KR20220112606A - 광역학 암치료를 위한 신규한 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 광역학 암치료 방법 - Google Patents

광역학 암치료를 위한 신규한 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 광역학 암치료 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 광역학 암치료를 위한 신규한 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 광역학 암치료 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, C=S 작용기가 도입된 NpImidazole 기반의 신규한 광민감제 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 센서, 및 이를 이용한 광역학 치료 방법에 관한 것이다.

Description

광역학 암치료를 위한 신규한 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 광역학 암치료 방법{NEW COMPOUND FOR PHOTODYNAMIC THERAPY OF CANCER, COMPOSITION COMPRISING SAME, AND METHOD FOR PHOTODYNAMIC THERAPY OF CANCER}
본 발명은, 광역학 암치료를 위한 신규한 화합물, 이를 포함하는 조성물 및 상기 화합물을 이용한 광역학 암치료 방법에 관한 것이다.
광역학 치료(photodynamic therapy, PDT)는 체내에 광민감제(photosensitizer, 또는, PS로 기재함)를 주사한 후 특정 파장의 빛을 조사하여 활성 산소를 발생시킴으로써 표적 조직을 손상 및 괴사시키는 치료법이다. PDT는 수술 없이도 국소적 부위를 효과적으로 치료할 수 있어 가장 촉망받는 치료법 중 하나로 인식되어 광민감제의 개발 및 응용에 관한 연구가 최근 활발히 진행되고 있다.
광민감제는 무시 가능한 암세포 독성(cytotoxicity)을 보이지만, 분자 산소가 있는 상태에서 광민감제를 광조사하면 type I 또는 type II 프로세스를 통해 활성 산소종(reactive oxygen species, ROS)의 형성이 촉진되고 세포 독성을 유발한다. type I 반응은 OHㆍ, O-2ㆍ와 같은 라디칼 양이온 또는 라디칼 음이온을 생성하고, 기질과 삼중항 상태의 광민감제 사이에 광-유도 전자 이동이 이루어진다.
type II 반응는, 분자 산소(3O2)를 반응성이 높은 단일항 산소로 변환시킨다(1O2). 따라서, type I 프로세스는 저분자 산소 농도를 갖는 종양 저산소증 상태에서보다 효율적인 PDT 효과를 갖는다. type I 프로세스는 낮은 분자 산소 농도를 포함하는 종양 저산소증(tumor hypoxia) 상태에서 더 효율적인PDT효과를 포함한다. 발생된 ROS는 세포자살을 유도하는 단백질, 헥산, 지질, 멤브레인 및 세포질(organelles)에 손상을 줄 수 있다.
효과적인 광민감제로 작용하기 위해선 특정 파장의 광 조사 후 여기된 전자가 단일항(singlet state)에서 삼중항(triplet state)로 전이가 일어나야 하는데, 이를 위해선 대부분 중금속이 포함되어야 한다. 즉, 형광 광민감제의 여기는, 수명이 짧고 가장 낮은 단일항 여기 상태(S1)에서 바닥상태로 빠르게 이완된다. 반면에, 중원자(heavy atom)를 코어 구조에 통합하면, ISC 프로세스(spin-forbidden intersystem crossing process)를 통해 S1 상태에서 채워지는 낮은 삼중항 여기 상태 Tn을 포함할 수 있다. 이들의 긴 수명으로 인해, 삼중항 여기 상태는 3O2와 같은 다른 분자에 효과적으로 에너지를 전이시킬 수 있다. 그러나 광민감제에서 중금속(heavy atom)을 사용할 경우에, 독성, 증가된 비용, 낮은 가용성 및 다른 부작용 등이 조직 내에 발생할 수 있다.
최근에는OCl-, H2O2, NO, ONOO-, ㆍO2 -, 1O2 등을 포함하는 ROS를 이미징하기 위한 선택적 형광 프로브에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히 hypochlorite(HOCl/OCl-)는 면역세포(immunocytes) 내에서 H2O2 및 Cl-의 MPO(myeloperoxidase)의 촉매화된 반응으로 주로 생성되고, 아미노산, 단백질, 콜레스테롤 및 뉴클레오사이드와 빠르게 반응한다. OCl-의 중요한 기능을 이해하기 위해서, live cell에서 OCl-를 이미징하고, 모니터링하는 것이 필수적이다.
중금속은 체내에 축적되어 다양한 질병을 일으키기 때문에 중금속을 포함하지 않는 새로운 광민감제의 개발이 필요하고, 이와 동시에, 형광 프로브의 모든 여기된 전자가 삼중항 상태로 전이되면 형광을 내놓지 않아 바이오 이미징이 불가하므로, 광역학 치효 기능과 형광 이미지화 기능을 동시에 갖는 새로운 광민감제의 설계 및 합성이 필요하다.
본 발명은, 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해서, 암세포 사멸 등과 같은 광역학 치료뿐만 아니라, 하이포아염소산(OCl-)의 선택적 감지와 형광 이미징을 위한 형광 염료(dye)로 적용할 수 있는, 신규한 광민감제 화합물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 포함하고, 광역학 치료 및/또는 하이포아염소산(OCl-)의 선택적 감지와 형광 이미징을 위한 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 포함하는 하이포아염소산(OCl-) 감지 및 형광 이미징을 위한, 센서에 관한 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 이용한, 광역학 치료 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 본 발명에 의한 화합물을 이용한, 하이포아염소산(OCl-)의 선택적 감지 및 형광 이미징 방법에 관한 것이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(여기서, 환A는, 치환 또는 비치환된 방향족 환이며, 환환A는, 융합된 벤젠 또는 상기 융합된 벤젠과 1 내지 5 개의 방향족 환이 융합된 방향족 환이며, 상기 치환된 방향족 환은, 중수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 5 내지 20의 시클로알킬, 탄소수 5 내지 20의 헤테로알킬, 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬, 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 아미노, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐, 탄소수 5 내지 30의 헤테로알케닐, 탄소수 2 내지 20의 알키닐, 탄소수 6 내지 30의 아릴 및 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴에서 선택된 치환기에 의해 치환되고,
R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 5 내지 20의 시클로알킬, 탄소수 5 내지 20의 헤테로알킬, 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬, 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시, 아미노, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 5 내지 20의 시클로알케닐, 탄소수 5 내지 20의 헤테로알케닐, 탄소수 2 내지 20의 알키닐, 탄소수 6 내지 30의 아릴 및 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴에서 선택된다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화합물은, 하기의 화학식 1-1 및 1-2에서 선택되는 것일 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00002
(여기서, R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택되고, R7 내지 R10는, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐에서 선택된다.)
