專利名稱：用于光動力療法和腫瘤成像的b環(huán)被還原-d環(huán)被氧化的四吡咯光敏劑的制作方法
用于光動力療法和腫瘤成像的B環(huán)被還原-D環(huán)被氧化的四
吡咯光敏劑與相關申請的交叉引用本申請要求2008年2月19日提交的美國臨時專利申請61/066，374的優(yōu)先權。關于聯(lián)邦資助的研究與開發(fā)的說明本發(fā)明全部或部分地在國立衛(wèi)生研究院(National Institute of Health)的資 助號CA 114053和CA 119358下開發(fā)出來。美國政府可能在本發(fā)明中具有某些權利。
背景技術：
卟啉(四吡咯系統(tǒng))作為在光動力療法中使用的光敏劑已經(jīng)產(chǎn)生了大量利益。在 Roswell Park Cancer Institute(RPCI)開發(fā)的一種血卟啉衍生物Photofrin 目前正在全 世界用于治療各種癌癥。Photofrin的一些缺點是(i)延長的皮膚光毒性，建議患者在治療 后至少4到6周避免日光直射，(ii)在630nm處的弱吸收限制了它的組織穿透能力，因此 難以治愈深位腫瘤。在包括我們實驗室在內(nèi)的多個實驗室正在嘗試開發(fā)與Photofrin相比 具有降低的皮膚光毒性的更親腫瘤的化合物。最近，已經(jīng)顯示了基于卟啉的化合物和“雙功能試劑”在核成像(PET/SPECT)和治 療方面的用途，或用于確定親腫瘤光敏劑作為媒介物向腫瘤遞送期望的成像劑(例如熒光 成像、MRI)用于“看見并治療”方法的能力。最近，已經(jīng)通過使用3-(1-己氧基乙基)-3-去 乙烯基_焦脫鎂葉綠酸_a(HPPH，目前在人類II期臨床試驗中)作為腫瘤靶向組成部分，顯 示了這種方法在熒光成像/PDT中的實用性。PDT作為癌癥和通常具有轉(zhuǎn)化細胞過量生長特性的某些非癌性病癥的治療性或緩 和性療法正逐漸被接受。PDT與Photofrin (血卟啉衍生物的復合混合物)最近被幾個國 家的衛(wèi)生管理機構批準用于肺、胃、食道、膀胱和宮頸腫瘤以及子宮頸非典型增生和光化性 角化病的治療，促進了對該過程的興趣。對細胞和組織的光敏破壞中涉及的機制的更詳細 理解，以及對于各種不同類型卟啉化合物的化學結(jié)構與光動力活性之間的關聯(lián)性的進一步 闡明，導致開發(fā)出光治療活性得以改進的第二代光敏劑。這些光敏劑中有一些已被證明可 用于非腫瘤性適應癥，例如濕性老年性黃斑變性(AMD)。1PDT的成功結(jié)果依賴于三個要素的最佳的相互作用光、光敏劑和氧。一般來說， 可見光譜中紅區(qū)到近紅外區(qū)中的光不在人類組織中大多數(shù)內(nèi)源性吸收分子的吸收譜帶范 圍之內(nèi)。因此，最常用的PDT試劑是吸收譜帶在630-800nm范圍內(nèi)的卟啉及其類似物(例 如二氫卟酚、菌綠素和酞花青)。最近，能夠與光學纖維(允許輻照內(nèi)部器官中的病變)有 效聯(lián)接的低成本緊湊型發(fā)紅光二極管激光器拓寬了 PDT的使用。1盡管卟啉被腫瘤保留的機制尚不完全了解，但已認識到親脂性與親水性之間的平 衡是一個重要因素。在我們的實驗室中，在SAR和QSAR研究的基礎上，我們已經(jīng)能夠確定 與焦脫鎂葉綠酸-a(660nm)2、紅紫素酰亞胺(700nm)3和細菌紅紫素酰亞胺(SOOnm)4相關的 光敏劑中的重要結(jié)構參數(shù)。這些化合物目前正處于不同的臨床和臨床前試驗階段。在我們 以前開發(fā)用于腫瘤成像和PDT的“雙重功能”試劑的工作中，我們已經(jīng)表明可以將親腫瘤光 敏劑用作用于向腫瘤遞送成像劑的靶向媒介物。這種方法在制備光學成像/PDT5、PET成像
