相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年3月2日提交的美国临时专利申请号 61/448,556的优先权，所述专利申请以引用的方式整体并入本文。
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明是在政府支持下根据美国国立卫生研究院授予的R43 DK083819进行。政府在本发明中享有某些权利。
背景
糖尿病是由体内胰岛素缺乏或对胰岛素的抵抗造成的疾病。I型 糖尿病是自身免疫性疾病，该疾病损伤胰腺中胰岛的β细胞，从而导 致体内的胰岛素的量不足。不进行胰岛素治疗，I型糖尿病是致命的。 II型糖尿病是由胰岛素产生不足或患者的身体不能对胰岛素做出适 当的响应引起的。与II型糖尿病相关联的胰岛素抵抗阻止适当水平 的血糖进入细胞被储存形成能量，从而导致血流中的高血糖症。传统 上，通过每天重复皮下注射胰岛素来治疗I型糖尿病。II型糖尿病也 用胰岛素治疗，通常与其它药物组合口服或注射。需要每天多次注射 胰岛素，和通过膳食控制和血液测试小心监测患者的血糖水平。使用 胰岛素泵作为通过注射器每天多次注射胰岛素的替代方案。然而，胰 岛素泵是昂贵的，必须佩带大部分时间，并且需要血液测试以便确定 待递送至患者体内的胰岛素的量。血液测试需要患者抽取血液样品 (通常从手指)并且测试所述血液样品的葡萄糖浓度。可以获得血糖监 测系统，所述系统使用放置在皮肤下的传感器来周期性地监测组织间 液中的葡萄糖的量。这些系统需要校准，典型地导致两根手指每天刺 破，并且是昂贵的。此外，血液中葡萄糖的浓度与组织间液中葡萄糖 的浓度之间存在时滞。
对以下系统或装置存在需求：直接地响应于增加的葡萄糖浓度递 送控制量的胰岛素，而不需要患者或医学专业人士连续地监测血糖水 平、确定待注射的胰岛素的适当的量、并且整天周期性地注射胰岛素。
概述
提供包含治疗性化合物的囊泡组合物。所述囊泡组合物可以能够 响应于外部引发剂的存在释放所述治疗性化合物。所述囊泡组合物可 以包含多个生物相容性囊泡。所述生物相容性囊泡可以包含用于治疗 有需要的患者的治疗性化合物，和所述生物相容性囊泡中的两个或更 多个之间的一个或多个交联键，每个交联键包含化学传感部分和感测 部分。在一些实施方案中，所述治疗性化合物可以是向患者提供舒减、 治愈或其它有益作用的任何化合物。所述囊泡组合物可以适合用于注 射至患者体内。
还提供囊泡组合物，所述组合物包含多个生物相容性囊泡，所述 生物相容性囊泡包含用于治疗有需要的患者的治疗性化合物，和所述 生物相容性囊泡中的两个或更多个之间的一个或多个交联键，每个交 联键包含硼酸部分或硼酸衍生物部分和糖部分。
此外，本文提供用于向有需要的患者施用治疗性化合物的方法。 这些方法可以包括将囊泡组合物不经肠地注射至需要治疗的患者体 内，所述囊泡组合物包含治疗性化合物；和响应于引发事件将所述治 疗性化合物释放至所述患者体内。
还提供用于治疗医学病状的方法，所述方法包括将囊泡组合物施 用至需要治疗的患者体内，其中所述囊泡组合物负载有用于治疗有需 要的患者的治疗性化合物；和响应于引发事件将所述治疗性化合物释 放至所述患者体内。
一般性描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，并且不欲限 制本发明，本发明在权利要求书中定义。鉴于本文提供的详细描述， 其它实施方案对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。
附图简述
在附图中，给出化学式、化学结构以及实验数据与以下提供的详 细说明一起描述所要求保护的发明的实例实施方案。
图1示出囊泡组合物的一个实施方案。
图2示出囊泡组合物的一个实施方案。
图3示出囊泡组合物的一个实施方案。
图4示出海拉细胞的代表性影像，所述影像示出硼酸衍生物治疗 对NF-κB的核定位或细胞质定位的作用。
图5A示出与未处理的对照(UTC)和脂多糖(LPS)相比，用游离(深 色条)4-氨基羰基苯基硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形 式的那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞中NF-κB分子的核分 数与细胞质分数之间的皮尔逊(Pearson)相关系数(PCC)。
图5B示出与未处理的对照(UTC)和脂多糖(LPS)相比，用游离(深 色条)3-氨基苯基硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的 那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞中NF-κB分子的核分数与 细胞质分数之间的皮尔逊相关系数(PCC)。
图5C示出与未处理的对照(UTC)和脂多糖(LPS)相比，用游离(深 色条)5-氨基-2,4-二氟苯基硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合 物形式的那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞中NF-κB分子的 核分数与细胞质分数之间的皮尔逊相关系数(PCC)。
