KR20210009919A - Novel Near Infrared Fluorescent Probe Targeting Mitochondria and Composition for Diagnosing and Treating Tumor Containing the Same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a novel near-infrared fluorescent probe targeting mitochondria and a composition for both diagnosis and treatment of tumor containing the same and, more specifically, to a novel near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) prepared through fluorescence core hydrophobicity control of silicon-rhodamine, that is, NIR phosphor, and a composition for both diagnosis and treatment of tumor containing the same as an active ingredient. SiR-Mito11 which is a near-infrared fluorescent probe according to the present invention can selectively dye only mitochondria of tumor cells, and also SiR-Mito11 accumulated specifically in tumor cells can induce apoptosis by activating apoptosis proteins, thereby being advantageously used as a pharmaceutical composition for both diagnosis and treatment of various tumors including brain tumors.

Description

미토콘드리아를 표적으로 하는 신규한 근적외선 형광 프로브 및 이를 포함하는 종양 진단 및 치료 겸용 조성물{Novel Near Infrared Fluorescent Probe Targeting Mitochondria and Composition for Diagnosing and Treating Tumor Containing the Same}A novel near-infrared fluorescent probe targeting mitochondria and a composition for diagnosis and treatment of tumors comprising the same.

본 발명은 미토콘드리아를 표적으로 하는 신규한 근적외선 형광 프로브 및 이를 포함하는 종양 진단 및 치료 겸용 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 NIR 형광체인 실리콘-로다민(silicon-rhodamine)의 형광 코어 소수성 조절을 통해 제조된 신규한 근적외선 형광 프로브(SiR-Mito11) 및 이를 유효성분으로 포함하는 종양 진단 및 치료 겸용 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a novel near-infrared fluorescent probe targeting mitochondria, and a composition for diagnosis and treatment of tumors including the same, and more particularly, by controlling the hydrophobicity of the fluorescent core of silicon-rhodamine, a NIR fluorescent substance. The present invention relates to a novel near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) and a composition for both tumor diagnosis and treatment comprising the same as an active ingredient.

미토콘드리아는 아데노신트리포스페이트(adenosine triphosphate; ATP)를 생성하고 에너지 항상성을 조절하는 세포 생존을 위한 필수 세포 소기관으로 다양한 세포 기능을 조절한다. 특히, 미토콘드리아는 독특한 이중막 구조(내부 및 외부 미토콘드리아 막)을 가지며, H+ 농도 구배를 조절함으로써 전기 음성 전위(electronegative potential)를 능동적으로 유지한다 (DeBerardinis, R. J., et al., Cell Metab., 7:11-20, 2008; Smith, R. A., et al., Trends Pharmacol. Sci., 33:341-352, 2012; Wisnovsky, S., et al., Cell Chem. Biol., 23:917-927, 2016).Mitochondria are essential organelles for cell survival that produce adenosine triphosphate (ATP) and regulate energy homeostasis and regulate various cellular functions. In particular, mitochondria have a unique double-membrane structure (internal and external mitochondrial membranes), and actively maintain an electronegative potential by adjusting the H+ concentration gradient (DeBerardinis, RJ, et al. , Cell Metab., 7 : 11-20, 2008; Smith, RA, et al. , Trends Pharmacol. Sci., 33:341-352, 2012; Wisnovsky, S., et al. , Cell Chem. Biol., 23:917-927, 2016).

생체에너지 기능(bioenergetic function) 이외에도, 미토콘드리아는 활성산소종(reactive oxygen species; ROS), 산화환원 항상성, 세포 신호 조절, 프로그램된 세포 사멸 및 생합성 신진 대사의 생성을 비롯한 다양한 역할을 수행한다. 결과적으로, 미토콘드리아는 변화하는 환경에 대한 세포 적응에 기여함으로써, 암 발생, 성장, 생존 및 전이에 영향을 미치게 된다. 또한, 암세포의 미토콘드리아 막 전위(mitochondrial membrane potential; MMP)는 정상세포보다 분극화되어 있으므로, 미토콘드리아는 암 진단을 위한 잠재적인 표적으로 여겨지고 있다 (Hou, X. S., et al., Biomater. Sci., 6:2786-2797, 2018) In addition to the bioenergetic function, mitochondria play a variety of roles, including reactive oxygen species (ROS), redox homeostasis, regulation of cellular signals, programmed cell death and production of biosynthetic metabolism. As a result, mitochondria contribute to cell adaptation to a changing environment, thereby affecting cancer development, growth, survival and metastasis. In addition, because the mitochondrial membrane potential (MMP) of cancer cells is more polarized than that of normal cells, mitochondria are considered as potential targets for cancer diagnosis (Hou, XS, et al. , Biomater. Sci., 6: 2786-2797, 2018)

내재성 세포 사멸 경로의 경우, 미토콘드리아는 카스파제 케스케이드(caspase cascade)를 활성화시키는데 중심적인 역할을 수행한다 (Mcilwain, D. R., et al., Caspase Functions in Cell Death and Disease, 1-29, 2015). DNA 손상이나 ER 응력과 같은 세포 응력은 미토콘드리아 막 전위(Ψm) 및 미토콘드리아 외막 투과성(mitochondrial outer membrane permeabilization: MOMP)의 파괴를 유도하며, 이로 인해 미토콘드리아에서 세포기질(cytosol)로 사이트크롬 C(cytochrome c)가 방출되어 카스파제와 PARP의 절단을 유도한다 (Ly, J. D., et al., Apoptosis, 8:115-128, 2003; RM, K., et al., Science, 275: 1132-1136, 1997). 따라서, 미토콘드리아 기능 및 막 투과성의 교란은 직접 세포의 사멸을 유도할 수 있다. For the intrinsic cell death pathway, mitochondria play a central role in activating the caspase cascade (Mcilwain, DR, et al. , Caspase Functions in Cell Death and Disease, 1-29, 2015). Cellular stress such as DNA damage or ER stress induces the destruction of mitochondrial membrane potential (Ψ m ) and mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP), which leads to cytochrome C (cytochrome C) from mitochondria to cytosol. c) is released to induce cleavage of caspase and PARP (Ly, JD, et al. , Apoptosis, 8:115-128, 2003; RM, K., et al. , Science, 275: 1132-1136, 1997). Thus, disturbances in mitochondrial function and membrane permeability can directly induce cell death.

암세포는 보통 MOMP를 예방하기 위해 BCL-2 단백질을 과발현 시킴으로써 미토콘드리아에 의한 세포 사멸을 억제한다. 역설적으로 종양세포는 세포 사멸을 유도하는 조건 등 다양한 요인으로 인해 정상세포보다 세포 사멸에 더 민감하게 반응한다. 이러한 맥락에서, 최근 미토콘드리아 세포 사멸 경로를 표적으로 하는 치료법 개발이 효과적인 암 치료법으로 여겨지고 있다 (Lopez, J, et al., Br . J. Cancer, 112:957-962, 2015; Schmitt, S., Zischka, H., Dtsch. Zeitschrift fur Onkol., 50:124-130, 2018).Cancer cells usually inhibit mitochondrial cell death by overexpressing BCL-2 protein to prevent MOMP. Paradoxically, tumor cells respond more sensitively to cell death than normal cells due to various factors, such as conditions that induce cell death. In this context, the recent development of a therapy targeting the mitochondrial cell death pathway is considered an effective cancer therapy (Lopez, J, et al. , Br . J. Cancer, 112:957-962, 2015; Schmitt, S., Zischka, H., Dtsch.Zeitschrift fur Onkol., 50:124-130, 2018).

악성 뇌종양의 일종인 신경교종(Glioma)은 가장 공격적이며 치료가 극도로 어려운 것으로 알려져 있다. 현재 뇌암에는 절제술, 방사선 치료 및 몇 가지 화학요법(테모졸로마이드 등; temozolomide)이 가능하지만, 아직 치료할 수 없는 종양 부위, 약물 내성 또는 재발과 같은 많은 제한이 있다. 예를 들어 알킬화제인 테모졸로마이드는 적어도 10년여 동안 교모세포종(glioblastoma)에서 가장 광범위하게 사용되는 화학요법으로, DNA 알킬화 부가물을 제거함으로써 적어도 50%의 환자에게 아무런 반응을 나타내지 않는다. 반면에 미토콘드리아를 목표로 하는 화학제제는 암 특유의 미토콘드리아 대사 변화를 억제함으로써 뇌종양에 대한 암 치료법으로 주목받고 있다 (Guntuku, L., et al., Curr. Neuropharmacol., 14:567-583, 2016) Glioma, a type of malignant brain tumor, is known to be the most aggressive and extremely difficult to treat. Currently, resection, radiation therapy, and some chemotherapy (temozolomide) are possible for brain cancer, but there are many limitations such as tumor sites that cannot be treated, drug resistance or recurrence. For example, temozolomide, an alkylating agent, is the most widely used chemotherapy for glioblastoma for at least 10 years and does not respond to at least 50% of patients by removing DNA alkylated adducts. On the other hand, chemical agents targeting mitochondria are attracting attention as cancer treatments for brain tumors by inhibiting changes in mitochondrial metabolism peculiar to cancer (Guntuku, L., et al. , Curr. Neuropharmacol., 1 4:567-583, 2016)

이에, 본 발명에서는 종양 세포의 미토콘드리아를 타겟으로 하는 진단 및 치료 겸용 프로브를 개발하기 위해 노력한 결과, NIR 형광체인 실리콘-로다민(silicon-rhodamine)의 형광 코어 소수성 조절을 통해 신규한 근적외선 형광 프로브인 SiR-Mito11를 개발하였다. 상기 SiR-Mito11는 NIR 광 물리특성 및 협응적인 소수성(coordinated hydrophobicity)을 가지며 미토콘드리아만을 특이적으로 염색시키는 것을 확인하였으며, 종양 세포 특이적으로 축적된 SiR-Mito11는 세포사멸 단백질들을 활성화함으로써 세포사멸을 유도하는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, in the present invention, as a result of efforts to develop a probe for both diagnosis and treatment targeting the mitochondria of tumor cells, a novel near-infrared fluorescent probe, which is a novel near-infrared fluorescent probe, through the hydrophobic regulation of the fluorescent core of silicon-rhodamine, a NIR fluorescent substance. SiR-Mito11 was developed. It was confirmed that SiR-Mito11 has NIR photophysical properties and coordinated hydrophobicity, and specifically stains only mitochondria, and SiR-Mito11 accumulated specifically in tumor cells activates apoptosis proteins to prevent apoptosis. After confirming the induction, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 미토콘드리아를 표적으로 하는 근적외선 형광 프로브를 제공하는 데 있다. An object of the present invention is to provide a near-infrared fluorescent probe targeting mitochondria.

본 발명의 다른 목적은 상기 근적외선 형광 프로브를 유효성분으로 포함하는 종양 진단 및 치료용 약학적 조성물을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a pharmaceutical composition for diagnosis and treatment of tumors comprising the near-infrared fluorescent probe as an active ingredient.

상기 목적을 달성하기 위해, To achieve the above object,

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되고 미토콘드리아를 표적으로 하는 근적외선 형광 프로브(SiR-Mito11)를 제공한다.The present invention provides a near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) represented by the following formula (1) and targeting mitochondria.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 근적외선 형광 프로브는 근적외선 형광체인 실리콘-로다민(silicon-rhodamine)의 형광 코어 소수성 조절을 통해 제조된 것일 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the near-infrared fluorescent probe may be manufactured by controlling the hydrophobicity of a fluorescent core of silicon-rhodamine, which is a near-infrared fluorescent substance.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 근적외선 형광 프로브는 여기파장 651 ~ 657 nm 및 방출파장 662 ~ 668 nm에서 형광을 나타낼 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the near-infrared fluorescent probe may exhibit fluorescence at an excitation wavelength of 651 to 657 nm and an emission wavelength of 662 to 668 nm.

본 발명은 또한, (a) 3-브로모-N,N-다이메틸아닐린(3-Bromo-N,N-dimethylaniline) 및 포름알데히드(formaldehyde)를 반응시켜 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 1을 제조하는 단계;In the present invention, (a) 3-bromo-N,N-dimethylaniline (3-Bromo-N,N-dimethylaniline) and formaldehyde (formaldehyde) reacted to prepare a compound 1 represented by the following formula (A) Step to do;

[화학식 A][Formula A]

Figure pat00002
Figure pat00002

(b) 상기 화합물 1을 리튬화(Lithiation)시킨 후, 디클로로메틸실란(dichlorodimethylsilane)을 첨가한 다음, 과망간산칼륨(potassium permanganate)으로 산화반응을 수행하여 하기 화학식 B으로 표시되는 화합물 2를 합성하는 단계;(b) synthesizing Compound 2 represented by the following Formula B by lithiating Compound 1, adding dichlorodimethylsilane, and then performing an oxidation reaction with potassium permanganate. ;

[화학식 B][Formula B]

Figure pat00003
Figure pat00003

(c) tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate) 및 tert-부틸리튬(tert-Butyllithium)을 상기 화합물 2에 첨가하여 하기 화학식 C으로 표시되는 화합물 3을 제조하는 단계; 및 (c) tert - butyl-3-bromo-4-methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo-4 -methylbenzoate) and tert - butyllithium to by the addition of (tert -Butyllithium) to the compound 2 represented by the chemical formula C Preparing compound 3; And

[화학식 C][Formula C]

Figure pat00004
Figure pat00004

(d) 상기 화합물 3과 n-옥틸아민(n-octyl amine)을 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 근적외선 형광 프로브를 제조하는 단계;(d) reacting the compound 3 with n-octyl amine to prepare a near-infrared fluorescent probe represented by Formula 1 below;

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

를 포함하는 근적외선 형광 프로브 제조방법을 제공한다.It provides a near-infrared fluorescent probe manufacturing method comprising a.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (b) 단계의 리튬화는 화합물 1에 Sec-부틸리튬(Sec-Butyllithium)을 처리하여 수행될 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, lithiated in the step (b) Sec Compound 1 may be performed by treating the butyl lithium (Sec -Butyllithium).

