KR101830018B1 - 리포좀 나노입자에 사용하기 위한 변형된 약물 - Google Patents

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마르코 시우폴리니
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Abstract

본원에서는 리포좀 나노입자 운반체로의 로딩에 적합한 약물 유도체가 제공된다. 일부 바람직한 측면에서, 상기 유도체는 약물이 LN의 막횡단 pH 또는 이온 구배를 통해 LN 수성 내부로 능동적으로 로딩되는 것을 용이하게 하는 약염기 부분으로 유도체화된, 불량한 수용성의 약물을 포함한다. 약염기 부분은 약물이 리포좀 막의 내부 단층으로 능동적으로 로딩되는 것을 용이하게 하는 친지성 도메인을 임의로 포함할 수 있다. 유리하게는, 약물 유도체의 LN 제제는 상응하는 유리 약물에 비해 개선된 용해도, 감소된 독성, 증진된 효능 및/또는 다른 이점을 나타낸다.

Description

리포좀 나노입자에 사용하기 위한 변형된 약물 {MODIFIED DRUGS FOR USE IN LIPOSOMAL NANOPARTICLES}
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2008년 5월 23일자로 출원된 미국 가출원 제61/055,929호의 이점을 청구하며, 상기 문헌은 그 전문이 본원에 참고로 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 리포좀으로의 포획에 저항성이 있거나 리포좀으로 포획될 수 없는 약물을 화학적으로 변형시켜서 막횡단 pH 또는 이온 구배를 나타내는 리포좀 나노입자 (LN)로 효율적으로 로딩될 수 있는 유도체를 형성하는 방법에 관한 것이다. 일부 바람직한 측면에서, 상기 유도체는 LN으로부터의 방출시에 유리 약물로 쉽게 전환되는 전구약물이다. 본 발명은 또한 본 발명의 방법에 따라 제조된 약물 유도체, 이러한 유도체를 포함하는 LN 제제 및 제약 조성물, 및 이것의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
많은 기존 약물 발견 전략은 수용성이고 생체이용가능한 '약물화가능한(druggable)' 화합물을 찾는 것을 기초로 한다. 그 결과, 불량한 용해도 및 제한된 생체이용률을 갖는 새로 발견된 화합물은 종종 유망한 치료 특성을 가짐에도 불구하고 상태를 진전시키기 위한 진보가 거의 이루어지지 않는다.
약물화가능하지 않은 화합물의 한계를 극복하기 위한 노력으로 다양한 약물 제제 및 전달 방법이 개발되어 왔다. 리포좀 나노입자 (LN)는 약물의 전신 (정맥내) 투여를 위한 선구적인 약물 전달 시스템이고, 현재 수많은 리포좀 약물이 판매되며 임상 시험 중이다. LN은 일반적으로 낮은 독성을 갖고, 광범위한 범위의 유익한 제약 특성, 예컨대 개선된 혈청 반감기, 생체이용률, 투과성 등을 제공하도록 디자인될 수 있다. LN 제제는, 낮은 수용해도, 짧은 혈청 반감기, 및 정상 조직과 질환 조직 둘다에서의 무분별한 축적으로 인해 통상의 (유리) 형태로 투여되는 경우에는 효능이 제한되는 화학요법제와 함께 사용될 때 특히 성공적이었다.
장기 순환형 LN은 전형적으로 직경이 약 100 nm 이하이고, 연장된 기간 동안 혈액 순환계 중에 잔류한다. 장기 순환형 LN의 연장된 수명은 이것이 감염, 염증, 종양 성장, 및 다른 질환-관련 약물 표적의 부위 또는 그 근처에서 축적되게 한다. 이러한 축적은, 리포좀이 통과하여 치료 표적에 도달할 수 있게 하는 커다란 공극을 특징으로 하는 이들 영역의 혈관계의 국소 구조 ("누출" 혈관계라 지칭함)에 의해 용이해진다 ([Jain, Microcirculation, 4:1-23 (1997)], [Hobbs et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95:4607-4612 (1998)]). 따라서, 화학요법제 또는 다른 약물과 장기 순환형 LN과의 안정적인 결합은 치료 표적에 도달하는 약물의 양을 증가시키고 LN으로부터의 제어 (서방형) 방출을 통해 치료 수준의 약물에 대한 표적의 노출을 연장시키며 표적화되지 않은 건강한 조직에서의 축적을 감소시킬 수 있어서, 효과를 증가시키고 독성을 감소시킬 수 있다. 충실성 종양의 경우, 화학요법제의 LN 제제는 동물 모델과 임상 연구 둘다에서 치료 지수, 관용성, 효능 및 기타 특성을 크게 개선시켰다.
관심 약물에 LN 기술을 적용하기 위해서는, 해당 약물이 리포좀 운반체에 로딩될 수 있고 치료 표적에서 또는 그 근처에서 적절한 비율로 방출될 것이 요구된다. 약물을 리포좀으로 로딩하는 능력은, 약물의 화학적 특성, 리포좀 막 및 리포좀의 내부 환경에 따라 달라진다. 일반적으로, 수용성 및 지용성 약물 모두가, 수용성 약물 및 리포좀 내막 및/또는 수성 리포좀 내부를 라이닝하는 극성 인지질의 결합, 및 지용성 약물 및 지질 이중층의 결합에 따라 달라지는 수동적 로딩 기술을 이용하여 리포좀으로 로딩될 수 있다. 그러나, 많은 유용한 약물은 수동적 로딩 방법의 이용이 덜 용이한 보다 복잡한 용해도 프로파일을 갖는다.
난용성 약물을 리포좀으로 로딩하기 위한 한가지 접근법은 수동적 로딩이 용이해지도록 약물을 변형시키는 것이다. 예를 들어, 미국 특허 제6,482,850호 및 관련 출원서에 기재된 바와 같이, 탁산을 음전기성 "가수분해-촉진기" (HPG)를 함유하는 탄화수소 쇄의 부가에 의해 변형시켜 지질 이중층 중에서의 용해도가 증진된 지방산 유도체를 형성한 리포좀 제제가 개발된 바 있다. 그러나, 수동적 로딩 방법은 일반적으로 로딩 효율이 불량하며, 약물 보유성 및 방출성이 불량한 리포좀을 생성하고, 이에 따라 생성되는 제제의 유용성을 제한한다.
수동적 로딩과 관련이 있는 한계를 극복하기 위해서, 약물이 높은 효율성 및 보유성으로 로딩되도록 하는 여러가지 능동적 로딩 기술이 개발된 바 있다. 특히 효과적인 접근법은, 산성 리포좀 내부 및 리포좀 내부보다 더 높은 pH (예를 들어 중성 pH)를 갖는 외부 환경을 갖는 리포좀이 생성되도록 리포좀 막을 가로지르는 pH 구배를 형성함으로써 약염기 약물을 로딩하는 것을 포함한다 (예를 들어, [Maurer, N., Fenske, D., and Cullis, P.R. (2001) Developments in liposomal drug delivery systems. Expert Opinion in Biological Therapy 1, 923-47], [Cullis et al., Biochim Biophys Acta., 1331:187-211 (1997)], [Fenske et al., Liposomes: A practical approach. Second Edition. V. Torchilin and V. Weissig, eds., Oxford University Press, p. 167-191 (2001)]). 약염기성 약물은 2가지의 공존하는 (평형) 형태로 존재할 수 있다: 전하-중성 (막-투과성) 형태 및 대전된/양성자화된 (막 불투과성) 형태. 중성 형태의 약물은 내부 및 외부 농도가 동일할 때까지 리포좀 막을 가로질러 확산하는 경향이 있을 것이다. 그러나, 산성 내부 환경으로 인해 상기 중성 형태가 양성자화되고, 이로 인해서 그 화합물의 지속적인 흡수가 구동되어 이것이 리포좀 내부에 포획된다. 또다른 접근법은 금속 이온 구배의 사용을 포함한다 (예를 들어, [Cheung BC, Sun TH, Leenhouts JM, Cullis PR: Loading of doxorubicin into liposomes by forming Mn2 +-drug complexes. Biochim Biophys Acta (1998) 1414:205-216]). 금속 이온 농도는 리포좀 내부에서 높고, 외부 환경에는 금속 이온이 없다. 이러한 로딩 방법은 pH 구배 기술과 동일한 기본 원리를 기초로 한다. 약염기 약물의 중성 형태는 막을 가로질러 투과될 수 있고, 약물-금속 이온 복합체의 형성을 통해 리포좀의 수성 내부에 보유된다. 이 경우, 약물-금속 이온 복합체의 형성은 약물의 지속적인 흡수를 구동한다.
일부 항암 및 항-미생물 약물, 예컨대 빈크리스틴, 비노렐빈, 독소루비신, 시프로플록사신 및 노르플록사신은 pH 구배 능동적 로딩 기술을 이용하여 LN으로 쉽게 로딩될 수 있고 안정적으로 보유될 수 있다 (예를 들어, [Drummond et al., Pharmacol. Rev., 51:691-743 (1999)], [Cullis et al., Biochim Biophys Acta., 1331:187-211 (1997)], [Semple et al., J. Pharm. Sci., 94(5):1024-38 (2005)]). 그러나, 수많은 임상적으로 중요한 약물은 약염기가 아니어서 이러한 능동적 로딩 기술에 적용되지 못한다 (예를 들어, [Soepenberg et al., European J. Cancer, 40:681-688 (2004)]). 예를 들어, 많은 항암 약물, 예컨대 특정 탁산-기재의 약물 (예를 들어 파클리탁셀 및 도세탁셀), 및 포도필로톡신 유도체 (예를 들어 에토포시드)는 표준 방법을 이용해서는 LN으로 쉽게 제제화될 수 없다.
탁소테레(Taxotere)® (도세탁셀) 및 탁솔(Taxol)® (파클리탁셀)은 시장에서 가장 광범위하게 처방되는 항암 약물이고, 고도로 가변적인 약력학 (도세탁셀) 및 비-선형 약력학 (파클리탁셀), 제제화 비히클 (크레모포르 EL(Cremophor EL), 트윈 80(Tween 80))과 관련이 있는 심각한 과민 반응 및 용량-제한 골수억제 및 신경독성을 비롯한 수많은 약리학적 및 독물학적 문제가 있다. 탁소테레®의 경우, 약력학에 있어서의 심한 변동성은 독성 및 효능에서의 유의한 변동 및 또한 미결합 약물에 대한 전신 노출과 상관관계가 있는 혈액계 독성을 야기한다. 추가로, 탁산의 치료 활성은 종양 세포 약물 노출의 기간에 따라 증가하기 때문에, 시판되는 탁산 제제의 용량-제한 독성은 실질적으로 그의 치료 잠재력을 제한한다.
따라서, 당업계에는 광범위하게 다양한 약물을 LN으로 제제화될 수 있게 하여 리포좀 전달 기술의 이점을 실현할 수 있는 전략이 요구된다.
요약
한 측면에서, 하기 화학식 I의 약물 유도체가 제공된다:
<화학식 I>
Figure 112016089304454-pat00001
상기 식에서,
D는 약물이고,
n는 1, 2 또는 3이며,
Z는 하기 화학식 II의 리포좀 가용화 단위이고;
<화학식 II>
Figure 112016089304454-pat00002
여기서,
[L]은 카르복시, 카르복시아미도 및 알킬 실릴로 구성된 군으로부터 선택된 링커이고,
[S]는
C1-C10알킬, C2-C10알케닐 및 C2-C10알키닐
(각각은 할로, C1-C10알킬, 시클로알킬 및 -YR2로 구성된 군으로부터 선택된 1개 이상의 치환기로 임의로 치환되고,
이때,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨),
-YR2로 1회 이상 임의로 치환된 C1-C10헤테로알킬
(이때,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨), 및
시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴
(각각은 할로로 임의로 치환됨)
로 구성된 군으로부터 선택된 스페이서이며,
[N]은 하기 화학식 III의 가용화 도메인이고,
<화학식 III>
Figure 112016089304454-pat00003
이때,
R 및 R'는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 양성자화가능한 질소-함유 헤테로시클릭 시스템으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R과 R'가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
일부 측면에서, [N]은 pKa가 약 5.5 이상이다.
추가의 측면에서, [N]은 pKa가 약 12.0 이하이다.
일부 측면에서, 약물 유도체는 수성 내부를 갖는 리포좀 나노입자로 능동적으로 로딩시키기에 적합하다.
추가의 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자의 수성 내부로 능동적으로 로딩시키기에 적합하다. 일부 측면에서, 리포좀 나노입자의 수성 내부는 외부 매질에 비해 산성인 pH를 갖는다. 추가의 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자의 수성 내부에서 양성자화된다.
다른 측면에서, 약물 유도체는 능동적으로 로딩시키기에 적합하여 약물 유도체가 리포좀 나노입자 막 내에 보유되거나 리포좀 나노입자 막과 안정적으로 결합된다. 이러한 측면의 일부에서, [N]은 하기 화학식 IVa 또는 IVb의 기로부터 선택된다:
<화학식 IVa>
Figure 112016089304454-pat00004
<화학식 IVb>
Figure 112016089304454-pat00005
상기 식에서,
A는 카르보닐, 메틸렌 및 NR-C=O (여기서, R은 H 또는 C1-C5알킬임)로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1 및 R2는 선형 또는 분지형 C1-C30알킬, C2-C30알케닐 및 C2-C30알키닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되며,
R3 및 R4는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R3과 R4가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본원에서는 본원에서 제공되는 약물 유도체의 리포좀 나노입자 제제가 제공된다. 일부 측면에서, 리포좀 나노입자 제제는 약물 유도체를 수성 내부를 갖는 리포좀 나노입자로 능동적으로 로딩시켜 형성된다.
추가의 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자의 수성 내부 내에 보유된다. 일부 측면에서, 리포좀 나노입자의 수성 내부는 외부 매질에 비해 산성인 pH를 갖는다. 추가의 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자의 수성 내부에서 양성자화된다.
추가의 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자 막 내에 보유되거나 리포좀 나노입자 막과 안정적으로 결합된다. 추가의 측면에서, [N]은 하기 화학식 IVa 또는 IVb의 기이다:
<화학식 IVa>
Figure 112016089304454-pat00006
<화학식 IVb>
Figure 112016089304454-pat00007
상기 식에서,
A는 카르보닐, 메틸렌 및 NR-C=O (여기서, R은 H 또는 C1-C5알킬임)로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1 및 R2는 선형 또는 분지형 C1-C30알킬, C2-C30알케닐 및 C2-C30알키닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되며,
R3 및 R4는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R3과 R4가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
또다른 측면에서, 본원에서는 본원에서 제공되는 약물 유도체의 리포좀 나노입자 제제 및 제약상 허용가능한 부형제를 포함하는 제약 조성물이 제공된다.
추가의 측면에서, 본원에서는 하기 화학식 II의 리포좀 가용화 단위 (Z)를 약물에 접합시키는 것을 포함하는, LN으로의 약물 로딩이 용이해지도록 약물을 변형시키는 방법이 제공된다:
<화학식 II>
Figure 112016089304454-pat00008
상기 식에서,
[L]은 카르복시, 카르복시아미도 및 알킬 실릴로 구성된 군으로부터 선택된 링커이고,
[S]는
C1-C10알킬, C2-C10알케닐 및 C2-C10알키닐
(각각은 할로, C1-C10알킬, 시클로알킬 및 -YR2로 구성된 군으로부터 선택된 1개 이상의 치환기로 임의로 치환되고,
여기서,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨),
-YR2로 1회 이상 임의로 치환된 C1-C10헤테로알킬
(여기서,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨), 및
시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴
(각각은 할로로 임의로 치환됨)
로 구성된 군으로부터 선택된 스페이서이며,
[N]은 하기 화학식 III의 가용화 도메인이고;
<화학식 III>
Figure 112016089304454-pat00009
여기서,
R 및 R'는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 양성자화가능한 질소-함유 헤테로시클릭 시스템으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R과 R'가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
추가의 측면에서, 본원에서는 하기 화학식 II의 리포좀 가용화 단위 (Z)를 약물에 접합시켜서 약물 유도체를 형성하는 단계, 및 상기 약물 유도체를 수성 내부를 갖는 리포좀 나노입자로 능동적으로 로딩시키는 단계를 포함하는, 약물을 리포좀 나노입자로 로딩시키는 방법이 제공된다:
<화학식 II>
Figure 112016089304454-pat00010
상기 식에서,
[L]은 카르복시, 카르복시아미도 및 알킬 실릴로 구성된 군으로부터 선택된 링커이고,
[S]는
C1-C10알킬, C2-C10알케닐 및 C2-C10알키닐
(각각은 할로, C1-C10알킬, 시클로알킬 및 -YR2로 구성된 군으로부터 선택된 1개 이상의 치환기로 임의로 치환되고,
여기서,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨),
-YR2로 1회 이상 임의로 치환된 C1-C10헤테로알킬
(여기서,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨), 및
시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴
(각각은 할로로 임의로 치환됨)
로 구성된 군으로부터 선택된 스페이서이며,
[N]은 하기 화학식 III의 가용화 도메인이고,
<화학식 III>
Figure 112016089304454-pat00011
여기서,
R 및 R'는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 양성자화가능한 질소-함유 헤테로시클릭 시스템으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R과 R'가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
일부 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자의 수성 내부로 능동적으로 로딩된다. 추가의 측면에서, 리포좀 나노입자의 수성 내부는 외부 매질에 비해 산성인 pH를 갖는다. 추가의 측면에서, 약물 유도체는 리포좀 나노입자의 수성 내부에서 양성자화된다.
일부 측면에서, 약물 유도체는 능동적으로 로딩되어 리포좀 나노입자 막 내에 보유되거나 리포좀 나노입자 막과 안정적으로 결합된다. 추가의 측면에서, [N]은 하기 화학식 IVa 또는 IVb의 기이다:
<화학식 IVa>
Figure 112016089304454-pat00012
<화학식 IVb>
Figure 112016089304454-pat00013
상기 식에서,
A는 카르보닐, 메틸렌 및 NR-C=O (여기서, R은 H 또는 C1-C5알킬임)로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1 및 R2는 선형 또는 분지형 C1-C30알킬, C2-C30알케닐 및 C2-C30알키닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되며,
R3 및 R4는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R3과 R4가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
또다른 측면에서, 유효량의 본원에 기재된 제약 조성물을 질환 또는 상태의 치료가 필요한 환자에게 투여하는 것을 포함하는, 질환 또는 상태의 치료 방법이 제공된다.
도 1. pH 7.4 수성 완충제 및 인산염-완충된 마우스 혈장 (pH 7.4) 중 37℃에서 전구약물 가수분해의 역학.
도 2. LN으로의 도세탁셀 유도체의 로딩. 상기 유도체는 LN 내의 300 mM 황산암모늄 및 pH 5로 완충된 외부 황산암모늄-무함유 매질에 의해 형성된 pH (암모늄 이온) 구배를 통해 60℃에서의 인큐베이션에 의해 DSPC/Chol LN으로 로딩되었다. (A) 도세탁셀 전구약물 TD1의 로딩 효율 (전구약물/지질 비율 0.1 wt/wt (■), 0.2 wt/wt (◆) 및 0.4 wt/wt (▲)). (B) DSPC/Chol LN과 인큐베이션한 도세탁셀의 C-2'-피페라지닐 에스테르 (TD1 내지 TD3), C-2'-피페리딘 에스테르 (TD7) 및 C-7-아미노 에스테르 (TD10) 유도체의 로딩 효율 (전구약물/지질 비율 0.2 wt/wt).
도 3. LN으로의 프레드니손 유도체의 로딩. 상기 유도체는 LN 내의 300 mM 황산암모늄 및 pH 5로 완충된 외부 황산암모늄-무함유 매질에 의해 형성된 pH (암모늄 이온) 구배를 통해 60℃에서 DSPC/Chol LN으로 로딩되었다. (A) 모 약물 (■)에 대한 프레드니손의 N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르 유도체 (◆)의 로딩 효율 (약물/지질 비율 0.12 wt/wt). 프레드니손 유도체는 자발적으로는 LN 이중층으로 분배되지 않았기 때문에, 황산암모늄 (pH) 구배 없이는 LN 운반체와 결합된 유도체의 양이 측정가능하지 않았다. (B) 60℃에서 15분 동안의 인큐베이션 후, 다양한 길이의 링커를 갖는 프레드니손 유도체의 로딩 효율: N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르 (B) 및 N-메틸-피페라지닐 아세트산 에스테르 (E) 유도체의 비교. N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르 유도체는 100％ 로딩 효율을 나타낸 반면, N-메틸-피페라지닐 아세트산 에스테르 유도체는 약 75％ 로딩 효율을 나타냈다.
도 4. LN으로의 에토포시드 유도체의 로딩. N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르 유도체는 LN 내의 300 mM 황산암모늄 및 pH 5로 완충된 외부 황산암모늄-무함유 매질에 의해 형성된 pH (암모늄 이온) 구배를 통해 60℃에서 DMPC/Chol LN으로 로딩되었다. 상기 유도체는 약물/지질 비율 0.16 wt/wt에서 60℃에서 15분 동안의 인큐베이션시에 100％ 로딩 효율을 나타냈다.
도 5. 제제 안정성. 상이한 지질 조성 (DSPC/Chol, DPPC/Chol 및 DMPC/Chol)을 갖는 LN-도세탁셀 유도체 제제의 안정성을 저온 저장 (7℃) 상태로 4개월의 기간에 걸쳐 조사하였다. 상기 제제의 전구약물/지질 비율은 0.2 wt/wt였다. (A) 전구약물 가수분해: 모 약물 (도세탁셀)의 증가가 UHPLC로 결정되었다. (B) LN 내에 보유된 전구약물의 비율(％). (C) 동적 광 산란으로 결정한 LN 크기 및 다분산성.
도 6. 마우스에서의 i.v. 투여 후 탁소테레™ (▲), 탁소테레™와 동일한 방식으로 제제화된 TD1 (에탄올/폴리소르베이트 80/생리 염수) (■) 및 TD1의 DSPC/Chol LN 제제 (전구약물/지질 비율 0.2 (wt/wt)) (◆)의 혈장 제거 프로파일. 암컷 스위스 웹스터(Swiss Webster) 마우스에게 다양한 제제의 단일 용량을 도세탁셀 동몰 용량 (도세탁셀 20 mg/kg)으로 하여 정맥내 주사하였다. 혈장 중 전구약물 수준을 UHPLC-MS로 결정하였다. 데이타 점은 각 군의 마우스 (n = 4)로부터의 평균 값±표준 편차를 나타낸다.
