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両親媒性の高分子配位子によって安定化された高分子錯体および検査用組成物および医薬組成物 新技術説明会

国内特許コード P08P006670
整理番号 IP19-042
掲載日 2008年12月25日
出願番号 特願2007-156743
公開番号 特開2008-308423
登録番号 特許第5263805号
出願日 平成19年6月13日(2007.6.13)
公開日 平成20年12月25日(2008.12.25)
登録日 平成25年5月10日(2013.5.10)
発明者
  • 奥 浩之
  • 山田 圭一
  • 片貝 良一
  • 花岡 宏史
  • 飯田 靖彦
  • 織内 昇
  • 遠藤 啓吾
  • 早川 晃一
  • 小濱 一弘
出願人
  • 国立大学法人群馬大学
発明の名称 両親媒性の高分子配位子によって安定化された高分子錯体および検査用組成物および医薬組成物 新技術説明会
発明の概要

【課題】金属原子を穏和な条件でも、迅速に簡便かつ安定に配位させることができる、新規な生体材料としての高分子錯体、およびこれを利用した医薬組成物を提供する。
【解決手段】疎水性配位子と親水性ポリマーからなる両親媒性のブロック共重合体と1種以上の金属原子からなる高分子錯体、より詳しくは、側鎖に金属原子に配位可能な複素環を有するアミノ酸を含むヘリックス構造のデプシペプチドまたはペプチドからなる疎水性配位子と親水性ポリマーからなる両親媒性のブロック共重合体と1種以上の金属原子からなる高分子錯体。
【選択図】図10

従来技術、競合技術の概要


(1)金属原子と高分子錯体からみた金属蛋白質:
生物体に由来する、金属原子を比較的強固に結合した蛋白質は、金属蛋白質と呼ばれ、金属イオンの運搬や貯蔵、金属原子による活性中心を持つ酵素や電子伝達体として細胞の内外で機能を発揮している(例えば、非特許文献1)。金属原子の結合部位には主として蛋白質を構成するアミノ酸側鎖や主鎖が用いられている。特に複素環のイミダゾール基を有するヒスチジンは窒素原子の配位子として優れており、金属酵素の化学進化(例えば、非特許文献2)の過程で多くの金属蛋白に用いられるようになったと考えられる。



金属蛋白質のうち、ヒスチジン側鎖によって金属原子を結合している事例について概観する。
(a) Fe蛋白質
Fe原子の結合形式によって大きく3種類、Feイオンが低分子金属錯体であるヘム(Fe-ポルフィリン錯体)として結合しているヘム蛋白質、Feイオンがヘムを介さずに蛋白質へ結合している非ヘム蛋白質、Feイオンが硫黄原子とのクラスターとして蛋白質へ結合している鉄-硫黄蛋白質、に分類される。ヘム蛋白のシトクロムcでは、ヘム中のFeイオンにヒスチジンのイミダゾール基の窒素原子が配位している(例えば、非特許文献3)。非ヘム蛋白質ではメタンモノオキシゲナーゼ(例えば、非特許文献4)の2つのFeイオンに、鉄-硫黄蛋白質ではヒドロゲナーゼ(例えば、非特許文献5)の[4Fe4S]クラスターに、ヒスチジン側鎖の配位が見られる。



(b) Cu蛋白質
結晶構造が解明される以前から、分光学的に分類されてきた、Type I、Type II、Type IIIと呼ばれるCu蛋白質は、何れもヒスチジン側鎖の配位が見られる。Type Iに分類されるプラストシアニン(例えば、非特許文献6)は2つのイミダゾール基の窒素原子が配位している。その他にType IIとしてガラクトースオキシダーゼ(例えば、非特許文献7)、Type IIIとして2つのCuイオンを有するヘモシアニン(例えば、非特許文献8)が例として挙げられる。その他にマルチCu蛋白質であるアスコルビン酸酸化酵素(例えば、非特許文献9)、亜硝酸還元酵素(例えば、非特許文献10)にもヒスチジン側鎖の配位が見られる。



