DE3406834C2 - Verwendung von Perfluorbromalkylethern als Röntgenkontrastmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Perfluor­ bromalkylethern als Röntgenkontrastmittel, insbeson­ dere als Röntgenkontrastmittel zur Röntgenuntersuchung von Tieren und Menschen. Röntgenkontrastmittel sind beispielsweise verwendbar, um koronare und arterielle Verschlußkrankheiten, Schlaganfälle und andere Ver­ schlußkrankheiten festzustellen und quantitativ zu erfassen.

Die Verwendung von bromierten Kohlenwasserstoffen, wie Perfluoroctylbromid als Röntgenkontrastmittel wurde bereits von D.M. Long et al in dem Artikel "Radiopaque Applications of Brominated Fluorocarbon Compounds in Experimental Animals and Human Subjects" in "Biochemistry Involving Carbon-Fluorine Bonds", Robert Filler, ACS Symposium Series Nr. 28, 1976, S. 171 bis 189, beschrie­ ben.

Ferner beschreibt die US-Patentschrift 3 975 512 die Verwendung von acyclischen Perfluorbromalkanen als Röntgenkontrastmittel.

In den US-Patentschriften 3 778 381 und 3 453 333 werden darüber hinaus Perfluorhalogenalkylether beschrieben, die den erfindungsgemäß verwendeten Etherverbindungen ähnlich sind.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß eine spezielle Gruppe von Perfluorbromalkylethern der Formel

C_mF_2m+1OC_nF_2nBr(I),

in der m und n gleich oder verschieden sind und für ganze Zahlen von 2 bis 6 stehen, besonders ausgezeichnetes Verhalten als Röntgenkontrastmittel zeigen. Die Ether sind beständig gegenüber der Einwirkung von Licht und Wärme und undurchlässig für Röntgenstrahlen. Die Ether können für sich oder in Form von wäßrigen Dispersionen eingesetzt werden. Sie sind relativ untoxisch und werden, wie an der Maus gezeigt wurde, mit guter Geschwin­ digkeit ausgeschieden. Ein besonders bevorzugtes Beispiel dafür ist Perfluor-1-brombutylisopropylether. Im allgemeinen werden perfluorierte Verbindungen, die eine Etherbindung aufweisen, während sehr langer Dauer in dem reticuloendothelialen System (RES) von Tieren zurückgehalten. Überraschenderweise hat sich jedoch ge­ zeigt, daß die erfindungsgemäß verwendeten Perfluor­ bromalkylether rasch durch die Lunge ausgeschieden wer­ den und daß sie nicht, wie andere Ether, während langer Dauer in den Geweben zurückgehalten werden.

Die erfindungsgemäß verwendeten Perfluorbromalkylether werden durch die bereits vorstehend angegebene allgemeine Formel (I) dargestellt, in der n und m unabhängig vonein­ ander für ganze Zahlen von 2 bis 6 stehen. Die Ether können somit 4 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten und gerade­ kettige oder verzweigte fluorierte Alkylgruppen aufweisen.

Diese Ether sind RES-phob, d. h. sie werden nicht in dem reticoendothelialen System des Körpers zurückgehalten. Zu spezifischen Beispielen für erfindungsgemäß verwen­ dete Ether der Formel I gehören:
F-1-Bromethylethylether,
F-1-Bromethylisopropylether,
F-1-Brompropylisopropylether,
F-1-Brombutylisopropylether,
F-1-Brombutylethylether,
F-1-Brombutylpentylether,
F-1-Bromhexylisopropylether.