도 7. 혈장 약물 보유 프로파일. DSPC/Chol (◆), DPPC/Chol (■) 및 DMPC/Chol (▲) LN 제제 중 도세탁셀 유도체 TD1의 보유율을 시험관내 (A) 및 생체내 (B)에서 결정하였다. DSPC/Chol LN 중 TD1의 시험관내 보유율을 마우스 혈장에서 동일한 약물/지질 비율로 DSPC/Chol LN 내에 제제화된 다른 도세탁셀 유도체 (TD2, TD3 및 TD7)와 비교하였다 (C). 미량의 방사성표지된 지질 [3H]-CHE를 함유하는 LN 제제를 암컷 스위스 웹스터 마우스에게 도세탁셀 20 mg/kg과 동등한 용량으로 정맥내 주사하거나 마우스 혈장 중에 37℃에서 시험관내 인큐베이션하였다. 표시한 시점에 채취한 혈장 샘플을 지질 및 전구약물 함량에 대하여 각각 액체 섬광 계수 및 UHPLC로 분석하였다. 시험관내 보유 연구의 경우, 포획되지 않은 (방출된) 약물을 세파덱스 G50(Sephadex G50) 스핀 컬럼을 사용한 크기 배제 크로마토그래피를 통해 혈장 샘플로부터 제거한 후에 지질 및 약물 함량의 분석을 실시하였다. 데이타 점은 평균±표준 편차를 나타낸다 (n = 4).
도 8. 항암 효능. Rag2M 마우스에서 탁소테레™ 및 LN-포획된 TD1 처치에 대한 피하 MDA435/LCC6 인간 유방 암종 이종이식편의 반응. (A) 다양한 LN 제제를 처치하여 효능에 대한 지질 조성의 효과를 결정하였다. LN 제제 (전구약물/지질 비율 0.2 wt/wt)는 DSPC/Chol (■), DPPC/Chol (▲) 및 DMPC/Chol
Figure 112016089304454-pat00014
로 구성되었고, 도세탁셀 40 mg/kg과 동등한 용량으로 투여하였다. 미처치 대조군에게는 염수 주사 (◆)를 실시하였다. (B) 도세탁셀 25 (x), 40
Figure 112016089304454-pat00015
및 88 (▲) mg/kg과 동등한 용량으로 투여한 DSPC/Chol LN 제제 (전구약물/지질 비율 0.2 wt/wt)에 대한 용량-반응. 미처치 대조군에게는 염수 주사 (◆)를 실시하였다. 비교를 위해서 도세탁셀 25 mg/kg의 탁소테레™ (■)를 포함시켰다. (C) 탁소테레™ 및 88 mg/kg DSPC/Chol LN 제제의 비교. 종양 성장 곡선을 표준 편차와 함께 나타냈다. 처치는 제35일에 단일 i.v. 볼루스(bolus) 주사로 시작하였다. 점은 상대적인 종양 부피 (주어진 시점에서 측정한 종양 부피/처치일에 측정한 종양 부피의 비율)의 평균을 나타낸다. 군 1개 당 6마리 마우스에 대한 평균 값을 제시하였다.
도 9. A431 종양을 갖는 SCID 마우스에서 i.v. 주사된, 유리 빈크리스틴 (VCR) (2 mg/kg) 및 100 nm 난 스핑고마이엘린/콜레스테롤 LN 내에 포획된 빈크리스틴 (2 mg/kg)의 생체내 역학 및 항암 활성. (8A) 혈액 혈장 중 유리 VCR (□) 및 LN-제제화된 VCR (●)의 시간 경과에 따른 농도 프로파일. 유리 VCR은 순환계로부터 신속하게 제거되는 반면, LN-제제화된 VCR은 연장된 순환 반감기를 갖는다. (8B) LN 제제로부터 유리 VCR (●)의 시간 경과에 따른 방출 (보유율(％)). LN-제제화된 VCR은 순환계에서 서방형 방출 프로파일을 나타낸다. (8C) 유리 VCR (□) 및 LN-제제화된 VCR (●)의 투여 후 VCR의 시간 경과에 따른 종양 농도 (㎍/mL). LN-제제화된 VCR의 연장된 반감기 및 서방형 방출 프로파일로 인해, VCR의 종양 축적이 시간 경과에 따라 증가하였다. (8D) 염수 대조군 (■)과 비교한, 유리 VCR (□) 및 LN-제제화된 VCR (●)의 항암 활성. LN-제제화된 VCR은 유리 화합물보다 유의하게 더 높은 항암 활성을 가졌다. 나노-리포좀 제제는 종양 성장 부위에 도달하는 약물의 양을 증가시키고 치료 활성 수준의 약물에 노출되는 기간을 연장시켜서 항-종양 활성을 증가시킨다.
도 10. 약물에 위치한 히드록실기의 에스테르화를 기초로 하는, 약염기 약물 유도체의 합성에 이용된 화학 전략의 예시적 개략도.
상세한 설명
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "리포좀" 또는 "리포좀 나노입자" 또는 "LN"은 1개 이상의 지질 이중층을 포함하고, 이것 각각이 반대로 배향된 양친매성 지질 분자를 함유하는 2개의 단층을 포함하는 자가-조립 구조체를 지칭한다. 양친매성 지질은 1개 또는 2개 이상의 비-극성 (소수성) 아실 또는 알킬 쇄에 공유결합으로 연결된 극성 (친수성) 헤드기(headgroup)를 포함한다. 소수성 아실 쇄와 주변의 수성 매질 사이의 에너지면에서 유리하지 않은 접촉은, 양친매성 지질 분자가 극성 헤드기는 이중층의 표면을 향해 배향되고 아실 쇄는 이중층의 내부를 향해 배향되도록 스스로를 배열하게 유도함으로써 아실 쇄를 수성 환경과의 접촉으로부터 효과적으로 차폐시킨다.
본원에 기재된 방법 및 조성물과 관련하여 유용한 리포좀은 수성 구획을 둘러싸거나 포획하는 단일 지질 이중층 (단층상 리포좀) 또는 다중 지질 이중층 (다층상 리포좀)을 가질 수 있다. 다양한 유형의 리포좀이 예를 들어 문헌 [Cullis et al., Biochim. Biophys Acta, 559:399-420 (1987)]에 기재되어 있다.
양친매성 지질은 전형적으로 리포좀 지질 소포의 주요 구조적 요소를 포함한다. 지질의 친수성 특징은 포스페이토, 카르복실, 술페이토, 아미노, 술피드릴, 니트로, 및 기타 유사한 극성 기의 존재로 인한다. 소수성은 1개 이상의 방향족, 지환족 또는 헤테로시클릭 기(들)로 치환될 수 있는 장쇄 포화 및 불포화 지방족 탄화수소기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 기를 포함시켜서 부여될 수 있다. 바람직한 양친매성 화합물의 예는 포스포글리세리드 및 스핑고지질이며, 이것의 대표적인 예는 포스파티딜콜린, 포스파티딜에탄올아민, 포스파티딜세린, 포스파티딜이노시톨, 포스파티드산, 포스파티딜글리세롤, 팔미토일올레오일 포스파티딜콜린, 리소포스파티딜콜린, 리소포스파티딜에탄올아민, 디미리스토일포스파티딜콜린 (DMPC), 디팔미토일포스파티딜콜린 (DPPC), 디올레오일포스파티딜콜린, 디스테아로일포스파티딜콜린 (DSPC), 디리놀레오일포스파티딜콜린 및 난 스핑고마이엘린을 포함한다. 다른 지질, 예컨대 스핑고지질 및 글리코스핑고지질 역시 본원에서 제공되는 방법 및 조성물에 유용하다. 추가로, 상기 기재된 양친매성 지질은 다른 지질, 예컨대 트리아실글리세롤 및 스테롤과 혼합될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "C1-10-알킬"은 가장 긴 쇄가 1개 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 포화 탄화수소 쇄, 예컨대 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, 이소펜틸,네오펜틸, 헥실 등을 지칭한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "C2-10-알케닐"은 2개 내지 10개의 탄소 원자를 갖고 1개 이상의 이중 결합을 함유하는 선형 또는 분지형 탄화수소기를 의미한다. C2 -10-알케닐기의 비-제한적인 예는 알릴, 호모-알릴, 비닐, 크로틸, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐, 헵테닐, 옥테닐 등을 포함한다. 1개 초과의 이중 결합을 갖는 C2-10-알케닐기의 비-제한적인 예는 부타디에닐, 펜타디에닐, 헥사디에닐, 헵타디에닐, 헵타트리에닐, 옥타트리에닐 등의 기 및 또한 이것들의 분지 형태를 포함한다. 불포화 (이중 결합)의 위치는 탄소 쇄에서의 임의의 위치일 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "C2-10-알키닐"은 2개 내지 8개의 탄소 원자를 함유하고 1개 이상의 삼중 결합을 함유하는 선형 또는 분지형 탄화수소기를 지칭한다. C2-10-알키닐의 비-제한적인 예는 에티닐, 프로피닐, 부티닐, 펜티닐, 헥시닐, 헵티닐, 옥티닐 등의 기 및 또한 이것들의 분지 형태를 포함한다. 불포화 (삼중 결합)의 위치는 탄소 쇄에서의 임의의 위치일 수 있다. "C2 -10-알키닐"이 디-인 또는 엔디-인이도록 1개 초과의 결합이 불포화일 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "헤테로알킬"은 O, S 및 N으로부터 선택된 1개 이상, 바람직하게는 1개 또는 2개의 헤테로원자를 함유하는 알칸기를 나타낸다. 이러한 헤테로원자가 존재하는 경우, 이것들은 O, S, N 및 Si로부터 선택된 헤테로원자, 또는 할로로 임의로 치환된 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기에 의해 임의로 추가로 치환된다. 비-제한적인 예는 (1개 이상의) 에테르, 티오에테르, 에스테르 및 아미드 기를 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "아릴" 및 "시클로알킬"은 5개 내지 12개의 탄소 원자를 포함하는 모노시클릭 및 바이시클릭 고리 구조, 바람직하게는 5개 또는 6개의 탄소 원자를 포함하는 모노시클릭 고리를 지칭한다. 이러한 고리가 N, S 및 O로부터 선택된 1개 이상의 헤테로원자를 포함하는 경우 (즉, 헤테로시클릭 또는 헤테로아릴 고리), 이러한 고리는 총 5개 내지 12개의 원자, 더욱 바람직하게는 5개 또는 6개의 원자를 포함한다. 헤테로시클릭 고리는 푸릴, 피롤릴, 피라졸릴, 티에닐, 이미다졸릴, 인돌릴, 벤조푸라닐, 벤조티오페닐, 인다졸릴, 벤조이미다졸릴, 벤조티아졸릴, 이속사졸릴, 옥사졸릴, 티아졸릴, 이소티아졸릴, 피리딜, 피페리디닐, 피페라지닐, 피리다지닐, 피리미디닐, 피라지닐, 모르폴리닐, 옥사디아졸릴, 티아디아졸릴, 이미다졸리닐, 이미다졸리디닐 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 상기 고리는 O, S 및 N으로부터 선택된 1개 이상의 헤테로원자로 치환될 수 있다. 이러한 헤테로원자가 존재하는 경우, 이것들은 O, S, N 및 Si로부터 선택된 헤테로원자, 또는 할로로 임의로 치환된 알킬, 알케닐, 알키닐, 시클로알킬, 아릴 또는 헤테로아릴 기에 의해 임의로 추가로 치환된다.
치환기 C1- 10알킬, C2- 10알케닐, C2- 10알키닐, C1- 10알콕시, C1- 10헤테로알킬, C1- 10아미노알킬, C1- 10할로알킬 및/또는 C1- 10알콕시카르보닐이 존재하는 경우, 이것들은 1개 이상의 히드록실, C1- 6알콕시, 할로겐, 시아노, 아미노 또는 니트로로 치환될 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "할로겐" 또는 "할로"는 염소, 불소 (바람직함) 및 요오드 및 브롬을 포함한다.
본 발명은 일반적으로 리포좀 나노입자 (LN)로의 약물 로딩이 용이해지도록 약물을 변형시키기 위한 의약 화학 플랫폼에 관한 것이다. 일부 바람직한 측면에서, 표준 기술로는 리포좀으로의 포획에 저항성이 있거나 리포좀으로 포획될 수 없는 친지성/수불용성 약물을 변형시켜서 리포좀 막을 가로지르는 pH 구배를 나타내는 LN으로 효율적으로 로딩될 수 있는 약물 유도체를 형성한다. 본 발명의 다양한 측면이 화학요법제와 관련하여 기재되어 있으나, 본원에서 제공되는 방법 및 조성물은 암, 염증성 상태, 감염성 질환 및 기타 적응증의 치료용으로 확립된 화학요법제 및 약물을 포함하지만 이에 제한되지 않는, 리포좀 전달이 유익한 임의의 약물 또는 치료제와 함께 사용될 수 있는 유연성있는 기술 플랫폼을 나타낸다.
또한, 본원에서는 막횡단 pH 또는 이온 구배를 나타내는 LN으로 효율적으로 로딩될 수 있는 약물 유도체 및 또한 이러한 약물 유도체를 포함하는 LN 제제 및 제약 조성물이 제공된다. 다양한 실시양태에서, 약물 유도체는 리포좀으로 효율적으로 로딩되는 것을 저해하는 하나 이상의 특성, 예컨대 불량한 수용해도 (이에 제한되지 않음)를 갖는 공지의 약물을 화학적으로 변형시켜 제조된다. 일부 바람직한 실시양태에서, 상기 약물은 화학요법제이다.
일부 측면에서, 본원에서 제공되는 약물 유도체는 유도체화된 약물이 LN으로 로딩되는 것을 용이하게 하는 하나 이상의 특징을 보유하는 "가용화 단위"로 약물을 유도체화하여 형성된다. 다양한 측면에서, 가용화 단위는 유도체화된 약물이 LN으로 효율적으로 로딩되고/되거나 치료 표적에서 또는 그 근처에서 바람직한 조건하에 약물이 LN으로부터 효율적으로 방출되는 것이 용이해지도록 생리화학적으로 조절된다.
일부 바람직한 측면에서, 가용화 단위는 막횡단 pH 또는 이온 구배의 존재하에서 약물 유도체가 LN으로 능동적으로 로딩되는 것을 용이하게 하는 약염기성 아미노기를 포함한다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "약염기 유도체"는 본원에서 제공되는 방법에 따라 변형되어 약염기성 부분, 예컨대 1급, 2급 또는 3급 아민을 함유하는 약물을 지칭한다.
일부 측면에서, 약염기 부분은 이온화가능한 아미노기, 예컨대 N-메틸-피페라지노기, 모르폴리노기, 피페리디노기, 비스-피페리디노기 또는 디메틸아미노기이다. 약염기 약물 유도체의 합성을 위한 변형기의 예는 N-메틸-피페라지노 (예를 들어 항암 약물 글리벡(Glivec)®에서와 같음), 비스-피페라지노, 비스-피페리디노 (예를 들어 항암 약물 이리노테칸에서와 같음), 피페리디노, 모르폴리노, 디메틸아미노, 아미노메틸 (글리신), 아미노에틸 (알라닌) 및 아미노부티릴 기 및 양성자화가능한 아민기를 갖는 지질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일부 측면에서, 약염기성 아미노기는 하기로 구성된 군으로부터 선택된다:
Figure 112016089304454-pat00016
(여기서, n은 1 내지 약 10, 더욱 바람직하게는 1 내지 4임).
일부 측면에서, 가용화 단위는 이것이 유도체화의 표적이 되는 약물에 부착되는 것을 용이하게 하는 링커 단위를 추가로 포함한다. 일부 측면에서, 링커는 약물에 존재하는 유리 OH기와 반응하여 카르복실에스테르 연결부를 형성하는 반응성 카르보닐기 (예를 들어 카르복실산 부분)를 포함한다. 추가의 측면에서, 링커는 약물에 존재하는 유리 OH기와 반응하여 실릴 에테르 연결부를 형성하는 디알킬실릴기를 포함한다. 다른 측면에서, 링커는 카르바메이트기를 포함한다.
다양한 측면에서, 하기 구조식의 약물 유도체가 제공된다:
Figure 112016089304454-pat00017
(여기서, Z는 가용화 단위이고, D는 약물이며, n은 1, 2 또는 3임).
일부 측면에서, Z는 하기 화학식 II의 기를 포함한다:
<화학식 II>
Figure 112016089304454-pat00018
상기 식에서,
물결선은 화학식 IIA를 약물 중의 반응성 기, 예컨대 유리 O 원자에 연결하는 결합을 나타내고,
[L]은 카르복시, 카르복시아미도 및 알킬 실릴로 구성된 군으로부터 선택된 링커이고,
[S]는
C1-C10알킬, C2-C10알케닐 및 C2-C10알키닐
(각각은 할로, C1-C10알킬, 시클로알킬 및 -YR2로 구성된 군으로부터 선택된 1개 이상의 치환기로 임의로 치환되고,
여기서,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨),
-YR2로 1회 이상 임의로 치환된 C1-C10헤테로알킬
(여기서,
Y는 N, O, S 및 Si로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자이며,
R2는 H; N, O 및 S로 구성된 군으로부터 선택된 헤테로원자; C1-C10알킬; 및 시클로알킬 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 선택됨), 및
시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴
(각각은 할로로 임의로 치환됨)
로 구성된 군으로부터 선택된 스페이서이며,
[N]은 약물 유도체가 막횡단 pH 또는 이온 구배를 나타내는 LN으로 로딩되는 것을 용이하게 하는 약염기성 기를 포함하는 가용화 도메인으로, 하기 화학식 III를 갖는다:
<화학식 III>
Figure 112016089304454-pat00019
여기서,
R 및 R'는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 양성자화가능한 질소-함유 헤테로시클릭 시스템으로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R과 R'가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
다양한 측면에서, 가용화 단위는 LN 내 특정 위치로 약물 유도체가 능동적으로 로딩되는 것이 용이해지도록 조절된다. 예를 들어, 일부 측면에서, 약물은 LN 수성 내부로의 약물 유도체의 능동적 로딩을 용이하게 하는 가용화 단위로 유도체화된다. 아민기의 부가는 수용해도 개선을 위한 통상의 약물 변형 전략이고 (예를 들어, [Capdeville et al., Nature Reviews Drug Discovery, 1:493-502 (2002)], [Pizzolato and Saltz, Lancet, 361:2235-2242 (2003)]), 가역적 약물 접합체 (예를 들어 효소 작용에 의해 생체내 제거되는 기)를 포함하는 아민 약물 유도체를 제조하는 다양한 방법이 당업계에 공지되어 있다. 수용해도가 개선된 아민-변형된 약물의 비-제한적인 예는 항암제인 글리벡 (N-메틸-피페라진), 이리노테칸 (비스-피페리딘) 및 토포테칸 (에틸디메틸아미노기)을 포함한다.
다른 측면에서, 약물은 약물 유도체의 능동적 로딩을 용이하게 하는 지질-가용화 단위로 유도체화되어 상기 유도체가 리포좀 막 내에 보유되거나 리포좀 막과 안정적으로 결합된다. 일부 측면에서, 지질-가용화 단위는 약염기성 기 및 친지성 기를 포함한다. 친지성 기는 LN으로의 약물의 능동적 로딩, LN 내 약물의 안정성, 및/또는 치료 표적에서 또는 그 근처에서의 약물 방출이 용이해지도록 선택될 수 있다. 일부 측면에서, 친지성 기는 리포좀 막과 유사하거나 상보적인 지질 조성을 갖는다. 일부 이러한 측면에서, 지질-가용화 단위는 하기 화학식 IVa 또는 IVb의 기로부터 선택된다:
<화학식 IVa>
Figure 112016089304454-pat00020
<화학식 IVb>
Figure 112016089304454-pat00021
상기 식에서,
A는 카르보닐, 메틸렌 및 NR-C=O (여기서, R은 H 또는 C1-C5알킬임)로 구성된 군으로부터 선택되고,
R1 및 R2는 선형 또는 분지형 C1-C30알킬, C2-C30알케닐 및 C2-C30알키닐로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되며,
R3 및 R4는 H; C1-C10알킬, C2-C10알케닐, C2-C10알키닐 (각각은 할로로 임의로 치환됨); 및 시클로알킬, 헤테로시클릴, 아릴 및 헤테로아릴 (각각은 할로로 임의로 치환됨)로 구성된 군으로부터 독립적으로 선택되거나, 또는
R3과 R4가 이것들이 부착된 질소 원자와 함께 4개 또는 5개의 탄소 원자를 갖는 헤테로시클릭 고리를 형성하고, 이것은 고리 시스템 내에 다중 고리 중 하나를 포함할 수 있다.
약염기 유도체는, 리포좀 막을 가로지르는 pH 구배 (내부가 산성임)를 제공하고 리포좀을 포획될 약물과 함께 인큐베이션함으로써 LN으로 로딩될 수 있다. pH에 따라서, 약염기 유도체는 대전된 (양성화된) 형태 (예를 들어, pH가 pKa 미만인 곳) 또는 중성 형태 (예를 들어, pH가 pKa 이상인 곳)로 존재할 수 있다. 오직 중성 형태만이 리포좀 막을 가로질러 신속하게 투과될 수 있다. 산성 리포좀 내부에 도달시에는 대전된 막-불투과성 형태가 되어 리포좀으로의 화합물의 지속적인 흡수 및 리포좀 내부에서의 보유를 구동한다.
일부 바람직한 측면에서, 본원에서 제공되는 약염기 유도체의 약물 로딩 특성은 유도체 아민기 및/또는 유도체 친지성 기의 하나 이상의 특성을 선택하고/하거나 변형시켜 미세 조절될 수 있다. 예를 들어, 유도체 아민기의 pKa는, 사용되는 LN 제제의 수성 내부 (예를 들어 낮은 pH)에서 상기 아민기가 양성자화되고 외부 매질 (예를 들어 중성 또는 염기성 pH)에서는 양성자화되지 않도록 선택될 수 있다.
일부 측면에서, 유도체 아민기의 pKa는 약 12.0 이하, 약 11.5 이하, 약 11.0 이하, 약 10.5 이하, 약 10.0 이하, 약 9.5 이하 또는 약 9.0 이하이다.
일부 측면에서, 유도체 아민기의 pKa는 약 5.0 이상, 약 5.5 이상, 약 6.0 이상, 약 6.5 이상, 약 7.0 이상, 약 7.5 이상, 약 8.0 이상 또는 약 8.5 이상이다.
약염기 부분을 포함하는 가용화 단위는 변형의 표적이 되는 약물상의 임의의 적합하게 반응성인 관능기에 부착될 수 있다. 이러한 관능기는 특히 히드록실, 술피드릴 및 카르복실 기를 포함한다. 일부 측면에서, 가용화 단위는 약물에 존재하는 유리 OH기를 통해, 예를 들어 카르복실에스테르 결합에 의해 부착된다.
