KR20090061684A

KR20090061684A - 생물학적 활성 메틸렌 블루 유도체

Info

Publication number: KR20090061684A
Application number: KR1020097011462A
Authority: KR
Inventors: 스탠리 빔스 브라운; 카산드라 클레어 오’그라디; 존 그리피스; 키르스트 조안 멜리쉬; 리차드 조지 툰스탈; 데이비드 존 하워드 로버트; 데이비드 이안 베르논
Original assignee: 포토파미카 리미티드
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2009-06-16
Also published as: JP4554198B2; US20080268033A1; CY1108091T1; US7371744B2; US7915254B2; PT1392666E; EP1790642A1; ZA200309215B; CN100491362C; KR20090010141A; NO20035327D0; JP2009280588A; US20080275033A1; KR100957260B1; NZ529682A; NO324321B1; US7732439B2; BR0209783A; US8188074B2; CA2448303A1

Abstract

본 발명은 하기 화학식 (I)의 페노티아지늄 화합물에 관한 것이다:

상기 식에서,

A 및 B는 서로 독립적으로

또는

이고, 여기서, Z는 CH₂, O, S, SO₂, NH, NCH₃, NC₂H₅, NCH₂CH₂OH 또는 NCOCH₃이고, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형 C_nH_2nY(여기서, n은 1 - 6이고, Y는 H, F, Cl, Br, I, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, CN 또는 OCOCH₃이다)이고,

X^p-는 상대음이온이고, P는 1, 2 또는 3이나,

A와 B 둘 모두가 -N(CH₃)₂이거나 -N(CH₂CH₃)₂인 화합물은 제외된다.

본 발명은 또한, PDT제 또는 광진단제로서의 본 발명의 화합물의 용도에 관한 것이다.

Description

생물학적 활성 메틸렌 블루 유도체 {BIOLOGICALLY ACTIVE METHYLENE BLUE DERIVATIVES}

본 발명은 광세포독성이 강하고 광역학요법(PDT) 뿐만 아니라 의학적 증상의 진단 및 탐지 영역에서 적용되는 생물학적 활성 광감제 및 광화학 내면화 (photochemical internalisation), 암 백신의 제조, 미생물 감염의 치료 및 광살균 또는 광멸균에서의 이의 용도에 관한 것이다.

특정 유기 화합물("광감제")은 산소 존재하에 광을 흡수함으로써 세포사를 유도할 수 있는 것으로 공지되어 있다. 세포 독성 효과는 타입 I 및/또는 타입 II 광산화를 포함한다. 이러한 광감제는 광을 사용한 암 및 다른 질환 또는 감염의 치료(광역학요법) 및 광-유도에 의한 미생물 파괴에 의한 표면 및 유체의 (살균을 포함하는) 멸균에서 사용된다. 본원에서, 멸균이란 용어는 특정 상황에서의 미생물의 감소 또는 제거를 의미하는 것이다.

특정의 착색된 페노티아지늄 화합물(예: 메틸렌 블루)이 타입 I 및 타입 II 광산화 과정에 관여하지만, 이러한 유형의 화합물은 이제까지 광역학요법을 위한 광감제로서 부적합하거나 효율이 낮은 것으로 입증되었거나 광화학 항균 활성이 낮 은 것으로 나타나 있다.

광역학요법에 적용하기 위해서, 우수한 광감제는 적어도 부분적으로 및 바람직하게는 하기 특성 모두를 가져야 한다. 가장 중요하게는, 이는 광(바람직하게는 약 600 - 800nm 파장)에 노출시 효율적으로 표적 세포(예를 들면, 종양 세포 또는 세균 세포)의 파괴를 유발시켜야 한다. 광감제를 사용한 광역학요법 치료는 표적 조직과 정상 조직 사이에 선택성이 높아야 한다. 광감제는 비교적 암독성 (dark toxicity)이 거의 없어야하고 환자에게 피부 광감성을 거의 또는 전혀 유발시키지 않아야 한다.

광멸균에 적용하기 위해서, 우수한 광감제는 이상적으로는 주변광을 사용하여 광범위한 미생물에 대해 강한 광독성 효과를 나타내야 하고, 용이하게 광표백되지 않아야 한다.

종양학에서, 수개의 상이한 유형의 광감제를 사용하여 식도 및 방광과 같은 속빈장기의 고형 종양 및 박(thin) 종양 둘 다를 치료하여왔다. 그러나, 이들 광감제는 부분적으로는 종양과 건강한 조직사이의 선택성의 결여를 이유로 그리고, 부분적으로는 유발될 수 있는 연장된 피부 광감성을 이유로 그 사용이 제한되어 왔다.

광역학요법은 이전에는 종양 치료에 사용되었지만, 세균 및 기타 미생물에 의해 유발된 감염에 대해서는 아직까지 사용되지 않았었다. 세균 감염을 치료하는 항생제의 사용은 테트라사이클린 및 베타-락탐과 같은 통상 사용되는 항생제에 대한 다수의 세균 종의 증가하는 내성으로 인해 그 유효성에 이의가 제기되게 되었 다. MRSA와 같은 병원-후천성 항생제 내성 감염이 특히 문제가 된다. 광역학 항균 처리는 국소 치료용 항생제에 대한 유망한 대체요법이다.

항균제를 개발하는 경우 극복해야 하는 중요 문제는 약물을 세균 세포내로 흡수시키는 것이다. 그램 음성 및 그램 양성 세균은 이들의 외부 표면의 조성이 상이하고 특히 흡수의 관점에서 항균제에 상이하게 반응한다. 그램 음성 세균의 높은 음전하로 인해 이들은 가장 통상적으로 사용되는 광감제를 포함하는 중성 또는 음성 약물에 상대적으로 불투과성이다. 그램 음성 세균 뿐만 아니라 그램 양성 세균에 대해 유효한 항균성 광감제의 개발은 내성으로 인해 유효성이 점차 감소되고 있는 통상적으로 사용되는 항생제를 대체시키는데 매우 유익할 것이다.

다수의 상이한 유형의 광감제가 세균에서 연구되었다. 이들은 페노티아지늄 화합물, 프탈로시아닌, 염소 및 천연 광감제를 포함한다. 그램 음성 세균으로의 흡수용으로는 그의 양이온성 유도체가 가장 효과적이다.

페노티아지늄 화합물은 최대 흡수 파장이 600 - 700nm 사이인 청색 염료이다. 이들의 비-광역학 항균성에 대해서 연구되었지만 메틸렌 블루 및 톨루이딘 블루와 별도로 광역학적으로 거의 조사되지 않았다.

웨인라이트 등(Wainwright et al (1998))은 종양 세포주 및 세균에서 일련의 페노티아지늄 메틸렌 블루 유도체의 효과를 조사하였다. 신규 메틸렌 블루 (NMB) 및 디메틸 메틸렌 블루(DMMB)는 MRSA을 비활성화시키는데 유효하고 색소침착된 흑색종 세포주에 작용할 경우 메틸렌 블루보다 더 효과적인 광감제인 것으로 나타났다. 바그너 등(Wagner et al (1998))은 이들 염료 및 또한 엔벨로프 바이러스의 비 활성화용으로 소수성 유도체를 연구하였다.

메틸렌 블루의 항균 작용의 세밀한 양상은 공지되지 않았지만, 그의 입체화학으로 인해 DNA에 삽입할 수 있고 광역학 작용이 DNA 손상을 유발시킨다는 하나의 가설이 존재한다. 메틸렌 블루 자체는 항종양제로서는 유효하지 않은 것으로 나타났다. 또한, 메틸렌 블루는 광표백에 감수성인 것으로 알려지고, 이는 특정 적용에서 심각한 단점일 수 있다. 메틸렌 블루의 인식된 한계로 인해 항종양 광역학요법 및 항균 광역학요법 둘 모두는 신규 페노티아진계 광감제의 개발로 유익할 것이다.

본 발명에 따라서, 하기 화학식 (I)의 페노티아지늄 화합물이 제공된다:

상기 식에서,

A 및 B는 서로 독립적으로

또는

X^p-는 상대음이온이고, P는 1, 2 또는 3이나,

바람직하게는 상대음이온은 Cl^-, Br^-, I^-, F^-, N0₃ ^-,HSO₄ ^- 및 CH₃CO₂ ^-중의 어느 하나로부터 선택되거나, 이가음이온, 즉 S0₄ ^2- 또는 HP0₄ ^2-, 또는 삼가음이온, 즉 PO₄ ^3-이다.

바람직하게는 A와 B는 동일하고, R¹과 R² 둘 모두가 n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸이다.

