МЕЧЕНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВИЗУАЛИЗИРУЮЩИЕ АГЕНТЫ, СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБЫ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК A61K49/00 A61K51/04 A61K101/00 C07B59/00 C07C323/58 

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится в основном к меченым молекулярным визуализирующим агентам и, более конкретно, к визуализирующим агентам, которые поглощаются клетками через цистин/глутаматный транспортер.

Цистин/глутаматный транспортер обычно не экспрессируется или имеет чрезвычайно низкую экспрессию в большинстве тканей, но активируется в клетках, подвергнутых воздействию окислительного стресса. Цистин, который содержит две дисульфид-связанные цистеиновые аминокислоты, является природным субстратом для этого транспортера. Цистин/глутаматный антипортер (хс-система) представляет собой аминокислотный транспортер (обозначенный SLC7A11), состоящий из двух белковых субъединиц; 4F2hc/CD98, общая субъединица для нескольких классов транспортных систем, и хСТ, которая специфична для цистин/глутаматного обменника. Эффект активации транспортера состоит в увеличении поглощения цистина; который затем восстанавливается до цистеина внутри клетки. Внутриклеточный цистеин является скорость-ограничивающим субстратом для синтеза глутатиона. Глутатион представляет собой основной антиоксидант клеток для защиты от окислительного стресса. Внутриклеточный цистеин включается в один из двух путей: синтез глутатиона или синтез белка.

Флуоресцентно-меченые цистиновые соединения, содержащие флуоресцентные метки, присоединенные к обеим аминогруппам цистина, известны в данной области техники. Один из примеров представляет собой N,N'-дидансил-L-цистин (DDC), коммерчески доступный от Sigma (№ в каталоге D0625), который имеет следующую структуру:

Другие примеры представляют собой DiBodipy-L-Cystine (DBC), который представляет собой коммерчески доступный продукт от Invitrogen (№ в каталоге В20340), который продается для цели обратимого тиольного мечения нуклеотидов, белков и клеток посредством реакции дисульфидного обмена в кислотных условиях. DBC имеет структуру, показанную ниже.

Радиоактивно меченые варианты цистина также известны в данной области техники. Например, известен цистин, меченый ^99mTc. Tubis и Endow (1968 Int J Appl Rad Isotop; 19: 835-840) описывают прямую реакцию цистеина с ^99mTcO₄ ^-, где группа -SH цистеина восстанавливает ^99mTcO₄ ^-, одновременно окисляясь до цистина. Также известен цистин, меченый ³⁵S и имеющий следующую структуру:

³⁵S был использован, например, в исследованиях радиоактивных индикаторов у животных (см., например, Hwang et al. 1980 J Neurochem; 35: 417-424).

Концепция молекулярной визуализации предлагает специфическое увеличение контрастности молекулярных характеристик патологии и требует нацеливаемых биомаркеров, которые специфически регулируются при определенных патологических симптомах. Хотя такой специфический молекулярный контрастирующий агент мог бы быть очень полезным для визуализации и диагностики заболевания, определение действительно специфического биомаркера оказалось очень сложным. Даже если будет создан агент для такого специфического биомаркера, рынок для такого агента будет ограничиваться распространенностью данного симптома. Поэтому существует большой интерес к разработке молекулярных контрастирующих агентов, которые могут быть использованы для визуализации различных патологических симптомов. Большинство визуализирующих агентов нацелены на конкретные типы тканей или клеток, или конкретные терапии, или они быстро разлагаются с течением времени. Один из примеров агента, который нацелен на более широкое применение, представляет собой 18-F-фтордезоксиглюкозу (FDG), которая использует глюкозный транспортер. ¹⁸F-FDG предпочтительно поглощается клетками, которые имеют повышенную потребность в глюкозе, и затем удерживается внутри клетки. FDG может быть использован клинически для диагностики, установления стадии и мониторинга многих видов рака, а также для мониторинга метаболизма в сердце и головном мозге. ¹⁸F-FDG не является субстратом для натрий-зависимых глюкозных транспортеров, обнаруженных в почечных канальцах; которые предотвращают его почечную ресорбцию и улучшают клиренс.

Окислительный стресс in vivo считают индикатором клеточного стресса. Попытки визуализировать этот стресс включали визуализацию животных с использованием электронного парамагнитного резонанса (EPR). EPR представляет собой метод обнаружения неспаренных электронов, которые появляются с образованием свободных радикалов при окислительном стрессе. В основном в качестве показателя окислительного стресса используют агент, который считают зондом EPR, который чувствителен к антиокислительной активности органов.

Другие также обратили внимание на применение MRI (магнитная резонансная томография) с использованием химических сдвигов 13-С-глицина для обнаружения поглощения глицина и конверсии в глутатион в животной модели химиотерапевтического лечения опухолей in vivo. Другие разработали визуализирующие агенты для обнаружения апоптотических клеток in vivo для контроля химитерапевтического лечения, например меченый Аннексии V, который представляет собой довольно большой белок, Апосенс от Neurosurvival Technologies, который представляет собой семейство небольших молекул, которые, как сообщается, проникают специфически в апоптотические клетки.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Визуализирующие агенты и способы по изобретению используют клеточный аминокислотный транспортер (цистин/глутаматный антипортер, хс-), который активируется в условиях клеточного окислительного стресса. Эти меченые молекулярные визуализирующие агенты и способы по изобретению имеют несколько преимуществ, включая, но не ограничиваясь этим, их применение для широкого множества диагностических применений и терапевтического мониторинга; они представляют собой небольшие молекулы и содержат меченые варианты природного соединения, обнаруженного в организме, и могут вводиться в следовых количествах с физиологическими концентрациями, намного более низкими, чем концентрации, вызывающие токсический ответ, поэтому ожидается, что соотношение токсичность/иммунный ответ будет низким; и поскольку визуализирующие агенты действуют в качестве субстрата транспортера, агенты выигрывают от увеличения сигнала, поскольку молекулярный визуализирующий агент один раз удерживается внутри клетки, в отличие от других молекулярных связующих, в которых сигнал визуализирующего агента ограничивается стехиометрическим связыванием эпитопа клеточной поверхности. Меченые субстраты по изобретению для цистин/глутаматного транспортера также могут быть использованы для введения соединений в мишень для терапевтических целей.

В качестве меченого субстрата цистин/глутаматного транспортера, эти визуализирующие агенты могут быть использованы для любого заболевания или состояния, которое относится к повышенному окислительному стрессу. Например, визуализирующие агенты могут быть использованы для визуализации апоптотических клеток in vivo. Такой неинвазивный мониторинг гибели апоптотических клеток является полезным, например, без ограничения для мониторинга эффективности химиотерапии, повреждения ткани вследствие ишемии/инсульта, травматического поражения и отторжения трансплантата. Визуализация окислительного стресса также является полезной для диагностики и мониторинга воспалительных заболеваний или любого патологического симптома, который включает окислительный стресс или повреждение ткани.

Кроме того, активация цистин/глутаматного транспортера также ассоциирована с резистентностью к химиотерапии в некоторых опухолях. Поэтому неинвазивная визуализация опухолей с высоким базальным поглощением цистина может приводить к идентификации опухолей, которые, вероятно, являются резистентными к определенным способам лечения; что может приводить к изменению режимов лечения в сторону большей эффективности.

