高特异性抗癌药理性药物体系、药物合成和药方开发方法

专利名称：高特异性抗癌药理性药物体系、药物合成和药方开发方法
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尽管抗肿瘤药物的发现有所进展，但癌症仍然是非常难于预后的疾病。文献始终在报告具有体外和体内抗癌活性的物质，但只有不多的这些药物通过II期临床实验。另外，用于治疗癌症的药物的治愈率意外地低，并且这些药物的副作用非常严重。药物对癌症组织的毒性作用只略为超过其对正常、健康机体细胞的毒性作用，而应保护正常健康机体细胞避免受到药物的影响。此外，有争议的是，潜在抗癌药物高失效率可追溯到缺乏预先确定和设计控制人体对象中继发作用、特异性和高靶位组织活性的方法。人们需要一种设计候选化合物满足给药体系和抗癌有效率的要求的方法。本发明实现了该目标。
癌症治疗中化疗研究已经集中投入到寻找对破坏机体内肿瘤组织具有毒素特异性且不会超过有害于健康组织的毒性接触水平的药物，也就是说，寻找浓集在肿瘤组织内的细胞毒性药物，或者寻找代谢为此类毒素的药物。虽然已经对此做了大量努力，但仅仅在少量癌症类型中获得成功。对于大多数癌症类型，成功相当有限。
现代抗癌药物的开发起始于认识到在WWI中一些有毒气体的接触实际上具有抗癌副作用。抗癌药物开发的过程始于这点，并且筛选已知毒素以测定接触时该毒素是否具有有助于控制或治愈癌症的不同毒性的方法非常随机。该方法集中在“单基元”化合物的发现。
在20世纪30年代，更多的复合化合物被开发出来，从而设计为将抗癌药物的功能细分为同一化合物上的两部分或两个基元，其中一个基元发挥使药物浓集在癌症细胞或组织内的作用，且第二基元发挥破坏浓集该化合物的癌症细胞的作用。这个领域这的基础进展是解释了具有肿瘤组织选择性的化学实体。对这种选择性的早期报道是有Lewis等关于染料Nile blue在Cancer Res.9736，1949中的报道，这篇报道促使将这种苯并吩恶嗪的修饰，从而将一种毒素例如氮芥掺混为分子的固有部分(Sen等，Int.Union against Cancer Acta，26，774(1960))。这些用毒性基元对具有肿瘤组织选择性药物进行修饰的尝试获得有限成功。目前推测此类方法的失败归因于母体化合物的组织选择性的内部修饰导致加入了毒性部分。然而，识别的原因是较基础的且是其他给药概念，特别是抗癌前药概念所共有的。
早从20世纪50年代早期开始，浓集部分和毒性部分的双部分药物设计途径改进为双部分“前药”设计，其中一个部分发挥修饰或“掩蔽”或“端封”药物化合物的第二毒性部分的毒性的作用，直至该药物进入到癌症细胞内为止。因此，一般与酶一起对癌症细胞具有特异性的化学反应将消除掩蔽或者端封部分，由此毒性部分可以杀死癌症细胞。再次地，该前药抗癌给药概念取得非常有限的成功。
结合浓集部分和毒性部分的药物的概念以及优先在癌症组织内代谢的前药的概念两者都存在诱发癌症本身性质的问题。癌症细胞和组织不是具有不同于正常组织的化学区别的外来生物组织。在人体癌症的情况中，这些组织是人体组织。正常和肿瘤组织具有基本上相同的化学形状，也就是说，大部分都是由相同的化学分子和类似浓度组成。
1980年，Evan Harris Walker在Biology和Medicine，SpringIssue，424-438，(1980)中远景性地提出，前药概念和毒素与浓集器概念的联合是因为给药药动学的基础而不可行的。药物的时间过程依赖于其代谢摄取和消除率。如果对癌症细胞的比率低于对正常细胞的，该药物似乎应浓集。也就是说，在足够的时间消耗后，药物已经代谢并被正常组织消除，而仍然明显浓集在癌症细胞和组织内。这将是即使给予正常细胞和癌症细胞的药物的总量可能基本上相同的情形。获得有效抗癌药物的问题在于不仅是一个获得不同浓度的问题，或者一个获得在细胞内被酶激活的药物的问题，而且是能够抑制药物在正常细胞和组织中的毒性直至药物的差异浓度达到适宜的问题。
为了利用正常和癌症组织之间药物浓度差异的优点，Walker在Biology和Medicine，Spring Issue，424-438，(1980)中前瞻性地提出一种构成两种药物，前药和“活化”药物的设计方法。前药(其设计限于毒素加端封或掩蔽部分)和活化药物两者设计为当单独给药时其对机体产生小或没有毒性或者其他作用(即，基本上是生物惰性的)。然而，当联合使用时，这两种化合物将与机体反应，从而在那些产生其的细胞内产生作用。这两种药物顺序给药并且其给药之间有时间延迟，从而使正常细胞在活化药物给药之前将药物代谢和消除到体外。在该时间点-药物在一段时间延迟后分开给药-获得前药的差异浓度。在该时间点除去前药的掩蔽或端封部分-当前药有差异地浓集在癌症组织中时-由此将传递高水平的内含抗癌毒素。以这种方式，抗癌毒素将释放到癌症细胞和组织内，同时不有损于正常细胞和组织。
本发明人设计并合成了Walker提出的前药类型。其中之一为5-氟尿嘧啶-N-葡糖苷，它可以由酶β-葡糖苷酶激活。设计此类的前药之后，本发明人发现需要更多复合前药和活化药物体系来满足选择性和有效抗癌药物的所有要求。特别是，本发明人发现，此类的前药和活化设计在获得差异浓度方面也存在局限性，该设计的临界值不够高。也就是说，完全由差异扩散导致的差异浓度效应但不增加部分来提高浓度差异被证明是不够的。需要更多的复合药物，并且发现需要研发药物体系的方法。
发明概述本发明涉及一种含有化学物质和化学部分的集合物，详尽设计集合物的方法，实施和评估该方法的产物或装置，该方法设计的作为具体集合物实例的化学体系，以及成功应用所述集合物的程序和本发明方法所设计的集合物的具体实例。
本发明涵盖的集合物在此定义为一种复合原型药物(proto-drug)和活化药物体系。该原型药物包括一个或多个差别选择性部分，一个或多个毒性部分，和一个或多个起“遮蔽”或“端封”该毒性部分作用的部分。
本发明还设计一种活化药物，在此定义为一个或多个具有激活所述集合物的原型药物的功能的化学物。该活化药物脱除掩蔽或端封部分，或者一系列的掩盖物或端封物，或者修饰整体原型药物分子的化学从而基本上消除掩盖物或端封物的掩蔽或端封作用，由此使所得化合物成为一种毒性、药理学活性药物。此外，本发明涉及“连接键”的引入，目的在于将原型药物的多个部分捆绑在一起，由此形成单一化合物，其单独存在时基本上为生物学上惰性的。该连接键可以是位于所连部分之间的化学键或者是连接原型药物的多个部分的原子和价键的联合形式。
本发明还涉及一种方法，通过该方法设计和鉴定原型药物和活化药物体系(即集合物)。也就是说，单独通过几率实验获得具有一系列所需性质的化学物的复合体系的可能性为零。所以，需要开发一种制备此类化学体系的方法。
本发明还涉及新的本发明方法中使用的产物或装置。
本发明也涉及原型药物和活化药物体系(即集合物)的具体实例，它们是通过采用所述的方法成功制备的。
发明详述集合物、详细设计所述集合物的方法、实施和评估所述方法的产物和装置，以及成功应用本文所述所有提供高度选择性和有效抗癌药物的化学体系实例所需的程序。下列的实例和相应数据充当具体集合物实例并且证实所述方法的成功应用。所述方法不限于抗癌药物的设计，而且还可以用于研发其他需要在靶向细胞群中产生毒性且伴随低毒副作用的药物。
