CN103260652A - 显示不依赖于浓度的响应性的cest系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及属于CEST剂的NMR可区别的立体异构体的非等价的流动质子在基于参比的CEST成像方法中的应用和用作不依赖于浓度的CEST响应剂的在溶液中展示出至少两种NMR-可区别的立体异构体的镧系元素(III)配位化合物。

Description

显示不依赖于浓度的响应性的CEST系统
发明领域
本发明涉及基于化学交换-依赖性饱和转移(Chemical-Exchange-dependent Saturation Transfer)(CEST)的磁共振成像(MRI)领域。更具体地，本发明涉及显示不依赖于浓度的响应性的CEST系统及其在具有诊断意义的物理或化学参数的体内作图中的应用。 
背景技术
化学交换饱和转移(CEST)方式是近来引入的成像方法，其基于包括一个或多个可交换质子池的分子(CEST剂)的应用(例如，参见Balaban RS.，Methods in Biomedical Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy.Chichester，UK：John Wiley&Sons；2000.第1卷.661-6667页；Young IR编辑)。 
这种成像技术依赖于在高分辨率NMR中称作双共振实验的现象，其中在可来源于NMR光谱的流动质子的共振频率中心精确地施加二次射频(rf)脉冲以饱和其自旋。由此生成饱和磁化，其通过化学交换被转入“重力”水(bulk water)，导致重力水信号的净减少。这种效应称作饱和转移或ST效应。根据转移的程度确定得到的基于CEST的MR图像中的反差(contrast)：较大的是转移至水质子的饱和磁化的量，较小的是得到的水信号强度，较强的是所记录的MRI图像中的反差(负反差)。 
CEST剂的基本要素是存在流动质子(或可交换质子，在本文中可以互换使用)，其具有适合的交换速率(Kex)和适合的与重力水质子的化学位移分离从而能够使交换位置活化和饱和转移。概括地说，当kex接近 
Figure BDA00003137289900011
时，达到这种条件，其中Δv是两个交换池之间以Hz计的化 学位移分离。已知的CEST造影剂主要分成抗磁性和顺磁性系统。低分子量抗磁性CEST剂(DIACEST)的适合的实例首先由Balaban在WO00/66180中提供，他在该领域进行了的大部分工作。而大分子抗磁性试剂公开在例如J.Am.Chem.Soc2001；123：8628-8629中。 
顺磁性CEST剂(PARACEST)，主要包括DOTA的大环四-酰胺衍生物，其可提供4个磁性等价的或假等价的N-H流动质子池，其中首先由Sherry报道(例如，参见J.Am.Chem.Soc2001；123：1517-1518)。有关顺磁性CEST剂的重要发现还讨论在Magn.Reson.Med2002；47：639-648中。 
Woods等人还证实，至少在一些实验条件下，包括使用干溶剂，可以使用PARACEST探针在CEST实验中利用OH基团(例如，参见J.Am.Chem.Soc2006；128：10155-10162)。然而，通过将测试配合物(complex)溶于纯水，不能检测到来自羟基和金属结合水质子的CEST效应，由此防碍了其可能在“体内”CEST应用中的应用。 
后来，Morrow和合作者证实，可以通过使用与包含侧醇基的中性配体的带3个正电荷Ln(III)的大环配合物在纯水中检测到来自醇供体基团的CEST效应(例如，参见Inorg.Chem.2009；48：7237-7243)。在文章中讨论了所用的环状衍生物存在多种立体异构体，得出的结论是恰在溶液中具有一种非对映异构体形式的Ln(III)配合物可能有利于PARACEST实验。 
另外类型的特别高灵敏度的顺磁性CEST剂表示为LIPOCEST，即在水性内腔中包含用于水质子的顺磁性位移试剂的脂质体(例如，参见Angew.Chem.Int Ed Engl2003；42：4527-4529)。 
在CEST剂中，特别有意义的一类表示为“响应”剂，即造影剂，它带有至少一个可交换质子，其饱和转移容量与其中所述试剂分布的微环境中具有诊断意义物理-化学参数相关。除作为典型CEST剂起作用和提供CEST反差外，这些试剂还能够报告有关所述参数的改变，典型地选自身体器官或区域内(其中分布它们)的pH、温度、代谢物或特定离子浓度、O2或CO2分压、蛋白质或酶活性，由此作为与这些改变紧 密相关的具体疾病的有用生物标记物起作用(例如，参见Top Curr.Chem.2002，221，123-164)。 
在这方面，在CEST方法中观察到的饱和转移(ST)的量取决于水和CEST探针含量，即，换句话说，其在所关注组织中的局部浓度。作为结果，这些试剂所显示出的奇特响应特性实际上仅可以在其确切浓度已知时适当地得以利用。 
而为了在体内测定中有效地利用，CEST响应剂应以不依赖于浓度的模式展示出其响应性。 
这项工作可以通过使用CEST剂进行，所述的CEST剂包含至少两组磁性非等价(non-equivalent)质子，其ST效应显示不同于有意义的物理-化学参数的依赖性。 
在这种情况中，实际上，可以基于如下等式(1)利用参比方法： 
Figure BDA00003137289900031
由Balaban和Ward以开拓性的方式公开(有关上述等式的任意详细描述，例如，参见Magn.Reson.Med.2000；44：799-802)，其利用了通过两种不同共振的选择性辐照诱导的ST效应之间的比较的比率，所述的两种不同共振分别被鉴定为上述等式中的1位和2位，使得所测定的ST量和由此评价的诊断参数不依赖于所给予的CEST探针的绝对浓度。 
能够利用这种参比(ratiometric)方法的响应剂的实例包括单分子镧系元素(Ln)配合物，其包含两个磁性非等价质子位点，通常一个属于与金属离子配位的侧臂(pendant arm)上的伯酰胺基，其中第二个典型地表示为与螯合的配合物的Ln中心配位的水分子(例如，参见Angew.Chem.Int Ed2002；41：1919-1921和4334-4336)。 
包含两个池的CEST-活性质子的抗磁性分子例如5，6-二氢尿嘧啶和碘帕醇也成功地作为不依赖于浓度的pH报道分子实验(例如，参见Magn.Reson.Med.2000；44：799-802，Invest.Radiol.2004；39：235-243；Magn.Reson.Med.2005；53：830-834和J.Am.Chem.Soc 2005；131：1380-1381)。 
或者，可以利用包含两个(或多个)CEST探针的CEST系统，所述的两个(或多个)CEST探针具有相同的生物分布模式，但具有极为不同的NMR特性，例如，依赖于配位的Ln(III)离子，它们各自提供不同的质子池(例如，参见Magn.Reson.Med.2002；47：639-648)。 
然而，响应性CEST剂的研发仍然不令人满意，主要原因在于显示出不依赖于浓度的响应性的CEST系统数量有限。 
发明内容
根据上述任务，本发明涉及允许鉴定基于CEST的不依赖于浓度的响应方法的磁性非等价的流动质子的可选来源和显示不依赖于浓度的响应性的可选CEST系统。 
本发明的解决方案涉及使用顺磁性CEST剂的NMR-可区别的立体异构体作为磁性非等价可交换质子的可选来源。 
更具体地，本发明涉及顺磁性CEST剂的NMR-可区别的异构体作为磁性非等价流动质子的来源在设定基于参比的CEST成像方法中的应用。 
在另一个实施方案中，本发明涉及基于参比的CEST MRI方法，其包括利用属于顺磁性磁性CEST剂的至少两种NMR-可区别的异构体的非等价的流动质子。 
在不同的实施方案中，本发明涉及一类在螯合配体侧臂上带有质子-可交换基团的镧系元素(III)配位化合物，其在溶液中展示出至少两种NMR-可区别的立体异构体，和这些配位化合物(complex compound)作为不依赖于浓度的CEST造影剂在基于参比的CEST成像方法中的应用，以提供不依赖于浓度的CEST反差。 
