DE3650572T2

DE3650572T2 - Kontrastmittel zur darstellung des leber-gallensystems mittels nmr-kontrastmittel

Info

Publication number: DE3650572T2
Application number: DE3650572T
Authority: DE
Inventors: Thomas Brady; Randall Lauffer
Original assignee: General Hospital Corp
Current assignee: General Hospital Corp
Priority date: 1985-05-08
Filing date: 1986-05-08
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2006-05-09
Also published as: DE3650572D1; EP0222886A1; NL300177I2; DE122005000008I1; DE122005000008I2; SG43886A1; US4899755A; ATE143241T1; EP0222886B1; EP0722739A1; EP0222886B2; DE3650572T3; CA1264663A; WO1986006605A1; JP2002220348A; HK1000311A1; JPH10152447A; NL300177I1; JPH0819005B2; JPS62503034A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft diagnostische NMR-Abbildung.
NMR-Abbildung ist in der medizinischen Diagnose seit einer Zahl von Jahren verwendet worden. Die Verwendung von Kontrastmitteln, um ihren diagnostischen Nutzen zu vergrößern, ist aber erst kürzlich aufgetaucht. Zum Beispiel beschreiben Gries et al., Deutsches Patent DE 3,129,906 NMR-Kontrastmittel, die aus einem mit einem Chelatisierungsmittel und einer Base oder Säure komplexierten paramagnetischen Ion bestehen, z.B. das mit EDTA chelatisierte Di-N-methylglucosaminsalz von Mangan.
In J. Comput. Assist. Tomogr. 9(3), 431-438 und WO-A-8 602 005, die beide Dokumente gemäß Artikel 54(3) EPC sind, sind Kontrastmittel zur NMR-Abbildung der Leber oder des Gallenganges beschrieben, wie Fe (EHPG) und verschiedene paramagnetische DTPA-Diesrverbindungen, die zur MRI-Abbildung verwendet werden können.
EP-A-0 165 728, das ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPC ist, betrifft NMR- Kontrastmittel zur Abbildung des Leber-Gallensystems, die Anilidderivate enthalten. Alle in diesem Dokument aufgezählten Komplexe haben mehrere Liganden oder niedrige Bildungskonstanten oder beides.
WO-A-8 602 841, das ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPC ist, beschreibt Homologe paramagnetischer DTPA-Diamidverbindungen, die zur magnetischen Resonanzabbildung des Leber-Gallensystems geeignet sind.
In AU-B-8 633 082 werden paramagnetische Chelatkomplexe als NMR-Kontrastmittel beschrieben, die zur besseren Abgrenzung oder Lokalisierung von Schädigungen der Bauchspeicheldrüse und Leber und auch von Tumoren und Blutungen im Koplbereich nützlich sind. In Beispiel 13 wird der Mangankomplex N,N,N'-Triscarboxymethyl-N'- benzylethylendiamin-Mn²&spplus; offenbart.
EP-B-0 133 603 offenbart MR-Kontrastmittel, die selektiv an ein Organ von Interesse, wie den Gallentrakt, binden können.
In FEBS Letters 168(1) (1984), 70-74 werden paramagnetische Metalloporphyrine offenbart, die offensichffich die Relaaationsrate (1/T&sub1;) von Wasser erhöhen. Es gibt keine Offenbarung der Ausfühung irgendeiner Abbildung.
In DE 34 01 052 wird die Verwendung von in Liposomen eingelagerten Konjugaten oder chelaten als Leberkontrastmittel vorgeschlagen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liefert die Verwendung eines Komplexes, der aus einem paramagnetischen Ion und einem einzigen mehrzähnigen organischen Chelatliganden besteht, zur Herstellung eines NMR-Kontrastmittels zur Abbildung des Leber-Gallensystems zur Verkürrung der NMR-Relaxationszeiten von Wasserprotonen, die mit einem biologischen Gewebe in Kontakt sind. Das Kontrastmittel ist fähig, nicht-kovalent und nicht-immunologisch an eine Komponente des Gewebes zu binden, und als Ergebnis dieser Bindung ist es zur Erhöhung der Relaxivität (d.h. Verkürzung der NMR-Relaxationszeiten T&sub1; oder T&sub2;) der Wasserprotonen um einen Faktor von mindestens 2 im Vergleich zur in solchen Wasserprotonen durch die paramagnetische Substanz allein frei in Lösung induzierte Relaxivität fähig; und den Patienten einer NMR-Abbildung zu unterziehen.
So betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Komplexes, der aus einem paramagnetischen Ion und einem einzigen mehrähnigen organischen Chelatliganden besteht, bei der Herstellung eines NMR-Kontrastmittels zur Abbildung des Leber- Gallensystems zur Verkürzung der NMR-Relaxationszeiten (T&sub1; oder T&sub2;) von Wasserprotonen in Kontakt mit Lebergewebe während der NMR-Abbildung eines menschlichen Patienten, wobei der Komplex gekennzeichnet ist durch

(1) eine Bildungskonstante von mindestens 10¹&sup0; M&supmin;¹;

