JP2020050610A

JP2020050610A - バイオイメージング剤

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Publication number: JP2020050610A
Application number: JP2018182045A
Authority: JP
Inventors: 隆神; Takashi Jin; 創草野; So Kusano; 山岡　英徳; Hidenori Yamaoka; 英徳山岡; 宏永池; Hiroshi Nagaike; 矢野　賢太郎; Kentaro Yano; 賢太郎矢野; 河田　敏雄; Toshio Kawada; 敏雄河田; 崇史森元; Takashi Morimoto
Original assignee: Hayashibara Co Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Current assignee: Hayashibara Co Ltd; RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02
Also published as: WO2020066881A1; TW202214308A

Abstract

【課題】近赤外領域の光を用いたイメージング技術に用いることができる、生体に対する毒性が低く、かつ、発せられる蛍光の強度が強いバイオイメージング剤の提供。【解決手段】一般式１で示される化合物等を含有する、バイオイメージング剤。（Ｒ１は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、Ｒ２〜Ｒ５は、Ｈまたは任意の有機基を示し、Ｘ−は、任意のカウンターアニオンを示す。ただし、上記ポリメチン鎖のメソ位に直接ハロゲン原子が結合することはない。）【選択図】なし

Description

本発明は、バイオイメージング剤に関する。

生体を非侵襲にてイメージングする方法としては、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）およびＰＥＴ（Positron Emission Tomography）が一般的である。近年、簡便かつ高感度に生体をイメージングする技術として、蛍光イメージング技術に注目が集まっている。

蛍光イメージング技術では、まず、生体内に色素プローブが投与される。次いで、当該生体に対して光が照射され、当該光によって、色素プローブが蛍光を発する。最後に、当該蛍光を感知することによって、生体（例えば、生体内の特定の臓器）がイメージングされる。

生体に対して照射される光としては、従来から、可視光が用いられている。しかしながら、可視光は、生体の深部にまで照射することが困難であるため、可視光を用いた蛍光イメージング技術では、（ｉ）生体の深部をイメージングすることが困難、および、（ｉｉ）得られる画像が多くのノイズを含んでいる、等の課題を有している。

可視光を用いた蛍光イメージング技術の課題を解決するために、近年、近赤外領域の光を用いた蛍光イメージング技術に注目が集まっている（例えば、非特許文献１参照）。近赤外領域の光は、生体の深部にまで照射することが可能であるため、上述した（ｉ）および（ｉｉ）等の課題を解決できると期待されている。

Yuyan Jiang et al., "Molecular Fluorescence and PhotoacousticImaging in the Second Near-Infrared Optical Window Using Organic Contrast Agents", ADVANCED BIOSYSTEMS, 2018, 2, 1700262

しかしながら、近赤外領域の光を用いたイメージング技術では、生体に対する毒性が低く、かつ、発せられる蛍光の強度が強い、色素プローブの開発が進んでいない。

本発明の一態様は、近赤外領域の光を用いたイメージング技術に用いることができる、生体に対する毒性が低く、かつ、発せられる蛍光の強度が強いバイオイメージング剤を提供することを目的とする。

［１］上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るバイオイメージング剤は、下記一般式１または一般式２にて示される化合物を含有することを特徴としている：

（一般式１にて、Ｒ_１は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、Ｒ_２〜Ｒ_５は、Ｈまたは任意の有機基を示し、Ｘ⁻は、任意のカウンターアニオンを示す。ただし、上記ポリメチン鎖のメソ位（具体的に、中央炭素）に直接ハロゲン原子が結合することはない。）；

（一般式２にて、Ｒ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、Ｒ_１１〜Ｒ_１４は、Ｈまたは任意の有機基を示し、Ｘ⁻は、任意のカウンターアニオンを示す。点線で示される部位は、縮合環、または、チオピラン環の５位および６位に結合しているＨまたは任意の独立した有機基を示す。ただし、上記ポリメチン鎖のメソ位（具体的に、中央炭素）に直接ハロゲン原子が結合することはない。）。

［２］本発明の一態様に係るバイオイメージング剤では、上記Ｒ_１およびＲ_１０は、各々独立して、下記一般式３にて示される構造を含んでいるものであることが好ましい：

（一般式３にて、ｎは、１以上の任意の整数を示し、Ａ_１およびＡ_２は、Ｈまたは任意の有機基を示す。ただし、上記Ｒ_１およびＲ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、当該ポリメチン鎖のメソ位（具体的に、中央炭素）に直接ハロゲン原子が結合することはない。）。

［３］本発明の一態様に係るバイオイメージング剤は、上記化合物と、生体物質と結合するタグとの複合体を含有していてもよい。

［４］本発明の一態様に係るバイオイメージング剤では、投与剤型は、非経口剤であることが好ましい。

［５］本発明の一態様に係るバイオイメージング剤は、更に、カリックスアレーン誘導体を含有していることが好ましい。

本発明の一態様によれば、有機溶媒系のみならず水溶液系においても蛍光強度が強く、かつ、毒性が低いバイオイメージング剤を提供することができる。なお、蛍光強度が強いバイオイメージング剤であれば、ノイズが少ない画像を得ることができるのみならず、生体の深部の画像を得ることができる。