당해 화합물은 미생물에 대해 사용될 수 있다. 바람직하게 화합물은 세균에 대해 사용된다. 더 바람직하게는 화합물은 항생제 내성 세균에 대해 사용한다.

발명의 한 실시양태에서, 당해 화합물은 광역학요법제 또는 광진단제로서 사용된다.

또한, 본 발명은 화학식 I의 화합물과 중합체간에 형성된 컨쥬게이트 또는 복합물을 제공한다. 본원에서 사용된 복합물이란 용어는 본 발명의 화합물이 중합 체에 삽입되거나 매트릭스 또는 기판에 물리적으로 폐색되거나 흡착되는 상황을 의미하는 것이다. 중합체는 펩티드 또는 단백질과 같은 생물학적 중합체일 것이다. 바람직한 중합체는 무수물 및/또는 에스테르 그룹을 갖는 것을 포함한다.

또한, 본 발명은 화학식 I의 화합물과 클로로트리아진 유도체간에 형성된 화합물을 제공한다. 클로로트리아진 유도체는 이에 결합된 클로로트리아진 그룹을 갖는 중합체일 수 있다.

한 실시양태에서, 본 발명의 화합물은 약제로서 사용된다,

본 발명의 화합물은 암, 전암성 질환, 안 질환, 혈관 질환, 자가면역 질환과 같은 원하지 않는 조직 또는 세포를 제거해야 하는 치료가 필요한 증상, 및 피부 및 기타 기관의 증식 증상의 광역학요법 용 광감성 약물로서 유용하다. 특이적이고 예기치 않은 이들 물질의 이점은 전신 투여후 (사용된 특정 광감제에 따라 다르지만) 상이한 시간에서 표적 조직에 대해 광활성인 이들의 효능 및 이로 인해서 혈관 구조 또는 종양 세포(예를 들면)에 직접 표적할 수 있는 이들의 효능에 관한 것이다. 이들은 또한 전신 투여시 주변광에 피부를 감작시키는 경향이 낮고 피부를 착색시키는 경향이 낮다.

당해 화합물은 피부 및 다른 국소 감염의 광활성화가능한 항균제 처리, 화상 상처 및 다른 환부의 멸균, 피부 이식을 포함하는 기관 이식 시술중에 수용 조직과 공여 조직 둘 다의 멸균 및 치아 미생물 질환의 치료용으로 광역학요법에 또한 사용될 수 있다.

당해 화합물은 표면 및 유체의 일반적인 멸균용으로 광활성화가능한 항균제 로서 또한 유용하다. 현존하는 공지된 항균성 광감제에 대해 이들 화합물의 특이적인 이점은 낮은 광 수준에서도 광세포독성이 높고 아울러 광표백을 겪는 경향이 낮다는 것이다.

추가로, 본 발명의 화합물은 다른 페노티아지늄 광감제에 비해, 이들의 세포 파괴 활성의 수행시 세포의 핵을 표적하지 않아 세포가 돌연변이유발 형질전환을 겪을 위험성이 훨씬 낮다는 이점이 있다.

본 발명은 또한 희석제 또는 부형제와 함께 본 발명의 화합물을 포함하는 조성물을 제공한다.

본 발명의 화합물의 사용 예는 광역학요법 용 광감성 약물로서 바레트 증후군 및 자궁경부 상피내종양(전암성 질환), 방광암 및 결장암, 황반 변성(안과 질환), 혈관 문제 예컨대, 심혈관 질환, 동맥경화증 및 재협착 및 자가면역 질환, 예를 들어 류마티스 관절염, 피부 질환, 예를 들어 건선, 여드름 및 엑세마(excema) 및 기타 양성 증상, 예를 들어 자궁내막증 및 월경과다를 치료하는 것이다. 당해 화합물은 또한 피부 및 상처 감염, 기타 국소 감염의 치료 뿐 아니라 치아 세균성 질환에서 항균 치료제로서 사용될 수 있다. 당해 화합물은 또한 이의 광감성을 통해서는 광화학 내면화(약물의 흡수 및 세포이하의 국소화를 돕는 광감제의 용도) 및 이의 형광성을 통해서는 광진단과 같은 비치료학적 용도에 사용될 수 있다. 후자의 시도는 광감제가 주변의 건강 조직보다는 종양에 더 집중되고 (청색광 적용에 의해) 형광을 유도할 경우 종양이 주변 조직보다 더 강하게 형광을 낸다는 사실을 이용한 것이다.

당해 화합물은 표면 및 유체의 멸균용으로 광활성화된 항균제로서 사용될 수 있다.

따라서, 본 발명은 광감제의 전신 또는 국소 투여를 통해, 이어서 적당한 양 및 파장 또는 파장 범위의 광을 적용함으로써 암 및 기타 사람 또는 동물의 질환을 치료하는 방법을 제공한다.

바람직하게는 치료를 필요로 하는 대상에게 투여되는 화합물은, R¹ 및 R²가 n-프로필인 화학식 I에 따른 화합물이고, 상기 광 노출은 약물 투여 시점에서부터 10분 이하로 제공된다.

본 발명의 바람직한 실시양태에서, 광 노출은 약물 투여 1분 내에 제공된다.

더 바람직하게는 광 노출은 약물 투여 시점에 제공된다.

또는, 투여되는 화합물은, R¹ 및 R²가 n-프로필인 화학식 I에 따른 화합물이고, 상기 광 노출은 약물 투여 시점에서부터 더 장기간 제공된다.

따라서, 본 발명은 치료학적 유효량의 본 발명의 화합물을 전신 투여하거나 치료할 부위에 적용(예를 들어 분무로)하고 그 부위를 광에 노출시켜 당해 화합물이 활성화되게 하는 단계를 포함하여, 미생물 감염, 화상 상처 및 다른 환부 및 치아 세균성 질환을 치료하는 방법을 제공한다.

바람직하게는 당해 방법은 R¹ 및 R²가 n-부틸인 화학식 I에 따르는 화합물을 투여하는 단계를 포함한다.

추가로, 본 발명은 또한 본 발명의 화합물을 표면 또는 유체에 도포하고 당 해 화합물을 광에 의해 활성화시키는 단계를 포함하여 표면 또는 유체를 멸균시키는 방법을 제공한다.

본 발명의 적합한 화합물은 중합체 표면에 영구적으로 공유 결합에 의해 또는 가역적으로 세포간 상호작용에 의해 결합되어 필요할 때마다 광을 적용함으로써 멸균될 수 있는 표면을 수득케한다. 이는 예를 들어 환자에게 정맥내 라인을 사용하는 경우 및 관련 표면의 장기간 멸균의 유지가 문제되는 봉합 및 카테터 및 정맥내 라인에서 유용할 수 있다. 광표백에 대한 화합물의 내성은 발색단의 연장된 안정성이 필요시되는 그러한 적용분야에 유리하다.

따라서, 본 발명은 또한 적어도 하나 이상의 표면에 본 발명의 화합물이 부착되어 있는 제품을 제공한다.

바람직하게는 당해 제품은 의료 기기, 예를 들면 정맥, 뇨 또는 밸룬 카테터, 봉합, 정형외과용 또는 인공 이식물, 심장 판막, 외과용 스크류 또는 핀, 심작박동조율기 리드, 영양관 또는 호흡관, 혈관 스텐트, 인공수정체 또는 소관절 교체기이다. 당해 제품은 또한 상처 보호에서 및 의료용 물질, 예를 들면 의료 장치용 물질의 패키징용으로 또한 유용할 수 있다.

본 발명의 화합물을 병원의 벽, 바닥 및 천정, 임상 표면, 예를 들어 수술대, 도살장 및 과학실험실의 무균실에 적용할 수 있다. 섬유를 직물, 편물 또는 부직 텍스타일 제품, 예를 들어 걸레, 와이프, 수술복, 베드 리넨, 상처 드레싱 및 붕대로 전용시킬 수 있다.

또는, 당해 제품은 식음료 산업에 사용하기 위한 것이고 패키징, 포장지 또 는 보관 상자 또는 공정 장치의 부품일 수 있다. 당해 제품은 냉장고, 자동판매기, 얼음제조기, 식당 장치의 부품 또는 기타 부엌용품일 수 있다.

본 발명은 생체외 및 생체내에서 그의 광생물학적 특성이 말단 아미노 그룹의 치환체의 소수성 및 크기에 예기치못하게 현저하게 의존적인 것으로 나타나는 페노티아지늄 광감제에 관한 것이다. 이러한 구조상의 특징의 주의깊은 선택에 의해, 광감제는 현존하는 물질에 비해 독특한 이점을 제공하다. 따라서 본 발명의 화합물은 종양학 분야에서 및 그의 항균 효과에서 다음과 같은 이점을 제공함으로써 종래 기술의 문제점을 극복하였다.

