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癌細胞の造影用mri造影剤組成物
[특허 요약] 本発明は超克微細ナノ粒子を含有する癌細胞の造影用MRI造影剤組成物に関するものである。より詳細には、本発明は特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドA、及び特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含む、自己組み立てリガンドの組成物、そして前記のリガンドの組成物とMRI造影用ナノ粒子を含む癌細胞の造影用MRI造影剤組成物、そしてこれらの製造方法に関する。 疾病の治療または疾病の部位の診断効果を発揮する有効薬物の成分を人体に投与することにおいて重要に考慮しなければならない問題は、投与された有効成分がある程度で疾病の部位に伝わっているかどうかの問題、つまり伝達の効率の問題である。有効成分が望んでいない正常な組織に到達して作用し薬物副作用を発生させる結果を引き起こすことができ、また、薬物が必要な疾病の部位に伝達した薬物の量が減って治療効果を上げられない問題が発生する。 一部の疾病について治療効果を持つ薬物の中には、正常な組織や細胞に強い毒性を示し、疾病の治療効果より薬物の副作用や細胞毒性が大きすぎて問題になる場合が多い。抗がん治療剤が正常な組織細胞にも作用して癌組職の除去や治療効果より正常な組織細胞に悪い影響を与える。 癌と通称される疾病は、主に統制できない細胞の成長(neoplasia)により発生する現象である100種類以上の疾患である。非正常的な細胞の成長が細胞の腫瘍(tumor)を成してこうした細胞の腫瘍が周りの組織に浸透し、次いで、身体の他の部位に転移(metastasis)する現象を含む。 特に、癌組織細胞の特性が異なる様々な種類の複製腫瘍細胞を生成する現象である異質性によって、ナノ薬物剤型で頻繁に主に活用して、癌細胞組織の受容体とナノ製剤リガンドの間の親和性を利用した癌細胞追跡投与方式が難しくなることで、ナノ製剤の抗癌剤を使用して癌を治療することが難しい。 また、このような癌組織の異質性細胞外部気質は薬物の浸透を妨害して、薬物への露出を減少させ、徐々に薬物抵抗性を誘発する。このような特徴を示す癌組職は、細胞の異質性の特性のため、抗体標識子による標的治療に限界がある。 患者たちの腫瘍は一般的に異種(heterogeneous)細胞群を含めて、腫瘍の異質性は、最も一般的にガンのナノ技術に使用される受容体−リガンド標的化戦略の効果に大きく影響を及ぼす。また、異種腫瘍の細胞外基質は、薬物の露出を減少させて、次第に薬物耐性を誘発し、薬物の浸透を遅延させる。腫瘍微細環境は穴の開いた血管系、リンパ液の排出不良、細胞及び関連された気質の高い密度による腫瘍内の間質液の圧力増加を見せている。 したがって、ナノ粒子ベース薬剤の浸透は、腫瘍細胞の間の空間で治療用ナノ粒子がほとんど拡散しないながら、腫瘍周辺領域に制限される。薬物耐性の生理学的、物理的メカニズムは全体として大部分のガン治療が失敗する主な原因である。小さな大きさと多様な機能性のナノ粒子が、次世代抗癌剤として浮上しているが、前述した腫瘍の壁を克服するため、腫瘍−関連刺激にのみ特異的に反応できるスマートナノ粒子の開発が大きな課題として残っている。 自己組織は、制御可能な方式で、独特なプラズモニ(ック)、光ルミネセンス及び磁気的性質を持つナノ粒子アンサンブル(ensemble)を簡単、再生可能で、安価に生産する方法を提供する。いろいろな刺激反応性(stimulus−responsive)組み立て(assembled)ナノ構造体が生物学または化学センサーとして試験管内で徹底的に研究された(Rosi,N.L.;Mirkin,C.A.Chem.Rev. 2005,105,1547;Cao,Y.C.;Jin,R.;Mirkin,C.A.Science 2002,297,1536;Zagorovsky,K.;Chan,W.C.W.Angew.Chem.,Int. Ed.2013,52,3168;Taton,T.A.;Mirkin,C.A.;Letsinger,R.L. Science 2000,289,1757;Pan,Y.;Du,X.;Zhao,F.;Xu,B. Chem.Soc.Rev. 2012, 41,2912)。 しかし、現在まで、主にこれらの本質的な生理学的難関のために、このようなタイプの「スマート」アンサンブルは生体内でほとんど研究されたことはない。腫瘍が持っている一つの共通点は酸性度である;微細環境は普通約6.8以下のpHを持ち、エンドソーム/リソソーム(endo/lysosome)は5.0ないし5.5よりももっともっと低いpHを経験する。 磁気共鳴映像(magnetic resonance imaging、MRI)は現在生きている人や動物の身体機関を非侵襲的であり、リアルタイムで映像化できる現在まで最も優れた映像診断装備の一つである。MRI造影剤はMRI映像でそれぞれの組織と血管をさらに明確に現れるようにしてみたが、正確な診断が可能である。 MRI造影剤は希望する部分が明るく見えるT1の造影剤と暗く見えるT2の造影剤に区分される。T1造影剤で常磁性のガドリニウム錯体が広く使用されているものの、一般ガドリニウム錯体の小さな分子量によって血管や生体内に滞在時間が短く、血管疾患などで正確な診断が難しい場合があり、腎臓の機能が低下した人には全身性線維症を誘発しかねない危険性が報告された。 本発明は、癌組織の造影用MRI造影剤組成物の大きさが、前記で説明した癌組織表面に現れる100ナノメ−トルサイズの穴より小さく、癌組織に到達すれば、薬剤の組成物の表面の荷電状態が陰で陽に変わったこととして薬剤の組成物の癌組織への接近や侵入を容易にしながら、癌組織の酸性条件で分離されるリンカ部位を包含してあって選択的にそして効果的に癌組織に浸透させて、生物学的物質代謝的にさらに生体に適合した酸化鉄ナノ粒子ベースのガン組織の造影用MRI造影剤組成物を提供することを目標とする。 本発明の基本的な目的は特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドA、及び特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含む、リガンドの組成物を提供するものである。 本発明のもう一つの目的は特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドA、特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドB、及び前記リガンドAのイミダゾール基に捕獲されたMRI造影用ナノ粒子を含む、癌細胞の造影用MRI造影剤組成物を提供するものである。 本発明のもう一つの目的は(i)特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドAと特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含有する混合溶液を有機溶媒に添加してリガンドの組成物を製造する段階;及び(ii)リガンドの組成物を分離する段階を含む、リガンドの組成物製造方法を提供するものである。 