WO2019182395A1

WO2019182395A1 - 신규한 구조를 갖는 화합물, 이를 포함하는 항염증제 및 시클로옥시게나아제-2 억제제

Info

Publication number: WO2019182395A1
Application number: PCT/KR2019/003353
Authority: WO
Inventors: 장용민; 김희경
Original assignee: 장용민
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2019-09-26

Abstract

본 발명의 화합물, 이를 포함하는 항염증제, 시클로옥시게나아제-2 억제제, 뇌질환 치료제, 및 MRI 조영제에서, 본 발명의 화합물은 본 발명에 따른 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는다.

Description

신규한 구조를 갖는 화합물, 이를 포함하는 항염증제 및 시클로옥시게나아제-2 억제제

본 발명은 신규한 구조를 갖는 화합물에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 높은 자기이완율을 갖고 염증 부위를 표적 및 치료 가능하여, 동시에 염증 표적 진단 및 치료 가능한 신규한 구조를 갖는 화합물, 이를 포함하는 항염증제 및 시클로옥시게나아제-2 억제제에 관한 것이다.

염증 매개체는 통증 및 염증의 개시, 전파 및 지속에 있어서 중요한 병원성 역할을 하는 인자로, 주요한 염증 매개체로는 프로스타글란딘(prostagalandin)이 있다.

비스테로이드성 소염진통제(nonsteroidal anti-inflammatory drugs, NSAIDs)는 주로 프로스타글란딘의 생합성에 관여하는 시클로옥시게나아제(cyclooxygenase, COX)를 차단하여 통증과 염증이 있는 급성 및 만성 질환에 사용되는 물질이다. 일반적으로 NSAID는 시클로옥시게나아제 중 시클로옥시게나아제-1(COX-1), 시클로옥시게나아제-2(COX-2)를 차단하여 이에 의한 아라키돈산의 프로스타글란딘 합성을 억제함으로써 통증 및 염증을 완화시키는 역할을 한다.

그러나, COX-2가 평상시에는 거의 발현되지 않고 유해한 자극에 의한 염증 반응에 의해 국소적으로 빠르게 발현이 유도되어 염증 반응에 관여하는데 반해, COX-1은 대부분의 조직에 발현되며 정상적인 세포 작용을 유지하는데 관여함으로써 위장 점막의 보호, 혈관의 항상성, 혈소판의 응집, 신장 기능 유지와 같은 항상성 유지를 담당하기 때문에, COX-1을 억제하는 것은 위장 및 심혈관에서 발생하는 위장 출혈, 심혈관계 혈정 반응, 심근경색, 뇌졸증 등의 부작용을 야기할 수 있다.

때문에, 이러한 이상 반응을 피하기 위해서는 염증 반응에 의해 발현되어 염증 반응을 지속 및 악화시키는 COX-2만을 선택적으로 억제할 수 있는 항염증성 물질이 필요하나, 대부분의 종래의 NSAID는 COX-1 및 COX-2를 모두 억제하고 있으며, 이에, COX-2에 대한 선택적 억제 특성을 나타내는 새로운 항염증성 물질에 대한 연구 및 개발이 더 필요한 실정이다.

본 발명의 일 목적은 신규한 구조를 갖는 화합물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 화합물을 포함하는 항염증제를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 화합물을 포함하는 시클로옥시게나아제-2(COX-2) 억제제를 제공하는 것이다.

일 측면으로서, 본 발명은, 하기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는, 화합물을 제공한다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는

,

또는

를 나타낸다.

상기 화학식 1은 하기 화학식 2, 3 또는 4로 나타내는 것을 특징으로 한다.

[화학식 2]

[화학식 3]

[화학식 4]

상기 화합물은 염증 부위를 표적하고 염증 부위의 표적 진단 및 항염증 활성을 갖는 것을 특징으로 한다.

특히, 화학식 1, 2 및 3의 화합물은 염증 부위에서 시클로옥시게나아제-2(cyclooxygenase-2, COX-2)를 선택적으로 억제하여 항염증 활성을 갖는 것을 특징으로 한다.

특히, 화학식 3 및 4의 화합물은 상기 화합물은 뇌염증 부위에 표적 진단 및 항염 활성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 화합물은 1.5T 자기공명영상(magnetic resonance image, MRI)에서 4 mM^-1s^-1 내지 5 mM^-1s^-1의 자기이완도를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 화합물은 적어도 하나의 물 분자와 배위하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 상기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 염증 부위를 표적하고 염증 부위에 항염증 활성을 갖는 것을 특징으로 하는, 항염증제를 제공한다.

상기 화학식 1은 화학식 2, 3 및 4로 나타내는 것을 특징한다. 이 화학식의 화합물은 염증 부위에서 시클로옥시게나아제-2를 선택적으로 억제하는 것을 특징으로 한다. 시클로옥시게나아제-1 및 시클로옥시게나아제-2에서 시클로옥시게나아제-2만을 선택적으로 억제한다.

특히, 화학식 3 및 4의 뇌염증 부위에 표적 및 항염 활성을 갖는 것을 특징으로 한다.

다른 측면으로, 본 발명은, 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 1.5T 자기공명영상에서 4 mM^-1s^-1 내지 5 mM^-1s^-1의 자기이완도 갖는 것을 특징으로 하는, MRI 조영제를 제공한다.

이 화합물은 화학식 2, 3 및 4로 나타내는 것을 특징한다.

특히, 화학식 3 및 4로 나타내는 화합물을 포함하는 조영제는 상기 조영제는 뇌경색 부위를 특이적으로 표적하여 강하게 신호를 증가함을 특징으로 한다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 시클로옥시게나이제-2 억제제를 제공한다. 이 화합물은 화학식 2, 3 및 4로 나타내는 것을 특징한다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 아래 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 뇌염증 질환 치료제를 제공한다. 상기 뇌염증 질환은 치매임을 특징으로 한다. 상기 치매는 뇌혈관성 치매 또는 퇴행성 치매일 수 있다. COX-2는 뇌혈관성 치매든 퇴행성이든 염증인자로 다 발현해서 병증을 악화시키는 인자이다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는

또는

를 나타낸다.

상기 화학식 1은 하기 화학식 3 및 4로 나타내는 것을 특징으로 한다.

[화학식 3]

[화학식 4]

본 발명의 화합물, 이를 포함하는 항염증제 및 시클로옥시게나아제-2 억제제에 따르면, 본 발명은 염증 부위를 표적하고 염증 부위에 항염증 활성을 갖는 동시에 자기이완 특성을 가져 염증 부위를 표적 진단할 수 있는 화합물을 제공할 수 있다. 본 발명의 화합물은 기존의 임상용 MRI 조영제 보다 높은 자기 이완율을 보이며 운동학적 안정성 또한 우수하고, 특히, 종래의 조영제 보다 염증 부위의 신호세기를 장기간 증강시킬 수 있어 염증 부위의 표적 진단 가능한 우수한 특성을 갖는 조영제로서 이용 가능하다. 또한, 본 발명의 화합물은 염증 부위에서 선택적으로 시클로옥시게나아제-2 활성을 억제할 수 있어 시클로옥시게나아제-2 선택적 억제제로서 이용가능하며, 아울러, 시클로옥시게나아제-2 억제를 통해 효과적인 항염증 활성을 나타낼 수 있어 우수한 항염증 활성을 갖는 항염증제로서 이용 가능하다. 따라서, 본 발명의 화합물은 류마티스 관절염 등을 포함하는 염증성 질환의 염증 부위를 표적 진단 가능하고 동시에 이의 치료 또한 가능한 항염증제 및 COX-2 선택적 억제제로서 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 화합물의 운동학적 안정성을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a 및 2b은 본 발명의 화합물의 염증 표적 능력 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 2c는 상용 조영제 Gadovist^®의 염증 표적 능력 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 2d는 본 발명의 화합물 및 상용 조영제 Gadovist^®의 염증 표적 능력 결과를 설명하기 위한 CNR 그래프이다.