(c) Zn蛋白質
カルボキシペプチターゼA(例えば、非特許文献11)、炭酸脱水素酵素(例えば、非特許文献12)、アルコールデヒドロゲナーゼ(例えば、非特許文献13)では、酵素活性中心のZnイオンに1~3つのイミダゾール基が配位して反応性が調節されている。酵素とは異なり、DNAに結合して遺伝子の発現と制御を行う亜鉛フィンガーと呼ばれる蛋白質
(例えば、非特許文献14)にもヒスチジン側鎖の配位が見られる。



(d) その他の金属蛋白質
複数のNiイオンを有するウレアーゼ(例えば、非特許文献15)、Fe-Mo-Sで構成されるクラスターを有するニトロゲナーゼ(例えば、非特許文献16)に於いて、金属原子とイミダゾール基の窒素原子の配位結合が知られている。



上記の、金属原子へ窒素原子が配位した例に於いて、金属原子を強く保持するための共通する構造上の特徴が考えられる。すなわち、(a)金属原子とイミダゾール環(複素環構造)の強い配位結合。(b)高分子配位子として蛋白質のポリペプチド鎖によるキレート効果。(c)高分子配位子としての蛋白質の両親媒構造、(d)高度に分子設計(配位結合、キレート効果、両親媒構造)された高分子配位子、の4点が特徴として考えられる。



(a)と(b)は配位化学の基本的な概念として、金属蛋白質だけでなく、低分子の金属錯体の安定化に多く用いられている。(a)のイミダゾール環による、金属原子への比較的強い配位結合は、窒素原子の孤立電子対を金属原子へσ供与するσ結合のみならず、金属原子のd軌道と複素環のp軌道にπ結合があることに原因している。π結合には二種類あり、充填d軌道から複素環の空のπ*軌道への電子のπ逆供与(π-back donation)、複素環のπ軌道から金属原子の空のd軌道へのπ供与(π-donation)がある。イミダゾール環のような複素環構造は、金属原子の酸化状態に応じて、これら二種類のπ結合に対応できるために、金属原子の種類を問わず、広く配位結合に適していることがわかる。結果として、イミダゾール環のような複素環構造が、化学進化の過程で多くの金属蛋白質の配位子に見られるようになったと考えられる。



(b)のキレート効果は、主にエントロピー効果で説明をすることができる(非特許文献17)。すなわち、蛋白質内での金属原子の安定性は、ポリペプチド鎖によって配位子が連結されることによる、キレート構造に由来している。この他に、水分子とイミダゾール環の違いのように配位子の配位エネルギーの差に由来するエンタルピー効果もキレート効果の一部分として、蛋白質に於ける金属原子の保持に寄与している。



(c)の蛋白質の両親媒構造は、蛋白質の外殻は水系環境に溶解するために親水性環境に、活性中心は金属原子と窒素原子の配位結合を強固にするために疎水性環境になっていることから理解できる(非特許文献18)。疎水性環境が化学進化の過程で生じた理由は、金属蛋白質への水分子の侵入を防いで、水溶液の大部分を占める(およそ50 mol/L)水分子が金属原子へ配位することによって、活性中心からの金属原子の乖離を防ぐためであると、考えることができる。



以上のように金属蛋白質を高分子錯体として考察すると、ポリペプチド鎖が両親媒性の配位子として金属原子を安定化させていることが理解できる。しかしこれまでに、金属蛋白質による金属原子の保持機構を、生体材料や医薬組成物として利用した例はなかった。



(2)金属原子と高分子錯体からみた医薬品:
従来、医薬品として金属原子から発生する放射線を利用する場合(異常組織の破壊)、トレーサーとして他の医薬品に結合させる場合(異常組織の検出)に、錯体を形成する様々な配位子が用いられてきた。これらの配位子は厳密な意味でのキレート効果を利用しない場合も含めて「キレート剤」と一般に呼ばれており、放射性医薬品の重要な開発分野である。