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 (c) 단계의 tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate)은 3-브로모-4-메틸벤조산(3-Bromo-4-methylbenzoic acid) 및 디-tert-부틸 디카보네이트(Di-tert-butyl dicarbonate)를 반응시켜 제조할 수 있다.According to another preferred embodiment of the invention, the step (c) of tert - butyl 3-bromo-4-methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo-4 -methylbenzoate) is 3-bromo-4-methyl acid (3-Bromo-4-methylbenzoic acid) and di - tert - by reacting butyl dicarbonate (Di- tert -butyl dicarbonate) may be prepared.

본 발명은 또한, 상기 근적외선 형광 프로브를 유효성분으로 포함하는 종양 진단 및/또는 치료용 약학적 조성물을 제공한다.The present invention also provides a pharmaceutical composition for diagnosis and/or treatment of tumors comprising the near-infrared fluorescent probe as an active ingredient.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 종양은 뇌종양, 흑색종, 골수종, 비소세포성폐암, 구강암, 간암, 위암, 결장암, 유방암, 폐암, 골암, 췌장암, 피부암, 두부 또는 경부암, 자궁경부암, 난소암, 대장암, 소장암, 직장암, 나팔관암종, 항문부근암, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 임파선암, 방광암, 담낭암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 만성 또는 급성 백혈병, 림프구 림프종, 신장 또는 수뇨관암, 신장세포 암종, 신장골반암종, 중추신경계 종양, 1차 중추신경계 림프종, 척수 종양, 뇌간 신경교종 및 뇌하수체 선종으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the tumor is brain tumor, melanoma, myeloma, non-small cell lung cancer, oral cancer, liver cancer, gastric cancer, colon cancer, breast cancer, lung cancer, bone cancer, pancreatic cancer, skin cancer, head or neck cancer, cervical cancer, Ovarian cancer, colon cancer, small intestine cancer, rectal cancer, fallopian tube carcinoma, anal muscle cancer, endometrial carcinoma, vaginal carcinoma, vulvar carcinoma, Hodgkin's disease, esophageal cancer, lymph adenocarcinoma, bladder cancer, gallbladder cancer, endocrine adenocarcinoma, thyroid cancer, Parathyroid cancer, adrenal cancer, soft tissue sarcoma, urethral cancer, penile cancer, prostate cancer, chronic or acute leukemia, lymphocytic lymphoma, kidney or ureter cancer, renal cell carcinoma, renal pelvic carcinoma, central nervous system tumor, primary central nervous system lymphoma, spinal cord It may be at least one selected from the group consisting of tumors, brainstem glioma, and pituitary adenoma.

본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따르면, 상기 근적외선 형광 프로브는 종양 세포의 미토콘드리아에 특이적으로 축적될 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, the near-infrared fluorescent probe may be specifically accumulated in the mitochondria of tumor cells.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 근적외선 형광 프로브가 종양세포의 미토콘드리아에 축적되면, 미토콘드리아 막 전위(mitochondrial membrane potential; MMP) 및 미토콘드리아 외막 투과성(mitochondrial outer membrane permeabilization: MOMP)의 파괴를 유도할 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, when the near-infrared fluorescent probe is accumulated in the mitochondria of tumor cells, the destruction of mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP) is prevented. You can induce.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 근적외선 형광 프로브가 종양 세포의 미토콘드리아에 축적되면, 미토콘드리아에서 세포기질(cytosol)로 사이토크롬 C(cytochrome C) 방출을 촉진시켜 세포 사멸을 유도할 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, when the near-infrared fluorescent probe is accumulated in the mitochondria of tumor cells, it is possible to induce cell death by promoting the release of cytochrome C from the mitochondria to the cytosol. have.

본 발명의 바람직한 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 사이토크롬 C 방출에 의해 카스파제 3(Caspase-3) 및 PARP 절단이 유도될 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention, caspase 3 and PARP cleavage may be induced by the release of cytochrome C.

본 발명의 근적외선 형광 프로브인 SiR-Mito11은 종양 세포의 미토콘드리아만을 선택적으로 염색시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종양세포 특이적으로 축적된 SiR-Mito11는 세포사멸 단백질들을 활성화함으로써 세포사멸을 유도할 수 있으므로, 뇌종양을 포함하는 다양한 종양의 진단 및 치료 겸용 약학적 조성물로 유용하게 활용할 수 있다.SiR-Mito11, a near-infrared fluorescent probe of the present invention, can selectively stain only the mitochondria of tumor cells, and SiR-Mito11 accumulated specifically for tumor cells can induce apoptosis by activating apoptosis proteins, It can be usefully used as a pharmaceutical composition for diagnosis and treatment of various tumors including brain tumors.

도 1은 본 발명의 근적외선 형광 프로브(SiR-Mito11)의 세포 사멸 작용 기작에 관한 모식도이다.
도 2는 SiR-Mito11의 합성 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3은 SiR-Mito11의 1H, 13C NMR 스펙트럼 데이터이다.
도 4는 SiR-Mito11의 (a) 흡수 및 방출 스펙트럼(Abs: absorbance, Em: emission) 및 (b) SiR-Mito11의 화학적 및 광물리학적 특성을 나타낸 데이터이다. 여기서 M.W는 분자량, Ex/Em은 여기파장(excitation)/방출파장(emission), Ф은 양자수율(quantum yield) 및 cLogP는 분배계수(Partition coefficient)를 의미한다.
도 5는 SiR-Mito11의 미토콘드리아 선택성에 관한 형광 이미징 실험 데이터로, 미토트래커 그린(Mitotracker Green; top) 또는 리소트래커 레드(Lysotracker Red; bottom)와 함께 SiR-Mito11의 코-로컬리제이션 테스트(Co-localization test)를 수행하였다. 오른쪽의 이미지는 병합된 이미지에서 흰색 점 상자로 표시된 단일 세포 염색을 나타내며, 이미지는 3가지 독립적인 실험으로 표현되고 의색(pseudo-color)으로 표현되었다 (Mitotracker 또는 Lysotracker: 녹색, SiR-Mito11: 적색, Hoechst: 청색. Scale bar = 15 μm).
도 6은 SiR-Mito11의 종양 세포 선택적 독성을 나타낸 것으로, H4 신경모세포종 및 HT22 뉴런 세포에서 일련의 SiR-Mito 프로브에 대한 세포 생존율 스크리닝한 데이터이다. 빨간색 점원은 SiR-Mito11를 나타내며, 각각의 화합물의 cLogP는 그라데이션바(color gradation bar)에 따라 그라디언트 색으로 표시되었다.
도 7은 SiR-Mito11의 종양 세포 선택적 독성을 나타낸 것으로, (a) HT22 세포 및 다양한 뇌종양 세포에서 SiR-Mito11의 투여량에 따른 세포 생존율 및 (b) 다양한 세포 타입에 대한 SiR-Mito11의 IC50 및 선택성(selectivity window)을 정량화하여 나타낸 데이터이다.
도 8은 정상 뇌세포 및 종양 뇌세포에서 SiR-Mito11의 세포 흡수 차이를 나타낸 것으로, (a) 형광 이미징을 이용한 정상 뇌세포 및 종양 뇌세포에서의 SiR-Mito11의 세포 흡수량 차이 및 (b) 플레이트 리더기를 이용한 정상 뇌세포 및 종양 뇌세포에서의 SiR-Mito11의 세포 흡수량 차이를 나타낸 데이터이다. 도 8a는 형광 이미지(왼쪽) 및 형광 강도의 양적 데이터(오른쪽)을 나타낸 것으로, 이미지는 두가지 독립적인 실험으로 표현되며 의색으로 표현되었다 (SiR-Mito11: 적색, Hoechst: 청색. Scale bar = 25 μm). 또한, 그래프는 20개의 개별 세포의 데이터에서 도출한 SEM 평균값을(***, p<0.0001 calculated by t-test), 각 점은 개별 세포의 강도를 나타낸다.
도 9는 형광 이미징을 이용한 정상 뇌세포 및 종양 뇌세포에서 SiR-Mito11에 의한 미토콘드리아 막 전위 파괴를 나타낸 데이터이다. 적색 형광(높은 미토콘드리아 분극화) 및 녹색 형광(탈분극화된 미토콘드리아 지역) 사이의 세포 병합 형광 이미지는 의색으로 시각화 하였다 (Scale bar = 25 μm).
도 10은 SiR-Mito 11의 종양 세포 선택적 미토콘드리아 축적에 따른, 사이토크롬 C 방출 정도를 확인한 데이터이다.
도 11은 SiR-Mito 11의 종양 세포 선택적 미토콘드리아 축적에 따른, 세포사멸 단백질 활성화 정도를 확인한 데이터이다.
도 12는 팬-카스파제 억제제(pan-caspase inhibitor)인 z-VAD-fmk의 처리에 따른 SiR-Mito 11의 종양 세포 사멸 유도 정도를 확인한 데이터이다.
1 is a schematic diagram of a mechanism of action of apoptosis of the near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) of the present invention.
2 is a schematic diagram showing the synthesis process of SiR-Mito11.
3 is 1 H, 13 C NMR spectrum data of SiR-Mito11.
4 is data showing (a) absorption and emission spectra (Abs: absorbance, Em: emission) of SiR-Mito11 and (b) chemical and photophysical properties of SiR-Mito11. Here, MW is the molecular weight, Ex/Em is the excitation/emission wavelength, Ф is the quantum yield, and cLogP is the partition coefficient.
5 is a fluorescence imaging experimental data regarding the mitochondrial selectivity of SiR-Mito11, a co-localization test of SiR-Mito11 with Mitotracker Green (top) or Lysotracker Red (bottom) (Co -localization test) was performed. The image on the right shows single cell staining indicated by a white dot box in the merged image, and the image was expressed in three independent experiments and expressed as pseudo-color (Mitotracker or Lysotracker: green, SiR-Mito11: red , Hoechst: blue.Scale bar = 15 μm).
Figure 6 shows the tumor cyto-selective toxicity of SiR-Mito11, the cell viability screening data for a series of SiR-Mito probes in H4 neuroblastoma and HT22 neuronal cells. The red dot circle represents SiR-Mito11, and the cLogP of each compound is indicated by a gradient color according to a color gradation bar.
Figure 7 shows the tumor cyto-selective toxicity of SiR-Mito11, (a) cell viability according to the dose of SiR-Mito11 in HT22 cells and various brain tumor cells, and (b) IC 50 of SiR-Mito11 for various cell types And data expressed by quantifying the selectivity window.
Figure 8 shows the difference in cellular uptake of SiR-Mito11 in normal brain cells and tumor brain cells, (a) difference in cell uptake of SiR-Mito11 in normal brain cells and tumor brain cells using fluorescence imaging, and (b) plate This is the data showing the difference in cellular uptake of SiR-Mito11 in normal brain cells and tumor brain cells using a reader. 8A shows a fluorescence image (left) and quantitative data of fluorescence intensity (right), and the image was expressed in two independent experiments and expressed in pseudocolor (SiR-Mito11: red, Hoechst: blue. Scale bar = 25 μm ). In addition, the graph represents the mean SEM value derived from the data of 20 individual cells (***, p<0.0001 calculated by t-test), and each point represents the intensity of the individual cells.
9 is data showing mitochondrial membrane potential disruption by SiR-Mito11 in normal brain cells and tumor brain cells using fluorescence imaging. Cell merged fluorescence images between red fluorescence (high mitochondrial polarization) and green fluorescence (depolarized mitochondrial region) were visualized pseudochromatic (Scale bar = 25 μm).
10 is data confirming the degree of cytochrome C release according to the tumor cell selective mitochondrial accumulation of SiR-Mito 11.
11 is data confirming the degree of activation of apoptosis proteins according to the accumulation of selective mitochondria in tumor cells of SiR-Mito 11.
12 is data confirming the degree of induction of tumor cell death of SiR-Mito 11 according to the treatment of z-VAD-fmk, which is a pan-caspase inhibitor.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

상술한 바와 같이, 최근 종양 세포의 미토콘드리아 대사 변화를 억제함으로써 종양을 치료하는 방법이 주목 받고 있다. As described above, recently, a method of treating tumors by suppressing changes in mitochondrial metabolism of tumor cells has attracted attention.

