DE60015576T2

DE60015576T2 - 4-Fluoralkyl-3-halogenphenylnortropane

Info

Publication number: DE60015576T2
Application number: DE60015576T
Authority: DE
Inventors: M. Mark GOODMAN; Ping Chen
Original assignee: Emory University
Current assignee: Emory University
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: EP1212103B1; DE60015576D1; US6399042B1; CA2369663A1; WO2000064491A1; EP1212103A1; EP1212103A4; JP2002542306A; AU4975600A

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Provisional-Anmeldung Nr. 60/131,104, die am 26. April 1999 angemeldet worden ist.
Diese Erfindung wurde zumindest teilweise mit Unterstützung des United States Department of Energy unter dem Vertrag #DE-FG02-97ER-62367 gemacht. Demgemäß kann die US-Regierung bestimmte Rechte an dieser Erfindung haben.
Die Erfindung umfasst neue chemische Verbindungen, die in einem biologischen System eine spezifische Bindung aufweisen und für Positronenemissions-Tomographie-Bildgebungsverfahren (PET-Bildgebungsverfahren) und Einzelphotonenemissions-Bildgebungsverfahren (SPECT-Bildgebungsverfahren) verwendet werden können.
Das Vermögen analoger Verbindungen, an lokalisierte Liganden innerhalb des Körpers binden zu können, ermöglicht es, solche Verbindungen zur in situ-Bildgebung der Liganden durch PET, SPECT und entsprechende Bildgebungsverfahren zu verwenden. Im Prinzip muss über die Natur des Liganden nichts bekannt sein, solange ein Binden stattfindet, und ein solches Binden ist für eine Klasse von Zellen, Organen, Geweben oder Rezeptoren, die von Interesse sind, spezifisch. Die PET-Bildgebung wird mit Hilfe von Tracerverbindungen erreicht, die mit einem Positronen-emittierenden Isotop markiert sind (M.M. Goodman, Clinical Positron Emission Tomography, Mosby Yearbook, 1992, K.F. Hubner et al., Kapitel 14). Für die meisten biologischen Materialien gibt es nur wenige geeignete Isotope. Das Kohlenstoffisotop [¹¹C] wurde für PET verwendet, jedoch begrenzt dessen kurze Halbwertszeit von 20,5 min dessen Eignung auf Verbindungen, die schnell synthetisiert und gereinigt werden können, sowie auf Einrichtungen, die sich nahe an einem Cyclotron befinden, in dem das [¹¹C]-Vorstufenausgangsmaterial erzeugt wird. Andere Isotope haben noch kürzere Halbwertszeiten. [¹³N] weist eine Halbwertszeit von 10 min und [¹⁵O] eine noch kürzere Halbwertszeit von 2 min auf. Die Emissionen beider Isotope sind energiereicher als diejenigen von [¹¹C]. Dennoch wurden mit diesen Isotopen PET-Studien durchgeführt (K.F. Hubner in Clinical Positron Emission Tomography, Mosby Yearbook, 1992, K.F. Hubner et al., Kapitel 2). Ein besser geeignetes Isotop, [¹⁸F], weist eine Halbwertszeit von 110 min auf. Dieses Isotop führt dazu, dass ausreichend Zeit zur Verfügung steht, um es in einen radioaktiv markierten Tracer einzubringen, um eine Reinigung durchzuführen und es an ein menschliches oder tierisches Subjekt bzw. Lebewesen zu verabreichen. Darüber hinaus können Einrichtungen, die von einem Cyclotron weiter entfernt sind, nämlich bis zu einem Radius von etwa 200 Mei len, von [¹⁸F]-markierten Verbindungen Gebrauch machen. Die Nachteile von [¹⁸F] sind die relative Seltenheit fluorierter Analoga, die eine funktionelle Äquivalenz zu natürlich vorkommenden biologischen Materialien aufweisen, und die Schwierigkeit der Gestaltung von Syntheseverfahren, die das in dem Cyclotron erzeugte Ausgangsmaterial effizient nutzen. Ein solches Ausgangsmaterial kann entweder Fluoridionen oder Fluorgas sein. In dem letztgenannten Fall ist nur ein Fluoratom des zweiatomigen Gases tatsächlich ein Radionuklid, so dass das Gas als ¹⁸F-F bezeichnet wird. Reaktionen, bei denen ¹⁸F-F als Ausgangsmaterial verwendet wird, führen daher zu Produkten, die nur die Hälfte des Radionuklidgehalts von Reaktionen aufweisen, die K¹⁸F als Ausgangsmaterial nutzen. Andererseits kann [¹⁸F] in Form von Fluoridionen in Curiemengen zum Einbringen in eine radiopharmazeutische Verbindung mit einer hohen spezifischen Aktivität von theoretisch 1,7 Ci/nmol unter Verwendung trägerfreier nucleophiler Substitutionsreaktionen hergestellt werden. Die Energieemission von [¹⁸F] beträgt 0,635 MeV, was zu einer relativ kurzen, durchschnittlich 2,4 mm langen Positronenreichweite im Gewebe führt, was hochaufgelöste PET-Bilder ermöglicht.