도 3은 본 발명의 화합물의 항염증 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 화합물의 COX-2 선택적 억제 특성을 설명하기 위한 도면이다.

도 5a는 뇌염증 질환 중 급성 뇌줄증 또는 혈관성 치매에 대한 동물실험 결과이고, 도 5b는 허혈성 뇌졸증으로 인해 일어나는 뇌경색(cerebral infarction)에 대한 실험결과이며, 도 5c는 허혈성 뇌졸증으로 인해 일어나는 뇌경색(cerebral infarction) 부위 조직에서 발현되는 염증인자인 COX-2의 단백질 양을 웨스턴 블롯(western blot)기법을 통해 확인한 결과이다.

도 6은 대뇌피질 신경아교세포에서 본 발명의 GdL(6)과 GdL(14), 및 기존의 물질인 diflunisal과 sulindac에서의 세포 생존 능력 실험결과를 보여준다.

도 7은 뇌졸증 동물모델에서 GdL(6)과 GdL(14) 모두 허혈부위 신호가 증가됨을 보여주는 결과이다.

도 8은 본 발명의 3개의 물질, GdL(6), GdL(10), GdL(14)와, 각각 비교 물질인 diflunisal, fenbufen, sulindac의 COX-2 표적 친화성 결과를 보여준다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 화합물은 하기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는다.

[화학식 1]

상기 화학식 1에서, Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고, x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며, A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고, X는

또는

를 나타낸다. 이때, *는 결합 부위를 의미한다.

상기 화학식 1로 나타내는 본 발명의 화합물에서 가돌리늄(Gd)은 적어도 1 이상의 물 분자와 배위할 수 있다. 이때, 상기 화합물에서 가돌리늄은 Linker A의 산소 원자와 배위 결합을 형성할 수도 있다.

일례로, 상기 화학식 1로 나타내는 본 발명의 화합물은 하기 화학식 2로 나타내는 화합물일 수 있다.

[화학식 2]

또는, 상기 화학식 1로 나타내는 본 발명의 화합물은 하기 화학식 3로 나타내는 화합물일 수 있다.

[화학식 3]

본 발명의 화합물은 염증 부위에 대한 표적성을 갖고 염증 부위에서 항염증 효과를 나타낼 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 화합물은 염증 부위를 표적하여 염증 부위에서 유도되는 시클로옥시게나아제(cyclooxygenage, COX)의 발현을 억제할 수 있으며, 이에 따라, COX로부터 유도되는 아라키돈산의 프로스타글란딘 합성을 차단하여 염증 반응의 개시, 전파, 및 지속을 차단하는 항염증 활성을 나타낼 수 있다. 이때, 본 발명의 화합물은 염증 부위에서 시클로옥시게나아제-2(COX-2)에 대한 선택적인 억제 특성을 갖고, 때문에, 시클로옥시게나아제-1(COX-1) 및 COX-2 모두를 억제하는 종래의 대다수의 비스테로이드성 소염 진통제(NSAIDs)가 갖는 위장 출혈, 청공 또는 심혈관계 질환 등의 부작용을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 화합물은 COX-2 선택적 억제제 또는 항염증제로서 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 화합물은 우수한 자기이완 특성을 갖는다. 자기이완 특성은 자기공명영상(magnetic resonance image, MRI)에서 조영 증강을 나타낼 수 있는 특성을 의미한다. MRI는 자기장 안에서 수소 원자의 스핀이 이완되는 현상을 이용하여 신체의 해부학적, 생리학적, 생화학적 정보 영상을 얻는 방법으로, MRI 측정 시 외부 물질을 주입하여 영상 대조도를 증가시키는데, 이때 사용되는 물질을 조영제(contrast agent)이다. 조직 내 물 분자 핵스핀이 평형 상태로 돌아가는 이완 작용이 조직별로 차이가 있어 조직들 사이의 대조도가 나타나는데, 조영제는 이러한 이완 작용에 영향을 미쳐 조직간 이완도 차이를 벌리고 MRI 시그널의 변화를 유발하여 조직 간의 대조를 보다 선명하게 하는 역할을 한다. 조영제는 열역학적으로 안정성이 높아야 하며, 수용성을 가지며, 적어도 한 분자의 물과 결합하여 높은 물과의 자기이완 특성을 갖는 것이 필요하다. 본 발명의 화합물은 적어도 하나 이상의 물 분자와 배위 결합 가능하고 자기이완 특성을 가지므로, 인체 내에서 적어도 하나 이상의 물 분자와 결합하여 물 분자에서 수소 원자 이완율을 증가시킴으로써 영상 대조를 향상시킬 수 있다. 때문에, 본 발명의 화합물은 MRI용 조영제로 이용할 수 있고, 이때, 본 발명의 화합물은 MRI 상에서 목적하는 신체 부위의 영상 신호를 상대적으로 증가키는 양성 조영제일 수 있다. 본 발명의 화합물은 예를 들어 1.5T 자기공명영상에서 4 mM^-1s^-1 내지 5 mM^-1s^-1의 우수한 자기이완도를 나타낼 수 있다.

뿐만 아니라, 상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 화합물은 염증 부위를 표적 가능하기 때문에, 본 발명의 화합물은 류마티스 관절염과 같은 염증성 질환 등의 염증 부위를 표적하여 이를 진단 가능하도록 하는 조영제로서 이용할 수 있다. 또한, 본 발명의 화합물은 염증 부위에서 COX-2를 선택적으로 억제하여 항염증 활성을 나타낼 수 있으므로, 염증 부위의 진단과 동시에 치료 가능할 수 있다. 즉, 본 발명의 화합물은 염증 부위를 표적하여 이를 진단할 수 있는 동시에 염증 부위의 항염증 활성을 가져 염증 부위를 치료할 수 있는, 염증 표적 진단/치료 동시 가능한 화합물일 수 있고, 이에, 본 발명의 화합물을 포함하여, 동시에 염증 표적 진단 및 치료 가능한 다기능성 항염증제 및 COX-2 억제제를 제공할 수 있다.

이하에서는, 구체적인 예를 들어 본 발명의 화합물 및 이의 제조 방법, 그리고 본 발명의 화합물을 포함하는 항염증제 및 COX-2 억제제를 설명하기로 한다.

본 발명의 화합물의 합성

(1) 리간드의 합성

본 발명의 화합물를 제조하기 위해, 먼저, 고리형 구조를 갖는 리간드를 합성하였다. 구체적으로, 트리-tert-부틸2,2',2''-(1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세테이트(tri-tert-butyl 2,2',2''-(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetate) (5 g, 9.72 mmol)를 160 mL의 아세토니트릴(acetonitrile, ACN)에 용해한 후 탄산수소칼륨(KHCO₃) (2.96 g, 29.69 mmol)을 첨가하고 30분 동안 교반하였다. 그 후, 에틸 브로모아세테이트(ethyl bromoacetate) (1.18 mL, 10.69 mmol)를 첨가하고, 60 ℃로 가열하여 24시간 동안 반응시켰다. 그 다음, 녹지 않는 반응물을 여과하고 반응물의 용매를 모두 제거하였다. 이어서, 디클로로메탄(DCM)에 녹인 후, 녹지 않는 반응물을 여과하고 반응물의 용매를 모두 제거하였으며 이를 진공 건조하여, 약간 노란색을 띄는 색상의 고체인 트리-tert-부틸 2,2',2''-(10-(2-에톡시-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세테이트(tri-tert-butyl 2,2',2''-(10-(2-ethoxy-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetate) (이하, 화합물 (1))를 수득하였다(수율: 5.8 g (99%)).

