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特表2024-527460近赤外蛍光検証用の安定した液体ファントム
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  • 特表-近赤外蛍光検証用の安定した液体ファントム 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-07-25
(54)【発明の名称】近赤外蛍光検証用の安定した液体ファントム
(51)【国際特許分類】
   G01N 21/64 20060101AFI20240718BHJP
   G01N 33/483 20060101ALI20240718BHJP
   C09B 23/08 20060101ALI20240718BHJP
【FI】
G01N21/64 F
G01N33/483 C
C09B23/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023573366
(86)(22)【出願日】2022-06-01
(85)【翻訳文提出日】2023-11-28
(86)【国際出願番号】 EP2022064897
(87)【国際公開番号】W WO2022258455
(87)【国際公開日】2022-12-15
(31)【優先権主張番号】21177900.4
(32)【優先日】2021-06-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.TRITON
(71)【出願人】
【識別番号】522166138
【氏名又は名称】サージビジョン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
【氏名又は名称原語表記】SurgVision GmbH
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100156144
【弁理士】
【氏名又は名称】落合 康
(72)【発明者】
【氏名】ブラージ,フランチェスコ
(72)【発明者】
【氏名】クリヴェッリン,フェデリコ
(72)【発明者】
【氏名】アイヒンガー,クリスティアン
(72)【発明者】
【氏名】タルティス,アドリアン
【テーマコード(参考)】
2G043
2G045
【Fターム(参考)】
2G043AA03
2G043EA01
2G043KA01
2G045AA25
2G045CB01
2G045FA13
2G045FB12
(57)【要約】
本発明は、光学イメージングの分野に関する。より具体的には、本発明は、近赤外蛍光イメージングシステムを評価、検証、および校正するための適切なファントムとして、近赤外放射を有する有機色素をグッド緩衝剤に溶解した製剤の使用に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
式(I):
【化1】
(I)
[式中、
R7は、水素、塩素、-SO3H,-COOH,-CONH-Y,-アルキル-COOHまたは-アルキル-CONH-Y基で任意に置換されたフェニルおよび-O-フェニルから選択され、ここで、Yは、-SO3Hまたは少なくとも2つのヒドロキシル基で置換された二価アルキルであり;
R1、R2、R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、-SO3H、-COOHおよび-CONHYから選択され、ここで、Yは、-SO3Hまたは少なくとも2つのヒドロキシル基で置換された二価アルキルであるか、または
R1はR2と一緒に、およびR3はR4と一緒にそれぞれ、少なくとも1つの-SO3H基で任意に置換されたベンゾ基を形成し;および
R5およびR6はそれぞれ独立して、-SO3H、-COOHおよび-CONH2から選択される基で任意に置換された二価アルキルである]
で示される色素を含み、
蛍光イメージング装置の性能を検証するためのファントムとして、少なくとも1つの添加剤を任意に含むグッド緩衝剤に溶解される、製剤の使用。
【請求項2】
色素が、式(Ia):
【化2】
(Ia)
[式中、
R1およびR4はそれぞれ独立して、水素、-SO3H、-COOHおよび-CONHYから選択され、ここで、Yは、-SO3Hまたは少なくとも2つのヒドロキシル基で置換された二価アルキルであり、R5、R6およびR7は、前記と同意義である]
で示される化合物である、請求項1に記載の製剤の使用。
【請求項3】
R1およびR4が-SO3H基であり、R5およびR6がそれぞれ独立して、-SO3Hまたは-COOHで任意に置換された二価アルキルであり、およびR7が塩素、または-SO3H基で任意に置換された-O-フェニルである、式(Ia)で示される化合物である、請求項2に記載の製剤の使用。
【請求項4】
色素が、sulfo-Cy7、S0456、IRDye 800CWおよびIRDye 800BKから選択される化合物である、請求項3に記載の製剤の使用。
【請求項5】
色素が、式(Ib):
【化3】
(Ib)
[式中、R5、R6およびR7は、請求項1と同意義であり、R8はそれぞれ独立して、水素または-SO3Hである]
で示される化合物である、請求項1に記載の製剤の使用。
【請求項6】
色素が、IR-820またはその誘導体である、請求項5に記載の製剤の使用。
【請求項7】
グッド緩衝剤が、-SO3Hおよび/または-COOH基で置換された二価のC1-C4アルキルを含む両性イオン性生物学的緩衝剤である、請求項1に記載の製剤の使用。
【請求項8】
グッド緩衝剤が、MOPS、MES、TRICINE、HEPES、BES、TES、TAPSOおよびPIPESからなる群から選択される、請求項7に記載の製剤の使用。
【請求項9】
緩衝剤が、MOPS、BES、HEPESまたはTRICINEである、請求項8に記載の製剤の使用。
【請求項10】
