具有磁功能性的化合物、得自其的植入物或凝膠以及二者用于測量酶的酶活性的用圖
【專利說明】具有磁功能性的化合物、得自其的植入物或凝膠以及二者 用于測量酶的酶活性的用途 發(fā)明領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一般涉及包含至少一種具有磁功能性的化合物的植入物或凝膠。這些植入 物或凝膠可以用于通過測量至少一種具有磁功能性的化合物的磁性質(zhì)、一種或多種其降解 產(chǎn)物的磁性質(zhì)或二者上的變化，從而測量與細(xì)胞基質(zhì)再生相關(guān)的酶活性。
[0002] 另外，本發(fā)明還涉及具有磁功能性的新化合物，其包含至少一種酶的底物，優(yōu)選膠 原、硫酸軟骨素或透明質(zhì)酸，和不具有涂層或表面修飾、或用羧酸基團(tuán)官能化的多個(gè)磁性粒 子。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 酶是催化化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)。在酶反應(yīng)中，將酶在其上起作用的分子稱為底物，并 且所述分子由酶轉(zhuǎn)化為稱為代謝物的不同分子。酶通常對(duì)其所催化的反應(yīng)和底物非常有特 異性。
[0005] 酶的重要性體現(xiàn)為這樣的事實(shí)：由體內(nèi)存在的上千種類型的酶中的單一類型的酶 的功能失調(diào)可能引起致命的疾病。
[0006] 一些臨床病癥，如組織再生中的不穩(wěn)定的斑塊、轉(zhuǎn)移或變異，與酶的紊亂有關(guān)。
[0007] 大部分生物材料是抗磁性的；換言之，其具有負(fù)的磁化率。與生物來源的大分子結(jié) 合的磁性粒子可以產(chǎn)生與所述生物來源的大分子不同的磁性特征。該磁性特征基于所述粒 子的組成、尺寸和形狀。給定材料的磁化強(qiáng)度定義為其每體積單位的平均磁矩，并且由該材 料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成決定。磁性粒子的實(shí)例包括順磁性、超順磁性和鐵磁性粒子，其通常以 單個(gè)粒子、微包封在基質(zhì)中或與其他分子結(jié)合的形式作為造影劑使用。這些磁性造影劑設(shè) 計(jì)為在整個(gè)檢測過程中保持其磁性質(zhì)恒定，并且依據(jù)其在機(jī)體中的不同組織和區(qū)室中的濃 度和分布產(chǎn)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，可以影響 其所產(chǎn)生的造影效應(yīng)。
[0008] 目前，可能與紊亂或疾病相關(guān)的酶過程的檢測和/或追蹤通常通過組織活檢、提 取或間接法（如酶和代謝物水平估測）進(jìn)行。目前，對(duì)于開發(fā)允許在原位追蹤酶活性、不需 要從所研宄的機(jī)體取樣、使用使得機(jī)體不被觸及的非侵入性檢測方法的產(chǎn)品存在需要。
[0009] 在本專利申請(qǐng)中，"具有磁功能性的化合物"定義為具有賦予導(dǎo)致其磁性質(zhì)、一種 或多種其降解產(chǎn)物的磁性質(zhì)或二者的可檢測的變化的構(gòu)象或結(jié)構(gòu)變化的能力的化合物。
[0010] 專利申請(qǐng)US2011/0182815Al(Daich，J.)記述了使用經(jīng)修飾具有磁功能性的 底物的診斷方法。這些底物由其與磁性粒子的組合獲得，使得因?yàn)樗龅孜锞哂写殴δ苄?并且由所感興趣的酶消化，在磁性粒子的分布中出現(xiàn)可檢測到的變化。然而，專利申請(qǐng)US 2011/0182815A1僅提及藥物制劑，其包括靜脈內(nèi)和包封方法作為修飾以具有磁功能性的 這些底物的遞送形式，其不能有效地到達(dá)一些類型的結(jié)締組織，如各種關(guān)節(jié)軟骨。該專利申 請(qǐng)的實(shí)施例僅提及使用一些蛋白質(zhì)作為底物用于獲得具有磁功能性的化合物，未提及參與 并且實(shí)現(xiàn)如水合、撓性和促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的再生的功能的其他成分，如糖胺聚糖的使用。這 些功能對(duì)于細(xì)胞外基質(zhì)是特別重要的，并且對(duì)于結(jié)締組織也是特別重要的。用于修飾底物 以獲得該申請(qǐng)的化合物的方法限于在前者中羧基基團(tuán)的存在，由此排除了大量不具有所述 可用于修飾的羧基基團(tuán)的底物。后者包括上文所討論的糖胺聚糖。
[0011] 另一方面，專利申請(qǐng)US2011/0182815A1中記述的具有磁功能性的化合物和用于 獲得其的方法是基于具有表面修飾的磁性粒子的使用，所述表面修飾增強(qiáng)所述磁性粒子對(duì) 所感興趣的底物的錨定性。所述表面修飾用抗磁性材料進(jìn)行，導(dǎo)致這些具有表面修飾的粒 子在其設(shè)置中產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度和范圍上的減小。因此，當(dāng)將所述表面修飾加入至磁性粒 子時(shí)，不同粒子的磁矩之間的相互作用可能減小，并且這些事件對(duì)于如在前文提及的美國 專利申請(qǐng)中提出的檢測方法如磁共振成像中所用的測量類型是不利的。
