DE3751829T2

DE3751829T2 - Anwendung von Chelat-Komplexen

Info

Publication number: DE3751829T2
Application number: DE3751829T
Authority: DE
Inventors: Karl F Kraft; Steven Carl Quay; Scott M Rocklage; Dilip M Worah
Original assignee: Nycomed Salutar Inc
Current assignee: Amersham Health Salutar Inc
Priority date: 1986-08-04
Filing date: 1987-07-25
Publication date: 1996-10-31
Anticipated expiration: 2007-07-26
Also published as: NZ221288A; NO173767C; IE872076L; ES2030023T3; FI88677B; DE3777727D1; FI88677C; NO173767B; FI873382A0; DK401087A; DK401087D0; SG78250A1; AU7573587A; EP0258616B1; FI873382A; IL83377A0; GR3004576T3; IL101210A; DE3751829D1; HK96597A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Verstärkung der magnetischen Resonanz-Bildgebung (NMR) der Gewebe von Lebewesen, insbesondere des Herzens und der Leber.
Röntgenstrahlen wurden lange benutzt, um Abbildungen von Gewebeteilen von Lebewesen herzustellen, wie z. B. inneren Organen eines Patienten, wobei der Patient zwischen eine Quelle von Röntgenstrahlen und einen Film, der für die Röntgenstrahlen empfindlich ist, positioniert wurde. Dort, wo die Organe mit dem Durchgang der Strahlen interferieren, ist der Film weniger ausgesetzt und der entsprechend entwickelte Film zeigt die Verfassung des Organs an.
Vor geraumer Zeit wurde eine andere Bildgebungstechnik entwickelt, nämlich die magnetische Resonanz. Hierbei können gefährliche Wirkungen verhindert werden, die gelegentlich bei der Anwendung von Röntgenstrahlen auftreten. Für verbesserte Abbildungen mit Röntgenstrahlen wurde den Patienten Kontrastmittel vor der Abbildung gegeben, entweder oral oder parenteral. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall für die Verteilung des Kontrastmittels im Patienten wurde das Bild aufgenommen. Um eine gute Abbildung zu erhalten, ist es wünschenswert, daß die Zeit nach Einnahme des Kontrastmittels auf einem Minimum gehalten wird. Andererseits nimmt die Effektivität mit der Zeit ab, so daß es wünschenswert ist, daß der Zerfall relativ langsam sein sollte, um ein wesentliches Zeitintervall zur Verfügung zu stellen, währenddessen die Abbildung aufgenommen werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft Verstärker für NMR-Abbildungen.
Im NMR-Bildgebungsverfahren relaxieren Protonen im Wasser des Körpers über zwei Mechanismen, die als T&sub1; und T&sub2; bezeichnet werden. Die Geschwindigkeit, bei welcher der Relaxationsprozeß auftritt, kann für bestimmte Wassermoleküle geändert werden, indem Werte eingegeben werden, die mit der Norm kontrastieren.
Chemische Verbindungen, die NMR-Bilder verstärken, als Kontrastmittel bezeichnet, sind im allgemeinen paramagnetischer Natur. Dabei kann es sich um organische freie Radikale oder Übergangsmetalle/Lanthaniden-Metalle handeln, welche 1 bis 7 ungepaarte Elektronen aufweisen.
Eine notwendige Forderung an einen Liganden, der mit einem Metall chelatisiert, um ein Kontrastmittel zu bilden, ist, daß dieser Ligand stabil sein muß, um den Verlust an Metall und seine nachfolgende Akkumulation im Körper zu verhindern. Andere Gesichtspunkte betreffen die Fähigkeit, reversibel Wasser zu binden, welche umgekehrt seine Kontraststabilität erhöht und die Dosierungsmenge erniedrigt. Diese Fähigkeit ist zweifellos wichtig, denn die Wechselwirkung zwischen zwei Kernspins durch den Raum nimmt mit der Rate ab, die gleich dem reziproken Wert des Abstandes, potenziert mit der sechsten Kraft, ist, ab.
Die US-PS 4,647,447 offenbart die Verwendung von NMR-Bildverstärkern, bestehend aus dem Salz eines Anions oder einer Komplexierungssäure und einem paramagnetischen Metallion. Eine bevorzugte Ausführungsform ist der Gadoliniumchelatkomplex von Diethylen-triamin-pentaessigsäure (Gd-DTPA). Anhand der geschilderten Testdaten scheint dieser Komplex gut zu funktionieren. Die Verbindung wird jedoch sehr schnell durch die Nieren ausgeschieden und bedingt somit ein kritisches Timing bezüglich der Injektion. Darüberhinaus kann kein tatsächliches Abbild irgendeines festen Organs, wie z. B. des Herzens, Pankreas oder der Leber, aufgenommen werden.
Doch obwohl eine Vielzahl von Gadolinium-Kontrastmitteln als brauchbar beschrieben ist, bleibt die Möglichkeit, daß geringe Mengen von freien Lanthaniden durch Zersetzung des Mittels in den Körper freigesetzt werden. Da dieses Metall natürlicherweise nicht im Körper existiert, ist wenig über seine Langzeitwirkung bekannt.