在另一个实施方案中，本发明涉及所述鉴定的镧系元素(III)配位化合物作为不依赖于浓度的响应性CEST剂的应用和基于参比的CEST成像方法，该方法包括使用所述的化合物提供人体或动物体器官、流体或组织中有诊断意义的物理或化学参数的不依赖于浓度的图。 
附图说明
图1：YbHPDO3A在D2O中的1H NMR光谱(278K，600MHz)。 
图2：a)组在D2O(下部)和H2O(上部)中的YbHPDO3A光谱的放大图，其中突出显示了配合物的两种可区别异构体的交换OH质子显示的不同化学位移(分别为72和99ppm，在20℃)；b)组YbHPDO3A的Z光谱(24mM溶液，293K，pH7.31，辐照功率24μT，辐照时间2s)。 
图3：a)组包含均具有24mM浓度、而pH不同(毛细管1-11)或相同pH(7.31)、而浓度不同(3-24mM)(毛细管7，12-14)的YbHPDO3A溶液的仿真模型(phantom)的体外MR图像(质子密度)；b)组仿真模型图例；c)组辐照在72ppm的羟基质子时得到的ST图(20℃；辐照功率脉冲24μT)；d)组辐照在99ppm的羟基质子时得到的ST图(20℃，辐照功率脉冲24μT)；e)组辐照分别在72ppm(正方形)和99ppm(圆圈)(校准曲线)的羟基质子时得到的ST效应随pH变化的变化(24mM溶液，20℃；辐照脉冲24μT；辐照时间2s)；f)组显示通过对e)组ST曲线施加的参比方法得到的参比值对pH的依赖性的参比曲线。在图中，参比值(图垂直轴(y)上显示的)表示辐照分别在72ppm(1位)和99ppm(2位)的质子时通过使用上述等式(1)计算的值。 
图4：a)组显示ST效应对温度的依赖性的参比曲线(参比值，通过对分别在20℃(正方形)和37℃(圆圈)记录的ST校准曲线施加参比方法得到；b)组通过使用24μT辐照脉冲在37℃(较暗线)和20℃、相同pH(灰线)记录的YbHPDO3A(24mM溶液，pH7.31)的Z-光谱。 
图5：a)组包含3种不同MSH细胞沉淀的仿真模型的体外MR图像，所述的细胞已经与YbHPDO3A溶液一起温育(毛细管2)或被其电穿孔(毛细管3)或细胞与PBS一起温育和用作参比物(毛细管1)。仿真模型中还包括空毛细管(4)；b)和c)组分别在72和99ppm相应地辐照仿真模型时采集的ST图。 
图6：获自注射了200μL150mM YbHPDO3A溶液的小鼠膀胱的用分光计Bruker Avance300记录的Z-光谱。在记录的光谱中，较暗线 相当于拟合曲线，较亮线相当于平移的拟合曲线，从而具有相当于0ppm的最低限度的Z光谱。 
图7：在33°体外测定的YbHPDO3A的参比曲线，其获自实施例6的对该温度记录的参比曲线。 
图8：静脉内注射YbHPDO3A前(前)和之后即刻(后)记录的小鼠肿瘤区域中的形态学图像(左侧图像)和ST图。使分别在66.2和91.6ppm辐照时计算的ST效应叠加在相应的的解剖图上，其中肿瘤区域显示为较亮区域(实际观察到的图像中的红色)。在该图中，符号表示用于促进饱和转移的辐照频率，也就是，所述的66.2和91.6ppm。 
图9：YbHPDO3A的四聚化衍生物的通式，另外被鉴定为(Yb3+)4HPDO3A-四聚体或简单地鉴定为四聚体。 
图10：a)组在辐照YbHPDO3A-四聚体的两种异构体的羟基质子和施加参比方法时，在298-312K的不同温度下测定的参比曲线；b)组属于YbHPDO3A-四聚体的两种NMR-可区别的异构体的羟基质子的NMR化学位移对温度的依赖性。 
图11：在0.26-8.4mM(pH7.4和298K)的不同浓度下包含YbHPDO3A-四聚体的仿真模型的MRI图像。左侧是T2加权图像；右侧是得到的ST图。 
图12：a)组EuHPDO3A在D2O中的1H NMR光谱；b)组在D2O、278K、pH2(上部)和H2O、310K、pH2(下部)中的EuHPDO3A NMR光谱的放大图，证实存在两种NMR可区别的异构体，其分别具有化学位移20.5和16.7(pH2和20℃)，在生理温度下仍然可区别(Advance600分光计)。 
图13：a)组EU(III)HPDO3A(20mM)在pH5.92和37℃、在不同功率脉冲下的Z-光谱；b)组EU(III)HPDO3A(20mM)在pH7.46和37℃、在不同功率脉冲下的Z-光谱；c)组EU(III)HPDO3A20mM在pH7.46、37℃和24μT辐照功率下的ST-图。 
图14：在7T获取的化合物2的溶液在pH5.8和298K下的Z-光谱。 
图15：辐照化合物2展示出的两种磁性非等价异构体的羟基质子时 得到的ST效应对的pH依赖性(在20℃)(校准曲线)。 
图16：报道通过对图15的ST曲线施加参比方法得到的ST对pH的依赖性(参比值)的参比曲线。 
图17：来自在278K和298K和600MHz磁场下在D2O中记录的化合物3的1H NMR光谱的比较。在较低温度下记录的高分辨率光谱清楚地显示存在两组信号，这归因于溶液中的两种主要异构体(SAP和TSAP)。这些相同的信号在室温下更宽。 
图18：从在6.41-8的不同pH值下缓冲、20℃；磁场7T、辐照功率24μT的溶液(20mM)记录的化合物3的Z光谱。 
图19：获自在5.08-6.30的不同pH值下缓冲、293K、磁场7T、辐照功率24μT的化合物4的水溶液(20mM)的饱和转移ST图(左侧)和相应的Z-光谱(右侧)。 
图20：参比ST曲线，其显示对化合物4根据ST曲线计算的参比值对pH的依赖性，所述的ST曲线在分别辐照在75和100ppm的羟基质子时得到。 
图21：从在5.5-8.1的不同pH值下缓冲、20℃、磁场7T、辐照功率24μT的水溶液(20mM)中记录的化合物5的Z光谱。 
发明详述 
本文公开的能够建立不依赖于浓度的CEST MRI方法的磁性非等价的流动质子源由属于顺磁性CEST剂的至少两种NMR-可区别的异构体的流动质子代表。 
在这方面，除非另有提供，否则表述“CEST剂的NMR-可区别的异构体”是指提供流动质子信号的CEST剂的立体异构体，所述的流动质子信号可以被分离且由此在NMR光谱中可区别，或者换句话说，它们对不同的可交换质子显示不同的共振(在NMR光谱中)，每个共振各自相当于NMR-可区别的立体异构体之一。 
在这方面，提供这种类型的磁性非等价质子的适合的CEST剂优选是在螯合配体侧臂上包含质子-交换基团的镧系元素(III)配位化合物，其 在溶液中展示出至少两种NMR-可区别的立体异构体。 
实际上，这些配位化合物的NMR光谱有意义地显示至少两种可分离的可交换质子的共振，它们各自相当于可以在基于参比的CEST成像方法中选择性地照射的NMR-可区别的异构体之一。 
适合的镧系元素(III)配位化合物的NMR-可区别的异构体作为基于参比的CEST成像方法中可利用的磁性非等价流动质子源的应用构成了本发明的一个实施方案。 
目前显而易见，为了在体内基于CEST的方法中适当地利用这种非等价流动质子的可选源，必不可少的是用作CEST探针的镧系元素在生理条件下展示出多种NMR可区别的立体异构体，或者换句话说，Ln(III)配合物所展示出的不同立体异构体的可交换质子共振仍然适当地移动并且可在室温和生理pH下在水溶液中充分检测到。 
本文鉴定了包含在侧臂上带有羟基(-OH)质子-交换基团的大环螯合配体的Ln(III)配位化合物的具体类型，其在溶液中作为多种NMR可区别的异构体的混合物存在。有利地，这些配位化合物的NMR光谱对可交换OH质子展示出至少两种共振，其相当于不同的立体异构体，它们仍然存在并且在水溶液中和在生理pH和温度条件下得到充分分离。 
这种具体类型的镧系元素(III)配位化合物在基于参比的CEST成像方法中的应用代表了本发明的优选实施方案。 
