KR20120101362A - 친수성 알파-히드록시포스폰산 접합체를 사용한 수불용성 나노입자의 처리법, 이로써 개질된 나노입자 및 조영제로서의 그의 용도 - Google Patents

친수성 알파-히드록시포스폰산 접합체를 사용한 수불용성 나노입자의 처리법, 이로써 개질된 나노입자 및 조영제로서의 그의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수불용성 나노입자, 특히 MR 및 X선 조영술과 같은 진단 조영술에 유용한 금속 및 금속 화합물의 나노입자를, 진단 조영술에 사용하는데 충분한 정도의 친수성을 갖게 만드는 친수성 모이어티를 갖는 알파-히드록시포스폰산 접합체로 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 개질된 친수성 나노입자로서는, 개질에 사용된 접합체의 친수성 모이어티가 에틸렌 옥시드계 중합체와 공중합체 및 쯔비터이온인 것들을 들 수 있으며, 상기 나노입자는 초상자성 산화철 및 산화탄탈럼과 같은 전이금속 산화물로 이루어진다. 본 발명은 안정한 수성 콜로이드 현탁액을 형성하는데 충분한 친수성을 갖는 나노입자를 제공한다. 또한, 상기 개질된 친수성 나노입자를 조영제로 사용하는 MR 및 X선과 같은 진단 조영술을 제공한다.

Description

친수성 알파-히드록시포스폰산 접합체를 사용한 수불용성 나노입자의 처리법, 이로써 개질된 나노입자 및 조영제로서의 그의 용도 {TREATING WATER INSOLUBLE NANOPARTICLES WITH HYDROPHILIC ALPHA-HYDROXYPHOSPHONIC ACID CONJUGATES, THE SO MODIFIED NANOPARTICLES AND THEIR USE AS CONTRAST AGENTS}
본 발명은 전반적으로 나노입자의 처리법, 특히 전이 금속 산화물을 기재로 하는 나노입자를 안정한 수성 현탁액을 형성하는데 충분한 친수성을 부여함으로써, MRI 및 X선과 같은 진단 조영술에서 조영제와 같은 친수성을 요하는 용도에 유용하게 만드는 처리법, 상기 처리법으로부터 얻은 친수성 나노입자, 상기 안정한 수성 현탁액, 및 상기 조영술에서 조영제로의 상기 친수성 나노입자의 용도에 관한 것이다.
나노입자, 즉, 나노미터 단위로 적절하게 측정되는 직경을 갖는 입자들이 다양한 최종 용도로서 참작되고 있다. 이러한 용도들 중 일부는 어느 정도의 친수성을 필요로 하지만, 일부 나노입자의 주성분인 물질에는 이러한 속성이 결여되어 있을 수 있다. 예를 들면, MR 및 X선 조영에 사용되는 조영제로서 사용하는데 적절한 조영 특성을 갖는 나노입자들은 일반적으로 적당한 친수성이 결여된 전이 금속 산화물을 기재로 한다. 그러므로, 이러한 나노입자들의 표면 특성을 수성 매체와의 상용성이 더욱 크도록 개질시켜서 당해 나노입자에 안정한 수용액을 형성할 수 있는 가능성을 제공하기 위해 많은 시도가 이루어져 왔다. 그러나, 조영제와 같은 일부 용도에서는, 나노입자들이 단분산 입자 크기 분포를 갖는 것이 바람직하며, 다분산 입자 크기 분포, 예컨대 카르복실 기를 갖는 탄수화물을 기재로 하는 생물학적 매트릭스 내의 접합체 형성에 의한 불균일한 응집을 유발하는 처리법은 문제가 된다. 또한, 조영제로서의 생체내 용도와 같은 일부 용도에서는, 표면 처리제가 명확하고 재현가능한 구조를 갖고 안전성 시험에 적합한 것이 바람직하다. 실란계 표면처리제는 이러한 목표를 방해하는 자체 축합을 일으킬 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다.
또한, 정제의 결과로서 친수성이 저하되지 않고 전해질을 함유하는 수성 매체 중에서 현탁 안정성을 나타내는 친수성 나노입자들에 대한 필요성이 존재하고 있다. 예를 들면, 인간 대상체에서 생체내 용도에 사용되는 조영제를 제조할 때, 사용 가능한 나노입자들은 일반적으로 여과 처리되며 등장성 수성 매체, 즉, 약 150 mM의 NaCl을 함유하는 매체 중에서 현탁 안정성을 나타낼 것으로 예측된다. 전이 금속 산화물에 대한 인산염의 부착을 이용하여 이러한 유형의 친수성을 인산염계 물질만을, 예컨대 폴리인산만을 사용하거나 친수성 모이어티, 예컨대 폴리에틸렌 글리콜에 연결된 인산염계 물질을 사용해서 나노입자에 부여하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 이러한 견지에서, 인체 조직과의 바람직하지 못한 상호작용을 피하기 위해 인간 대상체의 생체내 용도에 대해서는 실질적으로 중성인 제타 전위를 갖는 친수성 모이어티가 바람직하다. 그러나, 이와 같은 시도는 여과 후에 150 mM NaCl 수성 매체에서 콜로이드 현탁액으로서 바람직한 안정성을 나타내는 친수성으로 개질된 나노입자를 생성하지는 못하였다. 예를 들면, 이와 같은 시도는 30 kDa 컷오프(cut off)로 접선 흐름 여과(tangential flow filtration)하고 상기 수성 매체에서 1주일 넘게 저장한 후에 동적 광 산란 (DLS)에 의해 측정하였을 때 실질적으로 안정한 입자 크기 (수력학적 직경 (DH)의 증가 없음)를 나타내는 현탁액을 생성하지 못하였다.
본 발명은 α-히드록시 기를 갖는 탄소 원자를 통해서 연결된 친수성 모이어티 및 α-히드록시포스폰산의 접합체가 수불용성 나노입자, 특히 전이 금속 산화물을 기재로 하는 나노입자의 친수성 향상제로서 탁월한 성능을 갖는다는 발견에 기초한 것이다. 상기 접합체 연결기는 α-히드록시포스폰산의 3개의 히드록시 기를 모두 보존하며, 이로써 상기 접합체에 나노입자에 대한 탁월한 부착력이 제공되는 것으로 생각된다. 일부 실시양태에서, 상기 접합체는 하기 화학식 I을 갖는다.
<화학식 I>
Figure pct00001
상기 식에서, S는 스페이서(spacer)이고, L은 S 및 R 사이의 연결기(linkage)이며, R은 친수성 모이어티이고, m 및 p는 1-5이고, n 및 o는 0-5이다. 일부 실시양태에서, S는 직접 결합, 치환 또는 비치환된 지방족 또는 시클로지방족 기, 치환 또는 비치환된 아릴 기, 헤테로지방족 기 또는 헤테로아릴 기이고, 일부의 경우에는 탄소 원자 1 내지 10개 길이인 직쇄 알킬 기이며, L은 직접 결합, 카르보닐 기, 에테르 기, 에스테르 기, 2급 또는 3급 아민, 4급 아민 기, 아미드 기, 카르바메이트 기 또는 우레아 기이다. 적당한 나노입자는 전통적인 관점에서 물에 불용성인 나노입자들이며, 전통적인 관점에서 가용성이라 함은 각각의 용질 분자가 물에 설탕 또는 식염과 같은 방식으로 균일하게 분산되는 것이다. 따라서, 수중에서 어느 정도의 현탁 가능성을 보유하는 나노입자들을 알파-히드록시포스폰산 접합체로 처리하는 방법 및 그 결과로서 상기 접합체가 부착된 나노입자들이 본 발명에 포함된다.