일부 측면에서, 약물이 의도된 치료 활성에 필수적이지 않은 영역에서 유도체화되어 상기 유도체의 활성은 유리 약물의 활성과 실질적으로 동등하다. 예를 들어, 일부 측면에서, 약염기 유도체는 박카틴 주쇄의 7-OH기에서 유도체화된 탁산 도세탁셀을 포함한다.
Figure 112016089304454-pat00022
추가의 측면에서, 약물이 활성에 필수적인 영역에서 유도체화되어 상기 유도체는 의도된 치료 효과를 발휘하기 위해서는 모 화합물 또는 또다른 활성 형태로 전환되어야 하는 전구약물이다. 예를 들어, 일부 측면에서, 본원에서는 도세탁셀 활성에 필수적인 2'-OH기에서 유도체화된 도세탁셀 유도체가 제공된다.
Figure 112016089304454-pat00023
본원에서 제공되는 전구약물 유도체는 LN 운반체로부터의 방출 및 생체내 생리적 조건에의 노출시에 유리 약물로 신속하게 전환되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 일부 바람직한 측면에서, 본원에서 제공되는 약염기 유도체의 유도체 아미노기는 리포좀으로부터 방출된 후에 예를 들어 내인성 효소의 작용 및/또는 자발적인 가수분해에 의해 약물로부터 신속하게 제거된다.
따라서, 일부 측면에서, 가용화 단위는 약물 유도체에 가역적으로 접합되어 특정 조건 (예를 들어 LN 조성물로의 로딩, LN 조성물의 제제화, 저장 및/또는 투여 동안)하에 안정적인 전구약물을 형성하고, 예를 들어 내인성 효소의 작용 및/또는 특정 생리적 조건 (예를 들어 pH, 이온 강도)하에 치료 표적(들)에서 또는 그 근처에서 해리되어 유리 약물을 방출한다.
일부 측면에서, 약염기 유도체는 리포좀 나노운반체 내부 (예를 들어 낮은 pH)에서는 안정적이지만 생리적 pH에서는 '자가-방출'되어 전구약물이 리포좀으로부터의 방출시에 그의 활성 형태로 신속하게 전환되도록 조작된다. 이것은, 예를 들어 아미노부티릴기를 양성자화되지 않은 형태 (pH 7.4)의 도세탁셀에 부착시켜서 에스테르 카르보닐에 대한 친핵성 공격을 통해 방출이 촉발될 수 있게 함으로써 달성될 수 있다.
일부 측면에서, 약염기 유도체의 에스테르 연결부의 가수분해 안정성은 다음과 같은 효과 중 하나 이상을 이용하여 조정될 수 있다:
i) 유도 효과: 에스테르는 프로테아제의 도움을 받거나 자발적 가수분해에 의하거나 가용화 아미노기를 카르보닐 중심에 보다 근접하게 위치 (탈안정화)시키거나 카르보닐 중심에서 더 멀리 떨어지게 위치 (안정화)시켜서 생리적 pH에서의 절단에 대해 안정화 또는 탈안정화될 수 있다. 아미노기의 pKa는 또한 이와 관련하여 소정의 역할을 수행한다: 대전된 (양성자화된) 아민은 생리적 조건하에 에스테르 가수분해를 촉진한다. 아미노기의 R기를 적절하게 선택함으로써, N-중심은 이상적인 속도의 에스테르 절단이 달성되도록 조정될 수 있다.
ii) 화학적 및 근접 효과. 예를 들어 아미노 단위의 pKa가 약 6인 4-아미노부티릴기를 사용한 에스테르화는 황산암모늄-로딩된 LN의 내부 pH와 같은 낮은 pH에서 양성자화된 형태로 존재하는 물질을 생성한다. LN 운반체로부터 이러한 유도체의 방출 및 생리적 조건 (예를 들어 pH 7.4)에의 노출은 유리 염기 형태의 형성을 촉진하여, 유리 아민이 에스테르 카르보닐에 대한 친핵성 공격을 통하여 유도체화 단위의 "자가-방출"을 촉발시키게 한다. 유리하게는, 이것은 전구약물 유도체가 LN으로부터 방출시에 활성 형태로 신속하게 전환되게 한다.
추가의 측면에서, 약염기 유도체의 실릴 에테르 연결부의 가수분해 안정성은 자발적 가수분해가 용이해지도록 조정될 수 있다. 에스테르 링커의 경우와는 달리, 내인성 탈실릴화 효소는 존재하지 않는다. 따라서, 실릴 에테르 연결부를 포함하는 유도체는 바람직하게는 생리적 조건하에 가수분해를 허용하는 링커기를 포함한다. 실릴기 절단 속도의 주요 결정자는 Si 원자 주위의 입체적 벌크이다. 이러한 생리화학적 특성의 조정은 예를 들어 Me, Et, i-Pr, t-Bu, Ph 등의 시리즈를 통해 실릴 할라이드의 R기 및 R'기의 크기를 변화시키는 것을 수반한다. 에스테르의 경우에서와 같이, 아미노기의 pKa 역시 유도체의 안정성을 정하는데 있어서 소정의 역할을 한다. 예를 들어, pKa 약 6의 아미노기는 생리적 pH에서 유리 염기 형태로 우세하게 존재할 것이고, 이로 인해 실릴기의 절단이 용이해질 것이다.
추가의 측면에서, 친지성 유도체기의 크기 및/또는 화학적 조성은 리포좀 막 내에서의 용해도 및/또는 리포좀 내 약물의 안정성이 증진되도록 (예를 들어 약물을 리포좀 막에 고정시킴) 선택될 수 있다.
유리하게는, 본원에서 제공되는 약물의 약염기 유도체는 유리 약물보다 더 효율적으로 리포좀으로 로딩될 수 있다. 일부 측면에서, 본원에서 제공되는 약염기 유도체는 광범위한 범위의 약물/지질 비율 (예를 들어 약 0.01 mg/mg 내지 약 10 mg/mg 이상)에 걸쳐서 약 50％ 이상, 약 55％ 이상, 약 65％ 이상, 약 70％ 이상, 약 75％ 이상, 약 80％ 이상, 약 85％ 이상의 로딩 효율로 리포좀에 로딩될 수 있다.
추가의 측면에서, 본원에서 제공되는 약염기 유도체의 LN 제제는 예를 들어 LN 운반체 막의 지질 조성의 변경을 통해 약물 유도체의 서방형 방출이 달성되도록 최적화될 수 있다. 예를 들어, 다양한 측면에서, 본원에서 제공되는 LN 제제는 약 1시간 내지 약 96시간, 또는 약 2시간 내지 약 72시간, 또는 약 4시간 내지 약 48시간의 생체내 방출 반감기를 갖는다.
본원에서 제공되는 방법은 리포좀 제제가 바람직한 임의의 약물 또는 치료제를 변형시키는데 이용될 수 있다. 일부 바람직한 측면에서, 약물은 친지성이고/이거나 수용성이 불량하다. 유리하게는, 본원에서 제공되는 방법에 따른 이러한 약물의 변형은 유리 약물에 비해 개선된 용해도, 감소된 독성, 증가된 효능 및/또는 다른 이점을 갖는다.
본원에서 제공되는 방법에 따라 변형되고 LN으로 로딩될 수 있는 약물의 비-제한적인 예는 하기 표 1에서 제공된다:
Figure 112016089304454-pat00024
Figure 112016089304454-pat00025
일부 바람직한 측면에서, 약물은 화학요법제이다. 확립된 약물 또는 본원에서 제공되는 방법에 따라 유도체화될 수 있는 약물 부류의 예는 탁산 (예를 들어 파클리탁셀 및 도세탁셀) 및 포도필로톡신 유도체 (예를 들어 에토포시드 및 테니포시드)를 포함한다. 탁산은 도세탁셀 (탁소테레) 및 파클리탁셀 (탁솔)을 포함하고, 임상 종양학에서 광범위하게 사용되는 중요한 약물 부류이다. 대부분의 항암 약물과 같이, 탁산은 암 세포에 대해 비-선택적이고, 건강한 세포에 손상을 야기할 수도 있다. 탁산은 수용액 중에 난용성이기 때문에 비히클, 예컨대 크레모포르 및 폴리소르베이트 80 중에 전형적으로 제제화되는데, 이것들은 그 자체가 환자에서 유해 반응을 야기하는 것들이다. 상기 비히클의 부작용을 최소화하기 위해서 스테로이드 및 항-알러지 약물의 사전-투약이 종종 사용된다. 유리하게는, 본원에서 제공되는 LN 탁산 제제는 독성 비히클의 사용 없이 탁산이 투여되도록 한다. 추가로, LN은 종양 부위 혈관의 "누출" 특성으로 인해 혈류로부터 벗어나 이러한 부위에서 우선적으로 고농도로 축적될 수 있기 때문에, LN 탁산 제제는 모 화합물의 승인된 제제인 탁소테레에 비해 부작용이 더 적은 (예를 들어 개선된 치료 지수를 가짐) 우수한 항암 활성을 제공할 수 있다.
일부 측면에서, 본원에서 제공되는 LN 제제는 종양 성장 부위에 특이적으로 도달하는 화학요법제의 양을 증가시키고/시키거나, 또는 예를 들어 LN의 연장된 혈장 반감기 및/또는 LN 운반체로부터의 화학요법제의 서방형 방출을 통해서 종양이 치료 활성 수준의 약물에 노출되는 기간을 연장시킨다.
일부 측면에서, 약물은 도세탁셀 (탁소테레®) 또는 파클리탁셀이며, 이것들의 구조는 아래에 나타냈다. 이들 2종의 약물은 측쇄 (도세탁셀의 경우에는 tert-부톡시카르보닐 또는 BOC, 파클리탁셀의 경우에는 벤조일)의 질소 원자에 존재하는 아실기의 수준이 상이하고, C-10 OH기가 도세탁셀에서는 유리 형태이지만 파클리탁셀에서는 아세틸화되어 있다는 점에서 상이하다.
Figure 112016089304454-pat00026
본원에서 제공되는 방법에 따른 도세탁셀 및 파클리탁셀의 변형은 1개 이상의 유리 OH 단위를 적절한 기로 유도체화하는 것을 포함한다. 일부 측면에서, 약물은 C-1 OH에서 유도체화된다. 다른 바람직한 측면에서, 약물은 C-2', C-7 및/또는 C-10 OH에서 유도체화되어 하기하는 유도체를 생성한다:
Figure 112016089304454-pat00027
(여기서, C-2', C7 및/또는 C-10 OH에 연결된 Z기는 독립적으로 H이거나, 또는 양성자화가능한 질소 관능기를 함유하는 잔기임). 임의의 약물이 유리 OH기 또는 다른 반응성 관능기 (천연 약물 또는 상기 약물의 변형된 버전에 존재할 수 있음)에서 도세탁셀 및 파클리탁셀과 유사한 방식으로 유도체화될 수 있다.
일부 측면에서, 본원에서 제공되는 LN 제제는 다양한 암 치료에 대하여 현재 제III상 임상 시험 중인 리포좀 빈크리스틴 (마르퀴보(Marqibo)®)의 하나 이상의 약리 특성을 갖는다 (예를 들어, [Boman et al., Brit. J. Cancer 72:896-904 (1995)], [Shan et al., Cancer Chemother. Pharmacol. 58(2):245-55 (2006)], [Waterhouse et al., Methods Enzymol. 391:40-57 (2005)]).
다양한 측면에서, 하기 구조식의 약물 유도체가 제공된다:
Figure 112016089304454-pat00028
(여기서, Z는 가용화 단위이고, D는 약물임).
일부 측면에서, Z는 하기 화학식 IIA의 기를 포함한다:
<화학식 IIA>
Figure 112016089304454-pat00029
상기 식에서,
(i) 물결선은 화학식 IIA를 약물 (예를 들어 상기 화합물 3 및/또는 4) 중의 반응성 기, 예컨대 유리 O 원자에 연결하는 결합을 나타내며,
(ii) [S]는
(a) 유형 (CH2)n (여기서, n은 1 내지 10의 범위일 수 있음)의 쇄, 또는
(b) 1개 이상의 H 원자가 1개 내지 10개의 C 원자를 함유하는 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기; H 원자, 또는 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, 또는 1개 내지 10개의 C 원자를 함유하고 임의로 1개 이상의 할로겐 원자가 혼입된 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기에 추가로 연결될 수 있는 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si; 할로겐 원자에 의해 대체된 상기 (CH2)n의 유도체, 또는
(c) 1개 이상의 CH2'가 H 원자, 또는 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, 또는 1개 내지 10개의 C 원자를 함유하고 임의로 1개 이상의 할로겐 원자가 혼입된 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기에 추가로 연결될 수 있는 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si; 3개 내지 10개의 탄소 원자로 구성되고 임의로 1개 이상의 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si, 또는 할로겐 및 또한 원자 쌍 사이의 다중 결합이 혼입된 고리 구조에 의해 대체된 상기 (CH2)n의 유도체, 또는
(d) 1개 이상의 인접한 C 원자 쌍이 E- 또는 Z-기하의 이중 결합 또는 삼중 결합을 공유하는 상기 (CH2)n의 유도체
를 포함하는 "스페이서"이고,
이러한 스페이서 [S]의 예는
Figure 112016089304454-pat00030
을 포함하지만 이에 제한되지 않으며,
(iii) [N]은 약물 유도체가 막횡단 pH 또는 이온 구배를 나타내는 LN으로 로딩되는 것을 용이하게 하고
(a) 구조식 R-N-R'의 치환기 (여기서, N (질소) 원자는 상기 스페이서에 연결되고, R 및 R'는 독립적으로 H; 1개 내지 10개의 C 원자를 함유하고 임의로 1개 이상의 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si, 또는 할로겐 및 또한 원자 쌍 사이의 다중 결합이 혼입된 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기; 또는 3개 내지 10개의 탄소 원자로 구성되고 임의로 1개 이상의 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si, 또는 할로겐 및 또한 원자 쌍 사이의 다중 결합이 혼입된 고리 구조의 일부일 수 있고,
이러한 R 및 R'의 예는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 페닐, 벤질,
Figure 112016089304454-pat00031
을 포함하지만 이에 제한되지 않음), 또는
(b) 하기하는 배타적이지 않은 대표적인 예로 예시되는 바와 같은 양성자화가능한 질소-함유 헤테로시클릭 시스템, 예컨대 피롤리딘, 피페리딘, 피리다진, 모르폴린, 티오모르폴린, 퀴누클리딘, 이미다졸, 피리딘 등 또는 이것들의 치환된 변이체
Figure 112016089304454-pat00032
(여기서, 물결선은 헤테로시클릭 구조를 스페이서에 연결하는 결합을 나타냄)
로부터 선택된 약염기성 기를 포함하는 가용화 도메인이다.
따라서, 상기 화학식 IIA의 대표적인 측면은
Figure 112016089304454-pat00033
을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도세탁셀을 상이하거나 동일할 수 있는 최대 3개의 화학식 IIA 단위로 유도체화하면, 하기 나타낸 유형 A, B, C, D, E, F 및 G의 모노-, 비스- 또는 트리에스테르가 생성된다:
Figure 112016089304454-pat00034
Figure 112016089304454-pat00035
Figure 112016089304454-pat00036
유사한 방식으로, 파클리탁셀은 하기 나타낸 유형 H, I 및 J의 모노- 및 디에스테르 유도체로 전환될 수 있다:
Figure 112016089304454-pat00037
Figure 112016089304454-pat00038
도세탁셀 또는 파클리탁셀로 이러한 유도체를 생성하는 것은, 예를 들어 당업자에게 공지된 현대 유기 화학의 표준 기술을 이용하여 보호되지 않거나 부분적으로 보호된 모 약물을 5의 카르복실산 형태와 커플링하는 것을 포함한다.
일부 측면에서, Z는 하기 화학식 IIB의 기를 포함한다:
<화학식 IIB>
Figure 112016089304454-pat00039
상기 식에서,
(i) 물결선은 화학식 IIB를 약물 [D] (예를 들어 화합물 3 및/또는 4) 중의 적절한 반응성 기, 예컨대 O 원자에 연결하는 결합을 나타내고,
(ii) "스페이서" [S]는 화학식 IIA에 대해 상술된 바와 같고,
(iii) 가용화 단위 [N]은 화학식 IIA에 대해 상술된 바와 같으며,
(iv) R'는 H이거나, 또는 1개 내지 10개의 C 원자를 함유하고 임의로 1개 이상의 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si, 및 할로겐, 및 또한 원자 쌍 사이의 다중 결합이 혼입된 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기이다.
이러한 R'의 예는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 페닐, 벤질,
Figure 112016089304454-pat00040
을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
상기 구조 화학식 IIB의 대표적인 측면은
Figure 112016089304454-pat00041
을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도세탁셀을 상이하거나 동일할 수 있는 최대 3개의 유형 6의 단위로 유도체화하면, 하기 나타낸 유형 A, B, C, D, E, F, 및 G의 모노-, 비스- 또는 트리카르바메이트가 생성된다:
Figure 112016089304454-pat00042
Figure 112016089304454-pat00043
유사한 방식으로, 파클리탁셀은 하기 나타낸 유형 H, I 및 J의 모노- 및 디카르바메이트 유도체로 전환될 수 있다:
Figure 112016089304454-pat00044
Figure 112016089304454-pat00045
도세탁셀 또는 파클리탁셀로 이러한 유도체를 생성하는 것은, 예를 들어 당업자에게 공지된 현대 유기 화학의 표준 기술을 이용하여 보호되지 않거나 부분적으로 보호된 모 약물을 6의 이소시아네이트 (R" = H) 또는 이미다졸리드 (R" ≠ H) 형태와 커플링하는 것을 포함한다.
일부 측면에서, Z는 하기 화학식 IIC의 기이다:
<화학식 IIC>
Figure 112016089304454-pat00046
상기 식에서,
(i) 물결선은 화학식 IIC를 약물 [D] (예를 들어 화합물 3 및/또는 4) 중의 적절한 반응성 기, 예컨대 O 원자에 연결하는 결합을 나타내고,
(ii) "스페이서"는 화학식 IIA에 대해 상술된 바와 같고,
(iii) [N]기는 화학식 IIA에 대해 상술된 바와 같고,
(iii) RA 및 RB는 독립적으로 1개 내지 10개의 C 원자를 함유하고 임의로 1개 이상의 헤테로원자, 예컨대 N, O, S, Si, 및 할로겐, 및 또한 원자 쌍 사이의 다중 결합이 혼입된 선형, 분지형 또는 시클릭 알킬기를 나타낸다.
이러한 RA 및 RB의 예는 H, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 페닐 및 벤질을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
상기 화학식 IIC의 대표적인 측면은
Figure 112016089304454-pat00047
을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
도세탁셀을 상이하거나 동일할 수 있는 최대 3개의 화학식 IIC 단위로 유도체화하면, 이것이 하기 나타낸 유형 A, B, C, D, E, F 및 G의 모노-, 비스- 또는 트리스-실릴 에테르로 전환된다:
Figure 112016089304454-pat00048
Figure 112016089304454-pat00049
유사한 방식으로, 파클리탁셀은 하기 나타낸 유형 H, I 및 J의 모노- 및 디에스테르 유도체로 전환될 수 있다:
Figure 112016089304454-pat00050
Figure 112016089304454-pat00051
도세탁셀 또는 파클리탁셀로 이러한 유도체를 생성하는 것은, 예를 들어 당업자에게 공지된 현대 유기 화학의 표준 기술을 이용하여 보호되지 않거나 부분적으로 보호된 모 약물을 화학식 IIC의 클로라이드 또는 이미다졸리드와 커플링하는 것을 포함한다.
탁산을 사용하는 상기 예시된 기술은 화학식 IIA, IIB 또는 화학식 IIC의 가용화 단위 [Z]를 위한 적합한 고정 부위, 예컨대 OH, COOH (카르복실) 또는 NH 기를 보유하는 임의의 약물에 적용가능하다.
일부 측면에서, 약물은 림프종, 폐암 및 고환암의 치료용으로 승인되어 광범위하게 사용되는 항암제인 에토포시드이다. 에토포시드는 불량한 수용해도를 나타내고 대사 불활성화가 일어나며 실질적인 독성 부작용을 갖는다. 다양한 바람직한 측면에서, 본원에서 제공되는 에토포시드 LN 제제는 실질적으로 감소된 독성, 개선된 용해도 및 생체이용률, 및 증가된 효능을 갖는다.
예를 들어, 에토포시드 8 및 코르티코스테로이드 프레드니손 9는 탁산에 대해 앞서 상술된 바와 같이 에스테르, 카르바메이트 또는 실릴 에테르 유도체로 전환될 수 있다:
Figure 112016089304454-pat00052
이들 유도체에서의 [Z]는 탁솔류의 화합물에 대해 앞서 정의된 바와 같다.
유사한 방식으로, 시클로스포린 10, 아자티오프린 11 등은 리포좀 제제에 적합한 유도체로 전환될 수 있다:
Figure 112016089304454-pat00053
일부 측면에서, 관심 약물은 약염기성 아민기 및 친지성 기를 포함하는 지질-가용화 단위로 유도체화된다. 일부 바람직한 측면에서, 가용화 단위는 리포좀 막을 포함하는 지질의 구조와 유사한 구조를 갖는다. 예를 들어, 일부 측면에서, 약물 유도체는 화학식 [D]-[L]-[S]-[N] (여기서, [S]는 화학식 IIA 내지 IIC와 관련하여 상기 정의된 바와 같은 스페이서이고, [N]은 가용화 도메인이며, [L]은 하기 정의된 바와 같은 링커임)이다.
일부 측면에서, [N]은 하기 화학식 IVA의 기 ("내부" 유도체) 또는 화학식 IVB의 기 ("말단" 유도체)이다:
<화학식 IVA>
Figure 112016089304454-pat00054
<화학식 IVB>
Figure 112016089304454-pat00055
상기 식에서,
(i) A는 카르보닐기 (C=O), 카르바모일기 (NR-C=O, 여기서의 R은 H이거나 1개 내지 5개의 C 원자를 포함하는 알킬기임) 또는 메틸렌기 (CH2)이고,
(ii) R1 및 R2는 최대 30개의 탄소 원자를 함유하고 임의로 인접한 탄소 원자 쌍 사이에 1개 이상의 다중 결합이 혼입된 선형 또는 분지형 친지성 알킬기를 나타내고,
(iii) R3 및 R4는 독립적으로 H를 나타내거나, 또는 1개 내지 5개의 C 원자를 포함하는 알킬기, 예컨대 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸 등, 또는 고리 구조, 예컨대 피롤리딘, 피페리딘, 피페라진, 모르폴린, 티오모르폴린 등의 분지를 나타내고,
(iii) 링커 [L]은
(a) 카르보닐기 C=O,
(b) 카르바모일기 NR-C=O (여기서, R은 H이거나, 또는 1개 내지 5개의 C 원자를 포함하는 알킬기임), 또는
(c) 상기 정의된 바와 같은 RA-Si-RB기이다.