이어서, 화합물 (1) (3.2 g. 5.33 mmol)을 7 mL 메탄올(MeOH)에 용해한 후 6 mL의 에틸렌다이아민(ethylenediamine)을 첨가하고 상온에서 4일정도 반응시켰다. 그 다음, 진공 라인에 연결하여 약 55 ℃로 가열하며 용매를 제거하여 오일 같은 상태의 고체를 수득하였다. 이를 디에틸 에테르(diethyl ether)를 사용하여 수차례 세척한 후 진공 건조 시키고 MeOH에 용해하였다. 그 다음, 녹지 않는 반응물을 여과한 후 DCM/MeOH 조건에서 오픈 칼럼크로마토그래피를 통해 약간 노란색을 띄는 색상의 고체인, 트리-tert-부틸 2,2',2''-(10-(2-((2-아미노에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세테이트(tri-tert-butyl 2,2',2''-(10-(2-((2-aminoethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetate, DO3A^t(Bu)₃-NH₂) (이하, 화합물 (2))를 수득하였다(수율: 1.87 g (57%)).

상기와 화합물 (1) 및 (2)의 합성 반응은 하기 화학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

[반응식 1]

반응식 1에서, 1은 화합물 (1), 2는 화합물 (2)를 나타낸다.

(2) 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물: GdL (6)의 합성

먼저, 디플루니살(Diflunisal) (3 g, 12 mmol)을 40 mL 테트라하이드로푸란(THF)에 용해하고 N-하이드록시석신이미드(N-Hydroxysuccinimide, NHS)를 첨가한 후 30분 동안 교반하였다. 이어서, 30 mL THF에 녹인 N,N'-디시클로헥실카르보디이미드(N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide, DCC)를 4 ℃에서 반응물에 천천히 첨가한 후 상온에서 24시간 반응시켰다. 그 다음, 녹지 않는 반응물을 여과하고 용매를 모두 제거한 후 오픈 칼럼크로마토그래피(DCM/MeOH, 99:1)를 통해 흰색 색상을 띄는 고체인, 2,5-디옥소피롤리딘-1-일 2',4'-디플루오로-4-하이드록시-[1,1'-바이페닐]-3-카르복실레이트(2,5-dioxopyrrolidin-1-yl 2',4'-difluoro-4-hydroxy-[1,1'-biphenyl]-3-carboxylate) (이하, 화합물 (3))을 분리 정제하였다(수율: 2.36 g (57%)).

이어서, 20 mL THF에 용해한 화합물 (3) (2.36 g, 6.8 mmol)과 20 mL MeOH에 용해한 화합물 (2) (3.5 g, 5.7 mmol)를 혼합한 후 24시간 동안 상온에서 반응시켰다. 그 다음, 용매를 모두 제거한 후 DCM/탈이온수 조건에서 추출을 진행하고, DCM 층을 황산나트륨(Na₂SO₄)으로 탈수한 후 용매를 제거하였다. 그 후, 오픈 칼럼크로마토그래피(DCM/MeOH, 98:2)를 통해 하얀색 고체인, 트리-tert-부틸 2,2',2''-(10-(2-((2-(2',4'-디플루오로-4-하이드록시-[1,1'-바이페닐]-3-카르복사미도에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세테이트(tri-tert-butyl 2,2',2''-(10-(2-((2-(2',4'-difluoro-4-hydroxy-[1,1'-biphenyl]-3-carboxamido)ethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetate) (이하, 화합물 (4))를 분리 정제하였다(수율: 2.7 g (56%)).

그 다음, 화합물 (4) (2.5 g, 2.95 mmol)를 0 ℃에서 DCM/TFA (1:1, 40 mL)에 용해한 후, 24시간 동안 상온에서 반응시켰다. 반응물의 용매를 제거한 다음 10 mL의 MeOH에 녹이고 이를 200 mL의 디에틸 에테르에 침전시켰다. 침전물을 여과한 후 prep. HPLC를 사용하여 하얀색 고체, 2,2',2''-(10-(2-((2-(2',4'-디플루오로-4-하이드록시-[1,1'- 바이페닐]-3-카르복사미도)에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세트산(2,2',2''-(10-(2-((2-(2',4'-difluoro-4-hydroxy-[1,1'-biphenyl]-3-carboxamido)ethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetic acid) (이하, 화합물 (5))를 분리하였다. 이때, 수율은 1.91 g (95%)이었다.

이어서, 화합물 (5) (0.25 g, 0.368 mmol)를 탈이온수(DI water)에 용해한 후 1 M NaOH를 이용하여 용액의 pH를 3으로 맞췄다. 그 다음, 염화가돌리늄 6수화물(GdCl₃ㅇ6H₂O) (0.15 g, 0.405 mmol)를 물 1 mL에 용해한 후 조금씩 첨가하였다. 1 M NaOH를 이용하여 반응물의 pH를 7로 조정하고 55 ℃에서 18시간 동안 반응시켰다. 이어서, 용매를 제거한 후 prep. HPLC를 이용한 분리 정제를 통해 하얀색 고체인, 본 발명의 실시예 1에 따른 화합물(이하, GdL (6))을 수득하였다(수율: 0.21 g (68%)).

본 발명의 실시예 1에 따른 화합물의 합성 반응은 하기 반응식 2와 같이 나타낼 수 있다.

[반응식 2]

반응식 2에서, 2는 화합물 (2), 3은 화합물 (3), 4는 화합물 (4), 5는 화합물 (5), 6은 GdL (6)를 나타낸다.

(3) 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물: GdL (10)의 합성

또한, 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물을 제조하기 위해, 먼저, 펜부펜(Fenbufen) (2.5 g, 9.83 mmol)을 THF 40 mL에 녹인 후 NHS를 첨가하고 30분 동안 교반하였다. 이어서, THF 30 mL에 녹인 DCC를 4 ℃에서 반응물에 천천히 첨가한 후 상온에서 24시간 반응시켰다. 그 다음, 녹지 않는 반응물을 여과하고 용매를 모두 제거한 후 오픈 칼럼크로마토그래피(DCM/MeOH, 99:1)를 통해 하얀색 고체를 분리 정제하여, 2,5-디옥소피롤리딘-1-일 4-([1,1'-바이페닐]-4-일4-옥소부타노에이트(2,5-dioxopyrrolidin-1-yl 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-oxobutanoate) (이하, 화합물 (7))를 수득하였다(수율: 1.65 g (48%)).

그 다음, 20 mL THF에 녹인 화합물 (7) (1.95 g, 5.55 mmol)과 20 mL MeOH에 녹인 화합물 (2) (2.84 g, 4.63 mmol)를 혼합하여 24시간 동안 상온에서 반응시켰다. 이어서, 용매를 모두 제거한 후 DCM/탈이온수 조건에서 추출하고, DCM 층을 Na₂SO₄로 탈수한 후 용매를 제거하였다. 그 다음, 오픈 칼럼크로마토그래피(DCM/MeOH, 96:4)를 통해 하얀색 고체를 분리 정제하여, 트리-tert-부틸 2,2',2''-(10-(2-((2-(4-([1,1'-바이페닐]-4-일)-4-옥소부탄아미도)에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세테이트(tri-tert-butyl 2,2',2''-(10-(2-((2-(4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-oxobutanamido)ethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetate) (이하, 화합물 (8))을 수득하였다(수율: 2.46 g (51%)).

