生物正交藥物活化的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于治療的前藥活化方法，其中使用相互間表現生物正交反應性的非生物反應性化學基團。本發明還涉及前藥藥盒，其包含至少一種前藥和至少一種活化劑，其中所述前藥包含藥物和第一生物正交反應基團(觸發劑)，并且其中所述活化劑包含第二生物正交反應基團。本發明還涉及在上述方法和藥盒中使用的靶向治療。本發明特別涉及抗體-藥物綴合物以及雙特異性和三特異性抗體衍生物。
【專利說明】生物正交藥物活化
發明領域
[0001]本發明涉及基于通過非生物的生物正交化學反應(abiotic, bio-orthogonalchemical reaction)活化的無活性藥物(inactivated drug)(如前藥)的治療方法。
[0002]發明背景
[0003]在醫學領域，使用在人體或動物體內特定部位活化的無活性化合物(如前藥)是廣為人知的。另外，無活性藥物(如前藥)的靶向遞送也已有深入研究。已對有效藥物在靶位和/或期望的時間選擇性釋放的藥物遞送系統的研究投入了大量精力。一種方法為通過局部和特定的酶活性特異性地選擇性活化(全身性)前藥。然而，很多情況下，關注的靶位缺乏適合的過表達酶。另一種方法為通過稱作抗體導向酶前藥療法(antibody-directedenzyme prodrug therapy, ADEPT)的技術將酶運送到祀組織。在該途徑中，酶通過與抗體(與腫瘤相關抗原結合)綴合來靶向至腫瘤部位。在全身性給藥該綴合物，其在靶點集中并清除未結合的綴合物后，將設計的前藥全身性給藥并局部活化。該方法需要必定不被內源酶催化完成的反應。滿足這些要求的非哺乳動物來源的酶很可能為高免疫原性，這使其不能重復給藥。或者，前藥可靶向疾病部位，然后經歷疾病特異性或非特異性內源性活化過程(如pH、酶、含巰基化合物)。
[0004]靶向抗癌治療被設計為相對于常規癌癥化學療法降低非特異性毒性并且提高有效性。該途徑通過單克隆抗體(HlAbs)的強大靶向能力以特異性地將高活性的綴合小分子治療劑遞送至癌細胞來實現。在嘗試處理毒性問題中，已將化學治療劑(藥物)與靶向分子(如與腫瘤細胞高度特異性結合的抗體或蛋白質受體配體)連接，以形成被稱作抗體-藥物綴合物(ADC)或免疫綴合物(immunoconjugate)的化合物。理論上免疫綴合物應為低毒性，因為它們將細胞毒性藥物靶向至表達特定細胞表面抗原或受體的腫瘤。該策略已實現有限的成功，部分因為當將毒性藥物綴合至大的抗 體或蛋白質受體配體上時，所述細胞毒性藥物傾向于為無活性或低活性。免疫綴合物的有前景的進展已將細胞毒性藥物通過連接基(linker)連接至抗體,所述連接基在腫瘤部位或腫瘤細胞內部斷裂(Senter等人,CurrentOpinion in Chemical Biology2010, 14:529 - 537)。理想地，mAb 會特異性與抗原結合,所述抗原在腫瘤細胞上大量表達，但在正常組織有限表達。特別使那些對于臨床應用毒性過大的藥物得以使用。多數該領域的近期工作集中于高活性細胞毒性劑的使用。這需要連接基技術的研發，該連接基技術提供條件穩定性，從而其在與腫瘤結合后進行藥物的釋放，而不是在循環中進行。
[0005]藥物作為綴合物是無活性的，但當其在靶點集中后，藥物通過如pH或酶釋放，這可為靶點特異性的，但也可為更普遍的。藥物釋放可由細胞外機制(如腫瘤組織中的低pH、缺氧、特定酶)實現，但通常可通過需要抗體綴合物首先內化的細胞內(大多為溶酶體)釋放機制(如谷胱甘肽、蛋白酶、分解代謝)來實現更有選擇性的藥物釋放。特定的細胞內釋放機制(如谷胱甘肽、組織蛋白酶)通常(根據其性質)生成母體藥物，其可逃出細胞并攻擊附近細胞。這被看作是一些抗體-藥物綴合物的重要作用機制，特別是在有不同受體表達的腫瘤或mAb穿透性較差的腫瘤中。可裂解的連接基的實例為:腙(對酸不穩定)、肽連接基(組織蛋白酶B可裂解)、有位阻的二硫基團(巰基可裂解)。此外，不可裂解的連接基也可用于mAb-藥物綴合物。這些構建體在分解代謝時釋放它們的藥物，可能生成仍連接至一個氨基酸上的藥物分子。僅一部分藥物作為這樣的綴合物會恢復它們的活性。此外，這些氨基酸-連接的藥物不能逃離細胞。然而，由于該連接基是穩定的，因此這些構建體通常被認為是最安全的并且根據藥物和靶點可為非常有效的。