Im allgemeinen können die erfindungsgemäß verwendeten Ether aus den entsprechenden Iodiden als Vorläuferver­ bindung hergestellt werden. So läßt sich beispielsweise Perfluor-1-brombutylisopropylether in einfacher Weise aus Perfluor-1-iodbutylisopropylether durch Halogen­ austausch mit Brom in Form einer radikalischen Reaktion unter der Einwirkung von aktinischem Licht (Ultraviolett­ licht) wie folgt herstellen:

Die vorstehende Reaktion führt zu einer im wesentlichen quantitativen Umwandlung des Iodids zu dem gewünschten Bromid. Die Herstellung von verschiedenen als Vorläufer geeigneten Iodidethern und andere Verfahren zu ihrer Umwandlung in die entsprechenden Bromide ist beispiels­ weise in den USA-Patenten 3 453 333, 3 470 256 und 3 547 861 und in dem Artikel "Formation of Fluorinated Ethers in a Modified Halohydrin Reaction" in Journal of Organic Chemistry, Vol. 33, Nr. 5, Mai 1968, S. 1839 bis 1844 beschrieben. Die Verwendung von (CF₃)₂CFOC₄F₈I zur Herstellung von anderen Ethern ist in den US-Patentschrif­ ten 3 790 607, 3 781 370 und 3 637 868 beschrieben.

Die erfindungsgemäß verwendeten Ether variieren etwas im Hinblick auf ihre Undurchlässigkeit gegenüber Strahlung; daher zeigen Ether mit einem größeren Gewichtsverhält­ nis von Brom zu Kohlenstoff einen höheren Kontrast. Die Ether mit höherem Bromgehalt, die eine geringere Anzahl an Kohlenstoffatomen aufweisen, sind darüber hinaus leichter zu synthetisieren. Andererseits haben Ether mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt, wie Perfluor-1-bromethylisopropylether (CF₃)₂CFOC₂F₄Br, auch einen höheren Dampfdruck und werden daher rascher durch Trans­ piration ausgeschieden. Die Wahl eines Ethers zur Ver­ wendung für eine spezielle Röntgenkontrast-Anwendung hängt daher davon ab, wieviel Kontrast erforderlich ist, wie schnell der Ether den Körper verlassen soll und natürlich wie toxisch der Ether gegenüber Tieren bzw. Menschen ist. Was die Toxizität betrifft, so kann eine gewisse Toxizität vom tierischen oder menschlichen Körper toleriert werden. Wenn daher auch ein nicht toxisches Material bevorzugt wird, kann ein niederer Toxizitätsgrad in Abhängigkeit von der Art des Tieres, dem Gesundheitszustand und anderen pharmakologischen Gesichtspunkten akzeptierbar sein.

Da die Perfluorbromalkylether darüber hinaus gute Sauerstoff- und Kohlendioxid-Träger sind, können sie auch als Blutersatzmittel dienen, wenn sie in geeigneter Weise in einem wäßrigen Medium dispergiert oder emul­ giert werden, oder können gemeinsam mit anderen Per­ fluorkohlenstoffen als Blutersatzmittel in der Weise verabreicht werden, wie sie in den US-Patentschriften 3 911 138 und 4 105 798 und der allgemeinen Literatur über Blutersatzmittel beschrieben ist. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäß eingesetzten Ether in hohem Maß mit Blutersatzmitteln auf Perfluorkohlenstoffbasis (wie sie in den vorstehend erwähnten Patentschriften beschrieben sind) mischbar oder gute Lösungsmittel für diese. Sie können daher auch als Verdünnungsmittel für andere Blutersatzmittel auf Perfluorkohlenstoffbasis oder als Lösungsmittel für Perfluorkohlenstoff-Blutersatz­ mittel dienen, die normalerweise fest sind.

