用于癌症疗法及成像的缺氧-标靶聚合微胞的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于靶向缺氧肿瘤区域以检测或治疗癌症的组合物和方法，或癌症的治疗佐剂。具体来说，将缺氧标靶性部分结合到含有显影剂、治疗剂或治疗佐剂的聚合微胞。
【专利说明】用于癌症疗法及成像的缺氧-标靶聚合微胞
[0001] 本申请是2012年4月5日提交的共同未决的美国临时申请第61/620,620号"用 于癌症疗法和成像的缺氧-标祀聚合微胞（Hypoxia-Targeted Polymeric Micelles for Cancer Therapy and Imaging)"的完整申请，所述申请的全部披露内容通过引用结合在此。
【技术领域】
[0002] 本发明涉及用于癌症疗法及成像的缺氧-标靶聚合微胞。
【背景技术】
[0003] 癌症是由细胞复制增加和细胞死亡减少引起的一组异质性疾病。成功治疗癌症的 关键是利用由正常细胞和癌症细胞所引起的差异来增加有选择的细胞杀伤。许多当前化学 疗法和辐射疗法迅速地靶向正在生长的细胞。然而，因为存在频繁分裂的正常细胞，所以出 现许多与治疗的非特异性相关的副作用，例如骨髓抑制、免疫抑制以及胃肠并发症。为了使 副作用降到最少，目前正在研究的癌症治疗策略是靶向失调的蛋白质、基因疗法，或靶向微 环境中的差异，例如血管生成、pH值、温度或缺氧。
[0004] 由于血管结构不当，故在直径大于Imm的肿瘤或转移中出现缺氧。缺氧通过 增加受体酪氨酸激酶活性、血管生成、侵袭力、转移、产生活性氧物质以及抑制免疫反应 性而改变了肿瘤生物学。缺氧一般被视为一个要克服的障碍，因为它在许多化学疗法 和辐射疗法中引起抗性。目前，新方法利用了肿瘤中的缺氧作为选择性治疗的手段， 如由丹尼（2000)《柳叶刀?肿瘤学》，1:25-29;威尔逊和海利（2011)《自然评论：癌 症》，11:393-410 ;陈和胡（2009)《医药研究评论》，29:29-64 (Denny(2000)Lancet Oncol, 1:25-29;ffilson&Hay(2011)Nat Rev Cancer, 11:393-410;Chen&Hu(2009)Med Res Rev, 29:29-64)所披露。
[0005] 有多种化合物可在缺氧环境内选择性靶向和反应，包括硝基芳香族化合物、芳香 族N-氧化物以及脂肪族N-氧化物。在美国专利第7, 405, 317B2号和第7, 550, 496B2号中， 教示了适用作前药疗法中的触发剂的缺氧标靶性部分。
[0006] 缺氧标靶性部分具有高氧化还原电势，在此情况下，其可以被任何细胞环境还 原。然而，在氧存在下，所述反应逆转。当缺氧标靶性部分在缺氧环境中发生还原反应时， 其与例如DNA、蛋白质或脂质等大分子形成共价加合物，从而在缺氧环境内累积。还原反 应可以通过特定酶或酶的组合来催化，例如细胞色素P-450、细胞色素P-450还原酶、黄嘌 呤氧化酶、醛氧化酶以及DT-心肌黄酶，参见尤其沃克曼（1992)《国际放射肿瘤学杂志》 22:631-637 (Workman(1992)Int J Radiat 0ncol22:631-637)。
[0007] 如本领域的普通技术人员所知，纳米载体在癌症治疗中变得越来越通用。纳米载 体是纳米级传递工具（IO-IOOOnm直径)，其中例如药物或显影剂等分子可以被囊封在所述 传递工具内或共价连接到所述传递工具外部。实例包括脂质体、微胞、树状体以及纳米乳 液。纳米载体可以通过限制与非特异性组织的相互作用来减少化学疗法的许多副作用。 纳米载体还适用于使药物稳定、使药物增溶、延长药物的循环时间以及改善药物的生物分 布。它们通过渗漏的血管结构被动地靶向肿瘤，称为增强的渗透性和滞留效应（enhanced permeability retention effect, EPR)。它们还可以通过表面修饰主动地祀向肿瘤。EPR 是基于肿瘤的病理生理学特征，包括血管过多、血管成熟不足、分泌血管渗透因子以及低 效的淋巴引流，参见尤其彼特拉斯和德西蒙（2010)《自然评论·药物发现》，9:615-627 (Petros&DeSimone(2010)Nat Rev Drug Discov, 9:615-627)。