이하, 약염기성 부분 및 친지성 부분을 포함하는 가용화 기로 유도체화되어 "말단" 유형 (화학식 IVB) 유도체 및 "내부" 유형 (화학식 IVA) 유도체를 형성한 수많은 임상적으로 유의한 탁산을 기재한다. 이러한 유도체는 예를 들어 당업계에 공지된 기술을 이용하여 임의의 보호되지 않거나 부분적으로 보호된 모 약물을 링커 [L]의 카르복실산, 아실 이미다졸리드, 카르바모일 이미다졸리드, 실릴 클로라이드 또는 실릴 이미다졸리드 형태와 커플링하여 제조될 수 있다. 생성된 유도체는 LN으로 능동적으로 로딩될 수 있어서, 상기 약물이 리포좀 막 내에 보유된다.
화학식 IVA의 도세탁셀 유도체는 하기하는 대표적인 구조를 갖는 에스테르, 카르바메이트 및 실릴 에테르를 포함한다:
Figure 112016089304454-pat00056
화학식 IVA의 파클리탁셀 유도체는 하기하는 대표적인 구조를 갖는 에스테르, 카르바메이트 및 실릴 에테르를 포함한다:
Figure 112016089304454-pat00057
화학식 IVB의 도세탁셀 유도체는 앞서 기재한 일반적인 유형이지만 하기하는 대표적인 구조를 갖는 에스테르, 카르바메이트 및 실릴 에테르를 포함한다:
Figure 112016089304454-pat00058
화학식 IVB의 파클리탁셀 유도체는 앞서 기재한 일반적인 유형이지만 하기하는 대표적인 구조를 갖는 에스테르, 카르바메이트 및 실릴 에테르를 포함한다:
Figure 112016089304454-pat00059
유사하게, 에토포시드 8, 프레드니손 9, 시클로스포린 10, 아자티오프린 11, 및 다른 약물은 약염기성 기 및 친지성 기를 포함하는 가용화 단위로 유도체화될 수 있어서 상기 약물이 LN 막 내로 능동적으로 로딩될 수 있다. 화합물 8 내지 11, 13 및 14는 화학식 [D]-[L]-[S]-[N]의 유도체이고, 화합물 15 및 16은 화학식 [L]-[S]-[N]의 유도체이다 (여기서, [N]은 유형 13에서는 화학식 IVB에 따르고 유형 14에서는 화학식 IVA에 따르며, [L] 및 [S]는 상기 기재된 바와 같음).
Figure 112016089304454-pat00060
Figure 112016089304454-pat00061
일부 측면에서, 약물은 예를 들어 조합 라이브러리로부터 치료 효능 및 본 발명의 방법을 적용하지 않은 약물의 제약 유용성을 방해하는 하나 이상의 특성, 예컨대 친지성 및/또는 낮은 수용해도에 대해 선택된 신규 화학 물질 (NCE)이다.
추가의 측면에서, 약물 유도체는 새로 발견되고/되거나 특징규명된 약물 (예를 들어 신규 화학 물질 (NCE))을 변형시켜 제조된다. 종종, 화학적 라이브러리 스크리닝으로부터의 약리적으로 강력한 히트는 제약상 개발 및 용도에 있어서 이상적인 후보보다 못한 것으로 입증된다. 예를 들어, 용해도 문제는 대부분의 NCE가 개발에 있어서 진전되지 않고 처분되는 주요 이유이다. 본원에 개략적으로 설명한 화학 플랫폼은, 공지된 방법을 이용하여 LN 중의 제제화를 촉진시키는 약염기 화학적 부분을 사용하여 상기 화합물을 특이적으로 변형시킴으로써 이것들의 개발 및 사용을 가능하게 한다. 약물 후보의 생성 및 스크리닝을 위한 고처리량 조합 화학 방법과 본원에 기재된 의약 화학 플랫폼의 통합은, 약물-유사 특성을 갖는 화합물의 발견에 기초하는 기존의 약물 개발 전략을 대체할 수 있는, 약물 (및 진단제)의 개발을 위한 대안적인 접근법을 제공한다.
따라서, 일부 측면에서, 본원에서는 관심 치료 활성 및 낮은 수용해도, 친지성, 및/또는 유리 화합물의 사용을 저해하거나 방해하고/하거나 상기 화합물이 LN으로 효율적으로 로딩되는 것을 저해하는 다른 특성을 갖는 약물 후보를 확인하는 방법이 제공된다. 예를 들어, 일부 측면에서, 조합 화학을 통해 생성된 화합물 집단을 스크리닝하여 관심 치료 활성을 갖는 약물 후보를 확인하는 단계, 및 상기 약물 후보를 하나 이상의 추가의 특성에 대해 스크리닝하여 본원에 기재된 방법에 따라 유도체화할 후보를 확인하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 추가의 측면에서, 유도체화할 후보를 약염기성 기로 유도체화하여 LN으로 능동적으로 로딩하고, 상기 LN을 스크리닝하여 원하는 치료 활성을 갖는 제제 후보를 확인한다. 유리하게는, 본원에서는 표준 방법의 이용으로는 달리 검출되지 않는, LN 제제에 사용할 약물 후보를 확인하기 위한 스크리닝 방법이 제공된다.
본원에서 제공되는 방법 및 조성물에서 사용되는 리포좀은 일반적으로 중성 및 음 또는 양으로 대전된 인지질 및 스테롤, 예컨대 콜레스테롤을 포함하는 표준 소포-형성 지질로부터 형성될 수 있다. 지질의 선택은 일반적으로 예를 들어 리포좀 크기, 혈류 중 리포좀의 안정성, 원하는 방출 속도, 및 당업계 공지의 다른 인자를 고려하여 수행된다.
일부 측면에서, 본원에 기재된 방법 및 조성물에서 사용되는 리포좀의 주요 지질 성분은 포스파티딜콜린이다. 여러가지 쇄 길이 및 포화도의 다양한 아실 쇄 기를 갖는 포스파티딜콜린이 사용될 수 있다. 일부 측면에서, C14 내지 C22 범위의 탄소 쇄 길이를 갖는 포화 지방산을 함유하는 포스파티딜콜린이 바람직하다. 포화 장쇄 포스파티딜콜린은 그의 불포화 대응물보다 생체내에서 덜 투과성이고 더 안정적이다. 모노- 또는 디-불포화 지방산을 갖는 포스파티딜콜린 및 포화 및 불포화 지방산의 혼합물이 사용될 수도 있다. 다른 적합한 지질은 예를 들어 지방산이 에스테르 연결부가 아닌 에테르 연결부를 통해 글리세롤에 연결된 에테르지질을 포함한다. 본원에서 사용되는 리포좀은 또한 콜린 이외의 헤드기, 예컨대 에탄올아민, 세린, 글리세롤, 포스파티드산 및 이노시톨을 갖는 스핑고마이엘린 또는 인지질로 구성될 수도 있다.
일부 바람직한 측면에서, 리포좀은 스테롤, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 몰비 (콜레스테롤:인지질)의 콜레스테롤을 포함한다. 바람직한 리포좀 조성의 예는 디스테아로일포스파티딜콜린/콜레스테롤, 디팔미토일포스파티딜콜린/콜레스테롤, 디미리스토일포스파티딜콜린/콜레스테롤 및 난 스핑고마이엘린/콜레스테롤을 포함한다.
다른 측면에서, 리포좀은 음 또는 양으로 대전된 지질을 함유할 수 있다. 음으로 대전된 유용한 지질의 예는 디미리스토일-, 디팔미토일- 및 디스테아로일포스파티딜글리세롤, 디미리스토일-, 디팔미토일- 및 디팔미토일포스파티드산, 디미리스토일-, 디팔미토일- 및 디팔미토일포스파티딜에탄올아민, 이것들의 불포화 디아실 및 혼합된 아실 쇄 대응물 및 또한 카르디올리핀을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 양으로 대전된 지질의 비-제한적인 예는 N,N'-디메틸-N,N'-디옥타실 암모늄 브로마이드 (DDAB) 및 클로라이드 (DDAC), N-(1-(2,3-디올레일옥시)프로필)-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드 (DOTMA), 3β-[N-(N',N'-디메틸아미노에틸)카르바모일) 콜레스테롤 (DC-chol), 1,2-디올레오일옥시-3-[트리메틸암모니오]-프로판 (DOTAP), 1,2-디옥타데실옥시-3-[트리메틸암모니오]-프로판 (DSTAP) 및 1,2-디올레일옥시프로필-3-디메틸-히드록시에틸 암모늄 클로라이드 (DORI) 및 양이온성 지질, 예를 들어 문헌 [B. Martin, M. Sainlos, A. Aissaoui, N. Oudrhiri, M. Hauchecorne, J.-P. Vigneron, J.-M. Lehn and P. Lehn The design of cationic lipids for gene delivery. Current Pharmaceutical Design 2005, 11, 375-394]에 기재된 것들을 포함한다.
추가의 측면에서, 본원에서 사용되는 리포좀은 LN의 생체내 안정성을 증진시키기 위해서 중합체 층으로 코팅된다 (예를 들어, 입체적으로 안정화된 리포좀). 예를 들어, 일부 실시양태에서, LN은 LN의 순환 반감기를 개선시키고 치료 표적, 예컨대 감염 부위 또는 종양 부위에 도달하는 LN의 양을 증진시키는 친수성 표면 층을 형성하는 폴리(에틸렌 글리콜)-접합된 지질 (PEG-지질)을 함유하는 리포좀으로부터 형성된다. 일반적인 접근법은 예를 들어 문헌 [Working et al., J Pharmacol Exp Ther, 289:1128-1133 (1999)], [Gabizon et al., J Controlled Release 53:275-279 (1998)], [AdlakhaHutcheon et al., Nat Biotechnol 17:775-779 (1999)] 및 [Koning et al., Biochim Biophys Acta 1420:153-167 (1999)]에 기재되어 있다. 유용한 PEG-지질의 예는 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-350] (mPEG 350 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-550] (mPEG 550 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-750] (mPEG 750 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-1000] (mPEG 1000 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-2000] (mPEG 2000 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-3000] (mPEG 3000 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-5000] (mPEG 5000 PE), N-아실-스핑고신-1-[숙시닐(메톡시 폴리에틸렌 글리콜) 750] (mPEG 750 세라미드), N-아실-스핑고신-1-[숙시닐(메톡시 폴리에틸렌 글리콜) 2000] (mPEG 2000 세라미드), 및 N-아실-스핑고신-1-[숙시닐(메톡시 폴리에틸렌 글리콜) 5000] (mPEG 5000 세라미드)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예를 들어 문헌 [Szoka et al., Ann. Rev. Biophys. Bioeng. 9:467 (1980)], 미국 특허 제4,235,871호, 동 제4,501,728호 및 동 제4,837,028호, [Liposomes, Marc J. Ostro, ed., Marcel Dekker, Inc., New York, 1983, Chapter 1] 및 [Hope, et al., Chem. Phys. Lip. 40:89 (1986)] (이들 문헌 모두가 본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같이, 리포좀의 제조에는 다양한 방법이 이용될 수 있다. 일부 바람직한 측면에서, 리포좀은 일반적으로 문헌 [Hope et al., Biochim. Biophys. Acta, 812:55-65 (1985)] (본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같이 수화된 지질 분산액을 100 nm 공극의 필터를 통해 압출시켜 제조된 대략 100 nm 직경의 작은 리포좀이다.
한 방법에서, 상이한 크기의 다층상 소포는 소포-형성 지질을 적합한 유기 용매 또는 용매 시스템 중에 용해하고 상기 혼합물을 진공 또는 불활성 기체하에 건조시켜서 지질 박층을 형성시켜 제조된다. 대안적으로, 지질을 적합한 용매, 예컨대 3급 부탄올 중에 용해한 후에 동결건조시켜서 보다 균질한 지질 혼합물을 형성할 수 있다. 상기 필름 또는 분말을 1가 또는 2가 금속 이온의 수성 완충 용액으로 덮고 전형적으로 15분 내지 60분의 기간에 걸쳐 교반하에 수화되도록 한다. 생성되는 다층상 소포의 크기 분포는 더욱 강력한 교반 조건하에 지질을 수화시키거나 가용화 세제, 예컨대 데옥시콜레이트를 첨가함으로써 더 작은 크기로 이동될 수 있다. 또다른 방법에서, 지질을 수혼화성 유기 용매, 예컨대 에탄올 중에 용해한 후에 수성 완충제와 합하여 다층상 리포좀 현탁액을 형성한다. 대안적으로, 지질을 수불혼화성 유기 용매 중에 용해하여 수성 매질과 혼합하고 유기 용매를 증발시켜 리포좀을 형성한다.
리포좀을 원하는 크기로 사이징하기 위한 여러가지 기술을 이용할 수 있다. 사이징 방법 중 하나는 미국 특허 제4,737,323호 (본원에 참고로 포함됨)에 기재되어 있다. 리포좀 현탁액을 조 또는 프로브 초음파로 초음파처리하여 약 0.05 마이크로미터 미만 크기의 작은 단층상 소포로 점진적인 크기 감소를 일으킨다. 균질화 또는 미세유체화는 전단 에너지에 의존하는, 커다란 리포좀을 더 작은 리포좀으로 만드는 다른 방법이다. 전형적인 균질화 절차에서, 다층상 소포는 선택된 리포좀 크기, 전형적으로는 약 0.1 내지 0.5 마이크로미터가 관찰될 때까지 표준 에멀젼 균질화기를 통해 재순환시킨다. 상기 2가지 방법 모두에서, 입도 분포는 통상의 레이저-빔 입도 식별을 통해 모니터링될 수 있다.
작은 공극의 폴리카르보네이트 막 또는 비대칭 세라믹 막을 통한 리포좀의 압출은 리포좀 크기를 비교적 충분히 규정된 크기 분포로 감소시키는데 매우 효과적인 방법이다. 전형적으로, 원하는 리포좀 크기 분포가 달성될 때까지 현탁액을 막을 통해 1회 이상 순환시킨다. 리포좀은 리포좀 크기의 점진적 감소가 달성되도록 연속적으로 더 작은 공극 막을 통해 압출시킬 수 있다.
일부 측면에서, 능동적 로딩 기술을 이용하여 약염기 유도체를 리포좀으로 로딩하는 방법이 제공된다. 일부 측면에서, 예를 들어 문헌 [Maurer, N., Fenske, D., and Cullis, P.R. (2001) Developments in liposomal drug delivery systems. Expert Opinion in Biological Therapy 1, 923-47], [N.L. Boman, D. Masin, L.D. Mayer, P.R. Cullis and M.B. Bally (1994) "Liposomal Vincristine Which Exhibits Increased Drug Retention and Increased Circulation Longevity Cures Mice Bearing P388 Tumors", Cancer Res. 54, 2830-2833], [D.N. Waterhouse, T.D. Madden, P.R. Cullis, M.B. Bally, L.D. Mayer, M. Webb, Preparation, characterization, and biological analysis of liposomal formulations of vincristine. Methods Enzymol. 391 (2005) 40-57] (본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같이, 리포좀은 리포좀 막을 가로지르는 pH 구배 (여기서, 리포좀 내부가 산성임)를 제공하고 리포좀을 포획될 약물과 함께 인큐베이션함으로써 로딩된다. 일부 바람직한 측면에서, pH 구배는 일반적으로 문헌 [G. Haran, R. Cohen, L.K. Bar, Y. Barenholz, Transmembrane ammonium sulfate gradients in liposomes produce efficient and stable entrapment of amphipathic weak bases. Biochim. Biophys. Acta 1115 (1993) 201-215] 및 미국 특허 제5,316,771호 (본원에 참고로 포함됨)에 기재된 바와 같이 황산암모늄 구배이다. 약물이 일단 리포좀으로 로딩되면, 상기 조성물을 바로 사용할 수도 있고, 또는 상기 조성물에 임의의 로딩되지 않은 약물 제거를 위한 추가의 처리를 실시할 수도 있다.
pH 로딩 기술은 일반적으로 낮은 리포좀내 pH를 갖는 pH 구배의 생성 및 이후 약물의 로딩이라는 2개 단계를 수반한다. 막횡단 양성자 구배는 다양한 방법으로 생성될 수 있다. 리포좀을 낮은 pH 완충제, 예컨대 pH 4 시트레이트 완충제 중에서 제조한 후에 pH 7.5 완충제에 대한 외부 완충제 용액의 교환을 실시할 수 있다 (예를 들어, [Madden et al., Chem. Phys. Lipids, 53:37-46 (1990)]). 대안적으로, 이온운반체가 양이온 구배 (높은 내부 양이온 농도)와 함께 사용될 수 있다 (예를 들어, [Fenske et al., Biochim Biophy. Acta, 1414:188-204 (1998)]). 이온운반체, 예컨대 니제리신 및 A23187은 각각 1가 또는 2가 양이온의 외부로의 이동을 양성자의 내부로의 이동과 커플링하여 리포좀 내부를 산성화한다. 추가로, 리포좀은 고농도의 약염기, 예컨대 황산암모늄의 존재하에 제조될 수 있다 ([Haran et al., Biochim. Biophys. Acta, 1151:201-215 (1993)]). 외부 암모늄 염 용액을 제거하면, 동일 원리에 따라 pH 구배가 생성되고, 이것 역시 이후의 약물 로딩 공정을 담당한다. 황산암모늄 로딩 기술에서는 효율적인 로딩 달성을 위해 높은 pH 구배가 필요하지 않는데, 이는 로딩 공정이 2종의 상이한 아민의 교환 (약물은 들어가고 암모니아는 나옴)에 의해 지속되어 매우 낮은 외부 pH에서도 훌륭하게 작동하기 때문이다. 이것은 예를 들어 약물이 중성 pH에서 불안정하거나 불용성인 경우에 유리하다. pH 구배에 추가하여, 금속 이온 구배가 능동적 로딩에 사용될 수 있다 (예를 들어, [Cheung et al., Biochim Biophys Acta, 1414:205-216 (1998)]). 이러한 로딩 방법은 pH 구배 기술과 동일한 기본적인 원리에 따른다. 약염기 약물의 중성 형태는 막을 가로질러 투과할 수 있고, 약물-금속 이온 복합체의 형성을 통해 리포좀의 수성 내부 내에 보유된다.
수용성 약염기 약물을 LN으로 로딩하기 위해서, 상기 약물을 수용액 (예를 들어 300 mM 수크로스, 또는 적절한 pH를 갖는 등장성 완충제 용액) 중에 용해하여 리포좀 현탁액과 합한 후에 적절한 온도에서 인큐베이션할 수 있다. 상기 약물 용액은 약물의 용해도를 증가시키기 위해서 소량 (막 투과가능하지 않은 양)의 수혼화성 유기 용매 (예를 들어 < 10％ 에탄올)를 함유할 수 있다. 인큐베이션 온도 및 시간은 지질 조성 및 약물의 성질에 따라 달라진다. 전형적으로, 콜레스테롤 및 장쇄 포화 지방산으로 구성된 리포좀, 예컨대 DSPC/Chol LN은 단쇄 포화 지질 (예를 들어 DMPC/Chol) 또는 불포화 지질로 형성된 LN보다 덜 투과성이고, 신속하고 효율적인 로딩 달성을 위해서 더 높은 온도를 필요로 한다. 예를 들어, DSPC/Chol LN은 전형적으로 60℃ 이상의 온도를 필요로 하고, 로딩은 전형적으로 5분 내지 15분 후에 완료되지만 최대 2시간이 소요될 수도 있다.
친지성 약염기 약물을 로딩하기 위해서, 상기 약물을 지질과 유사하게 처리할 수 있다. 예를 들어, 지질 및 약물을 상기한 바와 같이 동시 혼합하여 리포좀을 형성할 수 있고, 이후에 친지성 약물을 리포좀 이중층의 2개 단층 사이에 분포시킨다. 이후, 상기한 방법을 이용하여 막횡단 pH 또는 다른 이온 구배에 대한 반응으로 외부 단층 내의 약물을 리포좀 내부 (LN 이중층의 내부 단층과 접촉됨)로 로딩한다.
추가의 측면에서, 본원에서 제공되는 LN 제제를 포함하는 제약 조성물이 제공된다. 또한, 본원에서는 본원에서 제공되는 LN 조성물을 투여하는 것을 포함하는, 질환 또는 상태의 치료 방법이 제공된다. 추가의 측면에서, 본원에 기재된 LN 조성물, 및 본원에 기재된 바와 같이 본 발명의 방법 및 용도를 교시하는 지침서를 포함하는 키트가 제공된다.
리포좀 및 본 발명의 화합물을 포함하는 제약 조성물은 표준 기술 및 또한 상기 기재된 기술에 따라 제조된다. 바람직하게는, 제약 조성물은 비경구, 즉, 관절내, 정맥내, 피하 또는 근육내 투여된다. 더욱 바람직하게는, 제약 조성물은 볼루스 주사 또는 주입에 의해 정맥내 투여된다. 본 발명에 사용하기에 적합한 제제는 문헌 [Remington's Pharmaceutical Sciences, Mack Publishing Company, Philadelphia, Pa., 17th ed. (1985)]에 기재되어 있다.
바람직하게는, 제약 조성물은 정맥내 투여된다. 따라서, 본 발명은 허용가능한 담체, 바람직하게는 수성 담체 중에 현탁된 리포좀을 포함하는, 정맥내 투여용 조성물을 제공한다. 다양한 수성 운반체, 예를 들어 물, 완충제 처리된 물, 0.9％ 등장성 염수 등이 사용될 수 있다. 이러한 조성물은 통상의 공지된 멸균 기술로 멸균될 수도 있고, 또는 멸균 여과될 수도 있다. 생성되는 수성 현탁액은 그대로 또는 동결건조되어 사용되도록 포장될 수 있고, 동결건조된 제제는 투여 전에 멸균 수용액과 배합된다. 상기 조성물은 대락적인 생리적 조건에 필요한 제약상 허용가능한 보조 물질, 예컨대 pH 조절 및 완충 작용제, 등장화제 등, 예를 들어 아세트산나트륨, 락트산나트륨, 염화나트륨, 인산나트륨, 폴리에틸렌 글리콜 (PEG400) 등을 함유할 수 있다.