Es ist daher Ziel vorliegender Erfindung, alternative Bildgebungsverstärker bereitzustellen, welche einen oder mehrere der obengenannten Nachteile verhindern.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen NMR-Bildverstärker bereitzustellen, der keine Lanthaniden in den Körper freisetzt.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Ziele werden gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erreicht, nach dem die Verwendung eines physiologisch annehmbaren Chelatkomplexes aus einer chelatisierenden Verbindung und einem paramagnetischen Ion eines Lanthaniden-Elements mit einer Ordnungszahl im Bereich von 57 bis 70 oder eines Übergangsmetalls mit einer Ordnungszahl, ausgewählt aus 21 bis 29, 42 und 44 und einem nichtparamagnetischen organischen Kalziumsalz zur Herstellung eines Kontrastmittels zur magnetischen Resonanzbildung durch Mischen desgenannten Komplexes und des organischen Salzes bereitgestellt wird.
Vorteilhafterweise hat der Chelatkomplex die Formel I oder II
oder
N(CH&sub2;X)&sub3; (II)
wobei
X -COOY, -PO&sub3;HY oder -CONHOY;
Y ein Wasserstoffatom, ein Metallionäquivalent oder ein physiologisch bikompatibles Kation einer anorganischen oder organischen Base oder Aminosäure ist;
A -CHR&sub2;-CHR&sub3;-, -CH&sub2;-CH&sub2;-(Z-CH&sub2;-CH&sub2;)m-,
bedeuten
und worin jeder Rest R&sub1; Wasserstoff oder eine Methylgruppe darstellt,
R&sub2; und R&sub3; zusammen eine Trimethylen- oder eine Tetramethylengruppe bedeuten oder für sich genommen jeweils Wasserstoff, C&sub1;-C&sub8;-Alkyl, Phenyl oder Benzyl darstellen,
m die Zahl 1, 2 oder 3 ist,
Z ein Sauerstoff- oder Schwefelatom oder eine Gruppe NCH&sub2;X oder NCH&sub2;CH&sub2;OR&sub4; bedeutet,
R&sub4; C&sub1;-C&sub8;-Alkyl darstellt,
V eine der Gruppen X oder -CH&sub2;OH oder -CONH(CH&sub2;)nX- bedeutet,
n eine Zahl von 1 bis 12 ist,
mit der Maßgabe, daß, wenn R&sub1;, R&sub2; und R&sub3; jeweils Wasserstoff bedeuten, die Gruppen V zusammengenommen die Gruppe
bedeuten, worin w die Zahl 1, 2 oder 3 bedeutet, und zwar mit der Maßgabe, daß mindestens zwei der Substituenten Y ein Metallionäquivalent der Elemente mit einer Ordnungszahl von 21 bis 29, 42, 44 oder 57 bis 83 sind.
Alternativ kann der Chelatkomplex ein Komplex aus einem Ion und einem Liganden sein, wobei das Komplexierte ein Ion eines Lanthanidenelements mit einer Ordnungszahl von 57 bis 70 oder eines Übergangsmetalls mit einer Ordnungszahl von 21-29, 42 oder 44 ist und der Ligand ein organisches Komplexierungsmittel ist, welche acyclisch oder cyclisch ist und organischen Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff oder Schwefel enthält. Bei dieser Ausführungsform ist die Chelatisierungsverbindung
(a) eine Aminopolycarbonsäure ist, nämlich Nitrilotriessigsäure, (N-Hydroxyethyl)-N,N',N'-ethylendiamintriessigsäure, N,N,N',N'',N''-Diethylentriaminpentaessigsäure oder (N-Hydroxyethyl)-iminodiessigsäure oder
(b) weist die Formel auf
worin R&sub1; und R&sub1; gleich oder verschieden voneinander sind und Wasserstoff, eine C&sub1;-C&sub4;-Alkylgruppe bedeuten und p eine Zahl von 0 bis 4 ist,
oder
(c) eine Aminopolycarbonsäure der Formel
ist, worin
m eine Zahl von 1 bis 4,
n eine Zahl von 0 bis 2 und
R&sub5; C&sub4;-C&sub1;&sub2;-Alkyl, C&sub4;-C&sub1;&sub2;-Alkenyl, C&sub4;-C&sub1;&sub2;-Cycloalkyl, C&sub4;-C&sub1;&sub2;-Cycloalkenyl, C&sub7;-C&sub1;&sub2;-Hydrocarbonaralkyl, C&sub8;-C&sub1;&sub2;-Hydrocarbonalkenyl, C&sub6;-C&sub1;&sub2;-Hydrocarbonaryl oder -CH&sub2;-COOH bedeuten.
Solche Komplexe sind insbesondere bei der NMR-Diagnose von Patienten nützlich, denen diese Verbindungen verabreicht werden, um dann Abbildungen aufzunehmen.
Der Säuereteil der Chelatisierungsverbindung ist vorteilhafterweise eine Carboxy- oder eine Phosphonogruppe, die Sulfogruppe ist etwas weniger vorteilhaft. Die Säuregruppen sind an den Aminostickstoff über eine Alkylgruppe, wie z. B. Alkylen oder ein Rest bis zu 4 Kohlenstoffatomen, gebunden. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Essigsäurereste, wie z. B. Di-carboxymethyl-amino-Reste oder Phosphoniumsäure-Reste, wie sie in der US-PS 3 738 937 beschrieben sind.
Vorzugsweise befinden sich zwei Aminogruppen an benachbarten Kohlenstoffatomen und vorzugsweise sind diese in der trans-Konfiguration, wie z. B. trans-N,N,N',N'-Tetra-carboxymethyl-1,2-diaminocyclohexan.
Wenn es gewünscht ist, können bis zu zwei Carboxylgruppen in ein Amid umgewandelt sein oder in Form eines niedrigen Alkylesters und/oder eines Anhydrids vorliegen.
Das polyvalente paramagnetische Metall kann irgendeines der obengenannten sein, das in der NMR-Bildgebungsverstärkung eingesetzt wird, wie z. B. Eisen, Chrom, Kobalt, Nickel, Neodyn, Promethium, Samarium, Europium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thorium, Ytterbium und Lutetium. Vorzugsweise ist das Metall jedoch Eisen, Mangan oder Gadolinium.