[0008] 聚合微胞（Polymeric micelle，PMC)是超分子纳米粒子，它们是在体内使疏水性 药物增溶并输送疏水性药物的有用试剂。PMC包含两性共聚物，所述共聚物由于临界微胞 浓度低而在水性环境中非常稳定。PMC的一个主要优点是可以自发地囊封疏水性药物，不 需要用可能有害的修饰来改变药物。可以关于生物相容性、稳定性、载药能力和药物释放动 力学、大小（IO-IOOnm)以及适当的清除机制来优化有效的PMC。这些特征的优化是通过选 择内核（core)形成单元(疏水性）和外冠（corona)形成单元(亲水性)、布置单体形成聚合 物以及聚合和微胞化方法进行。PMC还可以大量生产，具有可重复的结果并且大小和组成 可调。作为药物传递系统，PMC可以通过限制与非特异性细胞的相互作用来降低药物毒性， 延长药物循环时间，增加药物稳定性和溶解度，并且可以用标靶性部分修饰，如由托尔钦林 (2001)《控释杂志》，73:137-172 (Torchilin(2001) J Control Release, 73:137-172)所 报导。已经成功且高效地将若干化学治疗剂囊封在PMC中，其中有一些当前正在临床试验 中。参见尤其里奥斯-多利亚等人.2012，《药物传递》，2012:1-8;松村2008，《日本临床 肿瘤学杂志》，38:793-802 (Rios-Doria et al. 2012, Drug Deliv, 2012: l_8;Matsumura20 08，Jpn J Clin Oncol, 38:793-802);美国专利第6, 322, 817B1号；美国专利申请公开案第 2010/0158850A1 号；以及临床试验 ID NCT00912639 ;NCT00886717 ;NCT01426126。
[0009] 经显示，光动力疗法（Photodynamic therapy, F1DT)是某些癌症的一种非常 有效的治疗法，具有有限的副作用（德尔曼（Dolmans)等人.（2003)《自然评论：癌 症》，3:380-387)。PDT的原理是首先用光敏剂使细胞敏化，接着在氧存在下将光引入到标 靶区域以产生活性氧物质（R0S)，从而诱导细胞死亡。PDT的毒性比其他癌症疗法低，因为 光敏剂在黑暗条件下是无毒的并且可以通过特定的光波长触发，而且可以将敏化剂和光优 先导向标靶区域，剩下非特异性组织。PDT的光源通常处于较高波长范围中以增强组织穿透 性，并且可以通过光导纤维投予以使得可以用光治疗的组织的量达到最大。然而，PDT仍然 只对浅表肿瘤有效。通过建立可以照射嵌埋在深处的肿瘤并且穿透整个周围区域的光源， 可以显著拓宽PDT的应用。可以通过使用化学发光产生系统（chemiluminescent producing system,CLS)产生遍及肿瘤的光，或通过化学反应来产生光。拉普帖夫等人.（2006)《英国 癌症杂志》，95:189-196 (Laptev et al. (2006)Br J Cancer, 95:189-196)通过使用由鲁 米诺反应（luminol reaction)引起的细胞内化学发光证实了 PDT在白血病细胞中的功效。 [0010] 在美国专利第7, 416, 898B2号(其披露内容通过引用结合在此）中，披露了可以 修饰成通过不同机制，例如通过酶促反应、温度和PH值差异等触发的高敏感性化学发光底 物。1，2-二氧杂环丁烷化学发光化学反应可以通过美国专利第7, 300, 766B2号(其披露内 容通过引用结合在此）中的方法或通过使用例如二苯基蒽和荧光素等有机分子来增强。
[0011] 增强化学发光反应有助于通过增加激活光敏剂的能力来使PDT更有效。举例来 说，荧光素可以增强1，2-二氧杂环丁烷的化学发光并且随后将能量转移到光敏剂，例如孟 加拉玫瑰红（Rose Bengal)。PDT作为疗法的另一个好处是由光敏剂的荧光发射来追踪有 效治疗区域的位置的能力。