本发明的一个目标在于提供一种集合物，该集合物包括原型药物和活化药物，其中该原型药物由至少一个差别浓集部分(differentiallyconcentrating moiety)，至少一个毒性部分和至少一个端封部分组成。该原型药物的组分详述如下1.化学化合物的一个或多个差别选择性(differentially selective)(也称作“差别浓集部分”)，由此该化合物具有这样的性质使其在动物或人体中在癌症组织内的浓度与其在被治疗机体的正常组织内的浓度相比有差异。在此差别浓集是指该化合物在癌症组织内的浓度与该化合物在正常组织内的浓度的比值有时在该药动学过程中升高，导致该药物在癌症细胞内的吸收、分布、代谢和消除过程与在正常细胞内存在差异。
2.化学化合物的一个或多个毒性部分，其具有使该化合物能够杀死浓集其的细胞或组织的性质。
3.化学化合物的一个或多个掩蔽或端封部分，它们可使该原型药物的毒性无法表达，也就是说，在其定位的细胞或组织内不发挥毒素的作用，直至该原型药物在施加或给予的活化药物作用下活化为止。术语掩蔽或端封部分在此定义为对原型药物进行的修饰，其改变或消除整个化合物的毒性，该端封部分随后被除去或者被活化药物修饰。术语掩蔽或者端封无需且不限于，是指掩盖或者化学上直接键合原型药物的毒性部分或者毒性位点的化学部分。
4.连接键，是指原型药物的独立部分的组成之间的化学键或者原子和键的联合形式，所述原型药物中差别选择性部分、毒性部分和端封部分每一种至少各包括一个。由原子和价键的联合形式构成的连接键的实例包括但不限于单个原子，例如氧，它可以提供连接键-O-，其具有两个与必要部分相连的键合位点，或者不同原子的基团，例如胺(＞N-CH2-)，其可以连接三个部分，或吖嗪(＞C:NN:C＜)，它可以连接四个部分，如果必要，一起构成单个分子。
集合物的活化药物是一种或多种独立于原型药物的化学化合物。活化药物的作用在于通过物理或者化学修饰激活原型药物，由此使所得化合物成为毒性、药理学活性药物，或者由此使原型药物释放毒性部分。设计原型药物和活化药物这两者目的在于如果单独给药，其对机体产生小的或者没有毒性或其他影响(即，基本上是生物学惰性的)。然而，联合时，所述的原型药物和活化药物应在机体内反应产生一种化合物，从而产生一种针对生成该化合物的细胞的化合物毒性。
设计原型药物和活化药物使单独给药时对机体的毒性作用很小或者没有毒性的事实能够独特地区分开本文所述的药物设计方法和现有的药物开发方法。它推动了生物化学领域之外的化学设计的特殊原理并深入到有机化学的预报规则。本发明已经实现的是常规药物设计的改进。常规前药依赖于在机体组织中生物化学反应转化为药理学活性化合物的特异性。本发明的原型药物基本上是生物惰性化合物，其能够与例如无机化合物发生反应，虽然该反应在生物体系的环境内进行，但它不易与生物体系自身的内源性分子反应。一旦该原型药物和活化药物反应，该反应的产物及其代谢产物变成为具有熟知生物行为的化合物，它以已进行过充分探索和研究的方式并在增加许多化学部分的条件下保持其性质。这些进入并构成原型药物的化学物质如何行为是在宽泛的化学修饰中可预测的。氮芥，作为一个具体实例，仍然在其沉积的生物组织内成为毒素，大量的修饰-修饰被充分研究和理解。由此，“a-生物学”的原型药物前体化学和其相应药理学活性反应产物的化学两者足以被理解，由此能够进行修饰的判断，它是本说明书中许多具体方案的基础并且可以在现有教导范围内扩展。
集合物的详尽设计方法包括下列处理步骤差别浓集部分的选择一个处理步骤，通过该步骤，利用特定程序鉴定出具有提高差别浓集性质的化合物的化学部分，差别浓集是指该化合物在癌症或其他一种或多种靶向组织或组织内的浓度与在正常组织内的化合物浓度相比的比例有时在药物的药动学过程中由于吸收、分布、代谢和消除过程而升高。一种选择含有差别选择性部分的化合物的方法是HPLC。这些HPLC方法包括，但不限于，利用不同类型的HPLC柱对含有(或全部组成为)差别浓集部分的候选化合物进行扩散率测定(也就是说，高推迟率)。用于此目的的HPLC柱的实例是癌细胞RNA掺杂的HPLC柱、癌细胞DNA掺杂的HPLC柱和用癌细胞、癌细胞purée或癌细胞提取物掺杂的HPLC柱(也称作“癌型柱”)。差别浓集部分也用参比柱评估，参比柱是指掺杂有来自正常细胞的RNA或DNA或者用正常细胞、正常细胞purée或正常细胞提取物掺杂的HPLC柱。一种含有差别浓集部分的化合物要通过对比化合物在HPLC癌型柱上的扩散率和在参比柱上的扩散率来进行选择。那些具有低扩散率(即.，在癌型柱上高推迟率)的化合物是潜在的差别选择性部分。
含有差别选择性部分的化合物的第二种选择方法包括非HPLC的色谱技术。这些方法包括，但不限于使含有(或整体组成为)差别浓集部分的候选化合物通过癌细胞RNA和或DNA掺杂的色谱柱、板、层、表面或其他色谱所用的结构来测定扩散率，从而选择那些相对于经参比色谱系统测定的扩散率而言具有低扩散率(即，高推迟率)的化合物。含有(或组成为)该部分的候选化合物也可以经癌细胞、癌细胞purée或癌细胞提取物掺杂的色谱柱、板、层、表面或其他色谱所用的结构来进行扩散率的测定。与HPLC方法一样，差别浓集化合物也是通过对比该化合物在癌掺杂体系上的扩散率和在参比体系上的扩散率来选择的。
第三种选择差别选择部分的化合物的方法是通过体内方法。将物质引入已经诱发癌症生长的动物模型并且在不同的时间延迟期检测活组织，或在连续时间延迟期处死动物以便测定候选物质在癌症组织和正常组织两者内的浓度，该浓度是时间的函数，上述是用于评估具有差别浓集部分的潜在化合物的体内方法。
挑选含有差别选择性部分的潜在化合物的机理涉及上述筛选方法，包括从癌症诊断中所使用的众多具有高染色性质的染料中选择此类化合物。在这点上，应该注意的是染料是用于将取自患者的活组织样本进行染色，目的在于测定癌症是否存在，因为癌细胞对于所用特定染料具有高摄取性。此类染料的实例是在评估癌症患者的乳腺组织活组织的标记淋巴结作图法中使用的苏木精和曙红染料，以及为诊断微体代谢疾病而对采自淋巴结的活组织进行免疫组织化学染色使用的细胞角蛋白(Pendas等.，Annalsof Surgical Oncology 7(1)，15-20，2000，January-February)。具有可翻译为肿瘤选择性的组织选择性的其他染料包括尼罗蓝(Lewis，等，Cancer Res.9，736，1949)。此外，我们注意到，黄色噻吨酮具有组织选择性(Miller等，U.S.Pat.No5,346,917)。这些染料的选择性，再加上其合适的物理化学性质，使它们成为药物选择性传递的良好候选物。
