專利名稱：增強的葉酸熒光材料、材料的多重?zé)晒舛嗫捉M合物及其潛在的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制備增強的熒光葉酸中孔材料、多重?zé)晒庵锌撞牧系姆椒?，它們新穎的性能和應(yīng)用，例如適合于在金屬、玻璃、塑料、陶瓷或紙張上印刷識別標(biāo)志的中孔熒光組合物，其僅在當(dāng)被外部輻射激發(fā)時才可見；以及在生命科學(xué)應(yīng)用中的應(yīng)用，例如，診斷、 生物分布標(biāo)記(biodistribution markers)和祀向藥物輸送應(yīng)用。本發(fā)明通過形成所述突光材料額外地包括形成用于葉酸加上一種或多種的活性化合物的活化的自組裝單元的納米多孔反應(yīng)器容器。
更具體而言，本發(fā)明提供熒光中孔粒子，其包含葉酸四聚體加上一種或多種的活性官能化的化合物，所述化合物可以包括熒光分子、藥學(xué)活性藥物和僅限于與葉酸有效形成某種類型的相互作用(例如，π-π和π-σ堆積)的其它化合物。與沒有組裝的組分相比，使用實施方案中的方法自組裝的材料的組合物提供增強的性能。例如，與在實施方案中所述的沒有組裝的單一的組分或者后合成地載入到中孔二氧化硅相比，當(dāng)自組裝以形成中孔二氧化硅材料時，葉酸或葉酸加上卟啉的熒光性能在強度方面得到增強。
葉酸加上藥學(xué)藥物提供能夠靶向至特定細(xì)胞(特別是腫瘤細(xì)胞)，且能夠在控制的輸送系統(tǒng)中輸送有效載荷的藥學(xué)藥物的材料。這可以提供有用的早期癌癥診斷工具，以及為癌癥的治療提供靶向和治療策略。本發(fā)明還提供用于光動力學(xué) 治療的光敏載體。因此， 本發(fā)明向一種多孔材料產(chǎn)品中提供成像、靶向、診斷和治療功能。因此，在此描述的本發(fā)明提供治療診斷材料的形成。技術(shù)背景
自從第一次報道制備基于二氧化硅的材料MCM_41[Kresge C. Τ.等人， Nature, 1992]，由于中孔固體在從催化到仿生工程、傳感器技術(shù)、癌癥細(xì)胞的生物成像和藥物輸送的多個應(yīng)用領(lǐng)域的潛力，它們已經(jīng)受到各個研究領(lǐng)域的關(guān)注。已經(jīng)從合成、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用前景方面深入地研究了這些材料。
近來，Che及其合作者報道了使用陰離子表面活性劑和助結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(CSDAs)制備高度有序的中孔結(jié)構(gòu)AMS-n[Che S.等人，NatureMaterials, 2003]。開發(fā)了使用包含分子(例如，葉酸作為致孔劑(poreforming agent)或模板)的蝶呤新型的中孔材料NFM-1, 并在W0/2009/068117中公開。這些制備路線的商業(yè)興趣點和相關(guān)的優(yōu)點為能夠在一個合成步驟中(如，CSDA)引入多種有機官能團(tuán)，在萃取表面活性劑后，其仍然在中孔材料的內(nèi)孔表面上共價地結(jié)合。[Garcia-Bennett A. E.等人,Angew. Chemie Int. Ed. , 2005] 使用非表面活性劑模板(例如，葉酸鹽或酯)進(jìn)一步提供額外的優(yōu)點例如，它們?yōu)闊o毒的化合物(葉酸為維生素B族分子中的成員)；葉酸鹽或酯為手性分子，且及賦予共價結(jié)合的官能團(tuán)手性；葉酸通過和η-σ堆積與大量的生物或電活性分子相互作用，因此使得它們可以被引入到形成的所述中孔固體中的內(nèi)孔空間內(nèi)。[Garcia-Bennett A. E.;等人，J. Am. Chem. Soc. 131(9)3189-3191，2009]。