実施例、および比較例に係る化合物の蛍光画像を示す。実施例、および比較例に係る化合物の蛍光画像を示す。ａは、実施例、ｂは、比較例に係る化合物の吸収スペクトルを示す。ａは、実施例、および比較例に係る化合物の蛍光スペクトルのピークを示し、ｂは、実施例、および比較例に係る化合物の蛍光強度の相対値を示す。実施例におけるマウスの脳血管の蛍光画像を示す。実施例におけるマウスのリンパ節の蛍光画像を示す。実施例におけるマウスの腫瘍新生血管の蛍光画像を示す。実施例、および比較例に係る化合物の細胞毒性試験の結果を示す。

本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されない。本発明は、特許請求の範囲に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態及び実施例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態及び実施例についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが、本明細書中において参考文献として援用される。本明細書中、数値範囲に関して「Ａ〜Ｂ」と記載した場合、当該記載は「Ａ以上Ｂ以下」を意図する。

〔１．バイオイメージング剤〕
本実施の形態のバイオイメージング剤は、下記の一般式１または一般式２にて示される化合物を含有している。なお、一般式１および一般式２で示される化合物は、あらゆる立体異性体、および／または、あらゆる光学異性体であり得る。上記バイオイメージング剤は、一般式１にて示される化合物または一般式２にて示される化合物のうちの何れか１つを含んでいてもよいし、両方を含んでいてもよい。

（一般式１にて、Ｒ_１は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、Ｒ_２〜Ｒ_５は、Ｈまたは任意の有機基を示し、Ｘ⁻は、任意のカウンターアニオンを示す。ただし、上記ポリメチン鎖のメソ位（具体的に、中央炭素）に直接ハロゲン原子が結合することはない。）：

本明細書中において、「バイオイメージング剤」とは、生体内に投与された後、特定の波長の光（例えば、近赤外領域の光）によって蛍光を発し、当該蛍光の分布および／または強度などに基づいて、目的とする細胞および／または組織などのイメージを取得するための、組成物を意図する。

上記一般式１および一般式２にて、Ｒ_１およびＲ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部であり、そのポリメチン鎖のメソ位（具体的に、中央炭素）に直接ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、および、アスタチン原子）が結合していない任意の有機基であればよく、具体的な構造は限定されない。後述する実施例にて示すように、Ｒ_１およびＲ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部であり、そのポリメチン鎖のメソ位に直接ハロゲン原子が結合していない場合、当該有機基を有する化合物が発する蛍光の強度は強く、その結果、ノイズが少ない画像を得ることができ、かつ、生体の深部の画像を得られるという優れた効果を奏する。

上記Ｒ_１およびＲ_１０は、各々独立して、下記一般式３にて示される構造を含んでいるものであってもよいし、下記一般式３にて示される構造からなるものであってもよい：

（一般式３にて、ｎは、１以上の任意の整数を示し、Ａ_１およびＡ_２は、Ｈまたは任意の有機基を示す。上記Ｒ_１およびＲ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、当該ポリメチン鎖のメソ位（具体的に、中央炭素）に直接ハロゲン原子が結合することはない。）。

上記一般式３にて、ｎは、１以上の任意の整数である。ｎの上限値は、特に限定されないが、具体的に、１、２、３、４または５であってもよい。

一般式３にてｎ＝１の場合に示される構造を１つのユニットとして考える。単一のユニット内において、Ａ_１およびＡ_２は、同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。複数のユニット間において、複数存在するＡ_１は_、互いが、同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。また、複数のユニット間において、複数存在するＡ_２は_、互いが、同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。

一般式３では、単一のユニット内において、Ａ_１とＡ_２とが結合することによって環構造が形成されていてもよい。また、一般式３では、複数のユニット間において、Ａ_１とＡ_１とが結合することによって環構造が形成されていてもよいし、Ａ_２とＡ_２とが結合することによって環構造が形成されていてもよいし、Ａ_１とＡ_２とが結合することによって環構造が形成されていてもよい。

一般式１のＲ_１、および、一般式２のＲ_１０に相当する一般式３にて示される構造は、より具体的に、例えば以下の構造であってもよい。なお、下記一般式のＲ_２１、Ｒ_２２およびＲ_２３は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部であり、そのポリメチン鎖のメソ位に直接ハロゲン原子が結合していない。Ｒ_２１、Ｒ_２２およびＲ_２３は、例えば、Ｈまたは任意の有機基である。

上記一般式のＲ_２１、Ｒ_２２およびＲ_２３は、ハロゲン原子以外の任意の有機基であり、Ｒ_２１、Ｒ_２２およびＲ_２３としては、各々独立して、Ｈ、ＯＲ、ＳＲ、Ａｒ（Ｒ）、または、ＮＲＲ’が挙げられる。ただし、ＲおよびＲ’は、Ｈまたは任意の有機基であり、特に限定されないが、Ｒ’はＲと同一であってもよく、Ａｒ（Ｒ）は、Ｈまたは有機基を有する芳香環を示す。

一般式２の点線にて示される部位は、縮合環、または、チオピラン環の５位および６位に結合しているＨまたは任意の独立した有機基であり得る。点線に示される部位をより具体的に示した一般式２にて示される化合物は、例えば、以下のものであり得る。