Пример способа по изобретению для обнаружения окислительного стресса в клетках обычно включает: введение визуализирующего агента, содержащего меченый цистин, в цистин/глутаматный антипортер клеток; обеспечение восстановления внутриклеточного меченого цистина до меченого цистеина; обнаружение меченого цистеина в клетке. Например, для некоторых применений меченый цистин может быть обнаружен в апоптотических клетках. В некоторых неограничивающих примерах способа меченый цистин, используемый в способе обнаружения окислительного стресса, выбран из одной из структур I, II, III и IV, как определено более конкретно далее.

Другое воплощение визуализирующего агента по изобретению обычно включает небольшой меченый молекулярный субстрат цистин/глутаматного транспортера (хс-), такой как; но не ограничиваясь этим, структуры I, II, III, IV, V и VI, определенные более конкретно далее.

Неограничивающий пример способа визуализации по изобретению обычно включает: применение цистинового соединения, такого как, но не ограничиваясь этим, структуры I, II, III и IV, как определено более конкретно далее, где соединение обнаруживают с использованием флуоресцентной микроскопии, лазерной конфокальной микроскопии, кросс-поляризационной микроскопии, оптической визуализации, ядерной сцинтиграфии, позитронной эмиссионной томографии, однофотонной эмиссионной компьютерной томографии.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятны при прочтении следующего подробного описания со ссылкой на сопровождающие графические материалы, в которых сходные символы представляют сходные части на фигурах, где:

На ФИГ.1 представлена схема воплощения визуализирующего агента по изобретению, транспортируемого в клетку через цистин/глутаматный антипортер.

На ФИГ.2А представлен график прямого рассеяния/бокового рассеяния, показывающий некоторые поздние апоптотические клетки Jurkat (светло-серые) с зернистостью, отличной от неапоптотических клеток Jurkat (темно-серые). На ФИГ. 2Б представлен мультиквадрантный график рассеяния, показывающий отрицательные в отношении Аннексина V и йодида пропидия (PI) клетки в квадранте D3 и представляющем неапоптотические клетки; показывающий положительные в отношении Аннексина V-Cy5 и отрицательные в отношении йодида пропидия (PI) клетки в квадранте D4, представляющем ранние апоптотические клетки; и показывающий положительные в отношении Аннексина V клетки в квадранте D2, представляющем поздние апоптотические и некротические клетки.

На ФИГ.3А-Г показаны результаты проточного цитометрического анализа поглощения DBC клетками Jurkat со стауроспорином (STN) и без него для индукции окислительного стресса/апоптоза и с сульфасалазином (sasz) и без него для ингибирования цистин/глутаматного транспортера. На ФИГ.3А представлен график, показывающий необработанные клетки, демонстрирующие некоторое поглощение или неспецифическое связывание молекулы DBC. На ФИГ.3Б представлен график, показывающий, что стауроспорин-индуцированные клетки имеют три субпопуляции клеток, где низкая интенсивность флуоресценции DBC представляет нормальные клетки, промежуточная интенсивность представляет ранние апоптотические клетки, и высокая интенсивность представляет поздние апоптотические клетки. На ФИГ.3 В представлен график, показывающий, что стауроспорин-индуцированные клетки, которые подвергаются воздействию ингибитора цистин/глутаматного транспортера сульфасалазином (sasz), показывают другой результат; популяция клеток с промежуточным окрашиванием DBC представляет поздние апоптотические клетки, в то время как ранние апоптотические клетки находятся в популяции с низкой интенсивностью DBC. На ФИГ.3Г представлена столбчатая диаграмма, показывающая процентное содержание клеток, меченных больше фонового DBC окрашивания для нормальных, ранних апоптотических и поздних апоптотических клеток (как определено посредством окрашивания Аннексином V и PI).

На ФИГ.4А показано поглощение DBC клетками Jurkat, обработанными STN в течение 18 часов. На ФИГ.4Б показано сравнение тех же клеток, инкубированных с DiBodipy(650)-Cystine (DBC(650)). На ФИГ.5А-В показаны результаты проточного цитометрического анализа поглощения MonoBodipyCystine (MBC) клетками Jurkat со стауроспорином (STN) для индукции окислительного стресса/апоптоза с сульфасалазином (sasz) и без него для ингибирования цистин/глутаматного транспортера. На ФИГ.5А представлен график, показывающий, что стауроспорин-индуцированные клетки имеют две субпопуляции клеток, где отсутствие флуоресценции MBC представляет нормальные, а высокая интенсивность MBC представляет ранние и поздние апоптотические клетки. На ФИГ.5Б представлен график, показывающий, что стауроспорин-индуцированные клетки, которые подвергаются воздействию ингибитора цистин/глутаматного транспортера сульфасалазина (sasz), имеют другой результат; популяция клеток с промежуточным окрашиванием MBC представляет поздние апоптотические клетки, в то время как ранние апоптотические клетки демонстрируют отсутствие интенсивности флуоресценции MBC. На ФИГ.5В представлена столбчатая диаграмма, показывающая процентное содержание клеток, меченных больше фонового фонового MBC окрашивания для нормальных, ранних апоптотических и поздних апоптотических клеток (как определено посредством окрашивания Аннексином V и PI).

На ФИГ.6А представлена столбчатая диаграмма, показывающая процентное содержание нормальных, ранних апоптотических и поздних апоптотических клеток (как определено посредством окрашивания Аннексином V и PI) клеток, меченых пятью различными флуоресцентными агентами: DBC, DBC(650), DiBodipyCystathionine (DBCystathionine), MBC и флуоресцентной молекулы в качестве отрицательного контроля (Bodipy-FL C5). На ФИГ.6Б представлена таблица, показывающая среднекратный сдвиг интенсивности для ранних апоптотических клеток, которые мечены каждым из пяти агентов, показанных на ФИГ.6А.

На ФИГ.7 представлена столбчатая диаграмма, показывающая поглощение моноАО-[¹⁸F]-РВА-Цистина клетками Jurkat и А549 в культуре.

На ФИГ.8А представлен график, показывающий результаты биораспределения у "наивных" мышей Balb-c в %ID/орган. На ФИГ.8Б представлен график, показывающий %ID/грамм тех же данных, что показаны на ФИГ.8А. На ФИГ.8В представлен график, показывающий результаты биораспределения у "голых" мышей с ксенотрансплантатами опухоли А549 в %ID/грамм. ФИГ.8Г показывает соотношения опухоли к крови в каждый момент времени и получена из тех же данных, что показаны на 8В.

На ФИГ.9 представлен график, показывающий стабильность молекулы моноАО-[¹⁸F]-РВА-Цистина во времени.

На ФИГ.10 представлено изображение, показывающее ¹⁸F-АО-FB-Цистин при РЕТ-изображении у "наивной" мыши через 60 минут после инъекции.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из аспектов в настоящем изобретении предложен визуализирующий агент, содержащий меченое цистиновое соединение, имеющее структуру I:

,

где один из R и R' содержит метку, выбранную из флуоресцентной метки или радиоизотопной метки, а другой из R и R' представляет собой водород.

Как использовано в данной заявке, термин "визуализирующий агент" охватывает соединения, которые могут быть обнаружены с использованием методов визуализации либо in vitro, либо in vivo.

Как использовано в данной заявке, термин "флуоресцентная метка" включает в себя, но не ограничивается этим, флуоресцентные визуализирующие агенты и флуорофоры, которые представляют собой химические соединения, которые при возбуждении светом с конкретной длиной волны излучают свет с другой длиной волны. Флуорофоры могут быть описаны в терминах их профиля излучения, или цвета, и представляют собой компонент молекулы, который вызывает флуоресценцию молекулы. Обычно он представляет собой функциональную группу, которая поглощает энергию конкретной длины волны или диапазона длин волн и излучает энергию при других, но также конкретных длинах волн или диапазонах.

