(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-08
(45)【発行日】2023-03-16
(54)【発明の名称】より長い励起状態寿命を有する、テルビウムを含む超高輝度発光ランタニドナノ粒子
(51)【国際特許分類】
C09K 11/85 20060101AFI20230309BHJP
C09K 11/08 20060101ALI20230309BHJP
G01N 21/64 20060101ALI20230309BHJP
【FI】
C09K11/85 ZNM
C09K11/08 G
G01N21/64 F
G01N21/64 B
(21)【出願番号】P 2020567114
(86)(22)【出願日】2019-07-04
(86)【国際出願番号】 EP2019067959
(87)【国際公開番号】W WO2020007966
(87)【国際公開日】2020-01-09
【審査請求日】2022-06-15
(32)【優先日】2018-07-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】509228260
【氏名又は名称】ユニヴェルシテ・ドゥ・ストラスブール
(73)【特許権者】
【識別番号】592236245
【氏名又は名称】サントル・ナシオナル・ドゥ・ラ・ルシェルシュ・シアンティフィク
【氏名又は名称原語表記】CENTRE NATIONAL DE LARECHERCHE SCIENTIFIQUE
(73)【特許権者】
【識別番号】511230347
【氏名又は名称】ユニヴェルシテ パリ-サクレー
(73)【特許権者】
【識別番号】517085701
【氏名又は名称】ホンコン バプテスト ユニバーシティ
(74)【代理人】
【識別番号】100079108
【氏名又は名称】稲葉 良幸
(74)【代理人】
【識別番号】100109346
【氏名又は名称】大貫 敏史
(74)【代理人】
【識別番号】100117189
【氏名又は名称】江口 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100134120
【氏名又は名称】内藤 和彦
(72)【発明者】
【氏名】ウォン,カ-レオン
(72)【発明者】
【氏名】ゲッツ,ジョアン
(72)【発明者】
【氏名】シャルボニエール,ロイック
(72)【発明者】
【氏名】ヒルデブラント,ニコ
(72)【発明者】
【氏名】ノナト,アライン
(72)【発明者】
【氏名】シャルパンティエ,シリル
(72)【発明者】
【氏名】カルドソ ドス サントス,マルセリーナ
(72)【発明者】
【氏名】シフリク,ジョナ
【審査官】黒川 美陶
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第2008/0290318(US,A1)
【文献】米国特許第08491815(US,B1)
【文献】特開2006-291015(JP,A)
【文献】特表2005-507454(JP,A)
【文献】Joan Goetz et al.,Ultrabright Lanthanide Nanoparticles,ChemPlusChem,2016年,81,526-534,DOI: 10.1002/cplu.201600007
【文献】Welhua Di et al.,Photoluminescence, cytotoxicity and in vitro imaging of hexagonal terbium phosphate nanoparticles doped with europium,Nanoscale,2011年,3,1263-1269,DOI: 10.1039/C0NR00673D
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C09K 11/85
C09K 11/08
G01N 21/64
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光ランタニドナノ粒子であって、改善された輝度、および増加した励起状態の寿命を同時に有し、テルビウムを含むランタニドイオンナノ粒子、および前記ランタニドイオンナノ粒子の表面に結合したいくつかの発色団リガンドの分子を含み、
-前記ランタニドイオンナノ粒子が、テルビウムイオン、ならびにセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、およびイッテルビウムからなる群から選択される少なくとも第2のランタニドのイオンを含み、
-前記リガンドが、式Iまたは式IIのうちの少なくとも1種の発色団ラジカルを含む有機分子であり、
【化1】
式中、Rは、H、CN基、またはCOOH基から選択されることを特徴とする、発光ランタニドナノ粒子。
【請求項2】
前記第2のランタニドが、ユーロピウム、サマリウム、ジスプロシウム、およびイッテルビウムから選択され、優先的にはユーロピウムであることを特徴とする、請求項1に記載の発光ナノ粒子。
【請求項3】
前記ランタニドイオンナノ粒子が、ランタン、ルテチウム、およびガドリニウムから選択され、優先的にはランタンである第3のランタニドのイオンをさらに含むことを特徴とする、請求項1~2のいずれか1項に記載の発光ナノ粒子。
【請求項4】
前記ランタニドイオンナノ粒子が、10~99.9モル%、優先的には50~99.9モル%、さらにより優先的には75~99.9モル%のテルビウムイオン、0.1~90モル%、優先的には0.1~50モル%、さらにより優先的には0.1~25モル%の前記第2のランタニドのイオンを含有することを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の発光ナノ粒子。
【請求項5】
前記ランタニドイオンナノ粒子が、1~98.9モル%、優先的には10~98モル%、さらにより優先的には40~98モル%のテルビウムイオン、0.1~20モル%、優先的には0.5~10モル%、さらにより優先的には1~5モル%の前記第2のランタニドのイオン、および1~90.9モル%、優先的には10~80モル%、さらにより優先的には10~20モル%の前記第3のランタニドのイオンを含有することを特徴とする、請求項3に記載の発光ナノ粒子。
【請求項6】
前記リガンドが、n個の発色団ラジカルおよびスペーサー基を含み、前記スペーサー基が、前記発色団ラジカルを一緒に結合した炭素鎖を含有するヘテロ原子であり、nは、1~10、優先的には2~6、より優先的には2~3の整数であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の発光ナノ粒子。
【請求項7】
前記リガンドが、分析対象の担体分子に共有結合可能なグラフト官能基をさらに含むことを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の発光ナノ粒子。
【請求項8】
前記発光ナノ粒子が、少なくとも1種のリガンド分子に共有結合した分析対象の担体分子をさらに含むことを特徴とする、請求項7に記載の発光ナノ粒子。
【請求項9】
分析対象の前記担体分子が、ペプチド、タンパク質、抗体、抗体部分、2000g.モル
-1未満の分子量の小分子、ビオチン、デスチオビオチン、ストレプトアビジン、およびマツズマブ抗体からなる群から選択されることを特徴とする、請求項7または8に記載の発光ナノ粒子。
【請求項10】
前記リガンドが、式L1、L2、L3、L4、およびL5による構造を有する分子から選択されることを特徴とする、請求項1~9のいずれか1項に記載の発光ナノ粒子。
【化2】
【請求項11】
前記発光ナノ粒子が、それぞれ3ミリ秒および10
4M
-1.cm
-1よりも同時に優れ、優先的にはそれぞれ5ミリ秒および10
5M
-1.cm
-1よりも同時に優れ、さらにより優先的にはそれぞれ7ミリ秒および10
6M
-1.cm
-1よりも同時に優れている、輝度および励起状態寿命を有することを特徴とする、請求項1~10のいずれか1項に記載の発光ナノ粒子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、顕著な輝度および励起状態の非常に長い寿命を有する新規な発光ランタニドナノ粒子に関する。
【0002】
より具体的には、第2のランタニドのイオンと共ドーピングされたテルビウムイオンナノ粒子に関し、その表面をコーティングする発色団リガンドを含み、これにより、改善された輝度および増大した励起状態の寿命の両方がもたらされる。
【0003】
これらの発光ナノ粒子は、生物学的分析の技術分野、特にフルオロ免疫学的分析、医療画像診断および顕微鏡検査に有利に使用され得る。
【背景技術】
【0004】
生物学的分析分野では、生体分子に特異的に結合することができ、かつ容易に観察可能な「標識」化合物の重要な必要性が存在する。
【0005】
これらの標識化合物の結果、特定の分析物、例えば、核酸、酵素、ペプチド、薬剤(例えば、麻薬、毒物、薬物など)、ホルモン、代謝産物、病原性微生物、ウイルスまたは抗体、特に疾病状態に関与するものなどの存在は、研究または診断目的のために有利に検出および定量化され得る。
【0006】
好ましい標識は、安価で、安全で、安定しており、幅広い種類の化学的、生化学的、および生物学的材料に結合可能でなければならない。それらはめったになく、むしろ決して自然界で見られることはない。さらに、それらは、水系において容易に検出可能であり、好ましくは速く、感度が高く、再現可能な方法で非常に特徴的な信号を与えるべきである。
【0007】
先行技術において、幅広い種類の標識が開発されている。例えば、放射性標識が使用されることがある。しかし、そのような標識は欠点を有する。なぜなら、それらは高価で危険であり、洗練された設備および訓練されたスタッフが必要であり、特定の廃棄物処理が必要であるため。
【0008】
その文脈において、蛍光分光法または発光検出法を使用して直接検出可能な標識は、特に関心がある。他の分子へのそれらの容易な結合のために開発された多数のそのような標識は、先行技術で説明されており、一部は市販されている。そのような標識は、理想的には、発光量子収率、狭い発光帯域、および長い励起状態寿命によるモル吸光係数の積として定義される良好な輝度を有するべきであり、時間分解検出技術を可能にする。
【0009】
量子ドットとも称される半導電性ナノ結晶、例えば、Medintz et al,Nature Materials,June 2005,4,435によって記載されているものは、良好な輝度を有するが、非常に短い発光寿命(マイクロ秒未満)および広い発光ピークを有する。
【0010】
ランタニドイオンは、非常に特定の分光特性を有し、Bunzli,J.C.G.Chem.Rev.2010,110,2729によって開示されているように、そのような発光標識で使用される興味深い候補である。実際に、それらの発光線は非常に狭く、それらの励起状態寿命は長く、数ミリ秒に達し得る。したがって、それらの発光信号のスペクトルおよび時間の両方の識別は、合理的な信号対ノイズ比で可能である。
【0011】
