基の１つまたは複数による置換が含まれる。アルキル基の任意選択の置換には、１つまたは複数のアルケニル基、アリール基またはその両方による置換が含まれ、そのアルケニル基またはアリール基は、任意選択により置換されている。アルケニル基の任意選択の置換には、１つまたは複数のアルキル基、アリール基またはその両方による置換が含まれ、そのアルキル基またはアリール基は、任意選択により置換されている。アリール基の任意選択の置換には、１つまたは複数のアルキル基、アルケニル基またはその両方によるアリール環の置換が含まれ、そのアルキル基またはアルケニル基は、任意選択により置換されている。
アルキル、アルケニルおよびアリール基の任意選択の置換基には、中でも以下のものが含まれる。
−ＣＯＯＲ［Ｒは、水素、またはアルキル基もしくはアリール基であり、より具体的にはＲは、メチル、エチル、プロピル、ブチルまたはフェニル基であり、そのすべては、任意選択により置換されている］。
−ＣＯＲ［Ｒは、水素、またはアルキル基もしくはアリール基であり、より具体的にはＲは、メチル、エチル、プロピル、ブチルまたはフェニル基であり、そのすべての基は、任意選択により置換されている］。
−ＣＯＮ（Ｒ）２［各Ｒは、互いにＲとは独立に、水素、またはアルキル基もしくはアリール基であり、より具体的にはＲは、メチル、エチル、プロピル、ブチルまたはフェニル基であり、そのすべての基は、任意選択により置換されており、ＲおよびＲは、１つまたは複数の二重結合を含有することができる環を形成し得る］。
−ＯＣＯＮ（Ｒ）２［各Ｒは、互いにＲとは独立に、水素、またはアルキル基もしくはアリール基であり、より具体的にはＲは、メチル、エチル、プロピル、ブチルまたはフェニル基であり、そのすべての基は、任意選択により置換されており、ＲおよびＲは、１つまたは複数の二重結合を含有することができる環を形成し得る］。
−Ｎ（Ｒ）２［各Ｒは、互いにＲとは独立に、水素、またはアルキル基、アシル基もしくはアリール基であり、より具体的にはＲは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、またはフェニルもしくはアセチル基であり、そのすべては、任意選択により置換されており、あるいはＲおよびＲは、１つまたは複数の二重結合を含有することができる環を形成し得る］。
−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒまたは−ＳＯＲ［Ｒは、アルキル基またはアリール基であり、より具体的にはＲは、メチル、エチル、プロピル、ブチル、フェニル基であり、そのすべては、任意選択により置換されており、−ＳＲについて、Ｒは水素であってよい］。
−ＯＣＯＯＲ［Ｒは、アルキル基またはアリール基である］。
−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２［Ｒは、水素、アルキル基またはアリール基であり、ＲおよびＲは、環を形成し得る］。
−ＯＲ［Ｒ＝Ｈ、アルキル、アリールまたはアシルであり、例えば、Ｒは、−ＯＣＯＲ＊をもたらすアシルであってよく、Ｒ＊は、水素、またはアルキル基もしくはアリール基であり、より具体的にはＲ＊は、メチル、エチル、プロピル、ブチルまたはフェニル基であり、そのすべての基は、任意選択により置換されている］。
具体的な置換アルキル基には、ハロアルキル基、特にトリハロメチル基、具体的にはトリフルオロメチル基が含まれる。具体的な置換アリール基には、モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−およびペンタハロ置換フェニル基、モノ−、ジ−、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−およびヘプタ−ハロ置換ナフタレン基、３−または４−ハロ置換フェニル基、３−または４−アルキル置換フェニル基、３−または４−アルコキシ置換フェニル基、３−または４−ＲＣＯ置換フェニル、５−または６−ハロ置換ナフタレン基が含まれる。より具体的には、置換アリール基には、アセチルフェニル基、特に４−アセチルフェニル基、フルオロフェニル基、特に３−フルオロフェニルおよび４−フルオロフェニル基、クロロフェニル基、特に３−クロロフェニルおよび４−クロロフェニル基、メチルフェニル基、特に４−メチルフェニル基、およびメトキシフェニル基、特に４−メトキシフェニル基が含まれる。
本明細書で使用される場合、用語「アルキレン」は、本明細書で定義されているアルキル基に由来する二価の基を指す。アルキレン基は、いくつかの実施形態では、本発明の組成物の架橋基および／またはスペーサー基として機能する。
本明細書で使用される場合、用語「シクロアルキレン」は、本明細書で定義されているシクロアルキル基に由来する二価の基を指す。シクロアルキレン基は、いくつかの実施形態では、本発明の組成物の架橋基および／またはスペーサー基として機能する。
本明細書で使用される場合、用語「アルケニレン」は、本明細書で定義されているアルケニル基に由来する二価の基を指す。アルケニレン基は、いくつかの実施形態では、本発明の組成物の架橋基および／またはスペーサー基として機能する。
本明細書で使用される場合、用語「シクロアルケニレン」は、本明細書で定義されているシクロアルケニル基に由来する二価の基を指す。シクロアルケニレン基は、いくつかの実施形態では、本発明の組成物の架橋基および／またはスペーサー基として機能する。
本明細書で使用される場合、用語「アルキニレン」は、本明細書で定義されているアルキニル基に由来する二価の基を指す。アルキニレン基は、いくつかの実施形態では、本発明の組成物の架橋基および／またはスペーサー基として機能する。
１つまたは複数の置換基を含有する先の基のいずれかに関しても、かかる基は、立体的に非実用的であるか、かつ／または合成の上で実現不可能などんな置換または置換パターンも含有しないことを理解されたい。さらに、本発明の化合物は、これらの化合物の置換から生じるすべての立体化学的な異性体を含む。
薬学的に許容される塩は、薬学的に許容されるアニオンおよび／またはカチオンを含む。薬学的に許容されるカチオンには、中でも、アルカリ金属カチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋）、アルカリ土類金属カチオン（例えば、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋）、非毒性の重金属カチオン、ならびにアンモニウム（ＮＨ４ ＋）および置換アンモニウム（Ｎ（Ｒ’）４ ＋）（Ｒ’は、水素、アルキルまたは置換アルキルであり、すなわち、メチル、エチルまたはヒドロキシエチルを含む）、具体的には、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウムおよびトリエタノールアンモニウムカチオンが含まれる。薬学的に許容されるアニオンには、中でも、ハロゲン化物イオン（例えば、Ｃｌ−、Ｂｒ−）、硫酸イオン、酢酸イオン（例えば、酢酸イオン、トリフルオロ酢酸イオン）、アスコルビン酸イオン、アスパラギン酸イオン、安息香酸イオン、クエン酸イオンおよび乳酸イオンが含まれる。
本発明の化合物は、１つまたは複数のキラル中心を含有することができる。したがって本発明は、ラセミ混合物、ジアステレオマー、エナンチオマーおよび１つまたは複数の立体異性体が濃縮された混合物を含むものとする。記載し、特許請求する本発明の範囲は、化合物のラセミ形態、ならびにその個々のエナンチオマーおよび非ラセミ混合物を包含する。
本明細書に記載の組成物の多くは、溶液で提供される場合には、少なくとも部分的にイオンとして存在し、当業者には理解される通り、本発明の組成物は、これらの部分的または完全にイオン化した形態を含む。具体的な一例は、イオン形態および非イオン形態に関して溶液中で平衡状態になる、例えばブロックコポリマーのポリマー主鎖上および連結基における、酸性および塩基性の基に関する。本明細書で提供される組成物および式は、ｐＨ１〜１４の範囲、および任意選択によりｐＨ３〜１２の範囲、および任意選択によりｐＨ６〜８の範囲の溶液条件で存在し得る完全におよび部分的にイオン化したすべての形態を含む。本明細書で提供される組成物および式は、生理的条件下で存在し得る完全におよび部分的にイオン化したすべての形態を含む。
本発明の方法を説明する前に、記載の特定の方法論、プロトコル、細胞株および試薬は変わり得るので、本発明はこれらに限定されないことを理解されたい。本明細書で使用される用語法は、単に特定の実施形態を説明するためのものであり、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を制限するものではないことも理解されたい。
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、状況によって別段明示されない限り、複数への言及を含むことに留意しなければならない。したがって、例えば「１つの細胞」への言及は、複数個のかかる細胞および当業者に公知のその等価物等を含む。さらに、用語「ａ」（または「ａｎ」）、「１つまたは複数の」および「少なくとも１つの」は、本明細書では交換可能に使用することができる。用語「含む」、「包含する」および「有する」は、交換可能に使用できることにも留意されたい。
本明細書で使用される場合、用語「治療する」は、防止的治療ならびに障害の緩和（ｒｅｍｉｔｔｅｎｔ）治療を含む。本明細書で使用される場合、用語「低減する」、「抑制する」および「阻害する」は、低下または減少させるというそれらの一般的に理解される意味を有する。
特定の実施形態では、本発明は、本発明において有用な光学的作用物質を、患者または被験体に投与するステップを包含する。本明細書で等しく使用される「患者」または「被験体」は、動物を指す。特に動物は、哺乳動物、好ましくはヒトを指す。被験体は、（１）本発明の光学的作用物質を投与することによって救済もしくは治療できる状態を有するか、または（２）本発明の光学的作用物質を投与することによって予防できるか、もしくは期間および／もしくは重症度を低減することができる状態に罹患しやすい。
別段定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する分野の技術者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似のまたは等しい任意の方法および材料を、本発明の実施または試験で使用することができるが、好ましい方法および材料をここに記載する。本明細書で言及したすべての刊行物は、本発明に関連して使用され得る、刊行物に報告されている化学物質、細胞株、ベクター、動物、装置、統計的分析および方法論を説明し、開示する目的で、参考として本明細書に援用される。本明細書では、先行発明が理由となり、本発明がかかる開示に先行する権利を得られないことがと認められると解釈されるべきではない。
本開示は、一般に、物理的会合および共有結合による架橋化学によって、治療剤および光活性分子（例えば、フルオロフォアまたは発色団）をポリマーミセルに統合する概念に関する。得られたナノ系は、療法およびインビボ造影のタンデム、可視化、モニタリング、ならびに光線療法適用に有用である。
この態様の光学的作用物質は、架橋ブロックコポリマーを含み、そのそれぞれは、親水性ブロックおよび疎水性ブロックを含む。さらに、この態様の光学的作用物質は、ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部を共有結合により架橋する連結基を含む。いくつかの光学的作用物質に関して、ブロックコポリマーの親水性ブロックを接続する連結基の少なくとも一部は、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）および／または近赤外線領域（例えば、７５０〜１３００ｎｍ）において励起することができるフルオロフォアまたは光増感剤などの１つまたは複数の光活性部分を含む。ブロックコポリマーおよび連結基成分の組成は、光学的作用物質が水溶液中で超分子構造物を形成するように選択される。得られたこの超分子構造物は、ブロックコポリマーの疎水性ブロックを含む内部疎水性コアを有する。また、得られた超分子構造物は、ブロックコポリマーの親水性ブロックを含む、共有結合により架橋された親水性シェルを有する。
連結基の組成および架橋度の選択は、本発明の光学的作用物質の超分子構造物および集合体の、光学的、物理的、生理的および化学的な特性、例えばそれらの励起波長、放射波長、ストークスシフト、量子収率、断面寸法、架橋度、安定性、生体適合性、患者への投与時の生理的クリアランス率等を少なくとも部分的に決定する。本発明の光学的作用物質の連結基の有用な光活性部分には、１つまたは複数のフルオロフォア、発色団ならびにそのコンジュゲート、複合体、フラグメントおよび誘導体が含まれる。一実施形態では、例えば、連結基と親水性ブロックのモノマーとの化学量論比は、０．１：１００〜９９：１００、任意選択により１：１００〜５０：１００、さらに任意選択により５０：１００〜９９：１００、また任意選択により１：１００〜２５：１００、好ましくは２５：１００〜７５：１００の範囲から選択される。これらの概念は、その全体が参考として本明細書に援用されるＷＯ２００９／０６１４７３に論じられている。
本発明の光学造影の態様、特に診断、造影および生理的検知用途の一実施形態では、本発明の光学的作用物質の連結基の少なくとも一部は、１つまたは複数の発色団および／またはフルオロフォアを含む。この態様の有用な連結基には、蛍光色素を含む可視色素および／または近赤外線色素が含まれる。一実施形態では、例えば、連結基は、４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を吸収すると励起することができ、任意選択により４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を放射することができる発色団および／またはフルオロフォア官能基である。約７００ナノメートル〜約１２００ナノメートル、任意選択によりいくつかの用途では４００ｎｍ〜９００ｎｍ、および任意選択によりいくつかの用途では７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲にわたる波長を有する電磁放射線を吸収すると励起される連結基を組み込むことは、これらの波長の電磁放射線が、いくつかの生物学的試料および環境（例えば、生物学的組織）によって有効に伝達されるので、特定の診断および治療用途に特に有用である。一実施形態では、本発明の光学的作用物質は、例えば１０ナノメートル〜２００ナノメートル、任意選択によりいくつかの用途では２０ｎｍ〜２００ｎｍ、および任意選択によりいくつかの用途では５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選択されるストークスシフトを有する１つまたは複数のフルオロフォアを含む。本発明の光学的作用物質の連結基の有用な光活性部分には、ピラジンならびにそのコンジュゲート、複合体、フラグメントおよび誘導体が含まれる。一実施形態では、本発明の光学的作用物質は、ブロックコポリマーの親水性ブロックを架橋するピラジン系連結基、任意選択によりピラジン系ジアミノ連結基またはピラジン系テトラアミノ連結基などのピラジン系アミノ連結基を含む。
本発明の光学的作用物質のシェル架橋型超分子構造物において、様々な連結化学が有用である。架橋は、例えば、コポリマーの親水性ブロックと、１つまたは複数のアミン、イミン、スルフヒドリル、アジド、カルボニル、イミドエステル、スクシンイミジルエステル、カルボン酸、ヒドロキシル、チオール、チオシアネート、アクリレートまたはハロ基を含有する架橋試薬（複数可）との化学反応によって得ることができる。架橋は、例えば架橋試薬（複数可）と、アミド化によって連結基とコンジュゲートするための１つまたは複数のエステル部位を有する１つまたは複数のモノマーを含有するコポリマーの親水性ブロックとの化学反応によって得ることができる。一実施形態では、コポリマーの親水性ブロックは、連結基とコンジュゲートするためのＮ−アクリルオキシスクシンイミドモノマーを含む。いくつかの実施形態では、例えば、コポリマーの親水性ブロックは、親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部と、連結基とのアミドまたはジスルフィド結合によって架橋される。本発明の連結基には、任意選択により、Ｃ１〜Ｃ３０ポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）スペーサー、または置換もしくは非置換Ｃ１〜Ｃ３０アルキル鎖などのスペーサー部分が含まれる。本発明の連結基には、任意選択により、１つまたは複数のアミノ酸基またはその誘導体が含まれる。一実施形態では、例えば、本発明の光学的作用物質は、それに限定されるものではないが、アルギニン、リシン、ヒスチジン、オルニチンおよびホモアルギニンを含む、１つまたは複数の塩基性アミノ酸基またはその誘導体を有する連結基を組み込む。１つまたは複数の塩基性アミノ酸を含有する連結基の使用は、本発明では、ブロックコポリマーの親水基のモノマー間の高い架橋度を得るのに有益である。
光線療法の適用の一実施形態では、光学的作用物質の連結基の光活性部分（複数可）は、任意選択により可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）および／または近赤外線領域（例えば、７５０〜１３００ｎｍ）の波長を有する電磁放射線の吸収により励起することができる、光線療法剤または光線療法剤の前駆体などの１つまたは複数の光反応性部分を含む。いくつかの実施形態では、例えば、連結基は、電磁放射線を吸収し、腫瘍または他の病変の分解などの所望の治療効果を開始することができる。一実施形態では、例えば、本発明の光学的作用物質は、可視光線または近赤外線を吸収し、所望の治療効果を得ることができる反応種（例えば、ラジカル、イオン、ニトレン、カルベン等）を生成する感光性結合の切断および／またはエネルギー移動過程を受ける、１種または複数種の光増感剤を含有する連結基を含む。一実施形態では、光学的作用物質は、７００ナノメートル〜１２００ナノメートル、任意選択によりいくつかの用途では４００ｎｍ〜９００ｎｍ、および任意選択によりいくつかの用途では７００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を吸収すると反応種（例えば、ラジカル、イオン、ニトレン、カルベン等）を生成する連結基を含む光線療法剤を含む。
本発明のこの態様の光学的作用物質の連結基の有用な光反応性部分には、それに限定されるものではないが、シアニン、インドシアニン、フタロシアニン、ローダミン、フェノキサジン、フェノチオアジン、フェノセレナジン、フルオレセイン、ポルフィリン、ベンゾポルフィリン、ピラジン、スクアライン、コーリン、クロコニウム、アゾ色素、メチン色素、インドレニウム色素、ハロゲン、アントラサイクリン（ａｎｔｈｒａｃｙｌｉｎｅ）、アジド、スルフェネート、ジアゾ化合物、塩素、ナフタロシアニン、メチレンブルー、カルコゲノピリリウム類似体、ジスルフィド、スルフェンアミド、ヒドラジン、ｏ−アルキル−ヒドロキシルアミン、ならびにそのコンジュゲート、複合体、フラグメントおよび誘導体などの１型または２型光線療法剤が含まれる。
ブロックコポリマーの組成の選択は、本発明の光学的作用物質の超分子構造物および集合体の、光学的、物理的、生理的および化学的な特性、例えば励起波長、放射波長、ストークスシフト、量子収率、断面寸法、架橋度、安定性、生体適合性、患者への投与時の生理的クリアランス率等を少なくとも部分的に決定する。一実施形態では、本発明は、ポリマー成分の少なくとも一部が、疎水性ブロックに直接的または間接的に連結している親水性ブロックをそれぞれ有するジブロックコポリマーを含む、シェル架橋型ミセル組成物などの超分子構造物または集合体である光学的作用物質を提供する。この説明の文脈では、直接的に連結しているとは、親水性および疎水性ブロックが共有結合によって互いに直接的に連結しているブロックコポリマーを指し、間接的に連結しているとは、親水性および疎水性ブロックがスペーサーまたは連結基を介して互いに間接的に連結しているブロックコポリマーを指す。本発明のブロックコポリマーの親水性ブロックおよび疎水性ブロックは、広範な長さ、例えばモノマー１０〜２５０個の範囲から選択される長さを有することができる。本発明の光学的作用物質の超分子構造物および集合体の親水性ブロックは、例えばＥＤＣ（１−エチル−３−［３−ジメチルアミノプロピル］カルボジイミド塩酸塩）カップリング反応または光開始架橋反応を使用して、ブロックコポリマー間を有効に架橋することができる。一実施形態では、分解性ポリマーが、本発明の組成物および方法において使用される。一実施形態では、分解性ポリマーは、ヒトに存在する条件下で分解する。
一実施形態では、本発明の光学的作用物質の親水性ブロック（いくつかの例では［疎水性ブロック］と表される）には、それに限定されるものではないが、ポリ（アクリル酸）ポリマーブロック、ポリ（エチレングリコール）ポリマーブロック、ポリ（アセトキシスチレン）ポリマーブロック、またはそのコポリマーが含まれる。一実施形態では、本発明の光学的作用物質の有用な疎水性ブロックには、それに限定されるものではないが、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ポリマーブロック、ポリスチレンポリマーブロック、ポリアクリレートポリマーブロック、ポリ（プロピレングリコール）ポリマーブロック、ポリ（エステル）ポリマーブロック、ポリ乳酸ブロック、またはそのコポリマーが含まれる。一実施形態では、親水性ブロックは、１０〜２５０の範囲から選択されるいくつかのモノマーを有する。一実施形態では、親水性ブロックは、４０〜１００の範囲から選択されるいくつかのモノマーを有する。一実施形態では、親水性ブロックは、２００〜６００の範囲から選択されるいくつかのポリマーを有する。
本明細書で提供される式の疎水性ブロック（［疎水性ブロック］によって表される）は、本発明の光学的作用物質の所望の用途および使用に応じて広範な組成を有することができる。一実施形態では、［疎水性ブロック］の組成は、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ポリマーブロック、ポリスチレンポリマーブロック、ポリアクリレートポリマーブロック、ポリ（プロピレングリコール）ポリマーブロック、またはそのコポリマーからなる群から選択される。一実施形態では、［疎水性ブロック］は、フェニル、フェノールおよび／またはその誘導体などの１つまたは複数のアリール基を含むモノマーを含む。一実施形態では、疎水性ブロックは、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ポリマーブロック、ポリスチレンポリマーブロック、ポリアクリレートポリマーブロック、ポリ（プロピレングリコール）ポリマーブロック、ポリ（エステル）ポリマーブロック、ポリ乳酸ポリマーブロック、ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）ポリマーブロック、ポリ（Ｎ−アクリルオキシスクシンイミド）ポリマーブロック、またはそのコポリマーである。
一実施形態では、疎水性ブロックは、１０〜２５０個の範囲から選択されるいくつかのモノマーを有する。一実施形態では、疎水性ブロックは、４０〜１００個の範囲から選択されるいくつかのモノマーを有する。一実施形態では、疎水性ブロックは、２００〜６００個の範囲から選択されるいくつかのポリマーを有する。特定の一実施形態では、疎水性ブロックはポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）であり、３００〜６００個の範囲から選択されるいくつかのポリマーを有する。特定の一実施形態では、疎水性ブロックはポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）であり、３０〜２００個の範囲から選択されるいくつかのポリマーを有する。特定の一実施形態では、疎水性ブロックはポリスチレンであり、４０〜１００個の範囲から選択されるいくつかのポリマーを有する。
一実施形態では、疎水性ブロックは、それに限定されるものではないが、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（ε−カプロラクトン）、ポリ（乳酸）、ポリ（グリコール酸）、ポリラクチドおよびポリグリコリドから選択される。一実施形態では、親水性ブロックは、それに限定されるものではないが、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アミノエチルアクリルアミド）、ポリ（オリゴエチレンオキシドアクリレート）およびポリ（Ｎ−アクリルオキシスクシンイミド）から選択される。
特定の一実施形態では、親水性ブロックは、ポリ（アクリル酸）ポリマーブロックであり、疎水性ブロックはポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ブロックであり、連結基は、アミド結合によってポリ（アクリル酸）ポリマーブロックのモノマーに結合している。親水性および疎水性ブロックおよびコポリマーの調製は、一般に、ポリマーの様々なブロックの適切な長さと同様に公知である。本発明のこれらの態様は、それらがあたかも具体的に列挙されるように完全に含まれるものとする。
一実施形態では、親水性ブロックは、ポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）を含み、これには１０〜５００個の反復単位が含まれる。一実施形態では、疎水性ブロックは、１０〜３００個の反復単位を有するポリ（アセトキシスチレン）を含む。一実施形態では、疎水性ブロックは、１０〜３００個の反復単位を有するポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）を含む。一実施形態では、親水性ブロックは、１０〜３００個の反復単位を有するポリ（エチレンオキシド）（ＰＥＯ）を含む。一実施形態では、親水性ブロックは、１０〜３００個の反復単位を有する水溶液中のＰＮＡＳを含む。一実施形態では、疎水性ブロックは、１０〜６００個の反復単位を有するポリスチレン（ＰＳ）を含む。
