DE69636635T2

DE69636635T2 - Kontrastmittel für diagnostische bildgebung mit verlängerter verweilzeit im blut

Info

Publication number: DE69636635T2
Application number: DE69636635T
Authority: DE
Inventors: J. Thomas Winchester McMURRY; Hironao Sajiki; M. Daniel Acton SCOTT; B. Randall Brookline LAUFFER
Original assignee: Epix Pharmaceuticals Inc
Current assignee: Epix Pharmaceuticals Inc
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2016-01-17
Also published as: US20020164289A1; NL300253I2; US8017105B2; IL116847A0; US7229606B2; CN100361711C; US20070020185A1; CN101011586A; US20070020184A1; JP2004026793A; CN1172436A; JPH10513445A; KR19980701833A; NO20081355L; MX9705823A; FI973183A0; IS4523A; NL300253I1; EP0806968B1; DK0806968T3

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Kontrastmittel zur diagnostischen Magnetresonanztomographie. Insbesondere betrifft die Erfindung neue Verbindungen, die eine verbessern Blutretention aufweisen. Die Verbindungen umfassen:

a) eine bildverstärkende (oder signalerzeugende) Einheit (IEM);
b) eine Plasmaprotein-bindende Einheit (PPBM);
c) eine die Blut-Halbwertszeit verlängernde Einheit (BHEM).

Die Erfindung betrifft auch Arzneimittel, die diese Verbindungen umfassen, und Verfahren zur Anwendung der Verbindungen und Zusammensetzungen zur Verlängerung der Blut-Halbwertszeit und zur Kontrastverstärkung der diagnostischen Bildgebung.
Hintergrund der Erfindung
Diagnostische Bildgebungsverfahren, wie beispielsweise Magnetresonanztomographie (MRI), Röntgenstrahlen, nuclearmedizinische Bildgebung mit Radiopharmazeutika („nuclear radiopharmaceutical imaging"), ultraviolettes/sichtbares/infrarotes Licht und Ultraschall werden bereits seit etlichen Jahren in der medizinischen Diagnostik eingesetzt. In einigen Fällen werden Kontrastmittel seit vielen Jahren eingesetzt, um die Qualität des Bildes zu verbessern oder spezielle Informationen bereitzustellen. In anderen Fällen, wie beispielsweise bei der Bildgebung mittels Licht oder Ultraschall, steht die Einführung von Kontrastmitteln unmittelbar bevor.
Das Kontrastmittel muss mit der bei dem Bildgebungsverfahren verwendeten Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung interferieren, die physikalischen Eigenschaften des Gewebes verändern, um ein verändertes Signal zu erhalten, oder, wie im Falle der Radiopharmazeutika, selbst die Strahlungsquelle bereitstellen. Allgemein verwendete Materialien schließen organische Moleküle, Metallionen, Salze oder Chelate, Partikel (insbesondere Eisenpartikel), oder markierte Peptide, Proteine, Polymere oder Liposomen ein. Nach der Verabreichung kann das Mittel durch sämtliche Körper-Kompartimente unspezifisch diffundieren, bevor es metabolisiert und/oder ausgeschieden wird; diese Mittel werden allgemein als unspezifische Kontrastmittel bezeichnet. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Mittel eine spezifische Affinität für ein spezielles Körper-Kompartiment, eine Zelle, ein Organ oder Gewebe aufweisen; diese Mittel werden als gezielte Kontrastmittel bezeichnet.
Für Mittel, die in den Körper injiziert oder von ihm absorbiert und durch das Blut verteilt werden, ist es wünschenswert, dass sie eine angemessene Blut-Halbwertszeit aufweisen. Während extrem lange Halbwertszeiten (d. h. Tage oder Wochen) unter den klinischen Umständen der Bildgebung unnötig und gegebenenfalls gefährlich sind (aufgrund der erhöhten Möglichkeit von Toxizität und des metabolischen Abbaus zu toxischeren Molekülen), sind auch kurze Halbwertszeiten nicht erwünscht. Hält die Bildverstärkung zeitlich nicht lang genug an, ist der Erwerb eines hochwertigen Bildes des Patienten schwierig. Ferner verringert eine schnelle Clearance eines gezielten Mittels die Menge des Mittels, die verfügbar ist, um an der Zielstelle zu binden, und somit wird die "Helligkeit" der Zielstelle auf dem Bild verringert.
Die Verlängerung der Blut-Halbwertszeit eines bildgebenden Mittels umfasst einen Eingriff in einen oder mehrere der folgenden Clearancemechanismen:

1) Renale Exkretion. Moleküle, deren Molekulargewicht unter 60.000 Dalton liegt, insbesondere kleine Moleküle, können durch unspezifische glomeruläre Filtration in den Nieren aus dem Blut entfernt werden. Wenn die Moleküle einen gewissen Grad an Bindung an Plasmaproteine oder andere Blutbestandteile aufweisen, steht einer Filtration nur der freie Anteil zur Verfügung, und die renale Exkretionsrate wird entsprechend verringert.
2) Hepatozelluläre Aufnahme. Besitzt ein Molekül einen hydrophoben Charakter, wird ein gewisser Anteil des Komplexes durch Hepatocyten aufgenommen und in die Galle sezerniert. Je größer der Hydrophobiegrad ist, den ein Molekül besitzt, desto größer ist im Allgemeinen die hepatocytische Aufnahmerate. Obwohl die Hydrophobie auch zu einer Plasmaproteinbindung und Verminderung der apparenten freien Konzentration des Moleküls führt, kann die hepatozelluläre Aufnahmerate immer noch sehr hoch sein (D. Sorrentino et al., Prog. Liver Disease, Seiten 203–24 (1990)), wodurch die Blut-Halbwertszeit verringert wird. Die Verringerung der Blut-Halbwertszeit kann mit einer Zunahme der gesamten hepatobiliären Exkretion, d. h. des Anteils der verabreichten Dosis, der gegebenenfalls im Stuhl erscheint, einhergehen oder nicht. Letztere Menge wird von vielen Faktoren, die anders sind als die hepatozelluläre Aufnahmerate, bestimmt, einschließlich des Ausmaßes der cytosolischen Proteinbindung in dem Hepatozyt, der Affinität für Kanälchen-Transportsysteme (Hepatocyt-zu-Galle), Auswirkungen auf Gallefluss und enterohepatische Rezirkulation. Die Verlängerung der Blut-Halbwertszeit muss anhand von Blut- oder Plasmaprobennahme und nicht einfach durch Messung der Verringerungen in der gesamten hepatobiliären Exkretion nachgewiesen werden. Ebenso reicht es nicht aus, einfach eine signifikante Plasmaproteinbindung eines betrachteten Kontrastmittels zu erhalten und zu messen, um zu zeigen, dass seine Blut-Halbwertszeit aufgrund geringerer renaler Exkretion länger ist.
3) Retikuloendotheliales (RE) System oder andere Systeme. Substanzen mit hohem Molekulargewicht wie beispielsweise Liposomen, Polymere, Proteine und Partikel können durch Erkennung (beispielsweise Opsonisation oder Überziehen mit Proteinen vor der Zell-Aufnahme) und durch Aufnahme in Zellen, insbesondere die RE-Zellen der Leber (Kupffer Sternzellen), in die Milz und in das Knochenmark schnell aus dem Blut ausgeschieden werden.

Von zwei allgemeinen Strategien wurde eine Erhöhung der Blut-Halbwertszeit für bildgebende Mittel beschrieben. Ein Weg besteht darin, das bildgebende Mittel über starke oder metabolisierbare chemische Bindungen kovalent mit einem höhermolekularen Polymer, Protein, Liposom oder einem Partikel zu verknüpfen. Beispielsweise wurde Gadolinium-Diethylentriaminpentaessigsäure (Gd-DTPA) an humanes Serumalbumin (HSA), Poly-L-Lysin oder Dextran gebunden (A. N. Oksendal et al., J. Magn. Reson. Imaging, 3, Seiten 157–165 (1993); S. M. Rocklage, "Contrast Agents", Magnetic Resonance Imaging, Mosby Year Book, Seiten 372–437 (1992)). Dies wird zur Verringerung der glomerulären Filtrationsrate in den Nieren und zur Retention des Mittels im Blut vorgenommen. Es kann allerdings zu einer Langzeitretention des Mittels führen. Ferner können die fest gebundenen bildgebenden Mittel potentiell toxische Nebenprodukte wie freie Metallionen an den Orten des Metabolismus des Makromoleküls freisetzen. Ferner kann es schwierig sein, große Konjugate auf spezielle Orte im Körper auszurichten.
Die zweite Strategie wurde auf Liposomen, Polymere, Proteine und Partikel angewandt, die in der Regel durch das RE-System oder andere Mittel schnell aus dem Blutkreislauf entfernt werden. Die Anordnung langer hydrophiler Polymere wie beispielsweise Polyethylenglykol (PEG) an der Oberfläche der Substanz verringert die Aufnahme durch das RE-System oder andere Systeme (C. Tilcock et al., Biochimica et Biophysica Acta, 1148, Seiten 77–84 (1993); A. A. Bogdanoy et al., Radiology, 187, Seiten 701–706 (1993)). Es wird vermutet, dass die großen stark hydratisierten polymeren Gruppen in den molekularen Prozess eingreifen, der zur Erkennung und Aufnahme der Substanzen notwendig ist. Die Nachteile dieser Strategie schließen ein: a) hohe Kosten und aufwändige Herstellungsverfahren; b) mangelnde Zielgenauigkeit der großen Konjugate; und c) die Anwendbarkeit scheint auf hochmolekulare Substanzen beschränkt zu sein.
Eine besondere Herausforderung stellen kleine zielgerichtete Moleküle mit einem etwas lipophilen Charakter dar. Diese können unter einer schnellen hepatozellulären Aufnahme und Blut-Clearance leiden, was möglicherweise die "Helligkeit" an der Zielstelle herabsetzt. Dies stellt insbesondere dort ein Problem dar, wo Lipophilie erforderlich ist, um eine Ausrichtung auf Proteinen oder anderen biologischen Zielen zu erreichen.
Ein Spezialfall dieses Problems ist die Entwicklung kleinmoleküliger Blutpool-Kontrastmittel. Die derzeitigen kleinmoleküligen nicht spezifischen Mittel wie beispielsweise Gd-DTPA für die MRI weisen eine relativ rasche Clearance aus dem Blut auf und sind somit für die Abbildung von Blutgefäßen (d. h. MR-Angiographie) oder zur Aufzeichnung des Blutflusses in das Herz, Gehirn, in Tumore oder in andere Organe oder Verletzungen nicht optimal. Lipophile Mittel, die auf Plasmaproteine ausgerichtet sind, sind im Stand der Technik bekannt. Siehe US-Patente Nrn. 4,880,008 und 5,250,285. Während diese Mittel an Plasmaprotein, insbesondere an humanes Serumalbumin, binden, können sie auch einer schnellen hepatozellulären Aufnahme und einer verringerten Blut-Halbwertszeit unterliegen.
Nach wie vor besteht Bedarf an Kontrastmitteln, die für einen verlängerten Zeitraum im Blut gehalten werden.
M. Rowland und T. N. Tozer, Clinical Pharmacokinetics: Concepts and Application, 1980, LEA & FEBIGER, Philadelphia, USA, Seiten 65–74, beschreiben das Verhältnis zwischen Plasmaproteinbindung und Ausscheidung einer Verbindung.
P. C. de Smidt et al., Nucleic Acid Res., 11. September 1991, Bd. 19, Nr. 17, Seiten 4675–700, beschreiben Möglichkeiten der Verlängerung der Blut-Halbwertszeit einer Verbindung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt Kontrastmittel zur diagnostischen Kernspinresonanztomographie bereit, die eine verbesserte Blutretention aufweisen. Die neuen Verbindungen umfassen:

a) eine bildverstärkende (signalerzeugende) Einheit (IEM);
b) eine Plasmaprotein-bindende Einheit (PPBM);
c) eine die Blut-Halbwertszeit verlängernde Einheit (BHEM).