제약 제제 중 리포좀의 농도는 광범위하게 달라질 수 있고, 즉, 약 0.5 mg/mL 미만의 지질, 통상적으로는 약 10 내지 50 mg/mL 또는 그 이상의 지질 내지 무려 100 mg/mL 지질 또는 상기 값 초과로 달라질 수 있으며, 선택된 특정 투여 방식에 따라 주로 유체 부피, 점도, 안정성, 약물 용량 요구치 등에 맞게 선택될 것이다.
리포좀 전하는 혈액으로부터의 리포좀 청소율(clearance)에 있어 중요한 결정자이고, 음으로 대전된 리포좀이 세망내피계에 의해 보다 신속하게 흡수 ([Juliano, Biochem. Biophys. Res. Commun. 63:65 1 (1975)])되기 때문에 혈류 내에서 더 짧은 반감기를 갖는다. 리포좀이 원위 질환 부위, 예컨대 종양에 축적되어야 하는 치료 및 진단 용도에는, 순환 반감기가 연장된 리포좀이 전형적으로 바람직하다. 예를 들어, 순환 반감기 2시간, 8시간, 12시간 또는 최대 24시간의 리포좀이 특히 바람직하다.
추가로, 리포좀 현탁액은 저장시에 지질을 유리-라디칼 및 지질-과산화성 손상으로부터 보호하는 지질-보호제를 포함할 수 있다. 친지성 유리-라디칼 켄쳐(quencher), 예컨대 알파-토코페롤 및 수용성 철-특이적 킬레이터, 예컨대 페리옥사민, 또는 항-산화제, 예컨대 아스코르브산이 적합하다.
하기 실시예는 예시로서 제공되며, 비-제한적이다.
실시예
실시예 1 - 화학적 합성 방법
약염기 유도체 및 미변형 약물을 초고성능 액체 크로마토그래피 (UPLC)로 정량화하였다. 상기 기기는 포토다이오드 어레이 검출기 (PDA) 및 트리플-쿼드 (TQ) MS 검출기가 장착된 워터스(Waters)® 어퀴티(Acquity)™ UPLC 시스템으로 구성되었다. 엠파워(Empower)™ 데이타 획득 소프트웨어 버전 2.0 (미국 소재의 워터스)을 사용하였다. 분리는 워터스® 어퀴티™ BEH C18 컬럼 (1.7 ㎛, 2.1×100 mm)을 0.25 mL/분의 유속으로 사용하여 수행하였고, 이때의 이동 상 A 및 B는 각각 0.1％ 트리플루오로아세트산 (TFA)을 함유하는 물 및 0.1％ TFA를 함유하는 아세토니트릴로 구성되었다. 프레드니손 및 에토포시드 유도체 및 미변형 약물의 경우, 이동 상은 0.1％ 포름산을 함유하는 물 (A) 및 0.1％ 포름산을 함유하는 아세토니트릴 (B)로 구성되었다. 이동 상은 컬럼 온도 23℃에서 프로그래밍된 선형 구배로 전달되었다.
도세탁셀 유도체 및 도세탁셀의 경우, 분리는 이동 상 비율 50:50 (A:B)으로 시작되었다. 상기 비율을 2분의 기간에 걸쳐 선형 곡선을 이용하여 10:90 (A:B)으로 변화시켰고, 이후에는 0.5분의 기간에 걸쳐 10:90 (A:B)으로 유지하였다. 이후, 이동 상을 0.1분의 기간에 걸쳐서 50:50 (A:B)으로 다시 변화시켰고, 이 비율을 0.4분 동안 유지한 후에 다음 샘플을 주입하였다. 프레드니손 유도체 및 프레드니손의 경우, 분리는 이동 상 비율 80:20 (A:B)으로 시작하였다. 상기 비율을 4분의 기간에 걸쳐 선형 곡선을 이용하여 40:60 (A:B)으로 변화시켰고, 이후에는 0.1분의 기간에 걸쳐 10:90 (A:B)으로 변화시켰다. 10:90 (A:B)의 비율을 0.4분 동안 유지시켰다. 이후, 이동 상을 0.1분의 기간에 걸쳐서 80:20 (A:B)으로 다시 변화시켰고, 이 비율을 0.9분 동안 유지한 후에 다음 샘플을 주입하였다. 에토포시드 유도체 및 에토포시드의 경우, 분리는 이동 상 비율 80:20 (A:B)으로 시작하였다. 상기 비율을 1분의 기간에 걸쳐 선형 곡선을 이용하여 72.5:27.5 (A:B)로 변화시켰고, 이후에는 3분의 기간에 걸쳐 60:40 (A:B) 및 0.1분의 기간에 걸쳐 10:90 (A:B)으로 변화시켰다. 이 비율을 0.4분 동안 유지시켰다. 이후, 이동 상을 0.1분의 기간에 걸쳐서 80:20 (A:B)으로 다시 변화시켰고, 이 비율을 0.4분 동안 유지한 후에 다음 샘플을 주입하였다.
분석물질을 파장 230 nm (도세탁셀 및 도세탁셀 유도체의 경우) 및 254 nm (프레드니손 및 에토포시드 유도체의 경우) 및 콘 전압(cone voltage) 30 V의 ES+ 이온 방식 각각을 사용한 PDA 및 TQ-MS 검출기로 검출하였다. LN-제제화된 유도체를 TFA- 또는 포름산-산성화된 에탄올 (0.1 부피％) 중에 가용화하였다. 혈액 혈장 샘플 중 LN-제제화된 약물을 검출하기 위해서, 혈장 50 ㎕를 TFA 또는 포름산 (0.1％ v/v)으로 산성화된 메탄올 150 ㎕에 첨가하고, 상기 혼합물을 4℃에서 30분 동안 10,000×g에서 원심분리하여 침전된 단백질을 펠렛화하였다. 메탄올의 산성화는 전구약물의 안정화에 필요했다. 도세탁셀 및 도세탁셀 유도체 (TD-1)의 MS 검출 한계 (LOD)는 TFA-산성화된 메탄올이 사용되는 경우에 약 1 내지 50 ng/mL였다. 상기 한계는 필요한 경우에 TFA 대신 포름산을 사용하면 더 낮은 nM 농도로 감소될 수 있다.
달리 나타내지 않는 한, 1H NMR 및 13C NMR 스펙트럼은 브루커(Bruker) 모델 AV-300 (1H의 경우에는 300 MHz, 13C의 경우에는 75 MHz) 및 AV-400 (1H의 경우에는 400 MHz, 13C의 경우에는 100 MHz)에서 실온에서 기록하였다. 화학적 이동은 δ 스케일의 백만분율 (ppm)로 보고하였고, 커플링 상수 J는 헤르츠 (Hz)이다. 다중도는 "s" (단일선), "d" (이중선), "t" (삼중선), "q" (사중선), "dd" (이중선의 이중선), "dt" (삼중선의 이중선), "m" (다중선), "b" (광폭)로 기재된다. 저-해상도 질량 스펙트럼 (m/z)은 전기분무 (ESI) 방식으로 수득하였다.
LN-제제화된 유도체는 테크나이(Tecnai) G2 20 TWIN Mk. 2 투과 전자 현미경 (캐나다 밴쿠버 소재의 씨디알디 이미징(CDRD Imaging))으로 수행한 크리오(Cryo)-TEM으로 관찰하였다. 상기 기기는 명시야 방식으로 200 kV에서 작동하였다. 디지탈 영상은 FEI 이글(Eagle) 4k HR CCD 카메라 및 분석 소프트웨어 FEI TIA를 사용하여 저용량 조건하에 기록하였다. 언더포커스 1 내지 3 ㎛를 사용하여 영상 콘트라스트를 향상시켰다. 샘플 제조는 라세이 포름바(Lacey Formvar) 300 격자 (테드 펠라(Ted Pella)의 #01890)에서 비트로보트 마크(Vitrobot Mark) IV 유리화 로봇을 사용하여 수행하였다.
모든 시약 및 용매는 시판 제품이었고, 추가의 정제 없이 사용하였다. 플래쉬(flash) 크로마토그래피는 실리사이클(Silicycle) 230 내지 400 메쉬 실리카 겔에서 수행하였다. 분석용 및 정제용 TLC는 형광 지시자를 갖는 머크(Merck) 실리카 겔 60 플레이트를 사용하여 수행하였다. 스팟은 UV 광, KMnO4 또는 p-아니스알데히드로 가시화하였다.
일반적 합성 전략
본원에서 제공되는 일반적 전략 (도 10)은 적절한 고정 부위, 예컨대 OH 또는 NH 기를 함유하는 수불용성 약물 1을 구조식 2로 대표되는 적당하게 조정된 가용화 단위로 유도체화하는 것을 수반한다. 상기 반응식은 또한 친지성 약염기 약물 유도체의 합성에도 적용된다. 생성된 수용성 접합체 3은 pH 또는 이온 구배를 구동력으로 사용하여 LN으로 로딩될 수 있다. 유도체 3은 그 자체가 활성이고/이거나 생리 조건하에서 활성 모 약물 1로 신속하게 전환된다.
상기 기술은 3의 수많은 물성, 예컨대 (i) 수용해도, (ii) 양성자화된 질소 관능기의 pKa, (iii) 리포좀 로딩 조건하에서의 안정성, (iv) 생리 조건하의 유리 약물 방출 속도를 기초로 한다. 다시, 이러한 특성은 2의 링커, 스페이서, 및 R1기 및 R2기의 성질에 대한 함수이다.
일부 측면에서, 가용화 단위는 카르복시 링커기, 스페이서, 예컨대 n-C1-C4쇄, 및 아민기, 예컨대 N-메틸피페라진, 모르폴린, 피페리딘, 피롤리딘 또는 디메틸아민을 포함한다. 예시적인 가용화 단위는
Figure 112016089304454-pat00062
(여기서, n은 1 내지 약 10, 또는 더욱 바람직하게는 1 내지 4임)을 포함한다.
실시예 2 - 탁산 유도체
하기하는 바와 같이, 도세탁셀을 C-2' 위치의 히드록실기에서 N-메틸-피페라지닐 부탄산으로 유도체화하여 아미노 에스테르 전구약물 (TD1)을 형성하였다.
도세탁셀의 2'-O-(N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르) 유도체 (TD1)
링커 합성: 4-(4-메틸피페라진-1-일)부탄산 히드로클로라이드
Figure 112016089304454-pat00063
1-메틸 피페라진 (7.68 mL, 70 mmol, 4 당량)을 에틸 아세테이트 (50 mL) 중 에틸 4-브로모부타노네이트 (2.5 mL, 17.3 mmol)의 교반된 용액에 실온에서 첨가하였다. 상기 용액을 25℃에서 1시간 동안 교반하였고, 이때 백색 침전물이 생성되었으며, 이후에 오일 조에서 70℃로 1시간 동안 가열하였다. TLC 분석 (헥산 중 20％ 에틸아세테이트 (EtOAc), Rf = 0.9 (출발 물질), 0.1 (생성물), 요오드, I2로 가시화함)은 브로마이드 시약의 완전한 소모를 나타냈다. 상기 반응물을 EtOAc (100 mL)로 희석하여 분리 깔때기로 옮기고, 유기 상을 물 (100 mL), 중탄산나트륨 (NaHCO3, 포화, 2×100 mL) 및 염수 (100 mL)로 세척하여 황산마그네슘 (MgSO4)에서 건조시키고 농축시켜서 약간 황색의 오일을 수득하였다. 상기 오일을 염화메틸렌 (20 mL) 중에 용해하고, 사전 평형화시킨 실리카 겔 플러그 (헥산 중 20％ EtOAc, 150 mL, SiO2)에 로딩하였다. 원하는 생성물을 극성이 증가하는 용출액을 사용 (처음에는 헥산 중 20％ EtOAc 사용, 이후 EtOAc 중 5％→25％ MeOH (5％ NH4OH 함유) 사용)하여 실리카로부터 용출시켰다.
원하는 물질을 함유하는 분획물을 모아 농축시켜서 에틸-4-(4-메틸피페라진-1-일)부타노에이트 (3.63 g, 정량적)를 수득하였다. 생성된 오일을 함유하는 플라스크에 물 (20 mL) 및 염산 (HCl, 10 M, 20 mL, 10 당량)을 첨가하였다. 상기 플라스크에 환류 응축기를 장착하고, 110℃에서 3시간 동안 가열하였다. 이어서, 상기 반응 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후에 오직 오일성 잔류물만이 남을 때까지 진공하에 농축시켰다. 상기 잔류물을 증류수 중에 재용해하고, 상기 농축 공정을 반복하였다. 남아있는 시럽을 85℃에서 에탄올 (50 mL) 중에 용해하였다. 모든 고체를 용해하기 위해서 소량의 물 (약 1 mL) 첨가가 필요하였다 (더 많은 부피의 물을 첨가하는 것은 수율에 유해한 영향을 미칠 것임). 상기 용액을 실온에서 3시간 동안 방치한 후에 냉장고 (5℃)에 옮겨 16시간 동안 두었다. 침전물을 여과하고, 사전 칭량한 바이알로 옮겨서 드라이어라이트(Drierite)상의 데시케이터에 고진공하에 16시간 동안 두어 4-(4-메틸피페라진-1-일)부탄산 히드로클로라이드를 결정질 및 비-흡습성 물질로서 수득하였다 (모노 HCl 염을 기초로 할 때, 3.02 g, 80％).
Figure 112016089304454-pat00064
에스테르화 및 염 형성: TD-1 히드로클로라이드 염
Figure 112016089304454-pat00065
트리에틸아민 (NEt3, 10.0 mL, 5 당량)을 디클로로메탄 (CH2Cl2, 60 mL) 중 도세탁셀 (3.997 g, 4.95 mmol) 및 4-(4-메틸피페라진-1-일)부탄산 히드로클로라이드 (1.213 g, 5.44 mmol, 1.1 당량)의 교반된 용액에 첨가하였다. 이어서, 상기 반응 용기를 빙조에서 냉각시키고, 무카이야마(Mukaiyama) 시약 (2-클로로-1-메틸 피리디늄 요오다이드, 1.667 g, 6.53 mmol, 1.32 당량)을 첨가하였다. 상기 용액은 피리디늄 염이 용해되어 황색이 되었다. 30분 후에 상기 플라스크를 빙조에서 꺼내고, 반응이 16시간 더 진행되도록 하였다. TLC는 출발 물질이 원하는 생성물로 양호하지만 불완전하게 전환되었음을 나타냈다 (CH2Cl2 중 8％ MeOH (5％ NH4OH 함유), 에탄올 중 5％ H2SO4로 염색함). 추가의 0.5 당량의 피리디늄 염 (0.632 g, 0.5 당량) 및 아미노산 (0.120 g, 0.1 당량)을 교반하에 상기 빙냉 용액에 첨가하였다. 3시간 후, 상기 반응 혼합물을 회전 증발기에서 고진공하에 농축시켜서 약간 오렌지색의 고체를 수득하였다. 상기 고체를 CH2Cl2 (150 mL) 및 EtOAc (20 mL) 중에 용해하여 분리 깔때기로 옮기고, 유기 상 및 포화 NaHCO3 용액 (100 mL) 사이에 분배하였다. 이어서, 유기 상을 염수 (100 mL)로 세척하고 MgSO4에서 건조시켜 여과하고 농축시켜서 약간 금색의 시럽을 수득하였다. 상기 시럽을 CH2Cl2 (20 mL) 중에 용해하여 사전 평형화시킨 실리카 겔 컬럼 (CH2Cl2 중 4％ MeOH (5％ NH4OH 함유), 250 mL, 40 mm 직경)에 로딩하고 극성이 증가하는 용매 (CH2Cl2 중 4％→10％ MeOH (5％ NH4OH 함유), 2％씩 증가, 500 mL/증가분)로 용출시켰다.
원하는 물질을 함유하는 분획물을 수집하고 농축시켜서 화합물 3.8909 g (80.5％)을 수득하였다. 상기 화합물의 1H NMR 분석은 양호한 순도를 나타냈고, 위치이성질체에 대한 피크가 존재 (약 10％)하였다. 상기 물질을 CH2Cl2 중에 재용해하고, CH2Cl2 중 1％씩 증가하는 5％→10％ MeOH (500 mL/증가분)를 사용하여 상기한 것과 동일한 크로마토그래피 조건에 적용시켰다. 순수한 물질을 함유하는 분획물을 TLC로 확인하여 수집하고 농축시켜서 깨끗한 NMR 스펙트럼을 갖는 화합물 2.96 g을 수득하였다.
상기 물질을 2-프로판올 (45 mL) 중에 용해하고, HCl (6.3 mL, 디에틸에테르 (Et2O) 중 1 M, 2.05 당량)을 냉각 (0℃)하에 적가하여 히드로클로라이드 염을 생성하였다. 상기 현탁액을 건조해질 때까지 농축시키고, 생성된 크림 색상의 고체를 고진공하에 건조시키고, Et2O (10 mL) 첨가로 2-프로판올 (45 mL)로부터 재결정화하였다. 상기 침전물을 부흐너(Buchner) 깔때기에서 여과하고 고진공하에 18시간 동안 건조시켜서 약 2.5 g을 수득하였다. 도세탁셀 유도체 (TD-1)를 NMR, 질량 분광법, 원소 분석 및 UHPLC-UV로 특징규명하여 정체성(identity) 및 순도를 확인하였다. UHPLC-UV에 의한 크로마토그래피 순도는 96.7％였다.
Figure 112016089304454-pat00066
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Figure 112016089304454-pat00068
TD1 유사체
TD1은 O-2'에서 이염기성 아미노산 에스테르를 함유하고, 이것은 이웃하는 기의 참여를 통해 모 화합물 (도세탁셀)의 지시된 방출을 돕는다고 여겨진다. 일련의 TD1 유사체는 하기하는 바와 같이 합성되었다. 이들 유사체는 아미노-아실 링커의 쇄 길이 및 염기성 아미노-아실 부분의 구조에서 차이 (분자내이웃 도움(anchimeric assistance)을 통해 에스테르 가수분해의 속도가 조정되도록 디자인됨)가 있어서 ([Pop et al., Pharmaceutical Research, 13(3):469-475 (1996)], [Rautio et al., J. Med. Chem., 43(3):1489-1494 (2000)]), 모 화합물의 방출 속도가 다양한 치료 용도에 맞게 미세 조정될 수 있게 한다.
폐환 반응의 경우, 분자내 에스테르 가수분해의 경우와 마찬가지로 반응 중심이 sp2 혼성화된 경우에는 3원 내지 7원 고리 전이 상태가 유리하다. 가수분해의 2가지 가능한 방식이 있다: 방식 A - 아민이 카르보닐에서 직접 작용하여 모 약물 및 활성화된 아실-암모늄 중간체를 생성함, 방식 B - 아민이 일반적인 염기로서 작용하여 용매 (이 경우에는 물)의 친핵성을 증가시켜서 가수분해 속도를 증가시키고 양쪽이온성 아미노산을 방출함. 하기와 같이 합성된 TD1 유사체 모두가 방식 A에 의한 가수분해를 허용한다. 오직 더 짧은 아미노산 에스테르 (n = 1 내지 3)만이 방식 B에 의한 가수분해를 허용한다.
첫번째 시리즈의 유사체에서, 약염기 가용화 단위는 TD1과 상이한 길이의 알킬 링커를 갖는 피페라지닐 아미노 부분을 포함한다. 다음 시리즈의 유사체에서는 동일한 알킬 링커가 사용되었고 아미노 부분은 모르폴리노 및 피페리디닐 치환기를 포함하도록 변형되었다. 아미노 부분은 N-메틸 피페라진 > 모르폴린 > 피페리딘의 순서로 친핵성이 상이하다 (예를 들어, [Baldwin, J. Chem. Soc. Chem. Commun., 734-736 (1976)], [Baldwin et al., J. Org. Chem., 42(24):3846-3852 (1977)]). 염기성은 N-메틸 피페라진보다 2 단위 더 높은 pKa를 갖는 N-메틸 피페리딘의 경우에 반전된다. 이와 같이, N-메틸 피페라지노 화합물은 방식 A에 따른 가수분해에 보다 더 감수성이 있고 양성자화 달성에 더 낮은 pH 값이 필요한 것으로 예상된다.
아미노-에스테르로의 N-알킬화 (일반적 절차)
tert-부틸 3-(4-메틸피페라진-1-일)프로파노에이트
Figure 112016089304454-pat00069
4-메틸 피페라진 (7.68 mL, 70 mmol, 4 당량)을 에틸 아세테이트 (15 mL) 중 tert-부틸 3-브로모프로피오네이트 (3.0 mL, 18 mmol)의 교반된 용액에 0℃에서 첨가하였다. 상기 용액을 25℃에서 1시간 동안 교반하였고, 이때 백색 침전물이 생성되었으며, 이후에 오일 조에서 2시간 동안 55℃로 가열하였다. TLC 분석 (헥산 중 20％ EtOAc, Rf = 0.9 (출발 물질), 0.1 (생성물))은 브로마이드 시약의 완전한 소모를 나타냈다. 상기 반응물을 EtOAc (100 mL)로 희석하여 분리 깔때기로 옮기고, 유기 상을 물 (100 mL), NaHCO3 (포화, 2×100 mL) 및 염수 (100 mL)로 세척하여 MgSO4에서 건조시키고 농축시켜서 약간 황색의 오일을 수득하였다. 상기 오일을 염화메틸렌 (20 mL) 중에 용해하고, 사전 평형화시킨 실리카 겔 플러그 (헥산 중 20％ EtOAc, 150 mL, SiO2)에 로딩하고, 원하는 생성물을 극성이 증가하는 용출액 (헥산 중 EtOAc, 20％에서 출발, 200 mL 부피의 15％ 증가분으로 100％까지 증가)을 사용하여 실리카로부터 용출시켰다. 원하는 물질을 함유하는 분획물을 농축시켜서 tert-부틸 3-(4-메틸피페라진-1-일)프로파노에이트 (4.1 g, 정량적)를 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00070
동일한 일반적 절차를 이용하여 하기 유사체를 제조하였다:
벤질 2-(4-메틸피페라진-1-일)아세테이트
Figure 112016089304454-pat00071
에틸 5-(4-메틸피페라진-1-일)펜타노에이트
Figure 112016089304454-pat00072
벤질 2-모르폴리노아세테이트
Figure 112016089304454-pat00073
tert-부틸 3-모르폴리노프로파노에이트
Figure 112016089304454-pat00074
에틸 4-모르폴리노부타노에이트
Figure 112016089304454-pat00075
에틸 5-모르폴리노펜타노에이트
Figure 112016089304454-pat00076
아미노산으로의 가수분해 (일반적 절차)
3-(4-메틸피페라진-1-일)프로판산 히드로클로라이드 (TD11)
Figure 112016089304454-pat00077
tert-부틸 3-(4-메틸피페라진-1-일)프로파노에이트 (4.1 g, 18 mmol)를 함유하는 둥근 바닥 플라스크에 자성 교반 막대, 물 (20 mL) 및 HCl (10 M, 20 mL, 10 당량)을 첨가하였다. 상기 플라스크에 환류 응축기를 장착하여 오일 조에 넣고, 3시간 동안 조 온도를 110℃로 가열하였다. 이 반응에 대한 TLC 분석은 수행하지 않았다. 상기 반응물을 오일 조에서 꺼내어 실온으로 냉각시켰다. 반응물이 충분히 냉각된 후, 이것을 오일-구동 고진공 펌프에 연결된 회전 증발기로 옮겼다. 상기 플라스크의 내용물을 압력이 0.1 mmHg이고 오직 오일성 잔류물만이 남을 때까지 농축시켰다. 이어서, 상기 플라스크를 치우고, 내용물을 증류수 중에 재용해하고 증발 공정을 반복하여, 물 제거후에 고진공에 적용시켰을 때 발포된 시럽을 수득하였다. 조 물질이 임의의 유의한 양의 잔류 HCl을 함유하는 경우에는 상기 산이 하기하는 결정화 조건하에 재에스테르화되어 수율에 유해한 영향을 미친다는 것을 알아야 한다. 에탄올 (50 mL) 및 자성 교반 막대를 첨가하고, 상기 플라스크를 85℃의 오일 조에 담궈 시럽을 용해하였다. 환류하에서도 모든 물질이 용해된 것은 아니어서 모든 고체가 용해될 때까지 소량의 물 (약 1 mL)을 적가 방식으로 첨가하였다. 이때 과량이 물이 첨가되는 경우에는 수율에 유해한 영향을 미칠 것이다.
