DE19546234C1 - Neue makrobicyclische Verbindungen, Verfahren zu ihrer Herstellung und diese makrobicyclischen Verbindungen enthaltende pharmazeutische Mittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft neue makrobicyclische Verbindungen, deren Metallkomplexe und Komplexsalze, diese Verbindungen enthaltende pharmazeutische Mittel, ihre Verwendung in Diagnostik und Therapie sowie Verfahren zur Herstellung dieser neuen Verbindungen.

Es ist bekannt, daß makropolycyclische Verbindungen mit Metallionen stabile ein- und mehrkernige Komplexe mit unterschiedlichen Bindungs-, elektrochemischen und photophysikalischen Eigenschaften bilden können.

So werden z. B. von de Mendoza et al in "Angewandte Chemie 103 (1991), Nr. 10 S. 1365-1366" ein makrobicyclischer Tris-2,2′-bipyridin-Ligand und Cu₂(I)- und Ag₃(I)-Komplexe daraus beschrieben, die in der Photochemie und der Photophysik und für die Wasserspaltung von Bedeutung sind.

In EP 0 321 353 sind Kryptate mit Metallen der seltenen Erden beschrieben, die als Fluoreszenzmarker dienen können und zum Nachweis biologischer Materialien Anwendung finden.

Aus "J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1992, S. 602-604" sind von Beer et al makrobicyclische Tris-2,2′- bipyridin Kryptanden und Zink- und Kupfer-Kryptate daraus bekannt, die zusätzlich extern koordinierte Ruthenium(II)-Kationen enthalten. Die beschriebenen Kryptate sind von spektro-elektrochemischem Interesse.

Mittlerweile finden makrobicyclische Metallkomplexe auch als Kontrastmittel in Radio-Diagnosetechniken wie Röntgen, Kernspintomographie und Nukleardiagnostik Anwendung.

Einige Metallkomplex-Verbindungen erlauben eine routinemäßige Anwendung insbesondere in der Kernspintomographie. So haben sich das in EP 0 071 564 beschriebene Dimegluminsalz des Gd DTPA (Gadolinium- III-Komplex der Diethylentriaminpentaessigsäure) und das in der französischen Patentschrift 2 539 996 beschriebene Megluminsalz der Gd DOTA (Gadolinium-III- Komplex des 1,4,7,10-Tetracarboxymethyl-1,4,7,10- Tetraazacyclododecans) als Kontrastmittel für die Kernspintomographie bewährt. Sie sind unter den Namen Magnevist® und Dotarem® registriert worden.

Ein wesentlicher Grund für ihre gute Anwendbarkeit in der Klinik liegt in ihrer hohen Wirksamkeit bei der Kernspintomographie, insbesondere bei vielen Hirntumoren. Sie können deshalb mit 0,1 mmol/kg Körpergewicht sehr viel niedriger dosiert werden als beispielsweise Röntgenkontrastmittel in vielen Röntgenuntersuchungen. Als Röntgenkontrastmittel und zur NMR-Diagnose von bestimmen Krankheiten außerhalb des Zentralnervensystems sind diese Verbindungen aufgrund ihrer zu hohen Osomolaliät allerdings ungeeignet.

In EP 0 485 045 A2 werden makrocyclische Metallkomplexe mit verringerter Osomolalität beschrieben. Es handelt sich hierbei um Tetraazacyclododecan-Verbindungen und deren Bis-Gadolinium- und Bis-Ytterbium-Komplexe.

Aber auch diese Verbindungen sind als Röntgenkontrastmittel nicht optimal bezüglich der gewünschten hohen Metallatomdichte und der angestrebten gleichzeitigen sehr guten Wasserlöslichkeit.

Aufgabe der Erfindung war es deshalb, Verbindungen bereitzustellen, die eine hohe Metallatomdichte bei gleichzeitiger sehr guter Wasserlöslichkeit, möglichst < 1g/ml Wasser, aufweisen und damit auch zur NMR- und Röntgendiagnostik sehr gut einsetzbar sind. Daneben sollen die Verbindungen natürlich gut verträglich sein und möglichst keine oder nur äußerst geringe kardiovaskuläre oder allergische Nebenwirkungen hervorrufen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch neue makrobicyclische Verbindungen der allgemeinen Formel I

gelöst, in der
R¹-R⁶ den Rest -CH(R⁷)-CO₂Y darstellen, wobei
Y ein Wasserstoffatom und/oder ein Metallionenäquivalent eines Elements der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49 oder 57-83 bedeutet und
R⁷ ein Wasserstoffatom oder eine gegebenenfalls mit 1 bis 6 Hydroxygruppen substituierte, verzweigte oder unverzweigte C₁-C₃₀-Alkyl-, C₆-C₁₀-Aryl- oder C₇-C₃₀-Aralkylgruppe ist, wobei die Alkylgruppen gegebenenfalls durch 1 bis 10 Sauerstoffatome unterbrochen und/oder durch 1 bis 6 -CO₂R⁸-Gruppen substituiert sind, und
R⁸ Wasserstoff oder eine verzweigte oder unverzweigte C₁-C₄-Alkyl- oder C₇-C₁₀- Aralkylylgruppe bedeutet
sowie deren Salze mit anorganischen und/oder organischen Basen, Aminosäuren oder Aminosäureamiden.

Verbindungen der allgemeinen Formel I mit Y in der Bedeutung von Wasserstoff werden als Komplexbildner und mit mindestens zwei der Substituenten Y in der Bedeutung eines Metallionenäquivalents als Metallkomplexe bezeichnet.

