JP7364552B2 - Ｘ線誘起光線力学療法、放射線療法、放射線力学療法、化学療法、免疫療法、及びそれらの任意の組み合わせのための、ナノスケール金属有機層及び金属有機ナノプレート - Google Patents

Ｘ線誘起光線力学療法、放射線療法、放射線力学療法、化学療法、免疫療法、及びそれらの任意の組み合わせのための、ナノスケール金属有機層及び金属有機ナノプレート Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
関連出願
本出願は、２０１７年８月２日に出願された米国仮特許出願第６２／５４０，２７５号、及び２０１８年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／６２３，８２６号の優先権を主張し、これらのそれぞれの開示は、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
政府の利益
本発明は、米国国立衛生研究所によって与えられた助成金第Ｕ０１－ＣＡ１９８９８９号の下、政府の支援で行われた。米国政府は、本発明において一定の権利を有する。
本開示は、Ｘ線誘起光線力学療法（Ｘ－ＰＤＴ）、放射線療法（ＲＴ）、放射線療法（ＲＴ）、放射線療法－放射線力学療法（ＲＴ－ＲＤＴ）、化学療法、免疫療法、又はこれらの任意の組み合わせにおける、機能性二次元材料としての、複数の金属有機層（ＭＯＬ）及び金属有機ナノプレート（ＭＯＰ）及びそれらの応用に関する。上記複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、Ｈｆのような重金属原子、及び光増感剤（ＰＳ）を含むか、又は光増感剤に結合可能な架橋配位子を含む、二次構成単位（ＳＢＵ）を含むことができる。
略称
℃=摂氏度
Å=オングストローム
%=パーセンテージ
μg=マイクログラム
μl=マイクロリットル
μmol=マイクロモル
μM=マイクロモル濃度
AFM=原子間力顕微鏡
bpy=2,2'-ビピリジン
BPY=4',6'-ジベンゾアート-[2,2-ビピリジン]-4-カルボキシレート
CLSM=共焦点レーザー走査顕微鏡
cm=センチメートル
DBBC=5,15-ジ(p-ベンゾアート)バクテリオクロリン
DBC=5,15-ジ(p-ベンゾアート)クロリン
DBP=5,15-ジ(p-ベンゾアート)ポルフィリン
DMF=ジメチルホルムアミド
DMSO=ジメチルスルホキシド
eV=エレクトロンボルト
g=グラム
Gy=グレイ
h=時間
Hf=ハフニウム
H3BPY=4',6'-ジベンゾアート-[2,2-ビピリジン]-4-カルボン酸
IC50=50％の阻害濃度
ICP-MS=誘導結合型プラズマ質量分析
Ir=イリジウム
keV=キロエレクトロンボルト
kg=キログラム
kVp=キロボルトピーク
Ln=ランタニド
mA=ミリアンペア
mg=ミリグラム
min=分
mL=ミリリットル
mm=ミリメートル
mM=ミリモル濃度
mmol=ミリモル
MOF=金属有機構造体（metal-organic framework）
MOL=金属有機層
MOP=金属有機ナノプレート
MRI=磁気共鳴撮像
m-THPC=テトラ(m-ヒドロキシフェニル)クロリン
mW=ミリワット
ng=ナノグラム
NIR=近赤外
nm=ナノメートル
nMOF=ナノスケール金属有機構造体
NMR=核磁気共鳴
OD=光学密度（opticaldensity）
PBS=リン酸緩衝食塩水
PDT=光学力学療法
PEG=ポリエチレングリコール
ppy=2-フェニル-ピリジン
PS=光増感剤
Pt=白金
PVP=ポリビニルピロリドン
PXRD=粉末X-線回折
QPDC=5,5'-ジ(4-カルボキシ-フェニル)-2,2'-ビピリジン
RDT=放射線力学療法
REF10=10%細胞生存における放射線増殖因子（radiation enhancement factors）
RES=網内系
RNO=4-ニトロソ-N,N-ジメチルアニリン
RT=放射線療法
Ru=ルテニウム
SBU=二次構成単位
s=秒
SOSG=一重項酸素センサーグリーン
TEM=透過型電子顕微鏡
TFA=トリフルオロ酢酸
TBC=5,10,15,20-テトラ(p-ベンゾアート)クロリン
TBP=5,10,15,20-テトラ(p-ベンゾアート)ポルフィリン
UV=紫外
XAS=X線吸収分光法
X-PDT=X線誘起光線力学療法
Z=原子数
Zn=亜鉛
Zr=ジルコニウム
光線力学療法（ＰＤＴ）は、有効な抗癌治療の選択肢であり得る。ＰＤＴは、腫瘍局在化光増感剤（ＰＳ）を投与し、その後、光活性化して、細胞アポトーシス及びネクローシスを引き起こす高度に細胞傷害性の活性酸素種（ＲＯＳ）、特に一重項酸素（１Ｏ２）を発生させることを伴う。ＰＳ及び腫瘍領域に対する露光の両方を局在化することによって、ＰＤＴは、局所細胞を保存しながら、腫瘍細胞を選択的に死滅させることができる。ＰＤＴは、頭頸部腫瘍、乳癌、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸癌、中皮腫、ならびに膵臓癌を含む多くの異なる種類の癌を有する患者を治療(treat)するために使用されている。例えば、ＰＤＴは周囲の細胞をより破壊せず、美的及び機能的障害を低減するため、頭頸部における癌を治療するためのＰＤＴの使用は、伝統的な治療モダリティ、例えば、外科手術及び照射と比較して、特に有利である。ＰＤＴに最も一般に使用されるＰＳの中には、ＰＨＯＴＯＦＲＩＮ（登録商標）、ＶＥＲＴＥＰＯＲＦＩＮ（登録商標）、ＦＯＳＣＡＮ（登録商標）、ＰＨＯＴＯＣＨＬＯＲ（登録商標）、及びＴＡＬＡＰＯＲＦＩＮ（登録商標）などのポルフィリン分子がある。しかしながら、それらは、ＲＯＳ発生のための効率的な光化学を有するものの、全身投与後のそれらの最適以下の腫瘍集積は、診療所におけるＰＤＴの有効性を制限し得る。
放射線療法（"ＲＴ"）は１世紀以上にわたって強力な局所抗癌療法として機能してきたが、ＲＴの有効性は、腫瘍細胞の放射線抵抗性が増大する傾向にあるのは勿論、正常組織に対するその毒作用により制限され、局所再発（loca lfailure）に至る。高原子数（Z）原子による強化されたX線エネルギー吸収は、金ナノ粒子、酸化ハフニウムナノ粒子、及び一連のヨウ素含有化合物などの、多くの高原子数元素を含む放射性増強剤（radioenhancer）の設計の動機となっている。
しかし、ＲＴ及び/又はＰＤＴの効率と特異性を高めるためのさらなる組成物と方法が引き続き必要とされている。化学療法、免疫療法、及びそれらの組み合わせなど、他の治療法と組み合わせてＲＴ及び/又はＰＤＴを提供するための組成物及び方法も必要である。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、金属有機層（ＭＯＬ）又は金属有機ナノプレート（ＭＯＰ）であって、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは、複数の金属系二次構成単位（ＳＢＵ）及び複数の有機架橋配位子の周期的繰り返しを含み、１又はそれ以上の前記ＳＢＵは、Ｘ線を吸収可能な金属イオンを含み、各ＳＢＵは、前記同一の架橋配位子への配位結合を介して少なくとも１つの他のＳＢＵに結合され、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは光増感剤を含む、ＭＯＬ又はＭＯＰを提供する。
いくつかの実施形態において、Ｘ線を吸収可能な前記金属イオンが、Ｈｆ、ランタニド金属、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、及びＢｉからなる群から選択される１つの元素のイオンであり、任意に前記金属イオンはＨｆイオンである。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上の前記ＳＢＵが、Ｈｆオキソクラスタを含み、任意にＨｆ１２オキソクラスタ又はＨｆ６オキソクラスタを含む。
いくつかの実施形態において、複数の前記有機架橋配位子のそれぞれが、ジカルボキシレート又はトリカルボキシレートである。いくつかの実施形態において、複数の前記有機架橋配位子の少なくとも１つが窒素ドナー部分を含み、任意に前記窒素ドナー部分がビピリジン、フェニル-ピリジン、フェナントロリン、及びテルピリジンを含む群から選択される。いくつかの実施形態において、複数の前記有機架橋配位子の少なくとも１つが、4',6'-ジベンゾアート-［2,2'-ビピリジン］-4-カルボキシレート（BPY）及び4,4'-（2,2'-ビピリジン]-5,5'-ジイル）ジベンゾアート（QPDC）を含む群から選択される配位子を含む。
いくつかの実施形態において、複数の前記有機架橋配位子の少なくとも１つが、光増感剤又は前記光増感剤の誘導体を含み、任意に、複数の前記架橋配位子の少なくとも１つが、ポルフィリン、クロリン、クロロフィル、フタロシアニン、ルテニウム（Ru）配位錯体、及びイリジウム（Ir）配位錯体を含む群から選択される部分を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの架橋配位子がRu配位錯体又はIr配位錯体を含み、前記Ru又はIr配位錯体は、以下を含む：（a）窒素ドナー基をさらに含むジ－又はトリカルボキシレート配位子、（b）前記ジ－又はトリカルボキシレート配位子の前記窒素ドナー基と錯体を形成するRu又はIrイオン、及び（c）前記Ru又はIrと錯体を形成する１又はそれ以上の追加の配位子であって、任意に、前記１又はそれ以上の追加の配位子のそれぞれは、置換又は非置換の2,2'-ビピリジン（bpy）、及び置換又は非置換の2-フェニル-ピリジン（ppy）からなる群から独立に選択され、置換されたbpy及び置換されたppyは１又はそれ以上のアリール基置換基で置換されたbpy又はppyを含み、任意に、前記１又はそれ以上のアリール基置換基は、ハロ及びハロ置換アルキルから選択され、さらに任意に、前記１又はそれ以上のアリール基置換基はフルオロ及びトリフルオロメチルから選択される。
いくつかの実施形態において、前記Ru又はIr配位錯体は、式：
及び、
のうちの１つのカルボキシレートを含む錯体を含み、ここで：M1はRu又はIrであり、L1とL2は、それぞれ次の式：
の構造を有し、ここで：X1はCH又はNであり、R1、R2、R3、R4、R5、及びR6のそれぞれは、Ｈ、ハロ、アルキル、及び置換アルキルからなる群から独立して選択され、任意に、前記置換アルキルはペルハロアルキルである。いくつかの実施形態において、X1はNである。いくつかの実施形態において、X1はCHである。いくつかの実施形態において、R2、R3及びR5は、それぞれHである。いくつかの実施形態において、R1がペルフルオロメチルであり、及び/又はR4及びR6がそれぞれフルオロである。
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの前記有機架橋配位子が、5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン（ＤＢＰ）であり、任意に、前記ＤＢＰの窒素原子が金属イオンと錯体を形成し、任意に前記金属イオンは白金（Pt）イオンである。
いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰが約１２ナノメートル（ｎｍ）未満の厚さを有する。いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰが、約１．２ｎｍ～約３ｎｍの範囲の厚さを有し、任意に約１．２ｎｍ～約１．７ｎｍの範囲の厚さを有するＭＯＬである。
いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰが複数のHf12オキソクラスタSBU、並びに、ビス（2,2'-ビピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）ルテニウム（II）塩化物（QDPC-Ru）;ビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物（QDPC-Ir）;5,15-ジ（p-ベンゾアート）ポルフィリン（DBP）;白金錯体化された5, 15-ジ（p-ベンゾアート）ポルフィリン（DBP-Pt）;及びビス[2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン]（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジンイリジウム（QDPC-Ir-F）を含む群から選択される少なくとも１つの有機架橋配位子を含む。いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰが複数のHf6オキソクラスタSBU、並びに、ビス（2,2-ビピリジン）-4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ジピリジン]-4-カルボン酸ルテニウム（II）塩化物（BPY-Ru）;ビス（4-フェニル-2-ピリジン）-4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ジピリジン]-4-カルボン酸イリジウム（III）塩化物（BPY-Ir）;及びビス[2-（2',4'-ジフルロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン]-4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ビピリジン]-4-カルボン酸イリジウム架橋配位子（BPY-Ir-F）を含む群から選択される少なくとも１つの有機架橋配位子を含む。
いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは、ポリ（エチレングリコール）（PEG）部分をさらに含み、任意に、前記PEG部分が、複数の前記ＳＢＵ内の複数の金属イオンに配位されたジスルフィド基含有リンカー部分を介してＭＯＬ又はＭＯＰに結合している。いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは、前記ＭＯＬ又はＭＯＰの金属イオンに配位されるか、又は前記ＭＯＬ又はＭＯＰに封入された（encapsulated）オキサリプラチン又はそのプロドラッグをさらに含む。いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは、前記ＭＯＬ又はＭＯＰに封入されたポリオキソメタレート（ＰＯＭ）をさらに含む。いくつかの実施形態において、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは、免疫療法剤をさらに含み、任意に前記免疫療法剤は、DNA又はRNAセンサーのアゴニスト、TLR3アゴニスト、TLR7アゴニスト、TLR9アゴニスト、インターフェロン遺伝子刺激因子（STING）アゴニスト、及びインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ（IDO）阻害剤（IDOi）を含む群から選択され、さらに任意に、前記免疫療法剤は、前記ＭＯＬ又はＭＯＰ内の正に帯電した部分に静電気的に結合するCpG ODN又はSTINGアゴニストである。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、複数のHf12オキソクラスタSBU、及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物（Hf12-QPDC-IrnMOF）を含むナノスケール金属有機構造体（nMOF）を含む、組成物を提供する。いくつかの実施形態において、前記組成物は、前記ｎＭＯＦ内に封入されたポリオキソメタレート（ＰＯＭ）をさらに含む。いくつかの実施形態において、前記組成物は、前記ｎＭＯＦ内の複数のＨｆイオンに配位されたジスルフィド基含有リンカー部分を介して、前記ｎＭＯＦに結合されたポリ（エチレングリコール）（ＰＥＧ）をさらに含む。いくつかの実施形態において、前記組成物は、免疫療法剤をさらに含み、任意に、前記免疫療法剤が、DNA又はRNAセンサーのアゴニスト、TLR3アゴニスト、TLR7アゴニスト、TLR9アゴニスト、インターフェロン遺伝子刺激因子（STING）アゴニスト、及びインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ(dioxygenate)（IDO）阻害剤（IDOi）からなる群から選択され、さらに任意に、前記免疫療法剤は、前記nMOF内の正に帯電した部分に静電気的に結合するCpG ODN又はSTINGアゴニストである。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、複数のHf12オキソクラスタSBU、及び白金に錯体化された５，１５-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン架橋配位子(Hf12-DBP-Pt nMOF)を含むナノスケール金属有機構造体（ｎＭＯＦ）を含む、組成物を提供する。いくつかの実施形態において、前記組成物は、前記nMOF内に封入されたオキサリプラチンをさらに含む。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、複数の金属系二次構成単位（ＳＢＵ）及び複数の有機架橋配位子の周期的繰り返しを含むＭＯＬ若しくはＭＯＰ； Hf12-QPDC-Ir nMOFを含む組成物；又はHf12-DBP-Pt nMOFを含む組成物；及び薬学的に許容される担体を含む医薬組成物を提供し、１又はそれ以上の前記ＳＢＵは、Ｘ線を吸収可能な金属イオンを含み、各ＳＢＵは、前記同一の架橋配位子への配位結合を介して少なくとも１つの他のＳＢＵに結合され、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは光増感剤を含む。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、治療を必要とする対象の疾患を治療する方法を提供し、前記方法は、複数の金属系二次構成単位（ＳＢＵ）及び複数の有機架橋配位子の周期的繰り返しを含むＭＯＬ若しくはＭＯＰ； Hf12-QPDC-Ir nMOFを含む組成物； Hf12-DBP-Pt nMOFを含む組成物；又はそれらの医薬組成物を前記対象に投与することと、前記対象の少なくとも一部を電離放射線エネルギー、任意にX線に曝露することを含み、１又はそれ以上の前記ＳＢＵは、Ｘ線を吸収可能な金属イオンを含み、各ＳＢＵは、前記同一の架橋配位子への配位結合を介して少なくとも１つの他のＳＢＵに結合され、前記ＭＯＬ又はＭＯＰは光増感剤を含む。いくつかの実施形態において、前記対象が哺乳動物であり、任意にヒトである。
いくつかの実施形態において、前記疾患が、頭部腫瘍、頸部腫瘍、乳がん、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸がん、肺がん、中皮腫、軟部組織肉腫、皮膚がん、結合組織がん、脂肪がん、胃がん、肛門生殖器がん、腎臓がん、膀胱がん、結腸がん、前立腺がん、中枢神経系がん、網膜がん、血液がん、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、リンパ系がん、及び膵臓癌を含む群から選択され、任意に、前記疾患は結腸癌又は膵臓癌である。いくつかの実施形態において、前記疾患が転移性癌である。
いくつかの実施形態において、前記方法が、免疫療法剤、及び／又は、外科手術、化学療法、毒素療法、寒冷療法及び遺伝子療法からなる群から選択される癌治療のような、追加の治療剤又は治療を前記対象に投与することをさらに含む。いくつかの実施形態において、前記方法が、免疫療法剤を投与することをさらに含み、任意に、前記免疫療法剤が免疫チェックポイント阻害剤である。
従って、光増感剤及びＸ線吸収部分を含む複数のＭＯＬ及び複数のＭＯＰ、並びにナノスケール金属有機構造体の提供だけでなく、がん等の疾患の治療における、そのような組成物の使用方法も提供することが、本開示の主題の目的である。
本明細書に上述されている本開示の主題の目的は、本開示の主題によって全体又は一部が達成され、他の目的は、本明細書に最良に後述される添付の図面及び実施例との関連で考慮すれば、記述が進むにつれ明らかとなるであろう。
ハフニウム（Hf）含有二次構成単位（複数のＳＢＵ）、及び4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）架橋配位子を含むMOLを含む複数の金属有機層（複数のMOL）（Hf-BPY、下から２番目）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ配位子、ルテニウム（Ru）イオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、一番上）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ配位子、イリジウム（Ir）イオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｈｆ－ＢＰＹ－Ｉｒ、上から２番目）、の粉末X線回折（PXRD）パターンを示す図である。比較のために、Hfを含有する複数のSBU、及び複数のベンゼントリベンゾアート（BTB）架橋配位子を含むMOLのPXRDパターンも一番下に示される。 ハフニウム（Hf）含有二次構成単位（ＳＢＵ）、及び4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）架橋配位子を含むMOLを含む複数の金属有機層（MOL）（Hf-BPY）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ配位子、ルテニウム（Ru）イオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ配位子、イリジウム（Ir）イオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｈｆ－ＢＰＹ－Ｉｒ）、の紫外（ＵＶ）-可視吸収スペクトル（波長（350ナノメートル（nm）～600nmに対する相対吸光度）を示す。対応する架橋配位子のみのスペクトル、すなわち、4',6'-ジベンゾアート-[2,2-ビピリジン]-4-カルボン酸（H3BPY）、H3BPYで錯体化されたRu（bpy）2（H3BPY-Ru）、及びIr（ppy）2と錯体を形成されたH3BPY（H3BPY-Ir）も示される。 可視光照射による、ハフニウム（Hf）含有及びジルコニウム（Zr）含有の複数の金属有機層（MOL）の一重項酸素の発生を示す図である。ハフニウム（Hf）を含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含む複数のMOL（Hf-BPY-Ir、正方形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、円形）；Zrを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、イリジウムイオン及び２つのppy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ－ＢＰＹ－Ｉｒ、上向き三角形）；Zrを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのbpy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ-ＢＰＹ-Ｒｕ、下向き三角形）からのデータが示されている。複数のMOLの一重項酸素生成効率は、4-ニトロソ-N、N-ジメチルアナリン（dimethylanaline）（RNO）アッセイを使用して決定され、時間（分（min））に対する440ナノメートル（nm）での光学密度の変化（ΔOD）として表された。 X線照射による、ハフニウム（Hf）含有及びジルコニウム（Zr）含有の金属有機層の一重項酸素の発生を示す図である。ハフニウム（Hf）を含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含む複数のMOL（Hf-BPY-Ir、正方形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、円形）；Zrを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、イリジウムイオン及び２つのppy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ－ＢＰＹ－Ｉｒ、上向き三角形）；Zrを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのbpy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ-ＢＰＹ-Ｒｕ、下向き三角形）からのデータが示されている。複数のMOLの一重項酸素生成効率は、4-ニトロソ-N,N-ジメチルアナリン（dimethylanaline）（RNO）アッセイを使用して決定され、X線線量（グレイ(Gy)）に対する440ナノメートル（nm）での光学密度の変化（ΔＯＤ）として表された。 マウス結腸がん細胞（CT26細胞）におけるハフニウム含有の複数の金属有機層（Hf-MOL）の生体外の抗がん効果を示す図である。図は、ハフニウム（Hf）を含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含む金属有機層（MOL）（Hf-BPY-Ir、正方形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、円形）；ハフニウムを含有する複数のＳＢＵ、及びBPY架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY、上向き三角形）；ジルコニウム（Zr）を含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、イリジウムイオン及び２つのppy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ－ＢＰＹ－Ｉｒ、下向き三角形）；Zrを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのbpy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ-ＢＰＹ-Ｒｕ、左向き三角形）；Zrを含有する複数のＳＢＵ、及びBPY配位子を含むMOL（Zr-BPY、右向き三角形）の、投与濃度（マイクロモル濃度（μM））に対する細胞の生存率（パーセント（％））のデータを示す。 マウス結腸がん細胞（MC38細胞）におけるハフニウム含有の複数の金属有機層（Hf-MOL）の生体外の抗がん効果を示す図である。図は、ハフニウム（Hf）を含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含む金属有機層（MOL）（Hf-BPY-Ir、正方形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、円形）；ハフニウム含有する複数のＳＢＵ、及びBPY配位子を含むMOL（Hf-BPY、上向き三角形）；ジルコニウム（Zr）を含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、イリジウムイオン及び２つのppy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ－ＢＰＹ－Ｉｒ、下向き三角形）；Zrを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのbpy配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｚｒ-ＢＰＹ-Ｒｕ、左向き三角形）；Zrを含有する複数のＳＢＵ、及びBPY架橋配位子を含むMOL（Zr-BPY、右向き三角形）の、投与濃度（マイクロモル濃度（μM））に対する細胞の生存率（パーセント（％））のデータを示す。 結腸癌の同系モデルにおけるハフニウム(Hf)含有の複数の金属有機層（Hf-MOL）の生体内の抗がん効果を示す図である。CT26マウス結腸癌細胞が植え付けられたマウスのX線光線力学療法（X-PDT）後の腫瘍成長阻害曲線が示される。実線の矢印は複数のMOLの注入のタイミングを示し、破線の矢印はX線照射のタイミングを示す。図は、ハフニウム（Hf）含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含む金属有機層（MOL）（Hf-BPY-Ir(+)、正方形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru(+)、円形）；ハフニウム含有する複数のＳＢＵ、及びBPY架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY(+)、上向き三角形）についての、腫瘍植え付け後の日に対する腫瘍サイズ（立方ミリメートル（mm3））を示す。比較のために、ビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS））及び照射で処理され（PBS（+）、下向きの三角形）、及び照射せずにビヒクルで処理された（PBS（-）、左向きの三角形）、マウスのデータも示される。 結腸癌の同系モデルにおけるハフニウム含有の複数の金属有機層（Hf-MOL）の生体内の抗がん効果を示す図である。MC38マウス結腸癌細胞が植え付けられたマウスのX線光線力学療法（X-PDT）後の腫瘍成長阻害曲線が示される。実線の矢印は複数のMOLの注入のタイミングを示し、破線の矢印はX線照射のタイミングを示す。図は、ハフニウム（Hf）含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含む金属有機層（MOL）（Hf-BPY-Ir(+)、正方形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru(+)、円形）；ハフニウム含有する複数のＳＢＵ、及びBPY架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY(+)、上向き三角形）についての、腫瘍植え付け後の日に対する腫瘍サイズ（立方ミリメートル（mm3））を示す。比較のために、ビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS））及び照射で処理され（PBS（+）、下向きの三角形）、及び照射せずにビヒクルで処理された（PBS（-）、左向きの三角形）、マウスのデータも示される。 4',6'-ジベンゾアート-[2,2-ビピリジン]-4-カルボン酸（H3BPY）の合成を示す模式図である。 ハフニウム（Hf）含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、及び複数の4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）架橋配位子を含む金属有機層（MOL）（すなわち、Hf-BPY-MOL）、Ir錯体化されたHf-BP YMOL（Hf-BPY-Ir MOL）を生成するためのイリジウム（Ir）フェニルピリジン（ppy）配位錯体で錯体化されたHf-BPY MOL、及び活性酸素種（3O2）の存在下でMOLにX線が照射されたときの一重項酸素（1O2）の生成、を示す模式図である。 