CN1139882A - 多螯合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了多螯合剂化合物，它们用于如诊断成像过程并可在体内降解释放可排泄的片段。这样的化合物就是式(I)：R1(X1R2((X2)pL)n)m的化合物(其中X1是连接剂部分，可代谢裂解释放R1X3 m和X4R2((X2)pL)n片段，其中X3和X4为X1的裂解的残基；R1X3 m是生物耐受的聚合物，优选基本上是单分散的聚合物，具体的是分子量低于40000D，特别是低于30000D，尤其是低于20000D的，例如第一至第六代树状聚合物；X4R2((X2)pL)n是分子量低于40000D、优选低于30000D、尤其是低于20000D的多螯合剂片段，每个这样的部分优选是相同的；p是0或1；X2，如果存在，是连接剂部分，可代谢裂解释放单螯合剂片段；每个L是一个大环螯合剂部分，其中大环骨架优选9至25元环，并优选为任选氧或硫杂的多氮杂环烷；R2((X2)p)n是直链或支链骨架部分，优选在每个L基团和它连接的X1部分之间提供多至20个碳原子的一个链，并在由此连接的每对L基团间提供多至25个碳原子的一个链，这些链一般是氮和/或氧和/或硫杂碳链；每个n是至少为2的整数，优选2至25，特别是2至12；且每个m是至少为2的整数，优选2至200，特别是3至100，这样在式(I)多螯合剂中L基团的总数至少为20，优选50至200)，分子量至少为30000D，优选至少40000D，特别优选50000至150000D。本发明也提供了式(I)化合物的金属螯合物和盐。

Description

多螯合剂
本发明涉及多螯合剂(polychelants)、相应的双官能团多螯合剂(如螯合剂的位点定向大分子共轭物)及其螯合物和盐、以及它们在医学特别是诊断成像领域的应用。
多螯合剂在用磁共振成像(MRI)、X射线、γ闪烁扫描术和CT扫描进行体内检测时，对增强所选择的哺乳动物器官、组织、细胞等的图像特别有用。这是由于它们提高了成像性和位点特异性。多螯合剂在这些成像方式中也特别适用于作为血管内的造影剂、血池(blood pool)试剂。由此它们可用于各种血管成像技术中，例如：磁共振血管造影术；测量血流速度和血流量；根据正常组织血管分布不同来检测和定性各种损伤；评价肺病的肺成像；及输血研究。多螯合剂也适用于金属解毒、放射性同位素治疗和诊断的核医学领域。
医学成像方法，如MRI、X射线、γ闪烁扫描术和CT扫描，已成为疾病的诊断和治疗中极其重要的工具。在特定成像的类型中，如X射线，对体内某些部分的成像依赖于这些部分(如骨)的内在特征与周围组织的不同。而其它器官和解剖部分当通过某些成像技术特地使光线增强时才可看见。
一种能提供多种解剖部分图像的技术牵涉到增强生物靶图像的金属。这种方法能产生或增强特定器官和/或肿瘤或体内其它这种位点的图像，同时能减弱背景，并减弱由于在不需要的位点上光线随之增强而产生的干扰。
多年来，研究者们认识到将多种金属螯合能提高这些金属的生理耐受剂量，便可用于体内增强身体各部分的图像(例如，C.D.Russell and A.G.Speiser，J.Nucl.Med.21：1086(1988)和美国专利4,647,447(Gries et al.))。但是，这些简单的金属螯合物图像增强剂，若不进一步修饰，一般说来就不能提供任何特别有效的位点特异性。
为生产位点特异性治疗剂或诊断剂，人们广泛推荐将金属螯合物与组织或器官的靶分子(如蛋白质等生物分子)结合。
很多这样的双官能团螯合剂，借助其螯合部分能强力结合治疗或诊断用的金属离子，并由于该位点特异性分子组份的存在，使它们能向所需的身体位点选择性地输送螯合的金属离子，这样的螯合剂是已知的或在文献中已有报道。例如，在MRI对比剂领域中，即使是相对早期的出版物，如GB-A-2169598(Schering)和EP-A-136812(Technicare)也已建议过将双官能团螯合剂的顺磁金属螯合物用作对比剂。
螯合剂部分与位点特异性大分子的连接方式有几种。例如Krejcarek等的混合酸酐方法(Biochemical and Biophysical Research Communications77：581(1977))；Hnatowich等的环酸酐方法(见Science 220：613(1983)及其它)；Meares等的骨架衍生方法(见Anal.Biochem.142：68(1984)及其它-一种由Schering在EP-A-331616中用来生产作为MRI或X射线对比剂的位点特异性多螯合剂的技术)及例如Amersham(见WO-A-85/05554)和Nycomed(见EP-A-186947及其它)使用的连接分子方法。这些都用来生产用作MRI对比剂的双官能螯合剂的金属螯合物。
为此，Krejcarek等(supra)公开了聚氨基聚羧酸(PAPCA)螯合剂，特别是DTPA(二亚乙基三胺五乙酸)结合蛋白的方法，例如结合人血清白蛋白(HSA)，是通过将PAPCA的盐与氯甲酸异丁基酯(IBCF)反应并将IBCF-PAPCA的加成物与蛋白质反应。他们的目的是将每个人血清白蛋白分子连接一个放射性金属以达到测量生物功能的目的。
不同成像技术位点特异性的应用都需要(或能)通过利用许多适当的金属离子与位点定向大分子相结合得以加强。例如，据信在靶组织中水质子的T1舒张期减少50％，需要有效的MRI对比剂。考虑到抗体对它们抗原的亲和性及在靶组织中这些抗原的浓度，已计算出每个抗体分子必需携带一定数量的顺磁中心才将T1减少到这样的水平。(见Eckelman等，NATO ASI Series，Series A，152：571(1988))。
Unger等在Investigative Radiology 20：693(1985)中分析了用结合Gd-DTPA的抗-CEA单克降抗体来加强肿瘤的磁共振成像。当每个抗体分子结合4个Gd原子时，他们未发现加强现象，并预计成像金属原子与大分子的比例需要很大才能有效。
同样，Schreve和Aisen在Mag.Res.in Medicine 3；336(1986)中推断，用所述的技术运送到人的某一肿瘤的顺磁离子浓度，必定是大剂量的。对成像的这个发现极大地限制了它的使用。
但对位点特异性图像的加强来说，重要的是这样的双官能团螯合剂的螯合物由于螯合剂部分的结合而不会破坏组织或器官靶向部分的位点特异性。当双官能团螯合剂只含有一个螯合剂部分时，一般这并不是严重的问题；但当试图通过在单个位点特异的大分子上结合几个螯合剂部分来制备双官能团多螯合剂时，发现不仅可使螯合剂与位点特异的大分子的最大比例受到相当的限制，就连当该比例升高时，所得双官能团多螯合剂的位点特异性也降低。
依然有人几经周折试图制备这样的双官能团多螯合剂，其每个位点特异的大分子上螯合剂数量有了增加。
就此，Hnatowich等(supra)使用了螯合剂DTPA的环酸酐将其连接至蛋白质上。
这是一个相对简单的一步合成方法，已被很多研究者采用。但是，由于在起始物中有两个环酐基团，大分子的广泛交联会导致产生不容易定性的共轭物(见Hnatowich等，J.Immunol.Methods65：147(1983))。此外，这种方法与Krejcarek的混合酸酐方法有同样的缺点，即无法控制由于多几个螯合剂部分的加入而破坏与它们连接的大分子的位点特异性。
