CN1215341A - 生物活化的诊断成像造影剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于磁共振成像和光学成像的改进的诊断剂。更具体地说,本发明涉及MRI和光学成像剂,其使得可以在组织内灵敏地检测特异性生物学活性。这些药剂是前药造影剂,它们在特异性生物学活性存在下体内被生物活化。本发明也涉及包含这些药剂的药物组合物,并涉及使用所说的药剂和包含这些药剂的组合物的方法。

Description

生物活化的诊断成像造影剂
发明所属技术领域
本发明涉及用于磁共振成像(MRI)和光学成像的改进的诊断药剂。这些药剂使得可以在组织内灵敏地检测特异性生物学活性。本发明也涉及包含这些药剂的药物组合物，并涉及使用所说的药剂和包含这些药剂的组合物的方法。
发明背景
诊断成像技术，如MRI,X-射线成像，核放射性药物成像，紫外/可见/红外光成像和超声波成像，用于医学诊断已有许多年。
一般用于造影的材料包括有机分子，金属离子，盐或螯合物，粒子(特别是铁粒子)或标记的肽，蛋白质，聚合物或脂质体。在施用之后，这些药剂在代谢和/或排泄之前可以在整个身体区室中非特异性地扩散；这些药剂一般被称为非特异性药剂。此外，这些药剂可以具有对一特殊身体区室，细胞，器官或组织部分的亲和性；这些药剂可以被称作靶向造影剂。
造影剂-增强的诊断成像过程合乎需要地增加正常和病理组织之间的差异，以这种方式提供两种基本类别的信息：
1)检测数据。这包括确定成像组织中是否存在异常和其存在的程度所必需的数据。提供这一类信息的能力指的是成像方法的＂灵敏度＂。
2)鉴别诊断数据。这包括精确鉴别所存在的异常的类型所必需的数据。提供这一类信息的能力指的是成像方法的＂特异性＂。特异性对进行患者疾病的精确预测和制定治疗计划是必需的。例如，虽然当前的方法可以是能够检测肿瘤的，但它们一般不足以确定肿瘤是良性的还是恶性的，肿瘤是否有可能转移，肿瘤是否在对治疗有反应。这样的确诊需要一些组织的特定生化状态的知识。
已经提出许多产生靶向造影剂的方法。美国专利4,880,008(本文一并参考)描述了MRI造影剂，当它们非共价地结合到血清蛋白质(如人类血清白蛋白)上时，显示出更高的信号或驰豫度。对于这一类药剂，驰豫度与结合到蛋白质上的造影剂的百分比有关，并且典型地是高出用未结合蛋白质的药剂所观察到的5到10倍。在共同-未决美国申请08/382,317(1995年2月1日中请，本文一并参考)中，将血液半衰期延长部分(“BHEMs”)添加到蛋白质-结合造影剂上。相对于没有BHEM的药剂而言，所形成的药剂在血液中显示出提高的或改变的信号一段更长的时间，这使得这些材料对血管成像尤其有用。
美国专利4,899,755(本文一并参考)描述了MRI造影剂，其优先由正常的肝细胞吸收，导致正常和异常肝组织之间差异的提高。
另一个靶向方法基于造影剂与蛋白质，抗体或其它生物分子的缀合，已知后者与细胞表面受体，胞内受体，转运蛋白或其它生化成分相互作用。参见，例如，美国专利5,171,563。然而，这样的靶向通常包括在缀合药剂和生化靶之间的一对一相互作用，所说的靶常常以比较低的浓度(经常为纳摩尔级)存在。因而，利用这一方法在一种特殊的组织中积累的靶向造影剂分子的数量是有限的。对于成像方式(其中，为了检测，常常需要有效浓度(例如，＞1μM)的药剂分子，例如MRI和光学成像)，这种“一对一的”方法一般太不灵敏，以致于不能使用。
对组织的生化状态成像的尝试包括放射性药物的应用，其中，某些成像剂保留在特定的组织中。例如，发射正电子的18F-标记的氟脱氧葡萄糖通过被动扩散被运输至脑中，在那里它是磷酸化的，并且保留在脑组织内，导致葡萄糖代谢的出现(参见M.Blau，核医学学研讨会，Vol.ⅩⅤ,No.4(10月),1985)。同样，报道锝-99m标记的硝基咪唑优先保持在局部缺血的心脏中(参见Y.-W.Chan等，核医学会第41届年会论文集，6月5日-6月8日，1994年，核医学杂志(1994),35卷，摘要号65,p.18P)。然而，在这些情况下，来源于放射性药物的信号保持恒定(即，每一种放射性同位素有特征性的不变的衰变和所发射的粒子的能量)，并且不受生物修饰或在组织中的优先保持的影响。可以用这一技术获得的信息的特异性与灵敏度是有限的。
仍然需要具有改进的特异性和灵敏度的造影剂。具体地说，仍然需要靶向MRI和光学造影成像剂，它们在对特异性生物活性的存在的响应(在诊断这些生物活性的存在上有用)上，显示出足够的信号增强或信号改变。
发明概述
本发明提供了用于在组织内灵敏地检测特异性生物学活性的新的改进的诊断MRI和光学成像剂，和其药学上可接受的衍生物。所说的成像剂是在特异性的生物学活性存在下体内被生物活化的前药造影剂。在生物学活性是催化活性(例如，来源于酶活性)时，对每一单位的生物活性物质而言，产生大量的活化造影剂分子。与前药比较，成像剂的生物活化的形式显示出对一种或多种蛋白质的增加的结合亲和性，在结合亲和性方面这一变化引起成像剂信号特征的可检测的改变。这一可检测的信号变化增加含有靶向生物学活性的组织和不含有该活性的组织之间的信号(或图象)差异，这样，其反映靶向生物学活性的存在。
本发明的一个目的是提供一些新的化合物，它们在MRI和光学成像中作为造影剂有用。本发明的另一个目的是提供包含这些化合物的药物组合物。本发明的还一个目的是提供在MRI和光学成像中利用这些化合物和包含它们的组合物的方法。
发明详述
为了能更充分地理解本文所描述的本发明，给出以下详细描述。
在本发明的新的前药的设计中需要牢记三点：1)在它们的结构中它们必须具有一个或多个特异性部位，其能够在体内被特异性生物学活性修饰；2)由这一生物学活性产生的成像剂的修饰的形式必须比前药更大程度地结合到一种或多种蛋白质上；和3)当它结合到蛋白质上时，成像剂的信号特征必须改变。
对于本发明，正常和异常的组织之间的成像差异一般要求一种组织中的生物学活性高于另一种组织中的生物学活性。如果异常组织比正常组织表达更大浓度的生物学活性，则异常组织将比正常组织把更多前药造影剂转化成活化的形式(只要类似的浓度的前药在两种组织中存在)。在特定的例子中，在由活化的造影剂引起的增加的蛋白质结合产生更强的信号时，生物学活性的存在导致成像(或信号)作为＂热点＂检测。相反，如果异常组织表达更少的生物学活性，则异常组织将具有生物活化的造影剂的较低的浓度。在这种情况下，如果由活化的造影剂引起的增加的蛋白质结合产生更强的信号，则生物学活性的存在导致图象(或信号)作为＂冷点＂检测。Ⅰ．定义
以下列出的是用于描述本发明的术语的定义。除非由其它说明，这些定义在本说明书全文中适用于所说的术语。
术语＂脂肪族基团＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的线型和/或支链的，饱和或不饱和的碳氢化合物基团，包括链烯基，炔基，环烷基和环烯基碳氢化合物基团。
术语＂烷基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的线型和/或支链饱和碳氢化合物基团。
术语＂烷氧基＂或＂烷硫基＂分别指由氧键(-O-)或硫键(-S-)结合的以上描述的烷基基团。本文所使用的术语＂烷羰基＂指由羰基基团结合的烷基基团。本文所使用的术语＂烷羰氧基＂指由羰基基团结合的烷基基团，其依次由氧键结合。
术语＂链烯基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的线型和/或支链的，链中包含至少一个碳-碳双键的碳氢化合物基团。
术语＂炔基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的线型和/或支链的，链中包含至少一个碳-碳三键的碳氢化合物基团。
术语＂环烷基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的环状碳氢化合物环系。
术语＂环烯基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指如上对环烷基所描述的那些取代或未取代的基团，还包括构成特定的不饱和环的碳-碳双键。
术语＂芳基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的同环的芳香族基团。
术语＂杂环＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指取代或未取代的具有至少一个杂原子的完全饱和或不饱和芳香族或非-芳香族环基团。
术语＂酰基＂在本文中单独使用或作为另一个基团的一部分使用时指由从有机羧酸的-COOH基团除去羟基基团所形成的部分。
术语＂生物学活性＂包括pH值改变、氧化还原电势、活性种类(例如自由基)的浓度、或者可以促进前药中一个或多个键的修饰或切割的酶或生物分子(包括RNA酶)的存在或水平。＂生物学活性＂可以包括同时或依次造成前药修饰的两种或多种类型的生物分子。对前药可以出现一种以上的生物修饰(例如，酶促切割，随后是简单的水解或脱羧)。Ⅱ．前药结构
本发明的前药必须包含三个结构域：图象-增强(或信号产生)部分(“IEM”)，修饰部位(“MS”)和蛋白质结合部分(PBM)。
预期本发明的前药能也包含连接功能域的一种生理相容的接头部分(L)。一般来说，L对造影剂的蛋白质结合或图象提高功能没有明显贡献。在某些情况下，L的存在优选地是基于合成上的考虑。在其它情况下，L可以有利于在MS上的生物学活性操作。L的例子包括线型的，支链的或环状的烷基，芳基，醚，多羟基，多醚，多胺，杂环，肽，类胨或其它生理相容的共价连接物。