图5D示出与未处理的对照(UTC)和脂多糖(LPS)相比，用游离(深 色条)3-氟代-4-氨基甲基苯基硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀 合物形式的那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞中NF-κB分子 的核分数与细胞质分数之间的皮尔逊相关系数(PCC)。
图5E示出与未处理的对照(UTC)和脂多糖(LPS)相比，用游离(深 色条)4-氨基嘧啶硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的 那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞中NF-κB分子的核分数与 细胞质分数之间的皮尔逊相关系数(PCC)。
图6A示出与UTC和LPS相比，用游离(深色条)4-氨基羰基苯基 硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的那些硼酸衍生物 (浅色条)处理的海拉细胞的存活分数。
图6B示出与UTC和LPS相比，用游离(深色条)3-氨基苯基硼酸 和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的那些硼酸衍生物(浅色 条)处理的海拉细胞的存活分数。
图6C示出与UTC和LPS相比，用游离(深色条)5-氨基-2,4-二氟 苯基硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的那些硼酸衍 生物(浅色条)处理的海拉细胞的存活分数。
图6D示出与UTC和LPS相比，用游离(深色条)3-氟代-4-氨基甲 基苯基硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的那些硼酸 衍生物(浅色条)处理的海拉细胞的存活分数。
图6E示出与UTC和LPS相比，用游离(深色条)4-氨基嘧啶硼酸 和每一种呈DSPE-PEG-COOH的缀合物形式的那些硼酸衍生物(浅色 条)处理的海拉细胞的存活分数。
图7示出4-氨基羰基苯基硼酸的结合常数计算的代表性曲线图。
图8示出不同硼酸衍生物的结构、葡萄糖结合亲和性、在80nM 下的海拉细胞存活百分比以及在80nM下的海拉细胞中NF-κB分子 的核分数与细胞质分数之间的PCC。
图9示出四种代表性硼酸-糖囊泡组合物的累积释放曲线图。
图10A示出与用5mM、7mM以及10mM PBS引发相比，来自 用5mM、7mM以及10mM葡萄糖引发的4-氨基羰基苯基硼酸-糖 囊泡组合物的胰岛素的释放累积曲线图。
图10B示出与用5mM、7mM以及10mM PBS引发相比，来自 用5mM、7mM以及10mM葡萄糖引发的4-氨基羰基苯基硼酸-糖 囊泡组合物的胰岛素的释放差分曲线图。
图11A示出来自用10mM、30mM以及40mM葡萄糖引发的 4-氨基羰基苯基硼酸-糖囊泡组合物(“4-氨基羰基苯基硼酸AVT”)和 伴刀豆球蛋白A囊泡组合物(“ConA-AVT”)的胰岛素的释放累积曲线 图。
图11B示出来自用10mM、30mM以及40mM葡萄糖引发的 4-氨基羰基苯基硼酸-糖囊泡组合物(“4-氨基羰基苯基硼酸AVT”)和 伴刀豆球蛋白A囊泡组合物(“ConA-AVT”)的胰岛素的释放差分曲线 图。
详细描述
通过参考与附图和实施例结合来进行的以下详细描述，可以更容 易地理解本发明，所述附图和实施例形成本公开的一部分。本发明不 限于本文描述和/或示出的具体装置、方法、应用、条件或参数。本 文使用的术语是仅出于通过举例描述具体实施方案的目的，并且不欲 具有限制性。如在本说明书和权利要求中所使用，单数形式“一个(a)”、 “一个(an)”以及“所述(the)”包括复数。然而，术语“多个”意指超过一个。 除非上下文另外清楚地指明，否则提及具体数值至少包括那个具体 值。当表达值的范围时，另一个实施方案包括从所述一个具体值和/ 或到另一个具体值。所述具体值形成另一个实施方案。当术语“约” 与数值一起使用时，意欲包括所述数值的±10%。例如，“约10”可以 意指从9至11。
就本说明书或权利要求中使用术语“包括(includes)”或“包括 (including)”来说，它意欲是以与术语“包含(comprising)”类似的方式具 有包括性，如当该术语用作权利要求中的过渡词时所被解释。此外， 就使用术语“或”(例如，A或B)来说，它意欲表示“A或B或两者”。 当申请人意欲表示“仅A或B而不是两者”时，那么将使用术语“仅A 或B而不是两者”。因此，本文术语“或”的使用是包括性的，而不是 排除性的使用。
为清楚起见，本文在单独的实施方案的上下文中描述的本发明的 某些特征还可以在单个实施方案中以组合提供。相反，为简洁起见， 在单个实施方案的上下文中描述的本发明的不同特征还可以单独地 或以任何子组合提供。
通过参考图1、图2以及图3，可以更容易地理解本发明。在图 1中，示出囊泡组合物1的一个实施方案的示意图。如图1中所示， 囊泡组合物1包含多个生物相容性囊泡2。在一个实施方案中，所述 多个生物相容性囊泡2可以是(例如)无毒和生物可降解的。如图1中 所示，囊泡组合物1进一步包含一个或多个化学传感部分3。在一个 实施方案中，所述一个或多个化学传感部分3可以是(例如)能够可逆 地与缀合物部分键合的一个或多个化学部分。如图1中所示，囊泡组 合物1进一步包含一个或多个感测部分4。在一个实施方案中，所述 一个或多个感测部分4可以是(例如)能够可逆地与化学传感部分(例 如，3)键合的化学部分。如本文所用，短语“感测部分”可以包括连接 至生物相容性囊泡(如图1中所示)的结合感测部分和游离感测部分， 所述游离感测部分是未结合至生物相容性囊泡但存在于生理环境 (即，患者体内的环境)中的感测部分。回到图1，第一生物相容性囊 泡2连接至化学传感部分3，而第二生物相容性囊泡2连接至感测部 分4。当化学传感部分3和感测部分4连接在一起时形成交联键5。