[0012] 專利申請(qǐng)WO2011/075476Al(BennetK.，2011)記述了使用磁共振成像（MRI)技 術(shù)評(píng)估生物相容的水凝膠的分子結(jié)構(gòu)的方法。為了該目的，其記述了包含生物相容性氫和 磁性造影劑的凝膠。該凝膠可以植入體內(nèi)，從而可以通過MRI測量作為所述水凝膠與細(xì)胞 外基質(zhì)細(xì)胞的相互作用或酶作用的結(jié)果的造影劑中所包含的磁性粒子的崩解。具體地，該 文獻(xiàn)公開使用陽離子化的鐵蛋白作為造影劑。該化合物通過在前文提及的水凝膠的結(jié)構(gòu)中 存在的陰離子基團(tuán)結(jié)合至水凝膠。在該申請(qǐng)中，與本申請(qǐng)不同，反復(fù)使用術(shù)語"聚集"來定 義粒子在凝膠中的固定或固著，其不涉及按原樣形成粒子聚集物。
[0013] 此外，記述了向凝膠中加入酶前體以延長凝膠分解速度。然而，由于該分解是活化 預(yù)先植入的酶前體的級(jí)聯(lián)反應(yīng)的結(jié)果而不是目標(biāo)酶的結(jié)果，該方法失去了強(qiáng)度的精確性和 研宄的酶活性對(duì)象的持久性。
[0014] 發(fā)明簡述
[0015] 本發(fā)明涉及包含至少一種具有磁功能性的化合物的植入物或凝膠，所述化合物進(jìn) 而包含參與細(xì)胞外基質(zhì)再生的至少一種酶的底物和多個(gè)磁性粒子。
[0016] 在專利申請(qǐng)US2011/0182815A1中，沒有提及或暗示使用修飾的底物制造植入物 或凝膠，并且也沒有在監(jiān)測結(jié)締組織中的酶活性中提及或暗示使用所述植入物。與該美國 專利申請(qǐng)中包含的公開內(nèi)容不同，植入物或凝膠的使用允許在相同的植入物或凝膠中發(fā)生 酶反應(yīng)，即，以局部的預(yù)先確定的基礎(chǔ)發(fā)生。
[0017] 目前存在一些類型的結(jié)締組織植入物。這些植入物通常包括生物相容性材料，并 且甚至可以是來自活體的組織提取物或通過培養(yǎng)技術(shù)產(chǎn)生。這些植入物的治療用途是高度 多樣性的，包括，例如，在關(guān)節(jié)或正牙術(shù)中的結(jié)締組織再生中的替代。這些植入物的主要治 療作用是支持、替換或引起接受體組織的再生。目前還沒有用于由通過接受體產(chǎn)生的成分 原位追蹤內(nèi)部植入物的整合或其組成成分的再生的非侵入性方法。
[0018] 另一方面，該專利申請(qǐng)中所述的包含至少一種具有磁功能性的化合物的凝膠足以 用于體外分析，并且可以另外包括與植入物相同的生物相容性材料。所述凝膠通常用于模 擬細(xì)胞外基質(zhì)環(huán)境，并且在研宄和診斷中具有多種應(yīng)用。
[0019] 在另一方面，本發(fā)明涉及一種具有磁功能性的化合物，其包含參與細(xì)胞外基質(zhì)再 生的至少一種酶的底物和多個(gè)用于制造植入物或凝膠的磁性粒子，所述植入物或凝膠用于 監(jiān)測在人類或另外的活體中參與細(xì)胞外基質(zhì)再生的酶活性。
[0020] 另外，本發(fā)明還涉及所述具有磁功能性的化合物在制造用于監(jiān)測在人類或另外的 活體中參與細(xì)胞外基質(zhì)再生的酶活性的植入物或凝膠的用途。在放置本發(fā)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與參與細(xì)胞外基質(zhì)再生的至少一種酶反 應(yīng)，引起其磁性質(zhì)中、一種或多種其降解產(chǎn)物的磁性質(zhì)中或二者中的可測量的變化。因此， 本發(fā)明提供允許監(jiān)測所述植入物中的細(xì)胞外基質(zhì)再生而無需進(jìn)行組織活檢的植入物。
[0021] 本發(fā)明還涉及具有磁功能性的化合物，其包含至少一種酶的底物和多個(gè)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層或表面修飾，
[0023] 或
[0024] ii)所述磁性粒子用羧基基團(tuán)官能化。
[0025] 在施用本發(fā)明的具有磁功能性的化合物后，該化合物可以與至少一種酶反應(yīng)，弓丨 起其磁功能性的可測量的變化。因此，本發(fā)明具有磁功能性的化合物可以用于酶活性，特別 是參與細(xì)胞外基質(zhì)再生的酶活性的檢測。
[0026] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是還提供一種用于獲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層或表面修飾，該方法包括：
[0027] a)修飾至少一種酶的底物，和