生物活化本发明的造影剂的优选的方法包括在MS上酶促切割前药(例如经酯酶，蛋白酶，磷酸酶等)。在这种情况下，本发明的前药还包含掩蔽部分(MM)。MM＂掩蔽＂(或降低)前药对在待成像的所需组织内的蛋白质的结合；一旦MM在MS上被切除，所述药剂的增加的结合亲和性就得以表达。在这种情况下，生物学活性靶或底物(例如，酰胺键)被定义为前药的MS。生物活化的这一特殊方法导致物理分离至少两个分子片段，一个包含IEM和PBM，另一个包含MM。
本发明的化合物的结构域相互可以排列在各种位置上。当这些结构域在它们之间没有任何特定界限存在(例如，MS可以是IEM的一部分)时，将它们在概念上作为单独的分子单位是方便的。例如，包括下列结构：(1)IEM-[(PBM)m-[(MS)n-(MM)o]p]q
Figure A9719354200162
其中m,n,o,p和q每一个相同或不同；q,n,m和p可以大于或等于1，但不是0,o可以大于或等于0。一般q,m,n和p小于5。最常见的是m,n,p和q是1,o是0或1。
如本文所使用的，本发明的化合物被定义为包括其药学上可接受的衍生物。＂药学上可接受的衍生物＂意指本发明的化合物的任何药学上可接受的盐，酯，酯的盐或其它衍生物，在施用到接受者后，它们能够提供(直接或间接)本发明的化合物或抑制活性的代谢物或其残基。特别有利的衍生物是这样一些，当这些化合物施用到哺乳动物中时，它们增加本发明的化合物的生物利用度(例如，使得通过口头施用的化合物更易吸收进血液)，或者，相对于母体种类，它们增强母体化合物向生物区室(例如，脑或淋巴系统)的送递。
本发明的化合物的药学上可接受的盐包括那些来源于药学上可接受的无机和有机酸和碱的盐。合适的酸的例子包括盐酸，氢溴酸，硫酸，硝酸，高氯酸，富马酸，顺丁烯二酸，磷酸，乙醇酸，乳酸，水杨酸，琥珀酸，甲苯-对-磺酸，酒石酸，醋酸，柠檬酸，甲磺酸，乙磺酸，甲酸，苯甲酸，丙二酸，萘-2-磺酸和苯磺酸。其它酸，如草酸，当本身不是药学上可接受的时，可以用于制备在获得本发明的化合物及其药学上可接受的加成盐中作为中间体有用的盐。
来源于适当的碱的盐包括碱金属(例如，钠)，碱土金属(例如，镁)，铵以及N-(C1-4烷基)4 +盐。
本发明的化合物含有一个或多个不对称碳原子，因此其以外消旋体和外消旋混合物，单个对映体，非对映体混合物以及单个非对映体出现。这些化合物的所有这样的异构体形式明显地包括在本发明中。每一个产生立体异构的碳可以具有R或S构型。虽然在本申请中所例举的特定化合物可以用一种特定的立体化学构型描述，但也可以预见在任何给定的手性中心具有相反的立体化学的化合物或它们的混合物。
由本发明所预见的取代基组合和变体仅仅是导致形成稳定的化合物的那些。如本文所使用的术语＂稳定＂指这样一些化合物，这些化合物具有足以允许制造的稳定性，并且其在对用于本文详细描述的目的(例如，哺乳动物的治疗和预防性施用或在亲和性层析应用中)足够的时间内保持化合物的完整性。典型地，这样的化合物在40℃或更低的温度下，在缺乏水分或其它化学反应条件时稳定至少一周。
本发明的化合物可以以来源于无机或有机酸的盐的形式使用。包括在这些酸加成盐中的是，例如，下列盐：醋酸盐，己二酸盐，藻酸盐，天冬氨酸盐，苯甲酸盐，苯磺酸盐，硫酸氢盐，丁酸盐，柠檬酸盐，樟脑氨酸盐，樟脑磺酸盐，环戊烷丙酸盐，二葡糖酸盐，十二烷基硫酸盐，乙磺酸盐，延胡索酸盐，葡萄糖庚酸盐，甘油磷酸盐，半硫酸盐，庚酸盐，己酸盐，氢氯化物，氢溴化物，氢碘化物，2-羟基乙磺酸盐，乳酸盐，马来酸盐，甲磺酸盐，2-萘磺酸盐，烟酸盐，草酸盐，双羟萘酸盐，果胶酯酸盐，过二硫酸盐，3-苯基丙酸盐，苦味酸盐，新戊酸盐，丙酸盐，丁二酸盐，酒石酸盐，硫氰酸盐，甲苯磺酸盐和十一酸盐。
本发明也预见本文所公开的化合物的任何含碱性氮的基团的季铵化。碱性氮可以与任何本领域普通技术人员已知的试剂季铵化，例如，低级烷基卤化物，如甲基，乙基，丙基和丁基氯化物，溴化物以及碘化物；二烷基硫酸盐包括二甲基，二乙基，二丁基和二戊基硫酸盐；长链卤化物如癸基，月桂基，肉豆蔻基和硬脂酰氯化物，溴化物以及碘化物；和芳烷基卤化物包括苄基和苯乙基溴化物。由这样的季铵化可以获得可由水或油溶解或者可由水或油分散的产品。
应当理解，本发明的化合物可以通过附加适当的化学基团被修饰以增强其选择性生物学性质。这样的修饰在本领域是已知的，包括增加生物性渗透到给定的生物区室(例如，血液，淋巴系统，中枢神经系统)，增加口服可利用度，增加溶解性使得可以经注射施用，改变代谢和改变排泄速率的那些。
应当理解，本发明的化合物在溶液中，在药物组合物中和体内可以采用各种构象和离子形式。虽然本发明的特定的化合物以特定构象和离子形式在本文中描述，但是，这些化合物的其它构象以及离子形式是由这些描述预见和包含的。
以下给出了IEM,PBM,MM,MS部分的进一步详细的描述。应当理解，本发明的化合物通过选择本文教导的部分的各种结构，并将它们掺入到最终的化合物中来获得。A．图象增强部分(IEM)
IEM可以是在成像中提供信号或差别的任何化学品或物质。当本发明的造影剂结合到蛋白质上时，IEM信号特征上有改变，这种改变是可由外部检测器检测的。对于光学成像，其可以是在吸收、反射、荧光方面的变化，在它吸收峰数量上的增加或减少，或在它们的最大波长方面的变化，或者由外部检测相应于结合的IEM的任何其它变化。同样地，对于MRI，其可以是在水质子(1/T1或1/T2)或任何其它邻近核的诱导驰豫速率方面的变化，或一个或多个峰的位移，或在IEM或PBM结合部位中的核出现的峰的NMR光谱中的信号强度方面的改变。
对本申请而言，＂MRI＂应理解为包括磁共振光谱学技术。由磁共振光谱学产生的信号一般以化学位移(δ，以ppm为单位)的形式代替三维成像提供信息。一个特定的核的化学位移与它的化学环境有关。当前药是生物活化的时，在前药之内的核的化学位移将发生改变。
IEM可以包括有机分子，金属离子，盐或螯合物，簇状体，粒子(特别是铁粒子)或标记的肽，蛋白质，聚合物或脂质体。对于紫外/可见/红外/荧光光(光学)成像，IEM也可以是任何有机或无机染料。特别有用的无机染料包括发光金属复合体，如Eu(Ⅲ),Tb(Ⅲ)和其它镧系离子(原子序数57-71)的那些。参见W.Dew.Horrocks  &  M.Albin,Progr.Inorg.Chem.(1984),31,pp.1-104。
一个特别有用的IEM是由一个或多个复合到一个或多个金属离子上的环状或非环状有机螯合剂组成的一种药学上可接受的金属螯合化合物。光学成像的优选的金属离子包括具有原子序数13,21-34,39-42,44-50或57-83的那些。MRI的优选的顺磁金属离子包括具有原子序数21-29,42,44或57-83的那些。
如果IEM是金属螯合物，在成像剂通过体内(包括组织，此处它能被生物修饰)期间金属螯合物不应该解离至任何显著的程度。游离金属离子的明显释放可以导致MRI或光学信号的大的改变，但也可以伴随出现毒性，这将只是在病理组织中可接受的。优选的是，生物活化不明显地危害螯合物的稳定性，以便金属复合物可以保持完整并被排泄。对于动力学不稳定性低的复合体，高的热力学稳定性(形成常数优选地至少1015M-1，更优选地至少1020M-1)是合乎需要的，以便最大限度地减少解离和它的伴随毒性。对于动力学不稳定性相对较高的复合体，解离可被最大限度地减少，具有较低的形成常数，即，优选地10M-1或更大。
已知配位复合体的形成常数一般地不到1060，并且更典型地在1015至1040的范围内。具有合适的形成常数的配位复合体包括铁肠杆菌素(形成常数1052;W.R.Harris等，美国化学会杂志(1981),103,p.2667)，铁MECAMS(形成常数1041;W.R.Harris等，美国化学会杂志(1979),101,p.2213)，钆二亚乙基三胺五乙酸(＂DTPA＂)(形成常数1022.46;D.L.Wright等，分析化学(1965),37,pp.884-892)，钆(1,4,7,10-四氮杂环十四烯1,4,7,10-四乙酸(＂DOTA＂)(形成常数1025.3;K.Kumar等，无机化学(1993),32,pp.587-593)，钆DTPA-BMA(形成常数1016.9;W.P.Cacheris等，磁共振成像(1990),8pp.467-481)和钆EDTA(形成常数1017.3;D.L.Wright等，分析化学(1965)37,pp.884-892)。钆DTPA,DOTA,和DTPA-BMA的制剂被临床用作MRI造影剂。
毒性也是复合物开放配位位点的数量的函数。配位位点越少，一般螯合剂释放顺磁物质的趋势越低.因此，优选地，复合物含有两个，一个或零个开放配位位点。一般来说，两个以上的开放位点的存在将通过体内释放金属离子不可接受地增加毒性。
为了有效地提高MRI成像，复合物优选地是能够提高水质子或其它成像或光谱核的1/T1(纵向或自旋-点阵)和/或1/T2(横向或自旋-自旋)的弛豫速率，包括在其它生物分子上的或注射生物标记上的质子，P-31,C-13,Na-23或F-19。弛豫性R1和R2分别被定义为每mM金属离子增加1/T1和/或1/T2的能力；单位是mM-1s-1。对于临床MRI的最普通的形式，水质子MRI，当结合至螯合配体上的顺磁离子仍然有一个或多个水交换的开放配位位点时，驰豫性是最佳的。参见S.M.Rocklage等＂在磁共振中的造影剂＂，磁共振成像，第二版，第1卷，第14章(1992),Mosby-Year Book公司；R.B.Lauffer，化学评论(1987),87,pp.901-927。