Der das Metall enthaltende Komplex wird hergestellt durch Hinzufügen der cyclischen Verbindung zu Wasser und weiteres Hinzufügen von 4 Moläquivalenten einer alkalischen Verbindung, wie z. B. Natriumhydroxid oder N-Methyl-d-glucamin, um die Verbindung zu lösen. Anschließend wird 1 Moläquivalent von Manganchlorid oder Gadoliniumchlorid hinzugegeben. Infolge der Chelatbildung fällt der pH-Wert der Lösung auf 5 ab. Wird Manganchlorid verwendet, muß zuvor alles Wasser, welches verwendet wird, entgast werden und die Produktbildung in einer inerten Stickstoffatmosphäre vorgenommen werden, um die Bildung von oxidierten Produkten im Verlaufe der Reaktion zu verhindern. Der pH am Ende der Reaktion wird auf einen Wert zwischen 5 und 8 eingestellt und die Lösung durch ein 0,2 Mikronfilter zwecks Sterilisation filtriert.
Die Osmolarität der erhaltenen Lösung kann auf ein physiologisch verträgliches Niveau durch Entfernung des unerwünschten, aber physiologisch verträglichen Natriumchloridbeiproduktes erniedrigt werden. Dies kann durch Kristallisation, Filtration, Dialyse oder Ionenaustausch erfolgen.
Die Überlegenheit der ringförmigen Kontrastmittel gegenüber den Kontrastmitteln, welche geradkettige Alkanketten aufweisen, wie z. B. EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure) oder DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure) resultiert offenbar aus dem Cyclohexanring-Gerüst, welches dem Molekül mehr Festigkeit verleiht und die Koordination von Wasser in die Stickstoff-Metall-Bindungsposition sterisch hindert. Während bei EDTA-divalenten Metallverbindungen zunächst die Metall-Stickstoff-Bindungen durch Wasserkoordination brechen, tritt bei dem erstgenannten System zunächst der Verlust an Sauerstoffdonatoren ein. Dies zeigt sich im NMR-Resonanzspektrum der entsprechenden Moleküle. Beispielsweise hat das Mangansalz von trans-N,N,N',N'- Tetra-carboxymethyl-1,2-diaminocyclohexan (DCTA) eine Mangan-Stickstoff-Bindung, welche sehr viel stabiler ist als jene im entsprechenden EDTA-Analogen. Das zeigt sich an der Stabilitätskonstanten (Bindungsfähigkeit) gegenüber Mangan, welche mehrere Tausend mal höher ist für DCTA als für den EDTA-Chelatkomplex. Obwohl die Stabilitätskonstante des neuen Gadolinium-Komplexes annähernd den selben Wert aufweist wie jene für den Gadolinium-DTPA-Komplex, ist es wichtig festzustellen, daß der neue Komplex ein Tetrasäure-Ligand ist, während DTPA ein Pentasäure-Ligand ist. Folglich ist die innere Sphäre zur Wasserkoordination größer und die entsprechenden Relaxationswerte beträchtlich besser. Die Verbesserung führt auch zu einer Abnahme der Dosierungsmenge und somit auch zu einer verminderten möglichen Toxizität durch Abbau und Freisetzung von freien Gadoliniumionen.
Der Zusatz von Calcium zu den Komplexen vermindert ihre Toxizität. Calcium sollte in einer Menge von etwa 0,1 bis 200% und vorzugsweise von etwa 10 bis 100%, bezogen auf den Molanteil an paramagnetischem polyvalenten Metall, vorhanden sein. Es kann sich hierbei um ein anorganisches Salz, wie z. B. das Chlorid oder das Sulfat, handeln, jedoch sind organische Salze, wie z. B. das Gluconat, Lactat und Ascorbat, bevorzugt.
Das Calciumsalz kann einfach dem Komplex in Lösung zugesetzt werden und so verabreicht werden, oder die Lösung kann getrocknet werden und das getrocknete Material später wieder aufgelöst werden.
Der Zusatz von Calcium zum Chelat-Komplex führt überraschenderweise zu einer erhöhten Sicherheit, d. h. der LD&sub5;&sub0;-Wert, bezogen auf die Menge an paramagnetischem polyvalenten Metall, das anwesend ist, wird erhöht.
Beispielsweise weist der MnEDTP-Chelatkomplex ohne Calcium einen LD&sub5;&sub0;-Wert von 200 µMol/kg, also einen toxischen Wert, auf. Der LD&sub5;&sub0;-Wert des selben Komplexes, in welchem 40 Mol-% Calcium eingearbeitet sind, über Calciumgluconat, beträgt mehr als 850 µMol/kg, d. h. ein relativ sicheres Niveau für die Verwendung beim Menschen.
Gemäß eines anderen Aspekts vorliegender Erfindung ist die Säuregruppe eine Phosphongruppe. Dies ist auch dann anwendbar bei Verbindungen, welche nicht cyclisch sind, wie z. B. lineare Alkylenpolyamine, wie z. B. Polystickstoff-substituierte Phosphonalkyl-alkylenpolyamine.
Bezüglich des Polyphosphon-alkylierten Alkylenpolyamins ist festzustellen, daß vorzugsweise Verbindungen verwendet werden, worin die Alkyl- und Alkylenreste jeweils bis zu 4 Kohlenstoffatome enthalten. Das Alkylenpolyamin kann z. B. Diethylentriamin sein, wobei Ethylendiamin jedoch bevorzugt ist. Vorzugsweise sind die Phosphongruppen am Stickstoff über eine Methylgruppe gebunden, wie z. B. eine Methylengruppe. Jede Phosphongruppe hat zwei Säurereste, so daß in einer Verbindung mit 4 Stickstoffatomen 8 Säurereste zur Komplexierung zur Verfügung stehen.
