本申请要求2015年11月6日提交的美国临时申请第62/252,218号的优先权，其完整内容通过参考纳入本文。
有关联邦资助研究或开发的声明
不适用。
发明领域
本公开总体涉及疾病治疗和医学诊断/成像。具体而言，本公开涉及：(a)含钆烷基磷酸胆碱类似物；(b)利用这样的化合物对肿瘤细胞进行检测/成像的方法；以及(c)相关放射治疗方法。
背景
我们先前展示了某些烷基磷酸胆碱类似物优先被恶性实体瘤(即实体瘤癌症)细胞吸收和保留。在通过参考完整纳入本文的美国专利公开第2014/0030187号中，weichert等披露了用基础化合物18-(对碘苯基)十八烷基磷酸胆碱(nm404；参见图1)的类似物检测和定位以及治疗多种实体瘤癌症。例如，若碘部分是成像优化的放射性核素，如碘-124([124i]-nm404)，则该类似物可用于成人实体瘤的正电子发射断层造影——计算机断层造影(pet/ct)，或者单光子发射计算机断层造影(spect)成像。或者，若碘部分是为了将治疗剂量的辐射递送至吸收类似物的实体肿瘤细胞而优化的放射性核素，如碘-125或碘-131([125i]-nm404或[131i]-nm404)，则类似物可用于治疗实体肿瘤。
然而，目前还没有长效的计算机断层造影(ct)或磁共振(mr)成像剂，其能够成功靶定活体内的肿瘤细胞。两种程序都是在肾脏或肝脏排泄过程中用非特异性短效试剂通过与正常有机组织对比来进行癌成像。目前有多种放射性药物可供用于肿瘤成像，但它们受到以下限制：对恶性肿瘤来说是非特异性的，不能区分癌症和炎症，生物半周期短，与pet和spect扫描程式相关的空间分辨率通常较差。
因此，本领域需要用于mr扫描、ct扫描或同时用于这两种成像方法的肿瘤特异性试剂。相比于正电子发射试剂和pet扫描目前能达到的空间分辨率，这种用于mr或ct扫描的肿瘤特异性试剂至少有十倍的改善。
简述
本公开提供了新型钆(gd)标记的磷脂化合物，其能够用作长效肿瘤特异性mr成像剂和用作中子俘获疗法剂。
本文公开的磷脂金属螯合化合物利用与多种螯合至钆原子的金属螯合剂之一组合的烷基磷脂载体。相较于非肿瘤细胞，所公开的金属螯合剂优先被恶性实体瘤细胞吸收。这种化合物的优先吸收使它们适合用作含gd的mr造影/成像试剂，能用于恶性实体瘤检查/成像应用。不仅如此，所述化合物能用于治疗，具体是将用所述化合物作为造影剂获得的mr成像结果用于将体外射束辐射靶定到一个或多个实体瘤，或者用所述化合物促进针对肿瘤的中子俘获疗法。
第一方面，本公开包括具有下式的化合物：
或其盐。r1包含螯合剂或者是螯合剂，所述螯合剂螯合至一个或多个钆原子，a是0或1，n是12-30的整数，m是0或1，y是–h,–oh,-cooh,-coox,-ocox或–ox，其中x是烷基或芳基烷基，r2是-n+h3,-n+h2z,-n+hz2或-n+z3，其中每个z独立地为烷基或芳烷基，b是1或2。
在一些实施方式中，所述一个或多个钆原子为gd(iii)阳离子形式。
在一些实施方式中，金属原子是α、β或俄歇发射金属同位素，半衰期大于6小时且小于30天。这种同位素特别适用于靶向放射治疗应用。这种同位素的非限制性例子包括lu-177,y-90,ho-166,re-186,re-188,cu-67,au-199,rh-105,ra-223,ac-225,as-211,pb-212和th-227。
在一些实施方式中，螯合剂是1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸(do3a)或其衍生物之一；1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4-二乙酸(noda)或其衍生物之一；1,4,7-三氮杂环壬烷-1,4,7-三乙酸(nota)或其衍生物之一；1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(dota)或其衍生物之一；1,4,7-三氮杂环壬烷,1-戊二酸-4,7-二乙酸(nodaga)或其衍生物之一；1,4,7,10-四氮杂环癸烷,1-戊二酸-4,7,10-三乙酸(dotaga)或其衍生物之一；1,4,8,11-四氮杂环十四烷-1,4,8,11-四乙酸(teta)或其衍生物之一；1,4,8,11-四氮杂二环[6.6.2]十六烷-4,11-二乙酸(cb-te2a)或其衍生物之一；二亚乙基三胺五乙酸(dtpa)、其酯或其衍生物之一；2-环己基二亚乙基三胺五乙酸(chx-a”-dtpa)或其衍生物之一；去铁胺(deforoxamine)(dfo)或其衍生物之一；1,2-[[6-羧基吡啶-2-基]甲基氨基]乙烷(h2dedpa)或其衍生物之一；dada或其衍生物之一，其中dada具有以下结构：
在一些实施方式中，a是1(脂肪族芳基烷基链)。在一些实施方式中，a是0(脂肪族烷基链)。
在一些实施方式中，m是1(酰基磷脂系列)。
在一些实施方式中，n是12与20之间的整数。
在一些实施方式中，y是–ocox,-coox或–ox。在一些实施方式中，x是–ch2ch3或–ch3。
在一些实施方式中，m是0(烷基磷脂系列)。
在一些实施方式中，b是1。
在一些实施方式中，n是18。