本発明のもう一つの目的は(i)特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドAと特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含有する混合溶液を有機溶媒に添加してリガンドの組成物を製造する段階;及び(ii)前記リガンドの組成物とMRI造影用ナノ粒子を混合して前記MRI造影用ナノ粒子が前記のリガンドBのイミダゾール基に捕獲されるようにする段階を含む、癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法を提供するものである。 前記した本発明の基本的な目的は特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドA、及び特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含む、リガンドの組成物を提供することによって達成することができる。 前記リガンドAはPEG、イミダゾール基、カテコール及びクロリンe6(Ce6)を含有することができる。前記PEGはその親水性により本発明のリガンド組成物の形状を維持して、前記イミダゾール基は本発明のリガンド組成物がpHの変化によって形状が変わるようにして、前記カテコールは極微細酸化鉄ナノ粒子(ESION)と結合して、前記Ce6は適切な光線が照射される時、癌細胞を破壊する反応性酸素分子種(ROS)を放出する。 また、前記リガンドBはPEG、イミダゾール基、フェニル基、及びCe6を含有することができる。前記PEGはその親水性により本発明のリガンド組成物の形状を維持し、前記イミダゾール基は本発明のリガンド組成物がpHの変化によって形状が変わるようにし、前記フェニル基はその親油性により本発明のリガンド組成物の形状を維持させて、前記Ce6は適切な光線が照射される時、癌細胞を破壊する反応性酸素分子種(ROS)を放出する。 本発明のリガンド組成物において、前記リガンドAは次の[化1]の化合物とすることができる。 [化1]でn及びmはそれぞれ独立的に5〜500である。また、前記の[化1]のイミダゾール基はトリアゾール基(triazole)またはピペラジン基(piperazine)に置換されてもよい。 また、本発明のリガンド組成物において、前記リガンドBは、次の[化2]の化合物とすることができる。 前記[化2]でn及びmはそれぞれ独立的に5〜500である。また、前記[化2]のイミダゾール基はトリアゾール基(triazole)またはピペラジン基(piperazine)に置換されてもよい。さらに、[化2]のフェニル基はビフェニル基(biphenyl)、ナフチル基(naphthyl)またはインドール基(indole)に置換されてもよい。 本発明のリガンド組成物において、前記リガンドAが分離されるpHまたはリガンドBの表面電荷が変化するpHは4ないし7.2とすることができる。 本発明のもう一つの目的は特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドA、特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドB、及び前記リガンドAのイミダゾール基に捕獲されたMRI造影用ナノ粒子を含む、癌細胞の造影用MRI造影剤組成物を提供することによって達成することができる。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物において、前記リガンドAは、前記の[化1]の化合物であり、前記リガンドBは、前記の[化2]の化合物であってもよい。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物において、前記MRI造影用ナノ粒子が酸化鉄ナノ粒子であってもよい。また、前記の酸化鉄ナノ粒子の大きさは1nmないし100nmであってもよい。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物において、前記リガンドAが分離されるpHまたはリガンドBの表面電荷が変化するpHは4ないし7.2とすることができる。 本発明のもう一つの目的は(i)特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドAと特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含有する混合溶液を有機溶媒に添加してリガンドの組成物を製造する段階;及び(ii)リガンドの組成物を分離する段階を含む、リガンドの組成物製造方法を提供することによって達成することができる。 本発明のリガンド組成物製造方法において、前記リガンドAは、[化1]の化合物であり、前記リガンドBは、[化2]の化合物であってもよい。 本発明のリガンド組成物製造方法において、前記リガンドAが分離されるpHまたはリガンドBの表面電荷が変化するpHは4ないし7.2であってもよい。 本発明のリガンド組成物製造方法において、前記混合溶液の溶媒としてDMSO(dimethyl sulfoxide)、DMF(dimethylformamide)またはTHF(tetrahydrofuran)を用いることができる。また、前記有機溶媒はクロロホルム(chloroform)、ジクロロメタン(dichloromethane)または1,2−ジクロロエタン(1,2−dichloroethane)を用いることができる。 本発明のリガンド組成物製造方法において、前記リガンドAが、(i)DMFとCH2Cl2の混合物内でβ−ベンジル−L−アスパルテートN−カルボキシ無水物(BLA−NCA)を重合してポリ(エチレングリコール)−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)(PEG−PBLA)を製造する段階:(ii)前記(i)段階で製造されたPEG−PBLAにクロリンe6(Ce6)を結合させ、プラットフォームのリガンドを製造する段階;及び(iii)前記プラットフォームリガンドを1−(3−アミノプロピル)イミダゾール及びドーパミンを使用してアミノ分解させてリガンドAを製造する段階を含める方法によって製造されることができる。 また、本発明のリガンド組成物製造方法において、前記リガンドBが(i)DMFとCH2Cl2の混合物内でβ−ベンジル−L−アスパルテートN−カルボキシ無水物(BLA−NCA)を重合してポリ(エチレングリコール)−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)(PEG−PBLA)を製造する段階:(ii)前記(i)段階で製造されたPEG−PBLAにクロリンe6(Ce6)を結合させ、プラットフォームのリガンドを製造する段階;及び(iii)前記プラットフォームリガンドを1−(3−アミノプロピル)イミダゾール及び3−フェニル−1−プロピルアミンを使用してアミノ分解させてリガンドBを製造する段階を含める方法によって製造されることができる。 本発明のもう一つの目的は(i)特定の範囲の水素イオン濃度(pH)条件から分離されるリガンドAと特定の範囲の水素イオン濃度条件で表面電荷が変わるリガンドBを含有する混合溶液を有機溶媒に添加してリガンドの組成物を製造する段階;及び(ii)前記リガンドの組成物とMRI造影用ナノ粒子を混合して前記MRI造影用ナノ粒子が前記のリガンドBのイミダゾール基に捕獲されるようにする段階を含む、癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法を提供することによって達成することができる。