Wenn es gewünscht wird, kann bis zur Hälfte dieser Säuregruppen als Salze mit nichtparamagnetischen Kationen gebunden sein, wie z. B. mit einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall oder Ammoniumsalz; oder sie können als niedrige Alkylester, Amide und/oder Anhydride vorliegen. Als Calciumsalz hinzugefügtes Calcium hat eine vorteilhafte Wirkung zu der schon genannten, auch wenn die Säurereste des Polyphosphon-alkylierten Alkylenpolyamins schon teilweise in Calciumsalzform vorliegen.
Ein bevorzugtes Komplexierungs- oder Chelatisierungsmittel dieser Art ist N,N,N',N'-Tetraphosphon-methyl-ethylendiamin (EDTP) der allgemeinen Formel
welche käuflich erhältlich ist in Form ihres Natriumsalzes oder als freie Säure.
Während Lanthanide und insbesondere Gadolinium hochparamagnetisch und dementsprechend gemäß vorliegender Erfindung verwendbar sind, wurde überraschenderweise festgestellt, daß auch andere weniger paramagnetische Metalle sehr gut einsetzbar sind, wie z. B. Eisen, Mangan, Kupfer, Kobalt, Chrom und Nickel.
Der Komplex kann hergestellt werden durch Auflösung eines Salzes von EDTP in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel und Hinzufügen eines Salzes des gewünschten Metalles, wie z. B. Manganchlorid, in einer Menge von der Hälfte bis zur zweifachen stöchiometrischen Menge. Zusätzliche Salze, wie Calciumchlorid, können hinzugefügt werden, um weitere Bindungen in der Verbindung zu bewirken. Die Lösung kann dann dialysiert oder über einen Ionenaustauscher gegeben werden, um Chloridionen zu entfernen, oder es dann ein Alkali, wie z. B. NaOH, hinzugefügt werden, um die Chloridionen zu neutralisieren, wobei das Nebenprodukt NaCl entfernt wird oder in Lösung belassen wird, weil es physiologisch verträglich ist.
Der Mn-EDTP-Komplex verteilt sich im wesentlichen in den folgenden Organen: Leber, Herz, Nieren, Milz, Pancreas, Blase, Magen, Dünn- und Dickdarm.
Wie bereits festgestellt, ist Mangan das bevorzugte Metall, jedoch können auch andere polyvalente paramagnetische Metalle verwendet werden, wie z. B. Eisen, Chrom, Kobalt, Nickel, Kupfer und ähnliches. Das bevorzugte Lanthanid ist Gadolinium, aber auch andere, wie z. B. Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium, können ebenfalls verwendet werden.
Die Erfindung kann in Verbindung mit irgendeinem NMR-Gerät eingesetzt werden, welches zur Zeit auf dem Markt ist, und ist mit irgendeiner zur Zeit bekannten Abbildungstechnik kompatibel, wie z. B. einem Gerät der Siemens AG, Erlangen, Bundesrepublik Deutschland.
Weitere Einzelheiten bezüglich der genannten Abbildungssysteme sind im Stand der Technik schon beschrieben, wie z. B. "NMR A Primer for Medical Imaging", von Wolf and Popp Slack Book Division (ISBN 0-943432-19-7), und Scientific American, Mai 1982, Seiten 78-88.
Die Lösung des Metallkomplexes kann sterilisiert und anschließend in Ampullen abgefüllt werden oder sie kann in die Form eines Pulvers lyophilisiert werden, um vor Gebrauch aufgelöst zu werden. Ferner kann die Lösung mit konventionellen Zusatzstoffen, wie z. B. Salinlösung, Albumin, Puffer u.ä., gemischt werden. Wenn es gewünscht wird, können Ampullen hergestellt werden, die lyophilisiertes Pulver des Komplexes in einem Teil und eine Lösung von Zusatzstoffen in einem anderen, von dem ersten Teil durch eine zerbrechbare Barriere abgetrennten Teil enthalten. Kurz vor der Anwendung kann die Barriere gebrochen und die Ampulle geschüttelt werden, um eine für die Anwendung geeignete Lösung bereitzustellen.
Unmittelbar vor der Verabreichung des Kontrastmittels wird die hergestellte Lösung durch Hinzufügen von geeigneten Verdünnungsmitteln verdünnt. Hierzu gehören:
Ringer's Injektion, USP Natriumchlorid-Injektion, USP
Dextrose-Injektion, USP (5% Dextrose in sterilisiertem Wasser),
Dextrose-Natriumchlorid-Injektion, USP (5% Dextrose in Natriumchlorid), laktierte Ringer's Injektion, USP Proteinhydrolysat-Injektion Natrium, USP 5% 5% mit Dextrose, 5% 5% mit Invertzucker 10% Wasser für die Injektion, USP.
Die Art und Weise der Verabreichung und die Art der Aufnahme entsprechen im wesentlichen dem Stand der Technik. Mit Lösungen, enthaltend etwa 50 bis 500 mMol des Komplexes pro Liter, sollte ausreichende Lösung oral oder parenteral verabreicht werden, um etwa 1 bis 100 µMol/kg, entsprechend etwa 1 bis 20 mMol für einen erwachsenen Menschen, bereitzustellen.
Für kleinere Patienten oder Lebewesen kann die Dosierung entsprechend variiert werden. Der ausgewählte Komplex und das Organ, welches abgebildet werden soll, bestimmen die Wartezeit zwischen der Verabreichung und der Bildaufnahme.
Normalerweise werden hierfür etwa 15 Minuten, aber jedoch weniger als 1 Stunde benötigt. Während der ersten Stunden wird der Komplex über die Leber in die Galle abgeschieden.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, worin alle Teile Gewichtsanteile sind, es sei denn, daß es anders angegeben ist.

