JP7308366B2 - アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子及びその調製方法 - Google Patents

アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子及びその調製方法 Download PDF

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Description

本発明は、手術ナビゲーションシステムに用いられる近赤外蛍光分子及び細胞に対するラベリングやイメージングなどの分野に属し、具体的には、アクティブターゲティング型近赤外蛍光低分子及びその調製方法に関する。
インドシアニングリーン(Indocyanine green、ICG)は、分子量約776Daの親水性蛍光トレーサーであり、蛍光トレーサーのほか、肝機能の評価や、心拍出量の評価、眼底血管造影にも広く使用されている。また、ICGは、波長が780nmの近赤外光の照射により、高透過性を持つ波長が830nmの蛍光を発光するので、ICGを利用して深部組織を観察することも可能となる。ICGは、血液に入ると血漿タンパク質と急速に結合し、タンパクで囲まれるICGナノ分子を形成する。このようなICGナノ分子は、EPR効果により腫瘍組織に蓄積し、さらに細網内皮系に貪食されるため、腫瘍の部分の可視化やリンパ節追跡が可能になる。また、研究により、ICGは、患者の短期および長期の合併症の発生リスクを高めることがなく、生物学的に安全であることを見出した。したがって、ICGの利用により、非侵襲的な深部血管やリンパ管の造影を実現するだけでなく、外科手術での蛍光トレースにも使用することができる。しかしながら、近年の臨床試験や動物試験の結果によると、腫瘍蛍光トレーサーとしてのICGには以下のような問題点があると報告された。
1)蛍光発光の効率が低い(水溶液での量子収率が1%未満)ため、装置感度に対する要求が高い。中国の医薬品管理規定により、ICGのヒトへの最大投与量は2mg/kg未満とする。従来の文献や我々独自の測定データによると、この投与量では、ヒト腫瘍におけるICGの濃度範囲が10~1000nMであるのに対して、現在のほとんどの装置の有効検出範囲は10~1000μMであり、1000倍の差がある。
2)臨床現場では、腫瘍組織と正常組織におけるICGの代謝速度に大きな差がなく、十分な蛍光像のコントラスト(腫瘍組織:正常組織)が得られるまで少なくとも12時間待つ必要があり、病院や患者の負担が増えることがわかった。
よって、高い蛍光量子収率と、腫瘍へのアクティブターゲティングと、正常組織からの迅速なクリアランスという特性を持つ新世代蛍光トレーサーの開発は、ICGの実用化の不足を補うことができ、科学的、臨床的に高い価値がある。過去の研究により、インテグリンは、例えば胃癌、卵巣癌、乳癌など、多くの悪性腫瘍細胞の表面や腫瘍組織の新生血管内皮細胞で発現レベルが高く、正常組織の細胞や成熟血管内皮細胞ではほとんど発現しないことがわかった。したがって、腫瘍組織で発現レベルが高いインテグリンへのターゲティングは、高精度な薬物投与を実現できる可能性がある。現在、成熟且つ安全な標的抗腫瘍薬としてのペメトレキセド二ナトリウム及びその誘導体は、細胞表面のインテグリンに強固に結合し、細胞内における葉酸に依存した正常な代謝過程を阻害することで、細胞の複製を抑制し、腫瘍の増殖を抑えることができる。ペメトレキセド二ナトリウムおよびその誘導体は、良好ながんターゲティング特性を備え、より優れた生体内安定性を持つため、近赤外蛍光による低分子への修飾に関して言えばまだ可能性がある。
本発明は、アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光低分子及びその調製方法を提供することを目的とする。その分子の分子式は、以下の通りである。
Figure 0007308366000001
そのうち、Xは、以下の構造から選択されるものである。
Figure 0007308366000002
Yは、S0456及びその誘導体から選択されるものである。
Yは、Xのチロシン側鎖のフェノール部分とエーテル結合を形成することでXに結合する。
更に、アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光低分子は、以下の構造を有する。
Figure 0007308366000003
そのうち、Mは、H、NaおよびKから独立して選択されるものである。
例として、次のような分子構造を有する。
Figure 0007308366000004
その調製プロセスは、
S0456を合成するステップS1と、
ペメトレキセド標的薬剤を合成、及びPemetrexed-Tyrを調製するステップS2と、
Pemetrexed-TyrとS0456を反応させてPemetrexed-Tyr-S0456を生成するステップS3と、を含む。
更に、上記ステップS1は、ステップS11、ステップS12およびステップS13を含む。
ステップS11において、4-ヒドラジノベンゼンスルホン酸、3-メチル-2-ブタンおよび氷酢酸を混合して、110-130°Cに加熱し、そして、窒素雰囲気下で16-20時間還流させ、さらに酢酸エチル中で沈殿させた後、ろ過してピンク色の固形物としての粗生成物を収集し、得られた生成物をメタノールに溶解し、温和な条件で、溶解液を例えば水酸化カリウムとイソプロパノールの溶液に滴下し、粗混合物をろ過、洗浄し、生成物1として褐色の固形物を得た。褐色の固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000005