4/PDT6和MR成像/PDT試劑7方面相當成功。但是，正在進行嘗試以改進這些“雙功能試劑” 的腫瘤選擇性。在使用某些二氫卟酚(D環(huán)被還原的)類似物的一系列烷基醚或芳基醚類似物進 行的SAR研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)(i)分子的總體親脂性和(ii)在分子的不同外周位置處取代基 的存在，在腫瘤攝取和PDT效能方面造成了明顯差異。以前在焦脫鎂葉綠酸_a系列(其中D環(huán)被還原的二氫卟酚系統(tǒng))中，我們合成并 評估了一系列烷基醚類似物(例如圖7反應圖式1中的化合物3)的光敏化效能。我們觀 察到log P值(決定了化合物的總體親脂性)與PDT活性之間的拋物線關系，并且在這些 類似物中，發(fā)現(xiàn)己基醚衍生物(3a，HPPH)是最有效的。HPPH目前正在進行人類II期臨床 試驗(肺、巴雷特食管和頭頸癌)。最近，已經(jīng)開發(fā)了用于腫瘤成像和PDT的“雙功能試劑”。在一系列光敏劑中，碘 代苯甲基醚類似物5表現(xiàn)出優(yōu)異的腫瘤成像(PET成像)和PDT效能5。從初期體內(nèi)篩選獲 得的最初結(jié)果也暗示了這種化合物在瘤轉(zhuǎn)移成像中的用途。與使用F-18氟代脫氧葡萄糖 (F-18fluorodeozyglucose,F-18 FDG)進行對比研究獲得的最初結(jié)果顯示出化合物5優(yōu)于 F-18 FDG的優(yōu)越性。但是，使用較高等物種的詳細研究目前正在進行中。到目前為止，在我們和其他實驗室中的大多數(shù)衍生自葉綠素_a類似物的二氫卟 酚含有D環(huán)被還原的系統(tǒng)。在我們以前的發(fā)明中，我們已經(jīng)表明了在二氫卟酚(D環(huán)被還原 的)中不同外周位置處某些取代基位置的存在，對PDT效能造成了顯著影響。


圖1顯示了卟啉、二氫卟酚和菌綠素的基本結(jié)構。圖2顯示了本發(fā)明的用于PDT和腫瘤成像的衍生自細菌葉綠素_a的二氫卟酚的 基本骨架。R=烷基、芳基，具有可變長度的碳鏈的PEGj1 = -COOH,酯、酰胺、氨基酸、葉酸、 單克隆抗體等組成部分。圖3在圖A-F中顯示了衍生自葉綠素_a和細菌葉綠素_a的各種B-環(huán)和D-環(huán)被 還原的二氫卟酚光敏劑，在二氯甲烷中為5μΜ的等摩爾濃度時的對比性電子吸收光譜的 曲線，其中圖例的化合物編號是指圖7-12中所示的化合物。圖4顯示了衍生自葉綠素和細菌葉綠素_a的光敏劑的各種游離堿和In(III) 復合物在結(jié)腸-26腫瘤細胞中的比較性體外光敏化效能。在圖A-E中，Y =存活的級份，X = 光劑量，單位為J/cm2。圖例中的數(shù)字是指圖7-12中的化合物編號。圖A顯示了 0.125μΜ 濃度下的光敏性。圖B-D顯示了 0.031 μ M濃度下的光敏性。圖E顯示了 0.25 μ M濃度下 的光敏性。圖5在圖A中顯示了化合物3a在注射后24小時時的體內(nèi)反射光譜(腫瘤為實線， 皮膚為虛線)，其中Y = OD (以e為底)，X =波長，單位為nm，圖B中的Y顯示了腫瘤與皮 膚中光敏劑的微摩爾濃度的比率(比例為4 1)，X顯示了注射后的分鐘數(shù)。圖6在圖A中顯示了化合物14在注射后24小時時的體內(nèi)反射光譜(腫瘤為實 線，皮膚為虛線)，其中Y = OD (以e為底)，X =波長，單位為nm，在圖B中，X是注射后的 分鐘數(shù)，Y顯示了腫瘤與皮膚中光敏劑的微摩爾濃度的比率(比例為9 1)，其明顯高于使 用HPPH-甲酯時觀察到的(圖5)。