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法において、前記リガンドAは、前記の[化1]の化合物であり、前記リガンドBは、前記の[化2]の化合物であってもよい。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法において、前記リガンドAが分離されるpHまたはリガンドBの表面電荷が変化するpHは4ないし7.2とすることができる。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法において、前記混合溶液の溶媒としてDMSO(dimethyl sulfoxide)、DMF(dimethylformamide)またはTHF(tetrahydrofuran)を用いることができる。また、前記有機溶媒はクロロホルム(chloroform)、ジクロロメタン(dichloromethane)または1,2−ジクロロエタン(1,2−dichloroethane)を用いてもよい。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法において、前記MRI造影用ナノ粒子が酸化鉄ナノ粒子であってもよい。また、前記の酸化鉄ナノ粒子の大きさは1nmないし100nmとすることができる。 本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法において、前記リガンドAが、(i)DMFとCH2Cl2の混合物内でβ−ベンジル−L−アスパルテートN−カルボキシ無水物(BLA−NCA)を重合してポリ(エチレングリコール)−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)(PEG−PBLA)を製造する段階:(ii)前記(i)段階で製造されたPEG−PBLAにクロリンe6(Ce6)を結合させ、プラットフォームのリガンドを製造する段階;及び(iii)前記プラットフォームリガンドを1−(3−アミノプロピル)イミダゾールやドーパミンを使用してアミノ分解させてリガンドAを製造する段階を含める方法によって製造されることができる。また、本発明の癌細胞の造影用MRI造影剤組成物製造方法において、前記リガンドBが(i)DMFとCH2Cl2の混合物内でβ−ベンジル−L−アスパルテートN−カルボキシ無水物(BLA−NCA)を重合してポリ(エチレングリコール)−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)(PEG−PBLA)を製造する段階:(ii)前記(i)段階で製造されたPEG−PBLAにクロリンe6(Ce6)を結合させ、プラットフォームのリガンドを製造する段階;及び(iii)前記プラットフォームリガンドを1−(3−アミノプロピル)イミダゾールや3−フェニル−1−プロピルアミンを使用してアミノ分解させてリガンドBを製造する段階を含める方法によって製造されることができる。 本発明の癌細胞の造影用MRIナノ剤型は腫瘍の酸性の刺激に反応する自己組み立て、ナノ構造で癌細胞にだけ選択的にMRIの造影剤を伝達する機能を発揮する。したがって、本発明の癌細胞の造影用MRIナノ剤型は非常に達した初期段階の診断が可能である。 本発明の実施例1で合成されたプラットフォームリガンド(PEG−PBLA−Ce6)の1H−NMR分析の結果である。 本発明の実施例1で合成されたリガンドA(PEG−p(API&DOPA−L−Asp)−Ce6)の1H−NMR分析の結果である。 本発明の実施例1で合成されたリガンドB(PEG−p(API&PPA−L−Asp)−Ce6)の1H−NMR分析の結果である。 本発明の実施例1で合成されたプラットフォームリガンド、リガンドA及びリガンドBのGPC曲線である。 (a)は、本発明のpH−感応性の磁気のナノ組成物(pH−sensitive magnetic nanoformulation(PMN):酸化鉄のナノ粒子とpH−感応性リガンド(リガンドA及びリガンドB)の自己組立体)でのpH−依存的構造の変化挙動を示しており(挿入図:pH7.4、6.8及び5.5でのPMNのTEMと、平均直径が約70nmのpH7.4でのPMNのコロイド状の分散液に対するDLSの測定値)、(b)はPMNでのpH−依存的構造の変化及び関連する磁気/光活動性の変化を示す概念図であり、(c)は1時間の培養後にPMN(0.1mg/mL)のゼ−タ電位やDLSの測定値をpHの関数として示したものである(DLSの測定は、材料の屈折率2.42、溶媒の屈折率1.33(水)及び粘度0.8872を使用して実行された)。 pH−非感応性のナノ粒子の組立体(pH−insensitive nanoparticle assembly(InS−NP))の数に応じた大きさの分布(図6(a))や強さ(intensity)による大きさの分布(図6(b))及びpH7.4でのInS−NPの相関関係のデ−タ(図6(c))を示している。 (a)は、選択されたpH値で測定されたPMN懸濁液の透過率を示し(挿入図は転移pHが約6.0のPMN溶液のpH−依存的濁度に対するデ−タを示している。pHを4.0で7.5まで(●)、そして7.5で4.0まで(○)漸進的に変化させた)、(b)は、自己組立されたリガンド(1)及びPMN(2)のpH−依存的蛍光強度や近赤外線の蛍光写真であり、(c)は、自己組立されたリガンド(1)及びPMN(2)のpH−依存的一重項酸素発生を示し、(d)は、3つの異なったpH値でPMNの濃度勾配による光学、蛍光及びMR(臨床1.5 T MRIスキャナーで検出)写真であり、(e)は、PMNのpH−依存的な自己弛緩特性を見せている。 PMN及び3nm−の大きさのESION(extreamely small iron oxide nanoparticle)に対するXRD(X線回折)パタ−ンを示す。 PMNの磁気的特性を示す。(a)は、20kOeないし−20kOeの磁場の間でのPMNのM−H曲線であり、(b)は、100Oeの下で温度が300Kないし4Kまで変わるときのPMNのM−T曲線である。 3つの異なるpH値でInS−NPの濃度勾配に対するMRファントム映像である。 (a)は、pH7.4または6.8で(4時間培養)流動細胞分析法と分析したHCT116の癌細胞に対するPMN(1μg/mL Ce6(chlorinE6)と同等)の細胞の吸収を示し(挿入図はpH7.4及び6.8で(4時間培養)他の濃度のPMNで処理したHCT116癌細胞の近赤外線蛍光映像を示す)、(b)はHCT116癌細胞内で活性化されたPMNの共焦点顕微鏡の写真(エンドソームソ−ム/リソソームは、選択的にリソソームを標識したリソトゥ・ラッカーグリーンで染めた)であり、(c)は、HCT116癌細胞によるPMNの吸収に対するバイオTEM(BioTEM)の写真であり、(d)及び(e)はそれぞれレーザー調査がない場合(d)、レーザー調査がある場合(e)のPMNと遊離されたCe6に露出されたHCT116細胞のMTT分析結果であり、(f)は、多様なPMNの濃度(0、12.5、25、または50gFe/mL)のPMNに4時間培養されたHCT116癌細胞ペレット(1×106cells)の蛍光(上部)及びMR(下部)写真である。 (a)及び(b)は、それぞれHCT116腫瘍を含むヌ−ドマウスにPMNまたはInS−NPを静脈注射(2mgFe/kg)する前及び1時間後、又は2時間後の腫瘍部位の生体内T1−加重MR写真やカラーマップされた(color−mapped)写真であり、(点線領域は腫瘍の位置を示す)、(c)は、PMN及びInS−NPの注射後、信号強度の向上(ROIi/ROI0)対時間のプロットであり、(d)は、ヌ−ド・マウスでPMN及びInS−NPに対する血液循環デ−タ(プラズマ鉄の濃度vs時間)、(挿入図を参照:各グループ当たりn=3)で、(e)は、静脈注射12時間後HCT116腫瘍内で、PMNがInS−NPに比べて2倍以上増加することを示すICP−AES(Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy、ICP−AES)分析結果であり、(f)は、PMN、InS−NPまたは遊離されたCe6(0.2mg/kgCe6と同等)の静脈注射後HCT116腫瘍を含むヌ−ド・マウスの生体内NIR映像であり、(g)は、PMNの静脈注射後、ヌ−ド・マウスの腫瘍組織で腫瘍細胞によるCe6の吸収を示す共焦点レーザー走査顕微鏡(CLSM)の写真である(点線領域は腫瘍の位置を示す)。 (a)は、治療してから24時間後に抽出された長期の蛍光写真であり、(b)は、これに相応する測定された信号強度である。 以下、次の実施例または図面で発明をより具体的に説明する。しかし、次の実施例または図面に対する説明は本発明の具体的な実施態樣を特定して説明することを意図するのみであり、本発明の権利範囲をこれらに記載された内容に限定したり、制限解釈することを意図するものではない。 (実施例1.リガンドの合成) ポリ(エチレングリコール)−ポリ(β−ベンジル−L−アスパルテート)(PEG−PBLA)を鋳型として使用して、リガンドA及びリガンドBを合成した(化3)。 PEG−PBLAを製造するために、β−ベンジル−L−アスパルテートN−カルボキシ無水物(BLA−NCA)(3g、12mmol)を、DMF(20mL)及びCH2Cl2(50mL)混合物内、40℃で末端の1級アミノ基のα−メトキシ−ω−アミノ−ポリ(エチレングリコール)(MW=2,000Da、240mg、120mol)から開始して重合した。PEG−PBLAをエーテル(3L)で3回沈殿させて精製した。PEG−PBLA−Ce6(プラットフォームリガンド)を合成するために、Ce6を従来のカルボジイミド反応を通じて、PEG−PBLAのアミン基に付着した。前記PEG−PBLA(0.5g、32.5mol)と、Ce6(23.4mg、39.0μmol)、ジシクロヘキシルカルボジイミド(9.6mg、46.8μmol)及びN−ヒドロキシスクシンイミド(5.4mg、46.8μmol)の混合物をDMSO(5mL)にそれぞれ独立的に溶解し、前記溶液を縮合反応の前に3時間十分に撹拌した。次に前記二つの反応溶液を混合して室温で撹拌した。24時間後、前記反応混合物を濾過して不溶性副産物(例えば、ジシクロヘキシルウレア)を除去し、2日間にわたって脱イオン水に透析した(Spectra/Por:分子量遮断の大きさ、MWCO:1,000Da)。前記最終的な溶液を凍結乾燥し、プラットフォームのリガンドを得た。 1−(3−アミノプロピル)イミダゾール(API)及びドーパミンとともに前記プラットフォームリガンドをアミノ分解してリガンドAを合成した。PEG−PBLA−Ce6(0.5g、18.5μmol)をDMSO(5mL)に溶解させた後、25℃の窒素雰囲気下で1時間ドーパミン(0.1g、0.7mmol)と反応させた。次に、API(0.5g、3.9mmol)を25℃の窒素の下で添加し、4時間撹拌した。前記反応混合物を冷却された0.1N HCl(20mL)の水溶液に滴下して、0.01N HCl溶液に3回透析した(SpeCTra/Por;MWCO:1,000Da)。前記最終的な溶液を凍結乾燥してリガンドAを得た。 API及び3−フェニル−1−プロピルアミン(PPA)とともに前記プラットフォームリガンドをアミノ分解してリガンドBを合成した。PEG−PBLA−Ce6(0.5g、18.5μmol)をDMSO(5mL)に溶解した後、1時間25℃の窒素の下でPPA(0.1g、0.9mmol)と反応させた。次に、API(0.5g、3.9mmol)を25℃で窒素の下で添加し、4時間撹拌した。反応の後に、前記混合物を冷却された0.1N HClの水溶液(20mL)を滴下して、0.01N HClの水溶液に3回透析した(Spectra/Por;MWCO:1,000Da)。前記最終的な溶液を凍結乾燥してリガンドBを得た。 プラットフォームリガンドについて1H NMR(300MHz、DMSO−d6)(図1):δ=9.7ppm(1H,s,−CH= of Ce6),8.1ppm(1H,s,−NH−),7.3ppm(5H,s,−CH2C6 H 5−),5.0ppm(2H,−CH 2C6H5−),4.6ppm(1H,m,−NHCHC=O),3.5ppm(182H,s,−CH 2CH 2O− of mPEG),3.2ppm(3H,s,CH 3− of mPEG)及び2.9−2.5ppm(2H,m,CHCH 2C=O)。 リガンドAについて1H NMR(300MHz,DMSO−d6)(図2):δ=7.8ppm(1H,s,−NCH=N− of imidazole ring),7.7ppm(1H,s,−NCH=CH− of imidazole ring),7.3ppm(1H,s,−CHCH=N− of imidazole ring),6.6−6.5ppm(1H,m,−CH2=CHCH− and −CH2CH=CH− of dopa),6.4ppm(1H,m,=CHCO− of dopa),4.5ppm(1H,m,−NHCHC=O−),4.2ppm(2H,m,=NCH 2CH2),3.5ppm(182H,s,−CH 2CH 2O− of mPEG chain),3.0ppm(2H,m,−NHCH 2CH2−),及び2.8−2.5ppm(2H,m,CHCH 2C=O)。 リガンドBについて1H NMR(300MHz,DMSO−d6)(図3):δ=7.8ppm(1H,s,−NCH=N− of imidazole ring),7.7ppm(1H,s,−NCH=CH− of imidazole ring),7.3ppm(1H,s,−CHCH=N− of imidazole ring),7.3−7.2(5H,m,−CH2C6 H 5− of PPA),4.5ppm(1H,m, −NHCHC=O−),4.2ppm(2H,m,=NCH 2CH2),3.5ppm(182H,s,−CH 2CH 2O− of mPEG chain),3.0ppm(2H,m,−NHCH 2CH2−),及び2.8−2.5ppm(2H,m,CHCH 2C=O)。 GPC測定で(図4)、すべての高分子リガンドは単峰形(unimodal)の分子量分布を示したが、これは共重合体生成物内に同種の重合体(homopolymer)残基がないことを示す。前記リガンドのCe6の含有量を蛍光分光法(λex=650nm及びλem=675nm、表1)で確認した。 (実施例2.ESIONの合成) ESIONを、以前に報告された方法(Kim,B.H.;Lee,N.;Kim,H.;An,K.;Park,Y.I.;Choi,Y.;Shin,K.;Lee,Y.;Kwon,S.G.;Na,H.B.;Park,J.G.;Ahn,T.Y.;Kim,Y.W.;Moon,W.K.;Choi,S.H.;Hyeon,T.J.Am.Chem.Soc.2011、133、12624)を使用してオレイルアルコール存在下でアイロン−オレアート錯化合物の熱分解を通じて合成した。