생성된 용액을 오일 조에서 꺼내어 실온에서 3시간 동안 방치한 후에 냉장고 (5℃)에 옮겨 16시간 동안 두었다. 고체를 초음파처리로 현탁시켜서 이것이 플라스크 옆면으로부터 풀어지게 하고 부흐너 깔때기에 놓인 필터지에서 여과하였다. 이어서, 결정을 사전 칭량한 바이알로 옮기고, 이것을 드라이어라이트상의 데시케이터에서 고진공하에 16시간 동안 두어 공기에 안정적이고 결정질의 비-흡습성 물질인 고체를 수득하였다 (모노 HCl 염을 기초로 할 때, 3.07 g, 82％).
Figure 112016089304454-pat00078
동일한 일반적 절차를 이용하여 하기 유사체를 제조하였다:
2-(4-메틸피페라진-1-일)아세트산 히드로클로라이드 (TD2)
Figure 112016089304454-pat00079
5-(4-메틸피페라진-1-일)펜탄산 히드로클로라이드 (TD3)
Figure 112016089304454-pat00080
4-모르폴리노부탄산 히드로클로라이드 (TD4)
Figure 112016089304454-pat00081
2-모르폴리노아세트산 히드로클로라이드 (TD5)
Figure 112016089304454-pat00082
3-모르폴리노프로판산 히드로클로라이드 (TD6)
Figure 112016089304454-pat00083
5-모르폴리노펜탄산 히드로클로라이드 (TD12)
Figure 112016089304454-pat00084
4-(피페리딘-1-일)부탄산 히드로클로라이드 (TD7)
Figure 112016089304454-pat00085
2-(피페리딘-1-일)아세트산 히드로클로라이드 (TD8)
Figure 112016089304454-pat00086
5-(피페리딘-1-일)펜탄산 히드로클로라이드 (TD9)
Figure 112016089304454-pat00087
3-(피페리딘-1-일)프로판산 히드로클로라이드 (TD13)
Figure 112016089304454-pat00088
2'-O-아실화 (일반적 절차)
TD4: 모르폴리노 부탄산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00089
25 mL 둥근 바닥 플라스크에서 피리딘 (4 mL) 및 DBU (0.140 mL, 3 당량) 중 4-모르폴리노부탄산 히드로클로라이드 (0.095 g, 0.45 mmol, 1.2 당량)의 교반된 용액을 빙조에서 0℃에서 냉각시키고, 아세토니트릴 (2 mL)을 첨가한 후에 탁소테레® (0.303 g, 0.375 mmol, 1 당량)를 첨가하였다. 1-에틸-3-(3'-디메틸아미노프로필)카르보디이미드 (EDCI, 0.180 g, 2.5 당량)를 15분에 걸쳐 조금씩 첨가하였다. 빙조를 16시간에 걸쳐 용융시키면서 실온으로 점진적으로 가온시키며 상기 생성된 현탁액을 교반하였다. TLC 분석 (EtOAc 중 30％ 헥산/6％ MeOH (5％ NH4OH 스파이크))에서는, 이 시점에서 거의 완전한 전환이 이루어졌음이 밝혀졌다. 에탄올 (2 mL)을 첨가하고, 상기 플라스크를 회전 증발기로 옮겨 고진공하에 농축시켰다. 생성된 오일을 에탄올 중에 재용해하고 다시 농축시켰다. 건조된 잔류물을 염화메틸렌 (약 4 mL) 중에 용해하고, 사전 평형화시킨 실리카 겔 컬럼 (60 mL 실리카, EtOAc 중 30％ 헥산/2％ MeOH (5％ NH4OH 스파이크))에 로딩하고 극성이 증가하는 용매 혼합물 (2％→8％ MeOH, 2％씩 증가, 100 mL/증가분)로 용출시켰다. 원하는 물질을 함유하는 분획물을 모아 농축시켜서 원하는 화합물 (0.255 g, 71％)을 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00090
상기 물질을 EtOAc/헥산으로부터 재결정화하고, 생물학적 및 용해도 시험에 사용하였다.
Figure 112016089304454-pat00091
동일한 일반적 절차를 이용하여 하기 유사체를 생성하였다:
TD2: N-메틸-피페라지닐 아세트산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00092
TD3: N-메틸-피페라지닐 펜탄산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00093
TD5: 모르폴리노 아세트산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00094
TD6: 모르폴리노 프로피온산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00095
TD8: 피페리디닐 아세트산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00096
TD7: 피페리디닐 부탄산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00097
TD9: 피페리디닐 펜탄산 에스테르
Figure 112016089304454-pat00098
7-OH 아실화 (일반적 절차)
보호: GCW00006-09
Figure 112016089304454-pat00099
염화메틸렌 (20 mL) 및 피리딘 (1.6 mL) 중 도세탁셀 (0.746 g, 0.923 mmol)의 교반된 냉각 (-45℃) 용액에 트리클로로에틸 클로로포르메이트 (Troc-Cl, 0.137 mL, 1.01 mmol, 1.1 당량)를 적가 방식으로 첨가하였다. 상기 반응물이 1시간 동안 감소된 온도에서 교반되도록 하고, 제2의 동일 분량의 Troc-Cl (0.137 mL, 1.01 mmol, 1.1 당량)을 적가 방식으로 첨가하였다. 다음 16시간에 걸쳐서 상기 반응물이 교반하에 실온으로 점진적으로 가온되도록 하였다. 이 시점에서의 TLC 분석 (헥산 중 30％ EtOAc)에서는, 출발 물질이 최소량으로 남아있고 2',10-디-Troc, 2',7-디-Troc 및 2',7,10-트리-Troc 보호된 화합물로 추정되는 3개의 새로운 스팟이 형성된 것으로 나타났다. 상기 반응물을 최소량의 에탄올로 희석하고 고진공하의 회전증발기에서 건조해질 때까지 농축시켰다. 이어서, 잔류물을 최소량의 CH2Cl2 중에 용해하고, 사전 평형화시킨 실리카 겔 컬럼 (3 cm×20 cm, 헥산 중 20％ EtOAc)에 로딩하였다. 극성이 증가하는 용매 혼합물 (헥산 중 20％→60％ EtOAc, 100 mL 부피, 5％씩 증가)을 사용하여 컬럼으로부터 원하는 생성물을 조심스럽게 용출시켜 수집하고, 깨끗한 분획물을 농축시켜서 원하는 이성질체를 무정형 백색 고체로서 수득하였다 (0.433 g, 40％).
Figure 112016089304454-pat00100
동일한 일반적 절차를 이용하여 하기 유사체를 생성하였다:
에스테르화: GCW00006-10
Figure 112016089304454-pat00101
4-(4-메틸피페라진-1-일)부탄산 히드로클로라이드 (0.58 g, 2.61 mmol) 및 자성 교반 막대를 함유하는 둥근 바닥 플라스크에 염화티오닐 (15 mL)을 첨가하였다. 생성된 용액을 1.5시간 동안 환류 가열하여 실온으로 냉각시키고 회전 증발기에서 농축시켜 무수 톨루엔 (10 mL) 중에 현탁하고 회전 증발기에서 다시 농축시켜서 백색 고체를 수득하였고, 고진공관에서 염화티오닐 또는 염산 냄새가 나지 않는 일정 중량이 될 때까지 3시간 동안 건조시켰다.
자성 교반기를 함유하는 염화메틸렌 (드라이-솔브(Dri-Solve), 8 mL) 중 GCW00006-09 (0.433 g, 0.375 mmol)의 용액에 N,N-디메틸아미노-피리딘 (DMAP, 0.229 g, 5 당량)을 첨가하였다. 상기 용액을 0℃로 냉각시키고, 상기한 아미노 아실 클로라이드 히드로클로라이드 (0.100 g, 1.1 당량)를 2분에 걸쳐 조금씩 첨가하였다. DMAP는 모노-아미노 아실화된 생성물과 동시 용출되는 경향이 있기 때문에, 상기 반응은 출발 물질의 소모에 대한 TLC 분석을 기초로 하였다. 2시간 후, TLC에서는 출발 물질 일부가 여전히 잔류하는 것으로 관찰되었고, 추가 분량의 아미노-아실 클로라이드 히드로클로라이드 (0.05 g, 0.55 당량)를 첨가하였다. 실온에서의 교반하에 추가로 1시간이 지난 후, TLC에서는 출발 물질이 거의 완전하게 소모된 것으로 나타났다. 상기 반응물을 회전 증발기에서 농축시켜서 오일을 수득하였고, 이것을 최소량의 CH2Cl2 (5 mL) 중에 용해하여 사전 평형화시킨 실리카 컬럼 (3 cm×20 cm, 4:1 CH2Cl2/헥산)에 로딩하고, 플래쉬 크로마토그래피 (4:1 CH2Cl2/1％→10％ MeOH를 함유하는 헥산 (5％ NH4OH 함유))를 실시하였다. 원하는 물질을 함유하는 분획물을 수집하고 농축시켜서 무색의 유리 (0.284 g, 57％)를 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00102
TD10 형성을 위한 탈보호: 7-O-(N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르)
Figure 112016089304454-pat00103
메탄올 및 아세트산 (50 mL, 10％ AcOH) 중 GCW00006-10 (0.276 g, 0.2 mmol)의 격렬하게 교반된 용액에 아연 원소 더스트(dust) (약 0.1 g)를 첨가하였다. 상기 반응물을 TLC로 모니터링하였고, 1시간 이내에 모든 출발 물질이 소모되었고 1개의 더 낮은 이동 스팟 (CH2Cl2 중 10％ MeOH (5％ NH4OH 함유))으로 전환되었다. 상기 반응물을 MeOH (50 mL)로 희석하여 부흐너 깔때기에 놓인 필터지에서 여과하였다. 생성된 용액을 건조해질 때까지 회전 증발기에서 농축시켜서 뻣뻣한 시럽을 수득하였고, 이것을 CH2Cl2 (5 mL) 중에 용해하여 사전 평형화시킨 실리카 겔 컬럼 (3 cm×15 cm, CH2Cl2 중 2％ MeOH (5％ NH4OH 함유))에 로딩하고 극성이 증가하는 용매 (CH2Cl2 중 2％→10％ MeOH (5％ NH4OH 함유), 2％씩 증가, 150 mL/증가분)로 용출시켰다. TLC로 결정할 때 깨끗한 물질을 함유하는 분획물을 수집하고 농축시켜서 백색 고체 (0.0764, 39％)를 수득하였다. HPLC/MS는 모 화합물의 미결정 위치에서 메틸 카르보네이트 치환기를 함유하는 소량의 오염물 (약 10％)이 존재함을 나타냈다.
Figure 112016089304454-pat00104
실시예 3 - 수용성 프레드니손 유도체
N-메틸-피페라지닐-부탄산 에스테르
링커 합성
Figure 112016089304454-pat00105
아세토니트릴 (MeCN, 150 mL) 중 에틸 4-브로모부타노에이트 (5.75 g, 29.5 mmol, 알드리치(Aldrich) 번호 167118) 및 1-메틸피페라진 (3.55 mL, 32.0 mmol, 알드리치 번호 130001) 및 무수 K2CO3 (4.5 g, 32.5 mmol, 피셔(Fisher) 번호 P208)의 혼합물을 18시간 동안 환류시킨 후에 진공하에 농축시켰다. 이어서, 유기 층을 분리하고, 수성 층을 디클로로메탄 (DCM, 3×150 mL)으로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 물 (150 mL)로 세척하여 건조 (Na2SO4)시키고 진공하에 농축시켜서 에틸 4-(4-메틸피페라진-1-일)부타노에이트 (6.01 g, 96％)를 황색 오일로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00106
테트라히드로푸란 (THF, 150 mL) 중 에틸 4-4-(메틸피페라진-1-일)부타노에이트 (6.01 g, 28.1 mmol)의 용액에 물 (150 mL) 중 NaOH (1.20 g, 30 mmol)의 용액을 첨가하였다. 상기 혼합물을 실온에서 18시간 동안 교반한 후에 건조해질 때까지 농축시켜서 나트륨 4-(4-메틸피페라진-1-일)부타노에이트 (6.06 g, 정량적)를 백색 분말로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00107
에스테르화
Figure 112016089304454-pat00108
아세토니트릴 (MeCN, 10 mL) 중 나트륨 4-(4-메틸피페라진-1-일)부타노에이트 (128 mg, 0.615 mmol) 및 프레드니손 (200 mg, 0.559 mmol)의 현탁액에 2-클로로-1-메틸-피리디늄 요오다이드 (235 mg, 0.922 mmol, 알드리치 번호 198005)를 첨가하였다. 생성된 현탁액을 실온에서 18시간 동안 교반한 후에 물 (30 mL)로 켄칭(quenching)시켰다. 이어서, 상기 생성물을 에틸아세테이트 (EtOAc, 4×20 mL)로 추출하여 포화 수성 NaHCO3 (3×20 mL) 및 염수 (20 mL)로 세척하여 건조 (Na2SO4)시키고 진공하에 농축시켰다. 추가의 정제를 실리카 겔 컬럼 (용매: 1％ NH4OH, 10％ MeOH, 89％ 디클로로메탄)에서 수행하여 유도체화된 프레드니손의 유리 염기 (108 mg, 36％)를 백색 고체로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00109
N-메틸-피페라지닐 아세트산 에스테르
링커 합성
Figure 112016089304454-pat00110
CH3CN (150 mL) 중 에틸 2-브로모아세테이트 (4.93 g, 29.5 mmol), 1-메틸피페라진 (3.55 mL, 32.0 mmol, 알드리치 번호 130001) 및 K2CO3 (4.5 g, 32.5 mmol, 피셔 번호 P208)의 혼합물을 18시간 동안 환류시킨 후에 진공하에 농축시켰다. 이어서, 유기 층을 분리하고, 수성 층을 DCM (3×150 mL)으로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 물 (150 mL)로 세척하여 건조 (Na2SO4)시키고 진공하에 농축시켜서 에틸 4-(4-메틸피페라진-1-일)아세테이트 (5.26 g, 96％)를 황색 오일로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00111
THF (150 mL) 중 에틸 2-4-(메틸피페라진-1-일)아세테이트 (5.26 g, 28.3 mmol)의 용액에 물 (150 mL) 중 NaOH (1.20 g, 30 mmol)의 용액을 첨가하였다. 상기 혼합물을 실온에서 18시간 동안 교반한 후에 건조해질 때까지 농축시켜서 나트륨 4-(4-메틸피페라진-1-일)아세테이트 (5.24 g, 정량적)를 백색 분말로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00112
에스테르화
Figure 112016089304454-pat00113
CH3CN (10 mL) 중 나트륨 2-(4-메틸피페라진-1-일)아세테이트 (111 mg, 0.615 mmol) 및 프레드니손 (200 mg, 0.559 mmol)의 현탁액에 2-클로로-1-메틸-피리디늄 요오다이드 (235 mg, 0.922 mmol, 알드리치 번호 198005)를 첨가하였다. 생성된 현탁액을 실온에서 18시간 동안 교반한 후에 물 (30 mL)로 켄칭시켰다. 이어서, 상기 생성물을 EtOAc (4×20 mL)로 추출하여 포화 수성 NaHCO3 (3×20 mL) 및 염수 (20 mL)로 세척하여 건조 (Na2SO4)시키고 진공하에 농축시켰다. 추가의 정제를 실리카 컬럼 (용매: 1％ NH4OH, 10％ MeOH, 89％ DCM)에서 수행하여 유도체화된 프레드니손 (154 mg, 38％)을 백색 고체로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00114
실시예 4 - 친지성 프레드니손 유도체
내부 리놀레일 링커
1-(tert-부틸디메틸실릴옥시)-3-(디메틸아미노)프로판-2-올
3-(디메틸아미노)-1,2-프로판디올 (98％, 1.00 g, 8.39 mmol, 1.0 당량) 및 이미다졸 (0.57 g, 8.39 mmol, 1.0 당량)의 무수 디클로로메탄 (10 mL) 용액을 0℃에서 아르곤하에 15분 동안 교반하였다. 고체 tert-부틸디메틸실릴 클로라이드 (1.26 g, 8.39 mmol, 1.0 당량)를 상기 혼합물에 첨가하고, 생성물을 2시간 동안 0℃에서 교반하였다. 이어서, 상기 혼합물을 디클로로메탄 20 mL로 희석하고 탈이온수 (15 mL)에 부었다. 유기 층을 분리하고, 수성 층을 2회의 추가 분량의 디클로로메탄 (20 mL)으로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 건조 (MgSO4)시켜 여과하고 농축시켜서 조 1-(tert-부틸디메틸실릴옥시)-3-(디메틸아미노)프로판-2-올을 농후한 투명 오일로서 수득하였고, 이것을 추가의 정제 없이 사용하였다.
Figure 112016089304454-pat00115
3-( tert - 부틸디메틸실릴옥시 )- N,N -디메틸-2-(( 9Z,12Z )- 옥타데카 -9,12- 디에닐옥시)프로판-1-아민
조 1-(tert-부틸디메틸실릴옥시)-3-(디메틸아미노)프로판-2-올 (1.0 g, 4.29 mmol, 1.0 당량)의 톨루엔 (10 mL) 용액을 NaH (60％, 0.17 g, 4.29 mmol, 1.0 당량)의 톨루엔 현탁액 (5 mL)에 0℃에서 아르곤하에 조심스럽게 적가하고, 생성물을 15분 동안 교반하였다. 리놀레일 메탄술포네이트 (1.47 g, 4.29 mmol, 1.0 당량)의 톨루엔 용액 (5 mL)을 상기 교반 혼합물에 적가한 후에 상기 반응물을 18시간 동안 90℃에서 교반하였다. 이어서, 상기 혼합물을 실온으로 냉각시키고 에탄올 (10 mL)을 서서히 첨가하여 켄칭시켰다. 이어서, 상기 혼합물을 농축시키고, 잔류물을 탈이온수 (15 mL)로 취하여 EtOAc (20 mL)로 3회 추출하였다. 합한 유기 추출물을 탈이온수 (15 mL)로 세척하여 건조 (MgSO4)시키고 여과하여 농축시켰다. 잔류물의 크로마토그래피 정제 (클로로포름 중 0％→5％ MeOH)로, 3-(tert-부틸디메틸실릴옥시)-N,N-디메틸-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로판-1-아민 109 mg (53％ 수율)을 농후한 투명 오일로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00116
3-(디메틸아미노)-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로판-1-올
TBAF (THF 중 1.0 M, 0.5 mL, 0.50 mmol, 1.2 당량)를 3-(tert-부틸디메틸실릴옥시)-N,N-디메틸-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로판-1-아민 (0.2 g, 0.42 mmol, 1.0 당량)의 무수 THF (100 ㎕) 용액에 한번에 첨가하고, 상기 혼합물을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 농축시키고, 잔류물을 EtOAc (15 mL) 및 수성 포화 염화암모늄 용액 (10 mL) 사이에 분배하였다. 층을 분리하고, 수성 층을 2회의 추가 분량의 EtOAc (10 mL)로 추출하였다. 합한 추출물을 건조 (MgSO4)시켜 여과하고 농축시켜서 조 3-(디메틸아미노)-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로판-1-올을 농후한 베이지색 오일로서 수득하였고, 이것을 추가의 정제 없이 사용하였다.
Figure 112016089304454-pat00117
4-(3-(디메틸아미노)-2-(( 9Z,12Z )- 옥타데카 -9,12- 디에닐옥시 ) 프로폭시 )-4- 옥소부탄산
숙신산 무수물 (0.60 g, 5.99 mmol, 1.1 당량)을 3-(디메틸아미노)-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로판-1-올 (2.0 g, 5.45 mmol, 1.0 당량)의 무수 THF (11 mL) 용액에 한번에 첨가하고, 생성물을 18시간 동안 아르곤하에 환류시켰다. 상기 혼합물을 농축시킨 후에 EtOAc (10 mL) 중에 용해하고 탈이온수 (20 mL)에 부었다. 층을 분리하고, 수성 층을 2회의 추가 분량의 EtOAc (25 mL)로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 건조 (MgSO4)시켜 여과하고 농축시켜서 조 4-(3-(디메틸아미노)-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로폭시)-4-옥소부탄산을 농후한 황색 오일로서 수득하였고, 이것을 추가의 정제 없이 사용하였다.