本発明の組成物には、薬学的に許容される製剤または調製物などの、水溶液で提供される本発明の光学的作用物質および治療剤の１つまたは複数を含む製剤および調製物が含まれる。任意選択により、本発明の組成物はさらに、１つまたは複数の薬学的に許容される界面活性剤、緩衝剤、電解質、塩、担体および／または添加剤を含む。一実施形態では、本発明の光学的作用物質は、疎水性薬物もしくは疎水性薬物の組合せ、疎水性の生物学的薬剤、または疎水性光線療法剤などの、超分子構造物によって少なくとも部分的に被包された１つまたは複数の治療剤を含む。本発明は、例えば、治療剤が疎水性コアと非共有結合によって会合している光学的作用物質を含む。本発明のこの態様の治療剤は、任意選択により１型もしくは２型光線療法剤などの光線療法剤、または化学療法剤を含む。
別の態様では、本発明は、生理的状況または状態をモニタする方法を提供する。この方法では、有効量の本発明の光学的作用物質を、哺乳動物（例えば、治療を受けている患者）に投与する。投与した光学的作用物質を、電磁放射線に曝露する。光学的作用物質によって伝達、散乱または放射される電磁放射線を検出する。いくつかの実施形態では、哺乳動物に投与された光学的作用物質によって放射される電磁放射線の波長または強度の変化を、時間の関数として検出、測定かつ／またはモニタすることができる。
別の態様では、本発明は、光学的作用物質を生成する方法を提供する。この方法では、複数のブロックコポリマーを水溶液に溶解させる（ブロックコポリマーのそれぞれが、親水性ブロックおよび疎水性ブロックを含み、ブロックコポリマーが、水溶液中で自己集合して、ミセル構造物などの超分子構造物を形成する）。次に、超分子構造物のブロックコポリマーを、１つまたは複数の光活性部分を含む架橋試薬と接触させ、任意選択により、ピラジン系ジアミノ架橋剤またはテトラアミノ架橋剤などのピラジン系アミノ架橋剤と接触させる。任意選択により、親水基のモノマーの少なくとも一部は、Ｎ−アクリルオキシスクシンイミド（ＮＡＳ）モノマーを含む。さらに、超分子構造物のブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部を、架橋試薬から生成される連結基によって架橋し、それによって光学的作用物質を生成する。いくつかの実施形態では、ブロックコポリマーは、水溶液中で自己集合してミセル構造物を形成し、それをその後架橋して、シェル架橋型ミセルを形成する。任意選択により、架橋は、ＥＤＣカップリング反応または光開始架橋反応によって実施することができる。任意選択により、架橋は、１〜９９％、任意選択により１〜７５％、および任意選択により２０〜７５％の範囲から選択されるコポリマーの親水性ブロックの架橋度を得ることができる。本発明の一態様では、架橋密度（ナノ構造ネットワーク内の、共有結合により組み込まれた架橋剤の量）は、１〜１０％である。本発明の一態様では、架橋密度は、２０〜３０％である。本発明の一態様では、架橋密度は、５〜３５％である。
いくつかの実施形態では、溶解は７を超えるｐＨで実施することができる。かかる実施形態では、水溶液に溶解させたブロックコポリマーのｐＨを、その後ｐＨ約７までゆっくり下げることができる。一態様では、治療剤は、コポリマーと治療剤の溶液との物理的な会合による複合体と会合する。
現在、両親媒性ブロックコポリマーの超分子集合体を、共有結合によりシェルが架橋され得る（ＳＣＫ）ミセルにして、コア−シェル型のナノ粒子を形成することに関する多くの研究が存在する。本発明の態様は、前駆体ミセルを形成するために使用されるブロックコポリマーの化学的性質、ならびに、得られたＳＣＫの全体的な形態および環境応答性への対応する寄与を含む。これらの系のさらに綿密な合成は、ＳＣＫの形成前または形成後に、ナノ構造物の外側に、組織を標的にしかつ／または造影用である付属物を組み込むことにより達成され得る。さらに、ＳＣＫナノ粒子に埋まっているコア内に官能基を結合させるための化学物質も開発されている。
本発明の方法および組成物は、一態様では、ＳＣＫ形成におけるミセルを架橋するステップのためのフォトニック連結系として、二官能性光学プローブ分子を使用する。得られたＳＣＫナノ構造物は、光学プローブの特定数のコピーを含有する、共有結合によって安定化したシェルを有する。認識される通り、ＳＣＫの説明は、ＳＣＲにも適用される。
本発明のフォトニックナノ系およびその組成物は、いくつかの潜在的な生物医学的使用を可能にする。
一実施形態では、フォトニックナノ系およびその組成物は、化学的および／または生理的センサーおよび検知方法を可能にする。一実施形態では、フォトニックナノ系およびその組成物は、Ｉ型光線療法剤のための担体およびアンテナを提供する。この態様の一実施形態では、本発明のフォトニックナノ系および組成物のフォトニックシェルは、適切なレーザー照射を吸収し、そのレーザー照射を、この構造物のシェルおよび／もしくはコアと物理的に会合しているか、または安定なもしくは感光性の結合を介して共有結合により結合しているＩ型光線療法剤の作用部分（ｗａｒｈｅａｄ）に内部で（ＦＲＥＴにより）移動させるための「アンテナ／トランスデューサー」として使用される。Ｉ型光線療法剤の作用部分は、レーザーを照射すると、細胞傷害性の反応中間体に分解する、薬剤のコンジュゲート可能な誘導体であり得る。ナノ粒子による戦略は、インビボで高用量の送達を可能にする。
本発明の化合物は、コンジュゲート、例えば分子を認識し、かつ／または官能基を標的にすることができるペプチド、タンパク質または他のリガンドなどの１つまたは複数の標的化リガンドに連結している光学的作用物質の成分を含むバイオコンジュゲートをさらに含む。具体的には、本明細書に記載の光学的作用物質は、外部に提示された適切なリガンドを用いて、所望の位置を標的にすることができる（例えば、ＡｖＢｘＡ５Ｂ１、ボンベシン、ＥＧＦ、ＶＥＧＦ等）。この態様は、本明細書でさらに記載される。
一実施形態では、光学的作用物質およびその組成物は、光音響造影剤および光音響治療剤を提供する。この態様の一実施形態では、フォトニックシェルＳＣＫまたはＳＣＲは、光音響造影および光音響療法のための有機光プローブを提供する。より長い波長のプローブ（例えば、クリプテート類似体）の多くのコピーを含有するフォトニックシェルは、吸収に基づく光音響法のために強化された横断面を提供するように調整することができる。
本発明は、様々な造影、診断および治療用途に有用な、光学機能性の架橋型超分子構造物および集合体を含む光学的作用物質を提供する。本発明の超分子構造物および集合体は、光学機能性のシェル架橋型ミセルを含み、この光学機能性は、光活性部分を含む１つまたは複数の連結基を組み込むことによって得られる。本発明はさらに、光学機能性のシェル架橋型ミセルを含む、本発明の１つまたは複数の光学的作用物質を使用する、造影方法、検知方法および治療方法を含む。本発明は、例えばｉｎ ｓｉｔｕでモニタする方法を含み、この場合、化学的環境または生理的条件の変化に応答して生成される光学機能性のシェル架橋型ミセルの物理的および／または構造的変化が、ミセルからの放射の波長または強度に測定可能な変化を引き起こす。
一態様では、本発明は、（ｉ）複数の架橋ブロックコポリマー（ブロックコポリマーのそれぞれは、親水性ブロックおよび疎水性ブロックを含む）と、（ｉｉ）ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部を共有結合により架橋する複数の連結基（連結基の少なくとも一部は、発色団、フルオロフォアおよび／または光線療法剤などの１つまたは複数の光活性部分を含む）と、治療剤とを含む、光学機能性のシェル架橋型ミセルを含む光学的作用物質を提供し、ただし光学的作用物質は、内部疎水性コアおよび共有結合により架橋された親水性シェルを有する超分子構造物を水溶液中で形成し、内部疎水性コアは、ブロックコポリマーの疎水性ブロックを含み、共有結合により架橋された親水性シェルは、ブロックコポリマーの親水性ブロックを含み、治療剤は、超分子構造物によって少なくとも部分的に被包され、治療剤は、疎水性コアと非共有結合によって会合している。任意選択により、架橋ミセル内の架橋度は、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの１％〜７５％の範囲、および任意選択によりブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの１０〜７５％の範囲から選択される。
生物医学用途に有用な光学機能性のシェル架橋型ミセル組成物は、例えば、任意選択により２０〜２５０個のモノマー単位を有するポリ（アクリル酸）ポリマー親水性ブロックを有するブロックコポリマーを含む。一実施形態では、例えば、１つまたは複数の光活性部分を含む連結基は、アミド結合によってポリ（アクリル酸）ポリマーブロックのモノマーの少なくとも一部に結合している。
一実施形態では、親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、ピラジン系アミノ連結基などのピラジン系連結基に結合している。一実施形態では、例えば、ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部は、次式を有する連結基に結合したモノマーを含む。
式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント（例えば、側鎖）からなる群から選択され、
Ｚ１およびＺ２はそれぞれ独立に、
であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択され、ａおよびｂはそれぞれ独立に、０または１である。本発明は、式（ＦＸ２）のエナンチオマー、ジアステレオマーおよび／またはイオン形態（例えば、プロトン化および脱プロトン化形態）を含む組成物を含む。
本発明の光学的作用物質では、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、式（ＦＸ２）によって連結基に結合しており、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０アシル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、ハロ、アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシカルボニル、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント（例えば、側鎖）である。本発明の光学的作用物質では、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、式（ＦＸ２）によって連結基に結合しており、Ｒ１〜Ｒ６の少なくとも１つ、および任意選択によりそれらはそれぞれ独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ１０アルキル、Ｃ５〜Ｃ１０アリールまたはＣ１〜Ｃ１０アシルである。一実施形態では、各ｅは、独立に、１〜５の範囲から選択される。本発明の光学的作用物質では、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、式（ＦＸ２）によって連結基に結合しており、Ｚ１およびＺ２はそれぞれ独立に、アミド、Ｃ１〜Ｃ１０アルキレン、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキレン、ポリ（アルキレングリコール）、Ｃ２〜Ｃ１０アルケニレン、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルケニレン、カルボニルまたはＣ２〜Ｃ１０アルキニレンである。一実施形態では、Ｚ１およびＺ２の少なくとも１つは、−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｂ−（ＰＥＧ、ポリ（エチレングリコール））を含む置換基であり、ｂは、１〜１０の範囲から選択される。
一実施形態では、親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、アミド結合スキームを介して（例えば、アミノカルボニル基によって）、ピラジン系連結基に結合している。一実施形態では、例えば、ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部は、次式を有する連結基に結合したモノマーを含む。
式中、Ｒ１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント（例えば、側鎖）からなる群から選択され、ｕおよびｖはそれぞれ独立に、０〜１０の範囲から選択され、Ｚ３〜Ｚ６はそれぞれ独立に、
であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択される。一実施形態では、ｅは、１〜５の範囲から選択される。本発明は、式（ＦＸ３）のエナンチオマー、ジアステレオマーおよび／またはイオン形態（例えば、プロトン化および脱プロトン化形態）を含む組成物を含む。
式（ＦＸ３）の化合物の一実施形態では、ｕおよびｖによって結合した１つまたは複数のＣＨ２基は、独立に、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができる。
式（ＦＸ３）の化合物の一実施形態では、Ｒ８、Ｒ１１、Ｒ１３およびＲ１４の少なくとも１つは、
である。一実施形態では、Ｒ１５およびＲ１６はそれぞれ独立に、水素またはＣ１〜Ｃ５アルキルである。
本発明の光学的作用物質では、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、式（ＦＸ３）によって連結基に結合しており、Ｒ１〜Ｒ１６はそれぞれ独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０アシル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、ハロ、アミン、ヒドロキシル、カルボキシル、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシカルボニル、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント（例えば、側鎖）である。本発明の光学的作用物質では、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、式（ＦＸ３）によって連結基に結合しており、Ｒ１〜Ｒ１６の少なくとも１つ、および任意選択によりＲ１〜Ｒ１６はそれぞれ独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ１０アルキル、Ｃ５〜Ｃ１０アリールまたはＣ１〜Ｃ１０アシルである。一実施形態では、各ｅは、独立に、１〜５の範囲から選択される。本発明の光学的作用物質では、ブロックコポリマーの親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、式（ＦＸ３）によって連結基に結合しており、Ｚ３〜Ｚ６はそれぞれ独立に、アミド、Ｃ１〜Ｃ１０アルキレン、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキレン、ポリ（アルキレングリコール）、Ｃ２〜Ｃ１０アルケニレン、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルケニレン、カルボニルまたはＣ２〜Ｃ１０アルキニレンである。一実施形態では、Ｚ３〜Ｚ６の少なくとも１つは、−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｂ−（ＰＥＧ、ポリ（エチレングリコール））を含む置換基であり、ｂは、１〜１０の範囲から選択される。
当業者によって理解される通り、本発明は、合成有機化学およびポリマー化学の分野で公知の他のタイプの共有結合によって架橋された超分子構造物および組成物を含む。
一実施形態では、親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、ピラジン系アミノ連結基などのピラジン系連結基に結合している。一実施形態では、例えば、光学的作用物質のブロックコポリマーの少なくとも一部および連結基は次式を有する。
式中、各ｐは、独立に、２０〜２５０の範囲から選択され、ｐの各値について独立に、ｎは、独立に１〜０の数であり、ｍは、独立に１〜０の数であり、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメントからなる群から選択され、Ｒ１７およびＲ１８はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント、またはコポリマーの追加の親水性ブロックからなる群から選択され、Ｚ１、Ｚ２、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ独立に、
であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択され、ａおよびｂはそれぞれ独立に、０または１であり、［疎水性ブロック］は、ブロックコポリマーの疎水性ブロックであり、ｘおよびｙはそれぞれ独立に、０または１である。本発明は、式（ＦＸ１１）のエナンチオマー、ジアステレオマーおよび／またはイオン形態（例えば、プロトン化および脱プロトン化形態）を含む組成物を含む。
一実施形態では、親水性ブロックのモノマーの少なくとも一部は、１つまたは複数のグアニジンまたはグアニジン誘導体部分（例えば、アミノ酸であるアルギニンの側鎖）を有するピラジン系連結基に結合している。一実施形態では、例えば、光学的作用物質のブロックコポリマーの少なくとも一部および連結基は次式を有する。
式中、各ｐは、２０〜２５０の範囲から選択され、ｐの各値について独立に、ｎは、独立に１〜０の数であり、ｍは、独立に１〜０の数であり、Ｒ１〜Ｒ７、Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１２〜Ｒ１４はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメントからなる群から選択され、Ｒ１７およびＲ１８はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント、またはコポリマーの追加の親水性ブロックからなる群から選択され、Ｚ３〜Ｚ６、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ独立に、
であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択され、ｕおよびｖはそれぞれ独立に、０〜１０の範囲から選択され、［疎水性ブロック］は、ブロックコポリマーの疎水性ブロックであり、ｘおよびｙはそれぞれ独立に、０または１である。
式（ＦＸ１４）の化合物の一実施形態では、ｕおよびｖによって結合した１つまたは複数のＣＨ２基は、独立に、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができる。
本発明は、式（ＦＸ１３）および（ＦＸ１４）のエナンチオマー、ジアステレオマーおよび／またはイオン形態（例えば、プロトン化および脱プロトン化形態）を含む組成物を含む。
式（ＦＸ１１）および（ＦＸ１４）に示す通り、ブロックコポリマーのポリマー主鎖の一部は、角括弧（すなわち、下付き文字「ｐ」を伴う括弧）で示されており、これは、親水性ブロックの反復単位を示す。ポリマー主鎖のこの部分における各反復単位について、ｎおよびｍは、独立に、０〜１の値を有することができ、このことは、反復単位のモノマーが、この実施形態ではポリマー主鎖に沿って変わり得ることを示している。この構造物は、架橋ブロックコポリマー間の架橋度および架橋構造が、ポリマー主鎖に沿って変わり得ることを反映している。例えば、ｎおよびｍは、式（ＦＸ１１）または（ＦＸ１４）に示したポリマー主鎖の第１の単位では共に１に等しくともよく、このことは、架橋および非架橋モノマー基の両方がこの単位内に存在することを表し、ポリマー主鎖の第２の反復単位においては、ｍが１に等しくともよく、ｎが０に等しくともよく、このことは、架橋モノマー基だけが第２の単位内に存在することを表している。したがって、式（ＦＸ１１）または（ＦＸ１４）の光学的作用物質は、可変の架橋度、例えば１〜７５％、および任意選択により２０〜７５％の範囲の架橋度を有するクラスの組成物を表す。ブロックコポリマーの親水性ブロックは、任意の数の追加の化学的領域を有することができる。一実施形態では、例えばＲ１７および／またはＲ１８は、独立に、−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｂ−（すなわち、（ＰＥＧ、ポリ（エチレングリコール）））を含む置換基である（ｂは、１〜１０の範囲から選択される）。
一実施形態では、ブロックコポリマーの少なくとも一部の親水基は、ポリ（エチレングリコール）領域（ＰＥＧ）、例えば−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｈ−を含む領域をさらに含む（ｈは、１０〜５００の範囲から選択される）。一実施形態では、ブロックコポリマーは、５０〜２５０個の反復単位を有するＰＥＧ領域を含む。一実施形態では、ブロックコポリマーは、２０〜１００個の反復単位を有するＰＥＧ領域を含む。ＰＥＧ領域は、当技術分野で公知の通り、任意の適切な連結化学を使用して、コポリマーのもう１つのブロックに結合することができる。例えば、ＰＥＧは、元々ＰＡＡ基であり得る−Ｃ（＝Ｏ）−ＮＨ基に結合することができる。一実施形態では、主鎖上のブロックの少なくとも１つは、−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｂ−（ＰＥＧ、ポリ（エチレングリコール））を含む。ＰＥＧ反復単位の数は、一実施形態ではＰＥＧ基については１〜５ｋＤａの全サイズを含む、任意の適切な数であり得る。一実施形態では、上式のｂは、１〜１０の範囲から選択される。ＰＥＧ基または任意の他の置換基は、反応基などの任意の適切な基によって、その後の化学的ステップの一助にするために、または任意の他の望ましい目的で誘導体化され得る。
参照による援用および変更形態に関する記載
本願を通して、例えば、すべての参考文献、例えば発行済みの特許または特許権が与えられた特許または等価物を含む特許文献、特許出願公開、および非特許文献または他の原資料は、各参考文献が本願の開示と少なくとも部分的に矛盾しない程度まで、あたかも参考として個々に援用されるように、その全体が参考として本明細書に援用される（例えば、部分的に矛盾する参考文献は、その参考文献の部分的に矛盾する部分を除いて、参考として援用される）。
本明細書で言及したすべての特許および刊行物は、本発明が関連する分野の技術者の技術水準を示すものである。本明細書に引用した参考文献は、ある場合にはそれらの出願日時点での最先端を示すために、それら全体が参考として本明細書に援用され、この情報は、必要に応じて従来技術に含まれる特定の実施形態を除外する（例えば放棄する）ために、本明細書で使用することができるものとする。例えば、ある化合物が特許請求される場合、本明細書に開示の参考文献（特に、参照した特許文献）に開示されている特定の化合物を含む、従来技術で公知の化合物は、本発明の特許請求の範囲には含まれないものとすることを理解されたい。
置換基の群が本明細書中に開示される場合、これらの群およびすべての部分群のすべての個々のメンバー（その群のメンバーの任意の異性体、エナンチオマーおよびジアステレオマーを含む）、ならびに置換基を使用して形成され得る化合物のクラスが別々に開示されていることが理解される。ある化合物が特許請求されている場合、本明細書に開示の参考文献に開示されている化合物を含む、当技術分野で公知の化合物は含まれないものとすることを理解されたい。マーカッシュ群または他の群が本明細書で使用される場合、その群ならびにその群の可能なすべての組合せおよび部分的な組合せのすべての個々のメンバーが、本開示に個々に含まれるものとする。化合物の特定の異性体、エナンチオマーまたはジアステレオマーが、例えば式または化学名で特定されずに、その化合物が本明細書で記載される場合、その説明は、個々にまたは任意の組合せで記載される化合物の各異性体およびエナンチオマーを含むものとする。さらに、別段特定されない限り、本明細書に開示される化合物のすべての同位体変種は、本開示によって包含されるものとする。例えば、開示される分子における任意の１つまたは複数の水素が、重水素またはトリチウムで置き換えられ得ることが理解されよう。分子の同位体変種は、一般に、その分子についてのアッセイ、ならびにその分子またはその使用に関係する化学的および生物学的研究における標準物質として有用である。かかる同位体変種の生成方法は、当技術分野で公知である。
記載または例示されている成分のすべての製剤または組合せは、別段指定されない限り、本発明を実施するために使用することができる。化合物の具体的な名称は、当業者が同じ化合物を異なる名称で呼ぶことができることが公知の通り、例示的なものである。化合物の特定の異性体またはエナンチオマーが、例えば式または化学名で特定されずに、その化合物が本明細書に記載される場合、その説明は、個々にまたは任意の組合せで記載される化合物の各異性体およびエナンチオマーを含むものとする。具体的に例示されているもの以外の方法、デバイスの構成要素、出発材料、生物学的材料、試薬、合成方法、精製方法、分析方法、アッセイ方法および生物学的方法は、過度な実験に頼ることなく、本発明の実施において使用され得ることを、当業者は理解されよう。かかる任意の方法、デバイスの構成要素、出発材料、生物学的材料、試薬、合成方法、精製方法、分析方法、アッセイ方法および生物学的方法の、当技術分野で公知のすべての機能的等価物は、本発明に含まれるものとする。ある範囲、例えばｐＨ範囲、時間範囲、反復単位数範囲、または組成範囲が本明細書に示される場合は常に、すべての中間範囲および部分範囲、ならびに示される範囲に含まれるすべての個々の値が、本開示に含まれるものとする。用語「数」は、整数、分数および小数を含む。特にある範囲で使用される、数という用語は、その範囲内のすべての整数、分数および小数を含む。