Die SPECT-Bildgebung nutzt Isotopentracer, die hochenergetische Photonen emittieren (γ-emittierende Substanzen). Der Bereich geeigneter Isotope ist größer als derjenige für PET, jedoch liefert SPECT eine geringere dreidimensionale Auflösung. Dennoch wird SPECT verbreitet verwendet, um klinisch signifikante Informationen über das Binden, die Lokalisierung und die Clearance-Geschwindigkeit von Analoga zu erhalten. Ein geeignetes Isotop für die SPECT-Bildgebung ist [¹²³I], bei dem es sich um eine γ-emittierende Substanz mit einer Halbwertszeit von 13,3 Stunden handelt. Verbindungen, die mit [¹²³I] markiert sind, können bis zu einer Entfernung von 1000 Meilen von dem Ort der Herstellung transportiert werden, oder das Isotop selbst kann für eine Synthese an Ort und Stelle transportiert werden. 85 % der Emissionen des Isotops sind 159 keV-Photonen, die mit gegenwärtig verwendeten SPECT-Geeräten einfach gemessen werden können.
Die Verwendung [¹⁸F]-markierter Verbindungen in der PET war auf wenige analoge Verbindungen beschränkt. Insbesondere wurde [¹⁸F]-Fluordesoxyglukose verbreitet in Studien der mit der Gehirnaktivität zusammenhängenden Glukoseaufnahme verwendet. [¹⁸F]-L-Fluordopa und andere Dopaminrezeptoranaloga wurden ebenfalls bei der Kartierung der Dopaminrezeptorverteilung verwendet.
Andere Halogenisotope können zur PET- oder SPECT-Bildgebung oder zur konventionellen Tracermarkierung verwendet werden. Diese Halogenisotope umfassen ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ⁷⁷Br und ⁸²Br, die geeignete Halbwertszeiten und Emissionseigenschaften aufweisen. Im Allgemeinen sind die chemischen Mittel vorhanden, um jeglichen Halogenrest durch die beschriebenen Isotope zu ersetzen. Daher sind die biochemischen oder physiologischen Aktivitäten jegliches halogenierten Homologen der beschriebenen Verbindungen nunmehr zur Verwendung durch den Fachmann verfügbar, einschließlich stabile Isotop-Halogenhomologe. Andere Halogenisotope können durch Astat ersetzt werden. [²¹⁰At] emittiert alpha-Teilchen mit einer Halbwertszeit von 8,3 Stunden. At-substituierte Verbindungen sind deshalb für eine Tumortherapie geeignet, wenn die Bindung ausreichend tumorspezifisch ist.