본 발명에서는 종양 세포의 미토콘드리아를 타겟으로 하는 신규한 근적외선 프로브를 개발하기 위해 노력한 결과, 신규한 근적외선 형광 프로브인 SiR-Mito11를 개발하였으며, 상기 SiR-Mito11는 미토콘드리아만을 특이적으로 염색시킬 뿐만 아니라, 종양 세포의 미토콘드리아에 특이적으로 축적되어 세포 사멸을 유도하는 것을 확인하였다. In the present invention, as a result of trying to develop a novel near-infrared probe targeting the mitochondria of tumor cells, a novel near-infrared fluorescent probe, SiR-Mito11, was developed, and the SiR-Mito11 not only specifically stains mitochondria, but also It was confirmed that specific accumulation in the mitochondria of tumor cells induces cell death.

도 1은 본 발명의 근적외선 형광 프로브(SiR-Mito11)의 세포 사멸 작용 기작에 관한 모식도로, 종양 세포의 미토콘드리아 내에 SiR-Mito11가 축적되면, 미토콘드리아 막 전위(Ψm) 및 미토콘드리아 외막 투과성(mitochondrial outer membrane permeabilization: MOMP)의 파괴가 유도되며, 이로 인해 미토콘드리아에서 세포기질(cytosol)로 사이트크롬 C(cytochrome c)가 방출되어 카스파제(caspase)와 PARP의 절단을 유도한다. 따라서, 종양 세포 미토콘드리아 특이적 SiR-Mito11의 축적으로 인해 미토콘드리아 기능 및 막 투과성이 교란되어 직접 종양 세포의 사멸을 유도할 수 있다. 1 is a schematic diagram of the mechanism of apoptosis of the near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) of the present invention. When SiR-Mito11 accumulates in the mitochondria of tumor cells, mitochondrial membrane potential (Ψ m ) and mitochondrial outer membrane permeability The destruction of membrane permeabilization (MOMP) is induced, and as a result, cytochrome c is released from the mitochondria into the cytosol, leading to the cleavage of caspase and PARP. Therefore, due to the accumulation of tumor cell mitochondrial-specific SiR-Mito11, mitochondrial function and membrane permeability are disturbed, which can directly induce the death of tumor cells.

따라서, 본 발명은 일관점에서 하기 화학식 1로 표시되는 종양 세포의 미토콘드리아를 표적으로 하는 근적외선 형광 프로브(SiR-Mito11)에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) targeting the mitochondria of tumor cells represented by the following Chemical Formula 1 in a consistent view.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

본 발명에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브(이하, "SiR-Mito11"로 혼용 표기함)는 근적외선 형광체인 실리콘-로다민(silicon-rhodamine)의 형광 코어 소수성 조절을 통해 제조된 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the near-infrared fluorescent probe (hereinafter, referred to as "SiR-Mito11") may be manufactured by controlling the hydrophobicity of a fluorescent core of silicon-rhodamine, a near-infrared fluorescent substance. .

본 발명에 있어서, 상기 SiR-Mito11은 여기파장 651 ~ 657 nm 및 방출파장 662 ~ 668 nm에서 형광을 나타내는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the SiR-Mito11 is characterized in that it exhibits fluorescence at an excitation wavelength of 651 ~ 657 nm and an emission wavelength of 662 ~ 668 nm.

본 발명은 다른 관점에서, (a) 3-브로모-N,N-다이메틸아닐린(3-Bromo-N,N-dimethylaniline) 및 포름알데히드(formaldehyde)를 반응시켜 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 1을 제조하는 단계;In another aspect of the present invention, (a) 3-bromo-N,N-dimethylaniline (3-Bromo-N,N-dimethylaniline) and formaldehyde (formaldehyde) by reacting the compound represented by the formula A Manufacturing a;

[화학식 A][Formula A]

Figure pat00007
Figure pat00007

(b) 상기 화합물 1을 리튬화(Lithiation)시킨 후, 디클로로메틸실란(dichlorodimethylsilane)을 첨가한 다음, 과망간산칼륨(potassium permanganate)으로 산화반응을 수행하여 하기 화학식 B으로 표시되는 화합물 2를 합성하는 단계;(b) synthesizing Compound 2 represented by the following Formula B by lithiating Compound 1, adding dichlorodimethylsilane, and then performing an oxidation reaction with potassium permanganate. ;

[화학식 B][Formula B]

Figure pat00008
Figure pat00008

(c) tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate) 및 tert-부틸리튬(tert-Butyllithium)을 상기 화합물 2에 첨가하여 하기 화학식 C으로 표시되는 화합물 3을 제조하는 단계; 및 (c) tert - butyl-3-bromo-4-methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo-4 -methylbenzoate) and tert - butyllithium to by the addition of (tert -Butyllithium) to the compound 2 represented by the chemical formula C Preparing compound 3; And

[화학식 C][Formula C]

Figure pat00009
Figure pat00009

(d) 상기 화합물 3과 n-옥틸아민(n-octyl amine)을 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 근적외선 형광 프로브를 제조하는 단계;(d) reacting the compound 3 with n-octyl amine to prepare a near-infrared fluorescent probe represented by Formula 1 below;

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00010
Figure pat00010

를 포함하는 근적외선 형광 프로브 제조방법에 관한 것이다. It relates to a method of manufacturing a near-infrared fluorescent probe comprising a.

본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계의 리튬화는 화합물 1에 Sec-부틸리튬(Sec-Butyllithium)을 처리하여 수행할 수 있으며, 상기 (c) 단계의 tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate)은 3-브로모-4-메틸벤조산(3-Bromo-4-methylbenzoic acid) 및 디-tert- 부틸 디카보네이트(Di-tert-butyl dicarbonate)를 반응시켜 제조할 수 있다.In the present invention, the lithiated in the step (b) the compound 1 Sec - butyl lithium can be carried out by treating the (Sec -Butyllithium), wherein the (c) step of the tert - butyl 3-bromo-4 methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo-4 -methylbenzoate) is 3-bromo-4-methylbenzoic acid (3-bromo-4-methylbenzoic acid) and di - tert - butyl dicarbonate (Di- tert -butyl dicarbonate) It can be prepared by reacting.

본 발명의 구체적인 일구현예에서는, 미토콘드리아 표적화 특성을 위한 지속적인 소수성 유지와 함께 정상적인 세포의 일반적인 독성을 줄이기 위해 실리콘-로다민 형광단(fluorophore) 및 n-옥틸아민(n-octyl amine)을 결합시켜 사이클릭 링(cyclic ring) 대신 지방족 사슬을 도입시킨 SiR-Mito11를 제조하였다. 본 발명의 SiR-Mito11는 제조방법은 구체적으로 도 2에 나타내었다. In a specific embodiment of the present invention, a silicon-rhodamine fluorophore and n-octyl amine are combined to reduce general toxicity of normal cells while maintaining continuous hydrophobicity for mitochondrial targeting properties. SiR-Mito11 was prepared in which an aliphatic chain was introduced instead of a cyclic ring. SiR-Mito11 of the present invention is specifically shown in Figure 2 the manufacturing method.

본 발명의 구체적인 다른 일구현예에서, 본 발명에서 제조한 SiR-Mito11의 근적외선 형광 특성을 확인한 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, 여기 파장 654 nm, 방출 파장 665 nm, 양자 수율 0.40 및 소수성을 나타내는 cLogP 값은 6.55를 나타내는 것을 확인하였다. In another specific embodiment of the present invention, as a result of confirming the near-infrared fluorescence characteristics of SiR-Mito11 prepared in the present invention, as shown in FIG. 4, excitation wavelength 654 nm, emission wavelength 665 nm, quantum yield 0.40 and hydrophobicity It was confirmed that the cLogP value represents 6.55.

본 발명의 구체적인 또 다른 일구현예에서, SiR-Mito11의 미토콘드리아 표적화된 특성을 확인한 결과, 도 5에 나타난 바와 같이, 미토콘드리아만 특이적으로 염색하는 형광체인 미토트랙커 그린(MitoTracker Green) 및 SiR-Mito11와의 피어슨 계수((Pearson's coefficient)는 R = 0.94로 높은 상관관계를 보이는 것을 확인한 반면, 라이소자임만 특이적으로 염색하는 형광체인 라이소트래커 레드(LysoTracker Red)는 SiR-Mito11와 낮은 상관관계(R = 0.51)를 보이는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 SiR-Mito11는 미토콘드리아 특이적 근적외선 형광 프로브인 것을 확인하였다. In another specific embodiment of the present invention, as a result of confirming the mitochondrial-targeted properties of SiR-Mito11, as shown in FIG. 5, MitoTracker Green and SiR-Mito11, a fluorescent substance that specifically stains only mitochondria Pearson's coefficient with R = 0.94 was confirmed to show a high correlation, whereas LysoTracker Red, a fluorescent substance that specifically stains only lysozyme, had a low correlation with SiR-Mito11 (R = 0.51), that is, it was confirmed that the SiR-Mito11 of the present invention was a mitochondrial-specific near-infrared fluorescent probe.

본 발명은 또 다른 관점에서, 본 발명의 근적외선 형광 프로브(SiR-Mito11)를 유효성분으로 포함하는 종양 진단 및/또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a pharmaceutical composition for diagnosis and/or treatment of tumors comprising the near-infrared fluorescent probe (SiR-Mito11) of the present invention as an active ingredient.

본 발명에 있어서, 상기 종양은 뇌종양, 흑색종, 골수종, 비소세포성폐암, 구강암, 간암, 위암, 결장암, 유방암, 폐암, 골암, 췌장암, 피부암, 두부 또는 경부암, 자궁경부암, 난소암, 대장암, 소장암, 직장암, 나팔관암종, 항문부근암, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 임파선암, 방광암, 담낭암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 만성 또는 급성 백혈병, 림프구 림프종, 신장 또는 수뇨관암, 신장세포 암종, 신장골반암종, 중추신경계 종양, 1차 중추신경계 림프종, 척수 종양, 뇌간 신경교종 및 뇌하수체 선종으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있으며, 바람직하게는 뇌종양일 수 있다. In the present invention, the tumor is brain tumor, melanoma, myeloma, non-small cell lung cancer, oral cancer, liver cancer, gastric cancer, colon cancer, breast cancer, lung cancer, bone cancer, pancreatic cancer, skin cancer, head or neck cancer, cervical cancer, ovarian cancer, colon cancer , Small intestine cancer, rectal cancer, fallopian tube carcinoma, anal cancer, endometrial carcinoma, vaginal carcinoma, vulvar carcinoma, Hodgkin's disease, esophageal cancer, lymph node cancer, bladder cancer, gallbladder cancer, endocrine cancer, thyroid cancer, parathyroid cancer, adrenal cancer , Soft tissue sarcoma, urethral cancer, penile cancer, prostate cancer, chronic or acute leukemia, lymphocytic lymphoma, kidney or ureteral cancer, renal cell carcinoma, renal pelvic carcinoma, central nervous system tumor, primary central nervous system lymphoma, spinal cord tumor, brain stem glioma And it may be characterized in that at least one selected from the group consisting of pituitary adenoma, preferably may be a brain tumor.

본 발명에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브는 종양 세포의 미토콘드리아에 특이적으로 축적되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the near-infrared fluorescent probe may be characterized in that it is specifically accumulated in the mitochondria of tumor cells.

본 발명의 구체적인 일 구현예에서, 뇌종양 세포에서 세포 독성 효과 및 선택성을 평가하기 위해, H4 신경모세포종 세포(neuroblastoma cells) 및 HT22 해마 신경 세포(hippocampal neuron cells)를 이용하여 SiR-Mito11와 본 발명의 발명자들이 이전에 제작한 SiR-Mito1 내지 SiR-Mito10(Min, J. S., et al., Bioconjug . Chem ., 30:210-217, 2018)의 독성과 비교하였다. In a specific embodiment of the present invention, in order to evaluate the cytotoxic effect and selectivity in brain tumor cells, SiR-Mito11 and the present invention using H4 neuroblastoma cells and HT22 hippocampal neuron cells. It was compared with the toxicity of SiR-Mito1 to SiR-Mito10 (Min, JS, et al. , Bioconjug . Chem ., 30:210-217, 2018) previously prepared by the inventors.