しかしながら、対応するモル吸光係数は非常に小さく、したがって非常に低い輝度を生成する。この不都合を克服するために、アンテナ効果と称される機構の結果、光を吸収し、吸収されたエネルギーをランタニドイオンに向かって移動させるために、光増感リガンドが使用されてきた。
【0012】
生物学的材料に結合し得るランタニドイオン単核錯体に基づく発光標識は、従来技術に存在し、一部は市販されている(例えば、Lumi4またはLanthascreenの商品名で)。特許出願WO 00/48990およびWO 00/48991は、1つのランタニドイオンおよび錯化剤を含むランタニドイオンキレート化合物から作製されるそのような発光マーカーの例を開示している。
【0013】
しかしながら、最もよく知られているランタニド系標識は、これらの錯体の分子の性質のため、依然として適度な輝度しか示さない。例えば、WO 2013/011236;Delbianco,M.et al,Angew.Chem.Int.Ed.2014,54,10718;WO 2006/001835、またはXu,J.et al,J.Am.Chem.Soc.2011,133,199900に記載されている最も効率的な分子錯体は、104M-1.cm-1のオーダーの明るさ、および3ミリ秒を超えない適度な発光寿命を有する。
【0014】
この態様を改善するために、本発明者らは、ランタニドイオン分子錯体の代わりに、ランタニドイオンナノ粒子に関心を示した。
【0015】
ナノ粒子は、通常の定義に従って1nm~500nmのサイズである小さな物体であり、多数の原子から構成されており、その1つの関心は、表面上の多数の原子に起因する。この分野の最近の技術革新により、ナノ粒子の合成は、サイズ、元素組成、および特性の観点から制御され得る。
【0016】
ランタニドナノ粒子は、大きなストークのシフトおよび強力な光安定性を提供するため、生物学的マーカーとして非常に有望である。しかし、それらが数百または数千個のランタニドカチオンから構成されていても、ランタニドイオンナノ粒子もまた、低い吸収係数を有する。
【0017】
しかしながら、本発明者らは、ランタニドイオンナノ粒子、特にテルビウム含有ランタニドイオンナノ粒子の光増感を研究し、それらを表面テルビウムイオンでアンテナ効果を実施する好適な発色団リガンドでコーティングすることによって、その輝度を106M-1.cm-1を上回る、すなわち、効率的な分子錯体の輝度を2桁上回って上昇させることに成功した。したがって、彼らは、標識として使用される分析対象のベクター(担体分子)によってマーキングされ得る新規な超高輝度発光テルビウムナノ粒子を得た。
【0018】
さらに、従来技術に記載されているランタニドイオン単核錯体で実現されるものと比較して、分析における感度を改善するために、マーカーの励起状態寿命を延長することが非常に望ましい。
【0019】
実際に、励起状態寿命が長ければ、遅延信号取得で時間分解測定を実現することが可能である。パルス励起後、発光強度を記録する前に遅延が課される。この遅延取得によって、より短い蛍光現象が除去され、他のすべての蛍光分子の信号が消失する。最長の励起状態寿命の化合物のリン光信号のみが、まだ測定対象として存在する。したがって、バックグラウンドノイズは有意に減少し、信号対ノイズ比は実質的に増加する。これは、蛍光化合物が環境中に多数存在する生物学的培地においてかなりの利点である。
【0020】
本発明によって提供されるテルビウムを含有する新規な発光ナノ粒子は、標識としての利用を可能にする顕著な輝度および分析対象のベクターに結合する能力に加えて、さらに、従来技術の化合物よりも長い励起状態寿命を有する。
【0021】
測定の感度および信号分解能を改善することによって、本発明のナノ粒子の水溶液中の、これらの非常に長い励起状態寿命および例外的な輝度は、生物学的分析および顕微鏡法分野において例外的な結果を可能にする。
【0022】
発明の説明
技術的な問題を解決するために、本発明は、発光ランタニドナノ粒子であって、改善された輝度、および増加した励起状態の寿命を同時に有し、テルビウムを含むランタニドイオンナノ粒子、およびランタニドイオンナノ粒子の表面に結合したいくつかの発色団リガンドの分子を含む、発光ランタニドナノ粒子を提供する。
【0023】
本発明によれば、前記ランタニドイオンナノ粒子は、テルビウムイオン、ならびにセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、およびイッテルビウムからなる群から選択される少なくとも第2のランタニドのイオンを含む。
【0024】
さらに、前記リガンドは、式Iまたは式IIのうちの少なくとも1種の発色団ラジカルを含む有機分子であり、
【化1】
式中、Rは、H、CN基、またはCOOH基から選択される。
【0025】
本発明の実施形態によれば、前記ランタニドイオンナノ粒子は、テルビウムイオン、ならびにセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、およびイッテルビウムからなる群から選択される少なくとも第2のランタニドのイオンを含む。
【0026】
さらに、前記リガンドは、式Iまたは式IIのうちの少なくとも1種の発色団ラジカルを含む有機分子であり、
【化2】
式中、Rは、4-エチル安息香酸基である。
【0027】
したがって、リガンドは、上記のような式IまたはIIを有する1つの基またはモチーフ、および前記基またはモチーフに結合した任意の好適な化学構造を含む有機分子である。表示された切り捨ての後に位置する任意の種類のこの化学構造は、例えば、OH基、ヘテロ原子を有するか否かにかかわらず分枝状、直鎖状、または環状炭素鎖、グラフト官能基、任意の好適な種類のスペーサー基によって任意選択的に一緒に結合した1つまたは複数の他の発色団基(複数可)、または任意の他の好適な化学構造であり得る。
【0028】
本発明の結果、得られたナノ粒子は、その後の実施例パートで、「発光分光法の実験的測定方法」と称される項で説明されるように測定された場合、それぞれ3ミリ秒および104M-1.cm-1よりも同時に優れ、優先的にはそれぞれ5ミリ秒および105M-1.cm-1よりも同時に優れ、さらにより優先的にはそれぞれ7ミリ秒および106M-1.cm-1よりも同時に優れている、輝度および励起状態寿命を有する。
【0029】
本発明の実施形態によれば、第2のランタニドは、ユーロピウム、サマリウム、ジスプロシウム、およびイッテルビウムから選択され、優先的にはユーロピウムである。
【0030】
実施形態に応じて、ランタニドイオンナノ粒子は、10~99.9モル%、優先的には50~99.9モル%、さらにより優先的には75~99.9モル%のテルビウムイオン、0.1~90モル%、優先的には0.1~50モル%、さらにより優先的には0.1~25モル%の第2のランタニドのイオンを含有し得る。
【0031】
本発明の好ましい実施形態によれば、ランタニドイオンナノ粒子は、ランタン、ルテチウム、およびガドリニウムから選択され、優先的にはランタンである第3のランタニドのイオンをさらに含む。
【0032】
この場合、実施形態に応じて、前記ランタニドイオンナノ粒子は、1~98.9モル%、優先的には10~98モル%、さらにより優先的には40~98モル%のテルビウムイオン、0.1~20モル%、優先的には0.5~10モル%、さらにより優先的には1~5モル%の第2のランタニドのイオン、および1~90.9モル%、優先的には10~80モル%、さらにより優先的には10~20モル%の第3のランタニドのイオンを含有し得る。
【0033】
本発明の実施形態によれば、リガンドは、n個の発色団ラジカルおよび1個のスペーサー基を含み、スペーサー基は、発色団ラジカルを一緒に結合する炭素鎖を含有するヘテロ原子であり、nは、1~10、優先的には2~6、より優先的には2~3の整数である。
【0034】
本発明の好ましい実施形態によれば、リガンドは、分析対象の担体分子に共有結合可能なグラフト官能基をさらに含む。
【0035】
この実施形態によれば、発光ナノ粒子は、少なくとも1つのリガンド分子に共有結合した分析対象の担体分子をさらに含み得る。
【0036】
分析対象の担体分子は、好ましくは、ペプチド、タンパク質、抗体、抗体部分、2000g.モル-1未満の分子量の小分子からなる群から選択される。それは、例えば、ビオチン、デスチオビオチン、ストレプトアビジン、またはマツズマブ抗体、ペプチドLPFFD、ペプチドKLVFF、または抗IgG(H+L)ヒト抗体であり得る。
【0037】
本発明の好ましい実施形態によれば、リガンドは、式L1、L2、L3、L4、およびL5による構造を有する分子から選択される。
【化3】
【0038】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、リガンドは、式L6、L7、L8、およびL9による構造を有する分子から選択される。
【化4】
【図面の簡単な説明】
【0039】
本発明の他の特性および利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことによって明らかにされる。
【
図1-3】それぞれ、透過型電子顕微鏡画像、超純水中の動的光散乱を示すグラフ、および実施例N°5によるランタニドナノ粒子に対応する固体ナノ粒子のX線回折パターンを示すグラフである。
【
図4-6】それぞれ、透過型電子顕微鏡画像、超純水中の動的光散乱を示すグラフ、および実施例N°6によるランタニドナノ粒子に対応する固体粒子のX線回折パターンを示すグラフである。
【
図7】本発明による、生体機能化発光ナノ粒子を得るための2つの異なる方法の図式表現である。
【
図8】リガンドL5による実施例N°6によるランタニドナノ粒子の滴定、続いて、それぞれ、UV/可視吸収、および発光蛍光分光法を示すグラフである。
【
図9】添加されたリガンドL5の濃度の関数として、314nmでの吸収進化を示す
図8の滴定に関連するグラフである。
【
図10】リガンドL5による実施例N°6によるランタニドナノ粒子の滴定、続いて、それぞれ、UV/可視吸収、および発光蛍光分光法を示すグラフである。
【
図11】より具体的には、テルビウムおよびユーロピウムの発光に対応するスペクトルの区域を示す
図10のグラフの囲まれた部分の拡大である。
【
図12】添加されたリガンドL5の濃度の関数として、異なる波長での強度発光進化を示す
図10の滴定に関連するグラフである。
【
図13】緩衝溶液中のリガンドL5でコーティングされたLa
0.99Eu
0.01F
3(曲線b’’’)およびLa
0.9Eu
0.1F
3(曲線a’’’)のナノ粒子の発光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0040】
本発明による発光ナノ粒子を、
図1~13を参照して詳細に説明する。
【0041】
別段の定めがない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する当業者によって一般的に理解される意味を有する。
【0042】
