蒽基-四內醯胺大環類及它們在檢測靶糖中的用途

2023-05-12 07:47:01

蒽基-四內醯胺大環類及它們在檢測靶糖中的用途
【專利摘要】式(I)的水溶性化合物：(式(I))其中R9和R10是適當親水的取代基，其可被用於選擇性地結合到靶糖如葡萄糖上，並且其顯示了對這種結合的可檢測的光譜響應，從而使其可用於體內血糖濃度的檢測和校正。
【專利說明】蒽基-四內醯胺大環類及它們在檢測靶糖中的用途

【技術領域】
[0001] 本發明涉及新型化合物，其可用於在水性環境（如血液）中檢測糖類（特別是葡 萄糖）。本發明還涉及製備和使用這些化合物的方法，以及包含它們的產品。

【背景技術】
[0002] 出於大量醫學原因，可能需要在血液中監測糖類（特別是葡萄糖）的水平。這在 糖尿病患者的診斷和治療中特別重要，並且對重症監護患者也特別重要，其中已發現血糖 水平的改變能提供關於潛在健康併發症的重要信息。
[0003] 糖尿病是日益嚴重的醫學問題，目前認為其影響全球人口的約5%。儘管可能通過 生活方式管理和/或胰島素注射進行控制，但仍然存在嚴重的問題。由過量胰島素引起的 低血糖濃度可能是致命的，而高葡萄糖水平可導致長期併發症如心臟病、失明、腎臟損傷、 中風和神經損傷。
[0004] 因此，對於糖尿病患者和重症監護患者理想的是嚴格控制血糖水平。理想地，這樣 的控制可包括精確且連續地（或至少及時地）測量血糖濃度。然而，雖然對抽取血樣進行 定期分析是常規的，連續監測仍然是尚未解決的問題。一些系統已經上市，但是它們對基於 酶的檢測技術的依賴成為了限制：特別是，它們只測量正好在皮膚下面的間質液中的葡萄 糖濃度，並且這些滯後於更重要的血糖濃度。
[0005] 如果以實際的方式解決這些問題，這可有助於設計"人造胰臟"，所述"人造胰臟" 能在響應血糖水平改變時向患者血液連續供應胰島素，以將那些水平維持在所需的安全範 圍內。這樣的系統可為糖尿病患者及其護理人員帶來人生改變。在體內連續監測血糖水平 的能力還可顯著改善對重症監護患者的護理，並可能改善對其他高危個體的護理。
[0006] 在歷史上，在水性環境（如血液）中檢測糖類已經存在挑戰。糖類是親水物質，帶 有擬氫（hydromimetic)羥基基團，這使得它們很難從水中提取。對於化學檢測系統，區分 靶分子和溶劑是個很重要的問題。實現對特定靶分子的選擇也是重要的：通用的碳水化合 物結構允許大範圍的變化，但各種糖之間的差異通常是微小的（例如，單個不對稱中心的 構型）。
[0007] 如上所述，已知使用酶（例如葡萄糖氧化酶）來測定血液中的葡萄糖水平，所述酶 選擇性地結合到葡萄糖分子上並因此產生可檢測的電化學信號。通常必須在抽取自患者身 體的分離新鮮血液樣本中進行這些技術，而不是在體內，並且所述技術還導致它們所檢測 的葡萄糖受到破壞；因此它們不能進行連續的血糖監測。通常檢測所述酶-葡萄糖的相互 作用需要能源，而且酶的穩定性較差。因此，基於受體的方法有可能更適於葡萄糖監測，但 是沒有一個被批准用於普遍使用。
[0008] 至今為止，大多數關於基於受體的葡萄糖傳感工作使用了硼酸，硼酸通過共價B-O 鍵結合到碳水化合物上。這些受體可還包含發色團標記部分，以使得能夠例如通過螢光光 譜對它們進行檢測。已知，以探針（如光纜）上的塗層的形式將這些標記的基於硼酸的受 體引入到血液中，用於連續監測血糖水平。但是，基於硼酸的受體傾向於對葡萄糖具有相對 低的選擇性：它們也能結合到可能存在於血液中的其他碳水化合物、以及二醇和乳酸上。所 述受體還可能對氧氣敏感，這又可能損害它們在血液中作為葡萄糖受體的功效。
[0009] 凝集素是能夠結合到糖類上的天然存在的蛋白質，並且就其本身而言，它們也已 在特別是醫療診斷技術中被用於評估血糖水平。以這種方式使用的凝集素的實例包括伴 刀豆球蛋白A(Concanavalin A)、兵豆凝集素 （Lens culinaris)和豌豆凝集素 （Pisum aativum)。但是，即使是這些，仍傾向於顯示對所述靶糖具有低的親和力，並且通常為相當 中等的選擇性。因此，研宄已經轉向產生合成的類似物。合成的凝集素是能夠識別仿生糖的 有機分子，即，使用天然外源凝集素所採用的非共價相互作用結合到水性系統中的糖類上。 [0010] 也許並不意外，由於碳水化合物的親水性和立體化學複雜性，設計合成凝集素已 表明沒有那麼簡單。儘管已經取得了進展，但是結合親和力在大多數情況下較低並且良好 選擇性罕見。另外，成功通常以結構複雜性為代價。
[0011] 之前由 Barwell 等人[Angew Chem，Int Ed，48 ;7673-7676 (2009)]報導的在圖 Ia 中所示的辛內醯胺2(〇Ctalactam 2)，是提出用於碳水化合物檢測的合成凝集素類似物的 實例。這種三環體系能包圍β -D-葡萄糖分子1，提供了補充所述碳水化合物的全平伏取代 模式的極性和非極性表面。認為化合物2中的糖CH和聯苯表面之間的疏水CH-Ji相互作 用、以及糖OH基團和間苯二醯胺基團之間的極性相互作用驅動了絡合物形成。最佳的葡萄 糖選擇性似乎需要丙氧基（-OPr)。
[0012] 化合物2對葡萄糖表現出優異的選擇性；例如，葡萄糖和半乳糖的結合常數比例 是20 : 1，並且葡萄糖和甘露糖的結合常數比例是60 : 1。所述內醯胺對葡萄糖的親和力 是60ΜΛ這可能看起來很低，但是對於通過非共價相互作用在水中運行的合成體系來說實 際上是現有最領先的水平：所述充分研宄的凝集素伴刀豆球蛋白A只增強了一個數量級。 另外，親和力不是太低，從而是有用的，特別是在血液中檢測葡萄糖時：因為血糖水平相對 較高（?2-13mM)，所以需要中等的結合親和力以避免受體飽和。
[0013] 因此，合成凝集素（如2)是很有前景的，但是它們複雜的結構可能給進一步的研 宄帶來阻礙。設計寡醯胺2以包圍其碳水化合物靶標，提供了如圖Ia所示的互補表面。盡 管顯然是成功的關鍵，但這將會導致複雜的籠形結構，需要20步的合成而總收率僅為? 0. 1%。製備大數量可能很困難，並且進一步的修飾（例如將受體連接到基質表面）代表一 項重要任務。
[0014] 所述合成的凝集素2對實際的葡萄糖感測還具有潛在的不利。基於受體的感測需 要信號系統，以使得能夠測量所述靶分子的佔據水平。受體2在這方面沒有顯示明顯的優 勢。
[0015] 我們現在已經能夠產生一類新的葡萄糖受體化合物，其可克服或至少緩解上述問 題。本發明的實施方案可使用光學信號使得能夠在體內有效地和選擇性地檢測血糖水平。 因此，它們可用於連續的血糖監測。另外，這些新型化合物可比之前報導的合成凝集素具有 顯著降低的複雜性，使得它們不僅在製備上，而且在用於特定的環境或物理形式、或用於特 定目的的改造上更簡單且廉價。