Как использовано в данной заявке, термин "радиоизотопная метка" включает в себя, но не ограничивается этим, радиоизотопы, которые используются в соединении для отслеживания или визуализации соединения или механизма химической реакции в химическом или биологическом процессе или биологических веществах, организмах и системах. Такие метки являются полезными, например, в связи с системами визуализации и обнаружения.

Обычно визуализирующие агенты по изобретению содержат меченый цистин и любые аналоги цистина, которые сохраняют свойства, необходимые для того, чтобы быть субстратом цистин/глутаматного транспортера. Как показано на ФИГ.1, визуализирующие агенты служат в качестве субстрата для цистин/глутаматного транспортера. Цистин, меченый по свободному амину, является субстратом для цистин/глутаматного транспортера. После транспорта в клетку R-цистин восстанавливается до R-цистеина и немеченого цистеина. R-цистеин не метаболизируется и не может выводиться через транспортер. Поэтому он удерживается в клетке, которая отвечает на окислительный стресс.

Как использовано в данной заявке, термин "цистин/глутаматный транспортер" включает в себя и используется взаимозаменяемо с терминами цистин/глутаматный антипортер, цистин/глутаматный обменник, цистиновый транспортер, хс(-), Хс(-), система хс(-) и аминокислотная транспортная система Хс(-). Транспортная система содержит димер двух белков и включает в себя, но не ограничивается этим: белок хСТ и белок CD98 (4F2hc, тяжелая цепь поверхностного антигена 4F2, SLC3A2); белок хСТ, который представляет собой субъединицу, специфическую для системы хс(-); белок CD98, который представляет собой субъединицу, общую для ряда транспортеров с различными субстратами; и белок хСТ, который также может димеризоваться с rBAT, другой субъединицей, общей для различных транспортеров.

Визуализирующий агент по изобретению может быть обнаружен по его испускаемому сигналу. Способ обнаружения соединений может включать в себя, но не обязательно ограничивается этим, флуоресцентную микроскопию, лазерную конфокальную микроскопию, кросс-поляризационную микроскопию, оптическую визуализацию, ядерную сцинтиграфию, позитронную эмиссионную томографию и однофотонную эмиссионную компьютерную томографию.

Когда визуализирующий агент по изобретению содержит меченое цистиновое соединение, содержащее флуоресцентную метку, тогда подходящие способы обнаружения включают в себя флуоресцентную микроскопию, лазерную конфокальную микроскопию, кросс-поляризационную микроскопию и оптическую визуализацию. Флуоресцентная метка представляет собой любую группировку, которая может быть обнаружена либо прямо, или опосредованно любым из подходящих способов обнаружения. Предпочтительные флуоресцентные метки включают в себя группы, имеющие расширенную систему делокализованных электронов, например цианины, мероцианины, индоцианины, фталоцианины, нафталоцианины, трифенилметины, порфирины, пирилиевые красители, тиапирилиевые красители, скварилиевые красители, крокониевые красители, азулениевые красители, индоанилины, бензофеноксазиниевые красители, бензотиафенотиазиниевые красители, антрахиноны, нафтохиноны, индатрены, фталоилакридоны, трисфенохиноны, азокрасители, красители и комплексы красителей с внутримолекулярным или межмолекулярным переносом заряда, тропоны, тетразикы, бис(дитиоленовые) комплексы, бис(бензол-дитиолатные) комплексы, йоданилиновые красители, бис(S-O-дитиоленовые) комплексы. Флуоресцентные белки, такие как зеленый флуоресцентный белок (GFP) и модификации GFP, которые обладают различными свойствами поглощения/излучения, также являются полезными. В некоторых случаях используют комплексы некоторых редкоземельных металлов (например, европия, самария, тербия или диспрозия) в виде флуоресцентных нанокристаллов (квантовых точек). Один или более визуализирующих агентов по изобретению содержат меченые цистиновые соединения, которые содержат флуоресцентные метки, где мечение происходит по аминогруппам цистина. Неограничивающие примеры включают в себя: зеленые флуоресцентные цистиновые молекулы, такие как DiBodipy(FL)-Cystine и MonoBodipy(FL)-Cystine; красные флуоресцентные цистиновые молекулы, такие как DiBodipy(650)-Cystine и MonoBodipy(650)-Cystine. Флуоресцентные метки, такие как флуоресцентные красители Bodipy, могут быть особенно подходящими для оптической визуализации in vivo и обнаружения in vitro клеточного окислительного стресса.

Конкретное меченое цистиновое соединение, содержащее флуоресцентную метку, имеет структуру IV:

Это соединение в данной заявке также называют MonoBodipyCystine (МВС).

Связывание флуоресцентной метки с цистином может быть осуществлено методами синтетической химии, хорошо известными специалисту в данной области. Например, меченые визуализирующие агенты, содержащие флуоресцентную метку, подходящую для оптической визуализации, и их получение описано Licha в "Contrast Agents for Optical Imaging" в Optical, Ultrasound, X-Ray and Radiopharmaceutical Imaging, Springer 2002, Krause Ed.

Когда визуализирующий агент по изобретению содержит меченое цистиновое соединение, содержащее радиоизотопную метку, тогда подходящие способы обнаружения включают в себя ядерную сцинтиграфию, позитронную эмиссионную томографию и однофотонную эмиссионную томографию. Предпочтительные радиоизотопные метки для позитронной эмиссионной томографии включают в себя ¹¹С, ¹³N, ¹⁵О, ¹⁷F, ¹⁸F, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br или ¹²⁴I. Наиболее предпочтительными позитрон-испускающими радиоактивными неметаллами являются ¹¹С, ¹³N, ¹⁸F и ¹²⁴I, предпочтительно ¹¹С и ¹⁸F, наиболее предпочтительно ¹⁸F. Предпочтительные радиоизотопные метки для однофотонной эмиссионной томографии представляют собой гамма-испускающий радиоактивный галоген. Предпочтительные гамма-испускающие радиоактивные галогены представляют собой ¹²³I, ¹³¹I и ⁷⁷Br, предпочтительно ¹²³I. Один или более визуализирующих агентов по изобретению содержат простетические группы для обеспечения радиоизотопного мечения, где мечение происходит по аминогруппам цистина. Неограничивающие примеры включают в себя: аминокси(АО) производные цистина, которые мечены ¹⁸F-фторбензальдегидом.

Меченые субстраты по изобретению для цистин/глутаматного транспортера также могут быть использованы для введения меченых соединений, таких как, но не ограничиваясь этим, цистиновый субстрат, меченый ¹³¹I, в мишень для терапевтических целей.

В предпочтительном аспекте визуализирующий агент по изобретению содержит меченое цистиновое соединение, имеющее структуру II:

где:

R¹ содержит радиоизотопную метку,

R² представляет собой водород, когда пунктирная связь представляет собой одинарную связь; и

R² отсутствует, когда пунктирная связь представляет собой двойную связь.

Конкретное меченое цистиновое соединение структуры II имеет более конкретную структуру III:

Это соединение в данной заявке также называется моноAO-[¹⁸F]-FBA-Цистином.