Figure 112016089304454-pat00118
외부 리놀레일 링커
1-(디메틸아미노)-4-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)부탄-2-올
3-(디메틸아미노)-1,2-프로판디올 (98％, 1.00 g, 8.39 mmol, 1.0 당량)의 톨루엔 (10 mL) 용액을 NaH (60％, 0.34 g, 8.39 mmol, 1.0 당량)의 톨루엔 현탁액 (5 mL)에 0℃에서 아르곤하에 조심스럽게 적가하고, 생성물을 15분 동안 교반하였다. 리놀레일 메탄술포네이트 (2.87 g, 8.39 mmol, 1.0 당량)의 톨루엔 용액 (5 mL)을 상기 교반 중인 혼합물에 적가한 후에 상기 반응물을 18시간 동안 90℃에서 교반하였다. 이어서, 상기 혼합물을 실온으로 냉각시키고, 에탄올 (10 mL)을 서서히 첨가하여 켄칭시켰다. 상기 혼합물을 농축시키고, 잔류물을 탈이온수 (20 mL)로 취하여 EtOAc (30 mL)로 3회 추출하였다. 합한 유기 추출물을 탈이온수 (20 mL)로 세척하여 건조 (MgSO4)시켜 여과하고 농축시켰다. 잔류물의 크로마토그래피 정제 (클로로포름 중 0％→5％ MeOH)로, 1-(디메틸아미노)-4-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)부탄-2-올을 농후한 투명 오일로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00119
4-(1-(디메틸아미노)-4-(( 9Z,12Z )- 옥타데카 -9,12- 디에닐옥시 )부탄-2- 일옥시 )-4-옥소부탄산
숙신산 무수물 (0.60 g, 5.99 mmol, 1.1 당량)을 1-(디메틸아미노)-4-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)부탄-2-올 (2.0 g, 5.45 mmol, 1.0 당량)의 무수 THF (11 mL) 용액에 한번에 첨가하고, 생성물을 18시간 동안 아르곤하에 환류시켰다. 상기 혼합물을 농축시키고, 잔류물을 EtOAc (10 mL) 및 탈이온수 (20 mL) 사이에 분배하였다. 층을 분리하고, 수성 층을 2회의 추가 분량의 EtOAc (25 mL)로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 건조 (MgSO4)시켜 여과하고 농축시켜서 조 4-(1-(디메틸아미노)-4-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)부탄-2-일옥시)-4-옥소부탄산을 농후한 황색 오일로서 수득하였고, 이것을 추가의 정제 없이 사용하였다.
Figure 112016089304454-pat00120
내부 링커를 사용한 프레드니손의 에스테르화
NEt3 (100 ㎕, 0.74 mmol, 1.0 당량)을 4-(3-(디메틸아미노)-2-((9Z,12Z)-옥타데카-9,12-디에닐옥시)프로폭시)-4-옥소부탄산의 무수 디클로로메탄 용액 (10 mL)에 적가하고, 생성물을 15분 동안 아르곤하에 실온에서 교반하였다. PyBOP (0.48 g, 0.93 mmol, 1.25 당량)를 한번에 첨가하고, 생성물을 10분 동안 교반하였다. 프레드니손 (0.32 g, 0.89 mmol, 1.2 당량)을 상기 혼합물에 첨가하고, 생성물을 실온에서 18시간 동안 교반한 후에 농축시켜서 농후한 황색 오일 (90％ 순도)을 수득하였다. 플래쉬 컬럼 크로마토그래피 (클로로포름 중 5％→15％ MeOH 및 EtOAc 중 0％→15％ MeOH)로 정제하여 원하는 생성물을 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00121
실시예 5 - 에토포시드 유도체
4-(4-메틸피페라진-1-일) 부탄산 디히드로클로라이드 염 (4, 20 mg, 0.09 mmol)을 SOCl2 (0.5 mL) 중에 용해하고, 아르곤 대기하에 실온에서 3시간 동안 교반하였다. SOCl2를 증발시키고, 추가의 정제 없이 조 산 염화물을 무수 CH3CN (1 mL) 중에 아르곤 대기하에 용해하였다. 상기 용액을 0℃로 냉각시키고, CH3CN (1 mL) 중에 용해한 에토포시드 (6, 50 mg, 0.085 mmol)를 적가한 후에 트리에틸아민 (10 ㎕)을 적가하였다. 상기 반응을 TLC로 모니터링하면서 2시간 동안 계속 교반하였다. 이어서, 상기 용액을 진공하에 농축시키고, 조 생성물을 물로 취해 에틸 아세테이트 (3×10 mL)로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 무수 황산나트륨에서 건조시키고 진공하에 농축시켰다. 조 생성물을 실리카 겔 (230 내지 400 메쉬) 컬럼 크로마토그래피 (CH2Cl2 중 5％→10％ MeOH 구배)로 정제하여 에토포시드 유도체의 원하는 유리 염기 7, 30 mg을 백색 고체로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00122
실시예 6 - 타크롤리무스 유도체
4-(4-메틸피페라진-1-일) 부탄산 히드로클로라이드 염 (4, 25 mg, 0.12 mmol)을 SOCl2 (0.5 mL) 중에 용해하고, 아르곤 대기하에 실온에서 3시간 동안 교반한 후에 SOCl2를 증발시키고, 추가의 정제 없이 화합물 5를 무수 CH3CN (1 mL) 중에 아르곤 대기하에 용해하였다. 상기 용액을 0℃로 냉각시킨 후, CH3CN (1 mL) 중에 용해한 타크롤리무스 (8, 80 mg, 0.1 mmol)를 첨가한 후에 트리에틸아민 (10 ㎕)을 첨가하였다. 2시간 동안 계속 교반한 후에 상기 용액을 진공하에 농축시켰다. 조 생성물을 물로 취해 에틸 아세테이트 (3×15 mL)로 추출하였다. 합한 유기 추출물을 무수 황산나트륨에서 건조시키고 진공하에 농축시켰다. 조 생성물을 실리카 겔 (230 내지 400 메쉬) 컬럼 크로마토그래피 (CH2Cl2 중 5％→10％ MeOH 구배)로 정제하여 타크롤리무스 유도체의 원하는 유리 염기 9, 45 mg을 백색 고체로서 수득하였다.
Figure 112016089304454-pat00123
실시예 7 - 시클로스포린 및 아자티오프린 유도체
시클로스포린 및 아자티오프린 유도체, 예컨대 하기 나타낸 유도체는 모 약물과 산 염화물의 반응을 수반하는, 본질적으로 타크롤리무스에 대해 기재된 방법에 따라 제조될 것이다. 아자티오프린이 N-9에서 친전자성 작용제와 선택적으로 반응한다는 것은 널리 확립되어 있다 ([Mishra et al., Ind. J. Chem., Sec. B, 26B:847-50 (1987)]). 따라서, 일부 측면에서, 본원에서 제공되는 아자티오프린 유도체는 N-9에서 유도체화될 것이다.
Figure 112016089304454-pat00124
실시예 8 - 약염기 유도체의 용해도
도세탁셀 유도체의 용해도를 LN으로의 능동적 로딩에 사용되는 pH 5의 아세테이트 완충제 중에서 결정하였다. 화합물을 에탄올 중에 50 mg/mL (TD2 제외 - 이것은 25 mg/mL로 용해함)로 용해하였다. 분취액을 10 mM 아세테이트 완충제 (pH 5)로 10배 희석하고, pH를 체크하여 필요한 경우에는 pH 5에 도달하도록 재조정하였다. 대안적으로, 각 화합물 10 mg을 유리 바이알로 칭량해 넣고, 10 mM 아세테이트 완충제 (pH 5) 2 mL를 상기 화합물에 첨가한 후에 상기 현탁액을 10분 동안 초음파처리하였다. 이어서, 침전물을 마이크로콘(Microcon) MY100 필터 (MW 컷-오프(cut-off) 100,000 Da)로 제거하고, 여액을 UPLC-UV로 약물 내용물에 대해 분석하였다. 측정된 용해도는 비-평형 조건하에 결정된 역학 용해도이다.
소량 (막 투과가능하지 않은 양)의 에탄올이 로딩 동안의 수용해도 증가를 위해 임의로 사용될 수 있다. 따라서, 완충제 및 10％ (v/v) 에탄올을 함유하는 완충제 둘다에서 용해도 데이타를 구하였다. 도세탁셀 유도체들의 수용해도 (표 2)는 유의하게 달랐고, 도세탁셀의 수용해도 ([Du et al., Bioorganic ＆ Medicinal Chemistry, 15:6323-30 (2007)])보다 약 20배 내지 500배 더 높은 범위의 값을 가졌다. 용해도는 N-메틸 피페라지노 > 피페리디노 >> 모르폴리노의 순서로 감소하였다. 모르폴리노 유도체의 용해도는 피페라지노 및 피페리디노 유도체의 용해도보다 유의하게 더 낮았다.
Figure 112016089304454-pat00125
TD1의 아미노기의 pKa는 산-염기 적정을 통해 7.7인 것으로 결정되었고, 이것은 LN으로의 pH 구배 로딩에 매우 적합하다. 예상된 바와 같이, TD1 히드로클로라이드 염의 수용해도는 pH 증가에 따라 감소하였다 (pH 4에서는 2.8 mg/mL, pH 5에서는 1.7 mg/mL).
실시예 9 - 약염기 유도체의 안정성
도세탁셀 유도체의 화학적 안정성을 여러 pH 값 및 온도의 수용액 및 생물학적 매질 (마우스 혈장) 중에서 결정하였다. 아세토니트릴 중 도세탁셀 유도체의 분취액을 테플론(Teflon) 라이닝 뚜껑으로 밀폐시킨 1 mL 유리 HPLC 샘플 바이알에서 pH 4.0 및 7.5의 시트레이트/HEPES (10 mM/10 mM) 완충 용액 또는 마우스 혈장과 혼합하였다 (최종 부피 0.25 mL, 최종 도세탁셀 유도체 농도 50 ㎍/mL). 1시간, 4시간 및 24시간의 37℃ 인큐베이션 후에 약물 안정성을 UPLC-UV로 결정하였다. 정해진 시점에서, 3배 과량의 메탄올/0.1％ TFA를 상기 샘플에 첨가하였다. 시트레이트/HEPES 완충 샘플을 상기한 바와 같이 UHPLC로 분석하였다. 혈장 샘플의 경우, 메탄올/0.1％ TFA 첨가로 침전시켜 14,000×g에서의 원심분리로 펠렛화한 단백질 및 상등액을 약물 유도체에 대해 분석하였다. 헤파린처리된 마우스 혈장을 100 mM 인산나트륨 완충제를 사용하여 50％로 희석하여 실험 동안 pH를 일정하게 유지시켰다.
LN 중의 제제화에 적합하도록, 유도체는 pH 4 (LN 운반체 내부의 pH)에서 안정적이어야 한다. 추가로, 전구약물 유도체는 LN으로부터 일단 방출되면 생리적 조건하에 (예를 들어 pH 7.4 및/또는 내인성 효소의 존재하) 활성 약물을 쉽게 형성해야 한다. 표 3은 pH 4, pH 7.4 및 마우스 혈장에서 24시간의 37℃ 인큐베이션 후 도세탁셀 유도체의 가수분해 안정성을 보여준다. C-2' 아미노 에스테르 도세탁셀 유도체 중에서 TD1 내지 TD4, TD7 및 TD9가 pH 4에서 적절한 안정성을 가졌다. TD4는 수용해도가 극도로 낮았고, 혈장 중에서의 인큐베이션은 TD9에는 영향을 미치지 않는 것으로 여겨졌다. TD1 내지 TD3 및 TD7을 선택하여 LN으로 로딩하고 이러한 LN의 시험관내 약물 방출에 대해 시험하였다.
결과 (표 3 및 도 1)는 상기 유도체가 LN 내부에 존재하는 낮은 pH 값 (pH 약 4)에서 안정적이고 LN 운반체로부터의 생체내 방출 후에 활성 약물로 신속하게 전환될 수 있음을 나타낸다. 활성 약물로의 전환은 pH-의존적 (pH가 높을 수록 더 신속함)이고, 생물학적 유체, 예컨대 혈액 혈장 중에 존재하는 가수분해 효소의 존재시에 유의하게 가속화된다.
Figure 112016089304454-pat00126
실시예 10 - 로딩 효율
도세탁셀의 피페라지닐 에스테르 (TD1 내지 TD3), 피페리딘 에스테르 (TD7), 및 C-7 아미노 에스테르 (TD10) 유도체, 프레드니손의 N-메틸-피페라지닐 부탄산 및 아세트산 에스테르 유도체, 및 에토포시드의 N-메틸-피페라지닐 부탄산 에스테르 유도체를 LN으로의 로딩 효율에 대해 시험하였다.
LN의 제조
문헌 [Boman et al., Cancer Res.; 54:2830-2833 (1994)]에 기재된 에탄올 절차를 기초로 하여 LN을 제조하였다. 간략하게 설명하면, 지질 (인지질/Chol, 55/45 몰비)을 에탄올 중에 용해하고, 350 mM 황산암모늄을 함유하는 수용액에 60℃에서 서서히 첨가하였고, 미량의 지질 마커 [3H]CHE (0.15 μCi/mg 전체 지질)를 에탄올 중에서 다른 지질과 동시 용해하여 방출 연구용 LN을 제조하였다. 최종 에탄올 농도는 15％ (v/v)였다. 문헌 [Hope et al., Biochim. Biophys. Acta; 812:55-65 (1985)]에 기재된 바와 같이, 생성된 LN 분산액을 가열된 써모배럴(thermobarrel) 압출기 (노던 리피드즈(Northern Lipids), 캐나다 밴쿠버 소재)를 사용하여 2개의 적재된 100 nm 폴리카르보네이트 필터 (뉴클레오포어(Nucleopore), 미국 캘리포니아주 플레아산톤 소재)를 통해 60℃에서 압출시켰다. 잔류 에탄올 및 외부 황산암모늄을 실온에서의 접면 유동(tangential flow) 투석여과로 제거하고, 미드기(Midgee)™ HOOP™ 한외여과 카트리지 (MW 컷오프 100000, 아머샴 바이오사이언시즈(Amersham Biosciences))를 사용하여 300 mM 수크로스 용액으로 대체하였다. NICOMP 모델 370 초미세 입자 사이저 (파티클 사이징 시스템즈(Particle Sizing Systems), 미국 캘리포니아주 산타 바바라 소재)를 사용한 준탄성 광 산란 (QELS)을 이용하여, 압출된 LN의 크기 분포 (표적 크기 100±20 nm)를 평가하였다.
약물 로딩
도세탁셀, 에토포시드 및 프레드니손 유도체를 문헌 [Haran et al., Biochim. Biophys. Acta; 1151:201-15 (1993)]에 기재된 황산암모늄-기재의 원격-로딩 방법을 이용하여 DSPC/Chol (55:45 mol％) LN으로 로딩하였다. 간략하게 설명하면, TD1을 10 mM 아세트산나트륨-완충된 300 mM 수크로스 (pH 5) 중에 2 mg/mL로 용해하고, 에토포시드 유도체를 10 mM 아세트산나트륨-완충된 300 mM 수크로스 (pH 5) 중에 2.5 mg/mL로 용해하고, 프레드니손 유도체를 10 mM 아세트산나트륨 완충제 (pH 5.3) 중에 7 mg/mL로 용해하였다. 상기 용해된 유도체를 예열된 (60℃) LN 현탁액에 첨가하고, 상기 혼합물을 정해진 시간 (전형적으로는 30분) 동안 60℃에서 교반하에 인큐베이션하였다. LN 제제는 전형적으로 지질 농도 5 내지 10 mg/mL 및 약물/지질 중량비 0.1 내지 0.4 mg/mg으로 제조된다. 포획되지 않은 도세탁셀 유도체는 미드기™ HOOP™ 한외여과 카트리지 (MW 컷오프 100000, 아머샴 바이오사이언시즈)를 사용한 접면 유동 투석여과 또는 크기 배제 크로마토그래피로 제거하였다. 외부 용액을 완충되지 않은 생리 염수 용액으로 대체하였고, 필요한 경우에는 샘플을 농축시켰다. 생체내 연구를 위한 약물-로딩된 LN 제제를 0.2 ㎛ 필터 (날진(Nalgene))를 통한 여과로 멸균한 후에 4℃에서 저장하였다. 또한, TD-1을 DPPC/Chol (55:45 mol％) 및 DMPC/Chol (55:45 mol％)로 구성된 LN으로 로딩하였다.
세파덱스 G50 스핀 컬럼을 사용한 크기 배제 크로마토그래피에 의해 LN 포획된 전구약물로부터 외부 (포획되지 않은) 전구약물을 분리하기 전과 분리한 후에 전구약물 및 지질 수준 둘다를 정량화하고 각각의 전구약물/지질 비율을 비교하여 로딩 효율을 결정하였다. 인지질 농도는 문헌 [Fiske and Subbarow, J. Biol. Chem.; 66:375-379 (1925)]의 인 검정으로 결정하였고, 콜레스테롤 농도는 효소 비색 검정 (와코 케미칼즈(Wako Chemicals), 미국 버지니아주 리치몬드 소재)을 이용하여 정량화하였다. 유도체 농도는 본원에 기재된 바와 같이 초고성능 액체 크로마토그래피 (UHPLC)로 결정하였다. 로딩하는 동안에 전구약물이 모 약물로 전환되는 것도 모니터링하였다. 결과는 도 2 (도세탁셀 유도체), 도 3 (프레드니손 유도체) 및 도 4 (에토포시드 유도체)에 나타냈다.
실시예 11 - LN 제제의 안정성
상이한 지질 조성 (DSPC/Chol, DPPC/Chol 및 DMPC/Chol, 각각 55/45 mol％ 및 유도체/지질 비율 0.2 wt/wt)을 갖는 LN-유도체 제제를 0.9％ 생리 염수 중에 유도체 농도 3 mg/mL로 하여 제조하였다. 상기 LN 제제를 멸균 여과하여 5 mL 유리 바이알에 멸균 충전하고, 상기 바이알의 마개를 닫아 뚜껑을 닫은 후에 7℃에서 저장하였다. 4개월의 기간에 걸쳐 다양한 시점 (처음 1개월 동안에는 1주 당 1회, 이후에는 1개월 당 1회)에 제제를 LN 크기 (QELS), 유도체 보유율 (세파덱스 G-50 스핀 컬럼 방법) 및 유도체 완전성(integrity)에 대해 분석하였다. 결과는 도 5A 내지 도 5C에 요약되어 있다. 상기 3가지 제제 모두가 극도로 안정적이었고, 전구약물 방출은 검출가능하지 않았고 (도 5B), LN 제제의 평균 크기 및 크기 분포는 달라지지 않았으며 (도 5C), 전구약물 가수분해는 4％ 미만 (3.5％ 내지 3.8％, 도 5A)이었다. 다른 분해 생성물은 관찰되지 않았다. 상기 데이타는 습윤 LN 제제 개발의 가능성을 입증한다. 제제의 동결은 또다른 별법의 방법이다.
황산암모늄 구배 기술을 이용하여 제조된 LN은 대략 4.0의 소포내 pH를 갖는다 ([Maurer-Spurej et al., Biochim. Biophys. Acta, 1416:1-10 (1999)]). 상기 유도체가 pH 4에서 pH 7.4보다 유의하게 더 높은 안정성을 갖는다는 점에 비추어 (상기 표 2 참조), LN 포획은 포획된 유도체의 가수분해 안정성을 수용액 중의 유도체에 비해 크게 개선시킨다. 예를 들어, pH 4에서의 TD1은 약 49일 (또는 7주)의 가수분해 반감기를 갖는다. 반대로, 포획된 TD1은 3％ 미만이 4개월 (16주)의 기간에 걸쳐 도세탁셀로 전환되었다. 크리오-TEM 현미경은 전구약물이 LN 내부에서 침전되고, 이로 인해 유의하게 더 높은 안정성을 갖는다는 것을 밝혀냈다.
TD1 (탁소테레™와 동일한 방식으로 제제화된 것 및 LN 내에 포획된 것) 및 탁소테레™가 혈액 순환계로부터 제거되는 속도를, 상기 제제를 스위스 웹스터 마우스에게 i.v. 투여한 후에 조사하였다. 상기 마우스에게 상기 제제의 동몰 용량 (도세탁셀 20 mg/kg)을 단일 볼루스 주사로 정맥내 주사하고, TD1 및 도세탁셀의 혈장 수준을 UHPLC-MS로 결정하였다. 결과를 도 5에 나타냈다. 도세탁셀/탁소테레™ 및 유도체 모두가 수 분의 혈장 순환 반감기를 가졌고, 2시간 이후에는 혈장 농도가 검출가능한 수준 미만이었다 (도 6). 반대로, DSPC/Chol LN 중 유도체의 제제는 순환 반감기가 수 분에서 10시간 내지 12시간 (2배 크기로 더 높은 혈장 농도를 가짐)으로 연장되었다 (도 6). 제16시간에는 주사된 용량의 대락 24％가 순환계에 잔류하였다. LN-제제화된 유도체의 제거는 주로 LN 운반체의 제거 속도에 의해 결정된다고 여겨진다. 상기 데이타는 상기 유도체의 LN 제제가 순환계에서 안정적이고 치료 표적에서 효율적인 약물 축적이 이루어지게 하는 순환 반감기를 달성할 수 있음을 입증한다.
실시예 12 - LN으로부터 약물 유도체의 시험관내 방출
LN-기재 약물의 활성은 운반체로부터의 약물의 방출 속도에 매우 의존적이다. 예를 들어, 약물이 LN 운반체 밖으로 신속하게 누출되는 경우, 질환 부위에 도달한 LN은 약물을 거의 또는 전혀 운반하고 있지 않을 것이고, 유리 약물에 대한 치료 이익이 무시할 만할 것이다. 한편, 약물이 LN으로부터 지나치게 서서히 방출되는 경우, 질환 부위에 도달하는 약물의 양은 치료 농도에 도달할 수 없다. 약물 보유/방출의 주요 결정자는 LN 운반체의 지질 조성 및 약물의 소포내 형태이다. 불포화 지질 또는 더 짧은 아실 쇄를 갖는 지질을 사용하는 것이 보다 신속한 약물 방출에 유리하다. LN 내 약물 침전은 약물 보유율을 증가시킬 수 있다. 약물 유도체가 LN 내에 침전되는지의 여부는 크리오-TEM 및/또는 당업계 공지의 다른 방법을 이용하여 LN 제제를 관찰함으로서 결정될 수 있다.
LN으로부터의 도세탁셀 유도체의 시험관내 방출을 마우스 혈장에서 평가하였다. 초기 전구약물/지질 비율을 다양한 시점에서의 전구약물/지질 비율과 비교하여 약물 보유율을 결정하였다. 도세탁셀 유도체는 미량의 방사성표지된 지질 마커 3H-콜레스테릴헥사데실에테르 (3H-CHE)를 함유하는 DSPC/Chol, DPPC/Chol 및 DMPC/Chol LN (55:45 mol％) 내에 포획되었다. LN 제제를 최종 지질 농도 0.75 mg/mL로 하여 마우스 혈장과 혼합한 후에 37℃에서 인큐베이션하였다. 다양한 시점에서, 분취액을 취하고 세파덱스 G-50 스핀 컬럼을 작동시켜 포획되지 않은 전구약물을 제거하였다 ([Pick, Arch. Biochem. Biophys. 212:186-194 (1981)]). 용출액 중 유도체 및 지질 농도는 각각 UHPLC 및 액체 섬광 계수로 결정하였다.
