可活化的发荧光的化合物及其作为近红外探针的用途
【专利摘要】公开了设计成使得在化学事件后产生能够发射NIR光的化合物的新颖的发荧光的化合物。该化合物包含两个或更多个含受体的部分和可裂解的含供体的部分，它们是完全的π-电子共轭且是使得没有π-电子离域。还公开了在发荧光的化合物遭遇化学事件(例如，去质子化)时产生的荧光化合物。还公开了发荧光的化合物作为具有开启式机构的NIR探针来监测各种分析物的存在和/或水平的用途。
【专利说明】可活化的发荧光的化合物及其作为近红外探针的用途
[0001]发明领域和背景
[0002]在本发明的一些实施方案中，本发明涉及发突光的化合物(f Iuorogenic compound)且更具体地，但不唯一地涉及发生化学事件后重排，从而产生近红外探针的可化学激活的发荧光的化合物以及涉及其用途。
[0003]近几年，非放射性标记在生物化学和分子生物学中的使用已成指数增长。在用作非放射性标记的各种化合物中，产生发荧光的信号或发光信号的芳族染料是特别有用的。
[0004]近红外光谱学(NIRS)是使用电磁波谱的近红外区(从约700nm到1400nm)的光谱学方法。NIR通常可以比中红外辐射穿透进入样品远得多，且尤其用于探测疏松材料而几乎不需要或不需要样品制备。在650nm和900nm之间的近红外(NIR)范围内的光学成像非常适合于生物应用，原因是由于NIR光子在此范围内高度穿透通过有机组织和低的自发荧光背景，因而它而能够检测分子体内活性。
[0005]适用于NIR中的荧光染料包括，例如，荧光素标记、Alexa Fluor染料、花青染料、 如Cy2、Cy3、Cy5、CY7、任选取代的香豆素、R-藻红蛋白、别藻红蛋白、德克萨斯红和普林斯顿红。
[0006]花青染料已确认为用于NIR成像，由于生物兼容性、环境稳定性、大消光系数、窄发射光谱带及其相对高的量子产率[Mujumdar ET AL.Bioconjugate Chem.4, 105-11 (1993)]，这允许它们穿透深层组织并用作用于活体无损成像的吸引人的探针。
[0007]花青染料包含两个含氮部分(例如，假吲哚基环)，一个呈受体部分的形式(例如， 铵)，且一个呈供体部分的形式(例如，胺)，其通过一系列共轭双键连接。染料分类的根据连接两个环状结构的中心双键的数目(n)将染料归类；当11 = I时,单碳花青或三次甲基碳花青；当n = 2时,双碳花青或五次甲基碳花青；及当n = 3时,三碳花青或七次甲基碳花青。
[0008]花青染料已被开发用于荧光共振能量转移(FRET)测定。简单地说，FRET测定依赖于两个荧光团，供体荧光团和受体荧光团之间的相互作用。当供体分子和受体分子足够近的靠近时，供体分子的荧光被转移到受体分子上，从而减少寿命且淬灭供体物质的荧光并伴随`受体物质的荧光强度增加。在肽裂解反应的情况下，荧光供体分子和荧光受体分子被连接到待裂解的肽键的任一侧上的肽底物上且以这样的发生能量转移的距离。肽裂解反应将分开供体分子和受体分子，且因此将恢复供体分子的荧光。
[0009]已通过对花青染料通过引入具有削弱或消除分子荧光的效应的化学基团来进行某些修饰研制了在FRET测定中适合用作受体或“淬灭剂”分子的花青染料。
[0010]例如，利用FRET的花青分子的开启式体系包含通过酶可裂解的连接基连接彼此以获得淬灭的荧光团的花青染料和淬灭剂。一旦通过特异性酶裂解连接基后，荧光团与淬灭剂分离并因此实现了荧光信号的开启。然而，这种方法需要除花青之外的另外染料(淬灭剂)。