(2) mindestens einen Arylring

mit der Maßgabe, daß der Chelatligand nicht 1,2-Diphenylethylendiamintetraessigsäure ist, wenn das paramagnetische Ion Gadolinium (III) ist. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung solch eines Komplexes bei der Herstellung eines Doppel-NMR-Kontrastmittels zur Abbildung des Gefäß- und des Leber-Gallensystems.
Das Kontrastmittel hat vorzugsweise eine spezifische Annnität zu dem biologischen Gewebe, in dem die Bindung stattfindet. (Wie hier verwendet, meint "spezifische Afnnität" die Fähigkeit, von einem besimmten Gewebe oder einer Gewebekomponente zu einem deutlich höheren Grad als von anderem Gewebe oder Gewebekomponenten aufgenommen, zurückgehalten oder gebunden zu werden; Mittel, die diese Eigenschaft haben, nennt man "gezielt" auf das "Ziel"-Gewebe oder die -Komponente.)
Die Komponenten, an die die Mittel dieser Erfindung binden, sind im allgemeinen bestimte chemische Klassen, z.B. Proteine, Lipide oder Polysaccharide. Es ist gefimden worden, das die feste Bindung der Mittel an diese Komponenten durch den Metallkomplex ein Anwachsen (mindestens um den Faktor 2) der Iongitudinalen (1/T&sub1;) und trasversalen (1/T&sub2;) Relaxivität von Wasserprotonen verursacht. Die Relaxivitatssteigerung ist offensichtlich zum großen Teil auf eine Anderung der effektiven Korrelationszeit der Elektron-Kern-Wechselwirkung zurückzuführen, wie in Lauffer et al., Magn. Res. Imaging 3 (1985), 11 beschrieben ist.
In den Mitteln der Erfindung ist das toxische paramagnetische Ion (z.B. Gadolinium) stark durch ein Chelatisierungsmittel komplexiert, um die Toxizität herabzusetzen; es ist gefunden worden, daß solche Mittel trotz der relativ geringeren Zugänglichkeit des paramagnetischen Ions für die umgebenden Wasserprotonen T&sub1; und T&sub2; effektiv reduzieren können (nachstehend diskutiert).
Beispiele für Klassen von chelatisierenden Substanzen der Erfindung sind Porphyrine, Kryptatverbindungen und Bis-, Tris- oder Tetra-brenzkatechinverbindungen.
Die Kontrastmittel der Erfindung, die fest an Proteine binden, werden auch von menschlichen Hepatozyten im Vergleich zu retikuloendothelialen Zellen spezifisch aufgenommen, und weil Hepatozyten den Großteil der Leber ausmachen, liefern sie eine bessere NMR-Abbildung der Leber. Die Mittel erlauben so die Sichtbarmachung von Leberkazinomen oder metastatischen Tumoren der Leber, deren Zellen die Mittel mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit aufuehmen oder das Mittel eine unterschiedliche Zeit lang zurückhalten als normal funktionierende Hepatozyten. Die Erfindung erlaubt außerdem die Verwendung der NMR-Abbildung zur Beobachtung der Leberfunktion, wie durch Aufnahme- oder Retentionsraten der Kontrastmittel der Erfindung dargelegt wird.
Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und aus den Ansprüchen ersichtlich.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Eigen von Kontrastmitteln

Viele Mittel der Erfindung werden Nutzen in einer großen Zahl von Anwendungen haben, weil die chemischen Anforderungen fur feste Bindung an viele Komponenten dieselben sind und auch weil in emigen Fällen dieselben Eigenschaften, die eine feste Bindung bewirken, auch die Gewebespezifität beeinflussen. Zum Beispiel bewirken die Eigenschaften von Mitteln, die selektive Aufnahme durch Hepatozyten verglichen mit retikuloendothelialen Zellen verursachen, auch die feste Bindung der Mittel an Proteine, z.B. intrazelluläre Proteine von Hepatozyten.
Die bevorzugten NMR-Kontrastmittel der Erfindung besitzen eine Anaahl von physikalschen/chemischen Eigenschaften in Bezug aufihren Nutzen in diagnostischen Anwendungen, die nachfolgend diskutiert werden.
Mittel, die gezielt sind, um den nötigen NMR-Kontrast für die Abbildung zu liefern, müssen die Protonen-NMR-Relaxationszeit in der Zielkomponente ändern. Deshalb müssen die Mittel Eigenschaften haben, die bewirken, daß sie selektiv vom Ziel aufgenommen oder an es gebunden werden. Dies wird entweder durch eine höhere Aufnahmerate des Kontrastmittels durch das Ziel oder durch ein unterschiedliches Retentionsprofil zwischen Ziel- und Nicht-Zielgeweben erreicht. Der NMR-Kontrast wffd durch die Änderung, durch den paramagnetischen Teil des Mittels, von T&sub1; (longitudinale Relaxationszeit) oder T&sub2; (transversale Relaxationszeit) der Wasserprotonen im Ziel erreicht.
Wie vorstehend erwähnt, handelt es sich bei einer Gewebekomponente, an die die Mittel der Erfindung binden können, um Proteine. Diese können intrazelluläre Proteine, z.B. Proteine wie Ligandin (auch als Y-Protein oder Glutathion-S-Transferase (EC 2.5.1.18) bekannt) und Protein A (auch als Z-Protein oder Fettsäurebindungsprotein bekannt) im Inneren von Hepatozyten sein (J. Clin. Invest. 48 (1969), 2157-2167). Wo die Mittel auf bestimmte Zellen, wie Hepatozyten, gezielt sind, sind es im allgemeinen die Zellen und nicht die intrazellulären Proteine selber, auf die die Mittel als Ergebnis der Eigenschaften der Mittel gezielt sind, wobei diese Eigenschaften wiederum eine feste Bindung an die intrazellulären Proteine jener Zellen bewirken.
Mittel, die Protein-bindende Eigenschaften haben, können nicht nur an intrazelluläre Proteine, sondern auch an Serumproteine, wie menschliches Serumalbumin (HSA) binden. Diese Bindung fuhrt zu einer selektiven Verstärkung von Gefäßstrukturenen oder -mustern auf NMR-Abbildungen, die die Diagnose von z.B. durch Schlaganfälle und Gehirntumore verursachten Blut/Hirnschranken-Unterbrechungen erlauben und außerdem eine Flußabbildung des Blutes erlauben. Zum Beispiel können einige Mittel in vivo sowohl an HSA als auch an Ligandin binden, und stellen deshalb Doppelmittel zur Abbildung des Gefäß- und des Leber-Gallensystems dar.
Ein weiteres wichtiges Protein, das durch die Protein-bindenden Mittel fest gebunden wird, ist das unreife, wenig vernetzte Kollagen in Tumoren. Dieses Kollagen kann durch NMR-Kontrastmittel fest gebunden werden, die ein paramagnetisches Metallion umfassen, das mit einem Porphyrin komplexiert ist. Wenn diese Proteine gebunden werden, spielt das Mittel die Doppefrolle des Tumorzielens und der Relaxivitätserhöhung.
Proteinbindung ist durch Einfügen von hydrophoben Gruppen in das Mittel und Versehen des Mittels mit der geeigneten Nettoladung möglich.
Die Bindung wird gefördert, wenn sowohl das Kontrastmittel als auch das Protein einen oder mehrere hydrophobe Bereiche enthalten; das Kontrastmittel bindet durch Van der Waals-Wechselwirkungen zwischen den hydrophoben Bereichen nicht-kovalent an das Protein und verstärt so die Bindung.
Wo das Ziel ein Protein ist, verstärkt Lipophilie die Bindung der Kontrastmittel an das Protein. Lipophilie entsteht durch eine unpolare Struktur, das Vorhandensein von mindestens einer Arylgruppe (z.B. ein substituierter oder unsubstituierter Phenylring), mindestens einem Halogenatom und/oder hydrophoben Alkyfresten. Für die Lipophilie ist es außerdem wünschenswert, daß das Kontrastmittel keine übermäßige Ladung trägt, d.h. mit absolutem Wert größer als 4 bei physiologischem pH-Wert.
Lipophilie wird durch den Octanol:Wasser-Koeffizienten ausgedrückt, der durch Zugabe einer geringen Menge (0,1 mM) des radioaktiv markierten Kontrastmittels in gleiche Volumina von Octanol und Tris-Puffer (50 mM, pH 7,4) bestimmt wird. Der Koeffizient der Mittel der Erfindung beträgt vorzugsweise mindestens 0,005 und stärker bevorzugt mindestens 0,01.
Ein weiterer Index, der sich auf die Lipophilie bezieht, ist der der Protein-Bindung. Die Bindungskapazität kann als der Prozentanteil des an 4,5% menschliches Serumalbumin (HSA) gebundenen Mittels bei einer Konzentration von 0,2 mM des Mittels, durch Gleichgewichtsdialyse bestimint werden. Bei auf Proteine gezielten Mitteln binden vorzugsweise mindestens 15% und stärker bevorzugt mindestens 50% des Mittels an HSA.