ある範囲、例えばｐＨ範囲、時間範囲、反復単位数範囲、または組成もしくは濃度範囲が本明細書に示される場合は常に、すべての中間範囲および部分範囲、ならびに示される範囲に含まれるすべての個々の値が、本開示に含まれるものとする。本明細書で使用される場合、範囲は、その範囲の端点の値として提供される値を具体的に含む。例えば、１〜１００という範囲は、端点の値１および１００を具体的に含む。本明細書の説明に含まれる範囲または部分範囲の任意の部分範囲または個々の値は、本明細書の特許請求の範囲から除外され得ることが理解されよう。
本明細書で使用される場合、「含む」は、「包含する」、「含有する」、または「を特徴とする」と同義であり、包括的であり、または制限がなく、列挙されていないさらなる要素または方法ステップを除外するものではない。本明細書で使用される場合、「からなる」は、特許請求の範囲の要素で特定されない任意の要素、ステップまたは成分を除外する。本明細書で使用される場合、「から本質的になる」は、特許請求の範囲の基本的なおよび新規の特徴に本質的に影響を与えない材料またはステップを除外しない。用語「含む」により本明細書で列挙される任意の用語は、特に組成物の成分の説明またはデバイスの構成要素の説明では、列挙されている成分または要素から本質的になる、およびそれらからなる組成物および方法を包含すると理解される。本明細書で例示的に記載される本発明は、適切には、本明細書に具体的には開示されていない任意の１つまたは複数の要素、１つまたは複数の制限なしに実施され得る。
使用した用語および表現は、説明するという観点で使用されており、限定的ではなく、またかかる用語および表現の使用は、示し記載されている特徴またはその一部のいかなる等価物も除外することを企図しないが、特許請求する本発明の範囲内では様々な改変が可能であることが認識される。したがって本発明は、好ましい実施形態および任意選択の特徴によって具体的に開示されているが、当業者は、本明細書に開示されている概念の改変形態および変形形態を行うことができ、かかる改変形態および変更形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲に含まれるとみなされることを理解されたい。本明細書で提供される特定の実施形態は、本発明の有用な実施形態の例であり、本発明は、本発明の説明に記載のデバイス、デバイスのコンポーネント、方法ステップの数多くの変更形態を使用して実施され得ることが、当業者には明らかとなろう。当業者には明らかな通り、本発明の方法に有用な方法およびデバイスは、数多くの任意選択の組成物、ならびに処理要素およびステップを含み得る。
本明細書で開示される分子の多くは、１つまたは複数のイオン化可能な基［プロトンが除去され得る基（例えば、−ＣＯＯＨ）もしくはプロトンが付加され得る基（例えば、アミン）、または四級化され得る基（例えば、アミン）］を含有する。かかる分子およびその塩のすべての可能なイオン形態は、本明細書の開示に個々に含まれるものとする。本明細書の化合物の塩に関して、当業者は、多種多様な利用可能な対イオンの中から、所与の用途のために、本発明の塩の調製に適したイオンを選択することができる。特定の用途において、塩の調製のための所与のアニオンまたはカチオンの選択により、その塩の可溶性を増大させるか、または可溶性を低下させることができる。
本明細書に記載または例示されている成分のすべての製剤または組合せは、別段指定されない限り、本発明を実施するために使用することができる。
本発明の組成物、調製物および製剤は、診断剤ならびに光力学的治療剤の両方として同時に使用することができる。例えば、有効量の本発明の組成物、調製物および製剤は、薬学的に許容される製剤として患者に投与される。投与後に、光線診断および光線療法を組み合わせた手順が行われる。例えば、光線診断および光線療法の組合せのための化合物を含有する組成物が患者に投与され、対象となる標的部位におけるその濃度、局在性または他のパラメータが決定される。２種類以上の測定を行って、標的部位の位置を決定することができる。化合物が標的部位に蓄積するのに要する時間は、薬物動態などの因子によって決まり、約３０分間〜２日間の範囲になることがある。部位が同定されたら、その手順の一部である光線療法を、部位の決定の直後、または薬剤がその部位から除去される前のいずれかに行うことができる。クリアランスは、薬物動態などの因子よって決まる。
本発明の組成物、調製物および製剤は、経腸、非経口、局所、エアゾール、吸入または皮膚投与のための診断用または治療用組成物に製剤化され得る。本発明の組成物、調製物および製剤の局所または皮膚送達はまた、エアゾール製剤、クリーム剤、ゲル剤、溶液剤等を含むことができる。本発明の組成物、調製物および製剤は、所望の診断効果および／または治療効果を得るのに有効な用量で投与される。かかる用量は、組成物において使用される特定の組成、検査されるべき器官または組織、臨床手順で使用される装置、達成される治療効率等によって、広範に変わり得る。これらの組成物、調製物および製剤は、有効量の組成物（複数可）を、企図される投与のタイプに適した従来の医薬担体および添加剤と共に含有する。これらの組成物、調製物および製剤はまた、任意選択により、安定化剤および皮膚浸透強化剤を含み得る。
本発明の方法は、本発明の化合物を含有する、「有効量」の本発明の診断用および治療用の組成物、製剤および調製物を投与して、患者の生物学的状態および／または病状を診断、造影、モニタ、評価、治療、低減または調節するステップを含む。用語「有効量」とは、本明細書中で使用される場合、個体に投与される場合に、生物学的状態および／または病状を診断、造影、モニタ、評価、治療、低減または調節するのに有効な、診断用および治療用製剤の量を指す。当技術分野で理解されている通り、所与の組成物または製剤の有効量は、投与方法（例えば、静脈内、経口、局所投与）、使用される任意の担体またはビヒクル、およびその製剤が投与されるべき特定の個体（年齢、体重、状態、性別等）に少なくとも部分的に依存して決まる。「有効量」を達成するために必要な投与要件は、使用される特定の製剤、投与経路および臨床目的と共に変わる。標準的な薬理試験手順において得られる結果に基づいて、計画される活性化合物の１日投与量を、当技術分野で理解されている通り決定することができる。本明細書で使用される場合、「治療する」は、患者の生物学的状態および／または病状を低減するか、または調節することを意味する。
任意の適切な投与形態が、本発明の診断用および治療用製剤と組み合わせて使用され得る。本発明の診断用および治療用製剤は、静脈内、経口剤形、腹腔内、皮下または筋肉内により、すべて、医薬分野の技術者に周知の剤形を使用して投与することができる。
本発明の診断用および治療用製剤は、単独で投与され得るが、選択された投与経路および標準の薬務に基づいて選択される医薬担体と共に投与することもできる。
本発明の診断用および治療用製剤、ならびに本発明の医薬品は、１つまたは複数の薬学的に許容される担体、添加剤または賦形剤をさらに含むことができる。かかる組成物および医薬品は、例えばその全体が参考として本明細書に援用されるＲｅｍｉｎｇｔｏｎｓ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、第１７版、ｅｄ． Ａｌｆｏｎｏｓｏ Ｒ．Ｇｅｎｎａｒｏ、Ｍａｃｋ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ、Ｅａｓｔｏｎ、Ｐａ．（１９８５年）に記載の手順などの許容される薬学的手順に従って調製される。
本発明は、治療剤と会合させる前の光学的作用物質の調製および使用を部分的に記載する以下の非限定的な実施例によって、さらに理解することができる。
（実施例１）光学造影およびモニタのためのフォトニックシェル架橋型ナノ粒子プローブ
シェル架橋型ミセルは、高ペイロードの化学療法剤および診断用薬を送達することから、かかる実体を、外側に提示された多価の組織特異的なリガンドを介して、インビボで腫瘍に向けて標的化することまで、様々な生物医学適用にとって優れたナノ構造のプラットフォームであることが示されている。これらの系の傑出した多用途性は、それらの系の生成（両親媒性ブロックコポリマーを、ポリマー鎖セグメントの一部を可溶化するように選択された溶媒に入れることによる）が容易であること、および最終的なコア−シェルまたは他の（多）区画型の形態の両方に由来する。一般に、親水性の架橋性成分としてポリ（アクリル酸）を含有する両親媒性ブロックコポリマーに由来するシェル架橋型ｋｎｅｄｅｌ様（ＳＣＫ）ナノ粒子では、安定な個別のナノ粒子を生成するために、非官能性ジアミンを使用して、カルボキシレートが豊富なシェルを化学的に架橋する。コア領域が、疎水性ブロックコポリマーセグメントから親水性ポリマー鎖に移されるか、または化学的に発掘する戦略によって小分子フラグメントに分解される場合でも、共有結合により架橋されたシェル層は、構造的な完全性を維持して、環境条件が変化しても膨張し、収縮することができるナノサイズのケージフレームワークを形成する。
この実施例では、ＳＣＫを形成する環境にやさしい独特の化学的手法として、コア領域の可逆的な疎水性／親水性を使用して、有機溶媒の補助無しに水中でブロックコポリマーミセルの集合／解体を促進することを実証する。この探求では、可逆的な疎水性およびナノ粒子の膨張／収縮の概念と、官能性架橋基の使用とを一緒にすることによって、単一のポリマーナノ粒子を緻密な検知デバイスへと形作り得ることを示す。官能性架橋基は、ＳＣＫ内の局所性変化を媒介し、かつ探査するための構造的完全性および光学的シグナルを提供する。
フォトニックシェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）を、フルオロフォアとミセルを架橋することによって調製した。
一実施形態では、フルオロフォア−ＳＣＫを、ジブロックコポリマー前駆体であるポリ（アクリル酸）１０３−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）４１、ＰＡＡ−ｂ−ＰｐＨＳから集合させ、この前駆体は、ニトロオキシド媒介性のラジカル重合によって合成した。まず、高ｐＨで水にブロックコポリマーを溶解させ、次にこの溶液のｐＨを７までゆっくり低下させることによってミセルを形成すると、その時点でプロトン化されたＰｐＨＳブロックが疎水性コアを形成し、脱プロトン化ＰＡＡブロックが維持されることによって、親水性シェルが形成された。得られたミセル溶液を、ＥＤＣＩを添加して光活性部分とインキュベートして、異なる量の光学的作用物質および異なる架橋度を有するナノ粒子を提供した。反応混合物溶液を、超純水で４日間透析して、尿素副生成物および任意の結合しなかった光活性基を除去した。ナノ粒子の寸法は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）および透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって測定した。
実験部門
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１０４（５）の合成：磁気撹拌棒を備え、火炎乾燥した５０ｍＬシュレンクフラスコに、Ｎ２雰囲気下、室温（ｒｔ）で、２，２，５−トリメチル−３−（１’−フェニルエトキシ）−４−フェニル−３−アザヘキサン（６００ｍｇ、１．８４ｍｍｏｌ）、２，２，５−トリメチル−４−フェニル−３−アザヘキサン−３−ニトロオキシド（２０．０ｍｇ、０．０９２ｍｍｏｌ）およびｔｅｒｔ−ブチルアクリレート（３１．５ｇ、２４５ｍｍｏｌ）を添加した。反応フラスコを封止し、ｒｔ（すなわち室温）で１０分間撹拌した。凍結−ポンプ排出−解凍サイクルを３回反復して、反応混合物を脱気した。最後のサイクルの後、反応混合物を室温に戻し、１０分間撹拌した後、予熱した１２５℃の油浴に浸漬して重合を開始した。７２時間後、１Ｈ ＮＭＲ分析は、モノマー転化率が７２％に達したことを示した。反応フラスコを液体Ｎ２に急速に浸漬することによって、重合をクエンチした。反応混合物をＴＨＦに溶解させ、Ｈ２Ｏ／ＭｅＯＨ（ｖ：ｖ、１：４）中で３回沈殿させて、白色粉末を得た（１９．３ｇ、モノマー転化率に基づき収率８５％）；Ｍｎ，ＧＰＣ＝１３，７００Ｄａ、ＰＤＩ＝１．１、ＤＰ＝１０４。
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１０４−ｂ−ポリ（アセトキシスチレン）４１（６）の合成：磁気撹拌棒を備え、火炎乾燥した５０ｍＬシュレンクフラスコに、Ｎ２雰囲気下、室温で、５（３．０ｇ、０．２２ｍｍｏｌ）および４−アセトキシスチレン（４．４４ｇ、２７．４ｍｍｏｌ）を添加した。反応混合物を室温で１時間撹拌して、均質な溶液を得た。凍結−ポンプ排出−解凍サイクルを３回反復して、反応混合物を脱気した。最後のサイクルの後、反応混合物を室温に戻し、１０分間撹拌した後、予熱した１２５℃の油浴に浸漬して重合を開始した。６時間後、１Ｈ ＮＭＲ分光法によって分析すると、モノマー転化率は３２％に達した。反応フラスコを液体Ｎ２浴に浸漬することによってクエンチした後、ＴＨＦを反応混合物に添加し、ポリマーを、Ｈ２Ｏ／ＭｅＯＨ（ｖ：ｖ、１：４）中で３回沈殿させることによって精製して、６を白色粉末として得た（３．７３ｇ、収率８３％）；Ｍｎ，ＧＰＣ＝１７，４００Ｄａ、ＰＤＩ＝１．３、ＤＰ＝４１。
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１０４−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）４１（７）の調製：２５ｍＬの丸底（ＲＢ）フラスコに、（６）（３．０ｇ、０．１５ｍｍｏｌ）およびＭｅＯＨ（１０ｍＬ）を添加し、室温で１０分間撹拌した。濁った混合物を、ゆっくり加熱還流した。溶液が透明になった直後、ナトリウムメトキシドのＭｅＯＨ溶液（２５ｗｔ％）（２６ｍｇ、０．１２ｍｍｏｌ）を、シリンジを介して添加した。反応混合物を、さらに４時間加熱還流させた。室温に冷却した後、反応混合物を、４％の酢酸を含む水中で沈殿させて、７を白色固体として得た（２．６ｇ、収率９５％）。Ｍｎ，ＮＭＲ＝１８，６００Ｄａ。
ポリ（アクリル酸）１０４−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）４１（１）の合成：撹拌棒を備えた５０ｍＬのＲＢフラスコに、７（２．５ｇ、０．１３ｍｍｏｌ）およびトリフルオロ酢酸（２０．２ｇ、１７７ｍｍｏｌ）を添加した。反応混合物を、室温で２４時間撹拌した。過剰の酸を減圧下で除去した。残渣をＴＨＦ１０ｍＬに溶解させ、超純水（１８．０ＭΩ・ｃｍ）で３日間透析することによって精製し、凍結乾燥して、１を白色粉末として得た（１．６ｇ、収率９５％）。Ｍｎ，ＮＭＲ＝１２，０００Ｄａ。
１からのミセル２の調製：磁気撹拌棒を備えた５０ｍＬのＲＢフラスコに、１（２．０ｍｇ、０．１６μｍｏｌ）および超純水１５ｍＬを添加した。１．０ＭのＮａＯＨ溶液を添加することによって、ｐＨ値を１２に調整して、透明溶液を得た。１．０ＭのＨＣｌを滴下添加することによってｐＨ値を７に低減した後、ミセル形成を開始した。室温でさらに１２時間撹拌した後、ミセル溶液を、ＳＣＫ３および４の構築のために直接使用した。
ミセル２からのシェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ３または４）の調製：磁気撹拌棒を備えた５０ｍＬのＲＢフラスコに、ミセルの超純水溶液（１５．０ｍＬ、カルボン酸残基０．０１６ｍｍｏｌ）を添加した。この溶液に、３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミド（架橋度１２．５％では０．３９７ｍｇ、１．１２μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して６．２５ｍｏｌ％）、または架橋度２５％では０．７９４ｍｇ、２．２４μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して１２．５ｍｏｌ％））の超純水溶液１ｍＬを添加した。反応混合物を、室温で２時間撹拌した。この溶液に、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ、架橋度１２．５％では０．８４９ｍｇ、２．８６μｍｏｌ、または架橋度２５％では１．７０ｍｇ、５．７２μｍｏｌ）の超純水溶液（１．０ｍＬ）を、シリンジポンプを介して１時間かけて滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に反応混合物を移し、超純水で３日間透析して、小分子の出発材料および副生成物を除去し、ＳＣＫ３および４の水溶液を得た。ＤＬＳ、ＵＶ−ｖｉｓおよび蛍光研究のために、ＳＣＫ溶液を、さらに、ｐＨ値が４．５、６．１、８．０、９．５および１１である５ｍＭのＰＢＳ（５ｍＭのＮａＣｌと共に）をそれぞれ含有する６つのバイアルに分けて入れた。
３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドの合成：ＤＭＦ（２５ｍＬ）中、ナトリウム３，６−ジアミノピラジン−２，５−ジカルボキシレート（５００ｍｇ、２．０７ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブチル２−アミノエチルカルバメート（６７３ｍｇ、４．２０ｍｍｏｌ）、ＨＯＢｔ（８３６ｍｇ、５．４６ｍｍｏｌ）およびＥＤＣＩ（１．０５ｇ、５．４８ｍｍｏｌ）の混合物を、１６時間撹拌し、次に濃縮した。残渣を、１ＮのＮａＨＳＯ４（２００ｍＬ）とＥｔＯＡｃ（２００ｍＬ）に分配した。有機層を分離し、水（２００ｍＬ×３）、飽和ＮａＨＣＯ３（２００ｍＬ×３）およびブラインで洗浄した。ＭｇＳＯ４で乾燥し、濾過し、濃縮して、ビスアミドを橙色の泡状物質として得た。７７０ｍｇ、収率７６％。１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６）主配座異性体， δ ８．４４ （ｔ， Ｊ ＝ ５．７ Ｈｚ， ２ Ｈ）， ６．９０ （ｔ， Ｊ ＝ ５．７ Ｈｚ， ２ Ｈ）， ６．４８ （ｂｒ， ４ Ｈ）， ２．９３−３．１６ （ｍ， ８ Ｈ）， １．３７ （ｓ， ９ Ｈ）， １．３６ （ｓ， ９ Ｈ） ｐｐｍ． １３Ｃ ＮＭＲ （７５ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６）， δ１６５．１， １５５．５， １５５．４， １４６．０， １２６．２， ７７．７， ７７．５， ４５．２， ４４．５， ２８．２ ｐｐｍ．ＬＣ−ＭＳ（０．１％ＴＦＡ中、１０分で１５〜９５％勾配のアセトニトリル）、３０ｍｍカラムで単一ピーク保持時間＝７．１８分、（Ｍ＋Ｈ）＋＝４８３ａｍｕ。塩化メチレン（１００ｍＬ）中の生成物（７７０ｍｇ、１．６０ｍｍｏｌ）に、ＴＦＡ（２５ｍＬ）を添加し、反応物を室温で２時間撹拌した。混合物を濃縮し、残渣をメタノール（１５ｍＬ）に溶解させた。ジエチルエーテル（２００ｍＬ）を添加し、橙色の固体沈殿物を濾過によって単離し、高減圧下で乾燥して、橙色の粉末を得た。６２７ｍｇ、収率７７％。１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６） δ８．７０ （ｔ， Ｊ ＝ ６ Ｈｚ， ２ Ｈ）， ７．８６ （ｂｒ， ６ Ｈ）， ６．５０ （ｂｒ， ４ Ｈ）， ３．４６−３．５８ （ｍ， ４ Ｈ）， ３．２６−３．４０ （ｍ， ４ Ｈ） ｐｐｍ． １３Ｃ ＮＭＲ （７５ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６） δ１６６．４， １４６．８， １２７．０， ３９．４， ３７．４ ｐｐｍ．ＬＣ−ＭＳ（０．１％ＴＦＡ中、１０分で１５〜９５％勾配のアセトニトリル）、３０ｍｍカラムで単一ピーク保持時間＝２．６０分、（Ｍ＋Ｈ）＋＝２８３ａｍｕ。ＵＶ−ｖｉｓ（ＰＢＳ中１００μＭ）λａｂｓ＝４３５ｎｍ。蛍光（１００ｎＭ）λｅｘ＝４４９ｎｍ、λｅｍ＝５６２ｎｍ。生成物を、１ＮのＨＣｌ水溶液と同時蒸発させることによって（３×１００ｍＬ）、ＨＣｌ塩に変換した。
（実施例２）光架橋剤の一般的な合成方法
分析的薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）を、Ａｎａｌｔｅｃｈの０．１５ｍｍシリカゲル６０−ＧＦ２５４プレートで実施した。ＵＶ光に曝露し、ヨウ素に曝露するかまたはＰＭＡのエタノール溶液に浸漬した後、加熱することによって可視化した。抽出用溶媒は、ＨＰＬＣまたはＡＣＳグレードとした。クロマトグラフィーを、Ｓｔｉｌｌの方法によって、Ｍｅｒｃｋシリカゲル６０（２３０〜４００メッシュ）を用いて、指示された溶媒系で実施した。ＮＭＲスペクトルを、Ｂｒｕｋｅｒ ＡＲＸ−５００またはＶａｒｉａｎ Ｍｅｒｃｕｒｙ−３００分光計で収集した。１Ｈ ＮＭＲスペクトルを、δ尺度によりテトラメチルシランからｐｐｍで報告した。データを、以下に従って報告する。化学シフト、多重度（ｓ＝一重線、ｄ＝二重線、ｔ＝三重線、ｑ＝四重線、ｍ＝多重線、ｂ＝ブロード、ｏｂｓ＝不明瞭）、カップリング定数（Ｈｚ）、ならびに帰属または相対積分値。１３Ｃ ＮＭＲスペクトルを、重水素化溶媒の中心ピークからｐｐｍで報告した。曖昧さが解決されなかった場合は、シフトをグループにして提供する。分取逆相液体クロマトグラフィーを、５ｍＬのサンプルループを備えたＡｌｌＴｅｃｈ Ｍｏｄｅｌ ７１２５ Ｒｈｅｏｄｙｎｅ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ Ｖａｌｖｅ、ＡｌｌＴｅｃｈ Ｍｏｄｅｌ ４２６ポンプ、内蔵型レコーダーを備えたＩＳＣＯ ＵＡ−６吸光度検出器、ピーク分離器および１１型光学ユニット、ＩＳＣＯ Ｆｏｘｙ ２００フラクションコレクターを用いて、Ｌｏｂａｒ ＬｉＣｈｒｏｐｒｅｐ ＲＰ−１８（４０〜６３μｍ）プレパック済みカラムを使用する低圧力系で、かつ、Ｗａｔｅｒｓ ＸＢｒｉｇｄｇｅ Ｐｒｅｐａｒａｔｉｖｅ Ｃ１８ ＯＢＤ３０×１５０ｍｍカラムを使用するＷａｔｅｒｓ Ａｕｔｏｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍで実施した。ＬＣＭＳは、Ｓｈｉｍａｄｚｕ ＬＣＭＳ−２０１０Ａで、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｅｃｌｉｐｓｅ（ＸＤＢ−Ｃ１８、４．６×３０ｍｍ、３．５ミクロン）Ｒａｐｉｄ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＣａｒｔｒｉｄｇｅｓおよびＡｇｉｌｅｎｔ Ｅｃｌｉｐｓｅ（ＸＤＢ−Ｃ１８、４．６×２５０ｍｍ、３．５ミクロン）カラムを使用して実施した。ＧＣＭＳを、Ｖａｒｉａｎ Ｓａｔｕｒｎ ２０００で、ＤＢ５キャピラリーカラム（３０ｍ×０．２５ｍｍＩ．Ｄ．、フィルム厚さ１．０μ）を使用して実施した。ＭＡＬＤＩ質量スペクトルを、ＰＥ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ Ｖｏｙａｇｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ２０５２で実施した。電子吸収スペクトルを、Ｓｈｉｍａｄｚｕ ＵＶ−３１０１ＰＣ ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ走査型分光光度計を使用して、リン酸緩衝食塩水中で測定した。放射スペクトルを、Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ Ｆｌｕｏｒｏｌｏｇ−３蛍光分光計を使用して、リン酸緩衝食塩水中で記録した。
略語
ＡＦＭ 原子間力顕微鏡
Ａｒｇ アルギニン
ＤＭＦ ジメチルホルムアミド
ＤＬＳ 動的光散乱
ＤＰ 重合度
Ｄｚ 流体力学的直径の強度平均
Ｄｎ 流体力学的直径の数平均
ＥＤＣ−ＨＣｌ １−（３−ジメチルアミノプロピル）−３−エチルカルボジイミド塩酸塩
ＥＳＩ エレクトロスプレーイオン化
ＥｔＯＡｃ 酢酸エチル
ＧＰＣ ゲル浸透クロマトグラフィー
ＨＯＢｔ−Ｈ２Ｏ １−ヒドロキシベンゾトリアゾール水和物
ＨＲＭＳ 高分解能質量分析
ＩＲ 赤外分光法
ＬＣＭＳ 液体クロマトグラフィー−質量分析
ＭｅＯＨ メタノール
Ｍｎ 数平均分子量
ＭＳ 質量分析
ＭＷＣＯ 分子量カットオフ
ＮＭＲ 核磁気共鳴分光法
ＰＢＳ リン酸緩衝食塩水
ＰＤＩ 多分散指数
ＰＭＡ リンモリブデン酸染色
ＰＴＡ リンタングステン酸染色
ＳＣＫ シェル架橋型ナノ粒子
ＴＥＡ トリエチルアミン
ＴＥＭ 透過型電子顕微鏡
ＴＦＡ トリフルオロ酢酸
ＴＨＦ テトラヒドロフラン
ＴＬＣ 薄層クロマトグラフィー。
光架橋剤の化学
光架橋剤の実施例１：３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドビス−ＴＦＡ塩。図４は、実施例１の光架橋剤の生成のための合成経路を例示している。
ステップ１．３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス［２−（ｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル）アミノエチル］ピラジン−２，５−ジカルボキサミドの合成
ＤＭＦ（２５ｍＬ）中、ナトリウム３，６−ジアミノピラジン−２，５−ジカルボキシレート（５００ｍｇ、２．０７ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブチル２−アミノエチルカルバメート（６７３ｍｇ、４．２０ｍｍｏｌ）、ＨＯＢｔ−Ｈ２Ｏ（８３６ｍｇ、５．４６ｍｍｏｌ）およびＥＤＣ・ＨＣｌ（１．０５ｇ、５．４８ｍｍｏｌ）の混合物を、１６時間撹拌し、濃縮した。残渣を、ＥｔＯＡｃ（１００ｍＬ）と１ＮのＮａＨＳＯ４（１００ｍＬ）に分配した。各層を分離し、ＥｔＯＡｃ溶液を、水（１００ｍＬ）、飽和重炭酸ナトリウム（１００ｍＬ）およびブライン（１００ｍＬ）で洗浄した。ＥｔＯＡｃ層を乾燥し（ＭｇＳＯ４）、濾過し、濃縮して、ビスアミド７７０ｍｇ（収率７６％）を橙色の泡状物質として得た。１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６）， 主配座異性体， δ ８．４４ （ｔ， Ｊ ＝ ５．７ Ｈｚ， ２ Ｈ）， ６．９０ （ｔ， Ｊ ＝ ５．７ Ｈｚ， ２ Ｈ）， ６．４８ （ｂｓ， ４ Ｈ）， ２．９３−３．１６ （複雑なｍ， ８ Ｈ）， １．３７ （ｓ， ９ Ｈ）， １．３６ （ｓ， ９ Ｈ）． １３Ｃ ＮＭＲ （７５ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６）， 配座異性体δ １６５．１ （ｓ）， １５５．５ （ｂｓ）， １５５．４ （ｂｓ）， １４６．０ （ｓ）， １２６．２ （ｓ）， ７７．７ （ｂｓ）， ７７．５ （ｂｓ）， ４５．２ （ｂｔ）， ４４．５ （ｂｔ）， ２８．２ （ｑ）．