为了解决这些问题，即向位点特异的大分子连接大量的螯合剂部分而又不破坏其位点特异性，也就是不干扰其结合位点(一个或多个)，有很多提议使用骨架分子，向该骨架分子连接大量的螯合剂部分而产生一个多螯合剂，然后一个或多个多螯合剂可结合至位点特异的大分子上产生双官能团多螯合剂。
因此，现已常规使用Hnatowich等(supra)的环酸酐结合技术来制备双官能团多螯合剂，其中螯合剂部分是开链PAPCAs(如EDTA和DTPA)的残基，且其中骨架分子是聚胺如聚赖氨酸或聚乙烯亚胺。例如，Manabe等在Biochemica etBiophysica Acta 883：460-467(1986)中报导了使用环酸酐方法将多达105个DTPA残基连接至聚-L-赖氨酸骨架上，并用2-吡啶基二硫化物连接剂将聚赖氨酸-聚DTPA的多螯合剂连接至单克隆抗体(抗-HLA IgGl)上，每个位点特异的大分子达到多达约42.5个螯合剂(DTPA残基)的取代。Torchlin等在Hybridoma 6：229-240(1987)中也报导了将DTPA和EDTA连接至聚乙烯亚胺和聚赖氨酸骨架上，然后将其连接至肌球蛋白-特异单克隆抗体或其Fab片段上，从而制备了用于MRI闪烁扫描术的双官能团多螯合剂。
在Manabe和Torchlin已报告双官能团多螯合剂制备的同时，由Manabe采用的环酸酐路线提出了交联及由此而产生的品质鉴定问题，及Torchlin等怀疑他们的技术是否能使顺磁金属的浓度增加到足以进行肿瘤的MRI。
Sieving等在WO-A-90/12050中公开了制备含有大环螯合部分如聚赖氨酸-聚DOTA的多螯合剂的技术，及其用于制备相应的双官能团螯合剂。Sieving等也建议使用星芒树状聚合物(starburst dendrimers)，如Tomalia等的第六代PAMAM星芒树状聚合物(见US-A-4587329和Polymer Jourmal 17：117(1985))作为这样的多螯合剂的骨架。
这种制备多螯合剂中载金属能力高的倾向导致制备的产品分子量高。对于可溶性产品，其优点在于注射进入循环系统时，此化合物保留在血液中，而不是快速扩散到细胞间液体中或被肾小球过滤排泄。因此，这些化合物可作为有效的血池成像试剂。尽管如此，但多螯合物没有必要在体内保留更长的时间，例如在成像完成后就不需要保留。本发明部分基于以下认识，即能够制备诊断或治疗有效的多螯合物，而它们又容易代谢成可快速排泄的片段，例如通过肾小球过滤排泄，先是代谢裂解成有明显特征的多螯合剂片段。在整个多螯合剂结构中引入可裂解的多螯合剂片段具有的其它优点是，向骨架聚合物每个连接位点上加入的螯合剂基团的数量可增加，且多螯合物可通过将金属化的多螯合剂亚单位连接至骨架聚合物上的方法来制备，并因此对完整的多螯合剂而言改进了载金属的比例。
因此，本发明目的之一是提供式I多螯合剂及其金属螯合物和盐，R1(X1R2((X2)pL)n)m             (I)(其中X1是连接剂部分，可代谢裂解释放R1X3 m和X4R2((X2)pL)n片段，其中X3和X4为X1的裂解残基；R1X3 m是生物耐受的聚合物，优选的是基本上单分散的聚合物，特别是分子量低于40000D，特别是低于30000D，尤其是低于20000D的，例如第一至第六代树枝状聚合物；X4R2((X2)pL)n是分子量低于40000D，优选低于30000D，并尤其是低于20000D的多螯合剂片段，每个这样的部分优选是相同的；p是0或1；X2，如果存在，是连接剂部分，代谢裂解释放单螯合剂碎片；每个L是一个大环螯合剂部分，其中大环骨架优选9至25元环并优选为任选的氧或硫杂的多氮杂环烷；R2((X2)p)n是直链或支链骨架部分，优选在每个L基团和它连接的X1部分之间提供一个多至20个原子的链和一个在每对L基团间连接的多至25个原子的链，这样的链一般是氮和/或氧和/或硫杂碳链；每个n是至少为2的整数，优选2至25，特别是2至12；且每个m是至少为2的整数，优选大于200，特别是3至100，这样在式(I)多螯合剂中L基团的总数至少为20，优选50至200)，分子量至少为30000D，优选至少40000D，并特别优选50000至150000D。
此后使用的术语“多螯合剂、不论在哪里，不仅是指未金属化的化合物也是指其完全或部分金属化的形式。
如果需要，一个或多个本发明的多螯合剂可连接至生物分布的修饰剂上，即用作改变整个分子的药代动力学的部分，例如，亲水部分或位点定向分子，如蛋白质或蛋白质片段，以形成双官能团多螯合剂。在此过程中，与位点定向分子的连接键，优选的也是可代谢裂解的，以使双官能团多螯合剂发生生物降解释放该位点定向分子(或其代谢物)和多螯合剂的片段。这些双官能团多螯合剂形成了本发明的另一方面目的，并可用来增强图像和/或将放射活性的细胞毒的剂量转运到靶细胞、组织、器官和/或身体导管中。或者，此多螯合剂可用作血池试剂而不需与位点定向分子偶合。
存在于有用的实体中的多螯合剂或其本身，可用于医学诊断和治疗，这部分是由于它们在体内独特的定位。目前用来加强MR对比成像的单体螯合剂(如GdDTPA2-、GdDOTA1-和GdDTPA-BMA)的体内应用受其特别快速的生物分布的限制，该分布引起这些螯合剂在体内整个细胞外(和血管外)空间的定位。本发明的多螯合剂，典型的分子量为30至200kD，特别是40至150kD并尤其是50至120kD，相对于单螯合剂从根本上改变了生物分布。本发明的多螯合剂一般具有较长的血管内停留时间，一般以小时计；但由于它们的生物降解性，它们一般可完全进入细胞间液(ECF)并进行肾排泄。这样，由于这些多螯合剂(此后当作放大剂)起初在血管系统内停留诊断所需的时间，故它们的适用范围是血池和心脏灌注成像、脑成像、血管成像、在肺成像中评价肺部疾病、CNS肿瘤检查及容积测定和血栓检查以及血管造影术等。作为血池试剂，它们特别适用于血流或血容量的研究，特别是有关损伤的检查及心肌灌注的研究。常规单体MR成像对比剂快速分散到细胞间/血管间，不容易用于这些目的。此外，考虑到它们强的舒张性，本发明的MR成像对比剂的给药量比常规单体MR成像对比剂如GdDTPA、GdDOTA和GdDOPA-BMA的剂量可显著降低，这样便提供了显著改进的安全用量范围。
特别优选的是本发明多螯合剂的所有代谢降解产物，特别是聚合物R1X3和多螯合剂片段X4R2(X2)pL)n。它们有足够低的分子量，可通过肾排泄。但未降解的多螯合剂本身，由于分子量高而不能排泄。同样，优选的多螯合剂(及其螯合物)是水溶性的，因而它们有血池试剂的功能。对于血池试剂，需要其分子大得或总分子量大得足以使毛细血管过滤足够慢，以便能得到血池成像对比效果。照球蛋白推算，该肾阈值(最小分子量)一般认为在30至40kD。分子大小及构型当然比总分子量更重要，但是这些最小分子量(对未金属化多螯合剂来说)确实提供了合理准确的标准。因此，本发明提供了一种能准确定性血池试剂的方法，该血池试剂本身生物降解成容易表征、容易并通常经肾排泄的碎片。这样，在体内积聚的强毒性的诊断或治疗的金属离子(多螯合剂所载的)就减少了。