Serotonintransporter (SERT's) sind Proteine, die sich auf der Membran von Nervenenden der serotoninergen Neuronen befinden. Ein SERT dient zur Entfernung von Serotonin von der Synapse, ein Prozess, der dabei unterstützt, die Serotonin-Neurotransmission des zentralen Nervensystems (ZNS) zu regulieren. Der Serotonintransporter ist an der Pathophysiologie von Depressionen beteiligt und repräsentiert die vermutlichen Wirkungsstellen des größten Teils der Antidepressiva älterer und neuerer Generation (D.L. Murphy et al, J. Clin. Psychiatr. 47 (suppl.), 9–15 (1986)). Eine Anomalie der SERT-Dichte im Mittelhirn und im frontalen Kortex wurde auch mit obsessiv-kompulsiven Störungen in Zusammenhang gebracht. Unterstützende Beweise wurden jedoch indirekt aus Gewebeuntersuchungen nach einer Obduktion und tierischen und peripheren Zellmodellen der Transporterzellfunktion und -pharmakologie erhalten. Emissionstomographie-Techniken liefern einzigartige Gelegenheiten zur Definition des funktionellen Status und der funktionellen Pharmakologie im lebenden menschlichen Gehirn. Die Entwicklung von Serotonintransporter-Bildgebungsmitteln, die mit Positronen-emittierenden Substanzen markiert sind, ist sei kurzem für Sonden interessant, die zur Untersuchung der Rolle der neuroregulatorischen Stelle unter Verwendung von Positronenemissions-Tomographie (PET) und Einzelphotonenemissions-Tomographie (SPECT) dienen.
Die WO-A-96/39198 beschreibt radioaktiv markierte Nortropan-Derivate zur Verwendung in Tomographieverfahren wie z.B. SPECT oder PET, die zur Kartierung von Monoamin-Wiederaufnahmestellen geeignet sind.
Gegenwärtig gibt es kein einziges Radiopharmazeutikum, das entweder mit Fluor-18 oder mit Iod-123 markiert werden kann, zur regionalen Verteilung geeignet und bezüglich der Differenzierung einer Depression von anderen psychiatrischen Störungen effizient ist. Citalopram (Hume et al., Nucl. Med. Biol. 18, 339–351 (1991)), Paroxetin (Suehiro et al., Nucl. Med. Biol. 18, 791–796 (1991)), Fluoxetin (Kilbourn et al., J. Label. Cmpd. Radiopharm. 26, 412–414 (1989)) und Nitroquipazin (Mathis et al., J. Nucl. Med. 34, 7P–8P (1993)), bei denen es sich um starke Serotonintransporter-Liganden handelt, wurden mit Kohlenstoff-11 und Fluor-18 als potenzielle Radiotracer zur Lokalisierung und Quantifizierung von Serotonintransporter- Stellen im Gehirn unter Verwendung von PET radioaktiv markiert. Leider gab die in vivo-Affinität und -Selektivität dieser radioaktiv markierten Liganden für den Serotonintransporter nicht deren in vitro-Wirksamkeit wider, wie es sich durch Bilder von Gehirnregionen, die reich an serotoninergen Neuronen sind, mit schlechter Qualität zeigt. Kürzlich wurde gefunden, dass eine Reihe von trans-1,2,3,5,6,10b-Hexahydropyrrolo[2,1-a]isochinolin-Derivaten wirksame Inhibitoren mit niedriger und subnanomolarer Affinität für den Serotonintransporter sind (Maryanoff et al., J. Med. Chem. 30, 1433–1454 (1987)). Der stärkste Inhibitor der Reihe, trans-1,2,3,5,6,10b-Hexahydro-6-[4-(methylthio)phenyl]pyrrolo[2,1-a]isochinolin (McN-5652Z) (Ki = 0,68 nM) wurde zur Verwendung als PET-Radioligand zur Kartierung von Serotonintransporterstellen mit Kohlenstoff-11 markiert (Suehiro et al., J. Label Cmpd. Radiopharm. 31, 841–848 (1992)). Kohlenstoff-11-McN-5652Z zeigte die größte Ansammlung in Gehirnbereichen, die reich an serotoninergen Neuronen waren, mit größeren Verhältnissen von Cortex zu Kleinhirn (4,3:1) als bisher getestete PET-Serotonintransporterliganden (Suehiro et al., J. Nucl. Med. 34, 120–127 (1993)). Die sehr kurze 20-minütige Halbwertszeit von Kohlenstoff-11 ist jedoch für eine longitudinale selektive regionale Aufnahme des Radioliganden und die Gegenwart radioaktiv markierter Metaboliten, die für die Bildgebung der Bindungsstelle und die kinetische Modellierung des Tracers entscheidend sind, nicht ideal. Folglich besteht ein Bedarf für eine Sonde mit einer längeren Halbwertszeit, die eine subnanomolare bis niedrige nanomolare Affinität, eine hohe Selektivität und eine niedrige Dissoziationsgeschwindigkeit von der Serotonintransporter-Bindungsstelle zeigt. Da der Serotonintransporter eine Schlüsselrolle bei der Serotonin-Neurotransmission spielt, wäre die Entwicklung von Radiopharmazeutika, die mit gamma- oder Positronen-emittierenden Isotopen markiert sind, die eine ausgeprägte Aufnahme im Gehirn, eine sehr hohe Selektivität und Affinität für den Transporter und eine geringe unspezifische Bindung zeigen, zur Messung der Dichte der präsynaptischen Serotonintransporterstellen mittels Emissionstomographie hervorragend.