Die Erfindung betrifft auch Arzneimittel, die diese Verbindungen umfassen, und die Verwendung der Verbindungen zur Herstellung einer diagnostischen Zusammensetzung zur MR-Tomographie und Zusammensetzungen zur Verlängerung der Blut-Halbwertszeit und zur Kontrastverstärkung der diagnostischen Bildgebung.
Diese Kontrastmittel weisen sowohl eine verringerte renale als auch hepatozelluläre Aufnahmerate und keine offensichtliche Aufnahme durch das RE-System auf. Die Mittel können auf den Blutpool oder jede andere biologische Komponente ausgerichtet sein. Da das Mittel nicht so schnell aus dem Blutstrom verloren geht, können geringere Dosen bei höherer Sicherheitsmarge eingesetzt werden. Der Ansatz gilt allgemein sowohl für große als auch für kleine Moleküle.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Zum vollständigeren Verständnis der hier beschriebenen Erfindung ist die folgende ausführliche Beschreibung gegeben.
Der Begriff "spezifische Affinität" oder "molekulare Affinität", wie hierin verwendet, bezieht sich auf die Fähigkeit des Kontrastmittels, von einer speziellen biologischen Komponente zu einem im Wesentlichen größeren Maße als von anderen Komponenten aufgenommen, gehalten oder gebunden zu werden. Es wird gesagt, dass Kontrastmittel, die diese Eigenschaft aufweisen, auf die "Ziel"-Komponente "ziel- bzw. ausgerichtet" sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Verbindungen, die den Kontrast bei der diagnostischen Bildgebung verstärken. Diese Verbindungen umfassen:

Diagnostische Bildgebung umfasst MRI, Röntgenstrahlen, nuclearmedizinische Bildgebung mit Radiopharmazeutika, ultraviolettes/sichtbares/infrarotes Licht und Ultraschall, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Bildverstärkende Einheit (IEM)
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erste Bereich, die IEM, jede Chemikalie oder Substanz sein, die zur Bereitstellung des Signals oder Kontrasts bei der Bildgebung verwendet wird.
Der Signalverstärkungsbereich kann ein organisches Molekül, Metallion, Salz oder Chelat, ein Partikel (insbesondere Eisenpartikel) oder markiertes Peptid, Protein, Polymer oder Liposom sein.
Eine besonders geeignete IEM ist eine physiologisch verträgliche Metallchelat-Verbindung, die aus einem oder mehreren cyclischen oder acyclischen organischen Chelatbildnern besteht, die mit einem oder mehreren Metallionen der Ordnungszahlen 21–29, 42, 44 oder 57–83 komplexiert sind.
Für die MRI besteht die IEM aus einem Metall-Ligand-Komplex einer paramagnetischen Form eines Metallions mit den Ordnungszahlen 21–29, 42, 44 oder 57–83.
Um die NMR-Bildgebung wirksam zu verbessern, muss der Komplex in der Lage sein, die Relaxationsraten 1/T₁ (longitudinal oder Spin-Gitter) und/oder 1/T₂ (transversal oder Spin-Spin) von Wasserprotonen oder anderen bildgebenden oder spektroskopischen Kernen, einschließlich Protonen, P-31, C-13, Na-23 oder F-19, auf andere Biomoleküle oder injizierte Biomarker zu vergrößern. Die Relaxivitäten R₁ und R₂ werden als die Fähigkeit definiert, 1/T₁ bzw. 1/T₂ pro mM Metallion zu erhöhen; die Einheiten sind mM^–1s^–1. Bei der gebräuchlichsten Form der klinischen MRI, der Wasserprotonen-MRI, ist die Relaxivität optimal, wenn das an den chelatbildenden Liganden gebundene paramagnetische Ion noch eine oder mehrere unbesetzte Koordinationsstellen zum Wasseraustausch aufweist (R. B. Lauffer, Chemical Reviews, 87, Seiten 901–927 (1987)). Dies muss jedoch mit der Stabilität des Metallchelats (vide infra) abgeglichen werden, die im Allgemeinen mit steigender Anzahl unbesetzter Koordinationsstellen abnimmt. Stärker bevorzugt enthält der Komplex deshalb nur eine oder zwei unbesetzte Koordinationsstellen.
Zusätzlich zur Erhöhung der 1/T₁ oder 1/T₂ von Gewebe-Kernen über Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, können MRI-Mittel zwei weitere magnetische Eigenschaften beeinflussen und somit klinisch von Nutzen sein:

1) ein Eisenpartikel oder Metallchelat mit hoher magnetischer Suszeptibilität, insbesondere Dy-, Gd- oder Ho-Chelate, kann die MRI-Signalstärke von Gewebe durch Erzeugen mikroskopischer magnetischer Suszeptibilitätsgradienten ändern (A. Villringer et al., Magn. Reson. Med. 6, Seiten 164–174 (1988)). Für diese Anwendung sind keine unbesetzten Koordinationsstellen an einem Chelat erforderlich.
2) ein Eisenpartikel oder Metallchelat kann auch dazu verwendet werden, die Resonanzfrequenz von Wasserprotonen oder anderen bildgebenden oder spektroskopischen Kernen, einschließlich Protonen, P-31, C-13, Na-23 oder F-19, auf andere Biomoleküle oder injizierte Biomarker zu verschieben. Hierbei können je nach Kern und verwendeter Strategie null bis drei unbesetzte Koordinationsstellen eingesetzt werden.

Das bevorzugte paramagnetische Metall wird aus der Gruppe ausgewählt, bestehend aus Gd(III), Fe(III), Mn(II und III), Cr(III), Cu(II), Dy(III), Tb(III), Ho(III), Er(III) und Eu(III). Das am stärksten bevorzugte ist Gd(III).
Obwohl das paramagnetische Metall in komplexierter Form verwendet wird, können immer noch toxische Wirkungen aufgrund der Dissoziation des Metallions von dem Komplex auftreten. Der organische chelatbildende Ligand sollte physiologisch verträglich sein. Die Molekülgröße des chelatbildenden Liganden sollte mit der Größe des paramagnetischen Metalls kompatibel sein. Somit erfordert Gadolinium (III), das einen kristallinen Ionenradius von 0,938 × 10^–10 m (0,938 Å) aufweist, einen größeren chelatbildenden Liganden als Eisen (III), das einen kristallinen Ionenradius von 0,64 × 10^–10 m (0,64 Å) aufweist.
Im Allgemeinen hängt der Toxizitätsgrad eines Metallchelats mit seinem Dissoziationsgrad in vivo vor der Exkretion zusammen. Die Toxizität nimmt im Allgemeinen mit der Anzahl freier Metallionen zu. Für Komplexe, bei denen die kinetische Stabilität gering ist, ist eine hohe thermodynamische Stabilität (eine Bildungskonstante von mindestens 10¹⁵ M^–1 und stärker bevorzugt mindestens 10²⁰ M^–1) wünschenswert, um die Dissoziation und ihre damit zusammenhängende Toxizität zu minimieren. Für Komplexe, bei denen die kinetische Stabilität vergleichsweise höher ist, kann die Dissoziation mit einer geringeren Bildungskonstante, d. h. 10¹⁰ M^–1 oder größer, minimiert werden.
Die Toxizität ist auch eine Funktion der Anzahl unbesetzter Koordinationsstellen in dem Komplex. Je weniger Koordinationsstellen, desto geringer ist im Allgemeinen die Tendenz des Chelatbildners, die paramagnetische Substanz freizusetzen. Vorzugsweise enthält der Komplex daher zwei, eine oder null offene Koordinationsstellen. Die Gegenwart von mehr als zwei offenen Stellen erhöht im Allgemeinen die Toxizität durch Freisetzung des Metallions in vivo unannehmbar.
Viele geeignete chelatbildende Liganden sind für MRI-Mittel im Stand der Technik bekannt. Diese können auch für Metallchelate für andere Formen der biologischen Bildgebung verwendet werden. Zur MRI-Bildgebung umfassen die bevorzugten IEMs:
Plasmaprotein-bindende Einheit ("PPBM")
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die zweite Komponente der erfindungsgemäßen Kontrastmittel eine PPBM. Dieser Teil der Verbindung bindet das Kontrastmittel an Plasmaproteine und verringert die renale Exkretionsrate.
Interessierende Plasmaproteine umfassen Albumin, insbesondere humanes Serumalbumin (HSA), das Moleküle bindet, die einige lipophile Teile und entweder negative Ladungen bei einem physiologischen pH-Wert oder teilweise negativ geladene Sauerstoff- oder Schwefel- oder Fluoratome besitzen; saures alpha-Glycoprotein, das hauptsächlich positiv geladene Moleküle bindet; Globuline, die Steroidmoleküle binden; und Lipoproteine, die lipophile oder fettsäureartige Moleküle binden. Die PPBM muss darum richtig gewählt werden, um die Bindung an das entsprechende Protein zu erzielen. Da HSA in der höchsten Konzentration im Serum vorliegt und hohe Affinität und Kapazität zum Binden einer breiten Vielzahl von Molekülen aufweist, ist es das bevorzugte Plasmaprotein, das zur Erhöhung der Blut-Halbwertszeiten verwendet wird. HSA ist auch das bevorzugte Plasmaproteinziel, da es an negativ geladene Moleküle bindet, die dazu neigen, weniger toxisch zu sein als positiv geladene Moleküle.
Zum Binden an HSA kann eine Vielzahl von hydrophoben oder amphiphilen Substanzen als PPBM verwendet werden (U. Kragh-Hansen, Pharm. Rev., 33, Seiten 17–53 (1981); X. M. He et al., Nature, 358, Seiten 209–215 (1992); D. C. Carter, Adv. Protein Chem., 45, Seiten 153–203 (1994)). Diese schließen aliphatische Reste oder Arylreste mit 1 bis 60 Kohlenstoffen sowie beliebiger Anzahl von Stickstoff-, Sauerstoff-, Schwefel-, Halogen- und Alkylresten, Amiden, Estern und Sulfonamidsubstituenten ein. Alternativ kann die PPBM ein Peptid sein, das hydrophobe Aminosäurereste und/oder Substituenten mit oder ohne hydrophobe oder hydrophile Endgruppen enthält. Um 10% Binden im Plasma zu erhalten, hat die bevorzugte PPBM mindestens 7 Kohlenstoffatome, stärker bevorzugt 13 und am stärksten bevorzugt 18 Kohlenstoffatome.
Wie vorstehend dargelegt, kann zum Binden an HSA eine breite Vielzahl von hydrophoben Substanzen als PPBM verwendet werden. Im Allgemeinen nimmt die Bindungsaffinität gegenüber HSA und möglicherweise anderen Proteinen mit der Hydrophobie der PPBM zu. Theoretische Abschätzungen der Hydrophobie eines Substituenten wie beispielsweise einer PPBM können erhalten werden, indem der Beitrag zum log des Octanol-Wasser- (oder Octanol-Puffer)-Verteilungskoeffizienten (log P) für die PPBM selbst unter Verwendung der Hansch'schen n-Konstante für Substituenten berechnet wird. Siehe A. Leo und C. Hansch, "Partition Coefficients and their Uses", Chemical Reviews, 71, S. 525–616 (1971); K. C. Chu, "The Quantitative Analysis of Structure-Activity Relationships", Burger's Medicinal Chemistry, Teil 1, S. 393–418, (4. Aufl. 1980). Die Bindungsaffinität nimmt mit zunehmenden log P-Beiträgen zu. Als Substituenten an aliphatischen Resten können beispielsweise die folgenden n-Konstanten verwendet werden:

Gruppe n-aliphatisch

CH₃ 0,50

Phenyl 2,15
Als Substituenten an Arylresten können die folgenden n-Konstanten verwendet werden:

Gruppe n-aliphatisch

CH₃ 0,56

CH₂CH₃ 1,02

Phenyl 1,96
Somit würde der log P-Beitrag für eine an eine IEM gebundene p-Methylbenzylgruppe wie folgt berechnet werden (unter Verwendung des Wertes für n-aliphatisch für CH₃ als Abschätzung für die Gruppe -CH₂-): log P-Beitrag = 0,50 + 2,15 + 0,56 = 3,21
Beim Binden an HSA ist ein minimaler log P-Beitrag von 2 (entsprechend 4CH₃-Gruppen oder einem Phenylring) erforderlich, um ein signifikantes Binden zu erreichen. Stärker bevorzugt ist ein log P-Beitrag von 3. Noch stärker bevorzugt ist ein log P-Beitrag von 4.
Das HSA-Binden kann durch Gleichgewichtsdialyse oder Ultrafiltration unter Verwendung von 4,5% Gew./Vol. HSA in einem Puffer, pH 7,4, bewertet werden. Vorzugsweise sind mindestens 10% und stärker bevorzugt mindestens 50%, stärker bevorzugt mindestens 80% und am stärksten bevorzugt mindestens 95% des Kontrastmittels in einer physiologisch relevanten Konzentration (0,01–10 mM in Plasma für MRI, Röntgenstrahlen, Licht und Ultraschall; < 1 μM für Radiopharmazeutika) an HSA gebunden. Bei dieser Anwendung hat der Messwert des prozentualen Bindens des Kontrastmittels an HSA einen Fehler von ungefähr +/–5%. Das Proteinbinden an andere Proteine oder an Serum kann auf die gleiche Weise bewertet werden.
Die Zugabe lipophiler Gruppen zu einem Kontrastmittel setzt wahrscheinlich die Löslichkeit des Mittels herab. Um eine wirksame Löslichkeit des Kontrastmittels bei klinisch wirksamen oder höheren Dosierungsniveaus beizubehalten, kann es bevorzugt sein, eine oder mehrere wasserstoffbindende Gruppen (Sauerstoff, Stickstoffe, etc.) in die PPBM einzuarbeiten.
Obgleich rein aliphatische Reste als PPBMs verwendet werden können, sind diese möglicherweise nicht so bevorzugt wie gemischte aliphatische-arylische Reste oder rein arylische Reste. Insbesondere wenn eine negative Ladung an einem rein aliphatischen Rest, besonders an langen und biegsamen Resten anliegt, kann das Kontrastmittel in den Metabolismus endogener Moleküle wie Fettsäuren oder in Wechselwirkungen zwischen Membranproteinen und Lipiden eingreifen. Dies kann die Toxizität des Mittels erhöhen. Es ist somit bevorzugt, dass die PPBM mindestens einen Arylring enthält.
Im Falle von HSA-gebundenen MRI-Mitteln zur Blutpool-, Tumor- oder Gewebeverstärkung ist es besonders bevorzugt, wenn das Kontrastmittel zwei oder mehrere distinkte lipophile Reste enthält, um das Mittel vollständig zu immobilisieren, wenn es an das Protein gebunden ist. Diese Reste können an 1 PPBM vorhanden oder als zwei oder mehrere separate chemische Reste an das Kontrastmittel gebunden sein. Aufgrund ihrer voluminösen Natur und Starrheit ist es bevorzugt, dass die zwei oder mehreren Gruppen jeweils aus einem aromatischen Ring bestehen, wobei die zwei oder mehreren Ringe in dem gesamten Molekül in einer starren, nicht planaren Orientierung angeordnet sind.
Die magnetische Effizienz oder Relaxivität eines MRI-Mittels ist im Allgemeinen am höchsten, wenn das Mittel eine Rotationskorrelationszeit aufweist, die etwa derjenigen von HSA entspricht. (R. B. Lauffer, Chemical Reviews, 87, Seiten 901–927 (1987)). Obgleich ein kleines Molekül wie Gd-DTPA eine Rotationskorrelationszeit von ungefähr 0,1 Nanosekunden (nsec) aufweist, hat HSA eine Korrelationszeit von mehr als 5–10 nsec; weist ein Chelat diese längere Korrelationszeit auf, treten die magnetischen Fluktuationen zwischen dem paramagnetischen Ion und den Wasserprotonen auf derselben Zeitskala auf wie die Larmorfrequenz, was die größtmögliche effiziente longitudinale (T₁) Relaxation und somit die größtmögliche Relaxivität erzeugt. Es wird erwartet, dass jede Flexibilität des Chelats, wenn es an das Protein gebunden ist, die effektive Rotationskorrelationszeit und somit die Relaxivität herabsetzt. Da eine Verknüpfungsstelle mit dem Protein immer noch Flexibilität in mehreren Richtungen ergibt, können zusätzliche Verknüpfungsstellen bevorzugt sein.
Wie stark ein Mittel auf maximale Relaxivität eingestellt wurde, kann durch Messen der Relaxivität-gebunden (R₁-gebunden) in Gegenwart von HSA bewertet werden. Dies erfordert die Messung der Relaxivität des freien Chelats (R₁-frei) sowie der Relaxivität (R₁-beobachtet) und die prozentuale Bindung des Mittels in 4,5% HSA. R₁-beobachtet ist ein gewichteter Molenbruchmittelwert von R₁-frei und R₁-gebunden: R1-beobachtet = (Anteil-frei·R1-frei) + (Anteil-gebunden·R1-gebunden)
Somit:
Der Vorteil davon, dass zwei oder mehr Arylringe in einer starren nicht planaren Anordnung gehalten werden, ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich, die die Werte für Relaxivität-gebunden für MS-322 (56 mM^–1s^–1) und MS-325 (42 mM^–1s^–1) im Vergleich zu MS-317 (34 mM^–1s^–1) zeigt. Die Biphenyl- oder Diphenylgruppen von MS-322 und MS-325 scheinen die Beweglichkeit des HSA-gebundenen Kontrastmittels einzuschränken. Bei dieser Anwendung liegt der Fehler, der mit der Messung der Werte für Relaxivität-gebunden einhergeht, bei ungefähr +/–5%.
Wie aus vorstehender Tabelle ersichtlich, wiesen Verbindungen mit zwei Ringen, die starr in einer nicht planaren Anordnung gehalten wurden, höhere Werte für die Relaxivität-gebunden auf.
Wie aus den vorstehenden Gleichungen ersichtlich, kann die tatsächliche R₁-beobachtet erhöht werden, indem der Anteil-gebunden erhöht wird, d. h. indem die Bindungsaffinität des Mittels gegenüber HSA erhöht wird. Dies kann auch zu einer geringeren renalen Exkretion und zu längeren Blut-Halbwertszeiten führen und ist somit synergistisch. Dennoch ist es, um die niedrigste Dosis zu verwenden und die höchste Sicherheitsmarge vorliegen zu haben, immer noch wichtig, die Wirksamkeit des Mittels durch Maximieren von R₁-gebunden zu maximieren.
Blut-Halbwertszeit-verlängernde Einheit ("BHEM")
Der dritte Bereich der erfindungsgemäßen Kontrastmittel, die BHEM, verringert die Hepatocyten-Aufnahmerate des Kontrastmittels. Das Gleichgewicht zwischen Hydrophilie und Lipophilie und die exakte Molekülstruktur eines Moleküls bestimmen seine Hepatocyten-Aufnahmerate.
Bei den erfindungsgemäßen Kontrastmitteln verringern oder eliminieren die erfindungsgemäßen BHEMs die Hepatocyten-Aufnahme, ohne übermäßig in die Wirksamkeit der PPBM einzugreifen. Die BHEMs sind extrem hydrophile Gruppen, die mit Wasser Wasserstoffbindungen bilden können. Das Vorliegen der hydrophilen BHEM an einem Kontrastmittel verringert die Hepatocyten-Aufnahme des Mittels.
Beispiele chemischer Gruppen, die als BHEM dienen würden, umfassen Kohlenstoff-, Phosphor-, Wolfram-, Molybdän- oder Schwefelatome mit gebundenen geladenen oder neutralen Heteroatomen wie beispielsweise Sauerstoff-, Stickstoff-, Schwefel- oder Halogenatomen (insbesondere Fluoratomen), die zwei oder mehr einsame Elektronenpaare (d. h. vollständige oder teilweise negative Ladung) oder elektropositive Wasserstoffatome (d. h. protoniertes Amin) zum Wasserstoffbinden mit Wasser besitzen. Diese umfassen Gruppen wie Sulfon-, Ether-, Harnstoff-, Thioharnstoff-, Aminsulfonamid-, Carbamat-, Peptid-, Ester-, Carbonat- und Acetalgruppen. Bevorzugte Gruppen schließen diejenigen Gruppen ein, die eine oder mehrere teilweise oder vollständige negative Ladungen in wässriger Lösung bei einem physiologischen pH-Wert besitzen, wobei die negativ geladenen Atome teilweise oder vollständig durch kovalente oder koordinative kovalente Bindung an die IEM nicht neutralisiert werden können. Beispiele dieser bevorzugten BHEM umfassen negativ geladene Gruppen wie Phosphatmonoester, Phosphatdiester, Carboxylat und Sulfonat. Stärker bevorzugt sind diejenigen BHEM mit Phosphatgruppen oder beliebige Esterformen. Noch stärker bevorzugt sind Phosphatdiester, da: a) sie stark hydrophil sind, mit vier Wasserstoff bindenden Sauerstoffatomen; b) sie unter Verwendung nachstehend gezeigter Techniken relativ leicht synthetisiert werden können; c) sie als ausgezeichnete Linker zwischen der IEM und der PPBM dienen; und d) Phosphatverbindungen vorhanden sind und im Körper auf natürliche Weise metabolisiert werden, es wird erwartet, dass Phosphatdiester enthaltende Kontrastmittel nicht toxisch sind.
Alle vorstehenden Gruppen können wiederum an eine Linkereinheit gebunden sein, die sie entweder mit der IEM, der PPBM oder mit beiden verknüpft. Eine Linkereinheit ist jede physiologisch kompatible chemische Gruppe, die nicht in die Funktionen der IEM, PPBM oder BHEM eingreift. Bevorzugte Linker sind synthetisch leicht in das Kontrastmittel einzuarbeiten. Sie sind zudem nicht so übermäßig groß, dass sie ihre eigenen unerwünschten biologischen Funktionen manifestieren oder Einfluss auf das Kontrastmittel ausüben.
Vorzugsweise beträgt die Länge des Linkers 0,1 bis 5 nm (1 bis 50 Ångström), stärker bevorzugt 0,1 bis 1 nm (1 bis 10 Ångström).
Das Einarbeiten einer BHEM in ein erfindungsgemäßes Kontrastmittel führt zu einer verlängerten Blutretention des Mittels. Die Blutretention wird bevorzugt in einem pharmakokinetischen Rattenplasma-Experiment durch Berechnung der Fläche unter der Plasmakonzentration-Zeit-Kurve ("Area Under the Curve" oder "AUC-Konz.") für eine bestimmte Zeitdauer (beispielsweise 0–10 Minuten, 0–30 Minuten, 0–60 Minuten, 0–120 Minuten oder 0-unendlich) gemessen. Die Blutretention (wie durch die AUC-Konz. gemessen) kann experimentell durch Verabreichung eines Kontrastmittels an Ratten, Kaninchen oder höhere Säugetiere berechnet werden. Es wurde festgestellt, dass die Blut-Halbwertszeitverlängerung bei Kaninchen und höheren Säugern größer ist als bei Ratten. Bei dieser Anwendung stellen die Blut-Halbwertszeit-Meßwerte, wie durch die AUC-Konz. gemessen, Experimente an Ratten dar. Der mit diesen Meßwerten einhergehende Fehler liegt bei ungefähr +/–10%.
Der Grund, weshalb eine Halbwertszeitmessung an sich nicht verwendet wird, besteht darin, dass die mathematische Definition dieser Größe oft unklar ist und dass die resultierenden Abschätzungen je nach verwendetem pharmakokinetischem Modell und Zeitspanne, in der die Blutproben erhalten wurden, schwanken.
Als Beispiel sind die durchschnittlichen Plasmakonzentrationen, die nach einer Schwanzveneninjektion von 0,1 mMol/kg Gd¹⁵³-markiertem Gd-DTPA in zwei Ratten beobachtet wurden, nachstehend gezeigt. Unter Verwendung des Macintosh-Programms KaleidaGraph wurde diese AUC-Konz. von 0 bis 10 Minuten als 3,5 mM Min. berechnet.
Die erfindungsgemäßen Kontrastmittel weisen eine Zunahme der AUC-Konz. von mindestens 20% auf, wenn die BHEM der IEM und der PPBM zugesetzt wird. Sie weisen bevorzugt eine Zunahme der AUC-Konz. von mindestens 40%, stärker bevorzugt von mindestens 70% und noch stärker bevorzugt von mindestens 100% auf. Im Allgemeinen ist die von einer BHEM verursachte Zunahme der AUC-Konz. größer, wenn das Binden im Plasma signifikant ist, d. h. 20%–50% oder größer. Die berechnete prozentuale Zunahme der AUC-Konz. kann für AUC-Konzentrationen, die über verschiedene Zeiträume bestimmt wurden, unterschiedlich sein. Im Allgemeinen ist die prozentuale Zunahme der von der BHEM verursachten AUC-Konz. für AUC-Konzentrationen größer, die über längere Zeiträume, beispielsweise 0–30 Minuten statt 0–10 Minuten, genommen wurden.
Da die Struktur und die physikalischen Eigenschaften des gesamten Kontrastmittelmoleküls sein Binden im Plasma vorgibt, ist es wichtig, IEMs und BHEMs auszuwählen, die mit dem gewünschten Binden kompatibel sind. Um beispielsweise ein Binden an die positiv geladenen Bindungsstellen auf HSA zu erreichen, ist es bevorzugt, über IEMs und BHEMs mit einer neutralen oder negativen Netto-Ladung zu verfügen, um die Möglichkeit einer Abstoßung zu verringern und vielleicht auch die Bindungsaffinität zu erhöhen. Für eine Bindung an saures alpha-Glycoprotein sollte mindestens ein Teil des Kontrastmittels positiv geladen sein. Für das Binden an Globuline sollte mindestens ein Teil des Kontrastmittels von steroider Natur sein. Für das Binden an Lipoproteine sollte mindestens ein Teil des Kontrastmittels lipophil oder fettsäureartig sein.
Die erfindungsgemäßen Kontrastmittel fallen im Allgemeinen in drei Kategorien:

1) Blutpool-Mittel. Wenn die Bindungsaffinität an Plasmaproteine hoch ist (d. h. mehr als 50% gebunden, oder bevorzugt mehr als 80% gebunden oder stärker bevorzugt mehr als 95% gebunden), neigen die Mittel dazu, hauptsächlich als Blutpool-Mittel zu wirken. Obgleich die Mittel Zugang haben zum interstitiellen Raum (der extrazelluläre Raum zwischen den Zellen) außerhalb der Blutkapillaren, ist im Allgemeinen die Konzentration der relevanten Plasmaproteine wie HSA in diesem Raum im Vergleich zum Plasma geringer. Somit ist die Plasmakonzentration der Mittel höher als die interstitielle Konzentration, und deshalb werden Strukturen im Körper wie Blutgefäße oder Gewebe, das eine große Anzahl an Blutgefäßen enthält, mehr verstärkt als Strukturen mit niedrigem Blutgehalt. Die Anwendungen für diesen Typ von Mittel umfassen Angiographie (Abbildung der Blutgefäße), Perfusion (Bestimmen der Blutflussgrate in ein Gewebe oder einen Tumor unter Verwendung schneller Bildgebung) und Blutvolumenbestimmungen (beispielsweise um maligne Tumore mit guter Blutversorgung von benignen Tumoren mit niedrigerem Blutvolumen zu unterscheiden).
2) Gewebe- oder Tumor-verstärkende Mittel. In manchen Fällen ist es erwünscht, dass dem Kontrastmittel ein schneller Zugang zum interstitiellen Raum und dort das Binden an Plasmaproteine ermöglicht wird. Bei der MRI kann es beispielsweise wünschenswert sein, dass die größtmögliche Signalverstärkung eines Gewebes oder eines Tumors so bald wie möglich nach der Injektion erhalten wird. Da Protein-gebundene MRI-Mittel eine größere Signalverstärkung als freie Mittel ergeben, wäre das beste Mittel eines, das in den interstitiellen Raum eintreten und an Proteine binden kann. Wenn das Mittel jedoch stark im Plasma gebunden ist, sozusagen zu mehr als 95% gebunden, ist seine Übertrittsrate über die Kapillaren (bestimmt durch die freie Konzentration) zu langsam, und sehr wenig des Mittels gelangt in den interstitiellen Raum und erzeugt eine Signalverstärkung des Gewebes. Wenn das Binden nur 10% beträgt, ist das Mittel ebenfalls frei, um in den interstitiellen Raum einzutreten, aber es besitzt nur eine geringe signalverstärkende Kraft. Somit ist ein entsprechendes Gleichgewicht zwischen Übertrittsrate und Bindungsaffinität erforderlich. Für diese Anwendungen sollte das Binden der Mittel im Plasma mehr als 10% und weniger als 95% oder bevorzugt mehr als 50% und weniger als 95% betragen.