MOLとの1、4、8、又は24時間（h）インキュベーション後の複数のハフニウム含有金属有機層（Hf-MOL）の細胞取り込み量を示す図である。取り込みは、誘導結合プラズマ質量分析（ICP-MS）によって決定されるハフニウム（Hf）濃度（10,000（105）個の細胞あたりのナノグラム（ng）Hf）に基づく。複数のHf-MOLは、ハフニウム（Hf）含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、及び複数の4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）架橋配位子を含む金属有機層（MOL）（Hf-BPY、白抜き棒）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウム（Ru）イオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、縦縞の棒）；及びHfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、イリジウム（Ir）イオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｈｆ－ＢＰＹ－Ｉｒ、斜め縞の棒）を含む。N=3。 固定したMOL濃度（200マイクロモル（μM）、MOL有機架橋配位子又は架橋配位錯体金属（すなわち、イリジウム（Ir）又はルテニウム（Ru））濃度に基づく）を使用し、X線線量（0.0から1.0グレイ（Gy））に基づくCT26マウス結腸癌細胞の複数のハフニウム（Hf）含有金属有機層（複数のMOL）の生体外の細胞毒性を示す図である。複数のMOLは、Hfを含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、及び複数の4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY、円形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、Irイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｈｆ－ＢＰＹ－Ｉｒ、上向き三角形）；及びHfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、Ruイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、下向き三角形）を含む。N=6。 固定したMOL濃度（200マイクロモル（μM）、MOL有機配位子又は配位錯体金属（すなわち、イリジウム（Ir）又はルテニウム（Ru））濃度に基づく）を使用し、X線線量（0.0から1.0グレイ（Gy））に基づくMC38マウス大腸癌細胞に対する複数のハフニウム（Hf）含有金属有機層（複数のMOL）の生体外の細胞毒性を示す図である。複数のMOLは、Hfを含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、及び複数の4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY、円形）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、Irイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Ｈｆ－ＢＰＹ－Ｉｒ、上向き三角形）；及びHfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、Ruイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru、下向き三角形）を含む。N=6。 CT26マウス結腸癌細胞が植え付けられ、本書に開示される主題の異なる複数の金属有機層（MOL）及びX線照射（+）で処理されたマウスの腫瘍の腫瘍重量（グラム（g））を示す図である。腫瘍重量は、癌細胞接種の18日後にマウスから切除された腫瘍から決定される。ハフニウム（Hf）含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ir(+)）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru(+)）；及びＨｆ含有する複数のＳＢＵ、及びBPY架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY(+)）、の使用のデータが示される。比較のために、ビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS））及び照射で処理されたマウスのデータも示される（PBS（+））。 MC38マウス結腸癌細胞が植え付けられ、本書に開示される主題の異なる複数の金属有機層（MOL）及びX線照射（+）で処理されたマウスの腫瘍の腫瘍重量（グラム（g））を示す図である。腫瘍重量は、癌細胞接種の18日後にマウスから切除された腫瘍から決定される。ハフニウム（Hf）含有する複数の二次構成単位（ＳＢＵ）、並びに4',6'-ジベンゾアート-［2,2-ビピリジン］-４-カルボキシレート（BPY）、イリジウムイオン及び２つのフェニルピリジン（ppy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ir(+)）；Hfを含有する複数のSBU、並びにＢＰＹ、ルテニウムイオン及び２つのビピリジン（bpy）配位子を含む配位錯体を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY-Ru(+)）；及びハフニウム含有する複数のＳＢＵ、及びBPY架橋配位子を含むMOL（Hf-BPY(+)）、の使用のデータが示される。比較のために、ビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS））及び照射で処理されたマウスのデータも示される（PBS（+））。 （上）複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及びビス（2,2'-ビピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）ルテニウム（II）塩化物架橋配位子（Hf12-QPDC-Ru MOL）の実験による粉末X線回折（PXRD）パターン;及び（下）錯体化されたルテニウムビス（ビピリジン）を欠く、複数のジルコニウム12（Zr12）SBUと同じ架橋配位子（すなわち、5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）から調製された金属有機構造体（MOF）のシミュレートされたPXRDパターン（すなわち、シミュレートされたZr12-QPDC MOF）、を示す図である。 複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及びビス（2,2'-ビピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）ルテニウム（II）塩化物架橋配位子（Hf12-QPDC-RuMOL）を含む金属有機層（MOL）の、タッピングモード原子間力顕微鏡（AFM）凹凸像の高さプロファイルを示す図である。MOLは1.5ナノメートル（nm）の高さを有する。 下から上に、複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）、及び5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン架橋配位子（Hf12-DBP）を含むMOL；ポルフィリン架橋配位子が白金（Pr）で錯体化された同一のMOL（すなわち、Hf12-DBP-Pt）；及びリン酸緩衝食塩水（PBS）内で3日後のPt錯体化MOL（すなわち、PBS内で3日後のHf12-DBP-Pt）、を含む複数の金属有機層（MOL）の粉末X線回折（PXRD）パターンを示す図である。 ハフニウム12（Hf12）オキソクラスタ二次構成単位、錯体化された白金を含む5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン架橋配位子（Hf12-DBP）、及び封入されたオキサリプラチン（Oxa-Hf12-DBP-Pt）を含む金属有機層（MOL）からの、時間（h）又はパーセンテージ（％）に対するマイクログラム（μg）でのオキサリプラチン（Oxa）の放出プロファイル（release profile）を示す図である。 ＣＴ２６マウス結腸細胞が植え付けられ、放射線療法－放射線力学療法（ＲＴ－ＲＤＴ）で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及び5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン架橋配位子（Hf12-DBP、円形）；ポルフィリン架橋配位子が白金（Pt）で錯体化された同一のnMOL（すなわち、Hf12-DBP-Pt、正方形）；並びにPtのみに錯体化された架橋配位子（H2DBP-Pt、上向き三角形）、を含む、複数のナノスケール金属有機構造体(nMOF)が、１キログラムあたり１０マイクロモル（μmol/kg）のnMOF又は配位子濃度でマウスの腫瘍内に注射され、続いて１画分(fraction)あたり１グレイ（Gy/画分、120キロボルトピーク（peak kilovoltage）（kVp）、20ミリアンペア（mA）、2ミリメートル（mm）-銅（Cu）フィルタ）の用量で、連続した日に合計５画分で、Ｘ線を毎日照射された。がん細胞の植え付け後日数に対する腫瘍サイズ（立方センチメートル（cm3））が示される。比較のために、ビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS、下向き三角形））が注射されたマウスのデータも示される。 ＭＣ３８マウス結腸癌細胞が植え付けられ、放射線療法－放射線力学療法（ＲＴ－ＲＤＴ）で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及び5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン架橋配位子（Hf12-DBP、円形）；ポルフィリン架橋配位子が白金（Pt）で錯体化された同一のnMOF（すなわち、Hf12-DBP-Pt、正方形）；並びにPtのみに錯体化された架橋配位子（H2DBP-Pt、上向き三角形）、を含む、複数のナノスケール金属有機構造体(nMOF)が、１キログラムあたり１０マイクロモル（μmmol/kg）のnMOF又は配位子濃度でマウスの腫瘍内に注射され、続いて１画分(fraction)あたり１グレイ（Gy/画分、120キロボルトピーク（peak kilovoltage）（kVp）、20ミリアンペア（mA）、2ミリメートル（mm）-銅（Cu）フィルタ）の用量で、連続した日に合計５画分で、Ｘ線を毎日照射された。がん細胞の植え付け後日数に対する腫瘍サイズ（立方センチメートル（cm3））が示される。比較のために、ビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS、下向き三角形））が注射されたマウスのデータも示される。 Panc02マウス膵臓癌細胞が植え付けられ、放射線療法－放射線力学療法（ＲＴ－ＲＤＴ）、及び/又はオキサリプラチンベースの化学療法で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及び白金（Pt）で錯体化された5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン架橋配位子（Hf12-DBP-Pt（+）、円形）、又は、封入されたオキサリプラチンをさらに含む同一のnMOF（すなわち、oxa＠Hf12-DBP-Pt（+）、正方形）、を含む、複数のナノスケール金属有機構造体(nMOF)がマウスの腫瘍内に注射され、続いてＸ線を毎日照射された。がん細胞の植え付け後日数に対する腫瘍サイズ（立方センチメートル（cm3））が示される。比較のために、X線照射されずにビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS）が注射された（PBS（-）、下向きの三角形）、又は、X線照射されずにオキサリプラチンを含むnMOFが注射された（Oxa＠Hf12-DBP-Pt（-）、上向きの三角形）、マウスのデータも示される。 上から下へ、以下を含む複数のナノスケール金属有機構造体（nMOF）の粉末X線回折（PXRD）パターンであって、複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物架橋配位子（すなわち、Hf12-QPDC-Ir）を含むnMOFの実験によるPXRDパターン;複数のジルコニウム12（Zr12）SBU、及び5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン架橋配位子）を含むnMOFのシミュレートされたPXRDパターン（シミュレートされたZr12-QPDC）；複数のHf6SBU、及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物架橋配位子（Hf6-QPDC-Ir）を含むnMOFの実験によるPXRDパターン;及びUiO-69nMOFのシミュレートされたPXRDパターン、を示す図である。 ポリオキソメタレート（POM）-ハフニウム12-ビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物ナノスケール金属有機構造体（POM@Hf12-QPDC-IR）ポリエチレングリコール（PEG）共役（POM@-Hf12-QPDC-IR@PEG）の合成を示す模式図である。一番上のステップは、3-メルカプトプロピオン酸と2,2'-ジピリジルジスルフィドからの2-カルボキシルエチル2-ピリジルジスルフィドの合成を示す。中央のステップは金属有機構造体（MOF）の表面のHf原子への2-カルボキシエチル2-ピリジルジスルフィドのグラフト(grafting)を示す。最下のステップは、ジスルフィド結合を介したチオール化PEG（すなわちPEG-SH）のMOFへの共役を示す。 ＣＴ２６マウス結腸癌細胞が植え付けられ、複数のハフニウム6（Hf6）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）、及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物架橋配位子（Hf6-QPDC-Ir、正方形）;複数のHf12-オキソクラスタSBU、及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物（Hf12-QPDC-Ir、円形）;及びポリオキソメタレートを含むHf12-QPDC-Ir（POM@Hf12-QPDC-Ir、上向きの三角形）、を含む、複数の異なるナノスケール金属有機構造体（nMOF）で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。ポリオキソメタレート単体（POM、下向きの三角形）又はビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS）、左向きの三角形）で処理された担癌マウスのデータも提供される。N=6。 ＭＣ３８マウス結腸癌細胞が植え付けられ、複数のハフニウム6（Hf6）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）、及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物架橋配位子（Hf6-QPDC-Ir、正方形）;複数のHf12-オキソクラスタSBU、及びビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物（Hf12-QPDC-Ir、円形）;及びポリオキソメタレートを含むHf12-QPDC-Ir（POM@Hf12-QPDC-Ir、上向きの三角形）、を含むnMOFを含む、複数の異なるナノスケール金属有機構造体（nMOF）で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。ポリオキソメタレート単体（POM、下向きの三角形）又はビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS）、左向きの三角形）で処理された担癌マウスのデータも提供される。N=6。 下から上に、複数のハフニウム6（Hf6）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）、並びに4'、6'-ジベンゾアート-[2,2-ビピリジン]-4-カルボキシレート（BPY）を含む配位錯体、イリジウム（Ir）イオン、及び２つの2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロフェニル）ピリジン配位子を含む複数の架橋配位子、を含むMOL（Hf6-BPY-Ir-F）;6ミリモル（mM）のリン酸緩衝液に５日間懸濁した後の同じMOL（５日後のHf6-BPY-Ir-F）;複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタSBU、及びビス（2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）架橋配位子を含むMOL（Hf12-QPDC-Ir-F）;及び６ｍＭリン酸緩衝液に５日間懸濁した後の同じMOL（５日後のHf12-QPDC-Ir-F）、を含む、複数の金属有機層の粉末X線回折（PXRD）パターンを示す図である。 MC38マウス結腸癌細胞が植え付けられ、複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）、及びビス（2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）架橋配位子を含むMOL（Hf12-QPDC-Ir-F、正方形）;及び複数のハフニウム6（Hf6）-オキソクラスタSBU、並びに4'、6'-ジベンゾアート-[2,2-ビピリジン]-4-カルボキシレート（BPY）を含む配位錯体、イリジウム（Ir）イオン、及び２つの2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロフェニル）ピリジン配位子を含む複数の架橋配位子を含むMOL（Hf6-BPY-Ir-F、円形）、を含む、複数の異なるナノスケール金属有機層（MOL）で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。ビス（2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）-イリジウム（III）（H2QPDC-Ir-F、上向きの三角形）またはビヒクル（リン酸緩衝生理食塩水（PBS）、下向きの三角形）で治療された担癌マウスのデータも提供される。がん細胞の植え付け後日数に対する、立方ミリメートル（mm3）で測定された腫瘍サイズとしてデータが示される。N=6。 CT26マウス結腸癌細胞が植え付けられ、複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタ二次構成単位（SBU）及びジ（ベンゾアート）ポルフィリン（DBP）配位子を含む金属有機層（MOL）（Hf12-DBP MOL、正方形）；複数のハフニウム12（Hf12）-オキソクラスタSBU及びDBP架橋配位子を含む金属有機構造体（MOF）（Hf12-DBP MOF、円形）;DBP架橋配位子（H2DBP、上向きの三角形）;並びにビヒクル（リン酸緩衝食塩水（PBS）、下向きの三角形）で治療されたマウスの腫瘍増殖曲線を示す図である。がん細胞の植え付け後日数に対する、立方ミリメートル（mm3）で測定された腫瘍サイズとしてデータが示される。N=6。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、光線力学療法（ＰＤＴ）、Ｘ線誘起光線力学療法（Ｘ－ＰＤＴ）、放射線療法（ＲＴ）、放射線療法－放射線力学療法（ＲＴ－ＲＤＴ）、化学療法、免疫療法、及びこれらの任意の組み合わせにおける、機能性二次元材料としての、複数の金属有機層（ＭＯＬ）及び金属有機ナノプレート（ＭＯＰ）並びにそれらの応用に関する。上記複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、Ｈｆのような重金属原子、並びに、Ir(bpy(ppy)2]+-又はRu(bpy)3 2+-錯体化トリカルボン酸及びジカルボン酸配位子のような光増感剤（ＰＳ）を含むか、又は光増感剤に結合可能な架橋配位子を含む、複数の二次構成単位（ＳＢＵ）を含むことができる。SBU内の重金属は、X線を吸収し、及び、活性酸素種（ROS）を生成することにより、光増感剤にエネルギーを伝達してPDTを誘起することができる。いくつかの実施形態では、ＳＢＵはＸ線を吸収し、ＲＯＳを生成してＲＴ－ＲＤＴを提供することができる。X線が組織に深く浸透し、極薄の複数の二次元（2-D）MOL（～1.2nm）及びMOPを介して効率的にROSが拡散することは、非常に効果的なX-PDT及びRT-RDTを提供し、生体外及び生体内で優れた抗がん効果が得られる。従って、本開示の主題は、いくつかの実施形態では、生物医学用途で使用するための機能性2D材料の類（class）として複数のMOL及びMOPを提供する。
これより、代表的な実施形態が示される添付の実施例を参照しながら、本明細書下記に本開示の主題がより詳細に記載される。しかしながら、本開示の主題は異なる形態で実施することができ、本明細書に説明される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全であり、かつ当業者に対して実施形態の範囲を完全に伝えるように提供される。
別段定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、本開示の主題が属する当業者によって一般に理解されるものと同一の意味を有する。本明細書に記載されるものと類似し又は同等の任意の方法、デバイス、及び材料が本開示の主題の実施又は試験で使用され得るものの、これより、代表的な方法、デバイス、及び材料が記載される。本明細書で言及される全ての出版物、特許出願、特許及び他の参考文献は、それらの全体が参照によって本明細書に組み込まれる。
本明細書及び特許請求の範囲を通して、所与の化学式又は名称は、そのような異性体及び混合物が存在する場合、全ての光学異性体及び立体異性体、ならびにラセミ混合物を網羅するものとする。
Ｉ．定義
以下の用語は、当業者によってよく理解されると考えられるが、以下の定義は、本開示の主題の説明を促進するために説明される。
長年の特許法慣習に従って、特許請求の範囲を含む本明細書で使用される場合、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その」という用語は、使用される場合、「１又はそれ以上」を指す。従って、例えば、「１つの金属イオン」への言及は、複数のそのような金属イオンを含む、などである。
別段示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲で使用される、サイズ、反応条件などの量を表す全ての数は、全ての場合において、「約」という用語によって修飾されるものとして理解されたい。従って、それに反して示されない限り、本明細書及び添付の特許請求の範囲において説明される数的パラメータは、本開示の主題によって得ることが求められる所望される特性によって変動し得る近似値である。
本明細書で使用される場合、値、又はサイズ（すなわち、直径）、重量、濃度、もしくはパーセンテージの量を指す時、「約」という用語は、明記される量から、一例において±２０％又は±１０％、別の例において±５％、別の例において±１％、及び更に別の例において±０．１％の変動を網羅することが意図されるが、これは、そのような変動が開示される方法を実行するのに適切なものであるためである。
本明細書で使用される場合、実体を列挙する文脈で使用される時、「及び／又は」という用語は、単独又は組み合わせで存在する実体を指す。従って、例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ、及び／又はＤ」という語句は、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤを個々に含むが、また、Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤの任意ならびに全ての組み合わせ及び部分組み合わせも含む。
「を含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「を含有する」、又は「によって特徴付けられる」と同義である「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、包括的又は無制限であり、引用されない追加の要素又は方法ステップを除外しない。「を含む」は、特許請求の言語で使用される専門用語であり、名前を挙げた要素が存在するが、他の要素が追加されてもよく、依然として特許請求の範囲内の構築物又は方法を形成することを意味する。
本明細書で使用される場合、「からなる」という語句は、特許請求の範囲内に明記されないいかなる要素、ステップ、又は成分も除外する。「からなる」という語句が、前文の直後ではなく、特許請求の範囲の本文の条項に出現する場合、それは、その条項内に説明される要素のみを限定し、他の要素は特許請求の範囲全体からは除外されない。
本明細書で使用される場合、「から本質的になる」という語句は、特許請求の範囲を、明記される材料又はステップ、ならびに主張される主題の基本的及び新規の特徴（複数可）に実質的な影響を与えないものに限定する。
「を含む」、「からなる」、及び「から本質的になる」という用語に関して、これら３つの用語のうちの１つが本明細書で使用される場合、本開示の主張される主題は、その他の２つの用語のいずれかの使用を含み得る。
本明細書で使用される場合、「アルキル」という用語は、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ－ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ブタジエニル基、プロピニル基、ブチニル基、ペンチニル基、ヘキシニル基、ヘプチニル基、及びアレニル基を含む、直鎖（ｌｉｎｅａｒ）（すなわち、「直鎖（ｓｔｒａｉｇｈｔ－ｃｈａｉｎ）」）、分岐、又は環状、飽和、もしくは少なくとも部分的に及び場合によっては完全に不飽和（すなわち、アルケニル及びアルキニル）の炭化水素鎖を含む、Ｃ１－２０を指し得る。「分岐」は、メチル、エチル、又はプロピルなどの低級アルキル基が直鎖アルキル鎖に結合されたアルキル基を指す。「低級アルキル」は、１～約８個の炭素原子、例えば、１、２、３、４、５、６、７、又は８個の炭素原子を有するアルキル基（すなわち、Ｃ１－８アルキル）を指す。「高級アルキル」は、約１０～約２０個の炭素原子、例えば、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０個の炭素原子を有するアルキル基を指す。特定の実施形態において、「アルキル」は、特にＣ１－８直鎖アルキルを指す。他の実施形態において、「アルキル」は、特に、Ｃ１－８分岐鎖アルキルを指す。
アルキル基は、任意で、同一であっても、異なってもよい１又はそれ以上のアルキル基置換基で置換され得る（「置換アルキル」）。「アルキル基置換基」という用語は、アルキル、置換アルキル、ハロ、アリールアミノ、アシル、ヒドロキシル、アリールオキシル、アルコキシル、アルキルチオ、アリールチオ、アラルキルオキシル、アラルキルチオ、カルボキシル、アルコキシカルボニル、オキソ、及びシクロアルキルを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、任意で、アルキル鎖に沿って、１又はそれ以上の酸素原子、硫黄原子、又は置換もしくは非置換窒素原子が挿入されてもよく、窒素置換基は、水素、低級アルキル（本明細書では「アルキルアミノアルキル」とも呼ばれる）、又はアリールである。
従って、本明細書で使用される場合、「置換アルキル」という用語は、本明細書で定義される、アルキル基の１又はそれ以上の原子又は官能基が別の原子又は、例えば、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン基、アリール基、置換アリール基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、硫酸基、及びメルカプト基を含む官能基で置換される、アルキル基を含む。
「アリール」という用語は、本明細書では、ともに融合された、共有結合された、又は、メチレン部分もしくはエチレン部分などであるが、これらに限定されない共通の基に連結された、芳香族単環もしくは芳香族多環であり得る、芳香族置換基を指すために使用される。共通の連結基（linking group）はまた、ベンゾフェノンにおけるようにカルボニルであっても、又はジフェニルエーテルにおけるように酸素であっても、又はジフェニルアミンにおけるように窒素であってもよい。「アリール」という用語は、ヘテロ環状芳香族化合物を特に網羅する。芳香族環（複数可）は、他の中でも、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ジフェニルアミン、及びベンゾフェノンを含み得る。特定の実施形態において、「アリール」という用語は、５員炭化水素及び６員炭化水素ならびにヘテロ環状芳香族環を含む、約５～約１０個の炭素原子、例えば、５、６、７、８、９、又は１０個の炭素原子を含む環状芳香族を意味する。
アリール基は、任意で、同一であっても、異なってもよい１又はそれ以上のアリール基置換基で置換され得（「置換アリール」）、「アリール基置換基」は、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アラルキル、ヒドロキシル、アルコキシル、アリールオキシル、アラルキルオキシル、カルボキシル、アシル、ハロ、ニトロ、アルコキシカルボニル、アリールオキシカルボニル、アラルコキシカルボニル、アシルオキシル、アシルアミノ、アロイルアミノ、カルバモイル、アルキルカルバモイル、ジアルキルカルバモイル、アリールチオ、アルキルチオ、アルキレン、ならびに－ＮＲ'Ｒ''を含み、ここでＲ'及びＲ''はそれぞれ独立して、水素、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、及びアラルキルであり得る。
