WO2018062588A1 - 커큐민 유도체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 광음향 영상화제 - Google Patents

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amyloid
beta
curcumin derivative
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민정준
양승대
허민구
정승진
홍영진
박승환
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    • G01N2800/2821—Alzheimer

Definitions

  • the present invention relates to a curcumin derivative, a method for preparing the same, and a photoacoustic imaging agent for detecting beta-amyloid plaque including the same.
  • Alzheimer's disease is the most common form of dementia and is a progressive neurodegenerative disorder represented by memory loss, recognition and behavioral stability.
  • the cause of the disease is not yet known, but after analyzing the brain tissues of patients, amyloid plaques composed of beta-amyloid peptide (A ⁇ ) between neurons and hyperphosphorylated tau protein filaments in neurons Accumulation of neurofibrillary tangles has been reported [Ginsberg SD et al., Kluwer Academic / Plenum: New York, 1999: pp 603-654; Lee VM et al., Neuron 1999; 24: 507-510; Selkoe DJ.
  • a ⁇ beta-amyloid peptide
  • a ⁇ peptides are derived from the larger amyloid precursor protein (APP).
  • APP amyloid precursor protein
  • a ⁇ peptides are cleaved from APP by sequential proteolysis of ⁇ - and ⁇ -secretase.
  • ⁇ peptide is released as a soluble protein and can be detected at low levels in cerebrospinal fluid (CSF) in normal aged brain.
  • CSF cerebrospinal fluid
  • Amyloid deposits are also known to play a role in amyloidosis, where the amyloid protein is abnormally deposited in different organs and / or tissues causing disease. See, eg, Chiti et al., Annu Rev Biochem. 2006; 75: 333-66.
  • Congo red CR
  • CR CR
  • Congo Red has the disadvantage that it cannot be used in living people because it is so soluble that it cannot penetrate the brain blood barrier (BBB) and cannot enter the brain even if administered to living people. have.
  • BBB brain blood barrier
  • one of the first compounds to be developed was the derivative of Chrysamine-G, which was too low to cross the cerebrovascular barrier and could not be used in practice [Klunk WE, et.
  • the conventionally developed beta amyloid detection fluorescent ligand has a complicated manufacturing process and a high molecular weight, and shows no significant change in fluorescence properties after binding to beta amyloid aggregates.
  • it selectively binds only to beta amyloid, but also to phosphorylated tau protein fibers, which does not have high detection selectivity, as well as low absorption in animal experiments, and easy removal of ligand from the brain.
  • Curcumin is the main component of Curry, an Indian staple food, and it is known that the incidence of Alzheimer's disease among adults aged 70-79 is 4.4 times lower than that of Americans [Ref. Arch. Neurol. 2000; 57: 824-830. This suggests the possibility of curcumin for preventing and treating Alzheimer's disease. Indeed, according to recent literature, when curcumin is injected into transgenic mice that have accumulated amyloid, curcumin crosses the blood-brain barrier and binds to plaques, and when curcumin is fed to transgenic mice, the amyloid levels and plaque levels are reduced. [References: J. Biol. Chem. 2005; 18: 5892-5901. Safety has also been reported due to low toxicity of curcumin [Ref. J.
  • Optoacoustic imaging based on optoacoustic effects has attracted much attention as a biomedical imaging modality that provides biological information by visualizing intrinsic biological molecules such as melanin and hemoglobin.
  • the high potential of optoacoustic imaging as biomedical imaging is based on the photoacoustic response of nanomaterials in terms of diagnosis and treatment, encompassing real-time and targeted imaging with high sensitivity, multimode imaging and image-guided therapies. It is further accelerated by the development of exogenous contrast agents.
  • the development of suitable nanoprobes that exhibit optoacoustic effects is an important technical issue in nanotechnology to enhance the efficiency of optoacoustic imaging and to optimize various biomedical applications.
  • the development and artificial manipulation of nanoprobes that exhibit optoacoustic effects may provide another important insight into the basic understanding of photoacoustic imaging based on nanomaterials.
  • the optoacoustic effect is due to the generation of sound waves through absorption of short-pulsed radiation, which locally heats the target, resulting in thermal expansion.
  • the surface environment of nanomaterials is effective for photoacoustic effects. Provide another variable to determine. Since the optoacoustic effect with thermal expansion is produced from the locally heated ambient medium through thermal conversion from nanomaterial to ambient medium, the surface environment associated with thermal transfer and divergence dynamics creates a photoacoustic effect based on nanomaterials. It is a sensitive factor.
  • the present inventors have excellent binding ability to beta-amyloid, and can be detected through an optical-imaging method or an optoacoustic-imaging method, and in particular, can detect a high photoacoustic signal in response to light irradiation in a specific wavelength range.
  • the curcumin derivative represented by Formula 1 according to the present invention was confirmed that be useful as a composition for detecting beta-amyloid and diagnosing diseases due to beta-amyloid overproduction, and completed the present invention. .
  • curcumin derivatives or pharmaceutically acceptable salts thereof It is an object of the present invention to provide curcumin derivatives or pharmaceutically acceptable salts thereof.
  • Still another object of the present invention is to provide a method for preparing the curcumin derivative.
  • Another object of the present invention is to provide a composition for detecting beta-amyloid plaque comprising the curcumin derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • Still another object of the present invention is to provide a composition for diagnosing a disease due to beta-amyloid plaque overproduction, which comprises the curcumin derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • Another object of the present invention is to provide a method for detecting optical imaging of beta-amyloid plaques using the curcumin derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • the present invention provides a curcumin derivative represented by Formula 1 below or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • R is hydrogen, hydroxy, -B (OH) 2 , C 1-10 straight or branched chain alkyl, C 1-10 straight or branched chain alkoxy.
  • R is as defined above.
  • the present invention provides a composition for detecting beta-amyloid plaque comprising the curcumin derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • the present invention is dementia, Alzheimer's disease, Down's syndrome, amyloid angiopathy, cerebral amyloid angiopathy, systemic amyloidosis, heat type amyloidosis, inclusion body myositis, Mediterranean including the curcumin derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof Fever, Merkle-Wells syndrome, idiopathic myeloma, amyloid polyneuropathy, amyloid cardiomyopathy, systemic senile amyloidosis, amyloidogenic hereditary cerebral hemorrhage, scrapie, Creutzfeldt-Jakob disease, kuru disease, Gerstmann-Strausler-Schainker syndrome It provides a composition for diagnosing a disease caused by beta-amyloid plaque overproduction selected from the group consisting of medullary thyroid carcinoma, myofascial disease, and Langerhans Island Type II diabetes.
  • the present invention comprises the steps of mixing a curcumin derivative represented by the formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof to a sample containing beta-amyloid plaques (step 1); And measuring the fluorescence signal for the beta-amyloid plaque (step 2).
  • the present invention comprises the steps of mixing a curcumin derivative represented by the formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof to a sample containing beta-amyloid plaques (step 1); And measuring photoacoustic signals for the beta-amyloid plaques (step 2).
  • Curcumin derivative represented by the formula (1) according to the present invention is excellent in the selective binding to beta-amyloid, it is possible to detect beta-amyloid through optical-imaging method or photoacoustic-imaging method, in particular light irradiation In response to the photoacoustic signal can be detected with high efficiency with little noise, it can be useful as a composition for detecting beta-amyloid and diagnosing diseases due to beta-amyloid overproduction.
  • FIG. 1A is an absorption spectrum of the compounds (1a, 1b) of Examples 1 and 2.
  • FIG. 1A is an absorption spectrum of the compounds (1a, 1b) of Examples 1 and 2.
  • FIG. 1B is a graph measuring the change in the photoacoustic signal according to the change in absorption wavelength of the compounds (1a, 1b) of Examples 1 and 2.
  • FIG. 1B is a graph measuring the change in the photoacoustic signal according to the change in absorption wavelength of the compounds (1a, 1b) of Examples 1 and 2.
  • FIG. 1C is an optoacoustic image image of compounds 1 and 2 of Examples 1 and 2 obtained at absorption wavelengths of 680, 700, and 720 nm, respectively.
  • Figure 2a is a graph measuring the change of the photoacoustic signal before and after the beta-amyloid aggregate binding of the compounds of Examples 1 and 2 (1a, 1b).
  • FIG. 2B is an optoacoustic image image before and after binding of beta-amyloid aggregates of Compounds 1 and 2 (1a, 1b).
  • FIG. 3 is a beta-amyloid detection photoacoustic imaging image obtained after administration of compound (1a) of Example 1 to wild-type mice and 5XFAD mice.
  • FIG. 3 is a beta-amyloid detection photoacoustic imaging image obtained after administration of compound (1a) of Example 1 to wild-type mice and 5XFAD mice.
  • 4A is a beta-amyloid detection optical image obtained after administration of compound (1a) of Example 1 to 5XFAD mice.
  • 4B is a beta-amyloid detection optical image obtained after administering compound (1a) of Example 1 to a normal mouse (WT mouse).
  • 5A is a beta-amyloid detection optical image obtained by extracting the brain after administering Compound (1a) of Example 1 to 5XFAD mice.
  • 5B is a beta-amyloid detection optical image obtained by extracting the brain after administering Compound (1a) of Example 1 to a normal mouse (WT mouse).