Die vorliegende Erfindung umfasst Verbindungen der folgenden allgemeinen Formel: Formel 1
worin
X -CH₂CH₂Q, -CHCHR oder -CCH₂FCH₂ und
Q F oder CH₂F ist, R I oder CH₂F ist,
Y Y₁ ist, mit der Ausnahme, dass dann, wenn Q CH₂F ist, Y Y₂ ist,
Y₁ H, F, Cl, Br, I ist und
Y₂ F oder Cl ist.
F, Cl, Br oder I kann in einer stabilen Isotopenform oder einer Radioisotopenform vorliegen. Wenn X ungesättigt ist, ist das Z-Isomer bevorzugt. Erfindungsgemäße Verbindungen binden an den Serotonintransporter mit einer hohen Affinität und Selektivität. Erfindungsgemäße radioaktiv markierte Verbindungen, die mit einem geeigneten Isotop markiert sind, sind als Bildgebungsmittel zur Visualisierung der Stelle und der Dichte des Serotonintransporters mittels PET- oder SPECT-Bildgebung geeignet. Bestimmte erfindungsgemäße Verbindungen können entweder mit einem PET-Bildgebungsisotop oder mit einem SPECT-Bildgebungsisotop markiert werden, so dass unter Verwendung der gleichen Tracerverbindung PET- und SPECT-Bilder verglichen und bewertet werden können. Erfindungsgemäße stabile isotope Verbindungen weisen geeignete pharmakologische Eigenschaften bei der Behandlung von Krankheiten auf, die mit einer Serotonintransporter-Dysfunktion zusammenhängen.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen variieren gemäß den Substituenten am Phenylring. Diese umfassen beispielsweise:
wobei mindestens ein Halogen ein Radioisotop sein kann. Von besonderem Interesse sind die Radioisotope ¹⁸F, ¹²³I, ¹²⁵I, ¹³¹I, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ⁷⁷Br und ⁸²Br. Für Verbindungen mit zwei Halogenatomen sind alternative Synthesen entwickelt worden, um eine schnelle Substitution eines isotopen Halogens in einer späten Stufe zu ermöglichen. Die gleiche Komponente, wie z.B. FEINT, kann unter Verwendung von Synthesen mit einer späten Stufe, die eine hohe radiochemische Ausbeute ermöglichen und die verwendbare Produktlebensdauer maximieren, entweder mit ¹²³I oder ¹⁸F synthetisiert werden.
Es werden auch Verfahren zur Durchführung einer PET- und SPECT-Bildgebung eines Subjekts bzw. Lebewesens mit einer Serotonintransporter-Dysfunktion bereitgestellt.
Die 1 veranschaulicht die regionale Aufnahme von [¹⁸F]FEINT (1A) und [¹⁸F]FEINT mit 10 μM Citalopram (1B) im Gehirn, welche die spezifische SERT-Bindung zeigt.
