碳酸酐酶靶向剂及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种靶向碳酸酐酶的药剂，该靶向碳酸酐酶的药剂可用作成像剂或治疗剂。所述药剂可用于在对象体内对肿瘤缺氧以及其他生理过程进行成像。
【专利说明】碳酸酐酶靶向剂及其使用方法
[0001]与相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年5月9日提交的美国临时专利申请编号61/483，979的利益和优先权，所述临时申请的内容通过引用并入本文。【技术领域】
[0003]本发明提供了靶向碳酸酐酶的药剂，其可以用作成像剂或治疗剂。所述药剂可用于在对象体内的肿瘤缺氧以及其他生理过程进行成像。
技术背景
[0004]用于在某些疾病中评估分子终点的当前方法通常需要组织和血液取样、外科手术，并且在实验动物的情况下，需要在不同时间点处死。尽管在非侵入性成像领域中取得进展，但仍迫切需要更灵敏和特异的成像剂和方法。能够可视化特定分子靶和/或整个通路的成像技术，将显著提高我们诊断和评估治疗性干预对许多不同疾病状态的疗效的能力。大多数当前的成像技术主要报告解剖学或生理学信息(例如磁共振成像(MRI )、计算机断层扫描(CT)和超声)。更新的模式例如光学成像和新的分子成像探针，具有彻底改变检测、治疗和监测疾病的方式的潜力。
[0005]特别是，光学成像提供了几种优点，使其在研究和临床两种应用上成为强有力的分子成像方法。具体来说，光学成像可以是快速、安全、经济有效和高度灵敏的。扫描时间在数秒至数分钟的量级上，不需要电离辐射，并且成像系统可以使用相对简单。此外，光学探针可以设计成动态分子成像剂，其可以在体内改变它们的报告剖析，以实时提供分子和功能信息。为了在体内获得最大穿透和灵敏度，对于生物系统中的大多数光学成像来说，选择红和近红外(NIR)光谱区(600-900nm)之内，尽管也可以使用可见光区域中的其他波长。在NIR波长范围中，生理上丰富的吸收剂例如血红蛋白或水的吸收以及组织的自发荧光被降至最低。
[0006]组织缺氧或组织缺氧现象是身体整体(普遍化组织缺氧)或身体区域(组织缺氧)被剥夺充足氧气供应的病理状况。动脉氧浓度的变化可以是正常生理的一部分，例如在剧烈体育锻炼期间。氧气供应与细胞水平上对氧气的需求之间的失谐，可能引起组织缺氧状况。
[0007]肿瘤缺氧是肿瘤细胞被剥夺氧气的情况。当肿瘤生长时，肿瘤生长速度快速地超过其血液供应，给肿瘤部分留下氧浓度比健康组织中明显更低的区域。肿瘤缺氧也可以是肿瘤组织中经历的高度细胞增殖的结果，引起更高的细胞密度并由此加重局部氧气供应的负担。
[0008]碳酸酐酶(或碳酸脱水酶)形成催化二氧化碳和水向碳酸氢盐和质子(或与之相反)的快速相互转化的一个酶家族，所述可逆反应在不存在催化剂的情况下进行得相当慢。所述酶在动物中的功能之一是将二氧化碳和碳酸氢盐相互转变，以维持血液和其他组织中的酸碱平衡，并帮助将二氧化碳运输出组织。
[0009]碳酸酐酶(CA)是一个锌金属酶大家族，其参与各种不同生物过程，包括呼吸、钙化、酸碱平衡、骨吸收以及水状液、脑脊液、唾液和胃酸的形成。它们在组织分布及其亚细胞定位方面显示出广泛多样性。CA IX是一种跨膜蛋白，其已被显示在缺氧条件下显著上调，并在与细胞外酸化相关的组织缺氧中连同细胞内碳酸酐酶II 一起起到关键作用。它在所有肾透明细胞癌中表达，但是在正常肾脏或大多数其他正常组织中未检测到。它可能参与细胞增殖和转化。重要的是，肿瘤缺氧和随后CA IX的表达与大量癌症类型中的不良预后和治疗结果联系在一起。更准确并有效地检测和定量碳酸酐酶相关的组织缺氧的能力，将帮助理解生物现象例如细胞增殖和癌症，以及确定最适合的治疗方案。
【发明内容】
[0010]本发明提供了结合于碳酸酐酶、特别是碳酸酐酶IX (CA IX)的荧光成像剂，并且其可用于各种体外和体内应用中，包括但不限于缺氧细胞例如在缺氧肿瘤中发现的缺氧细胞的识别。本发明还提供在远红或近红外区域中发荧光的CA IX药剂/配体，其对于在动物活体中碳酸酐酶的体内成像特别实用。此外，本发明进一步提供了独立地含有远红或近红外荧光团的药剂，所述荧光团已被可用于优化所述药剂的体外和体内性质的多种化学修饰基团修饰。