Beispiel 1

Herstellung von DCTP (trans-1,2-Diaminocyclohexan- N,N,N,N-tetramethylenphosphonsäure-hydrat)

28,5 g (0,25 Mol) trans-1,2-Diaminocyclohexan und 82 g (1 Mol) Phosphorsäure werden in 140 ml konzentrierter Salzsäure gelöst. Die Lösung wird auf Rückfluß erhitzt (110ºC) und anschließend 162 g (2,1 Mol) Formalin (40%ige wäßrige Lösung von Formaldehyd) über eine Dauer von 90 Minuten hinzugefügt. Die Temperatur fällt auf 94ºC und die Reaktionsmischung wird bei dieser Temperatur für 5 Stunden gehalten, anschließend über Nacht bis auf 25ºC abgekühlt. Die Kristallisation wird durch Kratzen an der Wand des Reaktionsgefäßes in Gang gesetzt. Nach Stehen über Nacht wird das ausgefallene Produkt abfiltriert und mit Aceton gewaschen (3 · 100 ml). Das DCTP wird aus einer geringen Menge Wasser umkristallisiert, mittels Filtration isoliert, mit Aceton gewaschen und an der Luft getrocknet. Dabei werden 64 g (52% Ausbeute) des reinen Produktes erhalten.

Charakterisierung des DCTP

Der Schmelzpunkt beträgt 228-232ºC (Zersetzung), wobei eine starke Verdunkelung oberhalb 220ºC festgestellt wird.
Das Massenspektrum zeigt einen Hauptpeak bei 491 (theoretisch: 491). Die Elementaranalyse für DTCP H20 (C&sub1;&sub0;H&sub2;&sub8;N&sub2;O&sub1;&sub3;P&sub4;); berechnet:
C 23,63; H 5,55; N 5,51, P 24,38.
Gefunden: C 23,87; H 5,41; N 5,48; P 24,49.
Der Wassergehalt beträgt 3,41% bestimmt durch Karl-Fischer- Titration.
Die spektrophotometrische Komplexierungsanalyse von DCTP mittels Kupferchloridstandard ergibt Prozentanteile von 100,1, 100,6 und 101,2 (durchschnittlich 100,6), wonach ein Molekulargewicht von DCTP · H&sub2;O von 508,22 angenommen wird.