2 (obere Reihe) zeigt PET-Bilder von [¹⁸F]FEBrNT in einem Rhesusaffen 100 bis 120 min nach der intravenösen Injektion und (untere Reihe) 45 bis 50 min nach der intravenösen Injektion von 5 mg Fluvoxamin, welche die spezifische SERT-Bindung zeigen.
3 ist ein Graph, der die Zeit-Aktivitäts-Kurven von [¹⁸F]FEBrNT in einem Rhesusaffen im Thalamus (o), Hypothalamus (∆), der ZNS-Brücke (
) und dem Kleinhirn (x) 0 bis 120 min nach der intravenösen Injektion zeigt. 112 min nach der Injektion wurden 5 mg Fluvoxamin verabreicht.
4 zeigt SPECT-Bilder von [¹²³I]ZIENT in einem Rhesusaffen 80 bis 110 min nach der intravenösen Injektion in der Transversal- (obere Reihe), Saggital- (mittlere Reihe) und Coronalachse (untere Reihe).
5 zeigt SPECT-Bilder von [¹²³I]ZIENT in einem Rhesusaffen in der Transversal- (obere Reihe), Saggital- (mittlere Reihe) und Coronalachse (untere Reihe) 15 bis 30 min nach der intravenösen Injektion von 5 mg Fluvoxamin.
6 zeigt SPECT-Bilder von [¹²³I]ZIENT in einem Pavian 300 bis 360 min nach der intravenösen Injektion, wobei die 6A die transversale Achse und die 6B die gleichzeitige MRI-Erfassung ist.
7 ist ein Graph, der die Zeit-Aktivitäts-Kurven von [¹²³I]ZIENT in einem Pavian zeigt.
Im Allgemeinen haben die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke die in dem Fachgebiet anerkannte Bedeutung, wie sie in Standardtexten, Zeitschriften und Zusammenhängen genannt werden, die dem Fachmann bekannt sind. Die folgenden Definitionen werden angegeben, um deren spezifische Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung zu verdeutlichen.
Der Begriff „Halogen" bezieht sich sowohl auf radioaktive als auch nicht-radioaktive Isotope von Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat. Beispiele umfassen F, ¹⁸F, ¹⁹F, Cl, ³⁵Cl, Br, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ⁷⁷Br, ⁸²Br, I, ¹²³I, ¹²⁴I, ¹²⁵I, ¹³¹I, At, ²¹⁰At und ²¹¹At.
Der hier verwendete Begriff „Z-Isomer" bezieht sich auf eine Konformation von Alkenen, bei der zwei Substituenten mit höheren Ordnungszahlen an jedem Alken-Kohlenstoffatom auf der gleichen Seite der Doppelbindung vorliegen. Beispielsweise ist das Z-Isomer von ZIENT die Struktur, bei welcher der Phenylring und Iod auf der gleichen Seite der Doppelbindung von Phenyl-CH=CHI vorliegen.
In der vorliegenden Anmeldung wird eine neue Reihe von Gehirn-Bildgebungsmitteln der 4-Fluoralkyl-3-halogenphenylnortropan-Familie als diagnostische und therapeutische Mittel für Erkrankungen beschrieben, die mit einer Serotonintransporter-Dysfunktion zusammenhängen.
Beispiele für bevorzugte erfindungsgemäße Verbindungen sind 2β-Carbomethoxy-3β-(4-(2-Z-iodethenyl)phenyl)nortropan (ZIENT), 2β-Carbomethoxy-3β-(4-(2-fluorethyl)-3-iodphenyl)nortropan (FEINT) und 2β-Carbomethoxy-3β-(4-(2-fluorethyl)-3-bromphenyl)nortropan (FEBrNT). Wenn diese Verbindungen mit dem Einzelphotonen-emittierenden Radioisotop Iod-123 oder dem Positronen-emittierenden Radioisotop Fluor-18 markiert werden, können sie als diagnostisches Bildgebungsmittel zur Messung der neuronalen Funktion des zentralen Nervensystems (ZNS) im Gehirn von Patienten verwendet werden, die an einer Depression, einer obsessiv-kompulsiven Störung und Kokainabhängigkeit leiden. Diese Tropane wurden so gestaltet, dass sie mit einer hohen Affinität an den Serotonintransporter (SERT) binden. Radioaktiv markierte ZIENT-, FEINT- und FEBrNT-Analoga sind hervorragende potenzielle diagnostische Radiopharmazeutika zur Differenzierung einer Depression von anderen psychiatrischen Störungen und zur Unterstützung bei der Behandlung einer Depression. Radioaktiv markiertes ZIENT, FEINT und FEBrNT können auch wertvolle Radiopharmazeutika zur Unterstützung der Behandlung einer Kokainabhängigkeit sein.