ステップ２．塩化メチレン（１００ｍＬ）中、ステップ１の生成物（７７０ｍｇ、１．６０ｍｍｏｌ）に、ＴＦＡ（２５ｍＬ）を添加し、反応物を室温で２時間撹拌した。混合物を濃縮し、残渣をメタノール（１５ｍＬ）に溶解させた。エーテル（２００ｍＬ）を添加し、橙色の固体沈殿物を濾過によって単離し、高減圧下で乾燥して、実施例１の光架橋剤６２７ｍｇ（収率７７％）を橙色粉末として得た。１Ｈ ＮＭＲ （３００ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６）， δ ８．７０ （ｔ， Ｊ ＝ ６ Ｈｚ， ２ Ｈ）， ７．８６ （ｂｓ， ６ Ｈ）， ６．５０ （ｂｓ， ４ Ｈ）， ３．４６−３．５８ （ｍ， ４ Ｈ）， ３．２６−３．４０ （ｍ， ４ Ｈ）． １３Ｃ ＮＭＲ （７５ ＭＨｚ， ＤＭＳＯ−ｄ６） δ １６６．４ （ｓ）， １４６．８ （ｓ）， １２７．０ （ｓ）， ３９．４ （ｔ）， ３７．４ （ｔ）．ＬＣＭＳ（０．１％ＴＦＡ中、１０分で５〜９５％勾配のアセトニトリル）、３０ｍｍカラムで単一ピーク保持時間＝３．６２分、（Ｍ＋Ｈ）＋＝２８３。ＵＶ／ｖｉｓ（ＰＢＳ中１００μＭ）λａｂｓ＝４３５ｎｍ。蛍光（１００ｎＭ）λｅｘ＝４４９ｎｍ、λｅｍ＝５６２ｎｍ。
光架橋剤の実施例２：３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドジヒドロクロリド。図４は、実施例２の光架橋剤の生成のための合成経路を例示している。
実施例１、ステップ１の生成物（３５１ｍｇ、０．７３ｍｍｏｌ）を、４ＮのＨＣｌ−ジオキサン（３５ｍＬ）に溶解させ、反応混合物を室温で３０分間撹拌した。反応物を濃縮し、エーテル（１００ｍＬ）と摩砕して、実施例２の光架橋剤２２６ｍｇ（収率８７％）を橙色の固体として得た。ＭＳ（ＥＳＩ）ｍ／ｚ＝２８３［Ｍ＋Ｈ］＋。ＵＶ／ｖｉｓ（ＰＢＳ中１００μＭ）λａｂｓ＝４３５ｎｍ。蛍光（１００ｎＭ）λｅｘ＝４４９ｎｍ、λｅｍ＝５６２ｎｍ。
光架橋剤２の代替合成：（３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（３−（２−（２−（３−アミノプロポキシ）エトキシ）エトキシ）プロピル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドジヒドロクロリド）：ステップ１．ｔｅｒｔ−ブチル１，１’−（３，６−ジアミノピラジン−２，５−ジイル）ビス（１−オキソ−６，９，１２−トリオキサ−２−アザペンタデカン−１５，１−ジイル）ジカルバメートの合成：ＤＭＦ（３５ｍＬ）中、３，６−ジアミノピラジン−２，５−ジカルボン酸（０．３１ｇ、１．５６ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブチル３−（２−（２−（３−アミノプロポキシ）エトキシ）エトキシ）プロピルカルバメート（１．００ｇ、３．１２ｍｍｏｌ）、ＥＤＣ・ＨＣｌ（０．７２ｇ、３．７４ｍｍｏｌ）およびＨＯＢｔ（０．５０、３．７４ｍｍｏｌ）の混合物を、室温で１６時間撹拌した。残渣をＥｔＯＡｃ（１００ｍＬ）と飽和重炭酸ナトリウム（１００ｍＬ）に分配した。各層を分離し、ＥｔＯＡｃ溶液を、５％クエン酸（１００ｍＬ）水溶液およびブライン（１００ｍＬ）で洗浄した。ＥｔＯＡｃ層を乾燥し（ＭｇＳＯ４）、濾過し、濃縮して、ビスアミド１．２ｇ（収率４８％）を橙色の油状物として得た。粗生成物であるビス−アミドを、さらなる精製なしに次のステップで使用した。ＨＲＭＳ Ｃ３６Ｈ６６Ｎ８Ｏ１２Ｎａとしての計算値＝８２５．４６９２ｇ／ｍｏｌ［Ｍ＋Ｎａ］＋；観測値、８２５．４６７４ｇ／ｍｏｌ。
ステップ２．ステップ１の粗混合物（約１．２０ｇ、１．５０ｍｍｏｌ）に、４ＮのＨＣｌ−ジオキサン（１０ｍＬ）を添加し、得られた混合物を室温で１時間撹拌した。減圧下で濃縮し、高減圧下でポンプ処理して、生成物９１０ｍｇ（収率９０％）を粘性の赤色油状物として得た。ＩＲ（ＮａＣｌ）：２９５７、２９４０、１８０９、１７５１、１２３１、１０９８、１０７０、８６６、８３３、７７５ｃｍ−１。ＬＣＭＳ（０．１％ＴＦＡ中、１０分で５〜９５％勾配のアセトニトリル）、３０ｍｍカラムで単一ピーク保持時間＝５．７０分、ＨＲＭＳ Ｃ７２Ｈ１３６Ｎ１０Ｏ３２としての計算値＝６０３．３８２４ｇ／ｍｏｌ［Ｍ＋Ｈ］＋。観測値Ｍ＋Ｈ＝６０３．３８２３ｇ／ｍｏｌ。ＵＶ／ｖｉｓ（ＰＢＳ中１００μＭ）λａｂｓ＝４３５ｎｍ。蛍光（１００ｎＭ）λｅｘ＝４４９ｎｍ、λｅｍ＝５６２ｎｍ。
光架橋剤の実施例４：３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス［Ｎ−（２−アミノエチル）−アルギニンアミド］−ピラジン−２，５−ジカルボキサミドテトラＴＦＡ塩。図５は、実施例４の光架橋剤の生成のための合成経路を例示している。
ステップ１．３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（Ｎ−ｐｂｆ−アルギニンメチルエステル）−ピラジン−２，５−ジカルボキサミドの合成
ＤＭＦ（３５ｍＬ）中、３，６−ジアミノピラジン−２，５−ジカルボン酸（０．９０ｇ、４．５４ｍｍｏｌ）、Ｈ−Ａｒｇ（ｐｂｆ）−ＯＭｅ−ＨＣｌ（４．７７ｇ、９．９９ｍｍｏｌ）、ＥＤＣ（１．５３ｇ、９．９９ｍｍｏｌ）、ＨＯＢｔ（１．３４ｇ、９．９９ｍｍｏｌ）およびＴＥＡ（７２６μＬ、９．９９ｍｍｏｌ）の混合物を、室温で１６時間撹拌した。実施例１の光架橋剤と同様に、濃縮し、後処理した後、シリカゲルプラグで濾過して、粗生成物であるビスアミドを得、それをさらなる精製なしに次のステップで使用した。
ステップ２．３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（Ｎ−ｐｂｆ−アルギニン）−ピラジン−２，５−ジカルボキサミド二リチウム塩の合成
ステップ１の生成物（２．４０ｇ、２．３０ｍｍｏｌ）のＴＨＦ溶液（３５ｍＬ）を、水酸化リチウム（２７６ｍｇ、１１．５ｍｍｏｌ）の水溶液（５．０ｍＬ）で処理した。室温で１時間撹拌した後、ＨＰＬＣ分析によって反応の完了が示された。反応物を、ドライアイスを添加することによってクエンチし、濃縮した。この材料を、さらなる精製なしに次のステップで使用した。
ステップ３．３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス［Ｎ−（２−Ｂｏｃアミノエチル）−アルギニンアミド］−ピラジン−２，５−ジ−カルボキサミドの合成
ＤＭＦ（５０ｍＬ）中、ステップ２の生成物（１．００ｇ、０．９７ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブチル２−アミノエチル−カルバメート（３５０ｍｇ、２．１９ｍｍｏｌ）、ＥＤＣ・ＨＣｌ（４２０ｍｇ、２．１９ｍｍｏｌ）、ＨＯＢｔ（２９０ｍｇ、２．１５ｍｍｏｌ）およびＴＥＡ（約０．５ｍＬ）の混合物を、室温で１６時間撹拌した。反応物を濃縮し、残渣を実施例１の光架橋剤と同様に処理して、生成物１．０５ｇを赤色の半固体として得た。ＭＳ（ＥＳＩ）［Ｍ＋Ｈ］＋＝１３００；［Ｍ＋Ｎａ］＋＝１３２３。この材料を、さらなる精製なしに次のステップで使用した。
ステップ４．実施例４の光架橋剤の合成。ステップ３の生成物（９００ｍｇ、０．６９ｍｍｏｌ）に、ＴＦＡ（９．２５ｍＬ）、水（２５μＬ）およびトリイソプロピルシラン（２５μＬ）を添加した。得られた混合物を、室温で７２時間撹拌した（週末をまたいでが好都合）。反応混合物を濃縮した。残渣を、分取ＨＰＬＣ（Ｃ１８、３０×１５０ｍｍカラム、１２分かけてＨ２Ｏ中５％ＡＣＮ〜９５％、０．１％ＴＦＡ）によって精製して、実施例４の光架橋剤１７８ｍｇ（収率２６％）を、赤色の泡状物質として得た。ＨＲＭＳ Ｃ２２Ｈ４３Ｎ１６Ｏ４としての計算値、５９５．３６４８［Ｍ＋Ｈ］＋；実測値、５９５．３６５４。
ポリ（アクリル酸）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）の化学：ニトロオキシド媒介性ラジカル重合を介するブロックコポリマーの合成
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１０４（Ｉ）の合成：磁気撹拌棒を備えた５０ｍＬのシュレンクフラスコ中、２，２，５−トリメチル−３−（１−フェニルエトキシ）−４−フェニル−３−アザヘキサン（５００ｍｇ、１．３４ｍｍｏｌ）、２，２，５−トリメチル−４−フェニル−３−アザヘキサン−３−ニトロオキシド（１７．０ｍｇ、０．０７７ｍｍｏｌ）およびｔｅｒｔ−ブチルアクリレート（１６．４ｇ、１２８ｍｍｏｌ）を、一緒に混合した。反応混合物を、凍結−ポンプ排出−解凍サイクルに３回かけた。反応物を、予熱した油浴中、１２５℃に急速に加熱した。２３時間後、反応物を液体窒素中でクエンチした。反応混合物をＴＨＦに溶解させ、２０％Ｈ２Ｏを含むＭｅＯＨ中で３回沈殿させて、白色粉末を得た（７．１７ｇ、収率８６％）；Ｍｎ＝１３，７００Ｄａ、ＰＤＩ＝１．１、ＤＰ＝４０、転化率＝６１％。
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１０４−ｂ−ポリ（アセトキシスチレン）４１（ＩＩ）の合成：５０ｍＬのシュレンクフラスコに、Ｉ（２．０ｇ、０．３７ｍｍｏｌ）、４−アセトキシスチレン（５．９５ｇ、３７ｍｍｏｌ）およびＤＭＦ（０．５ｍＬ）を添加して、均質な混合物を得た。反応混合物を、予熱した油浴中で１２５℃に加熱し、撹拌しながら２３時間加熱した。反応物をＴＨＦに溶解させ、２０％Ｈ２Ｏを含むＭｅＯＨ中で３回沈殿させて、白色粉末を得た（５．８１ｇ、収率９１％）；Ｍｎ＝１７，４０２Ｄａ、ＰＤＩ＝１．３、ＤＰ＝７０、転化率＝８０％。
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１１０（ＩＩＩ）の合成：磁気撹拌棒を備えた５０ｍＬのシュレンクフラスコ中、２，２，５−トリメチル−３−（１−フェニルエトキシ）−４−フェニル−３−アザヘキサン（６００ｍｇ、１．８４ｍｍｏｌ）、２，２，５−トリメチル−４−フェニル−３−アザヘキサン−３−ニトロオキシド（２０．０ｍｇ、０．０９２ｍｍｏｌ）およびｔｅｒｔ−ブチルアクリレート（３１．５ｇ、２４５ｍｍｏｌ）を、一緒に混合した。反応混合物を、凍結−ポンプ排出−解凍サイクルに３回かけた。反応物を、予熱した油浴中、１２５℃に急速に加熱した。７２時間後、反応物を液体窒素中でクエンチした。反応混合物をＴＨＦに溶解させ、２０％Ｈ２Ｏを含むＭｅＯＨ中で３回沈殿させて、白色粉末を得た（１９．３３ｇ、収率７３％）；Ｍｎ＝１４，４００Ｄａ、ＰＤＩ＝１．１、ＤＰ＝４０、転化率＝６１％。
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１１０−ｂ−ポリ（アセトキシスチレン）２０７（ＩＶ）の合成：５０ｍＬのシュレンクフラスコに、ＩＩＩ（１．７０ｇ、０．１０８ｍｍｏｌ）、４−アセトキシスチレン（１１．８７ｇ、６４．６ｍｍｏｌ）、２，２，５−トリメチル−４−フェニル−３−アザヘキサン−３−ニトロオキシド（１．１９ｍｇ、５．３９μｍｏｌ）およびＤＭＦ（４．０ｍＬ）を添加して、均質な混合物を得た。反応混合物を、予熱した油浴中で１２５℃に加熱し、８時間撹拌した。反応物をＴＨＦに溶解させ、２０％Ｈ２Ｏを含むＭｅＯＨ中で３回沈殿させて、白色粉末を得た（３．８４ｇ、収率７４％）；Ｍｎ＝４８，３００Ｄａ、ＰＤＩ＝１．３、ＤＰ＝２００、転化率＝３５％。
ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１０４−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）４１（Ｖ）またはポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）１１０−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）２０７（ＶＩ）を得るためのＩＩまたはＩＶの加水分解：２５ｍＬのｒｂフラスコに、ＩＩ（３．０ｇ、０．１４８ｍｍｏｌ）またはＩＶ（３．８４ｇ、０．０８ｍｍｏｌ）およびＭｅＯＨ（１０ｍＬ）を添加し、室温で１０分間撹拌した。濁った混合物を、ゆっくり加熱還流した。溶液が透明になったらすぐに、ナトリウムメトキシド（ＭｅＯＨ中２５％）（２６ｍｇ、０．１２ｍｍｏｌまたは７６ｍｇ、０．３５ｍｍｏｌ）を、反応ポットにシリンジで入れた。反応混合物を、４時間加熱還流させた。反応混合物を、酢酸（４％水溶液）中で沈殿させて、２．６ｇ（収率９５％）、Ｍｎ ＮＭＲ＝１８，６００Ｄａ（Ｖ）または３．０ｇ（収率９７％）、Ｍｎ ＮＭＲ＝３８，７００Ｄａ（ＶＩ）を得た。
ポリ（アクリル酸）１０４−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）４１（ＶＩＩ）またはポリ（アクリル酸）１１０−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）２０７（ＶＩＩＩ）を得るためのＶまたはＶＩの酸分解：撹拌棒を備えたシュレンクフラスコに、Ｖ（２．５ｇ、０．１３４ｍｍｏｌ）またはＶＩ（２．９ｇ、０．０７５ｍｍｏｌ）を添加した。過剰量のトリフルオロ酢酸（２０．２ｇ、１７７ｍｍｏｌ）を、シリンジで反応ポットに入れて、ブロックコポリマーを可溶化し、２４時間撹拌した。反応混合物を塩化メチレン１０ｍＬに溶解させた。残りの酸および溶媒を、減圧下で除去した。精製過程を３回反復した。わずかに桃色の溶液を、超純水で３日間透析し、凍結乾燥して、白色ポリマー１．６ｇまたは２．４ｇを得た（収率９５％または９４％）。ＩＲ（ｖ）：３４３８（ＯＨ分子間、分子内のＨ結合）、２９２８（ＣＯＯＨダイマー）、１６５４（ＣＯＯＨ分子内のＨ結合）、１５６０−１３８４（ＣＯＯＨアニオン）、１２４９（アリール−ＯＨ）、１１７２−１１２３（Ｃ−ＯＨ）ｃｍ−１。
フォトニックシェル架橋型ナノ粒子のプローブ化学
ＶＩＩまたはＶＩＩＩからのミセルの調製：まず、２ｍｇのブロックコポリマーＶＩＩまたはＶＩＩＩを超純水１５ｍＬに溶解させ、１２時間撹拌することによって、ミセルを調製した。
ミセルからのシェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）の調製：ミセル溶液のｐＨを５〜６に調整した。電動ピペットを使用して、６．２５ｍｏｌ％または１２．５ｍｏｌ％のジアミン末端化架橋剤（濃度２．３９２ｍｇ／ｍＬまたは６．２９５７ｍｇ／ｍＬの原液から）を、ミセル溶液に添加して、３時間撹拌した。この反応混合物に、超純水に溶解させた１−［３−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド溶液（１２．５ｍｏｌ％または２５．０ｍｏｌ％）を、計量ポンプによって滴下添加した。反応混合物を、室温で２４時間撹拌し、次に予浸した透析膜管（ＭＷＣＯ約３．５ｋＤａ）に移し、５ｍＭのＰＢＳ溶液で３日間透析して、小分子を除去した。ＴＥＭおよびＡＦＭ研究のために、ＳＣＫ溶液を超純水でさらに３日間透析し、そのｐＨを、ＮａＯＨ／ＨＣｌを添加することによって所望の値に調整した。ＤＬＳ、ＵＶ−ｖｉｓおよび蛍光研究のために、ＳＣＫ溶液を、さらに、それぞれ５ｍＭのＰＢＳを含有するｐＨ値４．５、６．１、８．０、９．５、１１．０および１２．８の６つのバイアルに分けて入れた。
特徴付けの方法：ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によるポリマーの特徴付け：ポリマーＩ、ＩＩ、ＩＩＩおよびＩＶの分子量および分子量分布（ＰＤＩ）を、ＧＰＣによって決定した。ＧＰＣを、Ｗａｔｅｒｓ ２４１４示差屈折計、ＰＤ２０２０デュアルアングル（１５°および９０°）光散乱検出器（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｉｎｃ．）および３カラムシリーズのＰＬゲル５μｍ Ｍｉｘｅｄ Ｃ、５００Åおよび１０４Å、３００×７．５ｍｍカラム（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．）を備えたＷａｔｅｒｓ １５１５ ＨＰＬＣ（Ｗａｔｅｒｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｉｎｃ．）で実施した。この系を、ポリマー溶媒および溶離液として働く無水ＴＨＦ中、３５℃において流速１．０ｍＬ／分で平衡化した。ポリマー溶液を、公知の濃度（約３ｍｇ／ｍＬ）で調製し、注入量２００μＬを使用した。データ収集および分析を、それぞれＰｒｅｃｉｓｉｏｎ ＡｃｑｕｉｒｅソフトウェアおよびＤｉｓｃｏｖｅｒｙ ３２ソフトウェア（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｉｎｃ．）で実施した。検出器間ディレイボリュームおよび光散乱検出器の較正定数を、ほぼ単分散系のポリスチレン標準（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｐ＝９０ｋＤａ、Ｍｗ／Ｍｎ＜１．０４）を使用する較正によって決定した。示差屈折計を、公知の特定の屈折率増分ｄｎ／ｄｃ（０．１８４ｍＬ／ｇ）を有する標準ポリスチレン参照材料（ＳＲＭ７０６ＮＩＳＴ）で較正した。次に、分析したポリマーのｄｎ／ｄｃ値を、示差屈折計応答から決定した。
ＳＣＫまたはミセルの動的光散乱（ＤＬＳ）による分析：水溶液中のＳＣＫの流体力学的直径（Ｄｚ、Ｄｎ）およびサイズ分布を、動的光散乱（ＤＬＳ）によって決定した。ＤＬＳ計装は、モデルＢＩ−２００ＳＭ角度計、モデルＢＩ−９０００ＡＴデジタル相関器、モデルＥＭＩ−９８６５光電子増倍管、およびモデル９５−２Ａｒイオンレーザー（Ｌｅｘｅｌ Ｃｏｒｐ．；ニューヨーク州ファーミンデール）を含む、Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ（ニューヨーク州ホルツビル）系からなっており、５１４．５ｎｍで操作した。測定を、２０（１℃で実施した。分析の前に、溶液を、モデル５４１４微量遠心管（Ｂｒｉｎｋｍａｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．；ニューヨーク州ウェストバリー）で４分間遠心分離機にかけて、粉塵粒子を除去した。散乱光を９０°の固定角で収集した。デジタル相関器を、５２２の比率間隔のチャネル、初期遅延０．１μｓ、最終的な遅延５．０μｓおよび持続時間１５分間で操作した。開口部２００μｍの光電子増倍管を使用し、入射レーザー強度を調整して、光子計数２００ｋｃｐｓを得た。強度の自己相関関数のベースラインの測定値および計算値が、０．１％以内で一致した測定値のみを使用して、粒径を算出した。粒径分布および分布平均の算出を、ＩＳＤＡソフトウェアパッケージ（Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）で、単一指数フィッティング、キュムラント分析および制限付き非負最小二乗による粒径分布分析のルーチンを使用して実施した。ＮａＨ２ＰＯ４７．５６４ｇ、Ｎａ２ＨＰＯ４１９．６８１ｇ、およびＮａＣｌ１１．６８８ｇを、超純水４リットルに溶解することによって、ＰＢＳ原液を生成した。溶解が完了した後、ＮａＯＨまたはＨＣｌを添加して、所望のｐＨ値を得た。粉塵および任意の大型の非ミセル凝集物を除去するために、細孔径０．４５μｍのナイロン膜フィルターを使用して試料を濾過した。
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によるＳＣＫまたはミセルの分析：ＳＣＣの高さ測定および分布を、空気中、周囲条件で、タッピングモードＡＦＭによって決定した。ＡＦＭ計装は、Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ＩＩＩ ＢｉｏＳｃｏｐｅ系（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、Ｖｅｅｃｏ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ；カリフォルニア州サンタバーバラ）および標準のシリコンチップ（タイプＯＴＥＳＰＡ−７０；Ｌ、１６０μｍ；法線方向バネ定数、５０Ｎ／ｍ；共振周波数、２２４〜２７２ｋＨｚ）からなっていた。新しく劈開した雲母上に試料溶液を滴下して（２μＬ）、堆積させ、風乾させた。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）によるＳＣＫまたはミセルの分析：ＴＥＭ試料を水（９：１）で希釈し、１％リンタングステン酸（ＰＴＡ）染色でさらに希釈した（１：１）。カーボングリッドを、プラズマ処理によって調製して、表面の親水性を増大させた。顕微鏡写真を１００，０００倍の拡大率で収集し、ＮＩＳＴから得た４１ｎｍのポリアクリルアミドビーズ標準を使用して較正した。粒径のヒストグラムを、少なくとも３つの異なる顕微鏡写真から最少１５０個の粒子を分析することによって作成した。
ＵＶ−ｖｉｓ／蛍光によるＳＣＫの分析：ＵＶ−ｖｉｓ分光法データを、Ｖａｒｉａｎ Ｃａｒｙ １Ｅ ＵＶ−ｖｉｓ分光光度計で得た。蛍光分光法データを、Ｖａｒｉａｎ Ｃａｒｙ Ｅｃｌｉｐｓｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ分光光度計で得た。各試料を、ナノ粒子の原液から、独立に約０．１３ｍｇ／ｍＬで調製した。４．５、６．１、８．０、９．５、１１．０および１２．８の様々なｐＨ値の試料溶液を、λｅｍ＝４３５ｎｍで励起し、４４５〜８００ｎｍの範囲の蛍光放射スペクトルを記録した。
（実施例３）さらなる連結系
さらなる化学を、さらなる光架橋系のために使用した。例えば、実施例４の架橋剤を、以下に示す。本明細書に記載のリンカーおよび架橋剤を調製し、使用するための置換基および方法は、本明細書に記載の情報と共に、当技術分野で公知である。
（実施例４）官能化できる架橋ナノ構造物の構築
過去１０年の間に、両親媒性ブロックコポリマー前駆体に由来する集合したナノ尺度のミセルおよび小胞は、薬物ならびに他の診断剤および治療剤を制御送達することから、特定の疾患を標的にし、様々な官能基を導入することによって生物学的機構を報告することまで、ナノ医療分野での適用の見込みがあることに起因して、かなり大きな注目を集めてきた。かかるナノ尺度系の熱力学的安定性は、ミセル／小胞の臨界濃度を超えて初めて得られるため、この系のインビボでの安定性が関心の対象になる。この制限を克服するために、ミセルのシェル／コア領域または小胞の膜領域にわたる共有結合による架橋が開発され、強固なナノ構造物を提供するための有効な方法論として実証されてきた。
この実施例では、官能性ブロックコポリマー系を、予め取り付けられた活性エステルをアミド化部位として含有するＮ−アクリルオキシスクシンイミド（ＮＡＳ）モノマーの基本単位に基づいて確立した。一連のピラジン系ジアミノ架橋剤（この実施例４のスキーム１、架橋剤１〜３）を、モニタ用プローブとして作用するピラジンとの反応中に、潜在的に可能な因子を探索するために設計した。さらに、これらの架橋型ナノ構造物の光物理的特性を調査して、光学造影およびモニタリングに潜在的に可能な適用も探索した。
実施例４のスキーム１：ピラジン系ジアミノ架橋剤の化学構造。構造２は、ＭＰ−３１４２とも呼ばれる。構造３は、ＭＰ−３１９２とも呼ばれる。
結果および議論
この実施例４のスキーム２に図示する通り、可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合によって、ＰＥＯ４５に基づく高分子連鎖移動剤（高分子ＣＴＡ）から出発して、十分に定義されたジブロックコポリマーＰＥＯ４５−ｂ−ＰＮＡＳ９５およびＰＥＯ４５−ｂ−ＰＮＡＳ１０５を得た。これら２種のポリマーのＧＰＣ分析（実施例４のスキーム２、挿入図）は、ＮＡＳモノマー転化率がより高くても（それぞれ９０％および９５％）、単峰性の分子量分布を明示した。スチレンによるさらなる鎖延長によって、トリブロックコポリマーＰＥＯ４５−ｂ−ＰＮＡＳ９５−ｂ−ＰＳ６０（化合物４）およびＰＥＯ４５−ｂ−ＰＮＡＳ１０５−ｂ−ＰＳ５０（化合物５）を得た。
実施例４のスキーム２。両親媒性トリブロックコポリマーの調製。挿入図は、ジブロックコポリマー（上）およびトリブロックコポリマー（下）のＤＭＦ ＳＥＣプロファイルである。
ＰＥＯに選択的な溶媒である水を、すべてのブロックに共通の溶媒であるＤＭＦ中のポリマー前駆体溶液に添加することからなる、典型的な自己集合プロトコルを使用した。興味深いことに、化合物４から、約５０ｎｍの流体力学的直径を有するミセルが得られると同時に、約３００ｎｍの流体力学的直径を有する多区画ミセルが、化合物５の集合体から生成された（図８参照）。図８は、実施例４の化合物４から生成されたミセルのＴＥＭ画像（左）、および実施例４の化合物５から生成された多区画ミセルのＴＥＭ画像（右）を提供する。
架橋剤１および２の架橋／官能化効率は、ほぼ同一であったが、架橋剤２の親水性は増大した。それぞれ名目上の架橋度（それぞれ２０％、５０％および１００％）で、実際の架橋度は最大３０％であった。正電荷を担持する架橋剤３を使用すると、それぞれ名目上の架橋度で、実際の架橋度が最大６０％まで劇的に改善された。この改善は、二官能性ビス−アルギニル−ピラジン３のグアニジン部分と、ミセル形成過程中の活性エステルの部分的な加水分解によって生成されたコポリマーＮＡＳに由来するカルボキシレートとの間の、強い静電相互作用に起因し得る。本発明は、１つまたは複数の天然または非天然アミノ酸基、特にアルギニン、リシン、ヒスチジン、オルニチンおよびホモアルギニンなどの１つまたは複数の塩基性アミノ酸を有する様々な架橋部分の使用を含む。したがって、グアニジン−カルボキシレート複合体を介して、架橋剤３とミセル／多区画ミセルとを予め配位させることによって、鎖間アミド架橋反応の効率が大きく強化された。これらのナノ物体のすべての形態が、名目上２０％および５０％の架橋度で架橋された後に、ミセルおよび多区画ミセルで維持され、名目上１００％の架橋度で、異なる形態が架橋ミセルで観測された。