상기 접합체는 인체 조직과의 바람직하지 못한 반응을 할 수 있는 기 또는 모이어티를 포함하지 않는 것이 특히 중요하다. 따라서, 상기 접합체는 나노입자에 부착되었을 때 약 -40 mV 내지 40 mV, 바람직하게는 약 -15 mV 내지 15 mV 범위의 제타 전위를 나타내는 것이 편리하며, 상기 접합체가 이와 같이 부착되었을 때 실질적으로 중성인 제타 전위를 나타내는 것이 특히 중요하다. 이는 쯔비터이온 또는 비이온성 모이어티를 친수성 모이어티로서 사용함으로써 용이하게 달성된다.
상기 친수성 모이어티는 단량체 또는 중합체일 수 있지만, 실질적으로 중성인 알짜 이온 전하를 갖는 것이 용이하다. 중합체 친수성 모이어티들 중에서는, 적어도 부분적으로 에틸렌 옥시드 단위, 예컨대 에틸렌 옥시드/프로필렌 옥시드 공중합체 및 폴리에틸렌 글리콜을 기재로 하는 폴리에테르가 특히 주목된다. 알짜 전하가 없는 단량체 친수성 모이어티, 특히 쯔비터이온은 안전성 평가에 있어서 특성화하기가 훨씬 더 용이하기 때문에 인간 대상체에서 생체내 용도로 사용되는 나노입자를 처리하는데 사용되는 접합체의 경우에 편리하다. 이들 중에서, 4-피페라딘카르복실산을 기재로 하는 쯔비터이온이 특히 주목된다.
또한, 인간 대상체에서 생체내 용도로 사용되는 나노입자를 처리하는데 사용되는 접합체에 있어서 α-히드록시포스폰산과 친수성 모이어티 사이의 연결기가 탄화수소인 것이, 즉, 화학식 I에서 A가 단일 결합인 것이 용이하다. 이 경우에는, 처리된 나노입자와 인체 조직 사이의 상호작용 가능성이 최소화된다. 이 점에 있어서, 하기 화학식 II 및 III의 접합체가 특히 주목된다:
<화학식 II>
Figure pct00002
<화학식 III>
Figure pct00003
상기 접합체는 나노입자 당 약 2개의 접합체의 비율로 나노입자를 처리하는데 사용할 경우 나노입자가 DLS에 의해 측정한 DH가 약 500 nm 이하인 수성 매체에서 안정한 콜로이드 현탁액을 형성할 수 있게 만드는데 충분하게 친수성인 것이 바람직하다. 특히, 상기 접합체는 처리된 나노입자가 동일한 부피의 n-옥탄올 및 0.1M pH 7.0의 3-(N-모르폴리노)프로판술폰산 (MOPS) 완충제 사이의 분배 계수의 로그값 에 대하여 1 미만의 수치를 나타내게 만드는 것이 특히 용이하다.
친수성을 증가시키기 위해 접합체로 처리한 나노입자는 전이 금속 및 전이 금속 화합물, 예컨대 산화물, 탄화물, 황화물, 질화물, 포스파이드, 붕화물, 할로겐화물, 셀렌화물, 텔루르화물 및 이들의 혼합물을 기재로 하는 것이 바람직하다. 산화물이 특히 주목된다. 산화물 구조는 α-히드록시포스폰산의 부착에 기여하는 것으로 생각된다. 전이 금속 화합물은 MR 및 X선 조영용 조영제를 제조하는데 유용하다. 원소주기율표의 제3 주기의 전이 금속들은 상자성 및 편리하게는 초상자성을 나타내는 화합물을 형성하는데 유용하므로, MRI 조영제로서 유용하다. 특히 용이한 것은 산화철 및 임의로 코발트, 구리, 망간, 니켈 또는 이들의 혼합물을 기재로 하는 초상자성 나노입자이다. 이들 중에서, 가장 편리하게 사용되는 것은 마그네타이트, 마그헤마이트 또는 직경이 약 15 nm 이하이고 초상자성을 나타내는 혼합물을 기재로 하는 나노입자이다. 이러한 나노입자가 통상 초상자성 산화철 (SPIO) 입자로 언급된다. 원자번호가 34보다 큰 전이 금속 및 아연이 X선 조영제로서 유용한 화합물을 제조하는데 유용하다. 이들 중에서, 하프늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 텅스텐 및 지르코늄이 특히 주목되며, 탄탈럼, 특히 산화탄탈럼이 가장 용이하게 사용된다.
친수성으로 개질된 나노입자는 일반적으로 DLS에 의해 측정하였을 때 500 nm 이하의 DH를 갖는다. DH가 50 nm 이하인 것이 용이하고, 30 nm인 것이 더욱 바람직하며 DH가 3 내지 30 nm인 것이 가장 바람직하다. 친수성으로 개질된 실리카를 인간 대상체에서 생체내 용도로 사용하고자 하는 경우, 예를 들면 MRI 또는 X선 조영제로서 사용하고자 하는 경우에는 DH가 약 8 nm 이하인 것이 특히 용이하다.
상기 친수성으로 개질된 나노입자는 나노입자를 상기 접합체와 반응시킴으로써 용이하게 제조된다. 편리한 방법은 유기 용매, 예컨대 테트라히드로푸란 (THF) 중에서 나노입자의 콜로이드 현탁액을 형성한 후에, 이것을 동일하거나 상이한 유기 용액 중의 접합체의 유기 용액과 혼합하는 것이다. 이어서, 상기 혼합물을 고온에서 반응이 실질적으로 완료될 때까지 장시간 동안 고온 하에 방치해둘 수 있다. 일반적으로, 50℃ 이상의 온도에서 16시간 이상이 편리하다.
친수성으로 개질된 나노입자의 안정한 단분산 수성 콜로이드 현탁액이 용이하게 제조된다. 바람직하게는, 이와 같은 현탁액은 30 kDa 컷오프에 대한 접선 흐름 여과와 같은 여과에 대하여, 그리고 수성 매체를 등장성으로 만드는 NaCl의 첨가, 즉, 약 150 mM의 NaCl과 같은 전해질의 첨가에 대하여 안정해야 한다. 바람직하게, 현탁액은 1주일 이상의 저장 기간 동안 안정해야 하며, 더욱 바람직하게는, 침강에 대해서뿐만 아니라 현탁된 나노입자의 DLS에 의해 측정할 때의 DH의 성장에 대해서도 안정해야 한다. 현탁액을 인간 대상체에서 생체내 용도로 사용하고자 할 경우, NaCl, 덱스트로스 또는 이들의 혼합물을 첨가함으로써 현탁액을 등장성으로 만드는 것이 용이하다.
안정한 단분산 수성 콜로이드 현탁액은 콜로이드 현탁액을 유기 용매에 희석함으로써 용이하게 제조된다. 편리한 방법은 간단하게 물을 첨가함으로써 나노입자가 접합체와 반응한 유기 용매 또는 용매들을 희석하는 것이다. 또 다른 방법은 유기 용매 중 나노입자의 콜로이드 현탁액을 수중 접합체와 반응시키는 것이다. 어느 경우에도, 미반응된 반응물질을 여과 또는 헥산과 같은 용매를 사용한 유기 추출 또는 이들을 병용함으로써 제거하는 것이 용이하다. 용매 추출 이후에 수성 상 중의 임의의 휘발성 물질은 부분적인 진공을 적용하여 제거할 수 있다. 이어서, 친수성으로 개질된 나노입자를 30 kDa 필터에 대하여 접선 흐름 여과에 의해 정제할 수 있다.