本発明による発光ナノ粒子は、テルビウムイオン、ならびにセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、およびイッテルビウムから選択される少なくとも第2のランタニドのイオンを含むランタニドイオンナノ粒子から作製される。
【0043】
好ましくは、このランタニドイオンナノ粒子はまた、可視領域および近赤外線領域において分光学的に沈黙しているが、分光学的に活性なイオン間の自己クエンチを有利に減少させる宿主マトリックスとして機能する第3のランタニドのイオンも含有し得る。
【0044】
これらの第3のランタニドイオンは、有利なことには、本発明の共ドーピングされたランタニドイオンナノ粒子を得るために、テルビウムイオンおよび別のランタニドのイオン(第2のランタニドイオン)によって、容易にドーピングされ得るランタンイオンまたはルテチウムイオンであり得る。
【0045】
磁気特性が所望される場合、分光特性に加えて、ガドリニウムイオンもまた、第3のランタニドイオンとして有利に使用され得る。
【0046】
ランタニドイオンナノ粒子は、古典的な利用可能な方法を使用して、当業者によって水媒体中で容易に合成され得る。例えば、その後の実施例の部分で詳細に説明されるように、それらは、電子レンジを使用して水中で、またはオートクレーブ内で水熱合成によって実現され得る。
【0047】
これによって合成される場合、異なるランタニドイオンがランダムに位置し、いくつかは表面上に、いくつかは得られたナノ粒子のコア内に位置する。
【0048】
本発明に準拠した多くのランタニドイオンナノ粒子が合成され、テルビウムおよび他のランタニドイオン中の異なるドーピングレベルで発明者によって特徴付けられた。その後、実施例パートの表1に、そのいくつかの例がまとめられる。
【0049】
実施例N°5およびN°6に対応するランタニドイオンナノ粒子は、透過型電子顕微鏡法、超純水中の動的光散乱、およびX線回折によって特徴付けられた。得られた結果を
図1~
図6に示す。
【0050】
先に説明したように、本発明の発光ナノ粒子は、発色団リガンドによって光増感する。これらの発色団リガンドは、光エネルギーを吸収し、アンテナ効果によってナノ粒子の表面に存在するランタニドイオンにそれを移動させる。
【0051】
これらのリガンドの性質の選択は、ナノ粒子の溶解性および安定性を確実にし、所望の顕著な分光特性を得るために優れた配位を有することが重要である。
【0052】
本発明によるリガンドは、テルビウムイオンを特異的に光増感する1つまたは複数の発色団ラジカルで選択され、これらの発色団ラジカルは、少なくともテルビウムの7F6~5D4遷移のエネルギーギャップに対応するエネルギー量を移動させ得る。
【0053】
そのため、ジピコリン酸または2-ヒドロキシイソフタル酸蛍光体に基づく発色団ラジカルは、本発明によるナノ粒子のTb(III)イオンを増感するために選択されている。実際に、これらのラジカルの三重項状態(それぞれ、26600cm-1および約23000cm-1)は、Tb(III)イオンの励起状態(20500cm-1)に近く、エネルギー移動を最適化し、優れた光増感を得ることができる。
【0054】
ジピコリン酸(左)および2-ヒドロキシイソフタル酸(右)の式を以下に示す。
【化5】
【0055】
これらの観察から、2つのシリーズのリガンドが、異なるリンカーおよび置換基で合成されている。しかしながら、高度に予備組織化されたランタニドイオン配位に使用される通常のリガンドとは対照的に、本発明のリガンドは、優先的に平面配位を標的にして、ナノ粒子の安定化を確保しながら、ランタニドカチオンからの浸出を防止する。
【0056】
したがって、本発明は、式Iまたは式IIのうちの1種またはいくつかの発色団ラジカルを含む有益なリガンドを提供し、
【化6】
式中、Rは、H、CN基、またはCOOH基から選択される。
【0057】
別の実施形態によれば、本発明は、式Iまたは式IIのうちの1種またはいくつかの発色団ラジカルを含む有益なリガンドを提供し、
【化7】
式中、Rは、4-エチル安息香酸基である。
【0058】
これらの発色団ラジカルは、ランタニドナノ粒子の表面へのリガンドの結合を確実にする定着部位として機能するいくつかの酸素および窒素原子、ならびに光エネルギーを強力に吸収し得、続いてそれが結合するランタニドナノ粒子の表面でテルビウムイオンに光エネルギーを移動させ得る芳香族部分を有する。
【0059】
本発明に準拠したリガンドの例は、特に、L
5と称される以下に表示される分子である。
【化8】
【0060】
その後、L1、L2、L3、およびL4と称される、リガンドの他の4つの優先的な実施例が示される。
【化9】
【0061】
その後、L6、L7、L8、およびL9と称される、リガンドの他の4つの優先的な実施例が示される。
【化10】
【0062】
これらのリガンド実施例L1~L5の合成方法は、以下の実施例部分に記載される。
【0063】
これらのリガンド実施例L6~L9の合成方法も、以下の実施例部分に記載される。
【0064】
リガンドがいくつかの発色団ラジカルを含む場合、これらのラジカルは、リガンドの発色団ラジカルの数と共に増加する長さを有するスペーサー基と称される炭素鎖によって、リガンド内で一緒に優先的に結合する。
【0065】
L1~L4で見られ得るように、スペーサー基は、優先的には、結合する発色団ラジカルと少なくとも同じ数のアームを有する、1つまたは複数のヘテロ原子、例えば、窒素原子を含有する分岐炭素鎖である。
【0066】
さらに、L6~L8で同じことがわかり、スペーサー基は、優先的には、結合する発色団ラジカルと少なくとも同じ数のアームを有する、1つまたは複数のヘテロ原子、例えば、窒素原子を含有する分岐炭素鎖である。
【0067】
有利なことには、本発明によるリガンドは、分析対象の担体分子に共有結合可能なグラフト官能基をさらに含み得る。この場合、このグラフト官能基は、スペーサー基によって分子の残りの部分にも結合する。
【0068】
上記実施形態の場合、スペーサー基は、グラフト官能基を結合するための補足アームを有し得る。
【0069】
グラフト官能基の性質は、結合するベクターまたは担体分子の性質に応じて決定される。その化学構造は、所望の担体分子の化学構造に特異的結合かつ共有結合し得るように精巧に考案される。したがって、このグラフト構造は、所望の用途に正確に対応するように当業者によって適合させることができる。
【0070】
標的とする担体分子は、得る所望の標識またはマーカーに応じて、多様であり得る。そのようなベクターのいくつかが想定されており、本発明と適合性があり、例えば、ペプチド、タンパク質、抗体、抗体部分、または例えば、ビオチンもしくはデスチオビオチンなどの2000g.モル-1未満の分子量の小分子を含む。
【0071】
別の実施形態では、他のベクターが想定されており、本発明と適合性があり、例えば、ペプチドLPFFD、ペプチドKLVFF、または抗IgG(H+L)ヒト抗体を含む。
【0072】
ランタニドイオンナノ粒子の周囲にリガンドを固定し、分析対象の担体分子をリガンドに共有結合させた後、本発明の結果、生体機能化超高輝度発光ナノ粒子が得られる。
【0073】
図7に概略的に表示されるように、工程が実現される順序に応じて、2つの異なる方法によって、そのような生体機能化発光ナノ粒子を得ることが可能である。
【0074】
上記に表示された第1の方法によれば、発色団ラジカル2、スペーサー基3、およびグラフト官能基4をそれぞれ含むリガンド分子1は、第1に、例えばペプチドまたは抗体であり得る生体分子5(担体分子またはベクター)と混合される。これらの生体分子5は、それらのグラフト官能基4を介してリガンド分子1に結合し、生体機能化リガンド分子6が得られる。
【0075】
第2の工程では、ランタニドナノ粒子7は、その発色団2によってランタニドナノ粒子7の表面をコーティングする生体機能化リガンド分子6に混合される。
【0076】
以下に表示される第2の方法によれば、リガンド分子1は、直ちにランタニドナノ粒子7と接触する。リガンド分子1の発色団2は、ランタニドナノ粒子7の表面に結合し、したがって、コーティングされたナノ粒子8を形成する。
【0077】
これらのコーティングされたナノ粒子8は、第2の工程で生体分子5と混合される。これらの生体分子5は、ランタニドナノ粒子7にすでに結合したリガンド分子1のグラフト官能基4に共有結合する。
【0078】
両方の記載された方法は、本発明による、生体機能化発光ナノ粒子9の取得をもたらす。生体分子5に起因する立体障害のため、それらは、固定されたコーティングリガンドの数(第2の方法でより重要)および固定された生体分子の数(第1の方法でより重要)において異なり、したがって、対象用途に応じて当業者によって代替的に選択され得る。
【0079】
したがって、前述のリガンドL1~L4は、生体機能化リガンドを生成するために、担体分子のヒドロキシル、アミン、またはチオール官能基を、例えば、リガンドL1~L4のグラフト官能基と反応させることによって、分析対象の担体分子を有利に固定し得る。
【0080】
リガンドL1から実現される生体機能化リガンドの2つの特定の例は、本発明者によって合成および試験された。これらの実施例は、ストレプトアビジンおよびマツズマブ抗体によるリガンドL1の生体機能化と比較して、その後の実施例部分で詳細に説明される。
【0081】
さらに、有利に発光ナノ粒子を生体機能化するために、本発明は、例外的な分光特性を有する発光ナノ粒子を提供する。
【0082】
先に説明されたように、好適な発色団含有リガンドによるランタニドイオンナノ粒子のコーティングは、ナノ粒子の表面に位置する発色団からテルビウムイオンへのアンテナ効果を介したエネルギー移動の結果、得られるナノ粒子の輝度を改善する。
【0083】
しかしながら、それらの表面テルビウムイオンは、それらを取り囲む水性環境の水分子によって生物学的培地中で振動クエンチに供され、これは、それらの励起状態寿命を不利に低減し、それらの量子収率を減少させ、したがって、続いてそれらの輝度を減少させる。
【0084】
この技術的問題を解決するために、本発明は、テルビウムイオンに加えて、テルビウムとは異なる好適な第2のランタニドのイオンを含むランタニドナノ粒子を提供する。
【0085】
第2のランタニドイオンのこの添加の目的は、ナノ粒子のコアに位置するランタニドイオンの発光を促進することである。
【0086】
実際に、ナノ粒子のコアに位置するランタニドイオンは、培地の水分子の振動クエンチから保護されるため、表面イオンよりも長い寿命、および改善された固有量子収率を有する。しかし、それにもかかわらず、それらは表面から遠く、アンテナとして作用する発色団リガンドによって効率的に増感され得ない。
【0087】
テルビウムイオンと協働し得るセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、およびイッテルビウムの中から適切に選択される第2のランタニドのイオンを導入することによって、これらのコアイオンの発光の関与が有利に得られる。
【0088】