次に、これらのフォトニックナノ粒子および多区画ミセルの光物理的特性を測定した。架橋剤１および２については、名目上１００％架橋されたナノ粒子だけが、架橋剤自体と類似のＵＶ−Ｖｉｓプロファイルを示し、名目上２０％架橋されたミセルでは、青色シフト（約３５ｎｍ）が観測された。架橋剤３でも、名目上２０％架橋されたミセルで青色シフト（約４０ｎｍ）が観測されたが、名目上５０％架橋されたナノ粒子は、４４０ｎｍで架橋剤と同じ最大ＵＶ−Ｖｉｓ吸収を既に示した。これらのナノ物体のすべてが、ｐＨ５．５〜８．５の範囲で最大３００％のｐＨ感受性の蛍光増強を示した。ＤＬＳで測定すると、調査したｐＨ範囲において、これらのナノ粒子および多区画ミセルには、明らかな流体力学的直径の変化はなかった。
官能化ＰＮＡＳセグメントを有する新しい両親媒性トリブロックコポリマー系を確立した。この官能性ポリマーをさらに処理することによって、興味深い化学量論的特性およびｐＨ感受性の光物理的特性を担持する、官能化されたナノ構造物が得られた。この方法により、実際の架橋度を容易に定量化することもできた。
この実施例は、ナノ尺度の官能性の物体に変形することができる十分に定義された反応性ブロックコポリマーを提供するために、官能性モノマーのラジカル重合を制御することの有用性を強調するものである。可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合を使用して、十分に定義された両親媒性トリブロックコポリマーであるポリ（エチレンオキシド）−ｂ−ポリ（Ｎ−アクリルオキシスクシンイミド）−ｂ−ポリスチレン（ＰＥＯ−ｂ−ＰＮＡＳ−ｂ−ＰＳ）を得た。これらのポリマー前駆体は集合して、水性媒体中で、高度に官能化できるナノ粒子およびナノ尺度の多区画ミセルになった。アミド化の間に、一連のピラジン系ジアミノ架橋剤によってｉｎ ｓｉｔｕで架橋した後、反応効率は、架橋剤の組成および特性に伴って変わることが明らかになった。ピラジンフルオロフォアの光物理的特性（すなわちＵＶ吸収および蛍光）は、ポリマー集合体に共有結合により組み込まれた後に変化することも見出された。これらの結果は、架橋度を直接的に「可視化」するだけでなく、光架橋されたナノ構造物が、光学造影およびモニタリングに利用され得ることも実証した。
（実施例５）ドキソルビシン（ＤＯＸ）の組込みおよび放出を伴う光学造影および療法のためのシェル架橋型ナノ粒子
図１１および１２に示したデータに関して、以下の手順に従った。
球状ミセルの形成：溶液のｐＨが１２の超純水５５．２ｍＬに、ＰＡＡ１４０−ｂ−ＰｐＨＳ５０（Ｍｎ＝１６．４ｋＤａ；Ｍｗ／Ｍｎ＝１．１４）２５．７ｍｇを添加し、溶液を３時間撹拌した。数滴の塩酸を添加することによって溶液のｐＨを約６に調整し、さらに終夜撹拌して、最終的なポリマー濃度を約０．３ｍｇ／ｍＬにした。
棒状ナノ構造物の形成：溶液のｐＨが６の超純水８５．５ｍＬに、ＰＡＡ１４０−ｂ−ＰｐＨＳ５０（Ｍｎ＝１６．４ｋＤａ；Ｍｗ／Ｍｎ＝１．１４）２５．７ｍｇを添加し、溶液を終夜撹拌した。
シェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）または棒状ナノ構造物（棒状ＳＣ）の調製：３つのバイアルのそれぞれに、ポリマー濃度が約０．３ｍｇ／ｍＬの球状ミセルまたは棒状ナノ構造物の溶液２５ｍＬを添加した。各バイアルに、異なる量の架橋発色団ＭＰ−３１４２またはＭＰ−３１９２（１．１、５．５または１１モル当量）を、電動ピペットを使用して添加し、２時間撹拌した。この反応混合物に、計量ポンプを介して、超純水に溶解させた１−［３−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジドの新しく調製した溶液（２．８、１４または２８モル当量）を滴下添加した。反応混合物を室温で２４時間撹拌し、次に予浸した透析膜管（ＭＷＣＯ約６〜８ｋＤａ）に移し、５ｍＭのＰＢＳで３日間、および超純水で１日透析して、遊離している架橋発色団および尿素副生成物を除去した。組み込まれた架橋発色団の百分率を、ＵＶ−ｖｉｓ分光法によって決定した。
ＤＯＸが入れられた球状ＳＣＫまたは棒状ＳＣの調製の一般手順：ドキソルビシン溶液（ジメチルホルムアミドおよびトリエチルアミン（３当量）中０．９ｍｇ／ｍＬ、ＳＣＫまたは棒状ＳＣに対して３０％ｗ／ｗ）を、磁気撹拌子およびＳＣＫまたは棒状ＳＣの溶液（７ｍＬ）を含有するバイアルに添加した。溶液を光から保護し、終夜撹拌した。次に、溶液を遠心濾過デバイスに移し（Ａｍｉｃｏｎ Ｕｌｔｒａ ４、ＭＷＣＯ３０ｋＤａ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐ．、米国マサチューセッツ州ビレリカ）、５ｍＭのＰＢＳ、ｐＨ７．４緩衝液で３７℃において広範に洗浄して、組み込まれなかったすべてのＤＯＸを除去した。数回の洗浄サイクル後、濾液をＵＶ−ｖｉｓ（４８８ｎｍ）によって分析して、遊離ＤＯＸの除去が成功したことを確認した。組み込まれたＤＯＸの量を、ＵＶ−ｖｉｓによって決定した（４８０ｎｍ、ε＝１３０５０Ｍ−１ｃｍ−１）。一例では、ＭＰ−３１４２架橋剤を使用して、棒状ＳＣに約３６ｗｔ％のＤＯＸが入れられた。一例では、ＭＰ−３１４２架橋剤を使用して、球状ＳＣＫに約１７ｗｔ％のＤＯＸが入れられた。一例では、ＭＰ−３１９２架橋剤を使用して、棒状ＳＣに約１２ｗｔ％のＤＯＸが入れられた。
ＤＯＸ放出実験の一般手順：予浸した透析カセット（Ｓｌｉｄｅ−Ａ−Ｌｙｚｅｒ、ＭＷＣＯ１０ｋＤａ、Ｐｉｅｒｃｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、米国イリノイ州ロックフォード）に、ＤＯＸが入れられたＳＣＫまたは棒状ＳＣの溶液約７ｍＬを添加した。このカセットを、５ｍＭのＰＢＳ４Ｌ、ｐＨ５．０または７．４を含有するビーカー内で、３７℃において５２時間撹拌した。試料（約１ｍＬ）を、０、１、２、３、５、７、９、１５、２１、２７、３９および５２時間目にカセットから取り出し、ＵＶ−ｖｉｓ分光法によって分析し（４８８ｎｍ、ε＝１３０５０Ｍ−１ｃｍ−１）、分析直後にカセットに注入して戻した。次に、ＤＯＸ放出データ点を三次多項式にフィットさせた。結果を図１０〜１３に示す。
図１４に示した結果に関して、以下の手順に従った。
棒状ミセル（１）の調製：磁気撹拌棒を備えた１００ｍＬのＲＢフラスコに、ＰＡＡ１４０−ｂ−ＰｐＨＳ５０（９３ｍｇ、５．７μｍｏｌ）および超純水（９１ｍＬ）を添加して、約１．０ｍｇ／ｍＬのポリマー濃度を得た。混合物を室温で２時間撹拌した。一定分量の溶液（２５ｍＬ）を、１００ｍＬのＲＢフラスコに添加し、超純水（６０ｍＬ）で希釈して、約０．３ｍｇ／ｍＬの最終的なポリマー濃度を得た。溶液を室温で終夜撹拌した。
球状ミセル（２）の調製：磁気撹拌棒を備えた１００ｍＬのＲＢフラスコに、ＰＡＡ１４０−ｂ−ＰｐＨＳ５０（１５ｍｇ、０．９μｍｏｌ）５０ｍＬを添加した。ＮａＯＨペレットを添加することによって、ｐＨ値を約１２に調節して、透明溶液を得た。ＨＣｌを滴下添加して、溶液のｐＨ値を約７に低減することによって、ミセル形成を開始した。ミセル溶液を室温で１２時間撹拌した。Ｈａｖ＝５±２ｎｍ（ＡＦＭ）；Ｄａｖ＝１６±３ｎｍ（ＴＥＭ）；ＤＬＳによって測定されたＤｈは、ｐＨ依存性であった。データの参照［１３］を参照。
シェル架橋型棒状ナノ構造物（ＳＣＲ）の調製：磁気撹拌棒を備えた５０ｍＬのＲＢフラスコに、超純水中の１の溶液（２８ｍＬ、カルボン酸残基７２μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、架橋度２％では３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミド溶液（０．２ｍｇ、０．６μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して０．８ｍｏｌ％）を添加するか、または架橋度６％では１．０ｍｇ、２．８μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．９ｍｏｌ％）を添加するか、または架橋度１０％では２．０ｍｇ、５．６μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して７．９ｍｏｌ％）を添加した。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド溶液（ＥＤＣＩ、架橋度２％では０．４ｍｇ、１μｍｏｌ、または架橋度６％では２．１ｍｇ、７．２μｍｏｌ、または架橋度９％では４．３ｍｇ、１４μｍｏｌ）を１時間かけて滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、円柱状シェル架橋型、ＳＣＲ２％、ＳＣＲ６％またはＳＣＲ９％の水溶液を得た（最終的なポリマー濃度：それぞれ０．３５ｍｇ／ｍＬ、０．３ｍｇ／ｍＬ、０．２８ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。ＳＣＲ２％、ＳＣＲ６％およびＳＣＲ９％は、ＴＥＭによって幅２３±２ｎｍおよびミクロン長１００ｎｍと測定された。
シェル架橋型の球状ナノ粒子（ＳＣＫ）の調製：磁気撹拌棒を備えた５０ｍＬのＲＢフラスコに、超純水中の２の溶液（２５ｍＬ、カルボン酸残基６８μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、架橋度２％では３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミド溶液（０．２ｍｇ、０．５μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して０．８ｍｏｌ％）を添加するか、または架橋度６％では１．０ｍｇ、２．７μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．９ｍｏｌ％）を添加するか、または架橋度９％では２．０ｍｇ、５．４μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して７．９ｍｏｌ％）を添加した。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド溶液（ＥＤＣＩ、架橋度２％では０．４ｍｇ、１μｍｏｌ、または架橋度６％では２．０ｍｇ、６．８μｍｏｌ、または架橋度１０％では４．１ｍｇ、１４μｍｏｌ）を１時間かけて滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、シェル架橋型の球状ナノ粒子、ＳＣＫ２％、ＳＣＫ６％またはＳＣＫ９％の水溶液を得た（最終的なポリマー濃度：それぞれ０．２５ｍｇ／ｍＬ、０．２４ｍｇ／ｍＬ、０．２４ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。ＳＣＫ２％、ＳＣＫ６％およびＳＣＫ９％は、数平均分布動的光散乱測定によって２７±３ｎｍと測定された。ＳＣＫ２％、ＳＣＫ６％およびＳＣＫ９％は、ＴＥＭによって直径２３±２ｎｍと測定された。
ＳＣＲへのＤＯＸの封入：磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ＳＣＲ２％（６．５ｍＬ、ポリマー２．０ｍｇ）、ＳＣＲ６％（７．２ｍＬ、ポリマー２．１ｍｇ）またはＳＣＲ９％（８．９ｍＬ、ポリマー２．５ｍｇ）の溶液を添加した。この溶液に５０ｗｔ％のドキソルビシンを添加した（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドおよびトリエチルアミン中０．９４ｍｇ／ｍＬ）（ＳＣＲ２％では１．１ｍＬ、ＳＣＲ６％では１．１ｍＬ、ＳＣＲ９％では１．３ｍＬ）。反応混合物を含有するシンチレーションバイアルを、アルミニウム箔で覆い、終夜室温で撹拌した。次に、溶液を遠心濾過デバイスに移し（Ａｍｉｃｏｎ Ｕｌｔｒａ ４、ＭＷＣＯ３０ｋＤａ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐ．、米国マサチューセッツ州ビレリカ）、１００ｍＭのＰＢＳ緩衝液、ｐＨ７．４で３７℃において広範に洗浄して、組み込まれなかったすべてのＤＯＸを除去した。数回の洗浄サイクル後、濾液をＵＶ−ｖｉｓ（４８８ｎｍ）によって分析して、遊離ＤＯＸの除去が成功したことを確認した。
ＳＣＫへのＤＯＸの封入：磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ＳＣＫ２％（８．０ｍＬ、ポリマー２．０ｍｇ）、ＳＣＫ６％（８．０ｍＬ、ポリマー１．９ｍｇ）またはＳＣＫ９％（８．０ｍＬ、ポリマー１．９ｍｇ）の溶液を添加した。この溶液に５０ｗｔ％のドキソルビシンを添加した（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドおよびトリエチルアミン中０．９４ｍｇ／ｍＬ）（ＳＣＫ２％では１．１ｍＬ、ＳＣＫ６％では１．０ｍＬ、ＳＣＫ９％では１．０ｍＬ）。反応混合物を含有するシンチレーションバイアルを、アルミニウム箔で覆い、終夜室温で撹拌した。次に、溶液を遠心濾過デバイスに移し（Ａｍｉｃｏｎ Ｕｌｔｒａ ４、ＭＷＣＯ３０ｋＤａ、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐ．、米国マサチューセッツ州ビレリカ）、１００ｍＭのＰＢＳ緩衝液、ｐＨ７．４で３７℃において広範に洗浄して、組み込まれなかったすべてのＤＯＸを除去した。数回の洗浄サイクル後、濾液をＵＶ−ｖｉｓ（４８８ｎｍ）によって分析して、遊離ＤＯＸの除去が成功したことを確認した。
ＤＯＸ放出実験：ＤＯＸ−ＳＣＲまたはＤＯＸ−ＳＣＫ（約４ｍＬ）を、予浸した透析カセットに移した（Ｓｌｉｄｅ−Ａ−Ｌｙｚｅｒ、ＭＷＣＯ１０ｋＤａ、Ｐｉｅｒｃｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、米国イリノイ州ロックフォード）。次に、このカセットを、５ｍＭのＰＢＳ４Ｌ、ｐＨ７．４またはｐＨ５．０を含有するビーカー内で、３７℃において６８時間、暗室内で撹拌した。試料（約１．５ｍＬ）を、０、１、２、４、６、９、１２、１８、２４、３０、４０、５０および６０時間目にカセットから取り出し、ＵＶ−ｖｉｓによって分析し（ＰＢＳ中、較正曲線によって決定して、４８８ｎｍ、ε＝１２５００Ｍ−１ｃｍ−１）、次にカセットに戻した。すべての放出実験を三連で実施した。
ＤＯＸの封入および放出の結果
ＤＯＸが入れられた棒状（ＤＯＸ−ＳＣＲ）および球状シェル架橋型（ＤＯＸ−ＳＣＫ）ナノ構造物（図１０）は、ゲストの封入および放出挙動において著しい差異を示した。ＤＯＸ−ＳＣＲは、約３６ｗｔ％の薬物を入れることができるが、ＵＶ−ｖｉｓ分光法によって測定すると、ＤＯＸ−ＳＣＫ試料では約１７ｗｔ％の封入が観測された。ＳＣＲ対ＳＣＫにおける封入能力の明らかな差異は、棒の中間区分に独特に存在する高いブロックコポリマー鎖密度、または棒内部の高いコア体積、またはその両方の効果の組合せに起因して生じ得る。架橋密度が異なる（２％、６％または９％）ＤＯＸ−ＳＣＫおよびＤＯＸ−ＳＣＲのそれぞれの３種類の試料を使用して、５ｍＭのＰＢＳ（ｐＨ５．０または７．４）で、３７℃で６８時間にわたって、透析カセットからの放出実験を実施した。遊離ＤＯＸの対照溶液では、いずれのｐＨ値でも３時間で透析カセットからの放出率が９５％に達し、４時間以内に放出が完了した。非架橋ミセル類似体は、いずれのｐＨ値でも１０時間以内に、被包された薬物分子を７０％以上、突発的に放出した。しかし、シェルが架橋された対応物は、ゲスト分子を制御放出し、その放出速度は、溶液のｐＨによって最も著しく支配されたが、ナノ構造物の形態および架橋密度によっても支配された（図１４）。溶液の２種類のｐＨ値におけるＤＯＸ−ＳＣＲまたはＤＯＸ−ＳＣＫからの放出プロファイルに観測された差異は、プロトン化ＤＯＸ分子と、脱プロトン化またはプロトン化ＰＡＡ残基との間の相対的なイオン引力に起因していた。溶液のｐＨが５．０の場合、ｐＨ７．４よりも多量のＰＡＡ単位がプロトン化され、それによってプロトン化ＤＯＸ分子とのイオン性相互作用が喪失した。この事象は、両方の形態で観測された。
観測された、ＤＯＸをＳＣＲに入れるより高い能力およびより高い放出度は、直感に反した興味深い結果である。ＳＣＲは、初期の定常状態の封入条件下で、より多量のＤＯＸを入れることができ、さらには動的透析条件下でも、より多量に放出することができるように見えた。したがって、使用したｐＨ範囲にわたって、ＳＣＲの全体的な寸法および構造が実験を通して無傷のままであったかどうかを確認するための研究を実施した。ＳＣＲは、ｐＨ４．７、ｐＨ７．４および１２．７では棒状ナノ構造物として残存していた。ｐＨ１２．７に曝され、最も低い架橋度を有するＳＣＲだけに関しては、ＰＡＡブロックとＰｐＨＳブロックの両方が脱プロトン化されて水溶性を引き起こすことに起因して、ナノ集合体の破壊が観測された（データ示さず）。より高い架橋密度では（すなわち、ＳＣＲ６％およびＳＣＲ９％）、十分な量の架橋によって一緒に保持される全体的な棒状の維持が、ＴＥＭによって観測された。したがって、ＳＣＲ対ＳＣＫのＤＯＸ封入および放出における差異は、鎖の充填密度の差異に起因すると説明される。ＳＣＲは、主鎖およびエンドキャップに沿って不均一性を有し、それによって多くの部位がＤＯＸを充填できるようになり、より高い封入能力に順応することができる。より高い放出度を説明することは困難であった。様々な架橋密度のＤＯＸ−ＳＣＲまたはＤＯＸ−ＳＣＫからの放出プロファイルにおいて観測されたわずかな差異を理解するには、数学的モデルの利用が必要であった。
ＤＯＸ放出の動態の定量的決定は、実験データを、一般的な形状のマトリックスからの薬物のＦｉｃｋｉａｎ拡散に関する指数関数的関係、すなわちＨｉｇｕｃｈｉ等式に合わせることによって行った（Ｍ． Ｒ． Ｂｒｏｐｈｙ、Ｐ． Ｂ． Ｄｅａｓｙ、Ｉｎｔ． Ｊ． Ｐｈａｒｍ．１９８７年、３７巻、４１頁；Ｔ． Ｈｉｇｕｃｈｉ、Ｊ． Ｐｈａｒｍ． Ｓｃｉ． １９６３年、５２巻、１１４５頁；Ｌ． Ｓｅｒｒａ、Ｊ． Ｄｏｍｅｎｅｃｈ、Ｎ． Ａ． Ｐｅｐｐａｓ、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ２００６年、２７巻、５４４０頁）
式中、Ｍｔ／Ｍ∞は、所与の時間において放出される薬物の割合であり、ｋは薬物放出の速度定数であり、ｔは時間である。放出時間の平方根に対してプロットしたＤＯＸ放出の割合は、初期の５０％の薬物放出についてはおよそ線形であったが、このことはＨｉｇｕｃｈｉモデルの制限と一致している。Ｈｉｇｕｃｈｉプロットから算出される速度定数ｋは、すべてのＳＣＲおよびＳＣＫに関して、ｐＨ７．４と比較してｐＨ５．０における薬物放出の方が速い動態であり、ＳＣＫと比較してＳＣＲからの薬物放出の方が速い放出動態であったが、様々な架橋密度でも速度の差異はわずかであったことを示した（表１）。ｐＨ５．０またはｐＨ７．４の緩衝水溶液におけるＳＣＫ２％、ＳＣＫ６％およびＳＣＫ９％のＤＯＸ放出プロファイルのＨｉｇｕｃｈｉプロットを、図２５Ａに示す。ｐＨ５．０またはｐＨ７．４の緩衝水溶液におけるＳＣＲ２％、ＳＣＲ６％およびＳＣＲ９％のＤＯＸ放出プロファイルのＨｉｇｕｃｈｉプロットを、図２５Ｂに示す。ｐＨ５．０またはｐＨ７．４の緩衝水溶液におけるｒＳＣＲ２％、ｒＳＣＲ６％およびｒＳＣＲ９％のＤＯＸ放出プロファイルのＨｉｇｕｃｈｉプロットを、図２５Ｃに示す。
ＤＯＸ放出プロファイルの差異および類似性をさらに定量的に理解するために、モデルに依存しない方法を使用して、差異因子ｆ１および類似性因子ｆ２を算出した（Ｆ． Ｏ． Ｃｏｓｔａ、Ｊ． Ｊ． Ｓ． Ｓｏｕｓａ、Ａ． Ｐａｉｓ、Ｓ． Ｊ． Ｆｏｒｍｏｓｉｎｈｏ、Ｊ． Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅｌｅａｓｅ ２００３年、８９巻、１９９頁；Ｊ． Ｗ． Ｍｏｏｒｅ、Ｈ． Ｈ． Ｆｌａｎｎｅｒ、Ｐｈａｒｍ． Ｔｅｃｈ．１９９６年、２０巻、６７頁）：
式中、ｔはサンプリング時間であり、ｎは時点の数であり、Ｒｔは基準の溶解値であり（基準のＤＯＸ放出の百分率として測定した）、Ｔｔは対象となる試料の溶解値である（試料からのＤＯＸ放出の百分率として測定した）。参照プロファイルと試料プロファイルが同一の場合、ｆ１は０に等しく、一般にそれらのプロファイルは、ｆ１値が１５までの場合に類似しているとみなされる。ｆ２因子は、基準と、対象となる試料との間の二乗誤差の合計の対数変換である。
基準プロファイルと試料プロファイルが同一の場合、ｆ２は１００に等しく、それらのプロファイルは、一般にｆ２値が５０を超える場合に類似しているとみなされる。差異因子ｆ１および類似性因子ｆ２の両方によって、ＳＣＲおよびＳＣＫ放出プロファイルは、ｐＨ５．０または７．４における匹敵する架橋密度で、遊離ＤＯＸ、ミセルおよび互いの放出プロファイルとは著しく異なっていたことが明らかになった（すべてのｆ１因子は１５を超え、すべてのｆ２因子は５０未満であった）。ＳＣＲ２％対ＳＣＲ６％の放出プロファイルが、ｐＨ５．０で類似しており（ｆ１＝４、ｆ２＝８４）、ＳＣＫ６％対ＳＣＫ９％の放出プロファイルが、ｐＨ５．０および７．４で類似しており（ｆ１＝９、ｆ２＝８１；ｆ１＝１０、ｆ２＝８９）、ＳＣＫ２％対ＳＣＫ６％の放出プロファイルが、ｐＨ７．４で類似していた（ｆ１＝１５、ｆ２＝８３）ことを除き、統計的有意差を、異なる架橋の量について検証した。全体的に、架橋密度の間に十分な差異がある場合（すなわち、２％対９％）だけ、著しく異なる放出プロファイルが観測され、架橋密度が高いほど薬物放出が緩慢であった。
イオン引力が、ゲスト分子のゲーティングにおいて部分的な役割を果たしたという仮説は、アルギニンで官能化された発色団の架橋剤を利用することによってさらに証明された。正電荷を持つアルギニン系架橋剤によって官能化されたＳＣＲ（ｒＳＣＲ）は、イオン反発に起因してＤＯＸの放出が促進された（データ示さず）。最初に、アルギニンで官能化されたピラジン架橋剤を低レベルで導入すると（ｒＳＣＲ２％）、放出が最も著しい程度に促進され、透析カセットから除去される遊離ＤＯＸのプロファイルに近い放出プロファイルが得られた。アルギニン系架橋剤が多量に組み込まれるにつれて（ｒＳＣＲ８％およびｒＳＣＲ１５％）、放出速度がわずかに低下するため、架橋ゲーティング効果が再び観測され、非架橋ミセルからの放出で観測された放出速度とより類似していた。
（実施例６）パクリタキセルが入れられたナノ粒子
シェル架橋型ナノ粒子を、パクリタキセルの送達および造影用ビヒクルとして使用した。これらの研究を、この実施例に記載する。６０ｎｍナノ粒子にパクリタキセルを入れる様々な能力および入れられた粒子の細胞死滅能力、ならびにパクリタキセルが入れられた１０ｎｍ対２０ｎｍのナノ粒子のサイズの効果を調査した。パクリタキセルが入れられたＰＥＧ化対非ＰＥＧ化２０ｎｍナノ粒子（高架橋密度、約２０％〜３０％）の効果を試験した。また、ＭＰ３３９７が入れられたＰＥＧ化対非ＰＥＧ化２０ｎｍナノ粒子（高架橋密度、約２０％〜３０％）の調査、ならびにパクリタキセルが入れられたＰＥＧ化対非ＰＥＧ化２０ｎｍナノ粒子（低架橋密度、約５％〜１０％）の調査を実施した。
図１５は、ポリマーとパクリタキセルの共集合の概略図を示す。ポリマーの調製および治療剤の封入に関するさらなる詳細は、以下および本明細書の他所に記載されている。
表２は、調製した実施例の粒子におけるポリマー濃度およびパクリタキセル濃度の詳細を提示する。表２では、略語ＳＣＫは、シェル架橋型ナノ粒子を表し、ＭＰ−３１４２は、本明細書の他所に記載の通り、架橋するために使用される。
表３は、上記の粒子を用いて２時間処理したＫＢ細胞を使用した、ＥＳＴ−１細胞生存率アッセイのＩＣ５０のデータを提示する。図１６は、いくつかのポリマー試料を使用した二連実験のＩＣ５０の結果を示す。これらの結果は、５ｗｔ％パクリタキセルが入れられたＳＣＫが、最も高い細胞死滅効果を示したことを示した。５ｗｔ％パクリタキセルが入れられたＳＣＫに関する細胞死滅の結果は、遊離パクリタキセルに匹敵していた。ＨＰＬＣおよびＭＳ分析は、ＰＴＸ濃度の決定と一致していた。
細胞傷害性に対する１０ｎｍ直径の粒子と２０ｎｍ直径の粒子の差異を、次に記載する。ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０の１０ｎｍ粒子は、ＴＥＭによって測定すると直径１０±２ｎｍを有していた。ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００の２０ｎｍ粒子は、ＴＥＭによって測定すると直径２０±３ｎｍを有していた。ＭＰ−３１４２を使用して架橋させて、シェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）を得た。
図１７は、ポリマーおよびパクリタキセルが共集合してミセルを形成し、その後ＭＰ−３１４２で架橋されてシェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）をもたらす概略図を提供する。具体的な合成手順は、以下および本明細書に記載の方法を使用して、当業者によって容易に決定される。
表４は、調製した試料の組成を提供する。
表４
非ＰＥＧ化試料（１０ｎｍ対２０ｎｍ）
ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ミセル
ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ＳＣＫ
５％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ミセル
５％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ＳＣＫ
１０％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ミセル