[0011]一方面，所述碳酸酐酶靶向剂包含:碳酸酐酶结合部分，该碳酸酐酶结合部分包含可任选地被脂族、芳香族或杂芳族组成部分取代的磺酰胺组成部分；以及荧光报告物，其可任选地通过连接物(L)组成部分化学连接到所述碳酸酐酶组成部分，其中所述荧光组成部分可任选地还包含多个化学修饰基团。
[0012]另一方面，本发明包含:(a)碳酸酐酶结合(CAB)部分，其包含磺酰胺基团组成部分和芳香族或杂芳族组成部分；(b)远红或近红外荧光团(F)，其可任选地通过连接物(L)化学连接到所述CAB组成部分；以及(c)多个化学修饰剂(M)，每个化学修饰剂(M)独立地并可任选地通过连接物(L)连接到所述荧光团。
[0013]所述化学修饰组成部分(M)可以包括例如2至8个个体修饰基团，每个个体修饰基团化学连接到所述荧光团。药剂可以包含CAB、荧光团和多个修饰基团。
[0014]在某些实施例中，所述碳酸酐酶靶向剂由式(I)或其盐表示:
[0015]
【权利要求】
1.一种碳酸酐酶靶向剂，该碳酸酐酶靶向剂由式(I)或其盐表示:
2.一种碳酸酐酶靶向剂，该碳酸酐酶靶向剂由式(II)或其盐表示:
3.根据权利要求1或2所述的药剂，其中所述药剂在远红或近红外中具有荧光。
4.根据权利要求1-3任一项所述的药剂，其中Q是未取代的杂芳基。
5.根据权利要求1-3任一项所述的药剂，其中Q是烷基。
6.根据权利要求1-5任一项所述的药剂，其中每个LpL2和L3独立地包含-NH-(CH2)n-C(=0)-，其中n=l-8，或选自由下列的组成部分所组成的组的双自由基:甘氨酸，丙氨酸，β-丙氨酸，4-氨基甲基苯甲酸，磺基丙氨酸，谷氨酸，氨基-聚乙二醇-羧酸，氨基-聚乙二醇胺，乙二胺，丙二胺，亚精胺，精胺，己二胺，二胺-氨基酸，赖氨酸，鸟氨酸，二氨基丁酸，二氨基丙酸，琥珀酸，戊二酸，辛二酸，己二酸，酰胺，三唑，脲和硫脲。
7.根据权利要求1-5任一项所述的药剂，其中U是下列之一:(bXWMR1)-烷基-Ψ ；(c ) -C _ (R1) - [C2_3 烷基-0] ζ_(ν3 烷基-C (0) N (R1) - Ψ ；(d)-C(0)N (R1)-烷基-芳基-C (0) N (R1) - Ψ ；(e ) -C _ (R1)-烷基-C (0) N (R1) -C卜3 烷基-芳基-C (0) N (R1) - Ψ ;或(f)-C(0)N(R1) -[C2_3 烷基-0]Z-(V3 烷基-C (0)N(R1)-烷基-芳基-C(0)N(R1) - Ψ ；其中z是约3至约35的整数，R1在每次出现时独立地表示氢或烷基，并且Ψ是与CAB的连接键。
8.根据权利要求1-7 任一项所述的药剂，其中L2是Ci_5烷基。
9.根据权利要求1-8任一项所述的药剂，其中L3是连接键。
10.根据权利要求1-9任一项所述的药剂，其中X是C(CH3)2。
11.根据权利要求1-10任一项所述的药剂，其中Μ在每次出现时独立地表示磺酸盐或-so3h。
12.根据权利要求1-10任一项所述的药剂，其中Μ在每次出现时独立地表示选自羧酸盐、膦酸盐、磷酸盐和亚氨基二乙酸盐的取代基。
13.根据权利要求1-10任一项所述的药剂，其中Μ是磺酸盐。
14.根据权利要求1-10任一项所述的药剂，其中Μ在每次出现时独立地表示选自由下列的取代基所组成的组:氢，醇，磺酸，磺酸盐，多磺酸盐，磺基丙氨酸，磺酰胺，亚砜，砜，羧酸盐，酮，膦酸盐，磷酸盐；亚氨基二乙酸盐，乙二胺四乙酸，二亚乙基三胺五乙酸，四氮杂环十二烷四乙酸，氨基酸或聚氨基酸，低聚或聚乙二醇，胺，季铵离子，糖，葡萄糖胺，半乳糖胺，甘露糖胺，聚乙二醇(PEG)，烷氧基聚乙二醇，支链聚丙二醇，聚丙二醇，聚赖氨酸和甲氧基聚乙二醇的接枝共聚物，肽，脂，脂肪酸，棕榈酸盐，磷脂，磷脂-PEG缀合物，糖类，氧化铁纳米粒子，萘基丙氨酸，苯基丙氨酸，3，3- 二苯基丙胺，牛磺酸，膦酸盐，磷酸盐，羧酸盐和聚羧酸盐。
15.根据权利要求1-14任一项所述的药剂，其中所述化学修饰剂Μ增强所述药剂对CAIX相对于CA IX之外的CA的结合选择性。
16.根据权利要求1-15任一项所述的药剂，其中所述Μ修饰的药剂在中性pH下具有-3至-12范围内的净负电荷。
17.根据权利要求1-16任一项所述的药剂，其中所述化学修饰剂Μ降低所述药剂的非特异性细胞膜通透性。