종양학에서의 이점

ㆍ메틸렌 및 에틸렌 블루에 비해 극히 강한 광활성.

ㆍUV/청색광 영역에서 낮은 흡수도. 이로 인해 화합물의 피부 광민감도가 더 낮아지는 경향이 있다.

ㆍ급속한 피부 세정.

ㆍ종양에 대한 높은 선택성.

ㆍ낮은 암독성.

ㆍ메틸렌 블루에 비해 낮은 DNA 손상 가능성.

ㆍ현존 광역학요법 약물에 비해 매우 짧은 약물-대-광 투여 간격.

항균 이점

ㆍ그램 양성 및 그램 음성 세균, MRSA 및 진균 감염을 포함하여 광범위한 미 생물의 탈활성화에 매우 효과적.

ㆍ무활동 세균에 대해 활성.

ㆍ숙주 세포에 대해 최소한의 손상으로 미생물에 대한 높은 선택성.

ㆍ예상외로 낮은 수준의 광표백.

실험된 화합물

본 연구에서 사용된 페노티아지늄 화합물은 제이 그리피스에 의해 색채 화학의 리즈 유니버서티 오브 디파트먼트(Leeds University Department of Colour Chemistry by J. Griffiths)에서 합성하였다. 하기의 경우가 이에 포함되었다:

R¹-R⁴ = n-C₃H₇ : 테트라-n-프로필(화합물 A)

R¹-R⁴ = n-C₄H₉: 테트라-n-부틸(화합물 B)

R¹-R⁴ = n-C₅H₁₁: 테트라-n-펜틸(화합물 C)

R¹-R⁴ = n-C₆H₁₃: 테트라-n-헥실(화합물 D)

메틸렌 블루(R¹-R⁴ = n-CH₃)(화합물 E) 및 에틸렌 블루(R¹-R⁴ = n-C₂H₅)(화합물 F)를 비교용으로 또한 실험하였다.

다른 화합물의 예로는 다음과 같은 것들을 포함한다:

R¹= n-부틸, R²=모노폴리노, R³=n-부틸, R⁴=모노폴리노(화합물 G);

R¹= n-부틸, R²=HO(CH₂)₂-, R³=n-부틸, R⁴=HO(CH₂)₂-(화합물 H);

R¹= n-펜틸, R²=HO(CH₂)₂-, R³=n-펜틸, R⁴=HO(CH₂)₂-(화합물 I).

광감제의 모액을 물 및/또는 DMSO에서 제조하고 필요시까지 어두운 곳에 저장하였다. 시험 용액을 필요에 따라 완충액 또는 용매 또는 생물학적 배지에서 제조하였다.

페노티아지늄 화합물의 분광 및 물리적 특성

물 및 메탄올중에서 페노티아지늄 화합물의 분광 데이터(표 1)는 모든 화합물이 650 - 700nm 파장 영역에서 흡수 피크를 갖지만, 세밀한 피크 영역에서는 상당한 다양성이 있음을 보여준다. 알킬쇄가 장쇄일수록 페노티아지늄 화합물은 더 긴 파장에서 흡수 피크를 가지며 일반적으로 피크 위치는 메탄올에 비해 물에서 더 긴 파장에서 나타난다. 이러한 차이는 광감제의 응집 상태를 반영한 것일 것이다.

여러가지 광감제에 대한 옥탄올-물 분배 계수(log p)가 또한 표 1에 기재되어 있는데, 여기서 [log P] = (mg/옥탄올 ml)/ (mg/완충액 ml) 이다.

표 1. 페노티아지늄 화합물의 분광 및 물리적 특성

화합물	물에서의 최대 파장(nm)	메탄올에서의 최대파장 (nm)	Ex.Max (nm)	Em.Max (nm)	log P
1 : 화합물 E	667	656	640	690	-1.0
2 : 화합물 F	673	661	670	690	+0.2
3 : 화합물 A	679	665	680	690	+1.1
4 : 화합물 B	682	668	680	695	+1.1
5 : 화합물 C	685	669	680	700	+1.7
6 : 화합물 D	699	669	675	700	+1.3

Ex.Max는 형광 여기 최대 파장이고 Em.Max는 형광 방사 최대 파장이다.

옥탄올 완충액 분배 계수(log P)는 약물의 친지성을 결정한다. 예측할 수 있는 바와 같이, 친지성은 R의 값이 증가함에 따라 증가하지만, 높은 R의 값에서 조차 당해 화합물은 생물학적 배지에 가용성인 채로 유지된다.

포유류 세포 및 종양에 대한 광역학요법제로서의 페노티아지늄 유도체

페노티아지늄 유도체를 배양하에 일련의 포유동물 세포에서 광역학요법 효능에 대해 평가하였다. RIF-1 뮤린의 섬유육종 세포를 MTT 검정법을 사용하여 연구하여 광역학요법에 이어 잔존하는 세포 생존력을 평가하였다. 일련의 실험으로부터의 데이터를 표 2에 요약하였는데, 이는 페노티아진 유도체 4개에 대한 LD₅₀값(사용된 조건하에 세포의 반을 사멸시키는데 필요한 광감제의 농도)을 나타낸다. 또한 비교용으로 메틸렌 블루 및 에틸렌 블루에 대한 데이터를 나타낸다. 이들 화합물중 일부는 또한 어둠속에서 세포를 사멸할 수 있고 표 2는 또한 대조용으로 어둠에 있어서의 LD₅₀에 대한 비를 나타낸다. 표 2로부터 테트라-n-펜틸 유도체, 테트라-n-부틸 유도체 및 테트라-n-프로필 유도체가 이들 조건하에 모두 효율적인 광역 학요법제이고, 이들은 메틸렌 불루나 에틸렌 블루에 비해 훨씬 활성이 큼을 알 수 있다. 가장 유효한 것은 테트라-n-프로필 유도체이다. 또한, 메틸렌 블루에 있어서는 암독성과 명독성에 대한 LD₅₀값사이의 비율은 적은 반면, 페노티아지늄 유도체에 있어서는 그 비율이 훨씬 크다.

당해 결과는 이들 화합물의 광활성은 훨씬 증가했지만 이들의 암독성은 메틸렌 블루에 비해 상대적으로 결여되어 있음을 예시하는 것이다. 이는 치료학적 관점에서 상당한 이롭다. 표 2는 또한 단일항산소를 생성하는 이들의 고유 능력을 측정하여 메틸렌 블루와 에틸렌 블루와 비교한 여러 유도체의 상대적인 활성을 나타낸다. 상이한 화합물 사이에 차이가 거의 없음을 알 수 있는데, 이는 세포에서 관찰된 현저한 차이는 거의 전적으로 생물학적 요인에 기인함을 나타내는 것으로서, 그 메카니즘은 아직 알려져 있지 않다. 표 2는 또한 메틸렌 블루와 에틸렌 블루의 것과 비교하여 상이한 페노티아지늄 화합물 유도체의 세포이하의 초기 국소화 뿐만 아니라 광투여 후 발생하는 재국소화를 나타내는 것이다. 유도체 모두가 리소좀에서 초기에 국소화되는 반면, 메틸렌 블루는 이어서 핵에서 재국소화되고(DNA에 대한 가능한 유해한 또는 돌연변이유발 효과), 테트라-n-프로필, 테트라-n-부틸, 테트라-n-펜틸 및 테트라-n-헥실 유도체는 미토콘드리아에 재국소화하는데, 이는 훨씬 좋은 광역학요법 표적이다.

표 3은 배양하에 일련의 상이한 세포에서 특정 유도체에 대한 LD₅₀값을 나타내는데, 이는 상이한 사람 조직 및 암을 나타낸다. 테트라-n-프로필, 테트라-n-부 틸 및 테트라-n-펜틸 유도체가 또한 메틸렌 블루에 비해 매우 활성이고 또한 시험된 모든 세포주에서 활성임이 명백하다.

수개의 비대칭 페노티아지늄 유도체 (여기서 R¹= R² ≠ R³ = R⁴)를 제조하고 배양하의 세포에서 시험하였다. 수개의 이들 유도체는 절대 활성의 관점 및 명독성 내지 암독성의 관점 둘 모두에서 메틸렌 블루보다 탁월한 광감제임이 입증되었다. 이들 화합물의 샘플 데이터는 표 4에 나타낸다.

