[发明专利]在肿瘤成像和PDT疗法中的金属化加强

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2010年7月6日提交的美国临时申请No.61/361,718的权益。

技术背景

癌症治疗的主要挑战是优先破坏恶性细胞而不伤害正常组织。成功根除恶性病的关键是早期发觉并选择性消融恶性肿瘤。本提议涉及这两种问题。

用于肿瘤检测的多种辅助性技术，包括磁共振、闪烁显像和光学成像，正处在积极开发中，每种方法都有特别的实力和优点。光学成像包括测量内源性分子(例如血红蛋白)或施用的染料的吸收、检测临床前模型中的生物发光、和检测发自内源性荧光团或发自外源靶分子的荧光。荧光涉及对光的吸收并以更长的波长重新发射，它可以是高度灵敏的；寿命为0.6纳秒的典型花菁染料的发射可以高达10³²光子/秒/摩尔。灵敏的光学检测器可以成像<10³光子/秒。因此即使激发功率低，也能够探测到低浓度的荧光分子信标。

如同其他非侵入性技术一样，荧光成像有执行体内原位诊断的潜能，并实时显示所生成的信息[46]。光学断层成像技术正被计划用于显现组织容积内的荧光探针。光学成像仪器操作起来比其他成像技术所需的仪器简单并且不那么昂贵，容许由专业性较低的医务中心进行它们的最终应用。在治疗性应用例如内窥镜检查中，荧光成像能够允许精确评价肿瘤的位置和大小，并提供它的侵袭性的消息。在可能难以识别恶性灶的减胞外科期间，荧光信号的存在可以帮助外科医生识别患病部位。

体内荧光激发和发射的最佳波长范围由组织的光学性质决定。血红蛋白在约600nm以下的波长下有强吸收，而直到约680nm都有从内源性生物分子发出的显著背景荧光。在达到近红外线(NIR)的较长波长下，组织的吸收和散射随波长而减少。如图1所示，随着波长从~600nm增加到800nm，光的穿透大量增加。另外，为了容易区分激发光和发射光，荧光团的吸收和发射频带之间的差异（即它的Stokes位移)应该为至少20nm。许多NIR荧光染料是基于羰花菁分子，例如吲哚菁绿（ICG），它是FDA批准的试剂，激发波长730nm，最大发射波长830nm。由于羰花菁的高度生物适应性和理想的谱特性，已经评价了多种新的ICG类似物。

挑战在于以用于检测小肿瘤的足够高的浓度并选择性输送所述染料。由于该染料固有的肿瘤选择性有限，单独使用ICG来成像在肿瘤周围的血管过多的或“渗出”性的血管生成性血管令人失望。已经利用多种途径来提高光学探针的定位，包括施用淬灭形式的探针，其在肿瘤内得到活化，或将所述荧光剂与抗体或例如受体配体的小分子偶联。最近的研究已经集中在开发生物活性小分子的染料结合物上，以提高向靶组织中的迅速扩散、合并组合策略和高通量策略来鉴别并优化新的探针、以及提高化合物的体内稳定性。某些ICG衍生物的一些肽和叶酸类似物已经显示出一些肿瘤特异性，并处于临床前研究的初始阶段。

最近，一种新类别的含多羧酸酯的羰花菁探针已被报告用作光学支架，它不仅充当荧光接收分子（antenna），而且参与多价分子构造的结构组装。在发色团核心远端的外周羧酸可以容易地与生物分子接合，并保持所述树枝状分子理想的NIR谱特性。然而，这些化合物都没有被设计成既检测肿瘤又治疗肿瘤。重要的是开发应对体内肿瘤异质性的靶向策略，在所述肿瘤异质性中可靶定部位的表达不一致并变化着。如下面所论述。

光动力疗法（PDT）是临床有效并仍然在发展的癌症局部选择性治疗。已经针对不同的光敏剂和多种类型的疾病论证了PDT的效用。FDA批准它用于早期和晚期肺癌、阻塞性食管癌、与Barrett氏食管相关的高等级发育异常、年龄相关的黄斑变性和光化性角化病。PDT利用在吸收光后产生活性单线态氧的肿瘤定位光敏剂。随后的氧化还原反应也可以产生超氧阴离子、过氧化氢和羟基。已经设计出在某些亚细胞结构例如线粒体中相对特异性局部化的光敏剂，而这些亚细胞结构是异常敏感的靶。在肿瘤的组织水平上，直接的光动力肿瘤细胞杀死、对支持肿瘤的脉管系统的破坏、以及可能的对先天和适应性抗肿瘤免疫系统的激活相互作用以消灭恶性组织。优先杀死靶细胞（例如肿瘤），而不是附近的正常组织，对PDT是必需的，并且在临床应用中达到优先靶损伤是支持使用这种治疗方式的主要驱动力。PDT的成功有赖于在恶性细胞中被优先保留但是在正常组织中被清除出去的亲肿瘤（tumor-avid）分子的开发。