표 1 및 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 프로브의 소수성(SiR-Mito4: Bz, SiR-Mito5: Phenylethyl, SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl) 증가가 H4 세포생존력을 감소시키는 것을 확인하였다 (각각 33.0, 28.6, 4.8%). 특히, 사이클로알칸 치환제(SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl, SiR-Mito8: Cyclooctyl, SiR-Mito9: Cyclohexylethyl)를 가지는 프로브는 일반적으로 HT22 및 H4 세포 모두에 대해 높은 세포 독성을 나타내었다. 시클로알칸 부분뿐만 아니라, 분지형 지방족 치환기를 가지는 장쇄 알킬사슬(SiR-Mito10: 2-Methylheptyl)은 또한 두 세포주 모두에서 세포 독성 활성을 나타내었다. 또한, 긴 n-알킬 사슬 치환제를 가지는 프로브(SiR-Mito2: Ethyl, SiR-Mito3: n-butyl)는 HT22에서 보다 H4에 대한 한계 선택성만을 나타내었다. As shown in Table 1 and Figure 6, in the present invention, it was confirmed that the increase in the hydrophobicity of the probe (SiR-Mito4: Bz, SiR-Mito5: Phenylethyl, SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl) decreases H4 cell viability (33.0, respectively, 28.6, 4.8%). In particular, a probe having a cycloalkane substitution agent (SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl, SiR-Mito8: Cyclooctyl, SiR-Mito9: Cyclohexylethyl) generally exhibited high cytotoxicity to both HT22 and H4 cells. In addition to the cycloalkane moiety, a long chain alkyl chain (SiR-Mito10: 2-Methylheptyl) having a branched aliphatic substituent also showed cytotoxic activity in both cell lines. In addition, the probe having a long n-alkyl chain substituent (SiR-Mito2: Ethyl, SiR-Mito3: n-butyl) showed only marginal selectivity for H4 than in HT22.

반면, 정상 세포 및 뇌종양 세포에 본 발명의 SiR-Mito11를 처리하였을 때, HT22 세포는 90% 이상의 세포 생존율을 보인 반면, H4 세포는 SiR-Mito11에 의해 대부부 세포가 사멸한 것을 확인하였다. 정상 세포에서 SiR-Mito11의 IC50 값은 9.1, 뇌종양 세포에서는 IC50 값은 0.3 ~ 5.8으로 확인되었으며, 이는 SiR-Mito11가 정상 세포에 비해 종양 세포에서 1.5배부터 30.3배 이상의 선택성을 가지는 것을 의미한다.On the other hand, when treated with SiR-Mito11 of the present invention on normal cells and brain tumor cells, HT22 cells showed a cell viability of 90% or more, whereas H4 cells were confirmed that most of the cells were killed by SiR-Mito11. In normal cells, the IC 50 value of SiR-Mito11 was 9.1, and the IC 50 value was 0.3 to 5.8 in brain tumor cells, which means that SiR-Mito11 has 1.5 to 30.3 times more selectivity in tumor cells than in normal cells. do.

즉, 본 발명에서는 종양 세포 특이적 독성에 대한 SiR 형관단(SiR fluorophore)의 곁사슬(side chain)이 중요한 역할을 하는 것을 확인하였으며, 그 중 n-옥틸아민(n-octyl amine) 사슬을 가지고 있는 SiR-Mito11는 종양 세포 특이적으로 작용하는 것을 확인하였다. 정상적인 뉴런 세포에 대한 안전성 및 이미징을 위한 광범위한 투여 용량 정도를 고려할 때, 본 발명에서는 독성이 적은 SiR-Mito11이 뇌종양 진단 및 치료의 적용에 유용할 것이라고 판단하였다. That is, in the present invention, it was confirmed that the side chain of the SiR fluorophore plays an important role for tumor cell-specific toxicity, among which n-octyl amine chains. It was confirmed that SiR-Mito11 acts specifically for tumor cells. Considering the safety of normal neuronal cells and a wide range of dosages for imaging, in the present invention, it was determined that SiR-Mito11, which is less toxic, would be useful in the application of brain tumor diagnosis and treatment.

도 7에 나타난 바와 같이, 뇌종양 세포에 광범위하게 미치는 SiR-Mito11의 항암 효과를 확인하기 위해, 악성 뇌종양인 신경아세포종(neuroblastoma), 성상세포종(astrocytoma), 교모세포종(glioblastoma) 및 전이암과 같은 다양한 형태의 신경교종 세포주를 추가하여 검사하였다. SiR-Mito11는 0.3 ~ 5.8 μM의 IC50으로 강력한 독성을 나타내었으며, 정상 뉴런 세포에 대한 선택성 값은 1.5 ~ 30.3 배로 확인되었다.As shown in FIG. 7, in order to confirm the anticancer effect of SiR-Mito11 on a wide range of brain tumor cells, various types of malignant brain tumors such as neuroblastoma, astrocytoma, glioblastoma, and metastatic cancer The glioma cell line of the morphology was added and examined. SiR-Mito11 showed strong toxicity with an IC 50 of 0.3 ~ 5.8 μM, and the selectivity value for normal neuronal cells was confirmed to be 1.5 ~ 30.3 times.

본 발명에서는 SiR-Mito11의 종양 세포 선택적 독성을 합리화 하기 위해, 종양 세포의 대사 에너지 소비가 증가하면서, 정상 뉴런 세포보다 SiR-Mito11의 세포 흡수가 증가하고, 궁극적으로 세포 사멸의 직접적인 활성화를 유도한다는 가설을 세웠다. 도 8a은 정상 뇌세포 및 종양 뇌세포에서 SiR-Mito11의 세포 흡수 차이를 나타낸 것으로, SiR-Mito11의 세포 흡수에 대한 형광 이미징은 SiR-Mito11의 축적이 HT22 세포에 비해 H4 세포에서 유의하게 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 단세포 수준에서 정량적 평가를 위해, HT22 및 H4 세포 모두 ~104 개의 세포 주변에서 SiR-Mito11의 평균 형광 강도를 측정하였으며, 도 8b에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11의 세포 흡수 수준은 HT22세포와 비교하였을 때 H4 세포에서 명백하게 상승된 것을 확인하였다. In the present invention, in order to rationalize the tumor cytotoxicity of SiR-Mito11, metabolic energy consumption of tumor cells increases, cell uptake of SiR-Mito11 increases compared to normal neuronal cells, and ultimately direct activation of apoptosis is induced. Hypothesized. Figure 8a shows the difference in cellular uptake of SiR-Mito11 in normal brain cells and tumor brain cells. Fluorescence imaging for cellular uptake of SiR-Mito11 shows that the accumulation of SiR-Mito11 is significantly increased in H4 cells compared to HT22 cells. Confirmed. In addition, for the quantitative evaluation at the single cell level, the average fluorescence intensity of SiR-Mito11 was measured around ~10 4 cells in both HT22 and H4 cells, and as shown in FIG.8B, the cellular uptake level of SiR-Mito11 was HT22 cells. It was confirmed that it was clearly elevated in H4 cells when compared with.

즉, 본 발명의 SiR-Mito11는 종양 세포 특이적 이미징이 가능할 뿐만 아니라, 종양 세포의 사멸 유도가 가능하므로, 종양 진단 및 치료 겸용 조성물로 유용하게 활용될 수 있다. That is, the SiR-Mito11 of the present invention not only enables specific imaging of tumor cells, but also induces death of tumor cells, and thus can be usefully used as a composition for both tumor diagnosis and treatment.

본 발명에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브가 종양세포의 미토콘드리아에 축적되면, In the present invention, when the near-infrared fluorescent probe is accumulated in the mitochondria of tumor cells,

(1) 미토콘드리아 막 전위(mitochondrial membrane potential; MMP) 및 미토콘드리아 외막 투과성 (mitochondrial outer membrane permeabilization: MOMP)의 파괴 유도;(1) induction of disruption of mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP);

(2) 미토콘드리아에서 세포기질(cytosol)로 사이토크롬 C(cytochrome C) 방출 촉진; 및(2) promoting cytochrome C release from mitochondria to cytosol; And

(3) 상기 사이토크롬 C 방출에 의해 카스파제 3(Caspase 3) 및 PARP 절단이 유도되어 종양 세포 특이적 세포 사멸이 유도되는 것을 특징으로 할 수 있다. (3) It may be characterized in that caspase 3 and PARP cleavage is induced by the cytochrome C release, thereby inducing tumor cell-specific cell death.

내재성 사멸 시그널에 의해 유발되는 미토콘드리아 막 전위(mitochondrial membrane potential; MMP) 파괴는 막 투과화(membrane permeabilization) 및 세포사멸(apoptosis)을 유발한다. 따라서 MMP는 미토콘드리아 기능의 교란을 통한 건강하지 않은 세포와 건강한 세포의 구별에 중요한 지표중 하나이다.Mitochondrial membrane potential (MMP) disruption caused by intrinsic death signals leads to membrane permeabilization and apoptosis. Therefore, MMP is one of the important indicators for distinguishing between unhealthy cells and healthy cells through disturbance of mitochondrial function.

본 발명의 구체적인 일구현예에서는, SiR-Mito11의 MMP에 대한 영향을 분석하였으며, 그 결과 도 9에 나타난 바와 같이, HT22 및 H4 세포 모두에서 적색에서 녹색으로의 형광 방출 이동이 검출되었으며, 이는 두세포에서 MMP의 파괴에 의해 건강하지 않은 세포가 증가하는 것을 의미한다. 특히, SiR-Mito11 처리로 인해 H4 세포가 HT22 세포보다 MMP의 더 큰 감소가 관찰?瑛만?, 이는 H4 세포가 SiR-Mito11에 의한 MMP변화와 세포 사멸에 매우 민감한 것을 확인하였다. In a specific embodiment of the present invention, the effect of SiR-Mito11 on MMP was analyzed, and as a result, as shown in FIG. 9, a shift in fluorescence emission from red to green was detected in both HT22 and H4 cells. It means that the number of unhealthy cells increases by the destruction of MMP in the cell. In particular, it was observed that H4 cells had a greater decrease in MMP than HT22 cells due to SiR-Mito11 treatment? It was confirmed that H4 cells were very sensitive to MMP change and apoptosis by SiR-Mito11.

본 발명에서는 추가의 기계론적 연구를 위해, SiR-Mito11-유도된 세포 사멸 경로를 H4 및 HT22 세포에서 관찰하였다. 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 H4 세포에서 SiR-Mito11 처리에 의해 사이토크롬 C 방출을 관찰하였지만, HT22 세포에서는 확인되지 않았다. 또한, 도 11에 나타난 바와 같이, 절단된 카스파제-3(cleaved caspase 3) 및 PARP의 웨스턴 블랏 분석을 통해 SiR-Mito11 처리에 의해 H4 세포에서 세포 사멸이 분명하게 활성화되는 것을 확인한 반면, HT22 세포에서는 관찰되지 않은 것을 확인하였다.In the present invention, for further mechanistic studies, the SiR-Mito11-induced apoptosis pathway was observed in H4 and HT22 cells. As shown in FIG. 10, in the present invention, cytochrome C release was observed in H4 cells by treatment with SiR-Mito11, but not in HT22 cells. In addition, as shown in FIG. 11, it was confirmed that apoptosis was clearly activated in H4 cells by SiR-Mito11 treatment through Western blot analysis of cleaved caspase 3 and PARP, whereas HT22 cells It was confirmed that it was not observed in.

본 발명의 구체적인 또 다른 일구현에에서, SiR-Mito11의 종양 세포 선택적 독성이 카스파제 의존적 세포 사멸에 의한 것인지 확인하기위해, 팬-카스파제 저해제(pan-caspase inhibitor)인 z-VAD-fmk를 처리하여 세포 사멸을 억제한 후에 세포 생존율을 확인하였다. 그 결과, 도 12에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11 처리에도 z-VAD-fmk을 처리한 H4 세포에서 세포 사멸이 억제되는 것을 확인한 반면, HT22 세포는 아무런 변화가 관찰되지 않았다. In another specific embodiment of the present invention, in order to confirm whether the tumor cell selective toxicity of SiR-Mito11 is caused by caspase-dependent cell death, a pan-caspase inhibitor z-VAD-fmk was used. After treatment to suppress cell death, cell viability was confirmed. As a result, as shown in FIG. 12, it was confirmed that apoptosis was inhibited in H4 cells treated with z-VAD-fmk even with SiR-Mito11 treatment, whereas no change was observed in HT22 cells.

즉, SiR-Mito11가 종양 세포에서 사이토크롬 C 방출 촉진 및 카스파제 의존적 세포 사멸을 유도하는 것을 확인하였으며, 본 발명에서는 높은 에너지 요구 및 미토콘드리아 대사에 의해 신경아교 세포에서 SiR-Mito11의 섭취가 증가되고, 이로 인해 세포 사멸이 유도되는 것을 확인하였다. That is, it was confirmed that SiR-Mito11 promotes cytochrome C release and induces caspase-dependent apoptosis in tumor cells.In the present invention, the uptake of SiR-Mito11 in glial cells is increased due to high energy demand and mitochondrial metabolism. , It was confirmed that this induces cell death.