因此，在一个实施方案中，本发明涉及包含在侧臂上带有羟基质子交换基团的螯合配体的镧系元素(III)配位化合物在基于参比的CEST成像方法中的应用，该方法利用(至少两种)各自由相关镧系元素配合物的NMR可区别的立体异构体提供的磁性非等价的流动质子。 
适合的镧系元素(III)金属离子(或Ln(III))选自：镨(III)、钕(III)、镝(III)、铒(III)、铽(III)、钬(III)、铥(III)、镱(III)和铕(III)，其中优选铕(III)和镱(III)，特别优选镱(III)。 
另一方面，本发明适合的螯合配体包括在单一侧臂上带有羟基(OH)质子交换基团的大环螯合配体。 
优选式(I)的螯合配体 
Figure BDA00003137289900091
其中： 
R是-CH(R2)-COOH； 
R1是H或直链或支链C1-C5烷基链，其任选地被选自-O-、-N-、-CO-、-NHCO-、-CONH-的基团中断且任选地被下述基团取代：一个或多个卤原子、羟基(-OH)基团、苯基或取代的苯基或被选自-COOH，-NHR3或-NR4R5的基团，其中R3、R4和R5彼此相同或不同，为H或直链或支链C1-C3烷基，其任选地被一个或多个羟基或C1-C3烷氧基取代； 
R2是H或任选地被一个或C1-C3烷氧基或羟基烷氧基取代的C1-C5烷基链。 
在这方面，本领域技术人员显然应明确，当式(I)的螯合配体与带三个正电荷的镧系元素(III)金属离子配位时，R部分的羧酸基团是相应的脱质子化(-CH(R2)-COO-)形式。 
在本说明书中，除非另有提供，否则术语直链或支链C1-C5烷基我们意欲指1-5个碳原子的直链或支链烷基链。适合的烷基的实例包括甲基、乙基、正-丙基、异丙基、正-丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基等。 
上述烷基还可以如上所述被一个或多个卤素、羟基、烷氧基、氨基、羟基烷氧基、苯基或被取代的苯基取代和/或中断。 
所谓卤素或卤原子我们意欲指碘、氯、溴或氟原子，特别优选后者。 
所谓术语取代的苯基我们意欲指被一个或多个卤素原子、羟基(OH)或C1-C3烷氧基或选自-(CH2)nCOOH、-NO2、-NHR3或-NR4R5基团的基团取代的苯基，其中n是0或1，且R3、R4和R5如上述所定义。 
所谓术语C1-C3烷氧基我们意欲指任意的烷氧基，其中烷基部分包括至多3个碳原子。 
所谓羟基烷氧基我们意欲指任意上述的C1-C3烷氧基，其中烷基部分进一步被羟基取代。 
本发明烷氧基或羟基烷氧基的适合的实例包括，例如甲氧基、乙氧基、正-丙氧基、羟基甲氧基、-2-羟基乙氧基、2，3-二羟基丙氧基等。 
优选地，在式(I)的化合物内，R2表示H，R1是H或直链或支链C1-C4烷基链，其任选地被氧原子中断或被-OH、-NH2或自身由此被取代的苯基取代或不被羟基、C1-C3烷氧基、硝基或羧基取代。 
甚至更优选地，在式(I)的化合物中，R2是H，且R1表示选自如下的基团： 
-H； 
-CH3； 
-CH2CH3； 
-CH2OH； 
-CH2-O-CH3； 
-CH(CH2OH)2； 
-CH2-CH(OH)-CH2OH； 
-CH2-O-CH2-C6H5； 
-CH2-O-CH2-(C6H5-COOH)； 
-CH2-O-CH2-(C6H5-NO2)。 
本发明尤其优选式(I)的配体的Ln(III)配合物，其中R2是H，R1是-CH3，而螯合的Ln(III)离子选自Yb(III)或Eu(III)。 
如果适合，本发明范围内包括包含式(I)的至少两种螯合配体的任选通过其可适当官能化的它们R1基团连接的二聚体或多聚体衍生物，并且其一般带有增加的敏感性。 
因此，在不同的实施方案中，本发明涉及Ln(III)配位化合物，其中螯合配体是式(I)的化合物的二聚化或多聚化衍生物。 
这种类型的化合物的一个实例及其制备方案例如公开在如下的实施例1中。 
本文可互换使用的实施例1的四聚化螯合配体或HPDO3A-四聚体 及其盐及其与(至多)4个顺磁性金属离子的螯合的配合物是新的并且构成本发明的另一个目的。 
在这方面，适合的顺磁性金属离子选自如下：Fe(2+)、Fe(3+)、Cu(2+)、Ni(2+)、Rh(2+)、Co(2+)、Cr(3+)、Gd(3+)、Eu(3+)，Dy(3+)、Tb(3+)、Pm(3+)、Nd(3+)、Tm(3+)、Ce(3+)、Y(3+)、Ho(3+)、Er(3+)、La(3+)、Yb(3+)、Mn(3+)、Mn(2+)。更优选顺磁性金属离子是Gd(3+)或选自Yb(3+)、Eu(3+)或Dy(3+)的镧系元素金属。 
本发明的另一个目的是用于MR成像的诊断组合物，其包含顺磁性或尤其是式(I)的螯合配体的二聚化或多聚化衍生物的Ln(III)二-或多-螯合的配合物、或其生理学可接受的盐与适合的添加剂和/或载体。在一个优选的实施方案中，所述诊断组合物包含具有图9的结构的(Yb3+)4HPDO3A-四聚体。 
在大环骨架上包含至少3个羧酸基团的式(I)的螯合配体可以便利地是生理学可接受的盐的形式。 
可以用于使本发明配体成盐的无机碱阳离子的适合的实例包含碱金属或碱土金属例如钾、钠、钙或镁的离子。 
有机碱的优选阳离子特别地包括那些伯、仲和叔胺类，例如乙醇胺、二乙醇胺、吗啉、葡糖胺、N-甲基葡糖胺、N，N-二甲基葡糖胺。 
可以适合地用于该目的的无机酸的优选阴离子包括卤代酸的离子，例如氯离子、溴离子、碘离子或其他离子，例如硫酸盐。 
有机酸的优选阴离子包括常用于制药技术的那些酸，其用于使碱性物质成盐，例如乙酸盐、琥珀酸盐、柠檬酸盐、富马酸盐、马来酸盐或草酸盐。 
氨基酸的优选的阳离子和阴离子包括，例如牛磺酸、甘氨酸、赖氨酸、精氨酸、鸟氨酸或天冬氨酸和谷氨酸的那些离子。 
另一方面，大环配体的3个羧酸基团全部涉及螯合带3个正电荷的镧系元素离子。作为结果，式(I)的Ln(III)配位化合物是中性的且由此适合于在无任何另外的中和或成盐的情况下的体内应用。 
而在螯合配体在其结构上包括其它酸性基团的情况中，用常用于制 药技术的阳离子例如选自上述举出的那些将其中和是得到其生理学可接受的盐必不可少的。 
式(I)的Ln(III)螯合的配合物(其中R1不是H)及其二聚体或多聚体衍生物包括手性中心，表示为在侧臂上羟基化的碳。因此，在溶液中，它们展示出多种立体异构体形式，其区别主要在于乙酸盐臂(arms)的布局(顺时针方向的或逆时针方向的)、大环的两种构象和手性中心的构象(R，S)。在这方面，本领域技术人员注意到，当R1是H时，所述碳失去其手性，而区别在于乙酸盐臂布局或环构象的异构体仍然存在。 
本发明基于如下观察结果：这种优选类型的配位化合物在室温在水溶液中展示出的非对映异构体在NMR光谱中可区别。更具体地，我们已经发现，本发明举出的式(I)的Ln(III)配位化合物在溶液中、在生理温度和pH下展示出可交换OH质子的至少两种适当移动的共振，它们各自相当于所述配合物的不同的NMR-可区别的非对映异构体。有利地，已经证实同一配合物的不同立体异构体随时间的变化在具有相同的体内生物分布和相同的相对浓度比。因此，式(I)的Ln(III)配位化合物的NMR-可区别的立体异构体在溶液中展示出的多数适当移动的OH质子共振可以有利地用于建立了在体内条件下利用的基于参比的CEST-MRI方法，以得到体内CEST图像，它们不受所涉及的配合物的局部浓度影响。 
此外，有意义地，通过本发明Ln(III)配位化合物的OH可交换质子的选择性饱和得到的饱和转移ST的量明显地对它们所分布的微环境的物理或化学参数敏感，或者换句话说对它们有响应。作为结果，除非在得到不依赖于浓度的CEST反差的CEST成像方法中可利用，本发明举出的具体类型的Ln(III)配位化合物还可以有利地作为响应性CEST剂，特别是在基于参比的CEST成像方法中，从而能够得到具有诊断意义的物理或化学参数的体内测量值和图，它们不受所述试剂自身的局部浓度影响。 
因此，在另一个实施方案中，本发明涉及式(I)的Ln(III)配位化合物作为不依赖于浓度的CEST响应剂、尤其是在基于参比的CEST成像方法中的应用，以用于具有诊断意义的物理或化学参数的体内测定。 