이어서, 화합물 (8) (1.68 g, 1.98 mmol)을 0 ℃에서 DCM/TFA (1:1, 40 mL)에 녹인 후, 24시간 동안 상온에서 반응시켰다. 반응물의 용매를 제거한 후 10 mL의 MeOH에 녹여 200 mL의 디에틸 에테르에 침전시켰다. 침전물을 여과한 후 prep. HPLC를 사용하여 분리해 하얀색 고체, 2,2',2''-(10-(2-((2-(4-([1,1'-바이페닐]-4-일)-4-옥소부탄아미도)에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세트산(2,2',2''-(10-(2-((2-(4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-oxobutanamido)ethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetic acid) (이하, 화합물 (9))를 수득하였다(수율: 1.56 g (94%)).

그 다음, 화합물 (9) (0.25 g, 0.368 mmol)를 탈이온수에 녹인 후 1 M NaOH를 이용하여 용액의 pH를 3으로 조정하였다. 이어서, GdCl₃ㅇ6H₂O (0.15 g, 0.405 mmol)를 물 1 mL에 녹인 후 조금씩 첨가하였고, 1 M NaOH를 이용하여 반응물의 pH를 7로 조정하고 55 ℃에서 18시간 동안 반응시켰다. 그 다음, 용매를 제거한 후 prep. HPLC를 사용하여 하얀색 고체를 분리 정제하여, 본 발명의 실시예 2에 따른 화합물(이하, GdL (10))를 수득하였다(수율: 0.2 g (65%)).

본 발명의 실시예 2에 따른 화합물의 합성 반응은 하기 반응식 3과 같이 나타낼 수 있다.

[반응식 3]

반응식 3에서, 2는 화합물 (2), 7은 화합물 (7), 8은 화합물 (8), 9는 화합물 (9), 10은 GdL (10)을 나타낸다.

(4) 비교 화합물: GdL (14)의 합성

본 발명의 비교예로서 술린닥(sulindac)을 이용하여 비교 화합물을 제조하였다. 구체적으로, 술린닥 (1.7 g, 4.77 mmol)을 40 mL THF에 녹이고 N-하이드록시석신이미드를 첨가하고 30분 동안 교반하였다. N,N'-디시클로헥실카르보디이미드 (DCC)를 30 mL THF에 녹여 4 ℃에서 반응물에 천천히 첨가한 후 상온에서 24시간 반응시켰다. 이어서, 녹지 않는 반응물을 여과하고 용매를 모두 제거한 후 오픈 칼럼크로마토그래피(DCM/MeOH, 99:1)를 통해 노란색 고체를 분리 정제하여, 2,5-디옥소피롤리딘-1-일 (Z)-2-(5-플루오로-2-메틸-1-(4-(메틸설피닐)벤질리덴)-1H-인덴-3-일)아세테이트(2,5-dioxopyrrolidin-1-yl (Z)-2-(5-fluoro-2-methyl-1-(4-(methylsulfinyl)benzylidene)-1H-inden-3-yl)acetate) (이하, 화합물 (11))을 수득하였다(수율: 1.17 g (51%)).

그 다음, 20 mL THF에 녹인 화합물 (11) (2.5 g, 5.5 mmol)과 20 mL MeOH에 녹인 화합물 (2) (2.83 g, 4.6 mmol)를 혼합하여 24시간동안 상온에서 반응시켰다. 이어서, 용매를 모두 제거한 후 DCM/탈이온수 조건에서 추출을 진행한 후, DCM 층을 Na₂SO₄로 탈수한 후 용매를 제거하고 오픈 칼럼크로마토그래피(DCM/MeOH, 96:4)를 통해 노란색 고체를 분리 정제하여, 트리-tert-부틸 2,2',2''-(10-(2-((2-(2-(5-플루오로-2-메틸-1-(4-(메틸설피닐)벤질리덴)-1H-인덴-3-일)아세트아미도)에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)(Z)-트리아세테이트(tri-tert-butyl 2,2',2''-(10-(2-((2-(2-(5-fluoro-2-methyl-1-(4-(methylsulfinyl)benzylidene)-1H-inden-3-yl)acetamido)ethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)(Z)-triacetate) (이하, 화합물 (12)를 수득하였다(수율: 2.46 g (51%).

이어서, 화합물 (12) (2.5 g, 2.95 mmol)를 0℃에서 DCM/TFA (1:1, 40 mL)에 녹인 후, 24시간 동안 상온에서 반응시켰다. 그 다음, 반응물의 용매를 제거한 후 10 mL의 MeOH에 녹여 200 mL의 디에틸 에테르에 침전시켰다. 이어서, 침전물을 여과하고 prep. HPLC를 사용하여 분리하여 노란색 고체, (Z)-2,2',2''-(10-(2-((2-(2-(5-플루오로-2-메틸-1-(4-(메틸설피닐)벤질리덴)-1H-인덴-3-일)아세트아미도)에틸)아미노)-2-옥소에틸)-1,4,7,10-테트라아자시클로도데칸-1,4,7-트리일)트리아세트산((Z)-2,2',2''-(10-(2-((2-(2-(5-fluoro-2-methyl-1-(4-(methylsulfinyl)benzylidene)-1H-inden-3-yl)acetamido)ethyl)amino)-2-oxoethyl)-1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7-triyl)triacetic acid) (이하, 화합물 (13))을 수득하였다(수율: 0.45 g (22%)).

그 다음, 화합물 (13) (0.25 g, 0.368 mmol)를 탈이온수에 녹인 후 1 M NaOH를 이용하여 용액의 pH를 3으로 조정하였다. GdCl₃ㅇ6H₂O (0.15 g, 0.405 mmol)를 물 1 mL에 녹인 후 조금씩 첨가하고, 1 M NaOH를 이용하여 반응물의 pH를 7로 조정하고 55℃의 온도에서 18시간 동안 반응시켰다. 이어서, 용매를 제거한 후 prep. HPLC를 사용하여 노란색 고체를 분리 정제하여, 본 발명의 비교예에 따른 화합물 (이하, GdL (14))를 수득하였다(수율: 0.18 g (58%)).

본 발명의 비교 화합물, GdL (14)의 합성 반응은 하기 반응식 4와 같이 나타낼 수 있다.

[반응식 4]

반응식 4에서, 2는 화합물 (2), 11은 화합물 (11), 12는 화합물 (12), 13은 화합물 (13), 14는 GdL (14)를 나타낸다.

특성 평가: 자기이완도

본 발명의 실시예 1 및 2에 따라 제조한 본 발명의 화합물들, GdL (6) 및 GdL (10)의 자기이완도(relaxivity)를 확인하였다.

자기이완도는 자기공명영상(MRI)에서 조영제가 가지는 조영 증강 정도를 수치화한 것으로, 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 GdL (6) 및 GdL (10)과 상용 조영제인 Gadovist^®을 PBS 완충 용액(pH 7.4)에 녹인 후, 상온(25℃) 1.5T에서 자기이완율을 각각 측정하고 이를 비교하여 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)의 조영 증강 효과가 유효한가를 평가하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

	r₁[mM^－1s^－1]	r₂[mM^－1s^－1]
GdL(6)	4.54±0.20	4.63±0.30
GdL(10)	4.95±0.19	4.69±0.17
Gadovist^®	4.12±0.15	4.55±0.18

표 1은 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 GdL(6) 및 GdL(10)와 상용 조영제 Gadovist^® 의 자기이완율 결과를 나타낸다.