在一些实施方式中，r2是-n+z3。在一些这样的实施方式中，每个z独立地为–ch2ch3或–ch3。在一些这样的实施方式中，每个z独立地为–ch3。
可螯合至金属原子的螯合剂的非限制性例子包括：
所公开的成像剂和/或治疗剂的非限制性例子包括：
在每种情况下，示例性化合物螯合至一个或多个钆原子。
在一些实施方式中，该化合物是：
第二方面，本公开包括一种组合物，其包含上述一种或多种化合物和药学上可接受的载体。
第三方面，本公开包括用于癌或癌细胞的磁共振成像的上述一种或多种化合物。
第四方面，本公开包括用于通过中子俘获疗法法治疗癌症的上述一种或多种化合物。
第五方面，本公开包括用于制造对癌症进行治疗或成像的药剂的上述一种或多种化合物。
第六方面，本公开包括对生物样品中的一个或多个癌肿瘤细胞进行检测或成像的方法。该方法包括以下步骤：(a)使生物样品接触上述一种或多种化合物，该化合物由此被生物样品中的恶性实体瘤细胞区别吸收；以及(b)识别生物样品中发射钆的特征信号的各个细胞或区域。
在一些实施方式中，识别生物样品中发射钆的特征信号的各个细胞或区域的步骤通过磁共振成像(mri)进行。
在一些实施方式中，生物样品是对象的部分或全部。
在一些实施方式中，生物样品从对象获得。
在一些实施方式中，对象是人。
在一些实施方式中，癌症细胞是成人实体瘤细胞或儿童实体肿瘤细胞。这样的细胞的非限制性例子包括黑素瘤细胞、成神经细胞瘤细胞、肺癌细胞、肾上腺癌细胞、结肠癌细胞、结肠直肠癌细胞、卵巢癌细胞、前列腺癌细胞、肝癌细胞、皮下癌细胞、鳞状细胞癌细胞、肠癌细胞、成视网膜细胞瘤细胞、宫颈癌细胞、胶质瘤细胞、乳腺癌细胞、胰腺癌细胞、尤因氏肉瘤(ewingssarcoma)细胞、横纹肌肉瘤细胞、骨肉瘤细胞、成视网膜细胞瘤细胞、维尔姆斯瘤(wilms’tumor)细胞和儿童脑瘤细胞。
第七方面，本公开包括诊断对象的癌症的方法。该方法包括上来列出的一个或多个成像/检测步骤。在该方法中，生物样品是从对象的部分或全部获得。若在方法步骤中对癌细胞进行检测或成像，则对对象诊断癌症。
在一些实施方式中，所诊断的癌症是成人实体瘤或儿童实体肿瘤。这样的癌症的非限制性例子包括黑素瘤、成神经细胞瘤、肺癌、肾上腺癌、结肠癌、结肠直肠癌、卵巢癌、前列腺癌、肝癌、皮下癌、鳞状细胞癌、肠癌、成视网膜细胞瘤、宫颈癌、胶质瘤、乳腺癌、胰腺癌、尤因氏肉瘤、横纹肌肉瘤、骨肉瘤、成视网膜细胞瘤、维尔姆斯瘤和儿童脑瘤。
第八方面，本公开包括一种对人类对象的癌症疗效进行监控的方法。该方法包括在两个或更多个不同时间对生物样品进行上面列出的一个或多个成像/检测步骤，其中生物样品从对象的部分或全部获得。将所述两个或更多个不同时间之间金属同位素特征信号强度的变化与癌症疗效关联起来。
在一些实施方式中，受监控的癌症治疗是化学治疗或放射治疗。
第九方面，本公开包括治疗对象的癌症的方法。该方法包括进行上面列出的一个或多个成像/检测步骤，其中生物样品从对象的部分或全部获得。该方法还包括将体外放射治疗射束导向对象内识别出的各个细胞或区域。
第十方面，本公开包括通过中子俘获疗法对对象的癌症进行治疗的方法。该方法包括以下步骤：对患癌对象施予有效量的一种或多种上述化合物，并用超热中子辐射对象。化合物吸收中子，随后向局部环境发射高能带电粒子，所述粒子能有效治疗癌症。
在一些实施方式中，化合物通过非肠胃、鼻内、舌下、直肠或经皮递送施予。在一些这样的实施方式中，化合物通过静脉内施予。在一些实施方式中，化合物通过瘤内施予。
在一些实施方式中，对象是人。
在一些实施方式中，所治疗的癌症是成人实体瘤或儿童实体肿瘤。能够治疗的癌症的非限制性例子包括黑素瘤、成神经细胞瘤、肺癌、肾上腺癌、结肠癌、结肠直肠癌、卵巢癌、前列腺癌、肝癌、皮下癌、鳞状细胞癌、肠癌、成视网膜细胞瘤、宫颈癌、胶质瘤、乳腺癌、胰腺癌、尤因氏肉瘤、横纹肌肉瘤、骨肉瘤、成视网膜细胞瘤、维尔姆斯瘤和儿童脑瘤。
本发明的其他目的、特征和优点在阅读说明书、权利要求书和附图之后将变得显而易见。
附图简要说明
图1显示了基础化合物18-(对碘苯基)十八烷基磷酸胆碱(nm404)的化学结构。
图2显示了携带肿瘤的小鼠在注射gd-do3a-404之后的时程mri图像，该图像显示了肿瘤(t)在24小时内的发展。
图3(左侧小图)显示了随gd-do3a-404浓度变化的r1弛豫速率，同时呈现了t1加权图像(左上)和绘成图线的图像(左下)。图线所显示的线性关系限定了纵向弛豫效能(r1)。图3(右侧小图)显示了随gd-do3a-404浓度变化的r2弛豫速率，同时呈现了t1加权图像(右上)和绘成图线的图像(右下)。图线所显示的线性关系限定了横向弛豫效能(r1)。
图4显示了携带肿瘤的小鼠的时程mri图像。上部小图包括携带胁腹部a549(人nsclc)肿瘤的小鼠在注射造影剂之前的图像(左图，箭头指示肿瘤位置)、注射gd-do3a-404之后1小时的图像(左起第二幅)、注射gd-do3a-404之后24小时的图像(左起第三幅)、注射gd-do3a-404之后48小时的图像(最右侧图)。下部小图包括携带胁腹部u87(人胶质瘤)肿瘤的小鼠在注射造影剂之前的图像(最左侧图，箭头指示肿瘤位置)、注射gd-do3a-404之后1小时的图像(左起第二幅)、注射gd-do3a-404之后24小时的图像(左起第三幅)、注射gd-do3a-404之后48小时的图像(最右侧图)。