除经由偶极-偶极相互作用增加组织核的1/T1和/或1/T2外，MRI剂可以影响两个其它磁性性质，并且因此是临床上有用的：
1)．铁粒子或高磁化率的金属螯合物，特别是Dy,Gd或Ho的螯合物，可以通过产生显微镜下的磁化率梯度来改变组织的MRI信号强度。参见，Villringer等，磁共振方法(1988),6,pp.164-174。就这一应用而言，在螯合物上不需要任何开放的配位位点。
2)．铁粒子或金属螯合物也可以用来变换水质子或其它成像或光谱核的共振频率，包括在其所结合的注射药剂或蛋白质上的质子，P-31,C-13,Na-23或F-19。在这里，取决于核与所使用的策略，可以使用零至三个开放配位位点。
优选的顺磁金属选自下组：Gd(Ⅲ),Fe(Ⅲ),Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅲ),Cr(Ⅲ),Cu(Ⅱ),Dy(Ⅲ),Tb(Ⅲ),Ho(Ⅲ),Er(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)。最优选的是Gd(Ⅲ)。
有机螯合配体应该是生理相容的。螯合配体的分子大小应该与顺磁金属的大小相容。这样，钆(Ⅲ)(其具有0.938A的晶体离子半径)比铁(Ⅲ)(其具有0.64A的晶体离子半径)需要更大的螯合配体。
许多MRI药剂的合适的螯合配体是本领域已知的。这些也可以用于金属螯合物的其它生物成像形式。对于MRI成像，优选的IEM包括：
Figure A97193542.400211
本领域已知在某些应用中，其它金属可以替代Gd3+。
也可以预期的是，IEM可以包括药学上可接受的盐。本发明的药学上可接受的盐包括来源于无机或有机酸和碱的那些。其中所包括的酸加成盐如下：醋酸盐、己二酸盐、海藻酸盐、天冬氨酸盐、苯甲酸盐、苯磺酸盐、硫酸氢盐、丁酸盐、柠檬酸盐、樟脑酸盐、樟脑磺酸盐、环丙烷-丙酸盐、二葡糖酸盐、十二烷基硫酸盐、乙磺酸盐、延胡索酸盐、葡萄糖庚酸盐、甘油磷酸盐、半硫酸盐、庚酸盐、已酸盐、氢氯化物、氢溴化物、氢碘化物、2-羟基乙磺酸盐、乳酸盐、马来酸盐、甲磺酸盐、2-萘磺酸盐、烟酸盐、草酸盐、双羟萘酸盐、果胶酯酸盐、过二硫酸盐、3-苯基丙酸盐、苦味酸盐、新戊酸盐、丙酸盐、丁二酸盐、酒石酸盐、硫氰酸盐、甲苯磺酸盐和十一酸盐。碱加成盐包括铵盐，碱金属盐(如钠和钾盐)，碱土金属盐(如钙，镁和锌盐)，与有机碱的盐(如二环己基胺盐，N-甲基。-D-葡糖胺)和与氨基酸(如精氨酸，赖氨酸等)的盐。并且，含碱性氮的基团可以由低级烷基卤化物(如甲基，乙基，丙基和丁基氯化物，溴化物以及碘化物)，二烷基硫酸盐(如二甲基，二乙基，二丁基和二戊基硫酸盐)，长链卤化物(如癸基，月桂基，肉豆蔻基和硬脂酰基氯化物，溴化物以及碘化物)，芳烷基卤化物(如苄基和苯乙基溴化物等)之类的试剂季铵化。由此获得水或油可溶性或可分散性产物。优选的IEM盐是N-甲基-D-葡糖胺，钙和钠盐。B．蛋白质结合部分(PBM)
本发明的造影剂的PBM对药剂与一种或多种在包含生物学活性的组织内的蛋白质的结合有贡献。这一非共价结合应该足够紧密，PBM的结合部位的总数量应该足够大，以便在具有靶向生物学活性的不同的水平的组织之间产生差异。
合适的PBM的例子包括：药物，亲脂或两亲性有机分子，卟啉，受体配体，类固醇，脂质，激素，肽，蛋白质，寡核苷酸(DNA,RNA或其化学修饰的形式)，抗体(包括单克隆抗体和遗传工程改造过的形式或其片段)或其它生物分子或已知在包含成像所需的生物学活性的组织中结合一种或多种蛋白质的物质。
优选的PBM是在血浆中可逆地结合蛋白质，间质间隙(细胞之间的液体)或胞内间隙的那些。虽然可以使用结合蛋白质的任何生物分子或物质时，但最有用是结合以高浓度存在的或具有生物分子或物质的大量结合部位的蛋白质的那些。这提供临时“捕集”大量的由生物学活性催化产生的修饰剂的能力。结合的可逆性质增加了药剂最终被排泄(成像剂的一种十分理想的性质)的可能性。
优选的蛋白质的例子是：人血清白蛋白(HSA)(在血浆中0.7mM，在间质间隙中更低的浓度)；脂肪酸结合蛋白(FABP；也称为Z-蛋白质或蛋白质A)，(在肝，肾，心脏和其它组织的初级细胞中约0.1mM)；谷胱甘肽-S-转移酶(GST，也被称为配体蛋白),(在肝，肾，心脏和其它组织的初级细胞中约0.1mM);α1-酸性糖蛋白(AAG,MW 41,000)(0.55g-1.4g/L)和脂蛋白(在动脉粥样斑块中浓缩的)。其它优选的例子包括胞外基质的结构蛋白(胶原，层粘连蛋白，弹性蛋白，纤连蛋白，巢蛋白，玻连蛋白)，淀粉状蛋白(包括阿耳茨海默氏病的β-2淀粉状蛋白(A4))，蜡样质(或脂褐质)和糖蛋白(例如，骨粘连蛋白，腱生蛋白和血小板反应蛋白)。
荷正电的造影剂或包含碱性PBM的造影剂的一种更优选的蛋白质是α1-酸性糖蛋白(AAG)。这一阳性急相蛋白的血浆水平明显地随疾病的状态变化。例如，在炎性刺激后，AAG的浓度增加两至四倍，并且AAG的血浆水平已说明为神经胶质瘤，转移性乳腺癌和其它癌症，新生期感染和慢性疼痛的预后的辅助指标。提高的水平在动脉粥样硬化，Chron's病，心肌梗塞，肾炎和细菌，病毒和手术后感染中观察到。结合AAG的配体包括许多碱性药物，如普萘洛尔(Ka=11.3x105)，丙咪嗪(Ka=2.4x105)和氯丙嗪(Ka=35.4x105)，因此它们可以用作为PBM。
HSA,FABP和GST的配体是更加优选的PBM，由于这些物质趋于中性，具有部分带负电荷的基团(例如，酯，酰胺或酮羰基氧)；一般来说，这样的化合物比带正电荷的分子毒性较小。对于设计来结合FABP或GST的活化的药剂，模仿天然配体(如棕榈酸)的疏水长链PBM或含有环的PBM(例如吲哚花青绿)是优选的。
在这三种蛋白质中，HSA是高度优选的，因为HSA配体，不同于FABP和GST配体，在结合之前不需要任何胞内摄取。不需要任何胞内摄取HSA配体，因为HSA以足够的量存在于许多胞外的液体环境中，包括血浆，正常和癌变组织的间质间隙，滑液，脑脊髓液和炎性或脓肿液体。在许多病理组织(如，肿瘤，炎症，动脉粥样斑块或动脉粥样硬化的动脉壁)中，毛细管是渗漏的，甚至导致更高的局部HSA水平。
为什么HSA是高度优选的另一个理由是每一个蛋白质分子具有大量配体结合部位。参见U.Kragh-Hansen，药理学评论(1981),33,pp.17-53;X.M.He等，自然(1992),358,pp.209-215;D.C.Carter，蛋白质化学进展(1994),45,pp.153-203。
在美国专利4,880,008和美国专利申请08/382,317(1995年2月1日申请)中讨论了合适的PBM的设计。对结合HSA，各种疏水或两亲性物质都可以起PBM的作用。这些物质包括但不限于脂肪族基团，烷氧基或烷硫基，烷羰基，烷羰氧基，芳基或杂环基，这些基团具有1至60个碳和选择性的一个或多个氮，氧，硫，卤素，脂肪族，酰胺，酯，氨磺酰，酰基，磺酸盐，磷酸盐，羟基或有机金属取代基。此外，PBM可以是包含疏水氨基酸残基和/或有或没有疏水或亲水末端基团的取代基的肽。
将亲脂基团添加进造影剂很可能减少药剂的溶解性。为了保持造影剂的有效溶解性在临床有效剂量水平上或更高，优选地可以将一个或多个氢键合基团(氧，氮，等)掺加进PBM。
虽然纯粹的脂肪族基团可以用作PBM，但这些不如混合的脂肪族-芳香族基团或纯粹的芳基基团那样理想。尤其是在负电荷连接到长的和可变的脂肪族基团的末端上时，造影剂容易破坏膜蛋白和脂质之间的相互作用。这可以增加药剂的毒性。这样优选的是PBM含有至少一个芳环。
在用于组织增强的HSA-结合的MRI药剂的情况下，对造影剂而言，优选地是含有两个或多个亲脂基团，以便在结合到蛋白质上时完全固定药剂。这些基团可以在一个PBM上或作为两个或多个连接到造影剂上的分离的化学基团。由于它们的庞大的性质和刚性，高度更优越的是，两个或多个基团每一个都含有芳环，具有两个或多个以刚性非平面取向排列的环。
适于掺入本发明的前药造影剂的优选的PBM包括下列结构：
Figure A9719354200251
其中R包含脂肪族基团和/或至少一个芳环或包含含有疏水氨基酸残基和/或有或没有疏水或亲水末端基团的取代基的肽。
磁共振现象是复杂的和不同的顺磁材料把MRI信号改变成各种程度。参见R.B.Lauffer，化学评论(1987),87,pp.901-927。造影剂释放水质子的能力和由此影响MRI成像的能力的定量测定由其弛豫活性提供。弛豫活性取决于依赖溶液中顺磁金属离子浓度的水质子信号强度。弛豫活性被定义为每单位时间诱导的T1或T2弛豫(R1或R2以mM-1秒-1为单位)，在药剂的浓度以微摩尔(mM)表示时。
钆复合物的物理性质影响造影剂的弛豫活性。结合到钆复合物上的水分子的数量，水分子与本体溶液的交换率，七个未配对电子的弛豫时间和溶液中造影剂的旋转翻滚时间(称为旋转相关时间)都对全面观察的弛豫活性有影响。在这些物理性质方面的改变可以显著地改变弛豫活性。例如，把小分子量的钆螯合物结合到大的高分子上减缓旋转翻滚时间，并且提高弛豫增强3-10倍。造影剂结合到蛋白质上导致顺磁离子和水质子之间的磁性统计涨落，发生在与拉莫尔频率相同的时标上，产生最有效的纵向(T1)弛豫可能性和最高可能性的弛豫活性。这样，MRI造影剂对大的高分子(如蛋白质)的非共价结合是增加MRI信号的有效方法。图象差别在具有不同水平的非共价结合的活化剂的区域之间产生。