上記一般式１にて示される化合物のＲ_２〜Ｒ_５、および、一般式２にて示される化合物のＲ_１１〜Ｒ_１４は、各々独立して、Ｈまたは任意の有機基であり得る。当該有機基としては、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、フェニル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、および、スルホニル基を挙げることができる。アルキル基としては、例えば、炭素数１乃至１２の直鎖状又は分岐を有するアルキル基を表し、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、１−エチルプロピル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、１，１−ジメチルブチル基、２，２−ジメチルブチル基、３，３−ジメチルブチル基、２−エチルブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、およびドデシル基などが挙げられる。アルケニル基としては、例えば、ビニル基、１−プロペニル基、２−プロペニル基（アリル基）、イソプロペニル基、２−ブテニル基、１，３−ブタジエニル基、および２−ペンテニル基などが挙げられ、アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、トリフルオロメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、およびｔｅｒｔ−ブトキシ基などのアルコキシ基が挙げられ、シクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプタニル基、シクロオクタニル基、シクロノナニル基、およびシクロデカニル基等のシクロアルキル基が挙げられる。

本発明の一般式１または一般式２にて示される化合物は、上記一般式１のＲ_２〜Ｒ_５、一般式２のＲ_１１〜Ｒ_１４、および一般式３のＡ_１、Ａ_２からなる群から選択される少なくとも１つの有機基を介して、二量体、または三量体などの多量体を形成することもできる。

上記Ｒ_２〜Ｒ_５、および、Ｒ_１１〜Ｒ_１４からなる群から選択される少なくとも１つを介して、一般式１または一般式２にて示される化合物と、後述するタグとを結合させることができる。この場合、上記Ｒ_２〜Ｒ_５、および、Ｒ_１１〜Ｒ_１４からなる群から選択される少なくとも１つは、タグと化学結合を形成することが可能な、水酸基、カルボキシル基、スクシンイミド基、スルホスクシンイミド基、ペンタフルオロフェニル基、テトラフルオロフェニル基、スルホテトラフルオロフェニル基、マレイミド基、ブロモアセトアミド基、ヨードアセトアミド基、ピリジルジスルフィド基、ヒドラジド基、アルコキシアミノ基、ジアジリノ基、アリールアジド基、イソシアネート基、アジド基、アルキニル基、シクロアルキニル基、またはホスホロアミダイト基、または当該置換基で置換されたアルキル基であることが好ましい。

一般式１、および、一般式２におけるＸ⁻としては、任意のカウンターアニオンである。Ｘ⁻は、例えば、Ｉ⁻、Ｂｒ⁻、ＣｌＯ_４ ⁻、ＢＦ_４ ⁻、ＰＦ_６ ⁻、ＴｓＯ⁻、ＣＦ_３ＳＯ_３ ⁻、（ＦＳＯ_２）_２Ｎ⁻、および（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２Ｎ⁻が挙げられる。

上述した一般式１または一般式２にて示される化合物は、一般的な方法に基づいて合成することができる。例えば、速水正明監修『感光色素』産業図書株式会社（１９９７年１０月１７日発行）、特許５９４１８４４号に記載の方法によって合成することができる。また、上述した一般式１または一般式２にて示される化合物としては、市販の化合物を用いることも可能である。例えば、株式会社林原製の化合物を用いることも可能である。

本発明の一般式１、一般式２にて示される化合物としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。

本実施の形態のバイオイメージング剤は、一般式１または一般式２にて示される化合物と、生体物質と結合するタグとの複合体を含有していてもよい。なお、一般式１または一般式２にて示される化合物と、タグとは、任意のリンカーを介して共有結合させ得る。リンカーとしては、水酸基、カルボキシル基、スクシンイミド基、スルホスクシンイミド基、ペンタフルオロフェニル基、テトラフルオロフェニル基、スルホテトラフルオロフェニル基、マレイミド基、ブロモアセトアミド基、ヨードアセトアミド基、ピリジルジスルフィド基、ヒドラジド基、アルコキシアミノ基、ジアジリノ基、アリールアジド基、イソシアネート基、アジド基、アルキニル基、シクロアルキニル基、またはホスホロアミダイト基、または当該置換基で置換されたアルキル基を有するリンカーが挙げられる。当該生体物質の多くは、細胞特異的、および／または、組織特異的に存在する。それ故に、当該構成であれば、タグを介して、一般式１または一般式２にて示される化合物と生体物質とが結合することによって、目的の細胞、および／または、目的の組織を特異的にイメージングすることができる。

上記生体物質は、特に限定されないが、例えば、タンパク質、核酸（例えばＤＮＡ又はＲＮＡ）、炭水化物、プロテオグリカン、脂質、および小分子（例えば、ホルモン、ビタミン）などを挙げることができる。

上記生体物質と結合するタグは、特に限定されないが、例えば、（ｉ）オリゴヌクレオチド、（ｉｉ）アミノ基、スルフヒドリル基、カルボニル基、ヒドロキシル基、カルボキシル基およびチオホスフェート基からなる群から選択される１つ以上を含有するか含有するように誘導体化された、オリゴヌクレオチド、（ｉｉｉ）抗体、（ｉｖ）レクチン、（ｖ）ペプチド、（ｖｉ）アプタマー、（ｖｉｉ）薬物、（ｖｉｉｉ）ポリマー粒子、または、（ｉｘ）ガラスビーズ、などを挙げることができる。