[화학식 1-2]
Figure pat00003
(여기서, R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택되고, R7 내지 R12는, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐에서 선택된다.)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 화합물은, 형광 이미징 및 광역학 치료를 위한 중금속-프리(free) 삼중항 광민감제인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘; 을 포함하는, 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물 중 상기 염은, 약제학적으로 허용가능한 염이고, 상기 조성물은, 광역학 치료에 이용되고, 광 조사 시 정상 산소증 상태(normoxia condition) 및 저산소증 상태(hypoxia condition)에서 세포 사멸 기능을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광역학 치료는, 암세포, 종양세포 또는 과증식 세포의 제거 또는 감소시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 생체 내 또는 외에 하이포아염소산(OCl-) 선택적 감지 및 형광 이미징에 이용되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 물, 유기용매 또는 이 둘을 더 포함하고, 상기 조성물의 pH는, 7 내지 8일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘을 포함하고, OCl-에 대한 선택적 광학적 특성 변화를 갖는, 하이포아염소산(OCl-)의 감지를 위한, 센서에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 센서는, 형광 센서이고, 상기 센서는, 형광 신호를 측정하거나 형광 이미징하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 센서는, 하기의 식 1에 따른 형광 강도 변화를 측정하는 것일 수 있다.
(I/I0) ≥ 10 (I: 하이포아염소산(OCl-) 접촉 이후 형광 강도, I0 : 초기 형광 강도)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 센서의 하이포아염소산(OCl-)에 대한 검출한계는, 5 μM 이하인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 화학식 1로 표시되는 화합물, 약제학적으로 허용가능한 이의 염 또는 이 둘;과 치료 대상 세포를 접촉시키는 단계; 및 상기 접촉된 세포 영역에 광조사하는 단계; 를 포함하는, 광역학 치료 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광조사하는 단계는, 청색광을 조사하여 치료 대상 세포를 사멸시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광조사하는 단계 이후에 광조사된 세포 영역의 광학적 특성 변화를 분석하는 단계; 를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광학적 특성 변화를 분석하는 단계는, 광조사된 세포 영역의 형광 이미징하거나 또는 광조사된 세포 영역에 하이포아염소산(OCl-) 용액을 처리한 이후 형광 이미징하는 것일 수 있다.
본 발명은, 하이포아염소산(OCl-)에 대한 선택성을 갖는 형광 염료 및 광역학 치료법(PDT)의 치료제로 활용 가능한, 신규한 중금속-원자-프리 삼중항 광민감제(heavy-atom-free triplet photosensitizers)를 제공하고, 상기 광민감제는 높은 단일항 산소 양자수율(singlet oxygen quantum yields)를 갖는 효율적으로 삼중항 여기상태를 생성하고, 정상 산소증 상태와 저산소증 상태 모두에서 청색광 조사 하에서 세포 사멸을 빠르게 유도하고, 하이포아염소산(OCl-)에 대한 높은 감도와 선택성을 나타낼 수 있다.
본 발명은, 상기 광민감제를 하이포아염소산(OCl-) 선택적 감지 및 분석을 위한 형광 센서 및 광센서로 활용할 수 있고, 상기 광민감제를 이용한 광역학 치료를 위한 약제학적 조성물(또는, 제제) 및 이를 이용한 광역학 치료 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따라, UV-vis 흡수(검은색 선) 및 PL 스펙트럼(빨간색 선)을 나타낸 것으로, (a) BO 및 BS 및 (b) 톨루엔 내의 NO 및 NS (60 μM, 최대 흡수 파장에서 λex , 슬릿 5/5)이다.
도2는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 바닥 상태(S0)에서 BO, BS, NO 및 NS의 이론적 계산에서 획득한 (a) 프론티어 분자 궤도(Frontier molecular orbitals) 및 에너지(eV)를 나타낸 것이고, (b) BS 및 (c) NS의 삼중한 상태 형성 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 어둡고 밝은 조건에서 (a) BS 및 (b) NS 로 처리된 이후에 Hela 세포의 세포 생존력을 나타낸 것이고, (c) NS 정상 산소증 및 저산소증 상태로 처리한 이후 Hela 세포의 세포 생존력을 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) BS, (c) NS (5 μM) 및 DCFH-DA (10 μM)에서 30 분 동안 배양한 이후 살아있는 HeLa 세포의 형광 이미지이고, 다음으로 5분 동안 Blue LED light 하에서 광조사한 이후 (c) BS 및 (d) NS 형광 이미지이다(λex = 473 nm, λem = 490-590 nm). 이러한 화합물은 DMSO에서 용해되었다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, (a) BS 및 NS와 각각 OCl- 반응에 의한 BO 및 NO의 형성을 나타낸 것이고, 365 nm 조명 하에서 관련 용매의 이미지를 나타낸 것이고; (b) 20 μM 농도의 BS 및 NS의 형광 강도비(Fluorescence intensity ratio, I/Io)를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, THF/PBS 혼합물 (50:50) (20 μM, slit 5/5) 내에 ClO- (0 - 75 μM) 첨가에 따라 BS (a, b) (λex = 405 nm) 및 NS (c, d) (λex = 410 nm)의 UV-vis 흡수 및 PL 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 10.0 μM 농도의 (a) BS 및 (c) NS와 함께 10 분 동안 배양된 살아있는 HeLa 세포의 형광 이미지를 나타낸 것이고, 다음으로, OCl- (3 eq)로 처리되고 (b) BS 및 (d) NS와 10 분 동안 배앙된 살아있는 HeLa 세포의 형광 이미지를 나타낸 것이다(BS 및 NS는 각각 DMSO에서 용해되고, 형광 이미지 측정 조건은 λex　=　405　nm, λem　=　490-590　nm이다.)