본 발명의 약학적 조성물의 투여 경로는 목적 조직에 도달할 수 있는 한 어떠한 일반적인 경로를 통하여 투여될 수 있다. 비경구 투여, 예를 들어, 복강내 투여, 정맥내 투여, 근육내 투여, 피하 투여, 피내 투여될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 이때, 비경구 투여용 제형으로 제제화하기 위하여 본 발명의 프로브를 안정제 또는 완충제와 함께 물에 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조하고, 이를 앰플 또는 바이알 단위 투여형으로 제조할 수 있다. 상기 조성물은 멸균되고/되거나 방부제, 안정화제, 수화제 또는 유화 촉진제, 삼투압 조절을 위한 염 및/또는 완충제 등의 보조제, 및 기타 치료적으로 유용한 물질을 함유할 수 있으며, 통상적인 방법인 혼합, 과립화 또는 코팅 방법에 따라 제제화할 수 있다.The route of administration of the pharmaceutical composition of the present invention may be administered through any general route as long as it can reach the target tissue. Parenteral administration, for example, intraperitoneal administration, intravenous administration, intramuscular administration, subcutaneous administration, or intradermal administration, but is not limited thereto. At this time, in order to formulate a formulation for parenteral administration, the probe of the present invention may be mixed with water with a stabilizer or buffer to prepare a solution or suspension, which may be prepared in an ampoule or vial unit dosage form. The composition may be sterilized and/or contain adjuvants such as preservatives, stabilizers, hydrating agents or emulsification accelerators, salts and/or buffers for controlling osmotic pressure, and other therapeutically useful substances, which are conventional methods of mixing, granulating It can be formulated according to the method of painting or coating.

또한, 본 발명의 약학적 조성물의 인체에 대한 투여량은 환자의 나이, 몸무게, 성별, 투여형태, 건강상태 및 질환 정도에 따라 달라질 수 있으며, 몸무게가 60 ㎏인 성인 환자를 기준으로 할 때, 일반적으로 0.001 ~ 1,000 ㎎/일이며, 바람직하게는 0.01 ~ 500 ㎎/일이며, 의사 또는 약사의 판단에 따라 일정시간 간격으로 1일 1회 내지 수회로 분할 투여할 수도 있다.In addition, the dosage of the pharmaceutical composition of the present invention to the human body may vary depending on the patient's age, weight, sex, dosage form, health condition and degree of disease, and based on an adult patient with a body weight of 60 kg, It is generally 0.001 to 1,000 mg/day, preferably 0.01 to 500 mg/day, and may be dividedly administered once a day or several times a day at regular time intervals according to the judgment of a doctor or pharmacist.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

SiR-Mito11 합성SiR-Mito11 synthesis

SiR-Mito11를 합성하기 위한 모든 중간체는 이전에 공지된 방법에 따라 준비하였으며(Sung, J., et al., Bioconjug. Chem., 30:210-217, 2018), 실험에 사용한 모든 시약은 시중에서 구입하여 추가 정제 없이 사용하였다. 구체적인 합성과정은 도 2에 나타내었다.All intermediates for synthesizing SiR-Mito11 were prepared according to previously known methods (Sung, J., et al. , Bioconjug. Chem., 30:210-217, 2018), and all reagents used in the experiment were commercially available. It was purchased from and used without further purification. The specific synthesis process is shown in FIG. 2.

화합물 1Compound 1

아세트산(Acetic acid; AcOH) 20 mL에 3-브로모-N,N-다이메틸아닐린(3-Bromo-N,N-dimethylaniline; 400 mg, 2.00 mmol) 및 포름알데히드(formaldehyde; 880 μL)를 첨가하여 85 ℃에서 1시간 동안 교반하였다. 반응 완료 후 반응 혼합물을 상온으로 냉각시킨 다음, 아세트산을 증발로 제거하고, 조생성물(crude product)에 NaHCO3(sat) 및 1N NaOH를 처리하였다. 그 다음, 유기물질을 DCM으로 3회 추출한 다음, 합쳐진 유기층을 Na2SO4상에서 건조시키고 진공하에 농축시켰다. 3-Bromo-N,N-dimethylaniline (3-Bromo-N,N-dimethylaniline; 400 mg, 2.00 mmol) and formaldehyde (880 μL) were added to 20 mL of acetic acid (AcOH) Then, the mixture was stirred at 85° C. for 1 hour. After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature, and acetic acid was removed by evaporation, and NaHCO 3 (sat) and 1N NaOH were treated to the crude product. Then, the organics were extracted three times with DCM, then the combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 and concentrated in vacuo.

반응 혼합물을 실리카 겔 칼럼 크로마토 그래피(EA : Hex = 1 : 100 →1:10)로 정제하여 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 1(4,4'-methylenebis(3-bromo-N,N-dimethylaniline; 204 mg, 49.5 %)을 백색 고체로서 수득 하였다.The reaction mixture was purified by silica gel column chromatography (EA: Hex = 1: 100 → 1:10), and compound 1 (4,4'-methylenebis(3-bromo- N , N- dimethylaniline) represented by the following formula A; 204 mg, 49.5%) was obtained as a white solid.

[화학식 A][Formula A]

Figure pat00011
Figure pat00011

화합물 2Compound 2

화합물 1(200 mg, 0.485 mmol)이 포함된 THF (20 mL) 용액에 1.3 M sec-BuLi이 포함된 헥산(hexane) 용액(1.0 mL)를 서서히 첨가(dropwise)한 다음, 생성된 반응 혼합물을 -78 ℃에서 30 분 동안 교반 하였다. 그 다음, Si2MeCl2(106 μL, 0.873 mmol)이 포함된 THF(3.5 mL)을 첨가(dropwise)하고, 생성된 반응 혼합물을 상온으로 가온시킨 다음, 하룻밤 동안 교반하였다. 탁한 용액에 12 mL의 1N HCl 용액을 첨가한 다음, 생성된 청색 반응 혼합물을 NaHCO3(sat)로 염기성화 시키고 진공하에 농축시켰다. 생성된 녹색의 오일(oil)을 아세톤(acetone; 3 mL)으로 희석시킨 후 -20 ℃에서 교반하였다. 반응 혼합물에 KMnO4를 30분 동안 소량씩 나누어서(6 x 30 mg)첨가하고 같은 온도에서 2시간 동안 교반하였다. A hexane solution (1.0 mL) containing 1.3 M sec-BuLi was slowly added dropwise to a THF (20 mL) solution containing Compound 1 (200 mg, 0.485 mmol), and the resulting reaction mixture It was stirred at -78 °C for 30 minutes. Then, THF (3.5 mL) containing Si 2 MeCl 2 (106 μL, 0.873 mmol) was added dropwise, and the resulting reaction mixture was warmed to room temperature and then stirred overnight. 12 mL of 1N HCl solution was added to the cloudy solution, and the resulting blue reaction mixture was basified with NaHCO 3 (sat) and concentrated under vacuum. The resulting green oil was diluted with acetone (3 mL) and stirred at -20 °C. KMnO 4 was added in small portions (6 x 30 mg) for 30 minutes to the reaction mixture, followed by stirring at the same temperature for 2 hours.

생성된 자주색 현탁액을 셀라이트 패드(Celite pad)를 통해 여과한 다음, 아세톤으로 세척하고 황색 여과물을 증발시켰다. 그 다음, 반응 혼합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피(Hex : DCM = 1 : 4)로 정제하여 하기 화학식 B로 표시되는 화합물 2(35 mg, 22.3 %)를 백색 고체로서 수득하였다. The resulting purple suspension was filtered through a Celite pad, then washed with acetone and the yellow filtrate was evaporated. Then, the reaction mixture was purified by silica gel column chromatography (Hex: DCM = 1: 4) to obtain compound 2 (35 mg, 22.3%) represented by the following formula B as a white solid.

[화학식 B][Formula B]

Figure pat00012
Figure pat00012

화합물 3Compound 3

먼저, 3-브로모-4-메틸 벤조산(3-Bromo-4-methylbenzoic acid; 1.40 g, 6.51 mmol), 디-tert-부틸 디카보네이트(Di-tert-butyl dicarbonate; 3.62 g, 16.6 mmol) 및 DMAP(180 mg, 1.47 mmol)를 THF(10 mL)에 첨가한 다음, 하룻밤 동안 환류시켰다. 1일 후, 반응 혼합물을 주위 온도로 냉각시키고 진공하에 농축시킨 다음, 생성된 백색 고체를 NaHCO3(sat)로 염기성화 시키고 유기물질을 EA로 3 회 추출 하였다. 합쳐진 유기층을 Na2SO4상에서 건조시키고 진공하에 농축시켰다. First, 3-Bromo-4-methylbenzoic acid (1.40 g, 6.51 mmol), di-tert-butyl dicarbonate (3.62 g, 16.6 mmol) and DMAP (180 mg, 1.47 mmol) was added to THF (10 mL) and then refluxed overnight. After 1 day, the reaction mixture was cooled to ambient temperature and concentrated in vacuo, the resulting white solid was basified with NaHCO 3 (sat) and the organic material was extracted 3 times with EA. The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 and concentrated in vacuo.

반응 혼합물을 실리카 겔 칼럼 크로마토 그래피(EA : Hex = 1 : 100 내지 1 : 10)로 정제하여 하기 화학식 D로 표시되는 tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate; 923 mg, 52.1 %)을 투명한 오일로서 수득 하였다.The reaction mixture was purified by silica gel column chromatography (EA: Hex = 1: 100 to 1: 10) to to give the tert represented by the formula D - butyl 3-bromo-4-methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo- 4-methylbenzoate; 923 mg, 52.1%) was obtained as a clear oil.

[화학식 D][Formula D]

Figure pat00013
Figure pat00013

그 다음, 상기에서 제조한 tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(200 mg, 0.741 mmol)이 포함된 THF(5 mL) 용액을 -78 ℃에서 교반한 다음, tert-부틸리튬(tert-Butyllithium(tert-BuLi); 450 μL, 0.765 mmol)이 포함된 펜탄(pentane)을 서서히 첨가(dropwise)하고 반응 혼합물을 동일한 온도에서 1시간 동안 교반하였다. 그 다음, 반응 혼합물에 화합물 2(50 mg, 0.154 mmol)가 포함된 THF(3 mL)를 첨가(dropwise)하고, 생성된 반응 혼합물을 상온으로 가온시킨 다음, 2시간 동안 교반하였다. Then, a solution of THF (5 mL) containing tert -butyl 3-bromo-4-methylbenzoic acid (200 mg, 0.741 mmol) prepared above was stirred at -78°C, and then tert -butyllithium ( tert Pentane containing -butyllithium ( tert- BuLi); 450 μL, 0.765 mmol) was slowly added dropwise, and the reaction mixture was stirred at the same temperature for 1 hour. Then, THF (3 mL) containing Compound 2 (50 mg, 0.154 mmol) was added dropwise to the reaction mixture, and the resulting reaction mixture was warmed to room temperature and then stirred for 2 hours.

0.1N HCl(aq.)를 반응 혼합물에 첨가한 다음, 생성된 짙은 청색 용액을 NaHCO3(sat)로 기화시키고 DCM으로 3 회 추출 하였다. 합쳐진 유기층을 Na2SO4상에서 건조시키고 진공하에 농축시켰다. 생성된 청색 고체를 추가 정제 없이 다음 반응에 사용하였으며, 2 mL MeCN 및 8 mL 6N HCl(aq.)에 청색 고체를 첨가한 다음, 40 ℃에서 1시간 동안 교반하였다. 상온으로 냉각시킨 후, 반응 혼합물을 0.1N NaOH로 염기성 화시켜 pH를 2-3으로 조정 한 다음, DCM으로 3 회 추출 하였다. 합쳐진 유기층을 Na2SO4상에서 건조시키고 진공하에 농축시켰다. 0.1N HCl (aq.) was added to the reaction mixture, and the resulting dark blue solution was evaporated with NaHCO 3 (sat) and extracted three times with DCM. The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 and concentrated in vacuo. The resulting blue solid was used in the next reaction without further purification, and the blue solid was added to 2 mL MeCN and 8 mL 6N HCl (aq.), followed by stirring at 40° C. for 1 hour. After cooling to room temperature, the reaction mixture was basified with 0.1N NaOH to adjust the pH to 2-3, and then extracted three times with DCM. The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4 and concentrated in vacuo.

반응 혼합물을 실리카 겔 컬럼 크로마토 그래피 (MeOH : DCM = 0 : 100 →1 : 5)로 정제하여 하기 화학식 C로 표시되는 화합물 4(45 mg, 73.4 %)를 짙은 청색 고체로서 수득 하였다.The reaction mixture was purified by silica gel column chromatography (MeOH: DCM = 0: 100 → 1: 5) to obtain compound 4 (45 mg, 73.4%) represented by the following formula C as a dark blue solid.