従って、本明細書で使用される場合、「置換アリール」という用語は、本明細書で定義される、アリール基の１又はそれ以上の原子又は官能基が別の原子又は例えば、アルキル基、置換アルキル基、ハロゲン基、アリール基、置換アリール基、アルコキシル基、ヒドロキシル基、ニトロ基、アミノ基、アルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、硫酸基、及びメルカプト基を含む官能基で置換される、アリール基を含む。
アリール基の具体的な例としては、シクロペンタジエニル、フェニル、フラン、チオフェン、ピロール、ピラン、ピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、イソチアゾール、イソキサゾール、ピラゾール、ピラジン、トリアジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン、インドール、カルバゾールなどが含まれるが、これらに限定されない。
本明細書で使用される場合、「ヘテロアリール」は、環構造の骨格中に１又はそれ以上の非炭素原子（例えば、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅなど）を含有するアリール基を指す。窒素含有ヘテロアリール部分は、ピリジン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ピラゾール、ピラジン、トリアジン、ピリミジンなどを含むが、これらに限定されない。
「アラルキル」は－アルキル－アリール基を指し、任意で、アルキル部分及び／又はアリール部分は置換される。
「アルキレン」は、１～約２０個の炭素原子、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、もしくは２０個の炭素原子を有する直鎖又は分岐鎖の二価脂肪族炭化水素基を指す。アルキレン基は、直鎖であっても、分岐鎖であっても、環状であってもよい。アルキレン基はまた、任意で、１又はそれ以上の「アルキル基置換基」で不飽和及び／又は置換され得る。任意で、アルキレン基に沿って、１又はそれ以上の酸素原子、硫黄原子、又は置換もしくは非置換窒素原子が挿入されてもよく（本明細書では「アルキルアミノアルキル」とも呼ばれる）、窒素置換基は、既述のようにアルキルである。例示的なアルキレン基としては、メチレン（－ＣＨ２－）；エチレン（－ＣＨ２－ＣＨ２－）；プロピレン（－（ＣＨ２）３－）；シクロヘキシレン（－Ｃ６Ｈ１０－）；－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ＝ＣＨ－；－ＣＨ＝ＣＨ－ＣＨ２－；－（ＣＨ２）ｑ－Ｎ（Ｒ）－（ＣＨ２）ｒ－、ここで、ｑ及びｒのそれぞれは独立して、０～約２０、例えば、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、又は２０の整数であり、Ｒは、水素又は低級アルキルである；メチレンジオキシル（－Ｏ－ＣＨ２－Ｏ－）；及びエチレンジオキシル（－Ｏ－（ＣＨ２）２－Ｏ－）が含まれる。アルキレン基は、約２～約３個の炭素原子を有してもよく、６～２０個の炭素原子を更に有してもよい。
「アリーレン」という用語は、二価芳香族基、例えば、二価フェニル基又はナフチル基を指す。アリーレン基は、任意で、１又はそれ以上のアリール基置換基で置換され得る、かつ／又は１又はそれ以上のヘテロ原子を含み得る。
「アミノ」という用語は、基－Ｎ（Ｒ）２を指し、式中、各Ｒは独立して、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アリール、置換アリール、アラルキル、又は置換アラルキルである。「アミノアルキル」及び「アルキルアミノ」という用語は、－Ｎ（Ｒ）２基を指し得、式中、各Ｒは、Ｈ、アルキル、又は置換アルキルであり、かつ少なくとも１つのＲは、アルキル又は置換アルキルである。「アリールアミン」及び「アミノアリール」は、基－Ｎ（Ｒ）２を指し、式中、各Ｒは、Ｈ、アリール、又は置換アリールであり、かつ少なくとも１つのＲは、アリール又は置換アリール、例えば、アニリン（すなわち、－ＮＨＣ６Ｈ５）である。
「チオアルキル」という用語は、基－ＳＲを指し得、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、置換アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、及び置換アリールから選択される。同様に、「チオアラルキル」及び「チオアリール」という用語は、－ＳＲ基を指し、ここでＲはそれぞれ、アラルキル及びアリールである。
本明細書で使用される場合、「ハロ」、「ハロゲン化物」、又は「ハロゲン」という用語は、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、及びヨード基を指す。
「ヒドロキシル」及び「ヒドロキシ」という用語は、－ＯＨ基を指す。
「メルカプト」又は「チオール」という用語は、－ＳＨ基を指す。
「カルボキシレート」及び「カルボン酸」という用語はそれぞれ、基－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ-及び基－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨを指し得る。「カルボキシル」という用語もまた、－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨ基を指し得る。いくつかの実施形態において、「カルボキシレート」又は「カルボキシル」は、－Ｃ（＝Ｏ）Ｏ-基又は－Ｃ（＝Ｏ）ＯＨ基のいずれかを指し得る。いくつかの実施形態では、用語「カルボキシレート」がＳＢＵのアニオンに関して使用される場合、用語「カルボキシレート」は、アニオンＨＣＯ２ -を指すために使用でき、従って、用語「ギ酸塩」と同義であり得る。
「ホスホネート」という用語は、－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲ）２基を指し、ここで、各Ｒは独立して、Ｈ、アルキル、アラルキル、アリール、又は負電荷（すなわち、酸素原子に結合するＲ基が実質的に存在せず、酸素原子上に非共有電子対の存在をもたらすもの）であり得る。従って、換言すると、各Ｒは、存在しても、不在であってもよく、存在する場合、Ｈ、アルキル、アラルキル、又はアリールから選択される。
「ホスフェート」という用語は、－ＯＰ（＝Ｏ）（ＯＲ'）２基を指し、ここで、Ｒ'は、Ｈ又は負電荷である。
「結合する」又は「結合される」という用語、及びこれらの派生語は、共有結合又は非共有結合のいずれかを指し得る。場合によっては、「結合する」という用語は、配位結合を介した結合を指す。
「共役」という用語は、共有結合又は配位結合の形成などの結合プロセスも指し得る。
本明細書で使用される場合、「金属有機構造体」又は「ＭＯＦ」という用語は、金属構成成分及び有機構成成分の両方を含む固体の二次元又は三次元ネットワークを指し、有機構成成分は、少なくとも１つ、及び典型的には２つ以上の炭素原子を含む。いくつかの実施形態において、材料は結晶性である。いくつかの実施形態において、材料は非結晶性である。いくつかの実施形態において、材料は多孔性である。いくつかの実施形態において、金属－有機マトリクス材料は、金属イオン又は金属錯体などの金属系二次構成単位（ＳＢＵ）を含む配位錯体の反復単位と、架橋多座（例えば、二座又は三座）有機配位子とを含む配位ポリマーである。いくつかの実施形態において、材料は、２種類以上のＳＢＵ又は金属イオンを含有する。いくつかの実施形態において、材料は、２種類以上の有機架橋配位子を含有し得る。
「ナノスケール金属有機構造体」という用語は、ＭＯＦを含むナノスケール粒子を指し得る。
「ナノスケール粒子」、「ナノ材料」、及び「ナノ粒子」という用語は、約１，０００ｎｍ未満の寸法（例えば、長さ、幅、直径など）を有する少なくとも１つの領域を有する構造を指す。いくつかの実施形態において、寸法は、より小さい（例えば、約５００ｎｍ未満、約２５０ｎｍ未満、約２００ｎｍ未満、約１５０ｎｍ未満、約１２５ｎｍ未満、約１００ｎｍ未満、約８０ｎｍ未満、約７０ｎｍ未満、約６０ｎｍ未満、約５０ｎｍ未満、約４０ｎｍ未満、又は更には約３０ｎｍ未満）。いくつかの実施形態において、寸法は、約３０ｎｍ～約２５０ｎｍの間（例えば、約３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００、２１０、２２０、２３０、２４０、又は２５０ｎｍ）である。
いくつかの実施形態において、ナノ粒子はおよそ球状である。ナノ粒子がおよそ球状である場合、特徴寸法は、球の直径に対応し得る。球状の形状に加えて、ナノ材料は、ディスク形状、プレート形状（例えば、六角形プレート様）、長方形、多面体、ロッド形状、立方、又は不規則な形状であってもよい。
本書で使用する「ナノプレート」、「金属有機ナノプレート」、及び「MOP」という用語は、プレート又はディスクのような形状のMOFを指す。つまり、MOFは厚さよりも実質的に長く広幅である。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは、厚さよりも少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２５、又は５０倍長い及び／又は広い。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは約１００ｎｍ、５０ｎｍ、又は約３０ｎｍ未満の間の厚さである。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは約３ｎｍから約３０ｎｍの厚さ（例えば、約５、１０、１５、２０、２５、又は３０ｎｍの厚さ）である。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは約３ｎｍ～約１２ｎｍの厚さである（例えば、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、又は１２ｎｍの厚さ）。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは約２、３、４、５、６、７、８、９又は１０層の厚さである。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは約２～約５層の厚さであり、各層はほぼＳＢＵの厚さである。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは結晶質である。いくつかの実施形態では、ＭＯＰはアモルファスである。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは多孔質である。いくつかの実施形態では、酢酸（AcOH）のようなモノカルボン酸、ギ酸、安息香酸、又はトリフルオロ酢酸（TFA）などの強く配位するモジュレータ（coordinating modulator）が使用され、MOPのナノプレートの形態を制御し、MOPチャネル(channel)を介したROSの拡散を促進するため欠陥を導入する（架橋配位子の欠落）。
本明細書で使用される「金属有機層」（又は「MOL」）という用語は、金属と有機成分の両方を含む主に二次元ネットワークの固体を指し、有機成分は少なくとも１つ、典型的には２つ以上の炭素原子を含む。いくつかの実施形態では、ＭＯＬは結晶質である。いくつかの実施形態では、ＭＯＬはアモルファスである。いくつかの実施形態では、ＭＯＬは多孔性である。
いくつかの実施形態において、ＭＯＬは、金属イオン又は金属錯体などの金属系二次構成単位（ＳＢＵ）を含む配位錯体の反復単位と、架橋多座（例えば、二座又は三座）有機配位子とを含む配位ポリマーである。いくつかの実施形態では、架橋配位子は本質的に平面である。いくつかの実施形態では、大部分の架橋配位子は少なくとも３つのSBUに結合する。いくつかの実施形態において、材料は、２種類以上のＳＢＵ又は金属イオンを含有する。いくつかの実施形態において、材料は、２種類以上の架橋配位子を含有し得る。
いくつかの実施形態では、ＭＯＬは本質的に、複数のＳＢＵと架橋配位子との間の配位錯体ネットワークの単層であり得るし、単層はｘ面及びｙ面に延在するが、およそ１ＳＢＵのみの厚さを有する。
いくつかの実施形態において、ＭＯＬは、複数のＳＢＵと、実質的にすべての架橋配位子が同じ平面にある当該架橋配位子との間の実質的に平面の配位錯体ネットワークの単層であり得る。いくつかの実施形態では、８０％、８５％、９０％、又は９５％を超える架橋配位子が実質的に同じ平面にある。いくつかの実施形態では、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％を超え、又は約１００％の架橋配位子が同じ平面にある。従って、ＭＯＬは、複数のＳＢＵ及び架橋配位子の長さ及び／又は直径を含むことができる距離にわたってｘ及びｙ平面に延びることができるが、いくつかの実施形態では、ＭＯＬは約１ＳＢＵのみの厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、ＭＯＬの厚さは約３ｎｍ以下（例えば、約３、２、又は約１ｎｍ以下）であり、ＭＯＬの幅、長さ、及び／又は直径は、MOLの厚さの少なくとも約５倍、10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍、又は約100倍以上である。いくつかの実施形態では、ＭＯＬはシート状の形状を有する。いくつかの実施形態では、ＭＯＬはプレート状又はディスク状の形状を有する。いくつかの実施形態では、酢酸（AcOH）などのモノカルボン酸、ギ酸、安息香酸、又はトリフルオロ酢酸（TFA）などの強く配位するモジュレータが使用され、MOLのナノプレートの形態を制御し、MOLチャネルを介したROSの拡散を促進するため欠陥を導入する（架橋配位子の欠落）。
ＭＯＬ及び／又はＭＯＰとは対照的に、本明細書で使用される「金属有機構造体」、「ナノスケール金属有機構造体」、「ＭＯＦ」及び／又は「ｎＭＯＦ」という用語は、典型的には固体金属有機マトリックス材料粒子を指し、MOFの長さ、幅、厚さ、及び/又は直径のそれぞれは約30又は31nmよりも大きく（又は約50nmよりも大きいか、又は約100nmよりも大きい）、及び/又はＭＯＦの幅、長さ、及び／又は直径のいずれも、ＭＯＦの厚さの５倍以上ではない。
「配位錯体」とは、金属イオンと、電子対供与体、配位子、又はキレート基との間に配位結合が存在する化合物である。従って、配位子又はキレート基は一般に、金属イオンへの供与に利用可能な非共有電子対を有する、電子対供与体、分子、又は分子イオンである。
「配位結合」という用語は、電子対供与体と金属イオン上の配位部位との間の相互作用を指し、これは、電子対供与体と金属イオンとの間の引力をもたらす。この用語の使用は、特定の配位結合もまた、金属イオン及び電子対供与体の特徴によって（完全な共有結合的特徴を有さない場合）多かれ少なかれ共有結合的特徴を有するものとして分類され得る程度まで、限定的であることが意図されない。
本明細書で使用される場合、「配位子」という用語は一般に、何らかの方法で別の種に相互作用する、例えば、結合する、分子又はイオンなどの種を指す。より具体的には、本明細書で使用される場合、「配位子」は、溶液中で金属イオンに結合して、「配位錯体」を形成する分子又はイオンを指し得る。その全体が参照として本明細書に組み込まれる、Ｍａｒｔｅｌｌ，Ａ．Ｅ．，ａｎｄ Ｈａｎｃｏｃｋ，Ｒ．Ｄ．，Ｍｅｔａｌ Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ ｉｎ Ａｑｕｅｏｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ，Ｐｌｅｎｕｍ：ＮｅｗＹｏｒｋ（１９９６）を参照されたい。「配位子」及び「キレート基」という用語は、互換的に使用され得る。「架橋配位子」という用語は、２つ以上の金属イオン又は錯体に結合するため、金属イオン間又は錯体間に「架橋」をもたらす基を指し得る。有機架橋配位子は、例えば、アルキレン基又はアリーレン基によって分離される、非共有電子対を有する２つ以上の基を有し得る。非共有電子対を有する基としては、－ＣＯ２Ｈ基、－ＮＯ２基、アミノ基、ヒドロキシル基、チオ基、チオアルキル基、－Ｂ（ＯＨ）２基、－ＳＯ３Ｈ基、ＰＯ３Ｈ基、ホスホネート基、及びヘテロ環中のヘテロ原子基（例えば、窒素、酸素、又は硫黄）が含まれるが、これらに限定されない。
本明細書で、配位子、例えば、架橋配位子に関して使用される場合、「配位部位」という用語は、非共有電子対、負電荷、又は（例えば、特定のｐＨ下での脱プロトン化を介して）非共有電子対もしくは負電荷を形成することができる原子もしくは官能基を指す。
本明細書で使用される場合、「親水性ポリマー」という用語は一般に、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルメチルエーテル、ポリメチルオキサゾリン、ポリエチルオキサゾリン、ポリヒドロキシ－プロピルオキサゾリン、ポリヒドロキシプロピルメタクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリヒドロキシルプロピルメタクリレート、ポリヒドロキシ－エチルアクリレート、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレン－イミン（ＰＥＩ）、ポリエチレングリコール（すなわち、ＰＥＧ）などであるが、これらに限定されない親水性有機ポリマー、又は別の親水性ポリ（アルキレンオキシド）、ポリグリセリン、及びポリアスパルトアミドを指す。「親水性」という用語は、分子又は化学種が水と相互作用する能力を指す。従って、親水性ポリマーは、典型的には極性であるか、又は水に結合し得る基を有する。
「光増感剤」（ＰＳ）は、特定の波長の光、典型的には可視光又は近赤外（ＮＩＲ）光によって励起され、活性酸素種（ＲＯＳ）を生成し得る、化学化合物もしくは化学部分を指す。例えば、その励起状態において、光増感剤は、系間交差を受け、（例えば、ＰＤＴによって治療されている組織中の）酸素（Ｏ２）にエネルギーを輸送して、一重項酸素（１Ｏ２）などのＲＯＳを生成することができる。本開示の主題に従って、任意の既知の種類の光増感剤が使用され得る。
いくつかの実施形態において、光増感剤は、ポルフィリン、クロロフィル、染料、又は、炭素-炭素単結合で置換された１又はそれ以上の炭素-炭素二重結合を有し、及び/又は、有機架橋配位子への結合で共有結合的に置換され得る置換基（例えば、置換アルキレン基）を含む、１又はそれ以上の追加のアリール又はアルキル基置換基を含むポルフィリン、クロロフィル又は染料のようなものの誘導体もしくは類似体である。いくつかの実施形態において、ポルフィリン、クロリン、バクテリオクロリン、又はポルフィセンが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、光増感剤は、例えば、光増感剤を有機架橋配位子もしくはＳＢＵのような別の分子もしくは部分に結合させるのに使用するための、及び／又は配位を亢進するか、もしくは追加の金属（複数可）を配位する追加の部位（複数可）を提供するための、カルボン酸基、アミン基、又はイソチオシアネート基などの１又はそれ以上の官能基を有し得る。いくつかの実施形態において、光増感剤は、ポルフィリン、又はその誘導体もしくは類似体である。例示的なポルフィリンとしては、ヘマトポルフィリン、プロトポルフィリン、及びテトラフェニルポルフィリン（ＴＰＰ）が挙げられるが、これらに限定されない。例示的なポルフィリン誘導体としては、ピロフェオホルビド、バクテリオクロロフィル、クロロフィルａ、ベンゾポルフィリン誘導体、テトラヒドロキシフェニルクロリン、プルプリン、ベンゾクロリン、ナフトクロリン、ベルジン（ｖｅｒｄｉｎ）、ロジン、オキソクロリン、アザクロリン、バクテリオクロリン、トリポルフィリン、及びベンゾバクテリオクロリンが含まれるが、これらに限定されない。ポルフィリン類似体としては、拡張ポルフィリンファミリーメンバー（テキサフィリン、サフィリン、及びヘキサフィリンなど）、ポルフィリン異性体（ポルフィセン、反転ポルフィリン、フタロシアニン、及びナフタロシアニンなど）、ならびに１又はそれ以上の官能基で置換されたＴＰＰが含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、ＰＳは、金属（例えば、Ｒｕ又はＩｒ）、及び、例えば１又はそれ以上の窒素含有芳香族基である１又はそれ以上の窒素ドナー配位子を含む、金属配位錯体である。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上の窒素ドナー配位子は、これらに限定されないが、ビピリジン（ｂｐｙ）、フェナントロリン、テルピリジン、又はフェニルピリジン（ｐｐｙ）を含む群から選択され、例えば、芳香族基の炭素原子上でそれぞれが任意に１又はそれ以上のアリール基置換基で置換され得る。
本明細書で使用される場合、「癌」という用語は、制御されない細胞分裂、及び／又は細胞が転移する能力もしくは追加の部位において新たな増殖を確立する能力によって引き起こされる疾患を指す。「悪性の」、「悪性度」、「腫瘍（ｎｅｏｐｌａｓｍ）」、「腫瘍（ｔｕｍｏｒ）」、「癌」という用語、及びこれらの派生語は、癌性細胞又は癌性細胞の群を指す。
癌の具体的な種類としては、皮膚癌（例えば、黒色腫）、結合組織癌（例えば、肉腫）、脂肪癌、乳癌、頭頸部癌、肺癌（例えば、中皮腫）、胃癌、膵臓癌、卵巣癌、子宮頸癌、子宮癌、肛門生殖器癌（例えば、精巣癌）、腎臓癌、膀胱癌、結腸直腸癌（すなわち、結腸癌又は直腸癌）、前立腺癌、中枢神経系（ＣＮＳ）癌、網膜癌、血液、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、及びリンパ癌（例えば、ホジキンリンパ腫及び非ホジキンリンパ腫）が含まれるが、これらに限定されない。
「転移性癌」という用語は、患者の体内のその初期部位（すなわち、一次部位）から伝播している癌を指す。
「抗癌薬」、「化学療法剤」、及び「抗癌プロドラッグ」という用語は、癌を治療する（すなわち、癌細胞を死滅させるか、癌細胞の増殖を制止するか、もしくは癌に関連する症状を治療する）ことが既知であるか、又は癌を治療することができると考えられる薬物（すなわち、化学化合物）もしくはプロドラッグを指す。いくつかの実施形態において、本明細書で使用される場合、「化学療法剤」という用語は、癌を治療するのに使用される、かつ／又は細胞傷害能力を有する非ＰＳ分子を指す。そのようなより伝統的もしくは従来の化学療法剤は、活性の機構によって、又は化学化合物の分類によって記載することができ、それらには、アルキル化剤（例えば、メルファラン）、アントラサイクリン（例えば、ドキソルビシン）、細胞骨格破壊剤（例えば、パクリタキセル）、エポチロン、ヒストンデアセチラーゼ阻害剤（例えば、ボリノスタット）、トポイソメラーゼＩ又はＩＩの阻害剤（例えば、イリノテカンもしくはエトポシド）、キナーゼ阻害剤（例えば、ボルテゾミブ）、ヌクレオチド類似体又はそれらの前駆体（例えば、メトトレキサート）、ペプチド抗生剤（例えば、ブレオマイシン）、白金系薬剤（例えば、シスプラチン又はオキサリプラチン）、レチノイド（例えば、トレチノイン）、及びビンカアルカロイド（例えば、ビンブラスチン）を含むことができるが、これらに限定されない。
ＩＩ．一般的考察
光線力学療法（ＰＤＴ）は、３つの非毒性構成成分、つまり、光増感剤（ＰＳ）、光源、及び組織酸素を組み合わせて、悪性細胞及び他の患部細胞に対する毒性を引き起こす光線療法である。ＰＤＴの最も幅広く許容されている機構は、光励起ＰＳから組織中の酸素
分子へとエネルギーを輸送して、細胞毒性を誘導する活性酸素種（ＲＯＳ）、特に一重項酸素（１Ｏ２）を発生させることを伴う。ＰＤＴは、ＰＳの選択的取り込み及び／又は光への局所的曝露を介して、患部組織の局在化した破壊をもたらし、低侵襲癌療法を提供することができる。
腫瘍に対する化学療法剤の選択的送達が、化学療法の成功のために好ましい。同様に、腫瘍中のＰＳの局在化が、有効なＰＤＴのために好ましい。しかしながら、多くのＰＳは性質が疎水性であり、これは不十分な腫瘍局在化をもたらすばかりか、ＰＤＴ有効性を低下させるＰＳの凝集も引き起こす。従って、これらのＰＳをインビボ（in vivo：生体内）でより有効なＰＤＴ剤にするために、有意な合成修飾が好ましい。
代替的なアプローチは、ナノ担体を使用して、亢進された浸透及び滞留効果（ＥＰＲ）を介して、及び時には癌において過剰発現した受容体に結合する小分子もしくは生物学的配位子による活性腫瘍標的化を介して、治療剤又はＰＤＴ剤を腫瘍に選択的に送達することである。金属イオン／イオンクラスタ及び有機架橋配位子から構築される複数のナノスケール金属有機構造体（ｎＭＯＦ）は、治療剤及び造影剤のためのナノ担体プラットフォーム(platform)として使用することができる。他のナノ担体と比較して、複数のｎＭＯＦは、調節可能な化学組成物及び結晶性構造、高多孔度、ならびに生分解性を含む多くの有利な特徴を、単一送達プラットフォーム中に組み合わせる。以下でさらに説明するように、いくつかの実施形態では、二次元ナノ担体（nanocarrier）、すなわち複数の金属イオンクラスタ及び有機架橋配位子から構成される複数のMOL及びMOPの使用により、より厚い複数のnMOFと比較して例えばPDT、X-PDT、及びRT-RDTの治療法を改善できる。
ＩＩ．Ａ．光線力学療法のためのポルフィリン系ナノ担体
本開示の主題の例示的ないくつかの実施形態に従って、複数のＨｆ－ポルフィリンＭＯＬ及びＭＯＰが調製され、ＰＤＴのためのＰＳとして使用されることができる。いかなる１つの理論にも拘束されることを望むものではないが、ポルフィリン由来の架橋配位子を、複ＯＬ及びＭＯＰに組み込むと、他のナノ粒子ＰＤＴ剤に対するいくつかの利点をもたらすことができると考えられる。第１に、複数のＰＳ分子又は部分は、ＭＯＬ又はＭＯＰ構造体中でよく単離されて、凝集及び励起状態の自己消光を避けることができる。第２に、重金属（例えば、Ｈｆ）中心へのポルフィリン配位子の配位は、系間交差を促進して、ＲＯＳ発生効率を亢進することができる。第３に、薄く、多孔性のＭＯＬ又はＭＯＰ構造は、ＭＯＬ又はＭＯＰ内部からのＲＯＳ（一重項酸素（１Ｏ２）など）の容易な拡散のための経路を提供して、癌細胞に対する細胞傷害性効果を発揮することができる。更に、複数のＭＯＬ及びＭＯＰで高ＰＳ充填を達成して、治療困難な癌の有効なＰＤＴをもたらすことができる。
従って、いくつかの実施形態において、本開示の主題は、ポルフィリン系架橋配位子、例えば、ポルフィリン、ポルフィリンの誘導体、及び／又はこれらの金属錯体を介してともに連結された複数のＳＢＵを含むＭＯＬ又はＭＯＰを提供する。
ＩＩ．Ｂ．結腸癌の光線力学療法のためのクロリン系ナノ担体
ヘマトポルフィリン誘導体を第１世代の複数のＰＳとして開発し、最初のＰＤＴ剤ＰＨＯＴＯＦＲＩＮ（登録商標）の臨床適用をもたらした。しかしながら、吸収ピークが典型的には組織透過ウインドウ（６００～９００ｎｍ）の高エネルギー端付近であり、かつ吸光係数（ε）値が小さいため、ポルフィリンの光物理的特性は、特定の用途には好ましくない。
ポルフィリンをクロリンに還元すると、吸収がより長い波長へと偏移し、同時にεが増加することが示された。例えば、５，１０，１５，２０－ｍ－テトラ（ヒドロキシフェニル）ポルフィリンをそのクロリン誘導体に還元すると、３４００Ｍ－１・ｃｍ－１から２９６００Ｍ－１・ｃｍ－１へのεの劇的亢進とともに、最終Ｑ帯が６４４から６５０ｎｍへと赤方偏移する。
従って、いくつかの実施形態において、本開示の主題は、バクテリオクロリンのようなクロリン系架橋配位子又はポルフィリンの他の還元形態に基づく配位子を介してともに連結された複数のＳＢＵを含む複数のＭＯＬ又はＭＯＰを提供する。
ＩＩ．Ｃ．高度に効率的なＸ線誘起光線力学療法ための複数のＭＯＬ及び/又はＭＯＰ
放射線療法は、最も一般的かつ効率的な癌治療モダリティのうちの１つである。癌放射線療法では、腫瘍に高エネルギー放射線（例えば、Ｘ線）を照射して、治療体積中の悪性細胞を破壊する。複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、放射線療法とＰＤＴとの組み合わせによって、深部癌の治療を可能にする。本開示の主題のいくつかの実施形態において、高Ｚ金属イオン（例えば、Ｚｒ又はＨｆ）を有する複数のＳＢＵを有する複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、Ｘ線光子を吸収し、光電効果を通してそれらを高速電子に変換することによって、有効なＸ線アンテナとしての役割を果たし得る。その後、発生された電子は、非弾性散乱を通してＭＯＬ及びＭＯＰ中の複数のＰＳを励起し、ヒドロキシラジカル及び１Ｏ２の効率的な発生をもたらす。追加の実施形態は、ランタニド金属（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、及びＬｕなど）、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、ならびにＢｉ、又はＸ線放射線を強度に吸収する任意の金属イオンを含む複数のＳＢＵを有する複数のＭＯＬ又はＭＯＰを含み得る。
いくつかの実施形態において、本開示の主題に従って、金属接続点としてＨｆ及びＢｉなどの重金属、ならびに架橋配位子としてポルフィリン誘導体、クロリン誘導体、又は金属含有染料（Ｒｕ（ｂｐｙ）３ ２＋及びＩｒ（ｐｐｙ）２（ｂｐｙ）＋（ｂｐｙは２，２'－ビピリジンであり、ｐｐｙは２－フェニルピリジンである）を含む）から構築される複数のＭＯＬ又はＭＯＰが提供される。Ｘ線誘起ＰＤＴ／ＲＴにおけるそのような複数のＭＯＬ及びＭＯＰの用途を、実施例において本明細書以下に更に実証する。これらの複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、後続する一重項酸素発生のために、Ｘ線エネルギーで光増感剤を励起することができるため、Ｘ線誘起ＰＤＴのための効率的な治療剤としての役割を果たす。この分類(class)の複数のナノ担体の利点としては、１）２つの有効な治療（放射線療法及びＰＤＴ）の組み合わせ、２）深部癌を治療することができ、そのために効率的なモダリティ、３）健康な組織に対する放射線損傷のリスクの低下、及び４）簡便で、比較的安価かつ効果的な治療を挙げることができる。
特定の実施形態において、本開示の複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、ＭＯＬ及び/又はＭＯＰの空洞又はチャネル内に位置する（例えば、MOL及び/又はMOPの空洞又はチャネルに物理的に隔離（sequestered）/封入された）、ポリオキソメタレート（ＰＯＭ）（タングステン、モリブデン、もしくはニオブ酸ポリオキソメタレートなど）、金属ナノ粒子（金、パラジウム、もしくは白金ナノ粒子など）、又は金属酸化物ナノ粒子（酸化ハフニウムもしくは酸化ニオブナノ粒子など）を含んでもよいか、又は更に含む。
ＩＩ．Ｄ．放射線療法及び放射線療法-放射線力学療法のための複数のMOL及び/又はMOP