実際に、ナノ粒子の表面に位置するテルビウムイオンTb3+から、ナノ粒子のコアに存在する第2のランタニドLn3+のイオンへのエネルギー移動は、漏斗効果によって促進される。
【0089】
この効率的なエネルギー移動の結果、表面テルビウムイオンは、コアのランタニドイオンにアクセスし、増感するためのリレーとして機能する。したがって、ナノ粒子の分光特性が強化される。ナノ粒子の輝度が改善され、水性培地中のそれらの励起状態寿命が同時に増加する。
【0090】
そのような有益な効果は、本発明に準拠した発光ナノ粒子上で実施され、リガンドL5分子でコーティングされた実施例N°6によるランタニドナノ粒子を含む研究に関連して、
図8~13に実証された。
【0091】
これらの研究は、実施例N°6ランタニドナノ粒子のリガンドL5の存在下での挙動を理解するために実施された。L5による滴定を通して、ナノ粒子の吸収、励起、および発光スペクトルが監視された。これらの試験の目的は、L5によるTb(III)イオンの増感が、TbとEuとの間のエネルギー移動を使用して、ナノ粒子のEu(III)イオンの水中の分光特性を改善することを示すことであった。
【0092】
図8では、La0.14Tb0.85Eu0.01F3ナノ粒子([c]=13.5pM)を含有する緩衝溶液(TRIS/HCl、0.01M、pH=7)は、リガンドL5によって滴定された。その操作は、L5の水溶液([c]=5x10
-4M)の体積を増加させること、およびUV/可視吸収分光法によって得られる溶液の吸収を監視することから構成されている。
【0093】
各曲線、a~lは、リガンドL5溶液の異なる添加体積Vの増加に対応する。
【0094】
曲線aは、リガンドL5を含まないナノ粒子溶液単独、すなわち、添加体積のVa=0μLのL5リガンド溶液に対応する。
【0095】
曲線b~lは、曲線bについては、Vb=20μL、曲線cについては、Vc=40μL、曲線dについては、Vd=60μL、曲線eについては、Ve=80μL、曲線fについては、Vf=100μL、曲線gについては、Vg=120μL、曲線hについては、Vh=140μL、曲線iについては、Vi=200μL、曲線jについては、Vj=400μL、曲線kについては、Vk=650μL、および曲線lについては、Vl=900μLのL5リガンド溶液の添加体積にそれぞれ対応する。
【0096】
図8に見られるように、溶液の吸収は、添加されたリガンドの体積と同じ方法で増加する。
【0097】
図9に表示されるように、リガンドL5の吸収帯域の最大値に対応する314nmでの吸収を具体的に研究すると、314nmでの吸収帯域の増加は、添加されたリガンドの濃度の関数として線形であることに気付き得る。
【0098】
同時に、L5の各添加について、La
0.14Tb
0.85Eu
0.01F3ナノ粒子の発光スペクトルも蛍光分光法(λ
exc=330nm)によって測定され、
図10および11に表示されて、各曲線a’~l’は、リガンドL5溶液の異なる添加体積の増加に対応する。
【0099】
先のように、曲線a’は、リガンドL5を含まないナノ粒子溶液単独、すなわち、添加体積のVa’=0μLのL5リガンド溶液に対応し、曲線b’~l’は、曲線b’については、Vb’=20μL、曲線c’については、Vc’=40μL、曲線d’については、Vd’=60μL、曲線e’については、Ve’=80μL、曲線f’については、Vf’=100μL、曲線g’については、Vg’=120μL、曲線h’については、Vh’=140μL、曲線i’については、Vi’=200μL、曲線j’については、Vj’=400μL、曲線k’については、Vk’=650μL、および曲線l’については、Vl’=900μLのL5リガンド溶液の添加体積にそれぞれ対応する。
【0100】
選択された励起波長、λexc=330nmは、リガンドL5の吸収波長に対応する。
【0101】
リガンドL5を含まないナノ粒子溶液に対応する曲線a’は、330nmで励起される場合、ナノ粒子のTbおよびEu発光が極端に弱いことを示す。曲線a’は、横軸とほぼ一致する。
【0102】
曲線b’に対応するリガンドの第1の添加によって、TbおよびEuイオンが増感し、485、545、584、および621nmのテルビウムの4つの典型的な発光帯域を含有する発光スペクトル、ならびに579nm、583~603nm、604~630nm、650nm、および679~707nmの狭い帯域を有するユーロピウムの信号を得、発光の最大値は、592nmである。
【0103】
これらの発光帯域の重要性は、曲線b’から曲線l’まで、リガンドの添加量が増加するのと同じ方法で増加する。
【0104】
テルビウムおよびユーロピウムに対応する発光帯域は、
図11の拡大においてより容易に観察され得る。
【0105】
大量のリガンドが添加される場合、415nmの区域内の別の発光帯域が現れ、増加する。この帯域は、溶液中のリガンドの蛍光に起因する。
【0106】
図12に見られるように、添加されたリガンドの関数としてのスペクトルの異なるピークの強度の進化は、リガンドL5による滴定中に異なる挙動を示す。
【0107】
Curve a”は、リガンドL5の発光帯域に対応する415nmにおける発光強度の進化を示す。予測通り、曲線a”は、添加されたリガンドの濃度の関数としてほぼ直線的である。曲線a”の勾配は、溶液中の非配位リガンドL5分子の増殖のため、等価体積の後(以下に説明されるように)わずかに増加する。
【0108】
曲線b”は、545nmにおけるテルビウムの主帯域の発光強度の進化を示す。ランタニドナノ粒子の表面で結合したリガンドL5分子の数が増加するにつれて、テルビウムの発光強度は、曲線b”の第1の部分において徐々に増加する。次いで、ランタニドナノ粒子の表面が、リガンドL5分子によって完全にコーティングされる場合、最大値に達する。この強い強度の発光は、リガンドL5分子によるナノ粒子の表面でのテルビウムイオンの光増感に起因する。
【0109】
成長領域および最大領域に関連する2つの直線の点Pにおける交点は、ナノ粒子表面を完全にコーティングするのに必要な最小体積のリガンド溶液に対応する滴定の等価体積を画定することを可能にする。表示される場合、等価体積は、423μLに位置していた(8.8×10-5モルのL-1の濃度に対応する)。
【0110】
ユーロピウム発光の進化は、それぞれ曲線c”およびd”に対応する614nmおよび700nmの2つの帯域で観察された。リガンドL5溶液の第1の添加から、強力な発光が現れ、2つの帯域の最大強度に達する。この発光は、L5溶液を次に添加しても一定のままである。
【0111】
曲線c”およびd”によって示されるユーロピウムイオンの強力な発光は、本発明で予測されるように、リガンドL5による表面でのテルビウムイオンの光増感の後に、有利なことにナノ粒子のコア内のユーロピウムイオンへのエネルギーの定量的移動が続くことを証明する。この顕著な発光は、
図13に例示されるように、リガンドL5分子がそれらをほとんど光増感しないため、リガンドL5によって表面に存在するユーロピウムイオンの直接光増感によって引き起こすことはできない。
【0112】
実際に、
図13では、曲線a’’’について、1.29nMの濃度を有するLa
0.9Eu
0.1F
3、および曲線b’’’について、246pMの濃度を有するLa
0.99Eu
0.01F
3の、それぞれ、ユーロピウムイオンを含有するが、テルビウムイオンを含有しない2つのランタニドナノ粒子の発光スペクトルは、リガンドL5吸収に対応するλexc=330nmの波長での励起後、緩衝溶液(TRIS/HCl 0.01M、pH7.0)中のリガンドL5溶液([L5]=1.22×10
-5M)の存在下で監視された。これらのスペクトルでは、リガンドL5分子の発光帯域は、目に見える唯一の顕著な発光ピークであり、ユーロピウムの発光帯域はほとんど観察できない。
【実施例】
【0113】
ランタニドイオンナノ粒子の合成
ランタニドイオンナノ粒子の合成について、2つの実験方法を使用した。
【0114】
第1の方法は、マイクロ波照射を使用する。電子レンジを使用して、水中でそれを実現した。
【0115】
この第1の方法に従って、NH4F、TbCl3、LnCl3、および任意選択的にLaCl3の溶液を、ミリQ水中で調製した。Lnは、本発明のナノ粒子の第2のランタニドに対応し、代替的に、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、またはイッテルビウムである。
【0116】
合成の第1の工程は、ナノ粒子に対する所望の共ドーピングに対応する量で、TbCl3、LnCl3、および任意選択的にLaCl3を一緒に混合することからなっている。
【0117】
第2の工程では、NH4Fの溶液を、室温で添加した。NH4Fのこの添加された体積は、1当量のランタニドに対して3当量に対応した。
【0118】
次いで、第3の工程は、混合物を電子レンジで150℃で12分間温めることであった。電子レンジ内での合成によって、迅速かつ正確な温度上昇、中温での迅速な合成を伴う定期的な加熱が得られ、したがって、狭いサイズ分布を有するナノ粒子を生成することが期待された。
【0119】
9000tr/分で25分間の遠心分離の後、上清を除去し、白色固体を60℃で1時間超音波を使用してミリQ水中に分散させて、ナノ粒子の水性懸濁液を得た。
【0120】
第2の方法は、水中での150℃のオートクレーブ中の水熱合成である。
【0121】
加熱に対応する第3の工程を除いて、手順は全く同じであった。この方法の第3の工程では、混合物をスチール反応器に封入し、オーブン内で150℃で2時間加熱した。
【0122】
遠心分離、上清除去、および超音波分散の後、ナノ粒子の水溶液を、第1の方法と比較して同様の収率で得た。
【0123】
ランタニドイオンナノ粒子の異なる例は、それに応じて合成され、以下の表1に示される。
【表1】
【0124】
リガンドL
1、L
2、およびL
3の合成:
請求項に係るリガンドL
1、L
2、およびL
3を、以下の合成工程に従い、以下の中間化合物1~7を用いて調製した。
【化11】
【0125】
化合物1を、NaOHの存在下での、110℃で一晩の、KMnO4による2,6-ジメチルアニソールの酸化、続いて媒体の酸性化およびEtOHの存在下でのエステル化による2つの工程で得た。2つの工程について、全体的な収率は、79%であった。
TLC:Rf=0.84(SiOH、DCM/MeOH:95/5)。1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1.36(t、J=7.0Hz、6H、CH3)、3.90(s、3H、CH3)、4.35(q、J=7.1Hz、4H、CH2)、7.16(t、J=7.8Hz、1H、Har)、7.87(d、J=7.8Hz、2H、Har)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、61(CH2)、64(CH3)、123(CH)、127(Cquat)、135(CH)、159(Cquat)、166(Cquat)。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=253.11([M+H]+、100%)、254.11([M+H]+、13%)、255.11([M+H]+、2%)、527.19([2M+Na+]、48%)。C13H16O5.1/3H2Oについて計算された元素分析:C、60.46、H、6.50。判明:C、60.63、H、6.29。