[화학식 C][Formula C]

Figure pat00014
Figure pat00014

SiR-Mito11SiR-Mito11

화합물 3(20 mg, 1.0 eq), TSTU (15 mg, 1.1 eq) 및 DIPEA (30 μl, 3.8 eq)이 포함된 DMF (0.5 mL, 0.09 mM) 용액을 아르곤 대기 조건 및 실온에서 10분 동안 교반하였다. 반응 후, 옥틸아민(octylamine; 15 μl, 2.0 eq)을 반응 혼합물에 첨가한 다음, 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물은 Biotage MPLC 및 18C 역상 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제하였으며, 최종적으로 하기 화학식 1로 표시되는 짙은 청색 고체 생성물(6.1 mg, 24.4%)인 SiR-Mito11[N-(7-(dimethylamino)-5,5-dimethyl-10-(2-methyl-5-(octylcarbamoyl)phenyl)dibenzo[b,e]silin-3(5H)-ylidene)-N-methylmethanaminium]을 수득하였다. DMF (0.5 mL, 0.09 mM) solution containing compound 3 (20 mg, 1.0 eq), TSTU (15 mg, 1.1 eq) and DIPEA (30 μl, 3.8 eq) was stirred for 10 minutes at room temperature and under argon atmosphere. I did. After the reaction, octylamine (15 μl, 2.0 eq) was added to the reaction mixture, followed by stirring at room temperature overnight. The reaction mixture was purified using Biotage MPLC and 18C reverse phase column chromatography, and finally SiR-Mito11[N-(7-(dimethylamino)-), a dark blue solid product (6.1 mg, 24.4%) represented by the following Formula 1 5,5-dimethyl-10-(2-methyl-5-(octylcarbamoyl)phenyl)dibenzo[b,e]silin-3(5H)-ylidene)-N-methylmethanaminium] was obtained.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00015
Figure pat00015

생성물을 NMR로 분석한 결과는 하기와 같다 (도 3).The results of analyzing the product by NMR are as follows (Fig. 3).

1H NMR (600 MHz, Methanol-d4) δ7.94 (dd, J = 7.8 Hz, 1H), 7.60 (d, J = 1.8 Hz, 1H), 7.53 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.38 (d, J = 3.0 Hz, 2H), 7.06 (d, J = 9.6 Hz, 2H), 6.79 (dd, J = 9.6 Hz, 2H), 3.35 (s, 12H), 2.10 (s, 3H), 1.34 (m, 2H), 1.31 (m, 12H), 0.88 (m, 3H), 0.62 (s, 6H); 13C NMR (150 MHz, Methanol-d4) δ169.3, 168.9, 155.8, 149.5, 142.1, 141.0, 140.4, 133.4, 131.6, 129.0, 128.7, 128.4, 122.3, 155.4, 41.1 40.9, 33.0, 30.5, 30.4, 30.4, 28.1, 23.7, 19.5, 14.4, -1.2; LRMS (ESI) m/z calcd. for C35H48N3OSi+ [M] 554.36; found: 554.30.; HRMS (ESI) m/a calcd. 554.3561; found 554.3654.1H NMR (600 MHz, Methanol- d 4) δ7.94 (dd, J = 7.8 Hz, 1H), 7.60 (d, J = 1.8 Hz, 1H), 7.53 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.38 (d, J = 3.0 Hz, 2H), 7.06 (d, J = 9.6 Hz, 2H), 6.79 (dd, J = 9.6 Hz, 2H), 3.35 (s, 12H), 2.10 (s, 3H), 1.34 (m, 2H), 1.31 (m, 12H), 0.88 (m, 3H), 0.62 (s, 6H); 13C NMR (150 MHz, Methanol- d 4) δ169.3, 168.9, 155.8, 149.5, 142.1, 141.0, 140.4, 133.4, 131.6, 129.0, 128.7, 128.4, 122.3, 155.4, 41.1 40.9, 33.0, 30.5, 30.4, 30.4, 28.1, 23.7, 19.5, 14.4, -1.2; LRMS (ESI) m/z calcd. for C35H48N3OSi+ [M] 554.36; found: 554.30.; HRMS (ESI) m/a calcd. 554.3561; found 554.3654.

SiR-Mito11의 화학적 및 광물리학적 특성 확인Confirmation of chemical and photophysical properties of SiR-Mito11

본 발명에서는 상기 실시예 1에서 합성한 SiR-Mito11의 화학적 및 광물리학적 특성을 확인하기 위해 SiR-Mito11의 흡수 및 방출 스펙트럼, 양자 수율 및 소수성을 나타내는 cLogP 값을 측정하였다. 이를 위해 SiR-Mito11 (10 μM) 이 포함된 PBS 1X 용액을 석영큐벳에 담아 UV-Vis 분광기 (JASCO V-670)와 형광 분광기 (JASCO FP-8200) 그리고 절대 발광효율 측정장비 (QE-2000)를 사용하여 광물리학적 특성을 측정하였고, cLogP의 경우 켐드로우 (Chemdraw) 프로그램을 활용하여 예측하였다.In the present invention, in order to confirm the chemical and photophysical properties of SiR-Mito11 synthesized in Example 1, the absorption and emission spectrum of SiR-Mito11, quantum yield, and cLogP value indicating hydrophobicity were measured. To this end, a PBS 1X solution containing SiR-Mito11 (10 μM) is put in a quartz cuvette, and a UV-Vis spectrometer (JASCO V-670), a fluorescence spectrometer (JASCO FP-8200), and an absolute luminous efficiency measuring device (QE-2000) Photophysical properties were measured using, and cLogP was predicted using the Chemdraw program.

그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11는 여기 파장 654 nm, 방출 파장 665 nm, 양자 수율 0.40 및 소수성을 나타내는 cLogP 값은 6.55를 나타내는 것을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 4, it was confirmed that SiR-Mito11 exhibited an excitation wavelength of 654 nm, an emission wavelength of 665 nm, a quantum yield of 0.40, and a cLogP value indicating hydrophobicity of 6.55.

SiR-Mito11의 미토콘드리아 표적 특성 확인Identification of mitochondrial targeting properties of SiR-Mito11

본 발명에서는 SiR-Mito11의 미토콘드리아 표적화된 특성을 확인하고자 하였다. In the present invention, it was attempted to confirm the mitochondrial targeting properties of SiR-Mito11.

H4 신경모세포종 세포(neuroblastoma cells)는 ATCC에서 구입하여 사용하였으며, 10 % FBS 및 1% 페니실린이 포함된 DMEM(Dulbecco's modified eagle media, High glucose) 배지에서 5% CO2, 37 ℃ 조건으로 배양하여 준비하였다. H4 neuroblastoma cells were purchased and used from ATCC, and prepared by culturing in DMEM (Dulbecco's modified eagle media, High glucose) medium containing 10% FBS and 1% penicillin at 5% CO 2 and 37 ℃. I did.

배지, 혈청 및 페니실린 등을 포함하는 세포 배양을 위한 시약은 하이클론(Hyclone) 및 코닝(CORNING)에서 각각 구매하였다. 세포기반 분석에 사용된 모든 배양 용기는 코스타(COSTAR) 및 에스피엘(SPL)에서 구매하여 사용하였다.Reagents for cell culture, including medium, serum and penicillin, were purchased from Hyclone and Corning, respectively. All culture vessels used in the cell-based assay were purchased and used from COSTAR and SPL.

그 다음, H4 세포를 공초점 접시에 접종하여 하룻밤 동안 배양한 다음, 2.5 μM SiR-Mito11, 500 nM 미토트랙커 그린(MitoTracker Green; 인비트로젠) 또는 1 μM 라이소트래커 레드(LysoTracker Red; 인비트로젠) 및 훽스트(Hoechst; Thermo Fisher Scientific)를 함유하는 DMEM 배지로 1시간 동안 배양하였다. 그 다음 세포를 PBS로 세척하고 배지를 포함한 상태에서 도립 형광 현미경(inverted-fluorescence microscope; DMi8, LEICA)으로 관찰하였다. Then, H4 cells were inoculated into a confocal dish and incubated overnight, and then 2.5 μM SiR-Mito11, 500 nM MitoTracker Green (Invitrogen) or 1 μM LysoTracker Red (Invitro) Rosen) and Hoechst (Hoechst; Thermo Fisher Scientific) in DMEM medium containing 1 hour. Then, the cells were washed with PBS and observed with an inverted-fluorescence microscope (DMi8, LEICA) in the state containing the medium.

이미지는 Hoechst의 DAPI 채널(ex/em = 325 ~ 375 nm/435 ~ 485 nm), Mitotracker Green의 FITC 채널(460 ~ 500 nm/512 ~ 542 nm), Lysotracker Red의 로다민 채널(541 ~ 551 nm/565 ~ 605 nm), SiR-Mito11의 Cy5 채널(545 ~ 625 nm/663 ~ 738 nm)을 사용하여 수득하였다. Images are Hoechst's DAPI channel (ex/em = 325 ~ 375 nm/435 ~ 485 nm), Mitotracker Green's FITC channel (460 ~ 500 nm/512 ~ 542 nm), Lysotracker Red's Rhodamine channel (541 ~ 551 nm). /565 ~ 605 nm), was obtained using a Cy5 channel (545 ~ 625 nm/663 ~ 738 nm) of SiR-Mito11.

피어슨 계수(Pearson's coefficient)는 ImageJ FIJI를 이용하여 80 ~ 100 개의 세포를 포함하는 이미지로 측정되었다. 형광강도의 정량분석은 ImageJ FIJI를 이용하여 수행하였다.Pearson's coefficient was measured as an image containing 80-100 cells using ImageJ FIJI. Quantitative analysis of fluorescence intensity was performed using ImageJ FIJI.

도 5에 나타난 바와 같이, 미토콘드리아만 특이적으로 염색하는 형광체인 미토트랙커 그린(MitoTracker Green) 및 SiR-Mito11와의 피어슨 계수((Pearson's coefficient)는 R = 0.94로 높은 상관관계를 보이는 것을 확인한 반면, 라이소자임만 특이적으로 염색하는 형광체인 라이소트래커 레드(LysoTracker Red)는 SiR-Mito11와 낮은 상관관계(R = 0.51)를 보이는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 SiR-Mito11는 미토콘드리아 특이적 근적외선 형광 프로브인 것을 확인하였다. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the Pearson's coefficient with the phosphors MitoTracker Green and SiR-Mito11, which are fluorescent substances that specifically stain only mitochondria, showed a high correlation with R = 0.94, whereas lysozyme It was confirmed that LysoTracker Red, a fluorescent substance that stains only specifically, shows a low correlation (R = 0.51) with SiR-Mito11, that is, the SiR-Mito11 of the present invention is a mitochondrial-specific near-infrared fluorescent probe. It was confirmed that it was.

SiR-Mito11의 종양세포 선택적 독성 특징 확인Identification of SiR-Mito11's tumor cell-selective toxicity characteristics

본 발명에서는 SiR-Mito11의 종양 세포 선택적 독성을 확인하였다. H4 세포 및 HT22 해마 신경 세포(hippocampal neuron cells)를 실험에 사용하였으며, HT22 세포는 세포는 KIST의 NN 센터에서 분양 받아 사용하였다. 또한, 이전에 본 발명자들이 제작한 SiR-Mito1 내지 SiR-Mito10(Sung, J., et al., Bioconjug. Chem., 30:210-217, 2018))과 본 발명의 SiR-Mito11를 비교분석 하였다.In the present invention, the tumor cytotoxicity of SiR-Mito11 was confirmed. H4 cells and HT22 hippocampal neuron cells were used in the experiment, and HT22 cells were sold and used at the NN center of KIST. In addition, SiR-Mito1 to SiR-Mito10 (Sung, J., et al. , Bioconjug. Chem., 30:210-217, 2018) produced by the present inventors previously and SiR-Mito11 of the present invention were compared and analyzed. I did.

H4 세포 및 HT22 세포를384-웰 플레이트에 접종하고 하룻밤 동안 배양한 다음, 각각의 SiR-Mito 프로브 또는 대조군으로 DMSO를 5 μM 농도로 첨가한 다음 48시간 동안 배양하였다. H4 cells and HT22 cells were inoculated into a 384-well plate and incubated overnight, and then DMSO was added at a concentration of 5 μM as each SiR-Mito probe or control, followed by incubation for 48 hours.

세포 생존율은 Cell Titer Glo (PROMEGA)를 이용하여 분석하였으며, 발광신호(luminescent signal)는 Flexstation 3를 이용하여 측정하였다. 세포 생존율 및 IC50은 각각의 개별 프로브(5 μM) 처리 후 48시간 후에 특정하였으며, DMSO 대조군으로 표준화하였다. 선택성(selectivity window)은 H4에서 IC50 값에 대한 HT22에서 IC50 값에 의해 계산되었다. Cell viability was analyzed using Cell Titer Glo (PROMEGA), and luminescent signal was measured using Flexstation 3. Cell viability and IC 50 were specified 48 hours after treatment with each individual probe (5 μM) and normalized to DMSO control. Selectivity (selectivity window) was calculated by the IC 50 value for the in HT22 IC 50 values in the H4.

SiR-Mito1 내지 SiR-Mito10 및 SiR-Mito11의 HT22 세포 및 H4 세포에서 IC50 값, cLogP 및 선택성(selectivity window) 값을 하기 표 1에 나타내었다.The IC 50 values, cLogP and selectivity window values in HT22 cells and H4 cells of SiR-Mito1 to SiR-Mito10 and SiR-Mito11 are shown in Table 1 below.