【發明內容】

[0016] 根據本發明的第一方面，提供了式（I)的水溶性化合物：
[0017]

【權利要求】
1. 式（I)的水溶性化合物：
其中Ri-R8各自獨立地選自氨；任選取代的燒基；任選取代的環燒基；任選取代的雜環 基；任選取代的締基；任選取代的訣基；任選取代的芳基；任選取代的雜芳基；燒氧基；酬 基和醒基；駿酸和駿酸根離子；駿酸醋；-SO3H ;-S(V;-0S0 sH ;-0S(V;-P0 sXY，其中X和Y獨 立地是氨、燒基或負電荷；-OPO3XY，其中X和Y獨立地是氨、燒基或負電荷；胺；酷胺；面素 基團；-CN ;N02;-0H ;亞氨基和酷亞氨基，條件是在所述對R iR2、R3R\R5R嘴R 7R8的任何一對 或多對中，所述兩個取代基可連接在一起W形成任選取代的環狀基團的一部分；並且， R9和RW各自獨立地選自氨；任選取代的燒基；任選取代的環燒基；任選取代的雜環基； 任選取代的締基；任選取代的訣基；任選取代的芳基；任選取代的雜芳基；燒氧基；酬基和 醒基；駿酸和駿酸根離子；駿酸醋；-SO3H ;-S〇3-;-0S0 sH ;-〇S〇3-;-PO sXY，其中X和Y獨立 地是氨、燒基或負電荷；-OPO3XY，其中X和Y獨立地是氨、燒基或負電荷；胺；酷胺；面素基 團；-CN ;-N02;-0H ;亞氨基和酷亞氨基。
2. 權利要求1的化合物，其中R9和R W各自獨立地選自氨和親水取代基，條件是R9和 RW中的至少一個是親水取代基。
3. 權利要求1或權利要求2的化合物，其中R 1至R8都是氨。
4. 權利要求2或從屬於其的任何權利要求的化合物，其中所述至少一個親水取代基選 自式-C做-R"的基團，其中RM選自： a. 基團-NRisC巧1化0曲3,其中Ris選自氨和C1至C4燒基訊Rie是基團畑2)。，其中n 是1到6的整數，任選包含離基-0-; b. 基團-NR"C化")3,其中R"如上定義；R "是基團-R1化做NR"-C (RiscO曲3;並且R 1*^各 自獨立地選自如上所定義的基團Rie;W及 C.基團-NRisc (R25) 3,其中R"如上定義；R 25是基團-R 1化做NR"-C (R26) 3;R 26是基 團-Ri化做NR"-C (RiscO曲3;並且R 1*^各自獨立地選自如上所定義的基團R le。
5. 前述權利要求任一項的化合物，其具有式：