图5接续图4进一步显示了携带肿瘤的小鼠的时程mri图像。上部小图包括携带胁腹部a549(人nsclc)肿瘤的小鼠在注射gd-do3a-404之后3天的图像(最左侧图)、注射gd-do3a-404之后4天的图像(左起第二幅)、注射gd-do3a-404之后7天的图像(最右侧图)。下部小图包括携带胁腹部u87(人胶质瘤)肿瘤的小鼠在注射gd-do3a-404之后3天的图像(最左侧图)、注射gd-do3a-404之后4天的图像(左起第二幅)、注射gd-do3a-404之后7天的图像(最右侧图)。
图6是图4和图5所示图像的量化结果的柱状图。具体而言，显示了在注射造影剂之前(前)、注射gd-do3a-404之后1小时、注射gd-do3a-404之后24小时、注射gd-do3a-404之后48小时、注射gd-do3a-404之后3天、注射gd-do3a-404之后4天和注射gd-do3a-404之后7天，携带胁腹部a549(人nsclc)肿瘤的小鼠(阴影柱)和携带胁腹部u87(人胶质瘤)肿瘤的小鼠(无阴影柱)的肿瘤与肌肉的t1加权信号比。*与造影前比较p<0.05，a549。#与造影前比较p<0.05，u87。
图7是图4和图5所示图像的量化结果的柱状图。具体而言，显示了在注射造影剂之前(造影前)和注射gd-do3a-404之后48小时，携带胁腹部a549(人nsclc)肿瘤的小鼠(阴影柱)和携带胁腹部u87(人胶质瘤)肿瘤的小鼠(无阴影柱)的肿瘤与肌肉的r1比。*与造影前比较p<0.05，a549。#与造影前比较p<0.05，u87。
图8,9,10,11和12是三个不同小鼠腹腔断面的t1加权扰相梯度(spgr)磁共振(mr)图像，显示了gd-do3a-404造影剂的体内分布。
图8包括在注射造影剂之前获得的t1加权spgrmr图像。心肌(m，上图)、肝(l，中图)和肾(k，下图)的位置用箭头标出，并在图9-12所示的对应图像中保持一致。
图9包括在注射造影剂之后1小时获得的t1加权spgrmr图像。这些图像包括心肌(上图)、肝(中图)和肾(下图)。
图10包括在注射造影剂之后24小时获得的t1加权spgrmr图像。这些图像包括心肌(上图)、肝(中图)和肾(下图)。
图11包括在注射造影剂之后4天获得的t1加权spgrmr图像。这些图像包括心肌(上图)、肝(中图)和肾(下图)。
图12包括在注射造影剂之后7天获得的t1加权spgrmr图像。这些图像包括心肌(上图)、肝(中图)和肾(下图)。
图13显示了携带肿瘤(u87)的小鼠在注射前(前)以及注射dota螯合的gd3+(
图14是图13所示图像的量化结果的柱状图。具体而言，显示了u87小鼠在造影前和注射
图15显示了原位成胶质细胞瘤模型小鼠的mri脑图像。通过静脉注射将2.5mg(上部小图)或3.7mg(下部小图)gd-doa3a-404施予小鼠，这些图像在注射造影剂之后48小时获得。
图16是柱状图，显示了施予后72小时gd-do3a-404在胁腹部携带移植瘤a549的小鼠中的组织生物分布。n＝3只小鼠。
图17显示了从转基因小鼠三阴性乳腺癌模型得到的时程mri图像(n＝4；动物/行1-4)。在施予前(最左侧一列)以及施予后24小时(中间一列)和48小时(最右侧一列)对α-β结晶过量表达的小鼠进行成像。
图18显示了从原位移植瘤小鼠模型获得的t1加权图像。在施予gd-do3a-404之前以及施予之后24小时、48小时对具有原位u87移植瘤的nod-scid小鼠进行成像。原位gsc115在施予之后24小时成像(右图)。gsc是从人胶质瘤分离出来的人胶质瘤干细胞模型。
图19显示了用医用3.0tpet/mr对携带u87胁腹部移植瘤的大鼠进行的t1加权扫描图。大鼠在施予gd-do3a-404之前和施予之后24小时成像。
图20显示了对携带胁腹部u87的大鼠施予gd-do3a-404和cu-do3a-404之后24小时进行同步pet/mr成像。gd-do3a-404和64cu-do3a-404同时施予携带胁腹部u87的大鼠。大鼠用同步pet/mr成像。箭头指向肿瘤。
详细描述
i.总则
应理解，本公开不受限于所描述的特定方法、规程、材料和试剂，因为这些可以变化。本文所用的术语仅仅出于描述特定实施方式的目的，不是为了限制本发明的范围，本发明的范围仅受后面提交的任何非临时申请限制。
如本说明书和附属权利要求书所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代形式，除非上下文有明确相反的规定。同样，术语“一个”(或“一种”)、“一个(种)或多个(种)”和“至少一个(种)”在本文中可互换使用。当术语“包含”及其变体出现在说明书和权利要求书中时，这些术语不具有限制性含义。因此，术语“包含”、“包括”和“具有”可互换使用。
除非另有定义，本文所用的所有科技术语都具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。虽然与本文所述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料均可用来实施或验证本发明，但下文将描述优选的方法和材料。本文具体提及的所有出版物和专利均通过参考纳入本文，以用于所有目的，包括描述和揭示化学品、仪器、统计分析和方法，它们报告在出版物中，可能结合本发明使用。本说明书中引用的所有参考文献都视为象征本领域技术人员的水平。