Другие примеры ¹⁸F-меченых цистиновых соединений включают в себя, но не ограничиваются этим: [¹⁸F]фторэтилцистин или [¹⁸F]FE-цистин, имеющий структуру V:

и [¹⁸F]фторпропанамидо-цистин или [¹⁸F]FP-цистин, имеющий структуру VI:

Визуализирующие агенты по изобретению, где меченое цистеиновое соединение содержит радиоизотопную метку, соответствующим образом получают из соединений-предшественников. "Соединение-предшественник" содержит производное меченого цистинового соединения, сконструированное таким образом, чтобы химическая реакция с подходящей химической формой радиоизотопной метки протекала сайт-специфически; могла быть осуществлена за минимальное количество стадий (в идеальном случае за одну стадию); и без необходимости значительной очистки (в идеальном случае без дальнейшей очистки), с получением желаемого меченого цистеинового соединения. Такие предшественники являются синтетическими и могут быть соответственно получены с хорошей химической чистотой. Соединение-предшественник возможно может содержать одну или более защитных групп для некоторых функциональных групп. Защитные группы хорошо известны специалистам в данной области техники и подробно описаны в 'Protective Groups in Organic Synthesis', Theorodora W.Greene and Peter G.M.Wuts (Fouth Edition, John Wiley & Sons, 2007). Соединение-предшественник в идеальном случае предложено в стерильной, апирогенной форме. Соответственно, соединение-предшественник может быть использовано для получения фармацевтической композиции, содержащей визуализирующий агент вместе с биосовместимым носителем, подходящим для введения млекопитающему. Соединение-предшественник также является подходящим для включения в качестве компонента в набор для получения такой фармацевтической композиции. В предпочтительном воплощении соединение-предшественник предложено в растворе и в качестве части набора или кассеты, предназначенной для применения в аппарате для автоматизированного синтеза.

Конкретное соединение-предшественник по изобретению имеет структуру X:

где один из R'' и R''' представляет собой группу-предшественник, а другой из R'' и R''' представляет собой водород, и где указанное соединение-предшественник возможно содержит защитные группы на одной или более гидрокси, карбонильных и аминных функциональных группах. «Группа-предшественник» представляет собой химическую группу, которая реагирует с подходящей химической формой радиоизотопной метки для сайт-специфического включения радиоизотопной метки. Подходящие группы-предшественники будут описаны теперь в контексте конкретных радиоизотопных меток.

Когда радиоизотопная метка визуализирующего агента представляет собой ¹⁸F, тогда радиоактивный атом фтора может образовывать часть фторалкильной или фторалкокси группы, поскольку алкилфториды устойчивы к метаболизму in vivo. Альтернативно, радиоактивный атом фтора может быть присоединен прямой ковалентной связью к ароматическому кольцу. Радиофторирование может быть осуществлено посредством прямого мечения с использованием взаимодействия ¹⁸F-фторида с группой-предшественником, которая содержит хорошую уходящую группу, такую как бромид, мезилат или тозилат. ¹⁸F также может быть введен посредством O-алкилирования гидроксильной группы-предшественника [¹⁸F]-фторалкилбромидом, [¹⁸F]-фторалкилмезилатом или [¹⁸F]-фторалкилтозилатом. Нуклеофильное замещение из арилдиазониевой соли, арилнитросоединения или арил-четвертичноаммониевой соли является подходящим способом получения арил-¹⁸F производных. Подробный обзор способов ¹⁸F-мечения можно найти в «Chemistry of Fluorine-18 Radiopharmaceuticais», написанном Snyder and Kilbourn в Handbook of Radiopharmaceuticais, Ed. M.J.Welch and C.S.Redvanly (2003, John Wiley and Sons).

Для радиойодирования соединение-предшественник предпочтительно содержит группу-предшественник, которая представляет собой: арилйодид или бромид (для осуществления обмена на радиоактивный йод); активированное арильное кольцо в соединении-предшественнике (например, фенольная группа); металлорганическое соединение-предшественник (например, триалкилолово, триалкилсилил или борорганическое соединение); или органическое соединение-предшественник, такое как триазены, или хорошая уходящая группа для нуклеофильного замещения, такая как йодониевая соль. Соединения-предшественники и способы введения радиоактивного йода в органические молекулы описаны Bolton (J. Lab. Comp. Radiopharm, 2002; 45: 485-528). Подходящие борорганические соединения сложные эфиры бороновой кислоты и их получение описаны Kabalka и др. (Nucl. Med. Biol., 2002; 29: 841-843 и 2003; 30: 369-373). Подходящие органотрифторбораты и их получение описаны Kabalka и др. (Nucl. Med. Biol., 2004; 31; 935-938). Предпочтительные соединения-предшественники для радиойодирования содержат металлорганическую группу-предшественник, наиболее предпочтительно триалкилолово.

Примеры арильных групп-предшественников, к которым может быть присоединен радиоактивный йод, представлены ниже:

Оба содержат заместители, которые способствуют легкому замещению радиоактивным йодом на ароматическом кольце. Альтернативные заместители, содержащие радиоактивный йод, могут быть синтезированы посредством прямого йодирования через радиогалогеновый обмен, например

Радиобромирование может быть осуществлено с использованием соединений-предшественников, описанных выше для радиойодированных соединений. Kabalka и Varma представили обзор различных способов синтеза радиогалогенированных соединений, включая радиобромированные соединения (Tetrahedron 1989; 45 (21): 6601-21).

¹¹C-меченый визуализирующий агент по изобретению может быть синтезирован непосредственно путем взаимодействия соединения-предшественника, которое представляет собой деметилированный вариант визуализирующего агента с ¹¹С-метилйодидом. Также можно включить ¹¹С посредством взаимодействия реактива Гриньяра для конкретного углеводорода желаемого визуализирующего агента с [¹¹C]CO₂ с получением ¹¹C-реагента, который взаимодействует с аминной группой-предшественником в соединении-предшественнике, что приводит к интересующему ¹¹C-меченому визуализмрующему агенту. Реактив Гриньяра содержит магнийгалогенидную группу-предшественник в желаемом месте радиоактивного мечения. Поскольку время полураспада ¹¹С составляет всего 20,4 минуты, важно, чтобы ¹¹С-меченое промежуточное соединение имело высокую специфическую активность и, следовательно, чтобы оно было получено посредством реакционного процесса, являющегося настолько быстрым, насколько это возможно. Подробный обзор таких способов ¹¹С-мечения можно найти в Antoni et al. «Aspects on the Synthesis of ¹¹C-Labelled Compounds» в Handbook of Radiopharmaceuticals, Ed. M.J.Welch and C.S.Redvanly (2003, John Wiley and Sons).

Дисульфидная связь структуры I восстанавливается внутри клетки и больше не будет являться субстратом для хс-транспортера, так что агент не сможет покинуть клетку этим путем. Флуоресцентная или радиоизотопная метка (R) будет сопряжена с амином, так что полученный восстановленный внутриклеточный агент не будет метаболизироваться. Поэтому полученный агент проникает и удерживается в клетках с активированным хс-транспортером. Однократно меченое цистеиновое соединение имеет Н в положении R', но дополнительная метка также может быть присоединена ко второму амину в положении R'.

Используя меченый цистин в качестве примера, цистин метят по одному или двум из свободных аминов. При попадании в клетку через транспортер он будет восстанавливаться до меченого цистеина, который больше не является субстратом транспортера и поэтому не может быть выведен из клетки тем же механизмом попадания. Поскольку амин связан с меткой, меченый цистеин не будет являться субстратом для глутатионового синтеза и белкового синтеза, и метка будет удерживаться в клетках.

В широком спектре изученных человеческих тканей и клеток хс-транспортер преимущественно экспрессируется в головном мозге, а также в поджелудочной железе и в культивируемых клеточных линиях. Экспрессия хс-транспортера является очень низкой в большинстве тканей, но может активироваться в условиях окислительного стресса и в том случае, когда клетки выращивают в культуре. хс-транспортер индуцируется в ряде условий, включая апоптотические стимулы, окислительный стресс, воспаление, потерю цистина и химиотерапевтическую резистентность.