  • the present invention provides a curcumin derivative represented by Formula 1 below or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • R is hydrogen, hydroxy, -B (OH) 2 , C 1-10 straight or branched chain alkyl, C 1-10 straight or branched chain alkoxy.
  • R is hydroxy or -B (OH) 2 .
  • R is 3-hydroxy or 4-hydroxy.
  • Curcumin derivative represented by Formula 1 of the present invention can be used in the form of a pharmaceutically acceptable salt, the acid addition salt formed by the pharmaceutically acceptable free acid is useful as the salt.
  • Acid addition salts include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrobromic acid, hydroiodic acid, nitrous acid, phosphorous acid, aliphatic mono and dicarboxylates, phenyl-substituted alkanoates, hydroxy alkanoates and alkanediodes.
  • Non-toxic organic acids such as acids, aromatic acids, aliphatic and aromatic sulfonic acids, and the like, and organic acids such as acetic acid, benzoic acid, citric acid, lactic acid, maleic acid, gluconic acid, methanesulfonic acid, 4-toluenesulfonic acid, tartaric acid, fumaric acid and the like.
  • Such pharmaceutically nontoxic salts include sulfate, pyrosulfate, bisulfate, sulfite, bisulfite, nitrate, phosphate, monohydrogen phosphate, dihydrogen phosphate, metaphosphate, pyrophosphate chloride, bromide, eye Odide, fluoride, acetate, propionate, decanoate, caprylate, acrylate, formate, isobutyrate, caprate, heptanoate, propiolate, oxalate, malonate, succinate, suve Latex, sebacate, fumarate, maleate, butyne-1,4-dioate, hexane-1,6-dioate, benzoate, chlorobenzoate, methylbenzoate, dinitro benzoate, hydroxybenzoate, Methoxybenzoate, phthalate, terephthalate, benzenesulfonate, toluenesulfonate,
  • the acid addition salt according to the present invention may be prepared by a conventional method, for example, the curcumin derivative represented by Chemical Formula 1 is dissolved in an organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, dichloromethane, acetonitrile, and the like.
  • the precipitate produced by adding the inorganic acid may be prepared by filtration and drying, or the solvent and the excess acid may be distilled under reduced pressure and dried to crystallize in an organic solvent.
  • Bases can also be used to make pharmaceutically acceptable metal salts.
  • Alkali metal or alkaline earth metal salts are obtained, for example, by dissolving a compound in an excess of alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide solution, filtering the insoluble compound salt, and evaporating and drying the filtrate. At this time, it is pharmaceutically suitable to prepare sodium, potassium or calcium salt as the metal salt.
  • Corresponding salts are also obtained by reacting alkali or alkaline earth metal salts with a suitable negative salt (eg silver nitrate).
  • the present invention includes not only curcumin derivatives represented by Formula 1 and pharmaceutically acceptable salts thereof, but also solvates, hydrates, and the like that can be prepared therefrom.
  • step 1 Coupling a compound represented by Chemical Formula 2 and a compound represented by Chemical Formula 3 under a first organic solvent to obtain a compound represented by Chemical Formula 4 (step 1); And coupling the compound represented by Chemical Formula 4 obtained in Step 1 with the compound represented by Chemical Formula 5 under a second organic solvent to obtain a compound represented by Chemical Formula 1 (step 2). It provides a method for producing the curcumin derivative represented.
  • R is as defined in the formula (1).
  • step 1 is a step of obtaining a compound represented by Chemical Formula 4 by reacting the compound represented by Chemical Formula 2 and the compound represented by Chemical Formula 3 with an base in an organic solvent.
  • the organic solvent used in step 1 is ethyl acetate, tetrahydrofuran, dioxane, dichloromethane, 1,2-dimethoxyethane, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), Acetonitrile and the like may be used alone or in combination, and ethyl acetate is preferably used, but is not limited thereto.
  • n-butylamine, piperidine, potassium hydride, sodium hydride, lithium hydride, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide and the like can be used as the base used in step 1. It is preferable to use n-butylamine, but is not limited thereto.
  • reaction temperature of step 1 may be performed at 0-50 ° C., preferably 20-30 ° C., but is not limited thereto.
  • reaction time of step 1 may be performed for 1-24 hours, preferably for 6-10 hours, but is not limited until all the starting materials disappear.
  • step 2 is a step of obtaining a curcumin derivative represented by Formula 1 by reacting a compound represented by Formula 4 with a compound represented by Formula 5 in an organic solvent with a base.
  • the organic solvent used in step 2 is ethyl acetate, tetrahydrofuran, dioxane, dichloromethane, 1,2-dimethoxyethane, dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), Acetonitrile and the like can be used alone or in combination, and ethyl acetate is preferably used in combination, but is not limited thereto.
  • n-butylamine, piperidine, potassium hydride, sodium hydride, lithium hydride, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide and the like can be used as the base used in step 2, n-butylamine, piperidine, potassium hydride, sodium hydride, lithium hydride, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, cesium hydroxide, rubidium hydroxide, calcium hydroxide and the like can be used. It is preferable to use piperidine, but is not limited thereto.
  • reaction temperature of step 2 may be carried out at 30-120 °C, preferably at 60-100 °C, but is not limited thereto.
  • reaction time of step 2 may be performed for 1-24 hours, preferably for 6-10 hours, but is not limited until all the starting materials disappear.
  • the present invention provides a composition for detecting beta-amyloid plaques including curcumin derivative represented by Chemical Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • the present invention provides a composition for diagnosing a disease due to beta-amyloid plaque overproduction, including a curcumin derivative represented by Formula 1 or a pharmaceutically acceptable salt thereof.
  • the "detection composition” and “diagnosis composition” according to the present invention are optical-imaging methods such as single photon emnission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET) or It can be used for the photoacoustic imaging method, and preferably for the photoacoustic-imaging method with high detection efficiency.
  • SPECT single photon emnission computed tomography
  • PET positron emission tomography
  • photoacoustic refers to a phenomenon in which a substance absorbs light and a local temperature rises and it propagates in the substance as a pressure. The absorption of minute light is measured with high sensitivity. In addition, since it can measure the sample which is difficult to measure by a general optical method, it is used for precision spectroscopy.
  • photoacoustic imaging method used in the present invention refers to a photoacoustic effect, using a curcumin derivative represented by the formula (1) according to the present invention, which can detect and diagnose the photoacoustic signal for imaging or diagnosis.
  • the optoacoustic imaging irradiates a non-ionizing laser pulse, and the energy delivered by the laser is absorbed by the tissue or contrast agent and converted to heat to cause transient thermoelastic expansion. And further induces ultrasonic emission in wideband (eg MHz). At this time, the generated ultrasonic waves are detected by the ultrasonic transducer to form an image.
  • the ultrasonic emission emitted i.e., the intensity of the optoacoustic signal
  • the ultrasonic emission emitted is proportional to local energy deposition. Since the photoacoustic imaging is a phenomenon generated by absorbing irradiated light, optical absorption is an important factor for the photoacoustic imaging. Optical absorption in biological tissues is either by intrinsic molecules such as hemoglobin or melanin or by contrast agents introduced from the outside.
  • Beta-amyloid plaque refers to an aggregate state in which various insoluble fibrous proteins are deposited in a patient's tissue. Beta-amyloid plaques include amyloid deposits formed by aggregation of amyloid proteins and / or additional combinations of amyloid proteins.
  • beta-amyloid plaque detection or “diagnosis of disease caused by beta-amyloid plaque overproduction” is defined as "binding" between the curcumin derivative represented by the formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof and amyloid plaque.
  • bonding refers to chemical interactions such as covalent bonds, ionic bonds, hydrophilic-hydrophilic interactions, hydrophobic-hydrophobic interactions and complex bonds.
  • disease caused by beta-amyloid plaque overproduction includes dementia, Alzheimer's disease, Down syndrome, amyloid angiopathy, cerebral amyloid angiopathy, systemic amyloidosis, Dutch type amyloidosis, inclusion body myositis, Mediterranean fever, Merkle- Wells syndrome, idiopathic myeloma, amyloid polyneuropathy, amyloid cardiomyopathy, systemic senile amyloidosis, amyloid hereditary cerebral hemorrhage, scrapie, Creutzfeldt-Jakob disease, kuru disease, Gerstmann-Strausler-Shaker syndrome, thyroid medulla carcinoma , Muscle weakness, Langerhans Island type II diabetes, and the like.
  • the diagnostic composition according to the present invention can be administered orally or parenterally during clinical administration and can be used in the form of a general pharmaceutical formulation.
  • the composition may further include a pharmaceutically acceptable carrier or additive, and when formulated, a diluent or excipient such as fillers, fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrating agents, surfactants, etc., which are generally used, may be used.
  • a diluent or excipient such as fillers, fillers, extenders, binders, wetting agents, disintegrating agents, surfactants, etc., which are generally used, may be used.
  • the curcumin derivative represented by Formula 1 according to the present invention has excellent binding power to beta-amyloid, and thus can detect beta-amyloid through optical-imaging method or photoacoustic-imaging method, in particular, Since the photoacoustic signal can be detected at high efficiency with little noise in response to light irradiation, it can be useful as a composition for detecting beta-amyloid and diagnosing a disease due to beta-amyloid overproduction.