本文所述术语仅用于描述实施方式，不应误解为从整体上限制本发明。除非另有说明，“一个”、“一种”、“该”和“至少一个(种)”可互换使用，表示一个(种)或多于一个(种)。
本公开在文中所述的化合物(包括中间体)包括其任何药学上可接受的形式，包括同分异构体(例如非对映异构体和对映异构体)、互变异构体、盐、溶剂化物、多形体、前药等。具体而言，若化合物具有光学活性，则本发明具体包括该化合物的每一种对映异构体以及对映异构体的外消旋混合物。应理解，术语“化合物”包括任何或所有这种形式，无论是否明确陈述(虽然有时候“盐”是明确陈述的)。
本文所用的“药学上可接受的”是指化合物或组合物或载体适合施予对象以实现本文所述的治疗，而从治疗的必要性来看不会产生过度有害的副作用。
本文所用的术语“有效量”是指如研究者、兽医、医师或其他临床医生所追求的那样引起对象、组织或细胞的生物学或医学响应的化合物数量或剂量。
本文所用的“药学上可接受的载体”包括任何和所有干粉、溶剂、分散介质、包衣、抗细菌剂、抗真菌剂、等渗剂、吸收延迟剂等。药学上可接受的载体是为了在本发明的方法中施予化合物的目的而可以使用的材料，其优选无毒，可以是固体、液体或气态材料，它们在其他方面是惰性的，并且是药学上可接受的，与本发明的化合物相容。这种载体的例子包括但不限于各种乳糖、甘露醇、油(如玉米油)、缓冲剂(如pbs)、盐水、聚乙二醇、甘油、聚丙二醇、二甲基亚砜、酰胺(如二甲基乙酰胺)、蛋白质(如白蛋白)、清洗剂(如吐温80)、单糖和寡聚糖(如葡萄糖、乳糖、环糊精和淀粉)。
本文所用的术语“施予”或“给药”是指将本发明的化合物或医药组合物提供给患有或可能患上待治疗或预防的疾病或病症的对象。
药学中的给药途径是指将药物送入体内的路径。给药途径一般可根据施加物质的位置分类。常见例子可包括口服和静脉内给药。途径也可基于作用的目标位置分类。作用可以是局部(局域)、肠内(系统级效应，但通过胃肠道递送)或肠胃外(全身性作用，但通过胃肠道以外的途径递送)、经肺(通过吸入)。
局部给药重在局域效应，物质直接施加到希望起作用的位置。不过，术语局部有时候可定义为施加到身体的小范围区域或者施加到身体部位的表面，未必涉及物质的目标效果，使分类更确切地说是基于施加位置的分类变体。在肠内给药中，所希望的效果是全身性的(非局域的)，物质经消化道给予。在肠胃外给药中，所希望的效果是全身性的，物质经消化道以外的途径给予。
局部给药的非限制性例子可包括经皮(施加到皮肤上)，例如过敏测试或典型局部麻醉；吸入，例如哮喘药物；灌肠剂，例如用于肠道成像的造影介质；滴眼剂(滴到结膜上)，例如用于结膜炎的抗生素；滴耳剂，如用于外耳炎的抗生素和皮质类固醇；以及经体内黏膜的那些给药方式。
肠内给药可以是涉及胃肠道任何部分并具有全身性效果的给药方式。例子可包括通过口腔(经口)的那些给药方式，许多药物是片剂、胶囊或滴剂；通过胃喂饲管、十二指肠喂饲管或胃造口的那些给药方式，许多药物和肠内营养；以及经直肠的那些给药方式，许多药物是栓剂。
肠胃外给药的例子可包括静脉内(进入静脉)，例如许多药物；全肠胃外营养动脉内(进入动脉)，例如治疗血管痉挛的血管舒张药和治疗栓塞的溶血栓药；骨内输液(进入骨髓)；肌肉内；脑内(进入脑实质)；脑室内(进入脑室系统)；鞘内(注射到椎管中)；以及皮下(皮肤下面)。在它们当中，骨内输液事实上是间接静脉内途径，因为骨髓直接排入静脉系统。偶尔在静脉内途径发生困难时，可以在急诊内科和儿科将骨内输液用于药物和流体。
本文所用的术语“腹膜内注射”或者“ip注射”是指将物质注射到腹膜(体腔)。ip注射更常用于动物而不是人。一般而言，当需要大量换血流体或者当低血压或其他问题妨碍合适的血管用于静脉注射时，ip注射可能是优选的。
ii.本发明
在某些方面，本公开涉及将钆标记的烷基磷酸胆碱类似物用于对象或生物样品中癌肿瘤或肿瘤细胞的医学检测或者检测/成像。在其他方面，本公开涉及用钆标记的烷基磷酸胆碱类似物治疗对象的癌症。在其他方面，本公开涉及钆标记的烷基磷酸胆碱类似物和合成这种化合物的方法。
a.中子俘获疗法
中子俘获疗法(nct)是非侵入性疗法，用于治疗局部侵入的恶性肿瘤，如原发性脑肿瘤和复发性头颈癌。在nct中，先给患者注射肿瘤定位药物，该药物包含非放射性同位素，其具有俘获慢中子的高度倾向或截面(σ)(“俘获剂”)。俘获剂的截面比组织中存在的其他元素(如氢、氧和氮)的截面大许多倍。在第二步中，患者经超热中子辐射，超热中子在穿透组织过程中失去能量后，被俘获剂吸收。俘获剂随后发射高能带电粒子，所述粒子能有效杀死癌组织。
迄今为止，所有关于nct的临床经验都使用非放射性同位素硼-10作为俘获剂。然而，本文公开的gd-标记ple类似物可以是理想的中子俘获疗法剂，因为这些化合物表现出恶性肿瘤选择性，并且157gd具有任何稳定核苷酸的最高热中子截面，即25900靶恩，为硼的8倍。
b.mri检测/成像
