具有磁功能性的化合物、得自其的植入物或凝胶以及二者用于测量酶的酶活性的用图
【专利说明】具有磁功能性的化合物、得自其的植入物或凝胶以及二者 用于测量酶的酶活性的用途 发明领域
[0001] 本发明一般涉及包含至少一种具有磁功能性的化合物的植入物或凝胶。这些植入 物或凝胶可以用于通过测量至少一种具有磁功能性的化合物的磁性质、一种或多种其降解 产物的磁性质或二者上的变化，从而测量与细胞基质再生相关的酶活性。
[0002] 另外，本发明还涉及具有磁功能性的新化合物，其包含至少一种酶的底物，优选胶 原、硫酸软骨素或透明质酸，和不具有涂层或表面修饰、或用羧酸基团官能化的多个磁性粒 子。
[0003] 发明背景
[0004] 酶是催化化学反应的蛋白质。在酶反应中，将酶在其上起作用的分子称为底物，并 且所述分子由酶转化为称为代谢物的不同分子。酶通常对其所催化的反应和底物非常有特 异性。
[0005] 酶的重要性体现为这样的事实：由体内存在的上千种类型的酶中的单一类型的酶 的功能失调可能引起致命的疾病。
[0006] 一些临床病症，如组织再生中的不稳定的斑块、转移或变异，与酶的紊乱有关。
[0007] 大部分生物材料是抗磁性的；换言之，其具有负的磁化率。与生物来源的大分子结 合的磁性粒子可以产生与所述生物来源的大分子不同的磁性特征。该磁性特征基于所述粒 子的组成、尺寸和形状。给定材料的磁化强度定义为其每体积单位的平均磁矩，并且由该材 料的内部结构和组成决定。磁性粒子的实例包括顺磁性、超顺磁性和铁磁性粒子，其通常以 单个粒子、微包封在基质中或与其他分子结合的形式作为造影剂使用。这些磁性造影剂设 计为在整个检测过程中保持其磁性质恒定，并且依据其在机体中的不同组织和区室中的浓 度和分布产生成像作用。磁性粒子的分布中的一些因素，如在表面的聚集或涂布，可以影响 其所产生的造影效应。
[0008] 目前，可能与紊乱或疾病相关的酶过程的检测和/或追踪通常通过组织活检、提 取或间接法（如酶和代谢物水平估测）进行。目前，对于开发允许在原位追踪酶活性、不需 要从所研宄的机体取样、使用使得机体不被触及的非侵入性检测方法的产品存在需要。
[0009] 在本专利申请中，"具有磁功能性的化合物"定义为具有赋予导致其磁性质、一种 或多种其降解产物的磁性质或二者的可检测的变化的构象或结构变化的能力的化合物。
[0010] 专利申请US2011/0182815Al(Daich，J.)记述了使用经修饰具有磁功能性的 底物的诊断方法。这些底物由其与磁性粒子的组合获得，使得因为所述底物具有磁功能性 并且由所感兴趣的酶消化，在磁性粒子的分布中出现可检测到的变化。然而，专利申请US 2011/0182815A1仅提及药物制剂，其包括静脉内和包封方法作为修饰以具有磁功能性的 这些底物的递送形式，其不能有效地到达一些类型的结缔组织，如各种关节软骨。该专利申 请的实施例仅提及使用一些蛋白质作为底物用于获得具有磁功能性的化合物，未提及参与 并且实现如水合、挠性和促进细胞外基质的再生的功能的其他成分，如糖胺聚糖的使用。这 些功能对于细胞外基质是特别重要的，并且对于结缔组织也是特别重要的。用于修饰底物 以获得该申请的化合物的方法限于在前者中羧基基团的存在，由此排除了大量不具有所述 可用于修饰的羧基基团的底物。后者包括上文所讨论的糖胺聚糖。
[0011] 另一方面，专利申请US2011/0182815A1中记述的具有磁功能性的化合物和用于 获得其的方法是基于具有表面修饰的磁性粒子的使用，所述表面修饰增强所述磁性粒子对 所感兴趣的底物的锚定性。所述表面修饰用抗磁性材料进行，导致这些具有表面修饰的粒 子在其设置中产生的磁场的强度和范围上的减小。因此，当将所述表面修饰加入至磁性粒 子时，不同粒子的磁矩之间的相互作用可能减小，并且这些事件对于如在前文提及的美国 专利申请中提出的检测方法如磁共振成像中所用的测量类型是不利的。