Figure pat00016
Figure pat00016

표 1 및 도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 프로브의 소수성(SiR-Mito4: Bz, SiR-Mito5: Phenylethyl, SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl) 증가가 H4 세포생존력을 감소시키는 것을 확인하였다 (각각 33.0, 28.6, 4.8%). 특히, 사이클로알칸 치환제(SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl, SiR-Mito8: Cyclooctyl, SiR-Mito9: Cyclohexylethyl)를 가지는 프로브는 일반적으로 HT22 및 H4 세포 모두에 대해 높은 세포 독성을 나타내었다. 시클로알칸 부분뿐만 아니라, 분지형 지방족 치환기를 가지는 장쇄 알킬사슬 (SiR-Mito10: 2-Methylheptyl)은 또한 두 세포주 모두에서 세포 독성 활성을 나타내었다. 또한, 긴 n-알킬 사슬 치환제를 가지는 프로브(SiR-Mito2: Ethyl, SiR-Mito3: n-butyl)는 HT22에서 보다 H4에 독성을 나타냈지만, H4에 대해서도 높은 독성을 보이지는 않았다.As shown in Table 1 and Figure 6, in the present invention, it was confirmed that the increase in the hydrophobicity of the probe (SiR-Mito4: Bz, SiR-Mito5: Phenylethyl, SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl) decreases H4 cell viability (33.0, respectively, 28.6, 4.8%). In particular, a probe having a cycloalkane substitution agent (SiR-Mito6: Cyclohexylmethyl, SiR-Mito8: Cyclooctyl, SiR-Mito9: Cyclohexylethyl) generally exhibited high cytotoxicity to both HT22 and H4 cells. In addition to the cycloalkane moiety, a long chain alkyl chain (SiR-Mito10: 2-Methylheptyl) having a branched aliphatic substituent also showed cytotoxic activity in both cell lines. In addition, probes having a long n-alkyl chain substituent (SiR-Mito2: Ethyl, SiR-Mito3: n-butyl) were more toxic to H4 than HT22, but did not show high toxicity to H4.

반면, 정상 세포 및 뇌종양 세포에 본 발명의 SiR-Mito11를 처리하였을 때, HT22 세포는 90% 이상의 세포 생존율을 보인 반면, H4 세포는 SiR-Mito11에 의해 대부분 세포가 사멸한 것을 확인하였다. 정상 세포에서 SiR-Mito11의 IC50 값은 9.1, 뇌종양 세포에서는 IC50 값은 0.3 ~ 5.8으로 확인되었으며, 이는 SiR-Mito11가 정상 세포에 비해 종양 세포에서 1.5 ~ 30.3 배 이상의 선택성을 가지는 것을 의미한다.On the other hand, when treated with the SiR-Mito11 of the present invention to normal cells and brain tumor cells, HT22 cells showed a cell viability of 90% or more, whereas H4 cells were confirmed that most of the cells were killed by SiR-Mito11. In normal cells, the IC 50 value of SiR-Mito11 was 9.1, and the IC 50 value was 0.3 to 5.8 in brain tumor cells, which means that SiR-Mito11 has 1.5 to 30.3 times more selectivity in tumor cells than in normal cells. .

다양한 종양 세포에 대한 SiR-Mito11의 독성 확인Confirmation of toxicity of SiR-Mito11 against various tumor cells

SiR-Mito11의 다양한 종양 세포주에 대한 항암 효과를 확인하기 위해, 악성 뇌종양인 신경아세포종(neuroblastoma), 성상세포종(astrocytoma), 교모세포종(glioblastoma), 및 전이암과 같은 다양한 형태의 신경교종 세포주를 추가하여 검사하였다.To confirm the anticancer effect of SiR-Mito11 on various tumor cell lines, various types of glioma cell lines such as malignant brain tumors such as neuroblastoma, astrocytoma, glioblastoma, and metastatic cancer were added. And examined.

HT22, H4, N2a, C6 및 SK-N-MC 세포는 10 % FBS 및 1% 페니실린이 포함된 DMEM(Dulbecco's modified eagle media, High glucose) 배지에서 배양하였다. A172 및 U87-MG 세포는 L-글루타민, 10 % FBS 및 1% 페니실린이 포함된 RPMI 1640 배지에서 배양하였다. 모든 세포는 5 % CO2, 37 ℃ 조건에서 배양하였다. HT22, H4, N2a, C6 and SK-N-MC cells were cultured in DMEM (Dulbecco's modified eagle media, High glucose) medium containing 10% FBS and 1% penicillin. A172 and U87-MG cells were cultured in RPMI 1640 medium containing L-glutamine, 10% FBS and 1% penicillin. All cells were cultured in 5% CO 2 , 37°C.

상기 세포에 SiR-Mito11을 첨가하여 5 μM 농도로 첨가한 다음 48시간 동안 배양한 후, 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 세포 생존율 및 선택성(selectivity window) 값을 측정하였다. SiR-Mito11 was added to the cells, added at a concentration of 5 μM, and cultured for 48 hours, and then cell viability and selectivity window values were measured in the same manner as in Example 4.

그 결과, 도 7에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11는 다양한 종양 세포에 대해 IC50 0.3 ~ 5.8 μM으로 강력한 독성을 나타내었으며, 정상 뉴런 세포에 대한 선택성 값은 1.5 ~ 30.3배 이상을 나타내는 것을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 7, it was confirmed that SiR-Mito11 exhibited strong toxicity with IC 50 0.3 ~ 5.8 μM for various tumor cells, and the selectivity value for normal neuronal cells was 1.5 ~ 30.3 times or more. .

SiR-Mito11의 종양 세포 미토콘드리아에서의 흡수량 확인Confirmation of absorption of SiR-Mito11 in tumor cell mitochondria

본 발명에서는 SiR-Mito11가 정상 세포보다 종양 세포에서 흡수량이 높은 것을 확인하기 위해, HT22 세포 및 H4 세포에 SiR-Mito11(5 μM)을 첨가하여 1시간 동안 배양한 후에 실시예 3과 동일한 방법으로 형광 이미지를 관찰하였다. In the present invention, in order to confirm that the absorption of SiR-Mito11 is higher in tumor cells than in normal cells, SiR-Mito11 (5 μM) was added to HT22 cells and H4 cells and cultured for 1 hour, and then in the same manner as in Example 3. The fluorescence image was observed.

세포 종류에 다른 형광 이미지 및 형광 강도의 양적 데이터를 측정한 결과, 도 8a에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11의 세포 흡수에 대한 형광 이미징은 SiR-Mito11의 축적이 HT22 세포에 비해 H4 세포에서 유의하게 증가하는 것을 확인하였다. As a result of measuring the quantitative data of fluorescence images and fluorescence intensity of different cell types, as shown in Fig.8a, the fluorescence imaging of the cellular uptake of SiR-Mito11 showed that the accumulation of SiR-Mito11 was significantly higher in H4 cells than in HT22 cells. It was confirmed to increase.

또한, 단세포 수준에서 정량적 평가를 위해, HT22 세포 2 ~ 4 x 104 및 H4 세포 0.6 ~ 1.8 x 104의 범위를 포함하는 세포 주변에서 SiR-Mito11의 평균 형광 강도를 측정하였으며, 도 8b에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11의 세포 흡수 수준은 HT22세포와 비교하였을 때 H4 세포에서 명백하게 상승된 것을 확인하였다. In addition, for the quantitative evaluation at the single cell level, the average fluorescence intensity of SiR-Mito11 was measured around the cells including the range of HT22 cells 2 to 4 x 10 4 and H4 cells 0.6 to 1.8 x 10 4 , as shown in FIG. As shown, it was confirmed that the cellular uptake level of SiR-Mito11 was clearly elevated in H4 cells when compared to HT22 cells.

SiR-Mito11 흡수에 따른 미토콘드리아 막 전위 차이 비교Comparison of difference in mitochondrial membrane potential according to SiR-Mito11 absorption

본 발명에서는 SiR-Mito11 흡수에 따른 미토콘드리아 막 전위(mitochondrial membrane potential; MMP) 변화를 관찰하였다. In the present invention, changes in mitochondrial membrane potential (MMP) according to SiR-Mito11 absorption were observed.

막 전위분석은 JC-1 미토콘드리아 막전위 분석 키트(JC-1 Mitochondrial membrane potential assay; Abcam)를 이용하여 매뉴얼에 따라 분석을 수행하였으며, HT22 세포 및 H4 세포를 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 배양한 다음, SiR-Mito11 (5 μM)의 존재 또는 부존재 하에 6 시간 동안 JC-1로 처리한 후, 형광 현미경(fluorescence microscopy; ZOE, Bio-rad)으로 JC-1의 형광을 관찰하였다. 녹색(ex/em = 463 ~ 497 nm/496 ~ 540 nm) 및 적색 (ex/em = 536 ~ 586 nm/554 ~ 676 nm)으로 관찰하였으며, 적색 형광(높은 미토콘드리아 분극화) 및 녹색 형광(탈분극화된 미토콘드리아 지역) 사이의 세포 병합 형광 이미지는 의색으로 시각화 하였다.Membrane potential analysis was performed according to the manual using a JC-1 Mitochondrial membrane potential assay (Abcam), and HT22 cells and H4 cells were cultured in the same manner as in Example 4, and then , After treatment with JC-1 for 6 hours in the presence or absence of SiR-Mito11 (5 μM), fluorescence of JC-1 was observed with a fluorescence microscopy (ZOE, Bio-rad). Green (ex/em = 463 ~ 497 nm/496 ~ 540 nm) and red (ex/em = 536 ~ 586 nm/554 ~ 676 nm) were observed, and red fluorescence (high mitochondrial polarization) and green fluorescence (depolarization Fluorescence images that merged cells between the mitochondrial regions) were visualized with pseudochromatic.

그 결과 도 9에 나타난 바와 같이, HT22 및 H4 세포 모두에서 적색에서 녹색으로의 형광 방출 이동이 검출되었으며, 이는 두세포에서 MMP의 파괴에 의해 건강하지 않은 세포가 증가하는 것을 의미한다. 특히, SiR-Mito11 처리로 인해 H4 세포가 HT22 세포보다 MMP의 더 큰 감소가 관찰?瑛만?, 이는 H4 세포가 SiR-Mito11에 의한 MMP변화와 세포 사멸에 매우 민감한 것을 확인하였다. As a result, as shown in FIG. 9, a shift in fluorescence emission from red to green was detected in both HT22 and H4 cells, which means that unhealthy cells increase by destruction of MMP in both cells. In particular, it was observed that H4 cells had a greater decrease in MMP than HT22 cells due to SiR-Mito11 treatment? It was confirmed that H4 cells were very sensitive to MMP change and apoptosis by SiR-Mito11.

SiR-Mito11에 의한 종양 세포 사멸 유도 경로 확인Confirmation of the pathway for inducing tumor cell death by SiR-Mito11

8-1: SiR-Mito11에 의한 사이토크롬 C 방출 정도, caspase 3 및 PARP 활성 확인8-1: Confirmation of the degree of cytochrome C release, caspase 3 and PARP activity by SiR-Mito11

본 발명에서는 SiR-Mito11에 의한 종양 세포 사멸 유도 경로를 확인하기 위해, H4 및 HT22 세포에서 SiR-Mito11-유도된 세포 사멸 경로를 관찰하였다. In the present invention, in order to confirm the tumor cell death induction pathway by SiR-Mito11, the SiR-Mito11-induced apoptosis pathway in H4 and HT22 cells was observed.

먼저, HT22 세포 및 H4 세포에 농도별로 SiR-Mito11을 6시간 처리한 다음, 사이토크롬 C 방출 정도, 카스파제 신호전달 표지자인 caspase 3 및 PARP를 웨스턴 블랏을 이용하여 분석하였다. First, HT22 cells and H4 cells were treated with SiR-Mito11 at different concentrations for 6 hours, and then the degree of cytochrome C release, caspase signaling markers caspase 3 and PARP were analyzed using Western blot.

세포를 수확한 다음, 프로테이즈 & 포스파테이즈 저해제 칵테일(protease & phosphatase inhibitor cocktail; THERMO) 및 벤조나아제 뉴클레아제(Benzonase Nuclease; SIGMA)를 포함하는 RIPA 완충액을 이용하여 세포를 용해시켰다. 용해물을 원심분리한 다음 상등액을 수득하고, 단백질 분석 키트(BCA protein assay kit; THERMO)를 이용하여 단백질을 정량하였다.After harvesting the cells, the cells were lysed using RIPA buffer containing protease & phosphatase inhibitor cocktail (THERMO) and Benzonase Nuclease (SIGMA). After centrifuging the lysate, a supernatant was obtained, and the protein was quantified using a protein assay kit (THERMO).

