KR20230050552A

KR20230050552A - 가돌리늄 화합물 및 이를 포함하는 전립선암의 진단 및 치료용 약학적 조성물

Info

Publication number: KR20230050552A
Application number: KR1020210133543A
Authority: KR
Inventors: 지대윤; 길희섭; 김민환; 이교철; 이용진; 박지애
Original assignee: (주)퓨쳐켐
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-17
Also published as: WO2023059111A1

Abstract

본 발명은 따라 전립선암에 대한 선택성이 우수하고 독성이 낮아 전립선암의 진단 및/또는 치료에 사용 가능한 가돌리늄 화합물 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염, 및 상기 화합물을 포함하는 전립선암 진단용 및/또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 화합물은 전립선암에 대한 선택성이 우수한 리간드가 가돌리늄에 도입되어 있고, 독성이 낮으므로, 안전하고 효과적인 전립선암 진단용 MRI 조영제 및 전립선암 치료용 의약품으로 개발될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

가돌리늄 화합물 및 이를 포함하는 전립선암의 진단 및 치료용 약학적 조성물{GADOLINIUM COMPOUND, AND PHARMACEUTICAL COMPOSITION FOR DIAGNOSING AND TREATING PROSTATE CANCER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 전립선 특이막 항원(prostate specific membrane antigen, 이하 "PSMA"로 지칭되기도 함) 표적 물질이 도입된 가돌리늄 화합물 및 이를 포함하는 전립선암의 진단 및/또는 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.

전립선암은 서구에서 남성 암 발생 1위이며, 우리나라에서도 발병률 4위로 최근 들어 환자가 급속히 증가되고 있다. 전립선암은 악성도가 높고 다른 장기로 전이가 자주 발생한다. 전립선암은 혈액검사, 직장수지검사, 초음파 검사 등에서 의심이 될 때 조직 검사를 통하여 확진된다. 최근에는 조직 검사 전에 촬영한 전립선 자기공명영상(Magnetic Resonance Imaging, 이하, "MRI"로 지칭되기도 함)을 참고하면서 초음파 검사를 실시하고, 전립선암이 의심되는 병변을 조직 검사하는 방식도 실시된다. MRI 기반 전립선 표적 조직 검사는 기존 조직 검사 방법보다 전립선암 진단 정확도가 더 높은 결과를 나타낸다. 또한 MRI는 전립선암의 진단뿐 아니라 치료 방침을 결정하기 위한 병기 결정, 치료 후 치료 효과 및 재발 여부 평가에 필수적인 검사법이다.

MRI는 자기장 안에서 수소 원자의 스핀이 이완되는 현상을 이용하여 신체의 해부학적, 생리학적, 생화학적 정보 영상을 얻는 방법으로, 비침습적이고 실시간으로 영상화할 수 있는 장점이 있어서 질병의 진단에 유용하게 사용되고 있다. MRI 조영제는 조직 내 물 분자의 자기이완시간을 변화시켜 조직의 대조도를 더욱 증가시킬 수 있다. 현재 임상에서 주로 사용되는 MRI 조영제는 가돌리늄 금속을 DTPA (Diethylenetriamine pentaacetic acid) 혹은 DOTA (1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid)와 같은 리간드에 착화(chelation)시킨 Gd-DTPA 혹은 Gd-DOTA이다. 그러나, Gd-DTPA나 Gd-DOTA는 암세포에 대한 특이성이 없어 암세포에서의 조영 효과가 오랫동안 지속되지 않기 때문에 암 진단에 효과적이지 않다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 상기 리간드에 암세포에 대해 선택적인 물질이 도입된 형태의 MRI 조영제가 개발되고 있다(Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 10778-10782).

전립선 특이막 항원은 대부분의 전립선암세포 표면에 과발현하는 단백질이다. 최근 PSMA를 표적으로 하는 화합물과 여기에 방사성동위원소를 표지한 방사성 의약품에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다(대한민국 공개특허 제10-2021-0046909호).