任意の添加剤が、界面活性剤、有機溶媒および抗菌化合物から選択される、請求項1に記載の製剤の使用。
【請求項11】
界面活性剤が、Tween20、Tween80、PEG40、PEG100、PEG300、PEG400、PEG4000、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、Triton X-100およびNP-40から選択される、請求項10に記載の製剤の使用。
【請求項12】
有機溶媒が、エタノール、メタノール、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ジメチルホルムアミドおよびN-メチルホルムアミドから選択される、請求項10に記載の製剤の使用。
【請求項13】
抗菌化合物が、ナトリウムアジドおよびベンジルアルコールから選択される、請求項10に記載の製剤の使用。
【請求項14】
チューブ、バイアル、アンプル、シリンジ、キュベット、適切な蓋付きのマルチウェルプレートから選択される蛍光検出用一次包装内に含まれる請求項1で定義された製剤を含む、蛍光イメージング装置を校正するための検証キット。
【請求項15】
以下のステップ:
a)請求項14~16のいずれか1つで定義された検証キットを蛍光システムの適切な励起源に曝露する;
b)適切な検出システムで蛍光発光を収集する;
c)適切なコンピュータ化されたシステムで蛍光データを記録する;
を含む蛍光イメージング装置を校正する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光学イメージングの分野に関する。より具体的には、本発明は、近赤外蛍光イメージングシステムを評価、検証、および校正するための適切なファントムとして、近赤外放射を有する有機色素をグッド緩衝剤に溶解した製剤の使用に関する。
【背景技術】
【0002】
近赤外蛍光イメージング装置は臨床現場で使用され、通常はイメージングセッション前またはイメージングセッション中に患者に投与された外因性造影剤に由来する組織内の蛍光画像を提供する。このような近赤外蛍光検出システムの性能検証は、再現性のある定量的な評価を保証するために非常に重要である。イメージング装置は、励起光強度の低下または検出光学系の機械的問題など、ユーザーが気付かない可能性のある欠陥を回避するために、正しく動作していることを確認するために試験する必要がある。これは、イメージング装置の性能が診断および治療(すなわち、手術)の結果に影響を与える可能性がある医療用途では特に重要である。しかしながら、蛍光イメージングの最近の進歩にもかかわらず、イメージング システムの感度を評価するための適切な検証システムと基準の利用可能性は依然として満たされていない。
【0003】
イメージング装置の試験は、特定の計測機器を使用して実行されてもよい。しかしながら、これは、イメージング装置の照明ユニットと取得ユニットを同時に検証することはできない。
【0004】
別の可能性は、たとえば、蛍光イメージングおよび断層撮影装置の検証のための方法および固体ファントムの複合体に関連する米国特許第9,167,240号、および蛍光イメージングデバイスの検証と標準化のための複合固体ファントムの使用について記載しているGorpasら、J. Biomed. Opt. 2017、22(1): 016009に記載されているように、異なる濃度の量子ドット(半導体プロセスで製造される小さな粒子)を埋め込んだ硬化性ポリウレタンマトリックスまたは複合ファントムの使用である。しかしながら、複合ファントムは製造と制御が複雑であり、量子ドットは可視光の吸収が非常に高いため(特に、一般的に医療用途で使用される蛍光剤よりもはるかに高い)、照明が制御された環境でのみイメージング装置の性能を検証するために使用することができる。
【0005】
あるいは、組織模倣ファントムは、ヒトの組織と同様の吸収および散乱特性を持つ材料(たとえば、ヘモグロビンおよびイントラリピッドなど)とインドシアニングリーン(ICG)などの有機蛍光色素を組み合わせることによって設計されている。このようなファントムの例は、米国特許出願公開第2006-056580号およびGrandら、J. Biomed. Opt. 2006、11(1): 014007に記載されており、蛍光イメージングシステムの検証のための組織様固体ファントムを開示している。しかしながら、この種のファントムは調製が比較的複雑であるため、必要なさまざまな材料(ポリマー、散乱剤、吸収剤、色素、緩衝剤、賦形剤)を考慮すると、大規模生産は面倒であるだけでなく、かなりのコストがかかる可能性がある。
【0006】
これらのシステムのより簡単な代替手段は、適切な緩衝剤中の有機色素で構成される液体ファントムの使用によって表される。液体ファントムは、マルチウェルプレート、バイアルまたはキャピラリーチューブなど、研究室や病院で一般的に見られる使い捨て器具に色素溶液を充填できるため、固体ファントムよりもユーザーフレンドリーでカスタマイズ可能である。一般的に使用される液体ファントムの例としては、ThermoFisherが販売するフルオレセインNISTトレーサブル標準液(コード:F36915)がある。しかしながら、フルオレセインは可視電磁スペクトル(515nm)で発光し、650nmを超える波長で動作する近赤外蛍光イメージングデバイスの制御、検証、および校正に利用できるNISTトレーサブルな標準はない。
【0007】
このようなファントム溶液のさらなる例は、Kollerら、Nat. Commun. 2018、9(1): 3739およびHoogstinsら、Mol. Imaging. Biol. 2019、21(1): 11-18によって報告されており、術中蛍光イメージングデバイスの検証のための近赤外色素を含む液体ファントムと、近赤外色素溶液が入ったバイアルによる、デバイス検証手順の前に充填されたCalibrationDisk(SurgVision)という名称のテストデバイス(ホルダー)の使用を開示している。