NMR-Spektrum von DCTP

Das Protonenspektrum (400,13 MHz), Kohlenstoff-(100,61 mHz) und Phosphor-(161,94 MHz)NMR-Spektrum von trans-1,2- Diamino-cyclohexan-N,N,N,N-tetramethylenphosphonsäure in Dimethylsulfoxid-d6 liefern keine geeigneten Strukturpeaks. Aufgrund der Anzahl an überlappenden Peaks sind zweidimensionale 1H-13C-Korrelations-NMR-Techniken erforderlich, um unzweideutige Peakzuordnungen möglich zu machen. Die 2D NMR-Ergebnisse und die Analyse eines Molekülmodells zeigen an, daß eine Symmetrie-Achse vorliegt, welche 2 Teile nichtäquivalenter Phosphoratome bedingt, sowie diastereotope Protonen an den zu den Phosphoratomen benachbarten Methylenkohlenstoffatomen. Die 4 Methyleneinheiten bedingen 2 Sätze von chemisch nichtäquivalenten Kernen. Die NMR-Zuordnungen sind wie folgt: 130 (ppm, relativ zu TMS): 63,2 (Singulett, Methingruppe von Oyclohexyl), 50,72 (Dublett, Jcp = 145,7 Hz, Methylen Teil A des Phosphonats), 47,10 (Dublett, Jcp = 140,4 Hz, Methylen Teil B des Phosphonats), 23,9 (Singulett, beta-Methylen der Oyclohexylgruppe), 22,9 (Singulett, gamma-Methylen der Cyclohexylgruppe). 1H-Spektrum (ppm, relativ zu TMS): 8,28 (P-OH), 3,55 (Methin der Oyclohexylgruppe), 3,50, 3,31, 3,27, 288 (Methylen des Phosphonats), 1,72, 1,16 (beta-Methylen der Cyclohexylgruppe), 2,10, 1,26 (gamma-Methylen der Oyclohexylgruppe).
31P-Spektrum (ppm elativ zu H3PO4): -19,2, -19,8.
Die NMR-Ergebnisse deuten darauf hin, daß der DCTP-Ligand relativ starr auf der NMR-Zeitskala ist; in der Tat wird bis zu einer Temperatur von 60ºC keine Interkonversion beobachtet. Dies steht im Gegensatz zu DCTA, dem Essigsäureanalogen, welches auf der NMR-Zeitskala bei 25ºC sehr schnell interkonvertiert.

Beispiel 2

Bildung des Calciumsalzes des Mangan-Komplexes von DCTA und DCTP

a) Zu 60 ml von entgastem Wasser werden 1,6 g (0,04 Mol) Natriumhydroxid hinzugefügt. Nachdem sich das Alkali aufgelöst hat, werden 3,6436 g (0,01 Mol) trans-N,N,N',N'-Tetracarboxymethyl-1,2-diaminocyclohexan-monohydrat (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) zu der gerührten Lösung hinzugefügt. Anschließend werden 1,979 g (0,01 Mol) Manganchlorid-tetrahydrat in 10 ml entgastem Wasser aufgelöst und der zuvor beschriebenen Lösung tropfenweise hinzugefügt. Nach 30 Minuten Rühren wird der Mischung 0,1 Moläquivalent Calciumchlorid zugesetzt. Der pH-Wert wird auf 6,5 eingestellt und Wasser hinzugefügt, um ein Endvolumen von 100 ml zu erhalten, woraus sich eine Endkonzentration von 100 mMol ergibt. Die klare schwachgelbe Lösung wird durch ein 0,2 µ-Filter zwecks Sterilisation filtriert.
b) Das Calciumsalz des Mangan-Komplexes von trans-1,2- Diamino-cyclohexan-N,N,N',N'-tetramethylenphosphonsäure (DCTP) wird aus dem Produkt gemäß Beispiel 1 wie unter Punkt (a), hier beschrieben, hergestellt.
c) Die Relaxationszeiten der Protonen, die in Wasser und in Plasma anwesend sind und welche den Komplexen gemäß (a) und (b) (bei 10 MHz) (37ºC) ausgesetzt sind, sind in Millisekunden angegeben: Tabelle 1 Molare Konzentration (Mol/Liter) Wasser Plasma
d) Die LD&sub5;&sub0;-Werte für 40 Mäuse bezüglich des Komplexes gemäß (a) sind wie folgt: Tabelle 2 Dosis (mMol/kg) Geschlecht Todesfälle Überlebende männlich weiblich
Der LD&sub5;&sub0;-Wert für die Verbindung gemäß (a) wurde mit 4,9 mMol/kg mit einer 95%igen Sicherheit im Bereich zwischen 4,1 und 5,9 mMol/kg bestimmt. Der LD&sub5;&sub0;-Wert für die Verbindung (b) ist sehr viel niedriger und liegt bei 0,2 mMol/kg.
e) Verteilung der Verbindung gemäß (a) bzw. (b) in Organen in männlichen Kaninchen: Die Kaninchen wurden 69 Minuten nach Injektion der Verbindung gemäß (a) und 15 Minuten nach der Injektion der Verbindung gemäß (b) getötet und die Protonenrelaxationswerte in Millisekunden in vitro bei 10 MHz für jedes der verschiedenen Organe gemessen. Tabelle 3 Normale Werte Gewebe Gehirn Herz Lunge Fett Skelett-Muskel Nebennierenrinde Nierenmark Leber Pancreas Magen Dünndarm Dickdarm Hoden Harn NA = nicht verfügbar