이하 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은, 신규한 광민감제 화합물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광민감제 화합물은, 신규한 삼중항 광민감제로 “thionated NpImidazole 유도체”에 관련된다. 상기 “thionated NpImidazole 유도체”는 활성산소종(ROS) 중 하나인 하이포아염소산(OCl-)에 대한 높은 감도 및 선택성을 갖는 하이포아염소산(OCl-) 프로브로 활용할 수 있는 이중 기능을 나타낼 수 있다. 상기 “thionated NpImidazole 유도체”는, 생체 내 또는 생체 외에서 형광 이미징 및 광역학 치료를 위한 중금속-프리(free) 삼중항 광민감제로 적용할 수 있다. 즉, 상기 광민감제는, 중금속을 포함하지 않는 순수 유기물질이며, 광 조사 시 활성산소종 발생 효율이 우수하고, 생체 내 또는 생체 외 환경에서 ROS 중 하이포아염소산(OCl-)을 선택적으로 검출하여 형광 이미징 염료 및 센서로 활용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광민감제 화합물은, 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
본 발명의 일 예로, 상기 화학식 1에서 환A는, 방향족 환 또는 헤테로 방향족 환이고, 상기 방향족 환 및 헤테로 방향족은, 각각, 치환기로 치환되거나 또는 비치환될 수 있다. 상기 치환기는 방향족 환에 융합되지 않으며, 중수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아미노, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴 및 헤테로아릴에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, 상기 환A을 구성하는 하나 이상의 고리에 하나 이상의 치환기로 치환될 수 있고, 상기 환A 내의 상기 치환기는, 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
상기 환A는, 융합된 벤젠 또는 상기 융합된 벤젠과 1 내지 5개의 방향족 환이 융합된 방향족 환일 수 있다. 또는, 상기 융합된 벤젠과 탄소수 5 내지 6의 탄화수소 고리와 융합될 수 있다. 예를 들어, 환A는, 하기의 방향족 환과 상기 화학식 1의 이미다졸 모이어티와 융합되어 형성될 수 있다.
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
및
Figure pat00009
(여기서 방향족 환은 비치환 또는 상기 언급한 치환기로 치환될 수 있고, 상기 방향족 환 중 임의의 탄소 두개는 상기 이미다졸 모이머티와 융합되는 부분이다.)
상기 R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 알킬, 시클로알킬, 헤테로알킬, 아릴알킬, 알콕시, 아릴옥시, 아미노, 알케닐, 시클로알케닐, 헤테로알케닐, 알키닐, 아릴 및 헤테로아릴에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 알킬은, 탄소수 1 내지 20; 탄소수 1 내지 10; 또는 탄소수 1 내지 5의 알킬이고, 직쇄 또는 분지쇄일 수 있다.
예를 들어, 상기 시클로알킬 및 헤테로알킬은, 각각 탄소수 5 내지 20; 탄소수 5 내지 15; 또는 탄소수 5 내지 10의 시클로알킬일 수 있다.
예를 들어, 상기 아릴알킬은, 탄소수 6 내지 30; 탄소수 7 내지 20; 또는 탄소수 6 내지 15; 의 아릴알킬일 수 있다.
예를 들어, 상기 알콕시는, 탄소수 1 내지 20; 탄소수 1 내지 10; 또는 탄소수 1 내지 5의 알콕시일 수 있다.
예를 들어, 상기 아릴옥시는, 탄소수 6 내지 20; 탄소수 6 내지 14; 또는 탄소수 6 내지 10의 아릴옥시일 수 있다.
예를 들어, 상기 알케닐은, 탄소수 2 내지 20; 탄소수 2 내지 10; 또는 탄소수 2 내지 8의 알케닐이고, 상기 시클로알케닐 및 헤테로알케닐은, 탄소수 5 내지 30; 탄소수 5 내지 20; 또는 탄소수 5 내지 10의 시클로알케닐 및 헤테로알케닐일 수 있다.
예를 들어, 상기 알키닐은, 탄소수 2 내지 20; 탄소수 2 내지 10; 또는 탄소수 2 내지 8의 알키닐일 수 있다.
예를 들어, 상기 아릴 및 헤테로아릴은, 탄소수 5 내지 30; 탄소수 6 내지 30; 탄소수 5 내지 14; 또는 탄소수 5 내지 10의 아릴 및 헤테로아릴일 수 있다.
예를 들어, 상기 헤테로아릴은, 각 고리 내에 적어도 1 내지 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 상기 헤테로 원자는, N, O, 또는 S 헤테로 원자에서 선택될 수 있다.
예를 들어, 상기 할로겐은, -F, -Br, -Cl 및 -I에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 상기 방향족 환의 치환기는, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐 중 적어도 하나 이상이고, R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 화합물은, 하기의 화학식 1-1 및 1-2에서 선택될 수 있다.
[화학식 1-1]
Figure pat00010
상기 화학식 1-1에서, R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택되고, R7 내지 R10는, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐에서 선택될 수 있다.