对产生正常和异常组织之间的生物活性-相关差别而言，应该存在前药的蛋白质-结合亲和性和生物活化药剂的蛋白质-结合亲和性之间的实质上的区别。前药结合亲和性为活化的药剂的结合亲和性的80％或更低是合乎需要的。例如，如果活化的药剂在生理相关条件下是90％结合到含有生物学活性的组织内的蛋白质上的(即对MRI和光学成像，在血浆中造影剂浓度为0.01-10mM)，则前药在相同的条件下应该是72％或更少结合的。优选的是，前药显示出活化的药剂的结合亲和性的50％或更低，更优选地是40％或更低，更优选地是30％或更低，更优选地是20％或更低，最优选地是10％或更低。
在MRI中，在正常和异常组织之间的生物活性-相关差别可以以水质子的诱导的弛豫率(1/T1或1/T2)或弛豫活性R1和R2上的改变表示。在本发明中，前药弛豫活性R1合乎需要的是生物活化的药剂的R1的80％或更低。优选的前药弛豫活性R1是生物活化的药剂的驰豫活性R1的50％或更低，更优选的是20％或更低，最优选地是10％或更低。
造影剂的蛋白质结合可以采用缓冲液中生理相关蛋白质浓度经平衡透析或超滤体外估价。参见，G.N.Rolinson和R.Sutherland，英国药物化疗杂志(1965),25,p638(超滤)；D.Glick，生物化学分析方法(1956),3,p.265(平衡透析)。在本申请中提出的蛋白质结合测定是利用在磷酸盐缓冲盐水(0.15 NaCl,10mM磷酸盐，pH7.4)中的4.5％(w/w)人血清白蛋白经超滤测定。优选地至少10％，更优选地至少50％，更优选地至少80％，最优选地至少95％的活化的蛋白质-结合造影剂在生理相关条件下结合到蛋白质上。在本申请中，造影剂对HSA的百分结合测定具有约+/-5％的误差。可以以一种类似的方式评估结合到其它蛋白质或血清上的蛋白质。
通过在HSA的存在下测定弛豫活性-结合(R1-结合)可以估价药剂已被调节到最大弛豫活性的程度。这需要测定游离螯合物的弛豫活性(R1-游离)以及弛豫活性(R1-观察)和药剂在4.5％HSA中的百分结合。R1-观察是R1-游离和R1-结合的摩尔份数权重平均：
R1-观察=(游离组分*R1-游离)+(结合组分*R1-结合)因此：
R1-结合=[R1-观察-(游离组分*R1-游离)]/结合组分
也可以在理论上评价配体的蛋白质结合。对于配体的一个普通类别，对HSA和其它蛋白质的结合亲和性一般地由PBM的疏水性所增加。取代基(如PBM)的疏水性的理论估价可以通过利用取代基的Hanschπ常数计算PBM自身对log辛醇-水(或辛醇缓冲液)分配系数(logp)的贡献获得。参见A.Leo和C.Hansch,＂分配系数和它们的用途＂化学评论，71,pp.525-616(1971);K.C.Chu,＂结构-活性关系的定量分析＂Burger＇s医学化学，第一部分，pp.393-418，(第4版1980)。结合亲和性将随着对logp贡献的增加而增加。例如，对于在脂肪族基团上的取代基，可以使用下列π常数：
基团                      π-脂肪族
CH3                      0.50
苯基                       2.15对于在芳基基团上的取代基，可以使用下列π常数：
基团                      π-脂肪族
CH3                      0.56
CH2CH3                 1.02
苯基                      1.96
C(CH3)3                1.98
这样，连接到IEM上的对甲基苯甲基基团的logp贡献将采用下式计算(对-CH2-基团，采用π-脂肪族CH3的值计算)：logp贡献=0.50+2.15+0.56=3.21连接到IEM上的对-[4-(叔-丁基)-苯基]苯甲基基团的logp贡献将采用下式计算(对-CH2-基团，采用π-脂肪族CH3的值计算)：
logp贡献=0.56+2.15+2.15+1.98=6.84
在对HSA的结合中，需要最小logp贡献2(等同于四个CH3基团或一个苯环)来获得明显的结合。优选的是logp贡献4或更多。更优选的是logp贡献6或更多。
在光学成像中，本发明需要在非蛋白结合前药和生物活化的蛋白质结合的造影剂的光学性质之间有可测定的差别。例如吲哚花青绿的最大吸收在结合到血浆或血液中的蛋白质上后从770-780移动到790-805nm。这一差别用于通过成像或检测蛋白质-结合的活化的光学成像剂来检测生物学活性。如同在MRI的情况下一样，对光学药剂的生物活化的前药的利用增加药剂的特异性。C．修饰部位(MS)
在前药上的修饰部位(MS)结构域由成像所需的特定生物学活性改变。这一改变(其是生物转化(酶促或其它方式)，如键切割，键形成，氧化，还原或质子化/脱质子)导致产生生物活化的药剂。MS可以是IEM或PBM固有的一部分(只要它不反向影响它们各自的功能)或者它可以构成一个单独的取代基。本领域技术人员会清楚可以由生物学活性改变的MS的化学结构。
优选的MS是能够在体内被酶改变的那些。对修饰本发明的前药有用的酶是在哺乳动物或感染性微生物(细菌，酵母，病毒，等等)中表达的那些，其促进前药中一个或多个键的修饰或切割。酶分子和它们相关的体内抑制剂的表达对组织类型或其状况十分敏感。高度优选的修饰部位是由酶改变的那些，所说的酶在患者中具有提高的水平或活性，这些患者患有炎症性疾病，传染病，癌，粥样硬化，血栓症，心肌梗塞，类风湿性关节炎，骨关节炎，子宫内膜异位，牙周疾病，自身免疫疾病等。在酶促生物学活性的情况下，MS化学结构将与酶的天然或最佳底物的结构密切相关。天然或最佳底物是公知的，并且在文献中有描述或可以用标准的生化技术确定。
优选的修饰部位包括被EC类别的称为水解酶的酶(EC 3.1.*.*到EC3.99.*.*)切割的那些。这些修饰部位包括在适当的酶作用下被水解切割的碳-氧，碳-氮，磷-氧，碳-碳以及其它键。更优选的修饰部位包括磷-氧键，其由被称为磷酸酯酶的酶(EC.3.1.3.*，类，水解酶；亚类，酯酶；亚-亚类，磷酸单酯酶)切割。特定的磷酸酶和它们的常用名的例子在以下表1中列出。
                                       表    Ⅰ
 EC编号     常用名             其它名
EC 3.1.3.1 碱性磷酸酶 碱性二氧磷基单酯酶；二氧磷基单酯酶；甘油磷酸酶
EC 3.1.3.2 酸性磷酸酶 酸性二氧磷基单酯酶；二氧磷基单酯酶；甘油磷酸酶
磷-氧MS部位的特定的例子是包含在前药MRI造影剂1中的那些。这样的磷酸单-酯衍生物被碱性磷酸酶迅速水解，产生产物醇(或酚)与磷酸盐(PO4 2-)。在这一特定的情况下，磷酸单-酯前药1结合HSA不如结合其酶促裂解产物(相应的醇)强烈。作用于磷-氧MS部位的酶的临床相关性由酸性磷酸酶的情况所例证，其在前列腺癌患者中具有提高的水平，几十年来已广泛地用于诊断，分段和监测前列腺癌。
Figure A9719354200301
其它优选的修饰部位包括由硫酸酯酶(EC 3.1.6.*；类，水解酶；亚类，酯酶；亚-亚类，硫酸酯酶)切割的那些，该酶切割硫-氧键。类固醇硫酸酯酶活性在乳腺肿瘤中特别高，并且在肿瘤中起到调节雌激素形成的作用。能够改变硫酸盐MS部位的硫酸酯酶和它们的EC编号列在以下表2中。
                            表    Ⅱ
EC编号     常用名     其它名
EC 2.8.2.4 雌酮硫酸酯酶 雌酮磺基转移酶
EC 2.8.2.15 类固醇磺基转移酶
EC 3.1.6.2 硬脂酰-硫酸酯酶
EC 3.1.5.1 芳基硫酸酯酶 硫酸酯酶
EC 3.1.6.4 N-乙酰基半乳糖胺-6-硫酸酯酶
EC 3.1.6.11 二磺基氨基葡萄糖-6-硫酸酯酶
EC 3.1.6.18 葡萄糖醛酸-2-硫酸酯酶
EC 3.1.6.6 胆碱-硫酸酯酶
EC 3.1.6.8 脑苷脂-硫酸酯酶
EC 3.1.6.9 软骨-4-硫酸酯酶
EC 3.1.6.10 软骨-6-硫酸酯酶
EC 3.1.6.12 N-乙酰基半乳糖胺-4-硫酸酯酶
EC 3.1.6.13 艾杜糖醛酸-2-硫酸酯酶
EC 3.1.6.16 单甲基-硫酸酯酶
EC 3.1.6.17 D-乳酸-2-硫酸酯酶
高度优选的MS是由被称为蛋白酶的水解酶亚类(EC3.4.*.*)水解的碳-氮肽键。这些酶水解酰胺键，形成两种切割产物，胺和羧酸，其中之一保持连接到生物活化的药剂上。MS设计来模仿待成像的特异性酶促活性天然或最佳肽底物。
尤其优选的碳-氮肽MS是由丝氨酸蛋白酶(EC3.4.21.*；类，水解酶；亚类，肽酶，亚-亚类，丝氨酸内肽酶)水解的那些。丝氨酸蛋白酶活性已经与原发性乳腺癌，导致乳腺癌转移的肿瘤发展，肺癌患者的凝固活化，胰腺癌，严重的胰腺炎和前列腺癌相联系。对前列腺癌的诊断剂有用的MS是由前列腺-特异性抗原(PSA)改变的MS，一种前列腺组织专性产生的丝氨酸蛋白酶糖蛋白(30-34 kDa)。PSA显示出肽酶胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶的典型的酶促活性，同时它的生理底物表现出是高分子量生殖泡蛋白质(HMM-SV-蛋白质)。PSA对监测治疗来说特别有用，特别是前列腺切除术，因为在切除前列腺后它的存在减少至几乎为零。前列腺切除术后，PSA缓慢升高，表明不是所有的前列腺都被切除或者存在淋巴结转移，并且产生抗原。PSA的浓度也与肿瘤负担或潜在的恶性病变成比例，并且作为对治疗的响应迅速改变。特定的丝氨酸蛋白酶和它们的常用名在以下表Ⅲ中列出。
