碳量子点及其用途制造技术

本发明专利技术涉及被一个或多个具有氨基和羧基官能团的烷基取代的芳香族或部分芳香族的多环化合物，并且包括含有这些化合物的碳量子点(CQDs)。这些化合物和CQDs对表达LAT1的细胞和肿瘤细胞具有选择性亲和力，并且可以被这些细胞内化。这些化合物和CQDs可用于对此类细胞进行成像，并将负载物递送至表达LAT1的细胞和肿瘤细胞中。公开了制备和使用这些化合物和CQDs进行生物成像和靶向某些组织(包括肿瘤)的方法。法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳量子点及其用途
专利

[0001]本专利技术的领域是与肿瘤成像和向肿瘤递送治疗剂相关的化合物、组合物和方法，以及制备新化合物的方法。该方法和组合物涉及常用作碳量子点(CQDs)的多环芳香族结构。专利技术背景
[0002]癌症是最具毁灭性的疾病之一，每年新增病例超过1400万。癌症的发病率预计将继续上升，到2030年估计每年将有2170万新病例。在目前的临床实践中，癌症患者通常通过手术切除(如果适用)与化学药物治疗和放射治疗相结合的方法治疗。随着过去几十年外科和医学的巨大进步，这种联合治疗的方法显著增加了患者的生存时间和生活质量。然而，由于无法对肿瘤进行选择性成像和治疗，这些方法的进一步改进受到阻碍。这一挑战限制了我们在不引起明显副作用的情况下实现最大手术切除或递送化疗剂和放疗的能力。1‑7[0003]为了增强肿瘤特异性成像和药物递送，最近的努力集中在设计一类通过识别在癌细胞或肿瘤微环境中表达的“受体”分子的配体的成像或治疗剂。越来越多的证据表明，这种方法有几个主要的局限性。首先，仅在癌细胞表面表达的受体分子很少见，且大多数也存在于正常组织中。因此，无法避免负载物在正常组织中的积累。其次，癌症是一类高度异质性的疾病，不同组织来源的癌症或肿瘤内的不同位置通常具有不同的基因型和表型。因此，仅使用单一配体不能成功的靶向肿瘤。由于这些限制，目前尚未获得一种策略可以不管肿瘤的来源和位置而能对其进行选择性成像和药物递送。
[0004]肿瘤特异性成像和药物递送的一种有前景的方法是利用癌细胞中差异上调的特异性载体转运蛋白。这种转运蛋白的例子包括大型中性氨基酸转运蛋白1(LAT1)、丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸优先转运蛋白2(ASCT2)和葡萄糖转运蛋白。8‑
11
其中，介导大型中性氨基酸转运的LAT1是十分有趣的。LAT1已被证明在多种肿瘤中高度表达；而与此形成鲜明对比的是，根据mRNA的表达结果，LAT1在正常组织中的分布仅限于少数器官，包括胎盘、血脑屏障、脾脏、睾丸和结肠。
10
LAT1抑制剂曾被用于靶向LAT1来进行癌症的化疗，例如使用2
‑
氨基双环
‑
(2,2,1)
‑
庚烷
‑2‑
羧酸(BCH)。
12
不幸的是，由于缺乏效力和特异性，BCH介导的化疗在很大程度上失败了。BCH可抑制所有的四种具有不同的生理功能的LAT，包括LAT1、LAT2、LAT3和LAT4。在治疗时使用所需的高剂量BCH通常会引发显著的毒性。
12
LAT1也被用于增强化疗药物向肿瘤的靶向递送。结果表明，结合天冬氨酸后使LAT1介导的递送成为可能，将阿霉素(DOX)在肿瘤中的积累量提高了3
‑
6倍。
13
[0005]CQDs在近年来已成为用于各种生物医学应用的一类有前途的成像剂和药物载体，源于其优异的生物相容性、光学性质、药物负载能力和低毒性。然而，大多数先前报道的CQDs对肿瘤细胞和非肿瘤细胞都会产生非选择性地相互作用，并且没有达到使它们可用于选择性靶向肿瘤细胞的肿瘤特异性水平。