[0011]设计替代的开启式花青探针的尝试通常具有低量子产率、低消光系数和复杂合成的局限性[见，例如，Ho 等人，Bioorg.Med.Chem.Lett.16, 2599-602 (2006);和 Richard 等人Org.Lett.10，4175-8 (2008)]，且已报道了牵涉具有-电子共轭变化的花青探针的仅有限的具体实例[见，Kundu 等人 Angew.Chem.1nt.Ed.49,6134-8 (2010);和 Kundu 等人 Angew.Chem.1nt.Ed.48, 299-303 (2009)]。
[0012]已报道了 I禹合到革巴向肽的花青分子。见，例如，Tung等人，Bioconjug Chem.199910(5):892_6，公开了包含花青肽共轭物的组织蛋白酶敏感体系，及美国专利第 6，217，848号公开了用于靶向递送的包括几种花青染料与多种双同系物和四(羧酸)同系物的染料肽共轭物。
[0013]另外的【背景技术】包括Samanta 等人，Chem.Commun., 2010,46, 7406-7408 ； Dickinson 等人，J.Am.Chem.Soc.132, 5906-15 (2010) ；Dickinson 等人，Nat.Chem.Biol.7, 106-12(2011) ；Miller 等人，Nat.Chem.Biol.3，263-7 (2007) ；Van de Bittner 等人， Proc.Natl.Acad.Sc1.(2010) ] ；Avital-Shmilovici, M.&Shabat, D..Biorg.Med.Chem.18, 3643-7 (2010) ；Sella, E.&Shabat, D.Chem.Commun.,5701-3 (2008) ；Sella, E.&Shabat, D.J.Am.Chem.Soc.131,9934-6 (2009) ；ffainstein 等人，Chem.Commun.2010 ；46:553-5 ； Karton-Lifshin 等人，J.Phys.Chem.A.2012 年 I 月，12 ; 116 (I):85-92 ；Karton-Lifshin 等人，J.Am.Chem.Soc.2011 年 7 月，20 ； 133 (28):10960-5 ;和 Sella 等人，J.Am.Chem.Soc, 132,3945-3952。
[0014]发明概述
[0015]设计上述的开启式探针(Turn-ON probe)的以前的尝试通常具有低量子产率、低消光系数和复杂合成的局限性。
[0016]在寻找具有花青光谱学特性的分子的开启式机构的改进方法方面，本发明人已设计并成功制备且实践了具有模块化的触发机构的基于花青的开启式NIR探针。可以根据需要，通过引入适合于期望的分析物的触发单元来调整用于基于花青的探针的这种模块化方法。根据探针中的触发单元，多种器官和组织的NIR成像可应用于或可用于多种医学应用和诊断应用。
[0017]本文所描述的新型基于花青的NIR探针可通过简单的(例如，两步)操作来合成且具有相对高的量子产率和大的消光系数。由适当的分析物诱导的化学事件后，探针的设计允许通过电子重新定位形成花青样染料。
[0018]本文所公开的NIR探针基于-电子在包含含供体的部分和两个或更多个含受体的部分的体系中的重新定位，这受到化学事件的影响。含供体的部分和含受体的部分形成不具有电子的离域(没有共振电子(resonating electron))的共轭电子体系，使得该探针不能发射光(例如近红外光)。化学事件后，含供体的部分的重排，使得它转移电子到含受体的部分，并由此获得前者两个或更多个含受体的部分之间，且这些部分之间具有离域的共振电 子的电子体系。由于离域的共振电子的存在，获得了发射在期望的近红外范围(例如，650nm和900nm之间)内的光的能力，如图19中所示。