Es zeigte sich, daß die erfindungsgemäßen Komplexbildner der allgemeinen Formel I bis zu 3 Metallatome komplexieren können und so homo- oder heterotrinucleare Metallkomplexe mit genügend hoher Metallatomdichte bilden. Die gute Wasserlöslichkeit wird durch die Reste R¹-R⁶ erreicht. Aufgrund der hohen Metallatomdichte und der erreicht Wasserlöslichkeit der erfindungsgemäßen Verbindungen der allgemeinen Formel I von 1g/ml Wasser und mehr lassen sich galenische Formulierungen dieser Verbindungen auch als in-vivo- Kontrastmittel, insbesondere für die NMR- und Röntgendiagnostik, sehr gut verwenden.

Neben den "einfachen" Käfigverbindungen gemäß der allgemeinen Formel I können erfindungsgemäß auch zwei oder mehrere solcher Käfige aneinander gekoppelt und als Kontrastmittel in üblichen Radio-Diagnosetechniken wie Röntgen, Kernspintomographie und Nukleardiagnostik eingesetzt werden.

Es wurde gefunden, daß besonders geeignete Verbindungen solche sind, in denen mindestens zwei der Substituenten Y Metallionenäquivalente mindestens eines Elementes der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49 oder 57-83 oder eines Radionuklids eines Elementes der Ordnungszahlen 21, 26, 27, 29, 31, 32, 37-39, 43, 47, 49, 62-64, 67, 70, 71, 75, 77, 79 und 83 bedeuten. Besonders bevorzugte Verbindungen sind solche, in denen drei der Substituenten Y Metallionenäquivalente mindestens eines Elementes mit den Ordnungszahlen 21- 29, 42-44 und 58-70 darstellen.

Gemäß der Erfindung sind die Verbindungen ganz besonders bevorzugt, in denen mindestens zwei der Substituenten Y durch die Metallionen Mn²⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Yb³⁺, Eu²⁺, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ha³⁺ oder deren Mischungen ersetzt sind. Hervorragend geeignet sind solche heterotrinuclearen Metallkomplexe der allgemeinen Formel I mit den Metallionen Cu²⁺/Fe³⁺/Cu²⁺; Gd³⁺/Mn²⁺/Gd³⁺; Fe³⁺/Mn²⁺/Fe³⁺; Cu²⁺/Mn²⁺/Cu²⁺; Gd³⁺/Fe³⁺/Gd³⁺.

Der Rest R⁷ in der allgemeinen Formel I stellt vorzugsweise eine C₁-C₂₀-Alkyl- oder C₇-C₂₀- Aralkylgruppe dar, wobei der Alkylrest verzweigt, unverzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein kann und gegebenenfalls durch 1 bis 6, vorzugsweise durch 1 bis 3, Hydroxygruppen, substituiert ist. Die Alkylgruppen im Rest R⁷ können auch durch vorzugsweise 1 bis 5 Sauerstoffatome unterbrochen und/oder 1 bis 3 -CO₂R⁸- Gruppen substituiert sein wie z. B. durch -CO₂CH₃,- CO₂C₂H₅, -CO₂iProp, -CO₂tBut oder -CO₂CH₂C₆H₅.

Als bevorzugte Reste R⁷ seien beispielhaft genannt:
-CH₃, -C₂H₅, -i-C₃H₇, -C₈H₁₇, -C₁₅H₃₁, -C₁₆H₃₃, -C₁₇H₃₅, -CH₂OH, -CH₂CH₂OH, -CH(OH)CH₂OH, -C₆H₅, -CH₂C₆H₅, -CH (OH) CH (OH) CH₂OH, -OCH₃, -OC₂H₅, -OCH₂C₆H₅, -OCH₂CH₂OCH₃, -OCH₂CH₂OCH₂CH₂OH, -(CH₂)₅OH, -CH₂CO₂H, -(CH₂)₂CO₂H, -OCH₂CO₂H, -O(CH₂)₅CO₂H, -CH₂CO₂C₂H₅, -CH₂CO₂iC₃H₇, -CH₂-O-CH(CO₂H)-CH₂CO₂H, -O-CH₂-CH(OCH₃)-CH₂-OCH₃.

Besonders bevorzugte Reste für R⁷ sind Wasserstoff, -CH₂OH, -CH₂CH₂OH oder -CH(OH)CH₂OH.

Die restlichen aciden Wasserstoffatome, das heißt diejenigen, die nicht durch das Zentralion substituiert worden sind, können gegebenenfalls ganz oder teilweise durch Kationen anorganischer und/oder organischer Basen, Aminosäuren oder Aminosäureamide ersetzt sein.

Geeignete anorganische Kationen sind beispielsweise das Lithiumion, das Kaliumion, das Calciumion, das Magnesiumion, das Zinkion und insbesondere das Natriumion. Geeignete Kationen organischer Basen sind unter anderem solche von primären, sekundären oder tertiären Aminen, wie zum Beispiel Ethanolamin, Diethanolamin, Morpholin, Glucamin, N,N- Dimethylglucamin und insbesondere N-Methylglucamin. Geeignete Kationen von Aminosäuren sind beispielsweise die des Lysins, des Arginins und des Ornithins sowie die Amide ansonsten saurer oder neutraler Aminosäuren wie z. B. Lysinmethylamid, Glycinethylamid und Serinmethylamid.