圖7顯示了具有和不具有PET成像能力的用于光動力療法的衍生自焦脫鎂葉綠 酸_a的光敏劑的反應圖式1，其中A是具有類似藥效學和藥物動力學性質(zhì)的PET和PDT試 劑。夏威夷螺旋藻(Spirulina Pacifica)主要包含葉綠素a。圖8顯示了用于制備細菌焦脫鎂葉綠酸-a甲基酯的反應圖式2。類球紅細菌(Rb. sphaeroides)主要包含細菌葉綠素_a。圖9顯示了使用不同氧化劑氧化細菌焦脫鎂葉綠酸2的反應圖式3，其中使用DDQ 除了 82%收率之外還產(chǎn)生了分解產(chǎn)物。圖10顯示了用于制備B-環(huán)被還原的二氫卟酚的合成策略的反應圖式4。圖11顯示了首次合成含有稠合的酸酐或N-取代的酰亞胺環(huán)系統(tǒng)的、B-環(huán)被還原 的二氫卟酚的反應圖式5，其中R =烷基、芳基或PEG取代基。圖12顯示了用于合成本發(fā)明的二氫卟酚的In(III)復合物的反應圖式6。圖13顯示了合成用于PET成像和PDT的含有碘代苯甲基醚取代基的B-環(huán)被還原 的二氫卟酚和相應的1-124標記的類似物的反應圖式7。發(fā)明簡述本發(fā)明涉及用于制備B環(huán)被還原的光敏劑的成功途徑。因此，本發(fā)明包括了新的 具有被還原的B環(huán)和被氧化的D環(huán)的四吡咯光敏劑和成像劑。參見例如6-9 (圖2)。與我 們實驗室以前開發(fā)的相應的D環(huán)被還原的光敏劑進行了光物理性質(zhì)、腫瘤攝取和PDT效能 比較。為了實現(xiàn)目標，通過下列已知方法從類球紅細菌分離了細菌脫鎂葉綠酸_a甲基 酯 10，即，Chen，Y 等，Bioconjugate Chemi. 2007，18，1460-1473，通過使其與三甲吡啶回流 以優(yōu)異的收率產(chǎn)生了細菌焦脫鎂葉綠酸_a甲基酯11 (反應圖式2，圖8)。根據(jù)本發(fā)明，提供了純化的具有光敏化或腫瘤成像性質(zhì)的D環(huán)被氧化且B環(huán)被還
原的四吡咯化合物，所述化合物具有下列結(jié)構式其中R1是-CH = CH2, -CH2CH3, -CR13O,其中R13是氫、低級烷基或取代的低級烷基，-COOH HC R
或3 丫 9 其中R9 =-ORltl，其中Rltl是-H，含1到8個碳原子的低級烷基，芳基，
含最多20個碳原子的聚亞烷基二醇基團，-CH2R14，其中R14是苯基或取代苯基，-(CH2-O) nCH3, - (CH2) 2C02CH3, - (CH2) 2C0NH 亞苯基 CH2DTPA, -CH2CH2CONH (C0NH 亞苯基 CH2DTPA) 2，-CH2R11或
權利要求
四吡咯光敏劑和成像劑化合物，所述化合物具有被還原的B環(huán)和被氧化的D環(huán)。
2.權利要求1的化合物，具有至少95%的純度。
3.權利要求1的化合物，在C環(huán)的與D環(huán)最臨近的不飽和碳原子處和在C環(huán)與D環(huán)之 間的不飽和碳原子處相連具有稠合系統(tǒng)。
4.權利要求3的化合物，其中稠合環(huán)是酸酐。
5.權利要求1的化合物，其中稠合環(huán)是N-取代的酰亞胺環(huán)。
6.權利要求1的四吡咯化合物，具有被氧化的D環(huán)和被還原的B環(huán)，具有光敏化或腫瘤 成像性質(zhì)，所述化合物由以下的結(jié)構式表示其中R1是-CH = CH2, -CH2CH3, -CR13O,其中R13是氫、低級烷基或取代的低級烷基，-COOH HC R或3 丫 9 其中R9 =-ORltl,其中Rltl是-H，含1到8個碳原子的低級烷基，芳基，含最多20個碳原子的聚亞烷基二醇基團，-CH2R14，其中R14是苯基或取代苯基，-(CH2-O) nCH3, - (CH2) 2C02CH3, - (CH2) 2C0NH 亞苯基 CH2DTPA, -CH2CH2CONH (C0NH 亞苯基 CH2DTPA) 2，-CH2R11或O=IjJ 或熒光染料組成部分；R2、R2a、R3、R3a、R4、R5、R5a、R7> R7a和R13獨立地是氫， R11"N"Riι ，低級烷基或取代的低級烷基，或鄰近碳原子上的兩個R5、R5a、R7和R7a基團可合在一起形成 