중성자 포획 치료(Neutron Capture Therapy, NCT)는 정상 세포의 손상을 최소화하고 암세포만을 선택적으로 사멸시키는 차세대 암 치료기술로서, 암세포뿐 아니라 정상 세포까지 손상을 입히는 항암 치료의 부작용을 해결하기 위해 도입되었다. 그 치료 원리는 중성자를 흡수하는 물질을 암세포에 주입시킨 후 중성자를 조사했을 때 중성자를 흡수하는 물질이 축적된 암세포에서 고에너지 감마선과 오제 전자(Auger electrons)가 방출되고, 여기에서 나온 방사선과 전자빔이 암세포를 파괴하는 것이다. 중성자를 포획하여 종양 치료용 방사선을 방출하는 원자는 가돌리늄(Gd)과 붕소(B)가 대표적이다. 특히 일본에서는 붕소 기반 종양 치료제로서 BPA (p-boronophenyl alanine)와 BSH (sodium borocaptate)가 임상에 사용되고 있다. 가돌리늄 기반 가돌리늄 중성자포획치료(Gd-NCT)제는 자기공명영상에서 조영 효과를 제공하는 물리적 속성 때문에 최근 새로운 연구 분야로 주목 받고 있다. 가돌리늄은 중성자 흡수 단면적이 넓어서 중성자를 가장 잘 흡수하며, 원자와 이온에서 짝짓지 않은 전자가 가장 많은 원소이다. 붕소는 중성자를 조사했을 때 발생하는 헬륨의 원자핵인 알파 입자가 암세포를 죽이는 반면, 가돌리늄은 중성자를 흡수하여 발생하는 고에너지 감마선과 전자가 암세포를 죽인다.

기존의 암 치료 방법에서는 주로 붕소를 이용하지만, 가돌리늄은 안정한 동위원소 중 중성자 흡수율이 가장 높고, 붕소와 비교하여 중성자 흡수 효율이 60-70배 크기 때문에 치료 효과도 크다. 현재 전 세계적으로 가돌리늄 중성자 포획 치료(GdNCT) 연구는 초기 단계에 있다. 가돌리늄 중성자 포획 치료용 방사성 약물로 기존의 MRI 조영제인 Gd-DTPA나 Gd-DOTA를 사용한 연구가 주로 이루어졌다. 그러나 이러한 기존의 방사성 약물은 암세포에 대한 적중 능력이 떨어질 뿐만 아니라 치료 효과도 낮다는 단점이 있다(Future Med. Chem., 2016, 8, 899-917).

따라서, 암세포에 대한 표적능이 우수할 뿐 아니라 MRI 영상화 역시 가능하여 암 진단용 MRI 조영제로 사용됨과 동시에 가돌리늄 중성자 포획 치료를 이용한 암의 치료 효과도 제공할 수 있는 물질의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2021-0046909호

Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 10778-10782. Future Med. Chem., 2016, 8, 899-917.

본 발명의 목적은 전립선암의 진단 또는 치료 효과를 나타내는 신규한 가돌리늄 화합물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 한 가지 목적은 상기 가돌리늄 화합물 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 진단용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 한 가지 목적은 상기 가돌리늄 화합물 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 치료용 약학적 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 한 가지 목적은 상기 가돌리늄 화합물 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하며, 전립선암의 진단 및 치료 효과를 동시에 제공할 수 있는 전립선암의 진단 및 치료용 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 전립선암에 대한 결합 친화도가 높은 PSMA 표적 화합물을 가돌리늄과 결합시키는 경우 전립선암의 진단 및 치료에 사용될 수 있다는 것을 밝혀냄으로써 전술한 기술적 과제를 해결하였다.

따라서, 본 발명의 일 양태에 따라 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염이 제공된다:

화학식 1

식 중에서,

R은 수소, C_1-5 알킬 또는 할로겐 원자이고,

L은 (CH₂)_n이고, n은 정수 0, 1 또는 2이다.

본 발명의 다른 일 양태에 따라 상기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 진단용 약학적 조성물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따라 상기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 치료용 약학적 조성물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 일 양태에 따라 상기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하며, 전립선암의 진단 및 치료 효과를 동시에 제공하는 전립선암 진단 및 치료용 약학적 조성물이 제공된다.

본 발명에 따라 전립선암에 대한 선택성이 우수하고 독성이 낮아 전립선암의 진단 및/또는 치료에 사용 가능한 가돌리늄 화합물 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염, 및 상기 화합물을 포함하는 전립선암 진단용 및 치료용 약학적 조성물이 제공되었다.