１０％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ＳＣＫ
１０％のＰＴＸおよびＡＦ６４７を有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ＳＣＫ
ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００ミセル
ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００ＳＣＫ
５％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００ミセル
５％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００ＳＣＫ
１０％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００ミセル
１０％のＰＴＸを有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００ＳＣＫ
１０％のＰＴＸおよびＡＦ６４７を有するＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ４０ＳＣＫ。
表５は、前述の粒子を伴うＫＢ細胞を使用した、ＥＳＴ−１細胞生存率アッセイの細胞傷害性ＩＣ５０データの結果を提供する。「ＮＤ」は、決定されないことを意味する。
共焦点顕微鏡プロトコル。５０，０００個のＫＢ細胞を、８ウェルチャンバースライドの各ウェル中、１００単位／ｍＬのペニシリンＧ水溶液、１００μｇ／ｍＬのストレプトマイシンおよび１０％ウシ胎児血清を補充した、葉酸を含まないＲＰＭＩ１６４０に、終夜かけて集密度を７０％にする濃度で播種した。
実験当日、細胞を予熱したＰＢＳで洗浄した。次に細胞を、葉酸を含まないＲＰＭＩ細胞培養培地で希釈した空のＳＣＫまたはパクリタキセルが入れられたＳＣＫと共にインキュベートした。細胞を、３７℃で２〜３時間インキュベートし、ＰＢＳで３回洗浄し、４％ホルムアルデヒドで固定し、Ｈｏｅｃｈｓｔ ３３２５８核染色用色素で対比染色し、ＰｒｏＬｏｎｇ Ａｎｔｉｆａｄｅのマウント培地を用いてマウントした。細胞を、６０倍の対物レンズを用いて可視化し、Ｎｉｋｏｎ Ａ１共焦点顕微鏡で結像した。図１８Ａおよび１８Ｂは、表５に同定した様々な試料に関して、パクリタキセル濃度を対照（％）として示す。
パクリタキセルが入れられたＳＣＫは、ＫＢ細胞によって取り込まれることが、蛍光造影によって示唆された（データ示さず）。ＭＷＣＯ５０ｋのスピンフィルター実験を実施すると、パクリタキセルはＳＣＫに完全に包まれ、遊離溶液中には存在せず、したがって細胞死滅がナノ粒子によって生じたことが示された。
粒子のサイズ、流体力学的直径および細胞死滅能に対する、ＰＥＧ化粒子対非ＰＥＧ化粒子の効果を、次に記載する。粒子を調製するための一般手順では、ＤＭＳＯに溶解させたパクリタキセル／ＭＰ３３９７原液（１．１９９ｍｇ／ｍＬ）を、ＤＭＦに溶解させたポリマーに添加し（１ｍｇ／ｍＬ）、超純水を、ポリマーおよびパクリタキセルの溶液に滴下添加した（１５ｍＬ／ｈ）。ミセル溶液を超純水で透析して、有機溶媒を除去した。ミセル溶液を、ＭＰ−３１４２で架橋して、シェル架橋型ナノ粒子（ＳＣＫ）を得た。これを、図１７に概略的に示す。
表６は、調製した粒子の特徴を提示する。
パクリタキセルが入れられた粒子は、薬物を入れていない対応する粒子と類似のサイズを有することが示され、ＰＥＧ化粒子は、ＤＬＳによって測定すると、より大きい流体力学的直径を示した（データ示さず）。ＴＥＭで見ると、ＰＥＧ化粒子は、非ＰＥＧ化粒子と比較して、凝集を示した。
表７は、研究した条件下では、架橋密度が高いほど、より低い架橋密度のＳＣＫと比較してＳＣＫの細胞死滅能が低下したことを示唆している。
異なる配合物を、ＩＣ５０について比較した。実施した研究では、ミセルおよびＳＣＫの両方に関して、大きい粒子の方が、小さい粒子よりも低いＩＣ５０を示したように見えた（図１９参照）。これらの研究では、パクリタキセルに関して、所与の粒径では架橋度のより高い粒子が、より高いＩＣ５０を示すように見える。
材料および方法
材料
すべての化学物質を、Ｓｉｇｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．（ミズーリ州セントルイス）から購入し、別段示されない限りさらなる精製なしに使用した。透析に使用したＳｕｐｏｒ ２５ｍｍ ０．１μｍのＳｐｅｃｔｒａ／Ｐｏｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅ管（ＭＷＣＯ６〜８ｋＤａ）は、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．から購入した。超純水（１８ＭΩ・ｃｍ）は、Ｍｉｌｌｉ−Ｑ水濾過系、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐ．（マサチューセッツ州ベッドフォード）を用いて得た。ポリマー前駆体ＰＡＡ１２０−ｂ−ＰＳ１００は、本明細書の他所に記載の通り合成した。
機器
紫外線−可視分光法（ＵＶ−ｖｉｓ）吸収測定を、ＵＶ−２５５０系（Ｓｈｉｍａｄｚｕ Ｃｏｒｐ．、日本）を使用し、ＰＭＭＡキュベットを使用して行った。スペクトルを、ＵＶ−Ｐｒｏｂｅ ｖ．２．３３ソフトウェアを用いて分析した。動的光散乱測定を、モデルＢＩ−２００ＳＭ角度計、ＢＩ−９０００ＡＴデジタル相関器およびモデルＥＭＩ−９８６５光電子増倍管を備えたＢｒｏｏｋｈａｖｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｃｏ．（ニューヨーク州Ｈｏｌｔｓｖｉｌｌｅ）ＤＬＳ系、ならびにモデルＩｎｎｏｖａ ３００Ａｒイオンレーザー（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｉｎｃ．、カリフォルニア州サンタクララ）を用いて５１４．５ｎｍで操作して実施した。測定は、２５±１℃で行った。分析の前に、溶液を、０．４５μｍのＭｉｌｌｅｘ（登録商標）−ＧＶ ＰＶＤＦ膜フィルター（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐ．、マサチューセッツ州メドフォード）によって濾過して、粉塵粒子を除去した。散乱光を９０°の固定角で収集した。デジタル相関器を、５２２の比率間隔のチャネル、ならびに初期遅延５μｓ、最終的な遅延５０ｍｓおよび持続時間８分間で操作した。開口部４００μｍの光電子増倍管を使用し、入射レーザー強度を調整して、２００〜３００ｋｃｐｓの間の光子計数を得た。粒径分布および分布平均の算出を、ＩＳＤＡソフトウェアパッケージ（Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙ）で、単一指数フィッティング、キュムラント分析およびＣＯＮＴＩＮ粒径分布分析ルーチンを使用して実施した。すべての決定値は、１０回の測定の平均値であった。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）明視野造影を、ＪＯＥＬ１２００顕微鏡により１００ｋＶで操作して実施した。試料を以下の通り調製した。希釈溶液４μＬ（ポリマー濃度が約０．２〜０．５ｍｇ／ｍＬ）を、炭素で被覆された銅グリッド上に堆積させ、それをグロー充電して、表面の親水性を増大させた。５分後、過剰の溶液を、一枚の濾紙によって迅速に除去した。次に、試料を、１ｗｔ％酢酸ウラニル水溶液４μＬでネガティブ染色した。１分後、過剰のＰＴＡ溶液を、一枚の濾紙によって迅速に除去し、試料を周囲条件で終夜乾燥した。
パクリタキセルが入れられたナノ粒子の調製
パクリタキセルおよびＰＡＡ−ｂ−ＰＳをミセルに共集合させるための一般手順：ＰＡＡ−ｂ−ＰＳ（約１０ｍｇ）ポリマーを、１００ｍＬの丸底フラスコ中、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（１０ｍＬ）に溶解させ、室温で２０分間撹拌した。ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）中パクリタキセル（１．１４４ｍｇ／ｍＬ）をその溶液に添加し、室温でさらに１０分間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して、１時間かけて等体積の超純水を滴下添加した。反応混合物を、室温でさらに２４時間撹拌し、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６〜８ｋＤａ）内で、超純水で３日間透析して、最終的なポリマー濃度が約０．２５ｍｇ／ｍＬのミセル溶液を得た。
パクリタキセルが入れられたミセルをＭＰ−３１４２でシェル架橋してシェル架橋型ｋｎｅｄｅｌ様ナノ粒子（ＳＣＫ）を得るための一般手順：パクリタキセルが入れられたＰＡＡ−ｂ−ＰＳミセルのミセル溶液に、シリンジポンプを介して、ＭＰ−３１４２の超純水溶液（１．６９３ｍｇ／ｍＬ、１．１当量、名目上２０％の架橋度）を２時間かけて滴下添加した。この溶液に、シリンジポンプを介して、超純水中の１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチル−カルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ）（３．４６７ｍｇ／ｍＬ、１．３当量）を１０分かけて滴下添加し、得られた混合物を終夜撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６〜８ｋＤａ）内で、超純水で４日間透析して、最終的なポリマー濃度が約０．２５ｍｇ／ｍＬのＳＣＫ溶液を得た。架橋密度を、ＵＶ−ｖｉｓ分光法によって測定すると、約７〜１０％であった。
（実施例７）Ｉ型光線療法剤が入れられたナノ粒子の組込み
一実施形態では、２種類の光活性部分を、ナノ粒子に含ませることができる。これにより、例えば１個の粒子で異なるモニタリング機能または光線療法機能が可能になる。本発明のこの態様の一実施形態では、例えば、１個の光活性部分を、ブロックコポリマーを架橋するのに使用することができ、もう１つの光活性部分を、光線療法または光学的モニタリング用途に使用することができる。
材料および方法
ＭＰ−３３９７が入れられたナノ粒子の調製
ＰＡＡ−ｂ−ＰｐＨＳミセルにＭＰ−３３９７を入れるための一般手順：磁気撹拌棒を備えた１００ｍＬの丸底フラスコに、ＰＡＡ−ｂ−ＰｐＨＳ（約２７ｍｇ）ミセル溶液を入れた。この溶液に、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）（０．７９ｍｇ／ｍＬ）中のＭＰ−３３９７（０．６６ｍｇ、約２．５ｗｔ％）を添加した。混合物を終夜室温で撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６〜８ｋＤａ）内で、超純水で１日間透析して、最終的なポリマー濃度が約０．２５ｍｇ／ｍＬのミセル溶液を得た。
ＭＰ−３３９７が入れられたミセルをＭＰ−３１４２でシェル架橋してシェル架橋型ｋｎｅｄｅｌ様ナノ粒子（ＳＣＫ）を得るための一般手順：ＭＰ−３３９７が入れられたＰＡＡ−ｂ−ＰｐＨＳミセルのミセル溶液に、シリンジポンプを介して、ＭＰ−３１４２の超純水溶液（１．６９３ｍｇ／ｍＬ、１．１当量、名目上２０％の架橋度）を２時間かけて滴下添加した。この溶液に、シリンジポンプを介して、超純水中の１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチル−カルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ）（３．４６７ｍｇ／ｍＬ、１．３当量）を１０分かけて滴下添加し、得られた混合物を終夜撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６〜８ｋＤａ）内で、超純水で４日間透析して、最終的なポリマー濃度が約０．２５ｍｇ／ｍＬのＳＣＫ溶液を得た。架橋密度を、ＵＶ−ｖｉｓ分光法によって測定すると、約７〜１０％であった。
材料。普遍的なアルコキシアミン開始剤である２，２，５−トリメチル−３−（１’−フェニルエトキシ）−４−フェニル−３−アザヘキサンおよび対応するニトロオキシドである２，２，５−トリメチル−４−フェニル−３−アザヘキサン−３−ニトロオキシドを、文献に記載の方法に従って合成した１５。Ｂｏｃ−ＮＨ−ＰＥＧ３ｋＤａ−ＮＨ２およびＭｅＯ−ＰＥＧ２ｋＤａ−ＮＨ２は、Ｒａｐｐ Ｐｏｌｙｍｅｒｅ（Ｔｕｅｂｉｎｇｅｎ、ドイツ）から購入した。エルマン試薬キット、２，４，６，−トリニトロベンゼンスルホン酸（ＴＮＢＳ）、Ｚｅｂａ脱塩カラム、スクシンイミジル−（［Ｎ−マレイミドプロピオンアミド］−エチレングリコール）エステル（ＮＨＳ−ＰＥＯ２−マレイミド）およびＮ−スクシンイミジル−Ｓ−アセチルチオプロピオネート（ＳＡＴＰ）は、Ｐｉｅｒｃｅ Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（マサチューセッツ州ウォルサム）から購入した。Ｓｅｐｈａｄｅｘ−Ｇ２５媒体は、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅから得た。すべての他の化学物質および試薬を、Ａｌｄｒｉｃｈから得、別段の記載がない限り、受け取ったまま使用した。ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート（ｔＢＡ）および４−アセトキシスチレンを、酸化アルミニウムのプラグを介して濾過して、阻害剤を除去した。透析に使用したＳｕｐｏｒ ２５ｍｍ ０．１μｍのＳｐｅｃｔｒａ／Ｐｏｒ Ｍｅｍｂｒａｎｅ管（ＭＷＣＯ６〜８ｋＤａ）は、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｉｎｃ．から購入した。超純水（１８ＭΩ・ｃｍ）は、Ｍｉｌｌｉ−Ｑ水濾過系、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐ．（マサチューセッツ州ベッドフォード）を用いて得た。すべての反応を、別段の記載がない限り、Ｎ２下で実施した。エルマンアッセイ較正曲線を、４１２ｎｍにおいて水性緩衝液中のシステイン（１００ｍＭのＰＢＳ、０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭのＥＤＴＡ、ｐＨ７．４）を使用して構築した。
機器。１Ｈ ＮＭＲおよび１３Ｃ ＮＭＲスペクトルを、標準として溶媒プロトンまたは炭素シグナルを伴う溶液として、それぞれ５００ＭＨｚおよび１２５ＭＨｚで記録した。ＵＶ−Ｖｉｓスペクトルを、Ｖａｒｉａｎ Ｃａｒｙ １００ Ｂｉｏ ＵＶ−可視分光光度計を使用して、２００〜８００ｎｍの領域において周囲温度で収集した。蛍光スペクトルを、Ｖａｒｉａｎ Ｃａｒｙ Ｅｃｌｉｐｓｅ蛍光分光光度計を使用して室温で得た。別段示されない限り、観測された最大吸収ピークの励起波長を使用した。各蛍光スペクトルを、励起波長における吸光度に関して正規化した。発色性架橋剤（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｉｃ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ）のモル吸光係数（ε）（４４１ｎｍにおいてε＝５１６３Ｍ−１・ｃｍ−１）を、５ｍＭのＰＢＳ中で較正曲線によって決定した。ナノ物体の発色性架橋剤の濃度を、ＵＶ−ｖｉｓ分光法によって決定した。
ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を、Ｗａｔｅｒｓ ２４１４示差屈折計、ＰＤ２０２０デュアルアングル（１５°および９０°）光散乱検出器（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｉｎｃ．）および３カラムシリーズのＰＬゲル５μｍ Ｍｉｘｅｄ Ｃ、５００Åおよび１０４Å、３００×７．５ｍｍカラム（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）を備えたＷａｔｅｒｓ １５１５ ＨＰＬＣ（Ｗａｔｅｒｓ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｉｎｃ．）で実施した。この系を、ポリマー溶媒および溶離液として働く無水ＴＨＦ中、３５℃において流速１．０ｍＬ／分で平衡化した。ポリマー溶液を、公知の濃度（約４〜５ｍｇ／ｍＬ）で調製し、注入量２００μＬを使用した。データ収集および分析を、それぞれＰｒｅｃｉｓｉｏｎ ＡｃｑｕｉｒｅソフトウェアおよびＤｉｓｃｏｖｅｒｙ ３２ソフトウェア（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ，Ｉｎｃ．）で実施した。検出器間ディレイボリュームおよび光散乱検出器の較正定数を、ほぼ単分散系のポリスチレン標準（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．、Ｍｐ＝９０ｋＤａ、Ｍｗ／Ｍｎ＜１．０４）を使用して較正することによって決定した。示差屈折計を、公知の特定の屈折率増分ｄｎ／ｄｃ（０．１８４ｍＬ／ｇ）の標準ポリスチレン参照材料（ＳＲＭ７０６ＮＩＳＴ）で較正した。次に、分析したポリマーのｄｎ／ｄｃ値を、示差屈折計応答から決定した。
また、ＤＬＳ測定を、レーザーダイオードを備えたＢｅｃｋｍａｎ Ｃｏｕｌｔｅｒ，Ｉｎｃ．（カリフォルニア州フラートン）製のＤｅｌｓａ Ｎａｎｏ Ｃを使用して、６５８ｎｍで操作して実施した。サイズ測定を、超純水中で行った。散乱光を角度１５°で検出し、ガラス製サイズセル（ｇｌａｓｓ ｓｉｚｅ ｃｅｌｌ）（容積０．９ｍＬ）に入れた試料０．５ｍＬに対して７０回にわたる累積についてログ相関器を使用して分析した。光電子増倍管開口部および減衰器を自動調整して、約１０ｋｃｐｓの光子計数率を得た。粒径分布および分布平均の算出を、ＣＯＮＴＩＮ粒径分布分析ルーチンを使用し、Ｄｅｌｓａ Ｎａｎｏ ２．３１ソフトウェアを使用して実施した。７０回の累積から得た強度、体積および数分布のヒストグラムのピーク平均を、粒子の平均直径として報告した。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）明視野造影を、Ｈｉｔａｃｈｉ Ｈ−７５００顕微鏡で、８０ｋＶで操作して実施した。試料を以下の通り調製した。希釈溶液４μＬ（ポリマー濃度が約０．２〜０．５ｍｇ／ｍＬ）を、炭素で被覆された銅グリッド上に堆積させ、それを無水エタノールで予め処理して、表面の親水性を増大させた。５分後、過剰の溶液を、一枚の濾紙によって迅速に除去した。次に、試料を、１ｗｔ％リンタングステン酸（ＰＴＡ）水溶液４μＬでネガティブ染色した。１分後、過剰のＰＴＡ溶液を、一枚の濾紙によって迅速に除去し、試料を周囲条件で終夜乾燥した。
ポリ（アクリル酸）１４０−ｇ−（ＣＯＮＨ−ＰＥＯ２ｋＤａ−ＯＣＨ３）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）５０（ＰＡＡ１４０−ｇ−ｍＰＥＯ２ｋＤａ−ｂ−ＰｐＨＳ５０）（Ｉ）の合成。磁気撹拌棒を備え、火炎乾燥した１００ｍＬ丸底フラスコに、ポリ（アクリル酸）１４０−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）５０（３２５ｍｇ、１９．９μｍｏｌ）および乾燥ＤＭＦ５０ｍＬを入れた。撹拌した溶液に、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール水和物（ＨＯＢｔ）（９１．２ｍｇ、０．６７５ｍｍｏｌ）およびＥＤＣＩ（２０１ｍｇ、０．６７５ｍｍｏｌ）を添加し、反応を１時間進行させ、その後、ＤＭＦ５ｍＬに溶解させたＮＨ２−ｍＰＥＯ２ｋＤａの溶液（６６７ｍｇ、０．３３４ｍｍｏｌ、１６．８当量）およびＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＰＥＡ）（８７．２ｍｇ、０．６７５ｍｍｏｌ）を添加した。さらに、反応混合物を室温で２０時間撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６０００〜８０００Ｄａ）に移し、超純水で２日間透析して、不純物のすべてを除去し、凍結乾燥後にＰＡＡ１４０−ｇ−ｍＰＥＯ２ｋＤａ−ｂ−ＰｐＨＳ５０（Ｉ）を白色固体として得た（９１３ｍｇ、収率９２％）。Ｍｎ ＮＭＲ＝４４，３００ｇ／ｍｏｌ。１Ｈ ＮＭＲ （ＤＭＳＯ−ｄ６， ｐｐｍ）： δ１２．３ （ｂｒ， ９５ Ｈ）， ８．９４ （ｂｒ， ７８ Ｈ）， ７．２２ （ｍ， １０ Ｈ）， ６．４５ （ｂｒ， ２００ Ｈ）， ３．５０ − ３．４０ （ｂｒ， ２８０ Ｈ）， ２．４０ − ２．１８ （ｂｒ， ４５ Ｈ）， １．３７ （ｍ， ２４０ Ｈ）．
ポリ（アクリル酸）１４０−ｇ−（ＣＯＮＨ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ−Ｂｏｃ）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）５０（ＰＡＡ１４０−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ−Ｂｏｃ−ｂ−ＰｐＨＳ５０）（ＩＩ）の合成。磁気撹拌棒を備え、火炎乾燥した１００ｍＬ丸底フラスコに、ポリ（アクリル酸）１４０−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）５０（３７９ｍｇ、２３．２μｍｏｌ）および乾燥ＤＭＦ５０ｍＬを入れた。撹拌した溶液に、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール水和物（ＨＯＢｔ）（９１．０ｍｇ、０．６７２ｍｍｏｌ）およびＥＤＣＩ（２００ｍｇ、０．６７２ｍｍｏｌ）を添加し、反応を１時間進行させ、その後、ＤＭＦ５ｍＬに溶解させたＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ−Ｂｏｃの溶液（９９４ｍｇ、０．３３２ｍｍｏｌ、１４．３当量）およびＮ，Ｎ−ジイソプロピルエチルアミン（ＤＩＰＥＡ）（８６．８ｍｇ、０．６７２ｍｍｏｌ）を添加した。さらに、反応混合物を室温で２０時間撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６０００〜８０００Ｄａ）に移し、超純水で２日間透析して、不純物のすべてを除去し、凍結乾燥後にＰＡＡ１４０−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ−Ｂｏｃ−ｂ−ＰｐＨＳ５０（ＩＩ）を白色固体として得た（１．１５ｇ、収率８４％）。Ｍｎ ＮＭＲ＝５８，４００ｇ／ｍｏｌ。１Ｈ ＮＭＲ （ＤＭＳＯ−ｄ６）： δ１２．３ （ｂｒ， ７０ Ｈ）， ８．８４ （ｂｒ， ８０ Ｈ）， ７．２２ （ｍ， １０ Ｈ）， ７．３１ − ６．４８ （ｂｒ， ２００ Ｈ）， ３．５２ − ３．４１ （ｂｒ， ４２０ Ｈ）， ２．４０ − ２．１０ （ｂｒ， １４０ Ｈ）， １．３０ （ｂｒ， ２３０ Ｈ）。
ポリ（アクリル酸）−ｇ−（ＣＯＮＨ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ２）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）（ＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ２−ｂ−ＰｐＨＳ）（ＩＩＩ）の合成。磁気撹拌棒を備え、火炎乾燥した１００ｍＬ丸底フラスコに、ＩＩ（１．１５ｇ、１７．１μｍｏｌ）を入れた。ＴＦＡ（３０ｍＬ）を、撹拌した溶液に添加し、反応混合物を室温で２４時間撹拌し、その後溶媒を減圧下で除去した。粗生成物を、ＴＨＦ（２０ｍＬ）に再懸濁させ、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６０００〜８０００Ｄａ）に移し、超純水で２日間透析して、不純物のすべてを除去した後、溶液を凍結乾燥して、ＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨ２−ｂ−ＰｐＨＳ（ＩＩＩ）を白色固体として得た（１．１０ｍｇ、９４％）。Ｍｎ ＮＭＲ＝５７，７００ｇ／ｍｏｌ。１Ｈ ＮＭＲ （ＤＭＳＯ−ｄ６） δ１２．３ （ｂｒ， ７０ Ｈ）， ８．８４ （ｂｒ， ８０ Ｈ）， ７．２２ （ｍ， １０ Ｈ）， ７．３１ − ６．４８ （ｂｒ， ２００ Ｈ）， ３．５２ − ３．４１ （ｂｒ， ４２０ Ｈ）， ２．４０ − ２．１０ （ｂｒ， １４０ Ｈ）， １．３０ （ｂｒ， ２３０ Ｈ）。
ポリ（アクリル酸）−ｇ−（ＣＯＮＨ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨＣＯ−Ｃ２Ｈ４−ＳＣＯＣＨ３）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）（ＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨＣＯ−Ｃ２Ｈ４−ＳＣＯＣＨ３−ｂ−ＰｐＨＳ）（ＩＶ）の合成。磁気撹拌棒を備え、火炎乾燥した１００ｍＬ丸底フラスコに、ＩＩＩ（１．１ｇ、２１．０μｍｏｌ）を入れた。Ｎ−スクシンイミジル−Ｓ−アセチルチオプロピオネート（ＳＡＴＰ）（１１９ｍｇ、４８５μｍｏｌ、２当量／ＮＨ２）およびＤＩＰＥＡ（３２５ｍｇ、２．５２ｍｍｏｌ）を、撹拌した溶液に添加し、反応混合物を室温で１２時間撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６０００〜８０００Ｄａ）に移し、超純水で２日間透析して、不純物のすべてを除去し、凍結乾燥した後、ＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨＣＯ−Ｃ２Ｈ４−ＳＣＯＣＨ３−ｂ−ＰｐＨＳ（ＩＶ）を白色固体として得た（８３５ｍｇ、収率７６％）。Ｍｎ ＮＭＲ＝５７，７００ｇ／ｍｏｌ。１Ｈ ＮＭＲ （ＤＭＳＯ−ｄ６） δ１２．２ （ｂｒ， ７０ Ｈ）， ８．８２ （ｂｒ， ９０ Ｈ）， ７．２２ （ｍ， １０ Ｈ）， ７．３１ − ６．４８ （ｂｒ， ２００ Ｈ）， ４．７１ − ４．５８ （ｂｒ， ２８ Ｈ）， ３．５３ − ３．４１ （ｂｒ， ４００ Ｈ）， ２．４０ − ２．１０ （ｂｒ， １４０ Ｈ）， １．３０ （ｂｒ， ２３０ Ｈ）。