[0019]根据本发明的一些实施方案的方面，提供了包含至少两个含受体的部分和含供体的部分的发荧光的化合物，至少两个含受体的部分和含供体的部分被这样布置使得:(i) 至少两个含受体的部分和含供体的部分形成没有共振电子的共轭电子体系，使得该化合物不能发射NIR红外光；及(ii)化学事件后，含供体的部分重排，以便转移电子到含受体的部分中的一个上并由此，含受体的部分使含供体的部分变成了至少一个另外的含受体的部分，从而使能发射近红外光。
[0020]根据本发明的一些实施方案，含供体的部分包含芳族部分。
[0021]根据本发明的一些实施方案，含供体的部分包含被给电子基团如羟基取代的芳族部分。
[0022]根据本发明的一些实施方案，含供体的部分是使得化学事件后，它通过经历1， 4-消除而重排。
[0023]根据本发明的一些实施方案，由分析物产生化学事件。
[0024]根据本发明的一些实施方案，化学事件包括含供体的部分的裂解。
[0025]根据本发明的一些实施方案，含供体的部分包含触发单元，且其中化学事件包括触发单元的裂解。
[0026]根据本发明的一些实施方案，触发单元的裂解由存在的分析物来实现。
[0027]根据本发明的一些实施方案，分析物与医学病症相关。
[0028]根据本发明的一些实施方案，分析物是在受医学病症折磨的器官或组织内过表达的酶。
[0029]根据本发明的一些实施方案，医学病症是癌症。
[0030]根据本发明的一些实施方案，酶选自由组织蛋白酶、半胱天冬酶、组织蛋白去乙酰化酶、基质金属蛋白酶、丝氨酸激酶或苏氨酸激酶和丝氨酸激酶组成的组。
[0031]根据本发明的一些实施方案，分析物是响应医学病症而在器官或组织内产生的物质。
[0032]根据本发明的一些实施方案，医学病症选自由炎症、缺氧、细胞凋亡、脑缺血、骨质疏松症、血管生成依赖性疾病或紊乱和自身免疫性疾病或紊乱组成·的组。
[0033]根据本发明的一些实施方案，发荧光的化合物还包含被连接到含供体的部分的治疗活性剂。
[0034]根据本发明的一些实施方案，治疗活性剂被连接到含供体的部分，使得化学事件后，治疗活性剂被释放。
[0035]根据本发明的一些实施方案，发荧光的化合物具有通式1:
[0036]
式I
[0037]其中:
[0038]Q1和Q2各自独立地是含受体的部分；
[0039]A1和A2各自是含受体的部分中的受体基团；
[0040]Z和Y形成含供体的部分；
[0041]L1和L2各自独立地是连接部分或不存在，且每个是使得Q1含受体的部分和Q2含受体的部分及Z-Y含供体的部分形成共轭-电子体系。
[0042]根据本发明的一些实施方案，含受体的部分和含供体的部分一起形成修饰的花青结构(cyanine structure)。[0043]根据本发明的一些实施方案，修饰的花青结构包含两个含受体的部分，所述两个含受体的部分之间经由含碳次甲基的链(carbomethine-containing chain)连接,且其中含供体的部分形成含碳次甲基的链的一部分或连接到含碳次甲基的链。
[0044]根据本发明的一些实施方案，每个含受体的部分独立地是=N+RaRb部分，其中Ra和Rb各自独立地是氢、烷基或环烷基，或可选择地，Ra和Rb —起形成杂脂环族 (heteroalicyclic)或杂芳基。
[0045]根据本发明的一些实施方案，发荧光的化合物具有通式II:
【权利要求】
1.一种具有通式II的发荧光的化合物:
2.如权利要求1所述的发荧光的化合物，其中Q1和Q2中的至少一个是取代的或未取代的批淀鐵。
3.如权利要求1和2中任一项所述的发荧光的化合物，具有通式IIIA:
4.如权利要求1所述的发荧光的化合物，具有通式IIIB:
5.如权利要求4所述的发荧光的化合物，其中D1和D2各自是取代的或未取代的芳基。