친수성으로 개질된 나노입자들은 진단 조영술에서 조영제로서 용이하게 사용될 수 있다. 이와 같은 진단 조영술의 통상적인 형태는 MR 및 X선 조영술이다. 어느 경우에도, 제타 전위가 약 -15 mV 내지 15 mV인 친수성으로 개질된 나노입자들을 사용하는 것이 편리하다. 인간 대상체의 시험관내 조영술에서 편리한 방법은 나노입자들을 정맥내로, 바람직하게는 안정한 등장성 수성 현탁액으로서 투여하는 것이다. 조영술이 MR에 의한 것일 경우, 나노입자들은 상자성, 바람직하게는 초상자성 종을 포함해야 하며, 가장 바람직하게는 나노입자들은 마그네타이트 또는 마그헤마이트와 같은 산화철을 기재로 해야 한다. 조영술이 X선에 의한 것일 경우, 나노입자들은 원자번호가 34보다 큰 금속 또는 아연, 바람직하게는 금, 하프늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 텅스텐, 지르코늄의 전이금속 화합물을 포함해야 하고, 가장 바람직하게 나노입자들은 산화탄탈럼을 기재로 해야 한다. 특히 중요한 실시양태에서, 친수성으로 개질된 나노입자들은 8 nm 이하의 DH를 가지며, 신장을 통해서 대상체의 신체로부터 제거된다.
본 발명의 상기 특징 및 다른 특징, 측면 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 상세한 설명을 통해서 충분히 파악될 것이며, 첨부 도면 전반에 걸쳐 유사한 부분을 나타내는데 유사한 도면부호를 사용하였다.
도 1은 친수성 나노입자를 제조하는데 사용하기에 적합한 알파-히드록시 포스폰산에 대한 일반 구조식이다.
도 2는 친수성 나노입자를 제조하는데 사용하기에 적합한 특히 주목되는 알파-히드록시 포스폰산에 대한 구조식으로, 식중 Me는 메틸기이다.
도 3은 친수성 모이어티 R이 부착된 알파-히드록시 포스폰산에 대한 합성 경로를 도시한 것이다.
도 4는 도 2에 도시한 특히 주목되는 알파-히드록시 포스폰산에 대한 합성 경로를 도시한 것이다.
도 5는 도 3에 그 합성법이 도시되어 있고 초상자성 산화철 SPIO 나노입자에 친수성 모이어티 R이 부착되어 있는 유형의 알파-히드록시 포스폰산의 부착 과정을 도시한 가상의 개요도이다.
도 6A는 조영제를 사용하지 않은 실시예 12에 의한 종양의 T1 가중 이미지이다 (TE= 4.1 ms).
도 6B는 실시예 4의 나노입자 조영제를 투여한지 30분 후, 실시예 12에 의한 종양의 T1 가중 이미지이다 (TE= 4.1 ms).
도 6C는 도 6A와 도 6B 사이의 차이를 나타낸 차이 지도이다.
도 6D는 조영제를 사용하지 않은 실시예 12에 의한 종양의 T2 * 가중 이미지이다 (TE= 18.4 ms).
도 6E는 실시예 4의 나노입자 조영제를 투여한지 30분 후, 실시예 12에 의한 종양의 T2 * 가중 이미지이다 (TE= 18.4 ms).
도 6F는 종양과 근육 조직 사이의 명확한 구분을 보여주는 도 6D와 도 6E 사이의 차이를 나타낸 R2 * 이완 차이 지도이다.
본 발명의 접합체는 넓은 의미에서는 다양한 연결기 및 친수성 모이어티를 갖는 것으로 정의된다. 핵심적인 특징은 접합체가 화학적 및 입체적으로 접근 가능한 α-히드록시 포스폰산의 3개의 히드록시 기를 갖는다는 것이다. 그 구조는 키랄 중심을 갖지만, 각각의 에난티오머 및 가능한 라세미 혼합물이 모두 수불용성 나노입자에 친수성을 부여하는데 적합할 것으로 생각된다.
이러한 접합체는 α-히드록시 포스폰산 구조와 친수성 모이어티 사이에, 탄소, 질소, 산소 및 황을 기재로 하는 것들을 비롯한 통상적으로 알려진 임의의 화학적 연결기를 가질 수 있다. 특히 주목되는 부류는 탄화수소, 카르보닐, 에스테르, 에테르, 2급 또는 3급 아민, 4급 아민, 우레아, 카르바메이트 및 아미드이다. 접합체로 처리하고자 하는 나노입자의 목적하는 최종 용도가 연결기의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 나노입자를 생체내, 특히 인간 대상체에서 사용하고자 할 경우, 단백질과 같은 조직 성분과 상호작용을 일으킬 수 있는 4급 기와 같은 연결기를 피하는 것이 바람직할 수 있다. 불활성의 관점에서 가장 주목되는 연결기는 탄화수소이다.
친수성 모이어티는 계면활성제로서 알려진 것들을 비롯한 물과의 우수한 상용성을 갖는 것으로 알려진 임의의 모이어티들일 수 있다. 이러한 친수성 모이어티는 음이온성, 양이온성 또는 비이온성일 수 있다. 친수성 모이어티는 모노사카라이드, 디사카라이드 또는 올리고사카라이드와 같은 탄수화물, 비-탄수화물 단량체 폴리알콜, 에틸렌 옥시드 기를 갖는 폴리에테르, 에틸렌 옥시드 기를 갖는 폴리에테르를 제외한 폴리비닐 알콜과 같은 펜던트 히드록시 기를 갖는 비-탄수화물 중합체, 폴리(에틸렌 이민), 지방족 또는 시클로지방족 아민 및 이들의 혼합물일 수 있다.
일부 실시양태에서, 친수성 모이어티는 에틸렌 옥시드를 기재로 하며, 폴리(에틸렌 옥시드)가 특히 주목되고, 특히 분자량이 약 5000 달톤 이하인 폴리(에틸렌 옥시드), 구체적으로 분자량이 약 2000 달톤 이하인 폴리(에틸렌 옥시드)가 주목된다. 분자량이 약 350 달톤인 폴리(에틸렌 옥시드)가 특히 중요하다.
또한, 친수성 모이어티는 하나 이상의 양으로 하전된 모이어티, 하나 이상의 음으로 하전된 모이어티 및 상기 하전된 모이어티들 사이의 스페이서 기를 갖는 쯔비터이온일 수 있다. 본 발명의 목적에 있어서, 양으로 하전된 모이어티과 음으로 하전된 모이어티의 조합은 생리학적인 pH 값에서 실질적으로 알짜 전하를 나타내지 않을 경우 쯔비터이온인 것으로 간주된다. 적당한 양으로 하전된 모이어티으로서는, 양성자화 1급 아민, 양성자화 2급 아민, 양성자화 3급 알킬 아민, 4급 알킬 아민, 양성자화 아미딘, 양성자화 구아니딘, 양성자화 피리딘, 양성자화 피리미딘, 양성자화 피라진, 양성자화 퓨린, 양성자화 이미다졸, 양성자화 피롤 또는 이들의 혼합물을 들 수 있고, 적당한 음으로 하전된 모이어티으로서는 탈양성자화 카르복실산, 탈양성자화 술폰산, 탈양성자화 술핀산, 탈양성자화 포스폰산, 탈양성자화 인산, 탈양성자화 포스핀산 또는 이들의 혼합물을 들 수 있으며, 적당한 스페이서 기로서는 치환 및 비치환된 지방족, 시클로지방족 및 아릴 기, 헤테로지방족기, 헤테로아릴 기, 에테르, 아미드, 에스테르, 카르바메이트, 우레아 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다. 한 실시양태에서, 스페이서 기는 탄소 원자 1 내지 10개 길이의 직쇄 알킬 기를 포함한다.
