专利名称：肿瘤选择性荧光染色剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及肿瘤选择性的荧光染色剂。更详细地说，涉及能够选择性地对肿瘤细胞和肿瘤组织进行荧光染色、在使用内窥镜的癌的诊断等中用于选择性地对肿瘤细胞和肿瘤组织进行造影的染色剂。
背景技术：
光诊断作为高灵敏度地检测接近表层的病变部位的强有力的手段，近年来受到极大瞩目，作为其一例可举出利用荧光内窥镜进行的癌诊断。现在，在内窥镜诊断中使用5-氨基乙酰丙酸(5-ALA)或卟啉来进行肿瘤组织的染色。但是，使用这些染色剂的方法存在染色剂在肿瘤组织中的蓄积耗时等的问题，特别是在内窥镜诊断等中，寻求提供一种选择性地对肿瘤组织进行染色的手段，从而将肿瘤组织与正常细胞区分开来以发现癌。
另一方面，已知有作为荧光素衍生物的FDA(荧光素二乙酸酯)等荧光素酯衍生物(例如参见非专利文献1等)。这些酯衍生物的酯如果被水解，则生成强荧光性的荧光素。另外，FDA等酯衍生物中存在酯基，所以是脂溶性的，具有容易透过细胞膜的性质，另一方面，酯衍生物受到细胞内的酯酶的作用而发生水解，在细胞内生成荧光素，荧光素为亲水性物质，具有难以通过细胞膜而滞留在细胞内的性质。
利用这些性质已经开发出了如下技术使FDA进入细胞内，在细胞内的酯酶的作用下发生水解，通过测定水解生成的荧光素发出的荧光来测定细胞内酯酶的技术(利用FDA作为酯酶探针的技术)、或者对细胞进行荧光染色的技术(非专利文献2)。然而，虽然如上所述将FDA用作酯酶探针或者用作用于对组织进行均匀染色的染色剂，但是其用于选择性地对肿瘤细胞等特定细胞进行染色以与正常细胞区分开来的例子却是未知的。并且，将FDA用作内窥镜诊断中的造影剂的例子也是未知的。
非专利文献1Proc.Natl.Acad.Sci.USA，55，134-141，1966
非专利文献2The Journal of Histochemistry and Cytochemistry，29，pp.503-510，1981
发明内容
本发明的课题在于提供一种能选择性地对肿瘤细胞或肿瘤组织进行荧光染色的染色剂。更具体地说，本发明的课题是提供具有上述的特征的染色剂，其作为用于在使用内窥镜的诊断等中选择性地对肿瘤组织进行荧光染色的内窥镜用荧光造影剂是有用的。
本发明人为了解决上述的课题进行了深入研究，结果发现，若使用以往被用于酯酶探针等的FDA等荧光素酯衍生物，则可选择性地对肿瘤细胞或肿瘤组织进行荧光染色，进而发现这些酯衍生物作为内窥镜用的造影剂具有极其优异的性质。本发明是基于上述的认识完成的。
即，本发明提供肿瘤细胞或肿瘤组织选择性的荧光染色剂，该荧光染色剂含有下述通式(I)所示的化合物
(式中，R1和R2各自独立地表示可以具有取代基的C1～C4烷基、可以具有取代基的C2～C4链烯基、可以具有取代基的C2～C4炔基、可以具有取代基的芳基、或者可以具有取代基的杂芳基)。
根据上述发明的优选方式，可以提供R1和R2各自独立地为C1～C4烷基、C2～C4链烯基、芳基、或者杂芳基的上述的荧光染色剂；R1和R2各自独立地为C1～C4烷基或C2～C4链烯基的上述的荧光染色剂；R1和R2各自独立地为C1～C3烷基或C2～C3链烯基的上述的荧光染色剂；以及R1和R2为-CH＝CH2的上述的荧光染色剂。
从其它观点出发，本发明提供含有上述的荧光染色剂作为有效成分的诊断剂以及含有上述的荧光染色剂作为有效成分的肿瘤组织选择性造影剂。上述的造影剂在使用内窥镜的癌诊断中是有用的，特别是在使用荧光内窥镜的癌诊断中是有用的，该荧光内窥镜中作为内窥镜光源可照射对荧光素具有最适激发波长的激发光(例如488nm左右的激发光)。
进而从另外的观点出发，本发明提供上述通式(I)所示的化合物在上述荧光染色剂、上述诊断剂或者上述造影剂的制造中的应用；肿瘤细胞或肿瘤组织的染色方法，该方法包括使上述通式(I)所示的化合物与肿瘤细胞或肿瘤组织接触的工序；肿瘤细胞或肿瘤组织的检测方法，该方法包括使上述通式(I)所示的化合物与肿瘤细胞或肿瘤组织接触后，照射对应于荧光素的激发光，测定由荧光素生成的荧光的工序；以及肿瘤组织的造影方法，该方法包括使上述通式(I)所示的化合物与肿瘤细胞或肿瘤组织接触后，照射对应于荧光素的激发光，测定由荧光素生成的荧光的工序。