例えば、抗体としては、ヒト化抗体、または、ヒト抗体が好ましい。ヒト化抗体としては、例えば、抗ＨＥＲ２抗体（例えば、ハーセプチン（登録商標））、抗ＶＥＧＦ抗体（ベバシズマブ）、抗ＩＧＦ１Ｒ抗体（ＡＭＧ４７９）、抗ＣＤ２２抗体（エプラツズマブ）、抗ＥＧＦＲ抗体（マツズマブ）等が挙げられる。ヒト抗体としては、例えば、抗ＨＧＦ抗体（ＡＭＧ１０２）、抗ＩＧＦ１Ｒ抗体（シクスシマブ）、抗ＩＧＦ１Ｒ抗体（ダロツズマブ）、抗ＲＡＮＫＬ抗体（デノスマブ）、抗ＥＧＦＲ抗体（マニツズマブ）等が挙げられる。上記抗体は、モノクローナル抗体であってもよいし、ポリクローナル抗体であってもよいが、安定してイメージを取得するという観点から、モノクローナル抗体であることが好ましい。

タグと結合した一般式１または一般式２にて示される化合物は、公知の方法、例えば、Bioconjugatechem., 2009, 20 (11). p. 2177に記載の方法によって製造することができる。一般式１または一般式２にて示される化合物とタグとの結合は、公知のリンカーを使用してもよい。

本実施の形態のバイオイメージング剤は、一般式１または一般式２にて示される化合物以外に、更に、カリックスアレーン誘導体を含有していてもよい。当該カリックスアレーン誘導体は、生体に対する毒性が低く、かつ、一般式１または一般式２にて示される化合物の水への溶解性を高める効果を有している。それ故に、当該構成であれば、蛍光強度を高め、かつ、蛍光強度を安定化させることができる。以下に、カリックスアレーン誘導体の具体的な構成について説明する。

カリックスアレーン誘導体は、下記一般式４にて示される化合物であり得る：

（上記一般式４にて、ｎは、４〜８の整数を示し、ｎ個のＲ^１は、それぞれ独立に、Ｃ_４〜１２のアルキル基を示し、Ｍ^＋は、１価のカチオンを示す。）。

上記一般式４にて示されるカリックスアレーン誘導体は、ハロゲン化アルキルを用いて、スルホン化カリックス［ｎ］アレーン（ｎは４〜８の整数を示す）のフェノール性水酸基をアルキル化することによって製造することができる。ハロゲン化アルキルを用いるアルキル化は周知の合成法であり、当業者であれば、合成条件を適宜設定して容易に行うことができる。また、スルホン化カリックス［ｎ］アレーンは市販されており、容易に入手することができる。このように上記カリックスアレーン誘導体は、大量合成が容易であり、安価に製造することができる。また、上記カリックスアレーン誘導体は、細胞毒性が低いという利点を有する。

上記バイオイメージング剤に上記一般式４にて示されるカリックスアレーン誘導体の出発原料であるスルホン化カリックス［ｎ］アレーンのナトリウム塩を添加すると、かえって発光強度が低下する。しかし、驚くべきことに、スルホン化カリックス［ｎ］アレーンをアルキル化したカリックスアレーン誘導体をバイオイメージング剤に添加すると、水中でのバイオイメージング剤の有効成分（具体的には、一般式１および一般式２にて示される化合物）の安定性および発光強度が顕著に向上する。

上記一般式４にて示されるカリックスアレーン誘導体は、親水性のＳＯ_３ ⁻基を外側にし、かつ、疎水性の基Ｒ^１（すなわち、Ｃ_４〜１２のアルキル基）を内側にしたミセルを形成すると考えられる。上記カリックスアレーン誘導体のミセルの内側は疎水的環境になり、この内側に上記バイオイメージング剤の有効成分（具体的には、一般式１および一般式２にて示される化合物）が取り込まれることによって、上記バイオイメージング剤の安定性および発光強度が向上すると推定される。ただし、本発明は、このような推定に限定されない。

上記一般式４にて、ｎは、４〜８の整数を示し、好ましくは４、６または８であり、より好ましくは４または６であり、さらに好ましくは４である。

上記一般式４にて、ｎ個のＲ^１は、Ｃ_４〜１２のアルキル基を示す。ｎ個のＲ^１は、同じものでも、異なるものでもよく、好ましくは、同じものである。上記アルキル基は、直鎖状でも、分岐鎖状でもよく、好ましくは直鎖状である。Ｃ_４〜１２のアルキル基としては、例えば、ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、１−エチルプロピル、ヘキシル、イソヘキシル、１，１−ジメチルブチル、２，２−ジメチルブチル、３，３−ジメチルブチル、２−エチルブチル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル等が挙げられる。

上記一般式４にて、Ｍ^＋は、アルカリ金属イオン、アンモニウムイオン等の１価のカチオンを示す。上記Ｍ^＋は、好ましくはアルカリ金属イオン、より好ましくはナトリウムイオンである。

上記一般式４にて示されるカリックスアレーン誘導体において、ｎが４である場合、４個のＲ^１は、それぞれ独立に、好ましくはＣ_４〜１１アルキル基、より好ましくは直鎖状Ｃ_４〜１１アルキル基、さらに好ましくは直鎖状Ｃ_４〜９アルキル基である。上記Ｃ_４〜１１アルキル基およびＣ_４〜９アルキル基の具体例としては、それぞれ、上記Ｃ_４〜１２アルキル基の具体例の中で炭素数が４〜１１であるもの、および炭素数が４〜９であるものが挙げられる。上記カリックスアレーン誘導体において、４個のＲ^１は同じものであることが好ましい。上記カリックスアレーン誘導体において、Ｍ^＋は、好ましくはアルカリ金属イオン、より好ましくはナトリウムイオンである。