                                 表    Ⅲ
 EC编号     常用名     其它名
EC 3.4.21.77 前列腺-特异性抗原 精原细胞琼脂酶(Semenogelase)；PSA；γ-精原细胞蛋白质精原素(seminin)
EC 3.4.21.37 白细胞弹性蛋白酶 溶酶体弹性蛋白酶；中性白细胞；弹性蛋白酶；骨髓丝氨酸蛋白酶；髓质素(Medullasin)；
EC 3.4.21.36 胰弹性蛋白酶 胰管-肽酶E；胰弹性蛋白酶Ⅰ
EC 3.4.21.76 成髓细胞素 蛋白酶3Wegener's自身抗原
优选的MS是由基质金属蛋白酶(MMP)(EC*3.4.24.*，亚类，肽酶；亚-亚类，金属内肽酶)改变的那些，该酶在胞外间隙，造影剂容易进入的组织区室中显示出高的生物学活性。此外，MMP活性由许多疾病改变。在不同的程度上，MMP家族的成员与下列疾病相联系：癌症(特别是在转移之前胞外基质的降解中)，粥样硬化(特别是在导致疝，血栓形成和心肌梗塞或不稳定的心绞痛的动脉粥样斑块的纤维性帽的降解中)，类风湿性关节炎和骨关节炎(破坏软骨聚集蛋白聚糖和胶原)，牙周疾病，发炎，自身免疫疾病，器官移植排斥，溃疡(角膜的，表皮的和胃的)，硬皮马勃属病，大疱性表皮松解，子宫内膜异位，肾疾病和骨疾病。特定的金属蛋白酶和它们的常用名在以下表Ⅳ中列出。
                                表    Ⅳ
EC编号 常用名 其它名
EC3.4.24.23  基  质  溶  素(Matrilysin) MMP-7；基质蛋白；子宫金属-内肽酶；PUMP-1
EC3.4.24.7 间质胶原酶 MMP-1；脊椎动物的胶原酶；成纤维细胞胶原酶
EC3.4.24.17 溶基质素-1 MMP-3；Transin；蛋白聚糖酶
EC3.4.24.22 溶基质素-2 MMP-10；Transin-2
EC3.4.24.24 明胶酶 MMP-2；72-kDa明胶酶；Ⅳ型胶原酶；
EC3.4.24.26 假    溶    素(Pseudolysin) 弹性蛋白酶中的假单胞菌属；铜绿假单胞菌-中性金属蛋白酶
EC3.4.24.34 中性白细胞胶原酶 MMP-8
EC3.4.24.35 明胶酶B MMP-9；92-kDa明胶酶；V型胶原酶；92-kDaⅣ型胶原酶；巨噬细胞明胶酶
EC3.4.24.39 次    溶    素(Deuterolysin) 娄地青霉-蛋白酶Ⅱ；微生物中性蛋白酶Ⅱ；酸性金属蛋白酶
在靶向生物学活性是由MMP-1(一种在某些炎症疾病中提高的基质金属蛋白酶)表达的酶促活性的情况下，优选的MS是连接氨基酸甘氨酸(Gly)与异亮氨酸(Ile)的碳-氮酰胺键。包含Gly-Ile酰胺键MS部位的前药的例子是前药化合物2。
Figure A9719354200331
本领域技术人员将清楚的是，其它类型的MS(例如酯，醚)被适当的靶酶水解，如分类为酯酶(EC3.1.*.*)或者醚水解酶(EC3.3.*.*)的那些，并且基于靶酶的化学知识，可以将最佳的MS掺加进前药。
在某些情况下，理想的是，修饰部位的改变之后，接着一个第二化学反应，以产生活化的造影剂。对设计来结合HSA的那些药剂，中性或带负电荷的PBM优于带正电荷的PBM(参见美国专利4,880,008)。这样，对活化结合HSA的造影剂尤其优选的方法是第二化学反应，其将带正电荷的MS切割残基转化为中性的或带负电荷的基团。这增加了药剂的疏水性(增加logP)，并且倾向于增加HSA结合。D．掩蔽部分(MM)
当存在于本发明的前药中时，MM在生物活化时从前药切割下来。MM可以是任何有机或无机部分，当其在适当的位置掺入到前药中时，与生物活化的造影剂相比，减少前药的蛋白质结合亲和性。
合适的MM的例子包括聚乙二醇，葡聚糖，透明质酸或改变PBM表面电荷或疏水性的其它物质。这样的材料已广泛地用来在血液中阻止大分子量物质(例如，聚合物，蛋白质或脂质体)与细胞表面的相互作用。例如，连接到脂质体上的聚乙二醇(PEG)阻止细胞摄取进网状内皮系统，导致脂质体迟长的循环。参见D.Paphadjopoulos等，国家科学院院报(1991),88,pp.11460-11464；T.M.Allen等，生物化学生物物理学报(1991),1066,pp.29-36。
对于低分子量(＜5000道尔顿)前药造影剂，亲水和/或荷电基团可以同样地被利用。这样的基团可以正确地位于MM/接头内，以便它们有效地掩蔽蛋白质结合，生物活化后被释放，由此使得增加待表达的IEM/PBM的结合能力。对于设计来在生物活化后结合血清蛋白质(如HSA)的造影剂，亲水和/或荷电基团如羟基，胺(或铵)，季铵，某些氨基酸(尤其是赖氨酸，精氨酸，和组氨酸)，亚砜，磷酸盐，硫酸盐，羧酸盐，碳水化合物，糖和金属螯合物(以单一或多种构型)代表潜在有效的MM。
影响HSA结合亲和性的亲水和/或荷电基团的例子在本领域中有描述。碘化的X-射线造影剂的HSA结合由羟基的合理取代与羧酸盐基团的消去所掩蔽。例如，X-射线造影剂胆影酸以高亲和性(大于98％)结合到HSA上，而对应的中性碘化X-射线造影剂(其经修饰含有许多亲水羟基基团)以低的亲和性(小于1％)结合到HSA上。参见放射性造影剂，M.Sovak编，Springer-Verlag，纽约(1984)，第1章＂X-射线造影介质＂，pp.23-125。同样地，当亲水羟基基团的数量增加时，发现一系列胆汁酸衍生物的HSA结合亲和性降低。这样，石胆酸(结合常数=2.0×105)比鹅脱氧胆酸(结合常数=5.5×104)结合更紧密，并且比胆酸(结合常数=0.3×104)结合更紧密。参见Roda等，脂质研究杂志(1982),23,pp.490-495。
适当位置的伯，仲或叔胺已经显示出降低某些抗生素的HSA结合亲和性(与缺乏这一功能的类似药物相比)。这一作用由一些新抗生素(依诺沙星和NY-198)的所报道的数据说明。参见E.Okezaki等，药物代谢和处置(1988),16,pp.865-74。与缺乏胺基团的类似物米洛沙星(fb=0.86)和萘啶酮酸(fb=0.71)比较，这些结合到HSA上的化合物的分数(fb)分别被报道为0.35和0.28。
这样，在本发明的优选的前药中，IEM包括Gd3+的DTPA,DOTA,DTPA-BMA或HP-DO3A螯合物；PBM包含下列结构中一个或多个：
Figure A9719354200351
Figure A9719354200361
其中R包含脂肪族基团和/或至少一个芳环，或者包含含有疏水氨基酸残基和/或有或没有疏水或亲水末端基团的取代基的肽；和
MS包含能够在体内被水解酶改变的键。
优选地，MS是能够在体内被磷酸酶水解的磷-氧键或能够在体内被金属蛋白酶或丝氨酸蛋白酶水解的酰胺键。本文所确定的钆复合物1，钆复合物2和钆复合物10是优选的前药的例子。Ⅲ．合成
本发明的化合物可以利用常规技术合成。有利地，这些化合物方便地从容易获得的起始材料合成。许多起始材料是市售的，例如，从Aldrich化学公司，密尔沃基，WI获得。虽然用于本发明的化合物的合成的方法是有机合成领域普通技术人员所知道的，提出下列一般性方法以说明这些合成。这些方法不应该被看作以任何方式限制本发明的范围。
在文献中描述了DTPA和DOTA螯合剂的合成，这些螯合剂是由用于将所形成的螯合物共价连接到蛋白质上的有机取代基修饰的，所说的蛋白质包括单克隆抗体。例如，1-(对-异硫氰酸基苄基)DTPA由市售的对-硝基苯基丙氨酸甲酯(Aldrich化学公司)与乙二胺反应，随后用硼烷还原形成三胺来制备。用溴乙酸的烷基化后还原(H2/Pd-C)，与硫光气反应给出异硫氰酸盐。参见M.W.Brechbiel等，无机化学(1986),25,pp.2772-2781。也已经报道了其中DTPA碳骨架已经由衍生自赖氨酸的氨丁基所取代的螯合剂。参见J.P.L.Cox等，化学学会杂志Perkin报告书I(1990),pp.2567-2576。也已经描述了经由对-硝基苯基丙氨酸的双烷基化合成乙酸基取代的DTPA分子的方法。参见M.A.Williams等，有机化学杂志(1993),58,pp.1151-1158。同样地，功能化的大环DOTA分子已经从氨基酸开始和用标准的环化技术制备，所说的技术包括Richman-Atkins甲苯磺酸酯化学(J.P.L.Cox等，化学学会杂志Perkin报告书I(1990),pp.2567-2576)或高-稀释环形成(T.J.McMurry等，生物缀合物化学(1992),pp.108-117。
包含亲脂苄基取代基的肝胆管MRI造影剂的合成在美国专利4,899,755中描述。包含PBM和血液半衰期延长部分的MRI造影剂在美国申请08/382,317(申请日1995年2月1日)中描述。该申请描述了通过磷酸二酯键合成连接到PBM上的DTPA螯合剂的方法以及合成-些多用途中间体的方法，这些中间体包括碳酸盐羟甲基二亚乙基三胺(化合物3)和1-羟甲基-DTPA-五-叔-丁基酯(化合物4)(方案1)。