6.如权利要求4和5中任一项所述的发荧光的化合物，其中X1和X2各自独立地是 CR3R4 o
7.如权利要求6所述的发荧光的化合物，其中R3和R4各自独立地是烷基。
8.如权利要求3-6中任一项所述的发荧光的化合物，其中R1和R2各自是氢。
9.如权利要求3-6中任一项所述的发荧光的化合物，其中R1和R2各自独立地是取代的或未取代的烷基。
10.如权利要求1-9中任一项所述的发荧光的化合物，选自由表1中呈现的化合物组成的组。
11.一种发荧光的化合物，其包含至少两个含受体的部分和含供体的部分，它们被布置成使得:(i)所述至少两个含受体的部分和所述含供体的部分形成没有共振电子的共轭电子体系，使得所述化合物能够发射NIR红外光；以及(ii)化学事件后，所述含供体的部分重排以便将电子转移至所述含受体的部分中的一个，且因此所述含受体的部分对于至少另一个含受体的部分变成含供体的部分，以由此能够发射近红外光。
12.如权利要求11所述的发荧光的化合物，其中所述含供体的部分包括芳族部分。
13.如权利要求12所述的发荧光的化合物，其中所述含供体的部分包括被至少一个给电子基团取代的芳基。
14.如权利要求13所述的发荧光的化合物，其中所述给电子基团是羟基。
15.如权利要求1-14中任一项所述的发荧光的化合物，其中所述含供体的部分是使得在所述化学事件后，所述含供体的部分通过进行1-4消除而重排。
16.如权利要求1-15中任一项所述的发荧光的化合物，其中所述化学事件因分析物而产生。
17.如权利要求1-16中任一项所述的发荧光的化合物，其中所述化学事件包括在所述含供体的部分中的裂解。
18.如权利要求1-17中任一项所述的发荧光的化合物，其中所述含供体的部分包括触发单元，且其中所述化学事件包括所述触发单元的裂解。
19.如权利要求18所述的发荧光的化合物，其中所述触发单元的裂解由存在的分析物来实现。
20.如权利要求16-19中任一项所述的化合物，其中所述分析物与医学病症相关。
21.如权利要求20所述的化合物，其中所述分析物是在受所述医学病症折磨的器官或组织内过表达的酶。
22.如权利要求21所述的化合物，其中所述医学病症是癌症。
23.如权利要求21所述的化合物，其中所述酶选自由组织蛋白酶、半胱天冬酶、组织蛋白去乙酰化酶、基质金属蛋白酶、丝氨酸激酶或苏氨酸激酶和丝氨酸激酶组成的组。
24.如权利要求20所述的化合物，其中所述分析物是响应所述医学病症而在器官或组织内产生的物质。
25.如权利要求20所述的化合物，其中所述医学病症选自由炎症、缺氧、细胞凋亡、脑缺血、骨质疏松症和自身免疫性疾病或紊乱组成的组。
26.如权利要求1-25中任一项所述的发荧光的化合物，还包含被连接至所述含供体的部分的治疗活性剂。
27.如权利要求26所述的发荧光的化合物，其中所述治疗活性剂被连接至所述含供体的部分，使得在化学事件后，所述治疗活性剂被释放。
28.如权利要求11-27中任一项所 述的发荧光的化合物，其具有通式1:式I其中:Q1和Q2各自独立地是含受体的部分；A1和A2各自是所述含受体的部分中的受体基团；Z和Y形成所述含供体的部分；以及L2和L2各自独立地是连接部分或不存在，且每个是使得所述Q1含受体的部分和Q2含受体的部分以及所述Z-Y含供体的部分形成所述共轭-电子体系。
29.如权利要求11-28中任一项所述的发荧光的化合物，其中所述含受体的部分和所述含供体的部分一起形成修饰的花青结构。
30.如权利要求29所述的发荧光的化合物，其中所述修饰的花青结构包含两个含受体的部分，所述两个含受体的部分之间经由含碳次甲基的链连接，且其中所述含供体的部分形成所述含碳次甲基的链的一部分或连接到所述含碳次甲基的链。