对于一般广谱肿瘤成像和表征，所公开的化合物是第一种长效肿瘤特异性mr造影剂。此外，本文公开的这些化合物，即长效肿瘤特异性mr造影剂，同时适用于化学治疗和放射治疗的治疗响应监控，并且是mri辅助体外射束放射治疗的合适肿瘤造影剂。
癌症放射治疗过程可长达5-7周的时间。由于治疗每日进行，短效mr造影剂的肾脏毒性使其给药变得不可能。因此，具有数周而非数分钟至数小时的生物半衰期的长效肿瘤特异性造影剂(例如本文公开的化合物)对体外射束放射治疗可能是理想的。
造影剂将在模拟治疗开始前数天施予，以便造影剂充分积累在肿瘤中。在治疗过程中，可能需要每周或每两周施予加强剂量。将进行mri模拟，并且将制定治疗计划。然后使用现在可商购的mri辅助放射治疗系统对患者进行治疗，接着使用长效肿瘤靶向造影剂来优化递送剂量并在治疗递送期间跟踪肿瘤，因为这些mri辅助放射治疗系统允许快速治疗中成像。
通过这种方法，可以使用这样的试剂在治疗过程中跟踪移动的肿瘤。不过，如上文所指出，本文公开的长效肿瘤特异性mri造影成像剂的功用远远超出放射治疗。这种成像剂也可用于化学治疗和放射治疗的响应监控。为了使这成为可能，人们确实需要会保留在肿瘤细胞中的长效肿瘤特异性成像剂。随着肿瘤细胞通过细胞凋亡而死亡或者发生丝裂灾变，成像剂从肿瘤细胞中释放出来，导致所得mri信号变化，从而能够对治疗响应进行评价。
c.钆-标记ple类似物
本文公开的结构利用烷基磷酸胆碱载体骨架。一旦合成，这些试剂必须拥有制剂性能，使它们适合注射，同时保持肿瘤选择性。gd-ple类似物的非限制性示例系列如下(其他非限制性例子已在前文描述)。所示结构包含螯合部分，钆离子螯合至该部分，产生最终的成像剂或治疗剂。
d.合成示例性gd-ple类似物的方法
下面示出了化合物1的推荐合成。合成的第一步类似于orgsynth,2008,85,10-14所述。该合成从轮环藤宁(cyclen)开始，轮环藤宁被转化为do3a三bn酯。然后在碱和pd催化剂存在下使此中间体与nm404结合。最后，通过催化加氢去除苄基保护基。
下面示出了化合物2的合成。它从do3a三-bn酯开始，该酯用3-溴-丙炔-1-基-三甲基甲硅烷烷基化。烷基化之后，除去三甲基甲硅烷基，中间体乙炔通过薗头反应(sonogashirareaction)与nm404偶联。在合成的最后一步除去苄基，同时对三键加氢。
化合物5和6可由相同前体dtpa二酐和18-p-(3-羟乙基-苯基)-十八烷基磷酸胆碱合成，如以下路线所示。
nota-nm404共轭体可通过类似方式合成。一个非限制性例子是nota-nm404共轭体7：
e.剂型和给药方法
任何给药途径都可能适合将本文公开的gd-ple类似物施予对象。在一个实施方式中，所公开的类似物可通过静脉注射施予对象。在另一个实施方式中，所公开的类似物可通过其他任何合适的全身给药法施予对象，如口服、肠胃外给药、鼻内给药、舌下给药、直肠给药或经皮给药。
在另一个实施方式中，所公开的类似物可经鼻腔系统或口腔通过例如吸入给药。
在另一个实施方式中，所公开的类似物可通过腹膜内注射或ip注射施予对象。
在一些实施方式中，所公开的类似物可作为药学上可接受的盐提供。不过，其他的盐可用于制备类似物或其药学上可接受的盐。合适的药学上可接受的盐包括但不限于酸加成盐，其可通过例如将类似物的溶液与药学上可接受的酸(如盐酸、硫酸、甲磺酸、富马酸、马来酸、琥珀酸、乙酸、苯甲酸、草酸、柠檬酸、酒石酸、碳酸或磷酸)混合来形成。
在所公开的类似物具有至少一个非对称中心的情况下，它们可相应地以对映异构体形式存在。在所公开的烷基磷酸胆碱类似物具有两个或更多个非对称中心的情况下，它们可额外地以非对映异构体形式存在。应理解，所有这样的异构体及其任意比例的混合物都包括在本公开的范围之内。
本公开还包括使用药学组合物的方法，所述药学组合物包含与药学上可接受的载体结合的一种或多种所公开的类似物。这些组合物优选为单位剂型，如片剂、丸剂、胶囊、粉剂、粒剂、肠胃外使用的无菌溶液或悬液、定量气溶胶或液体喷雾、滴剂、安瓿、自动注射器具或栓剂，供口服、肠胃外给药、鼻内给药、舌下给药或直肠给药，或者通过吸入或吹入给药。
为了制备固体组合物如片剂，将主活性成分与药学上可接受的载体混合，以形成本发明的化合物或其药学上可接受的盐的预制组合物，其包含均匀混合物，其中药学上可接受的载体的例子有常规制片成分如玉米淀粉、乳糖、蔗糖、山梨醇、滑石、硬脂酸、硬脂酸镁、磷酸氢钙或树胶，以及其他药学稀释剂如水。可加入类似物供口服或注射的液体形式包括水溶液、适当调味的糖浆、水性或油性悬液，以及含食用油(如棉籽油、麻油、椰油或花生油)以及酏剂和类似的药学载剂的调味乳液。用于水性悬液的合适分散剂或悬浮剂包括合成树胶和天然树胶，如黄芪胶、阿拉伯胶、海藻盐、葡聚糖、羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮或明胶。
当制成药物注射剂型(包括与可注射载体系统组合)时，所公开的组合物特别有用。如本文所用，可注射和输液剂型(即肠胃外剂型)包括但不限于含有磷脂的脂质体注射剂或脂质双层囊泡，其中磷脂包封活性药物。注射剂包括供肠胃外使用的无菌制剂。