본 발명의 화합물은 가돌리늄에 전립선암에 대한 선택성이 우수한 리간드가 도입되어 있고 세포 독성이 낮아 안전하고 효과적인 전립선암 진단용 MRI 조영제로 사용될 수 있을 뿐 아니라, 가돌리늄 중성자 포획 치료를 통해 전립선암 치료 효과를 제공하는 것도 가능하므로 전립선암 치료용 의약품으로, 나아가 전립선암의 진단과 치료 효과를 동시에 제공하는 의약품으로 개발될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 화합물 Gd-FC705의 HPLC 분석 결과이다.
도 2는 본 발명의 화합물 Gd-FC705의 농도에 따른 세포 생존율 측정 결과이다.
도 3은 본 발명의 화합물 Gd-FC705를 PSMA(+) 세포 및 PSMA(-) 세포에서 PSMA 표적 능력을 비교한 그래프이다.
도 4a는 마우스에 전립선암을 이식한 후 본 발명의 화합물 Gd-FC705를 주사하여 획득한 MRI 영상이고, 도 4b는 본 발명의 화합물 Gd-FC705를 주사하여 획득한 MR 영상에서 PSMA(+) 종양과 PSMA(-) 종양 부위의 신호를 비교한 그래프이며, 도 4c는 PSMA(+) 종양 MR 영상에서 Gd-FC705와 Gd-DOTA의 신호를 비교한 그래프이다.

본 발명의 일 양태는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염에 관한 것이다:

화학식 1

식 중에서,

R은 수소, C_1-5 알킬 또는 할로겐 원자이고,

L은 (CH₂)_n이고, n은 정수 0, 1 또는 2이다.

본 발명에 있어서, 상기 C_1-5 알킬은 탄소 수 1 내지 6개의 직선형 또는 분지형 알킬이고, 상기 할로겐 원자는 F, Cl, Br 및 I로 구성된 군에서 선택된다.

본 발명의 한 가지 구체례에 있어서, 상기 R은 요오드 원자(I)일 수 있다.

본 발명의 다른 한 가지 구체례에 있어서, 상기 n은 1일 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 가지 구체례에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2의 구조를 갖는 것 또는 그 입체이성질체일 수 있다:

화학식 2

본 발명의 다른 일 양태는 상기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 진단용 약학적 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 다른 일 양태는 전립선암 진단용 약학적 조성물을 포함하는 자기공명영상(MRI) 촬영을 위한 조영제, 즉 MRI 조영제일 수 있다.

본 발명의 다른 일 양태는 상기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전립선암 치료용 약학적 조성물은 가돌리늄의 중성자 포획능을 이용하여 전립선암을 치료하는 전립선암 치료용 약학적 조성물일 수 있다.

상기 화학식 1의 화합물은 가돌리늄에 전립선암에 대한 선택성이 우수한 리간드가 도입되어 전립선암에 대한 표적능이 우수하고 세포 독성이 낮아서 안전하고 효과적인 전립선암 진단용 MRI 조영제로 사용될 수 있고, 가돌리늄의 중성자 포획능을 이용하여 전립선암의 치료 효과를 제공할 수 있으므로 전립선암 진단 및 치료 효과를 동시에 제공하는 것이 가능하다.

따라서 본 발명의 또 다른 일 양태는 상기 화학식 1의 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암의 진단 및 치료용 약학적 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 화학식 1의 화합물은 수화물, 또는 약학적으로 허용 가능한 염의 형태로 사용될 수 있다. 약학적으로 허용 가능한 염의 예로는 알칼리 금속염 또는 아민염, 더욱 구체적으로는 나트륨염, 메글루민(meglumine)염 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명 분야에서 통상적으로 사용되는 어떤 염이라도 사용 가능하다.

본 발명에 따른 전립선암의 진단용 및/또는 암 치료용 약학적 조성물은 주사제로서 제제화될 수 있다. 주사제로 제제화되는 경우 희석제로서 혈액과 등장인 무독성 완충용액, 예를 들어 pH 7.4의 인산완충용액 등을 포함할 수 있다. 또한 주사제는 완충용액 이외의 희석제, 부형제, 첨가제 등을 더 포함할 수도 있다. 본 발명에서 사용 가능한 희석제, 부형제, 첨가제는 예를 들어 Dr. H.P. Fiedler "Lexikon der Hilfsstoffe fur Pharmazie, Kosmetik und angrenzende Gebiete" Encyclopaedia of auxiliaries for pharmacy, cosmetics and related fields 등을 통해 본 발명 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 널리 공지되어 있다.