图2示出囊泡组合物1的另一个实施方案。第一生物相容性囊泡 2连接至聚合物连接子6，并且所述聚合物连接子6连接至化学传感 部分3。第二生物相容性囊泡2连接至感测部分4。当化学传感部分 3和感测部分4连接在一起时形成交联键5。
图3示出囊泡组合物1的再另一个实施方案。第一生物相容性囊 泡2连接至第一聚合物连接子6，并且所述第一聚合物连接子6连接 至第一化学传感部分3。第二生物相容性囊泡2连接至第二聚合物连 接子6，并且所述第二聚合物连接子6连接至第二化学传感部分3。 两个感测部分4连接在一起并且每个化学传感部分3连接至感测部分 4。当化学传感部分3和感测部分4连接在一起时形成交联键5。
生物相容性囊泡可以是能够携带治疗性化合物的任何生物相容 性粒子。所述生物相容性囊泡可以是具有内部部分的大致上球形的形 状。所述治疗性化合物可以携带于所述囊泡的内部部分中、所述囊泡 的壁中、连接至所述囊泡的外表面或以任何其它适合的手段携带。生 物相容性囊泡可以包括聚合物、脂质、蛋白质、碳水化合物、其它大 分子、水以及盐或其任何组合。例如，生物相容性囊泡可以包含由多 种脂质构成的脂质体。所述脂质可以包含饱和脂质。在一个实施方案 中，生物相容性囊泡可以包括二硬脂酰磷脂酰乙醇胺(DSPE)、二棕榈 酰磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二硬脂酰磷 脂酰胆碱(DSPC)或其任何组合。生物相容性囊泡可以具有足够的保 质期以便适合作为用于治疗性化合物的递送系统。在一个实施方案 中，生物相容性囊泡可以具有在从约2℃至约8℃下至少六个月的保 质期稳定性，或在室温下至少7天的保质期稳定性。
适合的囊泡组合物可以纳入治疗性化合物。在一个实施方案中， 所述治疗性化合物可以负载在所述生物相容性囊泡中或之上。在一个 实施方案中，所述囊泡组合物可以能够将所述治疗性化合物释放至患 者的生理环境中。患者的生理环境通常是血流，但可以是所述囊泡组 合物递送到的患者体内的任何环境。在一个实施方案中，所述治疗性 化合物将响应于生理环境中游离感测部分的存在从所述囊泡组合物 释放。在一个实施方案中，引发治疗性化合物释放的在生理环境中的 游离感测部分是试图通过所述治疗性化合物治疗的病状的症状。在囊 泡适合用于注射至患者体内的制剂中，基于囊泡组合物的总重量的治 疗性化合物的重量百分比可以是在从约0.1%至约30%或从约0.2%至 约20%或从约1%至约10%的范围内。治疗性化合物可以是施用至患 者以便提供舒减、治愈或其它有益作用的任何化合物。实例治疗性化 合物可以包括胰岛素和环丙沙星。在治疗性化合物是胰岛素的一些实 施方案中，胰岛素的存在浓度范围可以是从0.1mg/mL至10mg/mL 或从约0.5mg/mL至约5mg/mL或从约1mg/mL至约3mg/mL，如2 mg/mL。
在一些实施方案中，所释放的治疗性化合物的量与存在于患者的 生理环境中的感测部分的量相关。例如，所释放的治疗性化合物的量 和环境中的感测部分的量可以成线性比例或可以通过非线性函数相 关。因此，生理环境中游离感测部分的浓度的增加可以引发从囊泡组 合物释放的治疗性化合物的量增加。例如，囊泡组合物可以响应于在 生理环境中的属于糖类的游离感测部分的存在释放治疗性化合物胰 岛素。当糖游离感测部分的浓度增加时，所释放的胰岛素的浓度也可 以增加。实例糖类可以包括葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、果糖、 蔗糖或其任何组合。在一个实施方案中，可以通过生理环境中葡萄糖 的存在引发胰岛素的释放。在替代实施方案中，糖类可以用于引发除 胰岛素以外的治疗性化合物的释放。
在一些实施方案中，化学传感部分可以直接地连接至生物相容性 囊泡。连接子部分可以定位于化学传感部分与生物相容性囊泡之间。 在生物相容性囊泡是脂质体的实施方案中，连接子部分可以连接至作 为脂质体的一部分的脂质。连接子部分可以是生物可降解的聚合物部 分，如聚乙二醇(PEG)。连接子部分可以提供生物相容性囊泡与化学 传感部分之间的柔性。表征连接子部分的柔性的一种方式是聚合物部 分的每个重复单元中的不饱和键的密度。在一个实施方案中，包含连 接子部分的聚合物的每个重复单元可以包含至少一个不饱和键。表征 连接子部分的柔性的另一种方式是它的长度。当连接子部分是PEG 时，每个PEG部分可以独立地具有从约100Da至约10,000Da范围 内、如(例如)从约500Da至约5,000Da范围内的分子量。在一个实 施方案中，PEG连接子部分包含约10-100个乙二醇重复单元。在另 一个实施方案中，PEG连接子部分包含约30-60乙二醇重复单元。
感测部分可以能够(如)通过共价键连接至化学传感部分。感测部 分可以是连接至生物相容性囊泡的结合感测部分，其与化学传感部分 一起形成囊泡组合物中的交联键。或者，感测部分可以是游离感测部 分，其与结合感测部分竞争与化学传感部分的键合。在一个实施方案 中，生理环境中的游离感测部分可以用作引发剂以便通过竞争性地与 化学传感部分键合并且由此裂解生物相容性囊泡之间的交联键来释 放治疗性化合物。