上面置有多螯合剂片段的聚合物骨架(R1)本身，优选的是基本上单分散的，以便使该多螯合剂的生物分布均匀，并能得到均匀的、能再生的载金属比例。载金属比例是指大环螯合剂基团携带的治疗或诊断用金属离子数与多螯合剂分子数之间的比例。
实际上，可使用具有多螯合剂片段(R2(X2)pL)n)连接位点(如在链中或侧链活性官能团如胺、羟基、羧基等)的任何生物耐受的聚合物，例如聚赖氨酸、聚乙烯亚胺、多糖等。但是，特别优选使用树状聚合物，特别是所谓的星芒树状聚合物，因为它们基本上可产生单分散及容易定性的形式，同时因为该树状聚合物结构使聚合物骨架上的这些连接点容易均匀地载上该螯合剂片段，正如它们分布在该树状聚合物分子周围一样。星芒树状聚合物尤其是这样，且它们基本为球形，这使水能最大限度地接近螯合的金属离子并能优化金属化效率，即最大的金属载有量。
特别适用于本发明作为聚合物骨架R1的树状聚合物，包括第一至第六代树状聚合物。最优的一代当然根据多螯合剂片段的固有性质、所要采取的使用和清除途径等条件而定。适当的聚合物骨架，包括星芒树状聚合物，详细地讨论于早期专利申请如WO-A-91/05762、WO-A-90/12050及PCT/EP92/02308以及Tomalia等的US-A-4587329、US-A-4568737、US-A-4558120、US-A-4507466、WO-A-88/01178和Angew Chem Int Ed Eng 29：138-175(1990)。
当需要在血池中收集对比剂时，则优选使用低代的树状聚合物骨架，例如第四或第五代树状聚合物骨架。这样的多螯合剂比已知的血池剂及ECF对比剂的舒张性高，因此可使用较低的有效剂量。
代谢可裂解的连接剂部分X1和X2可以是或可以加入一种在给药(一般通过非肠道给药)后在体内被裂解的任何功能基团。其裂解敏感性的程度可通过适当选择这些连接剂部分而选择，使之在裂解前达到所需的半衰期，例如所需的血液停留时间，或使之保证裂解主要发生在特定的身体位点如肝脏。酯、二硫化物、酰胺、缩醛、缩酮、醚、酸酐及内酯的功能性是这种基团的例子，它们是可以水解的或可以生物降解的。根据所需的裂解位点，需要在该多螯合剂片段中加入生物导向部分，如亲水、亲酯或带电荷部分，以便有助于裂解后廓清。
特别优选的可代谢裂解的X1基团，在先形成多螯合剂基团(即R2(X2)pL)n部分)的合成期间产生于连接位点上。因此，可能将单体大环螯合剂基团结合到先形成的骨架上的同时，优选按照本发明将先形成的多螯合剂部分结合至骨架聚合物上。对于给定的骨架聚合物，此合成途径产生的多螯合剂，在每个与骨架连接的位点具有多重螯合剂部分，并使金属化的产品有高的载金属比例。另外还具有这样的优点，即大量二聚、三聚或较多齐聚的多螯合剂片段在与聚合物骨架的连接位点上的旋转将会受限制，故当整个多螯合剂为T1MR成像对比剂时，就带来较大的舒张性。
鉴此，特别优选使用先形成的二聚或树状聚合物的多螯合剂片段，该片段结合一个连接聚合物或树状聚合物骨架的活性位点。而该结合位点在结合时本身并不产生代谢裂解键，然后在先形成的螯合剂片段或骨架聚合物内，应加入可代谢裂解的功能连接剂部分。就此而言，可加入脲、醚、酯、二酯、氨基甲酸酯、二硫化物或其它水解裂解基团，例如，加在多螯合剂骨架与活性基团(通过它将其连接至整个多螯合剂的聚合物骨架上)之间先形成的多螯合剂片段中。或者，这些可裂解的基团位于各个单螯合剂部分之间，以便在代谢裂解时单螯合剂或其它小的多螯合剂片段可被释放。有此特性的多螯合剂构成了本发明的另一目的，它们是式II的多螯合剂：
R1(X1R2((X2)pL)n)m                             (II)(其中R1、R2、L、p、n和m定义如上，且X1和X2为连接剂部分，条件是在每个L和R1间连接用X2和X1部分的至少一个是可代谢裂解的)和它们的金属螯合物及盐、以及相应的双官能团多螯合剂。
这样，在本发明优选的方案中，多螯合剂片段的骨架R2((X2)p)n包括一个多烷支链本身，它可任选加入饱和或不饱和的碳环或杂环(例如，加入0、1或2个选自O、N和S杂原子的5至8元环，如苯环)、氮、氧或硫原子或羰基，后者优选是相邻链杂原子。
先形成的多螯合剂片段包括如下：
Figure A9519147000121
-末端树状聚合物)其中X5是为连接至中心骨架结构提供适当位点的基团，如可连接至氨基官能团的修饰的氨基、例如X5可以是基团
Figure A9519147000133
X6或
Figure A9519147000135
(其中X6是NO2、NCS、N2 +、NCO)、-alk-COOH、-NHCOCCH2-、
Figure A9519147000136
-NHCONH2Cl或-NHCOCH2Br，且alk是一个键或C1-4亚烷基链，且 是金属化或未金属化的大环螯合剂部分，优选但不是必需与大环的环氮原子上的其余结构相连接。
本发明多螯合剂中大环螯合剂部分可以是任何常规大环螯合剂如DOTA、TETA、DO3A等的残基。上述大环骨架优选是9至25元并可以适当任选氧或硫杂的多氮杂环烷环。多螯合剂片段R2((X2)p)n的连接位点优选是环氮，但也可以连接在环碳上，如Meares等在US-A-4687667中所述。
大环螯合剂部分的螯合能力可只依靠其环杂原子，可以是环状的聚醚或聚胺。但是此大环螯合剂部分优选具有参与金属螯合作用的侧基，如带有羟基、氨基、膦酸或膦的C1-6烷基或更优先羧基。DO3A和DOTA衍生的大环是特别优选的，即下式的基团：   和  
本发明的多螯合剂中的大环螯合剂部分优选衍生自含有反应性羧基或氨基的大环螯合剂，它们对金属的配位键合不是必需的。只要结合的螯合剂部分保留螯合金属离子的能力，该反应性基团可以是在游离的螯合剂中能作为金属配位基团的基团之一。或者，反应性基团可以是螯合剂侧链或骨架碳上的取代基。
更具体地说，本发明使用的大环螯合剂定义为这样的一种螯合剂，它具有一个连续的、环接的、闭合骨架，该骨架由被碳原子或其链间隔的供体原子如N、P、B、O、S和As组成，该碳原子如任选取代的亚甲基或环(如芳香环)的碳原子，特别优选任选取代的C2-4亚烷基的碳原子。任何亚甲基或供体原子，在原子价条件允许时，只要大环的闭合链保持完整，就可以是取代的。
在本发明的一个优选实施例方案中，大环螯合剂为式III螯合剂
Figure A9519147000143
其中a、b、d和e独立地是0或正整数，对于b或d优选1、2、3或4；c和f为正整数；所有c的总和至少为3，优选3、4或5；b＋d的和至少为1；每个Z独立地是氮、氧、硫、磷、硼或砷原子，优选其中至少有两个，特别至少3个为氮原子；每个Y独立地为任选取代的5至7元碳环或杂环；R3，如存在，独立地是氢、可任选羟基化、可任选烷氧基化的烷基，可任选带有基团CO-G，其中G是OR4或NR4 2，且Z是磷时，也可任意氧代，至少3个Z-(R3)a部分优选Z为氮，a＝1且R3为可任选取代的G-GO-烷基；R4和R5可相同或不同，每个独立地是氢、可任选烷氧基化、可任选羟基化的烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，或R5也可代表CO-G基或被CO-G基取代；且NR4 2也可以代表连接氮的可任选取代的5至7元杂环，其中可任意进一步含有氮、氧或硫环杂原子；其中代替两个CR4R5，在其两个方向都被至少一个Z基团分开的，可以任意是下式的桥结构