  • the curcumin derivative represented by Formula 1 according to the present invention has two chemical structural features.
  • the first characteristic is that two aromatic rings in the sock end are conjugated, and the second characteristic is among the two aromatic rings.
  • the nitrogen substituent is substituted in one aromatic ring and the hydroxy substituent is substituted in the other aromatic ring.
  • the present inventors anticipate that the two chemical structural features significantly enhance the selective binding to beta-amyloid.
  • the present invention comprises the steps of mixing a curcumin derivative represented by the formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof to a sample containing beta-amyloid plaques (step 1); And measuring the fluorescence signal for the beta-amyloid plaque (step 2).
  • the present invention comprises the steps of mixing a curcumin derivative represented by the formula (1) or a pharmaceutically acceptable salt thereof to a sample containing beta-amyloid plaques (step 1); And measuring photoacoustic signals for the beta-amyloid plaques (step 2).
  • curcumin derivative represented by Formula 1 according to the present invention or a pharmaceutically acceptable salt thereof shows high binding affinity for beta-amyloid plaques to form specific binding.
  • the step of administering the composition to a subject can be accomplished by introducing into the tissue or subject a detectable amount of a composition comprising a curcumin derivative according to the invention or a pharmaceutically acceptable salt thereof. Introduction into the tissue or subject is administered to the tissue or subject in a manner known to those skilled in the art.
  • tissue refers to a part of the subject's body. Examples of tissues include the brain, heart, liver, blood vessels and arteries.
  • Detectable amount is the amount of composition required to be detected by the selected detection method. The amount of the composition introduced into the patient to be detected can be readily determined by one skilled in the art. For example, the amount of the composition may be increased and administered to the subject until the active ingredient in the composition is detected by the selected detection method.
  • subject means a human or other animal. Those skilled in the art can readily determine the required time for the curcumin derivative according to the present invention to bind amyloid aggregates by introducing the composition in a detectable amount into the subject and then detecting the label at various time points after administration.
  • Administration in a subject of a composition of the invention may be by systemic or local route of administration.
  • the composition can be administered orally, rectally, parenterally (intravenously, intramuscularly or subcutaneously), in tank, vaginal, intraperitoneal, in bladder, topical (powder, ointment or drip) or in intravaginal or intranasal sprays.
  • the composition can be administered to a subject to be able to move through the body.
  • the compositions can be administered to specific organs or tissues of interest.
  • a composition comprising a curcumin derivative or a pharmaceutically acceptable salt thereof is introduced into the subject in a detectable amount, and after a sufficient time for the compound to bind the amyloid aggregate, Labels can be detected non-invasively in the subject.
  • the fluorescent label can be detected after sufficient time has elapsed for the tissue sample to be separated from the subject to introduce the composition into the tissue sample and for the curcumin derivatives and the like in the composition to associate with the amyloid aggregates.
  • the detecting of the fluorescent label may be performed by an optical-imaging method such as single photon emission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET) or photoacoustic, which is a live nuclear medical analysis method. It can be achieved using a photoacoustic imaging method, and in particular, an optoacoustic-imaging method having a very high detection efficiency.
  • an optical-imaging method such as single photon emission computed tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET) or photoacoustic, which is a live nuclear medical analysis method. It can be achieved using a photoacoustic imaging method, and in particular, an optoacoustic-imaging method having a very high detection efficiency.
  • Imaging beta-amyloid plaques in the brain has several potential advantages. Imaging techniques can improve diagnostic methods by identifying potential patients with excess beta-amyloid plaques in their brains and, therefore, more likely to develop Alzheimer's disease. The technique will also be useful for monitoring the progress of Alzheimer's disease. Once anti-beta amyloid drug treatment is enabled, imaging of beta-amyloid plaques in the brain can provide an important means to monitor the treatment.
  • beta-amyloid plaques It is difficult to image beta-amyloid plaques directly in vivo because the plaques have many of the same physical properties as normal tissues, such as density and moisture content. For this reason, attempts to image beta-amyloid plaques using magnetic resonance imaging (MRI) and computed tomography (CAT) have shown disappointing results, and the beta-amyloid plaques can be antibody, serum amyloid P protein or other probes. Efforts to label with molecules provided some selectivity to the periphery of the tissue, but only poor images of the inside of the tissue.
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CAT computed tomography
  • the curcumin derivatives represented by Formula 1 of the present invention can be imaged using fluorescence alone or photoacoustic properties without using radioisotopes, and also have a large difference in fluorescence properties before and after beta-amyloid plaque binding. By using this, beta-amyloid plaques can be detected with high sensitivity.
  • a ⁇ peptide was dissolved in A ⁇ 42 (rPeptide (Bogart, GA, 30622)) at a final concentration of 100 ⁇ M in a pH 7.4 PBS buffer solution, and then stirred using a magnetic bar at 1200 rpm for 3 days at room temperature. Formation of A ⁇ fibrils was confirmed by ThT (Thioflavin T) assay.
  • the maximum excitation wavelength of two curcumin derivative compounds of Examples 1 and 2 according to the present invention was measured by SpectraMax M2 (Molecular Devices). 100 ⁇ M of curcumin derivatives 1a and 1b compounds were used at a final concentration using PBS buffer solution. As a result, both curcumin derivatives showed absorption wavelengths at 450-750 nm (FIG. 1A).
  • FIG. 1B illustrates the change of the photoacoustic signal due to the change of the absorption wavelength
  • FIG. 1C illustrates the change of the photoacoustic image due to the change of the wavelength of 680, 700, and 720 nm.
  • Example 1 Curcumin Alzheimer's Disease Model Mice Using Derivative (1a, 1b) Compounds Invivo Optoacoustic Imaging (in vivo imaging experiment
  • Photoacoustic imaging was performed 30 minutes after injecting Compound 1a (400 ⁇ g / kg) of Example 1 into the tail vein of a 13-month-old dementia-inducing mouse (5XFAD mouse) and a wild-type control mouse. It was.
  • the signal of the compound 1a of Example 1 was not detected in the brain of the mouse after intravenous injection into a normal mouse, but beta amyloid present in the brain of the mouse after intravenous injection to dementia-inducing mice It was possible to confirm the signal of the plaque (Fig. 3). This result shows that the compound (1a) of Example 1 binds to the beta-amyloid aggregate and shows a high photoacoustic signal.
  • Curcumin derivatives developed by the present invention can be utilized as an optical diagnostic agent, as well as photoacoustic diagnostic agent.
  • optical imaging was performed for 10-180 minutes.
  • . 4a shows experimental results of dementia-inducing mice
  • FIG. 4b shows experimental results of ordinary mice.
  • the signal of the compound (1a) of Example 1 disappeared rapidly in the brain of the mouse, and after the intravenous injection to the dementia-induced mice in the brain of the mouse It was possible to confirm the beta-amyloid aggregates present. This is a result of confirming that the compound (1a) of Example 1 binds to the beta-amyloid aggregate and shows a high optical signal.
  • FIG. 5A shows experimental results of dementia-induced mice
  • FIG. 5B shows experimental results of normal mice.
  • a strong optical signal by the compound (1a) of Example 1 was confirmed in the brain of the mouse, and when the central region of the brain was cut and confirmed, the strong signal of the curcumin derivative 1a of Example 1 in the cerebral cortex. It was confirmed. This is a result of confirming that the compound (1a) of Example 1 binds to the beta-amyloid aggregate and shows a high optical signal.

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Abstract

본 발명은 커큐민 유도체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 광음향 영상화제에 관한 것으로, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체는 베타-아밀로이드에 선택적인 결합력이 우수하여, 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화 방법을 통해서 베타-아밀로이드를 검출할 수 있으며, 특히 특정 파장대의 광조사에 반응하여 노이즈가 거의 없이 광음향 신호를 높은 효율로 검출할 수 있으므로, 베타-아밀로이드 검출 및 베타-아밀로이드 과생성으로 인한 질환 진단을 위한 조성물로 유용할 수 있다.

Description

커큐민 유도체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 광음향 영상화제
본 발명은 커큐민 유도체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 광음향 영상화제에 관한 것이다.