실시예

이하에서는 실시예 및 실험예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시일 뿐으로, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다.

제조예 1: 화합물 4의 합성

화합물 3 (5.2 g, 10.66 mmol)을 디클로로메탄 (100 mL)에 녹이고, 0℃로 냉각한 다음, tert-부틸 브로모아세테이트 (1.9 mL, 12.8 mmol)를 천천히 가하였다. 0℃로 유지하면서 트리에틸아민 (2.2 mL, 16 mmol)을 천천히 가하고, 온도를 실온으로 서서히 올리면서 교반하였다. 3시간 동안 교반한 뒤, 물 (50 mL)를 가한 다음, 디클로로메탄 (50 mL, 2회)으로 추출하였다. 모아진 유기층을 무수 황산나트륨으로 건조하고, 감압 하에서 농축하고, 농축물을 칼럼 크로마토그래피 (5% 메탄올/디클로로메탄)로 분리하여 화합물 4 (3.36 g, 52%)를 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 1.39-1.53 (m, 36H), 1.55-1.89 (m, 5H), 2.02-2.10 (m, 1H), 2.22-2.37 (m, 2H), 2.54-2.58 (m, 2H), 3.27 (s, 2H), 4.28-4.36 (m, 2H), 5.07-5.10 (m, 2H); ¹³C NMR (100 MHz, CDCl₃) δ 22.6, 27.9, 28.0, 28.1, 28.2, 28.5, 29.6, 31.6, 32.8, 49.0, 51.7, 53.0, 53.5, 80.5, 81.1, 81.6, 82.0, 156.8, 171.9, 172.1, 172.4, 172.5; MS (ESI) calc. m/z 601; found m/z 602 [M+H]⁺.

제조예 2: 화합물 6의 합성

2-(2-(2-아지도에톡시)에톡시)에탄올 (N₃-PEG₃-OH, 15.9 g, 90.8 mmol)을 아세톤 (300 mL)에 녹인 후 존스 시약 (Jone's reagent, 100 mL)를 0℃에서 천천히 넣어준 다음 온도를 상온으로 천천히 올리면서 교반시켰다. 이소프로판올 (50 mL)을 0℃에서 천천히 가하고, 여과한 다음 아세톤으로 씻어주었다. 잔류물을 감압 하에서 농축하고 칼럼 크로마토그래피 (0.1-2% 메탄올/디클로로메탄, COOH 실리카겔)로 분리하여 무색의 액체 화합물 6 (16.3 g, 95%)을 얻었다.

실시예 1: 화합물 1 (Gd-FC705)의 제조

하기 반응식 1에 따라 단계 1 내지 단계 7을 거쳐 화합물 2 (FC705 전구체)를 제조하였다.

반응식 1

단계 1: 화합물 7의 합성

화합물 4 (600 mg, 0.997 mmol)을 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인 후 N,N'-디사이클로헥실카보디이미드 (DCC, 226 mg, 1.04 mmol)을 상온에서 천천히 넣어준 다음 2-(2-(2-아지도에톡시)에톡시)아세트산 (N₃-(CH₂CH₂O)₂-CH₂COOH, 화합물 6, 226 mg, 1.20 mmol)을 가한 뒤 1시간 동안 교반시켰다. 반응 혼합물에 물을 첨가한 다음 디클로로메탄으로 유기화합물을 3회 추출하고, 모아진 유기층을 무수 황산나트륨으로 건조시킨 후 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (60% 에틸아세테이트/n-헥산)로 분리하여 무색의 액체 화합물 7 (520 mg, 67%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, methanol-d₄) δ 1.44-1.49 (m, 36H), 1.50-1.57 (m, 2H), 1.58-1.71 (m, 2H), 1.73-1.84 (m, 2H), 2.00-2.09 (m, 1H), 2.25-2.38 (m, 2H), 3.33-3.39 (m, 4H), 3.65-3.72 (m, 6H), 3.96 (d, J = 1.2 Hz, 1H), 4.11-4.22 m, 3H), 4.33 (s, 2H), 6.32-6.36 (m, 1H); MS (ESI) calc. m/z 772; found m/z 773 [M+H]⁺.