いくつかの実施形態では、複数のＨｆ金属クラスタ（又は他の高Ｚ元素金属）及び無視できる光増感特性を有する複数の配位子から構築された複数のＭＯＬ及び／又はＭＯＰが提供されることができる。X線、γ線、β線照射、中性子線照射、電子線照射、又は陽子照射などの電離放射線エネルギー（ionizing irradiation energy）を吸収するHf金属クラスタの能力は、MOL又はMOPチャンネル外のROS（特にヒドロキシルラジカル（OH））の急速な拡散と相まって、非常に効果的な放射線療法を提供できる。いくつかの実施形態では、Ｈｆ金属クラスタは、複数のＮＭＯＦ内の光増感剤を励起してＲＯＳ（例えば、一重項酸素（1O2））を生成することにより、ＲＯＳ（例えば、ＯＨラジカル）及びＲＤＴの生成を介して、ＲＴに至る電離放射線エネルギー（例えば、Ｘ線光子）を吸収することができる。
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、ＲＴ及びＲＤＴを強化するＭＯＬ又はＭＯＰの能力を利用することにより、Ｘ線吸収金属イオンを含むＭＯＬ又はＭＯＰに基づく放射性増強剤を提供する。MOL又はMOPの最小寸法に沿ったオープンチャネルを介して生成されたROSの容易な拡散は、それらの高度なRT-RDTの原因の一部である。
ＩＩ．Ｅ．ＰＤＴと免疫療法との組み合わせ
ＰＤＴは、隣接する正常な細胞を保存しながら、腫瘍細胞を選択的に死滅させることができる。ＰＤＴは、放射線療法又は化学療法との交差抵抗性を引き起こさないため、伝統的な放射線療法及び／又は化学療法に対して有意に応答していない癌患者の治療において有用である。ＰＤＴは、標的化された部位で局在化した浮腫として観察される、強度の急性炎症反応を誘発することができる。ＰＤＴによって誘発される炎症は、自然免疫系によって編成される腫瘍抗原非特異的プロセスである。ＰＤＴは、治療部位で、自然免疫警告要素によって検出され得る、複数の損傷関連分子パターン（ＤＡＭＰ）などの豊富な警告／危険信号を急速に発生させる上で特に有効である。抗腫瘍免疫のＰＤＴ媒介亢進は、死腫瘍細胞及び瀕死腫瘍細胞による樹状細胞の刺激によるものと考えられており、これには、複数のＣＤ８＋細胞傷害性Ｔ細胞（ＣＴＬ）の動員及び活性化、その後、免疫メモリー細胞の形成及び後続の腫瘍増殖に対する抵抗が伴い得る。
本開示の主題のいくつかの実施形態に従うと、複数のＤＢＰ－ＭＯＬ及び本開示の主題の他の複数のＭＯＬ及びＭＯＰは、ＰＤＴ及び免疫療法の組み合わせをもたらすために使用することができる。いくつかの無機材料、有機材料、及び混成材料が、近赤外光を強度に吸収して、一重項酸素を発生させることが既知である。そのようなＰＤＴ材料の治療的使用は、免疫チェックポイント阻害剤療法と組み合わせることができる。
そのような組み合わせ療法のための例示的な光増感剤としては、クロリンｅ６もしくはＭＣ５４０と組み合わせた、ＮａＹＦ４（例えば、Ｙ：Ｙｂ：Ｅｒ＝７８％：２０％：２％の割合でドープされたもの）などの上方変換ナノ粒子；２－デビニル－２－（１－ヘキシルオキシエチル）ピロフェオホルビド（ＨＰＰＨ）充填シリカナノ粒子などの、シリカ系ナノ粒子中に包埋された光増感剤；ＤＳＰＥ－ＰＥＧ５ｋポリマーミセル中に充填されたＺｎ（ＩＩ）フタロシアニンなどのポリマーミセル充填光増感剤；リポソーム中に被包された５，１０，１５，２０－テトラキス（ｍ－ヒドロキシフェニル）クロリン、及び５－アミノレブリン酸（ＡＬＡ）被包リポソームなどのリポソーム系光増感剤送達系；ＨＳＡ－フェオホルビドａ共役粒子などのヒト血清アルブミン系増感剤送達系；ローズベンガル及びＰｐＩＸが充填されたＰＥＧ結合ポリ（プロピレンイミン）又はポリ（アミドアミン）などのデンドリマー系光増感剤送達系；ポルフィリン－脂質共役（ピロ脂質）自己組み立てナノ小胞（ポルフィゾーム）及びＮＣＰ＠Ｐｙｒｏｌｉｐｉｄなどの、ポルフィリン共役、クロリン共役、又はバクテリオクロリン共役リン脂質系二重層送達系が挙げられるが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、これらの光増感剤は、本開示の複数のMOL及びMOPとナノコンポジット（nanocomposite）を形成する。いくつかの実施形態では、これらの光増感剤（又は例示的な光増感剤送達システムからの光増感剤）は、本開示の複数のMOL及びMOPの一部であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、これらの光増感剤又はそれらの誘導体は、架橋配位子であるか、又は本開示の複数のMOL及びMOPの架橋配位子に付着することができる。
ＩＩ．Ｆ．Ｘ－ＰＤＴ又はＲＴ－ＲＤＴと免疫療法との組み合わせ
本開示の主題のいくつかの実施形態に従うと、Ｘ線誘起（又は他の電離放射線エネルギー誘起）ＰＤＴ又はＲＴ－ＲＤＴは、阻害剤系免疫療法と組み合わせて、適応免疫応答、例えば、細胞傷害性Ｔ細胞を使用した、確立された腫瘍の全身拒絶を引き起こすことができる。免疫療法剤と組み合わせると、一次性腫瘍の有効な根絶だけでなく、ＭＯＬ及び/又はＭＯＰ系Ｘ－ＰＤＴ又はＲＴ－ＲＤＴ効果を使用して、遠隔転移性腫瘍の抑制／根絶もまた達成することができる。いくつかの実施形態において、抗腫瘍有効性は、免疫原性細胞死を引き起こすことが既知である化学療法剤を追加することによって、亢進することができる。
いくつかの無機材料が、Ｘ線（又は他の電離放射線エネルギー）を強く吸収し、吸収したエネルギーを可視光及び近赤外光に変換することが既知である。その後、これらのシンチレーションナノ材料から放射された近赤外光は、近くの光増感剤によって吸収されて、Ｘ線（又は他の電離放射線エネルギー）誘起ＰＤＴ効果が可能となり得る。いくつかの実施形態では、吸収したエネルギーは、ROSの生成及び/又は近傍の光増感剤の励起をもたらしてROSの生成をもたらすことができる。他の種類の材料も、X線誘起PDT又はRT-RDTを実現できる。このX線誘起PDT又はRT-RDTを免疫チェックポイント阻害剤と組み合わせると、優れた放射免疫療法が得られる。Ｘ線シンチレーションナノ材料の例としては、ＬｎＯ３：Ｌｎ'ナノ粒子、ＬｎＯ２Ｓ Ｌｎ'ナノ粒子、又はＬｎＸ３：Ｌｎ'ナノ粒子（式中、Ｌｎ＝Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕであり、Ｌｎ'＝Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｔｂなどであり、Ｘ＝Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩである）；Ｍ６（μ３－Ｏ）４（μ３－ＯＨ）４Ｌ６などの複数のＸ線シンチレータＭＯＦ、ＭＯＬ及びＭＯＰ（式中、Ｍ＝Ｈｆ、Ｚｒ、又はＣｅであり、Ｌ＝９，１０－アントラセニルビス安息香酸である）及び重金属二次構成単位を含有する複数のＭＯＦ、ＭＯＬ及びＭＯＰの他の製剤；複数のランタニド系ＭＯＦ、ＭＯＬ及びＭＯＰ、このＳＢＵとしては、Ｌｎ４（μ４－ＯＨ２）（ＣＯ２）８（ＳＯ４）４、［Ｌｎ（ＯＨ２）（ＣＯ２）３］ｎ（無限１－Ｄ鎖）、［Ｌｎ（ＯＨ２）（ＣＯ２）４］ｎ（無限１－Ｄ鎖）、［Ｌｎ（ＣＯ２）３－Ｌｎ（ＯＨ２）２（ＣＯ２）３］ｎ（無限１－Ｄ鎖）が挙げられるが、これらに限定されず（式中、Ｌｎ＝Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、及び／又はこれらの混合物の組み合わせ）、架橋配位子としては、［１，４－安息香酸ジカルボキシレート］、［２，５－ジメトキシ－１，４－ベンゼンジカルボキシレート］、［１，３，５－安息香酸トリカルボキシレート］、［１，３，５－ベンゼントリスベンゾエート］、［５－（ピリジン－４－イル）イソフタル酸］、［４，４'，４''－Ｓ－トリアジン－２，４，６－トリイルトリベンゾエート］、［ビフェニル－３，４'，５－トリカルボキシレート］、［４，４'－［（２，５－ジメトキシ－１，４－フェニレン）ジ－２，１－エテンジイル］ビス－安息香酸］などが挙げられるが、これらに限定されない；ＺｎＳ：Ｍ量子ドット（Ｍ＝Ｃｕ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｅｕなどである）又は炭素ドットなどの量子ドット；金ナノ粒子、又は白金もしくは他の第３列金属粒子；ならびにＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＮａＹＦ４：Ｔｂ３＋、Ｅｒ３＋などの他のＸ線シンチレータが挙げられるが、これらに限定されない。
Ｘ線誘起ＰＤＴ又はＲＴ－ＲＤＴにおける使用のために、複数のＸ線シンチレーションナノ粒子、ＭＯＬ及び/又はＭＯＰに共役した光増感剤の例としては：ナノ粒子、ＭＯＬ又はＭＯＰ表面に配位的に結合した光増感剤、この配位方法としては、カルボキシレート配位又はホスフェート配位（複数のナノ粒子、ＭＯＬ又はＭＯＰ上のオープンメタルサイト（open metal site）（例えば、Ｌｎ３＋、Ｚｎ２＋など）への、ＰＳ上のカルボキシレート基又はホスフェート基の配位を介したものなど）が挙げられるがこれに限定されない；（オープンメタルサイトに対するチオール基の配位を通して複数のナノ粒子、ＭＯＬ又はＭＯＰに共役するチオールを含有する複数のＰＳを介した）複数のナノ粒子、ＭＯＬ又はＭＯＰに対するチオール配位；例えば、官能基を有するオリゴマー又はポリマー（例えば、シクロデキストリン、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリ（マレイン酸）誘導体など）に対して複数のＰＳを共有結合的に共役させ、及び、追加の官能基（例えば、カルボキシレート基、チオール基、ヒドロキシル基、アミン基など）の配位を通して複数のシンチレータナノ粒子、ＭＯＬ又はＭＯＰを、ナノ粒子、ＭＯＬ又はＭＯＰ表面上の金属に共役させることを介した、ポリマー共役及び表面コーティング；例えば、アミド共役、エステル共役、チオ尿素共役、「クリックケミストリー（click chemistry）」、ジスルフィド結合共役などを介したＭＯＦ、ＭＯＬ又はＭＯＰ配位子への共有結合；多孔性材料の表面修飾及び捕捉、メソポーラスシリカコーティング及び捕捉、を含むがこれらに限定されない。
ＩＩ．Ｇ．Ｘ線誘起光線力学療法のためのＸ線装置の精密化
本開示の主題のいくつかの実施形態において、Ｘ線（又は他の電離放射線エネルギー）源を精密化して、Ｘ－ＰＤＴ又はＲＴ－ＲＤＴ効果を亢進してより効率的な癌細胞の死滅を可能にすることができる。いくつかの実施形態において、Ｘ線照射器は、遮蔽されたエンクロージャの内側に少なくとも１つのＸ線源を含むパノラマ照射器を含み得、１又はそれ以上のＸ線源はそれぞれ、腫瘍の近位の対向表面積に等しい面積にわたってＸ線束を放射するように動作可能である。例えば、これらの全体がそれぞれ参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許出願公開第２０１０／０１８９２２２号及び国際公開第２０１１／０４９７４３号を参照されたい。タングステン標的放射に基づくＸ線発生器が、この用途に適する。出力エネルギーは、典型的には１００～５００ｋＶの範囲である。特定の実施形態において、２１以上の原子番号を有する少なくとも１つの金属を含有する、選択された材料の少なくとも１つの取り外し可能な減衰器又はフィルタが、本用途に関与する。各減衰器は、平板であっても、勾配のある厚さを有する板であってもよい。例えば、その全体がそれぞれ参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許第７，４３０，２８２号を参照されたい。減衰器はまた、規則的に離間配置された格子／孔で調節されてもよい。この用途において、出力Ｘ線エネルギーは、放射線増感剤／放射線シンチレータのエネルギー吸収を最大化するために、減衰器によるフィルタリング後に調節され得る。Ｘ線を屈折させるためのＸ線屈折レンズを有するＸ線帯域通過フィルタもまた、使用され得る。その全体が参照によって本明細書に組み込まれる、国際公開第２００８／１０２６３２号を参照されたい。
ＩＩＩ．組成
ＩＩＩ．Ａ．治療用途の複数の金属有機層（MOL）及び金属有機ナノプレート（MOP）
本質的に無毒な３つの成分（光増感剤（PS）、光、及び組織酸素）を組み合わせ、細胞傷害性の活性酸素種（ROS）、特に一重項酸素（1O2）を生成することにより、光線力学療法（PDT）は癌に対する非常に効果的な光線療法を提供する。Celli et al.,2010;Dolmansetal.,2003;Ethirajan et al.,2011;Hamblin及びHasan,2004;及びPass,1993を参照のこと。ROSは病気の細胞と正常な細胞の両方を無差別に殺すため、PDTの効率を高め、正常組織への副次的損傷を最小限に抑えるために、腫瘍内で複数のPSを選択的に局在化することが望ましい。Bechet et al.,2008;Ng and Zheng,2015;Huynh et al.,2015;Carter et al.,2014;Lovell et al.,2011;Idris et al.,2012;He et al.,2015;He et al.,2016;Cheng e t al.,2008;Chatterjee et al.,2008;Roy et al.,2003;and Wang et al.,2011を参照のこと。nMOFの安定された構造体と結晶構造により、PSの高い充填(loading)が可能になり、PSの自己消光が防止されるが、複数のnMOFの多孔性はROS拡散を促進する。Luetal.,2016;Luetal.,2015;及びLuetal.,2014を参照のこと。しかし、ROSの寿命は短いため、通常、生成されたすべての種が複数のnMOFの３次元構造から拡散して細胞内オルガネラに細胞毒性を及ぼすことは不可能であり、従って生体内でのPDTの全体的な有効性を限定する。
複数のMOLとMOPの2次元構造により、ROSがより自由に拡散できるため、効率的なPDTのための複数のナノスケールPSのプラットフォームがより向上する。従って、本開示の主題は、一態様では、複数のnMOFの次元数を減らして複数の2次元MOL及び/又はMOPを提供し、より多くの組織透過X線で複数のMOL及び/又はMOPを励起して生体内PDTの有効性を改善することに基づく。いくつかの実施形態では、次元性を低下させることは、酢酸（AcOH）、安息香酸、ギ酸、又はトリフルオロ酢酸（TFA）のようなモノカルボン酸のような強く配位するモジュレータの存在下で、又はこれらのモノカルボン酸及び/又は（複数のnMOFの調製で使用されるよりも）高い水分含有量の存在下で、複数のMOL又はMOP出発材料（例えば、高Z金属元素及び有機架橋配位子を含む金属化合物）と接触させることにより、MOL又はMOPを調製することを含むことができる。モノカルボン酸（又はnMOFの調製中に使用されるよりも多量のモノカルボン酸）を含有すると、複数のMOL又はMOPSBUをキャップし（cap）、それによって形態を制御し、欠陥を導入して（架橋配位子の欠落）、複数のMOL又はMOPチャネルを介したROSの拡散を促進することができる。従って、本開示の主題は、いくつかの実施形態では、Ｘ線（又は他の電離放射線）吸収成分及びＰＳを含むＭＯＬ及び／又はＭＯＰを提供する。いくつかの実施形態では、本開示の主題は、Ｘ線（又は他の電離放射線）吸収成分及び有機シンチレータ（例えば、アントラセン含有部分）を含むＭＯＬ及び／又はＭＯＰを提供する。
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、MOL又はMOPを提供し、MOLは、金属系二次構成単位（複数のSBU）及び複数の有機架橋配位子の周期的繰り返しを含み、各SBUは、同一の架橋配位子への配位結合を介して少なくとも１つの他のＳＢＵに結合され、ＭＯＬ又はＭＯＰは光増感剤を含む。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のＳＢＵは、Ｘ線、γ線、β線照射、又は陽子照射などの電離放射線エネルギーを吸収できる高Ｚ金属のイオンを含む。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上のＳＢＵは、電離放射線エネルギーを強く吸収する構造を有する金属オキソクラスタである。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の有機架橋配位子は、電離放射線エネルギーを吸収できる高Ｚ金属イオン（例えば、Ｚ（すなわち、原子番号又はプロトン数）が約４０より大きい元素のイオン）も含む。いくつかの実施形態では、架橋配位子は、電離照射時に一重項酸素（1O2）、スーパーオキシド（・O2 -）、過酸化水素（H2O2）、及びヒドロキシルラジカル（・OH）などの活性酸素種（ROS）を生成できる。
いくつかの実施形態では、X線を吸収できる金属イオンは、Hf、ランタニド金属（La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、及びLuなど）、Ba、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、及びBiを含む群から選択される元素のイオンである。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上のＳＢＵは、（同じＳＢＵ内又は異なる複数のＳＢＵ内の）金属の組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、金属イオンはHfイオンである。いくつかの実施形態では、複数のＳＢＵは、１又はそれ以上のＨｆ、ランタニド金属、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ及びＢｉを含む金属オキソクラスタである。いくつかの実施形態では、金属イオンはZrである。いくつかの実施形態では、複数のＳＢＵは複数のＺｒオキソクラスタである。いくつかの実施形態では、オキソクラスタは、酸化物（O2 -）、水酸化物（OH-）、S2-、SH-、及びギ酸塩（HCO2 -）から選択されるアニオンを含む。いくつかの実施形態では、複数のオキソクラスタは、モノカルボン酸などの強く配位するモジュレータに由来するアニオンでキャップされる。従って、いくつかの実施形態では、オキソクラスタは、酢酸塩、ギ酸塩、安息香酸塩、及びトリフルオロ酢酸塩を含むがこれらに限定されない群から選択されるアニオンでキャップされる。
いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のＳＢＵはＨｆオキソクラスタを含む。たとえば、１又はそれ以上のＳＢＵは、Hf6オキソクラスタ（Hf6O4(OH)4(HCO2)12など）、Hf12オキソクラスタ（Hf12O8(OH)14(HCO2)18など）、Hf18オキソクラスタ（Hf18O12(OH)24(HCO2)24など）及びHf24オキソクラスタ（Hf24O16(OH)34(HCO2)30など）を含むがそれに限定されない群から選択することができる。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のＳＢＵは、Hf6オキソクラスタ（例えば、[Hf6O4(OH)4(HCO2)6]）又はHf12オキソクラスタを含む。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のSBUはHf6オキソクラスタを含む。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上のSBUはHf12オキソクラスタを含む。
上記されたように、各SBUは、同じ架橋配位子への配位結合を介して少なくとも１つの他のSBUに結合される。別の言い方をすれば、各SBUは配位結合を介して少なくとも１つの架橋配位子に結合されており、それはまた少なくとも１つの他のSBUに配位結合されている。
任意の適切な１又は複数の架橋配位子を使用することができる。いくつかの実施形態では、各架橋配位子は、複数の配位サイトを含む有機化合物であり、複数の配位サイトは本質的に同一平面上にあるか、同一平面上にある配位結合を形成することができる。配位サイトはそれぞれ、金属カチオンと配位結合を形成できる基を含むか、又はそのような基を形成できる基を含むことができる。従って、各配位サイトは、非共有電子対、負電荷、又は非共有電子対又は負電荷を形成できる原子又は官能基を含むことができる。典型的な配位サイトは、これらに限定されないが、カルボキシレート及びその誘導体（例えば、エステル、アミド、無水物）などの官能基、窒素含有基（例えば、アミン、窒素含有芳香族及び非芳香族複素環）、アルコール、フェノール及びその他のヒドロキシル置換芳香族基;エーテル、アセチルアセトネート（すなわち、-C(=O)CH2C(=O)CH3）、ホスホネート、ホスフェート、チオールなどを含む。
いくつかの実施形態では、各架橋配位子は、2～10個の配位サイト（すなわち、2、3、4、5、6、7、8、9、又は10個の配位サイト）を含む。いくつかの実施形態では、各架橋配位子は、2又は３個のSBUに結合することができる。いくつかの実施形態において、有機架橋配位子のそれぞれは、ジカルボキシレート又はトリカルボキシレートである。
有機架橋配位子の配位サイトは、アリーレン基などの同じ多価（例えば、二価又は三価）の連結基に結合することができる。いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰは、以下の群を含むが、これらに限定されない群から選択されるジ－又はトリカルボン酸のジ－又はトリカルボキシレートを含む１又はそれ以上の有機架橋配位子を含む：
及び、
ここで、Xは、存在する場合、H、ハロ（例えば、Cl、Br、又はI）、OH、SH、NH2、ニトロ（NO2）、アルキル、置換アルキル（例えば、ヒドロキシ置換アルキル、チオール置換アルキル又はアミノ置換アルキル）などから選択される。いくつかの実施形態では、Ｘは、色素、ポルフィリン、クロリン、バクテリオクロリン、ポルフィセン、若しくはクロロフィル、又はそれらの誘導体もしくは類似体などであるが、これらに限定されない共有結合された光増感剤を含む。例えば、Xは、アルキレンリンカー部分及びアミド、エステル、チオ尿素、ジスルフィド、又はエーテル結合を介して架橋配位子に共有結合されたポルフィリンであり得る。
いくつかの実施形態では、有機架橋配位子の連結基は窒素ドナー部分（nitrogen donor moiety）を含む。いくつかの実施形態では、有機架橋配位子は、ビピリジン、フェニルピリジン、フェナントロリン、及びテルピリジンを含むがこれらに限定されない群から選択される窒素ドナー部分を含むことができ、これらは任意に、窒素ドナー部分の１又はそれ以上の炭素原子に置換基を有する１又はそれ以上のアリール基で置換され得る。いくつかの実施形態では、有機架橋配位子の少なくとも１つは、４'６'－ジベンゾアート-［２，２'－ビピリジン］－４－カルボキシレート（ＢＰＹ）、４'－（４-カルボキシフェニル）-[2,2'：6',2"-ターピリジン]-5,5"-ジカルボキシレート（TPY）、及び4,4'-（2,2'-ビピリジン]-5,5'-ジイル）ジベンゾエート（QPDC））からなる群から選択される配位子を含む。いくつかの実施形態では、有機架橋配位子の少なくとも１つはQPDC又はBPYを含む。
いくつかの実施形態において、架橋配位子の少なくとも１つは、光増感剤又は光増感剤の誘導体を含む。いくつかの実施形態では、光増感剤又はその誘導体は配位錯体であることができ、配位錯体の配位子の１つはジ-又はトリカルボキシレートである（又は、チオール、ヒドロキシ、アミノ又はリン酸などの、金属イオンに配位できる２又は３個の他の基を含む）。従って、いくつかの実施形態では、光増感剤は、配位結合（すなわち、複数のSBU内の複数の金属への）を介してMOL又はMOPに結合される。
いくつかの実施形態では、光増感剤又はその誘導体は、共有結合を介して架橋配位子に付着される。光増感剤は、例えば、アミド結合、エステル結合、チオ尿素結合、クリックケミストリー、又はジスルフィド結合共役を介して、MOL又はMOPの複数の有機架橋配位子に共有結合することができる。いくつかの実施形態では、共有結合は、ＭＯＬ又はＭＯＰとＰＳとの間に連結基をさらに含む。そのような連結基は、シクロデキストリン、ポリエチレングリコール、ポリ（マレイン酸）、又はC2-C15直鎖又は分岐アルキル鎖などの部分が含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、架橋配位子の少なくとも１つは、ポルフィリン、クロリン、クロロフィル、フタロシアニン、ルテニウム配位錯体（例えば、ルテニウムビピリジン錯体）、又はイリジウム配位錯体（例えば、イリジウムビピリジン錯体）を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つの架橋配位子は、４，４'-ジベンゾアート-［２，２'-ビピリジン］-４-カルボキシレート（ＱＤＰＣ）を含むルテニウム又はイリジウム配位錯体を含む。いくつかの実施形態では、ルテニウム又はイリジウム配位錯体は、１又はそれ以上の2,2'-ビピリジン（bpy）、2-フェニル-ピリジン（ppy）、置換bpy、又は置換pyy、すなわちIr又はRuイオンの追加の配位子（additional ligand）として、をさらに含む。
例えば、いくつかの実施形態では、少なくとも１つの架橋配位子は、Ｒｕ配位錯体又はＩｒ配位錯体を含み、前記Ｒｕ又はＩｒ配位錯体は：（a）窒素ドナー基をさらに含むジ－又はトリカルボキシレート配位子、（b）ジ－又はトリカルボキシレート配位子の上記窒素ドナー基と錯体を形成するRu又はIrイオン、及び（c）上記Ru又はIrイオンと錯体を形成する１又はそれ以上の追加の配位子、を含む。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の追加の配位子のそれぞれは、置換又は非置換のbpy及び置換又は非置換のppyを含む群から独立して選択される（すなわち、置換bpy及び置換ppyは、１又はそれ以上のアリール基置換基で置換されたbpy又はppyを含む）。いくつかの実施形態では、bpy及び/又はppyは、ハロ（すなわち、I、Br、Cl、又はF）及びハロ置換アルキル（すなわち、１又はそれ以上のハロ基で置換されたアルキル基）を含むが、これらに限定されない群から選択される１又はそれ以上のアリール基置換基で置換される。いくつかの実施形態では、ハロ置換アルキル基のアルキル基は、C1-C6アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、又はヘキシル）であり、直鎖基又は分岐アルキル基であり得る。いくつかの実施形態では、ハロ置換アルキル基はハロ置換メチル基である。いくつかの実施形態では、ハロ置換アルキルはペルハロアルキル基である（すなわち、アルキル基の水素原子のすべてがハロで置き換えられている）。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上のアリール基置換基は、フルオロ及びトリフルオロメチルから選択される。
いくつかの実施形態では、Ｒｕ又はＩｒ配位錯体のジ－又はトリカルボキシレート配位子は、ＢＰＹ又はＱＤＰＣである。従って、いくつかの実施形態では、Ｒｕ又はＩｒ配位錯体は、以下の式の１つのカルボキシレートを含む錯体を含む：
及び、
式中、M1はRu又はIrであり、並びにL1及びL2はそれぞれ次の構造式を有する。
式中、X1はCH又はNであり;R1,R2,R3,R4,R5,及びR6のそれぞれは、Ｈ、ハロ、アルキル、及び置換アルキルからなる群から独立して選択され、任意に、置換アルキルはペルハロアルキルである。L1及びL2は同じでも異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、L1及びL2は同じである。
いくつかの実施形態では、X1はNである（すなわち、L1及び／又はL2はｂｐｙ配位子である）。いくつかの実施形態では、X1はCHである（すなわち、L1及び／又はL2はｐｐｙ配位子である）。
いくつかの実施形態では、少なくともR2,R3,及びR5,はＨである。いくつかの実施形態では、R1-R6のそれぞれはＨである。いくつかの実施形態では、R1はペルフルオロメチルである。いくつかの実施形態では、R4及び／又はR6はＦである。いくつかの実施形態では、R4及びR6はそれぞれＦである。いくつかの実施形態では、R1はペルフルオロメチルであり、R4及びR6はそれぞれＦである。
いくつかの実施形態において、有機架橋配位子の少なくとも１つは、ポルフィリン、クロリン、バクテリオクロリン、又はその誘導体もしくは類似体（例えば、拡張ポルフィリン）であり、任意にPtなど、但しこれに限定されない金属イオンと錯体化される。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの架橋配位子は、５，１５-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン（ＤＢＰ）、又は、その誘導体及び／又は金属錯体；５，１５-ジ（ｐ-ベンゾアート）クロリン（ＤＢＣ）、又は、その誘導体及び／又は金属錯体;並びに、５、１５－ジ（ｐ－ベンゾアート）バクテリオクロリン（ＤＢＢＣ）、又は、その誘導体及び／又は金属錯体、を含むがこれらに限定されない群から選択される。いくつかの実施形態では、有機架橋配位子の少なくとも１つはＤＢＰである。いくつかの実施形態では、ＤＢＰの窒素原子は金属イオンと錯体化される。いくつかの実施形態において、金属イオンは、白金（Ｐｔ）イオン、イリジウム（Ｉｒ）イオン、タングステン（Ｗ）イオン、又は金（Ａｕ）イオンを含むがこれらに限定されない群から選択される。
いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰは、約３０ｎｍ未満、約２５ｎｍ未満、約２０ｎｍ未満、約１５ｎｍ未満、約１２ｎｍ未満、又は約１０ｎｍ未満の厚さを有する。例えば、いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰは、約３ｎｍから約３０ｎｍの間の厚さを有するＭＯＰである（すなわち、約3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29、又は約30nm）。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは約３ｎｍから約１２ｎｍの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＭＯＰは、２、３、４又は５個のＳＢＵの厚さを有する。
いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰは、約１２ｎｍ未満又は約１０ｎｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰはＭＯＬである。いくつかの実施形態では、ＭＯＬは約３ｎｍ以下の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＭＯＬは、約１ｎｍから約３ｎｍの間の厚さを有する（すなわち、約1.0,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9,2.0,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,2.6,2.7,2.8,2.9、又は約3.0nm）。いくつかの実施形態では、ＭＯＬは約１．２ｎｍから約１．７ｎｍの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、ＭＯＬは約１ＳＢＵの厚さを有する。