표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 GdL(6)의 자기이완율 r₁ ＝ 4.54 ± 0.20, r₂ ＝ 4.63 ± 0.30이고, 본 발명의 실시예 2에 따른 GdL(10)은 r₁ ＝ 4.95 ± 0.19, r₂ ＝ 4.69 ± 0.17의 값을 나타내고, 비교군으로서 측정한 Gadovist^® 는 r₁ ＝ 4.12 ± 0.15, r₂ ＝ 4.55 ± 0.18의 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이것은 본 발명의 화합물, GdL(6) 및 GdL(10)은 상용조영제인 Gadovist^® 보다 높은 자기이완율을 나타내고, 이는 본 발명의 화합물이 in vivo 자기공명영상을 얻기 위한 조영제로서 사용되기 충분히 유효한 높은 가기이완율을 갖는 것으로 평가할 수 있다. 즉, 본 발명의 화합물은 우수한 조영제로서 이용 가능함을 확인할 수 있다.

특성 평가: 운동학적 안정성

또한, 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 화합물, GdL (6) 및 GdL (10)의 운동학적 안정성을 확인하였다. GdL (6) 및 GdL (10)의 운동학적 안정성은 시간에 따른 자기이완율의 변화를 통해 확인할 수 있고, 구체적으로 GdL (6) 및 GdL (10)을 각각 녹인 용액에 염화아연(ZnCl₂)을 첨가한 후 가돌리늄과 아연 이온의 금속 교환(transmetallation) 반응을 유도하고 이의 자기이완율을 측정하여 확인하였다. 이때, 아연 이온 첨가 후 자기이완율의 변화가 클수록 불안정하다고 평가할 수 있다. 아울러, 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)와 함께 4종의 상용 조영제(Dotarem^®, Multihance^®, Gadovist^® 및 Primovist^®)의 운동학적 안정성을 평가하였고, 이를 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)과 비교하였다. 그 결과를 도 1에 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 GdL (6) 및 GdL (10)은 4종의 상용 조영제 중 Dotarem^®과 Gadovist^®사이의 자기이완변화율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)은 비교적 안정성이 낮은 선형 구조의 상용 조영제인 Primovist^® 및 Multihance^®보다는 월등히 높은 자기이완 변화율을 나타낼 뿐만 아니라, 안정한 고리 구조의 상용 조영제인 Dotarem^®및 Gadovist^®와 비교하여도 이와 유사한 높은 운동학적 안정성을 보임을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 화합물이 우수한 운동학적 안정성을 나타냄을 확인할 수 있다.

특성 평가: 염증 표적 능력

본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 GdL (6) 및 GdL (10)의 생체내(in vivo) 염증 표적 능력은 허벅지 염증 동물 모델에서 생체내 MRI 실험을 통해 GdL (6) 및 GdL (10)의 생체내 분포와 염증 표적 기능을 확인하여 평가하였고, 상용 조영제인 Gadovist^®의 결과와 비교하였다. 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)와 상용 조영제 Gadovist^®의 생체내 분포와 염증 표적 능력 평가 결과는 도 2a 내지 2d에 나타낸다.

도 2a 및 2b은 본 발명의 화합물의 염증 표적 능력 평가 결과를 설명하기 위한 도면이고, 도 2c는 상용 조영제 Gadovist^®의 염증 표적 능력 평가 결과를 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 2a 내지 2c를 참조하면, Gadovist^®는 주사 직후에는 염증이 밝게 보이지만 점차 신호증강효과가 떨어지는 양상인 반면, 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)은 주사 직후부터 2시간 이상 동안 꾸준한 신호증강효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2d를 참조하면, 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)와 Gadovist^®의 염증 표적성을 CNR 그래프로 나타냈을 때, 주사 직후의 CNR은 비슷하나 시간이 지남에 따라 그 차이가 점차 커지고, 특히, 2시간이 경과하였을 때 CNR이 4배 이상 차이나는 것을 확인할 수 있다.

즉, 도 2a 내지 도 2d에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 화합물 GdL (6) 및 GdL (10)이 상용 조영제 보다 우수한 염증 표적 능력을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

특성 평가: 항염 특성

또한, 본 발명의 화합물 GdL (6) 및 GdL (10)의 항염 특성을 확인하였다. 항염 특성은 생체외(in vitro)로 실험을 통해 수행하였고, 구체적으로 세포에 염증 유발 물질인 리포폴리사카라이드(lipopolysaccharide, LPS)를 처리하여 염증 반응을 일으킨 후, 세포를 각각 3종의 NSAIDs(디플루니살(Diflunisal), 펜부펜(Fenbufen) 및 술린닥(Sulindac))와 본 발명의 화합물 GdL (6) 및 GdL (10), 그리고 본 발명의 비교 화합물 GdL (14)로 처리하고, 이의 면역형광(immunofluorescence) 이미지를 촬영하여 세포에서 COX-2 저해 능력 확인하였다. 그 결과는 도 3에 나타낸다.

도 3의 (A)는 LPS 처리된 세포에 디플루니살, 펜부펜, 술린닥, GdL (6), GdL (10) 및 GdL (14)을 각각 처리한 후의 세포의 형광 이미지를 나타내고, 도 3의 (B)는 COX-2 발현 세포를 정량화한 그래프를 나타낸다.

도 3에서 "Control"은 처리되지 않은 세포를 나타내고, "LPS"는 LPS로 처리된 세포를 나타내며, "LPS+Diflunisal", "LPS+Fenbufen", "LPS+Sulindac", "LPS+GdL (6)", "LPS+GdL (10)" 및 "LPS+GdL (14)"는 각각 LPS 처리 세포에 디플루니살, 펜부펜, 술린닥, GdL (6), GdL (10) 및 GdL (10)을 처리한 후의 세포를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 먼저, 대조군(도면, Control)과 LPS 처리 세포(LPS)를 비교하면, LPS 처리 세포에서만 녹색 형광이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 녹색 형광은 LPS로 처리함에 의해 세포에서 염증 반응이 일어나 유도되는 COX-2의 존재를 나타내는데, COX-2는 염증발현 과정에서 유도되는 대표적인 사이토카인으로서, COX-2의 발현 및 증가는 염증 발현의 척도이다. 즉, 세포에서 녹색 형광은 염증이 발생하고 COX-2가 존재함을 의미하며, 녹색 형과의 정도에 따라 염증 정도를 확인할 수 있다.