簡単に、1.8gのアイロン−オレアート錯化合物(2mmol)、0.57gのオレイン酸(2mmol)及び1.61gのオレイルアルコール(6mmol)を室温で10gのジフェニルエーテルに溶解させた。前記混合物を10℃/minの一定の昇温速度で250℃に加熱した上で、不活性大気の下で30分間、前記温度を維持した。前記反応が進むことによって、初期の褐色透明な溶液が黒い色に変わった。前記反応後、ナノ粒子を含有する前記混合物を加熱器から外して室温で冷却した後、50mLのアセトンを添加し、前記ナノ粒子を沈殿させた。前記ナノ粒子を4時間40,000rpmで遠心分離してペレット化し、前記上澄液をデカント(decant)しており、前記ナノ粒子をn−ヘキサンまたはクロロホルムに再分散させた。 (実施例3.PMNの製造) 自己組立のために、15mgのリガンドA及び15mgのリガンドBをDMSO3mL内で混合して製造した溶液を、5mLのクロロホルム内のコロイド状のESION(0.4mgのFe/mL)にゆっくりと添加した。前記混合物を30分間、室温で振盪培養(incubated on a shaker)した。次に、クロロホルムを真空下に蒸発させて完全に除去し、全体量が5mLになるまでDMSO内の前記コロイド状の懸濁液に脱イオン水を添加した。透析膜(Spectra/Por;MWCO:12,000Da)を使用し、前記DMSOを脱イオン水に完全に置換させた。余剰のリガンドを遠心分離して除去し、スピンフィルター(Millipore、MWCO:100,000Da、10,000、10分)で3回ないし5回洗浄した。こうして生成されたナノ粒子を水に再分散させた。 (実施例4.自己組立リガンドの製造) 3mLのDMSOに15mgのリガンドA及び15mgのリガンドBの混合溶液を5mLのクロロホルムにゆっくりと添加した。前記混合物を30分間、室温で振盪培養した。以後、クロロホルムを真空下で蒸発させて完全に除去した。その後、全体量が5mLになるまでDMSO内のコロイド状の溶液に脱イオン水を添加した。DMSOを透析膜(Spectra/Por;MWCO:12,000Da)を使用して脱イオン水に完全に置換させた。余剰のリガンドを遠心分離して除去し、スピンフィルター(Millipore、MWCO:100,000Da、10,000、10min)で3回ないし5回洗浄した。こうして生成されたナノ粒子を水に再分散させた。 (実施例5.pH−非感応性ナノ粒子組立体(InS−NP)の製造) 3mLのDMSOに30mgのプラットフォームリガンドを混合して製造された溶液を、5mLのクロロホルム内のコロイド状のESION(0.4mgのFe/mL)懸濁液にゆっくりと添加した。前記混合物を30分間、室温で振盪培養した。次に、クロロホルムを真空下に蒸発させて完全に除去した。その後、全体量が5mLになるまでDMSO内のコロイド状の溶液に脱イオン水を添加した。DMSOを透析膜(Spectra/Por;MWCO:12,000Da)を使用して脱イオン水に完全に置換させた。余剰のリガンドを遠心分離して除去し、スピンフィルター(Millipore、MWCO:100,000Da、10,000、10分)で3回ないし5回洗浄した。こうして生成されたナノ粒子を水に再分散させた。 (実施例6.材料の特性分析) TEM測定は200kVで作動するJEOL EM−2010顕微鏡で遂行した。粉末X線回折パタ−ンを回転陽極及びCu Kα放射線源(λ=0.15418nm)を備えたRigaku D/Max−3C回折分析器で得た。本発明者たちはICPS−7500分光器(Shimadzu)を使用する誘導結合プラズマ発光分光分析(inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy、ICP−AES)及び誘導結合プラズマ光学的放出分光計(inductively coupled plasma−optical emission spectrometer、ICP−OES)(PerkinElmer Optima 4300 DV)で元素分析を遂行した。UV/visible吸収スペクトルはUV−2450分光光度計(Shimadzu、Japan)で収集した。粒径及びゼ−タ電位はZetasizer Nano ZS(Malvern Instruments、Malvern、UK)で測定した。大きさデ−タ分析のために、素材屈折率(2.42)、素材の吸光度(0.2)、分散剤屈折率(1.33)、及び分散剤粘度(0.8872)を使用した。磁気的特性は超伝導光子干渉法(superconducting quantum interface device、SQUID)磁力計(Quantum Design MPMS XL)を使用して調査した。水力学的大きさは25℃で動的光散乱(dynamic light scattering、DLS)(Zetasizer Nano ZS(Malvern Instruments、Malvern、UK)機器を使用して、獲得した。 (実施例7.臨界凝集濃度(CAC)の測定) 2回蒸留された蒸留水内のHoechst33342保存液(1.4×10−3M)を製造し、4℃で保存した。1.0×10−3mg/mLないし1.0mg/mLの濃度で前記Hoechst33342溶液を試料を含有する溶液と混合した。各試料溶液内のHoechst33342の最終濃度は7.0×10−4Mだった。それぞれλex=355nm及びλem=457nmのRF−5310PC(Shimadzu、Japan)を使用して蛍光を測定し、スリット幅はそれぞれex=3nm及びem=3nmだった。 (実施例8.他のpHでPMNの透過率の測定) PMN溶液(2mg/mL、Ce6付着なし)の光透過率の測定値を500nmでUV−Visible分光光度計を使用して獲得し、そのとき0.1N塩酸を添加して溶液のpH値が7.5から4.0に徐々に減少し、0.1N NaOHの溶液を添加し、前記溶液のpHを4.0から7.5に増加させた。 (実施例9.pH−依存的蛍光強度の測定) PMNまたは自己組立リガンド(2mg/mL、650nmの励起及び675nmの放出)の蛍光強度を、0.1N塩酸溶液を添加して溶液のpHを7.5から4.0に徐々に減少させながら、蛍光プレートリーダー(fluorescence plate reader(Tecan Genios、Durham、NC))を使用して測定した。 (実施例10.pH−依存的一重項酸素の生成(SOG)の測定) SOG(singlet oxygen generation)を評価するため、他のpHの試料(2mg/mL、100μL)を一重項酸素センサーグリーン(singlet oxygen sensor green(SOSG)、2.0μM、100μL)と混合した。4分間5mW/cm2強度で、670nmのレーザー源(Institute of Electronics)を照射(irradiation)してSOGを誘導した。試料のSOGを決定するための照射後SOSG蛍光を検出した(λex=494nm、λem=534nm)。SOSG蛍光の増加とバックグラウンドの比較により、SOGを評価した。 (実施例11.