Beispiel 3

Bildung des Calciumsalzes des Gadolinium-Komplexes von DCTA und DCTP

a) 18,218 g (0,05 Mol) trans-N,N,N',N'-Tetracarboxymethyl-1,2-diaminocyclohexan werden zu 100 ml Wasser gegeben und anschließend 8 g (0,2 Mol) Natriumhydroxid hinzugefügt. Anschließend werden 18,585 g (0,05 Mol) Gadoliniumchlorid langsam unter Rühren hinzugesetzt. Die Lösung wird anschließend für 30 Minuten gerührt. Danach wird 0,1 Moläquivalent Calciumchlorid hinzugegeben und der pH-Wert der Lösung auf 6,5 eingestellt. Das Volumen der Lösung wird auf 200 ml gebracht, wobei sich eine Endkonzentration von 250 mMol ergibt. Anschließend wird die Lösung durch Filtration über einen 0,2 Mikron-Filter sterilisiert.
b) Das Calciumsalz des Gadolinium-Komplexes von trans- 1,2-Diaminocyclohexan-N,N,N',N'-tetramethylenphosphonsäure wird mit dem Produkt gemäß Beispiel 1 nach dem Verfahren gemäß (a) hergestellt.
c) Die Relaxationszeiten der in Wasser und Plasma anwesenden Protonen, welche den Verbindungen gemäß (a) und (b) bei 10 MHz (37ºC) ausgesetzt sind, wurde in Millisekunden gemessen: Tabelle 4 Molare Konzentration (Mol/Liter) Wasser Plasma
d) Für Vergleichszwecke und um die Überlegenheit der Verbindungen gemäß vorliegender Erfindung zu demonstrieren folgt anschließend eine Tabelle, in der Relaxationswerte für Wasser und Plasma angegeben sind, wobei das N-Methylglucaminsalz von Gd-DTPA verwendet wurde. Tabelle 5 Molare Konzentration Wasser Plasma Mol/Liter
Es ist festzustellen, daß die Relaxationszeiten in Tabelle 1 bezüglich der neuen Mangan-Komplexe annähernd dieselben sind wie die der Gadoliniumsalze gemäß Tabelle 5, auch wenn Tabelle 1 sich auf ein Metall mit zwei ungepaarten Elektronen weniger bezieht, welches im Körper natürlicherweise vorkommt. Das Gadoliniumsalz gemäß vorliegender Erfindung und gemäß Tabelle 4 ist überlegen.

Beispiel 4

Herstellung von 100 mM Mangan-EDTP-Komplex, enthaltend 40 mM Calcium

(1) Zu 300 ml Wasser, enthaltend 0,2 Mol Natriumhydroxid, werden 21,81 g (0,05 Mol) N,N,N',N'-Tetraphosphon-methylen-ethylendiamin (kurz bezeichnet als EDTP) hinzugefügt. Die Mischung wird mittels eines Magnetrührers gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wird. Der pH-Wert der erhaltenen Lösung beträgt annähernd 5,8.
(2) 9,90 g (0,05 Mol) Manganchlorid-tetrahydrat werden in etwa 15 ml Wasser gelöst und anschließend der obigen Lösung hinzugefügt. Es entsteht ein Niederschlag, welcher sich nach weiterem Rühren auflöst.
(3) 10 ml einer 5 M Lösung von Natriumhydroxid wird der gerührten Mischung zugesetzt, um den pH-Wert auf 5,8 einzustellen.
(4) 2,94 g (0,02 Mol) Calciumchlorid werden der Mischung hinzugefügt. Ein auftretender Niederschlag löst sich nach etwa 15 Minuten Rühren auf und der pH-Wert sinkt auf 5,6.
(5) Der pH-Wert wird auf 5,8 mit einer Lösung von 5 M Natriumhydroxid eingestellt.
(6) Die Lösung wird auf ein Endvolumen von 500 ml gebracht, wobei sich eine Konzentration von 100 mM für den Mn-EDTP-Komplex und 40 mM für Calcium ergibt.
(7) Die Lösung wird anschließend über ein 0,2 um-Filter filtriert und in mit Butylkautschukstopfen verschlossenen Gefäßen aufbewahrt.
Die Lösung wird anschließend zu Wasser und Humanplasma in verschiedenen Mengen gegeben und die Relaxationszeiten auf herkömmliche Weise im Vergleich mit jenen für den Gadolinium-Komplex von 2-N-Methylglucamin-diethylentriaminpentaessigsäure wie in Tabelle 5 angegeben bestimmt.
Folgende Ergebnisse wurden erhalten, wobei niedrige Werte sowohl für T&sub1; (transversaler Relaxationsmechanismus) und T&sub2; (longitudinaler Relaxationsmechanismus) bevorzugt sind. Tabelle 6 Relaxationszeiten der Verbindungen in Wasser und Humanplasma in Millisekunden bei 10 MHz (37ºC) Konzentration (molar) Wasser Plasma
Die Relaxation von Mn-EDTP-Ca ist deutlich der von Gd-DTPA überlegen. Dies zeigt sich insbesondere an den T&sub1;-Werten in Plasma. Beispielsweise beträgt der Wert für Mn-EDTP-Ca- Komplex bei 9,77·10&supmin;&sup6; M 653 Millisekunden; der Wert für Gd-DTPA bei einer 10fach höheren Konzentration (9,77·10&supmin;&sup5; M) liegt bei 877 Millisekunden, d. h. er ist sehr viel höher.