[화학식 1-2]
Figure pat00011
상기 화학식 1-2에서 R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택되고, R7 내지 R12는, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐에서 선택될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 염은, 무기산 또는 유기산 및 염기로부터 유래된 것이고, 예를 들어, 약제학적으로 허용 가능한 염일 수 있다. 상기 무기산 및 유기산은, 염화수소산, 브롬화수소산, 황산, 질산, 과염소산, 푸마르산, 말레산, 인산, 글라이콜산, 락트산, 살리실산, 숙신산, 톨루엔-p-설폰산, 타르타르산, 아세트산, 시트르산, 메탄설폰산, 에탄설폰산, 포름산, 벤조산, 말론산, 설폰산, 나프탈렌-2-설폰산, 벤젠설폰산 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명은, 본 발명의 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘을 포함하는 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 유기 형광체인 “NpImidazole” 단량체에 C=S 작용기를 도입한 광민감제를 적용하여, 특정 파장의 빛을 조사에 의한 일중항산소(1O2)을 생성하여 광역학 치료, 예를 들어, 암세포 사멸을 위한 광역학 치료 및/또는 활성산소종(ROS) 중 하나인 하이포아염소산(OCl-)의 선택적 검출 및 형광 이미징을 위한 다기능 조성물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 광역학 치료 및/또는 생체 내 하이포아염소산(OCl-) 선택적 검출 및 형광 이미징을 위한 약제학적 조성물일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 약제학적으로 허용되는 이의 염 또는 이 둘; 및 약제학적으로 허용되는 담체; 를 포함하는 조성물일 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이의 염은, 광을 조사하지 않을때에는 세포 독성이 낮아 부작용이 적고, 광 조사 시 빠른 세포 사멸을 유도할 수 있고, 이와 동시에 하이포아염소산(OCl-)을 제외한 다른 ROS와는 반응이 일어나지 않으며 하이포아염소산(OCl-)에 대한 우수한 선택성과 민감도를 나타낼 수 있다. 즉, 광역학 치료 이후에 세포 내 형광 이미징, 또는 하이포아염소산(OCl-) 선택적 감지 및 형광 이미징에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 광역학 치료에 이용되고, 광 조사 시 정상 산소증 상태(normoxia condition) 및 저산소증 상태(hypoxia condition)에서 세포 사멸 기능을 가지며, 상기 광역학 치료는, 암세포, 종양세포 또는 과증식 세포의 제거 또는 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 질병, 질환 또는 장애의 진단 및 치료에 이용되고, 암세포, 종양세포 또는 과증식 세포 관련 질병, 질환 또는 장애이며, 예를 들어, 두경부암, 유방암, 자궁암, 폐암, 방광암, 결장암 또는 전립선암 및 신경아교종 등의 암 치료 또는 종양을 감소시키는 광역학 치료에 적용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 담체는 본 발명의 목적을 벗어나지 않는다면 본 발명의 기술분야에서 이용되는 성분을 적용할 수 있다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 약제학적으로 허용되는 이의 염 또는 이 둘은, 약제학적으로 유효 성분으로 포함될 수 있고, 상기 조성물 중 0 % 초과 내지 99 %; 0.0001 % 내지 99 %; 0.001 % 내지 99 %로 포함될 수 있다. 예를 들어, 1 X 10-5M(몰) 이상, 바람직하게는 1 X 10-5M(몰) 내지 1 X 10-2M(몰), 더 바람직하게는 1 X 10-4 M(몰) 내지 1 X 10-2 M(몰)의 농도로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물의 pH는 7 내지 8이고, 이는 버퍼 용액으로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 하이포아염소산(OCl-) 선택적 검출 및 형광 이미징을 위한 조성물이며, 하이포아염소산(OCl-)에 대한 정성 및/또는 정량 분석에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘; 및 용매를 포함하는 하이포아염소산(OCl-) 선택적 검출 및 형광 이미징을 위한 센서 조성물일 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 용매는 센서 기능을 갖도록 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이의 염을 용해시키고 및/또는 희석시킬 수 있는 것이며, 물, 유기용매 또는 이 둘을 포함하고, 상기 유기용매는 1 내지 4의 알코올, THF, DMSO(dimethylsulfoxide) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘은, 상기 조성물 중 0 % 초과 내지 99 %; 0.0001 % 내지 99 %; 0.001 % 내지 99 %로 포함될 수 있다. 예를 들어, 1 X 10-5M(몰) 이상, 바람직하게는 1 X 10-5M(몰) 내지 1 X 10-2M(몰), 더 바람직하게는 1 X 10-4 M(몰) 내지 1 X 10-2 M(몰)의 농도로 포함할 수 있으며, 상기 농도가 10-5M(몰) 미만이면 상기 화합물의 약한 색변화, 흡광도, 형광 파장, 형광 강도 등에 의한 하이포아염소산(OCl-)의 검출 시 관찰이 용이하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물의 pH는 7 내지 8이고, 이는 버퍼 용액으로 조절할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 조성물은, 생체 내 또는 생체 외에서 하이포아염소산(OCl-) 선택적 검출 및 형광 이미징은, 하이포아염소산(OCl-) 와 접촉 시 광학적 특성이 변화되며, 예를 들어, 색, 형광 파장, 형광 강도 및 흡광도 중 적어도 하나의 변화를 관찰할 수 있다. 또한, 색 변화 또는 형광 강도(또는, 발색 강도) 변화는 특별한 장비 없이 육안으로 관찰하여 하이포아염소산(OCl-)의 존재를 확인할 수 있고, 더 나아가 UV-Vis 분광기, 형광 분광기 등을 이용하여 하이포아염소산(OCl-) 의 정성 및/또는 정량 분석과 공초점 형광강도 현미경 등으로 형광 이미징할 수 있다.
예를 들어, 상기 조성물은, 500 nm 내지 600 nm의 형광 발광 특성을 나타낼 수 있고, 하이포아염소산(OCl-)의 접촉 전후에 따라 형광 강도가 변화될 수 있다. 즉, 하기의 식 1에 따른 형광 강도 변화를 측정할 수 있다. 이는 하이포아염소산(OCl-)에 대한 높은 감도와 선택성에 의해 형광 강화(fluorescence enhancement)를 확인할 수 있고, 이를 활용하여 하이포아염소산(OCl-)의 정성 및 정량 분석에 이용될 수 있다.