感测部分可以与试图通过治疗性化合物治疗的疾病或病状相关。 例如，在试图通过治疗性化合物治疗的病状是糖尿病或导致高血糖症 的另一代谢病症的一些实施方案中，引发治疗性化合物的释放的游离 感测部分是糖。实例糖类可以包括葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、 果糖、蔗糖或其任何组合。在一个实施方案中，糖是葡萄糖。在待治 疗的病状是糖尿病或导致高血糖症的另一代谢病症并且游离感测部 分是糖的一些实施方案中，治疗性化合物可以是胰岛素。在试图治疗 的病状是炎症的一些实施方案中，引发治疗性化合物的释放的化合物 可以是一氧化氮。在一些实施方案中，淀粉状蛋白β42可以引发治 疗性化合物的释放以便治疗潜在斑块形成。在其它实施方案中，白蛋 白、碱性磷酸酯酶、丙氨酸转氨酶(ALT)、天冬氨酸转氨酶(AST)、 血液尿素氮(BUN)、钙、氯、二氧化碳、肌酸酐、直接胆红素、γ-谷 氨酰转肽酶(γ-GT)、葡萄糖、乳酸脱氢酶(LDH)、磷、钾、钠、总胆 红素、总胆固醇、总蛋白、尿酸或其任何组合可以充当游离感测部分。
化学传感部分和感测部分是可以能够可逆地彼此连接的化学基 团。连接可以是化学键，如共价键。化学传感部分与感测部分之间的 共价键可以能够在环境中存在竞争性游离感测部分的情况下裂解。当 囊泡组合物已经递送至患者体内时，化学传感部分与感测部分之间的 共价键可以能够在生理环境中存在游离感测部分的情况下裂解。当不 同化学传感部分连接至每个生物相容性囊泡时，由不同化学传感部分 和感测部分形成的交联键可以具有不同强度。交联键的裂解程度和治 疗性化合物的释放速率可以取决于所存在的强、弱以及中度交联键的 数量。
适合的化学传感部分可以包括硼酸或硼酸衍生物。实例硼酸衍生 物可以包括苯基硼酸盐、吡啶基硼酸盐以及环己基硼酸盐。在一个实 施方案中，硼酸衍生物可以是3-(N,N-二甲氨基)苯基硼酸；2,4-二氯 苯基硼酸；4-氨基羰基苯基硼酸；3-氯苯基硼酸；4-羟基苯基硼酸； 4-丙基苯基硼酸；3-[(E)-2-硝基乙烯基)苯基硼酸；4-氯羰基苯基硼酸 酐；环戊烯-l-基硼酸；2-溴吡啶-3-硼酸；2,4-二叔丁氧基嘧啶-5-基硼 酸；2,4-双(苄氧基)嘧啶-5-硼酸；5-苯基-2-噻吩基硼酸；5-甲酰基噻 吩-3-硼酸；或其任何组合。
在化学传感部分是硼酸或硼酸衍生物的实施方案中，感测部分可 以是糖。适合的糖类可以包括葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、果糖、 蔗糖或其任何组合。在一个实施方案中，当化学传感部分是硼酸或硼 酸衍生物时，感测部分可以是葡萄糖。在一些实施方案中，每个生物 相容性囊泡可以仅具有一种硼酸或硼酸衍生物与其连接。在其它实施 方案中，每个生物相容性囊泡可以具有一种硼酸或硼酸衍生物与其连 接或多于一种硼酸连接至它的表面。当不同硼酸衍生物连接至每个生 物相容性囊泡时，由不同硼酸衍生物形成的交联键可以具有不同强 度。交联键的裂解程度和治疗性化合物的释放速率可以取决于所存在 的强、弱以及中度交联键的数量。
可以以任何数量的方式来安排形成囊泡组合物的生物相容性囊 泡、化学传感部分、感测部分以及交联键。生物相容性囊泡可以各自 具有多个连接的部分，所述部分是化学传感部分、感测部分或两者。 或者，生物相容性囊泡各自可以仅具有一个连接的部分，为化学传感 部分或感测部分。而且，生物相容性囊泡各自可以具有任何数量的连 接的部分，其中一些生物相容性囊泡具有一个连接的部分并且其它生 物相容性囊泡具有多于一个连接的部分。在一些实施方案中，生物相 容性囊泡可以同时具有连接至同一生物相容性囊泡的化学传感部分 和感测部分。在一个实施方案中，生物相容性囊泡各自仅具有连接的 化学传感部分或仅具有连接的感测部分。适合的囊泡组合物可以包括 仅两个生物相容性囊泡。适合的囊泡组合物还可以包含约10个与约 108个之间的生物相容性囊泡。在一个实施方案中，囊泡组合物可以 包含102个与约107个之间的生物相容性囊泡。在一个实施方案中， 囊泡组合物可以包含103个与约107个之间的生物相容性囊泡。可以 以任何几何形状来安排连接至生物相容性囊泡的部分，所述几何形状 将允许化学传感部分与感测部分之间的交联键形成或裂解。可以以任 何几何形状将化学传感部分或感测部分安排在生物相容性囊泡上。在 一些实施方案中，所述部分将在生物相容性囊泡周围等距地隔开。在 其它实施方案中，部分将以随机方式连接至生物相容性囊泡。不管生 物相容性粒子、连接的部分以及它们形成的交联键的几何形状，囊泡 组合物都可以采用折叠的或以另外方式聚集的几何形状。在一些实施 方案中，囊泡组合物可以具有从约0.1微米至约50微米范围内的直 径。在一个实施方案中，囊泡组合物可以具有从约0.5微米至约30 微米范围内的直径。在一个实施方案中，囊泡组合物可以具有从约1 微米至约20微米范围内的直径。
囊泡组合物可以适合用于注射至患者体内。用于测量注射适合性 的一种方法是针对由包含化学传感部分的PEG-脂质组合物引起的炎 症的程度进行测试。针对炎症的程度的一种测量是NF-κβ蛋白质测 定。在一个实施方案中，使用NF-κβ测定测试的包含化学传感部分的 PEG-脂质组合物产生小于约0.2的PCC。在一个实施方案中，当包含 化学传感部分的PEG-脂质组合物的浓度是在从约40nM至160nM 的范围内(例如，约80nM)时，NF-κβ分子的核分数与细胞质分数之 间的PCC小于约0.2，例如，小于约0.1。在一个实施方案中，包含 化学传感部分的PEG-脂质组合物可以能够引起比化学传感部分单个 分子少的炎症，如通过NF-κβ移位测定所测量。