上記一般式４にて示されるカリックスアレーン誘導体において、ｎが６である場合、６個のＲ^１は、それぞれ独立に、好ましくはＣ_４〜１２アルキル基、より好ましくは直鎖状Ｃ_４〜１２アルキル基、さらに好ましくは直鎖状Ｃ_６〜１１アルキル基である。上記Ｃ_４〜１１アルキル基およびＣ_４〜９アルキル基の具体例としては、それぞれ、上記Ｃ_４〜１２アルキル基の具体例の中で炭素数が４〜１１であるもの、および炭素数が４〜９であるものが挙げられる。上記カリックスアレーン誘導体において、６個のＲ^１は同じものであることが好ましい。上記カリックスアレーン誘導体において、Ｍ^＋は、好ましくはアルカリ金属イオン、より好ましくはナトリウムイオンである。

上記一般式４にて示されるカリックスアレーン誘導体において、ｎが８である場合、８個のＲ^１は、それぞれ独立に、好ましくはＣ_５アルキル基である。上記カリックスアレーン誘導体において、８個のＲ^１はより好ましくはｎ−ペンチルである。上記カリックスアレーン誘導体において、Ｍ^＋は、好ましくはアルカリ金属イオン、より好ましくはナトリウムイオンである。

水中における上記バイオイメージング剤の安定化および発光強度の向上の観点から、上記カリックスアレーン誘導体の量は、上記バイオイメージング剤の有効成分（具体的には一般式１および一般式２で示される化合物）１モルに対して、好ましくは１０〜１０，０００モル、より好ましくは１００〜１０，０００モル、さらに好ましくは５００〜５，０００モル、特に好ましくは１，０００〜３，０００モルである。

なお、カリックスアレーン誘導体としては、ＷＯ２０１６／１５２９５４Ａ１に記載のものを用いることができる。当該文献は、本明細書中において参考文献として援用される。

上記バイオイメージング剤は、上記バイオイメージング剤が有する蛍光活性を阻害しない成分であれば、上述したカリックスアレーン誘導体以外にも、一般式１および一般式２にて示される化合物とは異なる成分を含んでいてもよい。

上記異なる成分として、緩衝剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、抗酸化剤、等張化剤、高分子量重合体、賦形剤、単体、希釈剤、溶媒、可溶化剤、安定剤、充填剤、結合剤および界面活性剤などを挙げることができる。

上記緩衝剤の例としては、リン酸、リン酸塩、ホウ酸、ホウ酸塩、クエン酸、クエン酸塩、酢酸、酢酸塩、炭酸、炭酸塩、酒石酸、酒石酸塩、ε‐アミノカプロン酸、およびトロメタモールなどが挙げられる。上記リン酸塩としては、リン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウムなどが挙げられる。上記ホウ酸塩としては、ホウ砂、ホウ酸ナトリウム、およびホウ酸カリウムなどが挙げられる。上記クエン酸塩としては、クエン酸ナトリウム、クエン酸二ナトリウム、およびクエン酸三ナトリウムなどが挙げられる。上記酢酸塩としては、酢酸ナトリウム、および酢酸カリウムなどが挙げられる。上記炭酸塩としては、炭酸ナトリウム、および炭酸水素ナトリウムなどが挙げられる。上記酒石酸塩としては、酒石酸ナトリウム、および酒石酸カリウムなどが挙げられる。

上記ｐＨ調整剤の例としては、塩酸、リン酸、クエン酸、酢酸、水酸化ナトリウム、および水酸化カリウムなどが挙げられる。

上記等張化剤の例としては、イオン性等張化剤（塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、および、塩化マグネシウムなど）、および、非イオン性等張化剤（グリセリン、プロピレングリコール、ソルビトール、および、マンニトールなど）が挙げられる。

上記防腐剤の例としては、ベンザルコニウム塩化物、ベンザルコニウム臭化物、ベンゼトニウム塩化物、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、パラオキシ安息香酸メチル、パラオキシ安息香酸プロピル、および、クロロブタノールなどが挙げられる。

上記抗酸化剤の例としては、アスコルビン酸、トコフェノール、ジブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール、エリソルビン酸ナトリウム、没食子酸プロピル、および、亜硫酸ナトリウムなどが挙げられる。

上記高分子量重合体の例としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシプロピルメチルセルロースアセテートサクシネート、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、カルボキシメチルエチルセルロース、酢酸フタル酸セルロース、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、カルボキシビニルポリマー、ポリエチレングリコール、および、アテロコラーゲンなどが挙げられる。

上記バイオイメージング剤中に含まれる有効成分（具体的には、一般式１にて示される化合物および一般式２にて示される化合物）の含有量としては、特に限定されない。

上記バイオイメージング剤中に含まれる有効成分以外の成分の含有量としては、特に限定されない。

上記バイオイメージング剤によってイメージが取得され得る対象は、特に限定されず、例えば、リンパ節、脳血管、腫瘍新生血管、および生体組織などが挙げられる。

本実施形態のバイオイメージング剤が使用可能な細胞は、特に限定されないが、例えば、軟骨細胞、骨芽細胞、線維芽細胞、表皮細胞、上皮細胞、脂肪細胞、肝細胞、膵細胞および筋細胞等が挙げられる。また、細胞が由来する動物種も特に限定されず、動物種は、非ヒト哺乳類またはヒトであってもよい。非ヒト哺乳動物の例としては、霊長類（サル、類人猿など）、偶蹄類（ウシ、イノシシ、ブタ、ヒツジ、ヤギなど）、奇蹄類（ウマなど）、齧歯類（マウス、ラット、ハムスター、リスなど）、ウサギ目（ウサギなど）、食肉類（イヌ、ネコ、フェレットなど）などが挙げられる。上述の非ヒト哺乳動物は、家畜またはコンパニオンアニマルであってもよく、野生動物であってもよい。