Die erfindungsgemäßen makrobicyclischen Verbindungen der allgemeinen Formel I werden hergestellt, indem man das macrobicyclische Polyamin der allgemeinen Formel II

in Wasser oder in mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln oder deren Gemischen mit Wasser unter Erwärmen auf 30- 90°C löst und nach Zugabe einer anorganischen und/oder organischen Base mit einer Esterverbindung der allgemeinen Formel III

Hal-CH(R⁷)-CO₂R⁹ (III)

umsetzt, in der
R⁷ die o.g. Bedeutung hat, wobei im Rest R⁷ gegebenenfalls vorhandene Hydroxygruppen gegebenenfalls geschützt sind,
R⁹ eine Säureschutzgruppe darstellt und
Hal für Cl, Br oder J steht,
anschließend alle Schutzgruppen abspaltet und so Komplexbildner (Y=H) erhält, diese gewünschtenfalls zur Herstellung von Metallkomplexen mit mindestens einem Metalloxid oder Metallsalz eines Elementes der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49 oder 57-83 umsetzt und anschließend - falls gewünscht - vorhandene acide Wasserstoffatome durch Kationen anorganischer und/oder organischer Basen, Aminosäuren oder Aminosäureamide substituiert.

Als mit Wasser mischbare Lösungsmittel können z. B. Acetonitrit, DMF, DMA, Ethanol, Methanol, Dioxan, THF, DMSO, DME oder deren Gemisch eingesetzt werden.

Als anorganische Basen kommen Kalium-, Natrium-, Lithium-, Calcium-, Barium- oder Magnesiumoxid bzw. Natrium- oder Kaliumcarbonat in Frage. Als anorganische Basen können Triethyl-, Tripropyl, Tributylamin, Pyridin, DMAP, Reillex®, Triton B® eingesetzt werden.

Als Hydroxyschutzgruppen R⁹ kommen alle diejenigen in Frage, die sich leicht einführen und später unter Rückbildung der letztlich gewünschten freien Hydroxygruppe auch wieder leicht abspalten lassen. Bevorzugte Schutzgruppen sind Ethergruppen wie z. B. die Benzyl-, 4-Methoxybenzyl-, 4-Nitrobenzyl-, Trityl-, Di- und Triphenylmethyl-, Trimethylsilyl-, Dimethyl-t- butylsilyl, Diphenyl-t-butylsilylgruppe. Bevorzugt sind die Hydroxygruppen jedoch in Form von Ketalen mit zum Beispiel Aceton, Acetaldehyd, Cyclohexanon oder Benzaldehyd geschützt.

Die Abspaltung der Hydroxyschutzgruppen erfolgt in an sich bekannter Weise, zum Beispiel im Falle eines Benzylethers durch reduktive Spaltung mit Lithium Ammoniak oder durch hydrogenolytische Spaltung in Gegenwart von zum Beispiel Palladium-Kohle und im Falle einer Ether- oder Ketalspaltung durch Säurebehandlung mit Hilfe von zum Beispiel Kationenaustauschern, Trifluoressigsäure oder Mineralsäuren [siehe z. B. T.W. Greene "Protective Groups in Organic Synthesis", John Wiley and Sons (1991)].

Als Säureschutzgruppen kommen C₁-C₆-Alkyl-, C₆-C₁₀- Aryl- und C₆-C₁₀-Ar(C₁-C₄)-alkylgruppen sowie Trialkyl­ silylgruppen in Frage. Bevorzugt werden die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, ⁱ-Propyl, n-Butyl-, ⁱ-Butyl- und die ^tert.-Butylgruppe.

Die Abspaltung dieser Säureschutzgruppen erfolgt nach den dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise durch Hydrolyse, Hydrogenolyse, alkalische Verseifung der Ester mit Alkali in wäßrig-alkoholischer Lösung bei Temperaturen von 0 bis 50°C, saure Verseifung mit Mineralsäuren oder im Fall von ^tert.-Butylestern mit Hilfe von Trifluoressigsäure.

Die Herstellung der Verbindung der allgemeinen Formel II erfolgt in an sich bekannter Weise - wie z. B. in "J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1992 S. 602-603" beschrieben - durch Umsetzung von TREN (Tris(2-aminoethyl)amin), das als ausgezeichneter Ligand für Übergangsmetall-Ionen bekannt ist, mit 5,5′-Diformyl-2,2′-bipyridin und anschließender Hydrierung zum makrobicyclischen Polyamin II.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Metallkomplexe erfolgt in der Weise, wie sie in der Deutschen Offenlegungsschrift 34 01 052 offenbart worden ist, indem man das Metalloxid oder ein Metallsalz (beispielsweise das Nitrat, Acetat, Carbonat, Chlorid oder Sulfat des Elements der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49, 57-83) in Wasser und/oder einem niedrigen Alkohol (wie Methanol, Ethanol oder Isopropanol) löst oder suspendiert und mit der Lösung oder Suspension der äquivalenten Menge des komplexbildenden Liganden umsetzt und anschließend - falls gewünscht - vorhandene acide Wasserstoffatome durch Kationen anorganischer und/oder organischer Basen oder Aminosäuren substituiert.

Die Einführung der gewünschten Metallionen kann dabei sowohl vor als auch nach der Abspaltung der Hydroxyschutzgruppen erfolgen.

Die Neutralisation eventuell noch vorhandener freier Carboxygruppen erfolgt mit Hilfe anorganischer Basen (zum Beispiel Hydroxiden, Carbonaten oder Bicarbonaten) von zum Beispiel Natrium, Kalium, Lithium, Magnesium oder Calcium und/oder organischer Basen wie unter anderem primärer, sekundärer und tertiärer Amine, wie zum Beispiel Ethanolamin, Morpholin, Glucamin, N- Methyl- und N,N-Dimethylglucamin, sowie basischer Aminosäuren, wie zum Beispiel Lysin, Arginin und Ornithin oder von Amiden ursprünglich neutraler oder saurer Aminosäuren.

