CN102772807A

CN102772807A - 一种高水溶性核磁共振成像造影剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102772807A
Application number: CN2012102871402A
Authority: CN
Inventors: 胡爱国; 杨恒; 王伟; 陈莹莹
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN102772807B

Abstract

本发明涉及一种高水溶性核磁共振成像造影剂及其制备方法。所述的高水溶性核磁共振成像造影剂是基于1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸（DO3A）以季铵盐侧链修饰的钆（III）配合物。用所述的钆（III）配合物制备的核磁共振成像造影剂具有良好的水溶性、稳定性和弛豫率，同时通过对侧链长短的控制，可以对其弛豫率进行可控调节。

Description

一种高水溶性核磁共振成像造影剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高水溶性核磁共振成像造影剂及其制备方法。

背景技术

核磁共振成像（MRI）是一种利用生物体内水分子氢核在磁场中的共振作用而产生信号，经空间编码、重建而获得图像的技术。作为无创伤诊断方法，MRI不仅能够极好地提供软组织3D图像，也能展现生物体内部器官生理过程的功能和生理学状态。相比于其他诊断方法，MRI的灵敏度较低，在检测中需要多次累加来克服这个缺点，但在医用MRI中，不可能进行长时间的累加测试。而采用核磁共振成像造影剂（MRI contrast agent，MRI CAs），则能够改变质子的弛豫率以提高对病变的诊断能力。

在当前临床使用的商业化造影剂中，钆（III）配合物应用最为广泛。这类配合物的配体多为氨基羧酸类化合物，其中以二乙三胺五乙酸（DTPA），1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸（DOTA）和乙二胺四乙酸（EDTA）及其衍生物为主。提高造影剂弛豫率主要有两种途径：提高水合常数q以及增大旋转相关时间。关于前者的工作已经开展了很多，实验结果发现q=2造影剂的弛豫率约为q=1造影剂的两倍。到目前为止，由于这类配合物没有足够的动力学稳定性，其临床实际应用收到很大限制。通过增大

来提高弛豫率是一种比较容易实现的途径，通常采用的策略是提高分子量来减缓整个造影剂分子的翻转速度。通过设计两亲性钆（III）配合物形成胶束结构或者与大分子结合都可能成为其具体的实现方式。CN 101845112 A公开了一种基于Gd-DOTA衍生物的造影剂，其设计的配体包括DOTA躯干以及在一个氮原子上引出的一条长烷烃链，使其成为具有两亲性的金属表面活性剂。运用细乳液聚合聚合技术，依靠长烷烃链与高分子的疏水-疏水相互作用使得这种表面活性剂负载在高分子纳米球表面，从而形成一种高效核磁共振成像造影剂。但是，这种长链结构的配合物在水溶性方面并不理想，制约了其进一步应用。

发明内容

本发明目的在于制备一种具有良好水溶性的稳定的小分子造影剂。为了达到上述目的，本发明制备的造影剂的配体结构由两部分组成，一部分是三-N-羧甲基化的1,4,7,10-四氮杂环十二烷（DO3A），另一部分是含有季铵盐结构的烷烃侧链。所述的配合物结构如下：

其中n=1－24。

本发明涉及的水溶性核磁共振成像造影剂的制备过程包含以下步骤：

（1）、按照WO 2007/106546 A2或Tetrahedron Letters 2011, 52 (17), 2058-2061的方法制备1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸三叔丁酯氢溴酸盐；结构如下：

（2）、将二甲基烷基叔胺盐酸盐和溶剂混合，加入环氧氯丙烷，搅拌，在25℃-55℃下反应3-24 h，得到粗产物。除水干燥后，用乙醇\乙醚体系进行重结晶，得到含有季铵盐结构的物质即3-氯-2-羟基丙基烷基二甲基氯化铵；结构如下：

其中溶剂为水、无水乙醇、无水甲醇、异丙醇等；搅拌形式为机械搅拌和磁力搅拌；n=1－24。

（3）、将1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸三叔丁酯氢溴酸盐溶于乙腈中，加入适量碳酸钾作为缚酸剂，在60℃-80℃下反应半小时后，加入（2）反应制备的季铵盐，两者的摩尔当量比为1：0.95-1，氮气保护下反应24-48 h，将溶剂旋干，得到粗产物，之后以乙醇\乙醚体系进行重结晶，再抽滤，将滤液旋干，干燥，得到叔丁基保护的配体前躯体；结构如下：