上記バイオイメージング剤の投与剤型は、特に限定されないが、非経口剤であることが好ましく、注射剤であることがより好ましい。上記化合物はバイオイメージング剤の製造工程における何れかの段階で、希釈溶媒等の他の材料と配合すればよく、その方法としては、例えば、混和、混捏、溶解、融解、分散、懸濁、乳化、逆ミセル化、浸透、晶出、散布、塗布、付着、噴霧、被覆（コーティング）、注入、浸漬、固化、および担持などから１種または２種以上の方法が選ばれる。希釈溶媒としては、周知の溶媒を用いることができ、例えば水などを用いることができる。

生体内に導入されたバイオイメージング剤を検出するために、生体に対して照射される光の波長は、特に限定されないが、吸光度が高くなる観点から、近赤外領域の光であることが好ましく、７００ｎｍ〜２０００ｎｍの近赤外光であることが好ましく、８００ｎｍ〜１５００ｎｍの近赤外光であることがより好ましく、９００ｎｍ〜１５００ｎｍの近赤外光であることがより好ましく、１０００ｎｍ〜１５００ｎｍの近赤外光であることがより好ましい。

〔２．その他〕
本発明の一実施形態は、以下のように構成することも可能である。
＜１＞一般式１または一般式２にて示される化合物を含有する、バイオイメージング剤を被検体（例えば、哺乳類、非ヒト哺乳類、霊長類、偶蹄類、奇蹄類、齧歯類、ウサギ目、または、食肉類）に投与する工程を有する、バイオイメージング方法。
＜２＞上記化合物にて、Ｒ_１およびＲ_１０は、各々独立して、一般式３にて示される構造を含む、＜１＞に記載のバイオイメージング方法。
＜３＞上記バイオイメージング剤は、上記化合物と、生体物質と結合するタグとの複合体を含有する、＜１＞または＜２＞に記載のバイオイメージング方法。
＜４＞上記バイオイメージング剤は、投与剤型が非経口剤のものである、＜１＞〜＜３＞の何れかに記載のバイオイメージング方法。
＜５＞上記バイオイメージング剤は、更に、カリックスアレーン誘導体を含有する、＜１＞〜＜４＞の何れかに記載のバイオイメージング方法。

本発明の一実施形態は、以下のように構成することも可能である。
＜６＞バイオイメージング剤の製造のための一般式１または一般式２にて示される化合物の使用。
＜７＞上記化合物にて、Ｒ_１およびＲ_１０は、各々独立して、一般式３にて示される構造を含む、＜６＞に記載の使用。
＜８＞上記バイオイメージング剤は、上記化合物と、生体物質と結合するタグとの複合体を含有する、＜６＞または＜７＞に記載の使用。
＜９＞上記バイオイメージング剤は、投与剤型が非経口剤のものである、＜６＞〜＜８＞の何れかに記載の使用。
＜１０＞上記バイオイメージング剤は、更に、カリックスアレーン誘導体を含有する、＜６＞〜＜９＞の何れかに記載の使用。

〔実施例１、バイオイメージング剤〕
本実施例に用いた化合物の構造式を以下に示す。

また、比較対象とした化合物の構造式を以下に示す。

（Ｉ）上記化合物を１ｍｇ秤量し、１ｍＬのジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ、和光純薬工業）に溶解し、色素溶液とした。さらに、１０μＬの当該色素溶液を１ｍＬのジメチルスルホキシドで希釈し（濃度：０．０１ｍｇ／ｍＬ）、ＤＭＳＯ溶液とした。

（ＩＩ）上記化合物を１ｍｇ秤量し、１ｍＬのジメチルスルホキシドに溶解し、色素溶液とした。下記構造式で示されるカリックス［４］アレーンのヘキシル誘導体を１０ｍｇ秤量し、１ｍＬのリン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）に分散させた（濃度：１ｍｇ／ｍＬ）。本水溶液に、１０μＬの上記色素溶液を添加し、５分間超音波処理（Ｙａｍａｔｏ２５１０、Ｂｒａｎｓｏｎ)を行い、Ｓ４水溶液とした。

〔実施例２、蛍光強度の観察〕
略２０μＬの上記ＤＭＳＯ溶液および上記Ｓ４水溶液を、直径１ｍｍのガラス製毛細管（ＭｏｄｅｌＧＤ１、ＮＡＲＩＳＨＩＧＥ）にそれぞれ注入し、試料を作製した。

上記試料の蛍光強度を観察するため、半導体レーザー光（ＢＷＴＥＫＩＮＫ．）で、９７５ｎｍの波長の励起光を上記試料に照射した。このときのレーザー光の照射パワーは、４０ｍＷ／ｃｍ^２であった。蛍光画像は、励起光を除去するために１０００ｎｍ以上の光のみを透過するロングパスフィルターを使用し、近赤外カメラ（Ｃ１００３４−３４、浜松ホトニクス社）で撮影した。得られた蛍光画像は、蛍光強度を規格化した後に比較した。得られた蛍光画像を図１および図２を示す。