此类含有或整体由潜在差别选择性部分构成的化合物的染料物质包括，但不限于下列尼罗蓝；噻吨酮；苏木精染剂；曙红染剂；细胞角蛋白染剂；DNA/RNA染料，包括台盼蓝，甲基绿，溴化乙锭，leucofuchsin染料，亚甲蓝；在例如Handbook of Fluorescent Probes andResearch Chemicals等参考文献中使用的物质[Richard P.Haugland著，第6版]，包括染剂吖啶均聚二聚体，吖啶橙，放线菌素D，7-氨基放线菌素D，9-氨基-6-氯-2-甲氧基-吖啶，4，6-二脒基-2-苯基吲哚，二氢乙锭，4′，6-(二咪唑啉-2-基)-2-苯基吲哚，乙锭-吖啶杂二聚体，二叠氮化乙锭，乙锭均聚二聚体-1和-2，一叠氮化乙锭，羟用巴脒(羟基stilbemidine)，甲磺酸酯；常用的生物染剂，例如番红，孔雀石绿，曙红黄，结晶紫，亚甲蓝，苏木精，俾斯麦棕，洋红明矾，甲基绿，和中性红，吉姆沙染剂，和革兰氏染剂，和已知‘粘附’但不结合DNA和RNA的物质，有时称作暂时性染剂。
用于差别选择性部分的潜在染料和生物染剂的清单很长。选择具有提高差别浓集性质的化学部分的优选候选物须通过一个或多个上述选择性方法来证实。
特别关注的是，选择的物质应对正常组织低毒性且达到表现其毒性的程度，该毒性对癌症组织具有有差别的选择性(或者该特性应与整体药物设计相竞争)。这种特定关注有助于下式I和II的原型药物的差别浓集部分的选择。
毒性部分的选择一个处理步骤，通过该步骤具有诱发或者提高细胞毒性或者细胞死亡的性质的化学部分可以用体外试验、体内试验测定，或者选自已知具有细胞毒性且含有细胞毒性部分的化合物的现有目录。
端封部分的选择一个处理步骤，通过该步骤具有掩蔽、端封、修饰或者消除毒性部分的细胞毒性且同时具备该端封部分不会在机体中酶作用下或者其他代谢过程中被化学脱除的性质的化学部分，可用体外试验测定，或者选自具有上述所选毒性部分的试剂的目录。确定适当的端封部分，随后形成完整的原型药物(包括下面所述的选择连接键)。更加具体地，该原型药物适当地在体外或动物模型，或者在人体对象中进行试验。代谢排除物、副产物或试验体系中的萃取物用HPLC或其他分析方法评估，以证实该原型药物未被代谢或者未以当单独使用或给药时(即，不存在活化药物)生成毒素的方式修饰。
活化药物的选择一个处理步骤，通过该步骤一种或多种化学化合物与具有脱除掩蔽或端封部分或者一系列的掩蔽或端封的性质的原型药物分开，或如此修饰使整个原型药物分子的化学基本上消除了掩盖或端封部分的掩蔽或者封端作用，由此使残余化合物呈毒性，或者由此引发原型药物在癌症患者的体内和癌症细胞的环境内释放毒性部分。
原型药物的连接键的选择一个或多个所选化学部分具有提高差别浓集的性质，一个或多个所选化学部分具有毒性，并且一个或多个所选化学部分具有端封整个化学化合物(即该原型药物)的细胞毒性的性质，这些部分必须通过化学键或者化学键和原子的联合形式在若干个部分之间连接，从而在化学上将这些部分结合在一起，使其中各部分实现所选各部分各自的功能。这些介于部分之间的连接称作连接键。通常，每个成对部分的连接方法应按照现有有关方法的教导进行选择，从而避免改变所选部分各自的性质，例如实现端封部分抑制毒性部分的活性，直至加入活化药物为止。一般地，对于选择用于(在键合或连接之后)成为新的原型药物的一个部分的各化合物来说，应当测定决定所选化合物的所需性质的位点，重要的是这些位点基本上不被连接键打乱或者修饰。在分子中数个可利用键合位置上的修饰能够对决定所需性质的位点进行试验和测定。然后将选择给原型药物提供差别浓集和毒性性质的单个分子在键合位置连接，该键合位置远离所需部分的特定特性的活性位点，此后将提供端封部分的单个分子连接在抑制毒性部分的活性的位置上。这种方法业已在方法的描述中实现，由此得到本发明的实施例。
由于本发明的用于设计集合物的方法，本发明提供了式I和II的原型药物 式I式II其中R1为SiZ3；R2是甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3是氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4是H，SO3H，或牛磺酸；R5是SiZ3；R6是H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各个Z独立地是叔丁基或甲基；X是碳，氧，或氮；和W是碳，氧，或氮。
本发明进一步提供了一种将细胞毒性化合物选择性传递至肿瘤组织的方法，该方法采用具有差别浓集的部分、细胞毒性部分和端封部分的原型药物，由此该原型药物以防止对正常组织造成明显损伤的方式释放该毒性部分，该方式是通过保持该端封部分位于该原型药物上直至该原型药物在延迟时间期内差别浓集在肿瘤组织内位置，并且在该时期后该原型药物是在施用活化药物之后产生细胞毒性化合物。
本发明的另一个目的是提供一种通过施用式I或II的原型药物来选择性传递细胞毒性化合物至肿瘤组织的方法， 式I式II由此R1为SiZ3；R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4为H，SO3H，或牛磺酸；R5为SiZ3；R6为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各个Z独立地是叔丁基或甲基；X为碳，氧，或氮；和W为碳，氧，或氮使式I和II的原型药物以防止对正常组织造成明显损伤的方式释放毒性部分，该方式是提供保持原型药物的端封部分完整直至该原型药物在时间延迟期内差别浓集在肿瘤组织内时位置，并且在该时期后该原型药物在氟化物盐的施用后产生细胞毒性化合物。
本发明的另一目的是提供式III和IV的化合物
式III 式IV其中R1为H；R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4式H，SO3H，或牛磺酸；R5为H；R6为H，SO3H，或牛磺酸；X为碳，氧，或氮；和W为碳，氧，或氮或式III和IV的药学可接受碱加成盐。
本发明还提供了一种评估具有(或者在式III和IV的情况中，不具有)激活化合物的式I和II的化合物的抗癌活性的方法，该方法与设计聚合物所用具体方法和上述处理步骤中所用的方法协调一致，或者与体外和体内评估任何其他化学物质的抗癌活性的方法协调一致。
本发明还提供具有活化化合物的式I或II化合物，或者不具有激活化合物的式III和IV化合物在制备用于治疗肿瘤的药物中的用途。此外，本发明提供一种用于治疗肿瘤的药物制剂，它含有有效量的式I或II的化合物以及药学可接受赋形剂，和活化量的氟化物盐以及药学可接受赋形剂，式I或II的化合物和活化药物被包装为分别给药。另外，本发明包括一种治疗肿瘤的方法，该方法包括施用有效量的式I或II，等待一段时间延迟期并且施用活化量的氟化物盐。
本发明的化合物，称作该原型药物和活化药物，可以经口服、腹膜内(ip)、静脉内(iv)、经皮、肌肉内、鼻内或者直肠内给药。给药的途径应随具体施用的药物、被治疗疾病、患者和护理者的便利性和其他有关因素而改变。
本发明的药物组合物用制药领域熟知的方法来制备。载体或赋形剂可以为固体、半固体或液体材料，它们可以充当活性成分的载体或介质。适当的载体或赋形剂是本领域熟知的。该药物组合物可以适合口服、吸入、非肠道或局部使用并且可以以片剂、胶囊、气雾剂、吸入剂、栓剂、溶液、混悬液等的形式给药。本发明优选的组合物和制剂可以通过本领域技术人员熟知的方法来决定。