另外，本发明还提供癌诊断方法，该方法包括使上述通式(I)所示的化合物与诊断部位接触后，向该诊断部位照射对应于荧光素的激发光，测定由荧光素生成的荧光，判断有无肿瘤组织的工序；使用内窥镜的癌诊断方法，该方法包括使上述通式(I)所示的化合物与诊断部位接触后，利用内窥镜光源向该诊断部位照射对应于荧光素的激发光，通过内窥镜检测由荧光素生成的荧光，判定有无肿瘤组织的工序。
进而，在上述的诊断剂、上述的造影剂以及上述的诊断方法中，可以与上述通式(I)所示的化合物同时使用花青系化合物或者使用花青系化合物来替代上述通式(I)所示的化合物，本发明还提供这样的诊断剂、造影剂以及诊断方法。
图1是表示例1中的各候补化合物的荧光强度比的时间变化的图。
图2是表示荧光素的酯衍生物的荧光强度比的时间变化的图。
图3是使用内窥镜的实验体系的概念图。
图4是表示内窥镜下观察到的大鼠食道癌的结果的照片。图中，(a)表示白光图像的结果，(b)表示荧光图像的结果。
图5是表示内窥镜下观察到的大鼠大肠癌的结果的照片。图中，FL表示由蓝色激发光形成的荧光图像的结果，WL表示白光图像的结果。
具体实施例方式 通式(I)中，C1～C4烷基可以为直链状、支链状、环状或者它们的组合中的任一种形式，例如可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、环丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、环丙基甲基等。这些之中，优选C1～C3烷基。C2～C4链烯基可以为直链状、支链状、环状或者它们的组合中的任一种，可以含有1个或2个双键。作为链烯基，可举出例如乙烯基、正丙烯基、异丙烯基、正丁烯基等。C2～C4炔基可以为直链状、支链状、环状或者它们的组合中的任一种，可以含有1个或2个三键，还可以含有1个三键和1个双键。作为炔基，可举出例如乙炔基、正丙炔基、正丁炔基等。
通式(I)中，作为芳基可使用单环性或稠环性的芳香族烃基，例如可举出苯基、萘基等。作为杂芳基，可以使用含有1个或2个以上的杂原子作为成环原子的单环性或稠环性的芳香族基团。作为杂原子，可举出例如氮原子、氧原子或者硫原子等，含有2个以上的杂原子时，这些杂原子可以相同或不同。更具体地说，可举出呋喃基、噻吩基、吡咯基、吡啶基、咪唑基、嘧啶基等。
本说明书中对某官能团称为“可以具有取代基”的情况下，对取代基的种类、个数以及取代位置没有特别限定。作为取代基，可举出例如羟基、氨基、羧基、桥氧基、烷氧基羰基、或者卤原子(卤原子可举出氟原子、氯原子、溴原子或者碘原子等)等，但并不限于此。R1和R2相同或不同，从化合物的合成的方面考虑，优选R1和R2相同。
作为通式(I)所示的代表性的化合物，可举出R1和R2为甲基的化合物(荧光素二乙酸酯FDA)、R1和R2为乙烯基的化合物(荧光素二丙烯酸酯FDAcr)、R1和R2为乙基的化合物(FDP)、R1和R2为正丙基的化合物(FDB)、R1和R2为正丁基的化合物(FDC)、R1和R2为苯基的化合物(FDBz)以及R1和R2为2-呋喃基的化合物(FDFu)等，但并不限于此。
通式(I)所示的化合物的代表性的化合物都是公知化合物，其收载于例如Molecular Probes社或Aldrich社的试剂目录中，本领域技术人员可以容易地获得。并且，也可以基于公知化合物的制造方法容易地制造。例如，以FDAcr为首的荧光素二酯类记载于Rotoman，B.et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA，55，134-141，1966等中，所以本领域技术人员可以容易地获得。