いくつかの実施形態では、複数のＭＯＬ又はＭＯＰは、Hf12オキソクラスタＳＢＵ、並びに、ビス（２，２'-ビピリジン）（５，５'-ジ（４-カルボキシル-フェニル）-２、２'-ビピリジン）ルテニウム（II）塩化物（QDPC-Ru）;ビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物（QDPC-Ir）;5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン（DBP）;白金錯体化された5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン（DBP-Pt）;及びビス[2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン]（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジンイリジウム（QDPC-Ir-F）、を含む群から選択される少なくとも１つの有機架橋配位子を含む。従って、いくつかの実施形態では、MOL又はMOPは、Hf12-QDPC-Ru,Hf12-QDPC-Ir,Hf12-DBP,Hf12-DBP-Pt,及びHf12-QDPC-Ir-Fを含むがこれらに限定されない群から選択される。いくつかの実施形態では、Hf12-QDPC-Ru,Hf12-QDPC-Ir,Hf12-DBP,Hf12-DBP-Pt,又はHf12-QDPC-Ir-FはMOLである。
いくつかの実施形態では、複数のＭＯＬ又はＭＯＰは、Hf6オキソクラスタＳＢＵ、並びに、ビス（２，２-ビピリジン）-４'，６'-ジベンゾアート-［２，２'-ジピリジン］-４-カルボン酸ルテニウム（II）塩化物（BPY-Ru）;ビス（4-フェニル-2-ピリジン）-4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ジピリジン]-4-カルボキシレートイリジウム（III）塩化物（BPY-Ir）;及びビス[2-（2',4'-ジフルロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン]-4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ビピリジン]-4-カルボキシレートイリジウム架橋配位子（BPY-Ir-F）、を含む群から選択される少なくとも１つの有機架橋配位子を含む。従って、いくつかの実施形態では、MOL又はMOPは、Hf6-BPY-Ru,Hf6-BPY-Ir,又はHf6-BPY-Irである。いくつかの実施形態では、Hf6-BPY-Ru,Hf6-BPY-Ir,又はHf6-BPY-IrはMOLである。
いくつかの実施形態において、例えばMOL又はMOPの循環半減期（circulation half-life）を延長するため、及び/又はMOL又はMOPの抗原性を低下させるため、ＭＯＬ又はＭＯＰは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）部分又はポリビニルピロリジン（ＰＶＰ）部分などの、但しこれらに限定されない親水性ポリマーに共有結合又は静電的に結合されることができる。いくつかの実施形態では、親水性ポリマーは、約１，０００から約６，０００の間の重量平均分子量又は数平均分子量を有することができる。いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰはＰＥＧ部分をさらに含む。いくつかの実施形態では、ＰＥＧ部分はＭＯＬ又はＭＯＰに共有結合している。例えば、いくつかの実施形態では、ＰＥＧ部分は、複数のＳＢＵ中の金属イオンに配位したジスルフィド基含有リンカー部分を介してＭＯＬ又はＭＯＰに付着されることができる。いくつかの実施形態では、ジスルフィド基含有リンカー部分は、式-S-S-アルキレン-X2を有し、X2はC（= O）O-、又は例えば、リン酸、ホスホン酸、エステル、アセチルアセトナートなどの金属に配位する別の官能基である。いくつかの実施形態では、ジスルフィド基含有リンカー部分は、式-S-S-（CH2）x-C（= O）O-を有し、xは1から12の間の整数である（すなわち、1、2、3、4 5、6、7、8、9、10、11、又は12）。いくつかの実施形態では、xは2である。
いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰ（又はＭＯＬ又はＭＯＰを含む組成物）は、免疫療法剤又は化学療法剤（又は他の小分子治療剤）などの追加の治療剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、治療剤は、白金含有剤（例えば、シスプラチン、オキサリプラチン、又は他の化学療法白金配位錯体又はそのプロドラッグ）、ドキソルビシン、ダウノルビシン、ドセタキセル、ミトキサントロン、パクリタキセル、ジギトキシン、ジゴキシン、及びセプタシジンなどの、但しこれらに限定されない化学療法剤である。いくつかの実施形態では、化学療法剤は、MOL又はMOPに共有結合又は静電的に結合している。いくつかの実施形態では、化学療法剤は、ＭＯＬ又はＭＯＰの細孔又はチャネルに物理的に隔離される（例えば、封入される）。いくつかの実施形態では、化学療法剤は、MOL又はMOPに封入又は共有結合した、シスプラチン又はオキサリプラチンなどの白金含有剤である。いくつかの実施形態では、化学療法剤はオキサリプラチン又はそのプロドラッグである。
いくつかの実施形態では、ＭＯＬ又はＭＯＰ（又はＭＯＬ又はＭＯＰを含む組成物）は、免疫療法剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、免疫療法剤は、ＭＯＬ又はＭＯＰに非共有結合するか、又は物理的に封入されることができる。いくつかの実施形態では、免疫療法剤は、RIG-1アゴニスト、TLR3アゴニスト（例えば、ポリイノシン：ポリシチジル酸）、TLR7アゴニスト（イミキモドなど）、TLR9アゴニスト（例えば、CpGオリゴデオキシヌクレオチド（ODN））、インターフェロン遺伝子刺激因子（STING）アゴニスト（例えば、、STINGVAX又はADU-S100）、又はインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ（IDO）阻害剤（IDOi）などの、DNA又はRNAセンサーのアゴニストを含むがこれらに限定されない群から選択される。いくつかの実施形態では、IDOiは、インドキシモド（すなわち、1-メチル-D-トリプトファン）、BMS-986205、エパカドスタット（すなわち、ICBN24360）、及び1-メチル-L-トリプトファンを含むがこれらに限定されない群から選択される。いくつかの実施形態では、ヌクレオチドベースの免疫療法剤（例えば、TLR9アゴニストのようなCpG ODN、又はSTINGVAX及びADU-S100のようなSTINGアゴニスト）などの負に帯電した免疫療法剤は、例えばIr又はRu配位錯体中の金属イオンのような金属イオンなどの、正の荷電部分との静電相互作用を介してMOL又はMOPに組み込まれることができる。
いくつかの実施形態では、本開示のＭＯＬ又はＭＯＰは、ポリオキソメタレート（ＰＯＭ）（例えば、タングステン、モリブデン、又はニオブ酸ポリオキソメタレート）などの追加のＸ線吸収剤、金、パラジウム、若しくは白金ナノ粒子などの金属ナノ粒子、又は酸化ハフニウム又は酸化ニオブナノ粒子などの金属酸化物ナノ粒子をさらに含むことができる。いくつかの実施形態では、ＰＯＭ、金属ナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子は、ＭＯＬ又はＭＯＰの細孔又は空洞内に物理的に隔離される（例えば、封入される）。いくつかの実施形態では、ＰＯＭ、金属ナノ粒子又は金属酸化物ナノ粒子は、複数のＭＯＬ又はＭＯＰ ＳＢＵの金属イオンに静電的に結合している。いくつかの実施形態では、本書に開示されているＭＯＰ又はＭＯＰは、例えば、ＭＯＬ又はＭＯＰに封入されたＰＯＭをさらに含む。いくつかの実施形態では、ＰＯＭはタングステンポリオキソメタレートである。
ＩＩＩ．Ｂ．Hf12オキソクラスタナノスケール金属有機構造体
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、複数のHf12オキソクラスタＳＢＵ及び有機架橋配位子を含むナノスケール有機金属構造体（ｎＭＯＦ）（すなわち、約３０ｎｍより大きい、例えば約３１ｎｍ～約２５０ｎｍ又は約３１ｎｍ～約１２０ｎｍの間の厚さ又は直径を有するＭＯＦ）を提供し、ｎＭＯＦはＰＳを含む。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上の架橋配位子は、ＱＰＤＣ、ＱＰＤＣを含むＩｒ又はＲｕ錯体、ＤＢＰ、及びＤＢＰ-Ｐｔを含む群から選択される架橋配位子を含む。
例えば、いくつかの実施形態において、少なくとも１つの架橋配位子は、Ｒｕ配位錯体又はＩｒ配位錯体を含み、前記Ｒｕ又はＩｒ配位錯体は：（a)ＱＰＤＣ；（b）QPDCと錯体化されたRu又はIrイオン、及び（c）Ru又はIrイオンと錯体化された１又はそれ以上の追加の配位子、を含む。いくつかの実施形態では、１又はそれ以上の追加の配位子のそれぞれは、置換又は非置換bpy、及び置換又は非置換ppy（すなわち、置換bpy及び置換ppyは、１又はそれ以上のアリール基置換基で置換されたbpy又はppyを含む）を含む群から独立して選択される。いくつかの実施形態では、ｂｐｙ及び／又はｐｐｙは、ハロ（すなわち、Ｉ、Ｂｒ、Ｃｌ、又はＦ）及びハロ置換アルキル（すなわち、１又はそれ以上のハロ基で置換されたアルキル基）を含む群から選択される１又はそれ以上のアリール基置換基で置換される。いくつかの実施形態では、ハロ置換アルキル基のアルキル基は、C1-C6アルキル基（例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、又はヘキシル）であり、直鎖基又は分岐アルキル基であり得る。いくつかの実施形態では、ハロ置換アルキル基はハロ置換メチル基である。いくつかの実施形態では、ハロ置換アルキルはペルハロアルキル基である（すなわち、アルキル基の水素原子のすべてがハロで置き換えられている）。いくつかの実施形態において、１又はそれ以上のアリール基置換基は、フルオロ及びトリフルオロメチルから選択される。
いくつかの実施形態において、１又はそれ以上の架橋配位子は、ＱＰＤＣ-Ｉｒ（すなわち、ＱＰＤＣ及び２つのｐｐｙ配位子と錯体化されたＩｒイオン）又はＤＢＰ-Ｐｔを含む。いくつかの実施形態では、nMOFはHf12-QPDC-Irである。いくつかの実施形態では、nMOFはHf12-DBP-Ptである。
いくつかの実施形態において、ｎＭＯＦは、ＰＯＭ（例えば、タングステンポリオキソメタレート）をさらに含む。いくつかの実施形態では、ＰＯＭはｎＭＯＦに封入されている。
いくつかの実施形態では、ｎＭＯＦは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）部分又はポリビニルピロリジン（ＰＶＰ）部分などであるが、これらに限定されない親水性ポリマーをさらに含む。親水性ポリマーは、nMOFの循環半減期を延長し、及び/又はnMOFの抗原性を低下させることができる。いくつかの実施形態では、nMOFはPEG部分をさらに含む。いくつかの実施形態では、ＰＥＧ部分は複数のｎＭＯＦに共有結合している。例えば、いくつかの実施形態では、ＰＥＧ部分は、ＳＢＵ中の金属イオンに配位したジスルフィド基含有リンカー部分を介してｎＭＯＦに付着されることができる。いくつかの実施形態では、ジスルフィド基含有リンカーは、式-S-S-アルキレン-X2を有し、X2はC（= O）O-、又は、例えば、リン酸、ホスホン酸、エステル、アセチルアセトナートなどである金属に配位する他の官能基である。いくつかの実施形態では、ジスルフィド基含有リンカーは、式-S-S-（CH2）x-C（= O）O-を有し、xは1から12の間の整数である（すなわち、1、2、3、4、5、 6、7、8、9、10、11、又は12）。いくつかの実施形態では、xは2である。
いくつかの実施形態では、ｎＭＯＦ（又はｎＭＯＦを含む組成物）は、免疫療法剤又は化学療法剤などの追加の治療剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、治療剤は、オキサリプラチン、ドキソルビシン、ダウノルビシン、ドセタキセル、ミトキサントロン、パクリタキセル、ジギトキシン、ジゴキシン、及びセプタシジンなどであるがこれらに限定されない化学療法剤である。いくつかの実施形態では、化学療法剤は、nMOFに共有結合又は静電的に結合している。いくつかの実施形態において、化学療法剤は、nMOFの細孔又はチャネルに物理的に隔離される（例えば、封入される）。いくつかの実施形態では、化学療法剤は、nMOFに封入又は配位結合した、シスプラチン又はオキサリプラチン又はそれらのプロドラッグなどの白金含有剤である。いくつかの実施形態では、化学療法剤はオキサリプラチン又はそのプロドラッグである。
いくつかの実施形態では、ｎＭＯＦは、例えば、ｎＭＯＦに非共有結合した、又は物理的に封入された免疫療法剤をさらに含む。いくつかの実施形態では、免疫療法剤は、RIG-1アゴニスト、TLR3アゴニスト（例えば、ポリイノシン：ポリシチジル酸）、TLR7アゴニスト（イミキモドなど）、TLR9アゴニスト（例えば、CpGオリゴデオキシヌクレオチド（ODN））、インターフェロン遺伝子刺激因子（STING）アゴニスト（例えば、STINGVAX又はADU-S100）、又はインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ（IDO）阻害剤（IDOi）などのDNA又はRNAセンサーのアゴニストを含むが、これらに限定されない群から選択される。いくつかの実施形態では、IDOiは、インドキシモド（すなわち、1-メチル-D-トリプトファン）、BMS-986205、エパカドスタット（すなわち、ICBN24360）、及び1-メチル-L-トリプトファンを含むが、これらに限定されない群から選択される。いくつかの実施形態では、ヌクレオチドベースの免疫療法剤（例えば、CpG ODNのようなTLR9アゴニスト又はSTINGVAX及びADU-S100のようなSTINGアゴニスト）などの負に荷電した免疫療法剤は、例えばIr又はRu配位錯体中の金属イオンのような金属イオンなどの、正の荷電部分との静電相互作用を介してnMOFに組み込まれることができる。
いくつかの実施形態では、ｎＭＯＦは、ｎＭＯＦ内に封入されたＰＯＭ又は他の無機シンチレータをさらに含むHf12-QPDC-Irである。いくつかの実施形態では、ｎＭＯＦは、ｎＭＯＦ中のＨｆイオンに配位したジスルフィド基含有リンカーを介してｎＭＯＦに付着したＰＥＧをさらに含む、Hf12-QPDC-Irである。いくつかの実施形態では、nMOFは、POM及びPEG部分をさらに含むHf12-QPDC-Irである。いくつかの実施形態では、nMOFは、nMOF内に封入されたオキサリプラチンをさらに含むHf12-DBP-Ptである。
ＩＩＩ．Ｃ．医薬組成物/製剤
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、本書に開示のMOL、MOP、又はnMOF、及び例えば、ヒトにおいて薬学的に許容される薬学的に許容される担体を含む、薬学的組成物又は製剤を提供する。いくつかの実施形態では、組成物は、抗酸化剤、緩衝剤、静菌剤、殺菌性抗生物質、懸濁剤、増粘剤、及び組成物が投与される対象の体液と組成物を等張にする溶質などの、ただしこれらに限定されない他の成分も含むこともできる。いくつかの実施形態では、医薬組成物又は製剤は、従来の化学療法剤又は免疫療法剤などの追加の治療薬をさらに含む。例えば、いくつかの実施形態では、医薬組成物又は製剤は、抗体免疫療法剤（例えば、PD-1/PD-L1抗体、CTLA-4抗体、OX40抗体、TIM3抗体、LAG3抗体、抗CD47抗体などであるがこれらに限定されない抗体免疫チェックポイント阻害剤）をさらに含む。
いくつかの実施形態において、本開示の主題の組成物は、薬学的に許容される担体を含む組成物を含む。任意の好適な医薬製剤を使用して、対象に投与するための組成物を調製することができる。いくつかの実施形態において、組成物及び／又は担体は、ヒトにおいて薬学的に許容される。
例えば、好適な製剤としては、酸化防止剤、緩衝剤、静菌剤、殺菌性抗生物質、及び対象の体液によって製剤を等張にする溶質を含有し得る水溶性及び非水溶性無菌注射溶液、ならびに懸濁剤及び増粘剤を含み得る水溶性及び非水溶性無菌懸濁液を挙げることができる。製剤は、単位用量又は複数用量容器（例えば、密封アンプル及びバイアル）中に存在し得、使用直前に無菌液体担体（例えば、注射用水）の添加のみを必要とする、凍結又はフリーズドライ（凍結乾燥）条件で貯蔵され得る。いくつかの例示的な成分は、一例において０．１～１０ｍｇ／ｍｌ、別の例において約２．０ｍｇ／ｍｌの範囲内のドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、及び／又は例えば１０～１００ｍｇ／ｍｌ、別の例において約３０ｍｇ／ｍｌの範囲内のマンニトールもしくは別の糖、及び／又はリン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）である。
具体的に上述される成分に加えて、本開示の主題の製剤は、当該製剤の種類に関して当該技術分野において慣習的である他の薬剤を含み得ることを理解されたい。例えば、無菌無発熱物質水溶液及び非水溶液が使用されてもよい。
ＩＶ．光線力学療法、並びにＸ線誘起光線力学療法、放射線療法、放射線力学療法、及び/又は放射線療法-放射線力学療法のために複数のMOL、MOP、及びHf12オキソクラスタnMOFを使用する方法
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、１又はそれ以上の免疫療法剤、及び／又は１又はそれ以上の化学療法剤を同時投与するか、又はしないで、光線力学療法（PDT）、X線誘起光線力学療法（X-PDT）、放射線療法（RT）、放射線力学療法（RDT）、及び/又は放射線療法-放射線力学療法（RT-RDT）において、本開示の複数のMOL、MOP、及びnMOFを使用する方法を提供する。例えば、いくつかの実施形態において、本開示の主題は、PDT、X-PDT、RT、及び/又はRT-RDTを介して、疾患、例えば、癌又は病原性感染症の治療における使用のための複数のＰＳを含む複数のMOL又はMOPを提供する。
従って、いくつかの実施形態において、本開示の主題は、疾患の治療を必要とする対象における該疾患を治療するための方法を提供し、本方法は、患者に、MOL又はMOP（又は本開示の複数のnMOFの１つ）を投与することと、患者に可視光又は近赤外（ＮＩＲ）光を照射することとを含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１又はそれ以上の架橋配位子は、ＰＳもしくはその誘導体であるか、又はそれを含む。
対象は、例えば、患部解剖学的構造の部分又は患部付近を照射される。いくつかの実施形態において、対象は、皮膚又は胃腸管から選択されるが、これらに限定されない解剖学的構造の部分を照射される。いくつかの実施形態において、対象の血液が照射される。
いくつかの実施形態において、疾患は癌である。例えば、疾患は、頭部腫瘍、頸部腫瘍、乳癌、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸癌、肺癌、中皮腫、軟部組織肉腫、及び膵臓癌を含む群から選択され得る。いくつかの実施形態において、本方法は、患者に追加の癌治療（例えば、外科手術、従来の化学療法剤、免疫療法など）を投与することを更に含み得る。
いくつかの実施形態において、本開示の主題は、Ｘ線誘起ＰＤＴ及び／又はＲＴを使用して、疾患（例えば、癌又は感染症）を治療するための方法を提供し、ＭＯＬ又はＭＯＰ（又は本開示の主題のHf12オキソクラスタｎＭＯＦ）上に存在する部分による電離放射線（例えば、Ｘ線）の吸収が、ＰＤＴ及び／又はＲＯＳ生成に必要なエネルギーに必要とされる光を提供することができる。そのような方法は、例えば、疾患の部位が対象の解剖学的構造の表面付近ではないか、又は別様に可視光もしくはＮＩＲによって十分に照射され得ない場合に好適であり得る。本方法は、治療を必要とする対象に、本書に開示の主題のMOL又はMOP（又はnMOF）を投与することと、患者の少なくとも一部分に電離放射線を照射することとを伴い得る。いくつかの実施形態では、電離放射線はＸ線（例えば、１～５０画分）である。いくつかの実施形態において、ＭＯＬ又はＭＯＰ（又はｎＭＯＦ）の複数のＳＢＵは、Ｘ線を吸収することができる金属カチオン、及び、ジ－又はトリカルボキシレートを含み、さらにビピリジン部分などの窒素含有基、又は任意にRu、Ir、Pt、W、又はAuなどの金属イオンと錯体化するポルフィリンを含む有機架橋配位子を含有する。
いくつかの実施形態では、疾患は癌である。いくつかの実施形態では、癌は、頭部腫瘍、頸部腫瘍、乳癌、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸癌、肺癌、中皮腫、軟部組織肉腫、皮膚癌、結合組織癌、脂肪癌、胃がん、肛門性器がん、腎臓がん、膀胱がん、結腸がん、前立腺がん、中枢神経系がん、網膜がん、血液がん、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、リンパ系がん、及び膵臓がん、から選択される。いくつかの実施形態では、疾患は結腸直腸癌、結腸癌、及び膵臓癌から選択される。いくつかの実施形態では、疾患は転移性癌である。いくつかの実施形態では、本方法は、外科手術、化学療法、毒素療法、凍結療法、免疫療法、及び遺伝子療法などの追加の癌治療を患者に投与することをさらに含むことができる。
本開示の主題のいくつかの実施形態に従うと、免疫療法剤の使用は、ＰＤＴ、ＲＴ、又はＸ線誘起ＰＤＴ治療を亢進することができる。従って、いくつかの実施形態において、本開示の方法は、対象に、MOL、MOP又はnMOF及び/又は照射と同時に、又はMOL、MOP又はnMOF及び/又は照射を投与する前又は後に、免疫療法剤を投与することをさらに含むことができる。
本開示の主題に従って使用するための免疫療法剤は、当該技術分野において既知である任意の好適な免疫療法剤であり得る。本開示の主題における使用に好適な免疫療法剤としては、ＰＤ－１、ＰＤ－Ｌ１、ＣＴＬＡ－４、ＩＤＯ、及びＣＣＲ７阻害剤、つまり、機能、転写、転写安定性、翻訳、修飾、局在化、又は抗標的抗体、標的の小分子アンタゴニスト、標的を遮断するペプチド、標的の遮断融合タンパク質、もしくは標的を抑制する低分子干渉リボ核酸(ｓｉＲＮＡ)／ｓｈＲＮＡ／ｍｉｃｒｏＲＮＡ／ｐＤＮＡなどの標的もしくは標的関連配位子をコードするポリヌクレオチド又はポリペプチド、の分泌を阻害又は修飾する組成物が挙げられるが、これらに限定されない。本開示の主題に従って使用され得る抗体としては、抗ＣＤ５２（アレムツズマブ）、抗ＣＤ２０（オファツムマブ）、抗ＣＤ２０（リツキシマブ）、抗ＣＤ４７抗体、抗ＧＤ２抗体などが挙げられるが、これらに限定されない。本開示の主題に従って使用するための共役モノクローナル抗体としては、放射性標識した抗体（例えば、イブリツモマブ・チウキセタン（ゼヴァリン）など）、化学標識した抗体（複数の抗体－薬物共役体（ＡＤＣ））、（例えば、ブレンツキシマブベドチン（アドセトリス）、アド－トラスツズマブエムタンシン（カドサイラ）、デニロイキンジフチトクス（オンタック）など）が挙げられるが、これらに限定されない。本開示の主題に従って使用するためのサイトカインとしては、インターフェロン（すなわち、ＩＦＮ－α、ＩＮＦ－γ）、インターロイキン（すなわち、ＩＬ－２、ＩＬ－１２）、ＴＮＦ－αなどが挙げられるが、これらに限定されない。本開示の主題に従って使用するための他の免疫療法剤としては、ポリサッカライド－Ｋ、ネオ抗原などが挙げられるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態において、免疫療法剤は、抗ＣＤ５２抗体、抗ＣＤ２０抗体、抗ＣＤ２０抗体、抗ＣＤ４７抗体、抗ＧＤ２抗体、放射性標識した抗体、抗体－薬物共役体、サイトカイン、ポリサッカライドＫ、及びネオ抗原を含む群から選択され得る。好適なサイトカイン免疫療法剤は、例えば、インターフェロン（ＩＦＮ）、インターロイキン（ＩＬ）、又は腫瘍壊死因子アルファ（ＴＮＦ－α）であり得る。いくつかの実施形態において、サイトカイン免疫療法剤は、ＩＦＮ－α、ＩＮＦ－γ、ＩＬ－２、ＩＬ－１２、及びＴＮＦ－αから選択される。いくつかの実施形態では、免疫療法剤は、例えば、ＲＩＧ-Ｉアゴニスト（例えば、参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，２７１，１５６号に記載の化合物）、ＴＬＲ３アゴニスト（例えば、ポリイノシン：ポリシチジル酸）、ＴＬＲ７アゴニスト（例えば、イミキモド）、ＴＬＲ９アゴニスト（例えば、CpG ODN）、及びSTINGアゴニスト（例えば、STINGVAX又はADU-S100）などの、ＤＮＡ又はＲＮＡセンサーのアゴニストから選択され得る。いくつかの実施形態において、免疫療法剤は、PD-1阻害剤（例えば、ペンブロリズマブ又はニボルマブ）、PD-L1阻害剤（例えば、アテゾリズマブ、アベルマブ、又はデュルバルマブ）、CTLA-4阻害剤（例えば、イピリムマブ）、IDO阻害剤（例えば、インドキシモド、BMS-986205、又はエパカドスタット）、及びCCR7阻害剤を含む群から選択される。
いくつかの実施形態において、本方法は、本書の他の箇所に記載の又は当技術分野で知られている他の免疫療法剤は勿論、ＰＤ－１／ＰＤ－Ｌ１抗体、ＩＤＯ阻害剤、ＣＴＬＡ－４抗体、ＯＸ４０抗体、ＴＩＭ３抗体、ＬＡＧ３抗体、ＰＤ－１／ＰＤ－Ｌ１を標的とするｓｉＲＮＡ、ＩＤＯを標的とするｓｉＲＮＡ、及びＣＣＲ７を標的とするｓｉＲＮＡ、などであるがこれらに限定されない免疫療法剤を患者に投与することをさらに含むことができる。
いくつかの実施形態では、本開示の主題は、Ｘ線誘起ＰＤＴと免疫療法を組み合わせて疾患（例えば、癌）を治療する方法を提供する。従って、いくつかの実施形態では、本開示の主題は、光増感剤と、X線（例えば、Hf）を吸収する金属イオンを含むSBUとを含むMOL又はMOPを患者に投与すること；患者の少なくとも一部にX線を照射すること（例えば、１から５０画分）; 及び、患者に免疫療法剤を投与すること、を含む方法を提供する。
いくつかの実施形態では、癌は、頭部腫瘍、頸部腫瘍、乳癌、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸癌、肺癌、中皮腫、軟部組織肉腫、皮膚癌、結合組織癌、脂肪癌、肺癌、胃癌、肛門性器癌、腎臓癌、膀胱癌、結腸癌、結腸直腸癌、前立腺癌、中枢神経系癌、網膜癌、血液癌、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、リンパ系癌及び膵臓癌から選択される。いくつかの実施形態では、疾患は転移性癌である。
いくつかの実施形態では、上記の方法のいずれも、患者に追加の癌治療を施すことをさらに含むことができる。追加のがん治療は、治療医師の最善の判断に従い、治療中のがんに基づいて、及び/又は患者の治療歴、全体的な健康状態などの他の要因に基づいて選択されることができる。追加の癌治療は、外科手術、放射線療法、化学療法、毒素療法、免疫療法、凍結療法、及び遺伝子療法を含むがこれらに限定されない群から選択することができる。いくつかの実施形態では、追加の癌治療は、白金含有薬剤（例えば、シスプラチン又はオキサリプラチン又はそれらのプロドラッグ）、ドキソルビシン、ダウノルビシン、ドセタキセル、ミトキサントロン、パクリタキセル、ジギトキシン、ジゴキシン、及びセプタシジン又は当技術分野で知られている他の従来の化学療法剤などの、ただしこれらに限定されない従来の化学療法剤を患者に投与することを含むことができる。追加の化学療法剤は、MOL、MOP、又はnMOF（例えば、封入されているか、MOL、MOP、又はnMOFに配位的に又は共有結合している）内に存在することができる。その代わり、追加の化学療法剤は、MOL、MOP、又はnMOFと同じ医薬組成物又は製剤中に存在するか、又はMOL、MOP又はnMOFを含む医薬組成物又は製剤、及び/又は照射の投与の前、同時、又は後に投与される別の医薬組成物又は製剤中に存在することができる。
いくつかの実施形態では、追加の癌治療は、ポリマーミセル製剤、リポソーム製剤、デンドリマー製剤、ポリマー系ナノ粒子製剤、シリカ系ナノ粒子製剤、ナノスケール配位ポリマー製剤、ナノスケール金属有機構造体製剤、及び無機ナノ粒子（金、酸化鉄ナノ粒子など）製剤、を含む群から選択される薬物製剤を患者に投与することを含むことができる。いくつかの実施形態では、薬物製剤は、従来の化学療法剤を含む製剤であり得る。
対象は、任意の好適な様式で、かつ／又は任意の好適な機器（医学もしくは獣医学設定においてＸ線の送達のために現在使用されているものなど）を使用して、電離放射線エネルギーに曝され得る。いくつかの実施形態において、Ｘ線源及び／又は出力は、疾患治療を亢進するように精密化され得る。例えば、Ｘ線は、Ｘ線照射による患者におけるＤＮＡ損傷を最小化し、かつシンチレータによるＸ線吸収を最大化するように選択された、ピーク電圧、電流、及び／又は任意でフィルタを使用して発生させることができる。
いくつかの実施形態では、対象は、従来の技術を用いた線形加速器（LINAC）、強度変調放射線療法（IMRT）、画像誘導放射線療法（IGRT）、又は定位放射線療法（SBRT）、60Co放射線源、近接照射療法で使用されるシードなどの移植された放射性シード（radioactive seed）、オルソ電圧又は超高圧X線照射器、LINACから生成された高エネルギー電子ビーム、又は陽子源を使用して照射される。いくつかの実施形態において、照射は、タングステン又は別の金属標的、コバルト６０源（コバルトユニット）、線形加速器（ライナックス）、Ｉｒ-１９２源、及びセシウム１３７源を使用してＸ線を発生させることを含み得る。いくつかの実施形態において、照射は、対象を照射する前に、Ｘ線（例えば、タングステン標的を使用して発生させたＸ線）又は他の電離放射線を、フィルタに通過させることを含む。いくつかの実施形態において、フィルタは、少なくとも２０の原子番号を有する元素を含み得る。いくつかの実施形態において、フィルタは、銅（Ｃｕ）を含む。いくつかの実施形態において、フィルタは、約５ミリメートル（ｍｍ）未満である厚さを有し得る。いくつかの実施形態において、フィルタは、約４ｍｍ未満（例えば、約３ｍｍ未満、外１ｍｍ未満、約０．５ｍｍ未満、約０．４ｍｍ未満、約０．３ｍｍ未満、約０．２ｍｍ、又は約０．１ｍｍ未満）である厚さを有し得る。
Ｘ線は、Ｘ線照射による患者におけるＤＮＡ損傷を最小化し、かつシンチレータによるＸ線吸収を最大化するように選択された、ピーク電圧、電流、及び／又は任意でフィルタを使用して発生させることができる。いくつかの実施形態において、Ｘ線は、約２３０ｋＶｐ未満であるピーク電圧を使用して発生される。いくつかの実施形態において、ピーク電圧は、約２２５ｋＶｐ未満、約２００ｋＶｐ未満、約１８０ｋＶｐ未満、約１６０ｋＶｐ未満、約１４０ｋＶｐ未満、約１２０ｋＶｐ未満、約１００ｋＶｐ、又は約８０ｋＶｐ未満である。いくつかの実施形態において、Ｘ線は、約１２０ｋＶｐであるピーク電圧を使用して発生される。