현대 의학의 발전으로 전 세계 노인인구가 증가하고 있으며, 이에 따라 노인성 질병인 치매환자의 수도 급격히 증가하고 있다. 알츠하이머병은 치매의 가장 흔한 형태로서, 기억 상실, 인식 및 거동 안정성에 의해 표시되는 진행성 신경변성 장애이다. 그 발병 원인은 아직 명확히 알려지지는 않았으나, 환자들의 사후 뇌조직을 분석한 결과, 신경세포 사이에 베타-아밀로이드 펩티드(Aβ)로 구성된 아밀로이드 플라크(amyloid plaques)와 신경세포 내의 과인산화된 타우 단백질 필라멘트에 의하여 형성된 신경섬유덩어리(neurofibrillary tangles)의 축적이 보고되었다[참고문헌: Ginsberg SD et al., Kluwer Academic/Plenum: New York, 1999: pp 603-654; Lee VM et al., Neuron 1999;24:507-510; Selkoe DJ. JAMA 2000;283:1615-1617]. Aβ 펩티드를 포함하는 39 내지 43개의 아미노산은 더 큰 아밀로이드 전구체 단백질(APP)에서 유래된다. 아밀로이드 생성 경로에서, Aβ 펩티드는 β- 및 γ-세크레타제의 순차적 단백질분해에 의해 APP로부터 절단된다. Aβ 펩티드는 가용성 단백질로서 유리되고, 정상의 노화된 뇌에서는 뇌척수액(CSF) 중 낮은 수준으로 검출될 수 있다. 알츠하이머의 진행 동안, Aβ 펩티드가 응집하여, 뇌 또는 혈관에서 아밀로이드 침착물을 형성하는 것이 알려졌다[참고문헌: Blennow et al., Lancet. 2006 Jul 29;368(9533):387-403]. 또한 아밀로이드 침착물은 아밀로이드 단백질이 상이한 기관 및/또는 조직에서 비정상적으로 침착되어 질환을 일으키는 아밀로이드증에서 소정의 역할을 하는 것으로도 알려져 있다[참고문헌: Chiti et al., Annu Rev Biochem. 2006;75:333-66].
이에 따라 알츠하이머병을 포함하여 아밀로이드 응집물을 정량적 검출하는 것에 의해 진단할 수 있는 질병들의 진단을 위하여, 베타 아밀로이드 응집물에 잘 결합하여 그 존재를 쉽게 나타내는 형광을 가진 화합물들이 많이 연구되어 왔다. 이러한 화합물 중 대표적인 것이 콩고 레드 (Congo red, CR)이며, 알츠하이머병의 확실한 진단은 부검을 하여 뇌를 콩고레드로 염색함으로써 가능하다. 그러나, 콩고 레드는 수용성이 강하여 뇌혈관장벽(brain blood barrier, BBB)을 통과할 수 없어서 살아 있는 사람에게 투여하여도 뇌 속으로 들어갈 수 없기 때문에 살아 있는 사람에게는 이러한 방법을 사용할 수가 없다는 단점을 가지고 있다. 콩고 레드 외에, 가장 먼저 개발된 화합물 중 하나로 크리사민 G(Chrysamine-G)의 유도체들을 들 수 있으나 이 역시 뇌혈관장벽을 통과하는 수준이 너무 낮아 실제로 사용할 수는 없었다[참고문헌: Klunk WE, et al., Neurobiol Aging 1994; 15:691-8. Klunk WE, et al., Neurobiol Aging 1995; 16:541-8.]. 이후 6-다이알킬아미노-2-나프틸에틸리덴 (FDDNP) 유도체와 티오플라빈-T(Thioflavin T, ThT) 계통의 유도체들이 개발되었으며[참고문헌: Agdeppa ED, et al., J Neuroscience 2001;21:1-5; Mathis CA, et al., Bioorg Med Chem Lett 2002; 12:295-298.] 또한, 각종 벤조티아졸 유도체와 스틸벤 유도체가 베타 아밀로이드를 영상화할 수 있는 방사성 동위 원소 표지 화합물로서 특허 출원된 바 있다[참고문헌: US 2002/0133019 A1, US 2003/0149250 A1].
그러나 종래 개발된 베타 아밀로이드 검출 형광 리간드는 제조 과정이 복잡하고 분자량이 크며, 베타 아밀로이드 응집물과 결합 후 형광 특성의 큰 변화를 보여 주지 못하였다. 또한, 선택적으로 베타 아밀로이드와만 특이적으로 결합하는 것이 아니라 인산화된 타우(tau) 단백질 섬유에도 결합하여 검출 선택성이 높지 않았고, 뿐만 아니라 동물 실험에서 흡수율이 낮으며, 리간드를 뇌에서 제거하는 것이 용이하지 못하다는 단점이 있어 실제 사용에는 어려움이 있었다. 이에 따라 상기 종래 개발된 베타 아밀로이드 검출용 리간드들의 문제점을 극복하고, 아밀로이드 응집물만을 특이적으로 검출하여 영상화하기 유용한 시약의 개발에 대한 요구가 계속되고 있는 실정이다.
커큐민(curcumin)은 인도인의 주식인 커리의 주성분으로, 70-79세 사이의 노인 중 알츠하이머병의 발병률은 인도인이 미국인에 비하여 4.4 배 낮은 것으로 알려져 있다[참고문헌: Arch. Neurol. 2000;57:824-830]. 이는 커큐민의 알츠하이머병 예방 및 치료효과에 대한 가능성을 시사한다. 실제로 최근의 문헌에 의하면 커큐민을 아밀로이드가 축적된 유전자 도입(transgenic) 생쥐에 경동맥 주사하면 커큐민은 혈뇌장벽을 통과하여 플라크에 결합하였으며, 유전자도입 생쥐에 커큐민을 먹였을 때 아밀로이드 수준과 플라크 양을 감소시켰다[참고문헌: J. Biol. Chem. 2005;18:5892-5901]. 또한 커큐민의 낮은 독성으로 인한 안전성도 보고되어 있다[참고문헌: J. Neurosci. 2001;21:8370-8377; Anticancer Res. 2001;21:2895-2900]. 커큐민 또는 이의 유도체 및 울금 추출물을 사용하여 생쥐에서 수동회피검사 또는 Y-미로검사를 수행함으로써 이들의 치매 예방 및 치료 효과를 예측하기 위한 연구가 수행된 바 있다[참고문헌: 특허출원 제 2001-0013726호 및 제 2001-0023065호]. 또한 히드라지노커큐민 등 신규한 커큐민 유도체를 항혈관신생 활성 연구에 사용한 바 있다[참고문헌: 특허출원 제2005-0010058호].
한편, 광음향 효과에 기초한 광음향 영상화는 멜라닌 및 헤모글로빈과 같은 내재적 생물학적 분자를 가시화함으로써 생물학적 정보를 제공하는 생물의학적 영상화 양식(modality)으로서 많은 관심을 받고 있다. 생물의학적 영상화로서 광음향 영상화의 높은 잠재력은 높은 민감성, 다중모드 영상화 및 영상-유도(image-guided) 치료법을 갖는 실시간 및 표적화된 영상화를 아우르는 진단 및 치료의 관점에서 나노물질의 광음향 반응에 기초한 외생 조영제(exogenous contrast agent)의 개발에 의해 보다 가속화되고 있다.
이와 관련하여, 광음향 효과를 나타내는 적합한 나노 탐침의 개발은 광음향 영상화의 효율성을 향상시키고 다양한 생물의학적 적용을 최적화하기 위한 나노기법에 있어서 중요한 기술적 이슈이다. 게다가, 광음향 효과를 나타내는 나노 탐침의 개발 및 인공적 조작은 나노물질에 기반한 광음향 영상화의 기본적인 이해에 대한 다른 중요한 통찰력을 제공할 수 있다. 원칙적으로, 광음향 효과는 표적을 국부적으로 가열하여 결과로서 열팽창을 유발하는 짧은 펄스 방사(short-pulsed radiation)의 흡수를 통한 음파의 생성에 기인한다. 흡광계수와 흡수된 광자를 열로 전환하는 전환효율은 분자수준 흡수체와 같은 나노물질에 기초한 광음향 영상화에 있어서 광음향 신호를 생성하는 주요 인자임에도 불구하고, 나노물질의 표면환경은 광음향 효과의 효율을 결정하는 다른 변수를 제공한다. 열적 팽창을 수반하는 광음향 효과는 나노물질로부터 주위 매질로의 열적 변환을 통해 국부적으로 가열된 주변 매질로부터 생성되므로, 열적 전달 및 발산 다이나믹스와 관련된 표면 환경은 나노물질에 기초한 광음향 효과를 생성하는 민감한 인자이다.
따라서, 새로운 광음향 진단제에 기초한 광음향 반응에 대한 기본적인 이해를 위한 새로운 형태의 광음향 진단제의 개발 및 조작은 광음향 영상화를 일으키는 조영제를 고안하고 최적화하는 것에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다.
이에, 본 발명자들은 베타-아밀로이드에 선택적인 결합력이 우수하고, 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화 방법을 통해서 검출할 수 있으며, 특히 특정 파장대의 광조사에 반응하여 높은 광음향 신호를 검출할 수 있는 화합물을 연구하던 중, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체가 베타-아밀로이드 검출 및 베타-아밀로이드 과생성으로 인한 질환 진단을 위한 조성물로 유용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 커큐민 유도체의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환 진단용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 이용하는 베타-아밀로이드 플라크의 광학 영상화 검출방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 이용하는 베타-아밀로이드 플라크의 광음향 영상화 검출방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2016010878-appb-I000001
상기 화학식 1에서,
R은 수소, 하이드록시, -B(OH)2, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시이다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 염기와 함께 유기용매하에서 커플링 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물을 화학식 5로 표시되는 화합물과 염기와 함께 유기용매하에서 커플링 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 2);를 포함하는 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체의 제조방법을 제공한다.
[반응식 1]
Figure PCTKR2016010878-appb-I000002
상기 반응식 1에서,
R은 상기에서 정의한 바와 같다.