本发明的荧光染色剂进入肿瘤细胞或肿瘤组织中受到酯酶的作用而发生水解，生成强荧光性的荧光素。可由本发明的荧光染色剂进行染色的肿瘤细胞或肿瘤组织的种类没有特别限定，例如可举出胃癌、食道癌、十二指肠癌、支气管癌、肺癌、大肠癌、皮肤癌等癌细胞或癌组织等任意的恶性肿瘤细胞或恶性肿瘤组织，但不限于此。本发明不拘泥于任何特定的理论，尽管本发明的荧光染色剂是大体上同样地进入正常细胞和肿瘤细胞的，但根据细胞内的酯酶活性的不同或者其他的代谢酶活性等的不同，使得在肿瘤细胞内生成更大量的荧光素和/或生成的荧光素在肿瘤细胞内停留更长的时间，其结果，肿瘤细胞内被荧光素进行了更强的荧光染色。因此，本发明的荧光染色剂可以用作对肿瘤细胞或肿瘤组织具有选择性的染色剂。经本发明的荧光染色剂染色的肿瘤细胞或肿瘤组织在受到对应于荧光素的激发光的照射时会发出荧光，因而可以容易地从正常细胞中识别出来。
对应于荧光素的激发光的种类没有特别的限制，通常使用470-500nm左右的波长的激发光即可。与肿瘤细胞或肿瘤组织相接触的荧光染色剂的浓度没有特别的限制，例如为1×10-4～1×10-2mg/ml程度的浓度，使肿瘤细胞或肿瘤组织与上述荧光染色剂接触后，通常于37℃左右的温度放置数分钟到数小时、优选10分钟～2小时左右、进一步优选为30分钟～2小时左右，使其进行水解，其后照射激发光即可。
含有本发明的荧光染色剂作为有效成分的诊断剂可以很好地用于癌诊断、例如早期癌诊断等目的中。例如在以确认有无肿瘤组织存在为目的的诊断中，用涂布、咽下、喷雾或者注射等方法使上述诊断剂与作为诊断对象的部位(例如皮肤、口腔内、食道、胃、十二指肠、大肠、支气管、肺等)相接触后，经过数分钟到数小时、优选为10分钟～2小时左右、进一步优选为30分钟～2小时左右的时间对该部位照射激发光，用肉眼或用显微镜确认有无被荧光染色的组织。
更优选的方式中，可以使用本发明的荧光染色剂作为荧光造影剂，通过内窥镜进行癌诊断。例如，以咽下、喷雾或者注射等方法使本发明的荧光染色剂与作为诊断对象的部位(食道、胃、十二指肠、大肠、支气管、肺等)相接触后，经过数分钟至数小时、优选为10分钟～2小时左右、进一步优选为30分钟～2小时左右的时间，利用内窥镜光源对该部位照射激发光，通过内窥镜确认有无被荧光染色的组织即可。还可以利用内窥镜将图像或映像记录在胶片相机、数码相机、CCD摄像机等上来进行诊断。内窥镜的种类没有特别限制，优选荧光内窥镜，该荧光内窥镜中作为内窥镜光源能照射用于激发荧光素的激发光。
另外，在上述的诊断剂、上述的造影剂以及上述的诊断方法中，可以与上述的荧光染色剂同时使用花青系化合物，或者使用花青系化合物来替代上述染色剂。花青系化合物的种类没有特别限定，只要是本领域技术人员可以利用的花青系化合物就可以任意利用。例如，市售的Cy-3、Cy-7等花青系化合物(均可以获得安玛西亚(Amersham Biosciences)的市售品)。特别是使用内窥镜光源能照射激发花青系化合物的激发光的荧光内窥镜并使用Cy-3或Cy-7、优选Cy-7作为荧光造影剂来进行癌诊断的方法为本发明的优选方式。
实施例 以下，通过实施例更具体地说明本发明，但本发明的范围并不限于下述的实施例。
例1候补化合物的筛选 用培养细胞系进行候补化合物的筛选。对于培养细胞，使用来源于大鼠正常胃粘膜上皮的细胞RGM1及其转化细胞RGK1作为正常细胞和癌细胞的模型细胞。使用DMEM/HAM F12＝1:1培养基(10％FBS，0.1％青霉素-链霉素)培养RGM1和RGK1。将如下所示的化合物(浓度0.1M)加载至各细胞上10分钟后，将培养基换为不含化合物的培养基，一定时间后，由流式细胞仪求出平均荧光强度。各化合物的有效性根据RGK1相对于RGM1的平均荧光强度比来评价。由其结果可知，作为荧光素的酯衍生物的FDA(荧光素二乙酸酯)的荧光强度比变得最高，并且该强度比随时间而变化(图1)。
[化2]
例2 FDA是酯酶感受性荧光探针，扩散进入细胞后被细胞内的酯酶水解，生成荧光性的荧光素，慢慢地向细胞外漏出。与FDA相比，荧光素具有亲水性，所以与FDA向细胞内的进入相比，荧光素向细胞外的漏出进行得非常缓慢。比较正常细胞和癌细胞的该过程。对2种细胞溶解液的水解酶活性进行比较，结果RGK1对FDA具有大致高2倍的水解活性。并且，对荧光素的漏出速度进行比较可知，与RGM1相比，RGK1中荧光素的漏出速度慢。根据这些结果，可认为，由于癌细胞中水解酶活性高和漏出速度低这两个要因，因而FDA对癌细胞提供高于正常细胞的荧光强度比。