図１は、化合物（ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１００５４、ＮＫ−１００５７、ＮＫ−１０４７５）の蛍光画像を示す。ここで、比較対象として化合物（ＮＫ−０８４７２、ＮＫ−１０４７２）を用いた。露光時間は０．２秒〜２．５秒であった。その結果、いずれの化合物もＤＭＳＯ溶液およびＳ４水溶液において蛍光が観察され、特にＮＫ−１００５３およびＮＫ−１０４７５において強い蛍光が観察された。

図２は、化合物（ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１０４７５）と、比較対象である化合物（ＩＲ−２６、ＩＲ−１０４８、ＩＲ−１０６１）の蛍光画像を示す。露光時間は０．１５秒〜１．５秒であった。その結果、ＤＭＳＯ溶液およびＳ４水溶液において、化合物（ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１０４７５）は、化合物（ＩＲ−２６、ＩＲ−１０４８、ＩＲ−１０６１）よりも、強い蛍光を示すことが明らかになった。

〔実施例３、吸収スペクトル測定〕
上記（Ｉ）の方法で調整した化合物（ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１００５４、ＮＫ−１００５７、ＮＫ−１０４７５、ＮＫ−０８４７２、ＮＫ−１０４７２）のＤＭＳＯ溶液を光路長１ｃｍの石英セルに満たし、分光光度計（ＪＡＳＣＯｖ−６７０、日本分光社）により、５００ｎｍ〜１５００ｎｍの波長領域における吸収スペクトルを測定した。その結果を図３ａ（実施例）、図３ｂ（比較例）に示す。いずれの化合物においても１０００ｎｍ付近に最大吸収波長のピークが観察された。

〔実施例４、蛍光スペクトル測定〕
上記（ＩＩ）の方法で調整した化合物（ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１００５４、ＮＫ−１００５７、ＮＫ−１０４７５、ＮＫ−０８４７２、ＮＫ−１０４７２、ＩＲ−２６、ＩＲ−１０４８、ＩＲ−１０６１）のＤＭＳＯ溶液の蛍光スペクトルを、近赤外蛍光測定分光器（ＨＯＲＩＢＡＮａｎｏｌｏｇ）により、励起波長９７５ｎｍ、溶液による蛍光の吸収を軽減するため全面反射モード（ＦＦモード）にて測定した。

その結果を図４ａおよび図４ｂに示す。図４ａにおいて、ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１００５４、ＮＫ−１００５７、ＮＫ−１０４７５、ＮＫ−０８４７２、ＮＫ−１０４７２、ＩＲ−１０６１、ＩＲ−１０６１、およびＩＲ−２６は、１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの間にピークが観察された。ＮＫ−１００５３のピークが最も高く、次にＮＫ−１０４７５のピークが高かった。また、図４ｂは、蛍光強度の相対値を示す。ＮＫ−１００５３およびＮＫ−１０４７５において蛍光強度が高いことが明らかになった。具体的に蛍光強度の相対値は、それぞれ、ＮＫ−１００５３（相対値：１９３）、ＮＫ−１０４７５（相対値：１７９）、ＮＫ−１００５７（相対値：５４）、ＮＫ−１００５４（相対値：２９）、ＮＫ−１０４７２（相対値：２１）、ＮＫ−０８４７２（相対値：１７）、ＩＲ−１０６１（相対値：３２）、ＩＲ−１０４８（相対値：１０）、ＩＲ−２６（相対値：４）であった。

〔実施例５、マウス脳血管の近赤外蛍光イメージング〕
上記（ＩＩ）の方法で調整したＮＫ−１００５３のＳ４水溶液３００μＬを、イソフルラン麻酔下の５週齢のヌードマウス（ＢＡＬＢ／ｃｎｕ／ｎｕ、日本エスエルシー）の尾静脈に注入し、脳血管の近赤外蛍光イメージングを行った。

マウス頭部に９７５ｎｍの半導体レーザー光を照射し、１１００ｎｍおよび、１３００ｎｍのバンドパスフィルターを介して、近赤外カメラ（Ｃ１００３４−３４、浜松ホトニクス社）を用いて蛍光画像を撮影した。なお、露光時間はそれぞれ２．５秒および、１０秒とした。

図５は、頭皮ありの場合の脳血管、および、頭皮膚を除去した場合の脳血管の蛍光画像を示す。頭部の皮膚の有無に関わらず、ＮＫ−１００５３を用いた場合には、詳細に血管が観察された。

〔実施例６、マウスリンパ節の近赤外蛍光イメージング〕
上記（ＩＩ）の方法で調整したＮＫ−１００５３のＳ４水溶液３００μＬを、イソフルラン麻酔下の５週齢のヌードマウスの左足表面にシリンジにて注入し、下肢リンパ節の近赤外蛍光イメージングを行った。

リンパ節の蛍光画像は、励起光を除去するために１０００ｎｍ以上の光のみを透過するロングパスフィルターを使用し、半導体レーザー光を用いて、９７５ｎｍの波長の励起光を、下肢リンパ節に照射し、近赤外カメラ（Ｃ１００３４−３４、浜松ホトニクス社）で撮影した。このときのレーザー光の照射パワーは、４０ｍＷ／ｃｍ^２、撮影時間は、０．２５秒であった。上記Ｓ４水溶液注入後、４分後、６分後、８分後に、蛍光画像を撮影した。

図６は、マウスリンパ節の近赤外蛍光イメージングであり、マウスのリンパ節においても明確に蛍光観察が可能であり、露光時間が長くなるに従い蛍光が強くなることが示された。