本发明的化合物可以经口服给药，例如与惰性稀释剂一起以胶囊或压制片剂剂型。出于口服治疗给药的目的，所述的化合物可以与赋形剂掺混且以片剂、丸剂、锭剂、胶囊、酏剂、混悬液、糖浆剂、糯米纸囊剂、口香糖等的形式使用。这些制剂中的活性成分可以在单位重量的约0.001％-约70％的浓度内变化。化合物在组合物中的含量是使能够获得适当的剂量。该原型药物和活化药物的剂量范围，基于人体治疗所用动物模型的常规实践看，为约1μg/kg-约25mg/kg。
基于1∶1的摩尔基础，活化药物的剂量可以减小10的因数。高于1比1的摩尔基础，该活化药物将提高其活化过程的效率和速度。在儿童、老年人和特别虚弱的情形中，原型药物和活化药物的剂量需要10倍低于常规用量。因为试验已经证明，未活化的原型药物毒性非常低，侵害性强的癌症可能需要原型药物和活化药物的剂量10倍高于低侵害性疾病所需的剂量。
片剂、丸剂、胶囊、锭剂等还可以含有一种或多种下列辅剂。粘合剂例如聚维酮，羟丙基纤维素，微晶纤维素或明胶；赋形剂或稀释剂例如淀粉、乳糖或磷酸二钙；崩解剂例如羟乙酸淀粉钠等；润滑剂例如硬脂酸镁、硬脂酸或滑石；湿润剂例如十二烷基硫酸钠或聚山梨酸酯；甜味剂和矫味剂例如蔗糖、天冬甜素、薄荷和其他天然和合成矫味剂。当以胶囊形式时剂型可以含有液体载体例如脂肪油。片剂可以用糖和粘合剂或例如聚甲基丙烯酸酯的物质，或其他包衣剂包衣。
时间延迟毒素活化和时间延迟期毒性是由破坏对于正常细胞功能至关重要的化合物的化学反应产生的，或者由打乱细胞代谢过程的化合物的生成而产生。在任何时间在细胞内产生的累积毒性损伤与细胞和毒素的接触成比例，也就是说，与毒性接触成比例。所以，为了在癌症治疗中获得选择性的毒性作用，重要的是考虑正常组织和恶性肿瘤组织之间存在的代谢率的差异，例如，Chello等.，Cancer Res.，374297，1977.已经完成的工作。此外，肿瘤和正常细胞的化合物代谢之间存在的差异导致了对癌症存在的化学试验的开发(Anderson等.，Cancer Res.，30，1344(1970)；Dewanjee等.，J.Nucl.Med.，14，624(1973)；Henderson等.，CancerRes.，25，1018(1965)；Holland和Sleamaker，Acta Cytol.，13，246(1969)；M lek等.，Cas.Lek.Cesk.，1，16(1963)；Philips等.，Am.J.Surg，100，384(1960)；和Rall等.，J Natl.CancerInst.，19，79(1957))。
如果癌症细胞和正常细胞之间的原型药物浓度不同是为了便于用来提供非毒性、有效的治疗，那么原型药物和活化药物的给药时间非常关键。化学引发的时间延迟毒素活化(“TDTA”)，最初由E.H.Walker在1980提出，预期分开给予两种化合物-并且在前药的给药(即顺序上为第一种药物)与活化药物的给药(即顺序上为第二种药物)之间具有时间延迟。在该建议中，前药限于两个部分，毒性部分和掩蔽或端封部分。在本发明中，所述的原型药物需要至少三个部分差别浓集部分，毒性部分，和掩蔽或端封部分。所述的差别浓集部分是原型药物的一个必要释放部分，提供具有差别细胞代谢率的完整分子，这使原型药物在癌症细胞和组织内的浓度随着时间相对于原型药物在机体正常细胞和组织内的浓度增高。施用的第二种药物，活化药物，通过脱除或者修饰原型药物的端封部分的作用来激活在先施用的原型药物。这两种药物各自分别设计为当以剂量强度单独给药时基本上无毒性(即，基本上是生物惰性的)。然而，联合时，这两种药物反应形成或者释放抗癌细胞毒素(即，药理学活性剂)。TDTA机理的优点在于肿瘤与正常组织的原型药物浓度比例随时间升高，这可能是具有不同和可取的代谢吸收和消除率系数的药物的药动学结果，如下所述。在肿瘤组织内比在正常组织内具有高摄取且低消除率适合于浓度比例长时间升高。通过测量该方法的动力学，如本发明的实施例中已经建立剂量和时间延迟，可以避免在正常组织内产生毒性并可以实现在癌性组织的治疗中的功效。TDTA涉及的机理实质上在毒素特异性方面区别于现有的化疗途径，包括那些涉及前药，潜在活化药物，和化学靶向或定位结合药物的方法。虽然可以采用有助于释放的差别浓集部分与细胞位点的结合，本发明的原型药物设计不限于要求这种结合要产生浓集差异，并且因此作为一种药物传递设计的方法更加灵活。
在正常和肿瘤组织的药代动力学中，摄取和代谢产物的消除是由细胞的化学动力学和扩散的物理过程、膜渗透性、主动转运、血液循环和排泄控制的。为了达到相当水平，药物浓度可以由一级动力学方程预测(见下文)。例如，静脉注射后血清(药物储库)中药物的损失是遵循化学动力学的，其中机体组织的摄取是发生在分子-分子的基础上(即，实质上药物分子彼此不反应)。这种方案由方程(1)所示，它显示，自储库的损失率与浓度成比例dD/dt＝-pD(1)其中D是储库内的药物浓度(例如，原型药物浓度)，t是时间，和p是比例常数。方程(2)证实了在任意时刻储库内可被组织利用的药物浓度的一种指数相关性D＝Doe-pt(2)其中Do是起始血清药物浓度(在注射时)。药物在组织内的浓度C依赖于储库供应的药物(通过扩散到细胞内导致其增高)和药物脱离组织的速率。由此得到速率方程dC/dt＝gD-bC(3)其中g和b是速率系数。如果药物在组织内的浓度最初为0，则方程(3)具有方程(4)所示的解答
C＝k(1-e-al)e-bt(4)其中k＝g Do/a和a＝p-b。方程(4)所示的浓度-时间的相关性在营养素和药物在组织内的摄取和消除试验中出现。H.Bush在CancerResearch，15365，1955中报告了证实若干化合物和不同鼠科组织的浓度-时间模式的数据。本发明人也采用含有噻吨酮部分的化合物进行了类似试验，证实在不同鼠科组织内随着时间具有相同的行为。∫考虑a＞＞b的情形，也就是当快速摄取时的情形。细胞在存在的药物下的接触，用E表示，将是C的积分，具体为E＝∫o∞C dt＝k∫o∞e-btdt＝k/b(5)对于两种具有消除常数bA和bB的细胞类型，接触比应为R＝EA/EB＝bB/bA(6)这表示，与缓慢作用的毒素的接触仅仅与两种细胞类型的扩散常数的比例成比例。然而，由于癌症和正常细胞的化学相类似，预期的接触比一般是有限度的，导致在癌症的治疗中无法获得有差别的毒性。
如果原型药物的毒素被掩蔽一个时间延迟期T(也称作“时间延迟”)，方程(5)变为E＝∫T∞C dt＝k∫T∞e-btdt＝ke-bT/b(7)其中E现在是时间延迟T的函数。在这种情形中，接触比变为
R＝EA/EB＝(bB/bA)exp[(bB-bA)T](8)方程(8)表明如果对于细胞类型B的消除率大于细胞类型A，如果使活化的时间延迟也足够大时，接触比R可根据需要增大。
方程(8)代表了TDTA策略的实质，由此方程(8)所示的接触比可以显著超过方程(6)所示的比例。这种新方法在癌症配方、药物和应用方案的设计和开发中的有用性和有效性已经在本发明中的原型药物、活化药物和集合物的试验中得到证实。