Визуализирующий агент по изобретению, как соответственно и предпочтительно определено выше, предпочтительно предложен в виде фармацевтической композиции, содержащей визуализирующий агент вместе с биосовместимым носителем в форме, подходящей для введения млекопитающему. Фармацевтическая композиция образует отдельный аспект изобретения.

«Биосовместимый носитель» представляет собой флюид, предпочтительно жидкость, в которой суспендирован или растворен визуализирующий агент, так что фармацевтическая композиция является физиологически переносимой, т.е. может быть введена в тело млекопетающего без токсичности или нежелательного дискомфорта. Биосовместимый носитель представляет собой соответственно инъецируемую жидкость-носитель, такой как стерильная, апирогенная вода для инъекции; водный раствор, такой как физиологический раствор (который преимущественно может быть сбалансирован так, чтобы конечный продукт для инъекции являлся либо изотоническим, либо негипотоническим); водный раствор одного или более веществ-регуляторов тоничности (например, солей катионов плазмы с биосовместимыми противоионами), сахаров (например, глюкозы или сахарозы), сахарных спиртов (например, сорбита или маннита), гликолей (например, глицерина) или других неионогенных полиольных веществ (например, полиэтиленгликолей, пропиленгликолей и тому подобного). Биосовместимый носитель также может содержать биосовместимые органические растворители, такие как этанол. Такие органические растворители являются полезными для солюбилизации более липофильных соединений или препаратов. Предпочтительно, биосовместимый носитель представляет собой апирогенную воду для инъекции, изотонический солевой раствор или водный раствор этанола. рН биосовместимого носителя для внутривенной инъекции находится соответственно в диапазоне от 4,0 до 10,5.

Данные агенты, которые поглощаются клетками через цистин/глутаматный антипортер (хс-транспортерная система), могут быть использованы для визуализации клеточного окислительного стресса in vivo, включая, без ограничения, визуализацию патологий или состояний, которые включают в себя клеточный окислительный стресс. Визуализирующие применения, для которых могут быть полезны данные агенты, включают в себя, но не ограничиваются этим, контроль химиотерапевтического лечения, контроль ишемии/инсульта, воспаления, травматического повреждения головного мозга и контроль трансплантации органов.

Соответственно, в другом аспекте настоящее изобретение относится к способу визуализации биологического образца, имеющего цистин/глутаматный транспортер, включающему:

введение в указанный биологический образец через цистин/глутаматный транспортер визуализирующего агента по п.1; и

обнаружение указанного визуализирующего агента с использованием флуоресцентной микроскопии, лазерной конфокальной микроскопии, кросс-поляризационной микроскопии, оптической визуализации, ядерной сцинтиграфии, позитронной эмиссионной томографии или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии.

Биологический образец предпочтительно представляет собой клеточную культуру in vitro. В этом случае стадию введения визуализирующего агента по изобретению осуществляют путем добавления визуализирующего агента, суспендированного в подходящем буфере, в клеточную культуру in vitro с последующей инкубацией в течение определенного периода времени, предпочтительно при физиологической температуре. Затем осуществляют стадию обнаружения с использованием методов флуоресцентной микроскопии, лазерной конфокальной микроскопии, кросс-поляризационной микроскопии, хорошо известных специалисту в данной области. См., например, «Principles of Fluorescence Microscopy» Third Edition 2006, Lakowitz, Ed.

Альтернативно предпочтительно, биологический образец представляет собой интактный субъект-млекопитающее. Когда биологический образец представляет собой интактный субъект-млекопитающее, тогда визуализирующий агент предпочтительно вводят в виде фармацевтической композиции по изобретению. Предпочтительно, введение указанному субъекту осуществляют парентерально и наиболее предпочтительно внутривенно. Внутривенный путь представляет собой наиболее эффективный способ доставки визуализирующего агента по всему телу субъекта. Внутривенное введение не представляет собой значительного физического вмешательства или существенного риска для здоровья. Визуализирующий агент по изобретению предпочтительно вводят в виде фармацевтической композиции по изобретению, как определено в данной заявке.

Когда биологический образец представляет собой интактный субъект-млекопитающее, тогда стадию обнаружения в способе визуализации предпочтительно осуществляют с использованием позитронной эмиссионной томографии или однофотонной эмиссионной томографии, где указанный визуализирующий агент предпочтительно содержит цистеиновое соединение структуры II или III, как определено выше. Для позитронной эмиссионной томографии предпочтительно, чтобы указанный визуализирующий агент содержал меченое цистиновое соединение структуры III, как определено выше.

В другом аспекте в настоящем изобретении предложен способ обнаружения окислительного стресса в клетках, включающий:

введение визуализирующего агента по п.1 в цистин/глутаматный антипортер клеток;

обеспечение восстановления внутриклеточного меченого цистеинового соединения до меченого цистеина; и

обнаружение меченого цистеина в клетке.

Предпочтительно, для указанного способа визуализации и для указанного способа обнаружения окислительного стресса, указанное обнаружение осуществляют в апоптотических клетках.

Далее приведены неограничивающие примеры, используемые для иллюстрации различных воплощений визуализирующих агентов и способов их применения.

Пример 1

Человеческие клетки Jurkat культивировали с 1 мкмоль стауроспорина или без него в течение 16 часов в анализе апоптотических клеток in vitro и окрашивали йодидом пропидия (PI) и Суб-АннексинV (Annexin). Обычно обнаруживали, что примерно 30-50% клеток находилось в некоторой стадии апоптоза или некроза. Использовали проточную цитометрию для идентификации популяции клеток, определенных как нормальные (PI- и Аннексин-отрицательные), ранние апоптотические (PI-отрицательные, Аннексин-положительные) и поздние апоптотические и некротические (PI- и Аннексин-положительные). Результаты показаны на ФИГ.2А и 2Б. На ФИГ.2А представлен график прямого рассеяния/бокового рассеяния, показывающий некоторые поздние апоптотические клетки (светло-серые) с зернистостью, отличной от неапоптотических клеток (темно-серые). На ФИГ.2Б АннексинV- и PI-отрицательные клетки показаны в квадранте D3 и представляют неапоптотические клетки. Клетки в квадранте D4 представляют ранние апоптотические клетки, которые являются положительными в отношении АннексинV-окрашивания, но отрицательными в отношении PI-окрашивания.

Клетки в квадранте D2 представляют поздние апоптотические и некротические клетки, которые являются положительными при окрашивании как Аннексином V, так и PI.

Пример 2

Клетки Jurkat инкубировали с (ФИГ.3Б) и без (ФИГ.3А) 1 мкмоль стауроспорина (STN) в течение 16-18 часов, окрашивали Аннексином V-Cy5 и йодидом пропидия и инкубировали с DBC в течение 30 минут. DBC представляет собой коммерчески доступный продукт от Invitrogen (№ в каталоге В20340), который продается для целей обратимого тиольного мечения нуклеотидов, белков и клеток посредством реакции дисульфидного обмена в кислотных условиях. DBC имеет структуру, показанную ниже.