細胞培養) HCT116(人間の結腸癌、KCLB No.10247)細胞、CT26(マウスの結腸直腸癌種の細胞、KCLB No.80009)及びM2−10B4(マウスの骨髄間質細胞、KCLB No.21972)を韓国細胞銀行(Korean Cell Line Bank)から得た。HCT116細胞を、10%ウシ胎児血清(FBS)及び1%ペニシリン/ストレプトマイシンが添加された10mLのRoswell Park Memorial Institute(RPMI−1640)培地で培養した。CT26細胞を、10%FBSと1%ペニシリン/ストレプトマイシンが添加されたDulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM)で培養した。M2−10B4を、10%FBS及び1%ペニシリン/ストレプトマイシンが添加されたRPMI−1640の培地で培養した。すべての細胞の培養条件は37℃、湿度100%及びCO25%だった。24時間、CT26細胞に露出されるDOXの投与量を増加(1、5、10、25、50、100、500、1000、及び5000ng/mL)した後、次の投与量に露出される前に3日ないし4日の回復期間を与え、薬物耐性CT26細胞(CT26/MDR)を成長させた。次に、CT26/MDRを冷凍させ、液体窒素に保存した。CT26/MDRの新しい分割量(fresh aliquots)を全ての実験に使用して薬物敏感性表現型(drug sensitive phenotype)に転換されないようにした。 (実施例12.pH−依存的細胞吸収(cell uptake)) HCT116細胞を他のpHでPMN、InS−NP及びCe6に露出させ、それぞれの細胞の吸収を確認した。前記細胞を2時間培養し、洗浄し、収穫した後、DPBSに再懸濁させた。試験管内(in vitro)細胞の吸収を流動細胞計数器(Beckman、San Jose、CA、USA)を使用して定量した。各試料10,000細胞(ゲ−トイベント(gated events))を計数し、遊離したCe6の蛍光をログ設定(logarithmic setting)(FL4;λem=670nm)で検出した。これらの蛍光(FL4)が非処理細胞の懸濁液の細胞蛍光に比べて高いと、細胞を陽性と計数した。各実験をCXP分析プログラムを使用して統計的に分析した。 (実施例13.共焦点レーザー走査顕微鏡) 共焦点レーザー走査顕微鏡(LSM 510 Meta;Zeiss、Germany)を使用して蛍光映像化を遂行した。120μmの最適のピンホ−ル(pinhole)サイズを選定して、焦点平面の上と下の焦点はずれ(out−of−focus)平面で放出された蛍光を排除した。励起/放出、波紋はDAPIについて340/488nm、FITCについて490/520NM、RITCについて555/578nmそしてCe6について650/670nmであった。蛍光映像をLSM Image Browser software(Zeiss)を使用して分析した。 (実施例14.細胞MR映像化) PMNによって細胞を標識するために、HCT116細胞を10mLの培地の培養皿に接種し、一夜にかけて成長させた。次いで、0、12.5、25及び50mg/mLのPMNを添加した。4時間後、前記細胞をPBSで2回洗浄し、1mLのトリプシン/EDTAを添加して分離させた。遠心分離後、細胞を培養培地に分散させ、1.5mLの試験管に移した。5分間、1,000rpmで遠心分離して細胞ペレットを製造した。T1−加重MR映像を1.5 T MRスキャナー(Signa Excite、GE Healthcare)のヘッドコイルを使用して、獲得した。 (実施例15. 薬物動態分析) 血漿濃度−時間の実験のため、マウスの尾静脈を通じてPMN及びInS−NPをそれぞれ(2mgのFe/kg)注射した。前記注射後1分、30分、1時間、3時間、8時間及び20時間で血液を収集した。10分間、1,000rpmで遠心分離して赤血球から血漿を分離した。その後、各血液試料用血漿(100μL)を12時間室温で70%硝酸(1mL)と混合した後、遠心分離(5分、10,000rpm)し、上澄液を2%硝酸で5倍希釈した後に誘導結合プラズマ発光分光分析(inductively coupled plasma optical emission spectrometer analysis)(ICP−OES、Optima 4300 DV、Perkin−Elmer)に使用した。PMNまたはInS−NP(2mgFe/kg)を注射してから12時間後に前記腫瘍の鉄の吸収を測定した。切開した腫瘍組織の重さを測定して、均質化しており、シンチレーション混合物(scintillation mixture)で処理した。多量の60%硝酸を各試料に添加し、組織を60℃で24時間培養した後、前記溶液を30分間、13,000rpmで遠心分離し、上澄液を2%硝酸で10倍希釈した。腫瘍内鉄吸収量の測定をICP−OESで遂行し、腫瘍内の前記ナノ粒子の吸収をgFe/g組織で計算した。 (実施例16.免疫組織化学) 腫瘍組織を10%中性緩衝ホルマリンに固定し、5ミクロンの厚さでスライスして冷凍切開した。SDF−1及びP−gpを抗−SDF−1抗体(abcam)及び抗−P−糖蛋白質抗体(abcam)で免疫標識(immunolabel)し、以後、追加で共焦点レーザー走査顕微鏡の分析をするため、前記試料をRITC(λex/λem、555/578nm)またはFITC(λex/λem、490/520nm)が接合された(conjugated)二次抗体を使用して室温で60分間、培養した。 (実施例17.腫瘍組織学) 組織学的分析のために、対照群及び処理されたマウスの腫瘍組織を10%中性緩衝ホルマリンに固定し、5ミクロンの厚さでスライスして冷凍切開し、ヘマトキシリン・エオシン(matoxylin&eosin、H&E)で染色し、TUNEL法で標識化し、デジタル顕微鏡(Leica QWin)及び共焦点レーザー走査顕微鏡(LSM 510 Meta;Zeiss、Germany)で検査した。 (実施例18.PMNの生体内での毒性評価) 健康なヌ−ドマウスにPMNまたは生理食塩水(対照群)の懸濁液を静脈注射した。2週間後、前記マウスを犠牲にし、主要臓器を収集した。心臓、肝臓、脾臓、腎臓 及び肺をH&Eで染色した。ALT、AST、ALP及びD−LDHの試薬キットを、眼球摘出によって採取した血液から分離した血清を分析するために使用した。 (実施例19.試験管内での細胞吸収) 腫瘍細胞のPMNの吸収を、他のpH条件(pH7.4及び6.8)で、KODAK In Vivo Image Station(Image Station 4000 MM;Kodak、New Haven、CT、USA)及び流動細胞分析機(Beckman、San Jose、CA、USA)を使用してモニタリングした。HCT116細胞(1×105cells/mL)を37℃、RPMI−1640の培地(pH7.4または6.8、1%のペニシリンとストレプトマイシン添加)で2時間の間、各試料と一緒に培養した上で分析した。顕微鏡観察中の光脱色(photobleaching)を改善するために、アンチ−フェードマウンティングソリューション(anti−fade mounting solution)(5%N−プロピルガレート、47.5%グリセリン、及び47.5%Tris−HCl、pH8.4)の一滴を前記細胞に添加した。 (実施例20.