이에, LPS 처리 세포에서 디플루니살 및 본 발명의 GdL (6)을 처리하였을 때의 세포 형광을 비교하면, 디플루니살만을 처리한 경우('LPS+Diflunisal') LPS만을 처리한 세포에서 보다 다소 형광이 감소하기는 하였으나 여전히 많은 녹색 형광이 존재함을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명의 GdL (6)을 처리한 경우('LPS+GdL (6)') 디플로니살만을 처리한 경우와 비교하여 육안으로도 녹색 형광이 현저히 감소하였고 거의 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 특히, 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, COX-2 양성 세포의 정량적 수치에서도 객관적으로 본 발명의 GdL (6)이 디플루니살 보다 우수한 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 GdL (6)를 처리한 경우에 디플로니살 단독 사용 시 보다 COX-2의 발현이 현저하게 억제되었음을 의미하고, 즉, 본 발명의 GdL (6)가 디플로니살은 물론 객관적으로도 매우 우수한 항염증 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

아울러, LPS 처리 세포에서 펜부펜 및 본 발명의 GdL (10)을 처리하였을 때의 세포 형광을 비교하여도, 펜부펜만을 처리한 경우('LPS+Fenbufen') LPS만을 처리한 세포에서 보다 본 발명의 GdL (10)을 처리한 경우('LPS+GdL (10)') 육안으로도 확인할 수 있을 정도로 녹색 형광이 더 감소하였음을 확인할 수 있고, 본 발명의 GdL (10)을 처리한 세포에서는 녹색 형광이 거의 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 이는 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, COX-2 양성 세포의 정량적 수치에서도 동일한 결과 값을 가지며, 이에, 본 발명의 GdL (10)를 처리한 경우에 펜부펜 단독 사용 시 보다 COX-2의 발현이 더 억제됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 GdL (10)이 우수한 COX-2 억제 및 항염증 효과를 갖는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 염증 반응이 발생한 세포에서 상용 항염증제인 디플루니살과 펜부펜을 처리하였을 때 보다 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)을 사용하였을 때 더 우수하게 COX-2 발현을 억제하고, 이에, 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)이 우수한 항염증 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

한편, 술린닥으로 LPS 처리 세포를 처리한 경우('LPS+Sulindac') 우수한 COX-2 억제 능력을 나타내었지만, GdL (14)의 유도체를 사용할 경우 반대로 술린닥 보다 COX-2 저해 능력이 감소하여 보다 형광을 띄는 것을 확인할 수 있다. 이는 모든 항염증제로부터 본 발명의 DO3A 기반의 가돌리늄 착물 리간드를 포함하는 화합물을 형성하였을 때 동일한 특성을 갖는 것이 아님을 의미하고, 이에 대한 보다 상세한 설명은 하기에서 후술하도록 한다.

또한, COX-2에 대한 선택적 억제를 보다 구체적으로 설명하기 위해, LPS 처리에 의해 발현된 COX-2를 비롯한 염증 발현에 관여하는 몇 가지 사이토카인에 대하여 3종의 NSAIDs(디플루니살, 펜부펜 및 술린닥)과 본 발명의 화합물 GdL (6) 및 GdL (10), 그리고 본 발명의 비교 화합물 GdL (14)의 웨스턴 블랏(western blotting)을 수행하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.

도 4의 (A)는 사이토카인에 디플루니살, 펜부펜, 술린닥, GdL (6), GdL (10) 및 GdL (14)을 각각 처리한 후의 웨스턴 블랏 결과를 나타내고, 도 4의 (B)는 β-acitin 대비 COX-2를 정량화한 그래프를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 먼저, 도 4의 (A)의 COX-2 밴드를 확인하면 디플루니살과 펜부펜을 처리한 경우 COX-2 억제 효과를 보이지 않는 것을 확인할 수 있으나, 본 발명의 GdL (6)과 GdL (10)은 COX-2 발현이 크게 저해되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 화합물 GdL (6)과 GdL (10)이 LPS만 처리한 경우 및 LPS 처리 후 각각의 항염증 치료제를 같이 처리한 경우 모두와 비교하였을 때 매우 우수한 COX-2 선택적 억제 특성을 갖고, 우수한 항염증 특성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.

한편, 술린닥의 경우 COX-2 억제 능력을 가졌으나, 비교예 GdL (14)는 상기 도 3에서 확인한 것처럼 COX-2에 대한 억제 효과가 감소함을 확인할 수 있다. 이는 상기 도 3을 참조하여 설명한 면역형광 결과와 일치하는 결과로, 즉, 면역형광 결과와 웨스턴 블랏 실험 결과, 비교 화합물 GdL (14)와 달리, 본 발명의 GdL (6) 및 GdL (10)은 COX-2에 대한 우수한 선택적 억제 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이것은 본 발명에 따라, COX-1 및 COX-2 비선택적 디플루니살 및 펜부펜을 DO3A 기반의 가돌리늄 착물 리간드와 컨쥬게이션시킴으로써, 조영제로서 이용 가능하면서도 COX-2 비선택적 항염증성 물질로부터 COX-2 선택적 억제제로 알려진 술린닥과 거의 유사할 정도로 매우 우수한 COX-2 억제 특성 및 향상된 항염증 특성을 나타내는 새로운 항염증성 물질을 제공할 수 있음을 나타낸다.

즉, 상기에서 확인한 바를 소결하면, 본 발명의 화합물은 우수한 자기이완율을 나타내고, 염증 질환 동물 모델 실험을 통해서도 염증 부위에 강한 조영 증강 및 장시간 유지되는 표적성을 나타내며, 운동학적 안정성 테스트를 통해 체내 안정성 또한 우수함을 확인할 수 있으므로, 이에, 본 발명에 따른 화합물이 우수한 자기이완율 및 운동학적 안정성을 가져 조영제로 이용 가능하면서도 염증 부위를 표적 가능하고 염증 부위에서 우수한 COX-2 선택적 억제를 통한 항염증 특성을 갖는 것을 확인할 수 있고, 나아가, 본 발명의 화합물은 기존의 항염증성 물질 보다 우수한 항염증 특성을 가질 뿐만 아니라, 특히, COX-2는 염증 반응에 의해 유도되는 COX-2의 발현을 선택적으로 억제할 수 있어, 기존의 항염증제가 가지고 있던 COX-1, COX-2 비선택적 억제성으로 인한 위장관 질환과 같은 문제/부작용을 최소화하면서도, COX-1 대비 COX-2의 선택적 억제를 통해 효과적으로 염증 반응을 치료할 수 있다는 특징이 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 화합물은 염증에 대한 표적성을 갖고 염증 부위를 표적하여 진단함과 동시에 우수한 COX-2 선택적 억제 능력을 가져 염증 치료가 가능한, COX-2 선택적 억제제 또는 염증 진단 및 치료가 동시에 가능한 항염증제로서 이용할 수 있고, 본 발명의 화합물을 포함하는 항염증제 및 COX-2 억제제는 우수한 활성을 나타냄을 확인할 수 있다.