用于测量囊泡组合物的注射适合性的另一种方法是测量化学传 感部分的细胞毒性。如根据MTT细胞增殖测定所测量，如果化学传 感部分表征为引起大于约82%细胞存活，那么囊泡组合物适合用于注 射。当化学传感部分是以约40nM至约160nM范围内的浓度给药时， 如根据MTT细胞增殖测定所测量，化学传感部分可以表征为引起大 于82%细胞存活。
在另一个实施方案中，提供一种用于将治疗性化合物施用至有需 要的患者的方法，所述方法包括将囊泡组合物不经肠地注射至患者体 内，所述囊泡组合物包括治疗性化合物，并且响应于引发事件将治疗 性化合物释放至患者体内。囊泡组合物可以包括治疗性化合物、生物 相容性囊泡、一个或多个化学传感部分、一个或多个感测部分以及化 学传感部分与感测部分之间的交联键。在一个实施方案中，引发事件 是试图通过治疗性化合物治疗的病状的症状。在一个实施方案中，引 发事件可以是生理环境中游离感测部分的存在。在一些实施方案中， 生理环境中游离感测部分的浓度的增加可以导致治疗性化合物的释 放。
在一个实施方案中，所述方法可以包括施用化学传感器是硼酸或 硼酸衍生物，感测部分是糖，并且治疗性化合物是胰岛素的囊泡组合 物。在一个实施方案中，硼酸衍生物可以包括苯基硼酸盐、吡啶基硼 酸盐以及环己基硼酸盐。在一个实施方案中，硼酸衍生物可以是 3-(N,N-二甲氨基)苯基硼酸；2,4-二氯苯基硼酸；4-氨基羰基苯基硼酸； 3-氯苯基硼酸；4-羟基苯基硼酸；4-丙基苯基硼酸；3-[(E)-2-硝基乙烯 基)苯基硼酸；4-氯羰基苯基硼酸酐；环戊烯-l-基硼酸；2-溴吡啶-3- 硼酸；2,4-二叔丁氧基嘧啶-5-基硼酸；2,4-双(苄氧基)嘧啶-5-硼酸；5- 苯基-2-噻吩基硼酸；5-甲酰基噻吩-3-硼酸；或其任何组合。在化学 传感部分是硼酸或硼酸衍生物的实施方案中，感测部分可以是糖。实 例糖类可以包括葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖、果糖、蔗糖或其任 何组合。在一个实施方案中，当化学传感部分是硼酸或硼酸衍生物时， 感测部分是葡萄糖。在一些实施方案中，每个生物相容性囊泡仅具有 一种硼酸或硼酸衍生物与其连接。在其它实施方案中，每个生物相容 性囊泡具有一种硼酸或硼酸衍生物与其连接或多于一种硼酸与其连 接。当不同硼酸衍生物连接至每个生物相容性囊泡时，由不同硼酸衍 生物形成的交联键可以具有不同强度。交联键的裂解程度和治疗性化 合物的释放速率可以取决于所存在的强、弱以及中度交联键的数量。
在一个实施方案中，引发事件可以是患者体内的高血糖。在一些 实施方案中，患者体内生理环境中的葡萄糖浓度的增加可以引发治疗 性化合物的释放。在其它实施方案中，患者体内生理环境中的糖浓度 的增加可以引发从囊泡组合物释放的治疗性组合物增加。在其它实施 方案中，生理环境中糖的存在可以引发治疗性化合物以与糖的量成比 例的量释放。在一个实施方案中，糖可以是葡萄糖、半乳糖、麦芽糖、 乳糖、果糖、蔗糖或其任何组合。在一个实施方案中，糖是葡萄糖。 在一些实施方案中，引发事件可以是患者体内的生理环境中的糖浓度 大于约100mg/dL。
在一个实施方案中，可以在一天中两次至一周一次之间施用囊泡 组合物，持续时间为无限的天数。在一个实施方案中，可以每天一次 施用囊泡组合物，持续时间为无限的天数。在一些实施方案中，囊泡 组合物可以进一步表征为由聚集囊泡构成。
在一个实施方案中，提供一种用于治疗医学病状的方法，所述方 法包括将囊泡组合物施用至需要治疗的患者体内，所述囊泡组合物负 载有用于治疗有需要的患者的治疗性化合物，并且响应于引发事件将 治疗性化合物释放至患者体内。囊泡组合物可以包含生物相容性囊 泡、一个或多个化学传感部分、一个或多个感测部分以及化学传感部 分与感测部分之间的交联键。囊泡组合物可以包含生物相容性囊泡的 聚集体。可以通过任何适合的手段施用囊泡组合物，包括例如通过注 射。或者，可以通过泵或吸入来施用囊泡组合物。在一个实施方案中， 可以在一天中两次至一周一次之间施用囊泡组合物，持续时间为无限 的天数。在一个实施方案中，可以每天一次施用囊泡组合物，持续时 间为无限的天数。
本文描述的方法可以包括施用化学传感器是硼酸或硼酸衍生物， 感测部分是糖，并且治疗性化合物是胰岛素的囊泡组合物。硼酸衍生 物可以包括苯基硼酸盐、吡啶基硼酸盐以及环己基硼酸盐。在一个实 施方案中，硼酸衍生物可以包括3-(N,N-二甲氨基)苯基硼酸；2,4-二 氯苯基硼酸；4-氨基羰基苯基硼酸；3-氯苯基硼酸；4-羟基苯基硼酸； 4-丙基苯基硼酸；3-[(E)-2-硝基乙烯基)苯基硼酸；4-氯羰基苯基硼酸 酐；环戊烯-l-基硼酸；2-溴吡啶-3-硼酸；2,4-二叔丁氧基嘧啶-5-基硼 酸；2,4-双(苄氧基)嘧啶-5-硼酸；5-苯基-2-噻吩基硼酸；5-甲酰基噻 吩-3-硼酸；或其任何组合。在化学传感部分是硼酸或硼酸衍生物的 实施方案中，感测部分可以包含糖。实例糖类可以包括葡萄糖、半乳 糖、麦芽糖、乳糖、果糖、蔗糖或其任何组合。在一个实施方案中， 当化学传感部分是硼酸或硼酸衍生物时，感测部分包含葡萄糖。在一 些实施方案中，每个生物相容性囊泡可以仅具有一种硼酸或硼酸衍生 物与其连接。在其它实施方案中，每个生物相容性囊泡可以具有一种 硼酸或硼酸衍生物与其连接或多于一种硼酸与其连接。当不同硼酸衍 生物连接至每个生物相容性囊泡时，由不同硼酸衍生物形成的交联键 可以具有不同强度。交联键的裂解程度和治疗性化合物的释放速率可 以取决于所存在的强、弱以及中度交联键的数量。