然而，为了将基本上无生物活性的原型药物转化为药理学活性化合物，必须施用活化药物。由于原型药物，活化药物的浓度在其给药后会受到血清储库内活化药物的损失的影响，该过程由与方程(1)形式相同的方程表示，它证实，自储库的损失率与浓度成比例dA/dt＝-qA(9)其中A是注射时间t后储库内活化药物浓度，其中t＞T，和q是活化药物的比例常数(相当于原型药物的方程(1)中的p)。方程(10)表示在任意时刻储库内可被组织利用的药物浓度的一种指数相关性A＝Aoe-qt，t＞T(10)其中Ao时在注射时的起始血清浓度，t＝T，和0＜t＜T时A＝0。
由于原型药物按照方程(3)进入机体的各细胞和组织，因此活化药物也应进入到各个细胞内。然而，由于所述药物进入细胞，原型药物和活化药物之间开始反应，影响着机体内两种药物的时间发展。
在这种条件下方程变为
dC/dt=gD-bC,0<t<TbD-bC-rBC,t>T---(11)]]>和dB/dt=0,0<t<TfA-eB-rBC,t>T---(12)]]>其中r是反应速率系数，f是活化药物进入组织和细胞中达到浓度A时的扩散率系数。也就是说，活化药物的f相当于原型药物的g。同样地，e为B的系数且相应地b为C的系数。
其次，所述的原型药物和活化药物之间的反应在细胞内产生毒素。这种毒素的浓度，J，如下所示dJ/dt=0,0<t<TrBC-hJ-jJK,t>T---(13)]]>其中h是该毒素自细胞的损失速率系数，和jJK给出毒素与活细胞化学的反应率，其中j为速率，K为细胞化学的一种或多种化合物的浓度，其损失引起细胞坏死。活细胞化学组分被破坏的这种比率取决于毒素的浓度J和其自身浓度K，该速率表示为dK/dt=Ko,0<t<T-jJK,t>T---(14)]]>其中Ko是K在t＜T时的浓度值。
方程(2)，(10)，(11)，(12)，(13)，和(14)很容易利用数学方法解答，并且重要的是它们提供了相对于原型药物的给药而言活化药物的给药的详细时间过程，此外，这六个方程用于精确化方程(8)测定的R值，因为方程8提供R的近似值。方程(14)的解答也为毒素接触作用提供了更加精确的测定，方程(5)，(6)，和(7)给出该接触作用的近似测定。然而，由于其复杂性，方程(2)，(10)，(11)，(12)，(13)，和(14)的采用有时不便于说明提高所需差别毒性的优越方法。例如，一种最佳时间延迟期，T.方程(8)证实，R应随时间延迟T升高，接触EA和EB和相应浓度CA和CB将随T降低。所以，必须对时间延迟进行挑选从而提供足够的差别毒性，同时仍然将必要的毒性剂量释放到靶向组织。利用上述评估方程(2)，(10)，(11)，(12)，(13)，和(14)的数学方法可以微调最佳时间T以提供精确测定。
虽然最佳时间延迟可以通过上述计算方法获得，但可能需要提供实际测量来证实剂量和时间延迟的适当性。在实验动物中，这可以直接进行，如同本发明人所作的那样。这些测定时间延迟的实际测量可以对完整原型药物或仅对含有差别浓集部分的化合物进行，因为在正常和癌组织之间建立浓度差别中该部分非常关键。
测定含有差别浓集部分的化合物和原型药物本身在动物模型中的体内最佳时间延迟的树胶可以通过Kleiber对动物树胶的定律用于粗略估计在人体中的时间延迟。Kleiber定律指出“生物体的总代谢率随体重增加3/4乘方而分级”。然而，为了测定时间延迟，需要特定的代谢率，其是指每单位重量的速率。该特定代谢率是通过将上述3/4乘方Kleiber比例因子除以两种动物各自重量的比例得到的。由此得到特定代谢率的总体-1/4成分比例因子。例如，在将小鼠模型时间延迟数据外推到人体的情形中，小鼠体重(例如20g)与人体重量(例如80kg)的对比得到4,000的比例。采用Kleiber定律，为了由该比例适当计算储特定代谢率，估计人体特定代谢率比小鼠的缓慢8.0倍。因此，小鼠内的4天时间延迟转化为人体的大致时间延迟为32天。在侵润性癌症的情况下，需要更高的风险来获得较高治愈率的机会(即，应耐受高于正常组织一般可接受的毒性，从而在癌症组织内达到有效毒性水平)，时间延迟可能需要比采用Kleiber定律从而动物模型预测的那些更短。另外，对于儿童、老年人和非常虚弱的患者来说，可能需要比Kleiber定律估算出的那些时间延迟更长的时间延迟以确保对正常组织的毒性最低。时间延迟可能是1天直至数月。
当时间延迟期用于人体或者兽医临床时，监测原型药物的消除代谢物，以便测定何时正常组织内的原型药物的毒性水平下降至安全水平(即，测定何时应当给予活化药物)。也就是说，可以预先建立毒素的患者可以安全耐受的最大剂量。利用化学分析方法例如HPLC监测代谢产物的排泄能够测定何时原型药物已经在机体的正常组织内达到安全水平-该水平下原型药物的激活将导致毒素在机体的正常组织内的水平足够低。活化药物在此时的给药能够使毒素在靶向癌症组织内的剂量最大。如果毒素在靶向组织内的水平不充分时，则必须施用更高初始剂量的原型药物，并且采用更长的时间延迟。如果这种改进不能在靶向组织内在激活时提供足够的毒性剂量，则重新设计差别浓集部分、毒性部分，或者这两者，以便提供优异药代动力学参数。然而，测试的原型药物和活化药物的实例已经证实具有所需的优异药代动力学参数。
药物的协同作用是已知的并且常常由于两种或多种药物同时或在相互接近的时间内给药而出现危险。相反地，本发明需要药物相互作用并且希望当单独给药时各药物对机体作用很小或没有作用。此外，可以测定原型药物和活化药物之间给药的最佳时间延迟并用于避免抗癌、抗病药物的有害副作用。
本发明进一步提供一种选择性传递原型药物并通过等待一个时间延迟且随后施用活化药物来激活该原型药物、使之变为或释放细胞毒性化合物至肿瘤组织内部的方法。本发明进一步提供一种选择性传递式I和式II的化合物并通过等待一个时间延迟且随后施用氟化钠来激活式I和II的化合物、使之变为或释放细胞毒性化合物至肿瘤组织内部的方法。
本发明还提供一种治疗哺乳动物内肿瘤的方法，该方法包括给需要这种治疗的哺乳动物施用治疗有效量的原型药物，该原型药物含有差别浓集部分、毒性部分，和端封部分，等待一个时间延迟并随后施用活化药物。
本发明还提供一种治疗哺乳动物肿瘤的方法，该方法包括给需要这种肿瘤的哺乳动物施用肿瘤有效量的式I或II的化合物
式I式II其中R1是SiZ3；R2是甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3是氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4是H，SO3H，或牛磺酸；R5是SiZ3；R6是H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各Z独立地是叔丁基或甲基；X是碳，氧或氮；和W是碳，氧，或氮等待一个时间延迟且随后施用氟化钠。
体外试验的方法用于评估本发明的化合物和集合物的体外方法依据许多目前所用体系的常规原理。例如，将单层或悬浮细胞铺板，用原型药物处理，和在适当条件下培养特定细胞类型。
随后在整个试验期间内(例如，7天)计算或评估细胞健康的若干参数。如果提供体外方法在一个时间延迟期后(例如3天的培养)评估该集合物，向适当孔内加入活化药物并在附加时期内连续测试(例如，4天)。