Die Ether können als solche oder im Gemisch mit Wasser in Form von wäßrigen Dispersionen oder Emulsionen eingesetzt werden. Dabei können wäßrige Emulsionen des Öl-in-Wasser-Typs oder des Wasser-in-Öl-Typs angewen­ det werden. Je größer die Menge des darin enthaltenen Perfluorbromalkylethers ist, umso stärker ist die Undurchlässigkeit und damit der Kontrast. Die Emulsionen können bis 90 Vol-% Wasser, vorzugsweise 50 bis 90 Vol-% Wasser enthalten und der Anteil der Perfluorbromalkylether kann 5 Vol-% bis etwa 95 Vol-% der Emulsion, vorzugsweise etwa 5 bis 20 Vol-% der Emulsion, ausmachen. Es können auch Gemische aus verschiedenen Ethern angewendet werden. Normaler­ weise enthält die Emulsion 0,5 bis 10 Gew.-%, vor­ zugsweise 1 bis 5 Gew.-% eines Emulgators, bezogen auf den Wassergehalt der Emulsion. Der verwendete spezifische Emulgator ist nicht kritisch, er sollte jedoch selbst nicht toxisch sein oder eine tolerierbare Toxizität zeigen und er sollte zur Bildung einer relativ stabilen Emulsion führen. Zu bevorzugten Emulgatoren gehören nicht ionische Emulgatoren, wie Eigelb-Phospholipid, ein oberflächenaktives Mittel, das bekanntlich harmlos für den menschlichen Körper ist. Außerdem geeignet sind Polyoxyethylene, Polyoxypropylene und deren Copolymere, wie sie unter dem Warenzeichen "Pluronic®" im Handel erhältlich sind, und die fluorierten oberflächenaktiven Mittel, die in den US-Patentschriften 3 828 085 und 3 547 995 beschrieben sind.

Die erfindungsgemäß als Kontrastmittel eingesetzten Perfluorbromalkylether können für zahlreiche Anwendungs­ zwecke der Röntgendarstellung für medizinische und veterinär-medizinische diagnostische Zwecke angewendet werden. Zu solchen Gebieten der Radiographie gehören beispielsweise die Gastroenterographie, Alveolographie, Bronchographie, Lymphographie, Ventriculomyelographie, Splenographie, Cholezystographie, Pancreatographie, die renale Angiographie (Vasographie der Niere) und die retrograde Urographie. Insbesondere für die Vasographie der Niere sind die erfindungsgemäß eingesetzten bromierten Perfluorether, wenn sie beispielsweise als Emulsionen angewendet werden, insofern einzigartig, als sie nicht in den Urin ausgeschieden werden. Darüber hinaus zeichnen sich alle Arterien, Arteriolen, Venülen und Venen der Niere sehr klar ab. Wird andererseits diese Röntgendarstellung mit Hilfe eines konventionellen iodierten wasserlöslichen Kontrastmittels durchgeführt, so erscheint eine kräftige schwarze nierenförmige Silhouette, weil das Mittel so rasch ausgeschieden wird. Im Fall der Lymphgefäßdarstellung (Lymphangiographie) führen die bekannten wasserlöslichen Kontrastmittel aufgrund ihrer sirupartigen Konsistenz zu Schwierigkeiten, weil es sehr schwierig ist, zu ihrer Verabreichung eine sehr dünne Nadel der Nummer 30 (30 Gauge) anzuwenden. Die erfindungsgemäß verwendeten Perfluorbromalkylether-Kontrastmittel lassen sich daher sehr leicht durch eine solche Nadel verabreichen und erleichtern daher das Diagnose­ verfahren.

Wenn der Ether für sich oder in Form einer wäßrigen Dispersion als Röntgenkontrastmittel verwendet wird, kann er mit Hilfe verschiedener Methoden in den tierischen oder menschlichen Körper eingebracht werden. Zu geeigneten Methoden gehören die orale Verabreichung, die Injektion und die Verabreichung durch Katheder. Die verwendete Menge schwankt im wesentlichen in Abhängig­ keit von dem Gewicht des Patienten und der speziellen Körperregion, die geröntgt werden soll. Die Intensität (oder Menge) der Röntgenstrahlung kann außerdem die Menge des zu verwendenden Ethers beeinflussen. Die vor­ stehend angegebenen Faktoren werden jedoch von dem Fach­ mann routinemäßig berücksichtigt, um die wirksame Menge für die jeweilige Röntgenuntersuchung zu bestimmen.

Der eingesetzte Ether oder die Etherdispersion sollten isotonisch gemacht oder in anderer Weise physiologisch verträglich mit dem Blut gemacht werden, bevor sie in den Blutstrom eingeführt werden. Dies kann durch Zugabe von Salzen (beispielsweise als Ringer′sche Lösung), Puffermitteln (wie NaHCO₃) oder anderen Zusätzen, die üblichereise für diesen Zweck angewendet werden, erfol­ gen.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher anhand eines Beispiels erläutert, ohne daß sie auf dieses beschränkt sein soll.