На ФИГ.3А необработанные клетки демонстрируют некоторую флуоресценцию с низкой интенсивностью, соответствующую поглощению или неспецифическому связыванию молекулы DBC. На ФИГ.3Б стауроспорин-индуцированные клетки имеют субпопуляцию клеток с высокой интенсивностью DBC-окрашивания, и это в основном коррелировало с поздними апоптотическими/некротическими клетками (+АннексинV, +PI). Также появилась популяция клеток с промежуточным окрашиванием DBC, что хорошо коррелирует с ранними апоптотическими клетками (+АннексинV, -PI). Чтобы более конкретно отразить роль хс-транспортера в этом анализе мечения апоптотических клеток, клетки Jurkat также инкубировали с сульфасалазином, мощным специфическим ингибитором хс-транспортера. Клетки обрабатывали как на ФИГ. 2Б, за исключением того, что специфический ингибитор цистин/глутаматного транспортера (сульфасалазин, sasz) добавляли одновременно с DBC (ФИГ.3В). На ФИГ.3В была обнаружена популяция клеток с промежуточным окрашиванием DBC, что хорошо коррелировало только с поздними апоптотическими клетками (+АннексинV, +PI). На ФИГ.3Г клетки классифицировали как нормальные, ранние апоптотические или поздние апоптотические, как в Примере 1, и процентное содержание клеток с увеличенным DBC-окрашиванием регистрировали для каждой категории. Ранние и поздние апоптотические клетки метили с помощью DBC, но только в ранних апоптотических клетках это ингибировалось sasz. Как таковой DBC метит ранние апоптотические клетки через активность цистин-глутаматного транспортера и действует в качестве субстрата транспортера даже в том случае, когда он связан с двумя флуорофорами через амины цистина. Эти данные демонстрируют, что поглощение, наблюдаемое в ранних апоптотических клетках с DBC, зависит от хс-транспортера, а не от какого-либо другого механизма.

Пример 3

Поглощение DBC апоптотическими клетками Jurkat показывает не только то, что хс-транспортер активируется в клетках, подвергающихся окислительному стрессу (и в этом случае апоптозу), но также то, что хс-транспортер является достаточно неразборчивым (promiscuous), чтобы пропускать этот субстрат (цистин) с присоединенными к амину зелеными флуорофорами (bodipyFL) внутрь клетки. Меченое цистиновое соединение синтезировали с красным флуорофором (bodipy650) для дальнейшего определения неразборчивости транспортера. При параллельном сравнении с bodipyFL-меченым цистином, DBC-650, по-видимому, не метил апоптотические клетки больше, чем нормальные клетки, как показано на ФИГ.4А и 4Б, что указывает на тот факт, что некоторые метки не являются подходящими для поддержания статуса субстрата хс-транспортера. В этом примере флуорофор bodipy-650 и ассоциированный линкер являются более крупными, чем те же составляющие DBC (ФИГ.4А), и поэтому размер представляет одно ограничение, по которому группы присоединяются к аминам, сохраняя способность проникать через транспортер.

Пример 4

Из предыдущего примера ясно, что важно поддерживать размер метки небольшим. Меньшие меченые цистиновые соединения служат в качестве более подходящих субстратов, чем более крупные меченые цистиновые соединения, такие как DBC-650 и DBC. Поэтому синтезировали меньшее флуоресцентное цистиновое соединение с флуоресцентной меткой Bodipy только на одном из аминов, MonoBodipyCystine (MBC). Эту молекулу получали с использованием коммерчески доступного цистина и BODIPY-FL сукцинимидилового сложного эфира (Invitrogen, D2184), очищали посредством HPLC (высокоэффективная жидкостная хроматография) с обращенными фазами и анализировали посредством масс-спектрометрии для подтверждения правильности продукта. MBC имеет структуру, представленную ниже.

Клетки Jurkat инкубировали с 1 мкмоль STN в течение 16-18 часов, окрашивали Аннексином V-Cy5 и йодидом пропидия и инкубировали с МВС в течение 30 минут без (ФИГ.5А) и с (ФИГ.5Б) добавлением цистин/глутаматного ингибитора (sasz). На ФИГ.5А МВС-мечение визуализируют в виде субпопуляции клеток со сдвигом флуоресценции высокой интенсивности, который хорошо соответствует как ранним, так и поздним апоптотическим клеткам (ФИГ.5В). Никакой промежуточной популяции не обнаружили, что означает, что МВС метил ранние апоптотические клетки с большей интенсивностью, чем DBC. На ФИГ.5Б добавление сульфасалазина дает в результате меньше меченых клеток и с меньшим сдвигом в интенсивности флуоресценции. Эта популяция коррелировала хорошо с поздними апоптотическими клетками и не имела хорошей корреляции с ранними апоптотическими клетками (ФИГ.5В). В этом примере МВС меньше, чем DBC (с только одной меткой) и более точно напоминает природный субстрат транспортера цистин; что дает в результате агент с улучшенной эффективностью для мечения ранних апоптотических клеток. При использовании МВС наблюдается меньшее фоновое поглощение в нормальных клетках, без ухудшения величины увеличения интенсивности флуоресценции для апоптотических клеток, даже несмотря на то, что присутствует на один флуорофор меньше в расчете на цистиновое соединение.

Пример 5

Агенты, которые содержат способную к восстановлению дисульфидную связь, должны восстанавливаться внутри внутриклеточного компартмента и, таким образом, не будут субстратом для выведения с помощью цистин/глутаматного транспортера и будут приводить к удерживанию метки внутри клеток. Для демонстрации этого действия был изготовлен агент DiBodipy Cystathionine (DBCystathionine) со следующей структурой:

Также в качестве отрицательного контроля использовали Bodipy-FL C5, который имеется в продаже от Invitrogen и который имеет следующую структуру:

На ФИГ.6А показано сравнение окрашивания Bodipy нормальных, ранних апоптотических и поздних апоптотических клеток Jurkat с DBC, DBC(650), DBCystathionine, MBC и отрицательным контролем (Bodipy-FL C5). DBC, DBCystathionine и MBC окрашивают ранние апоптотические клетки, DBC(650) окрашивает только поздние апоптотические клетки, и отрицательный контроль не демонстрирует какого-либо сдвига во флуоресценции для апоптотических клеток. Из этих данных DBC, DBCystathionine и MBC все являются эквивалентными метками для апоптотических клеток. Однако на ФИГ.6Б кратный сдвиг в интенсивности флуоресценции ранних апоптотических клеток сравнивают с нормальными клетками для каждого агента. Ясно, что MBC обеспечивает более интенсивное окрашивание, чем другие используемые флуоресцентные агенты.

Пример 6

Как очевидно из предыдущих примеров, предпочтительно иметь одну небольшую метку. Меньшие меченые цистиновые соединения служат в качестве более подходящих субстратов, чем более крупные меченые цистиновые соединения, такие как DBC-650. Поэтому меченые цистиновые соединения синтезировали с одним амином, конъюгированным с [¹⁸F]аминокси-фторбензальдегидом (моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистин), и они могут быть использованы для целей PET визуализации. Сначала синтезировали аминокси-цистиновый предшественник (моноАО-цистин) со следующей структурой:

Обычно моноАО-цистин затем связывали с [¹⁸F]фторбензальдегидом с получением моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистина со следующей структурой:

Более конкретный неограничивающий пример способа синтеза моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистина предстален ниже.

Все реакции осуществляли либо в атмосфере азота, либо в продуваемой азотом герметично закрытой ампуле с обжимным колпачком. Приобретали Kryptofix 222 (Aldrich) и K₂CO₃ (EMD Science) и использовали в том виде, как получено. Ацетонитрил чистоты Optima™ использовали в качестве растворителя как для HPLC, так и для реакции.