【发明内容】
[0012] 如下详述的本发明通过提供用标靶性聚合微胞（PMC)治疗和检测癌症缺氧区域的 组合物和方法改善了现有技术。
[0013] 本发明提供了一种与PMC连接的缺氧标靶性部分，它能够囊封化学治疗剂、光产 生系统、敏化系统、放射性系统等。
[0014] 因此，本发明提供一种下式的化合物：
[0015]
【权利要求】
1. 一种对应于下式的聚合微胞，
其中E是在聚合微胞（PMC)内的囊封剂，其中E是选自由以下各物组成的组：显影剂、 治疗剂、治疗佐剂、光产生系统、放射性系统、敏化剂以及其混合物； R1是缺氧标靶性部分，包括芳香族N-氧化物、脂肪族N-氧化物、硝基唑、硝基咪唑、硝 基噻吩、硝基噻唑、硝基噁唑、硝基呋喃、硝基吡咯以及过渡金属部分； R2是选自由以下各物组成的组：显影剂、标靶性部分、治疗剂、敏化剂以及其混合物； R3是用于改善所述微胞的溶解度、稳定性以及生物分布的极性生物相容性部分，并且 其中所述敏化剂可以结合到所述缺氧标靶性部分。
2. 根据权利要求1所述的微胞，其中： 所述聚合微胞具有大小范围为约IOnm到约IOOnm的直径并且包含疏水性生物相容性 内核和亲水性或极性生物相容性外冠。
3. 根据权利要求2所述的微胞，其中： 形成所述PMC的内核的生物相容性聚合物是选自由以下各物组成的组：聚苯乙烯、聚 (二乙烯苯）、聚（丙烯酸酯）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚（甲基丙烯酸羟乙酯）、聚（乙烯基甲 苯）、聚（丁二烯）、聚（天冬氨酸）、聚（天冬氨酸苯甲酯）、聚己内酯和其衍生物、聚（丙 交酯）和其衍生物、聚（谷氨酸苯甲酯）、聚（L-赖氨酸）、聚（氧化丙烯）、寡聚（甲基丙烯 酸甲酯）、聚（异戊二烯）、聚（异丙基丙烯酰胺）、杯芳烃、聚酸酐、假-聚（氨基酸）、聚磷 腈和其衍生物，以及其混合物。
4. 根据权利要求1所述的微胞，其中： 所述形成外冠的生物相容性聚合物是选自由以下各物组成的组：聚（乙二醇）、聚（乙 烯醇）、聚（丙烯酸）、聚（甲基丙烯酸）、聚（丙烯酰胺）、聚（乙烯基吡咯烷酮）、聚（氧化 乙烯）、聚（氧化丙烯）、聚（乙烯基甲基醚）、羟丙基纤维素、壳聚糖、多糖、叔铵和鱗盐，以 及其混合物。
5. 根据权利要求1所述的微胞,其对应于下式：
其中η是从1到20的整数。
6. 根据权利要求5所述的微胞，其中： 所述缺氧标靶性部分是选自由以下各物组成的组：芳香族N-氧化物、脂肪族N-氧化 物、硝基唑、硝基咪唑、硝基噻吩、硝基噻唑、硝基噁唑、硝基呋喃、硝基吡咯、过渡金属部分 以及其混合物。
7. 根据权利要求5所述的微胞，其中： 所述显影剂或对比剂是选自由以下各物组成的组：荧光团、染料、量子点、过渡金属、过 渡金属络合物、放射性核素以及其混合物。
8. 根据权利要求5所述的微胞，其中： 所述治疗剂是选自由以下各物组成的组：化学治疗剂、放射性同位素、治疗性蛋白质或 肽、基因疗法，以及其混合物。
9. 根据权利要求8所述的微胞，其中： 化学治疗性化合物是选自由以下各物组成的组：抗代谢物、烷化剂、生物碱、拓扑异构 酶抑制剂、激酶抑制剂、血管生成抑制剂、细胞毒性抗生素、钼类药物以及其混合物。
10. 根据权利要求5所述的微胞，其中： 化学治疗性化合物是选自由以下各物组成的组：抗代谢物、烷化剂、生物碱、拓扑异构 酶抑制剂、激酶抑制剂、血管生成抑制剂、细胞毒性抗生素、钼类药物以及其混合物。
11. 根据权利要求5所述的微胞，其中： 所述敏化剂是选自由以下各物组成的组：（a)光敏剂，包括萘、蒽、联苯、醌、吓啉以及酞菁（phthalocyanins) ; (b)突光素；（c)孟加拉玫瑰红（RoseBengal); (d)伊红蓝；（e)赤 藓红B;(f)氧载体，包括内过氧化物和氮氧化物；以及（g)其混合物。