[0006]目前的抗體-藥物綴合物釋放策略有它們的局限性。細胞外藥物釋放機制通常太無特異性(如PH敏感連接基)，其導致毒性。細胞內釋放依賴于mAb-藥物的效率(如受體調節的內化)，然而數種癌癥缺乏以足夠高重復數存在的癌癥特異性且有效地內化的靶點。細胞內釋放還依賴以足夠高的量存在的活化酶(蛋白酶)或分子(巰基化合物，如谷胱甘肽)。細胞內釋放后，在特定情況下，藥物可從細胞逃離至靶點附近細胞。在不是每個細胞表達足夠高量的祀受體的異源性腫瘤(heterogeneous tumor)中，這種效果被認為是有利的。在由于如升高的組織間隙壓(其阻礙對流流動)而難以穿透的腫瘤中，這也是重要的。這對于大的如mAb (綴合物)的構建體特別是問題。在有結合部位屏障存在的情況下，這種機制也是至關重要的。一旦靶向劑離開脈管系統并且與受體結合，它在腫瘤內的運動會受限制。mAb綴合物被限制在血管周空間的可能性與其對它的靶點的親和力有關。可通過增加mAb劑量改善穿透，然而這種途徑受如在肝中的毒性劑量的限制。此外，從死細胞脫落的抗原可存在于腫瘤間質空間，在此它們可阻止mAb綴合物與它們的靶細胞結合。另外，許多靶點受無效內化阻礙，并且不同的藥物不能以相同的方式連接至mAb。此外，已證明設計由靶點中的內源性元素選擇性裂解，同時對于到靶點途中的內源性元素穩定(特別對于完整mAb清除慢的情況)的連接基是麻煩的。因此，最優的藥物、連接基、mAb和靶點的組合需要基于個例選擇并優化。
[0007]另一個可受益于有效前藥途徑的應用領域為T細胞結合抗體構建體(T-cellengaging antibody construct)(如雙特異性或三特異性抗體片段)領域，其通過使免疫系統參與而作用于癌癥。早已考慮到使活化的T細胞與癌細胞直接接觸提供殺死癌細胞的有效方法(Thompson 等人，Biochemical and Biophysical ResearchCommunications366 (2008) 526 - 531)。在大量為此構建的雙特異性抗體中，大部分包含兩個抗體結合位點，一個位點祀向腫 瘤，并且另一個祀向T細胞(Thakur等人，CurrentOpinion in Molecular Therapeutics2010, 12 (3)，340-349)。然而，對于包含活性 T 細胞結合位點的雙特異性抗體，會發生周圍的T細胞結合。這不僅阻礙了綴合物到達腫瘤，還導致細胞因子風暴和T細胞耗竭。光活化的抗T細胞抗體被用來克服這些問題，其中所述抗T細胞活性僅在其需要的時間和位置(即通過腫瘤結合臂在腫瘤集中后)用紫外線輻射后恢復。抗-人CD3(T細胞靶向)抗體可用光裂解的1-(2-硝基苯基)乙醇(NPE)包衣可逆地抑制(Thompson 等人，Biochemical and Biophysical ResearchCommunications366 (2008) 526 - 531)。然而,基于光的活化限制于身體上光可穿透的部位，并且不容易修改以治療全身性疾病(如轉移癌)。可受益于前藥途徑的密切相關構建體為三特異性T細胞結合的抗體構建體，例如除了癌癥靶向劑的CD3-和CD28T細胞結合基團(T-cell engaging moiety)。這樣的構建體毒性太大不能像這樣使用，并且⑶3或CD28或者兩者的結合域需要掩蔽。
[0008]以下是期望的:可選擇性地且可預期地在靶位活化靶向藥物，而不依賴于同源穿透和靶向，并且不依賴于在到靶點的途中和在靶點內可能變化以及不同病癥和不同患者可能變化的內源性參數。