Figure A9519147000144
其中u、g、h、i、j、k、l、w、x、q、r、s和t每个独立地是0或正整数，u、g、i、k和w优选1、2、3或4；y是正整数；h＋l＋j＋x≥1，优选Y(h＋1)≥1；且每个D独立地是硼、碳、氮、磷或PO。
环部分Y的优选等同物包括
Figure A9519147000151
其中J是CH、COH或N；R6是CH、CHOH、NR3、O或S；且L是O或S。杂环部分NR4 2的优选等同物包括
Figure A9519147000152
  和   如  和  
如上所述，大环螯合剂可包括第二个“环”，它由连接两个或多个骨架原子上的侧链建立。
在大环螯合剂中，烷基和亚烷基部分，除非特别指出，优选含有多至8个碳原子，特别优选多至4个碳原子。羟基或烷氧基取代部分可以是单或多取代并可以考虑兼有两种取代基。任何芳香族部分优选C6-10碳环或5或6元杂环。在大环中，骨架杂原子，如N、P、O及S优选被1至8个，特别优选被2至6个碳原子的骨架原子分开，且如上所述，大环螯合剂优选含有至少3个羧基或羧基衍生基团。大环多螯合剂含有至少三个环氮，优选连接有羧基烷基(特别是羧基甲基)。
大环螯合剂与骨架部分R2((X2)p)n的连接可通过任何活性基团，如R3和R5基团，特别优选含有CO-G基团的R3基团。含质子化环杂原子(如在DO3A中)的大环与Hal-CH2NH-alk X6(其中Hal是卤原子，alk和X6定义如上)或Hal-CH2CO2CH3反应，然后与二胺如乙二胺反应，为连接树状聚合物骨架提供了反应性基团。可使用其它标准的偶联技术，因此本发明的多螯合剂中大环螯合剂部分优选含有式III的螯合剂残基(即式III的基团，但环连接的取代基之一被修饰或替代，以便连接树状聚合物)。
适当的，大环螯合剂是含有3、4、5或6(优选4)个环氮原子的多氮杂环烷的残基，每个氮原子被2、3或4(优选2)个环碳原子分隔。特别优选的大环螯合剂部分的骨架结构包括如下：
Figure A9519147000161
  和   
Figure A9519147000162
特别优选的大环螯合剂包括式IV的这些：
Figure A9519147000163
其中每个Z是N、O或S，优选所有或除一个外的所有的Z为N；每个b独立地是2、3或4，优选2或3；f是3或4，优选4；每个R3独立地是氢、C1-3烷基或可任选带支链，任选羟基化的CO-G-烷基；且每个R5独立地是氢或羟基烷基。
于是，具体地说，该大环螯合剂包括多氮杂环烷聚羧酸、六氮杂大环(HAMs)和包括冢状化合物(sepulchrates)和棺状化合物(sarcophagines)的穴状化合物。
多氮杂环烷聚羧酸的实例包括1，4，7，10-四氮杂环十二烷四乙酸(DOTA)、1，4，7，10-四氮杂环十烷-1，4，7-三乙酸(DO3A)、1-氧杂-4，7，10-三氮杂环十二烷三乙酸(DOXA)、1，4，7-三氮杂环壬烷三乙酸(NOTA)和1，4，8，11-四氮杂环十四烷四乙酸(TETA)。
此外，新的四氮杂环烷聚羧酸、DOTA-N(2-氨基乙基)酰胺和DOTA-N(4-氨基苯乙基)酰胺也在考虑范围内。
四氮杂环烷聚羧酸配位体的制备是熟知的。DOTA的合成描述于美国专利4647477(Gries等)、美国专利4639365(Sherry)和Desreux等的Inorg.Chem.19：1319(1980)。此外，DOTA由Parish Chemical Co.，Orem，UT，USA出售。DO3A的制备描述于EP-A-292689(Squibb)。Desreux，Inorg.Chem.19：1319(1980)；Bryden等，Anal.Chem.，53：1418(1981)；Delgardo等，Talanta，29：816(1982)；Cacheris等，Inorg.Chem，26：958(1987)；Moi等，Inorg.Chem，26：3458(1987)和Meares等，Acc.Chem.Res.，17：202(1984)描述了大环配位体DOTA、NOTA、TETA及其骨架衍生类似物的性质和化学，包括NOTA和TETA的制备。美国专利4678667(meares等)阐明了一些大环、侧链衍生的配位体包括DOTA和TETA的制备。由DOTA形成DOTA-N(2-氨基乙基)酰胺和DOTA-N(4-氨基苯乙基)酰胺的衍生作用分别详尽描述于后文中的实施例2和3中。上面引用的文献和本文提到的其它文献在此作为整体引为参考。
包括在N6大环螯合剂系列的六氮杂大环描述于DeCola等，Inorg.Chem.25：1729(1986)。此文章也描述了HAMs的制备，在此将其作为整体引为参考。
穴状化合物为多环配位体，包括冢状化合物、棺状化合物及大环聚醚(冠醚)和大双环配位体。一些优选的大环聚醚穴状化合物包括派生有侧链的伯胺和羧酸穴状化合物。
冢状化合物包括八氮杂大双环体系如1，3，6，8，10，13，16，19-八氮杂双环[6，6，6]二十烷的衍生物。特别优选这些螯合物的伯胺和羧酸衍生物。这些螯合物的合成，如钴配合物，描述于J.Amer.Chem.Soc.104：6016(1982)。棺状化合物包括六氮杂大双环体系如3，6，10，13，16，19-六氮杂双环[6，6，6]二十烷的衍生物。冢状化合物和棺状化合物的合成分别由Creaser等和Geue等描述于J.Amer.Chem.Soc.104：6016(1982)和J.Amer.Chem.Soc.106：5478(1984)。Izatt和Christensen，Eds.，Synthetic Multidetate Compounds，Academic Press(1978)和Lehn等，Acc.Chem.Res.11：49(1978)描述了穴状化合物的合成。Cotton&Wilkinson“AdvancedInorganic Chemistry”中描述了用于制备含氮囊状大环的冠醚模板合成的一般方法。这些参考文献作为整体在此引为参考。
选择被放大剂螯合的金属离子使它们能扮演诊断或治疗的角色。这些功能包括但不仅限于在MR成像、γ闪烁扫描术、CT扫描或X光透视中增强成像，或者转运细胞毒试剂，杀伤不需要的细胞如肿瘤细胞。
对于使用放射性核素，如在核医学中，本发明提供了由大环螯合剂紧密结合放射性核素的优点。由于金属背景水平较低，这便带来了更特异的图像。
通过适当选择螯合种类，可制备本发明的螯合物，它们可具有X光试剂功能(如选择钨)或通过选择适当的镧系金属离子可作为MR和X光的造影剂。
对于X光应用，为扩大光子的能量范围，使得在此范围内本发明的多螯合剂最有效，所用多螯合剂可带有两种或多种不同的金属，或者用均多螯合剂或杂多螯合剂的混合物。