生体内での研究) すべての生体研究はアメリカ合衆国国立保健院(National Institutes of Health)が出版したthe Guide for the Care and Use of Laboratory Animals(NIH publication no.85−23、1985、revised 1996)を受けて、韓国カトリック大学(Republic of Korea)のIACUC(Institutional Animal Care and Use Committee)から承認されたプロトコルのガイドラインのもとにマウスを保存した。 (実施例21.pH−感応性磁気ナノ組成物(PMN)の特性) 本発明はCe6がグラフティングされたポリ(エチレングリコール)−ポリ(−ベンジル−L−アスパルテート)(PEG−PBLA−Ce6)を合成して、側面のベンジルエステル基が求核攻撃を通じて第一級アミンと直ちに反応するプラットフォームリガンドを提供した。イミダゾール(pKa=約6.8)はイオン化される官能基として容易に統合され、腫瘍の微細環境にpH感応性を付与した。このようなプラットフォームに基づいて、二つのリガンド誘導体:リガンドA及びBを追加で設計した。リガンドAについて、カテコール基 (catechol group)を追加することによって自己組立(self−assembly)を容易にしたが、これは前記カテコール基が酸化鉄ナノ粒子に対する高親和力アンカー(high−affinity anchor)として作用することができるからである。これと対照的に、3−フェニル−1−プロピルアミンを使用してリガンドBの疎水性(hydrophobicity)を調節して、約5.5の腫瘍エンドソーム/リソソームのpHによって活性化されるPMNの臨界相転移(critical phase transition)を生成した。ESION、リガンドA及びリガンドBの共組立(coassembly)によって前記PMNを製造した(化4)。 ESION(約3nm)が前記リガンドのペプチドブロックの水力学的大きさ(約60個の残基;約20nm長さ)より非常に小さいために、カテコールが固定された(catechol−anchored)リガンドAがESIONの側面を取り囲むことが可能だった。したがって、前記機能化がESIONをコロイド状のマグネト−コアシェル(colloidal magneto−core shell)構造体の内部に誘導し自己組立されることを可能にするために、このような機能化されたESIONは従来の両親媒性二重ブロック共重合体(diblock copolymer)の高分子−金属類似体(polymer−metal analogue)として見なしうる(化5)。そして、前記疎水性コアはESIONと、腫瘍−感知高分子リガンドの疎水性ブロックで構成される。 透過電子顕微鏡(TEM)の写真(図5a)によると前記PMNの粒子の大きさは約60nmだった。前記PMNは水によく分散されており、動的光散乱法(DLS)によって測定された水力学的直径は70±5nmであることが明らかになっており(図5a)、これは受動性腫瘍標的化(passive tumor targeting)のための透過度の増加及び保有の効果(enhanced permeability and retention(EPR)effect)に適合する。対照群として、ESION及びプラットフォームリガンドを組み立ててpH−非感応性ナノ粒子組立体(pH−insensitive nanoparticle assembly(InS−NP)を製造し、(図6)、これはPMNと大きさが類似した。 本発明の新たなリガンド設計は、細胞吸着及び侵入の増加だけでなく、PMNのエンドソーム/リソソームのpH依存的治療診断活動のために、2段階のpH活性化を可能にして腫瘍の周辺で表面電荷逆転(surface change reversal)を誘導した。このようなpH依存的構造的変化(pH−dependent structural transformation)を図5bに概略的に示した。まず、PMNはpH7.4に弱い陰電荷を出す。前記腫瘍環境内のpHの低下は、膨潤の原因となる前記錯化合物の極性を逆転させるイミダゾールのイオン化を増加させ(図5c)、これで隣接したアニオン性細胞との静電気的相互作用によってペイロ−ド伝達(payload delivery)及び細胞内在化(cell internalization)が向上する。内在化が起きると、エンドソームのpHが5.5ないし6.0に減少することによって、粒子がさらにイオン化される。この時点でPMNのコアの疎水性相互作用は弱まり、前記イオン化されたユニマー(unimer)は、互いに反発して、DLS(図5c)及びTEM(図5a)で確認されたとおり、完全に分離される。酸塩基滴定は(図7a)pH5.5ないし6.0の臨界のpH区間で透過率(%T)の急激な下落を見せた。pHが再び増加した時、%Tの回復はヒステリシス現象を見せ(hysteretic)、したがってこれは可逆的なpH依存的組み立て/分離(assembly/disassembly)過程を見せてくれる。結論的に、PMNの光活動性(photoactivity)、つまり一重項酸素の発生(singlet oxygen generation、SOG)及び蛍光は、蛍光共鳴エネルギー移動(fluorescence resonance energy transfer)によってpH7.4で消滅される。pH<6で、分離されれば、前記光活動性は急激に回復し、これは他の自己組立された高分子リガンドで観察されたところと似ている(図7b及び7c)。興味深いことに、PMNは自己組立高分子リガンドより2倍もっと低い臨界凝集濃度(約0.01mg/mL)を示したが、これは改善されたコロイド安定性を示す高分子鎖エンタングルメント(polymer chain entanglement)のためのものとみられる。 PMNのX線回折(X−ray diffraction、XRD)のパタ−ンはESIONと類似し、(図8)、PMNはスピン傾斜効果(spin−canting effect)のために弱い磁化(magnetization)を見せている(図9)。水でPMNのpH−依存的構造の変化は、量子の緩みに影響を与えるものと予想される。ESIONの表面上の五つの─電子(S=5/2)を持った多数の高スピン鉄イオン(high−spin Fe(III)を考慮すると、Fe3+種と水の直接的な配位(coordination)はPMNの垂直弛緩度(r1)に対する主な原因である。他のpH値(同じ鉄の濃度)で、PMNのT1 MRファントム(phantom)の強度変化は対応する蛍光映像化の結果とよく合った(図7d)。PMNはpH7.4で、43.95mM−1・s−1の水平弛緩度(r2)と3.30mM−1・s−1のr1を示し、pHが7.4から5.5に減少することによってr1−増加及びr2−減少を伴うことが観察された(図7e)。これはpHが減少し、リガンドが量子化されて親水性を得たと推定される。結果的に、配位された水分子数とFe3+との配位持続時間は増加する。さらに、pH−誘導分離(pH−induced disassembly)が起きつつ、分離されたESIONは、初期のPMNに比べてさらに低いr2を見せている。造影効果(contrast effect)の効率が弛緩度(r1)を通じて評価されるが、過度に高いr2がT1の造影剤としての使用を排除させることができるため、前記r2/r1の比率も陽性T1映像化(positive T1 imaging)で重要な役割を果たす。