표 4. 메틸렌 블루와 비교한 비대칭 페노티아진의 화학적 특성 및 SiHa 사람 자궁경부 편평세포 암종 세포에서 광독성 및 암독성

	메탄올에서의 λ_최대(nm)	단일항 산소 발생¹	Log P	PDT LD₅₀ (uM)²	암 LD₅₀:PDT LD₅₀ ² 비
메틸렌 블루 : 화합물 E	656	47	-1.0	18.7±1.0	1
디-n-부틸 모르폴리노 : 화합물 G	661	29	+1.0	4.6±2.0	7
디-n-부틸 디에탄올아민 : 화합물 H	660	13	+1.3	1.7±0.3	87
디-n-펜틸 디에탄올아민 : 화합물 I	663	32	+1.1	0.43±0.03	39

¹ 90% DMF : 10% 물 중의 페노티아지늄 화합물 100mg/ml를 사용하여 적색광 조명 10분 후의 1,3-디페닐이소벤조푸란 광산화율 %.

²세포를 2시간동안 페노티아지늄 화합물과 항온배양시켰다. 광독성 측정용으로 세포에 3J/cm²665nm 광으로 조명하였다. 암독성을 동시에 측정하였다. 세포 생존율을 설포르호드아민 B(SRB) 검정을 사용하여 48시간후에 평가하였다.

도 1은 타입(I)의 대칭적으로 치환된 티아진의 항종양 광역학 효능(종양 괴사 %)을 나타낸 것이다. CaNT 피하 종양이 있는 암컷 CBA/Gy 마우스에 kg당 16.6μmol의 용량으로 약물 용액을 주사하였다. 주사 1시간 후, 이들을 (별도 시험에서 측정한) 최적 파장의 광으로 처리하였다. 광원은 밴드폭 30nm의 적합한 필터가 있는 패터슨 램프였고, 50mW cm^-2의 비율로 60Jcm^-2로 처리하였다. 도 1로 부터 종양 반응이 알킬 그룹의 성질에 매우 의존적이며, 테트라-n-펜틸 및 테트라-n-부틸 유도체가 메틸렌 블루에 비해 매우 효과적임을 알 수 있었다.

도 2는 약물과 광 투여 사이의 시간 간격의 함수로서 테트라-n-프로필 및 테트라-n-펜틸 유도체의 항종양 광역학 효능(종양 괴사율 %)을 나타낸 것이다. 이들 데이터는 이들 두 화합물 사이에 매우 예기치 않은 차이를 나타낸다. 테트라-n-프로필 유도체는 매우 짧은 약물-광 처리 간격(즉 약물 제공 거의 직후 광 제공에 의해)에서 매우 활성인 반면, 테트라-n-펜틸 유도체는 매우 짧은 기간에서는 매우 낮은 활성이지만 1 시간후에는 훨씬 활성이 높다. 이러한 발견의 설명은 아직 알려지지 않았지만, 명백하게 이러한 특성상의 차이를 탐구하여 상이한 용도에 사용할 수 있을 것이다. 예를 들면, 속작용성 약물은 혈관 치료용으로 사용할 수 있고, 서작용성 약물은 종양 세포 처리에 사용할 수 있다.

도 3은 폴리헤마토포르피린(PHP:포토프린에 상응)과 비교한 테트라-n-부틸 및 테트라-n-펜틸 유도체로 인한 상대적인 피부 광감성을 나타낸 것이다. 포토프 린은 종약학에서는 현재 선두적인 광역학요법제이긴 하지만, 환자에게서 연장된 피부 광감성을 유발하는 중대한 단점이 있다. 이러한 모델에서, 피부 광감성은 약물과 광에 노출된 24시간 후 귀 두께의 증가로써 측정한다. 도 3은 예측대로 PHP가 높은수준의 피부 광감성을 나타내지만, 상기 두 개의 페노티아지늄 유도체는 피부 광감성을 거의 또는 전혀 나타내지 않음을 나타낸다. 이들 두 유도체는 또한 투여후 피부 색소침착을 거의 유발하지 않았다.

광항균활성

일반적인 방법

하기 소정의 방법은 이. 콜라이(E. coli)에 대한 것이지만, 연구된 다른 세균 피. 아에루기노사(P. aeruginosa), 에스. 아우레우스(S. aureus) 및 MRSA에 대한 것과 본질적으로는 동일하다.

세균의 표준 제조법

하기 개요한 표준 프로토콜을 적당히 변형시켜 여러가지 실험상의 파라미터의 변화를 연구하였다.

영양액 (nutrient broth) 100ml(0.5% 효모 추출물, 1.0% 트립톤 w/v)를 이.콜라이 균주 DH5로 무균 접종시키고 37°C에서 진탕 인큐베이터에서 밤새 항온배양시켰다. 인큐베이터를 분당 250 스트로크 및 2.5cm 서클의 회전 운동으로 세팅시켰다. 항온배양에 이어 배양액 10ml를 영양액 200ml로 무균 이송시키고, 상술한 진탕 인큐베이터에서 미드 로그상까지 증식시켰다. 세포를 원심분리(3000rpm, 10분)로 수거하고, 0.1M 인산칼륨 완충액(pH7.0)에 재현탁시키고 다시 원심분 리(3000rpm, 10분)하였다. 상층액을 버리고 펠릿을 0.1M 인산칼륨 완충액(pH7.0)에 650nm에서 0.85-0.90의 흡광도로 재현탁시켰다.

영양 배지에서 조명하는 것을 포함하는 실험에서, 세균 세포를 현 단계에서 영양 배지중에 재현탁시켰다.

세균 세포 비활성화 실험

준비한 세포 현탁액 25ml를 멸균 호일로 덮은 250ml 원뿔 플라스크에서 광감제 0.1mM 모액 0.25ml에 항온배양시켰다. 현탁액을 37℃ 진탕 인큐베이터에서 250rpm으로 어둠속에서 30분 동안 항온배양시켰다. 현탁액을 75cm 거리를 두고 500W 할로겐 램프로 60분 동안 조사하였으며, 램프의 전력은 시간당 조명으로 4.68J/cm²를 발생하는 1.3mW/cm²였다. 현탁액의 조명되고 비조명된 샘플 50ml를 제거하고 0.1M 인산칼륨 완충액(pH7.0)으로 희석하였다. 이어서 희석된 현탁액 50ml를 영양 한천(0.5% 효모 추출물, 1.0% 트립톤, 2.0% 한천 w/v)에 플레이팅하고 밤새 37°C에서 항온배양시켜 30 - 300개 사이의 많은 집락형성단위를 수득하였다. 이어서 세포 비활성화를 측정하였다.

페노티아지늄 화합물은 사용하지 않지만 0.25ml의 DMSO를 사용하여 항온배양 단계 30분 전후 세균으로부터 플레이팅하는 것을 포함하는 대조군 연구에서는 CFU/ml에 변화가 전혀 없는 것으로 나타났다. 페노티아지늄 화합물은 사용하지 않지만 0.25ml의 DMSO를 사용하여 세균 배양액을 조명하면 또한 CFU/ml에 변화가 전혀 없는 것으로 나타났다. 영양 배지에서의 조명용에 있어서, 대조 시험은 시간당 조명동안 0.2의 CFU/ml에서 log₁₀ 증가를 나타내었다.

몇몇의 조사를 레이저를 사용하여 수행하였으며, 이때 세균 현탁액을 0.1W에서 665nm 세라옵텍 다이오드 어레이 레이저(Ceramoptec diode array laser)로 조명하였다.

세균 세포 증식에 대한 페노티아지늄 화합물의 효과 측정

호일을 덮은 250ml 원뿔 플라스크에서 영양 배지(0.5% 효모 추출물, 1.0% 트립톤 w/v) 200ml를 완전히 증식된 세균 배양액 10ml로 무균 접종시켰다. 또한 배지는 최종 농도 10μM의 페노티아지늄 화합물 1mM 모액 1.0ml를 함유하였고, 이와 별도로 대조군은 페노티아지늄 화합물은 함유하지 않지만 1.0ml DMSO를 함유하였다.

현탁액을 어둠속에서 진탕 인큐베이터에서 250rpm 및 37°C에서 항온배양시켰다. 1ml 샘플을 6시간동안 매시간 취하고 광산란에 의해 유발시킨 550nm에서의 겉보기 흡광도를 기준으로 한 혼탁도를 측정하였다. 대조군 연구는 이러한 파장이 광감제 흡수 영역 밖에 위치한 것으로 나타났다. 흡광도 판독에 이어 1.0ml 샘플을 MSE Micro-Centaur 원심분리기(10000g x 5 분)에서 스피닝하고 상층액의 흡광도 스펙트럼을 분광광도계로 판독하였다.