[0009]為了避免目前前藥活化的缺點，在Bioconjugate Chem2008, 19,714-718中已提出利用非生物的生物正交化學反應(也就是Staudinger反應)引發前藥的活化。簡而言之，在所引出的概念中，前藥為藥物和觸發劑的綴合物，該藥物-觸發劑綴合物不是內源性(如酶或特定的pH)活化，而是通過活化劑(即與前藥中的觸發基團(Trigger moiety)反應的物質)的受控的給藥來活化，從而引發藥物從觸發劑的釋放(或者反之亦然，從藥物釋放觸發劑，但是人們可觀察該釋放過程)。然而結果證明對于此概念，Staudinger方法效果不好，并且鑒于利用Staudinger反應的釋放機制的特定本質，其適用性是有限的。使用Staudinger反應的其它缺點為它們有限的反應速率，以及這些反應膦組分的氧化不穩定性。因此，期望提供用于非生物的生物正交反應的反應物，其在生理條件下穩定，相互間更易反應，并且可通過多種機制引發結合藥物的釋放，從而提供更通用的活化藥物釋放方法。
[0010]在癌癥治療中，使用不依賴于內源性活化機制(如pH、酶)的生物相容性化學反應用于選擇性前藥活化是強大的新工具。在需要的時間和位置的前藥選擇性活化可控制體內的許多過程，包括癌癥。從而療法(如抗腫瘤抗體療法)可變得更具特異性，提供正常細胞和腫瘤間的增強的治療對比，以減少不良副作用。在T-細胞結合的抗癌抗體的內容中，本發明提供失活抗體構建體(即前藥)的全身性給藥和腫瘤靶向，減少偏離靶點的毒性。在腫瘤充分攝取并且抗體在非靶點區域清楚后，通過給藥活化劑將腫瘤結合抗體活化，活化劑與觸發劑或者抗體或特定抗體域上的觸發劑反應，導致觸發劑的移除以及T細胞結合功能的恢復。這導致了 T細胞的活化和抗癌作用(即這為藥物釋放)。
[0011]發明概述
[0012]為了更好地滿足一個或多個上述期望，一方面，本發明提供雙烯作為用于在生理環境中釋放連接至反式-環辛烯的物質的活化劑的用途。與此相關，本發明還涉及用作活化劑的雙烯，其用于在生理環境下釋放連接至反式-環辛烯的物質，并且本發明還涉及在生理環境下激活連接至反式-環辛烯的物質的釋放的方法，其中雙烯用作活化劑。
[0013]另一方面,本發明還提供反式-環辛烯與雙烯間的反電子需求的Diels-Alder反應作為用于在生理環境中釋放結合物質的化學工具的用途。
[0014]另一方面，本發明為用于前藥的給藥和活化的藥盒，所述藥盒包含直接或間接連接至觸發基團的藥物和所述觸發基團的活化劑，其中所述觸發基團包含親雙烯體，并且所述活化劑包含雙烯，所述親雙烯體包含反式-環辛烯環，所述環任選地含有一個或多個雜原子，并且選擇所述雙烯以使其能夠與所述親雙烯體以反電子需求的Diels-Alder反應的形式反應。通過觸發劑與活化劑的逆Diels-Alder反應來活化前藥，導致藥物的釋放。
[0015]另一方面，本發明提供包含藥物化合物的前藥，所述藥物化合物直接或間接連接至反式-環辛烯基團。
[0016]再一方面，本發明提供將藥物化合物修飾為可通過非生物的生物正交反應觸發的前藥的方法，所述方法包括提供藥物以及將所述藥物化學連接至反式-環辛烯基團的步驟。
[0017]再一方面，本發明提供治療方法，其中通過向患有可通過藥物調節的疾病的患者給藥包含在其活化后所述藥物會被釋放的觸發基團的前藥來治療所述患者，其中所述觸發基團包含反式-環辛烯環，所述環任選地包含一個或多個雜原子，并且選擇所述雙烯以便能與所述親雙烯體以反電子需求的Diels-Alder反應的形式反應。
[0018]另一方面，本發明提供包含八元非芳族環狀單烯基團(優選環辛烯基團，更優選反式-環辛烯基團)的化合物，其用于動物或人中的前藥療法，所述基團包含與藥物連接的鍵。
[0019]逆Diels-Alder 反應(retro Diels-Alder reaction)