囊泡组合物还可以包括靶向机制。靶向机制可以是将囊泡组合物 导向患者身体内的具体目的地的任何方法。在一个实施方案中，靶向 机制可以是细胞受体、抗体、生物标志物或其任何组合。在一些实施 方案中，囊泡性组合物可以包括造影剂、诊断剂或两者。
可以通过本发明方法治疗多种医学病状，包括代谢病症。代谢病 症的实例可以包括与身体的新陈代谢有关的任何医学病状，尤其是糖 尿病。用于治疗糖尿病的治疗性化合物(例如，胰岛素和它的变体)能 够维持血糖量正常水平24-72小时。血流中糖的血糖量正常水平典型 地是约126mg/dL。
本发明的方法还可以用于治疗肺部感染。当本发明的方法治疗肺 部感染时，治疗性化合物可以是抗生素。抗生素可以是适合用于治疗 肺部感染的任何抗生素。在所治疗的医学病状是肺部感染的实施方案 中，治疗性化合物可以是例如环丙沙星。
实施例
实施例1.炎症的NF-κB测定
通过用免疫细胞化学和高通量高接触度显微术测量海拉细胞中 NF-κB的核移位来研究不同硼酸化合物的炎症潜力。在实验的前一天 晚上将15,000个海拉细胞接种在96孔板中。在实验当天，将细胞用 在三种不同浓度(40nM、80nM以及160nM)的硼酸(表1，下文)处理 2小时。在孵育结束后，用磷酸盐缓冲盐水(PBS)洗涤细胞并且在4% 多聚甲醛中固定15分钟并且用含0.01%Triton X-100的PBS渗透10 分钟。用PBS洗涤细胞三次。用含5%牛血清白蛋白(BSA)的PBS封 阻非特异性位点并且与抗NF-κB一起孵育1小时，然后与异硫氰酸 荧光素(FITC)标记的二次抗体一起孵育。在孵育结束时洗涤细胞之 后，将细胞用4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)处理1分钟并且保持在 4℃下直到进一步分析。用Beckman-Coulter100自动高通量显微镜系 统获得细胞的影像并且使用Cytseer软件(Vala Sciences，CA)进行分 析。通过测量NF-κB分子的核分数与细胞质分数之间的PCC来定量 NF-κB的共定位。PCC是相同细胞的核影像与NF-κB影像的像素强 度之间的重叠的指标。PCC值可以在从-1至1的范围内。正相关(PCC 值)指示NF-κB的核移位。负相关(负PCC值)指示不存在核移位。
图4示出海拉细胞的代表性影像，影像示出硼酸处理对NF-κB 的核定位或细胞质定位的作用。DAPI通过白色圆圈示出，而NF-κB 由浅灰色表示。被浅灰色围绕的白色圆圈指示细胞质NF-κB，而在核 中被灰色信号消除的白色圆圈指示核NF-κB。(A)UTC，细胞质 NF-κB；(B)阳性对照，用LPS处理的细胞中NF-κB的核移位；(C)用 2,4-二(叔丁氧基)嘧啶-5-基-硼酸(80nM，2小时)处理，主要为细胞质 NF-κB；以及(D)用5-异喹啉硼酸(80nM，2小时)处理，主要为核 NF-κB。
图5示出如与UTC和LPS相比，用游离(深色条)4-氨基羰基苯 基硼酸、3-氨基苯基硼酸、5-氨基-2,4-二氟苯基硼酸、3-氟代-4-氨基 甲基苯基硼酸以及4-氨基嘧啶硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH的 缀合物形式的那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞中NF-κB分 子的核分数与细胞质分数之间的PCC。出人意料地，4-氨基羰基苯基 硼酸缀合物比游离4-氨基羰基苯基硼酸的炎症少。
表1和图8列出不同硼酸衍生物的PCC结果。
表1
实施例2.细胞毒性MTT测定
通过MTT测定来研究表1的硼酸衍生物的细胞毒性。在实验的 前一天晚上将150,000个海拉细胞接种在96孔板中。在实验当天， 将细胞用三种不同浓度(40nM、80nM以及160nM)的硼酸衍生物处 理2小时。在孵育结束之后，根据制造商的方案进行MTT测定(基于 活体外毒理学MTT的测定试剂盒，Sigma Aldrich，MO)。
图6示出如与UTC和LPS相比，用游离(深色条)和4-氨基羰基 苯基硼酸、3-氨基苯基硼酸、5-氨基-2,4-二氟苯基硼酸、3-氟代-4-氨 基甲基苯基硼酸以及4-氨基嘧啶硼酸和每一种呈DSPE-PEG-COOH 的缀合物形式的那些硼酸衍生物(浅色条)处理的海拉细胞的存活分 数。出人意料的是，4-氨基羰基苯基硼酸缀合物比游离4-氨基羰基苯 基硼酸的细胞毒性低。
表1和图8列出不同硼酸衍生物的细胞存活率。
实施例3.结合测定。
通过使用伴刀豆球蛋白A(ConA)作为竞争标准物并且改变硼酸 衍生物的浓度的竞争测定来测定硼酸衍生物对葡萄糖的结合亲和性。 通过将珠粒悬浮在100mM2-(N-吗啉基)乙烷磺酸(MES)缓冲液(pH 4.5)中来活化羧基封端的磁珠。使用与l-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基) 碳化二亚胺(EDC)偶联的碳化二亚胺作为交联剂来将葡糖胺(100 mg/mL)缀合至活化的磁珠。在96孔板中进行缀合反应。反应进行24 小时。通过将微板放置在磁性分离器上来分离珠粒，并且用pH7.2 的PBS充分地洗涤珠粒以便去除未结合的葡萄糖、过量EDC以及 N-羟基硫代琥珀酰亚胺(硫代-NHS)。