14,15
专利技术总结
[0006]本专利技术提供了结构类似大氨基酸的化合物和包含这些化合物的结构类似大氨基
酸的碳量子点(LAAM CQDs)，它们可用于对表达LATl的组织的选择性成像、药物递送和/或可检测的标记。由于许多癌细胞表达LAT1的水平远高于大多数人体组织，因此这些化合物和CQDs可用于肿瘤成像和向肿瘤细胞的药物递送，而无论肿瘤的来源和位置如何，却很少或几乎不递送至正常组织中的细胞。
[0007]本专利技术的LAAM化合物是具有被α
‑
氨基羧酸取代的大芳香族或部分芳香族核的多环化合物。该化合物的核是由8个或更多的6元环组成的多环阵列，每个环都是芳香族或部分芳香族或部分不饱和的。多环核被一个或多个，通常两个或多个，并且在许多实施例中三个或四个或更多个数的烷基取代，每个烷基被一个羧酸和与羧酸在相同的碳上的一个氨基取代，即α
‑
氨基羧酸部分。氨基可以是
‑
NH2或其取代形式。烷基也可具有一个或多个额外的取代基。
[0008]本专利技术的LAAM化合物能够组装成用作碳量子点(LAAM CQDs)的聚集体。LAAM CQDs有一个α
‑
氨基羧酸部分，该部分会触发多价相互作用，从而与LAT1紧密结合。不受理论的束缚，这些化合物和LAAM CQDs对LAT1表现出的高选择性亲和力解释了它们选择性靶向肿瘤细胞以进行肿瘤成像和将负载物(例如治疗剂和细胞毒性剂)递送至肿瘤细胞的能力。本专利技术提供的一些CQDs，包括本专利技术所述的LAAM TC
‑
CQDs，表现出近红外(NIR)荧光(FL)和光声(PA)成像的能力，这使得它们可以对肿瘤进行成像。因为它们被选择性地内化到癌细胞或组织中，例如通过与LAT1相关的内吞作用或由LAT1转运进入表达LAT1的细胞中，所以本专利技术的化合物和CQDs还可以用作将化疗药物递送至肿瘤的载体。本专利技术公开的LAAM CQDs，包括使用1,4,5,8
‑
四氨基蒽醌(TAAQ)和柠檬酸(CA)合成的LAAM CQDs，提供了用于选择性肿瘤和某些其他特定类型细胞的成像，以及用于选择性向这些细胞和肿瘤递送治疗剂或标记剂的新组成和新方法。
[0009]在一方面，本专利技术提供了具有有用的荧光特性、且可溶于水和具有生物相容性的碳量子点。本专利技术的碳量子点可形成尺寸为约0.2
‑
10nm的有机(碳基)颗粒，且它们碳含量通常至少约为重量的20％或40％，优选地至少约为重量的50％。它们的荧光特性、水溶性和生物相容性使它们在体内是有益处的，并且本专利技术中选择性结合LAT1的LAAM CQDs在本专利技术描述的用于对肿瘤成像的方法中特别有用。
[0010]在另一方面，本专利技术提供了通过本专利技术所述的方法形成的溶剂分解产物，其可被有效地内化到细胞中，例如通过内吞作用或由LATl转运，并且被肿瘤细胞选择性摄取，尤其是在表达LATl的肿瘤中。这些溶剂分解产物包含多环芳香族或部分芳香族核环体系，并且可以被分离并用作大小约为0.2
‑
10nm可充当碳量子点的颗粒。使用溶剂分解制备碳量子点是本领域已知的。通过本专利技术方法制备的这些化合物和颗粒可用于肿瘤成像或作为一类可递送如标记剂或治疗剂等负载物至表达LAT1的肿瘤细胞的表面，或递送至此类细胞内部的载体。在一些实施例中，溶剂分解产物形成包含一种或多种本专利技术公开的LAAM化合物的颗粒，其充当为碳量子点，因此可用于表达LAT1转运蛋白的肿瘤成像或肿瘤靶向。
[0011]在另一方面，本专利技术提供制备上述化合物和LAAM CQDs的方法。