나아가, 본 발명은 상기 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 치매, 알츠하이머병, 다운증후군, 아밀로이드 맥관병증, 대뇌 아밀로이드 맥관병증, 전신성 아밀로이드증, 더위(Dutch)형 아밀로이드증, 봉입체 근염, 지중해 열, 머클-웰스 증후군, 특발성 골수종, 아밀로이드 다발신경병증, 아밀로이드 심근병증, 전신성 노인성 아밀로이드증, 아밀로이드증성 유전성 뇌출혈, 스크라피, 크로이츠 펠트-야콥병, 쿠루병, 게르스트만-스트라우슬러-샤잉커 증후군, 갑상선 수질 암종, 근육쇠약병, 및 랑게르한스섬 Ⅱ형 당뇨병으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환 진단용 조성물을 제공한다.
나아가, 본 발명은 베타-아밀로이드 플라크를 포함하는 시료에 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 혼합하는 단계(단계 1); 및 베타-아밀로이드 플라크에 대한 형광 신호를 측정하는 단계(단계 2);를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크의 광학 영상화 검출방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 베타-아밀로이드 플라크를 포함하는 시료에 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 혼합하는 단계(단계 1); 및 베타-아밀로이드 플라크에 대한 광음향 신호를 측정하는 단계(단계 2);를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크의 광음향 영상화 검출방법을 제공한다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체는 베타-아밀로이드에 선택적인 결합력이 우수하여, 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화 방법을 통해서 베타-아밀로이드를 검출할 수 있으며, 특히 특정 파장대의 광조사에 반응하여 노이즈가 거의 없이 광음향 신호를 높은 효율로 검출할 수 있으므로, 베타-아밀로이드 검출 및 베타-아밀로이드 과생성으로 인한 질환 진단을 위한 조성물로 유용할 수 있다.
도 1a는 실시예 1 및 2의 화합물 (1a, 1b)의 흡수 스펙트럼이다.
도 1b는 실시예 1 및 2의 화합물 (1a, 1b)의 흡수 파장의 변화에 따른 광음향 신호의 변화를 측정한 그래프이다.
도 1c는 실시예 1 및 2의 화합물 (1a, 1b)을 흡수 파장 680, 700, 720 nm에서 각각 얻은 광음향 영상 이미지이다.
도 2a는 실시예 1 및 2의 화합물 (1a, 1b)의 베타-아밀로이드 응집물 결합 전과 결합 후의 광음향 신호의 변화를 측정한 그래프이다.
도 2b는 실시예 1 및 2의 화합물 (1a, 1b)의 베타-아밀로이드 응집물 결합 전과 결합 후의 광음향 영상 이미지이다.
도 3은 실시예 1의 화합물 (1a)을 일반마우스(wild-type mouse) 및 치매유발 마우스(5XFAD mouse)에 투여한 후 얻은 베타-아밀로이드 검출 광음향 영상화 이미지이다.
도 4a는 실시예 1의 화합물 (1a)을 치매유발 마우스(5XFAD mouse)에 투여한 후 얻은 베타-아밀로이드 검출 광학 이미지이다.
도 4b는 실시예 1의 화합물 (1a)을 일반 마우스(WT mouse)에 투여한 후 얻은 베타-아밀로이드 검출 광학 이미지이다.
도 5a는 실시예 1의 화합물 (1a)을 치매유발 마우스(5XFAD mouse)에 투여한 후 뇌를 적출하여 얻은 베타-아밀로이드 검출 광학 이미지이다.
도 5b는 실시예 1의 화합물 (1a)을 일반 마우스(WT mouse)에 투여한 후 뇌를 적출하여 얻은 베타-아밀로이드 검출 광학 이미지이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 제공한다.
Figure PCTKR2016010878-appb-C000001
상기 화학식 1에서,
R은 수소, 하이드록시, -B(OH)2, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시이다.
바람직하게, 상기 R은 하이드록시 또는 -B(OH)2이다.
더욱 바람직하게, 상기 R은 3-하이드록시 또는 4-하이드록시이다.
본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체의 바람직한 예로 들 수 있는 화합물들의 화학구조식을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다.
실시예 화학구조식
1(화합물 1a)
Figure PCTKR2016010878-appb-I000003
2(화합물 1b)
Figure PCTKR2016010878-appb-I000004
3(화합물 1c)
Figure PCTKR2016010878-appb-I000005
4(화합물 1d)
Figure PCTKR2016010878-appb-I000006
본 발명의 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체는 약학적으로 허용가능한 염의 형태로 사용할 수 있으며, 염으로는 약학적으로 허용가능한 유리산(free acid)에 의해 형성된 산 부가염이 유용하다. 산 부가염은 염산, 질산, 인산, 황산, 브롬화수소산, 요오드화수소산, 아질산, 아인산 등과 같은 무기산류, 지방족 모노 및 다이카르복실레이트, 페닐-치환된 알카노에이트, 하이드록시 알카노에이트 및 알칸디오에이트, 방향족 산류, 지방족 및 방향족 설폰산류 등과 같은 무독성 유기산, 아세트산, 안식향산, 구연산, 젖산, 말레인산, 글루콘산, 메탄설폰산, 4-톨루엔설폰산, 주석산, 푸마르산등과 같은 유기산으로부터 얻는다. 이러한 약학적으로 무독한 염의 종류로는 설페이트, 피로설페이트, 바이설페이트, 설파이트, 바이설파이트, 나이트레이트, 포스페이트, 모노하이드로겐 포스페이트, 다이하이드로겐 포스페이트, 메타포스페이트, 피로포스페이트 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 플루오라이드, 아세테이트, 프로피오네이트, 데카노에이트, 카프릴레이트, 아크릴레이트, 포메이트, 이소부티레이트, 카프레이트, 헵타노에이트, 프로피올레이트, 옥살레이트, 말로네이트, 석시네이트, 수베레이트, 세바케이트, 푸마레이트, 말리에이트, 부틴-1,4-디오에이트, 헥산-1,6-다이오에이트, 벤조에이트, 클로로벤조에이트, 메틸벤조에이트, 디니트로 벤조에이트, 하이드록시벤조에이트, 메톡시벤조에이트, 프탈레이트, 테레프탈레이트, 벤젠설포네이트, 톨루엔설포네이트, 클로로벤젠설포네이트, 크실렌설포네이트, 페닐아세테이트, 페닐프로피오네이트, 페닐부티레이트, 시트레이트, 락테이트, β-하이드록시부티레이트, 글리콜레이트, 말레이트, 타트레이트, 메탄설포네이트, 프로판설포네이트, 나프탈렌-1-설포네이트, 나프탈렌-2-설포네이트, 만델레이트 등을 포함한다.
본 발명에 따른 산 부가염은 통상의 방법으로 제조할 수 있으며, 예를 들면 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체를 메탄올, 에탄올, 아세톤, 다이클로로메탄, 아세토나이트릴 등과 같은 유기용매에 녹이고 유기산 또는 무기산을 가하여 생성된 침전물을 여과, 건조시켜 제조하거나, 용매와 과량의 산을 감압 증류한 후 건조시켜 유기용매 하에서 결정화시켜셔 제조할 수 있다.
또한, 염기를 사용하여 약학적으로 허용가능한 금속염을 만들 수 있다. 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염은 예를 들면 화합물을 과량의 알칼리 금속 수산화물 또는 알칼리 토금속 수산화물 용액 중에 용해하고, 비용해 화합물 염을 여과하고, 여액을 증발, 건조시켜 얻는다. 이때, 금속염으로는 나트륨, 칼륨 또는 칼슘염을 제조하는 것이 제약상 적합하다. 또한, 이에 대응하는 염은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염을 적당한 음염(예, 질산은)과 반응시켜 얻는다.
나아가, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 및 이의 약학적으로 허용가능한 염뿐만 아니라, 이로부터 제조될 수 있는 용매화물, 수화물 등을 모두 포함한다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 제1유기용매하에서 커플링 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물을 화학식 5로 표시되는 화합물과 제2유기용매하에서 커플링 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 2);를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체의 제조방법을 제공한다.
[반응식 1]
Figure PCTKR2016010878-appb-I000007
상기 반응식 1에서,
R은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
이하, 본 발명에 따른 커큐민 유도체의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 1은 화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 염기와 함께 유기용매에서 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계이다.
여기서, 상기 단계 1에서 사용하는 유기용매로는 에틸아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 다이옥산, 다이클로로메탄, 1,2-다이메톡시에탄, 다이메틸포름아미드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 아세토나이트릴 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 에틸아세테이트를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.
또한, 상기 단계 1에서 사용하는 염기로는 n-부틸아민, 피페리딘, 수소화칼륨, 수소화나트륨, 수소화리튬, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화세슘, 수산화루비듐, 수산화칼슘 등을 사용할 수 있고, n-부틸아민을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.
나아가, 상기 단계 1의 반응온도는 0-50 ℃에서 수행할 수 있고, 바람직하게는 20-30 ℃에서 수행할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
또한, 상기 단계 1의 반응시간은 1-24시간 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 6-10시간 동안 수행할 수 있으나, 출발물질이 모두 사라질 때 까지라면 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 상기 단계 2는 화학식 4로 표시되는 화합물과 화학식 5으로 표시되는 화합물을 염기와 함께 유기용매에서 반응시켜 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체를 얻는 단계이다.