ポリ（アクリル酸）−ｇ−（ＣＯＮＨ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨＣＯ−Ｃ２Ｈ４−ＳＨ）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）（ＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＮＨＣＯ−Ｃ２Ｈ４−ＳＨ−ｂ−ＰｐＨＳ）（Ｖ）を調製するための脱保護手順。水性緩衝液（１００ｍＭのＰＢＳ、０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭのＥＤＴＡ、ｐＨ７．４）中のヒドロキシルアミン塩酸塩（５００ｍＬ、０．５Ｍ）を、緩衝液（１００ｍＭのＰＢＳ、０．１ＭのＮａＣｌ、１０ｍＭのＥＤＴＡ、ｐＨ７．４）に懸濁させたポリマーＩＶ（１８０ｍｇ、３．４４ｍｍｏｌ）１０ｍＬの撹拌溶液に添加し、室温で６時間撹拌した。溶液をエルマン法によってアッセイすると、濃度３５±６μＭ［ＨＳ］、理論濃度４１μＭ［ＨＳ］が得られ、その後、ブロモアセチル−ＬＣＢのカップリングをすぐに実施した。
ポリ（アクリル酸）−ｇ−（ＣＯＮＨ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＬＣＢ）−ｂ−ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）（ＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＬＣＢ−ｂ−ＰｐＨＳ）（ＶＩ）を調製するためのポリマー（Ｖ）およびブロモアセチル−白血病細胞に結合するペプチド（ＬＣＢ）のブロモアセチル−チオールのカップリング。ＤＭＳＯに懸濁させたＬＣＢ（５４ｍｇ、５３μｍｏｌ）を、緩衝液（５０ｍＭのホウ酸ナトリウム、ｐＨ９）に懸濁させたポリマー（Ｖ）（２３９ｍｇ、４．３９ｍｍｏｌ）の撹拌溶液に添加した。反応を６時間進行させた後、溶液のｐＨを６に調整し、終夜室温で撹拌した後、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約６０００〜８０００Ｄａ）に移し、緩衝液（５ｍＭのＰＢＳ、５ｍＭのＮａＣｌ、ｐＨ７．４）で２日間透析して、コンジュゲートしなかったＬＣＢペプチドおよび小分子不純物を除去した。反応溶液を凍結乾燥して、白色固体（２７０ｍｇ、収率９２％）（ＶＩ）を得た。
ＰＡＡ−ｇ−ｍＰＥＯ２ｋＤａ−ｂ−ＰｐＨＳ）（Ｉ）とＰＡＡ−ｇ−ＰＥＯ３ｋＤａ−ＬＣＢ−ｂ−ＰｐＨＳ（ＶＩ）を共集合させて、ミセルＡ、Ｂ、Ｃ、ＤまたはＥを調製する。２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ポリマーＩ（７５ｍｇ）を添加した後、超純水１５ｍＬを添加した。溶液を室温で１２時間撹拌して、ミセルＡを得た。２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ポリマーＩ（５０ｍｇ）およびＶＩ（２５ｍｇ）を添加した後、超純水１５ｍＬを添加した。溶液を室温で１２時間撹拌して、ミセルＢを得た。２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ポリマーＩ（３７．５ｍｇ）およびＶＩ（３７．５ｍｇ）を添加した後、超純水１５ｍＬを添加した。溶液を室温で１２時間撹拌して、ミセルＣを得た。２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ポリマーＩ（２５ｍｇ）およびＶＩ（５０ｍｇ）を添加した後、超純水１５ｍＬを添加した。溶液を室温で１２時間撹拌して、ミセルＤを得た。２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ポリマーＶＩ（７５ｍｇ）を添加した後、超純水１５ｍＬを添加した。溶液を室温で１２時間撹拌して、ミセルＥを得た。
ミセルをシェルで架橋することにより、ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ａを得る。磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ミセルＡの溶液（１９．４ｍｇ、０．４３７μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドを添加した：架橋度２％では０．６０ｍｇ、１．６８μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．８５ｍｏｌ％）、架橋度７％では２．３９ｍｇ、６．７５μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して１５．４ｍｏｌ％）、または架橋度１４％では５．９３ｍｇ、１６．７μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３８．５ｍｏｌ％）。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して１時間かけて、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ、架橋度２％では１．０９ｍｇ、３．６７μｍｏｌ、または架橋度７％では４．３７ｍｇ、１４．７μｍｏｌ、または架橋度１５％では１０．９ｍｇ、３６．５μｍｏｌ）の溶液を滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、ＬＣＢ−シェル架橋型ナノ粒子Ａの水溶液を得た（ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ａ２％、７％または１５％）（最終的なポリマー濃度：それぞれ１．４６ｍｇ／ｍＬ、１．３２ｍｇ／ｍＬまたは１．０２ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。
ミセルをシェルで架橋することにより、ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｂを得る。磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ミセルＢの溶液（２０．０ｍｇ、０．４０４μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドを添加した：架橋度２％では０．５５１ｍｇ、１．５６μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．８５ｍｏｌ％）、架橋度８％では２．２０ｍｇ、６．２１μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して１５．４ｍｏｌ％）、または架橋度１９％では５．５３ｍｇ、１５．６μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３８．５ｍｏｌ％）。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して１時間かけて、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ、架橋度２％では１．０１ｍｇ、３．３９μｍｏｌ、または架橋度９％では４．０２ｍｇ、１３．５μｍｏｌ、または架橋度２０％では１０．１ｍｇ、３４．０μｍｏｌ）の溶液を滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、ＬＣＢ−シェル架橋型ナノ粒子Ｂの水溶液を得た（ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｂ２％、９％または２０％）（最終的なポリマー濃度：それぞれ１．４６ｍｇ／ｍＬ、１．２８ｍｇ／ｍＬまたは１．００ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。
ミセルをシェルで架橋することにより、ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｃを得る。磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ミセルＣの溶液（２０．８ｍｇ、０．３９５μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドを添加した：架橋度２％では０．５３８ｍｇ、１．５２μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．８５ｍｏｌ％）、架橋度７％では２．１５ｍｇ、６．０８μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して１５．４ｍｏｌ％）、または架橋度１７％では５．４３ｍｇ、１５．３μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３８．５ｍｏｌ％）。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して１時間かけて、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ、架橋度２％では０．９８６ｍｇ、３．３２μｍｏｌ、または架橋度１０％では３．９４ｍｇ、１３．２μｍｏｌ、または架橋度２２％では９．９５ｍｇ、３３．３μｍｏｌ）の溶液を滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、ＬＣＢ−シェル架橋型ナノ粒子Ｃの水溶液を得た（ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｃ２％、１０％または２２％）（最終的なポリマー濃度：それぞれ１．３９ｍｇ／ｍＬ、１．３１ｍｇ／ｍＬまたは１．０９ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。
ミセルをシェルで架橋することにより、ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｄを得る。磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ミセルＤの溶液（２０．１ｍｇ、０．３５７μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドを添加した：架橋度２％では０．４８７ｍｇ、１．３８μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．８５ｍｏｌ％）、架橋度６％では１．９５ｍｇ、５．５０μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して１５．４ｍｏｌ％）、または架橋度１４％では４．９０ｍｇ、１３．９μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３８．５ｍｏｌ％）。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して１時間かけて、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ、架橋度３％では０．８９２ｍｇ、３．００μｍｏｌ、または架橋度１１％では３．５７ｍｇ、１２．０μｍｏｌ、または架橋度２４％では８．９８ｍｇ、３０．２μｍｏｌ）の溶液を滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、ＬＣＢ−シェル架橋型ナノ粒子Ｄの水溶液を得た（ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｄ３％、１１％または２４％）（最終的なポリマー濃度：それぞれ１．１５ｍｇ／ｍＬ、１．０６ｍｇ／ｍＬまたは０．９５８ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。
ミセルをシェルで架橋することにより、ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｅを得る。磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ミセルＥの溶液（２０．４ｍｇ、０．３１５μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、３，６−ジアミノ−Ｎ２，Ｎ５−ビス（２−アミノエチル）ピラジン−２，５−ジカルボキサミドを添加した：架橋度２％では０．４２９ｍｇ、１．２１μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３．８５ｍｏｌ％）、架橋度６％では１．７２ｍｇ、４．８５μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して１５．４ｍｏｌ％）、または架橋度１５％では４．３４ｍｇ、１２．３μｍｏｌ（アクリル酸残基に対して３８．５ｍｏｌ％）。反応混合物を室温で２時間撹拌した。この溶液に、シリンジポンプを介して１時間かけて、１−［３’−（ジメチルアミノ）プロピル］−３−エチルカルボジイミドメチオジド（ＥＤＣＩ、架橋度４％では０．７８６ｍｇ、２．６４μｍｏｌ、または架橋度６％では３．１４ｍｇ、１０．６μｍｏｌ、または架橋度２５％では７．９５ｍｇ、２６．７μｍｏｌ）の溶液を滴下添加し、反応混合物を室温でさらに１６時間撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で３日間透析して、結合しなかった架橋剤、過剰の小分子出発材料および副生成物を除去し、ＬＣＢ−シェル架橋型ナノ粒子Ｅの水溶液を得た（ＬＣＢ−ＳＣＫ−Ｅ４％、６％または２５％）（最終的なポリマー濃度：それぞれ１．０１ｍｇ／ｍＬ、０．７８３ｍｇ／ｍＬまたは０．８３５ｍｇ／ｍＬ。各場合において、架橋％を、精製後に残った架橋剤の量のＵＶ−ｖｉｓ分光測定によって決定した）。
ＬＣＢ−ＳＣＫにＭＰ−３３９７を入れるための一般手順。磁気撹拌棒を備えた２０ｍＬのシンチレーションバイアルに、ミセル溶液７．８９ｍｇ、５．４２μｍｏｌ）を添加した。この溶液に、ジエチル１−（アントラセン−９−イル）ヒドラジン−１，２−ジカルボキシレート（ＭＰ−３３９７）（０．３９５ｍｇ、５ｗｔ％）を添加した。反応混合物を、室温で終夜撹拌した。最後に、反応混合物を、予浸した透析チューブ（ＭＷＣＯ約３，５００Ｄａ）に移し、超純水で２日間透析して、過剰の小分子出発材料を除去し、ＭＰ−３３９７−ＬＣＢ−シェル架橋型ナノ粒子の水溶液を得た（最終的なポリマー濃度：１．０７ｍｇ／ｍＬ）。
図２０は、本発明のこの態様に記載の粒子の一実施形態の概略図を提供する。
コアへの封入は、ＭＰ−３３９７原液（ＤＭＦ中）をミセル水溶液に添加し、その後透析によって有機溶媒を除去することによって達成した。あるいは、ブロックコポリマーと共にインキュベートしたＭＰ−３３９７原液（共にＤＭＦ中）を、水の添加時に共集合させた後、透析した。一例では、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）コアでは、最大５ｗｔ％がコアに入れられ、ポリスチレンコアでは約１５ｗｔ％が入れられた。ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）コアは、１５ｗｔ％のＭＰ−４０８９を入れることが既に示されている。
ＬＣＢ−ペプチドを、チオール−ブロモアセチルによってコンジュゲートした。反応を、ｐＨ９で３時間、窒素下で実施した。溶液のｐＨを６に調整し、マレイミド酪酸を添加して、残りの任意のチオール基と反応させた。反応混合物を、５ｍＭのＰＢＳで透析することによって精製し、凍結乾燥して、ＬＣＢ−ＰＥＯ３ｋブロックコポリマーを得た。ｍＰＥＯ２ｋブロックコポリマーの別個のバッチを合成して、ＬＣＢ−ＰＥＯ３ｋブロックコポリマーと共集合させた。これらの反応を、この実施例７のスキーム１に示す。
ｍＰＥＯ２ｋブロックコポリマーとＬＣＢ−ＰＥＯ３ｋブロックコポリマーとの共集合の後、シェルが架橋される反応によって、可変数の標的化ペプチドを有する標的化ＳＣＫを得た。ミセルＤおよびＥシリーズは、水溶性が低いことに起因して、混合溶媒系（１０ｖ／ｖ％ＤＭＳＯ）中、ＭＰ−３１２４によってシェルが架橋される反応を受けた。
様々なＬＣＢ−ＳＣＫについてのサイズおよびゼータ電位を、表８に提示する。
２種類のブロックコポリマー、ｍＰＥＯ２ｋＤａまたはＬＣＢ−ＰＥＯ３ｋＤａグラフト化ブロックコポリマーを、５種類の異なる重量比で配合し、その後、３つの異なる架橋密度で、ＭＰ−３１４２を用いてシェルを架橋して、それぞれ５ｗｔ％のＭＰ−３３９７が入れられた１５種類のＳＣＫを得た。これらの配合物を、以下の表９に提示する。
表９
ＮＬ−ｉｖ−６２Ａ
ＭＰ３３９７−ｍＰＥＯ−ＳＣＫ Ａ２
ポリマー濃度＝１．１ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝５３μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６２Ｂ
ＭＰ３３９７−ｍＰＥＯ−ＳＣＫ Ａ７
ポリマー濃度＝１．０ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝５０μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６２Ｃ
ＭＰ３３９７−ｍＰＥＯ−ＳＣＫ Ａ１５
ポリマー濃度＝０．８２ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝４１μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６３Ａ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｂ２
ポリマー濃度＝１．１ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝５３μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝６７μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６３Ｂ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｂ９
ポリマー濃度＝０．９３ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝４６μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝６０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６３Ｃ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｂ２０
ポリマー濃度＝０．７８ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３９μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝５０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６４Ａ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｃ２
ポリマー濃度＝１．０ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝５１μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝９８μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６４Ｂ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｃ１０
ポリマー濃度＝０．９４ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝４７μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝９０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６４Ｃ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｃ２２
ポリマー濃度＝０．７８ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３９μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝７５μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６５Ａ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｄ３
ポリマー濃度＝０．８０ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝４０μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝１００μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６５Ｂ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｄ１１
ポリマー濃度＝０．７６ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３８μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝９７μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６５Ｃ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｄ２４
ポリマー濃度＝０．６９ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３５μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝８９μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６６Ａ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｅ４
ポリマー濃度＝０．７２ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３６μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝１４０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６６Ｂ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｅ６
ポリマー濃度＝０．６０ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３０μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝１２０μｇ／ｍＬ
ＮＬ−ｉｖ−６６Ｃ
ＭＰ３３９７−ＬＣＢ−ＳＣＫ Ｅ２５
ポリマー濃度＝０．６４ｍｇ／ｍＬ
ＭＰ３３９７濃度＝３２μｇ／ｍＬ
ＬＣＢ濃度＝１０２μｇ／ｍＬ。
これらの配合物では、ＭＰ−３３９７の濃度は、結合研究ならびに毒性研究の両方について、試験したすべての配合物のナノ粒子中で同じ濃度を維持した。８０，０００個の細胞を、同日に２４ウェルプレートに播種した。細胞をナノ粒子と共に２時間インキュベートした。２時間のインキュベートが終了した後、結合の研究のために細胞を洗浄し、溶解させた。次にＭＰ−３１４２の蛍光を測定した。次に、細胞を２回洗浄し、さらに２時間インキュベートした。４時間のインキュベーションが終了したら、プレートを光源に２０分間曝露した。２４時間後、Ｕ９３７の代謝活性を、ＷＳＴ−１で評価した。代謝活性＝細胞生存率。図２１は、これらの研究結果を示す。
ＮＬ−ｉｖ−６ＸＡ粒子および次にＮＬ−ｉｖ−６ＸＢ粒子のシリーズを、ＭＰ−３１４２蛍光によってモニタすると、最大の結合度を示した。このシリーズの結合は、標的化ペプチドの増大に伴ってシグナルの増大を示したが、標的化ペプチドの最高濃度で失われた（このことは、多価性の問題に起因し得る）。ＮＬ−ｉｖ−６ＸＣシリーズは、他の２つのシリーズとは逆の結合プロファイルを示した。最高架橋密度では結合が阻害され、またはペプチドの利用能が低下し得るとみなされる。さらに、ＭＰ−３１４２の蛍光は、これらの粒子内では消光する。
図２２は、ナノ粒子の標的化効率に対する、白血病ペプチドの濃度上昇の効果を示している。標的化ベクターは、Ｕ９３７細胞において誘発される毒性に対して効果が最小限であったが、このことは、結合のためにペプチドが利用され得ることを示している。
図２３Ａ〜Ｃは、Ｕ９３７細胞におけるＮＰ誘発性の毒性に対する、架橋密度の増大の効果を示している。ＮＬ−ｉｖ−６ＸＡシリーズは、６ＸＢおよび６ＸＣシリーズの配合物よりも高い毒性を示した。６ＸＡ＞６ＸＢ＞６ＸＣ。このことは、架橋により、粒子が薬物放出をより強力に阻害するようになるか、または薬物が、ナノ粒子から放出される前に活性化されることによって引き起こされ得る。
（実施例８）バイオフォトニック用に埋め込まれた治療用分子／生体ターゲティングのさらなる例