단계 2: 화합물 8의 합성

화합물 7 (490 mg, 0.634 mmol)을 에탄올 (20 mL)에 녹인 후 팔라듐 (10% Palladium on carbon, 67 mg)을 넣고 수소 하에서 12시간 동안 교반시켰다. 반응 용액을 여과하고 에탄올로 세척한 다음 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (4% 메탄올/디클로로메탄, NH 실리카겔)로 분리하여 무색의 액체 화합물 8 (425 mg, 90%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, methanol-d₄) δ 1.34-1.39 (m, 2H), 1.44-1.49 (m, 36H), 1.51-1.65 (m, 4H), 1.73-1.84 (m, 2H), 2.00-2.07 (m, 1H), 2.31 (q, J = 6.8 Hz, 2H), 2.80 (t, J = 5.2 Hz, 2H), 3.33-3.40 (m, 1H), 3.52 (q, J = 5.2 Hz, 2H), 3.61-3.66 (m, 3H), 3.69-3.71 (m, 1H), 3.97 (d, J = 1.2 Hz, 1H), 4.11 (s, 1H), 4.13-4.21 (m, 2H), 4.32 (s, 2H); MS (ESI) calc. m/z 746; found m/z 747 [M+H]⁺.

단계 3: 화합물 9의 합성

라이신 (Fmoc-Lys(Z)-OH, 275 mg, 0.546 mmol)을 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인 후 하이드록시벤조트리아졸 (HOBt, 123 mg, 0.1910 mmol), TBTU (292 mg, 0.910 mmol) 및 디이소프로필에틸아민 (0.238 mL, 1.37 mmol)을 가하고, 상온에서 10분 동안 교반시켰다. 여기에 화합물 8 (340 mg, 0.455 mmol)을 디클로로메탄 (5.0 mL)에 녹인 용액을 가한 후 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 물을 첨가한 다음 디클로로메탄으로 유기화합물을 3번 추출하고, 모아진 유기층을 무수 황산나트륨으로 건조시킨 후 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (2% 메탄올/디클로로메탄)로 분리하였다.

얻어진 화합물에 디클로로메탄 (15 mL)을 가하고, 이어서 피페리딘 (0.043 mL, 0.438 mmol)을 가하고, 상온에서 24시간 동안 교반시켰다. 반응 혼합물을 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (3% 메탄올/디클로로메탄, NH 실리카겔)로 분리하여 무색의 액체 화합물 9 (480 mg, 84%)를 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, methanol-d₄) δ 1.34-1.39 (m, 2H), 1.44-1.48 (m, 36H), 1.50-1.70 (m, 10 H), 1.72-1.84 (m, 2H), 2.00-2.08 (m, 1H), 2.24-2.38 (m, 2H), 3.11 (t, J = 6.8 Hz, 2H), 3.33-3.41 (m, 4H), 3.55 (q, J = 5.2 Hz, 2H), 3.61-3.68 (m, 4H), 3.96 (d, J = 1.6 Hz, 1H), 4.08 (d, J = 1.2 Hz, 1H), 4.10-4.21 (m, 3H), 4.31 (s, 1H), 5.06 (s, 2H), 7.27-7.32 (m, 1H), 7.33-7.34 (m, 4H); MS (ESI) calc. m/z 1009; found m/z 1010 [M+H]⁺.