将葡萄糖封端的珠粒与2.4μM用异硫氰酸荧光素进行荧光标记 的ConA(碳水化合物的已知粘合剂)(ConA-FITC)一起共孵育1小时， 并且用浓度范围为2.5μM至20μM的所测试的各种硼酸衍生物滴 定。使用以下对照：(A)用ConA-FITC处理羧基封端的磁珠(未缀合至 葡萄糖)以便测定非特异性结合；并且(B)用高浓度的非荧光ConA处 理葡萄糖缀合的珠粒以便测定最大结合。
将孔用pH7.2的PBS洗涤三次以便去除未结合的硼酸衍生物和 FITC-ConA。将珠粒再次悬浮在PBS中并且在室温下搅拌15分钟， 然后测量FITC荧光(激发：495nm，最高发射：520nm；每孔6次发 光；在Flexstation II384微板读取器中n=3个孔的平均值以便定量结合 至硼酸的葡萄糖的量)。测量荧光强度并且用作结合至珠粒的表面的 ConA的量(或[ConAs])的指示。预期ConA-糖相互作用受硼酸衍生物 抑制，所述硼酸衍生物可以结合糖分子并且置换结合的ConA-FITC， 由此造成混合物的荧光强度降低。
从荧光强度计算硼酸衍生物的结合常数。荧光强度的降低通过等 式2与[ConAs]相关。
[ Con A s ] = ( 1 - F max - F obs F max ) * [ Con A s ] ]]> (等式2)
通过等式3给出[ConAs]与硼酸[BA]的量之间的关系。
[ Con A s ] = S 1 [ ConA ] 1 + [ BA ] Ka ConA [ ConA ] Ka BA ]]> (等式3)
简单重排得到等式4，从等式4可以得出两个平衡常数(KConA/KBA) 的比值。
1 [ Con A s ] = 1 s 1 + [ BA ] [ ConA ] s 1 * Ka ConA K a BA ]]> (等式4)
可以从l/[ConAs]相对于1/[BA]的曲线图的截距计算糖位点(S1) 的浓度。
图7示出用于计算4-氨基羰基苯基硼酸的结合常数的代表性曲 线图。
表1列出与ConA相比，不同硼酸衍生物的相对糖结合亲和性 (log(KConA/KBA))。
图8示出不同硼酸衍生物的结构和葡萄糖结合亲和性(M-1)。
实施例4.脂质-PEG-连接子-硼酸缀合物的合成。
使用碳化二亚胺化学通过将硼酸-连接子或糖部分的胺衍生物与 DSPE-PEG-COOH偶联来制备所有脂质-PEG-连接子-硼酸和糖缀合 物。一般而言，将50mg的DSPE-PEG-COOH溶解在2mL无水二甲 基甲酰胺(DMF)中，接着添加EDC(2.0当量)和N-羟基琥珀酰亚胺 (NHS)(3.0当量)，并且将混合物在室温下搅拌30分钟。添加硼酸或 糖的胺衍生物并且将反应混合物搅拌过夜。对于以铵盐的形式获得的 胺，在添加至反应混合物之前通过在室温下在500μL DMF和35μL 三乙胺中搅拌30分钟来使其脱盐。将反应混合物用4mL MES缓冲 液(50mM，pH4.18)稀释，转移至3K MWCO透析盒中，并且用2L 相同缓冲液透析两次，然后用2L水透析两次，接着冷冻干燥以便获 得所希望的缀合物。通过1H NMR光谱测定法来确认最终产物的同一 性和纯度。
实施例5.用糖/硼酸以及它们的缀合物官能化的脂质体的合成。
磷脂-聚乙二醇-糖基缀合物的合成。使用G.T.Hermanson, Bioconjugate Techniques,Academic Press,Elsevier Science USA(1996) 169-185中描述的碳化二亚胺偶联化学通过将DSPE-PEG-COOH的 羧基缀合至葡糖胺、半乳糖胺以及吡喃甘露糖苷的氨基来合成脂质 -PEG-糖基物质，所述文献以引用的方式并入本文。偶联是在糖分子 的C2位置上进行的，从而保持C3、C4以及C5位置未改性。
用胰岛素负载脂质体。将人重组胰岛素溶解在柠檬酸盐缓冲液 (100mM，pH2.5)中至15mg/mL的浓度。将脂质(56.4摩尔%DPPC， 40摩尔%胆固醇以及DSPE-PEG-葡萄糖、DSPE-PEG-半乳糖、 DSPE-PEG-吡喃甘露糖苷各自1.2摩尔%)溶解在乙醇中并且在50℃ 下与胰岛素溶液水合15分钟。最终脂质浓度是50mM。在50℃下在 100psi的压力下将水合的混合物通过400nm Nucleopore径迹蚀刻膜 8次。母体脂质体具有244.1nm的平均直径(适合的平均脂质体直径 可以是约100nm至约300nm)和约50mM的脂质浓度。通过被动负 载来包裹胰岛素。将脂质体制剂的pH保持在5.6(胰岛素的等电点)。 将脂质体用柠檬酸盐缓冲液(100nM，pH5.6)透析以便去除未包裹的 胰岛素。在本实施例中，去除未包裹的胰岛素以便减少或防止胰岛素 对生理环境具有即时和(可能)不必要的作用。在一些实施方案中，囊 泡组合物意欲主要地或单独地响应于患者的生理环境中临界量的葡 萄糖的存在(即，具有“葡萄糖响应”作用)而释放和/或提供胰岛素，如 当患者经历高血糖病状时。在本实施例中，包裹的胰岛素是以约15 mg/mL的浓度存在，但预期包裹的胰岛素的浓度可以与胰岛素的起 始浓度大致相同或可以小于或大于胰岛素的起始浓度。未包裹的胰岛 素的存在浓度可以是包裹的胰岛素的约0%-5%或至多0.75mg/mL， 不过根据患者的需求和借以将囊泡组合物引入至患者的生理环境中 的介质，更高浓度的未包裹的胰岛素可以是可接受的或优选的。