테트라-n-부틸 유도체만을 위해서, 유사한 실험을 수행하는데 여기서 세균을 광감제 없이 3시간동안 증식시킨후, 당해 페노티아지늄 화합물을 가하였다. 후속되는 증식을 시간의 함수로서, 광노출 및 어둠속에서 탐지하였다.

칸디다 알비칸(Candida albicans)의 제조 및 광-유도된 비활성화

효모 칸디다 알비칸을 포함하는 실험에 있어서, 당해 유기체를 사브로(옥소이드) 액체 배지에서 증식의 로그 단계까지 성장시켰다(세포를 4시간 증식후 수거하였다). 이어서 이들을 650 nm에서 흡광도 0.87로 재현탁시키는데, 이는 다른 유기체에 대해 사용된 8.5 log₁₀ CFU/ml에 비교하여 7.0 log₁₀ CFU/ml에 상응한다. 조명 절차는 이전 실험에 사용된 바와 동일하였다. 조명에 이어서, 효모를 사브로 덱스트로즈 한천(옥소이드)상에서 플레이팅하고 24 시간동안 37℃에서 항온배양시켜 집락형성단위를 검정하였다.

광표백

광감제 1mM 용액 0.25ml, 10mM 트립토판 0.25ml를 25ml의 60% 메탄올, 40% 인산칼륨 완충액(pH7.0)에 가하였다. 실험을 또한 트립토판 부재하에 수행하였는데, 여기서 이를 0.25ml의 60% 메탄올, 40% 인산칼륨 완충액(pH7.0)으로 대체하였다.

혼합물을 상기 세포 비활성화 실험(1.3mW/CM²)에서와 같이 60분동안 조명하고, 샘플을 15분 마다 취하고 스펙트럼을 500과 700nm사이의 UV-가시광 분광광도계로 기록하였다. 고 용량의 광으로는 9mW/cm²에서 60분 동안 조명하였다..

결과

페노티아지늄 유도체의 항균성

도 4는 10μM 페노티아지늄 화합물과 30분 동안 항온배양시키고 60분 동안 1.3mW/cm²에서 조명한 이. 콜라이 ml 당 집락형성단위(CFU)에서의 로그 변화를 나타낸 것이다. 데이터는 할로겐 램프로 60분 조명한 후 세포 생존율을 기록한 것이다. 실질적으로 세균이 비활성화되었으며, 그룹에 있어서의 이러한 경향은 메틸렌 블루로부터 에틸렌 블루로 감소되었으며, 이어서 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체는 거의 1000배 증가한 것임을 알 수 있다. 이어서 더 장쇄인 페노티아지늄 화합물은 세균 세포 사멸 효능이 감소되는 것으로 나타났고, 따라서 테트라-n-헥실 유도체는 거의 비활성이다. 테트라-n-부틸 페노티아진을 사용한 경우 세포 생존율 0.001%에 상당하는 5.1 log₁₀ ml 당 집락형성단위에서 가장 큰 변화를 나타냈다. 0.19 log₁₀ CFU인 가장 작은 변화는 세포 생존율이 65.3%인 테트라-n-헥실 유도체를 사용한 경우였다. 단지 광만을 사용한 대조군에서는 세포 비활성화가 전혀 없었다.

도 5는 상이한 농도의 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체와 30분 동안 항온배양시키고 15분 동안 1.3mW/cm^-2에서 조명한 이. 콜라이 ml당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 것이다. 10μM 이 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체를 사용하여 세균 비활성에 대해 시험한 가장 효과적인 농도였다. 이 농도를 사용한 CFU에서의 로그 변화는 4.59 log₁₀ 단위였다. 세포 사멸 효과는 시험된 모든 농도에서 달성되었지만, 약물 용량이 낮을수록 감소하였다. 50μM에서 2.15 단위의 로그 변화가 있는 데 이는 10μM에 비해 감소된 것이다. 이는 광감제의 응집과 이로 인해 세포에 대한 더 낮은 약물 용량으로 인한 것일 수 있다.

많은 항생제가 비증식 또는 정지성 세균에 대해 거의 효과가 없어 페노티아지늄 화합물의 효능을 평가하여 증식정지기 세균을 비활성화 시키는 것이 중요하다. 증식정지기 동안에 세포는 펩티도글리칸 세포 벽이 더 두꺼워지고 단백질 대사에도 차이가 생겨 광역학 효과에 덜 민감할 수 있다. 도 6은 10μM 페노티아지늄 화합물과 30분 동안 항온배양시키고 60분 동안 1.3mW/cm²에서 조명한 후의 증식정지기의 이. 콜라이 ml 당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 것이다. 증식정지기 세균에 대한 테트라-n-부틸 및 테트라-n-프로필 유도체의 효능이 아주 약간만 감소하였으며, 또한 테트라-n-부틸 유도체가 가장 효과적인 것임을 알 수 있다.

세균의 비활성화는 치료 환경에서 더욱 대두되고 있는 문제일 수 있는데, 광감제가 세균성 지질다당류 막보다 세포외 단백질에 우선적으로 결합할 수 있기 때문이다. 이는 광감제 결합을 위해 세균 세포와 경쟁할 수 있는 다수의 인자들을 함유하는 영양 배지에서 세균을 재현탁시킴으로서 시험하였다. 도 7은 영양 배지에서 재현탁시킨 이. 콜라이 ml 당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 것으로서, 이로부터 세포 사멸 수준이 거의 감소하지 않았음을 알 수 있다. 또한, 테트라-n-n-부틸 페노티아지늄 유도체가 가장 높은 항균 활성을 갖는다.

도 8은 10μM 페노티아지늄 화합물과 30분 동안 항온배양시키고 레이저광(665nm)으로 단지 4분 동안 0.1W에서 조명한 이. 콜라이 ml당 CFU에서의 로그 변 화를 나타낸 것이다. 또한, 페노티아진 유도체 사이의 동일한 양상의 활성이 나타나는데, 이는 그 효과가 간섭성 레이저광을 사용할 경우에 존재함을 나타내는 것이다. 레이저 원의 가능한 이점은 광 투과량의 증가된 정확도와 단축된 조명시간이다.

레이저 광을 사용한 추가의 연구는 14분 동안 0.1W에서 조명하고 테트라-n-n-부틸 페노티아지늄 유도체를 사용하면 ml당 5.69 CFU의 로그 변화를 달성할 수 있고, 20분 조명 후에는 로그 변화가 약 8.5 단위지만, CFU의 수가 너무 작아 그 수치를 통계학적으로 신뢰할 수 없는 것으로 나타났다.

세균 세포내로의 광감제의 흡수는 광활성 측정에 명백히 중요하다. 도 9는 30분 항온배양시킨 후, 이.콜라이 세포로의 10μM 페노티아지늄 화합물의 흡수를 나타내는 것이다. 세포를 0.1M pH 7.0 인산칼륨 완충액으로 2회 세척하여 세포외 또는 느슨하게 결합된 광감제를 제거하였다. 페노티아지늄 화합물의 흡수는 테트라-n-부틸 유도체가 세균 세포에 의해 가장 많이 흡수된다는 점에서 광독성과 어느 정도 상호관련있는 것으로 볼 수 있다. 그러나, 흡수와 광활성의 상호작용은 정확하지는 않다. 예를 들어, 테트라-n-부틸 유도체에 대한 광활성과 흡수와의 비가 테트라-n-헥실 유도체에 대한 것에 비해 훨씬 크다. 이들 비는 모든 유도체에 대해 동일할 것으로 예측될 수 있는데 이는 광활성이 흡수를 근거로만 설명될 수 있는 경우이어야 한다. 따라서, 테트라-n-부틸과 테트라-n-프로필 유도체의 극히 높은 활성은 아직 공지되지 않은 바와 같이 약간의 추가의 인자들에 의한 것임에 틀림이 없다는 것이 명백하다. 미도시된 데이터는 테트라-n-부틸 유도체가 이. 콜라 이로 매우 신속히 흡수됨을 입증하며; 항온 배양 시간 5분과 30분 사이에 흡수에서는 차이가 전혀 없다. 그러나, 영양 배지의 존재하에, 그 흡수는 약간 느려지고 그 정도도 감소하는 것으로 밝혀졌다.

도 10은 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체로 항온배양시킨 다음, 0.1M pH 7.0 인산칼륨 완충액으로 2회 세척하여 세포독성에 영향을 끼칠 수 있는 세포외 또는 느슨하게 결합된 광감제를 제거한 이.콜라이 세포 ml당 CFU의 로그 변화를 나타낸 것이다. 0.1 W에서 4분 동안 레이저광 (665nm)을 사용하여 조명하였다. 그 결과는 세척 및 비세척 세포 ml당 CFU에서의 로그 변화 사이의 차이가 거의 없는 것으로 나타났는데, 이는 세포사를 유발하는 것이 단단히 결합된 광감제임을 나타내는 것이다. 현재, 세균 세포 내로의 광감제의 정밀한 국소화는 공지되지 않았으나 그 광역학적 작용은 유효하며 소생불가능이다.