放射性医薬品は、放射線による生体内の異常組織の「検出」と「破壊」を目的とした薬物である。この医薬品の研究には、(a)放射性同位元素の製造、(b)組織の検出に用いる高
分子プローブ(例えば、モノクローナル抗体)の開発、(c)組織の検出に用いる高分子プローブと組み合わせて用いる「キレート剤」の開発、の3点が重要である。例えば、放射性同位元素に金属元素を用いる場合、モノクローナル抗体と金属原子が直接に錯形成するのではなく、モノクローナル抗体に結合されたキレート剤に対して金属原子を錯形成させて用いる。この方法は、放射線によって異常組織を破壊することや異常組織の画像を作り出す、放射線治療や放射線診断として広く用いられている(例えば、特許文献1~5)。その他に、放射性同位体ではなく常磁性金属イオンと「キレート剤」と抗体による高分子錯体を用いて同様に、異常組織の画像診断を行うことができる(MRI法)。これも広義の放射性医薬品として盛んに研究が行われている(例えば、特許文献6~9)。



従来、放射性医薬品として臨床や研究に用いられてきた「キレート剤」は、EDTAタイプの配位子(例えば、DTPA (= diethylenetriaminepentaacetic acid). 論文の例として、非特許文献19)、大環状キレート配位子(例えば、DOTA (= 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid))に代表される、金属イオンに配位してキレート化合物をつくる多座配位子である(例えば、特許文献10~12)。これらの「キレート剤」は、親水性の配位子であり、多座配位子によるキレート効果のみを用いて金属原子を安定化させている点で、両親媒性の高分子錯体である金属蛋白質と大きく異なっている。



(3)医薬組成物としての「キレート剤」の欠点:
従来の「キレート剤」のうち、多く用いられているDTPAは、使用例が多いことに特徴がある。しかしカルボン酸と三級アミンのからなる親水性の低分子配位子であることから、(a) 金属蛋白質に見られるような、金属原子の種類や酸化状態に合わせた配位子ではないこと、(b) より安定な他の金属イオンとの交換反応、(c) DTPA無水物を用いた高分子プローブとの結合生成、の3点が問題点として挙げられる。(a)は(b)は金属イオンが「キレート剤」から解離して特定の組織に集積することが問題となりうる(DTPAではないが64Cuと大環状キレート配位子の研究例で、非特許文献20)。(c)はモノクローナル抗体-キレート剤の結合を生成する際に用いるDTPA無水物の反応性が低いこと、pHを8.5~9.0とアルカリ条件で長時間反応させなくてはならないことが欠点として挙げられる。



また、比較的新しい「キレート剤」である、大環状キレート配位子(例えばDOTA)は錯体の高い安定性に特徴がある。しかし、(a)金属イオンを導入する際に4℃~常温では全く錯形成が起きないか、非常に時間がかかること、(b)短時間ではあるが50~80℃の熱をかける必要があること、の2点が問題点として挙げられる(例えば、非特許文献21)。これは異常組織の検出や破壊に用いる、モノクローナル抗体-キレート剤-複合体へ金属イオンを導入する際に、高温によって蛋白質構造が変性し、抗体価を低下させることが懸念されるためである。



これらの「キレート剤」の問題点を解決するために、DOTAを改良した大環状キレート配位子が研究されている(例えば、非特許文献22)。しかし基本骨格や配位原子は同様であり、多座配位子によるキレート効果のみを用いて金属原子を安定化させている点では、従来の「キレート剤」を大きく改善することは期待できないと考えられる。



(3)高分子錯体としての金属蛋白質の長所:
金属蛋白質は、金属原子を持たないポリペプチド鎖(アポ蛋白)に金属原子を導入する、再構成反応に於いて高温処理の必要がない。またこの再構成反応に於いては、常温でも極めて短時間のうちに、極めて安定に金属原子が導入される(ホロ蛋白の生成)場合が多い。このように高分子錯体の観点から見て、金属蛋白質は極めて魅力的な特徴を備えている。しかしこれらの性質を、生体高分子材料や医薬組成物として利用した例はなかった。



(4)高分子錯体としての金属蛋白質の長所:
両親媒性の高分子化合物を水中に分散させると、複数の高分子鎖が会合して、疎水性の内核と親水性の外殻を持つ、ミセル構造を形成する。一般に高分子ミセルは石鹸に代表される低分子ミセルの1/1,000-1/10,000ときわめて低い臨界ミセル濃度を持つ。また高分子ミセルの粒径は10-100 nmの範囲内にあり、ガン組織や炎症組織の血管壁から漏出しやすい(EPR効果; 例えば、非特許文献23)。その結果ミセル内に内包させた有効な医薬をこれらの異常組織に蓄積し、異常組織へ長期にわたって薬物を暴露させることができることが知られている。