用于制备前药造影剂的其它的多用途合成中间体包括l-对-羟苯甲基-二亚乙基三胺(化合物6)。参见Schumhmann-Giampieri,G.Radiology(1992),183,pp.59-64。通过用叔-丁基溴乙酸酯烷基化(方案1)，化合物6转化为l-(对-羟苯甲基)-DTPA-五-叔-丁基酯，化合物7：方案1：合成中间体
氨基甲酸酯5或五-叔-丁基酯中间体4和7在单个步骤中由PBM基团衍生化，所说的PBM基团掺入所需的功能结构域(MS,MM,L)以及本领域已知的与羟基或苯酚基形成共价键的官能团，例如，醚通过烷基卤化物与醇反应形成或二乙基重氮基二羧酸酯(DEAD)与仲醇的催化反应形成。参见J.March，高级有机化学，第三版，John Wiley和Sons(1995),p.1161，其它适当的反应和共价键。此外，MS以及可有可无的MM和/或L结构域以逐步方式添加至PBM上。例如，包含反应性烷基卤化物和第二适当保护的反应性基团(例如，羟基或羧基)的PBM经由醚键形成偶联到DTPA-五-叔-丁基酯上。对反应性基团进行瞬时保护可以用本领域已知的方法完成。参见，例如，Greene,T.W.和Wuts,P.G.M.，有机合成中的保护基，第二版_1991 John Wiley和Sons,Inc.,New York,NY pp.10-276。然后，使第二反应性基团脱保护，并修饰以添加所需的MS或MS和MM两者。采用酸(HCl或TFA)使叔-丁基酯保护基最后脱保护产生五酸的游离配体，然后，其与钆(Ⅲ)和碱反应，以形成钆复合物。
本领域技术人员清楚，以上的合成方案不是用来包括可以合成本申请中所描述和要求的化合物的所有方法的全部内容。其它方法对本领域普通技术人员是明显的。Ⅳ．改进的造影剂的用途
可预期的是可以制备药物组合物，其包含本发明的任何前药或其药学上可接受的盐，以及任何药学上可接受的载体，佐剂或赋形剂。术语“药学上可接受的载体，佐剂或赋形剂”指可以与本发明的化合物一道施用于患者而不破坏它们的活性的载体或佐剂，这些载体或佐剂在以足以传送有效量的药剂的剂量施用时，是非毒性的。可以用于本发明的药物组合物的药学上可接受的载体，佐剂及赋形剂包括但不限于，离子交换剂，氧化铝，硬脂酸铝，卵磷脂，血清蛋白(如人类血清白蛋白)，缓冲物质(如磷酸盐)，甘氨酸，山梨酸，山梨酸钾，TRIS(三(羟甲基)氨基-甲烷)，饱和的蔬菜脂肪酸的偏甘油酯混合物，水，盐或电解质，例如鱼精蛋白硫酸盐，磷酸氢二钠，磷酸氢钾，氯化钠，锌盐，胶体硅石，三硅酸镁，聚乙烯吡咯烷酮，基于纤维素的物质，聚乙二醇，羧甲基纤维素钠，聚丙烯酸酯，蜡，聚亚乙基-聚氧亚丙基-嵌段聚合物，聚乙二醇和羊毛脂肪。
按照本发明，所说的药物组合物可以是无菌可注射的制剂的形式，例如无菌可注射的含水或含油悬浮液。可以按照本领域已知的技术用合适的分散或润湿剂和悬浮剂配制这一悬液。无菌可注射的制剂也可以是在非毒性肠胃外可接受的稀释剂或溶剂中的无菌可注射的溶液或悬液，例如为在1,3-丁二醇中的溶液。可以使用的可接受的载体与溶剂是水，Ringer’s溶液和等渗氯化钠溶液。此外，无菌的固定油通常用作溶剂或悬浮介质。为此目的，任何温和的固定油都可以使用，包括合成的单-或二-甘油酯。脂肪酸(如油酸)以及它的甘油酯的衍生物在可注射的制剂中有用，其是天然药学上可接受的油，如橄榄油或蓖麻油，尤其是它们的聚氧乙基化的形式。这些油溶液或悬液也可以含有长链醇稀释剂或分散剂。
在某些情况下，依据注射的剂量与速率，血浆蛋白质上的结合部位可以用前药和活化的药剂饱和。这导致蛋白质-结合药剂的降低的分数，并且可以危害药剂的半衰期或耐受性以及有效性。在这些情况下，与无菌白蛋白或血浆替换溶液一起注射前药是合乎需要的。此外，可以使用含有造影剂的装置/注射器，并且把它与抽入到注射器的血液相混合，然后再注射进患者。
本发明的前药化合物与药物组合物可以经口头，肠胃外，吸入喷射，局部，直肠，鼻，颊，阴道施用，或经由包含常规非毒性药学上可接受的载体，佐剂和赋形剂的剂量制剂的植入贮槽施用。本文所使用的术语＂肠胃外＂包括皮下，静脉内，肌内，关节内，滑液内，胸骨内，鞘内，肝内，伤口内和颅内注射或输注技术。
当口头施用时，本发明的药物组合物可以以任何口头可接受的剂量形式施用，包括但不限于，胶囊，片剂，含水的悬液或溶液。在供口头使用的片剂的情况下，一般利用的载体包括乳糖和玉米淀粉。典型地也添加润滑剂(如硬脂酸镁)。对于以胶囊形式口头施用，有用的稀释剂包括乳糖和干燥玉米淀粉。当含水悬液对口头施用是所需的时，将活性组分与乳化和悬浮剂组合。如果需要，也可以添加某些甜味剂，香味剂或着色剂。
此外，当以直肠施用的栓剂形式施用时，本发明的药物组合物可以通过把药剂与合适的非刺激性赋形剂混合来制备，该赋形剂在室温下是固体但在直肠温度下是液体，因此会在直肠中熔化，释放药物。这样的材料包括可可油，蜂蜡和聚乙二醇。
如前所指出的，本发明的药物组合物也可以局部施用，尤其是在治疗靶包括由局部施用容易进入的区域或器官时，包括眼睛，皮肤或较低的肠道。对每个这样的区域或器官，合适的局部制剂是容易制备的。
对较低的肠道局部应用可以以直肠栓剂制剂(参见上述)或以合适的灌肠剂制剂进行。也可以使用局部经皮的敷片。
对于局部应用，所说的药物组合物可以以合适的软膏形式配制，其中含有悬浮或溶解在一种或多种载体中的活性成分。用于本发明的化合物局部施用的载体包括但不限于矿物油，液态凡士林，白凡士林，丙二醇，聚氧乙烯，聚氧丙烯化合物，乳化蜡和水。此外，该药物组合物可以以合适的洗剂或乳膏形式配制，其中含有悬浮或溶解在一种或多种药学上可接受的载体中的活性成分。合适的载体包括但不限于矿物油，脱水山梨醇一硬脂酸酯，聚山梨酸酯60，鲸蜡基酯蜡，cetearyl醇，2-辛基十二烷醇，苄基醇和水。
对眼科施用，该药物组合物可以以等渗的pH调节的无菌盐水配制成微粒化的悬液，或者优选地，以等渗的pH调节的无菌盐水配制成溶液，其中有或没有防腐剂，如苯扎氯铵。此外，对于眼科使用，该药物组合物可以以软膏(如凡士林)配制。
对于鼻气雾剂或吸入施用，本发明的药物组合物按照药物制剂技术领域已知的技术制备，并且可以用盐水制备成溶液，使用苄醇或其它合适的防腐剂，提高生物利用度的吸收促进剂，碳氟化合物和/或其它常规的加溶剂或分散剂。
可以与载体材料组合产生单剂形式的活性组分的量将随所治疗的宿主和特定的施用方式变化。一种典型的制剂含有约5％到约95％的活性化合物(w/w)。优选地，这样的制剂含有约20％到约80％的活性化合物。
对于静脉内和其它类型的施用，可接受的剂量范围在0.001和1.0mmol/kg体重之间，活性组分化合物的优选的剂量在0.001和0.5mmol/kg体重之间。更优选的在0.01和0.1mmol/kg之间，活性组分化合物最优选的剂量在0.02和0.05mmol/kg之间。
技术人员会清楚，比以上所述剂量较低或较高的剂量可能是所需的。对任何特定患者的特定用药方案将取决于各种因素，包括所使用的特定的化合物的活性，年龄，体重，总的健康状况，性别，饮食习惯，施用时间，排泄率，药物配伍，以及主治医生的判断。
可以预期优选的药物组合物是包含本发明的优选的前药的那些。
为了本发明可以更好地得到理解，下列实施例仅用于描述目的，无意于以任何方式限制本发明的范围。在每个实施例中，HSA用作生物活化的造影剂结合的蛋白质。实施例实施例Ⅰa：钆复合物1的合成
首先，在二乙基偶氮基二羧酸酯和三苯基膦存在下，使氨基甲酸酯5与4,4’-二羟基二苯基的单-(二烯丙基磷酸)的酯反应，以形成醚(方案2)。在脱保护(TFA)和用溴-叔-丁基乙酸酯烷基化后，用钯四(三苯基)膦使磷酸酯脱保护。用三氟乙酸水解叔-丁基酯。与GdCl3和氢氧化钠反应产生钆复合物1。
方案2：Gd复合物1的合成
Figure A9719354200421
a)DEAD,PP3；b)TFA；c)BrCH2CO2tBu；d)Pd(Ph3p)4,n-BuNH2,HCO2H；e)TFA；f) GdCl3,NaOH实施例Ⅰb：Gd复合物1的更优选的合成
首先，从对-溴苯酚三步制备硼酸13(方案2a)。将苯酚作为叔-丁基二甲基甲硅烷基醚进行保护。以丁基锂处理芳基溴化物产生芳基锂。使芳基锂与三异丙基硼酸酯反应，然后采用温和的酸性条件水解硼酸酯中间体，产生硼酸13。方案2a：硼酸13的合成
Figure A9719354200431
a)tBuMe2SiCl，咪唑，THF；b)nBuLi,-78℃,THF:c)(i-PrO)3B,THF然后H3O+
中间体5和溴苯酚之间的Mitsunobu反应给出醚14。用三氟乙酸脱保护三个BOC基团，其后用叔-丁基溴乙酸酯烷基化三胺，给出五乙酸酯15。芳基溴化物15与硼酸13的四(三苯基膦)钯-偶联(Suzuki偶联)产生联苯衍生物16。水解甲硅烷基醚和随后磷酸化及碱水解所形成的磷酰基二氯产生单磷酸酯17。用三氟乙酸脱保护叔-丁基酯。与GdCl3和氢氧化钠反应，产生钆复合物1(方案2b)。方案2b：Gd复合物1的更优选的合成
Figure A9719354200432
d)对-溴苯酚，DEAD,PPH3 THF；e)TFA;f)BrCH2CO2tBu,i-Pr2NEt,DMF；g)13,(PPh3)4Pd,Na2CO3，甲苯，MeOH,H2O,Δ；h)POCl3,Et3N然后H2O/OH-；i)TFA；j)GdCL3,NaOH实施例Ⅱa：钆复合物2的合成