在分子診斷和生物成像應(yīng)用中，需要具有如下性能的多功能裝置一方面在低濃度下能夠使蛋白質(zhì)、酶或抗體能夠敏感綴合；以及其次，在熒光模式下的強烈的檢測信號。 此外，制備這種裝置的主要的目標(biāo)是在單一的檢測裝置中提供多重?zé)晒庑盘枺糜诶缌魇郊?xì)胞計的應(yīng)用。為了達(dá)到該目標(biāo)，需要具有大的斯托克司位移的熒光團(tuán)，當(dāng)組合多個熒光團(tuán)時，其以其他方式分開合并的發(fā)射峰。卟啉是一種重要類型的具有大的斯托克司位移的天然和人工合成的色素。然而，問題在于這類色素的許多物理化學(xué)性能、特別是電子吸收和發(fā)光性能嚴(yán)格取決于它們的聚集性質(zhì)。例如，在光動力學(xué)療法(TOT)應(yīng)用中，它們的聚集將會降低發(fā)光效率和光氧化效率。熒光團(tuán)和染料和/或色素在有序的中孔材料中的封裝提供控制它們聚集的潛力，同時保留中孔粒子的內(nèi)表面和外表面用于進(jìn)一步與生物分子(DNA、 蛋白質(zhì)、酶等)，分析物(陽離子、陰離子等)和包括細(xì)胞靶向劑的其它相關(guān)的分子綴合。
中-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)正在被開發(fā)為用于通過熒光成像快速檢測腫瘤細(xì)胞的標(biāo)記。[Li, ffen-Tyng, Current Drug Metabolism, 10 (8)，851-860，2009] TCPP 具有260nm的大的斯托克司位移，其分別具有約414nm和674nm的波長的激發(fā)和發(fā)射峰。葉酸分子具有非常弱的天然熒光強度。它們由蝶呤基團(tuán)、苯甲酸基團(tuán)和手性谷氨酸部分組成。 它們?yōu)榫哂腥缦滦阅艿姆肿拥膬?yōu)異的實例這些分子可以與葉酸自組裝形成六邊形液晶組件，其能夠用作用于制備具有新功能的中孔材料的致孔劑。
TCPP為弱酸，而因此其易于在pH為5-7 (pKa 6. 6)的范圍內(nèi)被中和，導(dǎo)致中性的物質(zhì)，其幾乎不溶于水溶液。在pH < 3. 5時，TCPP核的氮原子被質(zhì)子化，產(chǎn)生雙陽離子卟啉， 其能夠自組裝為J-聚集體。[Clarke，S.E. ;J. Phys. Chem. A, 2002]在更高的pH值下，TCPP 將失去羧基的四個質(zhì)子，并形成具有負(fù)電荷的H2TCPP4'在本發(fā)明的制備方法中，發(fā)明人已經(jīng)選擇pH=9. 2的硼砂-硼酸緩沖液作為溶劑，以確?？梢耘cNFM-1的質(zhì)子化的氨基丙基相互作用的H2TCPP4-分子。中-四(4-羧基苯基)卟啉及其離子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)示于下面示意

圖1中。
示意圖1 :中-四(4-羧基苯基)卟啉TCPP及其粒子物質(zhì)。
H2TCPP2+(pH<3.5) TCPPH2TCPP4 (pH>5.8)
當(dāng)制備這種材料時，由于形成葉酸鹽或酯-卟啉聚集體、它們的局部環(huán)境及其包含(限制)在有序的基于無機氧化物的中孔基體中，光學(xué)特征將會顯著不同。例如，預(yù)期熒光強度的變化和朝向更高和更低發(fā)射波長的位移。這些都是基于Fiirster共振能量轉(zhuǎn)移 fret、供體和受體聚集體的性能。
因此，實施方案的另一特征為制備新型有效的且具有高孔隙率和能夠結(jié)合到生物相關(guān)分子上的基團(tuán)的多重?zé)晒獠牧系目赡苄?。?dāng)同時封裝超過一種任選的活性熒光分子時，多重?zé)晒饩蜁霈F(xiàn)，而沒有將它們的發(fā)射頻帶合并在一起。其中，多重?zé)晒鈽?biāo)簽或色料用于在共聚焦顯微鏡和免疫學(xué)測試的應(yīng)用。可以使用在此描述的本發(fā)明的實施方案、使用卟啉和葉酸鹽或酯熒光分子制備多重?zé)晒獠牧?；然而，可以使用其它任選的活性分子。異硫氰酸熒光素(FITC)為用于廣泛應(yīng)用范圍(包括流式細(xì)胞計)的熒光素的衍生物。FITC具有分別為約495nm/521nm波長的激發(fā)和發(fā)射光譜峰，其既沒有與卟啉的發(fā)射和激發(fā)頻帶重合，也沒有與葉酸的發(fā)射和激發(fā)頻帶重合，因此在本發(fā)明中描述了具有三種分開的發(fā)射頻帶的有序的中孔材料。下面的表I總結(jié)參照上述文本中所述的游離分子的不同的激發(fā)和發(fā)射波長，以及包含在此作為用于本發(fā)明的目的適合于任選的活性熒光分子的實例。