단계 4: 화합물 10의 합성

DOTA-tris(tBu) 에스터 (211 mg, 0.369 mmol)을 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인 후 하이드록시벤조트리아졸 (HOBt, 83 mg, 0.614 mmol), TBTU (197 mg, 0.614 mmol) 및 디이소프로필에틸아민 (0.161 mL, 0.921 mmol)을 넣은 뒤 상온에서 10분 동안 교반시켰다. 이 반응 용액에 화합물 9 (310 mg, 0.307 mmol)을 디클로로메탄 (5.0 mL)에 녹인 용액을 가하고, 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 물을 첨가한 다음, 디클로로메탄으로 유기화합물을 3번 반복하여 추출하고, 모아진 유기층을 무수 황산나트륨으로 건조시킨 후 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (5% 메탄올/디클로로메탄)로 분리하여 무색의 액체 화합물 10 (323 mg, 67%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, methanol-d₄) δ 1.36-1.39 (m, 2H), 1.44-1.49 (m, 63H), 1.51-1.73 (m, 8H), 1.75-1.84 (m, 2H), 2.00-2.07 (m, 3H), 2.08-2.26 (m, 4H), 2.28-2.36 (m, 3H), 2.38-3.05 (brs, 12H), 3.11 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 3.16-3.28 (m, 4H), 3.36 (t, J = 6.6 Hz, 2H), 3.38-3.52 (brs, 3H), 3.54 (q, J = 4.0 Hz, 2H), 3.58-3.68 (m, 5H), 3.97 (d, J = 4.4 Hz, 1H), 4.07 (S, 1H), 4.09-4.22 (m, 3H), 4.26-4.28 (m, 1H), 4.31 (s, 1H), 5.06 (s, 2H), 7.26-7.32 (m, 1H), 7.33-7.38 (m, 4H); MS (ESI) calc. m/z 1563; found m/z 1565 [M+2H]⁺.

단계 5: 화합물 11의 합성

화합물 10 (300 mg, 0.192 mmol)을 에탄올 (20 mL)에 녹인 후 팔라듐 (10% Palladium on carbon, 20 mg)를 넣고 수소 하에서 2시간 동안 교반시켰다. 반응 용액을 여과하고, 에탄올로 세척 후 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (4% 메탄올/디클로로메탄, NH 실리카겔)로 분리하여 무색의 액체 화합물 11 (260 mg, 95%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, methanol-d₄) δ 1.33-1.42 (m, 4H), 1.44-1.49 (m, 63H), 1.51-1.57 (m, 4H), 1.59-1.73 (m, 4H) 1.74-1.85 (m, 3H), 2.00-2.08 (m, 3H), 2.09-2.27 (brs, 4H), 2.29-2.38 (m, 3H), 2.60-2.65 (m, 2H), 2.68 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 2.73-2.94 (brs, 7H), 3.05-3.17 (brs, 3H), 3.25-3.28 (m, 2H), 3.34-3.39 (m, 2H), 3.43 (brs, 1H), 3.47-3.39 (m, 1H), 3.53-3.57 (m, 3H), 3.63 (s, 2H), 3.65-3.68 (m, 2H), 3.98 (d, J = 5.6 Hz, 1H), 4.09 (s, 1H), 4.11-4.22 (m, 3H), 4.32 (s, 2H); MS (ESI) calc. m/z 1429; found m/z 1430 [M+H]⁺.

단계 6: 화합물 12의 합성

4-(p-아이오도페닐)부티르산 (15 mg, 0.050 mmol)을 디클로로메탄 (1.0 mL)에 녹인 후 하이드록시벤조트리아졸 (HOBt, 14 mg, 0.106 mmol), TBTU (34 mg, 0.106 mmol) 및 디이소프로필에틸아민 (0.028 mL, 0.159 mmol)을 넣은 뒤 상온에서 10분 동안 교반시켰다. 이 반응 용액에 화합물 11 (60 mg, 0.042 mmol)을 디클로로메탄 (1.0 mL)에 녹인 용액을 가하고, 상온에서 2시간 동안 교반시켰다. 반응 용액에 물을 첨가한 다음, 디클로로메탄으로 유기화합물을 3번 반복하여 추출한 뒤 모아진 유기층을 무수 황산나트륨으로 건조시키고, 감압 하에서 농축하고, 칼럼 크로마토그래피 (4% 메탄올/디클로로메탄)으로 분리하여 무색의 액체 화합물 12 (36 mg, 51%)을 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, methanol-d₄) δ 1.44-1.48 (m, 63H), 1.51-1.57 (m, 4H), 1.58-1.70 (m, 3H), 1.71-1.82 (m, 3H), 1.84-1.92 (m, 3H), 1.93-2.15 (m, 5H), 2.18 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.20-2.34 (m, 5H), 2.36-2.56 (brs, 3H), 2.58 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 2.61-2.76 (brs, 3H), 2.81 (s, 2H), 2.86-3.09 (brs, 5H), 3.11-3.18 (m, 3H), 3.20-3.26 (m, 3H), 3.35-3.39 (m, 2H), 3.42-3.48 (brs, 2H), 3.53 (q, J = 4.0 Hz, 2H), 3.62 (s, 2H), 3.64-3.69 (m, 3H), 3.97 (d, J = 3.6 Hz, 1H), 4.08 (s, 1H), 4.10-4.23 (m, 4H), 4.31 (s, 2H), 6.32-6.36 (m, 1H), 6.99 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.60 (d, J = 8.0 Hz, 2H); MS (ESI) calc. m/z 1701; found m/z 1702 [M+H]⁺.