Zur Herstellung der neutralen Komplexverbindungen kann man beispielsweise den sauren Komplexsalzen in wäßriger Lösung oder Suspension soviel der gewünschten Basen zusetzen, daß der Neutralpunkt erreicht wird. Die erhaltene Lösung kann anschließend im Vakuum zur Trockne eingeengt werden. Häufig ist es von Vorteil, die gebildeten Neutralsalze durch Zugabe von mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln, wie zum Beispiel niederen Alkoholen (Methanol, Ethanol, Isopropanol und anderen), niederen Ketonen (Aceton und anderen), polaren Ethern (Tetrahydrofuran, Dioxan, 1,2-Dimethoxyethan und anderen) auszufällen und so leicht zu isolierende und gut zu reinigende Kristallisate zu erhalten. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die gewünschte Base bereits während der Komplexbildung der Reaktionsmischung zuzusetzen und dadurch einen Verfahrensschritt einzusparen.

Eine andere Möglichkeit, zu neutralen Komplexverbindungen zu kommen, besteht darin, die verbleibenden Säuregruppen im Komplex ganz oder teilweise in zum Beispiel Ester oder Amide zu überführen. Dies kann durch nachträgliche Reaktion am fertigen Komplex geschehen (z. B. durch erschöpfende Umsetzung der freien Carboxygruppen mit Dimethylsulfat).

Gemäß der Erfindung werden die Verbindungen der allgemeinen Formel I bzw. ihre pharmazeutischen Mittel bevorzugt als in-vivo-Kontrastmittel für MRI (magnetische Resonanz-Bilder) und als in-vivo- Röntgenkontrastmittel eingesetzt. Desweiteren finden sie als Kontrastmittel für die Nukleardiagnostik Anwendung, wobei die Metallionen der Elemente als radioaktive Isotope vorliegen, oder als Suszeptibilitätsreagenz in der NMR-Diagnostik. Die erfindungsgemäßen Verbindungen können auch in der Neutronen Einfang-Therapie, in der Positronen- Emissions-Tomographie (PET), und als Lumineszenzmarker in Biologie und Medizin eingesetzt werden. Als Lumineszenzmarker finden besonders bevorzugt Verbindungen mit den Metallionen Eu³⁺, Tb³⁺, Gd³⁺ Verwendung.

Gegenstand der Erfindung sind auch die pharmazeutischen Mittel, die mindestens eine physiologisch verträgliche Verbindung der allgemeinen Formel I enthalten, gegebenenfalls mit den in der Galenik üblichen Zusätzen.

Insbesondere sind die pharmazeutischen Mittel für die enterale und parenterale Anwendung geeignet. Die pharmazeutischen Mittel werden hergestellt, indem man einen in Wasser, physiologischer Salz- oder Proteinlösung gelösten oder suspendierten Metallkomplex der allgemeinen Formel I, gegebenenfalls mit den in der Galenik üblichen Zusätzen, in eine für die enterale oder parenterale Applikation geeignete Form bringt.

Geeignete Zusätze sind beispielsweise physiologisch unbedenkliche Puffer (wie z. B. Tromethamin), Zusätze von Komplexbildnern (wie z. B. Diethylentriaminpentaessigsäure) oder - falls erforderlich - Elektrolyte wie z. B. Natriumchlorid oder - falls erforderlich - Antioxidantien wie z. B. Ascorbinsäure.

Sind für die enterale Verabreichung oder andere Zwecke Suspensionen oder Lösungen der erfindungsgemäßen Mittel in Wasser oder physiologischer Salzlösung erwünscht, werden sie mit einem oder mehreren in der Galenik üblichen Hilfsstoff(en) (z. B. Methylcellulose, Lactose, Mannit) und/oder Tensiden (z. B. Lecithine, Tween®, Myrÿ® und/oder Aromastoff(en) zur Geschmackskorrektur (z. B. ätherischen Ölen) gemischt.

Prinzipiell ist es auch möglich, die erfindungsgemäßen pharmazeutischen Mittel auch ohne Isolierung des Komplexsalzes herzustellen. In jedem Fall muß besondere Sorgfalt darauf verwendet werden, die Komplexbildung so vorzunehmen, daß die erfindungsgemäßen Salze und Salzlösungen praktisch frei sind von nicht komplexierten toxisch wirkenden Metallionen.

Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Farbindikatoren wie Xylenolorange durch Kontrolltitrationen während des Herstellungsprozesses gewährleistet werden. Die Erfindung betrifft daher auch Verfahren zur Herstellung der Komplexverbindungen und ihrer Salze. Als letzte Sicherheit bleibt eine Reinigung des isolierten Komplexsalzes.

Die erfindungsgemäßen pharmazeutischen Mittel enthalten vorzugsweise 0,1 µMol-3 Mol/l des Komplexsalzes und werden in der Regel in Mengen von 0,1 µmol/kg dosiert. Sie sind zur enteralen und parenteralen Applikation bestimmt.

Ist das erfindungsgemäße Mittel zur Anwendung in der NMR-Diagnostik bestimmt, so muß das Zentralion des Komplexsalzes paramagnetisch sein. Dies sind insbesondere die zwei- und dreiwertigen Ionen der Elemente der Ordnungszahlen 21-29-42, 44 und 58-70. Geeignete Ionen sind beispielsweise das Chrom(III)-, Mangan(II)-, Eisen(II)-, Cobalt(II)-, Nickel(II)-, Kupfer(II)-, Praseodym(III)-, Neodym(III)-, Samarium(III)- und Ytterbium(III)-ion. Wegen ihres sehr starken magnetischen Moments sind besonders bevorzugt das Gadolinium(III)-, Terbium(III)-, Dysprosium(III)-, Holmium(III)-, Erbium(III)- und Eisen(III)-ion.