도 7A는 명시된 시점에서 샘플 중에 존재하는 유도체/지질 (또는 전구약물/지질) 비율을 초기 약물/지질 비율로 나눈 값으로 정의되는 LN 내 TD1의 보유율(％)을 보여준다. DSPC/Chol 및 DPPC/Chol LN 둘다 16시간의 실험 시간에 걸쳐서 방출을 거의 또는 전혀 나타내지 않았다. DMPC/Chol LN은 전구약물을 방출하였고, 이것의 반감기는 약 6시간이었으며, 주사후 제16시간에 포획된 채로 잔류하는 전구약물은 16％였다. 0.1 및 0.2 mg/mg으로 로딩한 DSPC/Chol LN 제제의 보유 프로파일 비교는 약물 보유율이 전구약물/지질 비율에 의존적인 것이 아님을 보여준다. 마우스 혈장 중에서 수행한 시험관내 방출 연구는 생체내 연구 (도 7B)와 잘 일치한다. DSPC 및 DPPC/Chol LN의 경우에 비해 DMPC/Chol LN 사용시에 방출이 증가하는 것은, DMPC가 가장 짧은 아실 쇄 (C14)를 갖기 때문에 보다 긴 쇄의 지질을 갖는 경우에 비해 막 투과성이 감소된다는 것과 일치한다. 도 7C는 DSPC/Chol LN 중 TD1의 시험관내 보유 특성을 DSPC/Chol 중에 제제화된 동일한 전구약물/지질 비율의 다른 도세탁셀 유도체 (TD2, TD3 및 TD7)와 비교하여 보여준다. 모든 유도체는 효율적으로 보유되었다. TD7은 TD1과 동일한 속도로 방출되었지만, TD2 및 TD3은 약간 더 신속한 속도로 방출되었다 (방출률(％)은 100 - 보유율(％)로 정의됨). 시험관내 및 생체내 데이타는 약염기 유도체가 LN 내에 효율적으로 보유될 수 있고, 방출 속도는 LN 운반체의 지질 조성을 변화시켜 조절될 수 있음을 입증한다.
실시예 13 - 약력학 및 생체내 약물 방출
LN-포획된 도세탁셀 유도체의 약력학 (PK)을 시판되는 도세탁셀 제제인 탁소테레™, 및 탁소테레™와 동일한 방식으로 제제화된 유도체의 PK와 비교하였다. 탁소테레™ 및 유사하게 제제화된 유도체는 탁소테레™ (사노피-아벤티스(Sanofi-Aventis), 미국 소재)에 대한 처방 정보에 기재된 바와 같이 에탄올/폴리소르베이트 80/생리 염수 용액을 사용하여 약물을 용해시켜서 제제화되었다. 도세탁셀 유도체는 DSPC/Chol, DPPC/Chol 및 DMPC/Chol LN (55:45 mol％) 중에 약물/지질 비율 0.2 wt/wt로 하여 황산암모늄 로딩 기술로 포획시켰다. 지질 성분은 미량 (0.15 μCi/mg 지질)의 지질 마커 [3H]CHE를 함유하여 전구약물 및 LN 운반체 모두가 순환계로부터 제거되는 것을 모니터링할 수 있었다.
PK 및 생체내 방출 연구는 4개의 시점 (제1시간, 제4시간, 제8시간 및 제16시간) 및 시점 당 4마리 마우스를 기초로 하였다. 모든 제제는 꼬리 옆쪽 정맥을 통해 도세탁셀 (또는 도세탁셀 등가물) 용량 20 mg/kg 및 대상체 체중을 기초로 한 부피 (10 mL/kg)로 i.v. 투여되었다. 다양한 시점에서 마우스를 케타민/크실라진으로 마취시키고, 심장 천공에 의해 혈액을 수집하고 EDTA 마이크로테이너 튜브에 넣었다. 동물들은 혈액 수집 직후에 사망시켰다. 1,000 g에서 10분 동안의 원심분리에 의해 혈장을 전혈로부터 분리하였다. 0.1％ TFA로 산성화된 빙냉 메탄올 150 ㎕를 혈장 50 ㎕에 첨가하여 혈장 단백질을 침전시켰다. 상기 메탄올계 용액을 30분 동안 15,000×g로 4℃에서 원심분리하여 단백질을 펠렛화하고, 상등액을 UHPLC에 의해 도세탁셀 및 약물 유도체에 대해 분석하였다. LN 제제의 경우, 혈장 25 내지 50 ㎕를 섬광 유체 (피코플루오르 40(PicoFluor 40), 퍼킨 엘머(Perkin Elmer))에 첨가하고, 섬광 계수에 의해 지질 수준 ([3H]-CHE 방사능)에 대해 분석하였다. LN 내 잔류하는 전구약물의 비율(％) (약물 보유율)은, 혈장 샘플 중의 전구약물/지질 비율을 주사된 LN 제제의 비율로 나누고 100％를 곱하여 계산하였다. 결과를 도 7B에 나타냈다. 유리 도세탁셀 및 도세탁셀 유도체는 LN-포획된 형태보다 훨씬 더 신속한 속도로 제거되었기 때문에, 혈장 샘플로부터 회수된 전구약물/지질 비율은 LN 내에 포획되어 잔류하는 전구약물의 양에 대한 직접적인 지시자로 간주될 수 있다.
실시예 14 - 시험관내 항암 활성
TD1의 시험관내 항암 활성을 모 화합물 (도세탁셀)과 비교하여 결정함으로써, 유도체가 활성 약물을 형성 (생물전환)하는 능력을 추가로 조사하였다. 항암 활성은 난소암 세포주 ES-2, 전립선암 세포주 PC3 및 유방암 세포주 MDA435/LCC6 (비씨 캔서 리써치 센터(BC Cancer Research Centre), 캐나다 비씨 밴쿠버 소재)를 포함하는 3가지 인간 암 세포주 패널에 대해 평가하였다 ([Fields and Lancaster, Am. Biotechnol. Lab., 11:48-50 (1993)], [Nakayama et al., J. Immunol. Methods, 204:205-208 (1997)]). 세포독성은 72시간의 약물 노출 기간 후에 알라마르 블루(Alamar Blue) 검정을 이용하여 결정하였다. 간략하게 설명하면, 세포를 96웰 플레이트에서 다양한 양의 TD1 또는 모 약물 (DMSO 중에 용해함)의 존재하에 37℃에서 72시간 동안 인큐베이션하였다. 인큐베이션 기간의 종료시에, 알라마르 블루 용액을 모든 웰에 첨가 (20 ㎕/웰, 배양 부피의 10％)하였다. 상기 플레이트를 4시간 동안 인큐베이터에 다시 넣었다. 샘플 형광을 λex = 530 nm 및 λem = 590 nm에서 결정하였다. 생존율을 다음 식에 따라 계산하였다: 세포 생존율(％) = (F플러스 약물 - F백그라운드)/(F마이너스 약물 - F백그라운드)*100 (여기서, F플러스 약물은 약물 존재하의 형광 판독치이고, F마이너스 약물은 약물 부재하의 세포 대조군이며, F백그라운드는 백그라운드 형광 (매질 단독)임). S자형 곡선을 농도-생존율 플롯에 핏팅하여 IC50 값 (nM)을 계산하고 표 4에 나타냈다. TD1은 도세탁셀만큼 활성이었고, 이는 상기 전구약물이 활성 화합물로 쉽게 전환되었음을 나타낸다.
Figure 112016089304454-pat00127
실시예 15 - 생체내 항암 활성
LN-도세탁셀 유도체 제제의 항암 효능을 인간 유방암 (MDA-MB-435/LCC6)의 피하 이종이식편 모델에서 단일 볼루스 주사 후에 평가하였다. 뮤린(murine) MDA-MB-435/LCC6 세포를 2 mM L-글루타민 및 10％ FBS를 함유하는 DMEM 중에 37℃에서 5％ CO2 환경하에 배양하였다. 암컷 RAG2-M 마우스에게 5×106개 (50 ㎕) 세포를 오른쪽 옆구리에 피하 접종하였다. 종양이 일단 100 내지 150 mm3의 크기에 도달하면, 동물을 군 (군 1개 당 6마리 동물)으로 무작위화하고, 용량 25 mg/kg의 탁소테레™ 또는 TD1의 LN 제제 (DSPC/Chol, DPPC/Chol 및 DMPC/Chol, 55:45 mol％ 및 전구약물/지질 중량비 0.2 wt/wt)의 3가지 상이한 용량 (31.25 mg/kg, 50 mg/kg 및 110 mg/kg, 이는 도세탁셀 25, 40 및 88 mg/kg에 상응함)의 단일 i.v. 볼루스 주사를 주사하였다. 종양 성장 및 동물 체중을 3일마다 측정하였다. 디지탈 캘리퍼로 종양 치수를 측정하여 종양 성장을 모니터링하였고, 종양 부피를 길이×(폭2)÷2 (여기서, 길이 (mm)는 종양의 더 긴 축임)의 식에 따라 계산하였다. 종양이 최대 700 mm3까지 성장하게 한 후에 사망시켰다. 궤양이 형성된 종양을 갖는 동물을 사망시켰다.
종양 성장 억제 (최적의 ％T/C), 종양 성장 지연 (T-C), 처치군 및 대조군 종양이 2배 크기가 될 때까지의 시간 차이, 및 NCI 스코어를 포함하는 항암 활성의 확립된 파라미터의 비교를 통해 처치 효과를 평가하였다 ([Plowman J, Dykes DJ, Hollingshead M, Simpson-Herren L, Alley MC. 1997. Human tumor xenograft models in NCI drug development. In: Teicher BA, editor. Anticancer drug development guide: Preclinical screening, clinical trials, and approval. Totowa: Humana Press, Inc. pp 101-125]). 추가로, 임의의 약물-관련 사망 (마지막 투여 후 15일 이내 및 낮은 종양 존재량)을 기록하고, 또한 최대 체중 손실 (군의 평균)도 기록하였다. ％T/C 값 및 NCI 스코어는 다음과 같이 계산하였다: 각각의 처치군 (T) 및 대조군 (C)에 대한 종양 부피 변화량을 각 해당일마다 종양에 대해서 제1 처치일의 중앙 종양 부피를 명시된 관찰일의 중앙 종양 부피로부터 감하여 계산하였다. 생성된 값을 사용하여 ％T/C = (ΔT/ΔC)×100에 따라 ％T/C를 계산하였다. 최적 (최소)의 값을 사용하여 항-종양 활성을 정량하였다. NCI 스코어 0은 최적의 ％T/C > 42에 배정되며, 처치가 효과가 없음을 의미한다. 스코어 1은 최적의 ％T/C 값 1 내지 42에 배정되며, 종양 성장이 억제된다는 것을 나타낸다 ([Capdeville et al., Nature Reviews Drug Discovery, 1:493-502 (2002)]).
LN 운반체의 지질 조성이 포획된 TD1의 효능에 미치는 영향을 도 8A에 예시하였다. DSPC/Chol, DPPC/Chol 및 DMPC/Chol LN 제제 (TD1/지질 비율 0.2 wt/wt)를 도세탁셀 40 mg/kg과 동등한 용량으로 투여하였다. DSPC/Chol 제제가 종양 성장을 가장 효과적으로 억제하였고, 그 다음은 DPPC/Chol 및 DMPC/Chol (최소의 활성) 제제였다. 항-종양 효능은 방출 속도와 고도의 상관관계가 있었고, 가장 느린 방출 속도를 나타내는 제제가 가장 높은 활성을 가졌다.
DSPC/Chol 제제 (TD1/지질 비율 0.2 wt/wt)의 치료 활성을 3가지 상이한 용량 (도세탁셀 25, 40 및 88 mg/kg)에서 탁소테레™/도세탁셀 25 mg/kg과 비교하여 결정하였다. 동몰 용량 (도세탁셀 25 mg/kg)에서는 탁소테레™가 LN 제제보다 약간 더 효능이 있었다. 그러나, LN 제제는 탁소테레™의 MTD보다 훨씬 더 높은 용량으로 투여될 수 있다. 이러한 용량에서, DSPC/Chol LN 제제는 유의하게 더 효능이 있었다 (도 8B). 가장 유의한 종양 성장 저해는 도세탁셀 88 mg/kg에서 관찰되었고, 이때 최적의 ％T/C 값은 5％였고 종양 성장 지연 (T-C)은 29일이었으며, 탁소테레™의 경우에는 종양 성장 지연 (T-C)이 9일인 것과 비교되었다 (표 5). 상기 결과는 LN 제제가 탁소테레™보다 잠재적으로 훨씬 더 효과적임을 입증한다.
Figure 112016089304454-pat00128
a최적의 ％T/C. ％T/C > 42는 NCI 스코어 0 (비활성)을 가지며, 1 내지 42의 ％T/C는 NCI 스코어 1 (종양 억제를 나타냄)을 가짐.
b종양 성장 지연 (처치군 및 대조군 종양이 2배 크기가 될 때까지의 시간 차이).
c약물-관련 사망 (DRD).
d처치 군 당 최대 평균 체중 손실율(％), n = 6.
실시예 16 - 관용성 연구
관용성 연구는 최대 허용 용량 (MTD) 및 효능 연구 (효능 연구는 단일 i.v. 주사를 기초로 함)에 사용되는 용량 범위를 확립하기 위한 것이다. 단일 용량 MTD 연구는 LN-포획된 TD1, 도세탁셀로서의 탁소테레™와 동일한 방식으로 제제화된 TD1, 및 탁소테레™를 사용하여 면역약화된 SCID/Rag2-M 마우스 (효능 연구에도 사용됨)에서 수행되었다. 상기 연구는 단일 용량의 투여를 기초로 하고, 군 1개 당 3마리 마우스에 대해 수행되었고, 상기 유도체 및 탁소테레의 경우에는 3가지 용량 수준을 기초로 하고 LN 제제 (DSPC/Chol 55:45 mol％, 전구약물/지질 중량비 0.2 mg/mg)의 경우에는 5가지 용량 수준을 기초로 하는 용량 증가 전략을 사용하였다. 모든 제제는 꼬리 옆쪽 정맥을 통해 마우스 20 g 당 200 ㎕ 부피로 i.v. 주사되었다.
약물 투여 후 14일의 기간에 걸쳐 독성의 징후에 대해 마우스를 매일 모니터링하였다. 관용성을 체중 변화 및 또한 거동상의 파라미터로 평가하였다. MTD는 약 15％의 체중 손실을 일으키고 치사를 야기하지 않는 용량으로 정의되었다. 개개의 마우스의 체중을 연구 기간 동안 2일 마다 측정하였다. 체중 손실이 관용성의 양호한 예측변수가 아닌 경우에는, 독성으로 인해 동물을 사망시킬 필요가 없는 용량을 사용하였다.
결과는 표 6에 요약되어 있다. 탁소테레™의 단일 용량 MTD는 29 mg/kg이었고, TD1의 MTD는 16 mg/kg (전구약물 20 mg/kg에 상응하는 도세탁셀 등가물의 MTD)이었다. TD1은 도세탁셀 20 mg/kg과 동등한 용량에서 급성 독성 (치사)을 나타냈다. 급성 독성은 주사 후의 약물 침전과 관련이 있다고 여겨졌다. 반대로, LN-포획된 TD1 (DSPC/Chol 55:45 mol％ LN, 전구약물/지질 중량비 0.2 mg/mg)은 무려 도세탁셀 88 mg/kg과 동등한 높은 용량에서도 독성의 징후 없이 (체중 및 거동상의 파라미터에 유의한 변화가 없음) 잘 관용되었다 (표 6). LN 제제의 MTD는 탁소테레™의 경우 (29 mg/kg)보다 최소 3배 더 높았고, 이는 이것이 훨씬 더 관용되며 (덜 독성임) 따라서 더 높고 더 효능이 있는 용량으로 투여될 수 있음을 입증한다. 비히클 (폴리소르베이트 80/생리 염수) 단독은 유해 효과가 없었다.
Figure 112016089304454-pat00129
이와 같이 본 발명을 기재하였고, 이것이 여러가지 방식으로 변경될 수 있음이 명백할 것이다. 이러한 변경은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안되며, 당업자에게 명백할 모든 이러한 변형은 하기하는 특허청구범위에 포함된다.

Claims (21)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 하기 화학식 I을 갖는 화합물 또는 그의 제약상 허용가능한 염:
    Figure 712017003235944-pat00166
    (I)
    여기서, Z는 하기로 구성된 군으로부터 선택되는 리포좀 가용화 단위임:
    Figure 712017003235944-pat00161
    Figure 712017003235944-pat00162
  6. 하기로 구성된 군으로부터 선택되는 화합물 또는 그의 제약상 허용가능한 염:
    Figure 712017003235944-pat00163

    Figure 712017003235944-pat00164

    및
    Figure 712017003235944-pat00165
    .
  7. 제5항 또는 제6항의 화합물을 제약상 허용가능한 운반체와 혼합하여 포함하고, 임의로 상기 제약상 허용가능한 운반체는 80 nm 내지 120 nm의 입자 크기를 갖는 리포좀을 포함하는 조성물.
  8. 제5항 또는 제6항의 화합물 또는 그의 제약상 허용가능한 염, 포스파티딜 콜린 지질 및 콜레스테롤을 포함하는 리포좀 조성물.
  9. 제8항에 있어서, 상기 포스파티딜 콜린 지질은 C14 내지 C22 포화 지방산 포스파티딜 콜린 지질이고, 임의로 상기 포스파티딜 콜린 지질은 디스테아로일포스파티딜 콜린, 디팔미토일포스파티딜 콜린 및 디미리스토일포스파티딜 콜린으로 구성된 군으로부터 선택되는, 리포좀 조성물.
  10. 제8항에 있어서, 콜레스테롤:포스파티딜 콜린 지질의 몰비가 0.1 내지 1.0인, 리포좀 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 음으로 또는 양으로 대전된 지질을 더 포함하고, 임의로
    상기 음으로 대전된 지질은 디미리스토일포스파티딜글리세롤, 디팔미토일포스파티딜글리세롤, 디스테아로일포스파티딜글리세롤, 디미리스토일 포스파티드산, 디팔미토일 포스파티드산, 디미리스토일포스파티딜에탄올아민, 디팔미토일포스파티딜에탄올아민 및 카르디올리핀으로 구성된 군으로부터 선택되고;
    상기 양으로 대전된 지질은 N,N'-디메틸-N,N'-디옥타실 암모늄 브로마이드(DDAB) 및 N,N'-디메틸-N,N'-디옥타실 암모늄 클로라이드(DDAC), N-(1-(2,3-디올레일옥시)프로필)-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드(DOTMA), 3β-[N-(N',N'-디메틸아미노에틸)카르바모일) 콜레스테롤(DC-chol), 1,2-디올레오일옥시-3-[트리메틸암모니오]-프로판(DOTAP), 1,2-디옥타데실옥시-3-[트리메틸암모니오]-프로판(DSTAP) 및 1,2-디올레오일옥시프로필-3-디메틸-히드록시에틸 암모늄 클로라이드(DORI)로 구성된 군으로부터 선택되는, 리포좀 조성물.
  12. 제8항에 있어서, 상기 리포좀에 대한 중합체 층 코팅을 더 포함하고, 임의로
    중합체 층 코팅은 폴리(에틸렌 글리콜)-접합된 지질을 포함하고, 추가로 임의로
    상기 폴리(에틸렌 글리콜)-접합된 지질은 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-350](mPEG 350 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-550](mPEG 550 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-750](mPEG 750 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-1000](mPEG 1000 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-2000](mPEG 2000 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-3000](mPEG 3000 PE), 1,2-디아실-sn-글리세로-3-포스포에탄올아민-N-[메톡시(폴리에틸렌 글리콜)-5000](mPEG 5000 PE), N-아실-스핑고신-1-[숙시닐(메톡시 폴리에틸렌 글리콜) 750](mPEG 750 세라미드), N-아실-스핑고신-1-[숙시닐(메톡시 폴리에틸렌 글리콜) 2000](mPEG 2000 세라미드), 및 N-아실-스핑고신-1-[숙시닐(메톡시 폴리에틸렌 글리콜) 5000](mPEG 5000 세라미드)로 구성된 군으로부터 선택되는, 리포좀 조성물.
  13. 제8항에 있어서, 리포좀은 입자 80 nm 내지 120 nm인 입자 크기를 갖는, 리포좀 조성물.
  14. 내부 구획을 갖는 리포좀 나노입자를 포함하는 염증 치료용 제약 제제로서, 내부 구획은 제5항 또는 제6항의 프레드니손 화합물 또는 그의 제약상 허용가능한 염을 함유하고, 리포좀 나노입자는 C14-C22 포화 탄소 쇄 및 스테롤을 함유하는 포스파티딜콜린을 포함하는, 제약 제제.
  15. 제14항에 있어서, 리포좀 나노입자는 스테롤 및 포스파티딜콜린을 0.1 내지 1의 몰비로 포함하는, 제약 제제.
  16. 제14항에 있어서, 내부 구획은 수성의 낮은 pH 완충제를 포함하고, 임의로 낮은 pH 완충제는 시트레이트를 포함하거나, 또는
    내부 구획은 황산암모늄 함유 수용액을 포함하는, 제약 제제.
  17. 제14항에 있어서, 리포좀 나노입자 중에 프레드니손 유도체 대 지질의 비율은 중량 기준으로 0.01:1 내지 10:1인, 제약 제제.
  18. 제14항에 있어서, 제제의 지질 농도는 0.5 mg/mL 내지 100 mg/mL이거나, 또는 지질 농도는 10 mg/mL 내지 50 mg/mL인, 제약 제제.
  19. 제14항에 있어서, 리포좀 나노입자는 크기가 0.1 내지 0.5 마이크로미터인, 제약 제제.
  20. 제14항에 있어서, 리포좀 나노입자는 물, 완충제 처리된 물 및 0.9％ 등장성 염수로 구성된 군으로부터 선택되는 매질 중에 현탁되고, 임의로 제제는 pH 조절제, 완충 작용제, 등장화제, 유리 라디칼 켄쳐(quencher) 및 항-산화제로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 더 포함하는, 제약 제제.
  21. 삭제
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