其中n=1－24。

（4）、加入适量三氟乙酸到（3）制得的前躯体化合物中，氮气氛围中室温下反应6-24 h。反应完成后，抽干溶剂得到脱去叔丁基的配体。接下来进行钆配位反应，配体和氯化钆的摩尔当量比为1：0.9-1.2。将配体溶解在适量超纯水中，用盐酸和氢氧化钠调节pH为6.5，之后加入氯化钆水溶液，再次调节pH为6.5。之后每隔一定时间调节pH为6.5，持续1-3天。再将pH升至9-11，将游离的钆离子沉淀下来，离心，过微孔滤膜，最后收集到钆配合物水溶液；结构式如下：

其中n=1－24。

（5）、核磁共振成像及弛豫率测试：成像效果及弛豫率用西门子Trio 3T磁共振成像设备进行测定，先将钆配合物按浓度梯度稀释，盛放在1.5 ml的离心管中，在3T场强下采用反转恢复法进行核磁共振成像，通过图像的亮度可以计算出每个浓度溶液的纵向弛豫时间（T₁），再通过公式：

计算出每个浓度下的T₁（其中c为钆含量，T_W为水分子的纵向弛豫时间），最后通过计算机拟合得到造影剂的弛豫率r₁。其中钆含量利用全谱直读等离子体发射光谱（ICP-AES）进行测定。

通过核磁共振成像实验测得的Gd-DO3A系列造影剂的弛豫率与其侧链烷烃长度有直接关系，当n为22时，其弛豫率为8.7 mM^-1s^-1，为商用Gd-HP-DO3A (ProHance^®，r₁=3.7 mM^-1s^-1)的两倍多，通过这种配合物的长链和一些大分子物质连接形成大分子造影剂将可获得更加可观的弛豫率。所述的小分子造影剂的稳定性较[Gd- (DO3A)(H₂O)₂]这类q=2造影剂提升巨大，在水溶液中可长时间保存而不析出，更为重要的是这种造影剂有着优异水溶性，室温下即表现出了良好的溶解性，这为其进一步应用奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为按照实施例1得到的核磁共振成像造影剂纵向弛豫时间（T₁）的倒数随钆浓度的变化图。

图2为按照实施例2得到的核磁共振成像造影剂纵向弛豫时间（T₁）的倒数随钆浓度的变化图。

图3为按照实施例3得到的核磁共振成像造影剂纵向弛豫时间（T₁）的倒数随钆浓度的变化图。

具体实施方式

实施例1

（1）、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸三叔丁酯氢溴酸盐的制备。在250 ml schlenk瓶中将1,4,7,10-四氮杂环十二烷（4.2 g，cyclen, 实验室自制）和无水乙酸钠（6.6 g）溶解于N,N-二甲基乙酰胺（50 ml）中。然后，在-20 ℃下加入溴乙酸叔丁酯（13 ml）的N,N-二甲基乙酰胺（20 ml）溶液。加完后在室温下反应1-2天得到粗产物。将其倒入去离子水（500 ml）中，加入适量碳酸氢钠，调节溶液pH值至 8-9。期间，有大量白色固体析出，过滤除去滤液。用二氯甲烷溶解白色固体，后用无水硫酸镁干燥，然后浓缩至20 ml, 加入200 ml无水乙醚，有白色固体析出，过滤，收集产物。

（2）、将三甲胺盐酸盐（1.9 g）溶解于乙醇（15 ml）中，然后加入环氧氯丙烷，磁力搅拌，25 ℃反应6 h。有白色固体析出，过滤，抽干，采用乙醇\乙醚体系重结晶得到纯净3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵。

（3）、将1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸三叔丁酯氢溴酸盐（0.18 g）溶于乙腈（10 ml）中，加入适量碳酸钾作为缚酸剂，在60 ℃-80 ℃下反应半小时后，加入3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵，两者的摩尔当量比为1：0.95-1，氮气保护下反应24-48 h，将溶剂旋干，得到粗产物。之后以乙醇\乙醚体系进行重结晶，再抽滤，将滤液旋干，干燥，得到叔丁基保护的配体前躯体。