Für die Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel in der Nuklearmedizin muß das Zentralion radioaktiv sein. Geeignet sind zum Beispiel Radioisotope der Elemente Kupfer, Kobalt, Gallium, Germanium, Yttrium, Strontium, Technetium, Indium, Ytterbium, Gadolinium, Samarium, Silber, Gold, Rhenium und Iridium.

Ist das erfindungsgemäße Mittel zur Anwendung in der Röntgen-Diagnostik bestimmt, so muß sich das Zentralion von einem Element höherer Ordnungszahl ableiten, um eine ausreichende Absorption der Röntgenstrahlen zu erzielen. Es wurde gefunden, daß zu diesem Zweck diagnostische Mittel, die ein physiologisch verträgliches Komplexsalz mit Zentralionen von Elementen der Ordnungszahlen zwischen 21-29, 42, 44, 57-83 enthalten, geeignet sind; dies sind beispielsweise das Lanthan(III)-ion und die oben genannten Ionen der Lanthanidenreihe.

Zusammenfassend ist festzustellen:
Die erfindungsgemäßen Komplexverbindungen kommen zur Anwendung

• 1. für die NMR- und Röntgen-Diagnostik in Form ihrer Komplexe mit den Ionen der Elemente mit den Ordnungszahlen 21-29, 42, 44 und 57-83;
• 2. für die Radiodiagnostik und Radiotherapie in Form ihrer Komplexe mit den Radioisotopen der Elemente mit den Ordnungszahlen 21, 26, 27, 29, 31, 32, 37- 39, 43, 47, 49, 62-64, 67, 70, 71, 75, 77, 79 und 83.

Die erfindungsgemäßen Mittel erfüllen die vielfältigen Voraussetzungen für die Eignung als Kontrastmittel für die Kernspintomographie. So sind sie hervorragend dazu geeignet, nach enteraler oder parenteraler Applikation durch Erhöhung der Signalintensität das mit Hilfe des Kernspintomographen erhaltene Bild in seiner Aussagekraft zu verbessern. Ferner zeigen sie die hohe Wirksamkeit, die notwendig ist, um den Körper mit möglichst geringen Mengen an Fremdstoffen zu belasten, und die gute Verträglichkeit, die notwendig ist, um den nichtinvasiven Charakter der Untersuchungen aufrechtzu­ erhalten.

Die gute Wasserlöslichkeit und geringe Osmolalität der erfindungsgemäßen Mittel erlaubt es, hochkonzentrierte Lösungen herzustellen, damit die Volumenbelastung des Kreislaufs in vertretbaren Grenzen zu halten und die Verdünnung durch die Körperflüssigkeit auszugleichen, das heißt NMR-Diagnostika müssen 100 bis 1000fach besser wasserlöslich sein als für die NMR- Spektroskopie. Weiterhin weisen die erfindungsgemäßen Mittel nicht nur eine hohe Stabilität in-vitro auf, sondern auch eine überraschend hohe Stabilität in-vivo.

Im allgemeinen werden die erfindungsgemäßen Mittel für die Anwendung als NMR-Diagnostika in Mengen von 0,0001 -5 mMol/kg, vorzugsweise 0,005-0,5 in Mol/kg, dosiert. Details der Anwendung werden z. B. in H.J. Weinmann et al.; Am. J. of Roentgenology 142, 619 (1984) diskutiert.

Ferner können die erfindungsgemäßen Komplexverbindungen vorteilhaft als Suszeptibiläts-Reagenzien und als shift-Reagenzien für die in-vivo-NMR-Spektroskopie verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen Mittel sind aufgrund ihrer günstigen radioaktiven Eigenschaften und der guten Stabilität der in ihnen enthaltenen Komplexverbindungen auch als Radiodiagnostika geeignet. Details der Anwendung von Radiodiagnostika und Dosierung werden z. B. in "Radiotracers for Medical Applications", CRC- Press, Boca Raton, Florida beschrieben.

Eine weitere bildgebende Methode mit Radioisotopen ist die Positronen-Emissions-Tomographie, die positronenemittierende Isotope wie z. B. ⁴³Sc, ⁴⁴Sc, ⁵²Fe, ⁵⁵Co und ⁶⁸Ga verwendet (Heiss, W.D.; Phelps, M.E.: Positron Emission Tomography of Brain, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1983).

Die erfindungsgemäßen Verbindungen können auch in der Radioimmuno- oder Strahlentherapie verwendet werden. Diese unterscheidet sich von der entsprechenden Diagnostik nur durch die Menge und Art des verwendeten Isotops. Ziel ist dabei die Zerstörung von Tumorzellen durch energiereiche kurzwellige Strahlung mit einer möglichst geringen Reichweite. Geeignete β-emittierende Ionen sind z. B. ⁴⁶Sc, ⁴⁷Sc, ⁴⁸Sc, ⁷²Ga, ⁷³Ga und ⁹⁰Y. Geeignete, geringe Halbwertzeiten aufweisende α- emittierende Ionen sind z. B. ²¹¹Bi, ²¹²Bi, ²¹³Bi und ²¹⁴Bi, wobei ²¹²Bi bevorzugt ist. Ein geeignetes Photonen- und Elektronenemittierendes Ion ist ¹⁵³Gd, das aus ¹⁵⁷Gd durch Neutroneneinfang erhalten werden kann.