[식 1]
(I/I0) ≥ A (I: OCl- 접촉 이후 형광 강도, I0 : 초기 형광 강도, A는 2 이상; 3 이상; 5 이상; 10 이상; 또는 10 내지 100의 정수이다.)
본 발명의 일 예로, 상기 조성물에서 하이포아염소산(OCl-)의 검출한계는, 10 μM 이하; 5 μM 이하이며, 0.01 내지 10 μM; 0.1 내지 5 μM이고, 이러한 낮은 검출한계는 하이포아염소산(OCl-)에 대한 우수한 민감도뿐만 아니라 선택성을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 조성물은, 파우더, 겔, 에멀젼, 또는 액상, 또는 성형품으로 적용될 수 있다. 상기 조성물은, 분석 칩, 전기회로, 섬유, 펄프, 고분자 필름, 유리기판, 등과 같은 지지체 상에 코팅 또는 함침되어 센서 등에 적용될 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘을 포함하는 하이포아염소산(OCl-)의 감지를 위한, 센서에 관한 것으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘이 하이포아염소산(OCl-)에 대한 선택적 광학적 특성 변화, 예를 들어, 선택적 형광 발광성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 센서는, 형광 센서이며, 하이포아염소산(OCl-)에 대한 선택적 형광 신호를 측정하거나 형광 이미징할 수 있다. 예를 들어, 색, 형광 파장, 형광 강도 및 흡광도 중 적어도 하나의 변화를 관찰하고, 이러한 변화는 육안, UV-Vis 분광기, 형광 광도계 등을 이용하여 하이포아염소산(OCl-)에 대한 정량 및 정성 분석할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 센서의 하이포아염소산(OCl-)의 검출 한계는, 10 μM 이하; 5 μM 이하이며, 0.01 내지 10 μM; 또는 0.1 내지 5 μM이고, 이러한 낮은 검출한계는 하이포아염소산(OCl-)에 대한 우수한 민감도뿐만 아니라 높은 선택성을 제공할 수 있다.
본 발명은, 본 발명에 의한 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘을 이용한, 광역학 치료 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 화학식 1로 표시되는 화합물, 약제학적으로 허용되는 이의 염 또는 이 둘과 치료 대상 세포를 접촉시키는 단계; 상기 접촉된 세포 영역에 광조사하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예로, 상기 광조사하는 단계는, 청색광을 조사하여 치료 대상 세포를 사멸시켜 제거 또는 감소시킬 수 있다. 상기 광조사하는 단계는, 1초 이상; 1분 이상; 5분 이상; 10분 이상; 또는 30 분 내지 1 시간 동안 진행할 수 있다.
상기 세포는, 상기 치료 대상 세포는, 암 세포, 종양 세포 또는 이 둘인 것일 수 있다. 상기 광조사하는 단계는, 생체 내 또는 생체 외 또는 포유류 또는 인간 제외 포유류에 화학식 1로 표시되는 화합물, 약제학적으로 허용되는 이의 염 또는 이 둘을 투입한 이후에 광조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 광조사하는 단계 이후에 광학적 특성 변화를 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 광조사하는 단계 이후 광조사된 세포 영역의 형광 이미징하거나 또는 광조사된 세포 영역에 하이포아염소산(OCl-) 처리한 이후 형광 이미징할 수 있다. 이는 광민간제를 광역학 치료에 의한 항암 치료 뿐만 아니라 생체 내 하이포아염소산(OCl-)에 대한 선택적 검출 센서(프로브) 및 형광 이미징 에니전트(fluorescent imaging agents)를 위한 형광 염료로 활용하는 것이다. 상기 분석은, 상기 언급한 센서의 분석 방법을 이용하거나 본 발명의 기술 분야에서 알려진 생체 내 적용 가능한 분석 방법을 적용할 수 있으며, 본 명세서에는 구체적으로 언급하지 않는다.
하기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하지만, 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
합성예
[스킴 1]
Figure pat00012
스킴 1을 참조하여, BO 및 NO은, 각각 1,2-디아미노벤젠(1,2-diaminobenzene, 1.1 mmol) 및 1,2-디아미노나프탈렌(1,2-diaminonaphthalene, 1.1 mmol)를 갖는1,8-나프탈 무수물(1,8-Naphthalic anhydride, 1 mmol)로부터 제조하였고, 이는 용매로 프로피온산(propionic acid, 50 mL)을 사용하고, 환류 조건 하에서 2h 동안 합성하였다. 여과된 침전물은 물로 세정하고 순수 생성물을 획득하였다(수율 90 - 95%). 다음으로, BO 및 NO (1 mmol)는, 각각, p-자일렌 내에 “Lawesson's reagent” (1.5 mmol)와 혼합하고 용해시켜, 18h~20h 동안 환류 조건 하에서 반응을 진행하였다. 냉각한 이후 용매를 제거하고, 잔류물은 용리액으로 n-hexane/ethyl acetate (1/4)을 사용하여 실리카겔 컬럼크로마토그래피로 정제하고 건조시켜 각각 BS 및 NS를 획득하였다(수율 30-35 %).
BO: 1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ8.85 (dd, J = 7.4, 1.1 Hz, 1H), 8.79 (dd, J = 7.3, 1.2 Hz, 1H), 8.60 - 8.52 (m, 1H), 8.28 (dd, J = 8.2, 1.2 Hz, 1H), 8.15 (dd, J = 8.3, 1.1 Hz, 1H), 7.91 - 7.84 (m, 1H), 7.85 - 7.77 (m, 2H), 7.53 - 7.42 (m, 2H); 13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ160.83, 149.43, 143.87, 135.42, 132.33, 131.97, 131.77, 127.46, 127.23, 126.99, 125.89, 125.52, 123.24, 120.72, 120.05, 116.00. ESI HRMS m/z = 271.0867 [M+H]+, calc. for C18H11N2O = 270.08.