药物引起50％群体的细胞死亡或生长停止的浓度是通过对比药物处理孔和未处理对照孔之间来计算得到的。另一可以用体外方法测定的有效参数为药物随时间的活性。该参数对于那些由于代谢反应或者吸收不良导致的作用缓慢的药物来说特别重要。
鼠科肿瘤试验对移植到小鼠中的肿瘤的抑制作用是一种研究抗肿瘤药物的有效性的可接受方法。通常该方法利用套针将自荷瘤小鼠提取的肿瘤片皮下植入来进行，或者以5百万/动物的级别通过皮下注射癌细胞来完成。
实施例本发明给出本发明方法设计和评估聚合物的详细说明。此外，本发明涉及具体分子设计(例如.原型药物)，制备这些化合物的方法，其试验详情，和测定时间延迟的方法。下列实施例仅仅是举例说明本发明并且不应以任何方式视为是对本发明范围的限定。
实施例I上述新方法所示的集合物的制备由对差别浓集部分的选择开始。为了缩小对适当候选物的寻找，该方法从现有文献的回顾着手。
有关苯并吩卓嗪类化合物的信息表明，如果毒性部分能够在药物在癌症组织内达到不同浓度后被激活时此类化合物与毒素结合的应用是有效的。然而，苯并吩卓嗪类化合物却具有不良的物理化学性质(例如，溶解度不好)，该问题使它们成为传递部分没有太大的吸引力。除了苯并吩卓嗪染料之外，其他物质显示出组织选择性。其中，黄色噻吨酮表现出组织选择性和某些抗癌活性(Miller等.U.S.Pat.No5,346,917)。这些染料的选择性，结合其适宜的物化学性质.，使它们成为药物选择性传递的良好候选物。
在式I中，黄色染料噻吨酮业已被选择作为原型药物的差别浓集部分。噻吨酮具有差别浓集性质的确认是通过正常和肿瘤组织的体外试验来验证的。该研究得出的数据证明，黄色噻吨酮具有差别浓集性质。
给植入可触知肿瘤(胰腺)的若干小鼠iv注射40mg/kg的噻吨酮黄色染料。在施用噻吨酮后第4小时，1天，2天，3天，4天，和5天时处死动物。切取肿瘤，胰腺、胃、部分的肠道和肝脏并在醇中切碎以提取染料。各组织内染料的量是通过HPLC定量评估。染料在肿瘤组织内比在其他组织内的浓度升高最先是在给药后第1天发现。到第3-4天时正常组织内保留的染料的量已不明显。
该体内研究的数据还用于测定含有这种差别浓集部分的原型药物的时间延迟。小鼠内4天的最佳时间延迟推测出在人体内时间延迟约为32天。在小鼠模型中，可行的时间延迟为2.5-6天，转化为在人体中时为20-48天的时间延迟。在侵润性癌症的情况中，可能需要较短的时间延迟，可能为1天，从而提供在肿瘤组织内所需的毒性水平。形成对照，在严重患病的患者中可能需要数月的时间延迟。
与该差别浓集部分连接的毒性部分的选择是通过回顾现有文献来进行的。双氯乙基甲胺的强有力抗癌活性长久以来归因于该分子的氮芥部分。它通过烷基化生物上重要的细胞组分来起作用，所述细胞组分的功能则被损伤。其临床应用的主要指征包括支气管原癌，何杰金氏病，非何杰金氏淋巴瘤，淋巴肉瘤，和慢性髓细胞或慢性淋巴细胞白血病。然而，氮芥在体外比其临床使用建议具有更广谱的作用。限制其体内用途的局限性直接与其毒性有关(恶心，呕吐，厌食，白血病减少血小板减少，局部刺激)。人们已经通过将其与多种化合物结合来尝试改善其选择性或传递性(例如，Haines等.，J.Med.Chez.30，542(1987)；Alexander等.，Tet.Lett.27，3269(1991)。因此，双氯乙基甲胺是递送的最佳候选物，且噻吨酮核给将其传递到靶向组织和细胞提供了适当的载体。在式I的实施例中，氮芥，特别是双氯乙基甲胺，已经被选择用于原型药物的细胞毒性部分。
另一类强有力的抗癌药物是天然鬼臼毒素，它业已用于治疗脑肿瘤和急性粒细胞白血病。这些物质是通过抑制再生细胞中的有丝分裂来起作用。其应用的局限性类似于上述氮芥的那些，并且还存在贫血的附加毒性。另外，这些种类的物质是利用噻吨酮选择性传递的良好候选物。在式II中，鬼臼毒素衍生物已经选择作为原型药物的细胞毒性部分。
在对差别浓集部分和毒性部分的选择之后，需要掩蔽或端封部分来完成原型药物的构成。在式I和II中，无机部分，特别是硅酸盐SiZ3，(其中Z3的各Z独立地是叔丁基或甲基)业已选择作为原型药物的掩蔽或端封部分。这种无机硅酸盐部分，SiZ3，还具有与氟化物盐高度反应的化学特性，其中一些没有明显的毒性。所以，该部分通过在患者体内发生的非毒性或低毒性化学反应来脱除。
一种这样的反应发生在当牙膏中存在的氟化物与牙齿中存在的钙反应时。形成的产物，氟化钙，非常稳定且比牙齿中存在的天然钙盐更加坚固。这是通过更稳定物质的形成推动置换反应的一个实例。在式I和II的化合物的情况中，硅离子对氟化物具有强吸引力，比氟化钠或氟化钾的吸引力更强，所以，当氟化钠或氟化钾与硅化合物相遇时可发生置换反应。该反应具有非常强的选择性和特异性。
所得原型药物必须由活化药物激活。在式I和II的实例中，无机化学物，氟化物盐，业已选择用作与原型药物反应的去端封化学物。特定的氟化物盐，氟化钠，是基于其已知化学性质来进行选择的。这种无机氟化物盐活化药物特别适合与式I和II的原型药物的反应，因为它与这些化合物中用作端封部分的特定硅酸盐高度反应。此外，氟化钠在去端封该原型药物所需的数量上没有显著的毒性。所以，原型药物的掩蔽或端封部分通过非常无毒的无机化学物质在患者体内进行的反应来脱除，同时对患者没有副作用。
实施例II下面详细给出式I的原型药物的合成。
制备路线I
制备例11，4-二羟基噻吨酮将硫代水杨酸(5.0g)和氢醌(5.0g)在浓硫酸(100ml)中的混悬液室温下搅拌4小时。将该红色混悬液倾到冰上且使其达到室温，随后过滤，所得固体用饱和碳酸氢钠处理且该溶液小心用20％盐酸中和。过滤固体，溶解在丙酮中并再次经硅胶塞过滤。浓缩该溶液并通过硅胶柱层析、利用己烷、乙酸乙酯(1∶1)的混合物作为洗脱剂纯化该固体。在减压条件下浓缩含有产物的馏分，得到黄色标题化合物(2.36g，30％)。
FDMS；m/e＝244(M+)制备例21-氯乙氧基-4-羟基噻吨酮将120mg 1，4-二羟基噻吨酮在100ml丙酮中的溶液在室温下与138mg碳酸钾搅拌0.5小时。随后加入80mg存在于5ml丙酮中的1-溴-2-氯乙烷且将该混合物回流24小时。冷却该不均匀的混合物，减压下浓缩并通过硅胶柱层析、用己烷和乙酸乙酯的1∶1化合物纯化，得到100mg的红黄色晶体(65％)。
FDMS；m/e＝307(M+)制备例31-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮将0.5g 1-氯乙氧基-4-羟基噻吨酮在5ml二乙醇胺中的溶液在氮气和110℃下加热1小时。冷却后，加入水并用乙酸乙酯萃取该混合物4次。用水洗涤该乙酸乙酯萃取物，用硫酸钠干燥，浓缩且通过氧化铝柱层析、利用乙酸乙酯∶乙醇(4∶1)作为洗脱剂纯化。将所得物质由丙酮结晶得到0.23g(38％)的黄色产物。
FDMS；m/e＝376(M+)制备例41-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮方法I将0.5g 1-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮在5ml亚硫酰氯中的溶液加热回流6小时。通过蒸馏除去过量的亚硫酰氯，并且将残余固体经氧化铝柱层析、利用乙酸乙酯∶己烷(1∶1)作为洗脱剂纯化得到0.3g(58％)黄色固体。