Ist das erfindungsgemäße Mittel zur Anwendung in der von R.L. Mills et al. [Nature Vol. 336, (1988), S. 787] vorgeschlagenen Variante der Strahlentherapie bestimmt, so muß sich das Zentralion von einem Mößbauer-Isotop wie beispielsweise ⁵⁷Fe oder ¹⁵¹Eu ableiten.

Bei der in-vivo-Applikation der erfindungsgemäßen therapeutischen Mittel können diese zusammen mit einem geeigneten Träger wie z. B. Serum oder physiologischer Kochsalzlösung und zusammen mit einem anderen Protein wie zum Beispiel Humanserumalbumin verabreicht werden. Die Dosierung ist dabei abhängig von der Art der zellulären Störung, dem benutzen Metallion und der Art der Methode, z. B. Brachytherapie.

Die erfindungsgemäßen therapeutischen Mittel werden vorzugsweise parenteral appliziert.

Details der Anwendung von Radiotherapeutika werden z. B. in R.W. Kozak et al. TIBTEC, Oktober 1986, 262 diskutiert.

Die erfindungsgemäßen Mittel sind hervorragend als Röntgenkontrastmittel geeignet, wobei besonders hervorzuheben ist, daß sich mit ihnen keine Anzeichen der von den jodhaltigen Kontrastmitteln bekannten anaphylaxieartigen Reaktionen in biochemisch- pharmakologischen Untersuchungen erkennen lassen. Besonders wertvoll sind sie wegen der günstigen Absorptionseigenschaften in Bereichen höherer Röhrenspannungen für digitale Substraktionstechniken. Im allgemeinen werden die erfindungsgemäßen Mittel für die Anwendung als Röntgenkontrastmittel in Analogie zu z. B. Meglumin-Diatrizoat in Mengen von 0,1-5 mMol/kg, vorzugsweise 0,25-1 mMol/kg, dosiert.

Details der Anwendung von Röntgenkontrastmitteln werden z. B. in Barke, Röntgenkontrastmittel, G. Thieme, Leipzig (1970) und P. Thurn, E. Bücheler - "Einführung in die Röntgendiagnostik", G. Thieme, Stuttgart, New York (1977) diskutiert.

Insgesamt ist es gelungen, mit den makrobicyclischen Verbindungen der Formel I neue Komplexbildner, Metallkomplexe und Metallkomplexsalze zu synthetisieren, die neue Möglichkeiten in der diagnostischen und therapeutischen Medizin erschließen. Vor allem die Entwicklung neuartiger bildgebender Verfahren in der medizinischen Diagnostik läßt diese Entwicklung wünschenswert erscheinen.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes, ohne ihn darauf einzuschränken:

Ausführungsbeispiel 1 Herstellung eines erfindungsgemäßen Komplexbildners gemäß der allgemeinen Formel I mit R₁-R₆ jeweils -CH₂-COOH a) Herstellung des Makrobicyclus

Zu einer Lösung aus TREN (Tris(2-aminoethyl)amin) in trockenem Acetonitril wird bei Raumtemperatur unter Argonatmosphäre eine Suspension des Dialdehyds 5,5′-Diformyl-2,2′-bipyridin in Acetonitril getropft. Der erhaltene orangefarbige Niederschlag wird abfiltriert und aus Methanol zu farblosen Kristallen umkristallisiert.

b) Hydrierung zur Ausgangsverbindung II

Die unter a) hergestellte makrobicyclische sechsfache Schiffsche Base (21,6 g entsprechend 26 mMol) wird in 750 ml Methanol gelöst. Man erwärmt die Lösung auf 40°C und gibt unter Rühren vorsichtig festes NaBH₄ (21,5 g entsprechend 570 mMol) hinzu. Dabei beobachtet man eine starke Gasentwicklung. Nach Beendigung der Zugabe rührt man eine Stunde bei 40°C und filtriert anschließend. Das Methanol wird am Rotationsverdampfer im Vakuum entfernt. Zu dem Feststoff werden 133 ml Wasser und 860 ml Dichlormethan zugegeben. Die Mischung wird bis zur Auflösung des Feststoffs gerührt. Die wäßrige Phase wird verworfen, das Dichlormethan im Vakuum entfernt und der erhaltene farblose Feststoff im Hochvakuum getrocknet.
Ausbeute: 20 g (92%) farbloses Pulver

c) Umsetzung von II mit Esterverbindung III

II (20 g = 24 mMol) wird unter Erwärmen auf 80°C in einem Gemisch aus 49 ml Wasser und 400 ml Dioxan gelöst. Nach der Zugabe von LiOH (4,4 g = 186 mMol) läßt man auf 40°C abkühlen und tropft innerhalb von 30 min den Bromessigsäuretertiärbutylester (33,7 g Δ 173,7 mMol entsprechend 25,3 ml) zu. Es wird ca. 12 Stunden bei dieser Temperatur gerührt, dabei wird eine gelbliche Lösung mit suspendiertem weißem Feststoff erhalten. Das Lösungsmittel wird im Vakuum am Rotationsverdampfer bei ca. 40°C entfernt und der Rückstand mit einem Gemisch aus 160ml Wasser und 800 ml Dichlormethan extrahiert. Man filtriert und trennt die Phasen. Die wäßrige Phase wird verworfen, von der organischen Phase wird das Lösungsmittel im Vakuum mittels Rotationsverdampfer entfernt. Der schwachgelbliche glasige Feststoff wird danach 12 Stunden im Hochvakuum getrocknet.
Ausbeute: 21 g entsprechend 58%