NO: 1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ8.95 (q, J = 0.7 Hz, 1H), 8.84 (dd, J = 7.3, 1.1 Hz, 1H), 8.75 (dd, J = 7.3, 1.2 Hz, 1H), 8.26 - 8.18 (m, 2H), 8.16 - 8.09 (m, 1H), 8.08 - 7.94 (m, 2H), 7.84 - 7.73 (m, 2H), 7.53 - 7.43 (m, 2H); 13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ160.61, 152.16, 143.24, 135.16, 132.55, 132.43, 132.12, 132.02, 131.50, 128.75, 128.63, 127.86, 127.76, 127.46, 127.14, 125.54, 125.38, 123.52, 120.65, 117.44, 113.48; ESI HRMS m/z = 321.1025 [M+H]+, calc. for C22H12N2O = 320.09.
BS: 1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ9.43 (ddd, J = 8.1, 1.3, 0.6 Hz, 1H), 9.16 (dd, J = 7.7, 1.1 Hz, 1H), 8.90 (dd, J = 7.3, 1.2 Hz, 1H), 8.26 (ddd, J = 8.1, 1.2, 0.5 Hz, 1H), 8.13 (ddd, J = 8.1, 1.2, 0.5 Hz, 1H), 7.89 (ddd, J = 7.9, 1.4, 0.7 Hz, 1H), 7.82 - 7.71 (m, 2H), 7.57 - 7.49 (m, 1H), 7.46 (ddd, J = 8.2, 7.3, 1.4 Hz, 1H); 13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ190.94, 144.83, 136.00, 134.96, 132.13, 131.81, 129.82, 127.90, 127.61, 127.46, 126.90, 125.59, 121.45, 120.26, 118.09; ESI HRMS m/z = 287.0638 [M+H]+, calc. for C18H10N2S = 286.06.
NS: 1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ10.04 (s, 1H), 9.17 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 8.94 (d, J = 7.4 Hz, 1H), 8.33 - 8.20 (m, 2H), 8.18 - 7.98 (m, 3H), 7.78 (dt, J = 10.9, 7.8 Hz, 2H), 7.55 - 7.50 (m, 2H); 13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ189.57, 143.85, 135.60, 134.53, 132.30, 129.55, 128.46, 128.18, 127.53, 126.06, 125.65, 121.28, 117.67, 116.33. ESI HRMS m/z = 337.0790 [M+H]+, calc. for C22H12N2S = 336.07.
광물리적 특성 및 이론적 계산
수집된 생성물의 광물리적 특성(photophysical properties)은, UV-Vis 흡수 및 형광 방출 분광법(fluorescence emission spectroscopy)으로 연구되었으며, 그 결과는 도 1 및 표 1에 나타내었다. UV-Vis 흡수 스펙트럼에서 BO와 NO는 약 380nm영역의 흡수피크를 나타내고, BS 와 NS는 약 435nm영역의 흡수최대 값을 나타낸다. 흡수피크의 차이는 도 2의 (a)의 HOMO-LUMO의 형태 차이에서 확인할 수 있다.
화합물 BO 및 NO는 강한 형광(ΦF BO = 0.71, ΦF NO = 0.28)을 나타내지만, ISC는 약한 스핀 궤도 결합(spin-orbit coupling, SOC)으로 인해 비효율적이다. 반면에, thionated BS 및 NS에서 향상된 스핀-궤도 결합은, 각각 0.81 및 0.66의 단일항 산소 양자수율을 나타낸다.
Figure pat00013
도 2의 (b) 삼중한 상태 형성 메커니즘 및 도 2의 (c)에서 BS의 삼중항 상태는 S1에서 T1 상태로의 ISC에 의해 주로 형성되고, 반면에, NS는 Sn↔Tn 간의 최대 ISC 속도 상수(rate constant)에 의해 S1에서 T4로의 ISC에 따른 것이다. BS 및 NS는 S2 상태로 직접적인 광-여기되고, ISC에서 Tn 상태로 또는 IC(internal conversion)에서 S1상태로 진행된 이후에 ISC에서 Tn 상태로 진행된다. NpImidazole core에 C=S 결합의 도입은, SOC(spin-orbit coupling)을 증가시키고, BS 및 NS의 형광 방출은, 가황(thionation)을 통해 단일항에서 삼중항 여기 상태로의 ISC 공정의 향상을 수반하여, 실온에서 퀀칭된다. 이러한 형광 퀀칭(fluorescent quenching)으로 삼중항 민감제(triplet sensitizer)로 적합한 특성이다.
PDT 기능 ( in vitro )
10 μM의 NS, BS 용액을 각각, HeLa 세포에 처리 후 30 분 동안 배양(incubation)한 후 청색광(blue LED, 80 mW/cm2)를 5분 동안 조사하여 세포 독성을 평가하였다. 그 결과는 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3의 BS 및 NS의 1O2 생성 효율 및 광안정성을 기반으로 하여, MTT (traditional methyl thiazolytetralium) 어세이를 사용하여 HeLa 세포에 대한 photo/dark cytotoxicity를 관찰하였다. 도 3의 (a) 및 (b)에서 BS(20 μM) 85 % 및 NS(97 %) 생존율을 나타내고 있다. C=S 결합의 도입은, 고효율의 ISC 프로세스를 유도하여, type I 및 type II ROS의 발생을 개선시키고, 그 결과 높은 1O2 양자수율뿐만 아니라 O2ㆍ생산을 가능하게 한다. 이는BS 및 NS는 청색광 조사 이후에 정상 산소증 상태에서 각각 5.81 μM 및 1.03 μM의 낮은 IC50으로 세포 사멸을 유도한다. NS는 더 높은 산소 양자 수율에 의해서BS 보다 더 높은 광독성(photocytotoxicity)을 유도하고, 정상 산소증 상태에서 낮은 IC50 값을 갖는 광치료제(phototheranostic agent)로 활용할 수 있다.