【0126】
EtOH中のKOHによる化合物1の制御された鹸化によって、化合物2を76%の収率で得た。
TLC:Rf=0.70(SiOH、DCM/MeOH:9/1)。1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1.42(t、J=7.1Hz、3H、CH3)、4.05(s、3H、CH3)、4.43(q、J=7.1Hz、2H、CH2)、7.3(t、J=7.8Hz、1H、Har)、8.08(dd、J=7.8Hz、1.9Hz、1H、Har)、8.30(dd、J=7.8Hz、1.8Hz、1H、Har)。
【0127】
アセトニトリル中、EDCIおよびHOBtを使用した、トリエチルアミンの存在下での、化合物2の1,3-ジアミノ-2-プロパノールとのペプチドカップリングによって、化合物3を74%の収率で得た。
TLC:Rf=0.51(SiOH、DCM/MeOH:95/5)。1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1.42(t、J=7.1Hz、6H、CH3)、3.53-3.60(m、2H、CH2)、3.69-3.76(m、2H、CH2)、4.00(s、6H、CH3)、4.02-4.06(m、1H、CH)、4.25(d、J=4.1Hz、1H、OH)、4.41(q、J=7.1Hz、4H、CH2)、7.27(t、J=7.7Hz、2H、Har)、7.93(dd、J=7.7Hz、1.9Hz、2H、Har)、8.23(dd、J=7.9Hz、1.9Hz、2H、Har)、8.36(t、J=5.9Hz、2H、NH)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、44(CH2)、62(CH2)、64(CH3)、72(CH)、124(CH)、126(Cquat)、127(Cquat)、135(CH)、136(CH)、158(Cquat)、166(Cquat)、166(Cquat)。IR(cm-1、ATR)ν3376、2940、1723、1642、1525、1417、1255、1131。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=503.20([M+H]+、100%)、504.20([M+H]+、21%)、505.20([M+H]+、3%)、1027.33([2M+Na+]、27%)。C25H30N2O9,1H2Oについて計算された元素分析:C、57.69、H、6.20、N、5.38。判明:C、57.88、H、5.89、N、5.85。
【0128】
THF中、78℃、1時間での、化合物3、t-ブタン酸カリウム、およびt-ブチルブロモアセテートを使用したウィリアムソン型求核置換によって、化合物4を精製後51%の収率で得た。
TLC:Rf=0.66(SiOH、DCM/MeOH:95/5)。1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1.42(t、J=7.2Hz、6H、CH3)、1.47(s、9H、CH3)、3.46-3.52(m、2H、CH2)、3.77-3.82(m、1H、CH)、3.84-3.92(m、2H、CH2)、3.98(s、6H、CH3)、4.16(s、2H、CH2)、4.41(q、J=7.2Hz、4H、CH2)、7.25(t、J=7.8Hz、2H、NH)、7.91(dd、J=7.4Hz、1.9Hz、2H、Har)、8.20(dd、J=8.0Hz、1.6Hz、2H、Har)、8.40(t、J=5.8Hz、2H、Har)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、28(CH3)、40(CH2)、61(CH2)、64(CH3)、68(CH)、78(CH2)、82(Cquat)、124(CH)、126(Cquat)、128(Cquat)、135(CH)、136(CH)、158(Cquat)、165(Cquat)、166(Cquat)、170(Cquat)。IR(cm-1、ATR)ν3376、2980、1725、1653、1518、1417、1255、1125、994。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=617.27([M+H+]、100%)、618.27([M+H+]、35%)、619.27([M+H+]、9%)、620.28([M+H+]、1%)。C31H40N2O11について計算された元素分析:C、60.38、H、6.54、N、4.83。判明:C、60.69、H、6.53、N、4.83。
【0129】
ジクロロメタン中、50℃での、トリフルオロ酢酸を使用したt-ブチルエステル基の脱保護によって、化合物5を70%の収率で得た。
TLC:Rf=0.37(SiOH、DCM/MeOH:95/5)。1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1.37(t、J=7.1Hz、6H、CH3)、3.50-3.54(m、2H、CH2)、3.78-3.82(m、3H、CH;CH2)、3.91(s、6H、CH3)、4.27(s、2H、CH2)、4.36(q、J=7.2Hz、4H、CH2)、7.21(t、J=7.7Hz、2H、Har)、7.88(dd、J=7.7Hz、1.6Hz、2H、Har)、8.14(dd、J=7.8Hz、1.6Hz、2H、Har)、8.49(t、J=5.5Hz、2H、NH)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、40(CH2)、62(CH2)、64(CH3)、67(CH)、78(CH2)、124(CH)、126(Cquat)、128(Cquat)、135(CH)、136(CH)、158(Cquat)、165(Cquat)、166(Cquat)、173(Cquat、C15)。IR(cm-1、ATR)ν3370、2982、2941、1722、1646、1525、1417、1257、1130、992。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=561.21([M+H+]、100%)、562.21([M+H+]、27%)、563.21([M+H+]、7%)、564.21([M+H+]、1%)、1143.39([2M+Na+]、97%)。C27H32N2O11.CH3OHについて計算された元素分析:C、56.75、H、6.12、N、4.73。判明:C、57.09、H、5.93、N、5.13。
【0130】
アセトニトリル中、0℃での、EDCIおよびHOBtを使用した5とt-ブチル-6-アミノヘキシルカルバメートとのペプチドカップリングによって、化合物6を61%の収率で得た。
TLC:Rf=0.69(SiOH、DCM/MeOH:9/1)。1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1.29-1.30(m、4H、CH2)、1.40-1.42(m、17H、CH3;CH2;CH3)、1.47-1.53(m、2H、CH2)、3.06(q、J=3.06Hz、2H、CH2)、3.25(q、J=6.7Hz、2H、CH2)、3.68-3.74(m、5H、CH;CH2;CH2)、3.95(s、6H、CH3)、4.11(s、2H、CH2)、4.40(q、J=7.1Hz、4H、CH2)、4.58(s、1H、NH)、7.07(t、J=5.6Hz、1H、NH)、7.27(t、J=7.8Hz、2H、Har)、7.93(dd、J=7.7Hz、1.7Hz、2H、Har)、8.20-8.22(m、2H、Har)、8.26(t、J=6.0Hz、2H、NH)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、26(CH2)、27(CH2)、29(CH3)、30(CH2)、30(CH2)、39(CH2)、40(CH2)、40(CH2)、62(CH2)、64(CH3)、70(CH)、79(CH2)、124(CH)、126(Cquat)、128(Cquat)、135(CH)、136(CH)、156(Cquat)、158(Cquat)、166(Cquat)、166(Cquat)、169(Cquat)。IR(cm-1、ATR)ν3334、2977、2934、2859、1710、1650、1521、1461、1254、1131、995。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=781.36([M+Na+]、100%)、782.37([M+Na+]、45%)、783.37([M+Na+]、11%)、784.37([M+Na+]、2%)、1539.73([2M+Na+]、29%)。C38H54N4O12について計算された元素分析:C、60.14、H、7.17、N、7.38。判明:C、59.79、H、7.36、N、7.62。
【0131】
ジクロロメタン中、-78℃での、BBr3を使用した化合物6の保護基の脱保護、続いてEtOH中のNaOHでの鹸化によって、化合物7を2工程において80%の収率で得た。
TLC:Rf=0.68(C18、H2O(0.1%TFA/ACN(0.1%TFA):8/2)。1H-NMR(400MHz、D2O)δ1.05-1.15(m、4H、CH2)、1.27(m、J=7.2Hz、4H;CH2)、2.51(t、J=7.2Hz、2H、CH2)、3.07(t、J=7.1Hz、2H、CH2)、3.63(dd、J=14.4Hz、6.6Hz、2H、CH2)、3.75(dd、J=14.2Hz、4.2Hz、2H、CH2)、3.91-3.95(m、1H、CH)、4.22(s、2H、CH2)、6.63(t、J=7.6Hz、2H、Har)、7.46-7.48(m、2H、Har)、7.85(dd、J=7.8Hz、1.9Hz、2H、Har)。13C-NMR(100MHz、D2O)δ26(CH2)、26(CH2)、28(CH2)、31(CH2)、39(CH2)、40(CH2)、40(CH2)、68(CH2)、78(CH)、115(CH)、119(Cquat)、127(Cquat)、132(CH)、133(CH)、164(Cquat)、170(Cquat)、172(Cquat)、177(Cquat)。IR(cm-1、ATR)ν2940、2857、1660、1592、1540、1433、1256、1190、1157、1130、756。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=575.23([M+H+]、100%)、576.24([M+H+]、81%)、577.24([M+H+]、30%)、578.24([M+H+]、7%)、579.24([M+H+]、2%)。C27H34N4O10.TFA.2H2Oについて計算された元素分析:C、51.77、H、5.66、N、8.63、判明:C、51.40、H、5.49、N、8.34。