d) Abspaltung der Hydroxyschutzgruppen

Anschließend wird die unter c) hergestellte Verbindung (16,7 g entsprechend 11 mMol) in 130 ml Trifluoressigsäure gelöst und die Mischung bei 25°C für 28 Stunden gerührt. Danach wird die Säure bei 40°C im Vakuum entfernt. Man versetzt 3 mal mit je 30 ml Wasser und entfernt das Wasser jedesmal bei 40°C im Vakuum. Der Rückstand wird in 130 ml Wasser gelöst und mit 3 mal 55 ml Toluol bei 70°C extrahiert. Die organische Phase wird verworfen und die wäßrige mit ca. 1 g Aktivkohle 1 Stunde bei 80°C gerührt. Anschließend wird filtriert, die Lösung bei 40°C im Vakuum am Rotationsverdampfer eingeengt und der Rückstand danach 12 Stunden im Hochvakuum getrocknet.

Die weitere Reinigung erfolgt über einen schwach basischen Ionenaustauscher (Reilex, Polyvinylpyridin). Dazu löst man das Rohprodukt in 60 ml Wasser und chromatographiert über eine 3,5 mal 6,5 cm Säule des Ionenaustauschers, von dem 10 g eingesetzt werden. Man eluiert so lange mit Wasser (ca. 0,5 l), bis die Lösung farblos abläuft bzw. bis ein Test mit Fe²⁺ nur noch schwach reagiert. Das Wasser wird im Vakuum am Rotationsverdampfer entfernt und der zurückbleibende glasige rote Feststoff 12 Stunden im Hochvakuum getrocknet. Anschließend wird er weitgehend zerkleinert und nochmals 36 Stunden bei 10^-6 mbar getrocknet.
Ausbeute an Verbindung I: ca 14 g entsprechend etwa 90%

e) NMR-spektroskopische Charakterisierung des im Schritt d) erhaltenen Komplexbildners I

Ausführungsbeispiel 2 Herstellung eines Metallkomplexes mit drei Gadoliniumionen

130 mg (entsprechend 1,1×10^-4 Mol) der Verbindung I aus Beispiel 1 werden in 15 ml Acetonitril/Methanollösung (1 : 2) mit 5 ml Trimethylorthoformiat unter Stickstoffatmosphäre unter Rückfluß 2 Stunden lang gekocht. 132,6 mg GdCl₃×H₂O werden in 15 ml Methanol mit 5 ml Trimethylorthoformiat in Stickstoffatmosphäre ebenfalls 2 Stunden unter Rückfluß gekocht. Die Gadoliniumsalzlösung wird unter Rühren zur Lösung von I getropft und 24 Stunden unter Rückfluß gekocht. Anschließend wird das Lösungsmittel im Vakuum entfernt.
Ausbeute: 150 mg

Ausführungsbeispiel 3 Herstellung eines Metallkomplexes mit Mn²⁺Gd³⁺Mn²⁺- Ionen

Der Gadoliniumkomplex von I wird analog zu Beispiel 2 hergestellt. Anschließend wird der Gadoliniumkomplex in 15 ml Wasser gelöst und unter Rühren auf 80°C erhitzt.

25,3 mg (entsprechend 2,2×10^-4 Mol) Mangancarbonat wird unter Rühren in 10 ml Wasser, gegebenenfalls unter Erhitzen, gelöst. Diese Lösung wird in der Hitze langsam zur Gadoliniumkomplexlösung getropft, anschließend 24 Stunden lang bei 80°C gerührt und danach gefriergetrocknet.
Ausbeute: 117 mg

Ausführungsbeispiel 4 Herstellung eines Metallkomplexes mit Cu²⁺Gd³⁺Cu²⁺- Ionen

Der in Beispiel 2 erhaltene Gadoliniumkomplex wird in Wasser aufgelöst und auf 80°C erhitzt, anschließend mit 35 mg Kupfersulfat, gelöst in 10 ml Wasser, versetzt, danach 24 Stunden lang bei 80°C gerührt. Die erhaltene Lösung wird über einen Ionenaustauscher gegeben. Die erhaltene wäßrige Lösung wird anschließend gefrierge­ trocknet, um den entsprechenden Heterometallkomplex zu erhalten.

Der so erhaltene Lanthanidenkomplex weist hohe magnetische Eigenschaften auf, die auf molekulare Ferromagnete hindeuten.

Ausführungsbeispiel 5 Herstellung eines Metallkomplexes mit Mn²⁺Fe³⁺Mn²⁺- Ionen

130 mg (entsprechend 1,1×10^-4 Mol) der Verbindung I aus Beispiel 1 werden in 15 ml Wasser unter Rühren gelöst und auf 80 °C erhitzt. Unter Rühren wird eine Eisen- III-Chloridlösung (1,1×10^-4 Mol) in 10 ml Wasser gelöst. Die erhaltene Lösung mit dunkelroter Farbe wird anschließend 12 Stunden bei 80°C gerührt. Danach werden 25,3 mg Mangancarbonat, gelöst in 10 ml Wasser, langsam der Eisenlösung zugesetzt. Die erhaltene Mischung wird weitere 24 Stunden lang bei 80°C gerührt und danach gefriergetrocknet.

Ausführungsbeispiel 6 Herstellung eines Metallkomplexes mit drei Eisenionen

In Analogie zu Beispiel 2 wird I mit 3 Eisenionen komplexiert.