어둠속에서의 이.콜라이 배양의 증식에 대해 상이한 페노티아지늄 화합물의 효과에 대한 데이터를 대조군과 비교하여 도 11에 나타내었다. 어둠속에서 37℃에서 6시간 동안 항온배양시키고, 측정치들은 앞서 기술한 바와 같이 550nm에서 겉보기 혼탁도를 기준으로 하였다. 페노티아지늄 화합물을 함유하는 모든 배양에서 대조군에 비해 증식이 감소한 것으로 나타났고, 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체가 세균 현탁액중에 세포의 수에서 가장 큰 억제를 나타내었다. 이러한 어둠 억제는 광 속에서의 세포 비활성화에서 관찰된 것 보다 덜한 많은 등급의 강도임이 강조된다.

추가의 연구가 수행되었는데, 테트라-n-부틸 유도체를 단독으로 사용하여 세 균 증식에 대한 광감제와 광의 효과를 측정하였다. 도 12에 나타낸 이들 데이터는, 3시간 후 광감제를 첨가한 증식 세균에 있어서, 어둠 속에서는 증식이 계속되었으나, 광속에서는 증식이 완전히 배제됨을 명백히 나타낸다. 또한 데이터는 이러한 광감제의 매우 강력한 광항균 효과를 설명한다.

도 13은 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체로 항온배양시킨 후의 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa)의 세포 생존율(%)을 나타낸 것이다. 0.1 W에서 레이저광 (665nm)을 사용하여 조명하였다. 피. 아에루기노사는 그램 음성 유기체로서 이는 궤양 및 화상 상처의 감염을 포함하는 다수의 피부 질환과 일반적으로 관련되어 있다. 도면은 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체가 이러한 유기체를 극히 효율적으로 광역학적으로 비활성화시킬 수 있음을 나타낸다. 0.1 W에서 레이저광 (665nm)을 사용한 단지 2분 동안의 조명 시간으로, 99% 초과의 세포 사멸을 유도하는 반면, 조명 시간을 10분으로 증가하면, 약 4 로그의 세포 사멸을 초래한다. 대조의 연구는 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체를 사용하고 광감제의 부재하에 조명 단독으로 인한 세포수의 감소는 전혀 없음을 나타내었다.

도 14는 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄으로 항온배양시킨 후, 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)의 세포 생존율(%)을 나타낸 것이다. 0.1W에서 레이저 광 (665 nm)을 사용하여 조명하였다. 에스. 아우레우스는 두꺼운 외부 펩티도글리칸 층을 갖고 외부 지질다당류는 전혀 없다는 점에서 그램 음성 유기체와 상이한 그램 양성 유기체이다. 세균 구조는 거의 모든 통상적으로 사용되 는 항생제에 내성인 MRSA(메티실린 내성 에스. 아우레우스)에서와 동일하다. 데이터는 단지 1분의 조명후에 약 99%의 세균이 비활성화되고 10분 후에 약 5 log의 세포 사멸을 나타내는데, 이는 그램 양성 세균에 대한 테트라-n-부틸 유도체의 매우 높은 광활성을 나타내는 것이다.

광감제가 또한 항생제 내성 형태 MRSA에 대해 또한 활성인지를 측정하는 것이 중요한데, 이는 주요 건강 및 산업 부분에 사용되기 때문이다. 도 15는 0.1W에서 665nm 레이저 광을 사용하여 조명하고 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체와 항온배양시킨 후의 MRSA의 세포 생존율(%)을 나타내는 것이다. 데이터는 이러한 광감제가 MRSA를 사멸하는데 또한 매우 광활성임을 명백히 나타낸다.

페노티아지늄 유도체의 항진균성

광속에서 진균 세포를 사멸시키는 테트라부틸 유도체의 효능을 시험하기 위해서, 광감제를 칸디다 알비칸 세포와 항온배양시키고, 배양물을 상기한 바와 같은 레이저 광으로 처리하였다. 결과는 도 16에 나타내었는데, 여기서, 이러한 진핵 유기체도 또한 용이하게 파괴됨이 명백하다. 따라서, 이러한 광감제는 또한 많은 통상의 감염, 예를 들어 아구창에 원인이 되는 이러한 진균성 유기체에 대해 매우 높은 광활성을 띤다.

세균 세포 대 포유동물 조직의 선택성

숙주 조직에 최소한의 손상만 주면서 미생물을 파괴하는 것이 치료학적 목적에 있어서 매우 중요하다. 이를 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체의 용액을 실험용 마우스의 귀에 도포하고, 총 용량이 세균 또는 진균 제거를 위해 필요한 양의 약 20배가 되는 조건하에 조명함으로써 시험하였다. 숙주 조직에 대한 가능한 효과를 귀 두께의 증가를 측정함으로써 평가하였다. 이는 피부에서의 광역학 반응을 탐지하기 위한 표준 모델이다. 도 17은 연장된 피부 반응을 유발하는 것으로 공지되어 있는 포토프린에 상응하는 약물인 PHP의 정맥내 투여로부터 수득된 결과와 비교하여 수득한 데이터를 나타낸 것이다. 도 17로부터 예측대로 PHP로부터의 반응이 매우 강한 반면, 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체로부터의 반응이 거의 없거나 전혀 없음이 명백한데, 이는 포유동물 조직이 항균 처리 동안 손상되지 않았음을 암시하는 것이다.

광표백

광표백은 광감제로부터 탐지가능한 색상을 제거하여 이를 비활성화시키는 경향이 있으며 광 및 환원 또는 산화에 대한 이의 불안정성의 결과이다. 이러한 광표백은 가능한 적용에 따라 이점 또는 단점을 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 광표백은 라인 및 카테터의 코팅에서 바람직하지 않다. 두 세트의 실험을 수행하였으며; 상기에서 기재한 바와 같이 트립토판의 존재 및 부재하에 하나는 고용량의 광(9.0mW/cm²)에서 다른 하나는 저용량의 광(1.3mW/cm²)에서이다. 트립토판의 존재 및 부재하의 저용량 광에서 흡수 스펙트럼은 페노티아지늄 화합물의 어느 것에도 변화가 일어나지 않았음을 나타내며, 이는 이들 화합물이 이러한 용량에서 안정함을 입증하는 것이다. 고용량의 광에서 스펙트럼은 메틸렌 블루에 대해 관찰되었는데, 이는 광표백을 의미하는 것이다. 1시간 조명동안 최대 흡광도가 감소했고 파 장 피크는 이동하였다. 이러한 변화가 트립토판의 존재 및 부재하에 동일한 정도로 일어났다. 그러나, 다른 페노티아지늄 화합물 그 어느 것도 이러한 퇴행을 나타내지 않았고 고용량의 광에서 광표백에 안정한 상태로 유지되었다.

중합체에서 포함되거나 중합체 표면에 결합 또는 흡착되기에 적합한 화학식 I의 페노티아지늄 화합물

(a) 중합체내의 포함

실시예

디클로로메탄 (10cm³)중의 셀룰로즈 트리아세테이트 (0.5 g)의 투명한 용액에 광감제 [I, X = Y = n-Bu) (0.01g)를 가하고 혼합물을 광감제가 완전히 용해될 때까지 교반하였다. 이어서 용액을 유리판에 캐스팅하고 서서히 건조시켜 투명한 청색 필름을 수득하였다. 당해 필름은 광노출시 전형적인 단일항산소 발생 특성을 나타내었다. 따라서 필름을 함유하는 톨루엔중의 테트라페닐사이클로펜타디에논(특징적인 단일항산소 탐지제)의 통기 적색 용액을 40W 텅스턴 필라멘트 램프로부터의 광에 노출시켜 신속히 표백하였다. 필름의 부재하에 동일한 기간 동안에 조사할 경우 동일한 용액은 전혀 표백되지 않는 것으로 나타났다.

(b) 중합체상으로 흡착

하기 반응식에 따라 페노티아지늄 화합물 Ia 및 Ib를 제조하고 암청색 고체로서 분리하였다. 이들을 질량분석법으로 특정화하였다.

화학식 Ia의 경우 R = n-Pr이고, 화학식 Ib의 경우 R = n-Bu이다.