【0008】
しかしながら、これらの試験装置は手動介入(現場での準備など)を必要とし、オペレーターに依存しており、エラーが発生しやすい。さらに、ほとんどの有機色素の溶液中での安定性は相対的に低く、一般のユーザーは、調製後および保存期間中に色素溶液の品質(すなわち、純度、濃度、同一性など)を管理するための適切な設備、ノウハウ、手順、および分析方法を欠いている。さらに、上記の参考文献では、NIR色素が抗体と結合した高分子量分子(ベバシズマブ-800CW)の使用について言及されているため、この場合でも、このようなファントムを日常的なシステムパフォーマンス検証用に大規模に準備するには非常に複雑でコストがかかる可能性がある。さらに、ベバシズマブ-800CWは、人間の組織を模倣したリン脂質と脂肪酸からなる脂肪乳剤である2%イントラリピッド(登録商標)に溶解されているが、標準吸光度測定との光学的干渉のため、色素の正確な濃度を適切に制御することができない。最後に、Ter Weeleら、Eur. J. Pharm. Biopharm. 104(2016)、226-234の報告によれば、ベバシズマブ-800CWは、pH7の等張リン酸緩衝塩化ナトリウム溶液で製剤化されると安定であるが、製剤に他の成分が含まれると安定性が低下するため、2%イントラリピッド(登録商標)での製剤の長期安定性は保証されておらず、日常的なシステムパフォーマンス検証中に潜在的なバイアスが導入される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
したがって、近赤外スペクトルの波長で動作する光学イメージング用の蛍光システムの日常的な性能評価には、有機近赤外色素をベースとした安定した便利な液体ファントムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【0010】
発明の概略
本発明は、近赤外蛍光イメージングシステムを評価、検証、および校正するための適切なファントムとして、グッド緩衝剤に溶解した有機近赤外色素を含む製剤の使用に関する。
前記溶液は、任意に少なくとも1つの添加剤を含んでもよい。
特に、近赤外色素は、以下の詳細な説明に示す式(I)の化合物である。
【0011】
製剤は、近赤外イメージング手順を妨げず、希釈、分割または品質検証などのエンドユーザーによる追加の操作を必要としない、保管用の最終容器内で供給される場合がある。
【0012】
したがって、本発明の別の態様は、複数の濃度で同時に蛍光装置を試験することを可能にする、異なる濃度(すなわち、グッド緩衝剤中の近赤外色素の異なる希釈)の本発明の製剤を収容する一組の容器を含む、近赤外蛍光装置の性能を検証するためのキットに関する。
【0013】
本発明のさらなる態様は、少なくとも照明ユニットと取得ユニットから構成される近赤外蛍光イメージングシステムの性能検証のためのそのような安定な製剤の使用に関する。さらに、本発明は、生物医学イメージング用途を目的とした近赤外蛍光イメージングシステムの検証に関するものであり、イメージングは有機物質および無機物質、細胞および細胞内構造の顕微鏡イメージングであるか、または組織および器官の断層撮影イメージングである。近赤外線イメージングシステムは、前臨床イメージングシステムまたは臨床イメージングシステムのいずれかである。
【0014】
本発明の製剤は、蛍光内視鏡検査、蛍光低侵襲手術または腹腔鏡検査、蛍光ロボット手術、オープンフィールド手術、レーザーガイド手術、光力学療法、蛍光寿命イメージング、または光音響法または音波蛍光法などの生物医学的イメージング手順の前に、近赤外線イメージング装置の性能を検証するために使用することができる。
【0015】
さらに別の態様では、本発明は、そのような安定な製剤を使用した近赤外蛍光イメージングシステムの蛍光検証手順を実行する方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1図1は、実施例4から収集したデータから得られた色素濃度(nM、x軸)対蛍光強度(平均放射効率、y軸)を表す線形回帰プロットを示す(R2=0.999)。
【発明を実施するための形態】
【0017】
発明の詳細な記載
本発明の第一の態様は、式(I):
【化1】
(I)
[式中、
R7は、水素、塩素、-SO3H,-COOH,-CONH-Y,-アルキル-COOHまたは-アルキル-CONH-Y基で任意に置換されたフェニルおよび-O-フェニルから選択され、ここで、Yは、-SO3Hまたは少なくとも2つのヒドロキシル基で置換された二価アルキルであり;
R1、R2、R3およびR4はそれぞれ独立して、水素、-SO3H、-COOHおよび-CONHYから選択され、ここで、Yは、-SO3Hまたは少なくとも2つのヒドロキシル基で置換された二価アルキルであるか、または
R1はR2と一緒に、およびR3はR4と一緒にそれぞれ、少なくとも1つの-SO3H基で任意に置換されたベンゾ基を形成し;および
R5およびR6はそれぞれ独立して、-SO3H、-COOHおよび-CONH2から選択される基で任意に置換された二価アルキルである]
で示される色素を含み、
蛍光イメージング装置の性能を検証するためのファントムとして、少なくとも1つの添加剤を任意に含むグッド緩衝剤に溶解される、製剤の使用である。
【0018】
本発明に有用な近赤外色素は、典型的には、水性媒体中で750nm~850nmの間の最大吸光度を有し、770nm~900nmの間の最大蛍光発光を有する。したがって、該色素の近赤外スペクトルは、ほとんどの近赤外イメージング システムと互換性がある。
【0019】
さらに、式(I)の色素を適切なグッド緩衝剤に溶解すると、製剤の望ましい長期保存期間が得られ、したがって、集中的な生産、保存、および試験現場への遠隔輸送が可能になることが判明した。本発明の製剤の成分は比較的安価であり、製造プロセスは再現可能であり、大規模供給に適している。標準的な分析手順を適用して、発売前の製剤の品質を管理することができる。