나노입자의 목적하는 최종 용도가 알짜 이온 전하를 갖는 알파-히드록시포스폰산 접합체가 부착된 개질된 친수성 나노입자에 적합한 것일 경우, 친수성 모이어티는 쯔비터이온을 형성하는데 적합한 것으로 앞서 설명한 양으로 하전된 모이어티 또는 음으로 하전된 모이어티일 수 있다.
상기 접합체로 처리하고자 하는 나노입자의 목적하는 최종 용도는 친수성 모이어티의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 나노입자를 생체내, 특히 인간 대상체에서 사용하고자 할 경우에, 단백질과 같은 조직 성분과 상호작용을 일으킬 수 있는 이온성 기와 같은 친수성 모이어티들은 피하는 것이 바람직할 수 있다. 생체내 용도에 있어서, 실질적으로 알짜 전하가 없는 친수성 모이어티, 예컨대 쯔비터이온 및 에틸렌 옥시드 단위를 갖는 폴리에테르가 특히 주목된다. 인간 대상체에 사용하는데 있어서는, 안전성 평가에 대하여 용이하고 재현 가능하게 특성화되는 친수성 모이어티들, 예컨대 단량체 모이어티가 특히 용이하다. 특히 용이한 친수성 모이어티는 4-피페라딘카르복실산을 기재로 하는 것들로서, 이는 단량체인 동시에 알짜 전하를 갖지 않는 쯔비터이온이다. 독성이 그다지 고려되지 않는 세포 배양물의 시험관내 접종과 같은 용도에 있어서는, 폴리(에틸렌)이민이 적절한 친수성 모이어티가 될 수 있다.
특히 적당한 쯔비터이온이 본원에 참고로 포함된 2008년 12월 29일자 출원된 미국 특허 출원 12/344,604에 개시되어 있다. 이러한 쯔비터이온으로서는, 양이온성 질소 및 음이온성 카르복실산, 인산 및 술폰산계 기를 함유하는 친수성 모이어티들, 예컨대 N,N-디메틸-3-술포-N-(3-프로필)프로판-1-아미늄, 3-(메틸)프로필)아미노)프로판-1-술폰산, 3-(프로필아미노)프로판-1-술폰산, 2-(에톡시(히드록시)포스포릴옥시)-N,N,N-트리메틸에탄아미늄, 2-에틸(히드록시)포스포릴옥시)-N,N,N-트리메틸에탄아미늄, N,N,N-트리메틸-3-(N-프로피오닐술파모일)프로판-1-아미늄, N-((2H-테트라졸-5-일)메틸)-N,N-디메틸-프로판-1-아미늄, N-(2-카르복시에틸)-N,N-디메틸-프로판-1-아미늄, 3-(메틸프로필)아미노)프로판산, 3-(프로필아미노)프로판산, N-(카르복시메틸)-N,N-디메틸-프로판-1-아미늄, 2-(메틸아미노)아세트산, 2-(프로필아미노)아세트산, 2-(4-프로필카르바모일)피페라진-1-일)아세트산, 3-(4-프로필카르바모일)피페라진-1-일)프로판산, 2-(메틸(2-프로필우레이도)에틸)아미노)아세트산 및 2-(2-(프로필우레이도)에틸)아미노아세트산을 들 수 있다.
적당한 친수성 폴리에테르계 친수성 모이어티들이 본원에 참고로 포함된 1999년 6월 29일자 허여된 미국 특허 5,916,539에 개시되어 있다. 이와 같은 친수성 모이어티로서는 아미노 및 히드록시를 비롯한 다양한 말단 기를 갖는 다양한 분자량의 폴리에틸렌 글리콜 (PEG) 뿐만 아니라 폴리프로필렌 글리콜 (PPG)과의 공중합체를 들 수 있다.
상기 접합체는 그것이 나노입자와 함께 접합체 2몰 대 나노입자의 금속 기준 1몰의 비율로 반응할 때 나노입자로 하여금 안정한 수성 현탁액을 형성할 수 있도록 만들 수 있을 정도로 충분한 친수성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 견지에서, 나노입자는 일반적으로 전이 금속 화합물, 예컨대 산화물 또는 전이 금속 자체를 기재로 할 것이다. 금속 원소의 몰수를 사용하여 반응 비율을 구체적으로 설명하는 것이 용이한데, 그 이유는 금속 원소의 몰수를 유기 용매 중의 원료 나노입자 현탁액의 원소 분석을 통해서 쉽게 얻을 수 있기 때문이다. 나노입자의 화학적인 구성 및 처리하기 전 나노입자의 평균 크기에 대한 지식을 바탕으로 하여, 나노입자당 접합체의 양을 대략적으로 계산할 수 있다. 특히 상기 접합체가 상기 비율 하에 처리된 15 nm 미만의 산화철 또는 산화탄탈럼의 나노입자에 동일한 부피의 n-옥탄올과 0.1M pH 7.0 MOPS 완충제 사이의 분배 계수의 로그값에 대하여 1 미만의 값을 나타내는데 충분한 친수성을 제공하는데 충분한 친수성을 갖는 것이 용이하다.
특히, 알파-히드록시포스폰산 접합체가 부착된 개질된 친수성 나노입자가 접선 흐름 여과 및 실온에서의 1주일 동안의 저장 후에 150 mM NaCl 수중에서 동적 광산란 (DLS)에 의해 측정하였을 때 수력학적 직경 (DH)에 실질적인 차이를 나타내지 않는 안정한 수성 콜로이드 현탁액을 형성하는데 충분한 친수성을 갖는 것이 중요하다.
상기 접합체로 처리하고자 하는 나노입자는 상기 접합체의 α-히드록시 포스폰산 부분이 잘 부착될 수 있는 500 nm 이하의 입자로 형성될 수 있는 임의의 수불용성 물질일 수 있다. MR 또는 X선 조영술에서 조영제로서 유용한 나노입자를 사용하는 것이 주목된다. 그러나, 다른 최종 용도, 예컨대 유전자 형질감염용 세포 배양물의 주입과 같은 다른 최종 용도도 주목된다.
MRI 조영제로서 사용함에 있어서, 나노입자의 주성분은 상자성인 금속 또는 그의 화합물이며, 초상자성인 것들이 특히 주목된다. 이러한 금속들은 망간에서 시작해서 아연으로 끝나는 원소 주기율표의 III 주기의 전이금속으로부터 용이하게 추출된다. 특히 주목되는 부류의 물질은 산화철을 기재로 하는 것들이다. 특히 용이한 물질은 SPIO로서 알려진 것들이다. 이러한 물질은 일반식 [Fe2 +O3]x[Fe2 +O3(M2+O)]1-x로 표시되며, 식중 1≥x≥0이다. M2 +는 2가 금속 이온, 예컨대 철, 망간, 니켈, 코발트, 마그네슘, 구리, 아연 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 금속 이온 (M2 +)이 철 이온 (Fe2 +)일 경우, x=0이며, 그 물질은 마그네타이트 (Fe3O4)이고, x=1일 경우, 그 물질은 마그헤마이트 (γ-Fe2O3)이다.