또한, 도 3의 (c)에서 NS(3 μM)는 세포 생존율이 29.6 %이 정상 산소증 상태(normoxia condition) 및 세포 생존율이 36.5 %인 저산소증 상태(hypoxia condition, 혼합가스: 5 % CO2, 1 % O2 및 94 % N2)에서 HeLa 세포에 대한 광 세포 독성을 효과적으로 유도할 수 있다. 따라서, BS와 NS는 정상 산소증 상태와 저산소증 상태 모두에서 청색광 조사 하에서 세포 사멸을 빠르게 유도하는 것을 확인할 수 있다.
스킴 2에 나타낸 바와 같은, NS의 type I ROS 발생 메커니즘을 참조하면, NS의 ROS 생성이 type I 및 type II 메커니즘에 의해 이루어지고, type I ROS 생성은, C=S 작용기의 민감도에 관련된다.
마지막으로, 이들의 형광은 live HeLa cell의 OCl- 프로브를 활용하여 치아염소산염(hypochlorite anion, OCl-) 처리 후 완벽하게 회복된다. 도 4에서, DCFH-HA의 녹색 신호는 광조사 후 빛을 발하여 BS와 NS가 ROS를 생성하여 암세포 사멸을 유도할 수 있음을 보여준다. C=S 기는 이전에 보고되지 않은 광민감제(PS)의 type I ROS 생성에 중요한 역할을 하는 것을 확인할 수 있다.
[스킴 2: NS의 type I ROS 생성 메커니즘]
Figure pat00014
선택적 감지 및 감응(Responsive and selectively for detection of OCl - -)
형광 강도비는, OCl- (60 μM), ROOㆍ(1 mM), NOㆍ(1mM), H2O2 (1 mM), TBHP (1 mM), ONOO- (100 μM), ㆍOH(200 μM) 및 다양한 금속 이온(200 μM): Ag+, Hg2+, Fe2+, 및 다른 이온(Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Mg2+, Ca2+, Cr3+, Mn2+, Fe3+, Li+, Na+, K+, Cs+)의 존재 하에서 50 % THF를 포함하는 BS buffer (10 mM, pH = 7.4)에서 BS 및 NS 각각에 대해 측정되었다. BS 및 NS의 형광강도는 각각 505 nm 및 559 nm되었으며, 그 결과는 도 5에 나타내었다. BS 및 NS에 의한 ROS, RNS 및 금속 양이온의 인식은 PBS 7.4 pH/THF (5/5)에서 비색 변화(colorimetric changes), UV 흡수 및 형광 방출(fluorescence emission) 변화를 통해 조사하였다. OCl- (60 μM)만이 BS (20 μM) 또는 NS (20 μM) 용액 (도 5의 (a))의 “fluorescence turn-on”를 크게 유도할 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 다양한 분석 대상 중에서 OCl-에 대한 BS 및 NS의 높은 선택성을 나타낸다.
도 6의 (a)에서 나타낸 바와 같이, OCl- (NaClO, 0 - 75 μM) 를 BS (20 μM) 용액 (PBS buffer, 10 mM, pH 7.4, containing 50 % THF)에 점진적으로 첨가하면, 440 nm에서 흡수 밴드가 점차 감소하고 이와 동시에 382 nm에서 새로운 흡수 밴드(BO의 특징)가 증가한다. 이와 유사하게, 도 6의 (c)에서 NS 용액의 420-600 nm 범위의 넓은 흡수 밴드(broad absorption band)는 감소하는 반면, 370 nm에서의 흡수 밴드는, OCl- 첨가에 의해 점진적으로 증가한다(NO의 특징). OCl- 이온에 대한 BS 및 NS의 UV-vis 적정은, 각각 403 nm 및 411 nm에서 등석면점을 보여 주며, 색상과 함께 노란색(yellow)에서 연한 노란색(yellowish)으로 변화한다.
스킴 3에서 하이포아염소산(OCl-)에 의해서 BS 및 NS의 C=S 기에서 상응하는 BO 및 NO의 C=O 기로의 산화적 탈황에 의한 광물리학적 변화를 나타낼 수 있다. 도 6의 (b) 및 (d)에서 BS 및 NS 용액은 OCl- 농도 3.17 μM 내지0.30 μM에서 형광 강도(각각, 505 nm 및 559 nm)가 크게 증가한다.
[스킴 3, 하이포아염소산(OCl-)에 의한 NS 탈황 메커니즘]
Figure pat00015
바이오 이미징
10 μM의 NS, BS 용액을 각각 HeLa 세포에 처리 후 10 분 동안 배양한 후 하이포아염소산(OCl-)을 10 분동안 배양하여 하이포아염소산(OCl-) 검출 형광 신호 및 바이오이미징을 수행하였다. 그 결과는 도 7에 나타내었다.
도 7에서 HeLa 세포 내부의 세포 내 OCl- 프로브(probe)로서 BS 및 NS는, 공초점 형광강도 현미경(confocal fluorescence intensity microscopy)으로 시각화하였다. 도 7에서, BS 또는 NS로 처리한 HeLa 세포는 OCl-와 함께 배양 전 및 후에서 각각 매우 약하고 강한 형광 신호를 나타내고 있다. 이러한 실험은 프로브 BS 및 NS가 살아있는 세포에서 OCl- 를 적절하게 검출할 수 있음을 나타낸다. 따라서, 상기 BS 및 NS는, 높은 선택성과 민감도로 OCl- 감지할 수 있는 기능을 갖는, 중금속-프리 광민감제에 해당된다.