Dieser Ansatz ist insbesondere bei der Abbildung von Tumoren mit MRI geeignet. Maligne Tumore haben oft eine bessere Durchblutung als benigne Tumore, und somit kann eine schnelle Abbildung der Tumor-Aufnahme (und der interstitiellen Aufnahme) diese Tumorarten oft unterscheiden. Für die klinische Anwendung wird allerdings die größte Signaldifferenz zwischen den beiden Geweben benötigt, um eine eindeutigere Diskriminierung zu erlauben. In dieser Hinsicht hilft die Signalverstärkung über Proteinbindung. Ferner sind die neuen, schnell wachsenden Kapillaren maligner Tumore undicht, was zu einer höheren Konzentration an Plasmaproteinen in dem interstitiellen Raum dieser Tumore führt. Dies kann zu einer stärkeren Signalverstärkung in den malignen Tumoren im Vergleich zu benignen Tumoren mit weniger undichten Kapillaren führen.
Zielgerichtete Mittel. Wenn das Mittel auf ein spezifisches Gewebe oder eine Verletzung im Körper ausgerichtet ist, gilt die gleiche Logik, wie in den beiden vorstehenden Abschnitten beschrieben. Die relativen Affinitäten des Mittels für Plasmaproteine und die Zielstelle müssen so ausgewogen sein, dass das Mittel einen gewissen Zugang hat, um an das Ziel zu binden, und gleichzeitig eine gewisse Bindung an Plasmaproteine aufweist, um die Blut-Halbwertszeit zu erhöhen. Für zielgerichtete Anwendungen sollte das Binden der Mittel im Plasma mehr als 10% und weniger als 95% oder bevorzugt mehr als 50% und weniger als 95% betragen.
Die Zieleinheit kann eine lipophile Substanz, ein Rezeptorligand, Antikörper oder ein anderes Biomolekül sein, das dafür bekannt ist, dass es sich in der spezifischen biologischen Komponente anreichert, die abgebildet werden soll.
Strukturelle Positionierung
Es wird davon ausgegangen, dass die drei Einheiten der erfindungsgemäßen Kontrastmittel in einer Vielzahl von Positionen zueinander angeordnet werden können. Die Position der Einheiten darf jedoch nicht so sein, dass eine Einheit in die beabsichtigte Funktion der anderen eingreift. Beispielsweise sollte bei einem an HSA gebundenen Kontrastmittel die Anordnung der BHEM nicht die Fähigkeit der PPBM blockieren, das Mittel an HSA zu binden. Da die Hauptbindungsstellen in HSA strumpfartig sind (X. M. He et al., Nature, 358, Seiten 209–215 (1992); D. C. Carter, Adv. Protein Chem., 45, Seiten 153–203 (1994)), mit hydrophobem Inneren (insbesondere in der Nähe der "Zehen"-Region) und positiv geladenen "Knöchel"-Regionen, würde die Bindungsaffinität einer PPBM abnehmen, wenn der distale Teil der PPBM extrem hydrophil gemacht würde. Als erläuterndes Beispiel ist, wenn die PPBM ein Phenylring ist, dann ist die am stärksten bevorzugte BHEM-Position auf dem Ring ortho und dann meta. Ein hydrophiler Rest in para-Position würde die Bindungsaffinität der PPBM an HSA reduzieren.
Für IEMs, die aus einem Metallchelat bestehen, ist es bevorzugt, dass die BHEMs und PPBM nicht an die IEM gebunden sind, um die Bindungsstärke zwischen Metallion und chelatbildendem Liganden signifikant zu verringern. Wo der chelatbildende Arm beispielsweise ein Acetat ist, ist die BHEM oder PPBM vorzugsweise nicht an den Acetatsauerstoff gebunden.
Eine weitere Anforderung an die Position besteht darin, dass die negativ geladenen Atome der BHEM nicht teilweise oder vollständig durch eine kovalente oder koordinative kovalente Bindung an die IEM neutralisiert werden können; dies stellt sicher, dass die stark hydrophilen Atome der BHEM in wässrigen Systemen stark solvatisiert sind. Wenn die IEM beispielsweise ein Metallchelat ist, ist es wichtig, die negativ geladenen Atome der BHEM so zu anzuordnen, dass sie nicht von dem positiv geladenen Metallion (Mⁿ⁺) der IEM durch eine koordinative kovalente Bindung über Bildung von 5- oder 6-gliedrigen Chelatringen, den stabilsten Ringgrößen, neutralisiert werden können. Da 5-gliedrige Chelatringe für die Metallionen (wie Gadolinium), die für die IEM von Interesse sind, die stabilsten sind, ist es sehr wichtig, ihre Bildung zu verhindern. Somit kann, wie in nachstehender Zeichnung gezeigt, eine Phosphinat (-PO₂-)- oder Phosphonat (-PO₃-)-BHEM nicht an das Stickstoffatom eines Aminocarboxylat-Chelatbildners über einen -CH₂- Linker gebunden sein, da dies einen sehr stabilen fünfgliedrigen Chelatring bilden würde. Ebenso sollte eine Phosphodiester (-OPO₃-)-BHEM nicht über ein -CH₂-Linkers an das Stickstoffatom eines Aminocarboxylat-Chelatbildners gebunden sein, da dies einen sechsgliedrigen Chelatring bilden könnte. Beide von diesen BHEM können jedoch an andere Positionen gebunden sein, wie an das Ethylengerüst des Liganden. In einigen Fällen kann es, wie gezeigt, bevorzugt sein, die Länge der Linkergruppe zu erhöhen, um sicher zu stellen, dass sich keine fünf- oder sechsgliedrigen Ringe bilden können.
Phosphinat-BHEM
Im Falle eines an HSA bindenden Kontrastmittels kann die BHEM zwischen IEM und PPBM, wie vorstehend in Struktur (1) gezeigt, oder an der IEM im Abstand von der PPBM, wie vorstehend in Struktur (3) gezeigt, angeordnet sein. Auf diese Weise kann das volle Bindungspotenzial der hydrophoben PPBM-Gruppe, ohne dass die hydrophile BHEM-Gruppe eingreift, exprimiert werden.
Die folgenden beiden Beispiel-Paare dienen dazu, die Vorteile einer Phosphat-BHEM, die zwischen die IEM-Gd-DTPA und zwei verschiedene PPBM, eine aliphatische C₈-Octylgruppe und eine Naphthylmethylgruppe, inseriert ist, aufzuzeigen. Ratten wurden intravenös (Schwanzvene) 0,1 mMol/kg des Gd¹⁵³ radiomarkierten Komplexes injiziert. Die Plasmakonzentrationen wurden über 30 Minuten bestimmt und passen zu einem biexponentiellen Zweikompartiment-Standardmodell. Die Ergebnisse der Ausscheidungs-Halbwertszeit sowie wie die Fläche unter der Plasmakonzentration-Zeit-Kurve (AUC-Konz.) für die ersten 10 Minuten sind gezeigt. Zusätzlich wurden die 1/T₁-Werte der Plasmaproben (bei 20 MHz, 37°C) aufgezeichnet, um die Wirksamkeit als MRI-Mittel zu bewerten. Diese Werte wurden als Fläche unter der 1/T₁-Zeitkurve (AUC-1/T₁) für die ersten 10 Minuten ausgedrückt.
Wie in vorstehender Tabelle gezeigt, verlängerte die Zugabe einer Phosphat-BHEM zu MS-301 und MS-310 (was MS-315 bzw. MS-321 ergab) die Blut-Halbwertszeit des Kontrastmittels (wie durch AUC-Konz. gemessen) um 26% beziehungsweise 78%.
Die IEM-Gd-DTPA ist relativ hydrophil und weist wenig oder keine Bindung an HSA auf. Somit ist ihre Relaxivität im Plasma nicht optimiert und ihre Fähigkeit, die 1/T₁ (und das Blutsignal auf der MRI) über die Zeit zu verändern, ist begrenzt (siehe den relativ niedrigen AUC-1/T₁-Wert). Dies trifft trotz ihrer relativ langen Blut-Halbwertszeit von 15 Minuten zu.
Um das HSA-Binden und die Relaxivität zu verbessern, kann eine C₈-Octylgruppe an der 1-Position des DTPA-Gerüsts angeordnet werden. Während dies ein HSA-Binden an das Chelat und etwas Verbesserung des Blutsignals bewirkt, führt die lipophile Gruppe allein zu einer wesentlich verkürzten Plasma-Halbwertszeit. Die Insertion der Phosphat-basierenden BHEM verbessert in der Tat das HSA-Binden und setzt die Plasma-Halbwertszeit auf einen Wert nahe an Gd-DTPA zurück. Als Ergebnis ist das Blutsignal wesentlich verbessert.
Die richtige Anordnung der BHEM in diesen Beispielen zeigt die Wichtigkeit dieser Ausführungsform der Erfindung. Die Zugabe stark hydrophiler Gruppen zu MS-301 oder MS-310 verbesserte das Binden zu einem gewissen Grad. Die Anordnung der Phosphatgruppen in MS-315 und MS-321 zwischen IEM und PPBM kann es der vollständig hydrophoben Oberfläche der PPBM ermöglichen, mit dem Inneren der HSA-Stellen in Wechselwirkung zu treten und gleichzeitig neue günstige Wechselwirkungen (beispielsweise elektrostatische oder Wasserstoffbindung) zwischen der Verbindung und der "Knöchel"-Region der HSA-Stellen zu erzeugen. Es ist insbesondere möglich, dass die negativ geladenen Phosphatgruppen gut positioniert sind, um mit den positiv geladenen Resten, die die "Knöchel"-Region säumen, in Wechselwirkung zu treten.
Wie vorstehend angegeben, kann die prozentuale Zunahme der AUC-Konz. von der Zeit abhängen, für die die Messungen durchgeführt werden. Die Zufügung der Phosphat-BHEM auf MS-310, um MS-321 zu erhalten, erhöhte beispielsweise die AUC-Konz. für 0–10 Minuten von 1,8 auf 3,2 mM Min., eine Zunahme um 78%. Die AUC-Konz. für 0–30 Minuten nahm jedoch von 2,46 auf 5,57 mM Min. zu, eine Zunahme um 126%.
Die erfindungsgemäßen Kontrastmittel sind:
Die stärker bevorzugten erfindungsgemäßen Kontrastmittel sind MS-317, MS-322, MS-325 und MS-328. Am stärksten bevorzugt ist MS-325.
Zusätzliche Eigenschaften der Kontrastmittel
Da verschiedene chirale Formen von Arzneistoffen oder Biomolekülen ihr Verhalten in vivo beeinflussen können, gilt das gleiche wahrscheinlich auch für die erfindungsgemäßen Kontrastmittel. Für jedes gegebene chirale Zentrum kann eine Form eine höhere Relaxivität, höhere Blut-Halbwertszeit, geringere Toxizität, weniger Stoffwechselprodukte oder irgendeinen anderen Vorteil oder eine Kombination dieser Vorteile aufweisen. Diese chiralen Formen sind bevorzugt.
Um die Verabreichung und Aufnahme zu erleichtern, sollten die erfindungsgemäßen Kontrastmittel eine gute Löslichkeit in Wasser aufweisen. Vorzugsweise sind die Kontrastmittel bis zu einer Konzentration von mindestens 1,0 mM und vorzugsweise 10 mM, und stärker bevorzugt 100 mM in Wasser bei Raumtemperatur löslich.
Zur Injektion sollten die formulierten Mittel nur eine mäßige Viskosität aufweisen, um schnelle und angenehme Injektionen zu ermöglichen. Die Viskosität sollte weniger als 10,20 × 10^–4 kg-s/m² (10 Centipoise) oder vorzugsweise weniger als 5,10 × 10^–4 kg-s/m² (5 Centipoise) oder stärker bevorzugt weniger als 2,04 × 10^–4 kg-s/m² (2 Centipoise) betragen.
Zur Injektion sollten die formulierten Mittel auch keine überhöhte Osmolalität aufweisen, da dies die Toxizität verstärken kann. Die Osmolalität sollte weniger als 3000 Milliosmol/kg oder vorzugsweise weniger als 2500 Milliosmol/kg oder am stärksten bevorzugt weniger als 900 Milliosmol/kg betragen.
Verwendung der Kontrastmittel
Es wird auch davon ausgegangen, dass die IEM ein pharmazeutisch verträgliches Salz umfassen kann. Erfindungsgemäße pharmazeutisch verträgliche Salze schließen diejenigen Salze ein, die von anorganischen oder organischen Säuren und Basen stammen. Mit eingeschlossen in solche sauren Salzen sind die folgenden: Acetat, Adipat, Alginat, Aspartat, Benzoat, Benzolsulfonat, Bisulfat, Butyrat, Citrat, Camphorat, Camphersulfonat, Cyclopentanpropionat, Digluconat, Dodecylsulfat, Ethansulfonat, Fumarat, Glucoheptanoat, Glycerophosphat, Hemisulfat, Heptanoat, Hexanoat, Hydrochlorid, Hydrobromid, Hydrojodid, 2-Hydroxyethansulfonat, Lactat, Maleat, Methansulfonat, 2-Naphthalinsulfonat, Nicotinat, Oxalat, Pamoat, Pektinat, Persulfat, 3-Phenylpropionat, Pikrat, Pivalat, Propionat, Succinat, Tartrat, Thiocyanat, Tosylat und Undecanoat. Basische Salze umfassen Ammoniumsalze, Alkalimetallsalze wie Natrium- und Kaliumsalze, Erdalkalimetallsalze wie Calcium-, Magnesium- und Zinksalze, Salze mit organischen Basen wie Dicyclohexylaminsalze, N-Methyl-D-glucamin und Salze mit Aminosäuren wie Arginin und Lysin. Auch die basischen, Stickstoff-enthaltenden Gruppen können mit solchen Mitteln wie Niederalkylhalogenide wie Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylchlorid, -bromide und -jodide; Dialkylsulfate wie Dimethyl-, Diethyl-, Dibutyl- und Diamylsulfate, langkettigen Halogenide wie Decyl-, Lauryl-, Myristyl- und Stearylchloride, -bromide und jodide, Aralkylhalogenide wie Benzyl- und Phenethylbromide quaternisiert sein. Dabei werden in Wasser oder Öl lösliche oder dispergierbare Produkte erhalten. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Salze sind das N-Methyl-D-glucamin, Calcium- und Natriumsalze.
Die erfindungsgemäßen Arzneimittel umfassen einen beliebigen der erfindungsgemäßen Komplexe oder pharmazeutisch verträgliche Salze davon zusammen mit einem beliebigen pharmazeutisch verträglichem Träger, Hilfsstoff oder Vehikel. Pharmazeutisch verträgliche Träger, Hilfsstoffe und Vehikel, die in den erfindungsgemäßen Arzneimitteln verwendet werden können, umfassen Ionenaustauscher, Aluminiumoxid, Aluminiumstearat, Lecithin, Serumproteine wie humanes Serumalbumin, Puffersubstanzen wie Phosphate, Glycin, Sorbinsäure, Kaliumsorbat, TRIS (Tris(hydroxymethyl)-aminomethan), partielle Glycerid-Gemische gesättigter pflanzlicher Fettsäuren, Wasser, Salze oder Elektrolyte wie Protaminsulfat, Dinatriumhydrogenphosphat, Kaliumhydrogenphosphat, Natriumchlorid, Zinksalze, kolloidale Kieselsäure, Magnesiumtrisilicat, Polyvinylpyrrolidon, Substanzen auf Cellulosebasis, Polyethylenglykol, Natriumcarboxymethylcellulose, Polyacrylate, Wachse, Polyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymere, Polyethylenglykol und Lanolin.