共價鍵，或同一個碳原子上的兩個R2、R2a、R3、R3a、R5、R5a、R7和R7a基團可形成連接二價側(cè)基 的雙鍵；R2和R3可合在一起形成含有氧、氮或硫的5或6元雜環(huán)^是-CH2-, -C(O)O(O) C-, -N(R12)-或共價鍵;R8是-(CH2)2COR15，其中R15是-OH, -0-含最多8個碳原子的低級 烷基，芳基，-NH2，氨基酸殘基或抗體殘基；-(CH2)2CONH亞苯基CH2DTPA, -CH2CH2CONH (C0NH亞苯基 CH2DTPA) 2，-CH2R11 或 0=(p
7.權利要求6的化合物，其中R6是-C(0)0 (O)C-或-N(R12)-。
8.權利要求1的化合物，基本上由含有稠合環(huán)的、B-環(huán)被還原的二氫卟酚構成，所述稠 合環(huán)選自5元碳環(huán)、6元酸酐環(huán)或6元N-取代的酰亞胺環(huán)。
9.權利要求1的化合物，其是含有鹵素取代的芳香環(huán)系統(tǒng)的二氫卟酚，被1-124取代， 具有通過PET (正電子發(fā)射斷層掃描)、SPECT (單光子發(fā)射計算機斷層掃描)和PDT (光動 力療法)進行腫瘤成像的能力。
10.權利要求1的四吡咯化合物，選自
11.權利要求1的化合物，具有在660到750nm范圍內(nèi)的波長吸收。
12.以超過95%的收率制備權利要求1的化合物的方法，所述方法從B環(huán)和D環(huán)被氧 化的四吡咯化合物開始，將其溶解在鹵代烴溶劑中，并用足夠的FeCl3 · 6H20的硝基烷溶液 處理它以氧化D環(huán)，以及分離得到的有機層并干燥。
13.權利要求12的方法，其中對B環(huán)和D環(huán)被還原的二氫卟酚進行處理以獲得B環(huán)被 還原-D環(huán)被氧化的二氫卟酚。
14.權利要求12的方法，其中起始的四吡咯化合物在C環(huán)的與D環(huán)最鄰近的不飽和碳 原子處和在C環(huán)與D環(huán)之間的不飽和碳原子處具有稠合的酸酐或稠合的N-取代的酰亞胺 環(huán)系統(tǒng)，并被處理以獲得相應的B環(huán)被還原-D環(huán)被氧化的化合物。
15.權利要求13的方法，其中起始的四吡咯化合物是細菌焦脫鎂葉綠酸_a甲基酯。
16.權利要求13的方法，其中起始的四吡咯化合物是細菌葉綠素-a。
17.用于腫瘤成像的方法，所述方法包括將權利要求1的化合物注射到對象中，并使用 PET、SPECT或熒光進行成像。
18.用于治療過度增殖性組織的方法，所述方法通過注射具有光動力性質(zhì)的權利要求 1的化合物，并將腫瘤暴露于化合物的優(yōu)先吸收波長處的光下進行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四吡咯光敏劑和成像劑化合物，所述化合物具有A、B、C和D環(huán)，并具有被還原的B環(huán)和被氧化的D環(huán)。優(yōu)選化合物具有至少95％的純度，并優(yōu)選C環(huán)的與D環(huán)最鄰近的不飽和碳原子處和C與D環(huán)之間的不飽和碳原子處具有稠合系統(tǒng)。本發(fā)明還包括了以超過95％的收率制備所述化合物的方法，所述方法從B和D環(huán)被氧化的四吡咯化合物開始，將其溶解在鹵代烴溶劑中，并將其用足夠的FeCl3·6H2O的硝基烷溶液處理以將D環(huán)氧化，分離得到的有機層并干燥。
文檔編號A01N55/02GK101980609SQ200980111122
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權日2008年2月19日
發(fā)明者劉超, 埃蘭·奧斯洛夫, 威廉·波特, 拉文德拉·K·潘迪, 珍妮特·莫根, 馬哈比爾·多哈爾 申請人:健康研究有限公司