【0020】
好ましい実施形態では、近赤外色素は、R2およびR3が水素である上記式(I)で示される化合物、すなわち、式(Ia):
【化2】
(Ia)
[式中、
R1およびR4はそれぞれ独立して、水素、-SO3H、-COOHおよび-CONHYから選択され、ここで、Yは、-SO3Hまたは少なくとも2つのヒドロキシル基で置換された二価アルキルであり、R5、R6およびR7は、前記と同意義である]
で示される化合物である。
【0021】
より好ましくは、近赤外色素は、R1およびR4が-SO3H基であり、R5およびR6がそれぞれ独立して、-SO3Hまたは-COOHで任意に置換された二価アルキルであり、およびR7が塩素、または-SO3H基で任意に置換された-O-フェニルである、式(Ia)で示される化合物である。
【0022】
さらに好ましい実施形態では、近赤外色素は、sulfo-Cy7(CAS Nr.: 2104632-29-1)、S0456(CAS Nr.: 1252007-83-2)、IRDye800CW(CAS Nr.: 1088919-86-1)およびIRDye800BK(CAS Nr.: 748120-01-6)から選択される化合物である。
【0023】
別の好ましい実施形態では、近赤外色素は、R1がR2と一緒に、およびR3がR4と一緒にそれぞれ、ベンゾ基を形成する上記式(I)で示される化合物、すなわち、式(Ib):
【化3】
(Ib)
[式中、R5、R6およびR7は、前記と同意義であり、R8はそれぞれ独立して、水素または-SO3Hである]
で示される化合物である。
【0024】
好ましい式(Ib)で示される化合物は、たとえば、IR-820(CAS Nr.: 172616-80-7)およびその誘導体によって表される。
【0025】
好ましくは、本発明の製剤に使用される緩衝剤は、水溶性が高く、塩の影響が最小限であり、化学的に安定であり、かつ光学的に透明である。本発明の製剤を蛍光イメージング装置の性能の検証用のファントムとして便利に使用するために、緩衝剤は、色素の吸収特性と発光特性を妨げず、蒸留水に溶解した同じ色素のスペクトルと同等の紫外可視領域の電磁スペクトルを生成する必要がある。
【0026】
好ましい実施形態では、適切な緩衝剤は、-SO3Hまたは-COOH基で置換された二価のC1-C4アルキルを含む両性イオン性生物学的緩衝剤である。
【0027】
より好ましくは、グッド緩衝剤は、MOPS(3-(モルホリン-4-イル)プロパン-1-スルホン酸)、MES(2-モルホリン-4-イルエタンスルホン酸)、TRICINE({[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ}酢酸)、HEPES(2-[4-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン-1-イル]エタンスルホン酸)、BES(2-[ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノ]エタンスルホン酸)、TES(2-[[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ]エタンスルホン酸)、TAPSO(3-[[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ]-2-ヒドロキシプロパン-1-スルホン酸)、PIPES(1,4-ピペラジンジエタンスルホン酸)などからなる群から選択される。最も好ましい緩衝化合物は、MOPS、BES、HEPESおよびTRICINEから選択される。
【0028】
好ましいグッド緩衝剤の化学構造と20℃でのpKaを以下の表Iに示す。
【0029】
表I-好ましいグッド緩衝剤の化学構造と20℃でのpKa
【表1】
【0030】
上記で定義した製剤は、2~8℃で保存した場合は少なくとも1か月間、25℃の作業台上に保存した場合は少なくとも2週間安定であることが証明されている。さらに、冷蔵庫で保存可能である原液から簡単に調製することができる。
【0031】
式(I)で示される近赤外色素は、一般的な蛍光検出システムの感度と互換性のある濃度でグッド緩衝剤を含む水溶液に容易に溶解することができる。特に、そのような濃度は、1mg/mL以下である。たとえば、そのような濃度は、低感度蛍光検出システムの場合は1~1000μg/mL溶液の範囲に含まれ、高感度蛍光検出システムの場合は1~1000ng/mL溶液の範囲に含まれる。さらに、非常に高感度の蛍光検出システムの場合、濃度範囲は1~1000pg/mLの溶液でありうる。
【0032】
本発明の好ましい実施形態では、式(I)で示される近赤外色素は、1nM~100nMの範囲に含まれる濃度で水性グッド緩衝剤に溶解される。
【0033】
グッド緩衝剤の濃度は1mM~100mMの範囲であり、より好ましくは5mM~50mMの間である。
【0034】
本発明のさらなる実施形態では、式(I)で示される近赤外色素は、6~8、より好ましくは6.5~7.5のpH値でグッド緩衝剤に溶解される。
【0035】
別の実施形態では、本発明の製剤は、少なくとも1つの添加剤をさらに含む。適切な添加剤には、有機溶媒、界面活性剤、および抗菌物質が含まれる。適切な有機溶媒としては、たとえば、エタノール、メタノール、ジメチルスルホキシド、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、N-メチルホルムアミドが挙げられる。適切な界面活性剤としては、たとえば、Tween20およびTween80などのポリソルベート、異なるサイズ分布のポリエチレングリコール(たとえば、PEG40、PEG100、PEG300、PEG400)、ステアリン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、Triton X-100およびNP-40が挙げられる。適切な抗菌物質には、たとえば、アジ化ナトリウムおよびベンジルアルコールが含まれる。