[¹⁸F]KF (40 мКи·мл^-1 (1480 МБк·мл^-1) в очищенной воде) получали либо от IBA Molecular (Albany, NY), либо от PETNET Solutions (Albany, NY) и использовали в том виде, как получено. [¹⁸F]фторид сначала иммобилизовали на анионообменном картридже Chromafix 30-PS-HCO₃ (ABX, Radeberg, Germany), затем элюировали в выпаривательный сосуд с 1 мл смеси 4:1 ацетонитрил:дистиллированная деионизированная вода (ddH₂O), содержащей Kryptofix K222 (376 г·моль^-1, 8 мг, 2,13·10^-5 моль) и карбонат калия (138,2 г·моль^-1, 2,1 мг, 1,52·10^-5 моль). Растворитель удаляли под частичным вакуумом и током азота при осторожном нагревании (примерно 45°С) (примерно 15 мин). Затем исходный сосуд и анионообменный картридж промывали 0,5 мл ацетонитрила, содержащего K222 (8 мг), и реакционную смесь снова высушивали под частичным вакуумом и при осторожном нагревании (примерно 10 мин). Реакционный сосуд снова продували азотом и азеотропную сушку повторяли дважды с дополнительными 0,5 мл ацетонитрила. 4-Формил-N,N,N-триметиланилиния трифлат (313,30 г·моль^-1, 3,1 мг, 9,89·10^-6 моль) растворяли в 0,35 мл безводного ДМСО (Acros) и добавляли непосредственно в реакционный сосуд, содержащий [¹⁸F]KF.K222, К₂СО₃. Реакционную смесь нагревали до 90°С в течение 15 мин и немедленно охлаждали и гасили 3 мл дистиллированной деионизированной H₂O (ddH₂O). Затем эту смесь пропускали через катионообменный картридж (Waters SepPak Light Accell Plus CM), разбавляли до 10 мл с помощью ddH₂O и загружали в С18 SepPak с обращенными фазами (Waters SepPak Plus С18). SepPak промывали 10 мл ddH₂O, затем продували 30 мл воздуха. [¹⁸F]-Фторбензальдегид ([¹⁸F]FBA) элюировали в 1,0 мл метанола.

Отдельно, в сосуд с высокой степенью извлечения (high recovery) (2 мл, National Scientific) загружали моно-аминоксицистин (386,27 г·моль^-1, 2,7 мг, 6,99·10^-6 моль). Твердое вещество суспендировали в 250 мкл ddH₂O и 8 мкл трифторуксусной кислоти. 500 мкл [¹⁸F]FBA в метаноле (см. выше) переносили в реакционный сосуд. Сосуд закрывали пробкой, обжимали, помещали в нагревательный блок (активность в начале реакции 4,66 мКи/172 МБк) и поддерживали при 60°С в течение 15 минут; по прошествии этого времени отбирали небольшую аликвоту (менее 5 мкл) для анализа посредством аналитической HPLC. 250 мкл ddH₂O с 0,1% TFA использовали для разбавления раствора до прибл. 1000 мкл, получая конечную композицию 1:1 ddH₂O:MeOH в препарате для очистки посредством полупрепаративной HPLC. [¹⁸F]FB-Цистин выделяли и очищали посредством полупрепаративной HPLC. Фракцию HPLC, содержащую продукт (0,409 мКи/15,1МБк), разбавляли до 5:1 с помощью ddH₂O и затем иммобилизовали на tC18 Plus Sep Pak (Waters). SepPak сначала промывали 5 мл ddH₂O, затем продували 30 мл воздуха. [¹⁸F]FB-Cys (0,17 мКи, 6,3 МБк) выделяли в минимальном количестве ДМСО, сначала элюируя свободный объем (прибл. 0,5 мл) с последующим сбором от 250 до 300 мкл элюента в отдельный флакон. RP-HPLC анализ осуществляли на выделенном продукте с целью установления радиохимической и химической чистоты. Обычно 10 мкл 0,1 мКи/мкл раствора инъецировали для анализа после приготовления препарата. Выделенный радиохимический выход составлял 3,6% (6,6% распада откорректировано путем добавления [¹⁸F]FBA), и радиохимическая чистота составляла 96,8%.

Условия аналитической HPLC: Анализ осуществляли на HP Agilent 1100 с насосом G1311A QuatPump, автоматическим инжектором G1313A со шприцом на 100 мкл и 2,0 мл связывающим капилляром (seat capillary), колонке Phenomenex Gemini C18 (4,6 мм 150 мм), 5 мкм, 100Å (S/N 420477-10), с нагревателем колонки G1316A, диодно-матричным детектором G1315A и гамма-детектором Ramon Star GABI. 95:5 ddH₂O:CH₃CN с 0,05% TFA, Растворитель Б: CH₃CN с 0,05% TFA. Градиент элюирования: 0 мин 0% Б, 1 мин 15% Б, 10 мин 31% Б, 10,5 мин 100% Б, 13,5 мин 100% Б, 14 мин 0% Б, 17 мин 0% Б. (TR примерно 7,1 мин).

Условия HPLC: Очистку осуществляли на Jasco LC с 4-поточным дегазатором DG-2080-54, динамическим смесителем МХ-2080-32 и двумя насосами PU-2086 Plus Prep, автоматическим инжектором AS-2055 Plus Intelligent с установленным набором для большого объема инжекции, Phenomenex 5 мкм Luna C18 (2) 100 Å, 250×10 мм, 5 мкм колонкой с предколонкой (S/N 295860-1, P/N 00G-4252-NO), фотодиодной матрицей MD-2055 и аналоговым интенсиметром Carroll & Ramsey Associates Model 105S, присоединенным к твердотельному фотодиодному гамма-детектору SiPIN. Градиент элюирования: 0 мин 0% Б, 3 мин 20% Б, 42 мин 70% Б, 42,5 мин 100% Б, 46 мин 100% Б, 50 мин 0% Б, Растворитель A; ddH₂O:CH₃CN с 0,05% TFA, Растворитель Б: CH₃CN с 0,05% TFA (TR примерно 14,7 мин).

МоноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистин использовали в анализе клеточного поглощения in vitro, где моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистин инкубировали с культивируемыми клетами в течение 30 минут и дважды промывали солевым раствором, после чего клетки лизировали с помощью 1 н. NaOH и собирали для анализа в гамма-счетчике. На ФИГ.7 показано поглощение моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистина в двух различных клеточных линиях, что указывает на различную базовую экспрессию и активность цистин/глутаматного транспортера в клеточных линиях Jurkat и А549.

Фармакокинетический профиль данной молекулы, которую готовят в виде препарата в 7%-ном этаноле в физиологическом растворе, определяли у нормальных мышей, и он показан на ФИГ.8А и 8Б. «Наивным» мышам Balb/c инъецировали примерно 15 мКи с ¹⁸F-цистином и временные точки брали в 5, 30, 120 мин после инъекции. На ФИГ.8А показаны результаты биораспределения у «наивных» мышей Balb-c, % инъецированной дозы (% ID). Клиренс из организма в основном происходит вследствие почечной экскреции, как показано с помощью профиля почки, мочевого пузыря и мочи. На ФИГ.8Б показан %ID/грамм тех же данных, что показаны на ФИГ.8А. У двух мышей апоптоз индуцировали посредством инъекции анти-Fas антитела за два часа до инъекции радиометки. Исследовали двух животных, которые получали инъекции анти-Fas антитела за 2 часа до инъекции моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистина для индукции апоптоза в печени. Хотя число исследованных животных, таким образом, является низким, оба показали, что поглощение печенью выше, чем у контрольных животных.