FDMS；m/e＝413(M+)方法II0.5g 1-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮在10ml吡啶中的溶液在低温和氮气下用0.4g甲磺酰氯处理并将该混合物在冷冻条件下保持24小时。随后将该混合物倾入水中且用乙酸乙酯萃取。该乙酸乙酯萃取液用水洗涤，硫酸钠干燥并浓缩得到黄色固体。将该固体溶解在二甲基甲酰胺中(5ml)并在氮气和80℃下与3g的氯化锂搅拌24小时。冷却该混合物，与水活化且用乙酸乙酯萃取。该乙酸乙酯萃取液用水洗涤，用硫酸钠干燥且浓缩。经氧化铝色谱用乙酸乙酯∶己烷(1∶1)作为洗脱剂纯化得到0.37g(71％)的黄色固体。
FDMS；m/e＝413(M+)制备例51-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮将0.50g的1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮在10ml二甲基甲酰胺中的溶液与0.22g的叔丁基二甲基甲硅烷基氯、0.20g咪唑和催化量的二甲基氨基吡啶混和，并且在室温下搅拌12小时。随后向该溶液加入水且用乙酸乙酯萃取。该乙酸乙酯萃取液接着用饱和的碳酸氢钠和水洗涤，用硫酸钠干燥，浓缩并溶解在乙酸乙酯∶己烷(1∶4)的混合物中且经过氧化铝塞。所得固体在浓缩后纯化并称重为0.48g(70％)。
FDMS；m/e＝527(M+)实施例III1-(N-氯乙基-N-甲基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮将0.5g 1，4-二羟基噻吨酮在20ml的二甲基甲酰胺重的溶液室温下与6g碳酸钾在无水条件下搅拌0.5小时。随后加入双氯乙基甲胺盐酸盐(0.4g)并在50℃下将该不均匀混合物搅拌12小时。加入水且该混合物用乙酸乙酯萃取。该乙酸乙酯溶液用水洗涤，用硫酸钠干燥，通过氧化铝塞并在真空下浓缩得到0.4g(55％)。
FDMS；m/e＝364(M+)实施例IV式I的化合物利用鼠的白血病L1210细胞系、胰腺瘤(Pan 03)、Lewis肺癌和正常成纤维细胞进行体外试验。所有集合物的IC50值，是指活化药物氟化钠作用后的式I的原型药物，对于癌症组织来说低于0.4微摩尔。获得了体外正常成纤维细胞的可比值。在未用活化药物进行后续处理的完整原型药物的试验中，IC50在正常细胞中为0.1摩尔。该试验证实活化作用明显改变了原型药物的毒性。
实施例V采用三种肿瘤模型白血病、肺和胰腺对小鼠进行式I化合物活性的研究。各肿瘤系使用共5只动物且植入后2周开始处理(后期试验)。该原型药物化合物以是氮芥毒性部分的小鼠LD50的约30％的剂量给药三次，随后施用活化药物，氟化钠，4天后以5倍摩尔当量给药(过量)。
试验C57雄性小鼠(5/肿瘤系)皮下植入悬浮在盐水溶液内的约1百万癌细胞，并且令其生长2周至它们可触知时。然后将试验化合物以0.2ml含有水、聚乙二醇(3％)和醇(5％)的混悬液腹膜内注射给药。活化剂在4天后作为腹膜内注射溶液给药。再处理2次且两次之间间隔1周。
结果肺部肿瘤在处理后未受影响且在研究30天结束时处死动物。对感染白血病的动物的处理达到4只治愈(共5只动物)，证据为肿瘤消失，5只植入胰腺肿瘤细胞动物中的三只动物在药物处理方案后治愈。治愈的动物维持超过30天的研究期。处死其余的动物。
第二组试验在实体白血病L1210和胰腺肿瘤二者中都达到5/5的治愈。
权利要求
1.一种含有基本上生物惰性的原型药物和基本上生物惰性的活化药物的集合物，其中该原型药物含有差别选择性部分、毒性部分和端封部分并且其中该原型药物的部分以使该原型药物自身基本上惰性的方式连接在一起。
2.一种制备基本上生物惰性的原型药物的方法，该方法包括(a)差别浓集部分的选择，通过一种选自示差HPLC、示差色谱和体内示差率分析的方法；(b)毒性部分的选择，通过一种选自对毒性部分的公开目录进行的体外试验、体内试验和评估法的方法；(c)端封部分的选择，通过一种选自用毒性部分对公开的试剂目录进行的体外试验、体内试验和评估法的方法；和(d)连接差别浓集部分、毒性部分和端封部分，连接方式为使该原型药物本身基本上为生物学惰性。
3.一种制备集合物的方法，该方法包括(a)差别浓集部分的选择，通过一种选自示差HPLC、示差色谱和体内示差率分析的方法；(b)毒性部分的选择，通过一种选自对毒性部分的进行的体外试验、体内试验和评估法的方法；(c)端封部分的选择，通过一种选自用毒性部分对公开的试剂目录进行的体外试验、体内试验和评估法的方法；和(d)活化药物的选择，通过一种选自用端封部分对公开的试剂目录进行的体外试验、体内试验和评估的方法；和(e)连接差别浓集部分、毒性部分和端封部分，连接方式为使该原型药物本身基本上为生物学惰性。
4.一种治疗动物中肿瘤的方法，该方法包括(a)给需要该治疗的哺乳动物施用有效量的原型药物，该原型药物含有差别浓集部分，毒性部分和端封部分；(b)等待一个时间延迟期；和(c)给哺乳动物施用活化量的活化药物，由此该活化药物使该原型药物体内转化为药理学活性的化合物。
5.一种使基本上室温下惰性的化合物转化为药理学活性剂的方法，该方法包括(a)给哺乳动物施用原型药物，该原型药物含有差别浓集部分，毒性部分，和端封部分，其中这些部分以能够产生生物学惰性化合物的方式连接在一起；(b)等待一个时间延迟期；和(c)给该哺乳动物施用活化量的活化药物，由此该活化药物使原型药物转化为药理学活性剂。
6.一种选择性传递细胞毒性化合物至肿瘤组织的方法，该方法包括给哺乳动物施用原型药物含有差别浓集部分，毒性部分和端封部分，由此该原型药物以防止严重损伤正常组织的方式将细胞毒性化合物传递至肿瘤组织，这是通过保持所述端封部分位于原型药物上直至该原型药物在一个时间延迟期内差别浓集在肿瘤组织内为止，并且在该时间延迟后原型药物在施用活化药物后产生细胞毒性化合物。
7.一种药物制剂，含有(a)有效量的原型药物以及药学可接受赋形剂；和(b)活化量的活化药物以及药学可接受赋形剂，由此所述的原型药物和活化药物包装为分别给药。
8.式I的化合物 式I其中R1为SiZ3；R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各个Z独立地是甲基或叔丁基；和X为碳，氧，或氮.
9.式II的化合物 式II其中R5是SiZ3；R6是H，SO3H，或牛磺酸；Z3中的各Z独立地是甲基或叔丁基；和W是碳，氧，或氮。
10.式III的化合物 式III其中R1是H；R2是甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3是氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4是H，SO3H，或牛磺酸；和X是碳，氧，或氮.