일반적으로, 초상자성 현상은 쌍을 이루지 않은 스핀의 결정 함유 영역이 열역학적으로 독립된, 자기 도메인으로 명명되는 단일 도메인 입자들로서 간주될 만큼 충분히 클 경우에 발생한다. 이러한 자기 도메인은 각각의 쌍을 이루지 않은 전자들의 합계보다 더 큰 알짜 자기 쌍극자를 나타낸다. 자기장이 인가되지 않을 때, 모든 자기 도메인들은 알짜 자기화 없이 불규칙하게 배향된다. 외부 자기장을 인가하면 모든 자기 도메인들의 쌍극자 모멘트가 재배향되어 알짜 자기 모멘트를 유발한다. 일부 실시양태에서, 이러한 물질들은 투과 전자 현미경 (TEM) 분석에 의해 입증되는 바와 같은 스피넬(spinel) 결정 구조를 나타낸다.
X선 조영제로서 사용함에 있어서, 나노입자의 주성분은 살아있는 유기체에서 일반적으로 발견되는 물질보다 방사선 불투과성이 실질적으로 더 큰 금속 또는 그의 화합물이어야 한다. 약 50 mM의 농도에서 유효 원자 번호가 34 이상인 물질을 사용하는 것이 용이하다. 이와 같은 물질은 약 30 하운스필드 단위(Hounsfield units, HU) 이상의 적절한 콘트라스트 증가를 제공하며, 이러한 증가분은 고려되는 최소 증가분이다. 이와 같은 특성을 제공할 수 있는 전이 금속 원소의 예로서는, 텅스텐, 탄탈럼, 하프늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 은 및 아연을 들 수 있다. 산화탄탈럼은 X선 조영 용도에 사용하는데 적당한 코어 조성의 구체적인 일례이다. 특히 약 100 하운스필드 내지 약 5000 하운스필드 단위 범위의 CT 신호를 유발하는 물질이 주목된다.
알파-히드록시포스폰산이 부착된 개질된 친수성 나노입자는 진단 조영술에서 조영제로서 사용될 수 있다. 이와 같은 용도에서, 상기 나노입자는 대상체에게, 일부의 경우에는 포유류 대상체에게 투여된 후에, 대상체의 조영을 실시한다. 이와 같은 나노입자는 MR 및 X선 조영술에 특히 유용하지만, 초음파 또는 방사능 트레이서(tracer) 조영술에서 조영제로서도 유용하다.
진단 조영술에, 특히 포유류 대상체, 더욱 구체적으로 인간 대상체의 진단 조영술에 사용할 경우, 알파-히드록시포스폰산이 부착된 개질된 친수성 나노입자는 일반적으로 1종 이상의 부형제를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 제약상 허용되는 담체에 수용된다. 주사, 특히 피경구 주사에 의해 투여할 경우, 담체는 일반적으로 약 150 mM의 NaCl, 5% 덱스트로스 또는 이들의 혼합물을 첨가함으로써 등장성으로 만든 수성 매체이다. 이는 전형적으로 또한 약 7.3 내지 7.4 사이의 생리학적 pH를 갖는다. 투여는 혈관내 (IM), 피하 (SQ) 또는 가장 일반적으로는 정맥내 (IV) 주사이다. 그러나, 나노입자를 대상체의 혈액 또는 조직에 서서히 방출하는 데포(depot)를 이식함으로써 투여할 수도 있다.
다른 예로서, GI관 조영용으로 섭취에 의해, 또는 폐 및 기도의 조영용으로 흡입에 의해 투여할 수도 있다.
인간 대상체에의 투여, 특히 IV 투여의 경우에는, 알파-히드록시포스폰산이 부착된 개질된 친수성 나노입자가 사용된 양에서 비독성이고 박테리아 및 바이러스와 같은 감염 성분이 없으며 임의의 피로겐이 없어야 할 필요가 있다. 따라서, 이러한 나노입자는 필요한 정제 절차에 대하여 안정해야 하고 그 친수성이 열화되지 않아야 한다.
상기 나노입자는 적절한 오스몰랄농도 및 pH를 갖는 안정한 수성 콜로이드 현탁액으로서, 희석 및 조정용으로 적합한 진한 수성 콜로이드 현탁액으로서, 또는 예컨대 동결건조에 의해 얻은 것과 같은, 재구성에 적합한 분말로서 투여 부위까지 전달될 수 있다.
실시예 1
PEG -350 접합체의 합성
PEG -350 모노(메틸 에테르)아세트알데히드의 합성. CH2Cl2(98 mL)에 용해된 PEG-350 모노(메틸 에테르)(3.438 g, 9.82 mmol)를 함유하는 용액에, 데스-마틴 페리오디난(Dess-Martin Periodinane)(5.00 g, 11.79 mmol)을 첨가하고, 형성된 용액을 실온에서 20시간 동안 교반하였다. 반응하는 동안에, 미세한 백색 침전이 형성되었으며, 반응 종료시에 셀라이트 패드를 통한 여과에 의해서 제거하였다. 용매를 진공 중에서 여과물로부터 제거하여 황색 오일에 현탁된 백색 고형물을 수득하였다. 고형물을 디에틸 에테르로 연화처리하고, 고형물을 셀라이트 패드를 통한 여과에 의해서 제거하였다. 용매를 진공 중에서 여과물로부터 제거함으로써, 생성물인 PEG-350 모노(메틸 에테르)아세트알데히드(3.42 g, 100%)를 황색 오일로서 수득하였다.
Figure pct00004
디에틸 α-히드록시 PEG -350 모노( 메틸 에테르) 포스포네이트의 합성. 테트라히드로푸란(53 mL)에 용해된 PEG-350 모노(메틸 에테르) 아세트알데히드(3.71 g, 10.7 mmol)을 함유하는 용액에, 디에틸 포스파이트(1.77 g, 12.8 mmol)을 첨가하였다. 용액을 0℃로 냉각시키고, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데크-7-엔(1.94 g, 12.8 mmol)을 첨가하였다. 0℃에서 10분 동안 교반시킨 후에 반응 혼합물을 실온으로 가온시키고 추가로 24시간 동안 교반시켰다. 용매를 진공 중에서 제거하여 진한 황색 오일을 수득하였으며, 이를 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하여(100% CH2Cl2에서 15% MeOH/85% CH2Cl2로), 목적 생성물인 디에틸 α-히드록시 PEG-350 모노(메틸 에테르) 포스포네이트 3.30 g(64%)를 황색 오일로서 수득하였다.
Figure pct00005
α-히드록시 PEG -350 모노( 메틸 에테르) 포스폰산의 합성. 메틸렌 클로라이드(74 mL)중에 용해된 디에틸 α-히드록시 PEG-350 모노(메틸 에테르) 포스포네이트(3.61 g, 7.43 mmol)을 함유하는 용액에, 트리메틸실릴 브로마이드(3.41 g, 22.3 mmol)을 첨가하고, 수득한 용액을 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 용매를 진공 중에서 제거하여 갈색 오일을 수득하였다. 수득한 오일을 아세톤(74 mL)과 물(0.5 mL)에 용해시켜서 얻은 용액을 실온에서 1.5시간 동안 교반하였다. 이어서, 용매를 진공 중에서 제거하여 목적 생성물인 α-히드록시 PEG-350 모노(메틸 에테르)포스폰산(2.66 g, 84%)을 황금색 오일로서 수득하였다.