Beispiel

Perfluor-1-brombutylisopropylether (CF₃)₂CFOC₄F₈Br wird in 85%iger Ausbeute durch Umsetzung von Brom mit (CF₃)₂CFOC₄F₈T unter Bestrahlung mit Ultraviolettlicht hergestellt. Das Produkt wird durch Destillation mit Hilfe einer Perkin-Elmer-Ringkolonne und durch präparative Gaschromatographie gereinigt und durch Massenspektrometrie und Infrarotspektroskopie identifiziert. Der Ether hat einen Siedepunkt von 113 bis 115°C bei 1 bar und eine Dichte von 1,861 g/cm³ bei 24°C. Molekulargewicht: 446 (berechnet und gefunden).

Der Ether hat einen Wert der LD₅₀ von mehr als 100 ml/kg in Form einer Emulsion, die 10 Vol-% des Ethers und 90 Vol-% einer 5 gew.-%igen Lösung des oberflächen­ aktiven Mittels Pluronic® F68 in Wasser enthält und ist somit relativ untoxisch. Das oberflächenaktive Mittel Pluronic® F68 ist ein Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Copolymeres mit einem Molekulargewicht von etwa 8200. Die Grenzwerte der Toxizitätsdaten sind wie folgt:

Tabelle 1

Um die Stabilität der Emulsion zu bestimmen, wird die vorstehend beschriebene Emulsion des Ethers, die unter Ultraschalleinwirkung hergestellt worden war, in einem fest verschlossenen Rohr aus Pyrex®-Glas bei 2°C in einem Kühlschrank aufbewahrt. Die Emulsionsstabilität wird durch Messung der optischen Dichte vor Beginn des Aufbewahrens und nach einigen Tagen der Aufbewahrung der Proben mit Hilfe einer Vorrichtung Spectronic 20 und einer geeigneten Zelle bestimmt. Ein Vergleich mit Emulsionen, die anstelle des Ethers Perfluordecalin oder Perfluortributylamin enthalten, zeigt an, daß die Emulsion des Ethers geeignete Stabilität besitzt.

Die Ausscheidung wird gemessen, indem einer Maus die vorstehend beschriebene zu prüfende Emulsion durch Injektion verabreicht wird und die Maus in eine aus Glas bestehende Zelle gesetzt wird, durch die Sauerstoff in einer Rate von etwa 20 ml pro Minute geleitet wird. Nach 20 Minuten werden Sauerstoffproben mit Hilfe einer Mikro-Injektionsspritze entnommen und durch Gaschromato­ graphie unter Anwendung einer SE-30-Kolonne und eines Elektronen-Einfang-Detektors analysiert. Durch Kalibrieren des Detektors mit einem aus der Perfluor­ verbindung der Emulsion zubereiteten Standard kann die Rate, in der die Perfluorverbindung durch die Haut und Lunge der gesunden und wachen Maus transpiriert wird, errechnet werden. Nachdem die der Maus verabreich­ te Menge und die Rate, in der die Verbindung im Verlauf der Zeit ausgeschieden wird, bekannt ist, kann der Zeitpunkt errechnet werden, zu dem die gesamte Perfluor­ verbindung ausgeschieden ist. Werden die Ergebnisse des vorstehend beschriebenen Verfahrens als Raten (µg/min) angegeben, in denen die Perfluorverbindung von der Maus nach Ablauf von 5, 10, 20, 30 und 40 Wochen ausgeschieden wurde, und mit sonst gleichen Emulsionen, die lediglich andersartige Perfluorverbindungen enthalten (Perfluordecalin und Perfluoroctylbromid) verglichen, so zeigt dieser Vergleich an, daß Perfluor-1-brombutylisopropylether den Körper in praktisch der gleichen Rate verläßt wie Perfluordecalin, das für seine rasche Ausscheidung bekannt ist. Die er­ findungsgemäß verwendete Verbindung zeigt daher eine erwünschte Ausscheidungsrate.