在本发明中，除非另有指示，否则所谓具有诊断意义的物理或化学参数我们意欲指选自温度、pH、氧(pO2)或二氧化碳(pCO2)分压、特定离子或代谢物浓度或特异性酶活性的参数。 
在这方面，目前显而易见，通过得知研究中的身体器官或区域中的物理或化学参数的值或图，临床医师可以提供对那些具有诊断意义的生理或代谢过程进行诊断评价，它们严格地依赖于所述的评价参数。 
在本发明的另一个实施方案中，本发明涉及基于参比的CEST MRI方法，该方法包括利用即用适合的射频脉冲辐照，且由此诱导饱和转移至重力水信号，即适合的CEST探针的两种或多种NMR-可区别的立体异构体提供的至少两种磁性非等价的流动质子。 
在这方面，对本领域技术人员而言应明确，在本发明范围内包括基于参比的CEST MRI方法，该方法利用属于任意适合的CEST探针的NMR-可区别的异构体的磁性非等价的流动质子。在一个优选的实施方案中，所涉及的CEST探针是顺磁性CEST剂且更优选是本发明举出的Ln(III)配位化合物。 
在一个特别优选的实施方案中，CEST探针是HPDO3A螯合配体的Ln(III)配合物或其二聚化或多聚化衍生物的二-或多-螯合的配合物或其生理学可接受的盐。 
因此，在本发明在其优选的实施方案中涉及基于参比的CEST MRI方法，该方法包括使用式(I)的Ln(III)配位化合物或其二聚体或多聚体衍生物，以提供不依赖于浓度的体内CEST成像。甚至更优选地，所述基于参比的CEST MRI方法用于人体或动物体器官、流体或组织中具有诊断意义的物理或化学参数的体内测定，它们不受CEST剂的局部浓度影响。 
更具体地，在一个优选的实施方案中，本发明涉及不依赖于浓度的CEST成像方法，以得到人体或动物体器官、区域、流体或组织的图像，该方法包括： 
a)对人或动物受试者给予式(I)的Ln(III)螯合的配合物或其二聚体或多聚体衍生物，和任选地记录所关注的人体或动物体器官、区域、 流体或组织的MRI形态学图像，优选通过使用T2加权顺序进行； 
b)在对两种磁性非等价流动质子的共振频率精确调谐的频率范围内采集Z光谱，所述的磁性非等价流动质子属于所给予的镧系元素配合物的NMR-可区别的立体异构体，并且根据对这两种流动质子池测定的饱和转移效应(ST)计算参比值； 
c)得到所述所述人体或动物体器官、区域、流体或组织的不依赖于浓度的图像； 
其中该方法的步骤C优选包括将获自该方法步骤b)中测定的ST效应的参比值的图叠加在在先记录的所涉及的人体或动物体器官、区域、流体或组织的形态学图像上。在这方面，在步骤b)中，两种磁性非等价流动质子的共振频率获自所述配合物的NMR光谱，如果该光谱尚未已知，则可以适当地在CEST成像前记录。 
上述CEST成像方法可以在体外(离体)，或优选在体内进行在，以得到人体或动物体器官、区域、流体或组织的体内图像。 
在另一个优选的实施方案中，本发明涉及通过使用CEST MRI技术测定人体或动物体器官、区域、流体或组织中具有诊断意义的物理或化学参数的方法，该方法包括： 
i)对人或动物受试者给予式(I)的Ln(III)螯合的配合物或其二聚体或多聚体衍生物，和任选地记录所关注的人体或动物体器官、区域、流体或组织的MRI形态学图像； 
ii)在对两种磁性非等价流动质子的共振频率精确调谐的频率范围内采集Z光谱，所述的磁性非等价流动质子属于所给予的镧系元素配合物的NMR-可区别的立体异构体，并且根据对这两种流动质子池测定的饱和转移效应(ST)计算参比值； 
iii)从计算的ST中得到所关注的人体或动物体器官、区域、流体或组织中有意义的参数的不依赖于浓度的图(或参比图)，和任选地将所述图叠加的所述形态图形上， 
所述给药在人体或动物体器官、区域、流体或组织中在体外(离体)，或优选在体内进行。 
在一个特别优选的实施方案中，本发明涉及不依赖于浓度的CEST成像方法，用于得到所关注的人体或动物体器官、区域、流体或组织中pH的体内图，该方法包括利用两种磁性非等价流动质子，它们属于HPDO3A螯合配体的Ln(III)螯合的配合物或其二聚体或多聚体衍生物或其生理学可接受的盐的NMR-可区别的立体异构体。 
在这方面，本领域技术人员意识到，上文详细描述的成像步骤，包括辐照流动质子频率、采集Z-光谱、计算参比ST效应和通过使用在先完成的校准曲线得到身体器官或区域中期望的物理或化学参数图(一旦根据用于目前诊断实践的方法适当设定)，并且通过使用例如公开在实验部分和引述文献(引入本文参考)中提供的成像方案中的数据加工方法通过体层摄影术自动地进行。 
在本发明的方法中，以适合的药物制剂形式给予作为本发明CEST剂起作用的式(I)的Ln(III)配位化合物(或其二聚体或多聚体或其生理学可接受的盐)。 
在这方面，根据本发明特别优选的实施方案，上述基于CEST的方法对适当预先给予药物制剂的人体或动物体进行，所述的药物制剂包含适量的本发明镧系元素配位化合物。换句话说，根据一个特别优选的实施方案，本发明涉及用于使人体或动物体器官、区域、流体或组织体内成像的方法或对人体或动物体器官、区域、流体或组织中具有诊断意义的物理或化学参数进行体内评价或作图的方法，所述的使人体或动物体器官、区域、流体或组织体内成像的方法通过使用CEST MRI技术进行，所述的对人体或动物体器官、区域、流体或组织中具有诊断意义的物理或化学参数进行体内评价或作图的方法通过使用基于CEST的磁共振成像技术进行，该技术对适当地预先给予了药物制剂的人体或动物体实施，所述的药物制剂包含适量的本发明镧系元素(III)配位化合物。本文所用的所谓“适量”我们是指本发明造影剂或其药物制剂的任意用量，它们足以满足其指定的诊断目的：即，例如，为了通过使用基于CEST的MRI成像技术获取不依赖于浓度的对比图像或提供所关注的人体或动物体器官、区域、流体或组织中有意义的参数的不依 赖于浓度的图。 
在这方面，例如，可以通过血管内注射(例如静脉内、动脉内、脑室内注射等)或鞘内、腹膜内、淋巴管内、腔内、口服或经肠进行所述的给药或预先给药。 
典型地通过将活性成分即镧系元素配合物或其药学可接受的盐和药学可接受的赋形剂溶于从药理学观点来看纯度适合的水制备式(I)的镧系元素(III)配位化合物的可注射药物制剂。适当地灭菌得到的制剂且可以照此使用或可以冻干并且在使用前再溶解。 
可以根据诊断需求的不同，以0.01-0.5mmol/kg体重的剂量给予这些制剂。 
如上所述，特别优选的是式(I)的配体的Ln(III)配合物，其中R2是H，R1是-CH3，而螯合Ln(III)离子选自Y(III)或Eu(III)。这种配体的镧系元素配位化合物由此具有作为本发明非限制性实施例的有代表性的应用。 
这种配体是本领域公知的，名称为HPDO3A，且其与Gd3+的螯合的配合物是用于常规MRI成像的众所周知的造影剂，长期作为ProHanceTM销售。长期以来这种试剂所显示出的极低毒性和极佳耐受性是本领域公知的，并且使得其在CEST成像方法中的应用特别有利和安全，甚至在这项技术需要高至10倍于典型地用于常规MRI中的剂量(0.1mmol/Kg)的剂量下也是如此。 
已经通过x-射线测定了HPDO3A的Gd(III)和Yb(III)配合物的结构(例如，参见Kumar，K.；Chang，C.A.；Francesconi，L.C.；Dischino，D.D.；Malley，M.F.；Gougoutas，J.Z.；Tweedle，M.F.Inorg.Chem.1994，33，3567-75)。在引述的文章中，报道了甚至以外消旋溶液作为原料，存在的不对称单元包括手性2-羟基丙基也能够产生两种独立的配合物，它们具有在大环的相对构象方面不同的非对映异构体构象，而两种分离的配合物的配位基团具有相同的方向，即在同样意义上扭曲。 
在溶液中，HPDO3A的Ln(III)配合物具有如下结构(其中圆圈中的是OH流动质子)， 
Figure BDA00003137289900171
其典型地展示出8种异构体形式，更具体地，是4种非对映异构体和4种对映体，在如下方案1中方案化。 
方案1. 