通过螯合作用可加入的金属，包括镧系或其它金属离子，包括其同位素或放射性同位素，例如Mg、Ca、Sc、Ti、B、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ca、Sr、Y、Zr、Tc、Ru、In、Hf、W、Re、Os、Pb和Bi。特别优选上述的一些放射性同位素，包括153Sm、64Cu、67Cu、67Ca、68Ca、89Sr、88Y、90Y、99Tc、97Ru、103Ru、111In、186Re、188Re、203Pb、211Bi、212Bi、213Bi、214Bi。被本发明多螯合剂螯合的金属离子的选择取决于所需的治疗或诊断用途。
如上所述，被本发明螯合剂螯合的金属离子的选择，依赖于使用由此制得的多螯合剂的诊断或治疗技术。对于MR成像，金属离子应该是顺磁的，并优选无放射性。对于X光和超声成像，应使用如原子序数至少为37，优选至少为50的重金属离子，也优选无放射性的种类。对于闪烁扫描术或放射性治疗，金属离子当然应是放射性同位素离子。
将金属离子与螯合剂和多螯合剂配合的方法是本领域技术人员力所能及的。每个所用金属可通过一至三种基本方法加入到大环螯合剂部分中：直接加入、模板合成和/或金属转移作用。优选直接加入。
通过下列基本方法可将金属离子Fe(III)、Cr(III)、Mn(II)、Hg(II)、Pb(II)、Bi(III)和镧系金属直接加入到聚氨基聚羧酸酯中。将金属的水溶性形式，一般为无机盐，溶于适当体积的去离子蒸馏水中。溶液的pH低于7。室温搅拌的同时，将含有等摩尔量多螯合剂的水溶液加到金属溶液中。通过加入碱，一般为0.1MNaOH，将混合物的pH缓慢提高，直到多螯合剂的供体基团去质子化，一般在pH7至9的范围，这取决于螯合剂部分组成。对镧系金属离子必需特别注意保持pH低于8以避免出现金属氢氧化物沉淀。将金属加到DOTA衍生的及有关的大环螯合剂部分中，常是一个缓慢的过程，如下面引用的参考文献所述。此方法的具体实例包括在本文的实施例及下面的参考文献中。
Choppin等，J.Inorg.Nucl.Chem.，33：127(1971)，Margeerum，Rec.Chem.Prog.，24：237(1973)和D＇Olieslager等，J.Inorg.Nucl.Chem.，35：4255(1973)描述了将镧系金属直接加入到聚氨基聚羧酸酯中。Margerstadt，Mag.Res.Med.，3：808(1986)和WO-A-87/06229描述了将Gd(III)加到DOTA中。制备DOTA的Bi和Pb配合物的方法由Kumar等描述于J.Chem.Soc.Chem.Commun.，3：145(1989)。上述文献作为整体在此引为参考。
按照熟知的方法可进行Hf、Zr、W、Hg和Ta的直接加入。例如，见美国专利4176173(Winchell)。
为了与螯合剂部分的供体原子结合，当金属离子需要被还原至更适当的氧化态时，金属转移作用是非常有用的。例如，为加入99mTc或186/188Re，必需通过熟知的方法使用还原剂如SnCl2或半胱氨酸将金属离子还原至Tc(V)或Re(V)。此方法需要形成中间体复合物。一个典型的例子是在与螯合剂如DOTA配位前，在弱配位体如葡庚糖酸的存在下用Sn还原99mTc。在放射性药学领域中，这些方法是熟知的。67Cu用四胺螯合剂如tet A或tet B(见Bhardaredj)等，JACS，108：1351(1986))来稳定Cu(II)，以与较强结合的螯合剂反应。
可按照Smith等在Inorg.Chem.，24：3469(1985)和27：4154(1988)中描述的方法进行模板合成。如在HAM系统中，将螯合剂建立在金属离子周围，通过模板合成将金属离子加入到大环螯合剂中。Smith等(前述)描述了用于镧系金属模板合成的熟知的模板合成方法。冢状化合物和棺状化合物大双环螯合剂可用类似的方法通过在Co周围的模板合成而制备。该Co通过还原为Co(II)并用15M HBr提取而除去。然后通过与简单金属盐在甲醇中回流反应或通过供体复合物如葡庚糖酸、抗环血酸、乙酸或桔橼酸盐的金属转移作用将无金属的螯合剂金属化。优选使用三氟乙酸和/或次氯酸盐。
很宽的一类冠醚和穴状化合物，特别是含有N、O和S的，可使用上述一种或多种方法以相似的方式金属化。
本发明多螯合剂的金属螯合物，特别是双官能团多螯合剂但也可任选放大剂多螯合剂在特定的成像技术中，病人成像用的给药量应足以产生所需造影效果。一般每千克病人体重使用剂量为0.001至5.0mmol螯合的金属离子可有效地达到适当的造影增强。对于大多数MRI应用，优选成像金属离子的剂量范围，在0.005至1.2，如0.02至1.0mmol/kg体重；而对于X光，剂量为0.5至1.5mmol/kg，一般可有效地达到X光衰减。对于大多数X光应用，优选剂量为0.8至1.2mmol的镧系金属或重金属/kg体重。
对于X光应用，为扩大光子的能量范围，使得在此范围内本发明的多螯合剂最有效，所用多螯合剂可带有两种或多种不同的金属，或者用均多螯合剂或杂多螯合剂的混合物。
放大剂与位点定向分子的连接，导致更大的体内靶特异性。此分子优选是抗体、抗体片段、其它蛋白质或其它可在体内运动到该位点以转运金属离子的大分子。在本发明中，此位点定向大分子运动和/或结合至它的标靶的能力，不受螯合金属离子加入的损害。每个分子中螯合的数量足以增强此特定靶的图像。所得双官能团多螯合物是独特的螯合实体，并要求基本上无交联现象。
优选的方法是，在放大剂(一种或多种)与位点定向分子连接之前，在双官能团多螯合剂中加入金属。金属的滴定量为从亚化学计量水平直至完全加入，因此不用透析和进一步色谱纯化。此方式避免了明显的损失和稀释。也避免了金属离子与位点定向分子的非特异性结合。但是，本发明对半衰期短的放射性核素的应用，可能要求双官能团多螯合剂的金属化作为最后步骤，接之以简单快速纯化(如凝胶过滤)以除去过量的未结合放射性核素。
在双官能团多螯合剂中，优选一个或两个骨架分子连接至位点定向分子。通过限制连接在位点定向分子上的放大剂数，可预计双官能团多螯合剂的药学行为显示高靶特异性和低非特异性的结合。
双官能团多螯合剂可含有大量的大环螯合剂部分。这位点特异性成像有了前所未有的增强。
本发明的双官能团多螯合剂包括将放大剂偶合至位点定向分子。该位点定向分子可以是在所选择的靶器官、组织、细胞、细胞组或哺乳动物体内其它部位中天然存在的任何分子。它们可包括氨基酸、寡肽(如六肽)、分子识别单位(MRU＇S)、单链抗体(SCA＇S)、蛋白质、Fab片段及抗体。位点定向分子的例子包括多糖(如CCK和六肽)、蛋白质(如植物血素、无唾液胎球蛋白、多克隆IgG、血液凝集蛋白(如水蛭素)、脂蛋白和糖蛋白)、激素、生长因子和凝固因子(如PF4)。位点定向蛋白的例子包括聚合的纤维蛋白片段(如E1)、血清淀粉样前体(SAP)蛋白、低密度脂蛋白(LDL)前体、血清白蛋白、完整红血细胞的表面蛋白、受体结合分子(如雌激素)、肝特异性蛋白/聚合物如半乳糖-新葡糖白蛋白(NGA)(见Vera等，Radiology15l：19l(1984)、含有数量不定的结合半乳糖胺的N-(2-羟基-丙基)甲基丙烯酰胺(HMPA)共聚物(见Duncan等，Biochim.Biophys.Acta880：62(1986))、及烯丙基和6-氨基己基糖苷(见Wong等，Carbo.Res.170：27(1987))、和纤维蛋白原。