或其鹽或其被保護的形式。
6. 前述權利要求任一項的化合物，其在與祀糖一一特別是葡萄糖一一絡合時顯示光譜 響應，所述光譜響應優選在電磁譜的可見區和/或近紅外區是可檢測的。
7. 前述權利要求任一項的化合物，其被固定在固體或半固體支持物一一如聚合基 質--之上或之中。
8. 用於合成權利要求1-7中任一項的化合物的方法，所述方法包括至少第一步驟，將 式（II)的雙-(氨基甲基慈）化合物與式（III)的化合物反應：
其中，Ri至R4是如權利要求1至7中任一項所定義的，
其中Ri9是離去基團L ;RW選自離去基團L和保護基P Sru選自權利要求1至7中任 一項所定義的基團R9,其中所述或每一個反應性端基被保護基P2保護；並且P 1和所有的P 2 基團各自獨立地選自在所選擇的反應條件下能夠防止它們所連接的取代基與-NH,基團反 應的保護基。
9. 權利要求8的方法，其中R W是權利要求8中所定義的保護基P 1，並且所述方法的第

一步驟導致形成中間體化合物（IV):
其中基團Ri至R4和R U如權利要求8中所定義，R W如上定義， 並且，其中，在第一步驟之後，（a)用離去基團L替代保護基pi，W形成式（IVa)化合物， 其中RW是如權利要求8中所定義的離去基團L ;和化）使所述化合物（IVa)與權利要求8 中所定義的式（II)的其他化合物反應。
10. -種裝置，其攜帶權利要求1至7中任一項的化合物，所述裝置適用於和/或被改 造為適於引入到人類或動物身體中。
11. 用於在水性環境中檢測祀糖的檢測系統，所述系統包含權利要求1至7中任一項的 化合物和/或權利要求10的裝置，W及用於在水性環境中檢測化合物對祀糖的響應（特別 是光譜響應）的檢測器。
12. 權利要求11的檢測系統，還包括（i)活性物質的供應器、（ii)用於從所述供應器 向水性環境遞送所述活性物質的遞送裝置、和（iii)用於控制所述活性物質的遞送W響應 由所述檢測器檢測到的所述水性環境中的祀糖濃度或濃度變化的控制裝置。
13. 用於在水性環境中檢測祀糖的方法，所述方法包括將權利要求1至7中任一項的化 合物和/或權利要求10的裝置引入到水性環境中，W及檢測所述化合物或與所述化合物相 關的其他物質對環境的響應（特別是光譜響應）。
14. 權利要求13的方法，其中所述祀糖是葡萄糖。
15. 權利要求1至7中任一項的化合物，用於在活的人類或動物身體上進行診斷和/或 治療的方法中。
16. 權利要求15的用於所述用途的權利要求1-7任一項的化合物，其中所述診斷和/ 或治療的方法包括病症的診斷和/或治療，所述病症導致人類或動物患者中一一特別是患 者血液中一一的祀糖濃度異常和/或濃度變化、或原本與人類或動物患者中一一特別是患 者血液中一一的祀糖濃度異常和/或濃度變化相關。
17. 權利要求16的用於所述用途的權利要求1-7中任一項的化合物，其中所述病症是 糖尿病。
18. 式（V)的化合物；

其中Ri至R4和RW如權利要求8中所定義；R24各自獨立地選自如權利要求1至7中任 一項所定義的基團R9、和如權利要求1至7中任一項所定義的其中所述或每一個反應性端 基被保護基P 3保護的基團R9;並且P 3各自獨立地選自在權利要求9的方法的步驟化）中， 能夠防止它們所連接的取代基與式（II)的化合物中的-NH,基團反應的保護基。
【文檔編號】C07D257/10GK104428290SQ201380034334
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年4月26日 優先權日:2012年4月27日
【發明者】柯晨峰, A·P·戴維斯 申請人:布里斯托大學