【0036】
さらなる態様では、本発明は、容器栓システム内の原液として提供される上記で定義した製剤の使用を提供する。容器栓システムは、漏れまたは蒸発の危険を伴わずに溶液を収容するのに適している。たとえば、容器栓システムは、ボトル、チューブ、バイアル、容器、保存袋などから選択される。
【0037】
本発明の別の態様は、蛍光検出に適した一次包装内に含まれる上記で定義した安定な製剤を含む検証キットに関する。一次包装は、溶液の保存に適した適切な容器である。たとえば、一次包装は、チューブ、バイアル、アンプル、シリンジ、キュベット、適切な蓋付きのマルチウェルプレートなどであり得る。
【0038】
さらなる実施形態では、上記の検証キットは、複数の一次包装、たとえば、複数のバイアルまたはチューブのセットを含み、各一次包装には、上記で定義した有機緩衝化合物の水溶液中の本発明の製剤の異なる希釈液が予め充填されており、複数の濃度で蛍光装置を同時に試験することが可能である。
【0039】
好ましくは、検証キットは、上記で定義した製剤を含む4つの一次包装(たとえば、チューブ)のセットを含み、近赤外色素は、それぞれ0nM、2nM、8nMおよび32nMなどの選択された濃度で存在する。任意に、希釈ごとに異なる色の色分けされたキャップを使用することにより、このような一次包装を識別し、異なる濃度の蛍光希釈に関連付けることができる。
【0040】
さらなる実施形態では、一次包装は、製品の品質を長期にわたって保存するのに適した二次包装の中に含まれ、一次包装の光への曝露を制限する。たとえば、二次包装は、段ボール箱、アルミパウチ、封筒、スリーブ、キャニスター、ジッパー付き保存袋から選択される。二次包装には任意選択で説明書も含まれる。
【0041】
別の態様では、本発明は、以下のステップを含む、蛍光イメージング装置を校正する方法を提供する:
a)上記で定義した検証キットを蛍光システムの適切な励起源に曝露する;
b)適切な検出システムで蛍光発光を収集する;
c)適切なコンピュータ化されたシステムで蛍光データを記録する。
【0042】
定義
本説明では、別段の定めがない限り、本明細書で使用される以下の用語および語句は、以下の意味を有することを意図する。
【0043】
「アルキル」という用語は、鎖中に1~6個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖の脂肪族炭化水素ラジカル基を示す。たとえば、「C1-C4アルキル」は、その意味内に、1~4個の炭素原子を含む直鎖または分枝鎖を含む。代表的かつ好ましいアルキル基として、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、tert-ブチル、ペンチルおよびヘキシルが挙げられる。特に指定がない限り、直鎖または分岐鎖アルキルは、一価のラジカル基である。場合によっては、それは、上記の炭化水素ラジカル基から2個以上の水素原子が除去されて置換された、たとえば、メチレン、エチレン、イソプロピレン基などの「二価」または「多価」ラジカル基であってもよい。
【0044】
本明細書で使用される「グッド緩衝剤」または「生物学的緩衝剤」または「緩衝剤」という表現は、水素イオンの影響を中和することによって、所定の最適範囲(通常は6~8のpH)にわたって一定のpHを維持する水溶性有機物質を示す。好ましくは、それらは6~10のpKa値を有し、アミノエタンまたはアミノプロパンの誘導体である両性イオン分子であり、必要に応じてスルホン酸および/またはカルボン酸で置換される。グッド緩衝剤の例は、MES(2-モルホリン-4-イルエタンスルホン酸)、Bis-Tris(2-[ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノ]-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-1,3-ジオール)、ADA(2,2',2''-ニトリロトリ酢酸)、PIPES(1,4-ピペラジンジエタンスルホン酸)、MOPSO(3-モルホリノ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸)、Bis-Tris Propan(1,3-ビス[トリス(ヒドロキシメチル)メチルアミノ]プロパン)、BES(2-[ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノ]エタンスルホン酸)、MOPS(3-(モルホリン-4-イル)プロパン-1-スルホン酸)、TES(2-[[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ]エタンスルホン酸)、HEPES(2-[4-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン-1-イル]エタンスルホン酸)、DIPSO(3-(N,N-ビス[2-ヒドロキシエチル]アミノ)-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸)、MOBS(4-(N-モルホリノ)ブタンスルホン酸)、TAPSO(3-[[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ]-2-ヒドロキシプロパン-1-スルホン酸)、HEPPSO(N-(ヒドロキシエチル)ピペラジン-N'-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸)、POPSO(ピペラジン-N,N'-ビス(2-ヒドロキシプロパンスルホン酸))、EPPS(N-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン-N'-(3-プロパンスルホン酸))、Tricine({[