Figure pct00006
실시예 2
PEG -1900 접합체의 합성
PEG -1900 모노(메틸 에테르)아세트알데히드의 합성. CH2Cl2(86 mL)에 용해된 PEG-1900 모노(메틸 에테르)(16.32 g, 8.60 mmol)를 함유하는 용액에, 데스-마틴 페리오디난(4.00 g, 9.44 mmol)을 첨가하고, 형성된 용액을 실온에서 20시간 동안 교반하였다. 반응하는 동안에, 미세한 백색 침전이 형성되었으며, 반응 종료시에 셀라이트 패드를 통한 여과에 의해서 제거하였다. 용매를 진공 중에서 여과물로부터 제거하여 백색 고형물을 수득하였으며, 고형물을 THF/헥산으로부터 재결정화하여 목적 생성물(11.6 g, 71%)를 백색 고형물로서 수득하였다.
Figure pct00007
디에틸 α-히드록시 PEG -1900 모노( 메틸 에테르) 포스포네이트의 합성. 테트라히드로푸란(57 mL)에 용해된 PEG-1900 모노(메틸 에테르) 아세트알데히드(10.74 g, 5.66 mmol)을 함유하는 용액에, 디에틸 포스파이트(0.938 g, 6.79 mmol)을 첨가한 후에, 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데크-7-엔(1.03 g, 6.79 mmol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 72시간 동안 교반시켰다. 용매를 진공 중에서 제거하여 오렌지색 고형물을 수득하였으며, 고형물을 THF/헥산으로부터 재결정화하여 목적 생성물(11.08 g, 96%)을 회백색 고형물로서 수득하였다.
Figure pct00008
α-히드록시 PEG -350 모노( 메틸 에테르) 포스폰산의 합성. 메틸렌 클로라이드(54 mL)중에 용해된 디에틸 α-히드록시 PEG-1900 모노(메틸 에테르) 포스포네이트(11.08 g, 5.44 mmol)을 함유하는 용액에, 트리메틸실릴 브로마이드(2.49 g, 16.3 mmol)을 첨가하고, 수득한 용액을 실온에서 3시간 동안 교반하였다. 용매를 진공 중에서 제거하여 갈색 오일을 수득하였다. 수득한 오일을 아세톤(54 mL)과 물(0.5 mL)에 용해시켜서 얻은 용액을 실온에서 16시간 동안 교반하였다. 이어서, 용매를 진공 중에서 제거하여 오렌지색 고형물을 수득하였으며, 이를 THF/헥산으로부터 재결정화하여 목적 생성물(10.77 g, 86%)을 회백색 고형물로서 수득하였다.
Figure pct00009
비교 실시예 3
친수성 포스페이트의 합성
디페닐 PEG -350 모노( 메틸 에테르) 포스페이트의 합성. CH2Cl2(80 mL)에 용해된 PEG-350 모노(메틸 에테르)(8.54 g, 24.4 mmol)를 함유하는 용액에, 트리에틸 아민(3.68 g, 36.6 mmol)을 첨가한 후에 4-N,N-디메틸아미노피리딘(0.298 g, 2.44 mmol)을 첨가하였다. 수득한 용액을 0℃로 냉각시키고, 디페닐 클로로포스페이트(7.87 g, 29.3 mmol)을 적가한 다음, 반응 혼합물을 0℃에서 10분 동안 교반하였다. 이어서, 반응 혼합물을 실온으로 가온시키고, 추가로 16시간 동안 더 교반하였다. 10% HCl(80 mL)을 첨가하여 반응을 켄칭시키고, 형성된 층들을 분리시켰다. 유기층을 물(80 mL)과 염수(80 mL)로 세척하고, 무수 MgSO4로 건조시켰다. 여과하고 용매를 진공 중에서 제거하여 목적 생성물(14.2 g, 100%)를 황금색 오일로서 수득하였다.
Figure pct00010
PEG -350 모노( 메틸 에테르) 인산의 합성. 아세트산(108 mL)에 용해된 디페닐 PEG-350 모노(메틸 에테르) 포스페이트(14.2 g, 24.4 mmol)를 함유하는 용액에, 산화백금(IV) 수화물(200 mg)을 첨가하고, 수득한 현탁액을 50℃로 가열하여 수소 흡수가 중지될 때까지 H2 분위기 하에 놓았다. 반응 혼합물을 셀라이트 패드를 통해 여과하고 용매를 진공 중에서 제거하여 목적 생성물(10.49 g, 100%)을 투명한 황색 오일로서 수득하였다.
Figure pct00011
실시예 3
초상자성 산화철 ( SPIO ) 나노입자의 합성
100 mL 3목 둥근 바닥 플라스크에 Fe(acac)3(0.706 g, 2.0 mmol) 및 무수 벤질 알콜(20 mL)을 공급하였다. 수득한 용액에 질소를 살포하고 4시간 동안 질소 분위기 하에 165℃로 가열하였다. 이어서, 수득한 5 nm 산화철 입자들(DLS에 의해 측정함)의 콜로이드 현탁액을 실온으로 냉각시키고 실온에 저장하였다.
실시예 4
α-히드록시 PEG -350 모노(메틸 에테르)포스포네이트로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자의 합성
1 mg Fe/mL로 THF에 현탁된 실시예 3의 초상자성 산화철 나노입자의 콜로이드 현탁액에 실시예 1의 α-히드록시포스폰산 접합체를 첨가하고 (Fe 1몰당 접합체 1몰 비율), 수득한 현탁액을 16시간 동안 50℃에서 가열하였다. 이어서, 반응 혼합물을 실온으로 냉각시키고 물로 희석한 다음, 갈색 수용액을 헥산으로 3회 세척하였다. 수성 층에 남아있는 임의의 휘발물을 진공 중에서 제거하고, 수득한 나노입자를 H2O로 세척함으로써 접선 흐름 여과에 의해 30 kDa 분자량 컷오프 필터에 대하여 정제하였다.
실시예 5
α-히드록시 PEG -1900 모노(메틸 에테르)포스포네이트로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자의 합성
실시예 1의 접합체 대신에 실시예 2의 접합체를 사용하여 실시예 4를 반복하였다.
비교 실시예 2
α-히드록시 PEG -350 모노( 메틸 에테르) 포스페이트로 코팅된 초상자성 산화철 나노입자의 합성
비교 실시예 1의 접합체를 사용하여 실시예 4를 반복하였다.
실시예 6
5- 브로모 -1- 펜탄알의 합성. 250 mL 둥근 바닥 플라스크에서 옥살릴 클로라이드(2.42 mL, 0.022 mol)을 무수 디클로로메탄(40 mL)과 혼합하였다. 플라스크를 질소 분위기하에 두고 용액을 건조 얼음/아세톤조에서 -78℃로 냉각시켰다. 반응 혼합물을 교반시키고 무수 디메틸술폭시드(3.4 mL, 0.044 mol)을 플라스크에 서서히 첨가한 후에 5-브로모-1-펜탄올(3.34 g, 0.020 mol)을 첨가하고, 반응 혼합물을 15분 동안 -78℃에서 교반하였다. 트리에틸아민(14.0 mL, 0.1 mol)을 반응 혼합물에 서서히 첨가하였다. 트리에틸아민의 첨가를 완료하였을 때, 반응 혼합물을 5분 동안 -78℃에서 교반하였다. 반응 혼합물을 무수 얼음 아세톤조로부터 제거하고, 실온으로 가온시킨 후에 실온에서 18시간 동안 교반하였다.