ステップS12において、生成物1および1,4-ブタンスルトンを、窒素雰囲気下でトルエン溶液に加え、100~120°Cで40~55時間加熱し、混合物を室温まで冷却した後、粗混合物をメタノールに入れ、30分撹拌し、その後、沈殿、ろ過、収集したあと、水:メタノール=2:1の液に再溶解し、滴下漏斗により溶解液をアセトニトリルにゆっくりと加え、更に沈殿物をろ過、収集し、生成物2としてピンク色の固形物を得た。ピンク色の固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000006
ステップS13において、生成物2、Vilsmeier-Haack試薬および無水酢酸ナトリウムを、無水エタノール中で窒素雰囲気下で6~8時間還流加熱し、反応生成物を室温まで冷却した後、ろ過し、エタノールおよびメタノールで洗浄、吸引ろ過し、乾燥させ、生成物3として緑色の固形物を収集した。緑色の固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000007
更に、上記ステップS2において、ペメトレキセド標的薬剤を合成するステップは、ペメトレキセド二ナトリウム加水分解酸をDMFに溶解し、フラスコに、O-tert-ブチル-L-チロシンtert-ブチルエステル塩酸塩、DIEAを順に加え、完全に溶解するまで撹拌し、窒素雰囲気で室温で25-35分間反応させたあと、反応液をHCl溶液中に滴下して、薄黄色の沈殿物を生成し、沈殿物を乾燥し、生成物4として固形物を得た。固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000008
Pemetrexed-Tyrを調製するステップは、生成物4を丸底フラスコに入れ、TFA水溶液を加え、2時間撹拌した後、メチルtert-ブチルエーテルを入れ、沈殿、ろ過し、真空乾燥して、生成物5を得た。その構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000009
更に、上記ステップS3は、
18~28℃でS0456の水溶液にpH10~12のPemetrexed-Tyrトリアニオン溶液を滴下するステップS31と、
反応混合物の温度を85-95℃に上昇させ、40-55分間攪拌し、7の生成をTLCにてモニターするステップS32と、
生成物の形成が完了したあと、反応混合物を室温まで冷却し、カニューレを介して攪拌中のアセトンに定常流で移し、緑色の沈殿物を得たステップS33と、
沈殿物を真空ポンプによる真空下で、焼結ロートを用いて濾過し、アセトンで洗浄したステップS34と、
緑色の粉末状の固体を乾燥させ、Pemetrexed-Tyr-S0456を得たテップS35と、を含む。
本発明は、従来技術と比較して、以下の利点を有する。
本発明は、アクティブターゲティング型近赤外蛍光分子の調製方法を開示するものであり、アクティブターゲティング型官能基のアクティブターゲティング型近赤外蛍光低分子としてペメトレキセド二ナトリウムおよびその誘導体を有機全合成で調製した。このアクティブターゲティング近赤外蛍光分子は、高いアクティブ標的指向性、高い特異性、良好な水溶性、高い蛍光量子収率などの優位性を持ち、腫瘍手術のナビゲーションイメージングや細胞ラベリングの分野で大きな発展を遂げる可能性がある。
本発明に係るアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子の構造図である。 調製したアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子の合成を示すフローチャートである。 調製したアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子の蛍光性能(蛍光強度)を示す図である。 調製したアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子の蛍光性能(検出限界)を示す図である。 調製したアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子のS0456の水素スペクトルである。 調製したアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子のS0456のマススペクトルである。 調製したPemetrexed -Tyr(OtBu)-OtBuのマススペクトルである。 調製したPemetrexed -Tyr-OHのマススペクトルである。 調製したPemetrexed -Tyr-S0456のマススペクトルである。 Pemetrexed -Tyr-S0456を取り込んだKB細胞の蛍光顕微鏡画像である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例における技術案を明確かつ完全に説明する。なお、説明した実施例は、本発明の実施例の一部に過ぎず、その全てではない。本発明の実施例をもとに、当業者が発明能力を用いることなく得たすべての他の実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
図1に示すように、本発明では
Figure 0007308366000010
を母体として、S0456とPemetrexedを、チロシンを介して構造的に連結し、最終的にアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子を形成させる。図1において、a部分はPemetrexed構造であり、b部分はチロシン構造であり、c部分はS0456構造であり、Mは、H、NaおよびKから独立して選択されるものである。