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ}酢酸)、Gly-Gly(グリシル-グリシン)、Bicine(N,N-ビス(2-ヒドロキシエチル)グリシン)、HEPBS(N-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン-N'-(4-ブタンスルホン酸))、TAPS([(2-ヒドロキシ-1,1-ビス(ヒドロキシメチル)エチル)アミノ]-1-プロパンスルホン酸)、AMPD(2-アミノ-2-メチル-1,3-プロパンジオール)、TABS(N-トリス(ヒドロキシメチル)メチル-4-アミノブタンスルホン酸)、AMPSO(N-(1,1-ジメチル-2-ヒドロキシエチル)-3-アミノ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸)、CHES(2-(シクロヘキシルアミノ)エタンスルホン酸)、CAPSO 3-(シクロヘキシルアミノ)-2-ヒドロキシ-1-プロパンスルホン酸、CAPS(3-(シクロヘキシルアミノ)-1-プロパンスルホン酸)およびCABS(4-(シクロヘキシルアミノ)-1-ブタンスルホン酸)緩衝剤、すなわち、一般にグッド緩衝剤として知られる生物学的緩衝剤からなる群から選択されうる。
【0045】
本発明で使用される緩衝剤は、20℃における水への溶解度が約0.05M~約4Mの範囲にあることを特徴とする。好ましくは、それらは水中で少なくとも0.1Mの溶解度を有する。
【0046】
「緩衝液」という表現は、生物学的緩衝剤を含む水溶液を示す。
【0047】
「両性イオン化合物」という用語は、正および負に帯電した官能基を同数含む分子を示す。これは通常、たとえばアミノ酸誘導体などの、酸(たとえば、カルボン酸または-SO3H)および塩基(たとえば、アミン)成分の両方を含む双極性イオを表す。
【0048】
蛍光検出システムの「低感度」または「高感度」という用語は、システムの検出限界、つまりブランクと区別することができる最も低い蛍光シグナルを示す。
【実施例
【0049】
実験パート
以下のパートで説明される本発明およびその特定の実施形態は、単なる例示であり、本発明を限定するものとみなされるべきではない;これらは、本発明がどのように実行され得るかを示しており、本発明の範囲を限定することなく例示することを意図している。
【0050】
材料および設備
IRDye 800CW カルボキシレートは、LI-COR Incから購入された(Lincoln、Nebraska、USA; code 929-09406、lot C80209-01)。S0456は、Few Chemicals gmbhから購入された(Bitterfeld-Wolfen、Germany; code 420456、lot 5114017)。IRDye 800BKは、EP 1113822B1に記載のように合成された。IRDye 800BKナトリウム塩の純度は、776nmで99.6%であった(最大吸光度)。
【0051】
HEPES、MOPS、MES、BES、TRICINE、アジ化ナトリウムおよびTween20は、SIGMAより購入した。他の試薬は、Merck KGaAから購入し、少なくとも分析グレードのものであった。緩衝剤の調製には、MilliQ装置(Merck Millipore)によって提供されたMilliQ水を使用した。
【0052】
安定性の研究は、New Brunswick Scientific Innova 4230 Incubator Shaker (Marshall Scientific LLC)を使用して実施された。吸光度、励起および発光値は、SPECORD 200 PLUS 分光光度計(Analytik Jena GmbH)を使用して評価した。
【0053】
蛍光イメージングの試験は、前臨床蛍光イメージングシステムIVIS Spectrum (Perkin Elmer)を使用して実行された。
【0054】
略語のリスト
BES 2-[ビス(2-ヒドロキシエチル)アミノ]エタンスルホン酸(CAS番号:10191-18-1)
EtOH エタノール
HEPES 2-[4-(2-ヒドロキシエチル)ピペラジン-1-イル]エタンスルホン酸(CAS番号:7365-45-9)
MES 2-モルホリン-4-イルエタンスルホン酸(CAS番号:4432-31-9)
MOPS 3-(モルホリン-4-イル)プロパン-1-スルホン酸(CAS番号:1132-61-2)
PIPES 1,4-ピペラジンジエタンスルホン酸(CAS番号:5625-37-6)
PBS リン酸緩衝生理食塩水
TAPSO 3-[[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ]-2-ヒドロキシプロパン-1-スルホン酸(CAS番号:68399-81-5)
TES 2-[[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ]エタンスルホン酸(CAS番号:7365-44-8)
TRICINE {[1,3-ジヒドロキシ-2-(ヒドロキシメチル)プロパン-2-イル]アミノ}酢酸(CAS番号:5704-04-1)
Tween20 ポリエチレングリコールソルビタンモノラウレート
【0055】
実施例1:有機緩衝液の調製
式(I)で示される近赤外色素を溶解するのに適した有機緩衝化合物を含む水溶液は、たとえば、いくつかの代表的な緩衝化合物について以下の手順で報告されているように調製した:
a)50mM HEPES(pH7.4):50mM緩衝液500mLを調製するために、HEPES 5.96gを水450mLに溶解した。0.1MのHClを添加することにより、溶液のpHを7.4に調整した。次に、緩衝液を水で500mLにし、無菌条件で0.22μm膜でろ過し、+2~8℃で最長3か月間保存した。
b)50mM MOPS(pH7.0):5.23gのMOPSを450mLの水に溶解し、実施例a)と同様の手順に従って、所望のpHおよび体積を得た。