Erfindungsgemäß können die Arzneimittel in Form eines sterilen injizierbaren Präparats, beispielsweise einer sterilen injizierbaren wässrigen oder öligen Suspension, vorliegen. Die Suspension kann nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren unter Verwendung geeigneter Dispergier- oder Netzmittel und Suspendiermittel hergestellt werden. Das sterile injizierbare Präparat kann auch eine sterile injizierbare Lösung oder Suspension in einem nicht toxischen, parenteral verträglichem Verdünnungs- oder Lösungsmittel, beispielsweise als Lösung in 1,3-Butandiol, sein. Zu den verträglichen Vehikeln und Lösungsmitteln, die verwendet werden können, zählen Wasser, Ringerlösung und isotonische Natriumchloridlösung. Ferner werden üblicherweise sterile fette Öle als Lösungsmittel oder Suspensionsmedium verwendet. Zu diesem Zweck kann jedes milde fette Öl verwendet werden, einschließlich synthetischer Mono- oder Diglyceride. Fettsäuren wie Ölsäure and ihre Glycerid-Derivate sind bei der Herstellung von Injektionsmitteln geeignet, ebenso wie es für natürliche pharmazeutisch verträgliche Öle wie Olivenöl oder Castoröl, insbesondere in ihren polyoxyethylierten Versionen, der Fall ist. Diese Öllösungen oder -suspensionen können auch ein aus einem langkettigen Alkohol bestehendes Verdünnungsmittel oder Dispersionsmittel enthalten, wie Ph. Helv oder einen ähnlichen Alkohol.
Da die erfindungsgemäßen Kontrastmittel an Plasmaproteine binden, in einigen Fällen abhängig von der Injektionsdosis und -rate, können die Bindungsstellen an Plasmaproteinen gesättigt sein. Dies führt zu einem verringerten Binden des Mittels und könnte die Halbwertszeit oder Verträglichkeit beeinträchtigen. Somit kann es wünschenswert sein, das Mittel in bereits gebundener Form in eine sterile Albumin- oder Plasmaersatzlösung einzuspritzen. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine Vorrichtung/Spritze verwendet werden, die das Kontrastmittel enthält und es mit Blut vermischt, das in die Spritze aufgezogen wird; dies wird anschließend wieder dem Patienten injiziert.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen und Arzneimittel können oral, parenteral, durch Inhalationsspray, topisch, rektal, nasal, buccal, vaginal oder über ein implantiertes Reservoir in Dosierungsformulierungen, die herkömmliche nicht toxische pharmazeutisch verträgliche Träger, Hilfsstoffe und Vehikel enthalten, verabreicht werden. Der Begriff "parenteral", wie hier verwendet, umfasst subkutane, intravenöse, intramuskuläre, intraartikuläre, intrasynoviale, intrasternale, intrathekale, intrahepatische, intraläsionale und intracraniale Injektions- oder Infusionstechniken.
Wenn sie oral verabreicht werden, können die erfindungsgemäßen Arzneimittel in jeder oral verträglichen Darreichungsform, einschließlich Kapseln, Tabletten, wässriger Suspensionen oder Lösungen, verabreicht werden. Im Falle von Tabletten zur oralen Einnahme schließen die Träger, die herkömmlicherweise verwendet werden, Lactose und Maisstärke ein. Gleitmittel wie Magensiumstearat werden üblicherweise ebenfalls zugesetzt. Bei der oralen Anwendung in Kapselform umfassen geeignete Verdünnungsmittel Lactose und getrocknete Maisstärke. Wenn wässrige Suspensionen zur oralen Anwendung erforderlich sind, wird der Wirkstoff mit Emulgier- und Suspendiermitteln kombiniert. Wenn gewünscht, können auch bestimmte Süßstoffe, Aromastoffe oder Farbmittel zugegeben werden.
Alternativ können die erfindungsgemäßen Arzneimittel, wenn sie in Form von Suppositorien zur rektalen Anwendung verabreicht werden, hergestellt werden, indem das Mittel mit einem geeigneten, nicht reizenden Excipienten gemischt wird, der bei Raumtemperatur fest, aber bei Rektaltemperatur flüssig ist und deshalb im Rektum schmilzt, um den Arzneistoff freizusetzen. Solche Materialien schließen Kakaobutter, Bienenwachs und Polyethylenglykole ein.
Wie vorstehend erwähnt, können die erfindungsgemäßen Arzneimittel auch topisch verabreicht werden, insbesondere wenn das Ziel der Behandlung Regionen oder Organe einschließt, die durch topische Anwendung leicht zugänglich sind, einschließlich Auge, Haut oder unterer Darmtrakt. Geeignete topische Formulierungen können für jeden dieser Bereiche oder Organe leicht hergestellt werden.
Eine topische Anwendung für den unteren Darmtrakt kann in einer rektalen Suppositorienformulierung (siehe vorstehend) oder in einer geeigneten Formulierung für ein Klistier ausgeführt werden. Topisch-transdermale Pflaster können ebenfalls verwendet werden.
Für topische Anwendungen können die Arzneimittel in einer geeigneten Salbe formuliert werden, die den in einem oder mehreren Trägern suspendierten oder gelösten Wirkstoff enthält. Träger für eine topische Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen umfassen Mineralöl, flüssiges Petrolatum, weißes Petrolatum, Propylenglykol, Polyoxyethylen, eine Polyoxypropylen-Verbindung, emulgierendes Wachs und Wasser. Alternativ können die Arzneimittel in einer geeigneten Lotion oder Creme formuliert werden, die die in einem oder mehreren pharmazeutisch verträglichen Trägern suspendierten oder gelösten Wirkstoffe enthält. Geeignete Träger umfassen Mineralöl, Sorbitanmonostearat, Polysorbat 60, Cetylesterwachs, Cetearylalkohol, 2-Octyldodecanol, Benzylalkohol und Wasser.
Für eine ophthalmische Anwendung können die Arzneimittel als mikronisierte Suspensionen in einer isotonischen, pH-Wert angepassten, sterilen Kochsalzlösung oder vorzugsweise als Lösungen in einer isotonischen, pH-Wert angepassten, sterilen Kochsalzlösung entweder mit oder ohne Konservierungsmittel wie Benzylalkoniumchlorid formuliert werden. Alternativ können die Arzneimittel für ophthalmische Anwendungen in einer Salbe wie Petrolatum formuliert sein.
Für eine Verabreichung durch Nasenspray oder Inhalation werden die erfindungsgemäßen Arzneimittel nach den Verfahren hergestellt, die im Gebiet der pharmazeutischen Formulierung gut bekannt sind, und können als Lösungen in einer Kochsalzlösung hergestellt werden, wobei Benzylalkohol oder andere geeignete Konservierungsmittel, Absorptionsförderer, um die Bioverfügbarkeit zu verbessern, Fluorkohlenwasserstoffe und/oder andere herkömmliche Lösungsvermittler oder Dispergiermittel verwendet werden.
Die Dosierung hängt von der Empfindlichkeit der diagnostischen Bildgebungsinstrumente sowie von der Zusammensetzung des Kontrastmittels ab. Für die MR-Tomographie zum Beispiel erfordert ein Kontrastmittel, das eine stark paramagnetische Substanz, beispielsweise Gadolinium (III), enthält, im Allgemeinen eine niedrigere Dosierung als ein Kontrastmittel, das eine paramagnetische Substanz mit einem niedrigeren magnetischen Moment, beispielsweise Eisen (III), enthält. Vorzugsweise liegt die Dosierung des aktiven Metall-Ligand-Komplexes in Bereich von etwa 0,001 bis 1 mMol/kg Körpergewicht pro Tag. Stärker bevorzugt liegt die Dosierung im Bereich von etwa 0,005 bis etwa 0,05 mMol/kg Körpergewicht pro Tag.
Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass eine spezifische Dosierungsvorgabe für jeden einzelnen Patienten auch von einer Vielzahl an Faktoren, einschließlich Alter, Körpergewicht, allgemeinem Gesundheitszustand, Geschlecht, Ernährungsweise, Verabreichungszeit, Exkretionsrate, Arzneistoffkombination und Beurteilung des behandelnden Arztes, abhängt.
Wenn die erfindungsgemäße Anwendung eine MR-Tomographie ist, wird die MR-Tomographie nach Verabreichung der geeigneten Dosierung des Kontrastmittels durchgeführt. Die Wahl der Pulssequenz (Inversion-Recovery, IR; Spin-Echo, SE, Echo-Planar-Bildgebungsverfahren, EPB; Flugzeit, TOF; Turbo-Flash; Gradient-Echo, GE) und die Werte der Bildgebungsparameter (Echozeit, TE; Inversionszeit, TI; Repetitionszeit, TR; Flipwinkel, etc.) sind von der gesuchten diagnostischen Information vorgegeben. Wenn im Allgemeinen gewünscht ist, T₁-gewichtete Bilder zu erhalten, sollte TE weniger als 30 Millisekunden (oder der minimale Wert) betragen, um die T₁-Gewichtung zu maximieren. Wenn umgekehrt gewünscht wird, T₂ zu messen, sollte TE größer als 30 Millisekunden sein, um konkurrierende T₁-Auswirkungen zu minimieren. TI und TR bleiben sowohl für T₁- als auch für T₂-gewichtete Bilder ungefähr gleich; TI und TR liegen im Allgemeinen in der Größenordnung von etwa 5–1000 bzw. 2–1000 Millisekunden.
Die erfindungsgemäßen MRI-Kontrastmittel sind für eine allgemeine Abbildung von Tumoren, eines Zusammenbruches der Blut-Hirn-Schranke und anderen Verletzungen nützlich. Zusätzlich sind sie zur Untersuchung der Perfusion, d. h. des Blutflusses in und aus Geweben (Herz, Gehirn, Beine, Lungen, Nieren, Tumore etc.) und Blutgefäßen (MR-Angiographie) sehr nützlich. Ferner können die Mittel verwendet werden, um die Signalveränderungen im Gehirn während Wahrnehmungsereignissen (funktionelle MRI) zu verbessern.
Zum besseren Verständnis der Erfindung sind die folgenden Beispiele beigefügt.
BEISPIELE
Experimentelles
Wenn nicht anders angegeben, wurden alle Materialien von gewerblichen Lieferanten bezogen und ohne weitere Reinigung verwendet. THF wurde unmittelbar vor Gebrauch von Kaliumbenzophenonketyl abdestilliert. Methylenchlorid wurde über Calciumhydrid destilliert. Sämtliche Säulenchromatographie wurde unter Stickstoff nach dem Flashverfahren von Still mit Kieselgel durchgeführt (230–400 Mesh, EM Separation). Alle Reaktionen wurden durch Dünnschichtchromatographie (DC) überwacht, die auf 0,2-mm-Kieselgel 60 F₂₅₄-Platten mit Aluminiumrückseite (EM Separation) durchgeführt wurde und die Verbindungen wurden mit UV-Licht (254 nm), Ninhydrin-Plus-Reagenz oder Dragendorff-Reagenz (beide Alltech) nach Erwärmen sichtbar gemacht. Die Protonen-NMR-Routinespektren wurden bei 300 MHz in CDCl₃ mit TMS als internen Standard aufgezeichnet, mit Ausnahme der Spektren, die in D₂O aufgezeichnet wurden. Die Kopplungskonstanten (J) sind in Hertz (Hz) angegeben. ³¹P-NMR-Spektren wurden bei 121,4 MHz erhalten.
Herstellung des Phosphoramidit-Zwischenprodukts
A. Serinethylendiaminamid
Serinmethylesterhydrochlorid (36,03 g, 232 mmol) wurde in 400 ml Ethylendiamin gelöst und 16 h bei Raumtemperatur gerührt. Das Ethylendiamin wurde durch Eindampfen bei reduziertem Druck entfernt. Der Rückstand wurde in 80 ml 4 N NaOH gelöst und unter reduziertem Druck konzentriert. Dieses Material wurde in Methanol (150 ml) gelöst, filtriert und zweimal konzentriert. Dieser Rückstand wurde in Methylenchlorid (150 ml) suspendiert, und unter Erwärmen wurde Methanol (5–10 ml) zugegeben, bis der ölige Rückstand gelöst war. Die Lösung wurde über Na₂SO₄ getrocknet, über Kieselgur filtriert und konzentriert. Das viskose ölige Produkt wurde ohne weitere Reinigung weiter verwendet.
B. 2-Hydroxymethyldiethylentriamin-Trihydrochlorid
Das rohe Amid (< 230 mmol) wurde in 100 ml THF gelöst. Der gerührten Lösung wurde langsam Boran-THF (1150 ml, 1,0 M) zugesetzt. Dann wurde die Umsetzung 16 h unter Argon unter Rückfluss erhitzt. Das überschüssige Boran wurde durch vorsichtige Zugabe von 250 ml Methanol bei 0°C gestoppt. Das Reaktionsgemisch wurde unter reduziertem Druck konzentriert. Konzentrierte HCl (100 ml) wurde langsam unter Kühlen zugegeben, und die Lösung wurde dann 24 h unter Rückfluss erhitzt. Das Produktgemisch wurde unter reduziertem Druck konzentriert und aus MeOH/EtOH auskristallisiert. Dies ergab 39,92 g weißen Feststoff (71% aus Methylester).
C. 1-Hydroxymethyl-DPTA-penta-T-butylester (1)
Zu einer Lösung des Hydroxymethyldiethylentriamintrihydrochlorids (30,25 g, 124,70 mmol) und Diisopropylethylamin (218 ml, 1,25 mol) in 300 ml trockenem DMF bei Raumtemperatur unter N₂ wurde T-Butylbromoacetat (126 ml, 0,78 mol) zugegeben und 24 h bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösungsmittel wurden anschließend in vacuo eingedampft und der Rückstand in EtOAc gelöst und mit H₂O, NaHCO₃ (gesättigt), H₂O und NaCl (gesättigt) extrahiert. Der Rückstand wurde über Kieselgel-Säulenchromatographie gereinigt (CHCl₃ nur – CHCl₃:MeOH = 100:1), um das reine Produkt zu ergeben (Öl, 70,12 g, 81,7%):R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,54, (Ether:Hexane = 2:1) 0,23; ¹H-NMR (CDCl₃) d 1,44 (brs, 45H), 2,44–3,06 (m, 6H), 3,24 und 3,29 (jeweils d, jeweils 1H, J = 16,8), 3,34–3,58 (m, 10H), 3,66 (dd, 1H, J = 11,2, 5,3), 4,20–4,70 (br, 1H).
D. Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2)