На ФИГ.8В показаны сходные результаты биораспределения в %ID/грамм из исследования, проведенного на «голых» мышах с ксенотрансплантатами опухоли А549. Во временные точки 120 минут и 240 минут радиометка выводилась достоточно для того, чтобы детектировать больше %ID/грамм в опухоли, чем в крови или других тканях (кроме почки и мочевого пузыря). Соотношения опухоли к крови показаны для каждой временной точки на ФИГ.8Г. Эти результаты предполагают, что радиоактивно меченые цистиновые соединения могут быть использованы для обнаружения активности цистин/глутаматного транспортера in vivo.

На ФИГ.9 показана стабильность молекулы моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистина во времени в солевом растворе. Как показано, не происходило какого-либо изменения профиля гамма-метки на протяжении 4-часового периода времени.

На ФИГ.10 показан моноАО-[¹⁸F]-FBA-Цистин в PET изображении у «наивной» мыши через 60 минут после инъекции, демонстрируя клиренс преимущественно через почки и мочевой пузырь.

В качестве другого неограничивающего примера, цистин может быть мечен с помощью ¹²³I-йодбензальдегида, который подобно фторбензальдегиду может быть получен путем добавления первоначально [¹²³I]-йодбензальдегида ([¹²³I]IBA) в сосуд с высокой степенью извлечения (2 мл, National Scientific), содержащий AO-Cys, 2,5 мг). Реакцию начинают путем растворения полипептида в 0,5 мл ddH₂O и добавления 8 мкл трифторуксусной кислоты с последующим добавлением [¹²³I]IBA в 0,5 мл метанола. Сосуд закрывают пробкой, обжимают, помещают в нагревательный блок и поддерживают при 60°С в течение 15 минут; отбор небольшой аликвоты (менее 5 мкл) для анализа посредством аналитической HPLC осуществляют для оценки статуса реакции. [¹²³I]IB-Цистин выделяют и очищают посредством полупрепаративной HPLC. Фракцию HPLC, содержащую продукт, дополнительно разбавляют (5:1) с помощью ddH₂O и затем продукт иммбилизуют на tC18 Plus Sep Pak (Waters). Промывка SepPak сначала 5 мл ddH₂O, затем продувка 30 мл воздуха дает [¹²³I]IB-Цистин в минимальном количестве этанола путем первоначального элюирования свободного объема (прибл. 0,5 мл) с последующим сбором от 250 до 300 мкл элюента в отдельный флакон. Затем осуществляют анализ RP-HPLC выделенного продукта с целью определения радиохимической и химической чистоты.

Хотя в данных примерах были проиллюстрированы и описаны только некоторые признаки изобретения, специалисты в данной области способны осуществить много модификаций и изменений. Поэтому следует понимать, что прилагаемая формула изобретения должна охватывать все такие модификации и изменения, поскольку они подпадают под объем изобретения.

Изобретение относится к визуализирующему агенту для визуализации клеточного окислительного стресса in vivo и к соединению-предшественнику для синтеза визуализирующего агента. Агент содержит меченое цистиновое соединение, имеющее структуру I:

где один из R и R′ содержит метку, выбранную из флуоресцентной метки, представляющей собой Bodipy, или радиоизотопной метки, выбранной из ¹¹С, ¹³N, ¹⁵O, ¹⁷F, ¹⁸F, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ¹²⁴I, ¹²³I, ¹³¹I и ⁷⁷Br, а другой из R и R′ представляет собой водород. Также изобретение относится к способу визуализации биологического образца, имеющего цистин/глутаматный транспортер, причем способ включает введение указанного выше визуализирующего агента в указанный биологический образец через цистин/глутаматный транспортер. Изобретение также предусматривает способ обнаружения окислительного стресса in vivo в апоптотических клетках посредством введения визуализирующего агента в цистин/глутаматный антипортер клеток. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 ил., 6 пр.

1. Визуализирующий агент для визуализации клеточного окислительного стресса in vivo, содержащий меченое цистиновое соединение, имеющее структуру I:

где один из R и R′ содержит метку, выбранную из флуоресцентной метки, представляющей собой Bodipy, или радиоизотопной метки, выбранной из ¹¹С, ¹³N, ¹⁵O, ¹⁷F, ¹⁸F, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ¹²⁴I, ¹²³I, ¹³¹I и ⁷⁷Br, а другой из R и R′ представляет собой водород.

2. Визуализирующий агент по п.1, где меченое цистиновое соединение имеет структуру II:

где:
пунктирная связь означает либо одинарную связь, либо двойную связь;
R¹ содержит радиоизотопную метку;
R² представляет собой водород, когда пунктирная связь представляет собой одинарную связь; и
R² отсутствует, когда пунктирная связь представляет собой двойную связь.

3. Визуализирующий агент по п.1, где указанная радиоизотопная метка представляет собой ¹⁸F, и где указанное меченое цистиновое соединение выбрано из соединений со структурами III, V или VI:
;
; и
.

4. Визуализирующий агент по п.1, где меченое цистиновое соединение содержит Bodipy и имеет структуру IV:

5. Способ визуализации биологического образца, имеющего цистин/глутаматный транспортер, включающий:
введение в указанный биологический образец через цистин/глутаматный транспортер визуализирующего агента по п.1, и
обнаружение указанного визуализирующего агента с использованием флуоресцентной микроскопии, лазерной конфокальной микроскопии, кросс-поляризационной микроскопии, оптической визуализации, ядерной сцинтиграфии, позитронной эмиссионной томографии или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии.

6. Способ по п.5, где указанный биологический образец представляет собой клеточную культуру in vitro.

7. Способ по п.6, где указанную стадию обнаружения осуществляют с использованием флуоресцентной микроскопии, лазерной конфокальной микроскопии или кросс-поляризационной микроскопии.

8. Способ по п.5, где указанный биологический образец представляет собой интактный субъект-млекопитающее.

9. Способ по п.8, где указанный визуализирующий агент является таким, как определено в п.2, и где указанную стадию обнаружения осуществляют с использованием позитронной эмиссионной томографии или однофотонной эмиссионной томографии.

10. Способ по п.9, где указанный визуализирующий агент содержит меченое цистиновое соединение, как определено в п.3, и где указанную стадию обнаружения осуществляют с использованием позитронной эмиссионной томографии.

11. Способ обнаружения окислительного стресса in vivo в апоптотических клетках, включающий:
введение визуализирующего агента по любому из пп.1-4 в цистин/глутаматный антипортер клеток;
обеспечение восстановления внутриклеточного меченого цистеинового соединения до меченого цистеина; и
обнаружение меченого цистеина в клетках;
где концентрация меченого цистеина в клетках напрямую связана со степенью окислительного стресса в клетках.

12. Способ по п.11, где указанные клетки представляют собой апоптотические клетки.

13. Фармацевтическая композиция, содержащая визуализирующий агент по любому из пп.1-4 вместе с биосовместимым носителем в форме, подходящей для введения млекопитающему.

14. Соединение-предшественник для синтеза визуализирующего агента по п.1, где один из R и R′ содержит радиоизотопную метку, выбранную из ¹⁷F, ¹⁸F, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ¹²⁴I, ¹²³I, ¹³¹I и ⁷⁷Br, а другой из R и R′ представляет собой водород, где указанное соединение-предшественник имеет структуру X:
,
где:
один из R′′ и R′′′ представляет собой группу-предшественник, а другой из R′′ и R′′′ представляет собой водород, где указанная группа-предшественник представляет собой химическую группу, которая реагирует с подходящей химической формой радиоизотопной метки с региоспецифическим включением радиоизотопной метки; и
указанное соединение-предшественник возможно содержит защитные группы на одной или более гидрокси, карбонильных и аминных функциональных группах.