여기서, 상기 단계 2에서 사용하는 유기용매로는 에틸아세테이트, 테트라하이드로퓨란, 다이옥산, 다이클로로메탄, 1,2-다이메톡시에탄, 다이메틸포름아미드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO), 아세토나이트릴 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있고, 에틸아세테이트를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.
또한, 상기 단계 2에서 사용하는 염기로는 n-부틸아민, 피페리딘, 수소화칼륨, 수소화나트륨, 수소화리튬, 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화세슘, 수산화루비듐, 수산화칼슘 등을 사용할 수 있고, 피페리딘을 사용하는 것이 바람직하나, 이에 제한하지 않는다.
나아가, 상기 단계 2의 반응온도는 30-120 ℃에서 수행할 수 있고, 바람직하게는 60-100 ℃에서 수행할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
또한, 상기 단계 2의 반응시간은 1-24시간 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 6-10시간 동안 수행할 수 있으나, 출발물질이 모두 사라질 때 까지라면 제한하지 않는다.
나아가, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환 진단용 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 "검출용 조성물" 및 "진단용 조성물"은 단일광자방출전산화단층촬영(single photon emnission computed tomography, SPECT)이나 양전자방출단층촬영(position emission tomography, PET)과 같은 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화(photoacoustic imaging) 방법에 이용할 수 있고, 바람직하게는 검출 효율이 높은 광음향(photoacoustic)-영상화 방법에 이용할 수 있다.
본 발명에서 사용하는 용어 "광음향(photoacoustic)"이란, 물질이 빛을 흡수하여 국부적으로 온도가 상승하고 이것이 압력으로서 물질 중을 전파하는 현상을 의미하는 것으로, 미소한 빛의 흡수를 고감도로 측정할 수 있고 또한 일반 광학적 방법으로는 측정하기 어려운 시료의 측정도 가능하기 때문에 정밀 분광법에 이용된다.
본 발명에서 사용하는 용어 "광음향 영상화 방법"은, 광음향 효과를 나타내는 물질로서 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체를 사용하여, 이의 광음향 신호를 측정하여 영상화할 수 있는 검출 또는 진단 방법을 의미하는 것으로, 광음향 효과에 기초하여 개발된 혼성 생물의학적 영상화 양태(hybrid biomedical imaging modality)이다. 상기 광음향 영상화는 비-이온화 레이저 펄스(non-ionizing laser pulse)를 조사하며, 상기 레이저에 의해 전달된 에너지는 조직 또는 조영제에 의해 흡수되고 열로 전환되어 일시적인 열탄성 팽창(transient thermoelastic expansion)을 유발하며 나아가 광대역(wideband; 예컨대, MHz)의 초음파 방출을 유도한다. 이때 생성되는 초음파는 초음파 변환기에 의해 검출되어 영상을 형성한다. 방출되는 초음파 방출 즉, 광음향 신호의 세기는 국부 에너지 축적(local energy deposition)에 비례한다. 상기 광음향 영상화는 조사된 광을 흡수하여 발생되는 현상이므로 광학적 흡수(optical absorption)는 상기 광음향 영상화를 위한 중요한 요소이다. 생물학적 조직에서 광학적 흡수는 헤모글로빈 또는 멜라닌과 같은 내재적 분자에 의해 또는 외부로부터 도입된 조영제(contrast agent)에 의한다.
본 발명에서 사용된 용어 "베타-아밀로이드 플라크(plaque)"는 다양한 불용성 섬유상 단백질이 환자의 조직에 침착된 응집상태를 일컫는 것이다. 베타-아밀로이드 플라크는 아밀로이드 단백질이 응집하여 형성된 응집체 (aggregate) 및/또는 아밀로이드 단백질의 추가적인 조합에 의하여 형성되는 아밀로이드 침착물 (deposit)을 포함한다.
본 발명에서 "베타-아밀로이드 플라크 검출" 또는 "베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환 진단"은 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염과 아밀로이드 플라크 간의 "결합"에 의하여 이루어지며, 여기서 상기 "결합"은 공유 결합, 이온 결합, 친수성-친수성 상호작용, 소수성-소수성 상호작용 및 착화합물 결합 등과 같은 화학적 상호작용을 의미한다.
본 발명에서 "베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환"은 치매, 알츠하이머병, 다운증후군, 아밀로이드 맥관병증, 대뇌 아밀로이드 맥관병증, 전신성 아밀로이드증, 더치(Dutch)형 아밀로이드증, 봉입체 근염, 지중해 열, 머클-웰스 증후군, 특발성 골수종, 아밀로이드 다발신경병증, 아밀로이드 심근병증, 전신성 노인성 아밀로이드증, 아밀로이드증성 유전성 뇌출혈, 스크라피, 크로이츠 펠트-야콥병, 쿠루병, 게르스트만-스트라우슬러-샤잉커 증후군, 갑상선 수질 암종, 근육쇠약병, 랑게르한스섬 Ⅱ형 당뇨병 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 진단용 조성물은 임상 투여 시에 경구 또는 비경구로 투여가 가능하며 일반적인 의약품 제제의 형태로 사용될 수 있다. 상기 조성물은 약학적으로 허용되는 담체 또는 첨가제를 추가로 포함할 수 있으며, 제제화할 경우, 일반적으로 사용하는 충진제, 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제 등을 사용하여 조제될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체는 베타-아밀로이드에 선택적인 결합력이 우수하여, 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화 방법을 통해서 베타-아밀로이드를 검출할 수 있으며, 특히 특정 파장대의 광조사에 반응하여 노이즈가 거의 없이 광음향 신호를 높은 효율로 검출할 수 있으므로, 베타-아밀로이드 검출 및 베타-아밀로이드 과생성으로 인한 질환 진단을 위한 조성물로 유용할 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체는 2가지 화학구조적 특징을 갖는데 이를 살펴보면, 첫 번째 특징은 양말단에 있는 2개의 방향족 고리가 컨쥬게이션 되어있고, 두 번째 특징은 상기 2개의 방향족 고리 중에서 1개의 방향족 고리에는 질소 치환기가 치환되어 있고, 다른 1개의 방향족 고리에는 하이드록시 치환기가 치환되어 있다는 것이다. 본 발명자들은 상기 2가지 화학구조적 특징을 갖지 않는 화합물의 경우, 베타-아밀로이드에 대한 선택적 결합력이 현저히 낮아지는 것을 발견하였다.
구체적으로, 본 발명에 따른 화합물들과 상기 2가지 화학구조적 특징을 갖지 않는 비교 화합물들을 이용하여 광학-영상 및 광음향-영상을 촬영해 본 결과, 본 발명에 따른 화합물의 투여 농도가 비교 화합물에 비하여 현저히 낮음에도 불구하고 영상의 결과는 더욱 선명한 것을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명자들은 상기 2가지 화학구조적 특징이 베타-아밀로이드에 대한 선택적 결합력을 현저히 향상시키는 것으로 예상하고 있다.
본 발명의 다른 양상으로 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염을 이용하는 베타-아밀로이드 검출방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 베타-아밀로이드 플라크를 포함하는 시료에 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 혼합하는 단계(단계 1); 및 베타-아밀로이드 플라크에 대한 형광 신호를 측정하는 단계(단계 2);를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크의 광학 영상화 검출방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 베타-아밀로이드 플라크를 포함하는 시료에 상기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 혼합하는 단계(단계 1); 및 베타-아밀로이드 플라크에 대한 광음향 신호를 측정하는 단계(단계 2);를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크의 광음향 영상화 검출방법을 제공한다.
여기서, 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염은 베타-아밀로이드 플라크에 대하여 높은 결합 친화성을 나타내어 특이적 결합을 형성한다.
상기 조성물을 대상체에 투여하는 단계는 본 발명에 따른 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용되는 염을 포함하는 조성물의 검출가능한 양을 조직 또는 대상체 내에 도입됨으로써 이루어질 수 있다. 상기 조직 또는 대상체 내로의 도입은 당업자에게 공지된 방법으로 조직 또는 대상체에 투여된다.
용어 "조직"은 대상체 신체의 일부를 의미한다. 조직의 예로는 뇌, 심장, 간, 혈관 및 동맥을 들 수 있다. "검출 가능한 양"은 선택된 검출 방법에 의해 검출되는데 필요한 조성물의 양이다. 검출되기 위해 환자 내로 도입되는 조성물의 양은 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 예를 들어, 조성물 중의 유효 성분이 선택된 검출 방법에 의해 검출될 때까지 조성물의 양을 증가시키며 대상체에 투여할 수 있다. 용어 "대상체"는 인간 또는 기타 동물을 의미한다. 당업자는 본 발명에 따른 커큐민 유도체가 아밀로이드 응집물과 결합하기 위한 필요한 시간은 상기 조성물을 검출가능한 양으로 대상체에 도입한 뒤, 투여 후 다양한 시점에 표지물을 검출함으로써 쉽게 결정할 수 있다.
본 발명의 조성물의 대상체 내의 투여는 전신 또는 국소 투여 경로에 의해 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 조성물은 경구적, 직장내, 비경구적 (정맥내, 근육내 또는 피하), 수조내, 질내, 복막내, 방광내, 국소 (분말, 연고 또는 점적) 또는 볼내 또는 비내 스프레이로 투여될 수 있다. 조성물은 신체를 통해 이동할 수 있도록 대상체에 투여될 수 있다. 또한, 조성물은 관심있는 특정 장기 또는 조직에 투여될 수 있다.