Figure BDA00003137289900172
同一构象异构体的两种非对映异构体形式(最可能的情况是归因于R和S形式)在NMR光谱中检测到(图1中所示)，特别地，在Yb-HPDO3A的Z-光谱(报道在图2b中)中清楚地显示了饱和转移的两个区，合理的原因可归因于两种主要的非对映异构体。而另外两种非对映异构体的证据可以从在不同温度下记录的配合物的NMR光谱的对比中得出。 
与所用上述情况完全相同，配合物的两种NMR-可区别的非对映异 构体的羟基在20℃、分别在72和99ppm显示图2a)中所示的充分不同的化学位移和不同的交换速率，可利用它们建立本发明基于参比的方法。 
还通过在实验部分内详细描述中报道的体外MRI实验验证了这种配合物对pH显示的响应性。 
得到的结果证实，饱和转移对Yb-HPDO3A非对映异构体的OH流动质子各自所展示出的pH的依赖性是不同的。这使得能够利用参比方法，从而能够在使用间质干细胞进行的试验中对胞内pH进行不依赖于浓度的评价。 
有意义地，从分别在图5b和c组中所示的这种试验中得到的ST图证实可以仅对那些与YbHPDO3A一起温育或用其电穿孔的细胞观察到ST效应，同时在无配合物的存在下记录了任何饱和。所观察到的ST效应在那些电穿孔的细胞中较高，这相当于测量的pH为7.00±0.2，而在细胞沉淀2中测量的pH为6.8±0.3。 
值得注意地，Yb(III)HPDO3A对pH所显示的高敏感性使得其可有效地用于测定肿瘤(皮下肿瘤)区域中的环境pH，正如图8中所示。就我们的知识而言，这一结果在使用CEST剂前始终未得以实现。 
还测试了Yb(III)HPDO3A对环境温度所显示出的响应性。特别地，得到的结果突出显示了对两种NMR-可区别的非对映异构体的两个羟基质子的化学位移所展示出的温度的相对敏感性。因此，化学位移不依赖于浓度，所以环境温度实际上可以单纯地根据在配合物Z-光谱中测定的化学位移值得到。 
正如所预计的，使用Yb(III)HPDO3A的四聚化衍生物、包括可区别的立体异构体各自至多4个OH流动质子观察到了特别针对温度的敏感性显著增加。 
还对相应的Eu(III)配位化合物证实了Yb(III)HPDO3A所显示出的对pH的相同响应性。图12中所示的这种配合物的NMR光谱清楚地展示出存在两种主要的异构体。已经通过比较两种分别在水和D2O中包含EuHPDO3A的不同溶液的NMR光谱指定了属于这些异构体的羟基的 信号。由此分别在20.5ppm(来自水)和16.7ppm、在pH＝2和37℃指定了2个化学位移(两种非对映异构体的OH质子的)。然而，正如从图13中显而易见的，通过对生理值的溶液pH增加，质子交换速率增加且这两种信号之间的化学位移间隔减小，从而使得它们在生理条件下难以选择性辐照。然而，通过使用不同的辐照脉冲记录ST特性，从而证实，通过在6μT(辐照功率)下操作，能够观察到两种不同共振，然后进行参比测定，而在任何情况下，仍然可以通过使用中间值的共振频率(相对于有效吸收频率而言)观察到饱和转移，即约18ppm。 
从所有上述结果至得出结论，YbHPDO3A和EuHPDO3A可以有效地用作响应性CEST剂，以用于pH和温度的体内评价。 
在这方面，可以确切地推定Yb-和Eu-HPDO3A在生物分布、排泄和耐受性方面具有由
Figure BDA00003137289900191
即相应的钆配合物显示出的相同特性，且它们由此能够使得相同类型的常规解剖学成像得到增强。然而，有利地，Yb-和Eu-配合物的应用能够获取基于CEST的解剖学图像并且进一步补充和整合已经能够在
Figure BDA00003137289900192
在常规MRI中得到的解剖学信息与另外有关所述增强的解剖区域的pH和/或温度的信息(其中试剂分布)。 
作为原理的另一个证据，还评价了对具有下式的4-[2-羟基-3-[4，7，10-三[羧甲基2-(1，1-二甲基乙氧基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1-基]丙氧基]苯甲酸的Yb(III)配合物(下文的化合物2)展示出的pH的响应性： 
Figure BDA00003137289900193
化合物2。 
化合物2的Z-光谱(报道在图14中)显示可归因于溶液内部配合物的两种主要非对映异构体的饱和转移的两个区域。两种不同非对映异构 体的存在分别在50和94ppm提供了两种适当移动的OH质子共振。 
使用这种配合物进行的响应性试验证实，正如从图15和16中显而易见的，其对pH的敏感性在更具酸性的pH、优选pH5.5-6.2下更高，这归因于这种配合物的非对映异构体的羟基质子显示高于流动质子Yb(III)HPDO3A的交换速率。 
本发明pH响应剂的另一个实例表示为具有下式的1-(2-羟基乙基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的Yb3+配合物，即下文的化合物3： 
Figure BDA00003137289900201
化合物3 
图17中报道的这种化合物的NMR光谱显示可归因于存在的两种主要异构体的两组信号，所述的两种主要异构体相当于该化合物的SAP和TSAP形式。实际上，4种异构体在溶液中在乙酸盐臂的布局或大环构象方面不同。由于这些异构体是对映体对，所以实际上从NMR观点来看在NMR光谱中将两组信号预计为无法区别。与上述完全相同，化合物3的Z-光谱(报道在图18中，针对各自测试的pH值)显示存在两个饱和区域，其归因于这种化合物提供的两种不同正方形反棱柱和扭曲的正方形反棱柱(SAP和TSAP)异构体的羟基乙基臂上的OH基团，所述化合物的共振分别在78和99ppm移动。 
图18中提供的使用这种化合物在pH6.4-8范围内进行的响应性试验结果证实其对pH的敏感性。 
本发明Ln(III)配位化合物的另一个实例是具有下式的1[2，3-二羟基-3-胺丙基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的Yb(III)配合物(下文的化合物4)： 
Figure BDA00003137289900211
化合物4 
在这种情况中，两种不同非对映异构体的存在应提供4个非等价的流动质子，它们属于两种不同SAP和TSAP异构体各自上的两个不同羟基-OH。 
实际上，化合物4的Z-光谱和饱和转移ST特性(报道在图19中)证实分别在10、75和100ppm存在3种适当移动的质子共振。其中高度移动的共振(分别在75和100ppm)的合理原因可归因于最接近溶液中化合物的两种不同异构体(SAP和TSAP)提供的金属中心的配位范围的OH基团的交换质子，而移动较少的信号可归因于其余的更原理金属中心的OH基团的交换质子。第4个交换池在光谱不能检测到，这可能归因于其在NMR时间量程上过快的交换速率。 
使用这种配位化合物在体外进行的响应性试验证实了其对pH的敏感性，正如从图19和20中显而易见的。 
特别地，得到的结果证实，饱和转移对分别在75ppm和100ppm的两种非对映异构体的OH流动质子所展示出的pH的依赖性是不同的。这使得能够利用参比方法，其能够在使用所述配位化合物标记的鼠巨噬细胞(J774)进行的试验中对胞内pH进行不依赖于浓度的评价，得到的pH值为6.8。 
作为另一个实例，研究了具有如下结构的1[1，3，4-三羟基丁-2-基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的Yb配合物(下文的化合物5)： 
化合物5。 
在这方面，这种相同的螯合配体的Gd3+配合物是众所周知的造影剂，临床上将它们批准用于常规的MRI成像并且作为
Figure BDA00003137289900222
销售。其制备描述在EP0448191中。 
这种化合物的结构包括显著增加例如Yb(III)HPDO3A中可能立体异构体数量的两个手性中心。 
如图21中提供的这种化合物的光谱Z在50和75ppm分别显示至少2个可区别的峰，它们归因于所允许的多数中的两种最丰富的立体异构体形式。特征在于这种化合物的流动质子的高交换速率导致最丰富的NMR-可区别的异构体仅在约5.5的较低pH值下可检测到。而在较高pH值下，光谱中-75处的峰可能归因于该化合物结构的改变。 
尽管本发明优选的式(I)的镧系元素(III)配合物中不包括，但是上述化合物5提供了属于试剂在溶液中的NMR可区别的立体异构体的非等价的流动质子，从而能够建立本发明的不依赖于浓度的CEST成像方法。 
因此，本发明范围内包括1[1，3，4-三羟基丁-2-基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的镧系元素(III)配合物在本发明基于参比的CEST成像方法中的应用和利用所述Ln(III)配合物的两种NMR-可区别的异构体提供的两种磁性非等价流动质子的基于参比的CEST MRI方法中的应用并且它们构成本发明的另外的实施方案。 
实验部分 
式(I)的螯合配体是本领域公知的或易于根据公知方法或本领域技术人员众所周知的合成途径制备。 
此外，合成方法的非限制性实例包括在例如如下实施例1-3中与有 关本发明镧系元素(III)配位化合物在基于参比的CEST成像方法中的应用中的详细描述中。 
CEST成像方法和条件 
对使用安装了Micro2.5缩微图象探头的Bruker Avance300分光计在7T获取的图像测定了CEST MR对比增强。使用典型的RARE自旋回波程序(罕见因子64)与3.3ms回波时间和5s TR值。使用64×64获取矩阵与10mm正方形FOV。完整程序在由连续波脉冲2s与24、12、6μT RF强度组成的饱和方案之前。依次分析Z-光谱，以通过使用软件测定参比值，所述的软件由MATLAB平台操作编译，其广泛地公开在Development and validation of a smoothing-splines-based correction method for improving the analysis of CEST-MR images，Stancanello JTerreno E，Delli Castelli D，Cabella C，Uggeri F1，Aime S.；CONTRAST MEDIA&MOLECULAR IMAGING卷：3，版本：4，页：136-149，2008；和Methods for an improved detection of the MRI-CEST effect.Terreno E，Stancanello J，Longo D，Delli Castelli D，Milone L，Sanders HMHF，Kok MB，Uggeri F，Aime S；CONTRAST MEDIA&MOLECULAR IMAGING；卷：4；版本：5；页：237-247；2009中，将所有这些文献包括在本文中参考。通过用Bruker Avance600分光计(12T)测定溶液的磁敏感性测定溶液的总顺磁性浓度。 