[0012] 专利申请WO2011/075476Al(BennetK.，2011)记述了使用磁共振成像（MRI)技 术评估生物相容的水凝胶的分子结构的方法。为了该目的，其记述了包含生物相容性氢和 磁性造影剂的凝胶。该凝胶可以植入体内，从而可以通过MRI测量作为所述水凝胶与细胞 外基质细胞的相互作用或酶作用的结果的造影剂中所包含的磁性粒子的崩解。具体地，该 文献公开使用阳离子化的铁蛋白作为造影剂。该化合物通过在前文提及的水凝胶的结构中 存在的阴离子基团结合至水凝胶。在该申请中，与本申请不同，反复使用术语"聚集"来定 义粒子在凝胶中的固定或固着，其不涉及按原样形成粒子聚集物。
[0013] 此外，记述了向凝胶中加入酶前体以延长凝胶分解速度。然而，由于该分解是活化 预先植入的酶前体的级联反应的结果而不是目标酶的结果，该方法失去了强度的精确性和 研宄的酶活性对象的持久性。
[0014] 发明简述
[0015] 本发明涉及包含至少一种具有磁功能性的化合物的植入物或凝胶，所述化合物进 而包含参与细胞外基质再生的至少一种酶的底物和多个磁性粒子。
[0016] 在专利申请US2011/0182815A1中，没有提及或暗示使用修饰的底物制造植入物 或凝胶，并且也没有在监测结缔组织中的酶活性中提及或暗示使用所述植入物。与该美国 专利申请中包含的公开内容不同，植入物或凝胶的使用允许在相同的植入物或凝胶中发生 酶反应，即，以局部的预先确定的基础发生。
[0017] 目前存在一些类型的结缔组织植入物。这些植入物通常包括生物相容性材料，并 且甚至可以是来自活体的组织提取物或通过培养技术产生。这些植入物的治疗用途是高度 多样性的，包括，例如，在关节或正牙术中的结缔组织再生中的替代。这些植入物的主要治 疗作用是支持、替换或引起接受体组织的再生。目前还没有用于由通过接受体产生的成分 原位追踪内部植入物的整合或其组成成分的再生的非侵入性方法。
[0018] 另一方面，该专利申请中所述的包含至少一种具有磁功能性的化合物的凝胶足以 用于体外分析，并且可以另外包括与植入物相同的生物相容性材料。所述凝胶通常用于模 拟细胞外基质环境，并且在研宄和诊断中具有多种应用。
[0019] 在另一方面，本发明涉及一种具有磁功能性的化合物，其包含参与细胞外基质再 生的至少一种酶的底物和多个用于制造植入物或凝胶的磁性粒子，所述植入物或凝胶用于 监测在人类或另外的活体中参与细胞外基质再生的酶活性。
[0020] 另外，本发明还涉及所述具有磁功能性的化合物在制造用于监测在人类或另外的 活体中参与细胞外基质再生的酶活性的植入物或凝胶的用途。在放置本发明中所述的植 入物后，其中所包含的具有磁功能性的化合物可以与参与细胞外基质再生的至少一种酶反 应，引起其磁性质中、一种或多种其降解产物的磁性质中或二者中的可测量的变化。因此， 本发明提供允许监测所述植入物中的细胞外基质再生而无需进行组织活检的植入物。
[0021] 本发明还涉及具有磁功能性的化合物，其包含至少一种酶的底物和多个磁性粒 子，所述化合物特征在于：
[0022] i)所述磁性粒子不具有任何涂层或表面修饰，
[0023] 或
[0024] ii)所述磁性粒子用羧基基团官能化。
[0025] 在施用本发明的具有磁功能性的化合物后，该化合物可以与至少一种酶反应，弓丨 起其磁功能性的可测量的变化。因此，本发明具有磁功能性的化合物可以用于酶活性，特别 是参与细胞外基质再生的酶活性的检测。
[0026] 本发明的另一个目的是还提供一种用于获得具有磁功能性的化合物的有利方法， 在所述化合物中磁性粒子不具有任何涂层或表面修饰，该方法包括：
[0027] a)修饰至少一种酶的底物，和