本発明の化合物は、生物学的部分を標的とするにも有用である。標的にされた部分には、その後または同時に光線療法を適用することもできる。この実施形態の態様では、本明細書に記載の式の化合物は、１つまたは複数の生体ターゲティング基を含有する。生体ターゲティング基の例は、当技術分野で周知である。例えば、標的化部分を含む光学的作用物質は、患者の体内の光学的作用物質を検出するのに診断上有効な量で、患者に投与することができる。化合物が所望の標的に結合するのに一定期間が経過した後、全身または身体の一部を、適切な波長の光に曝露して、光学的作用物質を励起する。次に、光学的作用物質の吸収および励起の結果として、患者から発出する光を検出する。患者から発出された光の位置および強度を評価することによって、光学的作用物質の標的化特性の結果として診断を行うことができる。
諸実施形態では、本発明の化合物は、腫瘍学的用途および非腫瘍学的用途の両方に有用である。いくつかの具体的な標的は、内視鏡によって見ることができる腫瘍である。本願では、かかる腫瘍に関連するペプチドを標的とする光学的作用物質を、内視鏡または他の有用な方法によって腫瘍に投与する。次に、本発明の化合物を、光線療法用途または造影用途で使用することができる。他の具体的な標的には、結腸、肺、卵巣、頸部、食道、膀胱、血液および胃の癌、子宮内膜症、ならびに細菌感染症が含まれる。特定の標的化基には、ＳＴ受容体結合剤、ボンベシン受容体結合剤、白血病ペプチドおよび葉酸受容体結合が含まれる。標的化ペプチドのいくつかの例は、ＷＯ／２００８／１０８９４１に記載されている。具体的な標的化リガンドには、白血病細胞に結合するペプチドであるＳｅｒ−Ｐｈｅ−Ｐｈｅ−Ｔｙｒ−Ｌｅｕ−Ａｒｇ−Ｓｅｒ（ＳＦＦＹＬＲＳ、配列番号：１）などの、標的化することが当技術分野で公知であるペプチドが含まれる。葉酸受容体標的は、例えばＲｏｓｓｉｎら、Ｊ． Ｎｕｃｌ． Ｍｅｄ．、４６巻（７号）、１２１０〜１２１８頁（２００５年）、Ｚｈａｎｇら、Ｊ． Ｐｏｌｙ． Ｓｃｉ：Ａ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、４６巻、７５７８〜７５８３頁（２００８年）に開示されている。Ｔａｔペプチドの使用は、例えばＬｉｕら、Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ、２巻、３６２〜３６８頁（２００１年）、Ｚｈａｎｇら、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｃｈｅｍ．、１９巻、１８８０〜１８８７頁（２００８年）に記載されている。
この一連の実験では、ＳＣＫと、白血病細胞結合ペプチドＳＦＦＹＬＲＳ（配列番号：１）などの様々なペプチドと、ＭＰ３３９７などの光線療法のための部分との物理的混合物を調製した。図２４は、分子の様々な部分の概略図を示す。これらの分子の調製は、本明細書の他所に記載されている。ＭＰ−３３９７の使用による最大封入能力は、沈殿がないことを観測することによって決定した。入れられたペプチドの量は、計算に基づいて決定した（ポリマー鎖２個当たりペプチド分子１個）。ＭＰ−３１４２を、特徴付けのための特定の実験から除外した。定性的実験（データは示さず）に基づいて、薬物／ペプチド分子を入れる順序に応じて、異なる光物理的特性が予想される。図２４に示す通り、ポリマー鎖を、例えばアズレン部分およびピラジン部分で誘導体化することができる。これらの改変は、当業者によって容易に実施される。
さらに、コアに送達用のＭＰ−３３９７が入れられている、ステルス機能を有する（ｓｔｅａｌｔｈ）ＭＰ−３１４２−シェル架橋型ナノ構造物と、白血病細胞結合ペプチド（ＳＦＦＹＬＲＳ、配列番号：１）を、共有結合によってコンジュゲートし、標的化のためにそのペプチドを表面上に提示させた。白血病細胞結合ペプチドは、図２４に示した通り、アズレンで誘導体化されるか、またはピラジンで誘導体化され得る。ポリマー濃度１．０ｍｇ／ｍＬおよびＭＰ−３３９７濃度０．０４１ｍｇ／ｍＬを有する、ＭＰ−３３９７が入れられたミセルも調製した。これらの試料では、蛍光放射ピークは、約４００〜５００ｎｍの範囲である（データ示さず）。次式
を有し、ポリマー濃度が０．７３ｍｇ／ｍＬであり、ペプチド濃度が０．０２４ｍｇ／ｍＬである、アズレンで誘導体化された白血病細胞結合ペプチドが入れられたミセルは、３６１ｎｍのλｍａｘを示した。次式
を有し、ポリマー濃度が０．７６８ｍｇ／ｍＬであり、ペプチド濃度が０．０２７ｍｇ／ｍＬである、ピラジンで誘導体化された白血病細胞結合ペプチドが入れられたミセルは、４５３ｎｍのλｍａｘを示した。ピラジンペプチドの放射は、その蛍光放射波長ではＭＰ−３３９７と重複しなかった。
ＭＰ−３３９７および白血病細胞結合ペプチドＳＦＦＹＬＲＳ（配列番号：１）の両方を有する、二重に入れたミセルを調製した（この白血病細胞結合ペプチドおよびＭＰ−３３９７を、最初または２番目に添加した）。これらのミセルは、ＵＶ−ｖｉｓおよび蛍光を使用してモニタすることができ（データ示さず）、異なるスペクトル特性を示した。
実施例８のスキーム１は、白血病細胞結合ペプチドを２番目に添加し、二重に入れたミセルの調製を示す。
実施例８のスキーム２は、ＭＰ−３３９７を２番目に添加し、二重に入れたミセルの調製を示す。
（実施例９）官能性架橋型ナノ構造物を使用する光学造影
一般に、電磁スペクトルの可視領域またはＮＩＲ領域における分子による吸収、放射または散乱は、光学測定に有用である。蛍光に関連する高い感受性により、放射能または電離放射線の悪影響なしに検出することができる。本発明の官能性の架橋型ナノ構造物は、可視領域およびＮＩＲ領域において強力に吸収する。
この態様の一実施形態では、本発明は、例えば標的組織またはタンデム療法に関連するあるクラスの標的組織を、光学的に造影または可視化するための生物医学的手順において、光学的作用物質を使用する方法を提供する。本発明の方法は、腫瘍組織の造影または可視化などの、組織選択的な造影および可視化の方法を含む。この態様の方法は、診断上有効な量の化合物を、被験体に投与するステップを含み、この化合物は、本明細書に記載の式のいずれかを有する化合物またはその医薬調製物である。本発明の方法は、結腸直腸癌、ならびに前立腺癌、胃癌、食道癌、子宮癌−子宮内膜癌、膵臓癌、乳癌、子宮頸癌、頭部癌および頸部癌、肝臓癌、皮膚癌、胆嚢癌、肺癌および卵巣癌を含む他の癌を造影または可視化するのに有用である。
この態様の方法では、被験体に投与された化合物は、次に、インビボで電磁放射線に曝露され、次に、化合物によって放射または散乱された電磁放射線が検出される。いくつかの実施形態では、蛍光は、任意選択により多光子励起過程を介して、化合物から励起される（例えば、電磁放射線に曝露することにより）。造影および／または可視化に特に有用な一実施形態では、この態様の方法は、（ｉ）被験体に投与された、本明細書に記載の式のいずれか１つを有する化合物などの化合物に、その化合物から放射を励起することができる電磁放射線を曝露するステップと、（ｉｉ）化合物からの放射を測定するステップとをさらに含む。いくつかの実施形態では、本発明の方法は、４００〜１３００ｎｍの範囲から選択される波長を有する光に曝露することによる蛍光励起を使用する。例えば、光干渉断層計（ＯＣＴ）は、組織の微細構造の高分解能の断面造影を可能にする、本化合物と適合性のある光学造影技術である。４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線の使用は、器官、組織および／または腫瘍の造影、解剖学的な可視化、光誘導外科手術、ならびに内視鏡手順のための生物医学適用を含む、本発明のｉｎ ｓｉｔｕでのいくつかの光学造影方法に有用であり得る。本発明の方法の化合物は、コントラスト剤、光プローブおよび／またはトレーサー要素として機能することができる。本発明の方法は、インビボ、インビトロおよびエクスビボで造影および可視化することを含む。本発明は、光学造影法および／もしくは可視化誘導外科手術、ならびに／または内視鏡診断および治療手順を含む様々な臨床的な手順のための方法を提供する。
生物医学的造影手順のために本発明の化合物を使用する例示的プロトコルでは、官能性架橋型ナノ構造物は、可視光および／または近赤外光に曝露される。この、官能性架橋型ナノ構造物を光に曝露することは、任意の適切な時期に行うことができるが、好ましくは官能性架橋型ナノ構造物が体内にある間に行われる。この、官能性架橋型ナノ構造物を可視光および／または赤外光に曝露することにより、官能性架橋型ナノ構造物は、適切な検出装置によって検出され得るスペクトルエネルギー（例えば、可視光および／または近赤外光）を放射する。官能性架橋型ナノ構造物から放射されたスペクトルエネルギーは、官能性架橋型ナノ構造物によって吸収される波長範囲よりも大きい波長範囲を示す傾向がある。例えば、官能性架橋型ナノ構造物が約７００ｎｍの光を吸収する場合、その官能性架橋型ナノ構造物は、約７４５ｎｍの光を放射することができる。
官能性架橋型ナノ構造物（またはより具体的には、そのナノ構造物から放射された光）の検出は、当技術分野で公知の光学的蛍光、吸光または光散乱手順によって行うことができる。この放射されたスペクトルエネルギーまたはルミネッセンスの検出は、放射されたスペクトルエネルギーの収集、および収集されたスペクトルエネルギーを示す電気シグナルの発生として特徴付けることができる。これらの目的では、用語「ルミネッセンス」は、原子または分子の励起電子状態からの光の放射を指す。ルミネッセンスは、一般に、中でもフォトルミネセンス、化学発光および電気化学ルミネッセンスなどの光放射を指す。蛍光およびリン光を含むフォトルミネセンスでは、励起電子状態は、電磁放射線の吸収によって作り出される。ルミネッセンスの検出は、ルミネッセンスまたは関連するルミネッセンス過程の１つまたは複数の特性の検出を含む。これらの特性は、中でも強度、励起および／または放射範囲、極性化、寿命ならびにエネルギー移動を含み得る。これらの特性は、ルミネッセンスの時間に依存しない（定常状態）および／または時間依存性（時間分解）特性も含み得る。代表的なルミネッセンス技術には、中でも、蛍光強度（ＦＬＩＮＴ）、蛍光偏光（ＦＰ）、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、蛍光寿命（ＦＬＴ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）、蛍光相関分光法（ＦＣＳ）、光退色後の蛍光回復（ＦＲＡＰ）、光学的−音響学的断層撮影法（ＯＡＴ）および生物発光共鳴エネルギー移動（ＢＲＥＴ）、多光子技術が含まれる。
例えば、本発明で化合物を使用するとき、その化合物に供給される光の波長は、光がその化合物を励起するような波長であることが望ましい。この励起によって、分子は、吸収したエネルギーの一部を異なる波長で放射し、その放射は、蛍光定量的技術または前述の他の技術を使用して検出することができる。当業者は、部分的に、投与される特定の化合物（複数可）、特定の使用（例えば、検出されるべき組織）、および分析の物理的制限を含む他の態様に基づいて、最も適切な検出技術を容易に決定することができる。
体内に存在する官能性架橋型ナノ構造物からスペクトルエネルギーを検出するために利用される技術は、選択された波長（または波長範囲）だけを検出するように設計することができ、かつ／または１つまたは複数の適切なスペクトルフィルターを含むことができる。様々なカテーテル、内視鏡、イヤークリップ、ヘッドバンド、表面コイル、フィンガープローブ等を利用して、官能性架橋型ナノ構造物を光に曝露し、かつ／またはそのナノ構造物から放射される光を検出することができる。このスペクトルエネルギーの検出は、間欠的に１回もしくは複数回行うことができ、または実質的に持続的に行うこともできる。
好ましくは、非イオン化エネルギーを被験体または試料に投与して、本発明の化合物に対して生物学的試料を検出または造影する。これらの目的では、用語「非イオン化エネルギー」は、一般に、患者の体内の原子または分子から、少なくとも１つの電子を完全に除去するのに十分なエネルギーを担持していない電磁放射線を指す。例えば、いくつかの実施形態では、非イオン化エネルギーは、約４００ｎｍ〜約１２００ｎｍの波長範囲のスペクトルエネルギーを含むことができる。いくつかの実施形態では、非イオン化エネルギーは、可視光および／または近赤外光だけを含むこともできる。
一実施形態では、本発明の化合物のスペクトル特性は、励起および／または放射に望ましい波長範囲に調整することができる。このことは、例えば、公知の励起源を使用する特定の造影技術を開発するのに有用であり得る。
（参考文献）

Claims (41)

  1. 架橋ブロックコポリマーを含む光学的作用物質であって、前記架橋ブロックコポリマーのそれぞれが親水性ブロックおよび疎水性ブロックを含む、光学的作用物質と、
    前記ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部を共有結合により架橋する連結基であって、前記連結基の少なくとも一部が１つまたは複数の光活性部分を含む連結基と、
    治療剤と
    を含む、光学的作用物質であって、
    前記光学的作用物質が、内部疎水性コアおよび共有結合により架橋された親水性シェルを有する超分子構造物を水溶液中で形成し、前記内部疎水性コアが、前記ブロックコポリマーの疎水性ブロックを含み、前記共有結合により架橋された親水性シェルが、前記ブロックコポリマーの親水性ブロックを含み、前記治療剤が、前記超分子構造物によって少なくとも部分的に被包され、前記治療剤が、前記疎水性コアと非共有結合によって会合している、光学的作用物質。
  2. 前記超分子構造物が、シェル架橋型ミセルを含む、請求項１に記載の光学的作用物質。
  3. 前記１つまたは複数の光活性部分が、１つまたは複数のフルオロフォアまたは発色団を含む、請求項１から２のいずれかに記載の光学的作用物質。
  4. 前記１つまたは複数の光活性部分が、４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を吸収すると励起することができ、４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線を放射することができる１つまたは複数のフルオロフォアを含む、請求項１から３のいずれかに記載の光学的作用物質。
  5. 前記１つまたは複数の光活性部分が、１０ナノメートル〜２００ナノメートルの範囲から選択されるストークスシフトを有する１つまたは複数のフルオロフォアを含む、請求項１から４のいずれかに記載の光学的作用物質。
  6. 前記１つまたは複数の光活性部分が、３５０〜１２００ｎｍの間の波長範囲で発光する色素を含む、請求項１から５のいずれかに記載の光学的作用物質。
  7. 前記１つまたは複数の光活性部分が、Ｉ型光線療法剤を含む、請求項１から６のいずれかに記載の光学的作用物質。
  8. 前記１つまたは複数の光活性部分が、ＩＩ型光活性薬剤を含む、請求項１から７のいずれかに記載の光学的作用物質。
  9. 前記１つまたは複数の光活性部分が、ピラジンを含む、請求項１から８のいずれかに記載の光学的作用物質。
  10. 前記超分子構造物が、球状、円柱状、円盤状、ドーナツ状、小胞状または多区画である、請求項１から９のいずれかに記載の光学的作用物質。
  11. 前記光学的作用物質が、５ナノメートル〜５００ナノメートルの範囲から選択される断面寸法を有するシェル架橋型ミセルである、請求項１から１０のいずれかに記載の光学的作用物質。
  12. 前記連結基と前記親水性ブロックのモノマーとのモル比が、１：１００〜９９：１００の範囲から選択される、請求項１から１１のいずれかに記載の光学的作用物質。
  13. 前記ブロックコポリマーが、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、ポリブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーである、請求項１から１２のいずれかに記載の光学的作用物質。
  14. 前記疎水性ブロックが、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ポリマーブロック、ポリスチレンポリマーブロック、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ポリマーブロック、ポリアクリレートポリマーブロック、ポリ（プロピレングリコール）ポリマーブロック、ポリ（エステル）ポリマーブロック、ポリ乳酸ポリマーブロック、ポリ（ｔｅｒｔ−ブチルアクリレート）ポリマーブロック、ポリ（Ｎ−アクリルオキシスクシンイミド）ポリマーブロック、またはそのコポリマーである、請求項１から１３のいずれかに記載の光学的作用物質。
  15. 前記疎水性ブロックが、ポリ（メチルアクリレート）ポリマーブロック、ポリ（ε−カプロラクトン）ポリマーブロック、ポリ（グリコール酸）ポリマーブロック、ポリラクチドポリマーブロック、またはポリグリコリドポリマーブロックである、請求項１から１３のいずれかに記載の光学的作用物質。
  16. 前記親水性ブロックが、ポリ（アクリル酸）ポリマーブロック、ポリ（エチレングリコール）ポリマーブロック、ポリ（アセトキシスチレン）ポリマーブロック、またはそのコポリマーである、請求項１から１５のいずれかに記載の光学的作用物質。
  17. 親水性ブロックが、ポリ（アクリル酸）ポリマーブロックであり、疎水性ブロックが、ポリ（ｐ−ヒドロキシスチレン）ブロックであり、前記連結基が、アミド結合によって前記ポリ（アクリル酸）ポリマーブロックのモノマーに結合している、請求項１から１６のいずれかに記載の光学的作用物質。
  18. 前記ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部および連結基が次式を有する、請求項１から１７のいずれかに記載の光学的作用物質
    ［式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメントからなる群から選択され、Ｚ１およびＺ２はそれぞれ独立に、
    であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択され、ａおよびｂはそれぞれ独立に、０または１である］。
  19. 前記ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部および連結基が次式を有する、請求項１から１８のいずれかに記載の光学的作用物質
    ［式中、Ｒ１〜Ｒ１４はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメントからなる群から選択され、ｕおよびｖはそれぞれ独立に、０〜１０の範囲から選択され、Ｚ３〜Ｚ６はそれぞれ独立に、
    であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択される］。
  20. Ｒ８、Ｒ１１、Ｒ１３およびＲ１４の少なくとも１つが、
    である、請求項１９に記載の光学的作用物質。
  21. 前記ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部および連結基が次式を有する、請求項１から２０のいずれかに記載の光学的作用物質
    ［式中、各ｐは、２０〜２５０の範囲から選択され、ｐの各値について独立に、ｎは、独立に１〜０の数であり、ｍは、独立に１〜０の数であり、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメントからなる群から選択され、Ｒ１７およびＲ１８はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント、または前記コポリマーの追加の親水性ブロックからなる群から選択され、Ｚ１、Ｚ２、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ独立に、
    であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択され、ａおよびｂはそれぞれ独立に、０または１であり、［疎水性ブロック］は、前記ブロックコポリマーの疎水性ブロックであり、ｘおよびｙはそれぞれ独立に、０または１である］。
  22. 前記ブロックコポリマーの親水性ブロックの少なくとも一部および連結基が次式を有する、請求項１から２１のいずれかに記載の光学的作用物質
    ［式中、各ｐは、２０〜２５０の範囲から選択され、ｐの各値について独立に、ｎは、独立に１〜０の数であり、ｍは、独立に１〜０の数であり、Ｒ１〜Ｒ７、Ｒ９、Ｒ１０およびＲ１２〜Ｒ１４はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、または天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメントからなる群から選択され、Ｒ１７およびＲ１８はそれぞれ独立に、−Ｒ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮ（Ｒ）２、−ＯＣＯＮ（Ｒ）２、−Ｎ（Ｒ）２、−ＳＲ、−ＳＯ２Ｒ、−ＳＯＲ、−ＯＣＯＯＲ、−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）２および−ＯＲからなる群から選択され、各Ｒは、独立に、水素、Ｃ１〜Ｃ２０アルキル、Ｃ５〜Ｃ２０アリール、Ｃ１〜Ｃ２０カルボニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルケニル、Ｃ２〜Ｃ２０アルキニル、Ｃ５〜Ｃ２０アルキルアリール、Ｃ１〜Ｃ２０アルコキシ、ハロ、アミン、アミド、ヒドロキシル、カルボキシル、シアノ、ニトリル基、アジド基、ニトロ基、アシル基、チオール基、天然もしくは非天然アミノ酸もしくはそのフラグメント、または前記コポリマーの追加の親水性ブロックからなる群から選択され、Ｚ３〜Ｚ６、Ｌ１およびＬ２はそれぞれ独立に、
    であり、１つまたは複数のＣＨ２基は、ＮＨ、Ｏ、Ｓ、カルボニル（Ｃ＝Ｏ）またはスルホニル（Ｓ＝ＯまたはＯ＝Ｓ＝Ｏ）によって置き換えることができ、２つの隣接するＣＨ２基は、−ＣＨ＝ＣＨ−または−Ｃ≡Ｃ−によって置き換えることができ、各ｅは、独立に、０〜１０の範囲から選択され、ｕおよびｖはそれぞれ独立に、０〜１０の範囲から選択され、［疎水性ブロック］は、前記ブロックコポリマーの疎水性ブロックであり、ｘおよびｙはそれぞれ独立に、０または１である］。
  23. 前記治療剤が、細胞傷害性部分である、請求項１から２２のいずれかに記載の光学的作用物質。
  24. 前記治療剤が、ＤＮＡにインターカレートするアントラサイクリンである、請求項１から２３のいずれかに記載の光学的作用物質。
  25. 前記治療剤が、化学療法剤である、請求項１から２４のいずれかに記載の光学的作用物質。
  26. 前記治療剤が、アルキル化剤、ＤＮＡインターカレーター、微小管標的化分子、葉酸アンタゴニスト、ヌクレオシド代謝拮抗物質または他の抗新生物剤である、請求項１から２５のいずれかに記載の光学的作用物質。
  27. 前記治療剤が、白金錯体、タキソール、Ｉ型光力学化合物またはＩＩ型光力学化合物である、請求項１から２６のいずれかに記載の光学的作用物質。
  28. 前記治療剤が、ドキソルビシンである、請求項１から２７のいずれかに記載の光学的作用物質。
  29. 前記治療剤が、パクリタキセルである、請求項１から２８のいずれかに記載の光学的作用物質。
  30. １つまたは複数の標的化部分をさらに含む、請求項１から２９のいずれかに記載の光学的作用物質。
  31. 標的化部分が、前記ブロックコポリマーの少なくとも一部の親水性ブロックに結合している、請求項３０に記載の光学的作用物質。
  32. 前記標的化部分が、ペプチド、タンパク質、オリゴヌクレオチド、抗体、炭水化物、ホルモン、脂質または薬物である、請求項３１に記載の光学的作用物質。
  33. 前記標的化部分が、ＳＴ受容体結合剤、ボンベシン受容体結合剤、白血病ペプチドおよび葉酸受容体結合剤を含む、請求項３２に記載の光学的作用物質。
  34. 光学造影および治療手順のタンデムにおいて使用するための、請求項１から３３のいずれかに記載の光学的作用物質であって、前記手順が、
    有効量の請求項１から３０のいずれかに記載の光学的作用物質を哺乳動物に投与するステップであって、前記１つまたは複数の光活性部分は１つまたは複数の発色団および／またはフルオロフォアを含み、前記治療剤は前記超分子構造物から放出される、ステップと、
    前記哺乳動物に投与された前記光学的作用物質を、電磁放射線に曝露するステップと、
    前記光学的作用物質によって伝達、散乱または放射される電磁放射線を検出するステップと
    を含む、光学的作用物質。
  35. 前記光学的作用物質が、４００ナノメートル〜１３００ナノメートルの範囲から選択される波長を有する電磁放射線に曝露される、請求項３４に記載の光学的作用物質。
  36. 前記手順が、前記光学的作用物質からのルミネッセンスを励起するステップをさらに含む、請求項３４から３５のいずれかに記載の光学的作用物質。
  37. 前記手順が、前記哺乳動物の腫瘍を造影する方法を含み、前記投与するステップが、前記腫瘍に光学的作用物質を提供するステップを含む、請求項３４から３６のいずれかに記載の光学的作用物質。
  38. 架橋ブロックコポリマーであって、前記ブロックコポリマーのそれぞれが、疎水性ブロックに直接的または間接的に結合しているポリ（アクリル酸）ポリマーブロックを含むブロックコポリマーと、
    前記ブロックコポリマーのポリ（アクリル酸）ポリマーブロックの少なくとも一部を共有結合により架橋するピラジン含有連結基であって、前記コポリマーは超分子構造物を形成する、ピラジン含有連結基と、
    前記超分子構造物によって少なくとも部分的に被包された治療剤と
    を含む、シェル架橋型ミセル。
  39. 前記ピラジン含有連結基と、前記ポリ（アクリル酸）ポリマーブロックのモノマーとのモル比が、１：１００〜９９：１００の範囲から選択される、請求項３８に記載のシェル架橋型ミセル。
  40. 薬学的に許容される組成物をもたらす、請求項１に記載の化合物および少なくとも１つの担体または添加剤。
  41. 少なくとも１つの担体または添加剤および請求項１から３３のいずれかに記載の光学的作用物質を含む、薬学的に許容される組成物。
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