Middle cerebral artery occlusion-reperfusion (MCAO-R) 뇌졸증 동물모델에서의 치료효능 분석

상기 하기 실시예에서 합성한 GdL (14)와 GdL (6)의 뇌염증 동물모델에서의 치료효능을 확인하기 위해서 MCAO-R 뇌졸증 모델을 사용하였다. MCAO-R 뇌졸증 모델을 유발하기 위해 먼저 Sprague Dawley (SD) rat 7 주령을 2.5% 농도의 이소플루란으로 마취하였으며, 그 후에 CCA(common carotid artery)를 막은 상태에서 ECA(external carotid artery)를 통해서 나이론 필라멘트를 삽입하여 중뇌동맥 (MCA)을 45분 동안 폐쇄(occlusion) 시킨 후 다시 혈액을 재관류(reperfusion)하여 뇌졸증을 유발하였다. 먼저 재관류 후 시간별 0, 1, 3, 6, 12, 24, 48 시간별 염증 인자 시클로옥시게네이즈 2 (cyclooxygenase-2)의 발현량을 웨스턴 블롯 분석법을 이용하여 측정하였으며, 뇌졸증으로 유발되는 뇌경색은 재관류 24 시간 후에 분리한 전체 뇌를 2 mm section으로 자르고 2% 트리페닐테트라졸리움 클로라이드(triphenyltetrazolium chloride)를 염색을 통해서 분석하였다. 웨스턴 블롯 분석은 단백질 추출 버퍼(50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 5 mM EDTA, 150 mM NaCl, 1% NP-40, 0.1% SDS, 1 mM PMSF, and one protease inhibitor cocktail tablet (Roche, Germany)를 이용하여 뇌 조직 내 단백질을 추출한 후 원심 분리(10,000×g, 15분, 4℃)를 하여 단백질 추출물을 얻었다. 단백질 농도는 BCA 단백질 분석 키트(Pierce, IL)를 사용하여 정량하였다. 10 ㎍ 단백질 샘플을 SDS-PAGE용 샘플 버퍼(100 mM Tris-HCl, 2% SDS, 1% 2-mercaptoethanol, 2% glycerol, 0.01% bromophenol blue, pH 7.6)와 섞은 후 가열(100℃, 5분)하여 변성시켰고, 10% 폴리아크릴 아마이드 겔로 전기영동하였다. 전기영동에는 Mini protean 3 Cell (Bio-Rad, CA)을 사용하였다. 겔에 분리된 단백질은 나이트로 셀롤로오스 막(Whatman, Germany)에 전달하였고 Ponceau S 염색으로 단백질 전달과 점적된 단백질 양을 확인하였다. 이 후 나이트로 셀롤로오스 막을 블록킹 버퍼(10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 150 mM NaCl, 0.1% Tween 20, 3% nonfat dry milk)로 블록킹하고 2시간 동안 1차 항체(희석배수, 1:1000; Cell Signaling Technology, Inc., MA)와 배양시켰다. 이때, 상기 1차 항체는 뇌염증에 발현량이 증가하는 염증인자 시클로옥시게나제 2 (cyclooxygenase-2) 및 단백질 양의 표준화를 위한 house keeping protein 베타 액틴 (beta-actin)에 특이적으로 결합하는 항체(Cell Signaling Technology, Inc., MA)를 사용하였다. 1차항체와 반응시킨 막을 블록킹 버퍼로 10분간 3회 세척한 후 2차 항체(1:2000)와 1시간 동안 배양시켰다. 이후, 블록킹 버퍼로 10분간 3회 세척한 후 SuperSignal West Femto Maximum Sensitivity Substrate (Pierce,IL)로 현상하였다. 형광 시그널은 LAS-3000 발광 이미지 분석기(Fuji Photo Film Co., Japan)를 사용하여 검출하였고, 밴드 밀도는 Multi Gauge software version 3.0 (Fuji Photo Film Co.)을 사용하여 측정하였다.

도 5a는 뇌염증 질환 중 급성 뇌줄증 또는 혈관성 치매에 대한 동물실험 결과로써 허혈성 뇌졸증(ischemic stroke) 이후에 재관류에 의해 유발되는 뇌염증 인자 시클로옥시게나에 2(COX-2)의 증가를 보여주었다. 뇌졸증 이후 재관류 3시간 이후부터 증가하고 24시간에 최고값을 나타낸다.

도 5b는 허혈성 뇌졸증으로 인해 일어나는 뇌경색(cerebral infarction)에 대한 실험결과로써 술린단(sulindac) 및 GdL(14)는 비슷한 수준으로 뇌경색 부위를 억제하는 것을 확인할 수 있으며 디플루니살(diflunisal) 및 GdL(6) 또한 뇌경색을 유의하게 억제함을 보여주었다. 그 중에서도 GdL(6)가 가장 강한 뇌경색 치료 효과를 보여주었다.

도 5c는 허혈성 뇌졸증으로 인해 일어나는 뇌경색(cerebral infarction) 부위 조직에서 발현되는 염증인자인 COX-2의 단백질 양을 웨스턴 블롯(western blot)기법을 통해 확인한 결과 술린단 및 GdL(14)는 뇌경색에 대한 치료 효능과 마찬가지로 비슷한 수준의 억제 효능을 보여주었으며 디플루니살 및 GdL(6) 역시 COX-2 활성 억제를 보여주었다. 뇌경색 결과와 마찬가지로 GdL(6)가 가장 강한 염증인자 억제효과를 보여주었다.

특성평가: 대뇌피질 신경아교세포(Brain cerebral cortex micorglia SIM-A9)에서 세포 생존 능력(Cell viability) 실험

상기 실시예에서 합성한 GdL (14)와 GdL (6)의 세포 생존능력(cell viability)을 평가하기 위해서 CCK-8-kit(cell counting kit-8)를 이용한 실험을 진행하였다. Cell counting kit-8(CCK-8)은 고 수용성 테트라 졸륨 염-SST-8을 이용하여 분석이 진행되며 [2-(2-메톡시-4-니트로 페닐)-3-(4-니트로 페닐) (2,4-디 설포 페닐)-2H-테트라 졸륨, 모노 나트륨 염]은 전자 매개체의 존재 하에 환원 될 때 수용성 포르마잔 주황색 염료를 생성한다. 세포에서 탈수소 효소에 의해 생성되는 포르마잔 염료의 양은 살아있는 세포의 수에 직접 비례한다. 본 실험에서는 Mouse에서 유래한 brain cerebral cortex의 microglia SIM-A9 (ATCC®CRL-3265^TM을 사용하였다. DMEM/F-12 배지에 Heat-inactivated horse serum 5%, Heat-inactivated FBS 10%를 첨가한 완전 성장 배지에 유지한 세포는 1.5x0⁴ cells의 density로 200 ㎕ 부피에 부유 되어 96 well plate의 각 well에 심어졌다. 14시간 이상 37℃, 5% CO₂ incubator에서 부착되고 안정화 되기를 기다렸다. 다음 날, well의 배지를 제거하고, 다양한 농도 (0(control), 5, 10, 30, 50, 100, 200 μM)의 DIF, Gd-DIF, FEN, Gd-FEN, SUL, Gd-SUL이 들어있는 DMEM/F-12 serum free 배지 100 ㎕를 각 well 에 넣고 배양하였다. 배양 22시간 후, CCK-8 용액 10 ㎕를 각 well에 추가하여 2시간 더 배양하였다. 배양이 완료된 plate는 microplate reader기를 이용하여 450nm에서 흡광도를 측정하였다. 세포 생존능 계산은 다음과 같다.

Cell viability 계산:

A : control well에서 측정된 흡광도 값

B : 약물이 들어간 well에서 측정된 흡광도 값

계산된 값은 GraphPad Prism 응용 프로그램을 이용하여 그래프를 그렸다. 나온 수치의 통계적 유의성은 일원 분산 분석(One-way ANOVA with Dunnett's multiple comparison test)을 통해 확인하였다. * p<0.05 ** p< 0.01, *** p<0.001 vs. control의 유의성을 가짐을 나타낸다.

도 6은 대뇌피질 신경아교세포에서 개발된 GdL(6)과 GdL(14) 두 물질 모두 기존의 물질인 diflunisal과 sulindac에 비해 대뇌피질 미세아교세포에서 세포 생존 능력 실험결과 고농도에서 월등한 생존능력을 보여줌에 따라 기존의 약물들보다 독성이 완화됨을 보여주었다.