高分子ミセルを形成する両親媒性高分子としては、例えば、ポリ乳酸-block-ポリエチレングリコールのブロック共重合体(例えば、非特許文献24)、ポリ(γベンジルグルタミン酸)-block-ポリエチレングリコール(例えば、特許文献13)、ポリ(βベンジルアスパラギン酸)-block-ポリエチレングリコール(例えば、特許文献14;非特許文献25)がよく知られている。さらに疎水性の内核に抗ガン剤を担持または内包させて(特許文献15,16)、ガン組織への組織選択性と抗ガン活性を示すことも知られている(例えば、非特許文献26;特許文献17,18)。これらの両親媒性高分子化合物の欠点は、疎水性配列を高分子重合反応(ポリ乳酸はラクチドの開環重合、ポリ(βベンジルアスパラギン酸)はNCA重合法)で行っているために、機能性の付与はランダムな化学修飾によって行われる点にある。そのために、金属原子の保持機構を任意の分子構造で精密に設計することは不可能であった。

【特許文献1】特公平6-47560号

【特許文献2】特公平6-51720号

【特許文献3】特公平6-76440号

【特許文献4】特公平7-62032号

【特許文献5】特開平8-325297号

【特許文献6】米国特許5750660号

【特許文献7】米国特許5739294号

【特許文献8】米国特許5316757号

【特許文献9】米国特許5362476号

【特許文献10】米国特許5342606号

【特許文献11】米国特許5428139号

【特許文献12】米国特許5316757号

【特許文献13】特開平5-955号

【特許文献14】特開平6-206832号

【特許文献15】特開平11-335267号

【特許文献16】特開平6-107565号

【特許文献17】特開平6-206815号

【特許文献18】特開平5-117385号

【非特許文献1】Harry B. Gray, Proceedings of National Academy of Science of the United States of America, 2003年, vol. 100, pp. 3563-3568.

【非特許文献2】Fujio Egami, Journal of Biochemistry, 1975年, vol. 77, pp. 1165-1169.

【非特許文献3】Ashida Tamaichi ら, Journal of Biochemistry, 1973年, vol. 73, pp. 463-465.

【非特許文献4】Amy C. Rosenzweigら, Nature, 1993年, vol. 366, pp. 537-543.

【非特許文献5】Anne Volbedaら, Nature, 1995年, vol. 373, pp. 580-587

【非特許文献6】Thomas P. Garrettら, Journal of Biological Chemistry, 1984年, vol. 259, pp. 2822-2825.

【非特許文献7】Nobutoshi Itoら, Nature, 1991年, vol. 350, pp. 87-90.

【非特許文献8】Wil P. Gaykemaら, Journal of Molecular Biology, 1986年, vol. 187, pp. 255-275.

【非特許文献9】Albrecht Messerschmidtら, Journal of Molecular Biology, 1989年, vol. 206, pp. 513-529.

【非特許文献10】Jean LeGallら, Science, 1991年, vol. 253, pp. 438-442.

【非特許文献11】D. C. Reesら, Journal of Molecular Biology, 1982年, vol. 160, pp. 475-498.

【非特許文献12】Proceedings of National Academy of Science of the United States of America, 1975年、vol. 72, pp. 51-55.

【非特許文献13】J. P. Samamaら、 European Jounal of J Biochemistry, 1977年, vol. 81, pp. 403-409.

【非特許文献14】N. P. Pavletichら, Science, vol. 252, pp. 809-817.

【非特許文献15】E. Jabriら, Science, 1995年, vol. 268, pp. 998-1004.

【非特許文献16】Georgiadisら, Science, 1992年, vol. 257, pp. 1653-1659.

【非特許文献17】Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, Fourth Edition; J. E. Huheey, E. A. Keiter, R. L. Keiter Eds.; Harper Collins College Publishers: New York, 1993年; pp. 522-531.

【非特許文献18】Hiroyuki Oku, Doctral Thesis, Osaka University, 1995, pp. 1-4.