pHが減少することによって、PMNのr2/r1の比率はr2によって著しく減少する。最後に、PMNはpH5.5で、3.87mM−1・s−1の特定r1値及び5.8の低いr2/r1の比率を持ち、これはT1−加重映像化(T1−weighted imaging)で明るい信号(bright signal)に表示される。したがって、pH7.4でPMNの陽性T1 MR造影(positive T1 MR contrast)は暗光となったが、pH5.5で大きく回復しており、これはPMNが酸性腫瘍領域に対する敏感なT1 MR映像化(sensitive T1 MR imaging)に使用することができることを意味する。反面、InS−NPのMR造影はpHに依存しなかった(図10)。本発明者らが知っていることによると、これは腫瘍pH−感応性T1 MR映像化に使用されるpH−感応性T1の造影を示す生体適合性酸化鉄ナノ粒子に対する最初の実例である。Gd3+−ベースT1造影剤もpH刺激に反応するよう設計される可能性はあるが、Gd3+は一般的に短かった血液半減期を持って、高解像度の腫瘍映像化のための腫瘍内の蓄積を妨害する。さらに、Gd3+−ベースの造影剤は潜在的に毒性がありうるし;ガドリニウム含有の造影剤を使用した心不全患者から深刻な副作用が観察されたことによって、米国FDAは最近、Gd3+−ベースのMRの造影剤と腎性全身性線維症(nephrogenic system fibrosis、NSF)について警告した。このような副作用が患者の5%未満で発生する非常にまれな場合にも、本発明者たちは酸化鉄ナノ粒子が生物学的及び代謝的にさらに親和的な代案を提供できると信じている。酸化鉄ベースのPMNの製造に生分解性高分子ペプチドを使用すると、最終生成物がもっと長い血液半減期を持って、臨床的な翻訳(clinical translation)のため、さらに大きな生体適合性を持つようにする。 (実施例22.試験管内及び生体内でのMRI) Litz Coil(直径、100mm;長さ、85mm;DOTY Scientific Inc.、NC、USA)を使用する1.5 T MRスキャナー(Signa Excite;GE Healthcare)を使用してMRI検査を遂行した。室温の他のpH値の培地内で、他の濃度のPMNに対して、高速スピンエコー(fast spin echo、FSE)シークエンスを使用してスピン−格子及びスピン−スピンの弛緩時間(T1及びT2)を測定した。T1を測定するために、、視界(Field of View、FOV)は75×75mm、スライス厚(SL)=3mm、エコー時間(TE)=9.3msそして反復時間(TR)=505.2、525.0、545.0、565.0、585.0、605.0、625.0、645.0、665.0、685.0、705.0、730.0、755.0、805.0、855.0、905.0、955.0、1005.0、1055.0、1105.0msに設定した。T2測定のため、次のようなパラメータが使用された:FOV=100mm*100mm、SL=3mm、TR=4000ms、TE=10.9、21.7、43.5、54.4、65.2、87.0、119.6、141.3、163.1、174.0ms。垂直弛緩度(relaxivitiy)(R1)及び水平弛緩度(R2)をri=(1/Ti1/Ti0)/cから計算し、前記cはmM単位のPMNの鉄の濃度であり、Tiは、濃度cでの弛緩時間であり、Ti0は水の弛緩の時間で、T1及びT2についてiは1及び2である。FSEシークエンス(FOV=100mm*100mm、SL=3mm)を使用して細胞MR映像を得た。T1を測定するために、TR=400ms及びTE=10msが使用されたが、T2測定のためにはTR=4000ms及びTE=86.72msが使用された。生体内での腫瘍のMR診断のため、2mgFe/kg体重の投与量でPMNを尾静脈に注射した。次に、マウスを1.5 T MRスキャナー(Signa Excite、GE Healthcare)に位置させており、FSEシークエンスは、次のパラメータを使用した:FOV=90mm×90mm、SL=2mm、フリップ角(FA)=90°、T1 MR映像化についてTR=400ms、TE=10ms、及びT2 MR映像化についてTR=3000ms、TE=101ms。横断面の映像を得、Onis Dicom Viewer(DigitalCore、Tokyo、Japan)を使用して分析した。 PMNは、蛍光及び流動細胞計測法(flow cytometry)によって立証(11a)されたとおり、pH7.4よりpH6.8でより高い細胞の吸収を示した。これと対照的に、Ce6及びInS−NPはpH変化に影響を受けなかった。細胞の吸収のために、TEM(11c)で酸化鉄ナノ粒子を調査し、前記酸化鉄ナノ粒子はエンドソームに吸収された。また、共焦点レーザー走査顕微鏡(CLSM)を使用してCe6染料を調査しており、(図11b)、PMNの蛍光はリソトラッカーグリーン(Lysotracker Green)の蛍光と完璧に融合された。前記Ce6信号の存在は、PMNがエンドソーム内で蛍光非消失(fluorescence dequenching)のために実際に分離されたということを暗示する。 結果的に、PMNは闇の中では細胞毒性(cytotoxicity)を見せなかったが、(図11d)、pH6.8で照明の下ではCe6に比べてより効率的に細胞死滅を誘導した(図11e)。PMNに表示できた人間の大腸癌(HCT116)のMRの造影及び蛍光(図11f)はデュアルモーダルイメージング(dual−modal imaging)能力を追加で確認することができた。 生体内でPMNを使用し、初期段階の腫瘍の診断を遂行した。どのような腫瘍−標的化の部分(moiety)の結合もなく、InS−NPの注入とは対照的に、PMN注入によって約3mmの直径の超小型HCT116腫瘍で顕著なT1向上が現れ、(図12aないし12c)、したがってこれらの成功的な腫瘍標的化及びpH依存的T1 MRの造影効果を確認した。薬物動態研究によると、PMN(t1/2,PMN=2.90h)及びInS−NP(t1/2,InS−NP=2.19h)は長い血液循環時間(blood circulation time)を見せた(図12d)。しかし、特に、腫瘍でのPMN蓄積はInS−NPに比べて2倍以上高かった(図12e)。さらに、PMNはマウスの腫瘍の高解像度の蛍光映像化を可能にした(図12f)。切断された臓器の巨視的な蛍光映像化はPMNの相当した腫瘍の蓄積を見せ、(図13)、細胞レベル以下のCLSM(subcellular CLSM)は腫瘍細胞によるPMNの吸収を確認することができた(図12g)。このような結果はPMNが非常に効率的な癌の早期診断のための有望な候補物質であることを示す。
| 특허 상태 | 등록 |
| 출원인 | 서울대학교산학협력단, 기초과학연구원, 가톨릭대학교 산학협력단 |
| 발명자 | 玄澤煥, ▲な▼建, 凌代舜, 朴宇▲覧▼ |
| 출원번호 | 2014203501 |
| 출원일 | 2014.10.01 |
| 등록번호 | 6425486B |
| 등록일 | 2018.11.21 |
| 중요 키워드 | ligandformulacompositionproducingindependently |
| 출원번호 | 출원일 |
| 1020140129020 | 2014.09.26 |
| 종류코드 | |
| A | |
| 외부 링크 | |