实施例1 
(Yb3+)4HPDO3A-四聚体的制备。 
通过使用方案2中方案化的合成方法制备了四聚化螯合的配合物YbHPDO3A-四聚体，其主要步骤如下详细描述。 
方案2 
Figure BDA00003137289900241
Figure BDA00003137289900251
3，6-二氧杂-8-壬烯酸(I)：在机械搅拌器搅拌下将2-烯丙氧基乙醇(112g；1.1mol)在THF(100ml)中的溶液滴入氢化钠(60％的油溶液)(88g；2.2mol)在THF(250ml)中的混悬液中。在室温20h后，滴加溴乙酸(138.9g；1.0mol)在THF(150ml)中的溶液，导致自然的溶剂回流。保持该溶液回流2小时，然后用乙醇(50ml)稀释，30min后，浓缩该混悬液。将残余物溶于水(400ml)，用乙醚(3×100ml)、二氯甲烷(2×100ml)洗涤该溶液；用37％盐酸将水相酸化至pH1，用二氯甲烷(300ml+4 50ml)萃取产物。用水(4×50ml)、盐水(40ml)洗涤有机相，蒸发至得到液体残余物，在67Pa压力下空蒸馏，得到3，6-二氧杂-8-壬烯酸(I)，为无色液体(119.5g；0.746mol)。收率75％.p.eb67-Pa98-100℃。标题93.5％。 
12，12’-双[2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧杂-11-十一烷基]-1，13-二烯-4，7，17，20-三氧杂-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(II) 
将3，6-二氧杂-8-壬烯酸(I)(40.1g；0.25mol)、二异丙基乙胺(42.6ml；32.4g；0.25mol)和O-(苄基三唑-基)-N，N，N’，N’-四甲基脲
Figure BDA00003137289900261
六氟磷酸盐[HBTU](96.0g；0.25mol)加入到2，2’-双-氨基亚甲基-1，3-二氨基丙烷(7.2g；0.050mol)在二甲基甲酰胺(200ml)中的混悬液中。5天后，蒸发该溶液，得到残余物(200g)，用乙醚(4×400ml，4×50ml)处理；用5％NaHCO3溶液(6×50ml)、浓盐水洗涤乙醚溶液，蒸发至得到残余物(84.6g)，用水(2×100ml)处理，然后高度真空干燥(50Pa)，得到12，12’-双[2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧杂-11-十一烷基]-1，13-二烯-4，7，17，20-三氧杂-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(II)，为固体残余物(34.5g)。 
12，12’-双[2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧杂-10，11-环氧乙烷十一基]-(1，2)(22，23)-二环氧乙烷-4，7，17，20-三氧杂-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(III) 
从水中分离间-氯过苯甲酸(70.5％)(MCPBA)(36.9g；0.150mol)在氯仿(500ml)中的溶液，在搅拌器搅拌下滴入12，12’-双[2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧杂-11-十一烷基]-1，13-二烯-4，7，17，20-三氧杂-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(II)(17.5g；0.025mol)在氯仿(300ml)中的溶液。在室温2天后，用5％NaHCO3溶液洗涤该溶液，直到间-氯过苯甲酸和间-氯苯甲酸完全被除去为止，然后用水和盐水洗涤。蒸发有机溶液，得到残余物，得到12，12’-双[2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧杂-10，11-环氧乙烷十一基]-(1，2)(22，23)-二环氧乙烷-4，7，17，20-三氧杂-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(III)，为蜡样固体(20.0g)。 
1，23-双[4，7，10-三乙酸[1，4，7，10-四氮杂环十二烷-(1)-基]]-12，12’-双[11[4，7，10-三乙酸)-[1，4，7，10-四氮杂环十二烷-(1)-基]]2-氮杂-3-氧代-5，8- 二氧基-10-羟基十一烷基]2，22-二羟基-4，7，17，20-四氧基-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(V) 
将12，12’-双[2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧杂-10，11-环氧乙烷十一基]-(1，2)(22，23)-dioxyran-4，7，17，20-三氧杂-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(III)(3.6g；0.0047mol)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸的1，1-二甲基乙基三-酯(10.3g；0.020mol)和二异丙基乙胺(4.0ml；0.047mol)在乙腈(50ml)中的溶液在50℃加热10天。蒸发该溶液，得到1，23-双[4，7，10-三(1，1-二甲基乙酸乙酯)[1，4，7，10-四氮杂环癸-(1)-基]]-12，12’-双[11[4，7，10-三(1，1-二甲基乙酸乙酯)[1，4，7，10-四氮杂环癸-(1)-基]]-2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧基-10-羟基十一烷基]-2，22-二羟基-4，7，17，20-四氧基-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷(IV)。用冰浴冷却粗残余物；用搅拌器搅拌下加入三氟乙酸(20ml)；在溶解时加入三异丙基硅烷(100mcl)。5天后，加入乙醚(200ml)，过滤沉淀，干燥(13.4g)。将固体溶于水(15ml)，通过使用Amberchrome CG161(2.6×55cm)(AKTA FPLC)的色谱法、通过使用甲醇/水作为洗脱剂(梯度0-100％v/v)纯化。将纯级分冷冻干燥后，得到期望的产物(V)，为白色固体(4.4g)； 
配位滴定标题＝74％(用0.1N硫酸锌和骨螺紫在pH10)，主要杂质以三氟乙酸为代表。 
得到的产物的NMR(13C)光谱与螯合配体的结构一致。 
1，23-双[4，7，10-三乙酸[1，4，7，10-四氮杂环十二烷-(1)-基]]-12，12’-双[11[4，7，10-三乙酸)-[1，4，7，10-四氮杂环十二烷-(1)-基]]2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧基-10-羟基十一烷基]2，22-二羟基-4，7，17，20-四氧基-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷四镱配合物(1∶4)(VI)； 
使用搅拌器搅拌将六水合氯化镱(3.92mol)在水(25ml)中的溶液加入到配体(V)(3.5g；0.98mmol；通过配位滴定测定配体的确切摩尔量)在水(100ml)中的溶液中，用氢氧化钠2N(11.4ml)将该溶液极为缓慢地中和至pH7.0。当配体过量＜0.2％且pH恒定时，用Sephadex G10柱使该溶液脱盐，溶液冷冻干燥后得到期望的配合物1，23-双[4，7，10-三乙酸[1，4，7，10-四氮杂环十二烷-(1)-基]]-12，12’-双[11[4，7，10-三乙 酸)-[1，4，7，10-四氮杂环十二烷-(1)-基]]2-氮杂-3-氧代-5，8-二氧基-10-羟基十一烷基]2，22-二羟基-4，7，17，20-四氧基-9，15-二氧代-10，14-二氮杂二十三烷镱配合物(1∶4)(VI)(2.3g)。 
实施例2 
1(2-羟基乙基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的镱螯合的配合物(化合物3)的制备 
通过使用方案3中方案化的一般合成方法制备了镱螯合的配合物，其主要步骤如下详细描述： 
方案3 
Figure DEST_PATH_GDA00003270746300011
1-[2-[四氢吡喃-(2-基)-氧代]乙基]-1，4，7，10-四氮杂环-十二烷-4，7，10-三乙酸-(1，1-二甲基乙酯)(VIII) 
根据J.Org.Chem.1986，51，752-755中所述的方法合成(2-溴乙氧基)四氢吡喃(VII)。将这种底物(27.5mmol；5.75g)溶于50ml乙腈，滴加到K2CO3(75mmol；10.37g)和例如如W096/28433中所公开的制备的DO3A-三-叔-丁酯溴水合物(25mmol；14.89g)在乙腈(150ml)中的混悬液中。在室温一夜后，过滤该混合物，蒸发。然后将残余物溶于乙酸乙酯(100ml)，用水和BRINE洗涤。真空浓缩有机溶液，通过硅胶色谱法与乙酸乙酯/乙醇梯度纯化粗产物。合并包含产物的级分，蒸发，得到黄色油状物(8.1g；收率49％)。 
1H-NMR(600MHz，CD3Cl)和13C NMR(150MHz，CD3Cl)与提出的结构一致。 
MS[M+H]+计算值：642.46测定值：643.64. 