根据usp的定义，存在五种不同的注射剂类型：乳液、脂质、粉剂、溶液和悬液。乳液注射剂包括乳液，其包含供肠胃外给药的无菌无热源制剂。用于溶液注射的脂质复合物和粉剂是供二次配制以形成肠胃外使用的溶液的无菌制剂。用于悬液注射的粉剂是供二次配制以形成肠胃外使用的悬液的无菌制剂。用于脂质体悬液注射的冻干粉剂是无菌冷冻干燥制剂，供二次配制以便肠胃外使用，其制法中引入脂质体，如具有磷脂的脂质双层囊泡，用于将活性药物包封在脂质双层或水性空间中，由此可通过二次配制形成制剂。用于溶液注射的冻干粉剂是通过冻干法(“冷冻干燥”)制备的用于溶液的剂型，其制备方法涉及在极低压力下，从冷冻状态的产品中除去水，因而，后续加入液体会产生在各方面符合注射要求的溶液。用于悬液注射的冻干粉剂是一种供肠胃外使用的液体制剂，其含有悬浮在合适的流体介质中的固体，在各方面符合无菌悬液的要求，通过冻干法制备供悬液使用的药剂。溶液注射剂涉及含有一种或多种药物的液体制剂，所述药物溶解在适合注射的合适溶剂或相互混溶溶剂的混合物中。
溶液浓缩注射剂涉及供肠胃外使用的无菌制剂，添加合适的溶剂后，其产生在各方面符合注射要求的溶液。悬液注射剂涉及一种液体制剂(适合注射)，其含有分散于整个液相的固体粒子，其中粒子是不可溶的，并且油相分散于整个水相，或者反之。悬液脂质体注射剂是一种液体制剂(适合注射)，其具有分散于整个水相的油相，从而形成脂质体(通常含有磷脂的脂质双层囊泡，用于将活性药物包封在脂质双层或水性空间)。经声处理的悬液注射剂是一种液体制剂(适合注射)，其含有分散于整个液相的固体粒子，其中粒子是不可溶的。此外，通过用气体对悬液鼓泡，可对产品进行声处理，结果由固体粒子形成微球。
肠胃外载体系统包括一种或多种药学上合适的赋形剂，如溶剂和助溶剂，增溶剂，湿润剂，悬浮剂，增稠剂，乳化剂，螯合剂，缓冲剂，ph调节剂，抗氧化剂，还原剂，抗菌防腐剂，膨胀剂，保护剂，渗透压调节剂，以及特殊添加剂。
以下实施例仅出于例释性目的而提供，不是为了以任何方式限制本发明的范围。事实上，根据前面的描述和下面的实施例，除本公开所图示和描述的各种形式外，本发明的各种改进形式对本领域普通技术人员来说将变得显而易见，它们落在所附权利要求的范围之内。
iii.实施例
概述
在实施例1中，我们提供了示例性合成，其也可用于合成螯合放射性金属同位素的类似化合物。
在实施例2中，我们展示了具有螯合剂和螯合金属(其替换nm404中的碘部分)的类似物(gd-do3a-404)被实体瘤组织吸收(并能在实体瘤组织中成像)，从而为使用所公开的金属螯合物作为trt和/或成像剂的提供了概念验证。
在实施例3中，我们展示了gd-do3a-404的稳定性。
在实施例4中，我们表征了gd-do3a-404的磁共振(mr)弛豫特性(r1和r2)。
在实施例5中，我们延伸了实施例2的结果，展示了gd-do3a-404在两个不同肿瘤模型中的肿瘤靶向能力和吸收动力学。
在实施例6中，我们报告了gd-do3a-404的活体内生物分布数据。
在实施例7中，我们展示了位于nm404靶向部分的gd-do3a-404的肿瘤靶向性能。具体而言，通过用dota-螯合gd3+
在实施例8中，我们展示了gd-do3a-404在原位成胶质细胞瘤模型中的吸收。
在实施例9中，我们揭示了将gd-doa-404施予胁腹部a549移植瘤小鼠后的生物分布数据。
在实施例10中，我们展示了gd-do3a-404在三阴性乳腺癌模型中的吸收。
在实施例11中，我们展示了gd-do3a-404在两个原位移植瘤模型中的吸收。
在实施例12中，我们展示了钆螯合物gd-do3a-404(用作mri造影剂)和铜放射性核素cu-64的螯合物64cu-do3a-404(用作pet造影剂)的同步吸收和成像(pet和mri)。
实施例1：金属螯合do3a-404的合成
在此实施例中，我们呈现了用来合成一个示例性磷脂螯合物gd-do3a-404的合成路线。
实施例2：活体内成像概念验证
在此实施例中，我们展示了用gd-do3a-404作为mri造影剂，对肿瘤成功进行了活体内mri成像。
为了对吸收了gd-do3a-404剂的肿瘤的活体内成像提供概念验证，对具有胁腹部a549肿瘤(非小细胞肺癌)移植瘤的无胸腺裸小鼠进行扫描。通过尾部静脉注射递送gd-do3a-404剂(2.7mg)。在施予造影剂之前以及递送造影剂之后1,4,24,48和72将小鼠麻醉并进行扫描。在4.7t瓦里安(varian)临床前mri扫描仪上进行成像，采用体积正交线圈。利用快速自旋回波扫描，在所有成像时间点获取t1加权图像，采用以下脉冲序列参数：重复时间(tr)＝206ms，回波间隔＝9ms，回波链长＝2，有效回波时间(te)＝9ms，10次平均，视野40x40mm2，192x192矩阵，10片，每片厚1mm。
由图2可见，注射24小时后，肿瘤的mri成像明显增强。
这些结果说明，对于本文所公开的钆螯合类似物，烷基磷酸胆碱类似物的差别吸收和存留得到维持。因此，所公开的钆螯合物能够容易地用于临床治疗和成像应用。
实施例3：gd-do3a-404的稳定性
在此实施例中，我们对与gd-do3a-404相关的游离gd浓度进行量化。结果表明，gd-do3a-404相当稳定，基本上保持为螯合的gd(iii)离子。因此，它适合用作肿瘤靶向剂，用于成像和/或治疗应用。