물(100 mL)을 반응 혼합물에 첨가하였다. 2상 혼합물을 500 mL 분리 깔대기에서 강력하게 진탕시켰다. 수성 층을 제거하고 디클로로메탄(100 mL)으로 추출하였다. 이 디클로로메탄을 반응 혼합물로부터 얻은 디클로로메탄과 합하였다. 합한 디클로로메탄 용액을 연속해서 1% HCl(수성), 물, 포화 NaHCO3(수성) 및 포화 NaCl(수성) 각각 100 mL로 세척하였다. 디클로로메탄 용액을 황산마그네슘으로 건조시키고 디클로로메탄 용액을 여과에 의해 회수하였다. 용매를 진공 하에 제거하여 황색 액체(1.80 g)를 수득하였다. 1H NMR에 의해 주요 생성물은 5-브로모 1-펜탄알인 것으로 확인되었다.
Figure pct00012
이 반응 생성물은 추가의 정제 없이 실시예 7에 사용하였다.
실시예 7
디에틸 (5- 브로모 -1-히드록시- 펜틸 ) 포스포네이트의 합성. 250 mL 둥근 바닥 플라스크에서 5-브로모펜탄알(1.64 g, 0.010 mol)을 디에틸에테르(15 mL)에 용해시켰다. 반응 혼합물을 질소 분위기 하에 두었다. 리튬 퍼클로레이트(7.92 g, 0.075 mol)을 반응 혼합물에 첨가하고 반응 용액을 얼음조에서 0℃로 냉각시켰다. 클로로트리메틸실란(0.631 mL, 0.010 moles)을 플라스크에 첨가한 후에 트리메틸포스파이트(2.1 mL, 0.012 mol)을 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 18시간 동안 교반하였다.
실온에서 18 간 경과 후, 물(40 mL)을 반응 혼합물에 첨가한 후에 디클로로메탄(40 mL)을 첨가하였다. 유기 상을 분리 깔대기로 옮겨서 물(40 mL)과 염수(40 mL)로 연속해서 세척하였다. 메틸렌 클로라이드 용액을 황산마그네슘으로 건조시키고 여과하여 메틸렌 클로라이드 용액을 회수하였다. 용매를 진공 하에 제거하여 황색 오일(3.01 g)을 수득하였다. 오일을 1H NMR과 31P NMR로 특성 분석한 결과 주요 생성물은 디에틸 (5-브로모-1-히드록시-펜틸)포스포네이트인 것으로 확인되었다.
Figure pct00013
반응 생성물을 추가의 정제 없이 실시예 8에 사용하였다.
실시예 8
디에틸 5-(4-( 에톡시카르보닐 )피페리딘-1-일)-1- 히드록시펜틸포스포네이트의 합성. 300 mL 둥근 바닥 플라스크에서 무수 톨루엔(100 mL)에 디에틸 (5-브로모-1-히드록시-펜틸)포스포네이트(3.02 g, 0.0099 mol)을 용해시켰다. 트리에틸아민(2.08 mL, 0.015 mol)을 반응 혼합물에 첨가한 후에 에틸이소니페코테이트(1.84 mL, 0.012 mol)를 첨가하였다. 혼합물을 18시간 동안 가열 환류시켰다. 용매를 진공 하에 제거하여 오렌지색 검을 수득하였다. 그 검을 디클로로메탄(100 mL)에 용해시키고 포화 수성 NaHCO3(100 mL)와 염수(100 mL)로 연속해서 세척하였다. 메틸렌 클로라이드 용액을 황산마그네슘으로 건조시킨 후에 여과에 의해 회수하였다. 용매를 진공 하에 제거하여 오렌지색 액체(1.70 g)를 수득하였다.
상기 오렌지색 액체를 실리카겔 컬럼 크로마토그래피에 의해 정제하였다. 실리카겔 컬럼(40 g)을 100% 디클로로메탄에서 시작하여 디클로로메탄 중의 20 부피% 메탄올로 30분에 걸쳐서 변화시키는 용매 기울기를 사용해서 용리시켰다. 생성물을 함유하는 분획들을 합하고 용매를 진공 하에 제거하여 황색 액체(0.66 g)를 수득하였다. 황색 액체를 1H NMR에 의해 특성 분석한 결과 주요 생성물은 디에틸 5-(4-에톡시카르보닐)피페리딘-1-일)-1-히드록시펜틸포스포네이트인 것으로 확인되었다.
Figure pct00014
반응 생성물을 추가의 정제 없이 실시에 9에 사용하였다.
실시예 9
5-(4-( 에톡시카르보닐 )피페리딘-1-일)-1- 히드록시펜틸포스폰산의 합성. 100 mL 플라스크에서 5-(4-(에톡시카르보닐)피페리딘-1-일)-1-히드록시펜틸포스포네이트(0.66 g, 0.0017 mol)을 디클로로메탄(25 mL)에 용해시켰다. 브로모트리메틸실란(0.69 mL, 0.0052 mol)을 반응 혼합물에 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 밤새 교반한 후에, 용매를 감압 하에 제거하여 오렌지색 검을 수득하였다. 검을 아세톤(20 mL)에 용해시켰다. 물(0.4 mL)을 첨가하였다. 검이 침전되었다. 용매를 감압 하에 제거하여 적색 검(0.6 g)을 수득하였다. 검을 1H NMR에 의해 특성 분석한 결과 생성물은 5-(4-에톡시카르보닐)피페리딘-1-일)-1-히드록시펜틸포스폰산인 것으로 확인되었다.
Figure pct00015
실시예 10
(4-( 에톡시카르보닐 )피페리딘-1-일)-1- 히드록시펜틸포스포네이트로 코팅된 산화탄탈럼 나노입자의 합성. 이소부티르산(0.242 g, 2.75 mmol)과 물(0.08 g, 4.44 mmol)을 함유하는 무수 메탄올(17 mL) 용액에 N2를 살포하여 40분 동안 탈기 처리를 수행하였다. 여기에 Ta2(OEt)5(1 g, 2.46 mmol)을 적가하고 반응 혼합물을 N2 분위기 하에 5시간 동안 교반시켜서 3 내지 4 nm 나노입자의 현탁액을 수득하였다. 메탄올(0.5 mL) 중의 5-(4-(에톡시카르보닐)피페리딘-1-일)-1-히드록시펜틸포스폰산(0.088 g, 0.205 mmol)의 용액을 산화탄탈럼 나노입자 현탁액(1 mL)에 적가하고 N2 하에 밤새 70℃에서 가열하였다. 실온으로 냉각시킨 후에 물(~3 mL)을 반응 혼합물에 적가하였다. 회전 증발기 상에서 감압 하에 증발에 의해 메탄올을 제거한 후에, 1M NH4OH(0.33 mL)를 첨가하고, 반응 혼합물을 50℃에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 3500 Da 분자량 컷오프 재생 셀룰로스 막을 사용하여 24시간 동안 탈이온수(3 x 2L)에 대하여 투석하였다. 수중에서 DLS에 의해 측정한 결과 크기는 7 nm였다.
실시예 11
SPIO 나노입자의 콜로이드 현탁액의 특성 분석. 실시예 4와 5 및 비교 실시예 2에서 접선 흐름 여과의 결과로서 수득한 콜로이드 현탁액을 안정성 및 제타 전위에 대하여 평가하였다.