いくつかの実施形態では、Ｘ線は、放射線源を一時的又は永続的に対象の内部に配置することにより生成される。いくつかの実施形態では、本書で開示される主題のＭＯＬ、ＭＯＰ又はｎＭＯＦは、放射線源の埋め込みとともに注入される。
Ｖ．対象
本明細書に開示される方法及び組成物は、インビトロ（例えば、単離された細胞もしくは組織上）又は対象においてインビボ（すなわち、患者などの生きた生物）のいずれかで、試料上で使用することができる。いくつかの実施形態において、本開示の主題の原理は、本開示の主題が、「対象」及び「患者」という用語に含まれる、全ての脊椎動物種（哺乳動物を含む）に関して有効であることを示すことが理解されるものの、対象又は患者は、ヒト対象である。更に、哺乳動物は、本明細書に開示される組成物及び方法を用いることが望ましい、任意の哺乳動物種、特に農業及び家畜哺乳動物種を含むことが理解される。
従って、本開示の主題の方法は、温血脊椎動物種において特に有用である。従って、本開示の主題は、哺乳動物及び鳥類に関する。より具体的には、ヒトなどの哺乳動物、ならびにヒトにとって、絶滅の危機に瀕しているために重要である（シベリアトラなど）、経済的に重要である（ヒトによる消費のために農場で飼育される動物）、及び／又は社会的に重要である（ペットとして、もしくは動物園で飼育される動物）哺乳動物、例えば、ヒト以外の肉食動物（ネコ及びイヌなど）、ブタ類（ブタ、オスブタ、及びイノシシ）、げっ歯類（ラット、マウス、ハムスター、モルモットなど）、反芻動物（ウシ、オスウシ、ヒツジ、キリン、シカ、ヤギ、バイソン、及びラクダなど）、ならびにウマのための方法及び組成物が提供される。絶滅の危機に瀕している、動物園でもしくはペットとして飼育される（例えば、オウム）種類の鳥類、ならびに家禽、及びより具体的には家畜家禽（例えば、シチメンチョウ、ニワトリ、アヒル、ガチョウ、ホロホロチョウなどの家禽類であるが、これは、それらもまた、ヒトにとって経済的に重要であるためである）の治療を含む、鳥類の治療もまた、提供される。従って、家畜ブタ類（ブタ及びオスブタ）、反芻動物、ウマ、家禽類などを含むが、これらに限定されない家畜の治療もまた、提供される。
ＶＩ．投与
本開示の主題の組成物の投与のための好適な方法としては、静脈内及び腫瘍内注射、経口投与、皮下投与、腹腔内注射、頭蓋内注射、ならびに直腸投与が挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、組成物は、任意の他の様式で、例えば、肺経路内に組成物を噴霧することによって、治療を必要とする部位に堆積され得る。本開示の主題の組成物を投与する具体的な様式は、治療される細胞の分布及び存在量、ならびに組成物のその投与部位からの代謝又は除去の機構を含む様々な要因に依存する。例えば、比較的表在性の腫瘍は、腫瘍内注射され得る。対照的に、内部腫瘍は、静脈内注射に従って治療され得る。
一実施形態において、投与方法は、領域化された送達又は治療される部位での集積の特徴を網羅する。いくつかの実施形態において、組成物は、腫瘍内に送達される。いくつかの実施形態において、標的への組成物の選択的送達は、組成物の静脈内注射、その後、標的の光線力学治療（光照射）によって達成される。
組成物を肺経路に送達するために、本開示の主題の組成物は、エアロゾル又は粗噴霧として製剤化されてもよい。エアロゾル又は噴霧製剤の調製及び投与の方法は、例えば、米国特許第５，８５８，７８４号、同第６，０１３，６３８号、同第６，０２２，７３７号、及び同第６，１３６，２９５号に見出すことができる。
ＶＩＩ．用量
有効な用量の本開示の主題の組成物が、対象に投与される。「有効な量」とは、検出可能な治療をもたらすのに十分な組成物の量である。本開示の主題の組成物の構成物の実際の投薬レベルは、特定の対象及び／又は標的に所望される効果を達成するのに有効な組成物の量を投与するように変更することができる。選択される投薬レベルは、組成物の活性（例えば、ＲＴ、ＰＤＴ、もしくはＸ－ＰＤＴ活性、又はＭＯＬ及び/又はＭＯＰ充填）及び投与経路に依存し得る。
本明細書における本開示の主題についての開示を概観した後、当業者は、具体的な製剤、本組成物とともに使用される投与方法、及び治療される標的の性質を考慮して、個々の対象に対して投薬を個別化することができる。そのような調節又は変動、及びいつどのようにしてそのような調節又は変動を行うかについての評価は、当業者にとって周知である。
以下の実施例は、本開示の主題の代表的な実施形態を実施するためのガイダンスを当業者に提供するために含まれている。本開示及び当該技術の一般的レベルに照らして、当業者は、以下の実施例は例示的なものにすぎず、本開示の主題の範囲から逸脱することなく、多数の変化、修正、及び変更が用いられ得ることが意図されることを理解することができる。
実施例１
複数のHf-DBY-Ir及びHf-DBY-Ru MOL
１．１．材料及び動物：
すべての出発物質は、特に明記しない限り、Sigma-Aldrich（米国ミズーリ州、セントルイス）及びFisher（米国、マサチューセッツ州ウォルサム、Thermo Fisher Scientific）から購入し、さらに精製することなく使用された。
２種類のマウス結腸腺癌細胞、CT26及びMC38が生物学的研究に使用された。細胞は、American Type Culture Collection（米国メリーランド州ロックビル）から購入された。CT26細胞は、10％FBS（Hyclone Laboratories、Inc.、Logan、米国ユタ州）を補充されたRoswell Park Memorial Institute（RPMI）1640培地（GE Healthcare、米国イリノイ州シカゴ）で培養された。MC38細胞は、10％FBSを補充されたダルベッコ変性イーグル培地（DMEM）培地（GE Healthcare、米国イリノイ州、シカゴ）で培養された。
BALB/cマウス及びC57BL/6マウス（5～8週間）は、Envigo RMS、Inc.（米国インディアナ州インディアナポリス）から入手された。
１．２．4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ビピリジン] -4-カルボン酸(H3BPY), [(H3BPY)Ir(ppy)2]Cl (H3BPY-Ir, ppy = 2-フェニルピリジン）、及び[(H3BPY)Ru(bpy)2]Cl2 (H3BPY-Ru, bpy = 2,2'-ビピリジン)の合成：
1-（5-メチルピリジン-2-イル）エタノン：1-（5-メチルピリジン-2-イル）エタノンの合成は、報告されているプロトコルから変更された。Cao et al、2016を参照のこと。2-ブロモ-5-メチルピリジン（20 g、116mmol）が220 mLの乾燥Et2Oに溶解され、-78℃に冷却された。 n-BuLi（47 mL、ヘキサン中2.5 M）が１時間かけて滴下された。混合物が-78℃で90分間撹拌された後、ジメチルアセトアミド（12mL）が滴下され、さらに3時間撹拌された。飽和NH4Cl（水溶液）を加えて反応が停止された。水層がEt2Oで2回洗浄され、すべての有機部分が合わされ、無水Mg2SO4で乾燥及び濾過された。溶媒を蒸発させた後、残渣がシリカゲルのフラッシュカラムクロマトグラフィー（溶離液として10:90 EtOAc/CH2Cl2）に供され、1-（5-メチルピリジン-2-イル）エタノン（9.4 g、68.6 mmol、収率59％）を無色の油として得た。1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 8.50 (s, 1 H), 7.95 (d, 1 H, J = 8.0 Hz), 6.21 (m, 1 H), 2.70 (s, 3 H), 2.42 (s, 3 H).
模式図１．4-（5-メチルピリジン-2-イル）ホルミルビニル安息香酸の合成
4-（5-メチルピリジン-2-イル）ホルミルビニル安息香酸：上記模式図１に示すように、1-（5-メチルピリジン-2-イル）エタノン（10.65 g、71 mmol）がEtOH（35 mL）に溶解され、次に、EtOH/H2O（1：1 v/v、105 mL）中の4-カルボキシベンズアルデヒド（9.38 g、69.6mmol）とNaOH（3.76 g、94mmol）の混合溶液に対して滴下された。反応混合物が室温で一晩撹拌された。沈殿物が濾過により分離され、MeOH/ H2O（1：1 v/v）に溶解された。1M HClが添加されてpH3に調整されて白色沈殿物が得られ、これが濾過により収集され、MeOH/H2Oで洗浄された。この手順により、4-（5-メチルピリジン-2-イル）-ホルミルビニル安息香酸が22％の収率（4.09 g、15.3 mmol）で生成された。1H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 13.15 (br, 1H), 8.65 (s, 1H), 8.35 (d, 1H, J = 16.0 Hz), 7.8 - 8.1 (m, 7H), 2.43 (s, 3H).
模式図２． 1-（2-オキソ-2-（p-トリル）エチル）ピリジン-1-イウムの合成
1-（2-オキソ-2-（p-トリル）エチル）ピリジン-1-イウム：上記模式図２に示すように、4'-メチルアセトフェノン（1.336 mL、10 mmol）、ピリジン（10 mL）、及びI2（2.54 g、10 mmol）が攪拌され、120℃で一晩加熱された。0℃に冷却された後、茶色の結晶が沈殿された。 結晶が濾過され、冷ピリジン、CHCl3及びEt2Oで洗浄された後、真空乾燥されて1-（2-オキソ-2-（p-トリル）エチル）ピリジン-1-イウム（2.50g、7.4mmol、収率74％）を得た。1H NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ 8.99 (d, 2 H, J = 6.5 Hz), 9.74 (t, 1 H, J = 8.0 Hz), 8.28 (t, 2 H, J = 7.0 Hz), 7.98 (d, 2 H, J = 7.0 Hz), 7.49 (d, 2 H, J = 8.0 Hz), 6.43 (s, 2 H), 2.46 (s, 3 Hz)
模式図３．4-[2-（4-メチルフェニル）-6-（5-メチルピリジン-2-イル）-ピリジン-4-イル]安息香酸の合成
4-[2-（4-メチルフェニル）-6-（5-メチルピリジン-2-イル）ピリジン-4-イル]安息香酸：上記模式図３に示すように、4-（5-メチルピリジン-2-イル）ホルミルビニル安息香酸（4.00 g、15.0mmol）及び1- [2-（4-メチルフェニル）-2-オキソエチル]-ピリジニウムヨージド（5.60 g、16.5mmol）が90 mL MeOHに溶解された後、NH4OAc（11.5 g、106 mmol）が加えられた。反応混合物が還流下で6時間撹拌された。0℃に冷却された後、沈殿物が濾過され、冷MeOH及びEt2Oで洗浄され、4-[2-（4-メチルフェニル）-6-（5-メチルピリジン-2-イル）ピリジン-4-イル]安息香酸（3.4 g、8.94 mmol、収率60％）を白色固体として得た。1H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 8.60-8.58 (2H), 8.53 (d, 1H, J = 8.0 Hz), 8.33-8.25 (m, 3H), 8.14-8.08 (m, 4H), 7.84 (d, 1H, J = 7.0 Hz), 7.38 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 2.40 (s, 6H).
模式図４．H3BPYの合成
4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ビピリジン] -4-カルボン酸（H3BPY）：上記模式図４に示すように、4- [2-（4-メチルフェニル）-6-（5-メチルピリジン-2-イル）ピリジン-4-イル]安息香酸（3.4 g、8.94 mmol）がピリジン/ H2O（3：1 v/v、240 mL）に溶解された後、過マンガン酸カリウム（KMnO4、5.00 g 、31.6 mmol）が加えられた。反応混合物が90℃で一晩加熱された。完全な酸化を確実にするために、さらにKMnO4（5 g×5、46.8 mmol）が反応混合物に加えられた。5日間還流された後、反応混合物が室温まで冷却され、EtOHを加えられて残留KMnO4と反応させられた。混合物が濾過され、濾液がロータリーエバポレータに入れられて溶媒の大部分を除去された。1M HClが濃縮濾液に加えられてpHを3に調整された。白色沈殿物が濾過により収集され、多量の水で洗浄され、真空乾燥されて4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ビピリジン]-4-カルボン酸（3.54 g、8.05 mmol、収率90％）を得た。1H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 12.23 (br, 3H), 9.24 (s, 1H), 8.79-8.76 (m, 2H), 8.53-8.49 (m, 4H), 8.18 - 8.11 (m, 6H)
模式図５．[(H3BPY)-Ir(ppy)2]Clの合成：
上記模式図５に示すように、CH2Cl2（15 mL）中のH3BPY（202 mg、0.459 mmol）が、MeOH（25mL）中の[Ir(ppy)2Cl]2（246 mg、0.230 mmol）の攪拌懸濁液に加えられた。反応混合物が68℃で一晩撹拌された。室温まで冷却後、溶媒がロータリーエバポレータで除去された。残渣がMeOHに溶解され、ろ過に供された。ろ液が集められて濃縮された。大量のEt2Oを加えた後、オレンジ色の沈殿物が形成され、ろ過により収集され、Et2O/MeOH及びEt2Oで洗浄されて、[(H3BPY)Ir(ppy)2]Cl (H3BPY-Ir) （328 mg、0.335 mmol、収率73％）をオレンジ色の固体として得た。1H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 12.85 (br, 3H), 9.35 (d, 2H), 8.63 (d, 2H, J = 8.0 Hz), 8.35 (d, 2H, J = 8.5Hz), 8.25 (s, 1H), 8.15-8.11 (m, 5H), 8.05-8.01 (m, 2H), 7.94-7.86 (m, 3H), 7.72 (s, 1H, J = 7.5Hz), 7.35-7.23 (m, 4H), 7.17 (t, 1H), 6.91 (t, 1H), 6.80 (t, 1H), 6.44 (t, 1H), 6.25 (t, 1H), 5.82 (d, 1H), 5.41 (d,1H). ESI-MS: m/z = 941.4 ([M-Cl] +)
模式図６．[(H3BPY)Ru(bpy)2]Cl2の合成：
上記模式図６に示すように、DMF（15 mL）中のH3BPY（22 mg、0.050 mmol）が、MeOH（15 mL）中のRu(bpy)2Cl2（28.8 mg、0.058 mmol）の攪拌懸濁液に加えられた。 この反応混合物が90℃で一晩撹拌された。室温まで冷却後、溶媒がロータリーエバポレータで除去された。残渣がMeOHに溶解され、ろ過に供された。ろ液が集められて濃縮された。大量のEt2Oを加えた後、茶色の沈殿物が形成され、ろ過により収集され、Et2O/MeOH及びEt2Oで洗浄されて、[(H3BPY)Ru(bpy)2]Cl2 (H3BPY-Ru) （22.6 mg 、0.025 mmol、収率49％）を茶色の固体として得た。1H NMR (500 MHz, DMSO-d6): δ 9.29 (s, 1H), 9.20 (d, 1H), 8.75 (t, 2H), 8.69 (d, 1H), 8.38 (d, 1H), 8.33-8.30 (m, 4H), 8.25 (t, 1H), 8.18 (t, 1H), 8.11 (d, 2H), 8.10-8.07 (m, 1H), 7.89 (s, 2H), 7.83 (d, 1H), 7.65-7.53 (m, 5H), 7.42-7.40 (m, 2H), 7.21 (s, 1H), 6.95 (d, 1H), 6.84 (t, 1H), 6.32 (s, 1H). ESI-MS: m/z = 427.2([M-2Cl]2+)
１．３．Hf及びZrベースの金属有機層の合成と特性評価：
Hf-BPY又はZr-BPY MOLの調製：20 mLガラスバイアルに2.5 mLのHfCl4溶液[N、N-ジメチルホルムアミド（DMF）中に5.60 mg/mL]又は2.5 mLのZrCl4溶液（DMF中4.07 mg/mL）、2.5 mLのH3BPY溶液（DMF中5 mg/mL）、0.5 mLのギ酸、及び0.75 mLの水が加えられた。反応混合物が120℃のオーブンで24時間保持された。白色沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びエタノールで洗浄された。
Hf-BPY-Ir又はZr-BPY-Ir MOLの調製：Hf-BPY MOL（15 mg）又はZr-BPY MOL（11 mg）のメタノール懸濁液2.5 mLに、2.5 mL [Ir(ppy)2Cl]2溶液（DMF中6 mg/mL）が添加された。反応混合物が70℃のオーブンで3日間保持された。オレンジ色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びエタノールで洗浄された。
Hf-BPY-Ru MOL又はZr-BPY-Ru MOLの調製：Hf-BPY MOL（15 mg）又はZr-BPY MOL（11 mg）のメタノール懸濁液2.5 mLに、Ru(bpy)2Cl2溶液2.5 mL（DMF中5.4 mg/mL）が添加された。反応混合物が70℃のオーブンで3日間保持された。茶色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びエタノールで洗浄された。
１．４．X線吸収分光法：
データ収集：X線吸収データは、アルゴンヌ国立研究所（米国イリノイ州ルモント）のAdvanced Photon Source（APS）のBeamline 10-BM-A、Bで収集された。スペクトルは、透過モードのルテニウムKエッジ(edge)（22117 eV）又はイリジウムL3エッジ（11215 eV）で収集された。X線ビームは、Si（111）モノクロメータによって単色化され、ノイズレベル以下の高次高調波の寄与を減らすために50％離調された。金属ルテニウム又は白金箔標準がエネルギーキャリブレーションの基準として使用され、実験サンプルと同時に測定された。ルテニウムサンプルの場合、入射ビーム強度（I0）、透過ビーム強度(It)、及び参照(Ir)は、44% N2及び56% Ar、5%N2及び95% Ar、並びに 100% N2のガス組成の20 cm電離箱でそれぞ測定された。イリジウムサンプルの場合、入射ビーム強度（I0）、透過ビーム強度(It)、及び参照(Ir)は、96% N2 及び4% Ar、18% N2 及び82% Ar、並びに100% N2のガス組成の20 cm電離箱によって測定された。データは：-250～-30 eV（ステップサイズ10 eV、滞留時間（dwell time ）0.25秒）、-30～-12 eV（ステップサイズ5 eV、滞留時間0.5秒）、-12～30 eV （ルテニウムサンプルの場合は1.1 eVステップサイズ、イリジウムサンプルの場合は0.6 eVステップサイズ、滞留時間1秒）、30 eVから6Å-1（0.05Å-1のステップサイズ、滞留時間2 秒）、6Å-1～12Å-1（0.05Å-1ステップサイズ、滞留時間4秒）、12Å-1～15Å-1（0.05Å-1ステップサイズ、滞留時間8秒）の6つの領域で収集された。各サンプルについて、室温で複数のX線吸収スペクトルが収集された。サンプルは粉砕され、ポリエチレングリコール（PEG）と混合され、6連（shooter）のサンプルホルダーに詰められて、適切な吸収長（absorption length）が達成された。Ir L3-エッジ（11215 eV）とHf L1-エッジ（11271 eV）の間のエネルギーが類似しているため、Hf-BPY-IrではなくZr-BPY-IrのXASデータが収集された。
データ処理：データは、FEFF 6に基づくIFEFFITパッケージのAthena及びArtemisプログラムを使用して処理された。Ravel and Newville、2005; 及び Rehr and Albers、2000を参照されたい。統合する（merging）前に、スペクトルが参照スペクトルに対して較正され、吸収スペクトルの平滑化された一次微分の最初のピークに合わせられ、バックグラウンドノイズが除去され、スペクトルを処理して正規化されたユニットエッジステップ（normalized unit edge step）が取得された。
EXAFSフィッティング：EXAFS領域のフィット(fit)は、IFEFFITパッケージのArtemisプログラムを使用して実行された。フィットは，Irサンプルのk重みは3、Ruサンプルのk重みは2とし、R空間で行われた。結合長（ΔR）及びデバイ・ワラー係数（σ2）のパラメータに加えて、すべてのパスに共通の振幅因子（amplitude factor ）S0 2及びエネルギーシフトΔE0を最適化することにより、改良が行われた。 Zr-BPY-Ir及びH3BPY-Irのフィッティングモデルは、Cambridge Crystallographic Databaseから取得された結晶構造TEGVEIに基づいた。Hf-BPY-Ru MOL及びBPY-Ru Homoのフィッティングモデルは、Cambridge Crystallographic Databaseから取得された結晶構造ICITODに基づいた。
表１．Zr-BPY-Ir及びH3BPY-IrのEXAFSフィッティングパラメータの概要
表２．Hf-BPY-Ru及びH3BPY-RuのEXAFSフィッティングパラメータの概要
１．５． 4-ニトロソ-N、N-ジメチルアナリン(analin)（RNO）による一重項生成：
複数のMOLサンプル（Hf-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、Zr-BPY-Ir、及びZr-BPY-Ru）は、25μMのRNOと10 mMのヒスチジンの存在下で水に懸濁された。各MOL懸濁液の濃度は、Ir又はRuに基づいて10μMであった。溶液は、可視光照射又はX線照射のために1ドラム（dram）のバイアルに移された。可視光の照射では、複数のMOLは450 W Xeランプで400 nmカットオフ（ロングパス）フィルタ（350 mW/cm2）で1、2、3、5、7、及び10分間照射された。X線照射では、複数のMOLは1、2、4、又は8 GyのX線線量（225 KVp、13 mA）が与えられた。溶液のUV-vis吸収スペクトルは、分光光度計によって取得された。440 nmでのRNOピーク吸光度の差[Δ（OD）]は、コントロールカーブ（照射なし）からサンプルカーブの読み取り値を引くことで計算された。
表３．PDTの線形フィット結果（Y = AX + B）
表４．X-PDTの線形フィット結果（Y = AX + B）
１．６．細胞取り込み：
Hf-BPY、Hf-BPY-Ir、及びHf-BPY-Ruの細胞取り込みがCT26細胞で評価された CT26細胞が6ウェルプレートに5×105/ウェルで播種され、24時間培養された。Hf-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、及びHf-BPYがHf濃度50μMで細胞に添加された。1、4、8、及び24時間のインキュベーション後、細胞が収集され、血球計数器でカウントされた。細胞は、マイクロ波反応器（CEM Corporation、マシューズ、ノースカロライナ州、アメリカ合衆国）で濃硝酸にて消化され(digested)、金属濃度がICP-MS（Agilent Technologies、サンタクララ、カリフォルニア州、アメリカ合衆国）で決定された。
１．７．細胞毒性（Cytotoxicity）：
X線照射時のHf-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、Hf-BPY、Zr-BPY-Ir、Zr-BPY-Ru、及びZr-BPYの細胞毒性が、2つの異なるマウス大腸がん（colorectal adenocarcinoma）細胞株である、CT26及びMC38に対して評価された。暗細胞毒性は、X線照射なしで最初にテストされた。複数のMOLは、それぞれIr、Ru、又はBPYに基づく0～100μMの範囲の、さまざまな濃度で細胞とともに8時間培養された。次いで、細胞培養培地が新鮮な培地と交換され、3-（4,5-ジメチルチアゾール-2-イル）-5-（3-カルボキシメトキシフェニル）-2-（4-スルホフェン-イル-）-2H-テトラゾリウムMTSアッセイ（Promega Corporation、マディソン、ウィスコンシン、アメリカ合衆国）による細胞生存率の決定の前に、細胞がさらに72時間培養された。細胞生存率は、2Gyの固定X線照射線量で調べられた。照射には、250 kVp及び15 mA電流のX線ビームが使用された。細胞生存率は、Ir、Ru、又はBPYに基づく20μMの複数の固定Hf-MOL濃度で、及びさまざまなX線線量でもテストされた。
１．８．細胞内一重項酸素（1O2）の生成：
生細胞における1O2生成は、一重項酸素センサーグリーン（SOSG、Life Technology、米国）によって検出された CT26細胞が3.5 cmペトリ皿に播種され、12時間培養された。次に、培養培地が1μMのSOSGを含む新鮮な培地と交換され、細胞がSOSGで前処理された。30分間の培養後、細胞がPBSで3回洗浄されて過剰のSOSGを除去された。細胞は、20μMの配位子濃度の複数のHf-MOL又は配位子とともにPBS内で8時間培養された後、PBSで3回洗浄されて過剰な複数のMOL又は配位子が除去された。X線照射は2 Gy（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）の線量で細胞に適用された。共焦点レーザー走査顕微鏡法（CLSM; FV1000レーザー走査共焦点顕微鏡、オリンパス株式会社、東京、日本）が使用され、細胞内の緑色蛍光を検出することにより、生細胞内で生成された1O2が可視化された。
１．９．インビボ有効性：
Hf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ruのインビボでの抗癌効果は、CT26又はMC38腫瘍を有するマウスへの腫瘍内注射により評価された。腫瘍の体積が100-150 mm3に達したとき、10μMの光増感剤濃度の複数のMOLが腫瘍内に注入され、その後、連続した日にCT26モデルでは合計5画分、MC38モデルでは10画分にて、1 Gy/画分（120 kVp、20 mA、2 mm-Cuフィルタ）の線量で毎日X線が照射された。腫瘍の大きさが毎日ノギスで測定され、腫瘍の体積が（幅2×長さ）/ 2で推定された。18日目にすべてのマウスが屠殺され、切除した腫瘍の写真が撮影され、秤量された。全身毒性の指標として、各グループの体重がモニターされた。
屠殺直後にマウスから腫瘍が切除され、最適切断温度（optimal cutting temperature ：OCT）培地に包埋され、-80℃で保存された。次に、臓器と腫瘍が5μmの厚さに切断され、ヘマトキシリンとエロシン（H＆E）で染色され、光学顕微鏡（Pannoramic Scan Whole Slide Scanner、PerkinElmer Inc.、米国マサチューセッツ州ウォルサム）で観察された。腫瘍重量と腫瘍サイズのデータは、以下の表５及び表６にまとめられている。
表５．CT26又はMC38腫瘍を有するマウスの治療終了時の腫瘍重量の統計分析。
表６．CT26又はMC38腫瘍を有するマウスの治療終了時の腫瘍サイズの統計分析。
実施例２
実施例１の説明
上述の実施例１に記載したように、複数のHf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ru MOLは合成後メタル化法（postsynthetic metalation）により合成された。4',6'-ジベンゾアート-[2,2'-ビピリジン]-4-カルボン酸（H3BPY）が図3Aに示すように合成され、N、N-ジメチルホルムアミド（DMF）中のHfCl4、ギ酸、及び水で処理され、Hf-BPY MOLを白色沈殿物として得た後、DMFで2回、エタノールで1回洗浄された。ギ酸とH2Oの量を最適化することにより、透過型電子顕微鏡（TEM）で検証されたように、Hf-BPYのサイズが直径約500 nmに制御できた。Hf-BPYが[Ir(ppy)2Cl]2 又は Ru(bpy)2Cl2で処理(treat)され、Hf-BPY-Ir又はHf-BPY-Ru MOLをオレンジ又は茶色沈殿物として得た。 Hf-BPYの2次元構造により、bpy配位サイトは非常にアクセスしやすく、効率的な合成後メタル化をもたらす。誘導結合プラズマ質量分析法（ICP-MS）で測定されたように、Ir及びRuの充填（load）は、Hf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ruでそれぞれ67％及び59％と決定された。
Hf-BPYでは、各Hf6クラスタの12結合（connectivity）は、6つのギ酸基（formate group）（上部に3つ、下部に3つ）によってキャップされ、カゴメデュアル（kagome dual：kgd）トポロジの3,6結合されたHf6(μ3-O)4(μ3-OH)4(HCO2)6(BPY)2の2次元ネットワークを形成するよう、残りの6つの部位は3接続の（connected ）BPY配位子に配位した。図3Bを参照のこと。Hf6クラスタがダークスポットとして表示されるHf-BPYの高解像度TEM（HRTEM）画像、及びHf-BPYの高速フーリエ変換（FFT）パターンはkgdトポロジと一致した。HRTEMの2つの隣接するダークスポット間の距離は2.0 nmであり、2つの隣接するSBU間の距離に一致した。Hf-BPYの粉末X線回折（PXRD）パターンは、Hf-BTB MOL（Cao et al、2016年を参照）と同一であり、Hf-BPYのkgd構造をさらに確かなものとした。Hf-BPYの原子間力顕微鏡（AFM）画像は、厚さ1.2 nmを示し、これは、ギ酸基でキャップされたHf6クラスタのファンデルワールスサイズに非常に近く、Hf-BPYの単層構造を示す。極薄単層構造は1O2の拡散を促進し、その細胞内での拡散距離（diffusion length）が20-220 nmと推定される。Moan and Berg、1991年を参照のこと。
Hf-BPY-IrとHf-BPY-Ruの両方のTEM画像は、それらがHf-BPYと同様の形態とサイズを持つことを示す。メタル化後のMOL構造の保持は、Hf-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、及びHf-BPYのPXRDパターン間の類似性によってサポートされた。図1Aを参照のこと。さらに、Hf-BPY-IrとHf-BPY-RuのHRTEM画像とFFTパターンは、Hf-BPYのものと同一であった。