位点定向分子也可以是抗体。抗体的选择。特别是抗体的抗原特异性，依赖于该共轭物所要求的用途。单克隆抗体比多克隆抗体更优选。
人血清白蛋白(HSA)为进行血管系统研究的优选的蛋白质。HSA由包括SigmaChemical Co.的多种渠道销售。制备与所需抗原反应的抗体是熟知的。抗体制剂由多种渠道销售。纤维蛋白片段El可按照Olexa等在J.Biol.Chem.154：4925(1979)的描述制备。LDL前体和SAP蛋白的制备方法由de Beer等在J.Immunol.Methods50：17(1982)描述。上述文章在此作为整体引为参考。
将骨架聚合物连接至抗体或其它蛋白的方法是本领域技术人员力所能及的。这样的方法描述于Pierce 1989 Handbook and General Catalog及其引用的文献；Blatter等，Biochem.，24：1517(1985)；和Jue等，Biochem.，17：5399(1978)。上述引用的文献在此作为整体引为参考。
总之，双官能团多螯合剂是通过在骨架聚合物与位点定向大分子结合前建立多螯合剂来合成的。在多数情况下，螯合剂结合至骨架所用的反应条件会使蛋白变性。因此，为了保护其空间结构和生物功能，抗体或其它位点定向蛋白质，在螯合剂基团加在骨架分子上以前一般不结合到骨架分子上，除非这样作不会使蛋白变性。在放大剂结合到位点定向大分子前或后，可加入金属离子形成多螯合剂的金属复合物。优选在多螯合剂与多数蛋白质(特别是抗体)结合前加入金属离子，这特别是为了避免金属与蛋白质的偶然结合。但是，对于某些金属离子如半衰期短的放射性核素，优选在结合后并在要使用前进行金属化。
总之，可以用已知方法将大环螯合剂连接至骨架分子上。对于优选的大环螯合剂如DOTA，常规混合的酸酐和环酸酐结合技术是无效的，而已发现修饰该混合酸酐方法是通过在无水介质中将聚羧基大环螯合剂与一种能提取所有的羧基质子(即足够高的pKa)的足够强的胺碱基反应得到铵盐，此铵盐能与烷基卤代甲酸酯(如氯代甲酸异丁基酯)反应产生一种活性酸酐，它能结合至骨架分子的氨基上而不引起与已有的双官能团多螯合剂产生不需要的交联。对于多数大环螯合剂，四甲基胍或相似强度的胺是优选的碱基。
或者还可代之用更复杂的结合技术，例如以类似于Meares等(前述)提出的方法，使用结合大环螯合剂的骨架。根据螯合剂上存在的活性基团，用氯代乙酰卤、光气或硫光气方法可将相似的螯合剂连接至该骨架分子上。
对于带侧羧基的大环，包括但不限于DOTA、TETA、TRITA(1，4，7，l0-四氮杂环十三烷四乙酸)和NOTA，其中一个羧酸可形成能与骨架分子的伯胺基团反应的一种活性结构。由羧酸基团形成活性结构的方法包括修饰的混合酸酐反应，例如，使用氯甲酸异丁基酯(IBCF)，或用碳化二亚胺(DCC或EDAC)形成“活性酯”(参见Pierce Catalog(1988)，252页和253页)。两种反应所产生的骨架聚合物都是通过稳定的酰胺键用大环螯合剂部分多重取代的。但此修饰的混合酸酐方法是用于将含羧酸的大环螯合剂连接至骨架聚合物上的优选方法。
此修饰的混合酸酐反应优选在熔点低于5℃的无水溶剂中进行，冷却至不低于5℃或高于其冰点以上约55℃。就地使用胺碱制备螯合剂的铵盐，容易使此螯合剂在适当溶剂中增溶。
碱的选择取决于相关羧酸的pKa。对于多数大环，四甲基胍(TMG)是特别优选的。一般说容易从pKa值至少高于大环螯合剂的pKa，最高至少0.5(优选0.8，特别优选至少1.0)的那些碱中选择。pKa至少11，特别是至少11.3，尤其是至少12的胺碱是特别优选的。除TMG外，具体可提出的碱有哌啶、喹咛和N-乙基哌啶，更特别是DBU(1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一-7-烯)和DBN(1，5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯)。其它碱由Martell和Smith在“Critical Stability Constants”Vol.5，first supplement，Plenum Press，NY1982中列出。
现边搅拌边加入适量的纯(冷的)卤代甲酸烷基酯并通过冷却(如果需要，加入制冷剂)保持溶剂的起始温度。特别优选氯甲酸异丁基酯。所得大环螯合剂的活性酸酐可与含胺的骨架分子反应形成多螯合剂或多螯合剂片段。对多数用途，多螯合剂在此时就金属化，并通过色谱或重结晶纯化除去过量的金属离子和低分子量金属复合物。为使用靶特异性分子，将放大剂多螯合剂或其至少部分金属化形式(仍含有至少一个游离的氨基)与靶分子结合，例如通过与很多熟知的杂双官能团偶联剂中的一种反应。对于不适合预先金属化的情况，如半衰期短的放射性核素，使用一种无金属放大剂并按照上述方法偶联，可制备双官能团多螯合剂，接着金属化(见下)并最后通过色谱或过滤快速简单纯化。
大环螯合剂也可通过未共轭伯胺基团连接到骨架分子。含有未共轭伯胺基团的大环螯合剂包括伯胺侧链衍生DOTA大环、伯胺衍生的DO3A及伯胺衍生的六氮杂和八氮杂大环及大双环(HAMs、冢状化合物和棺状化合物)以及种类繁多的衍生冠醚穴状化合物。
这些螯合剂上的未共轭伯胺基团，在熟知的条件下可与卤代乙酰卤反应形成卤代乙酰胺。该卤代乙酰胺可与骨架分子上的伯胺反应，在螯合剂和骨架之间形成稳定的酰胺键。卤代乙酰卤方法描述于De Riemer等，J.Labelled Compd.Radiopharm.18：1517(1981)，可用此方法将含有胺的螯合剂连接到骨架上。
大环螯合剂中的胺基团也可与光气反应产生活性异氰酸基团，或与硫光气反应产生活性异硫氰酸基团。这些基团可与骨架的伯胺反应在配位体和骨架聚合物之间分别形成稳定的脲键或更稳定的硫脲键。Gansow，Inorg.Chimica Acta 9l：213(1984)和Moi等，J.Amer.Chem.Soc.110：6266(1988)描述了使用光气或硫光气方法通过形成异氰酸或异硫氰酸部分，分别将螯合剂连接至含有胺基团的蛋白质上的方法。也可参见Desreux，Inorg.Chem.19：1319(1980)；Bryden等，Anal.Chem.53：1418(1981)；Delgardo等，Talanta 29：815(1982)；Cacheris等，Inorg.Chem.26：958(1987)；Moi等，Inorg.Chem.26：3458(1987)和Meares等，Acc.Chem.Res.17：202(1984)。
虽然螯合剂以此方式结合在其上的骨架可以全部形成，即可含有R1(X1R2)m部分，但另一种方式也是优选的方式是可将螯合剂片段结合至先形成的聚合物骨架R1上。这形成了本发明的主要特征。于是，在聚合物骨架上的每个连接位点可载多个螯合剂基团。此外，如果多螯合剂片段已经金属化，则能使最后的多螯合剂达到最佳的金属化，否则不在分子周围的螯合剂基团不会有效地金属化。