화합물(Ia 및 Ib)은 매우 강염기여서 묽은 산에 용이하게 양성자화되어 하기 화합물(IIa) 및 (IIb)를 각각 생성하는데, 이는 중합체 표면, 예를 들어 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리우레탄에 강하게 흡착할 수 있어 물 또는 용매에 의해 제거하기가 상당히 곤란하다. 또는, 화합물 Ia 또는 Ib를 산성 표면에 직접 흡착시켜 이의 상응하는 양이온성 염을 직접 수득할 수 있다:

화학식 IIa의 경우 R = n-Pr이고, 화학식 IIb의 경우 R = n-Bu이다.

(c) 중합체 기판으로의 페노티아지늄 광감제의 공유 결합

유도체 Ia 및 Ib

화합물 Ia 및 Ib는 광감제 유닛을 중합체에 공유 결합시키는 수단을 제공할 수 있는 여러 치환 반응에서 친핵제로서 매우 반응성인 것으로 입증되었다.

따라서 하기 반응식에 예시한 바와 같이 무수물이 생성되는 반응이 일어났다:

실시예:

폴리에틸렌-그래프트-말레산 무수물(1.0g)을 가온하면서 톨루엔(25cm³)중에 용해시켰다. 광감제 Ia(0.20g)를 가하고 반응 혼합물을 환류하에 1시간동안 가열하였다. 혼합물을 메탄올에 붓고 침전물을 여과하고, 메탄올로 세척하고 건조시켜 광감제-결합된 공중합체를 암청색 분말(1.1g)로서 수득하였다. 광감제의 중합체로의 공유 결합은 디클로로메탄중에 분말을 용해시키고 메탄올을 가하여 이를 침전시킴으로써 확인하였다. 상층액중에 청색은 전혀 남아있지 않았다.

유사한 친핵성 치환 반응이 에스테르 그룹 함유 중합체를 사용하면, 즉 하기와 같이 일어날 것이다.

페노티아지늄 유도체 Ia 및 Ib는 또한 클로로트리아진 유도체에 매우 반응성이고, 이의 중합체로의 결합은 하기 반응식에 따라 수행될 수 있다:

상기 반응식에서,

폴리아미드 중합체의 경우 X = -NH-(중합체)이고,

셀룰로즈 중합체의 경우 X = -O-(중합체)이다.

또는, 이전 실시예에서의 잔류 염소를 다른 반응성 그룹으로 하기 반응식에서와 같이 대체시킬 수 있다:

상기 반응식에서,

X 및 Y = -NH-(중합체)이거나,

X 및 Y = -O-(중합체)이거나,

X는 아민 -NHR 또는 -NRR'일 수 있고, Y = -NH-(중합체) 또는 -O-(중합체)이다.

이들이 페노티아지늄 유도체를 중합체에 결합시키는 유일한 방법이 아니고, 당업자에게 공지된 현존하는 중합체-그래프팅 화학 작용을 근거로 하여 다른 방법들이 이용될 수 있다.

실시예:

탄산나트륨(0.20g) 및 염화시아누르(0.30g)를 무수 아세톤(170cm³)중의 광감제 Ia(0.26g) 용액에 실온에서 가하고, 혼합물을 15분동안 교반하였다. 투명 셀룰로즈 필름(2.2g) 시이트를 수산화나트륨 수용액(1M; 500cm³)에 10분동안 함침시킨 다음 세척하여 수산화나트륨을 제거하였다. 이어서 이를 광감제 용액에 도입하고 교반 혼합물을 50℃에서 15분동안 가열하였다. 물(200ml)을 가하고 혼합물을 60℃에서 30분동안 가열하였다. 이어서 청색 셀룰로즈 필름을 제거하고 물로 세척한 다음, 탄산나트륨 용액(6%)에서 가열하여 미고정 염료를 제거하였다. 셀룰로즈로의 공유 결합은 비등 탄산나트륨 용액 또는 비등 메탄올중에서 필름을 가열함으로서 확인하였는데, 이때 청색은 전혀 제거되지 않았다. 필름은 광노출시 전형적인 단일항산소 발생 특성을 나타내었고, 톨루엔중의 테트라페닐사이틀로펜타디에논의 공기포화 용액에 함침시키고 40W 텅스텐 필라멘트 램프로부터의 광에 노출시킬 경우, 적색 디에논이 필름을 전혀 함유하지 않는 동일한 용액보다 더 신속하게 표백되었다.

문헌참조

Wainwright M, Phoenix DA, Laycock SL, Wareing DRA, Wright PA. (1998).

스타필로코커스 아우레우스의 메티실린-내성 균주에 대한 페노티아지늄 염료의 광항균 활성. FEMS Microbiology Letters 160,177-181.

Wagner SJ, Skripchenko A, Robinette D, Foley JW, Cincotta L (1998). 일 련의 페노티아진 염료에 의해 바이러스 광비활성화에 영항을 미치는 인자. Photochemistry and Photobiology 67, 343-349.

표 2. 페노티아진의 화학적 특성 및 RIF-1 뮤린 섬유육종 세포에서의 광독성, 암독성, 세포 흡수 및 세포내 국소화

화합물 (치환기 R)	단일항산소 발생¹	PDT LD₅₀ (uM)²	암 LD₅₀:PDT LD₅₀ 비²	PDTLD₅₀에서의 흡수 (nmol/mg 단백질)³	초기 국소화⁴	재국소화 + 광⁴	LogP
화합물 E (메틸)	47	54	3	>4.6	리소좀	핵	-1.0
화합물 F (에틸)	42	3.9	27	2.9	리소좀	리소좀	+0.2
화합물 A (프로필)	40	0.42	19	0.9	리소좀	미토콘드리아	+1.1
화합물 B (부틸)	41	1.1	7	3.1	리소좀	미토콘드리아	+1.1
화합물 C (펜틸)	39	0.74	10	1.6	리소좀	미토콘드리아	+1.7
화합물 D (헥실)	35	2.1	4	1.6	리소좀	미토콘드리아	+1.3

¹ 90% DMF : 10% 물 중의 페노티아진 화합물 100mg/ml를 사용하고 적색광 조명 10분 후의 1,3-디페닐이소벤조푸란의 광산화율 %.

²세포를 2시간동안 페노티아진과 항온배양시켰다. 광독성 측정에 있어서, 세포를 3J/cm²665nm 백색광으로 조명하였다. 암독성을 동시에 측정하였다. 세포 생존율을 MTT 검정을 사용하여 24시간후에 평가하였다.

³세포를 2시간동안 페노티아진 화합물과 항온배양시켰다. 세포를 2% SDS에 가용화시키고 페노티아진 수준을 형광으로 측정하였다.

⁴세포를 2시간동안 PDT LD₅₀ 농도의 페노티아진과 항온배양시키고 630nm 광으로의 조명 10분 동안 및 10분 전에 형광 이미지를 포획하였다.

표 3. 사람 종양 세포주에서의 페노티아진의 광독성 및 암독성

화합물(R)	OE33¹	SiHa²	HT1376³	HT29⁴
화합물 E(메틸) -PDT LD₅₀(uM) -암 LD₅₀:PDT LD₅₀ 비	43.5±1.8 2.0	18.7±1.0 1.0	37.9±10.1 1.6	88.5±6.1 1.5
화합물 A(프로필) -PDT LD₅₀(uM) -암 LD₅₀:PDT LD₅₀ 비	0.30±0.09 11	0.075±0.015 80	0.20±0.13 13	0.22±0.04 18
화합물 B(부틸) -PDT LD₅₀(uM) -암 LD₅₀:PDT LD₅₀ 비		0.28±0.06 18
화합물 C(펜틸) -PDT LD₅₀(uM) -암 LD₅₀:PDT LD₅₀ 비		0.29±0.06 11	0.75±0.22 6	1.49±0.41 4

¹ 식도 생암종

²자궁경부 편평세포 암종

³방광 전이성 세포암종

⁴결장생암종

세포를 2시간동안 페노티아진과 항온배양시켰다. 광독성 측정에 있어서 세포에 3J/cm²(10mW/cm²)665nm 광으로 조명하였다. 암독성을 동시에 측정하였다. 세포 생존율을 설포르호드아민 B(SRB) 검정법을 사용하여 48시간후에 평가하였다.