Elektrostatische Wechselwirkungen

Die Bindung kann weiter verstärkt werden, wenn elektrostatische Wechselwirkungen zwischen dem Kontrasmittel und dem Protein möglich sind. Deshalb sollte, wenn das Protein bekanntermaßen positiv geladene Bindungsstellen hat (z.B. menschliches Serurnalbumin) oder wenn das Protein bekanntermaßen die höchste Affinität zu anionischen Liganden besitzt (z.B. Mbumin, Ligandin oder Protein A), die Nettoladung auf dem Mittel negativ sein, vorzugsweise -1 bis -4. Direkte elektrostatische Wechselwirkungen mit positiv geladenen Resten können ebenfiills gefördert werden, wenn das Mittel zusätzliche negativ geladene Gruppen besitzt (z.B. Sulfonat oder Carboxylat), die in Lösung nicht an das Metallion koordiniert sind.
In einer anderen Ausfllhningsform sollte das Mittel eine positive Gesamdadung haben, wenn die Bindungsstellen bekanntermaßen anionischen Charakter besitzen.

Molekulargewicht

Die Mittel haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von mindestens 250 und stärker bevorzugt von über 300.

Löslichkeit

Um die Verabreichung und Aufnahme zu vereinfachen, sollten die Mittel eine gute Wasserlöslichkeit besitzen und sollten vorzugsweise in einer Konzentration von mindestens 1,0 mM in einnormaler Kochsalzlösung bei 20ºC löslich sein.