虽然对本发明的化合物来说，优选的是其中X1可代射裂解的，但先形成的多螯合剂亚单元的结合，为其它多螯合剂，特别是那些X2(而不X1)是可裂解的，提供了一种合成方法，同时这些新的化合物也形成了本发明的一个目的。
因此，本发明进一步目的是提供制备式II多螯合剂(其中在每个基团L和R1之间，间隔X1和X2的这些部分中至少一个是可代谢裂解的)的方法，所述方法包括将式V的化合物
R1X7 m                (V)
与式VI的多螯合剂片段分子结合
X8R2((X2)pL)n        (VI)
(其中X7和X8含有可结合形成基团X1的反应性基团)。
式VI的多螯合剂片段本身是新的，它们、它们的螯合物或它们的盐也构成了本发明进一步的目的。
特别优选的是，使用金属化的式VI的多螯合剂片段实施本发明的方法。在这些化合物中，螯合的金属已经被大环螯合剂牢固结合，这样最终的多螯合剂可得到最佳的金属载量。
然而，在形成多螯合剂或其双官能团多螯合剂衍生物之后，该螯合剂部分当然是可金属化或金属转移，这样的金属化作用或金属转移作用构成了本发明进一步的目的。
本发明的多螯合剂片段化合物的制备方法是通过单螯合剂与连接分子反应，如果需要，接着可活化或引入活性基团X8，由此该螯合剂片段按照适当的方式连接至聚合物骨架。
多螯合剂片段可以是二聚物、三聚物或较高的齐聚物，但在本发明的一个优选的实施方案中它们是基于低代的，即零至六代的树状聚合物多螯合剂，例如描述于国际专利申请PCT/EP92/02308树状聚合物多螯合剂。
使用这样的树状聚合物的多螯合剂片段分子可制备聚(树状聚合物多螯合剂)。这方法是通过将树状聚合物与双官能团连接剂反应制备单衍生的树状聚合物，然后将其接上单螯合剂基团以制备多螯合剂片段分子。此树状聚合物多螯合剂片段分子可结合到线型或带支链的聚合物，但优选结合到树状聚合物骨架。
或者，多螯合剂片段本身可聚合制备线型或带支链的聚(多螯合剂)分子。这样的聚(多螯合剂)构成了本发明的进一步目的。如果它们加入可代谢裂解的连接剂部分，就在裂解时释放40000D亚片段，同样其螯合物及盐以及相应的双官能团多螯合剂也如此。
这样的可代谢裂解连接剂部分在几个多螯合剂片段之间或其内，优选在这样的两个位置上，即这些片段携带多于4个大环螯合剂部分的位置，例如它们是树状聚合物时，这样的聚(多螯合剂)可由式VII表示
[R2((X2)pL)n)X1 q]m                (VII)
其中R2、L、p、n和m定义如式II，q是正整数，优选1、2或3，X1是连接两个R2基团的连接剂部分，X2是连接剂部分，且X1和/或X2可代谢裂解，裂解产物分子量低于40000D，优选低于30000D，特别优选低于20000D。
这样，例如当多螯合剂片段是由Tomalia等(如上)描述的G3.0聚胺星芒树枝状聚合物类型时，在22或其24胺末端载有GdDO3A基团，然后只要4个这样片段连接在一起就能制备可行的血池成像试剂。
由另一方面看，因此本发明也提供了式VIII的多螯合剂化合物
(R1)p[R2((X2)pL)nX1 q]m            (VIII)
(其中每个p是0或1；n和m每个都是至少为2的正整数，并且L部分总数至少为20；q是正整数，如1至100；X1和如果存在的X2为可裂解代谢的部分，每个X1用于将R2((X2)pL)n部分连接至R1部分或至其它R2((X2)p)n部分；每个L是大环螯合剂部分；如果存在的R1是线型或带支链聚合物部分；且每个R2是线型或支链型骨架部分；此化合物的未金属化形式的分子量为至少30000D，X1代谢裂解所得的片段及如果存在的X2部分的分子量，以其未金属化形式计为低于30000D)及其带有位点定向分子的螯合物、盐和共轭物。
适于制备本发明的多螯合剂和多螯合剂片段分子的反应过程的例子包括如下几种方案：(A)
Figure A9519147000241
Figure A9519147000242
(其中X9＝NCS，NCO，NHCOCH2Cl＝骨架，如亚烷基链N*H2＝保护的胺＝N-连接的GdDO3A残基(B)
Figure A9519147000251
Figure A9519147000252
(其中z＝0 to 4和
A＝NO2，(CH2)2COOH，NH2或OH)(C)
Figure A9519147000263
(D)(其中Lv＝OTs、OMs，Br.等和   R″＝O，CONH，NHCO，等)(E)
Figure A9519147000281
(其中
Figure A9519147000282
表示在    4，7和10位上的氮被保护的1，4，7，10-四氮杂环十二烷)(F)
Figure A9519147000291
(I)
Figure A9519147000311
(其中SSS＝固体载体，如Merrifield树脂
 X10＝SSS连接位点，
 X11＝X10裂解残基活化的GdDO3A＝如环上NH被如CH2CONHCH2CH2NCS或
Figure A9519147000312
取代的GdDO3A)在上述方案中，
Figure A9519147000321
-表示载钆的DO3A残基。但是，它也可表示任何其它载或未载金属的连接在环杂原子或环碳原子上的大环螯合剂残基。在使用未金属化螯合剂部分的情况下，金属化作用可在制备多螯合剂片段分子的中间阶段、在多螯合剂片段分子制备后、或者甚至在整个多螯合剂制备后发生。
在方案I的方法中，多螯合剂片段在固体底物上构成。使用类似于Stewart和Youg在“Solid State Peptide Synsthesis”，2nd Edition，1984，Pierce Chemical中描述的方法可实现此目的。
在方案G、H和I中，多螯合剂片段为树状聚合物的多螯合剂，优选的是这些物质的未金属化形态的分子量为5至25kD，并且由此构成的聚(多螯合剂)应含有3至10，优选3至6个这样的片段。
除上述方法外，也可使用将树状聚合物的多螯合剂片段连接在一起的其它方法。在这方面，应注意torchilin等，Critical Reviews in Threapeutic Drug GarrierSystems 7：275-308(1991)、US-A-4737550(Tomalia等)和Brinkley，Bioconjugae Chem 3：2-13(1991)讨论的技术。
本发明的化合物可与常规药物或兽药辅剂配制，如乳化剂、脂肪酸酯、凝胶剂、稳定剂、抗氧剂、渗透压调节剂、缓冲液、pH调节剂等，并可以制成适于肠胃外或肠内给药的形式，如注射或输液，或对具有外部流出导管的体腔如胃肠道、膀胱或子宫直接给药。故本发明的化合物可以制成常规的药物剂型如片剂、胶囊、散剂、溶液、悬浮液、分散液、糖浆剂、栓剂等；但是，一般优选在生理可接受载体介质(如注射用水)中的溶液、悬浮液或分散液。
因此，可用本技术领域完全已知的方式，使用生理可接受的载体或赋形剂将本发明的化合物配制成药用的形式。例如，这些化合物，任选加入药用赋形剂，可悬浮或溶解于水介质中，然后将所得溶液或悬浮液灭菌。适当的添加剂包括，例如，生理上生物相溶的缓冲液(如盐酸三羟甲基氨基甲烷)添加(如0.01至10摩尔百分比)螯合剂(如DTPA、DTPA-双酰胺或未复合的放大剂多螯合剂)或钙螯合复合物(如DTPA钙、CaNaDTPA-双酰胺、钙-放大剂多螯合剂或放大剂多螯合剂的CaNa盐)或者任选添加(如1至50摩尔百分比)钙或钠盐(如合并有放大剂配位体的金属螯合复合物的氯化钙、抗坏血酸钙、葡糖酸钙或乳酸钙等)。