단계 7: 화합물 2의 합성

화합물 12 (30 mg, 0.018 mmol)을 70% 트리플루오로아세트산/디클로로메탄 (0.5 mL)에 녹인 후 상온에서 1시간 동안 교반시켰다. 반응 용액을 감압 하에서 농축하고, 고성능 액체크로마토그래피 (HPLC)를 이용하여 흰색의 고체 화합물 2 (13 mg, 54%)를 얻었다.

¹H NMR (400 MHz, D₂O) δ 1.18-1.30 (m, 4H), 1.37 (p, J = 6.8 Hz, 2H), 1.41-1.52 (m, 2H), 1.54-1.67 (m, 3H), 1.70-1.74 (m, 1H), 1.78 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 1.81-1.90 (m, 1H), 1.98-2.07 (m, 1H), 2.11 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 2.39 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 2.48 (t, J = 7.4 Hz, 2H), 3.00 (t, J = 6.8 Hz, 2H), 3.02-3.26 (m, 17H), 3.29-3.35 (m, 2H), 3.48 (q, J = 4.4 Hz, 2H), 3.52-3.58 (m, 6H), 3.60-3.93 (brs, 7H), 3.97 (s, 2H), 4.03-4.17 (m, 3H), 4.25 (s, 2H), 6.95 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.59 (d, J = 8.4 Hz, 2H); MS (ESI) calc. m/z 1308; found m/z 1309 [M+H]⁺, 1307 [M-H]^-.

단계 8: 화합물 1 (Gd-FC705)의 합성

하기 반응식 2에 따라 화합물 2로부터 화합물 1을 합성하였다.

반응식 2

화합물 2 (100 mg, 0.0076 mmol)을 물 (2 mL)에 녹인 용액에 가돌리늄 (III) 클로라이드 헥사하이드레이트 (GdCl₃.6H₂O, 34 mg, 0.0092 mmol)을 물 (2 mL)에 녹여서 넣었다. 1N 소듐하이드록사이드 용액을 가하여 pH를 7-8로 맞춘 뒤, 상온에서 2시간 동안 교반시켰다. 반응 용액을 여과하고, 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)로 정제하고 동결 건조하여 흰색의 고체 화합물 1 (60 mg, 54%)을 얻었다.

MS (ESI) calc. m/z 1463; found m/z 1486 [M+Na]⁺, 1462 [M-H]^-.

고성능액체크로마토그래피 (HPLC) 조건: 컬럼, Grace (10 μm, 250 mm x 22 mm); 이동상, 30% 아세토나이트릴/물 (0.1% 트라이플루오로아세틱산); 유속, 10 mL/min; UV, 220 nm; 머무름 시간, 15.3 min.

도 1은 실시예 1에서 제조한 화합물 Gd-FC705의 HPLC 분석 결과이다.

실험예

실험예 1: Gd-FC705의 세포 생존율 측정

실시예 1에서 제조한 Gd-FC705의 세포 생존율을 PSMA(+) 세포와 PSMA(-) 세포에서 측정하였다. PSMA(+) 및 PSMA(-) 세포들을 10% FBS 및 1% 항생제가 보충된 RPMI1640에서 유지시켰다. 배지는 2일마다 교체하였고, 각 세포들을 96웰 플레이트에 나누어 넣었다 (1x10⁴ 세포/웰/100 μL). Gd-FC705를 농도별 (0 ~ 200 μM)로 각 웰에 첨가하였다. 5% CO₂ 대기 하에서 37℃에서 24시간 동안 배양한 후 세포 생존 능력을 확인하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2의 결과에 따르면 PSMA(+) 및 PSMA(-) 세포에서 Gd-FC705는 0 ~ 200 μM 범위에서 세포 독성이 없는 것으로 확인되었다.