1-(2-羟基乙基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸(IX) 
将中间体VIII(15g；21.5mmol)溶于水(30ml)、THF(60ml)和乙酸(120ml)，在室温搅拌24h以除去THP部分。然后浓缩该混合物，在0℃滴加三异丙基硅烷(120μl)和TFA(40ml)。在室温3天后，用乙醚(200ml)沉淀粗产物，过滤，通过使用Amberchrom CG161树脂与0.2％TFA的水溶液的液相色谱法纯化。然后合并包含期望的产物的级分，冷冻干燥，用HCl1N(60ml)酸化，再冷冻干燥(7.3g；收率80％)。 
1H-NMR(600MHz，D2O)和13C NMR(150MHz，D2O)与提出的结构一致。 
MS[M+H]+计算值：390.21测定值：391.53. 
1-(2-羟基乙基)-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸(3-)金属化物(methalate)(X) 
使用MeCl3(Me＝Yb、Eu、Tm或Dy)的pH6.5的水溶液、通过配体添加法进行配合反应(See，J.Med.Chem.2006，49，4926)。将等摩尔的MeCl3水溶液缓慢加入到IX的水溶液中，用NaOH0.1N维持pH值在 6.5。将该混合物在室温搅拌至pH保持恒定为止。当达到金属少量过量时，用橙色二甲苯酚试验监测(参见Contrast Med.Mol.Imaging2006，1，184)，加入少量过量的配体(＜2％)。然后通过大小排阻色谱法使配合物脱盐，冷冻干燥。 
通过伊凡斯试验(DM Corsi，C.P.Iglesias，H.van Bekkum，JA Peters，Magnetic Resonance in Chemistry，2001，39，(11)，723-726)测定的标题配合物为98％。 
实施例3 
1[2，3-二羟基丙基]-1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的镱螯合的配合物(化合物4)的制备 
通过使用方案4中的合成方法制备了相当于化合物4的镱螯合的配合物，其主要步骤如下详细描述。 
方案4 
Figure BDA00003137289900311
1[2，3-二羟基丙基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸(XIII) 
将2，3-环氧基丙醇(12.0g；0.20mol)、1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸的1，1-二甲基乙基三-酯(10.3g；0.020mol)(XI)和二异丙基乙胺(8.0ml；0.09mol)在乙腈(50ml)中的溶液在50℃加热3天。蒸发该溶液，得到1[2，3-二羟基丙基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三(1，1-二甲基乙酸乙酯)(XII)。将粗残余物溶于二氯甲烷(100ml)，用冰浴冷却， 然后使用搅拌器搅拌加入三氟乙酸(15ml)；蒸发二氯甲烷，加入三氟乙酸(90ml)和三异丙基硅烷(200μl)。1天后，加入乙醚(200ml)，过滤沉淀，干燥(16.5g)。将固体溶于水(30ml)，用Amberlite XAD1600(5×12cm)(AKTA FPLC)与水作为洗脱剂纯化。冷冻干燥纯级分后，得到期望的配体(XIII)，为白色固体；(10.6g)。 
NMR(13C)光谱与螯合配体的结构一致。 
然后对采集的配体进行配位滴定(使用硫酸锌0.1N和骨螺紫，在pH10)，以评价其完全配位所需的镧系元素氧化物的。 
得到的标题(41.9％)证实配体配位后除去的溶剂和三氟乙酸残留存在。 
1[2，3-二羟基-3-胺丙基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸金属化物(XIV)； 
使用搅拌器搅拌将金属氧化物(2.21mmol)加入到1[2，3-二羟基丙基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸(XII)(4.4g；4.43mmol；通过配位滴定计算)在水(30ml)中的溶液中，将该溶液加热至90℃。在氧化物溶解时，冷却该溶液，用Millipore0.45μm过滤，缓慢加入Relite3ASFB至pH7；过滤树脂，冷冻干燥该溶液，得到1[2，3-二羟基丙基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸金属化物(XIV)。 
金属 达到90℃的天数 得到的化合物 配合物标题(伊凡斯) 收率
Yb 3 2.31g 75.6％ 67.5％
Eu 1 2.14g 84.5％ 72.0％
用金属氯化物0.001M、经使用二甲酚橙作为至pH5.8的指示剂、通过配位滴定测定配体的过量。 
而通过伊凡斯试验测定标题配合物(DM Corsi，C.P.Iglesias，H.van Bekkum，JA Peters，Magnetic Resonance in Chemistry，39，11，pages723-726，2001 
实施例4 
体外试验 
Yb(III)HPDO3A对pH的响应性， 
已经通过使用包括14个毛细管的仿真模型在体外研究了Yb(III)HPDO3A对pH的响应性，其中11个包含具有24mM浓度和不同pH5.19-8.75的YbHPDO3A溶液(毛细管1-11)，且3个包含在pH7.31和3-24mM浓度的YbHPDO3A溶液。在20℃和37℃进行了CESTMRI实验。记录分别在72和99ppm辐照的仿真模型的MR图像，如图3中所示。特别地，图3c)显示在72ppm羟基质子辐照时得到的ST图(20℃；辐照功率脉冲24μT)，而图3d)显在99ppm羟基质子辐照时得到的ST图(20℃；辐照功率脉冲24μT)。 
得到的结果证实溶液内的两种Yb(III)HPDO3A非对映异构体的OH质子各自展示出的饱和转移的pH依赖性不同，其中能够利用参比方法。然后通过测定根据两种异构体分别在72ppm和99ppm辐照时得到的pH变量的ST效应变量制成校准曲线，报道在图3e)中，能够得到图3f)的参比曲线。 
实施例5 
Yb(III)HPDO3A在评价胞内pH中的应用。 
已经将间质干细胞选作试验用细胞系。从鼠骨髓中提取用于本实验的细胞，然后在具有20％FBS(胎牛血清)的αMEM培养基中培养。将第一代伯抗癌素(primocin)加入到细胞中。当汇合率约为70％时，用0.25胰蛋白酶-edta分离细胞，用PBS洗涤，重新用YbHPDO3A0.15M溶液混悬。将部分细胞在37℃温育3小时，而将部分细胞电穿孔。然后用PBS洗涤细胞，准备用于MRI实验。 
特别地：对仿真模型得到了CEST图(图5中所示)，该仿真模型包含：1)与包含0.15M YbHPDO3A的PBS溶液在37°pH7.4(毛细管2)温育3小时的MSH细胞沉淀；2)用0.15M YbHPDO3A的PBS pH7.4溶液电穿孔的MSH细胞沉淀(毛细管3)；3)仅与PBS一起温育并且用作参比的MSH细胞沉淀(毛细管1)；和空毛细管(毛细管4)。分别在72和99ppm辐照仿真模型时测定ST％效应。得到的ST图分别报道在图5的b和c组中，其显示仅对那些与YbHPDO3A一起温育或用其电穿 孔的细胞观察到ST％效应，而在无配合物的存在下记录了任何的饱和。所观察到的ST效应高于那些电穿孔的细胞，相当于pH7.00±0.2，而在毛细管2的温育细胞中测定的pH为6.8±0.3。 
实施例6 
体内试验 
Yb(III)HPDO3A在评价pH对黑素瘤动物模型的作用中的应用 
在黑素瘤动物模型中静脉内注射1.2mmol/Kg YbHPDO3A时进行了体内测定。给6-10-周龄雌性C57B16小鼠(Charles River Laboratories，Calco，Italy)左腹侧皮下接种0.2ml单一混悬液，该混悬液包含约1×106B16的获自ATCC(Manassas，VA，USA)并且生长在DMEM培养基(Dulbecco改进Eagle培养基)中的鼠黑素瘤细胞，所述的培养基中补充了10％FBS、2mM谷氨酰胺、100U/ml青霉素和100μg/ml链霉素。使用安装了Micro2.5缩微图象探头的Bruker Avance300(Bruker，Germany)分光计在7T获取CEST对比增强的MR图像。 
细胞接种后7天，即当肿瘤块达到约4mm的平均直径时，给小鼠注射YbHPDO3A(200μL的150mM YbHPDO3A溶液，相当于1.2mmol/Kg CEST剂，即3倍于
Figure BDA00003137289900341
的临床批准剂量)。 
在静脉内注射所述试剂之前和之后即刻通过使用正方形连续波脉冲(期限2s，功率12μT，频率范围-20-20ppm，1ppm步骤内)前的RARE顺序(RARE因子8，有效回波时间4.1ms)获取Z-光谱。测定膀胱、肾和肿瘤中的CEST反差。膀胱中采集的Z-光谱(报道在图6中)揭示出交换池偏移，其相当于低(33℃)于预计的37℃的生理T，这是由于麻醉所致。然后在该温度下按照上述实施例2中所述的方法重复校准ST对pH的依赖性。得到的参比曲线如图7中所示。 
然后通过应用参比法测定膀胱、肾和肿瘤中的ST效应，得到膀胱中的pH为6.06±0.2，肾髓质中的pH为6.24±0.2，肿瘤区域中的pH为6.6±0.2。 
在图8中，将计算的肿瘤区域中的ST图叠加在相应的解剖图上，其中显然为更亮区，这实际上是出现在x射线断层摄影机显示器上的图 像中的鲜红色。 
实施例7 
体外试验 
Yb(III)HPDO3A对温度的响应特性. 