[0020]下面給出的反應路線為(3，6)- 二 - (2-吡啶基)-S-四嗪雙烯和反式-環辛烯親雙烯體的[4+2]Diels-Alder反應，然后進行逆Diels-Alder反應，其中形成產物和雙氮。反應產物可互變異構化，這也如該路線所示。因為反式-環辛烯衍生物不包含如在經典Diels Aider反應中的吸電子基團，該類型Diels Aider反應區別于經典的Diels Aider反應，通常稱作“反電子需求的Diels-Alder反應”。在下文中，兩個反應步驟順序(即開始的Diels-Alder環加成(通常為反電子需求的Diels Aider環加成)和隨后的逆Diels Aider反應)會被簡稱作“逆Diels Aider反應”或“逆-DA”。有時會縮寫為“rDA”反應。從而反應產物為逆Diels-Alder加成化合物或rDA加成化合物。
[0021]
【權利要求】
1.雙烯作為用于在生理環境中釋放連接至反式-環辛烯的物質的活化劑的用途。
2.反式-環辛烯與雙烯間的反電子需求的Diels-Alder反應作為用于在生理環境中提供結合形式的化學物質如藥物并且使其能夠釋放的目的的化學工具的用途。
3.權利要求1或2的用途，其中所述雙烯選自:
4.用于前藥的給藥和活化的藥盒，所述藥盒包含直接或間接連接至觸發基團的藥物基團和所述觸發基團的活化劑，其中所述觸發基團包含親雙烯體，并且所述活化劑包含雙烯，所述親雙烯體包含反式-環辛烯環，所述環任選地含有一個或多個雜原子，并且選擇所述雙烯以使其能夠與所述親雙烯體以反電子需求的Diels-Alder反應的形式反應。
5.權利 要求4的藥盒,其中所述親雙烯體包含式(Ia)的結構:
6.權利要求4的藥盒，其中所述環辛烯滿足式(Ib):
7.權利要求6的藥盒，其中所述親雙烯體為選自下列結構的化合物:
8.權利要求4-7中任一項的藥盒，其中所述活化劑包含雙烯，所述雙烯選自式(2)-(4)的雙烯，其中所述雙烯在R1和/或R2和/或A和/或B和/或X和/或Y基團中包含至少一個親核位點，所述親核位點優選存在于R1和/或R2基團中:
9.權利要求 8的藥盒，其中所述雙烯選自:
10.權利要求4-9中任一項的藥盒，其中所述藥物Dd或所述連接基Ld或所述觸發基團Te中的至少一個包含靶向劑Tt，其優選為抗體。
11.權利要求4-9中任一項的藥盒，其中所述Ld或所述觸發基團Tk中的至少一個包含掩蔽基團MM，其優選為肽。
12.權利要求4-11中任一項的藥盒，其中所述藥物為T細胞結合抗體構建體。
13.權利要求1-10中任一項的藥盒，其中所述前藥為抗體-毒素綴合物或抗體-藥物綴合物。
14.前藥，其包含直接或間接地連接至反式-環辛烯基團的藥物化合物，所述反式-環辛烯基團優選如權利要求5-7中任一項所定義。
15.將藥物化合物修飾為可通過非生物的生物正交反應觸發的前藥的方法，其包括提供藥物，以及將所述藥物化學連接至反式-環辛烯基團，所述反式-環辛烯基團優選如權利要求5-7中任一項所定義。
16.治療方法，其中通過向患有可通過藥物調節的疾病的患者給藥包含在其活化后所述藥物會被釋放的觸發基團的前藥來治療所述患者，其中所述觸發基團包含反式-環辛烯環，所述環任選地包含一個或多個雜原子，并且選擇所述雙烯以便能與所述親雙烯體以反電子需求的Diels-Alder反應的形式反應。
17.包含八元非芳族環狀單烯基團(優選環辛烯基團，更優選反式-環辛烯基團)的化合物，其用于動物或人中的前藥療法，所述基團包含與藥物連接的鍵。
18.權利要求1或2的用途，其中所述反式-環辛烯如權利要求5-7中任一項所定義，并且所述雙烯如權利要求 8或9中所定義。
【文檔編號】A61K47/48GK103889459SQ201280035096
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年5月16日 優先權日:2011年5月16日
【發明者】M·S·羅比亞爾, H·M·揚森, W·坦恩赫費爾, R·M·費斯特根 申請人:皇家飛利浦有限公司