본 발명의 베타 아밀로이드 응집물의 검출 방법에서, 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용되는 염을 포함하는 조성물을 검출 가능한 양으로 대상체 내에 도입하고, 화합물이 아밀로이드 응집물과 결합되기에 충분한 시간이 흐른 후, 형광 표지물을 대상체 내에서 비침습적으로 검출할 수 있다. 다르게는, 조직 샘플을 대상체로부터 분리하여 상기 조성물을 조직 샘플 내에 도입하고 조성물 중의 커큐민 유도체 등이 아밀로이드 응집물과 결합되기에 충분한 시간이 흐른 뒤, 형광 표지물을 검출할 수 있다. 상기 형광 표지물을 검출하는 단계는 살아있는 핵의학적 분석방법인 단일 광자 방출 전산화 단층 촬영(single photon emission computed tomography, SPECT)이나 양전자 방출 단층 촬영(positron emission tomography, PET)과 같은 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화(photoacoustic imaging) 방법을 이용하여 이루어질 수 있으며, 특히 검출 효 율이 매우 높은 광음향-영상화 방법으로 이루어질 수 있다.
뇌에서 베타-아밀로이드 플라크를 영상화하는 것은 몇몇 잠재적인 이점이 있다. 영상화 기술은 뇌에 과량의 베타-아밀로이드 플라크가 축적된, 따라서 알츠하이머병이 발병할 가능성이 높은 잠재적인 환자를 확인함으로써 진단 방법을 개선할 수 있다. 또한, 상기 기술은 알츠하이머병의 진행을 모니터하는데 유용할 것이다. 항-베타 아밀로이드 약물치료가 가능해지면, 뇌의 베타-아밀로이드 플라크의 영상화는 치료를 모니터하기 위한 중요한 수단을 제공할 수 있다.
베타-아밀로이드 플라크를 생체 내에서 직접 영상화하는 것이 어려운 이유는 플라크가 정상 조직과 동일한 많은 물리적 특성, 예컨대 밀도 및 수분 함량 등을 가지기 때문이다. 이와 같은 이유로 자기 공명 영상 (MRI) 및 전산화 단층촬영 (CAT)을 이용하여 베타-아밀로이드 플라크를 영상화하기 위한 시도는 실망스러운 결과를 보여주었고, 베타-아밀로이드 플라크를 항체, 혈청 아밀로이드 P 단백질 또는 다른 탐침 분자로 표지하려는 노력은 조직 주변부에 대한 얼마간의 선택성을 제공하였으나, 조직 내부에 대해서는 불량한 영상만을 제공하였다.
그러나 본 발명의 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체들은 방사성 동위원소를 사용하지 않더라도 형광 특성 단독 또는 광음향 특성을 이용하여 영상화할 수 있고, 또한 베타-아밀로이드 플라크 결합 전후 형광특성이 큰 차이가 있는 점을 이용하여, 베타-아밀로이드 플라크를 고감도로 검출이 가능하다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1-4> 화합물 1a(R = 4-OH), 화합물 1b(R = 3-OH), 화합물 1c(R=4-B(OH)2) 및 화합물 1d(R=3-B(OH)2)의 제조
Figure PCTKR2016010878-appb-I000008
화합물 2 (0.5 g, 3.2 mmol) 및 상응하는 화합물 3 (0.5 g, 3.2 mmol)를 에틸아세테이트 (50 ml) 용액에 용해시키고, 0 ℃에서 n-부틸아민 (0.11 g, 1.6 mmol)을 첨가하였다. 상기 반응 혼합물은 출발 물질들이 사라질 때까지 8시간 동안 실온에서 교반하였다. 상기 용액은 에틸아세테이트로 추출하였고, 물로 워싱한 후, MgSO4상에서 건조시켰다. 용매를 진공에서 증발시킨 후, 잔류물을 크로마토그래피(chromatographed)로 분리하여(SiO2, EtOAc/ n-hexane=3/7(v/v)), 상기 화합물 4를 수득하였다(0.55 g, 62%).
다음으로, 상기 제조된 상기 화합물 3 (0.1 g, 0.36 mmol) 및 상응하는 알데하이드(화합물 1a = 4-하이드록실 벤즈알데하이드; 화합물 1b = 3-하이드록실 벤즈알데하이드; 화합물 1c = 4-포밀페닐 보로닉엑시드; 화합물 1d = 3-포밀페닐 보로닉엑시드)(Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA))를 에틸아세테이트 (50 ml) 용액에 용해시키고, 0 ℃에서 피페리딘 (30 mg, 0.36 mmol)을 첨가하였다. 상기 반응 혼합물은 출발 물질들이 사라질 때까지 8시간 동안 80 ℃에서 교반하였다. 상기 용액은 에틸아세테이트로 추출하였고, 물로 워싱한 후, MgSO4상에서 건조시켰다. 용매를 진공에서 증발시킨 후, 잔류물을 크로마토그래피(chromatographed)로 분리하여(SiO2, EtOAc/ n-hexane=1/1(v/v)), 상기 화합물 1a 및 1b를 수득하였다 (1a: 37%), (1b: 32%), (1c: 41%), (1d: 38%).
실시예 1(화합물 1a):
1H NMR (500 MHz, Aceton-d6): 3.09 (6H. s), 6.24(1H, s), 6.73 (1H, d, J = 15.3 Hz), 6.78 (2H, d, J = 8.4 Hz), 6.82 (1H, d, J = 16.0 Hz), 6.92 (2H, d, J = 8.4 Hz), 7.65-7.67 (4H, m), 7.83 (1H, d, J = 16.0 Hz), 7.94 (1H, d, J = 15.3 Hz);
13C NMR (125 MHz, CDCl3, d, ppm): 39.3, 101.0, 112.0, 114.5, 116.2, 118.4, 122.1, 126.5, 131.3, 132.0, 144.6, 147.9, 153.5, 160.9, 177.6, 179.9.
실시예 2(화합물 1b):
1H NMR (500 MHz, Aceton-d6): 3.09 (6H. s), 6.31(1H, s), 6.75 (1H, d, J = 15.3 Hz), 6.79 (2H, d, J = 9.1 Hz), 6.92-6.95 (2H, m), 7.20-7.27 (3H, m), 7.69 (2H, d, J = 9.1 Hz), 7.77 (1H, d, J = 16.0 Hz), 7.99 (1H, d, J = 15.3 Hz), 8.68 (1H, OH);
13C NMR(125 MHz, CDCl3, d, ppm): 39.3, 101.5, 112.1, 114.1, 115.1, 118.4, 120.5, 121.9, 122.0, 130.2, 132.4, 136.2, 143.7, 149.0, 153.8, 158.0, 176.6, 180.9.
실시예 3(화합물 1c):
1H NMR (500 MHz, Aceton-d6): 3.11 (6H. s), 6.34(1H, s), 6.76 (1H, d, J = 15.3 Hz), 6.79 (2H, d, J = 8.4 Hz), 7.06 (1H, d, J = 15.3 Hz), 7.30 (2H, s), 7.69 (2H, d, J = 8.4 Hz), 7.73 (2H, d, J = 7.65 Hz), 7.86 (1H, d, J = 15.3 Hz), 7.93 (2H, d, J = 7.65 Hz), 8.01 (1H, d, J = 15.3 Hz);
13C NMR(125MHz, CDCl3, d, ppm): 39.3, 101.6, 112.1, 114.1, 121.9, 122.4, 127.9, 132.5, 134.8, 136.4, 143.5, 149.2, 153.8, 176.5, 180.9.
실시예 4(화합물 1d):
1H NMR (500 MHz, Aceton-d6): 3.10 (6H. s), 6.31(1H, s), 6.75 (1H, d, J = 15.3 Hz), 6.79 (2H, d, J = 9.2 Hz), 7.02 (1H, d, J = 15.3 Hz), 7.34 (2H, s), 7.45 (1H, dd, J = 7.5 Hz), 7.68 (2H, d, 9.2 Hz), 7.81 (1H, d, J = 8.4 Hz), 7.87 (1H, d, J = 15.3 Hz), 7.93 (1H, d, J = 7.5 Hz), 7.99 (1H, d, J = 15.3 Hz), 8.23 (1H, s);
13C NMR(125 MHz, CDCl3, d, ppm): 39.3, 101.4, 112.1, 114.1, 121.6, 121.9, 128.4, 130.9, 132.4, 133.9, 134.4, 136.8, 144.0, 149.0, 153.7, 176.7, 180.8.
< 실험예 1> 아밀로이드 플라크 검출 커큐민 유도체의 광음향 신호의 증폭 평가
(1) Aβ42 피브릴(fibril)의 제조
Aβ펩타이드는 pH7.4 PBS 버퍼 용액에 최종농도 100μM로 Aβ42 (rPeptide (Bogart, GA, 30622))를 녹인 다음, 실온에서 3일동안 1200rpm으로 마그네틱바를 사용하여 교반하였다. Aβ피브릴의 형성은 ThT(Thioflavin T) assay에 의해 확인하였다.