【0132】
化合物7とp-フェニル-ビスイソチオシアネートとの反応によって、リガンドL1を88%の収率で得た。
TLC:Rf=0.63(C18、H2O(0.1%TFA/ACN)/(0.1%TFA):6/4)。1H-NMR(400MHz、DMSO)δ1.20-1.27(m、4H、CH2)、1.37(m、J=6.9Hz、2H;CH2)、1.48(m、J=7.0Hz、2H、CH2)、3.06(q、J=6.5Hz、2H、CH2)、3.42-3.48(m、4H、CH2)、3.56-3.62(m、2H、CH2)、3.71(m、J=5.2Hz、1H、CH)、4.04(s、2H、CH2)、6.99(t、J=7.8Hz、2H、Har)、7.35-7.37(m、2H、Har)、7.55-7.57(m、2H、Har)、7.69(t、J=5.9Hz、1H、NH)、7.94(dd、J=7.8Hz、1.8Hz、2H、Har)、8.04(dd、J=7.8Hz、1.8Hz、2H、Har)、8.76-8.78(m、2H、NH)、9.76(s、1H、NH)。13C-NMR(100MHz、DMSO)δ27(CH2)、29(CH2)、30(CH2)、39(CH2)、41(CH2)、44(CH2)、46(CH2)、69(CH2)、79(CH)、116(Cquat)、119(CH)、121(Cquat)、123(CH)、125(Cquat)、127(CH)、133(Cquat)、134(CH)、136(CH)、140(Cquat)、161(Cquat)、166(Cquat)、170(Cquat)、172(Cquat)、181(Cquat)。IR(cm-1、ATR)ν3308、2932、2099、1643、1598、1538、1504、1436、1263、1191、1155、759。HR-ESI/MS(ポジティブモード):m/z=767.2177([M+H+]、100%)、768.2203([M+H+]、44%)、769.2246([M+H+]、16%)、770.2179([M+H+]、4%)、771.2116([M+H+]、1%)。C35H38N6O10S2.H2Oについて計算された元素分析:C、53.56、H、5.14、N、10.71、S、8.17。判明:C、53.33、H、5.05、N、10.42、S、8.15。
【0133】
DMF中、トリエチルアミンの存在下での、化合物7と2,5-ジオキソピロリジン-1-イル-2-ヨードアセテートとの反応によって、リガンドL2を57%の収率で得た。
【0134】
N-メチルモルホリンを含有するDMF中、室温での、2,5-ジオキソピロリジン-1-イル-3-(2,5-ジオキソ-2,5-ジヒドロ-1H-ピロール-1-イル)プロパノエートと化合物7との反応によって、リガンドL3を53%の収率で得た。
【0135】
リガンドL4の合成:
請求項に係るリガンドL4を、以下の合成工程に従い、以下の中間化合物1、2、10、および11を用いて調製した。
【化12】
【0136】
SOCl2を使用した化合物9のエステル化、続いて過剰な塩化チオニルの蒸発、およびEt3Nの存在下でのEtOHとの反応によって、化合物1を全体として68%の収率で得た。
【0137】
トリエチルアミンを含有するアセトニトリル中、EDCIおよびHOBtを使用した化合物2とt-ブチル(2-(ビス(2-アミノエチル)アミノ)エチル)カルバメートとのペプチドカップリングによって、化合物10を84%の収率で得た。
TLC:Rf=0.40(SiOH、DCM/MeOH:95/5)。1H-NMR(300MHz、CDCl3)δ1.33(s、9H、CH3)、1.37(t、J=7.2Hz、6H、CH3)、2.69(t、J=6Hz、2H、CH2)、2.77(t、J=6.2Hz、4H、CH2)、3.18(td、2H、J=5.0et6.2Hz、CH2)、3.54(q、J=6Hz、4H、CH2)、3.85(s、6H、CH3)、4.38(q、J=7.2Hz、4H、CH2)、7.19(t、J=7.8Hz、2H、Har)、7.86(dd、J=1.9et7.8Hz、2H、Har)、7.93(t、J=5.0Hz、1H、NH)、8.09(dd、J=1.9et7.8Hz、2H、Har)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、28(CH3)、37(CH2)、38(CH2)、53(CH2)、61(CH2)、63(CH2)、78(Cquat)、124(Cquat)、125(Cquat)、128(CH)、134(CH)、135(CH)、155(Cquat)、157(Cquat)、164(Cquat)、165(Cquat)。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=659.33([M+H+]、100%)、660.33([M+2H+]、40%)、661.33([M+3H+]、12%)、662.34([M+4H+]、4%)。C33H46N4O10.H2Oについて計算された元素分析:C、58.56、H、7.15、N、8.28。判明:C、58.80、H、6.89、N、5.91。
【0138】
CH2Cl2中、-78℃での、BBr3の使用、続いて水/メタノール混合物中、NaOHを使用した蒸発および鹸化の2工程で、化合物11を全体として60%の収率で得た。
TLC:Rf=0.30(C18、H2O(0.1%TFA)/ACN(0.1%TFA):8/2。1H-NMR(400MHz、D2O)δ2.59(m、4H、CH2)、2.72(t、J=5.0Hz、4H、CH2)、3.42(t、J=5.0Hz、4H、CH2)、6.43(t、J=7.7Hz、2H、Har)、7.25(dd、J=1.8et7.7Hz、2H、Har)、7.69(dd、J=1.8et7.7Hz、2H、Har)。13C-NMR(100MHz、D2O)δ37(CH2)、38(CH2)、51(CH2)、54(CH2)、117(Cquat)、118(Cquat)、119(CH)、133(CH)、134(CH)、159(Cquat)、167(Cquat)、174(Cquat)。ESI/MS(ポジティブモード):m/z=475.18([M+H+]、100%)、476.18([M+2H+]、28%)、477.18([M+3H+]、6%)、949.36([2M]、6%)。
【0139】
Et3Nを含有するDMF中、0℃での、化合物11とN-スクシンイミジル3-マレイミドプロピオネートとの反応によって、リガンドL4を20%の収率で得た。
TLC:Rf=0.30(C18、H2O(0.1%TFA)/ACN(0.1%TFA):7/3。1H-NMR(400MHz、D2O)δ2.35(t、J=5.8Hz、2H、CH2)、2.74(t、J=6.5Hz、2H、CH2)、2.83(t、J=7.0Hz、4H、CH2)、3.30(t、J=5.8Hz、2H、CH2)、3.35(t、J=6.5Hz、2H、CH2)、3.50(t、J=7.0Hz、4H、CH2)、5.97(s、2H、CH=CH)、6.48(t、J=7.2Hz、2H、Har)、7.30(d、J=7.2Hz、2H、Har)、7.75(d、J=7.2Hz、2H、Har)。13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ22(CH2)、23(CH2)、23.5(CH2)、24(CH2)、39(CH2)、40(CH2)、99(Cquat)、106(Cquat)、111(CH)、117(CH)、119(CH)、123(CH=CH)、154(Cquat)、158(Cquat)、161(Cquat)、162(Cquat)、166(Cquat)。
【0140】
リガンドL5の合成
リガンドL5を、以下の合成工程に従って調製した。
【化13】
【0141】
リガンドL5の合成を、ヨウ化メチル(MeI)および炭酸カリウム(K2CO3)の存在下での、SN2求核置換による、化合物12に対応する2,4,6-トリメチルフェノールのアルコール官能基の保護を有する工程aにおいて開始し、97%の収率であった。
【0142】
第2の工程bは、工程aから得られた化合物13の3つのメチル基の、H2O中のKMnO4およびKOHでの酸化であった。工程bの収率は、62%であった。
【0143】
合成の最後の工程cは、HBr/AcOH(50/50)の溶液の存在下での、O-脱メチル化による化合物14のフェノレート官能基の脱保護であった。沈殿および遠心分離によって、リガンドL5を60%の収率で得た。
【0144】
リガンドL6の合成
リガンドL6を、以下の合成工程に従って調製した。
【化14】
【0145】
化合物2を塩化チオニルに可溶化する。溶液を5時間の間に90℃で加熱する。蒸発後、エタノールアミンおよび蒸留トリエチルアミンを添加する。粗生成物を抽出する。シリカゲルを用いたFPLCによる精製後、化合物15を得た。
TLC:0.3(SiOH、DCM/MeOH);NMR1H:(400MHz、CDCl3)δ1.41(t、J=7.1Hz、3H、CH3)、3.64(q、J=5.2Hz、2H、CH2)、3.84(t、J=5.1Hz、2H、CH2)、3.91(s、3H、CH3)、4.40(q、J=7.1Hz、2H、CH2)、7.27(t、J=7.8Hz、1H、Har)、7.92(dd、J=7.7Hz、1.9Hz、1H、Har)、8.17-8.21(m、1H、NH)、8.22(dd、J=7.8Hz、1.9Hz、1H、Har)。NMR13C:(100MHz、CDCl3)δ14(CH3)、43(CH2)、62(CH2)、62(CH2)、64(CH3)、124(CH)、126(Cquat)、128(Cquat)、135(CH)、135(CH)、158(Cquat)、166(Cquat)、166(Cquat)。ESI+/MS:m/z=268.12([M+H+]、82%)、557.21([2M+H+])。C13H17NO5,1/3H2Oについて計算された元素分析:C、57.14、H、6.52、N、5.13。判明:C、57.14、H、6.54、N、5.14。
【0146】
化合物15をBBr3でDCMに可溶化する。粗生成物をEtOH中で溶解した。NaOHを5mLのH2O中で溶解した。この塩基性溶液を混合物に添加した。不溶性部分を濾過により除去した。精製を、カラムクロマトグラフィーによって実施して、リガンドL6を得た。
TLC:0.87(C18、H2O/MeOH);NMR1H:(400MHz、H2O+NaOD)δ3.56(t、J=5.6Hz、2H、CH2)、3.77(t、J=5.6Hz、2H、CH2)、6.97(t、J=7.6Hz、1H、Har)、7.90-7.98(m、2H、Har)。NMR13C:(100MHz、CDCl3)41(CH2)、61(CH2)、112(CH)、119(Cquat)、130(CH)、131(CH)、133(Cquat)、166(Cquat)、171(Cquat)、179(Cquat)。ESI-/MS:m/z=224.07([M-H+]、100%。C10H11NO5、3/4H2Oについて計算された元素分析:C、50.32、H、5.28、N、5.87。判明:C、50.10、H、4.97、N、5.77。