[0012]在另一方面，本专利技术提供了使用化合物和含有它们的CQDs对表达LAT1的组织进行成像，尤其是对体内表达LAT1的肿瘤进行成像的方法。
[0013]在另一方面，本专利技术提供包含上述化合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳量子点，其：a)包含一个由6元环的稠合多环阵列组成的核结构，每个稠合多环阵列均为芳香族或不饱和的，其中所述6元环的多环阵列被至少一个被羧基和氨基取代的C1‑
C3烷基取代；或b)包含一个含6元环的稠合多环系统，其中每个环是芳香族的或不饱和的，并且多环系统被至少一组化学式A取代：其中R1为H或任选地被一个或两个选自卤素、
‑
OH、
‑
OMe、
‑
NH2、
‑
SMe、
‑
COOH和
‑
CONH2的基团取代的C1‑
C3烷基，虚线键指示所述化学式A的基团与所述稠合多环系统相连接的位置；或c)包含至少10个稠合6元环的一个多环芳香族或部分芳香环系统，其中所述多环芳香族或部分芳香环系统稠合至化学式B中至少一个亚基：其中：R1为H或任选地被一个或两个选自卤素、
‑
OH、
‑
OMe、
‑
NH2、
‑
SMe、
‑
COOH和
‑
CONH2的基团取代的C1‑
C3烷基，Z1为NR2或C(R2)2，其中每个R2独立地从H和C1‑
C3烷基中选择，且其中虚线键指示所述化学式B与所述多环芳香族或部分芳香环系统相稠合的位置；和/或d)被配置可以选择性地进入表达大型中性氨基酸转运蛋白(LAT1)或其亚单位的细胞；和/或e)配置成选择性地进入肿瘤或癌细胞，其中所述碳量子点中碳原子的重量百分比为20％或更高，优选为40％或更高。2.根据权利要求1所述的碳量子点，其包含一个由6元环的稠合多环阵列组成的核结构，每个稠合多环阵列均为芳香族或不饱和的，其中所述6元环的多环阵列被至少一个被羧基和氨基取代的C1‑
C3烷基取代。3.根据权利要求2所述的碳量子点，其中所述核结构包含至少5个稠合的6元芳香环或不饱和核环。4.根据权利要求2或3所述的碳量子点，其中所述6元环的多环阵列被至少两个C1‑
C3烷基取代，其中每个C1‑
C3烷基被羧基和氨基取代，并且进一步任选地被一个或两个选自
‑
OH、甲基、苯基、
‑
OMe、
‑
NH2、
‑
SMe、
‑
COOH和
‑
CONH2的基团取代。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的碳量子点，其中核结构中6元芳香环或不饱和环的数量与C1‑
C3烷基的数量之比至少为2。6.根据权利要求5所述的碳量子点，其中核结构中6元芳香环或不饱和环的数量与C1‑
C3烷基的数量之比约为2到70。
7.根据权利要求1所述的碳量子点，其包含一个含6元环的稠合多环系统，其中每个环是芳香族的或不饱和的，并且多环系统被至少一组化学式A取代：其中R1为H或任选地被一个或两个选自
‑
OH、
‑
OMe、
‑
NH2、
‑
SMe、
‑
COOH和
‑
CONH2的基团取代的C1‑
C3烷基，虚线键指示所述化学式A的基团与所述稠合多环系统相连接的位置。8.根据权利要求7所述的碳量子点，其中R1为H。9.根据权利要求7所述的碳量子点，其中R1为C1‑
C3烷基基团。10.根据权利要求9所述的碳量子点，其中R1为任选地被一个或两个选自卤素、
‑
OH、
‑
OMe、
‑
SMe、
‑
COOH及
‑
CONH2的基团取代的C1‑
C3烷基。11.根据权利要求1所述的碳量子点，其包含至少10个稠合6元环的一个多环芳香族或部分芳香环系统，其中所述多环芳香族或部分芳香环系统稠合至化学式B中至少一个亚基：其中：R1为H或任选地被一个或两个选自卤素、