상기 단백질을 정량화한 세포 용해물은 아크릴아마이드 겔을 사용한 SDS-PAGE를 이용하여 분석하였으며, SDS-PAGE 후 단백질을 PVDF 막으로 트랜스퍼한 다음, 5 % BSA로 블로킹하고 TBST로 세적하였다. The cell lysate obtained by quantifying the protein was analyzed using SDS-PAGE using an acrylamide gel. After SDS-PAGE, the protein was transferred to a PVDF membrane, blocked with 5% BSA, and washed with TBST.

상기 막에 각각의 1차 항체(anti-caspase3, anti-PARP, anti-cytochrome c, anti-GAPDH, 1:1000 dilution)를 처리하고 4 ℃에서 하룻밤 동안 반응시킨 다음, TBST로 세척하였다. 그 후 HRP 컨쥬게이션된 2차 항체를 처리하여 1시간 동안 반응시킨 다음, TBST로 세척하고 ECL 용액(ECL solution; THERMO)을 처리한 후, 화학발광(Chemiluminescent) 이미지를 ChemiDOC(Bio-rad)를 이용하여 관찰하였다.The membrane was treated with each of the primary antibodies (anti-caspase3, anti-PARP, anti-cytochrome c, anti-GAPDH, 1:1000 dilution) and reacted at 4° C. overnight, followed by washing with TBST. Thereafter, the HRP-conjugated secondary antibody was treated and reacted for 1 hour, washed with TBST, treated with ECL solution (THERMO), and then used for chemiluminescent images with ChemiDOC (Bio-rad). It was observed using.

사이토크롬 C의 경우 방출정도를 덴시토미트리(densitometry)를 이용하여 정량 분석하였다. 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명에서는 H4 세포에서 SiR-Mito11 처리에 의해 사이토크롬 C 방출을 관찰하였지만, HT22 세포에서는 확인되지 않았다. In the case of cytochrome C, the degree of release was quantitatively analyzed using densitometry. As shown in FIG. 10, in the present invention, cytochrome C release was observed in H4 cells by treatment with SiR-Mito11, but not in HT22 cells.

또한, 도 11에 나타난 바와 같이, 절단된 카스파제-3(cleaved caspase 3) 및 PARP의 웨스턴 블랏 분석을 통해 SiR-Mito11 처리에 의해 H4 세포에서 세포 사멸이 분명하게 활성화되는 것을 확인한 반면, HT22 세포에서는 관찰되지 않은 것을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 11, it was confirmed that apoptosis was clearly activated in H4 cells by SiR-Mito11 treatment through Western blot analysis of cleaved caspase 3 and PARP, whereas HT22 cells It was confirmed that it was not observed in.

8-2: SiR-Mito11에 의한 카스파제 의존적 세포 사멸 확인8-2: Confirmation of caspase-dependent cell death by SiR-Mito11

본 발명에서는 SiR-Mito11의 종양 세포 선택적 독성이 카스파제 의존적 세포 사멸에 의한 것인지 확인하고자 하였다.In the present invention, it was attempted to confirm whether the tumor cytotoxicity of SiR-Mito11 was caused by caspase-dependent cell death.

먼저, 상기 실시예 4와 동일한 방법으로 H4 세포 및 HT22 세포를 배양한 다음, 팬-카스파제 저해제(pan-caspase inhibitor)인 z-VAD-fmk (R&D SYSTEMS)를 40 μM로 첨가하고 1시간 동안 전처리한 다음, SiR-Mito11 또는 DMSO(대조군)를 각각 처리하고 24시간 동안 배양하였다. 세포 세존율은 실시예 4와 동일한 방법으로 측정하였다. First, H4 cells and HT22 cells were cultured in the same manner as in Example 4, and then z-VAD-fmk (R&D SYSTEMS), which is a pan-caspase inhibitor, was added at 40 μM and for 1 hour. After pretreatment, SiR-Mito11 or DMSO (control) was treated, respectively, and incubated for 24 hours. The cell survival rate was measured in the same manner as in Example 4.

그 결과, 도 12에 나타난 바와 같이, SiR-Mito11 처리에도 z-VAD-fmk을 처리한 H4 세포에서 세포 사멸이 억제되는 것을 확인한 반면, HT22 세포는 아무런 변화가 관찰되지 않았다. As a result, as shown in FIG. 12, it was confirmed that apoptosis was inhibited in H4 cells treated with z-VAD-fmk even with SiR-Mito11 treatment, whereas no change was observed in HT22 cells.

즉, SiR-Mito11가 종양 세포에서 사이토크롬 C 방출 촉진 및 카스파제 의존적 세포 사멸을 유도하는 것을 확인하였으며, 본 발명에서는 높은 에너지 요구 및 미토콘드리아 대사에 의해 신경아교 세포에서 SiR-Mito11의 섭취가 증가되고, 이로 인해 세포 사멸이 유도되는 것을 확인하였다. That is, it was confirmed that SiR-Mito11 promotes cytochrome C release and induces caspase-dependent apoptosis in tumor cells.In the present invention, the uptake of SiR-Mito11 in glial cells is increased due to high energy demand and mitochondrial metabolism. , It was confirmed that this induces cell death.

Claims (10)

하기 화학식 1로 표시되고 미토콘드리아를 표적으로 하는 근적외선 형광 프로브.
[화학식 1]
Figure pat00017

A near-infrared fluorescent probe represented by the following formula (1) and targeting mitochondria.
[Formula 1]
Figure pat00017

제1항에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브는 여기파장 651 ~ 657 nm 및 방출파장 662 ~ 668 nm에서 형광을 나타내는 것을 특징으로 하는 근적외선 형광 프로브.
The near-infrared fluorescence probe of claim 1, wherein the near-infrared fluorescence probe exhibits fluorescence at an excitation wavelength of 651 to 657 nm and an emission wavelength of 662 to 668 nm.
(a) 3-브로모-N,N-다이메틸아닐린(3-Bromo-N,N-dimethylaniline) 및 포름알데히드(formaldehyde)를 반응시켜 하기 화학식 A로 표시되는 화합물 1을 제조하는 단계;
[화학식 A]
Figure pat00018

(b) 상기 화합물 1을 리튬화(Lithiation)시킨 후, 디클로로메틸실란(dichlorodimethylsilane)을 첨가한 다음, 과망간산칼륨(potassium permanganate)으로 산화반응을 수행하여 하기 화학식 B으로 표시되는 화합물 2를 합성하는 단계;
[화학식 B]
Figure pat00019

(c) tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate) 및 tert-부틸리튬(tert-Butyllithium)을 상기 화합물 2에 첨가하여 하기 화학식 C으로 표시되는 화합물 3을 제조하는 단계; 및
[화학식 C]
Figure pat00020

(d) 상기 화합물 3과 n-옥틸아민(n-octyl amine)을 반응시켜 하기 화학식 1로 표시되는 근적외선 형광 프로브를 제조하는 단계;
[화학식 1]
Figure pat00021

를 포함하는 근적외선 형광 프로브 제조방법.
(a) reacting 3-Bromo-N,N-dimethylaniline and formaldehyde to prepare compound 1 represented by the following formula A;
[Formula A]
Figure pat00018

(b) synthesizing Compound 2 represented by the following Formula B by lithiating Compound 1, adding dichlorodimethylsilane, and then performing an oxidation reaction with potassium permanganate. ;
[Formula B]
Figure pat00019

(c) tert - butyl-3-bromo-4-methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo-4 -methylbenzoate) and tert - butyllithium to by the addition of (tert -Butyllithium) to the compound 2 represented by the chemical formula C Preparing compound 3; And
[Formula C]
Figure pat00020

(d) reacting the compound 3 with n-octyl amine to prepare a near-infrared fluorescent probe represented by Formula 1 below;
[Formula 1]
Figure pat00021

Near-infrared fluorescent probe manufacturing method comprising a.
제3항에 있어서, 상기 (b) 단계의 리튬화는 화합물 1에 Sec-부틸리튬(Sec-Butyllithium)을 처리하여 수행하는 것을 특징으로 하는 근적외선 형광 프로브 제조방법.
The method of claim 3, wherein the lithiated in the step (b) the compound 1 Sec-method produced a near infrared fluorescent probe, characterized in that for performing the treatment of butyl lithium (Sec -Butyllithium).
제3항에 있어서, 상기 (c) 단계의 tert-부틸 3-브로모-4-메틸벤조산(tert-butyl 3-bromo-4-methylbenzoate)은 3-브로모-4-메틸벤조산(3-Bromo-4-methylbenzoic acid) 및 디-tert- 부틸 디카보네이트(Di-tert-butyl dicarbonate)를 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 근적외선 형광 프로브 제조방법.
The method of claim 3, wherein the step (c) of tert - butyl 3-bromo-4-methylbenzoic acid (tert -butyl 3-bromo-4 -methylbenzoate) is 3-bromo-4-methylbenzoic acid (3-Bromo -4-methylbenzoic acid) and di - tert - butyl dicarbonate (method of producing near-infrared fluorescent probes characterized in that produced by reacting Di- tert -butyl dicarbonate).
제1항 또는 제2항의 근적외선 형광 프로브를 유효성분으로 포함하는 종양 진단 또는 치료용 약학적 조성물.
A pharmaceutical composition for diagnosis or treatment of a tumor comprising the near-infrared fluorescent probe of claim 1 or 2 as an active ingredient.
제6항에 있어서, 상기 종양은 뇌종양, 흑색종, 골수종, 비소세포성폐암, 구강암, 간암, 위암, 결장암, 유방암, 폐암, 골암, 췌장암, 피부암, 두부 또는 경부암, 자궁경부암, 난소암, 대장암, 소장암, 직장암, 나팔관암종, 항문부근암, 자궁내막암종, 질암종, 음문암종, 호지킨병(Hodgkin's disease), 식도암, 임파선암, 방광암, 담낭암, 내분비선암, 갑상선암, 부갑상선암, 부신암, 연조직 육종, 요도암, 음경암, 전립선암, 만성 또는 급성 백혈병, 림프구 림프종, 신장 또는 수뇨관암, 신장세포 암종, 신장골반암종, 중추신경계 종양, 1차 중추신경계 림프종, 척수 종양, 뇌간 신경교종 및 뇌하수체 선종으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 종양 진단 또는 치료용 약학적 조성물.
The method of claim 6, wherein the tumor is brain tumor, melanoma, myeloma, non-small cell lung cancer, oral cancer, liver cancer, gastric cancer, colon cancer, breast cancer, lung cancer, bone cancer, pancreatic cancer, skin cancer, head or neck cancer, cervical cancer, ovarian cancer, colon Cancer, small intestine cancer, rectal cancer, fallopian tube carcinoma, anal muscle cancer, endometrial carcinoma, vaginal carcinoma, vulvar carcinoma, Hodgkin's disease, esophageal cancer, lymph node cancer, bladder cancer, gallbladder cancer, endocrine cancer, thyroid cancer, parathyroid cancer, minor Renal cancer, soft tissue sarcoma, urethral cancer, penile cancer, prostate cancer, chronic or acute leukemia, lymphocytic lymphoma, kidney or ureter cancer, renal cell carcinoma, renal pelvic carcinoma, central nervous system tumor, primary central nervous system lymphoma, spinal cord tumor, brainstem nerve A pharmaceutical composition for diagnosis or treatment of tumors, characterized in that at least one selected from the group consisting of gliomas and pituitary adenomas.
제6항에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브는 종양 세포의 미토콘드리아에 특이적으로 축적되는 것을 특징으로 하는 종양 진단 또는 치료용 약학적 조성물.
The pharmaceutical composition for diagnosis or treatment of a tumor according to claim 6, wherein the near-infrared fluorescent probe is specifically accumulated in the mitochondria of tumor cells.
제8항에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브가 종양세포의 미토콘드리아에 축적되면 미토콘드리아 막 전위(mitochondrial membrane potential; MMP) 및 미토콘드리아 외막 투과성(mitochondrial outer membrane permeabilization: MOMP)의 파괴가 유도되는 것을 특징으로 하는 종양 진단 또는 치료용 약학적 조성물.
The tumor according to claim 8, wherein when the near-infrared fluorescent probe accumulates in the mitochondria of tumor cells, destruction of mitochondrial membrane potential (MMP) and mitochondrial outer membrane permeabilization (MOMP) is induced. A pharmaceutical composition for diagnosis or treatment.
제8항에 있어서, 상기 근적외선 형광 프로브가 종양세포의 미토콘드리아에 축적되면 미토콘드리아에서 사이토크롬 C(cytochrome C) 방출이 촉진되고, 사이토크롬 C 방출에 의해 카스파제 3(Caspase 3) 및 PARP 절단이 유도되어 종양 세포 사멸이 유도되는 것을 특징으로 하는 종양 진단 또는 치료용 약학적 조성물.According to claim 8, When the near-infrared fluorescent probe accumulates in the mitochondria of tumor cells, cytochrome C release is promoted from the mitochondria, and caspase 3 and PARP cleavage is induced by cytochrome C release. A pharmaceutical composition for diagnosis or treatment of tumors, characterized in that the tumor cell death is induced.
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