Relaxivität

Die Kontrastmittel der Erfindung müssen, wie vorstehend erwähnt, entweder T&sub1; oder T&sub2; oder beide erniedrigen. Die Fähigkeit, dies zu erreichen, wird "Relaxivität" genannt.
Die Relaxivität ist optimal, wenn das paramagnetische Ion, wenn es an den Chelafuganden gebunden ist, immer noch eine oder mehrere freie Koordinationsstellen zum Austausch von Wasser hat. Im allgemeinen sind ein oder zwei solcher Stellen bevorzugt, da das Vorhandensein von mehr als zwei freien Steilen im allgemeinen die Toxizität durch Freisetzung des Metallions in vivo unakzeptabel erhöht. Aber auch null freie Koordinationsstellen können genügend, wenn auch nicht bevorzugt, sein, da die Wassermoleküle der zweiten Koordinationssphäre immer noch relaxiert werden und eine Bindungsverstärkung immer noch möglich ist.
Die in vito-Relaxivitat wird in der Einheits&supmin;¹ mM&supmin;¹ oder der Änderung von 1/T&sub1; oder 1/T&sub2; pro mM Mittel, gemessen in Kochsalzlösung bei 20 MHz, ausgedrückt. Die Mittel haben vorzugsweise eine in vitro-Relaxivität von mindestens 0,5 s&supmin;¹ mM&supmin;¹, stärker bevorzugt von mindestens 1,0 s&supmin;¹ mM&supmin;¹.
Die Relaxivität kann auch in vivo an der interessierenden Gewebekomponente gemessen werden. Die in vivo-Relaxivität wird in der Einheit s&supmin;¹ (mmol/g Gewebe)&supmin;¹ ausgedrückt und repräsentiert die Änderung von 1/T&sub1; oder 1/T&sub2; durch das Mittel über der von Kochsälz-injezierten Kontrollen, geteilt durch die Konzentration des Mittels (in mmol/g Gewebe). Die Gewebekonzentration wird unter Verwendung von Mitteln mit radioaktiven paramagnetischen Ionen gemessen. Die in vivo-Relaxivität der Mittel in Lebergewebe beträgt vorzugsweise mindestens 1,0s&supmin;¹ (mmol/g)&supmin;¹. Die Mittel sollten genügend fest binden, um die Relaxivität um einen Faktor von mindestens 2 zu erhöhen. Diese erhöhte Relaxivität erlaubt geringere Dosen des Kontraittels und so einen höheren Sicherheitsfaktor in ihrer Anwendung.
Um den Grad der Relaxivitätssteigerung zu maximieren, ist es wünschenswert, die Starrheit der Bindungswechselwirkung zu maximieren. Dies wird vorzugsweise durch Bestücken des Kontrastmittels mit mindestens einem Aryl- oder aliphatischen Rest erreicht, der mehrere Kontakte mit der biologischen Bindungsstelle eingeht und so die freie Rotation verhindert. Zusätzlich können freie (nicht-koordinierende) geladene Gruppen (z.B. Suifonat oder Carboxylat) in das Mittel eingefurt werden, um elektrostatische Wechselwirkungen mit positiv geladenen Aminosäureresten zu fördern; dies erhöht sowohl die Bindungsaffinität als auch die Starrheit.
Eine unterschiedliche Strategie, um die Relaxivität von Metallkomplexen zu erhöhen, ist die Konfiguration der Donoratome um die Metallionen zu ändern, um die symmetsischste Anordnung zu erreichen. Diese Symmetrie des Ligandenfeldes kann zu längeren Elektronenspin-Relaxationszeiten und höheren Relaxivitäten fuhren. Die DOTA- Liganden für Gd&spplus;³ (nachstehend beschrieben) sind ein Beispiel, in dem die Symmetrie sehr hoch ist (fast kubisch) im Vergleich zu z.B. von DTPA abgeleiteten Liganden (nachstehend beschrieben), die das Metall in einer anisotropen Weise umhüllen. Ein zusätzlicher Vorteil von Symmetrie-unterworfenen makrozydischen Liganden wie DOTA ist ihre hohe kinetische Stabilität (vide infra).

Toxizität

Die Kontstmittel müssen bei der fur die Kontrastverstärkung benötigten Dosis akzeptabel geringe Toxizitätsniveaus aufweisen und vorzugsweise einen LD&sub5;&sub0; von mindestens 0,05 mmol/kg haben. Die Toxizität der Kontrastmittel ist eine Funktion sowohl der inhärenten Toxizität des intakten Komplexes als auch des Grades, zu dem das Metallion vom Chelatisierungsmittel dissoziiert; die Toxizität nimmt generell mit dem Grad der Dissoziation zu. Bei Komplexen, in denen die kinetische Stabilität gering ist, ist eine hohe thermodynnmische Stabilität (eine Bildungskonstante von mindestens 10¹&sup5; M&supmin;¹ und stärker bevorzugt von mindestens 10²&sup0; M&supmin;¹) wünschenswert, um die Dissoziation und ihre begleitende Toxizität zu minimieren. Bei Komplexen, in denen die kinetische Stabilität im Vergleich höher liegt, kann die Dissoziation mit einer geringeren Bildungskonstante, d.h. 10¹&sup0; M&supmin;¹ oder höher, minimiert werden. Kinetisch stabile Komplexe enthalten allgemein ein paramagnetisches Metallion, z.B. Gadolinium (III), komplexiert mit einem stark einengenden Chelatisierungsmittel, z.B. Dibenzo- 1,4,7,10-tetraazacyclododecan-1,4,7,10- tetraessigsäure (Dibenzo-DOTA).
Die Toxizität ist außerdem eine Funktion der Zahl der freien Koordinationsstellen im Komplex; je weniger freie Koordinationsstellen, desto geringer ist im allgemeinen die Tendenz des Chelatisierungsniittels, das zytotoxische, paramagnetische Ion freizusetzen.
Deshalb enthält der Komplex vorzugsweise zwei, eine oder keine freien Koordinationsstellen. Das Vorhandensein von einer oder sogar zwei freien Koordinationsstelien kann in Mitteln akzeptabel sein, in denen die paramagnetische Substanz ein hohes magnetisches Moment besitzt (d.h. stark paramagnetisch ist) und so T&sub1; oder T&sub2; bei geringer Dosierung beeinflussen kann; ein Beispiel ist Gadolinium, das aufgrund seiner sieben ungepaarten Elektronen stark paramagnetisch ist.
Der paramagnetische Anteil der Kontrastmittel der Erfindung kann jedes paramagnetische Ion der Übergangsmetall- oder I-anthanidenserie sein, das mindestens ein und stärker bevorzugt fünf oder mehr ungepaarte Elektronen und ein magnetisches Moment von mindestens 1,7 Bohrschen Magnetonen besitzt. Geeignete Ionen schließen Gadolinium (III), Eisen (III), Mangan (II und III), Chrom (III), Kupfer (II), Dysprosium (III), Terbium (III), Holmium (III), Erbium (III) und Europium (III) ein, am stärksten bevorzugt sind Gadolinium (III) und Eisen (III) und Mangan (II).