‑
OH、
‑
OMe、
‑
SMe、
‑
COOH和
‑
CONH2的基团取代的C1‑
C3烷基，Z1为NR2或C(R2)2，其中每个R2独立地从H和C1‑
C3烷基中选择，且其中虚线键指示化学式B与多环芳香族系统相稠合的位置。12.根据权利要求11所述的碳量子点，其中R1系H。13.根据权利要求11所述的碳量子点，其中R1系C1‑
C3烷基基团。14.根据权利要求11所述的碳量子点，其中R1为任选地被一个或两个选自卤素、
‑
OH、
‑
OMe、
‑
SMe、
‑
COOH和
‑
CONH2的基团取代的C1‑
C3烷基。15.根据权利要求11
‑
14中任一项所述的碳量子点，其中Z1为NR2，例如NH。16.根据权利要求11
‑
14中任一项所述的碳量子点，其中Z1为C(R2)2，例如CH2。17.根据权利要求15或16所述的碳量子点，其中R2为H。18.根据权利要求15或16所述的碳量子点，其中R2为C1‑
C3烷基基团。19.根据权利要求11
‑
18中任一项所述的碳量子点，其包含至少两个化学式B的亚基，例如，四个化学式B的亚基稠合到多环芳香族或部分芳香环系统。20.根据权利要求11
‑
19中任一项所述的碳量子点，其具有约500至约500000的分子量。21.根据权利要求1
‑
20中任一项所述的碳量子点，其由至少两种不同的前驱体，至少一种包含羧基和羟基的前驱体以及至少另一种包含多个6元芳香环和至少两个氨基的前驱体反应而成。22.根据权利要求21所述的碳量子点，其中至少一种包含羧基和羟基的前驱体是柠檬
酸(CA)。23.根据权利要求21或22所述的碳量子点，其中包含多个6元芳香环的前驱体是1,4,5,8
‑
四氨基蒽醌(TAAQ)、1,4
‑
二氨基蒽醌(1,4
‑
DAAQ)或1,5
‑
二氨基蒽醌(1,5
‑
DAAQ)。24.根据权利要求1
‑
20中任一项所述的碳量子点，由至少两种不同的前驱体反应形成，至少一种前驱体包含α
‑
氨基羧酸化合物或α
‑
羟基羧酸化合物，第二种前驱体包含C1‑
C8醇。25.根据权利要求24所述的碳量子点，其中包含α
‑
氨基羧酸化合物的前驱体是苯丙氨酸(Phe)。26.根据权利要求24或25所述的碳量子点，其中第二个前驱体是乙醇。27.根据权利要求1
‑
26中任一项所述的碳量子点，其经配置以选择性进入表达大型中性氨基酸转运蛋白(LAT1)或其亚单位的细胞。28.根据权利要求27所述的碳量子点，其中LAT1包含由SLC3A2(溶质载体家族3成员2)基因编码的4F2hc/CD98重亚基蛋白质及由SLC7A5基因编码的CD98轻亚基蛋白质。29.根据权利要求27或28所述的碳量子点，其中细胞对大型中性氨基酸的相对摄取率至少为90％，或细胞的LAT1表达水平至少比正常人骨髓基质细胞高10倍。30.根据权利要求27
‑
29中任一项所述的碳量子点，其中所述细胞的LAT1基因表达水平与另一基因(例如，管家基因如GAPDH)的表达水平之间的比例至少为0.5。31.根据权利要求27
‑
30中任一项所述的碳量子点，其中所述LAT1优先内化支链氨基酸和/或芳香族氨基酸。32.根据权利要求31所述的碳量子点，其中该支链氨基酸是蛋白原性支链氨基酸，例如亮氨酸、异亮氨酸或缬氨酸。33.根据权利要求31所述的碳量子点，其中该支链氨基酸是非蛋白原性支链氨基酸，例如2
‑
氨基异丁酸。34.根据权利要求31所述的碳量子点，其中该芳香族氨基酸是蛋白原性氨基酸，例如苯丙氨酸、酪氨酸、精氨酸、色氨酸或组氨酸。35.根据权利要求31所述的碳量子点，其中该芳香族氨基酸是非蛋白原性芳香族氨基酸，例如甲状腺素、5