我们考虑了常规用于量化游离gd(iii)离子浓度的若干方法。首先，我们考虑使用发色配体。例如，使用二甲酚橙，能够容易地检测到浓度低至1μm的游离gd(iii)。对于可靠检测本申请中的游离gd，此检测限过高。5-br-padap配体提供了显著更低的检测限，低至0.1μmgd(iii)。然而，我们观察到该配体与gd-do3a-404之间的有害相互作用，使得此方法不能用于本申请。
接下来，我们考虑使用基于膜的分离途径。然而，这种方法经证明在本申请中有问题，因为游离gd被截留在膜中。
在考虑其他替代方法后，我们决定通过选择性螯合和分离游离gd来测定游离gd浓度。我们通过
实施例4：gd-do3a-404对于t1加权图像显示出有利的弛豫效能
在此实施例中，我们表征了gd-do3a-404的磁共振弛豫特性，这些特性有利地与常用造影剂的特性相当。
在起始研究中，弛豫效能在4.7t测量。利用反转恢复自旋回波序列测量纵向弛豫效能，其定义为r1弛豫速率与浓度之间的线性关系。
弛豫效能越高，导致t1加权图像上的信号越亮，从而显示t1加权信号增强潜能越大。通过在gd-dota-404剂的五种不同浓度下绘制r1(1/t1)-浓度图并确定所得直线的方程式(见图3，左侧小图)，我们计算出血浆中的纵向弛豫效能为5.74s-1/mm。这有利地与临床上t1缩短造影剂(如
类似地，通过在gd-dota-404剂的五种不同浓度下绘制r2-浓度图并确定所得直线的方程式(见图3，右侧小图)，我们计算出血浆中的横向弛豫效能为20.4s-1/mm。因此，当使用gd-dota-404作为造影剂时，r2弛豫效能也有利地增大(见图3，右侧小图)。
盐水、赋形剂和血浆中造影剂的r1的测定显示它总是得到缩短的t1时间。见表1。
表1：gd-do3a-404的纵向弛豫效能(r1)和横向弛豫效能(r2)。
这些数据表明，所公开的钆螯合类似物将是磁共振成像应用的有效造影剂。
实施例5：多肿瘤模型中活体内癌症成像
在这个对实施例2的延伸研究中，我们通过用gd-do3a-404作为mri造影剂，展示了两类不同胁腹部肿瘤中的选择性吸收和活体内mri成像。
为了测试人乳腺癌的啮齿模型中的吸收和存留，在小鼠中建立两个不同肿瘤类型的胁腹部移植瘤，a549(人非小细胞肺癌nsclc)和u87(人胶质瘤)。每种模型n＝3。对于造影前成像，获取肿瘤和腹腔的t1-w图像(图4，最左侧两幅图像)以及肿瘤的t1图。
在零时刻(“对照”)，通过静脉注射将2.5mggd-do3a-404(约12mmol/kg体重)递送至小鼠体内。在造影前和造影后1小时至7天之间的不同时刻(1小时、24小时、48小时、3天、4天和7天之后)对动物进行扫描。在每个时刻获取肿瘤的t1图，以及肿瘤和腹腔的t1加权图像(见图4和图5)。
在nsclc模型中，gd-do3a-404的吸收不是立刻发生，在造影后24-48小时达到最大值(图4)。该吸收维持数天(图5)。在u87模型中，吸收更快(在送药后1小时已经观察到，见图4)，并且看上去达到更高水平，维持了更长的时间(见图5)。
这些观察结果得到量化数据证实，其中在递送gd-do3a-404之后，肿瘤与肌肉的t1加权信号比大约翻倍(图6)。与a549肿瘤相比，u87肿瘤中的肿瘤信号增大更快且更持久。在图7中可见，在造影之后48小时，两类肿瘤的r1弛豫速率均显著增加。
这些结果说明，对于本文所公开的钆螯合类似物，烷基磷酸胆碱类似物在多个肿瘤类型中的差别吸收和存留得到维持。因此，所公开的钆螯合物能够容易地用于临床治疗和成像应用。
实施例6：用mri测定gd-do3a-404的活体内生物分布
在此实施例中，我们测定了施予造影剂(见实施例5)之后gd-do3a-404的活体内生物分布。在进行实施例4所述实验的过程中，我们还获取了小鼠腹腔的t1加权扰相梯度(spgr)图像，以观察生物分布。成像的腹腔断面包括心肌(图8-12，上图)、肝(图8-12，中图)和肾(图8-12，下图)。图中呈现了造影前(图8)以及造影后1小时(图9)、24小时(图10)、4天(图11)和7天(图12)的图像。
在心肌和血池中，gd-do3a-404造影剂循环将近1天，此后观察到的任何信号来自存留而非进一步吸收。在肝和肾中，gd-do3a-404造影剂基本上随时间被清除，通过肝清除得更快，而通过肾清除得慢一些。值得注意的是，gd-do3a-404造影剂展现出p-动力学特点，包括肝胆排泄，这类似于相关烷基磷酸胆碱类似物的情况。
实施例7：
gd-do3a-404靶向部分促进肿瘤持久选择性吸收
在此实施例中，我们展示了gd-do3a-404在肿瘤组织中的选择性吸收和存留事实上受到肿瘤靶向磷脂部分(“404”部分，见图1)而非钆金属或其螯合剂的促进。因此，此实施例说明有效的靶向造影剂不限于具有特定螯合剂的那些造影剂，只要它们包含所公开的肿瘤靶向磷脂部分即可。
为了证实吸收和存留是由于“404”部分的靶向作用，我们在相同的肿瘤模型(长有胁腹部u87肿瘤的小鼠)和成像方案中直接比较了gd-do3a-404的吸收和dota-螯合gd3+
我们量化了肿瘤/肌肉比，并将其与基线扫描作比较。在图14中可见，与gd-do3a-404相比，
这些结果表明，对所观察到的选择性肿瘤吸收和存留起作用的是gd-do3a-404的磷脂靶向部分(404部分)，而非螯合剂和螯合的金属(gd-do3a部分)。因此，可以使用许多不同的螯合部分，而不会影响所公开的螯合物的选择性肿瘤吸收和存留性质。