【非特許文献19】Yasushi Aranoら, Journal of Medicinal Chemistry, 1996年, vol. 39, pp. 3451-3460.

【非特許文献20】Laura A. Bassら, Bioconjugate Chemistry, 2000年, vol. 11, pp 527-532.

【非特許文献21】J. B. Stimmelら, Bioconjugate Chemistry, 1995年, vol. 6, pp. 219-225.

【非特許文献22】David A. Keireら, Inorganic Chemistry, 2001年, vol. 40, pp. 4310-4318.

【非特許文献23】Maeda Hiroshiら, Journal of Controlled Release, 2000年, vol. 65, pp. 271-284.

【非特許文献24】Yukio Nagasakiら, Macromolecules, 1998年, vol. 31, pp. 1473-1479

【非特許文献25】Kwon G. S.ら, Pharmaceutical Research, 1995年, vol. 12, pp. 192-195.

【非特許文献26】Yokoyama M.ら, Journal of Drug Targeting, 1999年, vol. 7, pp. 171-186

産業上の利用分野


本発明は、両親媒性の配位子を用いた高分子錯体およびその組成物に関する。更に詳しくは、疎水性配位子と親水性ポリマーのブロック共重合体によって両親媒性となった高分子配位子とこれに配位する金属原子から構成される高分子錯体およびその組成物に関する。
本発明の高分子錯体は、水系環境下に於いても金属原子を穏和な条件で簡便かつ安定に配位させることができるため、生体材料や医薬組成物として、より具体的には放射性薬剤、常磁性薬剤、蛍光性薬剤として、種々の異常組織の診断および治療に、特にある種の癌の診断および治療に有用である。

特許請求の範囲 【請求項1】
疎水性配位子とポリアルキレングリコールからなる両親媒性のブロック共重合体と111In
からなる高分子錯体であって、
前記疎水性配位子が、下記一般式(a)、(b)または(c)で表される、側鎖に金属原子に
配位可能な複素環を有するアミノ酸を含むヘリックス構造を有するデプシペプチドまたはペプチドである、高分子錯体。
Y1-Leu-Leu-Aib-Xaa-Leu-Leu-Aib-Phe-(a)(配列番号1)
Y1-Leu-Leu-Aib-Xaa-Leu-Leu-Aib-Yaa-Leu-Leu-Aib-Phe-(b)(配列番号2)
Y1-Leu-Leu-Aib-Xaa-Leu-Leu-Aib-Yaa-Leu-Leu-Aib-Zaa-Leu-Leu-Aib-Phe-(c)(配列番号3)
(式中、Xaa、YaaおよびZaaは下記一般式(IV)~(VI)の何れかの、側鎖に金属原子に配位可能な複素環を有するアミノ酸を表し、Aib は aminoisobutylic acid 残基を表し、Y1はアミノ酸、ペプチド、ヒドロキシカルボン酸、もしくはデプシペプチドまたはアミノ基の保護基を表す。)
【化学式1】


(X1とX2は水素、アルキル基、シリル基、アミド基、ウレタン基、エーテル基、もしくはエステル基を表す。)

【請求項2】
両親媒性のブロック共重合体が、下記一般式 (I)、(II)又は(II') で表される、請求項1に記載の高分子錯体。
ポリアルキレングリコール-block-疎水性配位子 (I)
疎水性配位子-block-ポリアルキレングリコール (II)
疎水性配位子-block-ポリアルキレングリコール-block-疎水性配位子 (II')

【請求項3】
金属原子が低分子金属錯体を形成した金属原子である、請求項1または2に記載の高分子錯体。

【請求項4】
低分子金属錯体が、ポルフィリン配位子、クロリン配位子、シッフ塩基配位子、チオラート配位子、チオエーテル配位子、イミダゾール配位子、フェノラート配位子からなる群より選ばれる1種または複数の配位子を有する低分子錯体である、請求項3に記載の高分子
錯体。

【請求項5】
請求項1~4の何れか1項に記載の高分子錯体を含む医薬組成物。

【請求項6】
がんの治療または診断のための、請求項5に記載の医薬組成物。
産業区分
  • 有機化合物
  • 高分子化合物
  • 薬品
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007156743thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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