〔実施例７、マウス腫瘍新生血管の近赤外蛍光イメージング〕
上記（ＩＩ）の方法で調整したＮＫ−１００５３のＳ４水溶液３００μＬを、乳がん腫瘍（ＫＰＬ−４、川崎医大製）を担持したヌードマウスの尾静脈に注入し、腫瘍新生血管の近赤外蛍光イメージングを行った。

乳がん腫瘍部に９７５ｎｍの半導体レーザー光を照射し、１１００ｎｍのバンドパスフィルターを使用し、近赤外カメラ（Ｃ１００３４−３４、浜松ホトニクス社）で蛍光画像を撮影した。本実施例は、２反復で実施し、このときのレーザー光の照射パワーは、４０ｍＷ／ｃｍ^２、撮影時間は、２秒であった。

図７は、マウス腫瘍新生血管の近赤外蛍光イメージングを示す。いずれのマウスにおいても腫瘍新生血管の蛍光が観察された。

〔実施例８、細胞毒性試験〕
９６ウェルマイクロプレートにＨｅＬａ細胞を均一に播き、３７℃、２４時間培養した。各ウェルに上記（ＩＩ）の方法で調整した化合物（ＮＫ−１００５３、ＮＫ−１００５４、ＮＫ−１００５７、ＮＫ−１０４７５）のＳ４水溶液、硫化鉛量子ドット（ＰｂＳ−ＱＤｓ、参考文献：Y. Nakane, Y. Tsukasaki, S. Takao, H. Yasuda and Takashi Jin, “Aqueous synthesis of glutathione-coated PbS quantum dots with tunable emission for non-invasive fluorescence imaging in the second near-infrared biological window (1000-1400 nm)”, Chem. Commun., 49, 7584-7586 (2013)）、および、カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ、ＮａｎｏＩｎｔｅｇｒｉｓ社、参考文献：Setsuko Tsuboi, Sayumi Yamada, Yuko Nakane, Takao Sakata, Hidehiro Yasuda, andTakashi Jin, “Water-soluble near-infrared fluorophores emitting over 1000 nm and their application to in vivo imaging in the second optical window (1000-1400nm)”, ECS J. Solid State Sci. Technol.7, R3093-3101 (2018)）を１０μＬずつ添加した。

また、コントロールとして、上記化合物を無添加であるウェルも準備した。上記各化合物のＳ４水溶液を添加して４８時間後、ＭＴＴ溶液１０μＬを各ウェルに加えた後、３７℃のＣＯ_２インキュベーターで２時間培養した。

次に、ホルマザン可溶化溶液１００μＬを各ウェルに加え、ピペッティングにより混和した後、プレートシールにて各ウェルを密閉して３７℃のＣＯ_２インキュベーターに一晩置き、完全にホルマザンを溶解させた。

ＭｕｌｔｉｓｋａｎＧＯマイクロプレートスペクトロフォトメータ（ＴｈｅｒｍｏＦｉｓｈｅｒ）により波長５７０ｎｍにおけるホルマザンの吸光度を測定し、当該吸光度を、細胞生存数とした。より詳細には、波長５７０ｎｍにおけるホルマザンの吸光度からバックグラウンドである６５０ｎｍの吸光度を差し引いて、差し引いた後の吸光度を、細胞生存数とした。このとき、上記化合物を添加していないウェルの細胞生存率を１００％とし、上記化合物を添加したウェルの細胞生存率を算出した。ＭＴＴ試験には、細胞数測定キット（ナカライテスク）を用いた。

結果を図８に示す。その結果、硫化鉛量子ドットの細胞生存率は略７０％程度、カーボンナノチューブの細胞生存率は略３０％程度であったが、本実施例の化合物においては、いずれも略１００％の細胞生存率を維持していたことから、当該化合物は毒性が低いことが示された。

本発明は、医療分野（例えば、近赤外蛍光イメージング）において広範囲に利用することができる。

Claims

下記一般式１または一般式２にて示される化合物を含有する、バイオイメージング剤：
（一般式１にて、Ｒ_１は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、Ｒ_２〜Ｒ_５は、Ｈまたは任意の有機基を示し、Ｘ⁻は、任意のカウンターアニオンを示す。ただし、上記ポリメチン鎖のメソ位に直接ハロゲン原子が結合することはない。）
（一般式２にて、Ｒ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、Ｒ_１１〜Ｒ_１４は、Ｈまたは任意の有機基を示し、Ｘ⁻は、任意のカウンターアニオンを示す。点線で示される部位は、縮合環、または、チオピラン環の５位および６位に結合しているＨまたは任意の独立した有機基を示す。ただし、上記ポリメチン鎖のメソ位に直接ハロゲン原子が結合することはない。）。
上記Ｒ_１およびＲ_１０は、各々独立して、下記一般式３にて示される構造を含む、請求項１に記載のバイオイメージング剤：
（一般式３にて、ｎは、１以上の任意の整数を示し、Ａ_１およびＡ_２は、Ｈまたは任意の有機基を示す。ただし、上記Ｒ_１およびＲ_１０は、両端の芳香環に共役して挟まれたポリメチン鎖の一部を示し、当該ポリメチン鎖のメソ位に直接ハロゲン原子が結合することはない。）。
上記化合物と、生体物質と結合するタグとの複合体を含有する、請求項１または２に記載のバイオイメージング剤。
投与剤型は、非経口剤であることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のバイオイメージング剤。
更に、カリックスアレーン誘導体を含有する、請求項１〜４の何れか１項に記載のバイオイメージング剤。