本実施例において、次の構造式を例とする。その合成は下記の通りである。
Figure 0007308366000011
図2に示すように、本発明に係るアクティブターゲティング型近赤外蛍光分子の合成は、以下のステップを含む。
S0456の合成:
(1)4-ヒドラジノベンゼンスルホン酸(1.6g、31.9mmol)、3-メチル-2-ブタン(2.10ml、90mmol)および氷酢酸(50ml)を混合し、120°Cに加熱し、そして、窒素雰囲気下で18時間保持した。酢酸エチル中で沈殿させた後、ろ過してピンク色の固形物としての粗生成物を収集した。得られた生成物(6.5g、25.4mmol)をメタノール(50mL)に溶解した。温和な条件で、溶解液を、例えば水酸化カリウム(1.7g、30mmol)とイソプロパノール(20ml)の溶液に滴下し、粗混合物をろ過、洗浄して、収率が97%となる褐色の固形物を得た。褐色の固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000012
(2)生成物1(2.3g、8.3mmol)と1,4-ブタンスルトンを、窒素雰囲気下でトルエン溶液に加え、110°Cまで昇温して、この温度環境で48時間保持した。混合物を室温まで冷却し、溶媒を析出させた。粗混合物にメタノール(10ml)を加え、30分撹拌した後、ろ過して、粗混合物を収集し、水(10ml):メタノール(5ml)=2:1(v/v)の体積比の混合液に溶解させた。滴下漏斗により混合溶液をアセトニトリル(160ml)にゆっくりと加え、更に沈殿物をろ過し、収率が40%となるピンク色の固形物を収集した。ピンク色の固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000013
(3)生成物2(1.5g、2.79mmol)、Vilsmeier-Haack試薬(0.5g、1.39mmol)および無水酢酸ナトリウム(0.342g、4.17mmol)を20mLの無水エタノールで窒素雰囲気下で6時間還流加熱した。反応生成物を室温まで冷却した後、ろ過し、エタノールおよびメタノールで洗浄し、収率が90%となる緑色の固形物(S0456)を収集した。緑色の固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000014
図5と図6は、S0456の水素スペクトルとマススペクトルをそれぞれ示す。
標的薬剤の合成:
ペメトレキセド二ナトリウム加水分解酸(1.05g、3.52mmol)をDMFに溶解し、溶解まで攪拌し、フラスコに、HATU(2.007g、5.28mmol)、O-tert-ブチル-L-チロシンtert-ブチルエステル塩酸塩(O-tert-butyl-L-tyrosine tert-butyl ester hydrochloride)(1.161g、3.52mmol)、DIEA(1.364g、10.56 mmol)を順に加え、完全に溶解するまで撹拌し、窒素雰囲気で室温で30分間反応させた。反応液を0.1N aq.HCl(1.0L、0.14M)中に滴下して、薄黄色の沈殿物を生成した。沈殿物を真空乾燥し、収率が95%となる2.04gの以下の固形物(4)を得た。固形物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000015
図7は、Pemetrexed-Tyr(OtBu)-OtBuのマススペクトルを示す。
生成物4(2.04g、3.34mmol)を丸底フラスコに入れ、TFA水溶液(TFA:H2O(95:5)、10mL)を加え、2時間撹拌した後、メチルtert-ブチルエーテルを入れ、沈殿、ろ過して、真空乾燥して、収率が98%となる1.507gの生成物を得た。生成物の構造式は、以下のとおりである。
Figure 0007308366000016
図8は、Pemetrexed -Tyr-OHのマススペクトルを示す。
Pemetrexed-Tyr-S0456の調製:
23℃でS0456(2.909g、3.276mmol)を18mLの水に入れ、さらにpH11のPemetrexed-Tyr(1.507g、3.276mmol)トリアニオン溶液を滴下した。反応混合物の温度を90℃に上昇させ、45分間攪拌し、TLCにて以下の化合物(6)の生成をモニターした。生成物の形成が完了したあと、反応混合物を室温まで冷却し、カニューレを介して攪拌中のアセトン(0.5L)に定常流で移し、緑色の沈殿物を得た。その沈殿物を真空ポンプによる真空下で、焼結ロートを用いて濾過し、アセトン(3×500 mL)で洗浄した。緑色の粉末状の固体を高真空で12時間乾燥させ、定量的に化合物(6)(4.34g)を得た。
Figure 0007308366000017
図3、図4は、Pemetrexed-Tyr-S0456の蛍光特性を示し、図9は、マススペクトルを示す。
本発明の効果を検証するために、以下の検証実験を行った。
KB細胞を1x10-6 mol/LのPemetrexed-Tyr-S0456を用いて2時間インキュベートし、PBSで細胞を2-3回洗浄した後、実験室製の近赤外蛍光顕微鏡でKB細胞を画像化して、白色光画像と蛍光画像を得、図10に示すようにImage-Jで画像を合成した。明るいKB細胞は、低分子がKB細胞の葉酸受容体をターゲティングし、励起光の励起により、蛍光強度を検出したことを意味する。
上記記載は、本発明の具体的な実施形態にすぎず、本発明の保護範囲がこれらに限定されない。当業者は、本発明に開示された技術範囲内において、技術案を変更または置換することができ、これらの変更または置換も本発明の保護範囲内に含まれる。このため、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に示された内容に準ずる。