Chelatligand

Die folgende Diskussion betrifft Cheladiganden, die die Mittel der Erfindung dazu bringen, fest an Proteine zu binden und selektiv von fünktionierenden Hepatozyten aufgenommen zu werden.
Der orgausche Chelatligand sollte physiologisch verträglich sein und enthält mindestens 1 Arylring, der mit Halogenatomen und/oder C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkyfresten substituiert sein kann. Die Molekülgröße des Chelatliganden sollte mit der Größe der paramagnetischen Substanz verträglich sein. So benötigt Gadolinium (III), das einen Kristall-Ionenradius von 0,938 Å besitzt, einen größeren Chelaffiganden als Eisen (III), das einen Kristall- Ionenradius von 0,64 Å besitzt. Der Chelatligand ist vorzugsweise ein einziger mehrzäniger Ligand. Solche Liganden maximieren die Stabilität des Kontrastmittels gegen Hydrolyse und minimieren die Ubertragung des Metallions vom Kontrustmittel zu Bindungsstellen der Zielkomponente.
Eine geeignete Klasse von Chelatliganden sind Ethylenbis-(2-hydroxyphenylglycin) ("EHPG") und Derivate davon, einschließlich 5-C1-EHPG; 5-Br-EHPG; 5-Me-EHPG; 5-t- Bu-EHPG und 5-sec-Bu-EHPG. EHPG und Derivate davon haben die Struktur:
Obwohl Substitution in 5-Stellung von EHPG zur Vergrößerung der Lipophilie am effektivsten ist, kann Substitution in jeder Stellung der zwei Phenylringe verwendet werden.
Eine weitere geeignete Klasse von Chelatliganden sind Benzodiethylentriaminpentaessigsäure (Benzo-DTPA) und Derivate davon, einschließlich Dibenzo-DTPA; Phenyl-DTPA; Diphenyl-DTPA; Benzyl-DTPA und Dibenzyl-DTPA. Zwei dieser Verbindungen haben die nachstehend gezeigten Strukturen:
Eine weitere Klasse von geeigneten Chelatliganden sind Bis-(2-hydroxybenzyl)ethylendiamindiessigsäure (HBED) und Derivate davon. Die Struktur von HBED ist nachstehend gezeigt:
Der HBED-Ligand hat günstigerweise eine sehr hohe Bildungskonstante für Eisen von 10&sup4;&sup0;. Dieser Ligand ist von der Strem Chemical Company erhältlich.
Eine weitere geeignete Klasse von Chelatliganden ist die Klasse von makrozyklischen Verbindungen, die mindestens 3, stärker bevorzugt mindestens 6 Kohlenstoffatome und mindestens zwei Heteroatome (O- und/oder N-Atome) enthalten. Die malcrozyklischen Verbindungen können aus einem Ring oder zwei oder drei Ringen bestehen, die an den Heteroringelementen miteinander verbunden sind. Eine geeignete Klasse von monomkkrozyklischen Chelatliganden hat die allgemeine Formel: in der A R&sub5;- CH-COOH oder darstellt, X 0 oder list, R&sub5;, R&sub6;, R&sub7; und R&sub8; unabhängig voneinander H-Atome oder Methylgruppen sind und R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl- oder -gruppen sind, mit der Maßgabe, daß mindestens ein R-Rest sein muß, wenn A R&sub5;-CH- CO&sub2;H ist. Die Aryfreste können mit Halogenatomen oder C&sub1;-C&sub4;- Alkyfresten substituiert sein. Beispiele für geeignete makrozyklische Liganden schließen Benzo-DOTA, wobei DOTA 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan 1,4,7,10-tetraessigsäure ist; Dibenzo-DOTA; Benzo-NOTA, wobei NOTA 1,4,7-Triazacyclononan-N,N',N''- triessigsäure ist; Benzo-TETA, wobei TETA 1,4,8,11-Tetraazacyclotetradecan- 1,4,8,11- tetraessigsäure ist; Benzo-DOTMA, wobei DOTMA 1,4,7,10-Tetrazacyclododecan-1,4,7,10-tetra(methylessigsäure) ist, und Benzo-TETMA, wobei TETMA 1,4,8,11- Tetraazacyclotetradecen-1,4,8,11-tetra(methylessigsäure) ist, ein.
Hydrophobie, und so auch Lipophilie, kann im Falle der Liganden (z.B. von DOTA- Derivaten) mit Ethylendiaminteilen auch durch Anknüpfen der vorstehend genannten hydrophoben Substituenten direkt an die Ethylenkohlenstoffatome geschaffen werden. Zum Beispiel hat DOTA die Struktur:
Hydrophobe Substituenten, z.B. anellierte Phenylringe oder C&sub1;&submin;&sub5;-Alkyfreste können an ein oder mehrere der Kohlenstoffatome 1-8 von DOTA angeknüpft werden.
Eine andere geeignete Klasse von Chelatliganden sind DTPA-Derivate mit hydrophoben Substituenten. Struturen von geeigneten solchen Derivaten sind nachstehend aufgefuhrt, wobei jeder der Reste R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4; und R&sub5; unabhängig voneinander ein C&sub6;&submin;&sub1;&sub0;-Aryfrest, z.B. eine Phenyl- oder Benzylgruppe, oder ein aliphatischer C&sub1;&submin;&sub5;-Rest, z.B. eine Methyl- oder Ethylgruppe, sein kann.