【0147】
リガンドL7の合成
リガンドL7を、以下の合成工程に従って調製した。
【化15】
【0148】
Fmoc-Lys(Boc)-OHをトリフルオロ酢酸に可溶化する。溶液を室温で一晩撹拌する。溶液を減圧下で蒸発させて、化合物16を得た。
NMR1H:(400MHz、MeOD)δ1.42-1.53(m、2H)、1.61-1.77(m、3H)、1.86-1.95(m、1H)、2.92(t、J=7.2Hz、2H、CH2)、4、15-4.19(m、1H)、4.23(t、J=6.9Hz、1H、CH)、4.32-4.36(m、1H)、4.39-4.44(m、1H)、7.29-7.33(m、2H、Har)、7.37-7.42(m、2H、Har)、7.65-7.70(m、2H、Har)、7.79-7.82(2H、Har)。
【0149】
化合物16を、エチル3-(クロロカルボニル)-2-メトキシベンゾエートおよびジイソプロピルエチルアミンと共に、蒸留THF(100mL)に可溶化する。反応物を、H2O(20mL)でクエンチし、溶媒を減圧下で蒸発させた。化合物17をカラムクロマトグラフィーによって精製した。
NMR1H:(400MHz、MeOD)δ1.36(t、J=7.2Hz、3H、CH3)、1.48-1.82(m、5H)、1.86-1.97(m、1H)、3.41(t、J=6.3Hz、2H、CH2)、3.84(s、3H、CH3)、4、15-4.22(m、2H)、4.28-4.40(m、4H)、7.21-7.31(m、3H、Har)、7.35-7.40(m、2H、Har)、7.64-7.69(m、2H、Har)、7.76-7.84(4H、Har)。
化合物18を固体支持体によって合成した。化合物18をBBr3で脱保護した。粗生成物をEtOH中で溶解した。NaOHをH2O中で溶解した。この塩基性溶液を混合物に添加した。不溶性部分を濾過により除去した。濾液をカラムクロマトグラフィーによって精製して、化合物L7を得た。
ESI-/MS高分解能:m/z=679.2808([M+2H+]/2、100%)、1357.5484([M+H+]、88%)
【0150】
リガンドL8の合成
リガンドL8を、以下の合成工程に従って調製した。
【化16】
【0151】
先のように、2-メトキシイソフタル酸のカルボン酸は、塩化チオニルによって活性化され、溶媒の蒸発後、エタノールおよびトリエチルアミンを添加して、ジエステル1を形成した。
1H-NMR(300MHz、CDCl3)δ7.87(d、J=7.8Hz、2H)、7.16(t、J=7.8Hz、1H)、4.35(q、J=7.1Hz、4H)、3.89(s、3H)、1.36(t、J=7.1Hz、6H)。
13C-NMR(75MHz、CDCl3)δ165.7、159.3、134.7、127.1、123.4、63.6、61.3、14.2。
ESI+/MS:m/z=253,11([M+H]+、100%)、254,11([M+H]+、13%)、255,11([M+H]+、2%)、527,19([2M+Na+]、48%)。
C13H16O5,1/3H2Oについて計算された元素分析:C、60.46、H、6.50。判明:C、60.63、H、6.29。
【0152】
第2の工程は、抽出後に、一酸2を得るための単一当量のNaOHを用いる古典的な鹸化である。
1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ1、42(t、J=7、1Hz、3H)、4、05(s、3H)、4、43(q、J=7、1Hz、2H)、7、33(t、J=7、8Hz、1H)、8、08(dd、J=7、8Hz、1、9Hz、1H)、8、30(dd、J=7、8Hz、1、8Hz、1H)。
13C-NMR(100MHz、CDCl3)δ166.2、165.3、160.5、137.4、137.1、126.7、125.5、124.3、64.4、62.1、14.2。
ESI+/MS:m/z=247,06([M+Na]+、100%)、248,06([M+Na]+、14%)、249,06([M+Na]+、2%)、471,12([2M+Na+]、47%)。
注入C11H12O5について計算された元素分析:C、58,93、H、5,40。判明:C、58,93、H、5,44。
【0153】
並行して、ヘキサメチレンジアミンリンカーの保護を、ジ-tert-ブチルジカーボネートで実現し、tert-ブトキシカルボニル(BOC)基を有して、化合物19を得た。
1H-NMR(300MHz、CDCl3)δ4.64(s、1H)、3.08(q、J=6.7Hz、2H)、2.65(t、J=6.8Hz、2H)、1.46(dd、J=10.2、3.4Hz、4H)、1.41(s、9H)、1.30(d、J=3.3Hz、4H)、1.15(s、2H)。
13C-NMR(75MHz、CDCl3)δ155.9、78.9、42.0、33.6、30.0、28.3、26.59。
ESI+/MS(H2O+HCOOH):m/z459.35([2MNaH+H]+、100%)。
C11H24N2O2について計算された元素分析:C、61.35;H、10.77;N、13.01。判明:C、61.54;H、9.01;N、13.25。1-エチル-3-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド(EDCI)およびヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)を、モノエステル3-(エトキシカルボニル)-2-メトキシ安息香酸(2)を含む溶液中に添加して、カルボキシル官能基を活性化し、保護されたリンカー(19)とアミド結合を生成した。精製後、化合物20を得た。
1H-NMR(300MHz、CDCl3)δ8.18(dd、J=7.8、1.9Hz、1H)、7.88(dd、J=7.7、1.9Hz、1H)、7.75-7.65(m、1H)、7.23(t、J=7.8Hz、1H)、4.65(s、1H)、4.37(q、J=7.1Hz、2H)、3.86(s、3H)、3.43(td、J=7.1、5.7Hz、2H)、3.07(q、J=6.7Hz、2H)、1.67-1.51(m、2H)、1.48-1.30(m、18H)。
13C-NMR(75MHz、CDCl3)δ165.4、164.6、157.8、155.9、135.5、134.2、128.3、125.5、124.3、78.9、63.3、61.3、40.8、39.6、29.9、29.4、28.3、26.6、26.3、14.1。
ESI+/MS:m/z=423.25([M+H]+、100%);424.25([M+H]+、20%);425.25([M+H]+、5%);845.48([2M+H]+、45%)。
C22H34N2O4.0.5CH3CNについて計算された元素分析:C、62.34;H、8.08;N、7.90。判明:C、62.62;H、7.71;N、7.52。
工程eについて、化合物21を得るための反応は、BBr3によるフェノールおよびアミンの脱保護、続いてNaOHによるエステルの脱保護である。
1H-NMR(300MHz、MeOD):δ8.11(dd、J=7.8、1.7Hz、1H)、8.05(dd、J=7.8、1.7Hz、1H)、6.96(t、J=7.7Hz、1H)、3.43(t、J=6.9Hz、2H)、2.94(t、J=7.5Hz、2H)、1.66(m、4H)、1.52-1.39(m、4H)。
13C-NMR(75MHz、MeOD):δ174.2、167.6、161.8、137.1、135.4、121.6、119.59、117.0、40.7、40.5、30.2、28.4、27.4、27.0。
ESI+/MS:m/z=281.15([M+H]+、100%);282.15([M+H]+、18%);283.16([M+H]+、2%)。
C14H20N2O4.0.5D2O.0.5MeODについて計算された元素分析:C、56.79;H、6.90;N、9.13。判明:C、56.90;H、6.52;N、9.20。
生成物21上の遊離カルボン酸および遊離アミンでは、その後のカップリングを促進するために、リンカー上のアミンの活性化が必要である。選択は、N,N’-ジスクシンイミジルカーボネートを使用して、第一級アミンを活性化カルバメートL8に変更することである。
1H-NMR(300MHz、MeOD):δ8.16(dd、J=7.8、1.8Hz、1H)、8.05(dd、J=7.8、1.8Hz、1H)、7.95(t、J=5.6Hz、1H)、7.03(t、J=7.8Hz、1H)、3.44(t、J=6.9Hz、2H)、3.20(m、2H)、2.80(s、4H)、1.62(m、4H)、1.44(m、4H)。
13C-NMR(75MHz、MeOD):δ173.6、172.6、167.1、161.3、154.0、137.9、135.3、122.1、120.2、115.0、56.8、42.5、40.7、30.3、27.6、27.3、26.4。
ESI+/MS:m/z=422.16([M+H]+、100%);423.16([M+H]+、24%);424.16([M+H]+、5%)。
C19H23N3O8.0.5Et3N+Cl-の元素分析:C、56.10;H、5.98;N、9.54。判明:C、56.10;H、5.96;N、10.12。
【0154】
リガンドL9の合成
リガンドL9を、以下の合成工程に従って調製した。
【化17】
【0155】
ケリダム酸から開始して、合成の第1の工程は、塩化チオニルによる4-オキソ位を使用するRobison法によってカルボン酸を活性化し、EtOHでエステル化して、4-クロロピリジン-2,6-ジカルボン酸ジエチル(22)を形成することである。1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ8.24(s、2H)、4.47(q、J=6.8Hz、4H)、1.43(t、J=6.8Hz、6H)。
13C-NMR(101MHz、CDCl3):δ163.6、149.7、146.6、128.1、63.3、14.2。
【0156】
塩化物は、超音波下での大量のヨウ化ナトリウムおよび塩化アセチルの存在下でヨウ化物(23)によって置換される。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ8.52(s、2H)、4.35(q、J=7.2Hz、4H)、1.32(t、J=7.2Hz、6H)。
HRMS(MALDI-TOF):m/z=349.66([M+H]+)、371.63([M+Na]+)、720.79([2M+Na]+)。
【0157】
ソノガシラカップリングは、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、ヨウ化銅(I)、トリエチルアミン、およびトリメチルシリルアセチレン(TMS-アセチレン)を用いて、構造(24)にアセチレン基を追加するために使用される。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ8.23(s、2H)、4.47(q、J=7.2Hz、4H)、1.43(t、J=7.2Hz、6H)、0.27(s、9H)。