（4）、加入适量三氟乙酸到（3）制得的前躯体中，氮气氛围中室温下反应6-24 h。反应完成后，抽干得到脱去叔丁基的配体。接下来进行钆配位反应，将配体溶解在适量超纯水中，用盐酸和氢氧化钠调节pH为6.5，之后加入氯化钆水溶液，再次调节pH为6.5，之后每隔一定时间调节pH为6.5，持续1-3天，再将pH升至9-11，将游离的钆离子沉淀下来，离心，过微孔滤膜，最后收集到钆配合物水溶液。

(5)、核磁共振成像及弛豫率测试：成像效果及弛豫率用西门子Trio 3T磁共振成像设备进行测定，先将钆配合物浓度梯度稀释，盛放在1.5 ml的离心管中，在3T场强下上采用反转恢复法进行核磁共振成像，通过图像的亮度可以计算出每个浓度溶液的纵向弛豫时间（T₁），再通过公式：

计算出每个浓度下的T₁（其中c为钆含量，T_W为水分子的纵向弛豫时间），最后通过计算机拟合得到造影剂的弛豫率r₁。其中钆含量利用全谱直读等离子体发射光谱（ICP-AES）进行测定。测试结果显示纵向弛豫时间与钆离子浓度呈良好的线性关系（如图1），最终计算得纵向弛豫率r₁=2.7 mM^-1s^-1。

实施例2

（2）将二甲基十六烷基叔胺盐酸盐（3.1 g）溶解于20 ml去离子水中，在机械搅拌下加入环氧氯丙烷，25℃-55 ℃下反应6 h，有粘性固体生成，过滤，抽干，采用乙醇\乙醚体系重结晶得到纯净产物3-氯-2-羟基丙基十六烷基二甲基氯化铵。

（3）用3-氯-2-羟基丙基十六烷基二甲基氯化铵替代3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵；其余同实施例1。测试结果显示纵向弛豫时间与钆离子浓度呈良好的线性关系（如图2），最终计算得纵向弛豫率r₁=3.7 mM^-1s^-1。

实施例3

（2）将二甲基二十二烷基叔胺盐酸盐（7.8 g）溶解在80 ml去离子水中，机械搅拌下加入环氧氯丙烷，35 ℃-55 ℃下反应24 h，得到粗产物，除水干燥后，用乙醇\乙醚体系进行重结晶，得到纯净产物3-氯-2-羟基丙基二十二烷基二甲基氯化铵。

（3）、用3-氯-2-羟基丙基二十二烷基二甲基氯化铵替换3-氯-2-羟基丙基三甲基氯化铵；其余同实施例1。测试结果显示纵向弛豫时间与钆离子浓度呈良好的线性关系（如图3），最终计算得纵向弛豫率r₁=8.7 mM^-1s^-1。

Claims

1.一种高水溶性核磁共振成像造影剂,其化学结构式是：

其中n=1－24。

2. 根据权利要求1所述的高水溶性核磁共振成像造影剂，其特征在于，是基于1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸（DO3A）以季铵盐侧链修饰的钆（III）配合物。

3.根据权利要求1或2所述造影剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

（1）、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸三叔丁酯氢溴酸盐的制备，结构如下：

（2）、将二甲基烷基叔胺盐酸盐和溶剂混合，加入环氧氯丙烷，搅拌，在25℃-55℃下反应3-24 h，得到粗产物；除水干燥后，用乙醇\乙醚体系进行重结晶，得到含有季铵盐结构物质即3-氯-2-羟基丙基烷基二甲基氯化铵；结构如下：

其中溶剂为水、无水乙醇、无水甲醇、异丙醇等；搅拌形式为机械搅拌和磁力搅拌；n=1－24；

其中n=1－24。

4.（4）、加入适量三氟乙酸到（3）制得的前躯体中，氮气氛围中室温下反应6-24 h，反应完成后，抽干得到脱去叔丁基的配体，接下来进行钆配位反应，配体和氯化钆的摩尔当量比为1：0.9-1.2，将配体溶解在适量超纯水中，用盐酸和氢氧化钠调节pH为6.5，之后加入氯化钆水溶液，再次调节pH为6.5，之后每隔一定时间调节pH为6.5，持续1-3天，再将pH升至9-11，将游离的钆离子沉淀下来，离心，过微孔滤膜，最后收集到钆配合物水溶液；结构式如下：

其中n=1－24。