12. 根据权利要求5所述的微胞，其中： 所述极性生物相容性部分是选自由以下各物组成的组：聚（乙二醇）、聚（乙烯醇）、聚 (丙烯酸）、聚（甲基丙烯酸）、聚（丙烯酰胺）、聚（乙烯基吡咯烷酮）、聚（氧化乙烯）、聚 (氧化丙烯）、聚（乙烯基甲基醚）、羟丙基纤维素、壳聚糖、多糖、叔铵和鱗盐，以及其混合 物。
13. 根据权利要求12所述的微胞，其中所述极性生物相容性部分是对应于下式的叔 盐：
其中X是N或P;R4、R5以及R6各自独立地是具有1到20个碳原子的直链或分支链烷 基链，所述烷基链未被取代或被一个或一个以上羟基、烷氧基、芳氧基、氨基或被取代的氨 基、氣烧、对氣芳基、氣化烧基以及其混合物取代。
14. 根据权利要求1所述的微胞，其对应于下式：
其中L是与三取代的胺或三取代的膦连接的具有饱和或不饱和碳的连接基区域，并且η是从1到20的整数。
15. 根据权利要求1所述的微胞，其中R1对应于下式： 其中X是N、S或O并且Y是C或Ν。
16. 根据权利要求15所述的微胞，其中所述缺氧标靶性部分是被取代或未被取代的 2-硝基咪唑并且当X和Y都为N时对应于下式：
其中R7、R8以及R9独立地表示直接或通过连接基区域与PMC的连接；氣化或非氣化烧 基、羧酸酯、羧酸烷酯、氨基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基，以及 其混合物。
17. 根据权利要求12所述的微胞，其对应于下式：
其中2-硝基咪唑是所述标靶性部分，所述极性生物相容性组分是叔盐，E是治疗剂，X是N或P，R4、R5以及R6独立地是具有1到20个碳原子的直链或分支链烷基链，所述烷基 链未被取代或被一个或一个以上羟基、烷氧基、芳氧基、氨基或被取代的氨基、氟烷、对氟芳 基、氣化烧基以及其混合物取代。
18. 根据权利要求17所述的微胞，其另外包含显影剂，所述部分对应于下式：
其中IA表示显影剂，包括荧光部分、氘化部分、电磁部分、放射性同位素以及其混合 物。
19. 根据权利要求17所述的微胞，其中所述显影剂是选自由以下各物组成的组的荧光 部分： 有机染料、量子点、荧光探针以及荧光生物分子，所述显影剂是在所述PMC外部(亲水 性)、在所述PMC内（疏水性）共价连接到所述PMC，或非共价连接到所述PMC或被囊封在所 述PMC内（疏水性)。
20. -种对应于下式的光动力疗法聚合微胞，
其中所述PMC与2-硝基咪唑结合，PS是选自由萘、蒽、联苯、醌、吓啉、酞菁、荧光素、荧 光素衍生物、孟加拉玫瑰红、伊红蓝以及赤藓红B组成的组的光敏剂，X+是N或P的叔盐，并 且CL是囊封的化学发光底物，所述底物是选自由底物1，2-二氧杂环丁烷化合物和鲁米诺 (Iuminol)、2_硝基咪唑组成的组，其中所述CL被触发，R4、R5以及R6独立地是具有1到20 个碳原子的直链或分支链烷基链，所述烷基链未被取代或被一个或一个以上羟基、烷氧基、 芳氧基、氨基或被取代的氨基、氟烷、对氟芳基、氘化烷基以及其混合物取代。
21. 根据权利要求20所述的微胞，其进一步包括显影剂并且所述微胞对应于下式：
其中IA是选自由以下各物组成的组：荧光团、染料、量子点、过渡金属、过渡金属络合 物、放射性核素以及其混合物。
22. -种用于治疗缺氧肿瘤的方法，所述方法包含： 用聚合微胞靶向所述肿瘤，所述微胞对应于根据权利要求20所述的微胞。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述微胞进一步包含显影剂部分，所述微胞对 应于下式：
其中IA是选自由以下各物组成的组：荧光团、染料、量子点、过渡金属、过渡金属络合 物、放射性核素以及其混合物。
【文档编号】A61K49/00GK104434876SQ201310418941
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2013年9月13日
【发明者】布里吉·P·吉里, 克里斯堤娜·克雷格, 布里腾·辛夫, 迪尼许·J·达格利, 安许·吉里 申请人:布里吉·P·吉里, 克里斯堤娜·克雷格, 布里腾·辛夫, 迪尼许·J·达格利, 安许·吉里