c)50mM TRICINE(pH8.0):4.48gのTRICINEを450mLの水に溶解し、実施例a)と同様の手順に従って、所望のpHおよび体積を得た。
d)50mM MES(pH6.2):4.88gのMESを450mLの水に溶解し、実施例a)と同様の手順に従って、所望のpHおよび体積を得た。
e)50mM PBS(pH7.4):比較実験用に100mLの50mM PBS溶液を調製するために、0.72gのNa2HPO4、4gのNaCl、および0.1gのKClを100mLの水に溶解した。溶液を無菌条件で0.22μm膜でろ過し、+2~8℃で最長3か月間保存した。
【0056】
実施例2:原液の調製(50mM HEPES pH 7.4に溶解したIRDye 800CW)
IRDye 800CWの原液は、IRDye 800CWカルボキシレートを、実施例1、a)に記載のように調製したpH7.4の50mM HEPES緩衝液に溶解することによって調製した。たとえば、20nmolのIRDye 800CWを3mLの50mM HEPES溶液に溶解した。
【0057】
原液の正確な濃度は、Lambert-Beer式:
A=εcl
[ここで、Aは測定された吸光度、cはモル濃度、lは光路長、εは色素のモル吸光係数である(すなわち、IRDye 800CWの場合、εは240,000M-1 cm-1である)。]
を使用して、774nmでのUV/VISによって決定した。
【0058】
上記のように調製し、HEPES緩衝液で1:2に希釈した原液中のIRDye 800CWカルボキシレートの濃度の測定により、濃度が4.27±0.05μM(3回の測定の平均) であることがわかった。
【0059】
実施例3:検証キット(標準溶液)の調製
実施例2で記載したように調製した原液から、HEPES緩衝液で3つの異なる希釈を実行し、メスフラスコ内の原液225μL、56.2μLおよび14μLをそれぞれHEPES緩衝液で最終体積30mLに希釈することにより、32nM、8nMおよび 2nMの濃度の標準溶液70mLを得た。
【0060】
各IRDye 800CW標準溶液(32、8、2nM)について、30個の透明プラスチックバイアルに1.6mLの標準溶液を充填し、色分けされたスクリューキャップ(32nMの場合は緑、8nMの場合はオレンジおよび2nMの場合は黄色)で蓋をした。さらに、「ブランク」(0nM)と符号付けされた30個のバイアルに、同じ手順でHEPES緩衝液を充填し、透明なスクリューキャップで蓋をした。
【0061】
上記の各キット(32、8、2、0nM バイアル)を個別のアルミホイルの封筒に入れ、ラベルを貼った。キットを+2~8℃で保存した。
【0062】
実施例4:蛍光イメージング検証試験
実施例3に記載のように調製され、アルミホイルの封筒に入れて+2~8℃で保存された標準溶液を含む3つのバイアル(すなわち、32nM、8nM、2nM)とHEPES緩衝液含む1つのバイアル(0nM、ブランク)で構成された検証キットを、冷蔵庫から取り出して室温で30~60分間平衡化させた。次に、バイアルを封筒から取り出し、前臨床イメージングシステムIVIS Spectrumの収集チャンバー内に配置した。蛍光イメージングは、事前定義された取得設定を使用して、745±15nmの励起および800±10nmの検出で実行した。イメージングセッションの最後に、ファントムキットの蛍光イメージが取得された。
【0063】
シグナル強度は、キットの4つのバイアルのそれぞれに対象領域を配置することによって計算された。直線性を評価するために、蛍光強度値を濃度に対してプロットした。実施例3に記載の検証キットを用いて得られた、色素濃度 対 蛍光強度の直線性プロットの一例を図1に示す。検証キットは、選択した濃度範囲(2~32nM)でのテストしたイメージングシステムの高い検出直線性を明らかにした。
【0064】
実施例5:+2~8℃でのファントム溶液の安定性
さまざまな緩衝剤、賦形剤または保存剤などの添加剤、および保存条件が色素製剤に及ぼす影響を評価するために、いくつかの安定性研究が実施された。特に、+2~8℃の冷蔵庫で保存した後の製剤の安定性を最初に調査した。
【0065】
安定性は、UV/VIS分光光度計を使用して取得した色素の最大波長における吸光度の減少として測定され、溶液中の色素モノマー含有量の減少を示す。すべての結果は、ベースライン(T=0)に対する残存パーセンテージとして報告され、時間=0のパーセンテージは100%である。吸光度の低下は、製剤緩衝液中の色素濃度の低下に関連しており、安定性の低下と主要な発色団種の分解を示す。
【0066】
以下の表では、さまざまな色素、すなわちIRDye 800CWおよびS0456の残留吸光度は、いくつかの代表的な有機緩衝液中で+2~8℃で製剤を保存した後に記録される。具体的には、色素IRDye 800CWおよびS0456を、50mMの緩衝液MES、HEPES、MOPSまたはTRICINEに3μMの濃度で溶解し、その安定性を確認するために溶液を4週間冷蔵した。
【0067】
残留吸光度の結果をそれぞれ表IIおよび表IIIに示す。
【0068】
表IIはまた、IRDye 800CWを50mMの無機緩衝液PBS(リン酸緩衝生理食塩水)中に3μMの濃度で溶解した比較実験の結果を示す。この場合、色素緩衝剤製剤の安定性が低く、+2~8℃で4週間後、発色団種の分解により残留吸光度は80%未満であった。
【0069】
表II:さまざまな有機緩衝剤およびPBS中の色素IRDye 800CW(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表2】
【0070】
表III:さまざまな有機緩衝剤中の色素S0456(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表3】
【0071】
上記溶液の4週間(約1か月)に確認された安定性は、約95%以上の残存吸光度を示した。