현탁 매체로서의 물 중의 150 mM NaCl을 사용하여 동적 광산란 (DLS)에 의해 수력학적 직경 (DH)을 측정하였다. 접선 흐름 여과로부터 정제된 SPIO 현탁액을 수중 150 mM NaCl로 희석하고 100 nm 필터에 통과시켜서 산분을 제거한 다음, 브룩하벤 제타팔스(Brookhaven ZetaPALS)를 사용해서 DLS 분석을 수행하였다. DLS 측정을 하는 동안에 매초당 최소 20,000 계수를 생성하도록 희석을 수행하였다. 측정은 개질된 나노입자를 제조한 직후와 실온에서 2주 저장한 후에 모두 실시하였다. 저장 후에 DH가 현저하게 증가한 것은 나노입자가 응집됨으로써 입자 콜로이드 현탁액이 안정하지 못하다는 것을 시사하였다.
10 mM NaCl을 사용하여 14회 접선 흐름 여과로부터 정제된 SPIO 현탁액을 희석하고 희석된 SPIO 용액을 100 nm 필터에 통과시켜서 분진을 제거한 후에 브룩하벤 제타팔스를 사용해서 제타 전위를 측정하였다. 3종의 모든 콜로이드 현탁액에 대한 제타 전위는 통상 중성인 것으로 허용되는 ±15 mV 범위 내에 존재하였다.
결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pct00016
실시예 12
MRI 에 의한 생체내 종양의 조영. 동물을 포함한 모든 절차를 GE 글로벌 리서치 동물실험윤리위원회(GE Global Research Institutional Animal Care and Use Committee)에 의해 승인된 프로토콜하에 완료하였다. 암컷 피셔(Fischer) 344 래트(~150 g)에 0.1 mL 행크스(Hank's) 평형 염수 용액 중의 2x106 Mat B III 세포(ATCC# CRL1666, ATCC, 마나사스, 버지니아)를 피하 주사함으로써 종양을 유발하였다. 주사 부위는 어깨 날개 사이의 등에 위치하였다. 종양을 이식한지 9일후에 종양이 직경 ~1 cm가 되었을 때 조영하였다.
맞춤 제작형의 ~6cm 솔레노이드 리시브 RF 코일을 사용해서 임상 3T GE MR750 스캐너 상에서 조영을 수행하였다. 조영을 준비하기 위해서, 래트를 케타민과 디아제팜을 75 및 5 mg/kg 용량으로 사용하여 IP 주사에 의해 마취시켰다. 일단 부동화되면, 24 게이지 카테터를 측면 미동맥에 배치하고 염수 프라이밍된 소구경 카테터 라인 연장선과 스톱코크에 연결시켰다. 카테터, 라인 및 스톱 코크의 사(dead) 부피는 ~0.5 mL이었다. 이어서, 준비된 동물을 RF 코일 내부에 놓고 스캐너의 구경안에 위치시켰다. 주사전 영상 세트를 획득한 다음에, 테이블 또는 동물을 움직이지 않은 채로, PEG-350 α-히드록시 포스포네이트 코팅된 초상자성 산화철 나노입자를 스톱코크를 통해 주사한 후에 염수를 관류시켰다(~0.8 mL). 주입한 직후(주입후 ~처음 30초까지), 영상 세트를 ~30분의 동적 획득 기간 전반에 걸쳐 수집함으로써, ~16개의 콘트라스트후 시점을 수집하였다. 주사를 위해서, SPIO 작용제를 생리학적 염수 중에 10 mg Fe/ml의 농도로 사용하였으며, 주사하기 전에 멸균 여과하고, 내독소의 존재에 대해 시험하였다. 작용제는 3 mg Fe/kg 체중의 용량으로 투여하였다.
3D 급경사 에코 펄스 시퀀스를 사용하여 10 에코 횟수에서 영상을 수집하였다. 조영 슬랩을 그래픽 처방 계면을 통해 배치하여 종양을 횡축 단면 내에서 중앙으로 위치시켰으며 적용 범위는 종양 깊이의 대부분을 망라하였다. 펄스 시퀀스 파라미터는 다음과 같다: 펄스 시퀀스: 3D ME fGRE; TE: 4.1 내지 68 ms 범위, 7.1 ms 간격; TR: 75.5 ms; 플립 각도: 25도; 밴드폭: 62.5 MHz; 매트릭스: 256x256; 단면 두께: 0.9 mm; 시야 범위: 8 cm, 복셀(voxel) 크기 0.31x0.31x0.9 생성. 시퀀스 획득 시간은 ~2분이었다.
조영 데이터 세트를 IDL 플랫폼 (IDL v. 6.3, ITT 코포레이션, 불더, CO)상에서 제작된 통상의 소프트웨어 툴 (시네툴(CineTool) v8.0.2, 지이 헬쓰케어(GE Healthcare))을 사용해서 분석하였다. 요컨대, 상기 영상 분석 툴에 의하면 주사전 시리즈 상에서 표적 3D 영역 (ROI)을 수동 묘화한 후에 모든 시점에서 묘화된 ROI 내의 복셀마다 지수 회귀법에 의해 T2 * 시간 상수의 계산이 가능하다. 대표 영상 및 차이 지도를 도 5에 도시하였다.
이상에서는 본 발명의 몇 가지 특징만을 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 변형 및 변경을 명확히 파악할 수 있을 것이다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 취지 내에 포함되는 이와 같은 변형 및 변경도 모두 포함한다는 것을 알아야 한다.

Claims (10)

1종 이상의 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 부착된 수불용성 나노입자를 포함하는 조성물.
제1항에 있어서, 1종 이상의 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 하기 화학식을 갖는 것인 조성물.
Figure pct00017

상기 식에서, S는 스페이서이고, L은 S 및 R 사이의 연결기이며, R은 친수성 모이어티이고, m 및 p는 1-5이고, n 및 o는 0-5이다.
제1항에 있어서, 알파-히드록시 포스포네이트가 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
Figure pct00018
및
Figure pct00019
알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 부착된 수불용성 나노입자, 및 제약상 허용되는 담체 또는 부형제를 포함하며, 상기 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티는 하기 화학식을 갖는 것인, 포유류 대상체 내로 주사하기에 적합한 진단제 조성물.
Figure pct00020

상기 식에서, S는 스페이서이고, L은 S 및 R 사이의 연결기이며, R은 친수성 모이어티이고, m 및 p는 1-5이고, n 및 o는 0-5이다.
제4항에 있어서, 인간 대상체 내로 주사하기에 적합한 진단제 조성물.
제4항에 있어서, 알파-히드록시 포스포네이트가 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 진단제 조성물.
Figure pct00021
및
Figure pct00022
a. 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 부착된 수불용성 나노입자를 대상체에게 투여하는 것; 및
b. 상기 나노입자가 조영제로서 작용하는 진단 조영술을 상기 대상체에게 실시하는 것
을 포함하는, 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 부착된 수불용성 나노입자를 진단 조영술에 사용하는 방법.
제7항에 있어서, 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 하기 화학식을 갖는 것인 방법.
Figure pct00023

상기 식에서, S는 스페이서이고, L은 S 및 R 사이의 연결기이며, R은 친수성 모이어티이고, m 및 p는 1-5이고, n 및 o는 0-5이다.
a. 현탁제 중의 나노입자의 현탁액을 제공하는 것; 및
b. 상기 현탁액을 상기 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티와 접촉시키는 것
을 포함하는, 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 부착된 수불용성 나노입자의 제조 방법.
제9항에 있어서, 알파-히드록시 포스포네이트 모이어티가 하기 화학식을 갖는 것인 방법.
Figure pct00024

상기 식에서, S는 스페이서이고, L은 S 및 R 사이의 연결기이며, R은 친수성 모이어티이고, m 및 p는 1-5이고, n 및 o는 0-5이다.
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