(2) 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 (1a, 1b)의 흡수 스텍트럼 (도 1a)
본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 화합물 2종의 최대 여기(Excitation) 파장을 SpectraMax M2(Molecular Devices)로 측정하였다. PBS 버퍼용액을 사용하여 100 μM의 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 1a 및 1b 화합물을 최종농도로 사용하였다. 그 결과 2종의 커큐민 유도체 모두 450-750 nm에서 흡수 파장을 보였다 (도 1a).
(3) 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 (1a, 1b)의 광음향 신호 (도 1b, 1c)
100 μM의 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 1a 및 1b 화합물을 최종농도로 사용하였다. 680-900 nm에서 광음향 신호를 측정한 결과 680 nm에서 가장 강한 음향 신호를 보였다(도 1b, 1c). 도 1b는 흡수 파장의 변화에 의한 광음향 신호의 변화를 측정한 것이고, 도 1c는 680, 700, 720 nm 파장의 변화에 의한 광음향 영상의 변화이다.
(4) 아밀로이드 플라크 검출 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 (1a, 1b)의 광음향 신호의 증폭 (도 2a, 2b)
베타-아밀로이드 응집물에 결합한 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 2종의 광음향 변화의 in-vitro 시험결과이다. 100 μM의 응집 Aβ42 펩티드를 이용하여 100 μM 커큐민 유도체 (1a, 1b)와 결합 후 음향신호의 증폭을 측정하였다. 광음향 신호의 증폭은 이들의 물리적 응집과 밀접하게 관련되었다. Aβ42 응집물에 커큐민 유도체가 결합할 경우 단일 분자가 Aβ42 응집물에 결합하는 것이 아니고, 많은 커큐민 유도체가 Aβ42 응집물 결합하게 된다. 이는 커큐민 유도체의 물리적 응집을 유도하게 되고 이는 광음향 신호의 증폭을 유도 한다. 본 발명의 실험 결과 Aβ42 응집물에 결합하지 않은 커큐민 유도체에 비교해 Aβ42 응집물에 결합한 경우 광음향 신호의 증폭을 확인하였다 (도 2a, 2b). 도 2a는 커큐민 유도체 (1a, 1b)의 베타-아밀로이드 응집물 결합 전과 결합 후의 광음향 신호의 변화를 측정한 것이다. 도 2b는 베타-아밀로이드 응집물 결합 전과 결합 후 광음향 영상을 비교한 것이다.
< 실험예 2> 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 (1a, 1b) 화합물을 이용한 알츠하이머 질환모델 마우스의 인비보 광음향 영상화 (in vivo imaging) 실험
(1) 실시예 1의 화합물 (1a)을 이용한 일반마우스와 치매유발 마우스의 베타 아밀로이드 검출 광음향 영상화 비교 실험 (도 3)
생후 13개월 된 치매유발 마우스(5XFAD mouse)와 일반 마우스(wild-type control mouse)의 꼬리 정맥에 실시예 1의 화합물 1a (400 μg/kg)를 주입하고 30분 후, 광음향 이미징 촬영을 수행하였다. 도 3의 결과로 보아, 일반 마우스에 정맥 주사한 후 마우스의 뇌에서 실시예 1의 화합물 1a의 신호가 검출되지 않았으나, 치매유발 마우스에 정맥 주사한 후 마우스의 뇌에서 다발적으로 존재하는 베타 아밀로이드 플라크의 신호를 확인 가능하였다 (도 3). 이는 실시예 1의 화합물 (1a)이 베타-아밀로이드 응집물에 결합하여 높은 광음향 신호를 나타냄을 확인할 수 있는 결과이다.
[ 실험예 3] 실시예 1 및 2의 커큐민 유도체 (1a, 1b) 화합물을 이용한 알츠하이머 질환모델 마우스의 인비보 광학 영상화 (in vivo imaging) 실험
(1) 실시예 1의 화합물 (1a)을 이용한 일반마우스와 치매유발 마우스의 베타 아밀로이드 검출 광학 영상화 비교 실험 (도 4).
본 발명에 의해 개발된 커큐민 유도체는 광음향 진단제일뿐만 아니라, 광학진단제로 활용이 가능하다. 생후 13개월 된 치매유발 마우스(5XFAD mouse)와 일반 마우스(WT mouse)의 꼬리 정맥에 실시예 1의 화합물 1a (400 μg/kg)을 주입한 후, 10-180분 동안 광학 이미징 촬영을 수행하였다. 도 4a는 치매 유발 마우스의 실험 결과이고 도 4b는 일반마우스의 실험 결과이다. 도 4의 실험 결과로 보아, 일반 마우스에 정맥 주사한 후 마우스의 뇌에서 실시예 1의 화합물 (1a)의 신호가 빠르게 사라지는 것을 보았으며, 치매유발 마우스에 정맥 주사한 후 마우스의 뇌에서 다발적으로 존재하는 베타-아밀로이드 응집물을 확인 가능하였다. 이는 실시예 1의 화합물 (1a)이 베타-아밀로이드 응집물에 결합하여 높은 광학 신호를 나타냄을 확인할 수 있는 결과이다.
(2) 실시예 1의 화합물 (1a)을 이용한 일반마우스와 치매유발 마우스 뇌에서 베타 아밀로이드 검출 광학 영상화 비교 실험 (도 5).
본 발명에서 광음향 및 광학진단제로 개발된 커큐민 유도체의 생체 마우스의 뇌에서 베타-아밀로이드 결합 활성을 평가하기 위해 생후 13개월 된 치매유발 마우스와 일반 마우스의 꼬리 정맥에 실시예 1의 화합물 (1a) (400 μg/kg)을 주입하고 30분 후, 마우스 뇌를 적출하여 광학영상을 측정하였다 (도 5). 도 5a는 치매 유발 마우스의 실험 결과이고 도 5b는 정상마우스의 실험 결과이다. 도 5와 같이 마우스의 뇌에서 실시예 1의 화합물 (1a)에 의한 강한 광학 신호를 확인 가능하였고, 뇌의 중심 부위를 절단하여 확인하였을 때, 대뇌 피질에서 실시예 1의 커큐민 유도체 1a의 강한 신호를 확인하였다. 이는 실시예 1의 화합물 (1a)이 베타-아밀로이드 응집물에 결합하여 높은 광학 신호를 나타냄을 확인할 수 있는 결과이다.

Claims (11)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2016010878-appb-I000009
    (상기 화학식 1에서,
    R은 수소, 하이드록시, -B(OH)2, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 측쇄 알콕시이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 R은 하이드록시 또는 -B(OH)2인 것을 특징으로 하는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R은 3-하이드록시 또는 4-하이드록시인 것을 특징으로 하는 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염.
  4. 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
    화학식 2로 표시되는 화합물과 화학식 3으로 표시되는 화합물을 염기와 함께 유기용매하에서 커플링 반응시켜 화학식 4로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 얻은 화학식 4로 표시되는 화합물을 화학식 5로 표시되는 화합물과 염기와 함께 유기용매하에서 커플링 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계(단계 2);
    를 포함하는 화학식 1로 표시되는 커큐민 유도체의 제조방법:
    [반응식 1]
    Figure PCTKR2016010878-appb-I000010
    (상기 반응식 1에서,
    R은 제1항에서 정의한 바와 같다).
  5. 제1항의 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 검출용 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 검출용 조성물은 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화 방법에 사용되는 것을 특징으로 하는 검출용 조성물.
  7. 제1항의 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 포함하는 베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환 진단용 조성물.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베타-아밀로이드 플라크 과생성에 의한 질환은 치매, 알츠하이머병, 다운증후군, 아밀로이드 맥관병증, 대뇌 아밀로이드 맥관병증, 전신성 아밀로이드증, 더치(Dutch)형 아밀로이드증, 봉입체 근염, 지중해 열, 머클-웰스 증후군, 특발성 골수종, 아밀로이드 다발신경병증, 아밀로이드 심근병증, 전신성 노인성 아밀로이드증, 아밀로이드증성 유전성 뇌출혈, 스크라피, 크로이츠 펠트-야콥병, 쿠루병, 게르스트만-스트라우슬러-샤잉커 증후군, 갑상선 수질 암종, 근육쇠약병, 및 랑게르한스섬 Ⅱ형 당뇨병으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 질환인 것을 특징으로 하는 진단용 조성물.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 진단용 조성물은 광학-영상화 방법 또는 광음향-영상화 방법에 사용되는 것을 특징으로 하는 진단용 조성물.
  10. 베타-아밀로이드 플라크를 포함하는 시료에 제1항의 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 혼합하는 단계(단계 1); 및
    베타-아밀로이드 플라크에 대한 형광 신호를 측정하는 단계(단계 2);
    를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크의 광학 영상화 검출방법.
  11. 베타-아밀로이드 플라크를 포함하는 시료에 제1항의 커큐민 유도체 또는 이의 약학적으로 허용 가능한 염을 혼합하는 단계(단계 1); 및
    베타-아밀로이드 플라크에 대한 광음향 신호를 측정하는 단계(단계 2);
    를 포함하는 베타-아밀로이드 플라크의 광음향 영상화 검출방법.
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