Beispiel 5

Pharmakokinetische Daten der Verbindung gemäß Beispiel 4 in reinrassigen Beagle-Hunden

Männlichen Hunden wurde eine Lösung gemäß Beispiel 4 bzw. die Vergleichsverbindung bei 350 µMol/kg injiziert. Zu bestimmten Zeiten wurde Blut abgenommen. Das Plasma wird getrennt und die T&sub1;-Relaxationszeiten in Millisekunden bestimmt. Tabelle 7 Zeit (min) Vor-Inj.
Das Ausscheiden von Gd-DTPA aus dem Plasma ist sehr viel höher als jenes von Mn-EDTP-Ca. 180 Minuten nach der Injektion ist das meiste des Gd-DTPA-Komplexes aus dem Plasma ausgeschieden. Der Mn-EDTP-Calcium-Komplex ist noch nicht nach 360 Minuten nach der Injektion völlig ausgeschieden. Dies bedeutet, daß mittels des Mn-EDTP-Calcium- Komplexes eine längere Zeit für die Bildaufnahme zur Verfügung steht.

Beispiel 6

Organverteilung der Verbindung gemäß Beispiel 4 in männlichen Kaninchen

Die Verbindung wird männlichen Kaninchen in einer Menge von 50 µMol/kg injiziert. Die Kaninchen werden 15 Minuten nach der Injektion getötet und die Relaxationszeit T&sub1; der inneren Organe bei 5 MHz in Millisekunden in vitro bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle dargestellt: Tabelle 8 Organ normale Organe Herz Lunge Fett Skelett-Muskel Nebennierenrinde Nierenmark Leber Milz Pancreas Blasen Magen Dünndarm Dickdarm
Nach einem Vergleich gemäß Amer.J.Roentol. 143, 1226, beträgt die Verteilung von Gd-DTPA in einem Menschen 30 Minuten nach der Injektion in Millisekunden: Tabelle 9 Organ Vor T&sub1; Nach T&sub1; Fett Muskel Leber Milz Nieren
Das Organ-Verteilungsmuster von Mn-EDTP-Ca ist sehr verschieden von jenem von Gd-DTPA. Es tritt in das Leber- Galle-System ein, woraus eine wesentliche Abnahme der T&sub1;- Werte in der Leber, Milz, Pancreas und im Dünn- und Dickdarm resultiert. Gd-DTPA, welches ein vaskuläres Mittel ist, wird vorwiegend durch die Nieren ausgeschieden und agiert im wesentlichen nicht mit dem Leber-Galle-System. Der Mn-EDTP-Ca-Komplex verteilt sich auch im Herzen. EKG-Studien zeigen, daß dies nicht die Funktion des Herzens beeinträchtigt.

Beispiel 7

Zu 100 ml Wasser, enthaltend 5 ml 1N Natriumhydroxidlösung werden 2,0 g (5 mMol) 1,4,7,10-Tetra-azacyclododecan-N,N', N'',N'''-tetraessigsäure hinzugefügt. Anschließend werden 1,3 g (5 mMol) GdCl&sub3; zugesetzt und die Suspension auf 50ºC für 2 Stunden erhitzt. Calciumchlorid (1 mMol) wird anschließend hinzufügt und der pH-Wert der Lösung mit 1 N Natriumhydroxid auf 6,5 eingestellt. Die klare Lösung wird zwecks Sterilisation durch ein 0,2-Mikrometerfilter filtriert.

Beispiel 8

Zu 100 ml Wasser, enthaltend 10 g (100 mMol) N-Methylglucamin werden 19,7 g (50 mMol) Diethylen-triamin-N,N', N'',N'''-pentaessigsäure hinzugegeben. Anschließend werden 13 g (50 mMol) GdCl&sub3; zugesetzt und die Mischung 1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Danach wird Calciumascorbat (3,9 g, 10 mMol) zugesetzt und der pH-Wert auf 6,5 mit 1N Natriumhydroxidlösung eingestellt. Die klare 500 mM Lösung wird durch ein 0,2 Mikrometerfilter zwecks Sterilisation vor der Verwendung filtriert.
Es versteht sich, daß die Beschreibung und Beispiele nur erläuternd sind und die vorliegende Erfindung nicht einschränken und daß andere Ausführungsformen für den Fachmann innerhalb des Geistes und Umfangs der Erfindung naheliegen.

Claims

1. Die Verwendung eines physiologisch annehmbaren Chelatkomplexes aus einer chelatierenden Verbindung und einem paramagnetischen Ion eines Lanthanide-Elements mit einer Ordnungszahl im Bereich von 57 bis 70 oder eines Übergangsmetalls mit einer Ordnungszahl, ausgewählt aus 21 bis 29, 42 und 44, und einem nicht-paramagnetischen organischen Calciumsalz zur Herstellung eines Kontrastmediums zur magnetischen Resonanzabbildung durch Mischen des genannten Komplexes und des genannten organischen Salzes.

2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei das paramagnetische Metallion ein Ion von Fe, Mn oder Gd ist.

3. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, worin die chelatierende Verbindung ausgewählt ist aus EDTP, DCTP, DCTA, 1,4,7,10-Tetraazacyclododecan-N,N',N'',N'''-tetraessigsäure und DTPA.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das genannte organische Salz ausgewählt ist aus Calciumgluconat Calciumlactat und Calciumascorbat.