Einer gerührten Lösung des Penta-t-butylesters (1) (12,88 g, 18,72 mmol) und Diisopropylethylamin (4,55 g, 36 mmol) in dest. CH₂Cl₂ (100 ml) wurde 2-Cyanoethyl-N,N-diisopropylchlorophosphoramidit (5,92 g, 25 mmol) bei Raumtemperatur zugesetzt. Das Gemisch wurde 2 h bei Raumtemperatur gerührt, die Lösung wurde mit 100 ml CH₂Cl₂ verdünnt und mit eiskalter 10% NaHCO₃-Lösung (100 ml), H₂O (100 ml) und Salzlösung (100 ml) gewaschen und über MgSO₄ getrocknet. Die organische Phase wurde eingedampft, um das Rohprodukt als blassgelbes Öl (2) zu erhalten. Dieses rohe Öl kann für die nächste Kupplungsreaktion ohne weitere Reinigung verwendet werden.
Die nachstehenden Beispiele 1–6 zeigen die Synthese einiger der bevorzugten erfindungsgemäßen Kontrastmittel nach dem folgenden verallgemeinerten Schema:
Synthese der Phosphodiester-Liganden
Beispiel 1
Herstellung von MS-315 – (2) – (3a) – (4a) – (5a)
A. N-Octyloxyhosphat (3a)
Hergestellt aus einem rohen Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2) (hergestellt aus 4,40 g, 6,40 mmol 1-Hydroxymethyl-DTPA-penta-t-butylester (1)) durch das gleiche Verfahren wie für (3d) beschrieben, und über Kieselgel-Säulenchromatographie gereinigt (CHCl₃/MeOH) [2,71 g, 44,7% Gesamtausbeute aus (2)]. R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,33.
B. n-Octylphosphodiester (4a)
Hergestellt aus dem Phosphat (3a) (2,70 g, 2,84 mmol) durch das gleiche Verfahren wie für (4e) beschrieben (2,17 g, 85,1%).
C. MS-315 (5a)
Die Lösung von (4a) (2,16 g, 2,41 mmol) in Trifluoressigsäure (20 ml) stand 1 h bei Raumtemperatur. Das Lösungsmittel wurde eingedampft und der Rückstand mit 5 ml H₂O gelöst. Die Lösung wurde mit einer Reversed-Phase-C₁₈-Kieselgelsäule (Sep-Pak-gepackte Kartusche, Waters) gereinigt (nur H₂O – CH₃CN:H₂O = 1:4), um das reine Produkt (5a) (1,13 g, 76,2%) zu ergeben. ¹³P-NMR (D₂O) d2,3.
Beispiel 2
Herstellung von MS-317 – (2) – (3b) – (4b) – (5b)
A. 5-Phenyl-1-pentyloxyphosphat (3b)
Hergestellt aus einem rohen Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2) (hergestellt aus 2,72 g, 3,96 mmol 1-Hydroxy-DTPA-penta-t-butylester (1)) durch das gleiche Verfahren wie für (3d) beschrieben, außer dass das Rohprodukt (3b) für die nächste Umsetzung ohne Kieselgel-Säulenchromatographie (4,28 g roh) verwendet wurde. R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,26.
B. 5-Phenyl-1-pentylphosphodiester (4b)
Hergestellt aus dem Phosphat (3b) durch das gleiche Verfahren wie für (4e) beschrieben, außer dass das Rohprodukt durch Sephadex-LH-20-Chromatographie (2,72 g roh) gereinigt wurde. R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,11.
C. MS-317 (5b)
Hergestellt aus dem rohen (4b) (2,72 g) durch das gleiche Verfahren wie für (5a) beschrieben [1,12 g, 43,5% Gesamtausbeute aus dem Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2)]. ³¹P-NMR (D₂O) d0,1.
Beispiel 3
Herstellung von MS-322 – (2) – (3c) – (4c) – (5c)
A. 2-(4-Biphenylyl)-1-ethoxyphosphat (3c)
Hergestellt aus einem gereinigten Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2) (3,50 g, 3,87 mmol) durch das gleiche Verfahren wie für (3d) beschrieben, außer dass das Rohprodukt von (3c) (4,13 g roh) für die nächste Umsetzung ohne Kieselgel-Säulenchromatographie verwendet wurde.
B. 2-(4-Biphenylyl)-1-Ethylphosphodiester (4c)
Hergestellt aus dem Phosphat (3c) (4,13 g roh) durch das gleiche Verfahren wie für (4e) beschrieben, außer dass das Rohprodukt mit Sephadex-LH-20-Chromatographie (2,34 g roh) gereinigt wurde.
C. MS-322 (5c)
Hergestellt aus dem rohen (4c) (2,34 g) durch das gleiche Verfahren wie für (5a) beschrieben [1,15 g, 43,5% Gesamtausbeute aus dem Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2)]. ³¹P-NMR (D₂O) d3,7.
Beispiel 4
Herstellung von MS-323 – (2) – (3d) – (4d) – (5d)
A. 10-Phenol-1-decanoxyphosphat (3d)
Einem gereinigten Phosphoramidiat (2) (15,20 g, 16,81 mmol) in dest. CH₃CN (50 ml) wurden 10-Phenyl-1-decanol (9,00 g, 38,39 mmol) und 1H-Tetrazol (2,36 g, 33,70 mmol) in dest. CH₃CN (50 ml) zugesetzt. t-Butylhydroperoxid (90%, 2,33 ml, 21,00 mmol) wurde zugegeben und umgesetzt und 1 h bei Raumtemperatur stehen gelassen. Das Lösungsmittel wurde in vacuo konzentriert (ca. 10 ml), und der Rückstand wurde zwischen AcOEt und H₂O verteilt. Die organische Phase wurde mit H₂O und NaCl (gesättigt) gewaschen, über MgSO₄ getrocknet und eingedampft. Der Rückstand wurde über Kieselgel-Säulenchromatographie gereinigt (nur Hexane – Hexane:Ether = 1:1, dann CHCl₃:MeOH = 100:1 – 50:1), um das Produkt (3d) (14,12 g, 79,7%) zu ergeben. R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,35.
B. 10-Phenyl-1-decanylphosphodiester (4d)
Hergestellt aus dem Phosphat (3d) (12,27 g, 11,65 mmol) durch da gleiche Verfahren wie für (4e) (10,52 g, 90,3%). R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,15.
C. MS-323 (5d)
Das Gemisch von (4d) (10,50 g, 10,50 mmol) in cHCl (Spurenmetall-Qualität, 15 ml) und Ether (15 ml) wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt und der Ether in vacuo eingedampft. Zu der so erhaltenen wässrigen Phase (pH-Wert < 0) wurde cNHOH zugegeben, um den pH-Wert auf 1,5 einzustellen. Der ausgefallene weiße Feststoff wurde durch Filtration gesammelt und mit verd. HCl-Lösung (pH-Wert 1,5, 3mal, je 100 ml) und Ether (3 Mal, je 200 ml) gewaschen. Der weiße Feststoff wurde unter Pumpen 24 h bei Raumtemperatur getrocknet, um das reine Produkt (5d) zu ergeben (6,80 g, 90,0%). ³¹P-NMR (D₂O + NaOD, pH = 13,5) d4,9.
Beispiel 5
Herstellung von MS-325 – (2) – (3e) – (4e) – (5e)
A. 4,4-Diphenylcyclohexyloxyphosphat (3e)
Hergestellt aus einem gereinigten Phosphoramidit-Zwischenprodukt (2) (4,52 g, 5,00 mmol) durch das gleiche Verfahren wie für (3d) beschrieben, mit Ausnahme der Lösungsmittel der Kieselgel-Säulenchromatographie (nur CH₂Cl₂ – CH₂Cl₂:MeOH = 100:1) (2,97 g, 55,4%). R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,47.
B. 4,4-Diphenylcyclohexylphosphodiester (4e)
Die Lösung von (3e) (2,14 g, 2,00 mmol) in 2 M NH₃-MeOH (30 ml) wurde 5 h bei Raumtemperatur gerührt. Das Lösungsmittel wurde eingedampft, und der Rückstand (4e) (2,00 g, 98,3%) wurde für die nächste Umsetzung ohne weitere Reinigung verwendet. R_f (CHCl₃:MeOH = 10:1) 0,12
C. MS-325 (5e)
Das Gemisch von (4b) (2,00 g, 1,96 mmol) in cHCl (Spurenmetall-Qualität, 5 ml) und Ether (5 ml) wurde über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Die Lösungsmittel wurden eingedampft und der Rückstand mit H₂O (100 ml) verrieben. Der so erhaltene Niederschlag wurde filtriert und mit H₂O (5 Mal, je 10 ml) und Ether (5 Mal, je 50 ml) gewaschen. Das feste Produkt wurde 24 h bei Raumtemperatur unter Pumpen getrocknet, um das reine Produkt (5b) (1,18 g, 81,5%) zu ergeben. ³¹P-NMR (D₂O + NaOD, pH = 13,5) d –0,3.
Beispiel 6
Herstellung von MS-328 – (2) – (3f) – (4f) – (5f)
A. 4,4-Bis(4-methoxyphenyl)pentylphosphat (3f)
Hergestellt aus 32,5 g (36 mmol) des rohen Phosphoramidits (2) und 4,4-Bis(4-methoxyphenyl)pentanol (21,06 g, 70 mmol) durch das Verfahren wie für (3d) beschrieben. Die Chromatographie wurde in 50% EtOAc/Hexan durchgeführt, um 18,27 g eines gelben Öls zu erhalten, das stark mit dem Ausgangsalkohol verunreinigt war. R_f (50% EtOAc/Hex) 0,4.
B. 4,4-Bis(4-methoxyphenyl)pentylphosphodiester (4f)
Eine Lösung von (3f) (18,27 g) wurde durch da gleiche Verfahren wie für (4e) beschrieben synthetisiert (17,26 g).
C. MS-328 (5f)
Hergestellt aus (4f) (17,26 g) durch das Verfahren wie für (5a) beschrieben, mit einer Ausbeute von 4,88 g an weißem Feststoff (4,87 mmol, 13% Ausbeute aus Phosphoramidit). ³¹P-NMR (D₂O) d2,3.
Beispiel 7
In situ-Formulierung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5a (MS-315) (200 mM, 5 ml)
Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) (0,181 g, 0,5 mmol), Verbindung (5a) (92 Masseprozent, 0,703 g, 1,05 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (4,1 g, 3,6 mmol) wurden in ein Reagenzglas eingewogen. Deionisiertes Wasser (3,5 ml) wurde zugegeben und das Gemisch 7 h bei 95°C gerührt, anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und das Volumen mit deionisiertem Wasser auf 5,0 ml eingestellt. Die Lösung wurde über ein 2 × 10^–6 m (2 Mikron) Filter filtriert, um eine wässrige Lösung der genannten Verbindung zu ergeben.
Beispiel 8
In situ-Formulierung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5b (MS-317) (200 mM, 4 ml)
Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) (0,145 g, 0,4 mmol), Verbindung (5b) (81 Masseprozent, 0,706 g, 0,84 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (0,60 g, 8,1 mmol) wurden in ein Reagenzglas eingewogen. Deionisiertes Wasser (3 ml) wurde zugegeben und das Gemisch 6 h bei 95°C gerührt, anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und das Volumen mit deionisiertem Wasser auf 4,0 ml eingestellt. Die Lösung wurde über ein 2 × 10^–6 m (2 Mikron) Filter filtriert, um eine wässrige Lösung der genannten Verbindung zu ergeben.
Beispiel 9
In situ-Formulierung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5c (MS-322) (200 mM, 4 ml)
Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) (0,145 g, 0,4 mmol), Verbindung (5c) (79 Masseprozent, 0,729 g, 0,84 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (0,61 g, 3,1 mmol) wurden in ein Reagenzglas eingewogen. Deionisiertes Wasser (3 ml) wurde zugegeben und das Gemisch 6 h bei 95°C gerührt, anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und das Volumen mit deionisiertem Wasser auf 4,0 ml eingestellt. Die Lösung wurde über ein 2 × 10^–6 m (2 Mikron) Filter filtriert, um eine wässrige Lösung der genannten Verbindung zu ergeben.
Beispiel 10
In situ-Formulierung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5e (MS-325) (200 mM, 5 ml)
Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) (0,181 g, 0,5 mmol), Verbindung (5e) (95 Masseprozent, 0,820 g, 1,05 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (0,68 g, 3,5 mmol) wurden in ein Reagenzglas eingewogen. Deionisiertes Wasser (3,5 ml) wurde zugegeben und das Gemisch 6 h bei 95°C gerührt, anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und das Volumen mit deionisiertem Wasser auf 5,0 ml eingestellt. Die Lösung wurde über ein 2 × 10^–6 m (2 Mikron) Filter filtriert, um eine wässrige Lösung der genannten Verbindung zu ergeben.
Beispiel 11
In situ-Formulierung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5f (MS-328) (200 mM, 5 ml)
Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) (0,181 g, 0,5 mmol), Verbindung (5e) (97 Masseprozent, 0,850 g, 1,05 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (0,62 g, 3,2 mmol) wurden in ein Reagenzglas eingewogen. Deionisiertes Wasser (3,5 ml) wurde zugegeben und das Gemisch 6 h bei 95°C gerührt, anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und das Volumen mit deionisiertem Wasser auf 5,0 ml eingestellt. Die Lösung wurde über ein 2 × 10^–6 m (2 Mikron) Filter filtriert, um eine wässrige Lösung der genannten Verbindung zu ergeben.
Beispiel 12
Herstellung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5b (MS-317)
Gadoliniumoxid (Gd₂O₃) (0,50 g, 1,38 mmol), Verbindung (5b) (87 Masseprozent, 1,87 g, 2,5 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (1,53 g, 7,8 mmol) wurden in ein Reagenzglas eingewogen. Deionisiertes Wasser (8 ml) wurde zugegeben und das Gemisch anschließend 6 h bei 95°C gerührt, anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt und das Volumen mit deionisiertem Wasser auf 9,0 ml eingestellt. Die Lösung wurde auf eine 10-g Sep-Pak^© Säule geladen und mit Wasser eluiert. Das Lösungsmittel wurde unter reduziertem Druck eingedampft, und der feste weiße glasige Rückstand wurde 48 h in vacuo getrocknet. Ausbeute: 3,50 g (2,48 mmol, 99%). Anal. berechnet für (NMGH⁺)₃[Gd(5e^5–)(H₂O)] (C₄₇H₉₁GdN₆O₃₀P):C, 40,08; H, 6,51; N, 5,97; Gd, 11,16:
gefunden: C, 40,24; H, 6,69; N, 5,88; Gd, 10,11.
Beispiel 13
Herstellung des N-Methylglucamin-Salzes des Gadolinium-Komplexes von 5d (MS-323)
Gadoliniumchlorid-Hexahydrat (GdCl₃ × 6H₂O) (2,11 g, 5,68 mmol), Verbindung 5d (74 Masseprozent, 5,82 g, 5,98 mmol) und N-Methylglucamin (NMG) (6,06 g, 31 mmol) wurden in einen 50-ml-Rundkolben eingewogen. Deionisiertes Wasser (16 ml) wurde zugegeben und das Gemisch anschließend 4 h bei 95°C gerührt und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Lösung wurde auf eine C-18 Säule (200 g) geladen und mit einem Wasser-Methanol 1:1 Gemisch eluiert. Das Lösungsmittel wurde unter reduziertem Druck eingedampft, um einen weißen, glasigen Feststoff zu erhalten. Ausbeute: 8,0 g (5,41 mmol, 95%). Anal. berechnet für (NMGH⁺)₃[Gd(Sd^5–)(H₂O)](C₅₂H₁₀₀GdN₆O₃₀P):C, 42,27; H, 6,82; N, 5,69; Gd, 10,64.
gefunden: C, 42,04; H, 7,03; N, 5,83; Gd, 9,55.
Beispiel 14
Das folgende Kontrastmittel weist mehr als 95% Binden an HSA auf.
Es wird gezeigt, dass es eine AUC-Konz. (0 bis 10 Min.) aufweist, die um 100% oder um mehr größer war als diejenige des folgenden Analogons:

Claims

Chelatbildender Ligand, ausgewählt aus den folgenden Strukturen:

oder
oder der Gd(III)-Komplex davon oder dessen pharmazeutisch verträgliche Salze.
Pharmazeutisch verträgliches Salz gemäß Anspruch 1, wobei das Salz aus Calcium, Natrium, N-Methylglucamin und Gemischen davon ausgewählt ist.
Diagnostisches Bildkontrastmittel mit der folgenden Struktur:
wobei Ph = Phenyl, oder pharmazeutisch verträgliche Salze davon.
Pharmazeutisch verträgliches Salz gemäß Anspruch 3, wobei das Salz N-Methylglucamin ist.
Diagnostische Zusammensetzung, umfassend einen Gd(III)-Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder pharmazeutisch verträgliche Salze davon und einen Träger, einen Hilfsstoff oder ein Vehikel.
Diagnostische Zusammensetzung gemäß Anspruch 5, weiterhin umfassend einen freien organischen Liganden oder ein pharmazeutisch verträgliches Salz davon.
Verwendung eines Gd(III)-Komplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer diagnostischen Zusammensetzung für MR-Tomographie zur Untersuchung der Gefäße eines Gewebes.
Verwendung eines Gd(III)-Komplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer diagnostischen Zusammensetzung für MR-Tomographie zur Untersuchung der Perfusion in einem Gewebe.
Verwendung gemäß Anspruch 8, wobei das Gewebe aus einem Tumor, einem Herzen, einem Gehirn, einem Bein, einer Lunge und einer Niere ausgewählt ist.
Verwendung des Gd(III)-Komplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer diagnostischen Zusammensetzung für MR-Tomographie zur Überwachung eines menschlichen Gehirns während Wahrnehmungsereignissen.
Verwendung eines Gd(III)-Komplexes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung einer diagnostischen Zusammensetzung für MR-Tomographie zur Bestimmung des Blutvolumens in einem Gewebe.