도 1은 타입(I)의 대칭적으로 치환된 티아진의 항종양 광역학 효능(종양 괴사 %)을 나타낸 도면이고,

도 2는 약물과 광 투여 사이의 시간 간격의 함수로서 테트라-n-프로필 및 테트라-n-펜틸 유도체의 항종양 광역학 효능(종양 괴사율 %)을 나타낸 도면이고,

도 3은 폴리헤마토포르피린(PHP:포토프린에 상응)과 비교한 테트라-n-부틸 및 테트라-n-펜틸 유도체로 인한 상대적인 피부 광감성을 나타낸 도면이고,

도 4는 10μM 페노티아지늄 화합물과 30분 동안 항온배양시키고 60분 동안 1.3mW/cm²에서 조명한 이. 콜라이 ml 당 집락형성단위(CFU)에서의 로그 변화를 나타낸 도면이고,

도 5는 상이한 농도의 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체와 30분 동안 항온배양시키고 15분 동안 1.3mW/cm^-2에서 조명한 이. 콜라이 ml당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 도면이고,

도 6은 10μM 페노티아지늄 화합물과 30분 동안 항온배양시키고 60분 동안 1.3mW/cm²에서 조명한 후의 증식정지기의 이. 콜라이 ml 당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 도면이고,

도 7은 영양 배지에서 재현탁시킨 이. 콜라이 ml 당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 도면이고,

도 8은 10μM 페노티아지늄 화합물과 30분 동안 항온배양시키고 레이저 광(665nm)으로 단지 4분 동안 0.1W에서 조명한 이. 콜라이 ml당 CFU에서의 로그 변화를 나타낸 도면이고,

도 9는 30분 항온배양시킨 후, 이.콜라이 세포로의 10μM 페노티아지늄 화합물의 흡수를 나타내는 도면이고,

도 10은 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체로 항온배양시킨 다음, 0.1M pH 7.0 인산칼륨 완충액으로 2회 세척하여 세포독성에 영향을 끼칠 수 있는 세포외 또는 느슨하게 결합된 광감제를 제거한 이.콜라이 세포 ml당 CFU의 로그 변화를 나타낸 도면이고,

도 11은 어둠속에서의 이.콜라이 배양의 증식에 대해 상이한 페노티아지늄 화합물의 효과에 대한 데이터를 대조군과 비교하여 나타낸 도면이고,

도 12은 3시간 후 광감제를 첨가한 증식 세균에 있어서, 어둠 속에서는 증식이 계속되었으나, 광속에서는 증식이 완전히 배제됨을 명백히 나타내는 데이타이며,

도 13은 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체로 항온배양시킨 후의 슈도모나스 아에루기노사(Pseudomonas aeruginosa)의 세포 생존율(%)을 나타낸 나타낸 도면이고,

도 14는 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄으로 항온배양시킨 후, 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)의 세포 생존율(%)을 나타낸 도면이고,

도 15는 0.1W에서 665nm 레이저 광을 사용하여 조명하고 10μM 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체와 항온배양시킨 후의 MRSA의 세포 생존율(%)을 나타내는 나타낸 도면이고,

도 16은 페노티아지늄 유도체의 항진균성에 대한 결과를 나타내는 도면이고,

도 17은 연장된 피부 반응을 유발하는 것으로 공지되어 있는 포토프린에 상응하는 약물인 PHP의 정맥내 투여로부터 수득된 결과와 비교하여 수득한 데이터를 나타낸 것이다. 도 17로부터 예측대로 PHP로부터의 반응이 매우 강한 반면, 테트라-n-부틸 페노티아지늄 유도체로부터의 반응이 거의 없거나 전혀 없음이 명백한데, 이는 포유동물 조직이 항균 처리 동안 손상되지 않았음을 암시하는 것이다.

Claims

화학식 (I)의 페노티아지늄 화합물:

상기 식에서,

A 및 B는 각각 독립적으로,

또는
이고, 여기서, Z는 CH₂, O, S, SO₂, NH, NCH₃, NC₂H₅, NCH₂CH₂OH 또는 NCOCH₃이고, R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로, 선형 또는 분지형 C_nH_2nY(여기서, n은 1 내지 6이고, Y는 H, F, Cl, Br, I, OH, OCH₃, OC₂H₅, OC₃H₇, CN 또는 OCOCH₃이다)이고,

X^p-는 상대음이온이고, P는 1, 2 또는 3이나,

A와 B 둘 모두가 -N(CH₃)₂이거나 -N(CH₂CH₃)₂인 화합물은 제외된다.
제 1항에 있어서, 상대음이온이 Cl^-, Br^-, I^-, F^-, N0₃ ^-,HSO₄ ^-, CH₃CO₂ ^-, 또는 이가음이온인 S0₄ ^2- 또는 HP0₄ ^2-, 또는 삼가음이온인 PO₄ ^3-로부터 선택되는 화합물.
제 1항에 있어서, A와 B가 동일하며, R¹과 R² 둘 모두가 n-프로필, n-부틸 또는 n-펜틸인 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 미생물에 대해 사용하기 위한 화합물.
제 4항에 있어서, 세균에 대해 사용하기 위한 화합물.
제 4항 또는 제 5항에 있어서, 항생제 내성 세균에 대해 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, PDT제 또는 광진단제로서 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 약제로서 사용하기 위한 화합 물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 피부 및 다른 국소 감염의 항균 처리제, 화상 상처 및 다른 환부의 멸균제, 및 치아 세균 질환의 치료제로서 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 전암성 질환, 암, 각막 질환을 포함하는 안 질환, 혈관 질환 예컨대, 심혈관 질환, 동맥경화증, 재협착증, 자가면역 질환 예컨대, 류마티스 관절염, 피부 질환 예컨대, 건선, 여드름 및 엑세마(excema), 및 기타 양성 질환(benign condition) 예컨대, 자궁내막증 및 월경과다를 치료하는데 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 표면 및 유체 멸균을 위한 광활성화된 항균제로서 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 광화학 내면화 (photochemical internalisation)에 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 있어서, 광검파 및/또는 광진단에 사용하기 위한 화합물.
제 1항 내지 제 13항중의 어느 한 항에 따른 화합물과 중합체간에 형성된 컨쥬게이트 또는 복합물.
제 14항에 있어서, 중합체가 무수물 및/또는 에스테르 그룹을 포함하는 컨쥬게이트 또는 복합물.
제 1항 내지 제 13항중의 어느 한 항에 따른 화합물과 클로로트리아진 유도체간의 반응에 의해 형성된 화합물.
제 16항에 있어서, 클로로트리아진 유도체가 클로로트리아진 그룹이 부착된 중합체임을 특징으로 하는 화합물.
희석제 또는 부형제와 제 1항 내지 제 17항중의 어느 한 항에 따른 화합물, 컨쥬게이트 또는 복합물을 포함하는 조성물.
치료학적 유효량의 제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 따른 화합물을 피검체에 투여하고, 피검체를 광에 노출시켜 화합물을 활성화시키는 것을 포함하여, 전암성 질환, 암, 각막 질환을 포함하는 안 질환, 혈관 질환 예컨대, 심혈관 질환, 동맥경화증, 재협착증, 자가면역 질환 예컨대, 류마티스 관절염, 피부 질환 예컨 대, 건선, 여드름 및 엑세마, 및 기타 양성 질환 예컨대, 자궁내막증 및 월경과다를 치료하기 위한 방법.
제 19항에 있어서, 투여된 화합물이, R¹ 및 R²가 n-프로필인 제 3항에 정의된 바와 같은 화합물이며, 광노출이 약물 투여 시점으로부터 10분 이하 동안 제공되는 방법.
제 20항에 있어서, 광노출이 약물 투여 후 1분 동안 제공되는 방법.
제 20항에 있어서, 광노출이 약물 투여 시점에만 제공되는 방법.
제 19항에 있어서, 투여된 화합물이, R¹ 및 R²가 n-펜틸인 제 4항에 정의된 바와 같은 화합물이며, 광노출이 약물 투여 시점으로부터 1시간 이하 동안 제공되는 방법.
치료학적 유효량의 제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 따른 화합물을 치료할 부위로 도포하고, 이 부위를 광에 노출시켜 화합물을 활성화시키는 것을 포함하여, 미생물 감염, 화상 상처 및 다른 환부, 및 치아 세균 질환을 치료하는 방법.
제 24항에 있어서, 투여된 화합물이, R¹ 및 R²가 n-부틸인 제 5항에서 정의된 바와 같은 화합물인 방법.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 따른 화합물을 표면 또는 유체에 도포하고, 광에 의해 화합물을 활성화시키는 것을 포함하여, 표면 또는 유체를 멸균시키는 방법.
제 1항 내지 제 3항중의 어느 한 항에 따른 화합물, 컨쥬게이트 또는 복합물이 부착된 하나 이상의 표면을 갖는 물품.
제 27항에 있어서, 부착이 공유결합 또는 분자간 상호작용에 의해 형성되는 물품.
제 27항 또는 제 28항에 있어서, 의료 기기인 물품.
제 27항 또는 제 28항에 있어서, 식품 산업에 사용되는 물품.