‑
羟基色氨酸(5
‑
HTP)或左旋多巴(L
‑
DOPA)。36.根据权利要求27
‑
35中任一项所述的碳量子点，其中相对于受试者(例如哺乳动物)的其他组织，LAT1在靶器官中优先或高度表达。37.根据权利要求27
‑
35中任一项所述的碳量子点，其中相对于受试者(例如哺乳动物)的其他组织或细胞，LAT1在肿瘤或癌细胞中优先或高度表达。38.根据权利要求1
‑
37中任一项所述的碳量子点，其掺杂有N、S、P、B和/或O。39.根据权利要求1
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38中任一项所述的碳量子点，其尺寸或粒径范围为约0.2nm至约10nm。40.根据权利要求1
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39中任一项所述的碳量子点，其激发波长范围为约300nm至约900nm，例如约600nm。41.根据权利要求1
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40中任一项所述的碳量子点，其发射波长范围为约400nm至约1000nm，例如约700nm。42.根据权利要求41所述的碳量子点，其发射近红外(NIR)荧光(FL)。43.根据权利要求1
‑
42中任一项所述的碳量子点，其被配置在辐射时可进行光声(PA)
成像。44.根据权利要求43所述的碳量子点，在激发波长范围约600nm至约900nm(例如，约650nm)的辐射下，该碳量子点产生超声波。45.根据权利要求44所述的碳量子点，其中该超声波经配置以形成PA图像。46.根据权利要求43
‑
45中任一项所述的碳量子点，其在约0.1μg/mL至约10μg/mL的浓度下具有线性递增关系。47.根据权利要求1
‑
46中任一项所述的碳量子点，其发射近红外(NIR)荧光(FL)并且被配置为在辐射时可进行光声(PA)成像。48.根据权利要求47所述的碳量子点，其被配置用于深部组织、肿瘤或癌症成像。49.根据权利要求1
‑
48中任一项所述的碳量子点，其经配置以选择性地进入肿瘤或癌细胞。50.根据权利要求49所述的碳量子点，其经配置以选择性地进入肿瘤或癌细胞的细胞核。51.根据权利要求49或50所述的碳量子点，其中所述肿瘤或癌症选自肉瘤、表皮样癌、纤维肉瘤、宫颈癌、胃癌、皮肤癌、白血病、淋巴瘤、肺癌、非小细胞肺癌、结肠癌、黑色素瘤、卵巢癌、肾癌、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、头颈癌、胰腺癌、膀胱癌、食管癌、舌癌和皮肤恶性黑色素瘤。52.根据权利要求1
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51中任一项所述的碳量子点，其经配置以选择性地进入肿瘤细胞。53.根据权利要求1
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52中任一项所述的碳量子点，其经配置以选择性地进入受试者的细胞或细胞核。54.根据权利要求53所述的碳量子点，其中该受试者系哺乳动物，例如人类或非人类哺乳动物。55.一种用于制备多环化合物或颗粒(例如，根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：范楼珍，李淑花，宿雯，吴浩，
申请(专利权)人：北京碳纳医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：