본 발명은, 나프탈이미드(naphthalimides)와 이미다졸(imidazole)을 결합하여 높은 단일항 산소 양자수율(singlet oxygen quantum yield)을 갖고, 효과적으로 삼중항 여기상태를 생성하는, 신규한 중금속 원자-프리 광민감제로서, “thionated NpImidazole” 유도체를 설계하고 합성하였다. 합성된BS 및 NS는, 작업 농도에서 HeLa 세포에 대해 무시 가능한 암세포 독성을 나타내고 이와 대조적으로 청색광 조사 하에서 BS 및 NS는, 정상산소증 상태(normoxia condition)와 저산소상태(hypoxia condition) 모두에서 빠르게 세포 사멸을 유도할 수 있다. 최종적으로, 치아염소산염을 통해 BS 및 NS의 C=S 기의 BO 및 NO 관련 C=O 기로의 산화적 탈황공정(oxidative desulfurization)에 의한 광물리학적 변화가 발생할 수 있다. 이는, PDT와 같은 항암 치료제(anti-cancer therapeutic agent) 및 OCl-에 대한 형광 이미징 에이전트(fluorescent imaging agent)로서 BS 및 NS의 이중 기능을 확인하였고, 이는 “one-for-all” 뿐만 아니라 다기능제(multifunctional agent)로의 활성 가능성을 시사한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (16)

  1. 하기의 화학식 1로 표시되는 화합물:

    [화학식 1]
    Figure pat00016


    (여기서, 환A는, 치환 또는 비치환된 방향족 환이며, 환환A는, 융합된 벤젠 또는 상기 융합된 벤젠과 1 내지 5 개의 방향족 환이 융합된 방향족 환이며, 상기 치환된 방향족 환은, 중수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 5 내지 20의 시클로알킬, 탄소수 5 내지 20의 헤테로알킬, 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬, 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 아미노, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐, 탄소수 5 내지 30의 헤테로알케닐, 탄소수 2 내지 20의 알키닐, 탄소수 6 내지 30의 아릴 및 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴에서 선택된 치환기에 의해 치환되고,
    R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 5 내지 20의 시클로알킬, 탄소수 5 내지 20의 헤테로알킬, 탄소수 6 내지 30의 아릴알킬, 탄소수 1 내지 20의 알콕시, 탄소수 6 내지 20의 아릴옥시, 아미노, 탄소수 2 내지 20의 알케닐, 탄소수 5 내지 20의 시클로알케닐, 탄소수 5 내지 20의 헤테로알케닐, 탄소수 2 내지 20의 알키닐, 탄소수 6 내지 30의 아릴 및 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴에서 선택된다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은, 하기의 화학식 1-1 및 1-2에서 선택되는 것인, 화합물:

    [화학식 1-1]
    Figure pat00017


    (여기서, R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택되고,
    R7 내지 R10는, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐에서 선택된다.)

    [화학식 1-2]
    Figure pat00018


    (여기서, R1 내지 R6은, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬, 탄소수 2 내지 10의 알케닐 및 탄소수 6 내지 10의 아릴에서 선택되고,
    R7 내지 R12는, 각각, 수소, 할로겐, 직쇄 또는 분지쇄 탄소수 1 내지 10의 알킬 및 탄소수 2 내지 10의 알케닐에서 선택된다.)
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화합물은, 형광 이미징 및 광역학 치료를 위한 중금속-프리(free) 삼중항 광민감제인 것인,
    화합물.
  4. 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘;
    을 포함하는,
    조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조성물 중 상기 염은, 약제학적으로 허용가능한 염이고,
    상기 조성물은, 광역학 치료에 이용되고, 광 조사 시 정상 산소증 상태(normoxia condition) 및 저산소증 상태(hypoxia condition)에서 세포 사멸 기능을 갖는 것인,
    조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광역학 치료는, 암세포, 종양세포 또는 과증식 세포의 제거 또는 감소시키는 것인,
    조성물.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 조성물은, 생체 내 또는 외에 하이포아염소산(OCl-) 선택적 감지 및 형광 이미징에 이용되는 것인,
    조성물.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 조성물은, 물, 유기용매 또는 이 둘을 더 포함하고,
    상기 조성물의 pH는, 7 내지 8인 것인,
    조성물.
  9. 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물, 이의 염 또는 이 둘을 포함하고, OCl-에 대한 선택적 광학적 특성 변화를 갖는,
    하이포아염소산(OCl-)의 감지를 위한, 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서는, 형광 센서이고,
    상기 센서는, 형광 신호를 측정하거나 형광 이미징하는 것인,
    센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 센서는, 하기의 식 1에 따른 형광 강도 변화를 측정하는 것인,
    센서:
    (I/I0) ≥ 10 (I: 하이포아염소산(OCl-) 접촉 이후 형광 강도, I0 : 초기 형광 강도)
  12. 제9항에 있어서,
    상기 센서의 하이포아염소산(OCl-)에 대한 검출한계는, 5 μM 이하인 것인,
    센서.
  13. 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물, 약제학적으로 허용가능한 이의 염 또는 이 둘;과 치료 대상 세포를 접촉시키는 단계; 및
    상기 접촉된 세포 영역에 광조사하는 단계;
    를 포함하는,
    광역학 치료 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 광조사하는 단계는, 청색광을 조사하여 치료 대상 세포를 사멸시키는 것인,
    광역학 치료 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 광조사하는 단계 이후에 광조사된 세포 영역의 광학적 특성 변화를 분석하는 단계;
    를 더 포함하는 것인,
    광역학 치료 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 광학적 특성 변화를 분석하는 단계는, 광조사된 세포 영역의 형광 이미징하거나 또는 광조사된 세포 영역에 하이포아염소산(OCl-) 용액을 처리한 이후 형광 이미징하는 것인,
    광역학 치료 방법.
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Synthesis(1999), Issue.7, pp.1109-1111. 1부.* *
The Journal of Physical Chemistry Letters(2020), Vol.11, pp.5092-5099. 1부.* *

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