Claims (9)

  1. アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子であって、その構造式は、以下のとおりであり、
    Figure 0007308366000018
    そのうち、Mは、H、NaおよびKから独立して選択されるものである、アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子。
  2. S0456を合成するステップS1と、
    ペメトレキセド標的薬剤を合成、及び以下の式で表されるPemetrexed-Tyrを調製するステップS2と、
    Figure 0007308366000019
    Pemetrexed-TyrとS0456を反応させてPemetrexed-Tyr-S0456を生成するステップS3と、を含み、
    ステップS1は、ステップS11、ステップS12およびステップS13を含み、
    ステップS11において、4-ヒドラジノベンゼンスルホン酸、3-メチル-2-ブタンおよび氷酢酸を混合して、110-130°Cに加熱し、そして、窒素雰囲気下で16-20時間還流させ、さらに酢酸エチル中で沈殿させた後、ろ過してピンク色の固形物としての粗生成物を収集し、得られた生成物をメタノールに溶解し、温和な条件で、溶解液を、例えば水酸化カリウムとイソプロパノールの溶液に滴下し、粗混合物をろ過、洗浄して、生成物1として褐色の固形物を得、
    ステップS12において、生成物1および1,4-ブタンスルトンを、窒素雰囲気下でトルエン溶液に加え、100~120°Cで40~55時間加熱し、混合物を室温まで冷却した後、粗生成物を析出させ、粗混合物をメタノールに入れ、30分撹拌し、その後、沈殿、ろ過、収集した後、水:メタノール=2:1の液に再溶解し、滴下漏斗により溶解液をアセトニトリルにゆっくりと加え、更に沈殿物をろ過、収集し、生成物2としてピンク色の固形物を得、
    ステップS13において、生成物2、Vilsmeier-Haack試薬および無水酢酸ナトリウムを、無水エタノール中で窒素雰囲気下で6~8時間還流加熱し、反応生成物を室温まで冷却した後、ろ過し、エタノールおよびメタノールで洗浄し、生成物3として緑色の固形物を収集した
    ことを特徴とする、アクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  3. 前記ステップS2は、ペメトレキセド標的薬剤を合成することは、
    ペメトレキセド二ナトリウム加水分解酸をDMFに溶解し、フラスコに、HATU、O-tert-ブチル-L-チロシンtert-ブチルエステル塩酸塩、DIEAを順に加え、完全に溶解するまで撹拌し、窒素雰囲気で室温で25-35分間反応させた後、反応液をHCl溶液中に滴下して、薄黄色の沈殿物を生成し、その沈殿物を乾燥し、生成物4として固形物を得たことを含み、
    Pemetrexed-Tyrを調製することは、
    生成物4を丸底フラスコに入れ、トリフルオロ酢酸を加え、2時間撹拌した後、メチルtert-ブチルエーテルを入れ、沈殿、ろ過し、真空乾燥して、生成物5を得たことを含む
    ことを特徴とする請求項2に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  4. 前記ステップS3は、
    18~28℃でS0456の水溶液にpH10~12のPemetrexed-Tyrトリアニオン溶液を滴下するステップS31と、
    反応混合物の温度を85-95℃に上昇させ、40-55分間攪拌し、7の生成をTLCにてモニターするステップS32と、
    生成物の形成が完了したあと、反応混合物を室温まで冷却し、カニューレを介して攪拌中のアセトンに定常流で移し、緑色の沈殿物を得たステップS33と、
    沈殿物を真空ポンプによる真空下で、焼結ロートを用いて濾過し、アセトンで洗浄したステップS34と、
    緑色の粉末状の固体を乾燥させ、Pemetrexed-Tyr-S0456を得たステップS35と、
    を含むことを特徴とする請求項2に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  5. 前記生成物1の構造式は、
    Figure 0007308366000020
    となることを特徴とする請求項2に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  6. 前記生成物2の構造式は、
    Figure 0007308366000021
    となることを特徴とする請求項2に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  7. 前記生成物3の構造式は、
    Figure 0007308366000022
    となることを特徴とする請求項2に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  8. 前記生成物4の構造式は、
    Figure 0007308366000023
    となることを特徴とする請求項に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
  9. 前記生成物5の構造式は、
    Figure 0007308366000024
    となることを特徴とする請求項に記載のアクティブターゲティング型葉酸受容体近赤外蛍光分子の調整方法。
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