31.如权利要求29和30中任一项所述的发荧光的化合物，其中每一个所述含受体的部分独立地是N+RaRb部分，其中Ra和Rb各自独立地是氢、烷基或环烷基，或可选择地，Ra和Rb 一起形成杂脂环族或杂芳基。
32.如权利要求1-11和28-31中任一项所述的发荧光的化合物，其中Z和Y是使得所述化学事件包括所述Y的裂解。
33.如权利要求1-32中任一项所述的发荧光的化合物，还包含第三含受体的部分且是使得所述第一含受体的部分、所述第二含受体的部分以及所述第三含受体的部分与所述含供体的部分形成没有共振电子的共轭电子体系。
34.如权利要求1-31中任一项所述的发荧光的化合物，其用于确定产生所述化学事件的分析物的存在和/或水平。
35.一种突光分子,其具有通式V:
36.如权利要求35所述的荧光化合物，其中Q1和Q2中的至少一个形成吡啶环。
37.如权利要求36所述的荧光化合物，具有通式IVA:
38.如权利要求35所述的荧光化合物，其具有通式IVB:
39.如权利要求35-38中任一项所述的荧光分子，还包含连接至所述W的含受体的部分，且使得电子的离域在所述受体与所述分子内的铵基团和胺基团之间实现。
40.如权利要求35-39中任一项所述的荧光化合物，其选自对应于表1呈现的化合物的荧光化合物的组。
41.如权利要求1-30中任一项所述的发突光的化合物或如权利要求35-40中任一项所述的荧光化合物，用于使样品成像。
42.权利要求1-34中任一项所述的发突光的化合物或权利要求35-40中任一项所述的荧光化合物用于制备成像剂的用途。
43.一种确定样品中分析物的存在和/或水平的方法，所述方法包括将所述样品与权利要求4-31中任一项所述的发荧光的化合物接触；并收集从所述样品发射的光，其中所述光的存在和/或水平指示所述分析物的存在和/或水平。
44.如权利要求43所述的方法，其中所述光具有在近红外范围内的波长。
45.一种使样品成像的方法，所述方法包括将所述样品与权利要求1-31中任一项所述的发荧光的化合物或与权利要求35-39中任一项所述的荧光分子接触，并收集从所述样品发射的光。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述光具有在近红外范围内的波长。
47.一种药物组合物，其包含权利要求1-31中任一项所述的发荧光的化合物和药学上可接受的载体。
48.如权利要求47所述的药物组合物，其中化学事件由分析物产生且其中所述组合物被确认用于确定样品中所述分析物的存在和/或水平。
49.如权利要求34所述的发荧光的化合物，如权利要求43和44中任一项所述的方法或如权利要求48所述的组合物，其中所述分析物与医学病症相关，且其中确定所述分析物的存在和/或水平是用于确定所述医学病症的存在或进展。
50.如权利要求49所述的发荧光的化合物、方法或用途，其中所述分析物是在受所述医学病症折磨的器官或组织内过表达的酶。
51.如权利要求49所述的发荧光的化合物、方法或用途，其中所述分析物响应于所述医学病症而产生。
52.如权利要求50所述的发荧光的化合物、方法或用途，其中所述医学病症选自由癌症、增殖性疾病或紊乱、炎性疾病或紊乱、眼部疾病、自身免疫性疾病、胃肠道疾病、血管生成依赖性疾病和紊乱、脑缺血、糖尿病、关节炎、黄斑变性、糖尿病视网膜病、动脉粥样硬化、 心力衰竭、牛 皮癣、骨质疏松症和骨关节炎组成的组。
【文档编号】C09B23/12GK103597039SQ201280023777
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年3月15日 优先权日:2011年3月15日
【发明者】D·萨巴特, R·萨奇-法伊纳罗 申请人:雷蒙特亚特特拉维夫大学有限公司