Eine weitere geeignete Klasse von Chelatliganden sind Derivate von 1,3- Propylendiaintetressigsäure (PDTA) und Triethylentetrarninhexaessigsäure (TTHA), die nachstehend gezeigt sind. Jeder der Reste R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub5;, R&sub6; und R&sub7; kann unabhängig voneinander ein C&sub6;&submin;&sub1;&sub0;-Arylrest, z.B. eine Phenyl- oder Benzylgruppe, oder ein aliphatischer C&sub1;&submin;&sub5;-Rest, z.B. eine Methyl- oder Ethylgruppe, sein.
Eine weitere Klasse von Cheladiganden sind Derivate von 1,5,10-N,N',N''-tris-(2,3- dihydroxybenzoyl)-triazadecan (LICAM) und 1,3,5-N,N',N''-Tris-(2,3-dihydroxybenzoyl)tri(aininomethyl)benzol (MECAM) mit den nachstehend gezeigten Strukturen. Jeder der Reste R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, R&sub5; und R&sub6; kann unabhängig voneinander eine CO&sub2;H- oder SO&sub3;H- Gruppe, ein H-oder Halogenatom, z.B. C1, oder ein C&sub1;&submin;&sub5;-Alkylrest, z.B. eine Methyl- oder Ethylgruppe, sein.
Die Kontrastmittel der Erfindung können aus im Handel erhältlichen oder unter Verwendung von gebräuchlichen synthetischen Verfahren leicht zu synthetisierenden Reagenzien synthetisiert werden. Im allgemeinen wird ein Salz des paramagnetischen Ions zu einer leicht alklischen (pH 7,4-9) wäßrigen Lösung des Cheladiganden gegeben und das entstandene Gemisch wird 3-24 Stunden bei Raumtemperatur gerilhrt. Das entstandene Kontrastmittel wird dann sofort verwendet oder bis zur Verwendung in lyophilisierter Form in physiologischem Puffer aufbewahrt.
Die Synthese von Eisen(III)-(EHPG)&supmin; wird wie folgt durchgefhhrt. EHPG (Sigma) wird bei Raumtemperatur in destiliertem, entionisiertem Wasser aufgelöst; das durch Zugabe von 1M NaOH bei pH 8-9 gehalten wird. Zu der Lösung wird festes FeCl&sub3;6H&sub2;O gegeben und der pH-Wert mit 1M NaOH auf 7,4 eingestellt. Die entstandene dunkefrote Lösung wird dann 30 Minuten bei Raumtemperatur gerührt, anschließend wird sie durch 0,2 mm-Mikroporenfilter (Gelman) futriert. Die Konzentration von Eisen(III)-(EHPG)&supmin; wird unter Verwendung eines Beckman-Spektrophotometers und eines Extintionskoeffizienten von 4300 cm&supmin;¹M&supmin;¹ bei 480 nm durch Absorption von verdünnten Miquots im sichtbaren Bereich bestunt.
Um Eisenchelate von EHPG-Derivaten herzustellen, ist der erste Schritt, das entsprechende EHPG-Derivat nach der Mannich-Reaktion, beschrieben in Theodorakis et al., J. Pharm. Sci. 69 (1980), 581, herzustellen; die Reaktion verwendet Ethylendiamin, Dichloressigsäure und das entsprechende para-substituierte Phenol. Das Reaktionsschema für 5-Br-EHPG ist:
Eisen(III)-(5-Cl-EHPG)&supmin;, Eisen(III)-(5-Bu-EHPG)&supmin;, Eisen(III)-(5-Me-EHPG)&supmin; und Eisen(III)-HBED werden in analoger Weise wie Eisen-EHPG hergestellt.
Die Struktur von Eisen-EHPG ist:
Die Octanollwasser-Verteilwigskoeffizienten und HSA-Bindungsanteile von Eisen- EHPG, Eisen-(5-Br-EHPG) und Eisen-(HBED) sind naclsstehend aufgeführt:
Die makrozyklischen DOTA-Chelatliganden werden allgemein wie in Desreux et al., Inorg. Chem. 19 (1984), 1319 beschrieben synthetisiert, im allgemeinen nach der Reaktion DOTA selbst fehlen genügend lipophile Gruppen zur Aufnahme in Leberzellen. Zwei Derivate mit der nötigen Lipophilie (geliefert durch anellierte Phenylringe), Benzo-DOTA und Dibenzo-DOTA, werden nach dem folgenden allgemeinen Reaktionsschema hergestellt. (In einer anderen Ausfülirungsform können hydrophobe Substituenten durch substituierte Ethylendiamine, hergestellt nach Meares et al. (Anal. Biochem. 100 (1979), 152-159) in z.B. DOTA inkorporiert werden.
DTPA-Derivate (z.B. Benzo-DTPA und Dibenzo-DTPA) werden nach Verfahren analog zu den zur Herstellung von Benzo-EDTA verwendeten Verfahren (McCandlish et al., Inorg. Chem. 17 (1978), 1383) hergestellt.
Komplexe aus paramagnetischen Ionen und Chelatliganden, hergestellt unter Verwendung von DOTA-Derivaten, werden im allgemeinen, wie vorstehend beschrieben, hergestellt, wobei eine längere Zeit (24 Stunden) und höhere Reaktionstemperaturen zur Bildung von Metallion/makrozyclischer Ligand-Komplexen nötig sind. Ein Reaktionsschema ist nachstehend gezeigt:

Verwendung

Die Kontrastmittel der Erfindung werden oral oder intravenös in physiologischem Puffer verabreicht. Die Dosierung hängt sowohl von der Empfindlichkeit der NMR- Abbildungsgeräte als auch von der Zusammensetzung des Kontrastmittels ab. Zum Beispiel benotigt ein Kontrastmittel, das eine stark paramagnetische Substanz, z.B. Gadolinium (III), enthält, im allgemeinen eine geringere Dosierung als ein Kontrastmittel, das eine paramagnetische Substant: mit einem geringeren magnetischen Moment, z.B. Eisen (III), enthält. Im allgemeinen liegt die Dosierung im Bereich von etwa 0,001 - 1 mmol/kg, stärker bevorzugt etwa 0,005-0,05 mmol/kg.
Im Anschluß an die Verabreichung des Kontrastmittels wird eine konventionelle NMR-Abbildung durchgeführt; die Wahl der Pulssequenz (Inversion-Recovery, IR; Spin- Echo, SE) und die Werte der Abbildungsparameter (Echozeit, TE; Inversionszeit, TI; Wiederholungszeit, TR) werden durch die gesuchte diagnostische Information bestimmt. Im allgemeinen sollte TE weniger als 30 Millisekunden (oder den Minnnalwert) betragen, wenn man T&sub1; messen will, um die T&sub1;-Gewichtung zu maximieren. Andersherum sollte TE größer als 30 Millisekunden sein, wenn man T&sub2; messen will, um konkultierende T&sub1;-Effekte zu minimieren. TI und TR bleiben fur T&sub1;- und T&sub2;-gewichtete Abbildungen nahezu gleich; TI und TR liegen im allgemeinen in der Größenordnung von etwa 200-600 bzw. 100- 1000 Millisekunden.

NMR-Addildung unter Verwendung von Eisen(III)-(EHPG)

Eisen(III)-(EHPG)&supmin; wurde wie vorstehend beschrieben hergestellt und wie folgt zur in vivo-Abbildung von Rattenlebern verwendet.
Männliche nüchterne Sprague-Dawley-Ratten (mit mittlerem Gewicht von etwa 400 g) wurden mit intraperitonealem Pentobarbitol (50 mg/kg) anesthetisiert, auf einen kalibrierten Träger gelegt und zusammen mit Kalibrierröhrchen, die parmagnetisch versetztes Wasser oder Agargele mit bekanntem T&sub1; und T&sub2; enthielten, einer NMR-Abbildung unterworfen, um eine ursprüngliche Basislinienabbildung zu erhalten. Die NMR-Abbildung wurde mit einem supraleitenden Magnetsystem mit horizontaler lichter Weite (8 cm) (Technicare Corp.) bei einer Magnetfeldstärke von 1,4 Tesla (¹H-Resonanz von 61,4 MHz) durchgefülirt. Abbildungen wurden unter Verwendung einer 2-D-Fourier- Transformationsteclinik mit einer Scheibenauswahl, bestimmt durch selektive Bestrahlung, erhalten. Alle Abbildungen wurden mit 128 Pbasen-verschlüsselten Gradientenschritten erhalten. Um den T&sub1;-Kontrast zu maximieren, wurde eine IR-Pulssequenz verwendet (TE 15 msec, TI 400 msec, TR 1000 msec).
Nachdem die Basislüiienabbildungen erhalten worden waren, wurden die Ratten aus dem Magneten entfernt und 0,2 mol/kg Eisen(III)-(EHPG)&supmin; wurde ihnen in die Schwannvene injeziert. Als Vergleich erhielten emige Ratten stattdessen 0,2 mol/kg Eisen(III)-(DTPA)²&supmin;. Die Ratten wurden dann wieder zusammen mit den Kalibrierröhrchen in der gleichen Stellung wie für die ursprüngliche Basislinienabbildung in den Magneten gegeben. Die Abbildung begann sofort und dauerte 1,5 - 3 Stunden an. Für jede Abbildung wurden Untergrund-bereinigte Intensitätswerte des interessierenden Bereichs von Leber und Muskelgewebe erhalten; diese Werte wurden dann gemäß jeder Änderung der Signalintensität der Kalibrierröhrchen normalisiert.
Die IR 1000/400/15-Abbildungen von Ratten, die Eisen(HI)-(EHPG)&supmin; erhalten hatten, zeigten ein deufliches und verlängertes Anwaclssen der Signalintensität der Leber, übereinstunmend mit einer krrzen T&sub1;. Dagegen zeigten Abbildungen der Ratten, die Eisen(III)-(DTPA)²&supmin; erhalten hatten, nur geringe und vorübergehende Verstärkungen der Leberintensität. Dies liegt wahrscheinlich daran, daß Eisen(III)-(DTPA)²&supmin; sich im Gegensatz zu Eisen(III)-(EHPG) eher im extrazellulären Leberraum als in funktionierenden Hepatozyten verteilt und schnell in den Urin ausgeschieden wird.
EX vivo-Bioverteilungsuntersuchungen, in denen die T&sub1;- und T&sub2;-Werte von operativ entfernter Rattenleber, Blut, Milz und Oberschenkelmuskel zu verschiedenen Zeiten nach der Injektion gemessen wurden, zeigten ebenfalls, daß Eisen(III)-(EHPG)&supmin; hauptsächlich von funktionierenden Hepatozyten aufgenommen wird und so die Relaxationszeiten von Wasserprotonen in diesen Zellen herabsetzt.
Ratten, die intravenöse Dosen von 2,0 mmol/kg Eisen-EHPG erhalten hatten, erlitten im Beobachtungszeitraum von zwei Wochen keine sichtbaren Kranklieitsanseichen.
Man glaubt, daß der Mechanismus der Wirkung von Eisen-EHPG wie folgt ist. Eine Verbesserung der Relaxationszeit tritt normalerweise auf, wenn die ungepaarten Elektronen der paramagnetischen Substanz mit Wassermolekülen wechselwirken, die direkt an die paramagnetische Substanz gebunden sind; der Grad der Verbesserung ist mit der Entfernung des parnagnetischen Zentrums zu den Wassermolekülen umgekehrt verknüpft. In Eisen(III)-(EHPG)&supmin; gibt es allerdings keine direkt gebundenen Wassermoleküle Die Relaxationszeitverbesserung resultiert deshalb wahrscheinlich hauptsächlich aus der Wechselwirkung zwischen der paramagnetischen Substanz und indirekt gebundenen Wassermolekülen der zweiten Koordinationssphäre. Man glaubt, daß trotz der größeren Entfernung zwischen den Wassermolekülen und der paramagnetischen Substanz eine merkliche Relaxationszeitverbesserung auftritt, weil es eine genügend große Zahl dieser Außensphären-Wassermoleküle gibt.