18.根据权利要求1-17任一项所述的药剂，其中所述化学修饰剂Μ降低所述化合物在给药于动物活体时的非特异性组织积累。
19.一种碳酸酐酶靶向剂，该碳酸酐酶靶向剂由式(III)或其盐表示:
F-L-CAB
(III) 其中 F是近红外荧光染料； L是任选的连接物；并且 CAB是碳酸酐酶结合部分，该CAB包含磺酰胺组成部分和脂族、芳香族或杂芳族组成部分。
20.根据权利要求1-19任一项所述的药剂，其中CAB是-芳基-SO2NH2、-杂环基-SO2NH2、-芳基-C (O) N (R’)-杂芳基-SO2NH2、-杂芳基-C (O) N (R’)-杂芳基-SO2NH2、-C (O)N(R’)-杂芳基-杂芳基-SO2NH2或-C (O) N(R’)_芳基-杂芳基-SO2NH2，其中R’在每次出现时独立地表示氢或C^6烷基；每个芳基和杂芳基可任选地被I或2个取代基取代，所述取代基独立地选自由烷基和卤素所组成的组；并且每个杂环基可任选地被1、2或3个取代基取代，所述取代基独立地选自由烷基、卤素、氨基和氧基所组成的组。
21.一种碳酸酐酶靶向剂，该碳酸酐酶靶向剂由式(IV)或其盐表示:
22.一种碳酸酐酶靶向剂，该碳酸酐酶靶向剂由式(V)或其盐表示:
23.根据权利要求1-22任一项所述的药剂，其中CAB是-苯基_S02NH2、-吡啶基-S02NH2、1, 3，4-噻二 唑-S02NH2、-苯并[d]噻唑 _S02NH2、-苯基-C (O)N(H)-吡啶基-S02NH2、-苯基-C (0) N (H) -1，3，4-噻二 唑 _S02NH2、-吡啶基-C (0) N (H) -1，3，4-噻二唑-S02NH2、-C(0)N(H)_ 吡啶基-1，3，4-噻二唑-S02NH2、或-C(0)N(H)_ 苯基-1，3，4-噻二唑-S02NH2 ;其中每个苯基、吡啶基和噻二唑可任选地被1或2个取代基取代，所述取代基独立地选自由烷基和卤素所组成的组。
24.根据权利要求1-22任一项所述的药剂，其中CAB由下式表示:
25.一种碳酸酐酶靶`向剂，该碳酸酐酶靶向剂选自由 3-乙基-2- ((IE, 3Ζ, 5Ε) -5- (3-乙基 _1，1- 二甲基-6, 8- 二磺基-1H-苯并[e] B引哚-2(3H)_亚基)-3-(5-((4-氨磺酰基苯甲基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-6，8-二磺基-1H-苯并[e]吲哚_3_鎗； 3- (2- ((IE, 3Z, 5E) -5- (1，1- 二甲基-6，8- 二磺基-3- (3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3-(5-((4-氨磺酰基苯甲基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-6，8-二磺基-1H-苯并[e]吲哚_3_鎗-3-基)丙烷_1_磺酸盐； 3-(2-((1Ε，3Ε，5Ε)-5-(1，1-二甲基 _6，8-二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2(3H)_ 亚基)戊-1,3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-6-(N-甲基-N-(4-氧基-4-((4-氨磺酰基苯甲基)氨基)丁基)氨磺酰基)-1H-苯并[e]吲哚-3-鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐； 3-(2-((IE, 3Z, 5E)-5-(1, 1- 二甲基 _6，8- 二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3- (5- ((6-氧基-6- ((4-氨磺酰基苯甲基)氨基)己基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1-二烯-1-基)_1，1-二甲基-6，8-二磺基-1H-苯并[e]吲哚_3_鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐； 