13C-NMR(101MHz、CDCl3):δ164.6、149.2、134.4、130.2、103.7、100.9、62.9、14.6、0.0。
HRMS(MALDI-TOF):m/z=320.07([M+H]+)。
【0158】
精製後、トリメチルシリル基は、THF中のテトラ-N-ブチルアンモニウムフッ化物(TBAF)によって脱保護されて、化合物25を得ることができる。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ8.27(s、2H)、4.47(q、J=7.1Hz、4H)、3.48(s、1H)、1.43(t、J=7.1Hz、6H)
HRMS(MALDI-TOF):m/z=248.00([M+H]+)。
【0159】
化合物26は、化合物25と4-ヨード安息香酸との間のソノガシラカップリングによって得られる。
1H-NMR(400MHz、CDCl3):δ8.29(s、2H)、7.37(d、J=8.4Hz、2H)、6.65(d、J=8.4Hz、2H)、4.11(q、J=7.1Hz、4H)、1.24(t、J=7.1Hz、6H)。
HRMS(MALDI-TOF):m/z=367.39([M+H]+)、389.96([M+Na]+)。
【0160】
合成の最後の工程は、エステルをNaOHで鹸化して、リガンドL9を得ることである。
1H-NMR(400MHz、D2O):δ8.08(s、2H)、7.86(d、J=8.3Hz、2H)、7.68(d、J=8.3Hz、2H)。
13C-NMR(101MHz、D2O):δ174.8、169.3、152.9、136.9、133、2、131.7、128.8、126.7、123.9、98.8、84.2。
HRMS(MALDI-TOF):m/z=311.94([M+H]+)。
【0161】
ストレプトアビジンによるリガンドL1の生体機能化:
ストレプトアビジンは、ビオチンと非常に強い親和性を有する四量体タンパク質である。バイオテクノロジーでしばしば使用されるこの強い相互作用は、抗原と抗体との間の相互作用が可能であるような生物学的な強い相互作用の典型的な例を表す。
【0162】
この実施例では、リガンドL1は、ビオチンを固定し得る超高輝度発光ナノ粒子を生成することを目的として、ストレプトアビジンを標識化するために使用された。
【0163】
ストレプトアビジンを、10当量の化合物L1の存在下で、緩衝水溶液中で室温でマーキングした。マーキングされたストレプトアビジンを、サイズ排除フィルター上で遠心分離することによって精製した(ミリポア、カットオフ10kDaを形成)。ストレプトアビジンの標識率(ストレプトアビジンによるリガンドL1の数)を、マーキングされたストレプトアビジンのスペクトルが、ストレプトアビジン単独のスペクトルとリガンドL1のスペクトルとの直線的な組み合わせとしてデコンボリューションされたUV-可視吸収によって決定した。ストレプトアビジンによる2.1リガンドの標識率を得た。
【0164】
マツズマブ抗体によるリガンドL1の生体機能化:
マツズマブ抗体は、一部の癌(肺、食道、胃など)で過剰発現した上皮成長因子受容体(EGFR)を特異的に認識するヒトモノクローナル抗体である。マツズマブによってマーキングされた発光ナノ粒子は、上皮成長因子受容体の発光顕微鏡画像化、またはフルオロ免疫学による溶液中のその検出に使用され得る。
【0165】
この実施例では、リガンドL1は、上皮成長因子受容体を固定し得る超高輝度発光ナノ粒子を生成することを目的として、マツズマブ抗体を標識化するために使用された。
【0166】
DMSO中の3.23mMのリガンドL1溶液13.2μLを、1mg.mL-1(128μM)のマツズマブ含有溶液10.4μLおよびpH9.0のカーボネート緩衝液(L1/マツズマブ比=32/1)176μLに添加した。試料を混合し、アルミニウムシートに配置し、次いで、規則的な撹拌で室温で4時間30分インキュベートした。超遠心分離、溶出、およびpH8.04のTRIS/HCl緩衝液でのすすぎによる精製後、80μLの体積を有する最終溶液を得た。最終溶液をトリス/HCl緩衝液で5回希釈した。
【0167】
抗体およびリガンド濃度を、UV-可視吸収分光法によって決定した。1.49μMの抗体濃度およびリガンド対抗体の標識比2.9~3.0を得た。
【0168】
ペプチドKLVFFによるリガンドL8の生体機能化:
ペプチドKLVFFは、アミロイド繊維の形成を担うアミノ酸の配列である。このペプチドは、形成中のアミロイド繊維の特徴的な構造であるβシートに折り畳まれ、シナプスとのより良好な相互作用を与える区域に見出されるために選択された。これらのβ-アミロイド繊維が海馬に有意に凝集することを知っているため、アイデアは、これらの繊維をペプチドKLVFFで特異的に標的化して、アルツハイマー病の早期診断を行うことである。
【0169】
この実施例では、ペプチドKLVFFを、β-アミロイド繊維を固定し得る超高輝度発光ナノ粒子を生成することを目的として、リガンドL8とカップリングした。
【0170】
ペプチドKLVFF(37mg、5.67x10-5モル)を1mLのDMSO中に溶解し、45μLのod DIPEAおよびL8(41mg、9.73x10-5モル)を溶液中に添加した。反応混合物を室温で一晩撹拌した。溶液を、C18にわたってカラムクロマトグラフィー(100~50/50の水/MeOH勾配)によって直接精製した。
【0171】
発光分光法の実験的測定方法:
UV-Vis吸収スペクトルを、PerkinElmer lambda 950分光計またはJena AnalyticsのSpecord分光計を使用して、1cmの光路石英スープラシル(suprasil)セル(Hellma)に記録した。
【0172】
発光スペクトルを、450WのキセノンランプおよびHamamatzu R928赤色光電子増倍管を使用して、FLP 920 Edinburgh Instrument分光光度計に記録した。すべてのスペクトルを、サプライヤーによって提供される測定器機能を使用して補正した。必要に応じて、399nmのハイパスフィルタを使用して、二次アーチファクトを除去した。
【0173】
発光量子収率を、Molecular Fluorescence:Principles and Applications,2nd ed.;Valeur,B.,Berberan-Santos,M.N.,Eds.;Wiley-VCH:Weinheim,2013に記載されている従来手段に従って測定した。Eu含有ナノ粒子の参照として、水中の[Ru(bipy)3Cl3](Φ=0.04,Ishida,H.et al,Coord.Chem.Rev.2010,254(21),2449-2458)、Tb含有ナノ粒子の参照として、水中のビピリジンTb錯体[TbL(H2O)](Φ=0.31,Weibel,N.et al,J.Am.Chem.Soc.2004,126(15),4888-4896)を使用して、光学的に希釈された液体(光学濃度<0.05)を用いた。
【0174】
量子収率の推定誤差は±15%である。
【0175】
輝度は、発光量子収率によって励起波長におけるモル吸収係数の積(Beer-Lambertの法則を吸収スペクトルに適用して計算される)として計算される。
【0176】
発光寿命を、10Hzで動作する100Wキセノンフラッシュランプを使用して、MCSモードで同じ測定器で記録し、時間窓は、測定された最長の励起状態寿命よりも少なくとも5倍長い。励起および発光スリットを、典型的には、5nmおよび3nmの開口部に設定した。励起波長を、リガンドの存在下でナノ粒子の励起スペクトルの最大値でのリガンドの関数として選択した。最大強度が10,000カウントに到達すると、取得が停止された。
【0177】
寿命の推定誤差は±10%である。
【0178】
すべての実験では、16μLのナノ粒子の母溶液を、0.1MのTRIS/HCl緩衝液1984μLでpH7.0で希釈した。次いで、希釈されたナノ粒子の溶液を、同じ緩衝液中のリガンドの5×10-4Mの溶液を増量して添加することによって滴定した。
【0179】
実験結果:
すでに発表されているように、本発明は、励起状態寿命の点で例外的な結果を提供する。
【0180】
そのような有益な結果は、上記の詳細に記載された測定方法に従って、本発明によるナノ粒子のいくつかの実施例で実現される実験的測定によって実証された。
【0181】
これらの化合物の水性培地τ中の励起状態寿命を、リガンドL5吸収に対応するλexc=330nmの波長で励起した後、695nmでのユーロピウムイオンの発光について測定した。
【0182】
【0183】
測定された各実施例化合物について、最長の測定された励起状態寿命(τ2またはτ3)は、最も数が多いナノ粒子のコアに存在するユーロピウムイオンの発光に対応し、最短のもの(τ1)は、ナノ粒子のコアの表面に存在するより数が少ないユーロピウムイオンの発光に対応する。
【0184】
見られるように、最長の測定された励起状態寿命(τ2またはτ3)は、常に3ミリ秒または5ミリ秒の発表値を著しく上回り、さらに好ましい値7ミリ秒よりも優れている。したがって、これは、先行技術に記載されている励起状態寿命を著しく上回る。
【0185】
さらに、従来技術では決して得られなかったように、これらの例外的に長い励起状態寿命測定値は、この元素の励起状態寿命の最大到達可能値を構成する各元素について計算される理論値であるユーロピウムの放射寿命の理論値に非常に近い。
【0186】
ユーロピウム水性イオンの場合、この放射寿命理論値は、Bunzli,J.C.G.Chem.Rev.2010,110,2731による先行技術で開示されるように、9.7ミリ秒に対応する。
【0187】
さらに、本発明によるナノ粒子のこの例外的に長い励起状態寿命は、ナノ粒子の輝度を犠牲にして得られるものではない。実際に、上記の詳細に記載された測定方法に従って、本発明による化合物について顕著な輝度値も測定した。
【0188】
測定された輝度の結果を以下の表3にまとめた。
【表3】
【0189】
再び、測定値は、本発明によるナノ粒子が、104M-1.cm-1の発表値を著しく(少なくとも3桁で)上回るか、または105M-1.cm-1の発表値を著しく上回る輝度を有し、好ましい値106M-1.cm-1よりもさらに優れており、したがって、従来技術で開示されているランタニド系標識の輝度よりも大幅に良好である。
【0190】
上に実証されたように、本発明による発光ランタニドナノ粒子は、先行技術で提案されるものをはるかに超えて、技術的な問題に対する非常に有効な解決策を提供する。
【0191】
明らかに、本発明は、上記に記載され、様々な図面に示される好ましい実施形態に限定されず、当業者は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の枠組みおよび範囲を超えることなく、多数の修正を行い、他の実施形態を想像することができる。