在二乙基偶氮基二羧酸酯和三苯基膦存在下，使氨基甲酸酯5与甲基-5-溴水杨酸酯反应，形成溴芳基醚。溴芳基醚与苯基硼酸的四(三苯基膦)钯-催化偶联产生联苯醚。用三氟乙酸水解叔-丁基氨基甲酸酯和随后用叔-丁基溴乙酸酯烷基化产生联苯醚取代的五-叔-丁基二亚乙基三胺五乙酸酯。在二噁烷中用1N NaOH水解甲基酯给出二苯基羧酸酯，在二甲基甲酰胺中采用二环己基碳二亚胺将其与肽片段H2N-gly-ile-arg(Boc)2-lys(Boc)-OtBu)偶联。在6N HCl/二噁烷中的水解产生联苯肽取代的二亚乙基三胺五乙酸。与GdCl3和碱反应给出钆复合物2，其由反相HPLC纯化(方案3a)。
           方案3a：钆复合物2的合成a)甲基-5-溴水杨酸酯，DEAD,Pph3；b)ArB(OH)2,Na2CO3,(Ph3p)4Pd；c)TFA；d)BrCH2CO2tBu,iPr2NEt；e)NaOH,H2O/二噁烷；f) H2N-gly-ile-arg(boc)2-lys(boc)-OtBu,DCC；g)HCl/二噁烷；h)GdCl3，碱。实施例Ⅱb：Gd复合物2的更优选的合成
在二乙基偶氮基二羧酸酯和三苯基膦存在下，使氨基甲酸酯5与甲基-5-溴水杨酸酯反应，形成溴芳基醚。水解甲基酯，随后在催化量的二甲氨基吡啶存在下用苄氯甲酸酯和三乙胺处理，产生苄基酯18。用三氟乙酸脱保护三个BOC基团，随后用叔-丁基溴乙酸酯烷基化，产生溴芳基醚取代的五-叔-丁基二亚乙基三胺五乙酸酯19。溴芳基醚与苯基硼酸的Suzuki偶联给出联苯醚。在钯催化剂存在下氢解苄基酯，给出二苯基羧酸酯20。将20与甘氨酸苄基酯偶联，接着氢解苄基酯，给出酰胺21。在DMF中用二环己基碳化二亚胺将21与保护的三肽H2N-Ile-Arg(BOC)2-Lys(BOC)-OtBu偶联，随后用TFA脱保护叔-丁基酯和BOC基团，产生四肽22。在氢氧化钠存在下与GdCl3反应给出复合物2，其由反相HPLC纯化(方案3b)。
方案3b：Gd复合物2更优选的合成a)甲基-5-溴水杨酸酯，DEAD,PPh3,THF;b)2N KOH(含水的)，MeOH;c)CICO2Bn,Et3N,DMAP,CH2C12;d)TFA;e)BrCH2CO2tBu,i-Pr2NEt,DMF;f)Ph-B(OH)2,(PPh3)4Pd,Na2CO3，甲苯，MeOH,H2O,Δ;g)H2,Pd,C,MeOH;h)H2NCH2CO2Bn,DCC,CH2Cl2;1)H2,Pd,C,MeOH;j)H2N-113-Arg(BOC)2-Lys(BOC)-OtBu,DCC,HOBt,DMF;k)TFA;i)GdCl3,NaOH。实施例Ⅲa：前药化合物1的活化
如下所示，通过碱性磷酸酶活化前药1。由MS(磷-氧键)的水解产生的活化造影剂8以0.1mM的浓度结合到HSA上，具有比前药1更大的亲和性。增加的相关性由T1的缩短引起，其在MRI成像中以信号强度增加检测。
前药化合物1的活化
Figure A9719354200461
实施例Ⅲb：前药化合物1更优选的活化
如实施例Ⅰb所述合成化合物1(参见实施例Ⅰb和Ⅲa)。通过水解MS(磷-氧键)的碱性磷酸酶活化前药1(参见实施例Ⅲa，前药1的活化)，形成活化的造影剂8。化合物8以0.1mM的浓度结合到HSA上，具有比前药1更大的亲和性，并具有较高的弛豫活性。高弛豫活性由T1的缩短引起，其在MRI成像中以信号强度增加检测(参见以下表Ⅴ)
                                  表Ⅴ
弛豫活性和对HSA的百分结合
化合物 在4.5％HSA中的弛豫活性 在4.5％HSA中的百分结合
    1     15.9±0.2     47±1
    8     26.4±0.4     63±2
在表Ⅴ中，纵向弛豫活性(R1)在20MHz和37℃，通过在磷酸盐缓冲盐水(PBS,150mM NaCl,10mM磷酸盐，pH=7.4)中或在包含4.5％人血清白蛋白(HSA)的PBS溶液中测定水质子的浓度依赖性弛豫率(1/T1)而得到。通过超滤0.1mM螯合物，4.5％HSA溶液测定对HSA的百分结合。
在包含4.5％HSA的PBS缓冲液(pH7)中制备前药1的溶液(0.3mM)。没有观察到20MHz质子弛豫率1/T1随时间的变化。将3单位的碱性磷酸酶(在磷酸盐缓冲盐水中底物0.1mM时，1单位每分钟将1nmol对-硝基苯基磷酸酯转化成对-硝基苯酚)加入到化合物1的4.5％HSA溶液中，并随时间变化监测1/T1。随着1酶促转化成8，观察到溶液的1/T1发生改变(表Ⅵ)。一旦酶促活化1到8完成，则从时间0的1/T1的变化是2.86秒-1，其相当于在24％的信号强度方面近似预期的增加。
表Ⅵ在20MHz前药1的生物活化
时间(分钟)     1/T1(秒-1)
    0     4.440
    1     4.348
    2     4.651
    4     4.878
    6     5.025
    14     5.376
    48     6.250
    90     6.849
    110     7.042
    137     7.299
Figure A9719354200481
制备包含化合物1和8(0.1-0.2mM)的4.5％HSA溶液。在15分钟之后，在4.5％HSA溶液的1.0Tesla获得初始T1-权重MRI扫描(FISP-3D,TR=60,TE=5,α=60)。在相同的浓度下，包含8的溶液的MRI扫描比包含1的溶液更明亮。将3单位的碱性磷酸酶添加到包含1的HSA溶液的一半中，获得另外的T1-权重MRI扫描。在130分钟之后，在相同的浓度下，包含1和碱性磷酸酶的溶液获得含有8的溶液的96％的信号强度。在MRI扫描期间包含化合物1但不含碱性磷酸酶的溶液保持恒定的暗像。在把碱性磷酸酶添加至包含1的溶液中之后观察到信号强度增加20％。
实施例Ⅳ：钆复合物2的活化
通过胶原酶(MMP-1)活化包含亲水异亮氨酸-精氨酸-赖氨酸侧链MM的前药2。MS是碳-氮肽键，其由MMP-1选择性地水解(gly-ile)。ile-arg-lysMM的释放产生化合物9，其以比前药2更高的对HSA的结合亲和性为特征。在MRI中改变的信号使得生物学活性可以成像。
钆复合物2的活化
实施例Ⅴ：钆复合物10的活化
这一实施例也显示第二化学反应如何偶联到主要生物活性-相关事件上。包含由三肽tmLys-tmLys-Arg(其中tmlys是Nε,Nε,Nε-三甲基赖氨酸)组成的MM的前药10由丝氨酸蛋白酶活化。MS是Arg-Glu碳-氮肽键，其由丝氨酸蛋白酶酶促生物学活性所切割，以释放掩蔽部分。给出中间体化合物11的酶促水解后接着与脂肪族或活化的酯(例如，R=对-硝基苯基)进行第二化学反应(分子内环化)。其将11中带正电荷的PBM部分转化成更亲脂更高度HSA-结合的中性内酰胺衍生物12。前药化合物10的活化
实施例Ⅵ：前药造影剂的施用
通过本领域已知的和以上描述的化学和肽技术合成前药化合物2(一种MMP底物)。制备在水中的pH7.0的制剂并灭菌。
将制剂静脉内注射进怀疑患有一种或多种肿瘤的患者中。所使用的剂量是0.025mmol/kg。在注射后15分钟之后，获得怀疑含有肿瘤的身体区域的T1-权重MRI扫描。在影像上显示更明亮的团块更可能是恶性肿瘤而不是良性肿瘤。
将相同的制剂静脉内注射进怀疑在一个或多个关节患有类风湿性关节炎的患者中。所使用的剂量是0.025mmol/kg。在注射后15分钟之后，获得怀疑含有关节炎的身体关节的T1-权重MRI扫描。在影像上显示更明亮的关节更可能包含活动性炎症。
将相同的制剂静脉内注射进怀疑在一个或多个动脉患有动脉粥样硬化的患者中。所使用的剂量是0.025mmol/kg。在注射后15分钟之后，获得动脉的T1-权重MRI扫描(横截面扫描或MR血管造影术)。增加明亮度的动脉粥样斑块很可能是不稳定的斑块，有可能破裂和引起动脉供应的器官的局部缺血。

Claims (66)

1．一种磁共振成像或光学成像前药造影剂，其对组织蛋白质具有比造影剂的生物活化形式更低的亲和性。
2．按照权利要求1的前药造影剂，其包含：
a)影像-增强部分(IEM)；
b)蛋白质结合部分(PBM)；和
c)修饰部位(MS)。
3．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的IEM包括选自下组的一个成员：有机分子，金属离子，盐和螯合物，聚集体，粒子，标记的肽，标记的蛋白质，标记的聚合物，标记的脂质体，有机染料和无机染料。
4．按照权利要求2的光学成像前药造影剂，其中所说的IEM包括一种生理相容性螯合物，该螯合物包含至少一个环状或非环状的有机螯合剂，该螯合剂是复合到原子序数为13,21-34,39-42,44-50或57-83的一个或多个金属离子上的。
5．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的IEM包括发光金属复合物。
6．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的IEM包括高磁化率的铁粒子或金属螯合物。
7．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的IEM包括一种药学上可接受的金属螯合物，该螯合物包含至少一个环状或非环状的有机螯合剂，该螯合剂是复合到原子序数为21-29,42,44或57-83的一个或多个顺磁金属离子上的。