例3 对于将FDA的乙酰基酯转换为各种酯后的下述表1的各衍生物，与例1同样地操作，通过流式细胞仪进行比较，结果见图2。由其结果可知，荧光素二丙烯酸酯(FDAcr)在对正常细胞和癌细胞进行识别的性能方面极其优异。
[表1] 例4 使用FDAcr在荧光显微镜下成像。荧光显微镜下(奥林巴斯社制造的IX71、激发波长470-490nm、滤光片500nm)进行观察，与例3的结果同样地在癌细胞中发现强的荧光，能够明确区分癌细胞和正常细胞。
例5 使用FDAcr对食道癌模型NMBA大鼠进行成像。对大鼠(雄、10周龄)皮下注射1mg NMBA，在第1～5周每周给药5次，在第6～15周每周给药1次，第16周后用于实验。通过腹腔内给药(1mL/kg体重)戊巴比妥将大鼠麻醉，仰面固定在操作台上，确保气道畅通。将内窥镜插入食道进行观察。将实验体系示于图3，结果见图4。观察到食道癌病变部的荧光强度高于周围的正常组织。该结果表示，可以通过在内窥镜下使用FDAcr来区分癌病变部和正常组织。
例6 与例5同样地操作，使用花青系的近红外荧光染料Cy-7得到荧光内窥镜像。在使用Cy-7时，虽然也从被认为是非病变部的部分观察到荧光，但主要从食道内突起的瘤状的病变部观察到源自Cy-7的荧光，表示病变部被荧光染色。
例7 使用FDAcr进行大肠癌模型大鼠的成像。将大肠癌模型大鼠用乙醚麻醉，用0.6％乙酸水溶液对大肠内进行清洗。用维持在37℃的温度的PBS对大肠内清洗2～3次，从肛门灌入15ml 100μM的FDAcr(PBS溶液)，堵塞肛门，静置3分钟。3分钟后，用维持在37℃的温度的PBS对大肠内清洗2～3次。在大肠内插入纤维镜(BF-3C40)，观察病变部。当粪便妨碍观察时，对大肠内适当进行清洗。结果见图5。在大肠癌部位(左侧面、右下面)观察到较强的荧光，可以容易地进行癌诊断。
工业实用性 本发明的荧光染色剂作为用于对肿瘤细胞或肿瘤组织进行荧光染色以与正常细胞或正常组织相区别的染色剂是有用的，例如可用作内窥镜诊断中的肿瘤组织选择性造影剂。
权利要求
1、一种肿瘤细胞或肿瘤组织选择性的荧光染色剂，该荧光染色剂含有下述通式(I)所示的化合物
式中，R1和R2各自独立地表示可以具有取代基的C1～C4烷基、可以具有取代基的C2～C4链烯基、可以具有取代基的C2～C4炔基、可以具有取代基的芳基、或者可以具有取代基的杂芳基。
2、根据权利要求1所述的荧光染色剂，其中，R1和R2各自独立地为C1～C4烷基、C2～C4链烯基、芳基或杂芳基。
3、根据权利要求1所述的荧光染色剂，其中，R1和R2各自独立地为C1～C3烷基或C2～C3链烯基。
4、根据权利要求1所述的荧光染色剂，其中，R1和R2为-CH＝CH2。
5、一种癌诊断剂，其含有权利要求1～4的任一项所述的荧光染色剂作为有效成分。
6、根据权利要求5所述的诊断剂，其用于早期癌诊断。
7、肿瘤组织选择性造影剂，其含有权利要求1～4的任一项所述的荧光染色剂作为有效成分。
8、根据权利要求7所述的造影剂，其用于使用内窥镜的癌诊断。
全文摘要
本发明提供一种能选择性地对肿瘤细胞或肿瘤组织进行荧光染色的荧光染色剂。该肿瘤细胞或肿瘤组织的选择性荧光染色剂含有上述通式(I)所示的化合物，式中，R1和R2各自独立地表示可以具有取代基的C1～C4烷基、可以具有取代基的C2～C4链烯基、可以具有取代基的C2～C4炔基、可以具有取代基的芳基、或者可以具有取代基的杂芳基。
文档编号A61K49/00GK101389357SQ20078000683
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月27日 优先权日2006年2月28日
发明者长野哲雄, 浦野泰照, 小岛宏建, 藤川雄太, 高松哲郎, 原田义规 申请人:国立大学法人东京大学