실험예 2: Gd-FC705 의 자기 이완율 (relaxivity) 측정

실시예 1에서 제조한 화합물 Gd-FC705의 자기 이완율을 측정하였다. 이완 시간은 3T(128 MHz) MRI 장비에서 측정하였다. T1 이완 시간을 측정하기 위하여 반전 회복(inversion-recovery) 펄스 열을 사용하였으며, T2 이완 시간은 CPMG(Carr-Purcell-Meiboon-Gill) 펄스 열을 사용하였다. 이완율(R1, R2)은 mM 당 이완 시간의 역으로서 계산되었다. 대조군으로서 Gd-DOTA (Dotarem^®)을 사용하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

표 1에서 보는 것과 같이 Gd-FC705는 Gd-DOTA에 비해 더 높은 자기 이완율을 가지므로, 효과적으로 신호를 나타낼 수 있는 MRI 조영제라고 할 수 있다.

실험예 3: Gd-FC705 의 PSMA 표적 능력 확인

실시예 1에서 제조한 Gd-FC705의 PSMA 표적 능력을 확인하기 위하여 전립선암이 발현된 세포 (PSMA(+) 세포)와 전립선암이 발현되지 않은 세포 (PSMA(-) 세포)에서 세포 집적률(cell uptake)를 측정하였다. PSMA(+) 및 PSMA(-) 세포 (1x10⁴)에 Gd-FC705 (0.2 mM)을 무혈청 배지에서 1, 2. 24시간 동안 배양하였다. 각 시간에, 튜브를 원심 분리하여 배지를 제거하고, 차가운 PBS로 3회 세척 후 가돌리늄 농도를 ICP-MS로 확인하였다.

도 3은 PSMA(+) 세포와 PSMA(-) 세포에서 Gd-FC705의 PSMA 표적 능력을 비교한 그래프이다. 도 3의 결과에 따르면, Gd-FC705는 PSMA(-) 세포에 비해 PSMA(+) 세포에 결합한 양이 많았으며, 이로부터 Gd-FC705가 PSMA(+) 세포에 표적 능력이 좋다는 것이 확인되었다.

실험예 4: Gd-FC705 를 이용한 MRI 영상 획득

전립선암 모델 마우스에게 실시예 1에서 제조한 Gd-FC705를 투여하여 MR 영상을 획득하였다. MR 영상은, 3T 자기공명 영상장비(Magnetom Trio Tim, Siemens, Erlangen, Germany)에서 T1 강조 영상법으로 촬영하였다. 마취된 마우스의 꼬리 정맥을 통해 0.1 mmol/kg의 Gd-FC705를 주입하였다. 주입 전, 후의 MR 영상을 촬영하고, 그의 결과를 도 4a 내지 4c에 나타내었다.

Gd-FC705를 주사한 후 획득한 MRI 영상은 PSMA(+) 종양 부위에서 신호가 증가(색이 밝아짐)되었고, 주사 후 약 1 시간에 가장 높은 신호가 나타났으며(도 4a), PSMA(-) 세포에 비해 PSMA(+) 세포에서 약 2배 이상 신호가 높게 나타났다(도 4b). 도 4c는 PSMA(+) 세포에서 Gd-FC705가 Gd-DOTA 보다 더 신호가 높고 신호의 지속력도 크다는 것을 보여준다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염:
화학식 1

식 중에서,
R은 수소, C_1-5 알킬 또는 할로겐 원자이고,
L은 (CH₂)_n이고, n은 정수 0, 1 또는 2이다.
제1항에 있어서, R이 F, Cl, Br 및 I로 구성된 군에서 선택되는 할로겐 원자인 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염.
제2항에 있어서, R이 I인 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염.
제3항에 있어서, n이 1인 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염.
제4항에 있어서, 화학식 1로 표시되는 화합물이 하기 화학식 2의 구조를 갖는 것 또는 그 입체 이성질체인 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염:
화학식 2
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 진단용 약학적 조성물.
제6항에 따른 전립선암 진단용 약학적 조성물을 포함하는 MRI 조영제.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암 치료용 약학적 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물, 또는 이의 수화물 또는 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 전립선암의 진단 및 치료용 약학적 조성물.