8．按照权利要求7的前药造影剂，其中所说的顺磁金属离子选自下组：Gd(Ⅲ),Fe(Ⅲ),Mn(Ⅱ),Mn(Ⅲ),Cr(Ⅲ),Cu(Ⅱ),Dy(Ⅲ),Tb(Ⅲ),Ho(Ⅲ),Er(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)。
9．按照权利要求8的前药造影剂，其中所说的顺磁金属离子是Gd(Ⅲ)。
10．按照权利要求4或7的前药造影剂，其中所说的金属螯合物具有大于约1010M-1的形成常数。
11．按照权利要求10的前药造影剂，其中所说的金属螯合物具有大于约1015M-1的形成常数。
12．按照权利要求11的前药造影剂，其中所说的金属螯合物具有大于约1020M-1的形成常数。
13．按照权利要求9的前药造影剂，其中所说的螯合剂选自下组：DTPA,DOTA,DTPA-BMA和HP-DO3A。
14．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的PBM选自药物、亲脂性和两亲性有机分子、卟啉、受体配体、类固醇、脂质、激素、肽、蛋白质、寡核苷酸和抗体。
15．按照权利要求2的前药造影剂，其对一种以上的组织蛋白质具有比造影剂的生物活化形式更低的亲和性。
16．按照权利要求2的前药造影剂，其对来源于血浆，组织的间质间隙，滑液脑脊髓液，炎性液，脓肿液或胞内间隙的蛋白质具有比造影剂的生物活化形式更低的亲和性。
17．按照权利要求16的前药造影剂，其对选自下组的蛋白质具有比造影剂的生物活化形式更低的亲和性：人血清白蛋白，脂肪酸结合蛋白，谷胱甘肽-S-转移酶，α1-酸性糖蛋白，脂蛋白，胞外基质结构蛋白，淀粉状蛋白，蜡样质和糖蛋白。
18．按照权利要求17的前药造影剂，其中所说的蛋白质是α1-酸性糖蛋白。
19．按照权利要求17的前药造影剂，其中所说的蛋白质选自下组：人血清白蛋白，脂肪酸结合蛋白和谷胱甘肽-S-转移酶。
20．按照权利要求19的前药造影剂，其中所说的蛋白质是人血清白蛋白。
21．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的生物活化的造影剂的PBM具有从约2.0-约7.0的logP贡献。
22．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的PBM具有至少4.0的logP贡献。
23．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的PBM具有至少6.0的logP贡献。
24．按照权利要求20的前药造影剂，其中在生理相关条件下，至少约10％的生物活化的造影剂结合到人血清白蛋白上。
25．按照权利要求20的前药造影剂，其中在生理相关条件下，至少约50％的生物活化的造影剂结合到人血清白蛋白上。
26．按照权利要求20的前药造影剂，其中在生理相关条件下，至少约80％的生物活化的造影剂结合到人血清白蛋白上。
27．按照权利要求20的前药造影剂，其中在生理相关条件下，至少约95％的生物活化的造影剂结合到人血清白蛋白上。
28．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药对人血清白蛋白的结合亲和性低于生物活化的药剂的结合亲和性的约80％。
29．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药对人血清白蛋白的结合亲和性低于生物活化的药剂的结合亲和性的约50％。
30．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药对HSA的结合亲和性低于生物活化的药剂的结合亲和性的约40％。
31．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药对HSA的结合亲和性低于生物活化的药剂的结合亲和性的约20％。
32．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药对HSA的结合亲和性低于生物活化的药剂的结合亲和性的约10％。
33．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药弛豫活性(R1)是生物活化的药剂的弛豫活性(R1)的80％或更低。
34．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药弛豫活性(R1)是生物活化的药剂的弛豫活性(R1)的50％或更低。
35．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药弛豫活性(R1)是生物活化的药剂的弛豫活性(R1)的20％或更低。
36．按照权利要求20的前药造影剂，其中所说的前药弛豫活性(R1)是生物活化的药剂的弛豫活性(R1)的10％或更低。
37．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的PBM包含至少一个脂肪族基团，烷氧基或烷硫基，烷羰基，烷羰氧基，芳基或杂环基，所说的芳基或杂环基具有1-60个碳和可有可无的一个或多个氮，氧，硫，卤素，脂肪族，酰胺，酯，氨磺酰，酰基，磺酸基，磷酸基，羟基或有机金属取代基。
38．按照权利要求37的前药造影剂，其中所说的PBM包含至少一个芳环。
39．按照权利要求38的前药造影剂，其中所说的PBM包含至少两个芳环。
40．按照权利要求37的前药造影剂，其包含两个PBM。
41．按照权利要求40的前药造影剂，其中所说的PBM每一个包含至少一个芳环。
42．按照权利要求37的前药化合物，其中所说的PBM包含至少一种选自下组的结构：
Figure A9719354200051
Figure A9719354200061
其中R包含脂肪族基团和/或至少一个芳环，或者包含含有疏水氨基酸残基和/或有或没有疏水或亲水末端基团的取代基的肽。
43．按照权利要求2的前药造影剂，其中所说的MS是体内能够由酶改变的键。
44．按照权利要求43的前药造影剂，其中所说的酶选自下组：氧化还原酶，转移酶，水解酶，裂合酶，异构酶和连接酶。
45．按照权利要求43的前药造影剂，其中所说的酶选自下组：金属蛋白酶，蛋白酶，丝氨酸蛋白酶，磷酸酶，磷脂酶，酯酶和硫酸酯酶。
46．按照权利要求43的前药造影剂，其中所说的MS是体内能够由磷酸酶水解的磷-氧键。
47．按照权利要求43的前药造影剂，其中所说的MS是体内能够由金属蛋白酶或丝氨酸蛋白酶水解的酰胺键。
48．按照权利要求2的前药造影剂，其还包含掩蔽部分(MM)。
49．按照权利要求48的前药造影剂，其具有能够由前药的生物活化改变的电荷或疏水性。
50．按照权利要求48的前药造影剂，其中所说的MM包含聚乙二醇。
51．按照权利要求48的前药造影剂，其中所说的MM包含选自下组的亲水和/或荷电基团：羟基，胺，铵，季胺，氨基酸，亚砜，磷酸盐，硫酸盐，羧酸盐，碳水化合物，糖和金属螯合物。
52．按照权利要求2的前药造影剂，其具有由下式所代表的结构：
IEM-[(PBM)m-[(MS)n-(MM)o]p]q其中m,n,o,p和q每一个相同或不同；q,n,m和p可以大于或等于1，但不是0,o可以大于或等于0。
53．按照权利要求2的前药造影剂，其具有由下式所代表的结构：
Figure A9719354200071
其中m,n,o,p和q每一个相同或不同；q,n,m和p可以大于或等于1，但不是0,o可以大于或等于0。
54．按照权利要求2的前药造影剂，其具有由下式所代表的结构：
Figure A9719354200072
其中m,n,o,p和q每一个相同或不同；q,n,m和p可以大于或等于1，但不是0,o可以大于或等于0。
55．按照权利要求1的前药造影剂，其中所说的IEM包括Gd3+的DTPA,DOTA,DTPA-BMA或HP-DO3A螯合物；
PBM包含至少一种选自下组的结构：
Figure A9719354200081
其中R包含脂肪族基团和/或至少一个芳环，或者包含含有疏水氨基酸残基和/或有或没有疏水或亲水末端基团的取代基的肽；和
MS包含能够由水解酶体内改变的键。
56．权利要求55的前药造影剂，其中所说的MS是体内能够由磷酸酶水解的磷-氧键。
57．权利要求50的前药化合物，其中所说的MS是体内能够由金属蛋白酶或丝氨酸蛋白酶水解的酰胺键。
58．一种由以下结构式表示的磁共振成像前药造影剂：
59．一种由以下结构式表示的磁共振成像前药造影剂：
Figure A9719354200092
60．一种由以下结构式表示的磁共振成像前药造影剂：
Figure A9719354200101
其中R是脂肪族或活化的酯。
61．一种药物组合物，该组合物包含按照权利要求1的前药造影剂和载体、佐剂或赋形剂。
62．按照权利要求61的药物组合物，该组合物还包含一种游离的有机配体或其药学上可接受的盐。
63．一种用于MRI成像的方法，该方法包括施用诊断有效量的按照权利要求7的前药造影剂的步骤。
64．一种用于紫外/可见/红外光成像的方法，该方法包括施用诊断有效量的按照权利要求4的前药造影剂的步骤。
65．一种用于MRI成像的方法，该方法包括施用诊断有效量的按照权利要求6的前药造影剂的步骤。
66．一种用于传送造影剂的方法，该方法包括施用按照权利要求1的前药造影剂的步骤。
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