【0072】
さらに、異なる濃度(10および50mM)および異なるpH条件のMOPSおよびBES緩衝剤に溶解したIRDye 800BK色素の3μM溶液を+2~8℃で冷蔵し、安定性を確認した。
【0073】
残留吸光度パーセンテージの結果をそれぞれ表IVおよび表Vに示す。これらのデータは、緩衝化合物の濃度とpHのわずかな変動がファントム製剤の安定性に影響を与えないことを示す。
【0074】
表IV:さまざまなpHおよびさまざまな緩衝剤濃度でのMOPS緩衝剤中の色素IRDye 800BK(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表4】
【0075】
表V:さまざまなpHおよびさまざまな緩衝剤濃度でのBES緩衝剤中の色素IRDye 800BK(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表5】
【0076】
上記溶液の4週間(約1か月)に確認された安定性は、約90%の残存吸光度を示した。
【0077】
実施例6:添加剤の存在下における+2~8℃でのファントム溶液の安定性
本発明の製剤の安定性に対する添加剤の存在の影響も調査されている。
【0078】
さらなる安定性研究を、0.04% Tween20または0.02%アジ化ナトリウムを含む50mM HEPESまたはTRICINE緩衝剤に溶解した3μM IRDye 800CWを含む本発明の代表的な製剤、および10% EtOHを含む10mM HEPES、MOPSまたはBES緩衝液に溶解した3μM IRDye 800BKを含む製剤を冷蔵庫内で+2~8℃で保存することによって行った。上記の緩衝液の調製を以下に記載する:
【0079】
50mM HEPES(pH7.4)+0.04% Tween20:100mLの緩衝液を調製するために、1.19gのHEPESを80mLの水に溶解する;40μLのTween20を添加し、0.1M HClでpHを7.4に調整した。次に、緩衝液を水で100mLの体積にし、滅菌条件下で0.22μmの膜でろ過した。
【0080】
50mM HEPES(pH 7.4)+0.02%ナトリウムアジド:100mLの緩衝液を調製するために、1.19gのHEPESおよび20mgのナトリウムアジドを80mLの水に溶解し、0.1M HClでpHを7.4に調整した。次に、緩衝液を水で100mLの体積にし、滅菌条件下で0.22μmの膜でろ過した。
【0081】
10mM HEPES(pH 7.0)+10% EtOH:100 mLの緩衝液を調製するために、0.24gのHEPESを80mLの水に溶解し、0.1M HClでpHを7.0に調整した。次に、10mLの100%エタノールを添加した。次に、緩衝液を水で100mLの体積にし、滅菌条件下で0.22μmの膜でろ過した。
【0082】
MOPS、BES、TRICINE緩衝剤についても同様の手順で類似の溶液を調製した。
【0083】
残留吸光度パーセンテージに関して表VIおよびVIIに示される安定性研究の結果は、添加剤の存在が本製剤の安定性に顕著な影響を及ぼさないことを実証している。
【0084】
表VI:Tween20またはナトリウムアジドの存在下でのさまざまな生物学的緩衝剤中の色素IRDye 800BK(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表6】
【0085】
表VII:T10% EtOHの存在下でのさまざまな生物学的緩衝剤中の色素IRDye 800BK(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表7】
【0086】
実施例7:25℃でのファントム溶液の安定性
ストレス条件下での製剤の安定性も調査された。特に、HEPESまたはMOPS緩衝剤(すべて50mM)に溶解した3μM IRDye 800CWのサンプルは、暗所のインキュベーター内で25℃で2週間保存された。
【0087】
本発明の代表的な実施形態について、本製剤を25℃で(たとえば、作業台上で)少なくとも2週間、顕著な劣化なしに保存可能であることが示されている、実験の結果を以下の表VIIIに示す。
【0088】
表VIII:25℃で保存後のさまざまな有機緩衝剤中の色素IRDye 800BK(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表8】
【0089】
実施例8:長期保存中の+2~8℃でのファントム溶液の安定性
長期保存条件下での製剤の安定性も調査した。特に、HEPES緩衝液に溶解した3μM IRDye 800CWおよび3μM IRDye 800BKのサンプルは、光暴露から保護し、+2~8℃で少なくとも6か月間冷蔵保存した。2~8℃での長期安定性研究のため、のサンプル。
【0090】
実験の結果を以下の表IXに示す。ここでは、本発明のいくつかの代表的な実施形態について、本製剤が顕著な劣化なしに2~8℃で少なくとも6か月保存できることが示されている。
【0091】
表IX:+2~8℃で少なくとも6か月間保存後のHEPES緩衝液中の色素IRDye 800BK(3μM)の残留吸光度パーセンテージ
【表9】
【0092】
参考文献:
1. US 9,167,240
2. Gorpas et al.、J.Biomed.Opt.2017、22(1):016009
3. US2006-056580
4. De Grand et al.、J.Biomed.Opt.2006、11(1):014007
5. Koller et al.、Nat.Commun.2018、9(1):3739
6. Hoogstins at al.、Mol.Imaging.Biol.2019、21(1):11-18
7. Ter Weele et al.、Eur.J.Pharm.Biopharm.2016、104:226-34
8. EP1113822
図1
【国際調査報告】