Hf-BPYのメタル化をさらに確認し、複数のHf-MOL中のIr及びRuセンターの配位環境（coordination environment）をよりよく理解するために、[(H3BPY)Ir(ppy)2]Cl (すなわち、 H3BPY-Ir) 及び[(H3BPY)Ru(bpy)2]Cl2 (すなわち、 H3BPY-Ru)が均質な対照（homogeneous control）として合成された。複数のHfベースのMOLのUV可視吸収スペクトルは、対応する配位子と同様のMLCTバンドを示す。図1Bを参照のこと。X線吸収分光法は、Zr-BPY-Ir及びHf-BPY-RuがそれぞれH3BPY-Ir 及び H3BPY-Ruと同じIr及びRu配位環境を有することを示した。Ir L3-エッジ（11215 eV）とHf L1-エッジ（11271 eV）の間のエネルギーが類似しているため、Hf-BPY-IrではなくZr-BPY-IrのX線吸収分光（XAS）データが収集された。
4-ニトロソ-N、N-ジメチルアナリン（RNO）アッセイを使用して、複数のMOLの一重項酸素生成効率が調べられた。複数のZr-MOL（Zr-BPY-Ir及びZr-BPY-Ru）は、複数のHf MOLと同様のプロセスを使用して合成され、比較のために使用された。
400 nmのロングパスフィルタを使用したXeランプ、又はX線（225 KVp、13 mA）を照射すると、複数のMOLによって生成された1O2はヒスチジンの存在下でRNOと反応し、UV可視スペクトルの440 nmでの吸光度の低下につながる。RNOピーク吸光度の差[Δ（OD）]を照射線量（それは可視光又はX線線量の暴露時間に比例してY = Ax + Bで調整する（scale））に対して線形に適合させることにより、より効率的な1O2生成を示す、より正の勾配で、RNOアッセイは1O2生成効率の定量的測定を提供する。可視光の照射により、線形フィッティングの結果は、Irベースの複数のZr-及びHf-MOLが、Ruベースの複数のZr-及びHf-MOLよりも効率的に1O2を生成することを示し（上述の図1C及び表3を参照）、それは [Ir(bpy)(ppy)2]+（φΔ= 0.97）と[Ru(bpy)3]2+（φΔ= 0.73）の間の1O2生成量子収率の差に一致する。さらに、2つのIrベースの複数のMOL（Hf-BPY-Irの場合はA =1.09×10-2、Zr-BPY-Irの場合はA =0.88×10-2）、又は2つのRuベースの複数のMOL（ Hf-BPY-Ruの場合A =4.1×10-3、Zr-BPY-Ruの場合A =2.4×10-3）の間で、極めてわずかな差しか観測されなかったことは、スピン軌道結合による1O2生成効率における複数のSBUの影響がわずかなことを示唆する。Lu et al、2014;及びScandola et al、2006を参照のこと。
ただし、X線照射では、複数のZr-及びHf-MOLの1O2生成効率に大きな違いがあった。上記の図1D及び表4を参照のこと。両方のHf-MOL（Hf-BPY-IrでA = 1.22×10-2、Hf-BPY-RuでA =1.0×10-2）は、対応する複数のZr-MOL（Hf-BPY-Irの場合はA = 0.39×10-2、Zr-BPY-Irの場合はA =0.19×10-2）よりも、極めて高い1O2生成効率を有し、これはX線エネルギーが最初に複数のSBUによって吸収され、次に架橋配位子の複数のPSに移動してX-PDT効果につながるという仮説を支持する。より重いHf原子はZr原子よりも効率的にX線を吸収するため、複数のHf-MOLはX-PDTでより効果的であると予想される。さらに、Irベースの複数のMOLはRuベースの複数のMOLよりもわずかに優れたX-PDT効率を示し、X-PDTとPDTに関与する異なったエネルギー伝達プロセスが示唆される。
診療所では、PDTは通常、光の浅い侵入（800 nmの光子では<3 mm）のため、皮膚病変や食道癌などの表在性悪性腫瘍に適用される。結腸癌などの深く位置する腫瘍の場合、内視鏡を光送達に使用しても、癌細胞の根絶は困難になる。深く位置する腫瘍の治療におけるMOL媒介X-PDTの可能性を調べるため、2種類のマウス結腸腺癌細胞、CT26及びMC38がインビトロ（in vitro：生体外）及びインビボ研究に使用された。細胞取り込みは、50μMのHf濃度のHf-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、又はHf-BPYとともに、1、4、8、及び24時間培養されたCT26細胞で評価された。各時点で、細胞が消化され、ICP-MSでHf含有量が測定された。 Hf-BPY-Ru（6580±1770 ng /105細胞）は、Hf-BPY-Ir（3317±665 ng/105細胞）及びHf-BPY（1930±716 ng /105細胞）よりも高い取り込みを示し、これはおそらく、負に帯電した細胞膜との相互作用を促進してエンドサイトーシスを促進するHf-BPY-Ruのより高い正電荷によると思われる。図4を参照のこと。
CT26（図2Aを参照）及びMC38（図2Bを参照）細胞に対する3つの異なるHfベースの複数のMOLのインビトロの抗がん効果が調べられた。X線の効率的な吸収におけるHfの重要な役割を解明するために、3つの対応するZr-MOLが対照として使用された。複数のMOLがさまざまな濃度で細胞とともに8時間培養された後、2 Gyの線量のX線照射器で照射された。Hf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ruは、Hf-BPY及び3つのZr-MOLよりも優れていた。CT26細胞に対するHf-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、及びHf-BPYのIC50値は、それぞれ3.82±1.80、3.63±2.75、及び24.90±7.87μMと計算された。MC38細胞に対して、計算されたIC50値は、それぞれ11.66±1.84、10.72±2.92、及び37.80±6.57μMであった。CT26及びMC38細胞株の両方で、Zr-BPY-Ir、Zr-BPY-Ru、及びZr-BPYのIC50値が100μMを超えた。暗対照群（dark control group）では細胞毒性は観察されなかった。それぞれ20μMのIr、Ru、又はBPYに基づく固定したHf-MOL濃度、及びさまざまなX線線量での細胞生存率が調べられた。図5A及び5Bを参照のこと。すべての結果は、複数のHf-MOL内のIr[bpy(ppy)2]+ 及び [Ru(bpy)3]2+のX-PDT効力の増大を示した。
CT26細胞のX線誘起細胞毒性のメカニズムが調査された。生細胞における1O2生成は、一重項酸素センサーグリーン（SOSG）によって検査され、共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）によって検出された。細胞をSOSGで前処理し、それぞれIr、Ru、又はBPYに基づく20 μMの濃度のPBS、複数のHf-MOL、又はH3BPY配位子とともに、8時間培養した後、2Gyの線量のX線を照射され、すぐにCLSM画像化が続いた。 Hf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ruで処理された細胞の両方が強い緑色のSOSG蛍光を示し、X線照射時に複数のMOL内に1O2が効率的に生成されたことを示した。一方、PBS、Hf-BPY及びH3BPY配位子で処理されたグループは、X線誘起1O2生成後にSOSGシグナルを示さず、これは、複数のHf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ru MOLを使用する、提案されたX-PDTプロセスを支持した。
インビトロの結果に励まされ、CT26又はMC38の皮下脇腹腫瘍を有するマウスモデルでインビボでの抗癌効果実験が行われた。腫瘍の体積が100-150 mm3に達したとき、Ir、Ru又はBPYに基づくそれぞれ0.5 nmolの量のHr-BPY-Ir、Hf-BPY-Ru、若しくはHf-BPY、又はPBSが腫瘍内注射され、その後毎日、1 Gy/画分（120 kVp、20 mA、2 mm-Cuフィルタ）の線量でのX線照射が連続した日で、CT26モデルでは合計5画分（図2Cを参照）又はMC38モデルでは10画分（図2Dを参照）行われた。腫瘍の大きさと体重が毎日測定された。腫瘍接種の18日後にすべてのマウスが屠殺され、切除した腫瘍の写真が撮影され、計量された。図6A及び6Bを参照のこと。低線量X線による放射線治療効果を除外するために、我々は暗対照としてX線照射なしのPBS処理マウスを使用した。照射の有無にかかわらず、PBS群は腫瘍増殖曲線に差を示さず、低線量のX線だけでは放射線治療効果がなかったことを示す。Hf-BPY群は、腫瘍成長のわずかな阻害を示すように見えた（それぞれCT26 又は MC38についてP=0.047又は 0.048）。対照的に、Hf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ru治療は、5画分のX線照射（合計5 Gy;合計体積減少がそれぞれ83.63％又は77.27％）によるCT26、及び10画分のX線照射（合計10 Gy、合計体積減少がそれぞれ82.30％又は90.11％）によるMC38、で効果的な腫瘍退縮をもたらした。Hf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ruで治療された腫瘍の終了点での重量とサイズは、他の群よりも有意に小さかった。上記の表5及び6を参照のこと。凍結腫瘍切片の組織学により、Hf-BPY-Ir-及びHf-BPY-Ru-でアシストされた（assiste）X-PDTが腫瘍のアポトーシス/壊死を引き起こしたことが確認された。凍結臓器切片の組織像には異常は観察されず、X-PDTは全身毒性ではないことが示された。全身毒性の欠如は、すべての群で安定した体重、及び同様の体重増加パターンによってさらに支持された。
要約すると、複数のHf-BPY-Ir及びHf-BPY-Ru MOLは、2つの結腸癌モデル、CT26及びMC38の非常に効果的なX-PDTのための強力な複数のPSとして合成された。RNOアッセイ及びインビトロ1O2検出の両方、並びに細胞毒性研究により示されたように、X線照射により、複数のSBUのHf原子はX線を吸収し、配位子のIr[bpy(ppy)2]+ 又は[Ru(bpy)3]2+にエネルギーを移動させて1O2を生成する。X線の深部組織への浸透、Ir[bpy(ppy)2]+ 又は[Ru(bpy)3]2+の高い1O2量子収率、及び複数の極薄MOLを介した効率的なROS拡散の結果として、インビボ研究は我々のX-PDT治療後の腫瘍体積の90％減少を示した。
実施例３
Hf12-QPDC-Ru MOLの合成と特性評価
模式図７．Hf12-QPDC-Ru MOLの合成
ビス（2,2'-ビピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）ルテニウム（II）クロリド(H2QPDC-Ru)が前述のように合成された。 Zhang et al、2015を参照のこと。上記模式図７に示すように、4 mLのガラスバイアルに0.5 mL HfCl4溶液（DMF中2.0 mg/mL）、0.5 mLのH2QPDC-Ru溶液（DMF中4.0 mg/mL）、1μLのトリフルオロ酢酸（TFA）、及び5μLの水が加えられた。反応混合物が80℃のオーブンで24時間保持された。オレンジ色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びエタノールで洗浄された。 TEM画像は、Hf12-QPDC MOLが直径50～500 nmのナノシート形態を採ることを示した。 FFTパターンは、Hf12-QPDC MOLが結晶であることを示した。 PXRDパターンは、Zr12-QPDC MOFと比較して、Hf12-QPDC-Ru MOLは層構造に対応する回折ピークのみを示し、層に垂直なすべてのピークが消失することを示した。図７を参照のこと。Hf12-QPDC-Ru MOLの原子間力顕微鏡（AFM）画像（図８参照）は、厚さ1.5 nmを示し、これは、トリフルオロ酢酸基でキャップされたHf12クラスタのファンデルワールスサイズに非常に近いものであった。PXRDとAFMの組み合わせにより、Hf12-QPDC-Ru MOLの単層構造が示された。
実施例４
Hf12-DBP-Pt nMOFの合成と特性評価
模式図８．Hf12-DBP-Pt nMOFの合成
H2DBP-Ptが前述のように合成された。 Xu et al、2016を参照のこと。上記模式図８で説明したように、4 mLのガラスバイアルに、0.5 mLのHfCl4溶液（DMF中2.0 mg/mL）、0.5 mLのH2DBP-Pt溶液（DMF中4.8 mg/mL）、55μLの酢酸（AcOH）、及び5μLの水が加えられた。反応混合物が85℃のオーブンに10～15日間保持された。赤色沈殿物が遠心分離によって収集され、DMF、1％トリメチルアミン/エタノール溶液、及びエタノールで洗浄された。TEM画像は、Hf12-DBP-Pt nMOFが直径約70 nm及び厚さ約10 nmのナノプレート形態を採ることを示した。 PXRD研究は、Hf12-DBP-PtがHf12-DBPと同じ結晶構造を採ることを示した。図9を参照のこと。
Hf12-DBP-Pt nMOFの安定性試験：Hf12-DBP-Pt nMOF が6 mMリン酸緩衝液に懸濁され、1 mg/mLの濃度のHf12-DBP-Ptが作製された。3日後、Hf12-DBP-Ptが遠心分離によって収集され、PXRDパターンが得られた。 PXRDの研究により、Hf12-DBP-Pt nMOFは6 mMリン酸緩衝液中で3日間安定であることが示された。図9を参照のこと。
Oxa@Hf12-DBP-Pt nMOF:の合成と特性評価：
Oxa@Hf12-DBP-Ptの調製：4 mLのガラスバイアルに、1 mLのオキサリプラチン溶液（水中0.4 mg/mL）と3.6 mgのHf12-DBP-Pt nMOFが加えられた。反応混合物が室温で12時間撹拌されて、oxa@Hf12-DBP-Ptを得た。赤色沈殿物が遠心分離により収集され、水で2回洗浄された。Hf12-DBP-Pt nMOFに対するオキサリプラチンの重量比は、ICP-MSにより0.102と決定された。（nMOF mgあたりオキサリプラチン0.101 mg）。オキサリプラチンのカプセル化効率は91.5％である。
Oxa@Hf12-DBP-Ptからのオキサリプラチンの放出：
透析バッグに1 mLのoxa@Hf12-DBP-Pt懸濁液（1 mLの6 mM PBS中、3.96 mg のoxa@Hf12-DBP-Pt、 0.36 mgオキサリプラチン+ 3.6 mg のHf12-DBP-Ptを含む）が加えられた。次に、37℃で攪拌しながら、透析バッグが、200 mLの6 mM PBSを含む500 mLビーカーに入れられた。さまざまな時点（0分、5分、15分、30分、1時間、3時間、5時間、8時間、24時間、48時間、72時間）でビーカーから1 mLの溶液が収集され、オキサリプラチン含有量がICP-MSによって決定された。 Oxa@Hf12-DBP-Ptからのオキサリプラチンの放出プロファイルが図10に示される。
材料及び動物：マウス大腸がん細胞、CT26及びMC38は、American Type Culture Collection（米国メリーランド州ロックビル）から購入された。マウス膵管腺癌細胞、Panc02は、シカゴ大学のDr. Ralph. R. Weichselbaumから親切に寄付された。CT26細胞は、10％ウシ胎児血清（FBS、Hyclone Laboratories、Inc.、ローガン、米国ユタ州）を補充されたRoswell Park Memorial Institute（RPMI）1640培地（GE Healthcare、米国イリノイ州シカゴ）で培養された。MC38及びPanc02細胞は、10％FBSを補充されたダルベッコ変性イーグル培地（DMEM）培地（GE Healthcare、米国イリノイ州、シカゴ）で培養された。すべての培地は、100 U/mLのペニシリンGナトリウム及び100 μg/mLの硫酸ストレプトマイシンと混合された。細胞は5％のCO2を含む加湿雰囲気で37°Cで培養された。BALB/c及びC57Bl/6マウス（6-8週間）はEnvigo RMS,Inc.（インディアナポリス、米国インディアナ州）から得られた。
Hf12-DBP-Pt 及び Hf12-DBPの放射線増強及び細胞死遅延効果を決定するためにクローン原性アッセイが実施された。細胞が6ウェルプレートに播種され、12時間培された。20 μMのHf濃度の粒子と4時間培養された後、細胞に0、1、2、4、8、及び16 Gyの線量でX線（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）が照射された。細胞がトリプシン処理され、すぐにカウントされた。100-200個の細胞が6ウェルプレートに播種され、2 mLの培地で10-20日間培養された。細胞クローンの形成が観察されたら、培地が捨てられ、プレートがPBSで2回すすがれた。 500 μLの0.5％クリスタルバイオレット（50％メタノール）がウェルごとに染色用に加えられた。次に、ウェルが水ですすがれ、クローンが数えられた。10％の細胞生存率（REF10値）での放射線増強因子は、クローン原性アッセイから決定された。以下の表7を参照のこと。Hf12-DBP-Ptは、CT26とMC38の両方の細胞でHf12-DBPよりも予想外に大きいREF10値を持ち、これはX線照射時の癌細胞の死滅においてHf12-DBP-PtがHf12-DBPよりも予想外に高い効率であることを示す。
表７．X線時の細胞株のパネルにおけるクローン原性アッセイによるREF10値
X線照射時のHf12-DBP-Pt及びHf12-DBPによって引き起こされるDNA二本鎖切断（DSB）が、CT26細胞におけるγ-H2AFXアッセイ（Life Technologies、米国、カリフォルニア州、カールスバッド）により調査された。細胞は20μMのHf濃度の粒子とともに4時間培養された後、0及び2Gy線量でX線照射（250kVp、15mA、1mm Cuフィルタ）された。2GyのX線照射でPBSとともに培養されたCT26細胞が、対照として役立たれた。H2AFXアッセイは、X線照射の直後に実施された。核は4',6-ジアミジノ-2-フェニルインドール（DAPI）で染色された。赤色蛍光は、抗体標識H2AFXで染色されたDSBを示した。細胞が共焦点レーザー走査顕微鏡（CLSM）で画像化された。X線照射により、Hf12-DBP-PtはHf12-DBPよりも強い赤色蛍光を示し、これはより多くのDSBを引き起こすその予想外の優れた能力を示した。
Hf12-DBP及びHf12-DBP-Ptのインビトロの抗癌効果は、CT26及びMC38細胞でさらに評価された。細胞が6ウェルプレートで一晩培養され、20μMのHf濃度の粒子とともに4時間培養された後、0又は2 GyのX線（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）を照射された。48時間後、AlexaFluor 488 Annexin V /死細胞アポトーシスキット（米国、カリフォルニア州、カールスバッドのLife Technologies）に従って細胞が染色され、フローサイトメトリーで定量された。表8及び表9に示すように、CT26及びMC38の両方の細胞で、Hf12-DBP-PtはHf12-DBPよりも後期アポトーシス細胞及び壊死細胞の割合が予想以上に大きく、これは低線量のX線照射で癌細胞を殺すことにおいて、Hf12-DBP-Ptの急性効果（acute efficacy）がHf12-DBPよりも高いことを示す。
表８．48時間のインキュベーション後のX線又は暗(dark)の時のPBS, H2DBP-Pt, Hf12-DBP 又は Hf12-DBP-Ptで処理されたCT26細胞の割合
表９．48時間のインキュベーション後のX線又は暗(dark)の時のPBS, H2DBP-Pt, Hf12-DBP 又は Hf12-DBP-Ptで処理されたMC38細胞の割合
一重項酸素センサーグリーン（SOSG）試薬（Life Technologies、米国、カリフォルニア州、カールスバッド）は、暗(dark)及びX線照射下での一重項酸素のインビトロ検出に使用された。CT26細胞が2×105/ウェルで6ウェルプレートのカバースライドに播種され、さらに12時間培養された。Hf12-DBP, Hf12-DBP-Pt, H2DBP-Pt 又はH2DBPが、10μMの当量配位子用量(equivalent ligand dose)で細胞に加えられた。細胞は、対照として機能するPBSとともに培養された。4時間のインキュベーション後、細胞は2 Gyの線量のX線（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）で照射された。次に、スライドがPBSで洗浄され、CLSMで観察された。 Hf12-DBPと比較して、Hf12-DBP-Ptが投与された群からより強い緑色蛍光が観察され、より優れた1O2生成能力が示された。
COX-2は、膜損傷の修復に関与するシクロオキシゲナーゼであり、1O2により誘起される細胞膜損傷後にしばしば上方制御（up-regulated）される。従って、X線照射時のRDTによって引き起こされる細胞膜損傷は、CT26細胞におけるCOX-2アッセイ（BD Bioscience、米国、ニュージャージー州、フランクリンレイクス）によって調査された。細胞が6ウェルプレートのカバースライドに播種され、12時間培養され、その後、Hf濃度10μMのHf12-DBP, Hf12-DBP-Pt, H2DBP-Pt 若しくはPBS、又は濃度10 μMの配位子とともに4時間培養され、0及び2 Gy線量でのX線照射（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）が続いた。X線又は光照射の直後に細胞が4％パラホルムアルデヒドで固定された。濃度10 μg / mLのビオチン共役（conjugated）抗COX-2抗体が、細胞とともに4℃で一晩培養された後、Cy3共役ストレプトアビジンと培養された。核はDAPIで染色された。赤色蛍光は、Cy3で標識された抗体で染色されたCOX-2の発現が上方制御されていることを示した。細胞がCLSMで画像化され、フローサイトメトリーで定量化された。
COX-2の上方制御は、Hf12-DBP-Pt 又は Hf12-DBPのインキュベーション及びX線照射後にCLSMによって直接観察された。X線照射なし群のHf12-DBP-Pt又はHf12-DBP、及びX線照射あり又はなし群のPBS又はH2DBP-Ptで処理された細胞では、蛍光シグナルは観察されなかった。Hf12-DBP-Ptで処理された群からのより強力なRDT効果をさらに研究するために、フローサイトメトリーが実施されて、Hf12-DBP-Pt, Hf12-DBP, H2DBP-Pt 又はH2DBPで処理された細胞のCOX-2の上方制御の違いが定量化された。X線照射によるHf12-DBP-Pt, Hf12-DBP, H2DBP-Pt 及び H2DBPで処理されたt細胞の平均蛍光強度は、それぞれ7471、1804、821、及び225であった。共焦点画像とフローサイトメトリーの両方により、Ptメタル化がRDT効果を増加させることを示した。
RT-RDT治療によって誘導される免疫原性細胞死（ICD）は、インビトロでカルレティキュリン（CRT）の細胞表面発現を検出することによって調査された。CT26細胞がカバースライド上の6ウェルプレートに一晩播種され、配位子濃度に基づく20μMのH2DBP-Pt, Hf12-DBP 又は Hf12-DBP-Ptとともに4時間培養され、その後、2 Gyの線量でX線照射（250 kVp 、15 mA、1 mm Cuフィルタ）が続いた。その後、細胞はインキュベーターでさらに4時間培養され、CRTに十分に曝露された。細胞がAlexaFluor 488-CRT及びDAPIで染色され、CLSMで観察された。CLSMの下で、H2DBP-Pt 又は Hf12-DBPで処理されたグループと比較して、Hf12-DBP-Ptで処理されたグループでは、より強い緑色蛍光が観察された。
Hf12-DBP, Hf12-DBP-Pt 及び H2DBP-PtのインビトロのRT-RDTの有効性を評価するために、2つの同系皮下脇腹担がんマウスモデル、CT26及びMC38が選択された。2×106のCT26又はMC38細胞が、0日目にBALB/c又はC57Bl/6マウスの右脇腹皮下組織に注入された。腫瘍が体積で100-150mm3に達したとき、複数のnMOF又は配位子濃度10μmol 10μmol/kgの配位子が腫瘍内に注入され、続いて1Gy/画分（120 kVp、20 mA、2 mm-Cuフィルタ）の線量で毎日X線が、連続した日に合計５画分で照射された。腫瘍の大きさは毎日ノギスで測定され、腫瘍の体積は（幅2×長さ）/2に等しい。21日目にすべてのマウスが屠殺され、切除した腫瘍の写真が撮影され、秤量された。全身毒性の解析として、各グループの体重がモニターされた。図11A及び図11Bに示されるように、CT26及びMC38マウスモデルの両方で、Hf12-DBP-Ptは、腫瘍退縮においてHf12-DBPを上回った。
Panc02細胞に対する、oxa@ Hf12-DBP及びoxa@ Hf12-DBP-Ptの細胞毒性が、それぞれ2Gyの線量のX線照射で評価された。Panc02細胞が96ウェルプレートに2×104/ウェルで播種され、さらに12時間培養された。Oxa@ Hf12-DBP及びoxa@ Hf12-DBP-Ptが新たに調製され、0、0.2、0.5、1、2、5、10、20及び50μMの当量配位子用量で細胞に添加された。3-（4,5-ジメチルチアゾール-2-イル）-5-（3-カルボキシメトキシフェニル）-2-（4-スルホフェン-イル-）-2H-テトラゾリウム（MTS）アッセイ（Promega、マディソン、ウィスコンシン州、アメリカ合衆国）により細胞生存率が決定される前、細胞がさらに72時間培養された。Panc02細胞に対する、oxa@Hf12-DBP-Pt及びoxa@Hf12-DBPのIC50値は、それぞれ30.02±3.89及び49.91±5.47μMと計算され、インビトロの膵臓がん細胞株についてoxa@Hf12-DBP-Ptがoxa@Hf12-DBPを上回っていることを示している。
膵管腺癌に対するオキサリプラチンとRT-RDTの相乗効果が、同系皮下脇腹Panc02担がんマウスモデルで評価された。5×106のPanc02細胞が0日目にC57Bl/6マウスの右脇腹皮下組織に注射された。腫瘍の体積が100-150mm3に達したとき、複数のnMOF又は配位子濃度10μmol/kgの配位子が腫瘍内に注入され、続いて1Gy/画分（120 kVp、20 mA、2 mm-Cuフィルタ）の線量で毎日X線が、連続した日に合計６画分で照射された。腫瘍の大きさは毎日ノギスで測定され、腫瘍の体積は（幅2×長さ）/2に等しい。42日目に対照マウスが屠殺され、48日目に治療群が屠殺された。オキサリプラチンベースの化学療法とRT-RDTの相乗効果は、図12に示す腫瘍増殖曲線に明確に示される。
実施例５
Hf6-QPDC-Ir, Hf12-QPDC-Ir,及びPOM@Hf12-QPDC-Irの合成と特性評価
Hf6-QPDC-Ir nMOF：ビス（4-フェニル-2-ピリジン）（5,5'-ジ（4-カルボキシル-フェニル）-2,2'-ビピリジン）イリジウム（III）塩化物(H2QPDC-Ir)が前述のように合成された。Wang et al、2012を参照のこと。4mLのガラスバイアルに、0.5 mLのHfCl4溶液（DMF中2.0 mg/mL）、0.5 mLのH2QPDC-Ir溶液（DMF中、5.8 mg/mL）、40μLの酢酸が加えられた。反応混合物が70℃のオーブンで3日間保持された。オレンジ色の沈殿物が遠心分離によって収集され、DMF、1％トリメチルアミン/エタノール溶液、及びエタノールで洗浄された。TEM画像は、Hf12-QPDC-Irは約70 nmの直径の球状の形態であることを示した。 PXRDパターンは、Hf6-QPDC-IrがUniversitetet I Oslo（オスロ大学のノルウェー語）MOF構造（UiO-69）と同じ構造を持つことを示した。図13を参照のこと。Dai et al、2017も参照のこと。
Hf12-QPDC-Ir nMOF：4 mLガラスバイアルに0.5 mLのHfCl4溶液（DMF中、2.7 mg/mL）、0.5 mLのH2QPDC-Ir溶液（DMF中、5.2 mg/mL）、16μLのトリフルオロ酢酸、及び5μLの水が添加された。以下の模式図Xを参照のこと。混合物が100℃のオーブンで3日間保持された。Hf12-QPDC-Irのオレンジ色の沈殿物が遠心分離によって収集され、DMF、1％TEA/EtOH溶液、及びEtOHで洗浄された。TEM画像は、Hf12-QPDC-Irは約100 nmの直径のプレート形態であることを示した。 PXRDパターンは、Hf12-QPDC-IrがZr12-QPDCと同じ構造を持つことを示した。図13を参照のこと。Graham et al、2008も参照のこと。
模式図９：POM@Hf12-QPDC-Irの合成経路
ポリオキソメタレート(POM) K6[P2W18O62]・14H2Oは、前述のように合成され（Zhang et al、2015を参照）、IR分光法によってキャラクタリゼーションされた。有機溶媒可溶性（Organic-soluble ）[(n-C4H9)4N]6[P2W18O62]はさらに、K6[P2W18O62]・14H2Oに基づいて前述のように合成され（Navath et al、2008を参照）、IR分光法でキャラクタリゼーションされた。模式図9に示すように、4 mLガラスバイアルに1 mL Hf12-QPDC-Ir懸濁液（DMF中のHfに基づいて1 mM）と1 mg [(n-C4H9)4N]6[P2W18O62]が加えられた。反応混合物が80℃のオーブンに24時間保持されて、POM@Hf12-QPDC-Ir (POM = [P2W18O62]6-)が得られた。オレンジ色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びエタノールで洗浄された。 TEM画像は、POM@Hf12-QPDC-IrがHf12-QPDC-Irと同様のサイズと形態を維持していることを示した。 W：Hfの比は、ICP-MSにより1.11±0.1であると決定された。
実施例６
POM@Hf12-QPDC-Ir@PEGの合成と特性評価
ステップa：前述のように、2-カルボキシエチル2-ピリジルジスルフィドが合成された。図14の上部及びHorikawa et al、2016を参照のこと。2,2'-ジピリジルジスルフィド（700 mg、3.1mmol）、3-メルカプトプロピオン酸（165 mg、1.5mmol）及び180μLのAcOHが5 mLのEtOHに懸濁された。反応混合物が室温で2時間撹拌された。粗生成物が塩基性Al2O3カラムクロマトグラフィー[DCM/EtOH（3/2 v/v）及びDCM/EtOH/AcOH（15/10/1 v/v/v）]で精製されて、無色の生成物（2-カルボキシエチル2-ピリジルジスルフィド）を得た。1H-NMR (500 HZ, DMSO-d6): δ=2.59 (t, 2H), 2.98 (t, 2H,), 7.23 (m, 1H), 7.75 (d, 1H), 7.8 (m, 1H), 8.4 (d, 1H).