Claims

1. Verwendung eines Komplexes, bestehend aus einem paramagnetischen Ion und einem einzigen mehrzämgen organischen Chelatliganden, zur Herstellung eines NMR- Kontrastmittels für die Abbildung des Leber-Gallensystems zur Herabsetzung der NMR- Relaxationszeiten (T&sub1; oder T&sub2;) von Wasserprotonen, die während der NMR-Abbildung eines menschlichen Patienten mit Lebergewebe in Kontakt sind, wobei der Komplex gekennzeichnet ist durch

(1) eine Bildungskonstante von mindestens 10¹&sup0; M&supmin;¹;

(2) mindestens einen Arylring; mit der Maßgabe, daß der Chelatligand nicht 1,2-Diphenylethylendiamintetraessigsäure ist, wenn das paramagnetische Ion Gadolinium (III) ist.

2. Verwendung eines Komplexes, bestehend aus einem paramagnetischen Ion und einem einzigen mehrzähiiigen organischen Chelatliganden, zur Herstellung eines Doppel- NMR-Kontastmittels für die Abbildung des Gefäß- und des Leber-Gallensystems zur Herabsetzung der NMR-Relaxationszeiten (T&sub1; oder T&sub2; von Wasserprotonen, die während der NMR-Abbildung eines menschlichen Patienten mit Serumproteinen und Lebergewebe in Kontakt sind, wobei der Komplex gekennzeichnet ist durch

(1) eine Bildungskonstante von mindestens 10¹&sup0; M&supmin;¹;

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Komplex durch mindestens einen unsubstituierten oder mit Halogenatomen und/oder C&sub1;-C&sub1;&sub0;-Alkyfresten substituierten Arylring gekennzeichnet ist.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Komplex durch eine Bildungskonstante von mindestens 10¹&sup5; M&supmin;¹ gekennzeichnet ist.

5. Verwendung nach Anspruch 4, worin der Komplex durch eine Bildungskonstante von mindestens 10²&sup0; M&supmin;¹ gekennzeichnet ist.

6. Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das paramagnetische Ion aus Gadolinium (III), Eisen (III), Mangan (III), Mangan (II), Chrom (III), Kupfer (II), Dysprosium (III), Terbium (III), Holmium (III), Erbium (III) oder Europium (III) ausgewählt ist.

7. Verwendung nach Anspruch 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das paramagnetische Ion Gadolinium (III), Eisen (III), Mangan (II) ist.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand eine nicht-koordinierende Sulfonat- oder nicht-koordinierende Carboxylatgruppe enthält.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand ein Arninocarboxylatderivat enthält.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand ein Porphyrin, eine Kryptatverbindung oder eine Bis-, Tris- oder Tetrabrenzkatechinverbindung umfaßt.

11. Verwendung nach einem der Anspruche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Komplex, verglichen mit menschlichen retikuloendothelialen Zellen, vozzugsweise von menschlichen Hepatozyten aufgenommen wird.

12. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Komplex eine Löslichkeit von mindestens 1,0 mM Konzentration in einnormaler Salzlösung bei 20ºC besitzt, ein Molekulargewicht von mindestens 250 hat und eine Ladung mit absolutem Wert von 4 oder weniger besitzt.

13. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel hat,in der oder ist;

R&sub5;, R&sub6;, R&sub7; und R&sub8; unabhängig voneinander H-Atome oder Methylgruppen sind, Xooder 1 istund

R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; und R&sub4; unabhängig voneinander aus (CH&sub2;)&sub2;, (CH&sub2;)&sub3;, (CH&sub2;)&sub4;, (CH&sub2;)&sub5; oder

ausgewählt sind, mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Reste R&sub1; bis R&sub4; sein muß, wenn A ist.

14. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand Bis-(2-hydroxybenzyl)-ethylendiamindiessigsäure (HBED) und Derivate davon ist.

15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand Bis-(2- hydroxybenzyl)-ethyiendiainindiessigsäure (HBED) ist.

16. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand DTPA-Derivate umfäßt, die hydrophobe Substituenten enthalten.

17. Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand Benzodiethylentriaminpentaessigsäure (Benzo-DTPA), Dibenz-DTPA, Phenyl-DTPA, Diphenyl-DTPA, Benzyl-DTPA oder Dibenzyl-DTPA ist.

18. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand eine der Strukturen I bis IV besitzt: worin R&sub1;&sub3;-R&sub1;&sub4; C&sub6;&submin;&sub1;&sub0;-Aryfreste sind und R&sub9;-R&sub1;&sub2; und R&sub1;&sub5;-R&sub2;&sub0; unabhängig voneinander ein C&sub6;&submin;&sub1;&sub0;-Aryhest oder ein aliphatischer C&sub1;&submin;&sub5;-Rest sein können, mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Reste R&sub9;-R&sub1;&sub2; und einer der Reste R&sub1;&sub5;-R&sub2;&sub0; ein C&sub6;&submin;&sub1;&sub0;-Aryfrest ist.

19. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand eine der Strukturen V oder VI besitzt: worin R&sub2;&sub1;-R&sub2;&sub6; unabhängig voneinander aus Wasserstoffatomen, Halogenatomen, COOH- Gruppen, SO&sub3;H-Gruppen oder C&sub1;-C&sub5;-Alkyfresten ausgewählt sind.