특성평가: 뇌염증 질환 중 급성 뇌줄중 또는 혈관성 치매에 대한 MRI 진단 능력 평가

상기 실시예에서 합성한 GdL (14)와 GdL (6)의 뇌졸증 모델에서의 MRI진단 능력 평가를 위해 치료 효능에서 사용된 동일 동물모델을 이용하여 진단 능력 평가를 진행하였다. 동일한 동물모델에서 재관류 후 6시간째에 약물을 꼬리정맥을 통하여 주사하였으며 약물 투여 후 3시간까지 매 시간마다 영상을 획득하였다. 실험은 Bruker 4.7T의 동물용 MRI에서 실시 하였으며 4 채널 array코일을 사용하였다. 영상은 imageJ프로그램에서 동일한 윈도우레벨로 맞추어 비교하였다. 영상은 뇌졸증 환자에게 실제 임상에서 진단목적으로 사용되는 T2강조영상(T2 weighted image) 및 확산 텐서 영상(Diffusion tensor image, DTI), 그리고 T1강조영상을 모두 획득하였다. 뇌졸증 초기 단계에서는 T2 강조영상에서 자세한 진단이 어려우며 확산 텐서 영상을 통한 허혈부위(ischemia)를 예측한다. 하지만 DTI와 같은 영상은 이미지 프로세싱을 통해 계산되어 나온 이미지이기 때문에 정확한 허혈부위 및 뇌경색(infarction) 사이즈를 예측하는데에 정확성 및 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다. 따라서 뇌경색 부위에 발생한 염증부위를 정확하게 표적하여 정확한 뇌경색 부위를 진단하는 MRI조영제 개발에 큰 의미가 있다.

도 7은 뇌졸증 동물모델에서 GdL(6)과 GdL(14) 모두 허혈부위 신호가 증가됨을 알 수 있었다. 특히 GdL(6)의 경우 약물 주사 후 1시간째부터 강한 신호 증강 효과를 보이며 3시간째에 뇌경색 부위만을 표적하여 강하게 신호가 증가함을 보여주었다. GdL(14)의 경우 또한 2시간째에 허혈부위에 강한 신호증강 효과를 보여주며 3시간째까지 유지되는 양상을 보여주었다.

특성평가: COX-2 단백질과의 결합 친화성 (binding affinity) 실험을 통한 표적성 평가

상기 실시예에서 합성한 GdL(10), GdL (14)와 GdL (6)의 COX-2 단백질과의 직접적인 결합 친화성평가를 위해 UV-spectrophotometer 실험을 진행하였다. 개발한 물질들이 가지는 고유의 UV spectrum 세기(intensity)를 측정한 후 COX-2 단백질을 일정하게 추가하여 스펙트럼 세기가 줄어들면서 포화상태로 줄어들 때까지의 농도를 측정하고 이때 얻은 농도 및 스펙트럼 세기 값들을 이용하여 계산한 결과로써 결합친화성 상수를 획득하였다. 또한 비교물질로 fenbufen, difulunisal, sulindac을 사용하였다. Diflunisal, GdL(6), GdL(10), GdL(14)의 시작 농도는 10μM이며 fenbufen과 sulindac의 시작 농도는 5μM로 측정을 시작하였다. 추가된 COX-2의 농도는 fenbufen, diflunisal, GdL(6), GdL(10)의 경우 3μM의 COX-2용액 9μl에 pH7.5 Tris buffer용액을 100 μl 추가한 용액을 20 μl씩 추가하여 각각 추가시마다 스펙트럼을 측정하였으며 GdL(14)와 sulindac의 경우 3μM의 COX-2용액 6μl에 pH7.5 Tris buffer용액을 100 μl 추가한 용액을 20 μl씩 추가하여 각각 추가시마다 스펙트럼을 측정하였다. 측정한 값들을 이용하여 결합 친화성 상수 K_a를 계산한 수식은 다음과 같다.

A_f: 화합물 자체의 흡광도

*A_obs: COX-2추가시마다의 흡광도

A_fc: 단백질 추가 후 포화상태의 흡광도

[L]: 화합물의 농도

도 8은 개발한 3개의 물질, GdL(6), GdL(10), GdL(14) 모두 각각 비교 물질인 diflunisal, fenbufen, sulindac보다 1.3배 이상 높은 COX-2 표적 친화성을 가짐으로써 COX-2 표적 증가로 인한 억제 능력이 증가한 위 결과들과 일치함을 볼 수 있었다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

하기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는, 화합물;

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는
,
또는
를 나타낸다.
제1항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 나타내는 것을 특징으로 하는, 화합물;

[화학식 2]
제1항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는, 화합물;

[화학식 3]
제1항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는, 화합물;

[화학식 4]
제1항에 있어서,

상기 화합물은 염증 부위를 표적하고 염증 부위의 표적 진단 및 항염증 활성을 갖는 것을 특징으로 하는,

화합물.
제1항에 있어서,

상기 화합물은 염증 부위에서 시클로옥시게나아제-2(cyclooxygenase-2, COX-2)를 선택적으로 억제하여 항염증 활성을 갖는 것을 특징으로 하는,

화합물.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 화합물은 뇌염증 부위에 표적 진단 및 항염 활성을 갖는 것을 특징으로 하는,

화합물.
제1항에 있어서,

상기 화합물은 1.5T 자기공명영상(magnetic resonance image, MRI)에서 4 mM^-1s^-1 내지 5 mM^-1s^-1의 자기이완도를 갖는 것을 특징으로 하는,

화합물.
제1항에 있어서,

상기 화합물은 적어도 하나의 물 분자와 배위하는 것을 특징으로 하는,

화합물.
하기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 염증 부위를 표적하고 염증 부위에 항염증 활성을 갖는 것을 특징으로 하는, 항염증제;

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는
,
또는
를 나타낸다.
제10항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 나타내는 것을 특징으로 하는, 항염증제;

[화학식 2]
제10항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는, 항염증제;

[화학식 3]
제10항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는, 항염증제;

[화학식 4]
제10항에 있어서,

상기 항염증제는 염증 부위에서 시클로옥시게나아제-2를 선택적으로 억제하는 것을 특징으로 하는,

항염증제.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 화합물은 뇌염증 부위에 표적 및 항염 활성을 갖는 것을 특징으로 하는,

항염증제.
하기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하고, 1.5T 자기공명영상에서 4 mM^-1s^-1 내지 5 mM^-1s^-1의 자기이완도 갖는 것을 특징으로 하는, MRI 조영제:

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는
,
또는
를 나타낸다.
제16항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 나타내는 것을 특징으로 하는, MRI 조영제;

[화학식 2]
제16항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는, MRI 조영제;

[화학식 3]
제16항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는, MRI 조영제;

[화학식 4]
제18항 또는 제19항에 있어서,

상기 조영제는 뇌경색 부위를 특이적으로 표적하여 강하게 신호를 증가함을 특징으로 하는,

MRI 조영제.
하기 화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 시클로옥시게나이제-2 억제제;

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는
,
또는
를 나타낸다.
제21항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 2로 나타내는 것을 특징으로 하는, 시클로옥시게나이제-2 억제제;

[화학식 2]
제21항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는, 시클로옥시게나이제-2 억제제;

[화학식 3]
제21항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는, 시클로옥시게나이제-2 억제제;

[화학식 4]
제21항에 있어서,

상기 시클로옥시게나아제-2 억제제는 염증 부위에서 시클로옥시게나아제-2를 선택적으로 억제하는 것을 특징으로 하는,

시클로옥시게나아제-2 억제제.
화학식 1로 나타내는 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 뇌염증 질환 치료제;

[화학식 1]

상기 화학식 1에서,

Linker는 *-(CH₂)_x-A-(CH₂)_y-*를 나타내고,

x 및 y는 각각 독립적으로 0 내지 5 중 어느 하나의 정수를 나타내며,

A는 *-COO-*, *-CO-*, *-CONH-* 또는 *-O-*를 나타내고,

X는
또는
를 나타낸다.
제26항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 3으로 나타내는 것을 특징으로 하는, 뇌염증 질환 치료제;

[화학식 3]
제26항에 있어서,

상기 화학식 1은 하기 화학식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는, 뇌염증 질환 치료제.

[화학식 4]
제26항에 있어서,

상기 뇌염증 질환은 치매임을 특징으로 하는,

뇌염증 질환 치료제.