3-(2-((IE, 3Z, 5E)-5-(1, 1- 二甲基 _6，8- 二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3- (5- ((3-氧基-1-(4-氨磺酰基苯基)_6，9，12，15，18，21，24，27，30，33，36，39，42，45，48，51，54，57，60，63，66，69，72，75- 二十四氧杂-2-氮杂七十七烷-77-基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-6，8-二磺基-1H-苯并[e]吲哚-3-鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐；.3-(2-((IE, 3E, 5E)-5-(1, 1_ 二甲基-6，8- 二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2(3H)_ 亚基)戊-1,3-二烯-1-基)-1,1-二甲基-6_(Ν_ 甲基-Ν_(4_ 氧基-4-((4-((5-氨磺酰基-1，3，4-噻二唑-2-基)氨甲酰基)苯甲基)氨基)丁基)氨磺酰基)-1Η-苯并[e]吲哚-3-鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐；.3-(2-((lE, 3Z, 5E)-5-(1, 1_ 二甲基 _6，8-二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3- (5- ((6-氧基-6- ((4- ((5-氨磺酰基_1，3，4-噻二唑_2_基)氨甲酰基)苯甲基)氨基)己基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基二甲基-6，8- 二磺基-1H-苯并[e]吲哚-3-鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐；.3-乙基-2- ((IE, 3Z, 5E) -5- (3-乙基 _1，1- 二甲基-6, 8- 二磺基-1H-苯并[e] 口引哚-2 (3H)-亚基)-3-(5-((4-((5-氨磺酰基-1,3，4-噻二唑-2-基)氨甲酰基)苯甲基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-8-磺基-1H-苯并[e]吲哚-3-鎗-6-磺酸盐；.3-(2-((IE, 3Z, 5E)-5-(1, 1_ 二甲基 _6，8- 二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3-(5-((4-((5-氨磺酰基-1,3，4-噻二唑-2-基)氨甲酰基)苯甲基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-6，8-二磺基-1!1-苯并[e]吲哚-3-鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐；.3-(2-((IE, 3Z, 5E)-5-(1, 1_ 二甲基 _6，8- 二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3- (5- ((3-氧基-1- (4- ((5-氨磺酰基_1，3，4-噻二唑_2_基)氨甲酰基)苯基)-6，9，12，15，18，21，24，27，30，33，36，39，42，45，48，51，54，57，60，63，66，6.9，72, 75- 二十四氧杂-2-氮杂七十七烧~77~基)氨甲酰基)吡唳~2~基)戍-1，3- 二烯-1-基)-1，1-二甲基_6，8-二磺基-1!1-苯并[e]吲哚_3_鎗-3-基)丙烷_1_磺酸盐；.3-(2-((1Ε，3Ζ，5Ε)-5-(1，1_ 二甲基 _6，8-二磺基-3-(3-磺基丙基)-1H-苯并[e]吲哚-2 (3H)-亚基)-3-(5-((3-氧基-3-((5-氨磺酰基-1,3，4-噻二唑-2-基)氨基)丙基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1，3-二烯-1-基)-1，1-二甲基-6，8-二磺基-1!1-苯并[e]吲哚-3-鎗-3-基)丙烷-1-磺酸盐；以及.3- (2- ((IE, 3Z, 5E) -5- (3，3- 二甲基-5-磺基 _1_ (3-磺基丙基)二氢吲哚-2-亚基)-3- (5- ((3-氧基-3- ((5-氨磺酰基-1，3，4-噻二唑-2-基)氨基)丙基)氨甲酰基)吡啶-2-基)戊-1,3-二烯-1-基)-3,3-二甲基-5-磺基-3H-吲哚-1-鎗-1-基)丙烷-1-磺酸盐；及其可药用盐所组成的组。
26.—种适合于向对象给药的药物组合物,该药物组合物包含权利要求1-25任一项的药剂和可药用赋形剂。
27.—种体内成像方法，该体内成像方法包括:(a)将权利要求1-25任一项的药剂给药于对象；(b)使所述药剂在所述对象中分布；以及(c)检测由所述碳酸酐酶成像剂发射的信号。
28.—种体内光学成像方法，该体内光学成像方法包括:(a)将权利要求1-25任一项的药剂给药于对象 ，其中所述药剂包含荧光染料；(b)使所述药剂在所述对象中分布； (c)将所述对象暴露于所述荧光染料可吸收的波长的光；以及 Cd)检测由所述药剂发射的信号。
29.根据权利要 求27或28所述的方法，其中由所述药剂发射的所述信号用于构建图像。
30.根据权利要求27或28所述的方法，其中所述图像是断层扫描图像。
31.根据权利要求27所述的方法，其中步骤(a)至(c)以预定时间间隔重复，从而允许在所述对象体内随时间评估所述碳酸酐酶药剂的发射信号。
32.根据权利要求28所述的方法，其中步骤(a)至(d)以预定时间间隔重复，从而允许在所述对象体内随时间评估所述碳酸酐酶药剂的发射信号。
33.根据权利要求27-32任一项所述的方法，其中所述对象是动物或人类。
34.根据权利要求27或28所述的方法，其中在步骤(a)中，将信号特性可以彼此区分开的两种或更多种成像探针给药于对象，其中至少一种所述成像探针是碳酸酐酶结合剂。
35.根据权利要求28所述的方法，其中所述照射和检测步骤使用内窥镜、导管、断层扫描系统、手持光学成像系统或术中显微镜来进行。
36.根据权利要求27-35任一项所述的方法，其中发射信号的存在、不存在或水平指示疾病状态。
37.根据权利要求27-35任一项所述的方法，其中所述方法用于检测和/或监测疾病。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述疾病选自由骨病、癌症、心血管疾病、动脉粥样硬化、再狭窄、心肌缺血、心肌再灌注损伤、环境疾病、皮肤病、免疫疾病、遗传病、传染病、炎性疾病、代谢病、神经退行性疾病、眼科疾病和呼吸道疾病所组成的组。
39.根据权利要求27-38任一项所述的方法，其中在步骤(a)中，将用所述碳酸酐酶靶向剂标记的细胞给药于所述对象。
40.根据权利要求39所述的方法，其中由所述碳酸酐酶靶向剂发射的信号用于监测所述细胞的运输和定位。
41.一种对在对象体内的组织缺氧进行成像的方法，所述方法包括: Ca)将权利要求1-25任一项的药剂给药于对象；以及 (b)检测所述药剂的存在，由此产生表示所述对象组织中的碳酸酐酶表达和/或缺氧的图像。
42.一种在对象体内治疗疾病的方法，所述方法包括将权利要求1-25任一项的药剂系统或局部地给药于对象，其中所述药剂包含定位于所述疾病区域中并传递有效剂量的辐射的放射性标记物。
43.一种体外成像方法，该体外成像方法包括: Ca)将样品与权利要求1-25任一项的药剂相接触； (b)使所述药剂结合于生物靶； (C)可任选地除去未结合的药剂；以及 Cd)检测从所述药剂发射的信号，由此确定所述药剂是否被所述生物靶激活或结合于生物靶。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述样品是生物样品。
【文档编号】G01N33/58GK103687854SQ201280022840
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年5月9日 优先权日:2011年5月9日
【发明者】凯文·格罗夫斯, 巴加纳·巴奥 申请人:文森医学公司