11.式IV的化合物 式IV其中R5是H；R6是H，SO3H，或牛磺酸；和W是碳，氧，或氮。
12.一种治疗哺乳动物中肿瘤的方法，该方法包括(a)给需要该治疗的动物施用有效量的式I化合物 式I其中R1为SiZ3；R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各Z独立地是甲基或叔丁基；和X是碳，氧，或氮；(b)等待一个时间延迟期；和(c)给该哺乳动物施用活化量的氟化物盐。
13.权利要求12的方法，其中该时间延迟是约1-约32天。
14.权利要求12的方法，其中该氟化物盐是氟化钠。
15.一种治疗哺乳动物中肿瘤的方法，包括(a)给需要该治疗的动物施用有效量的式II的化合物 式II其中R5为SiZ3；R6为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各个Z独立地是甲基或叔丁基；和W为碳，氧，或氮；(b)等待一个时间延迟期；和(c)给该哺乳动物施用活化量的氟化物盐。
16.权利要求15的方法，其中该时间延迟是约1-约32天.
17.权利要求15的方法，其中氟化物盐为氟化钠。
18.一种治疗哺乳动物中肿瘤的方法，包括给需要该治疗的动物施用治疗有效量的式III化合物 式III其中R1为H，R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4为H，SO3H，或牛磺酸；和X为碳，氧，或氮。
19.一种治疗哺乳动物中肿瘤的方法，包括给需要该治疗的动物施用治疗有效量的式IV化合物 式IV其中R5为H；R6为H，SO3H，或牛磺酸；和W为碳，氧，或氮。
20.一种药物制剂，含有(a)有效量的式I的化合物 式I其中R1为SiZ3；R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各个Z独立地是甲基或叔丁基；和X为碳，氧，或氮以及药学可接受赋形剂；(b)活化量的氟化物盐以及药学可接受赋形剂；其中式I的化合物和该氟化物盐包装为分别给药。
21.权利要求20的药物制剂，其中该氟化物盐为氟化钠。
22.权利要求20的药物制剂，其中式I的化合物为1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮。
23.一种药物制剂，含有(a)有效量的式II的化合物 式II其中R5为SiZ3；R6为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各Z独立地是甲基或叔丁基；和W为碳，氧，或氮以及药学可接受赋形剂；(b)活化量的氟化物盐以及药学可接受赋形剂，其中式II的化合物和该氟化物盐包装为分别给药。
24.权利要求23的药物制剂，其中该氟化物盐为氟化钠。
25.一种测定原型药物和活化药物给药之间的时间延迟期的方法，其包括测定下面方程中的TR＝EA/EB＝(bB/bA)exp[(bB-bA)T]其中R是细胞种类A和B的扩散常数的比，EA是细胞种类A与原型药物的接触；EB是细胞种类B与原型药物的接触；bA是细胞种类A的消除常数；和bB是细胞种类B的消除常数。
26.权利要求25的方法，其中该时间延迟期是通过体内方法评估。
27.一种原型药物，含有(a)噻吨酮部分，其充当差别浓集部分；(b)氮芥部分，其充当毒性部分；和(c)硅烷部分，其充当端封部分其中噻吨酮，氮芥和硅烷部分连接构成基本上生物学惰性的化合物。
28.一种制备1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮，该方法包括(a)在硫酸的存在下混和硫代水杨酸和氢醌得到1，4-二羟基噻吨酮；(b)回流下在丙酮中混和1，4-二羟基噻吨酮、碳酸钾和1-溴-2-氯乙烷得到1-氯乙氧基-4-羟基噻吨酮；(c)氮气下在二乙醇胺的存在下加热1-氯乙氧基-4-羟基噻吨酮，加入水并用乙酸乙酯萃取得到1-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮；(d)加热回流1-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮和亚硫酰氯并随后蒸馏除去过量的亚硫酰氯，单独1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮；和(e)在二甲基甲酰胺中室温下搅拌1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮和叔丁基二甲基甲硅烷基氯，咪唑和催化量的二甲基氨基吡啶，并且随后进行水-乙酸乙酯萃取，得到1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮。
29.一种制备1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮的方法，该方法包括(a)在硫酸的存在下混和硫代水杨酸和氢醌，得到1，4-二羟基噻吨酮；(b)回流下在丙酮中混和1，4-二羟基噻吨酮，碳酸钾和1-溴-2-氯乙烷得到1-氯乙氧基-4-羟基噻吨酮；(c)在氮气下二乙醇胺的存在下加热1-氯乙氧基-4-羟基噻吨酮，加入水并用乙酸乙酯萃取得到1-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮；(d)在氮气下将吡啶中的1-(N，N-双二乙醇氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮和甲磺酰氯混合生成一种混合物，将其保持在冷冻下，用水-乙酸乙酯萃取该混合物得到一种固体，此后将该固体溶解在二甲基甲酰胺中，加热并在氮气下与氯化锂搅拌，加入水且用乙酸乙酯萃取得到1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮；和(e)在二甲基甲酰胺中室温下搅拌1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮和叔丁基二甲基甲硅烷基氯、咪唑和催化量的二甲基氨基吡啶，随后进行水-乙酸乙酯萃取得到1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮。
30.一种制备1-(N-氯乙基-N-甲基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮的方法，该方法包括(a)室温下在无水条件下将1，4-二羟基噻吨酮在二甲基甲酰胺中与碳酸钾混和，并且随后加入氮芥盐酸盐生成不均匀混合物，加热并搅拌该混合物；和(b)加入水至该不均匀混合物中，并且用乙酸乙酯萃取得到1-(N-氯乙基-N-甲基氨基乙氧基)-4-羟基噻吨酮。
31.化合物1-(N，N-双氯乙基氨基乙氧基)-4-叔丁基二甲基甲硅烷氧基噻吨酮。
32.一种选择性传递细胞毒性化合物至肿瘤组织的方法，该方法包括给哺乳动物施用式I的原型药物 式I其中R1为SiZ3；R2为甲基，氯乙基，羟乙基，或溴乙基；R3为氯乙基，羟乙基，或溴甲基；R4为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各个Z独立地是甲基或叔丁基；和X为碳，氧，或氮其中该原型药物以防止严重损伤正常组织的方式将细胞毒性化合物传递至肿瘤组织，这是通过保持所述端封部分位于原型药物上直至该原型药物在一个时间延迟期内差别浓集在肿瘤组织内，并且在该时间延迟后原型药物在施用活化药物后产生细胞毒性化合物为止。
33.一种选择性传递细胞毒性化合物至肿瘤组织的方法，该方法包括给哺乳动物施用式II的原型药物 式II其中R5为SiZ3；R6为H，SO3H，或牛磺酸；Z3的各Z独立地是甲基或叔丁基；和W为碳，氧，或氮，其中该原型药物以防止严重损伤正常组织的方式将细胞毒性化合物传递至肿瘤组织，这是通过保持所述端封部分位于原型药物上直至该原型药物在一个时间延迟期内差别浓集在肿瘤组织内，并且在该时间延迟后原型药物在施用活化药物后产生细胞毒性化合物为止。
全文摘要
本发明涉及一种制备新的抗癌药物的方法，使该药物可以以无毒、原型药物形式给药，并且在一个在靶向癌症和侵润组织或细胞内的差别浓集的时间延迟后，无毒药物在活化药物的修饰下选择性地使靶向组织内的药理学活性剂达到毒性水平。
文档编号C07D409/04GK1723206SQ200380105583
公开日2006年1月18日 申请日期2003年12月15日 优先权日2002年12月17日
发明者E·H·沃克, E·帕洛米诺, S·L·布卢门塔尔 申请人:沃克癌症研究院