具有pH7.31的Yb(III)HPDO3A溶液(24mM用于试验。分别在20和37℃记录的该溶液的光谱Z显示该溶液内NMR可区别的Yb(III)HPDO3A非对映异构体的羟基质子化学位移对温度极为敏感。实际上，正如图4b)组中所示，当从20°达到37℃时，相当于配合物的两种不同立体异构体的共振频率分别从99切换至88和从72切换至64.3ppm。由于质子化学位移不依赖于试剂浓度，所以Z-光谱的单纯采集能够确切地测定环境温度，然后通过适合的体外校准测定pH。 
实施例8 
Yb(III)HPDO3A-四聚体对温度的响应特性。 
使用包含具有0.26-8.4mM不同浓度、pH7.4和298K的YbHPDO3A-四聚体在血清中的溶液的仿真模型进行本试验。通过如上述对单体化合物所述操作测试OH流动质子(立体异构体的四聚化配合物)的化学位移对温度的依赖性。得到的参比曲线展示在图10中，其基本上证实了得到的结果即为实施例7中的单体化合物。然而，正如所预计的和图10b)组中显示的，灵敏度/四聚化配合物分子产生了显著增加(当与相应的单体配合物对比时)。 
实施例9 
化合物4在评价胞内pH中的应用。 
已经将鼠巨噬细胞(J774)选作用于本试验的细胞系。首先适当地在胞内pH范围内调整使用这种化合物得到的参比曲线的灵敏度范围。 
特别地，通过将参比方法应用于分别在75ppm(1位)和100ppm(2位)辐照两种以上移动的流动质子池时计算的随pH变化的ST曲线，能够得到图20的参比曲线，其展示出对比ST在pH5.5-7范围内随pH的变化形式。 
使化合物4摄入鼠巨噬细胞(J774)。J774获自美国模式培养物保藏 中心(American Type Culture Collection)(ATCC，Manassass，VA。将细胞在补充了10％胎牛血清(FBS)、100U/ml青霉素和100mg/ml链霉素的Dulbecco改进Eagles培养基(DMEM)中培养。将它们以约2x104细胞/cm2的密度接种在75-cm2烧瓶中，在37℃在加湿5％CO2培养箱中培养。将J774与70mM化合物4一起温育过夜。洗涤细胞，再与其生长培养基一起温育3小时。然后用0.25％胰蛋白酶-EDTA分离细胞，准备用于MRI CEST实验。 
通过获取包含与化合物4一起温育过夜或与生长培养基一起温育的细胞沉淀的仿真模型的Z-光谱计算饱和转移的参比值。 
对温育细胞观察到的ST效应产生了达到6.8的pH值。 
实施例10 
体外试验 
化合物4对pH的响应性。 
已经在体外通过使用包括6个毛细管的仿真模型研究了化合物4对pH的响应性，所述的毛细管包含具有20mM浓度和5.08-7.4的不同pH的镱配合物溶液。在20℃进行CEST MRI实验。从分别在75和100ppm辐照(辐照功率24μT)的仿真模型中采集的Z-光谱如图19中所示。 
得到的作为pH函数的对比ST曲线如图20中所示。 

Claims (17)

1.CEST剂的NMR-可区别的立体异构体在基于参比的CEST成像方法中的应用。
2.权利要求1的应用，其中在基于参比的CEST成像方法中，CEST剂是镧系元素(III)配位化合物，其包含在侧臂上带有羟基质子可交换基团的大环螯合配体。
3.权利要求2的应用，其中镧系元素(III)配合物的镧系元素(III)金属离子选自镨(III)、钕(III)、镝(III)、铒(III)、铽(III)、钬(III)、铥(III)、镱(III)和铕(III)，其中铕(III)和镱(III)。
4.权利要求3的应用，其中镧系元素(III)离子是镱(III)或铕(III)。
5.权利要求2-4任一项的应用，其中配合物的大环螯合配体具有式(I)
Figure FDA00003137289800011
其中：
R是-CH(R2)-COOH，
R1是H或直链或支链C1-C5烷基链，其任选地被选自-O-、-N-、-CO-、-NHCO-、-CONH-基团中断并且任选地被一个或多个卤原子、羟基(-OH)基团、苯基或取代的苯基或被选自-COOH、-NHR3或-NR4R5的基团取代，其中R3、R4和R5彼此相同或不同，为直链或支链C1-C3烷基，其任选地被一个或多个羟基或C1-C3烷氧基取代；
R2是H或C1-C5烷基链，其任选地被一个或C1-C3烷氧基或羟基烷氧基取代；
或其二聚化或多聚化衍生物。
6.权利要求5的镧系元素(III)配位化合物的应用，其中在式(I)中，R2是H且R1表示选自如下的基团：
-H；
-CH3；
-CH2CH3；
-CH2OH；
-CH2-O-CH3；
-CH(CH2OH)2；
-CH2-CH(OH)-CH2OH；
-CH2-O-CH2-C6H5；
-CH2-O-CH2-(C6H5-COOH)；
-CH2-O-CH2-(C6H5-NO2)。
7.权利要求5或6任一项的应用，其中在式(I)中，R2是H，R1是CH3且镧系元素金属离子选自Yb(III)或Eu(IIII)。
8.权利要求1-4任一项的应用，其中CEST剂是1[1，3，4-三羟基丁-2-基]1，4，7，10-四氮杂环十二烷-4，7，10-三乙酸的镧系元素(III)螯合的配合物。
9.如权利要求5或6任一项所定义的式(I)的镧系元素(III)配位化合物或其聚化或多聚化衍生物或权利要求8的镧系元素(III)螯合的配合物作为不依赖于浓度的CEST造影剂的应用。
10.权利要求9的镧系元素(III)配位化合物作为CEST响应剂的应用，用于得到具有诊断意义的物理或化学参数的不依赖于浓度的图。
11.基于参比的CEST成像方法，包括利用属于CEST剂的NMR-可区别的立体异构体的磁性非等价可交换质子。
12.权利要求11的基于参比的CEST成像方法，其中所述CEST剂包含如权利要求2-8任一项所定义的Ln(III)配位化合物。
13.权利要求11或12的基于参比的CEST成像方法，用于提供不依赖于浓度的体内CEST成像。
14.权利要求11或12的基于参比的CEST成像方法，用于得到在人体或动物体器官、流体或组织中具有诊断意义的物理或化学参数的不依赖于浓度的体内图。
15.在人或动物受试者中具有诊断意义的物理或化学参数的测定方法，所述的人或动物受试者预先被给予式(I)的Ln(III)螯合的配合物或其二聚体或多聚体，该方法通过CEST MRI技术进行，包括下列步骤：
i)任选地记录所关注的人体或动物体器官、区域、流体或组织的MRI形态学图像；
ii)在对属于预先给予的镧系元素配合物的NMR-可区别的立体异构体的两种磁性非等价流动质子的共振频率精细调谐的频率范围内采集Z光谱；和根据对这些流动质子池测定的饱和转移ST效应计算参比值；
iii)根据计算的ST值中得到在相关人体或动物体器官、区域、流体或组织中有意义的参数的不依赖于浓度的图；和任选地将所述的图叠加在形态学图像上。
16.HPDO3A-四聚体、其盐及其与顺磁性金属离子的螯合的配合物。
17.诊断组合物，包含(Yb3+)4HPDO3A-四聚体与适合的生理学可接受的添加剂和/或载体。
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