表I
權(quán)利要求
1.由兩種或多種的化合物組成的多孔或無孔材料，其中，由于至少一種化合物通過與葉酸的π-JI或J1-O相互作用的自組裝，所述至少一種化合物在熒光強度方面經(jīng)歷變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔或無孔材料，其中，所述化合物之一為葉酸，以及所述材料具有TK邊形中等有序性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多孔或無孔材料，其中，所述化合物之一為能夠通過與葉酸的π-JI或J1-σ相互作用的熒光團(tuán)或藥物治療化合物。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，所述熒光分子為卟啉。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔或無孔材料，其中，所述非葉酸的自組裝化合物由藥物治療化合物順鉬組成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，所述多孔性描述為具有由氮吸附等溫線測量的O. 01至O. 9cm3/g之間的孔體積的材料。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，所述多孔性描述為具有由氮吸附等溫線測量的10至1500m2/g之間的表面積。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，通過熱重分析測量，第一熒光團(tuán)的含量為總材料重量的l_40wt%。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，通過熱重分析測量，第二熒光團(tuán)或藥物治療化合物的含量為總材料重量的l_39wt%。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，所述第一與第二熒光團(tuán)的優(yōu)選組成比為6-15。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，第三熒光團(tuán)為如下分子羥基香豆素、氨基香豆素、甲氧基香豆素、CascadeBlue、Pacific Blue、Pacific Orange、突光黃、NBD, R-藻紅蛋白(PE)、PE-Cy5 綴合物、PE_Cy7 綴合物、Red 613、PerCP, TruRed, FluorX,熒光素、BODIPY-FL、TRITC、X-若丹明、麗絲胺若丹明B、德克薩斯紅、別藻藍(lán)蛋白(APC)、APC-Cy7綴合物。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其包含直徑為2-5nm的有序的六邊形通道和至少30wt%、優(yōu)選65wt%的硅氧化物(二氧化硅)的組合物。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其包含在所述材料內(nèi)部孔表面之內(nèi)以不超過6人的距離隔開的束縛的丙胺基。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，與溶液中游離的熒光團(tuán)相比，在強度方面典型的熒光增強為90%。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，所述熒光發(fā)射光譜在350nm至375nm具有最大峰。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，發(fā)生熒光增強是因為在所述材料的內(nèi)部通道空間中的FOrster共振能量轉(zhuǎn)移。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多孔材料，其中，當(dāng)釋放至水性或非水性介質(zhì)時，所述熒光團(tuán)保持其增強的性能。