如果将化合物配制成悬浮液形式，如在水或生理盐水中的口服制剂，少量的可溶性螯合物可与一种或多种通常存在于口服溶液中的无活性成分和/或表面活性剂和/或调味用芳香剂混合。
对于体内一些部位的MR和X光成像，使用作为造影剂的金属螯合物最优选的给药方式是肠胃外给药，如静脉注射。肠胃外给药剂型，如静脉注射液，应灭菌并除去生理上不可接受的试剂，并应具有低渗透性使刺激或其它用药副作用最小，因此造影介质应优选等渗或轻微高渗的。适当的载体包括常用于肠胃外给药溶液的水性载体如氯化钠注射液、Ringer氏注射液、右旋糖注射液、右旋糖和氯化钠注射液、乳酸化Ringer氏注射液及其它溶液，如描述于Remington＇s PharmaceuticalSciences，15th ed.，Easton：Mack Publishing Co.，pp.1405-1412及1461-1487(1975)和The National Formulary XIV，14th ed.Washington：American PharmaceuticalAssociation(1975)。这些溶液中可含有防腐剂、抗菌剂、常用于肠胃外给药溶液的缓冲剂及抗氧剂、赋形剂及与螯合物相溶并不干扰产品制备、储存或使用的其它添加剂。
本发明进一步提供了一种增强图像用或治疗用组合物，它含有本发明多螯合剂的金属螯合物或其盐以及至少一种药物载体或赋形剂。
本发明再进一步提供了本发明多螯合剂或其螯合物或盐在制备增强图像造影介质或治疗用组合物中的应用。
本发明又进一步提供了人或非人动物、特别是哺乳动物体产生图像的方法，该方法包括给所述身体使用可增强图像量的本发明多螯合物或其盐，并随后至少在所述身体的某部分产生图像，如MR、X光、超声或闪烁扫描术图像。
本发明还进一步提供了对人体或动物体进行放疗的方法，所说该方法包括给所述的身体使用治疗有效量的本发明多螯合剂的放射性活性金属螯合物。
本发明还进一步提供了一种解毒组合物，其中含有本发明的一种多螯合剂或其含有生理耐受的相反离子的弱螯合复合物或盐、以及一种药物载体或赋形剂。
本发明最后进一步提供了金属解毒的方法，包括给人或非人动物使用解毒剂量的本发明多螯合剂或其含有生理耐受的相反离子的弱螯合复合物或盐。

Claims (22)

1、式I的化合物、其金属螯合物或盐R1(X1R2((X2)pL)n)m                 (I)其中X1是连接剂部分，可代谢裂解释放R1X3 m和X4R2((X2)pL)n片段，该片段中X3和X4为X1的裂解残基，R1X3 m是生物耐受的聚合物，X4R2((X2)pL)n是分子量低于40000D的多螯合剂片段；p是0或1；X2，如果存在，是连接剂部分，代谢裂解释放单螯合剂片段；每个L是一个大环螯合剂部分，其中大环骨架优选9至25元环；R2((X2)p)n是直链或支链骨架部分；每个n是至少为2的整数，每个m是至少为2的整数，这样在式I多螯合剂中L基团的总数至少为20；式I化合物的分子量至少为30000D。
2、权利要求1所要求的化合物，其裂解片段R1X3 m是单分散聚合物，分子量低于40kD。
3、权利要求1或权利要求2所要求的化合物，其裂解片段X4R2((X2)pL)n的分子量低于30kD。
4、权利要求3所要求的化合物，其裂解片段X4R2((X2)pL)n是单分散的。
5、权利要求1至4中任意一项所要求的化合物，其裂解片段R1X3 m是第一至第六代树状聚合物。
6、权利要求1至5中任意一项所要求的化合物，其分子量为50至150kD。
7、式II的化合物、其金属螯合物或盐或相应的双官能团多螯合剂
R1(X1R2((X2)pL)n)m                            (II)
其中R1、R2、L、p、n和m定义如权利要求1，且X1和X2为连接剂部分，条件是在每个L和R1间，连接用X2和X1部分的至少一个是可代谢裂解的。
8、下式的多螯合剂片段
X5R2((X2)pL)n
其中R2、X2、p、L、n定义如权利要求1且X5是为所述片段化合物提供共价结合位点的官能团。
9、权利要求8中所要求的式(A)至(G)的一种化合物
Figure A9519147000041
其中- 是氮连接的大环螯合剂且(G)是
Figure A9519147000043
-封端的树状聚合物。
10、式VII的聚合物的多螯合剂化合物[R2(X2)pL)n)X1 q]m             (VII)其中R2、L、p、n和m定义如权利要求7中式II，q是正整数，X1是连接两个R2基团的连接部分，X2是连接剂部分，且X1和/或X2可代谢裂解，裂解产物分子量低于40000D。
11、式VIII的多螯合剂化合物、其带有位点定向分子的螯合物、盐或共轭物
(R1)p[R2(X2)pL)n)X1 q]m    (VIII)其中每个p是0或1；n和m每个都是至少为2的正整数并且L部分总数至少为20；q是正整数，X1和存在的X2为可代谢裂解的部分，每个X1用于将R2((X2)pL)n部分连接至R1部分或至别的R2((X2)p)n部分；每个L是大环螯合剂部分；存在的R1是线型或支链的聚合物部分；且每个R2是线型或支链型骨架部分；此化合物的未金属化形式的分子量为至少30000D，X1及存在的X2部分代谢裂解所得的片段的分子量以其未金属化形式计低于30000D。
12、权利要求1至11这任意一项所要求的化合物，其中含有金属化的螯合剂L部分。
13、权利要求12所要求的化合物，其中所述螯合剂部分是用顺磁金属或重金属离子或用放射性核素金属化的。
14、权利要求13所要求的化合物，其中所述螯合剂部分是用顺磁镧系金属离子金属化的。
15、结合至生物分布的修饰剂上的权利要求1至14中任意一项所要求的化合物。
16、含有权利要求1至15中任意一项所要求的化合物和至少一种生理上可耐受载体或赋形剂的药物组合物。
17、制备权利要求1至15中任意一项所要求的螯合剂化合物的螯合物的方法，该方法包括将其中的螯合剂基团L进行金属化。
18、制备权利要求1所要求化合物的方法，所述方法包括在多官能团骨架化合物上结合多个如权利要求8所定义的螯合剂片段化合物，其视情况可以是金属化的形式。
19、人或非人动物体成像的方法，该方法包括给所述身体使用增强图像剂量的权利要求1所述化合物的多螯合物或其盐，并此后在所述身体的至少一部分产生图像。
20、人或动物体放射治疗的方法，所述方法包括给所述身体使用治疗有效量的权利要求1所述化合物的放射活性金属螯合物。
21、金属解毒的方法，其中包括给人或非人动物使用解毒剂量的权利要求1所述的多螯合剂化合物或其含有生理上耐受的相反离子的弱螯合复合物或盐。
22、权利要求1所要求的多螯合剂化合物或其螯合物或盐在制备增强图像用的造影介质或治疗用组合物中的应用。
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