Der Komplex weist die folgenden physikalischen Eigenschaften auf:
Löslichkeit in Wasser: <1 g/g
Suszeptibilität in Wasser: χ < 0, d. h. paramagnetisches Verhalten ist zu beobachten.

Ausführungsbeispiel 7 Herstellung einer pharmazeutischen Formulierung des Metallkomplexes aus Verbindung I mit drei Gadoliniumionen (I Gd₃) aus Beispiel 2 für die NMR- und Röntgendiagnostik

Es wird eine Formulierung folgender Zusammensetzung pro ml hergestellt:

I Gd₃|1 181,00 mg
I	2,36 mg
Trometamol	1,21 mg

pH-Wert mit HCl auf 7,2 eingestellt ad 1 ml mit Wasser p.i.

Die so erhaltene wäßrige Formulierung ist pharmazeutisch konventionell herstellbar und im Endbehältnis autoklavierbar.

Claims (12)

1. Makrobicyclische Verbindungen der allgemeinen Formel I in der
R¹-R⁶ den Rest -CH(R⁷)-CO₂Y darstellen, wobei
Y ein Wasserstoffatom und/oder ein Metallionenäquivalent eines Elements der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49 oder 57-83 bedeutet und
R⁷ ein Wasserstoffatom oder eine gegebenenfalls mit 1 bis 6 Hydroxygruppen substituierte, verzweigte oder unverzweigte C₁-C₃₀-Alkyl-, C₆-C₁₀-Aryl- oder C₇-C₃₀-Aralkylgruppe ist, wobei die Alkylgruppen gegebenenfalls durch 1 bis 10 Sauerstoffatome unterbrochen und/oder durch 1 bis 6 -CO₂R⁸-Gruppen substituiert sind, und
R⁸ Wasserstoff oder eine verzweigte oder unverzweigte C₁-C₄-Alkyl- oder C₇-C₁₀- Aralkylylgruppe bedeutet
sowie deren Salze mit anorganischen und/oder organischen Basen, Aminosäuren oder Aminosäureamiden.

2. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R⁷ eine C₁-C₂₀-Alkyl-, C₇-C₂₀-Aralkyl- oder C₆-C₁₀-Arylgruppe ist, die durch 1 bis 3 OH-Gruppen substituiert ist.

3. Verbindungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkylgruppen im Rest R⁷ durch 1 bis 5 Sauerstoffatome unterbrochen und/oder durch 1 bis 3 -CO₂R⁸-Gruppen substituiert sind.

4. Verbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R⁷ ein Wasserstoffatom ist.

5. Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Y für Wasserstoffatome steht.

6. Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Substituenten Y Metallionenäquivalente mindestens eines Elementes der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49 oder 57-83 oder eines Radionuklids eines Elementes der Ordnungszahlen 21, 26, 27, 29, 31, 32, 37- 39, 43, 47, 49, 62-64, 67, 70, 71, 75, 77, 79 und 83 bedeuten.

7. Verbindungen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß drei der Substituenten Y Metallionenäquivalente mindestens eines Elementes mit den Ordnungszahlen 21-29, 42-44 und 58-70 darstellen.

8. Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der Substituenten Y Äquivalente der Ionen Mn²⁺, Fe³⁺, Co³⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Pr³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Yb³⁺, Eu²⁺, Eu³⁺, Gd³⁺, Tb³⁺, Dy³⁺, Ho³⁺ oder deren Mischungen sind.

9. Verbindungen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei der Substituenten Y durch Äquivalente folgender Metallionen-Kombinationen ersetzt sind:
Cu²⁺ Fe³⁺ Cu²⁺ oder
Gd³⁺ Mn²⁺ Gd³⁺ oder
Fe³⁺ Mn²⁺ Fe³⁺ oder
Cu²⁺ Mn²⁺ Cu²⁺ oder
Gd³⁺ Fe³⁺ Gd³⁺.

10. Verfahren zur Herstellung von makrobicyclischen Verbindungen der allgemeinen Formel I, dadurch gekennzeichnet, daß man das makrobicyclische Polyamin der allgemeinen Formel II in Wasser oder in mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln oder deren Gemischen mit Wasser unter Erwärmen auf 30-90°C löst und nach Zugabe einer anorganischen und/oder organischen Base mit einer Esterverbindung der allgemeinen Formel IIIHal-CH(R⁷)-CO₂R⁹ (III)in der
R⁷ die o.g. Bedeutung hat, wobei im Rest R⁷ gegebenenfalls vorhandene Hydroxygruppen gegebenenfalls geschützt sind,
R⁹ eine Hydroxyschutzgruppe darstellt und
Hal Cl, Br oder J ist,
umsetzt, anschließend die Hydroxyschutzgruppen abspaltet und so Komplexbildner (Y=H) erhält, dies gewünschtenfalls zur Herstellung von Metallkomplexen mit mindestens einem Metalloxid oder Metallsalz eines Elementes der Ordnungszahlen 20-29, 31, 32, 37-39, 42-44, 47, 49 oder 57-83 umsetzt und anschließend - falls gewünscht - vorhandene acide Wasserstoffatome durch Kationen anorganischer und/oder organischer Basen, Aminosäuren oder Aminosäureamide substituiert.

11. Verwendung von mindestens einer physiologisch verträglichen Verbindung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 in der NMR-, Röntgen- oder Radio-Diagnostik, in der Radioimmuno-, Strahlen- oder Neutronen­ einfangtherapie.

12. Verwendung gemäß Anspruch 11 als in-vivo- Kontrastmittel für die NMR- oder Röntgendiagnostik.