18.由根據(jù)權(quán)利要求17所述的自組裝的釋放的熒光團(tuán)或藥物治療劑組成的無孔材料，其特征在于，其在熒光強度方面具有與根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的材料類似的增長或下降。
19.包含至少lwt%的自組裝的葉酸的用于細(xì)胞靶向、細(xì)胞成像、診斷和治療的根據(jù)權(quán)利要求1-11所述的多孔材料載體。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多功能多孔材料，其中，所述靶向分子為葉酸或葉酸鹽或酯衍生物，其特征在于，能夠結(jié)合到細(xì)胞膜中的葉酸受體上。
21.能夠細(xì)胞靶向腫瘤細(xì)胞的根據(jù)前述權(quán)利要求任一項所述的多功能的多孔材料，其中，所述熒光材料為葉酸、葉酸和卟啉或葉酸鹽或酯衍生物和卟啉衍生物；以及所述治療劑為光敏劑，例如 用于光動力學(xué)治療的乙法昔羅、替莫卟吩、卩卜吩姆鈉、維替泊芬、lutexaphyrin、他拉泊芬、HPPH、酞菁。根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的多功能多孔材料，其中，所述治療劑為抗代謝藥二氫葉酸還原酶抑制劑，例如，氨蝶呤、甲氨蝶呤、培美曲塞、普拉曲沙；嘌呤類似物，例如，噴司他丁、克拉屈濱、氯法拉濱、氟達(dá)拉濱、硫鳥嘌呤、巰嘌呤；嘧啶類似物，例如，氟尿嘧啶、卡培他濱、替加氟、卡莫氟、氟尿苷、阿糖胞苷、吉西他濱、阿扎胞苷、地西他濱； 或拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑，例如 喜樹堿、托泊替康、伊立替康、盧比替康、貝洛替康、依托泊苷、替尼泊苷、阿柔比星、柔紅霉素、多柔比星、表柔比星、伊達(dá)比星、氨柔比星、吡柔比星、戊柔比星、佐柔比星、米托蒽醌、匹蒽醌； 或用于在DNA中的交聯(lián)劑 苯丁酸氮芥(美法侖、潑尼莫司汀)，苯達(dá)莫司汀，烏拉莫司汀，雌莫司汀，卡鉬，順鉬，奈達(dá)鉬，奧沙利鉬，四硝酸三鉬，沙鉬，肼類(丙卡巴肼)，三氮烯類(達(dá)卡巴嗪、替莫唑胺)，六甲蜜胺，二溴甘露醇； 或有絲分裂抑制劑，例如 長春堿、長春新堿、長春氟寧、長春地辛、長春瑞濱、多西他賽、拉羅他賽、奧他賽、紫杉醇、替司他賽、伊沙匹?。? 或酶抑制劑，例如 FI (替匹法尼)、⑶K抑制劑(匹伏西地、塞利西利)、PrI (硼替佐米)、PhI (阿那格雷)、IMPDI (噻唑呋林)、LI (馬索羅酚)、PARP抑制劑(奧拉帕利)、HDAC (伏林司他、羅米地新)； 或是受體拮抗劑，例如 ERA(阿曲生坦)、維甲類X受體(貝沙羅汀)、性類固醇(睪內(nèi)酯)； 或化療藥物，例如 安吖啶、曲貝替定、維甲類(阿利維A酸、維甲酸)、三氧化二砷、天冬酰胺耗竭劑(asparagine depleters)(門冬酰胺酶/培門冬酶)、塞來考昔、秋水仙胺、伊利司莫、依沙蘆星、依托格魯、氯尼達(dá)明、硫蒽酮、米托胍腙、米托坦、奧利美生、mTOR抑制劑(依維莫司、坦羅莫司)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的多功能多孔材料，其中，根據(jù)熱重分析測量，所述治療劑的含量為總材料重量的O. 01-39wt%,并被輸送。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制備增強的熒光葉酸中孔材料、多重?zé)晒庵锌撞牧系姆椒?，它們新穎的性能和應(yīng)用，例如適合于在金屬、玻璃、塑料、陶瓷或紙張上印刷識別標(biāo)志的中孔熒光組合物，其僅在當(dāng)被外部輻射激發(fā)時才可見；以及在生命科學(xué)應(yīng)用中的應(yīng)用，例如，診斷、生物分布標(biāo)記和靶向藥物輸送應(yīng)用。
文檔編號C09B63/00GK103003368SQ201180019466
公開日2013年3月27日 申請日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月17日
發(fā)明者A·E·加西亞-本奈特, C·周 申請人:納諾洛吉卡股份公司