ステップb：4 mLガラスバイアルに、1 mLのPOM@Hf12-QPDC-Ir懸濁液（DMF中のHfに基づいて1 mM）と、1 mgの2-カルボキシエチル2-ピリジルジスルフィドが加えられた。図14の中央を参照のこと。反応混合物が室温で2時間撹拌された。複数のHf SBUに配位するトリフルオロ酢酸を置換することにより、2-カルボキシエチル2-ピリジルジスルフィドがPOM@Hf12-QPDC-Irの表面にグラフトされた。黄色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMFで洗浄された。
ステップc：4 mLガラスバイアルに、1 mLの2-カルボキシエチル2-ピリジルジスルフィド修飾POM@Hf12-QPDC-Ir懸濁液（DMF中のHfに基づいて1 mM）と、2 mgのポリ（エチレングリコール）メチルエーテルチオール（PEG-SH）が加えられた。図14の下部を参照のこと。反応混合物が室温で24時間撹拌されて、POM@Hf12-QPDC-Ir@PEGを得た。黄色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びEtOHで洗浄された。ペグ化ナノ粒子POM@Hf12-QPDC-Ir@PEGは、静脈内注射時に長期間循環する表面特性を持つであろう。
POM, Hf6-QPDC-Ir, Hf12-QPDC-Ir 及び POM@Hf12-QPDC-Irのインビトロの抗がん効果がCT26及びMC38細胞で評価された。細胞が6ウェルプレートで一晩培養され、20μMのHf濃度又は当量のW濃度の粒子で4時間培養された後、0又は2 GyのX線（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）で照射された。48時間後、細胞がAlexaFluor 488 Annexin V /死細胞アポトーシスキット（米国カリフォルニア州カールスバッドのLife Technologies）によって染色され、フローサイトメトリーで定量された。表10及び表11に示すように、CT26及びMC38細胞の両方で、POM@Hf12-QPDC-Irは、POM, Hf6-QPDC-Ir 及び Hf12-QPDC-Irよりも後期アポトーシス細胞及び壊死細胞の割合が高く、これはPOM@Hf12-QPDC-Irによる、POM, Hf6-QPDC-Ir, 及び Hf12-QPDC-Irよりも低線量のX線照射で癌細胞を殺す高い急性効果（acute efficacy）を示す。
表１０．48時間のインキュベーション後のX線又は暗(dark)の時のPBS, POM, Hf6-QPDC-Ir, Hf12-QPDC-Ir 及び POM@Hf12-QPDC-Irで処理されたCT26細胞の割合
表１１．48時間のインキュベーション後のX線又は暗(dark)の時のPBS, POM, Hf6-QPDC-Ir, Hf12-QPDC-Ir 及び POM@Hf12-QPDC-Irで処理されたMC38細胞の割合。
POM, Hf6-QPDC-Ir, Hf12-QPDC-Ir 及び POM@Hf12-QPDC-Irのインビボでの抗がん効果の評価のため、2つの同系皮下脇腹担がんマウスモデル、CT26及びMC38が選択された。 2×106のCT26又はMC38細胞が、0日目にBALB/c又はC57Bl/6マウスの右脇腹皮下組織に注入された。腫瘍の体積が100-150 mm3に達したとき、複数のnMOF又は配位子濃度10μmol/kgの配位子が腫瘍内に注入され、続いて1Gy/画分（225 kVp、13 mA、0.3 mm-Cuフィルタ）の線量でX線が、連続した日に合計５画分で照射された。腫瘍の大きさは毎日ノギスで測定され、腫瘍の体積は（幅2×長さ）/2に等しい。22日目にすべてのマウスが屠殺され、切除した腫瘍の写真が撮影され、秤量された。図15A及び図15Bに示すように、CT26及びMC38マウスモデルの両方で、POM@Hf12-QPDC-Irは、腫瘍退縮においてHf12-QPDC-Ir, Hf6-QPDC-Ir 又は POMよりも優れていた。
実施例７
HF12-QPDC-Ir-F 及び Hf6-BPY-Ir-F
HF12-QPDC-Ir-F 及び Hf6-BPY-Ir-Fの合成と特性評価：
Me2QPDC-Ir-F:：Ir[dF(CF3)ppy]2Cl二量体[dF(CF3)ppy = 2-（2',4'-ジフルオロフェニル）-5-（トリフルオロメチル）ピリジン]及び4,4'-（[ 2,2'-ビピリジン] -5,5'-ジイル）ジ安息香酸(H2QPDC)は、前述のように合成された。Lowry et al、2005;及び Zhang et al、2016を参照のこと。以下の模式図10に示すように、Ir[dF(CF3)ppy]2Cl二量体（595 mg、0.4mmol）、H2QPDC（318 mg、0.75mmol）、メタノール（20 mL）及びクロロホルム（20 mL）が200 mL厚壁密閉チューブに添加された。チューブが密閉され、120℃で2日間加熱された。溶液は加熱下で徐々に透明になった。周囲温度まで冷却した後、溶媒が減圧下で除去され、粗生成物がカラムクロマトグラフィー（SiO2, CHCl3/MeOH、10：1から5：1）で精製されて、淡黄色の固体（570 mg、 65％）の生成物を得た。1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 10.34 (d, J = 9.0 Hz, 2 H), 8.67 (d d, J1 = 8.5 Hz, J2 = 2.5 Hz, 2 H), 8.53 (d d, J1 = 9.0 Hz, J2 = 2.5 Hz, 2 H), 8.14 (d, J = 8.0 Hz, 4 H), 8.10-8.08 (m, 4 H), 7.66 (s, 2 H), 7.42 (d, J = 8.0 Hz, 4 H), 6.70 (d d d, J1 = 10.0 Hz, J2 = 9.0 Hz, J3 = 2.5 Hz, 2 H), 5.70 (d d, J1 = 8.0 Hz, J2 = 2.5 Hz, 2 H), 3.95 (s, 6 H). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ -62.72 (s, 6 H), -100.42 (d t, J1 = 12.2 Hz, J2 = 8.5 Hz, 2 H), -105.44 (t, J = 12.2 Hz, 2 H). C50H30F10IrN4O4 +([M - Cl-]+) のHRMS (ESI-FT) m/zの計算値1133.1731、実測値: 1133.1744.
模式図１０：Me2QPDC-Ir-F配位子の合成
H2QPDC-Ir-F:：以下の模式図11に示すように、Me2QPDC-Ir-F（116mg、0.1mmol）及びTHF（10mL）が100mLフラスコに加えられた。固体が完全に溶解された後、水酸化リチウムの水溶液（10 mLの脱イオン水中、25 mgのLiOH・H2O）が攪拌しながら溶液に滴下された。溶液が周囲温度で5時間撹拌され、LC-MSにより反応の進行が追跡された。出発物質と部分加水分解生成物が完全に消費された後、pH = 1に達するまで濃HClを加えることにより溶液が酸性化された。次に、THFが減圧下で除去され、淡黄色沈殿物が形成された。固体が減圧下で濾過され、脱イオン水及びエーテルで洗浄され、最後に真空下で乾燥されて、H2QPDC-Ir-Fを微細な淡黄色粉末として得た（105 mg、92％）。1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 9.10 (d, J = 8.5 Hz, 2 H), 8.77 (d d, J1 = 8.5 Hz, J2 = 2.0 Hz, 2 H), 8.48 (d, J = 9.0 Hz, 2 H), 8.44 (d, J = 9.0 Hz, 2 H), 8.15 (d, J = 2.0 Hz, 2 H), 8.04 (d, J = 8.5 Hz, 4 H), 7.81 (s, 2 H), 7.67 (d, J = 8.5 Hz, 4 H), 7.10 (d d d, J1 = 10.0 Hz, J2 = 9.0 Hz, J3 = 2.5 Hz, 2 H), 5.89 (d d, J1 = 8.0 Hz, J2 = 2.5 Hz, 2 H). 19F NMR (470 MHz, DMSO-d6): δ -61.33 (s, 6 H), -103.44 (m, 2 H), -106.88 (t, J = 12.2 Hz, 2 H). C48H26F10IrN4O4 +([M - Cl-]+)のHRMS (ESI-FT) m/z の計算値1105.1418、実測値: 1105.1443.
模式図１１：H2QPDC-Ir-F配位子の合成
Hf12-QPDC-Ir-F nMOL:：以下の模式図12に示すように、4 mLのガラスバイアルに0.5 mLのHfCl4溶液（DMF中、2.0 mg/mL）、0.5 mLのH2QPDC-Ir-F溶液（DMF中、4 mg/mL）、2μLのトリフルオロ酢酸（TFA）、及び5μLの水が添加された。反応混合物が80℃のオーブンで24時間保持された。黄色の沈殿物が遠心分離により収集され、DMF及びエタノールで洗浄された。TEM画像は、Hf12-QPDC-Ir-F nMOLが直径100～300 nmのナノシート形態を採ることを示した。 HRTEM画像は、高速フーリエ変換（FFT）により、複数のHf12 SBUに対応する格子点が６回対称の対称性であることを明らかにし、これはHf12-QPDC-Ir-F nMOL構造の（001）方向の投影と一致した。HRTEM画像での2つの隣接する格子点間の距離は2.7 nmと測定され、これは2つの隣接するHf12 SBU間の距離に一致した。PXRDパターンは、Zr12-QPDC MOFと比較して、Hf12-QPDC-Ir-F nMOLは層構造に対応する回折ピークのみを示し、層に垂直なすべてのピークが消失したことを示し、これはHf12-QPDC-Ru MOLの場合と同様である。Hf12-QPDC-Ir-F nMOLの原子間力顕微鏡（AFM）画像は、1.7 nmの厚さを示した。これは、トリフルオロ酢酸基でキャップされたHf12クラスタのファンデルワールスサイズに非常に近いものであった。 PXRDとAFMの結果の組み合わせは、Hf12-QPDC-Ir-F nMOLの単層構造を示す。
模式図１２：Hf12-QPDC-Ir-F nMOLの合成
Hf6-BPY-Ir-F MOL:：Hf6-BPY MOLは、上記の実施例１で前述したように最初に合成された。下の模式図13に示すように、20 mLのガラスバイアルに5 mLのHf6-BPY MOL溶液（MeOH中、Hfに基づいて2 mM）、5 mLのIr[dF(CF3)ppy]2Cl二量体溶液（MeOH中2.0 mg/mL）が添加された。反応混合物が80℃のオーブンで2日間保持された。黄色の沈殿物が遠心分離により収集され、エタノールで3回洗浄された。TEM画像は、Hf6-BPY-Ir-F MOLが直径約500 nmの単層形態を採ることを示した。HRTEM画像は、高速フーリエ変換（FFT）により、複数のHf6 SBUに対応する格子点が６回対称の対称性であることを明らかにし、これはHf6-BPY-Ir-F MOL構造の（001）方向の投影と一致した。HRTEM画像での2つの隣接する格子点間の距離は2.0 nmと測定され、これは2つの隣接するHf6 SBU間の距離に一致した。 PXRDパターンは、Hf6-BPY-Ir-F MOLがHf6-BPY MOLと同じ結晶構造を採ることを示した。 Hf6-BPY-Ir-F MOLの原子間力顕微鏡（AFM）画像は、1.2 nmの厚さを示し、これはギ酸基でキャップされたHf6クラスタのファンデルワールスサイズに非常に近いものであった。 AFMの結果は、Hf6-BPY-Ir-F MOLの単層構造を確認した。
模式図１３：Hf6-BPY-Ir-F nMOLの合成
Hf12-QPDC-Ir-F 及び Hf6-BPY-Ir-F MOL Lの安定性試験：Hf12-QPDC-Ir-F 及びHf6-BPY-Ir-F MOL が6 mMリン酸緩衝液に3日間懸濁された。次に、Hf12-QPDC-Ir-F 及びHf6-BPY-Ir-F MOLが遠心分離によって収集され、PXRDパターンがテストされた。 PXRD研究では、Hf12-QPDC-Ir-F及び Hf6-BPY-Ir-F MOLが6 mMリン酸緩衝液で5日間安定であることが示された。図16を参照のこと。
マウス結腸腺癌細胞（MC38）が購入され、上記のように培養された。Hf12-QPDC-Ir-F 及び Hf6-BPY-Ir-F MOLの放射線増強及び遅延細胞死（delayed cell killing）効果を決定するために、クローン原性アッセイが実施された。細胞が6ウェルプレートに播種され、12時間培養された。 20 μMのHf濃度の粒子とともに4時間培養された後、細胞が0、1、2、4、8、及び16 Gyの線量のX線（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）で照射された。細胞がトリプシン処理され、すぐにカウントされた。 100-200個の細胞が6ウェルプレートに播種され、2 mLの培地で10-20日間培養された。細胞クローンの形成が観察されたら、培地が捨てられ、プレートがPBSで2回すすがれた。染色のために、ウェルごとに500 μLの0.5％クリスタルバイオレット（50％メタノール）が加えられた。次に、すべてのウェルが水で洗い流され、クローンが数えられた。 10％の細胞生存率（REF10値）での放射線増強因子が、クローン原性アッセイから決定された。 Hf12-QPDC-Ir-F MOL 及び Hf6-BPY-Ir-F MOLは、それぞれ2.04及び2.24の類似のREF10を持つ。
Hf12-QPDC-Ir-F MOL 及び Hf6-BPY-Ir-F MOLのインビトロでの抗がん効果が、MC38細胞でさらに評価された。細胞が6ウェルプレートで一晩培養され、20μMのHf濃度の粒子とともに4時間培養された後、0又は2 GyのX線（250 kVp、15 mA、1 mm Cuフィルタ）が照射された。 48時間後、AlexaFluor 488 Annexin V /死細胞アポトーシスキット（米国カリフォルニア州カールスバッドのLife Technologies）に従って細胞が染色され、フローサイトメトリーで定量された。表12に示すように、Hf12-QPDC-Ir-F MOLは後期アポトーシス細胞及び壊死細胞の割合がHf6-BPY-Ir-F MOLよりも大きく、これはHf12-QPDC-Ir-F MOL がHf6-BPY-Ir-F MOLよりも低線量のX線照射で癌細胞を殺す急性効果が高いことを示す。
表１２． 48時間のインキュベーション後のX線又は暗(dark)の時のPBS, H2QPDC-Ir-F, Hf6-BPY-Ir-F MOL 又は Hf12-QPDC-Ir-F MOLで処理されたMC38細胞の割合
Hf12-QPDC-Ir-F MOL, Hf6-BPY-Ir-F MOL, 及び H2QPDC-Ir-FのインビボのRT-RDT有効性の評価のために、同系皮下脇腹担がんマウスモデルMC38が選択された。2×106のMC38細胞が、0日目にBALB/c又はC57Bl/6マウスの右側腹部皮下組織に注入された。腫瘍の体積が100-150 mm3に達したとき、複数のMOL又は配位子濃度10μmol/kgの配位子が腫瘍内に注入され、続いて、0.5 Gy/画分（120 kVp、20 mA、2 mm-Cuフィルタ）の線量のX線が、連続した日に合計５画分で毎日照射された。腫瘍の大きさは毎日ノギスで測定され、腫瘍の体積は（幅2×長さ）/2に等しい。23日目にすべてのマウスを屠殺が屠殺され、切除した腫瘍の写真が撮影され、秤量された。全身毒性の分析のために、各グループの体重がモニターされた。図17に示すように、Hf12-QPDC-Ir-F MOL 及び Hf6-BPY-Ir-F MOLの両方は有効な腫瘍退縮を示し、Hf12-QPDC-Ir-F MOLはHf6-BPY-Ir-F MOLを上回った。その上、変わらない体重は、Hf12-QPDC-Ir-F MOL 及び Hf6-BPY-Ir-F MOL.の暗毒性（dark toxicity）がないことを証明した。
実施例８
Hf12-DBP-Pt nMOL
Hf12-DBP-Pt nMOLの合成と特性評価：
模式図１４．Hf12-DBP nMOLの合成
上記の模式図14に示すように、4 mLのガラスバイアルに0.5 mLのHfCl4溶液（DMF中、2.0 mg/mL）、0.5 mLのH2DBP溶液（DMF中、3.5 mg/mL）、55μLの酢酸、及び5μLの水が添加された。反応混合物が85℃のオーブンで24時間保持された。紫色の沈殿物が遠心分離によって収集され、DMF、1％トリメチルアミン/エタノール溶液、及びエタノールで洗浄された。TEM画像は、Hf12-DBP-Pt nMOLが直径約70 nmのナノプレート形態を採ることを示した。Hf12-DBP-Ptの原子間力顕微鏡（AFM）画像は1.7 nmの厚さを示し、これは、トリフルオロ酢酸基でキャップされたHf12クラスタのファンデルワールスサイズに非常に近いものであった。AFMの結果は、Hf12-DBP nMOLの単層構造を示す。
Hf12-DBP MOL, Hf12-DBP MOF 及び H2DBPのインビボでのRT-RDTの有効性を評価するために、同系皮下脇腹担がんマウスモデルCT26が選択された。2×106の CT26細胞が0日目にBALB/cマウスの右脇腹皮下組織に注入された。腫瘍の体積が100-150 mm3に達したとき、複数のnMOF/nMOL又は配位子濃度10 μmol/kgの配位子が腫瘍内に注入され、続いて100 mW/cm2の線量で7.5分間LEDランプが1回照射された。腫瘍の大きさは毎日ノギスで測定され、腫瘍の体積は（幅2×長さ）/ 2に等しい。すべてのマウスが27日目に屠殺された。各グループの体重が全身毒性の分析のためにモニターされた。図18に示すように、Hf12-DBP MOL Lは効率的な腫瘍退縮を示し、Hf12-DBP MOFを上回った。さらに、変わらない体重は、Hf12-DBP MOL 及び Hf12-DBP MOFの暗毒性がないことを証明した。
参考文献
すべての特許、特許出願及びその出版物、科学雑誌記事、及びデータベースエントリを含むがこれらに限定されない、本書に記載されているすべての参考文献は、それらが方法論、技術、及び/又は本明細書で使用される組成物のため、又はそれらを教示する、補足、説明、背景の提供の範囲内で参照により,
全体が本明細書に組み込まれる。
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本開示の主題の様々な詳細は、本開示の主題の範囲から逸脱することなく変更され得ることが理解されるであろう。更に、上述の記述は説明が目的であるにすぎず、限定は目的ではない。

Claims (11)

  1. 金属有機層（ＭＯＬ）であって、 前記ＭＯＬは、複数の金属系二次構成単位（ＳＢＵ）及び複数の有機架橋配位子の周期的繰り返しを含み、 前記複数の有機架橋配位子が、5,15-ジ（ｐ-ベンゾアート）ポルフィリン（ＤＢＰ）であり、 前記複数のＳＢＵの１又はそれ以上は、Ｘ線を吸収可能な金属イオンを含み、各ＳＢＵは、同一の前記有機架橋配位子への配位結合を介して少なくとも１つの他のＳＢＵに結合され、 前記有機架橋配位子は光増感剤であり、 前記Ｘ線を吸収可能な前記金属イオンが、Ｈｆ、ランタニド金属、Ｂａ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、及びＢｉからなる群から選択される１つの元素のイオンであり、 前記ＭＯＬが、３ｎｍ以下の厚さを有する、ＭＯＬ。
  2. 前記金属イオンはＨｆイオンである、且つ/又は、前記複数のＳＢＵの１又はそれ以上が、Ｈｆオキソクラスタを含む、請求項１に記載のＭＯＬ。
  3. 前記ＨｆオキソクラスタがＨｆ１２オキソクラスタ又はＨｆ６オキソクラスタである、請求項２に記載のＭＯＬ。
  4. 前記ＤＢＰの窒素原子が金属イオンと錯体を形成する、請求項１に記載のＭＯＬ。
  5. 前記金属イオンは白金（Pt）イオンである、請求項４に記載のＭＯＬ。
  6. 前記ＭＯＬが１．２ｎｍ～３ｎｍの厚さを有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のＭＯＬ。
  7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のＭＯＬ、及び薬学的に許容される担体を含む、医薬組成物。
  8. 疾患の治療に用いるための、請求項１に記載のＭＯＬであって、 前記治療は、前記ＭＯＬを対象に投与し、且つ、 前記対象の少なくとも一部を電離放射線エネルギー、X線に曝露することを含む、ＭＯＬ。
  9. 疾患の治療に用いるための、請求項７に記載の医薬組成物であって、 前記治療は、前記医薬組成物を対象に投与し、及び、 前記対象の少なくとも一部を電離放射線エネルギー、X線に曝露することを含む、医薬組成物。
  10. 前記疾患が、頭部腫瘍、頸部腫瘍、乳がん、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸がん、肺がん、中皮腫、軟部組織肉腫、皮膚がん、結合組織がん、脂肪がん、胃がん、肛門生殖器がん、腎臓がん、膀胱がん、結腸がん、前立腺がん、中枢神経系がん、網膜がん、血液がん、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、リンパ系がん、及び膵臓がんからなる群から選択され、且つ/又は、 前記疾患が転移性がんであり、且つ/又は、 前記治療が、免疫療法剤、及び／又は、外科手術、化学療法、毒素療法、寒冷療法及び遺伝子療法からなる群から選択されるがん治療のような、追加の治療剤又は治療を前記対象に投与することをさらに含み、且つ/又は、 前記治療が、免疫療法剤を投与することをさらに含み、前記免疫療法剤が免疫チェックポイント阻害剤である、請求項８に記載のＭＯＬ。
  11. 前記疾患が、頭部腫瘍、頸部腫瘍、乳がん、婦人科腫瘍、脳腫瘍、結腸直腸がん、肺がん、中皮腫、軟部組織肉腫、皮膚がん、結合組織がん、脂肪がん、胃がん、肛門生殖器がん、腎臓がん、膀胱がん、結腸がん、前立腺がん、中枢神経系がん、網膜がん、血液がん、神経芽細胞腫、多発性骨髄腫、リンパ系がん、及び膵臓がんからなる群から選択され、且つ／又は、 前記疾患が転移性がんであり、且つ／又は、 前記治療が、免疫療法剤、及び／又は、外科手術、化学療法、毒素療法、寒冷療法及び遺伝子療法からなる群から選択されるがん治療のような、追加の治療剤又は治療を前記対象に投与することをさらに含み、且つ／又は、 前記治療が、免疫療法剤を投与することをさらに含み、前記免疫療法剤が免疫チェックポイント阻害剤である、請求項９に記載の医薬組成物。
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