实施例8：原位胶质瘤模型中gd-do3a-404的脑肿瘤吸收
在此实施例中，我们展示了gd-do3a-404在更高剂量下穿过血脑屏障成功靶定脑肿瘤组织。
为了探究用gd-do3a-404原位检测肿瘤和转移，特别是在脑部，我们用注射到脑部的癌干细胞建立了原位成胶质细胞瘤模型。为建立该模型，在小鼠脑部注射来自原位成胶质细胞瘤干细胞系12.6的细胞。在肿瘤充分生长后(用t2加权mri监视)，我们在造影前和递送两种不同剂量的gd-do3a-404(2.5或3.7mg；约0.12–0.18mmole/kg)之后(24-72小时)对对象进行成像。
在用于胁腹部移植瘤的较低剂量下，没有观察到脑部吸收(见图15，上部小图)。因为该较低的递送剂量相对较低(与临床环境中每千克体重递送的剂量在同一量级)，所以我们为另一组动物增大剂量。在该组中，我们在一个对象中观察到吸收(图15，下部小图)。该结果显示，血脑屏障(bbb)可能在脑肿瘤吸收中发挥作用，可“调节”剂量来促进造影剂穿过bbb。
实施例9：gd-do3a-404在胁腹部a549移植瘤小鼠中的活体内生物分布数据
在这个对实施例6的延伸研究中，我们进一步检查了gd-do3a-404在给药后的活体内生物分布。具体而言，在施予gd-do3a-404后72小时，测量了胁腹部携带a549的小鼠中的组织生物分布。杀死无胸腺裸小鼠并进行灌注，收集组织，通过高分辨率(扇形磁场)感应耦合等离子体质谱(sf-icpms)对gd进行定量测量。n＝3只小鼠。
在图16中可见，gd-do3a-404被肿瘤组织选择性吸收，再次表明本公开的烷基磷酸胆碱类似物适合靶向传递到肿瘤组织。
实施例10：gd-do3a-404在三阴性乳腺癌模型中的吸收
在此实施例中，我们展示了gd-do3a-404被成功靶定到乳腺癌组织。
在gd-do3a-400给药前和给药后24小时、48小时对α-β结晶过量表达的小鼠(三阴性乳腺癌模型)进行mr成像(n＝4)。在图17中可见，过48小时，造影剂被乳腺癌组织吸收并局限于乳腺癌组织。
此实施例说明，本公开的烷基磷酸胆碱金属螯合物可用于靶定广泛的实体瘤组织。
实施例11：gd-do3a-404在原位模型中的吸收
在此实施例中，我们展示了gd-do3a-404被成功靶定到两个不同的原位移植瘤模型。
在gd-do3a-404给药前和给药后24小时、48小时对携带原位u87移植瘤的nod-scid小鼠进行成像。在图18中可见(左侧小图)，造影剂被肿瘤组织差别吸收(见箭头)。
在施予gd-do3a-404后24小时对原位gsc115进行成像。gsc是人胶质瘤干细胞模型，它是从人胶质瘤患者身上分离出来的。在图18中可见(右侧小图)，造影剂被肿瘤组织差别吸收(见箭头)。
此实施例说明，本公开的烷基磷酸胆碱金属螯合物可用于靶定广泛的实体瘤组织。
实施例12：说明肿瘤被gd-do3a-404和64cu-do3a-404同时靶定的同步pet/mr成像
在此实施例中，我们展示了gd-do3a-404和64cu-do3a-404同时成功用作肿瘤靶向造影剂(gd-do3a-404用于mri，64cu-do3a-404用于同步pet成像)。
用临床pet/mri扫描仪进行同步成像。64cu-do3a-404与gd-do3a-404具有相同的结构，区别在于64cu(一种正电子发射放射性核素)代替gd螯合到螯合部分。64cu-do3a-404是合成的(可用本文公开的方法合成，参见例如实施例1)。64cu-do3a-404和gd-do3a-404螯合物同时注射到携带胁腹部u87(人胶质瘤)移植瘤的大鼠体内。
利用临床3.0tpet/mr获得u87胁腹部移植瘤的t1加权扫描图。在gd-do3a-404给药前和给药后24小时对大鼠进行成像。所得mr图像显示了肿瘤对gd-do3a-404造影剂的选择性吸收(图19；箭头指明肿瘤位置)。
同步施予gd-do3a-404(mri造影剂)和64cu-do3a-404(pet造影剂)之后24小时，对胁腹部携带u87的大鼠获取同步pet/mr扫描图。在图20中可见，融合的t1加权mr和pet图像显示了胁腹部和腹腔中对比与活性的良好共定位(箭头指向肿瘤)。在t1和t2mri图像中，肿瘤都得到增强(图20)。此外，同步pet扫描展示了肿瘤对64cu-do3a-404pet造影剂的吸收(图20)，为所公开的gd被放射性金属代替的螯合物用于肿瘤成像(如pet成像)和放射治疗应用提供了概念验证。
总之，这些实施例说明，如本文所公开的包含合适的肿瘤靶向磷脂部分的钆金属螯合物可以是有效的mri造影剂，所述造影剂在多类癌症中表现出增强信号的吸收和存留。这种造影剂将有利于癌和转移的高空间分辨率检测、表征和分级。此外，由于钆的高中子俘获截面，这种造影剂也可应用于癌的靶向中子俘获疗法。
在考虑说明书和实施本文公开的发明之后，本发明的其他实施方式和用途对本领域技术人员来说将变得显而易见。本文出于任何原因引用的所有参考资料，包括所有杂志引文和美国/外国专利及专利申请，都具体地、完整地通过参考纳入本文。应当理解，本发明不局限于本文所例举和描述的具体试剂、制剂、反应条件等，而是涵盖它们的这种改进形式，并同样落在以下权利要求的范围之内。