Außerdem wurde die Anreicherung von Perfluor-1-brom­ butylisopropylether in der Leber und Milz von Mäusen, welche eine Infusion der vorstehend beschriebenen Etheremulsion erhalten hatten, durch direkte Verbrennung von Leber- und Milz-Homogenisat durch Natriumdiphenyl und anschließende Fluoridionenbestimmung mit Hilfe einer Elektrode bestimmt. Bei einer Infusionsdosis von 100 ml/kg werden folgende Ergebnisse erzielt:

Tabelle 2

Analyse durch Naßverbrennung von Leber und Milz

Die Daten zeigen, daß der Ether zunächst in die Leber und Milz übergeht und danach rasch ausgeschieden wird.

In anderen Versuchen werden Gewebeproben von Mäusen entnommen, denen intravenöse Dosen der vorstehend be­ schriebenen Emulsion, welche den Perfluor-1-brombutyl­ isopropylether enthielt, verabreicht wurden. Die Dosen der Emulsion betrugen 100, 75 bzw. 50 cm³/kg. Die Mäuse wurden 7, 13 bzw. 24 Tage nach der Verabreichung getötet und Proben von Leber, Milz und Niere wurden entfernt, fixiert und untersucht. Außerdem wurde eine Probe der Milz aus einer Maus 330 Tage nach der Infusion entnommen. Von einigen dieser Gewebe wurden Schnitte angefertigt und geprüft. Während des Zeitraums, in welchem der Ether in großen Mengen vorhanden ist, zeigt die mikroskopische Prüfung keine oder nur eine geringfügige Mitose von Hepatozyten, es ist jedoch eine gewisse Hypertrophie der Nuklei bzw. Kerne ersichtlich. Zweikernige Zellen werden beobachtet und in einem Fall sind sogar 53% zweikernig. Weniger als 1% des Zytoplasma der Hepato­ zyten ist durch den Perfluorbromalkylether belegt. Eine gewisse Infiltration von mononuklearen Zellen wird beob­ achtet und blastartige Zellen sowie Fluorkohlenstoff­ teilchen finden sich im Interstitium. Die Reemulgierung der größeren Fluorkohlenstoffteilchen zu kleineren Teilchen, die normalerweise der Ausscheidung vorangeht, ist fast vollständig fortgeschritten. Zwei Wochen nach der Infusion hat die Leber wieder den normalen Zustand erreicht, mit der Ausnahme, daß einige die Perfluorbrom­ verbindung enthaltende Phagozyten gefunden werden und daß die Kerne der Hepatozyten etwas vergrößert, jedoch sonst normal sind.

Eine Substanzprobe des Perfluor-1-brombutylisopropyl­ ethers wird durch einen Kunststoffschlauch mit abgerun­ detem Ende in die Luftröhre einer anästhesierten Ratte eingeleitet. Dann werden Röntgen-Serienaufnahmen angefertigt, die zeigen, daß der Ether ein gutes Kontrast­ mittel darstellt. In ähnlicher Weise wird die vorstehend beschriebene Emulsion des Ethers intravenös einer Maus verabreicht. Zwei Tage später werden Röntgenaufnahmen (50 KVA) angefertigt. Die Röntgenaufnahmen zeigen die Leber und Milz deutlich, was anzeigt, daß der Ether in dem reticoloendothelialen System abgelagert wird. Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die erfindungs­ gemäße Verwendung der genannten Ether als Röntgenkontrast­ mittel äußerst wirksam ist.

Claims (4)

1. Verwendung eines oder mehrerer Perfluorbromalkylether(s) der Formel C_mF_2m+1OC_nF_2nBr,in der m und n gleich oder verschieden sind und für ganze Zahlen von 2 bis 6 stehen, als Röntgenkontrastmittel.

2. Verwendung von Perfluor-1-brombutyl-isopropylether für die Zwecke gemäß Anspruch 1.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der (die) Perfluorbromalkylether in Form einer wäßrigen Dispersion eingesetzt wird (werden), die 50 bis 90 Vol.-% Wasser, 0,5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Wassergehalt, eines Dispergiermittels und 5 bis 20 Vol.-% des Perfluorbromalkylethers enthält.

4. Verwendung gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3 als Röntgenkontrastmittel zur Anwendung in der Lunge.