磷脂-聚乙二醇-硼酸衍生物缀合物的合成。使用G.T.Hermanson, Bioconjugate Techniques,Academic Press,Elsevier Science USA(1996) 169-185中描述的碳化二亚胺偶联化学，通过将DSPE-PEG-COOH的 羧基缀合至氨基官能化的硼酸部分来合成脂质-PEG-硼酸，所述文献 以引用的方式并入本文。硼酸官能化的脂质体的脂质组成是以下： 56.4摩尔%DPPC，40摩尔%胆固醇，以及3.6摩尔%的DSPE-PEG- 硼酸。
代表性脂质-PEG-硼酸衍生物缀合物物质包括：
3-氨基苯基硼酸缀合物。特征性1H NMR峰：δppm7.98(s,1H; 7.59(d,1H),7.31(d,1H),7.03(t,1H),5.33(s,1H,NH),5.21(s,2H, NH),1.55(t,3H),1.49(t,3H)。
3-氟代-4-氨基甲基苯基硼酸缀合物。特征性1H NMR(300MHz， 丙酮-d6)峰：δppm8.15(d,1H),8.00(dd,1H),7.90(m,1H),5.70(s, 1H,NH),5.50(s,1H,NH),1.55(t,3H),1.40(t,3H)。
4-氨基嘧啶基硼酸缀合物。特征性1H NMR(300MHz，丙酮-d6) 峰：δppm7.85(s,2H),5.25(s,1H,NH),5.20(s,2H,NH),1.40(t,6H)。
4-氨基羰基苯基硼酸缀合物。特征性1H NMR(300MHz，丙酮-d6) 峰：δppm7.85(d,2H),7.80(d,2H),5.30(s,1H,NH),5.25(s,2H,NH), 1.40(t,6H)。
5-氨基-2,4-二氟苯基硼酸。
胰岛素负载、挤出以及纯化方法与用于以上描述的糖脂质体的方 法类似。脂质体具有184±0.162nm的平均直径(适合的平均脂质体直 径可以是约100nm至约300nm)。包裹的胰岛素的存在浓度为约15 mg/mL。
囊泡组合物的制备。将用糖分子或硼酸衍生物官能化的两种负载 有胰岛素的脂质体制剂混合并且在室温下搅拌以形成囊泡组合物。使 用脂质体的外表面上的糖物质与硼酸物质的若干种摩尔比(范围为 1:2至1:50)来制备混合物，以确定形成囊泡组合物所需要的硼酸的过 量。混合物的pH也在7与11之间变化，以便选择在生理pH下形成 的囊泡组合物。
表2
硼酸与糖部分的化学交联的证实。为了证实囊泡组合物是通过硼 酸与糖部分的化学交联所形成，将聚集体暴露至10mM葡萄糖。由 于硼酸与游离葡萄糖的竞争性结合，聚集体在存在葡萄糖的情况下容 易地裂解。这通过在与葡萄糖一起孵育时大小在1μM以下的粒子的 频率从13%增加至37%得到证实。
实施例6.胰岛素从硼酸盐-糖囊泡组合物的活体外释放。
将小体积(500μL)的聚集体负载至管状透析膜(100,000MWCO) 内部，用夹子密封，并且用PBS溶液(pH7.4)透析30分钟，随后用 葡萄糖裂解以便监测在无引发剂的情况下胰岛素的被动扩散。接着以 规则的时间间隔将葡萄糖溶液添加至膜内部的聚集体中以便裂解囊 泡组合物并且引发胰岛素的释放。每15分钟从外相移出等分部分， 并且通过读取在214nm下的吸收度来测定胰岛素浓度。测定持续若 干小时以证实包裹的胰岛素的释放的停止。
图9示出在不存在葡萄糖引发剂的情况下，四种不同硼酸盐-葡 萄糖囊泡组合物(4-氨基羰基苯基硼酸、3-氨基苯基硼酸、3-氟代-4- 氨基乙基苯基硼酸以及5-氨基-2,4-二氟苯基硼酸)的累积释放曲线 图。3-氨基苯基硼酸囊泡组合物和4-氨基羰基苯基硼酸囊泡组合物分 别释放它们的胰岛素含量的12%和17%。
持续若干小时测定添加不同浓度的葡萄糖引发剂时胰岛素从4- 氨基羰基苯基硼酸囊泡组合物的释放。选择引发剂浓度以模拟在血糖 量正常和高血糖条件下的血糖水平。还进行对照测定，其中用PBS 代替葡萄糖来引发4-氨基羰基苯基硼酸囊泡组合物。4-氨基羰基苯基 硼酸囊泡组合物在引入葡萄糖引发剂之后的两分钟内呈现胰岛素的 突发释放。释放速率随着时间推移减慢直到添加另一剂葡萄糖，该葡 萄糖引发新一轮的突发释放。在本实施例中，用于裂解4-氨基羰基苯 基硼酸囊泡组合物和释放胰岛素所要求的葡萄糖的最小浓度是10 mmol/L，这与180mg/dL的血糖水平相对应。当用类似于低血糖症(约 9mg/dL)或血糖量正常(约126mg/dL)的葡萄糖浓度引发4-氨基羰基 苯基硼酸囊泡组合物时没有观察到胰岛素的突发释放，从而表明实例 4-氨基羰基苯基硼酸囊泡组合物适合用于维持正常血糖水平。此外， 来自这些囊泡组合物的胰岛素释放速率与葡萄糖浓度相关，从而使得 本实施方案可用于减轻或避免高胰岛素血症。
图10示出与用5mM、7mM以及10mM PBS引发相比，来自 用5mM、7mM以及10mM葡萄糖引发的4-氨基羰基苯基硼酸囊泡 组合物(4-氨基羰基苯基硼酸囊泡组合物AVT)的胰岛素释放的(a)累 积曲线和(b)差分曲线。
图11示出来自用10mM、30mM以及40mM葡萄糖引发的4- 氨基羰基苯基硼酸和ConA囊泡组合物的胰岛素释放的(a)累积曲线 和(b)差分曲线。
本领域的普通技术人员将会理解，可以对本文公开的实施方案做 出各种变化和修改，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下做出这 些变化和修改。因此，随附权利要求书意欲涵盖在本发明的真实精神 和范围内的所有这些等同变化。