Die speziellen Charakteristika dieser Radiopharmazeutika sind die direkte Bindung von Iod-123 an einen Phenylring oder als Z-Iodethenylgruppe, die an einer Phenylgruppe gebunden ist, oder die Bindung von Fluor-18 an einen Fluorethyl-substituierten Phenylring. Es wurde gefunden, dass diese Gruppen gegen einen Metabolismus und einen in vivo-Verlust des Fluor-18- und Iod-123-Radioisotops stabil sind. Dies ermöglicht ein Markieren entweder mit Fluor-18 oder mit Iod-123, was zu Radiopharmazeutika führt, die sowohl mit einem Positronenemissions-Tomographie-Bildgebungsmodus (PET-Bildgebungsmodus) als auch mit einem Einzelphotonenemissions-Bildgebungsmodus (SPECT-Bildgebungsmodus) verwendet werden können. In vitro-Bindungsstudien mit FEINT, FEBrNT und ZIENT sind in der Tabelle 1 gezeigt. In Zellen, die mit menschlichem SERT unter Verwendung von [³H]Citalopram stabil transfiziert worden sind, ergab sich ein Ki-Wert (nM) von 0,1, für den Dopamintransporter (DAT) in Zellen, die mit menschlichem DAT unter Verwendung von [³H]WIN35,428 stabil transfiziert worden sind, ergab sich ein Ki-Wert (nM) von 42,4 und für den Norepinephrintransporter (NET) in Zellen, die mit menschlichem NET unter Verwendung von [³H]Nisoxetin stabil transfiziert worden sind, ergab sich ein Ki-Wert (nM) von 64,9 für FEINT. Folglich wurde gefunden, dass FEINT selektiv für SERT ist und eine hohe Affinität für SERT aufweist, wobei die Affinität für DAT (DAT/SERT = 424) und NET (NET/SERT = 649) niedrig ist. In vitro-Bindungsstudien mit FEBrNT in Zellen, die mit menschlichem SERT unter Verwendung von [³H]Citalopram stabil transfiziert worden sind, ergaben einen Ki-Wert (nM) von 0,22, für den Dopamintransporter (DAT) in Zellen, die mit menschlichem DAT unter Verwendung von [³H]WIN35,428 stabil transfiziert worden sind, einen Ki-Wert (nM) von 23,2 und für den Norepinephrintransporter (NET) in Zellen, die mit menschlichem NET unter Verwendung von [³H]Nisoxetin stabil transfiziert worden sind, einen Ki-Wert (nM) von 126 für FEBrNT. Folglich wurde gefunden, dass FEBrNT selektiv für SERT ist und eine hohe Affinität für SERT aufweist, wobei die Affinität für DAT (DAT/SERT = 100) und NET (NET/SERT = 573) niedrig ist. [¹⁸F]FEINT und [¹⁸F]FEBrNT wurden mit Koronaigehirnschnitten von Schweinsaffen inkubiert und die Schnitte wurden etwa 30 min an einen Film angelegt. Die Bindung wurde am Thalamus, Hypothalamus, Kleinhirnlappen, Putamen und Schläfenkortex lokalisiert. Die Inkubation der Gehirnschnitte mit (¹⁸F]FEINT und (¹⁸F]FEBrNT und 10 μM Citalopram führte zu einer maximalen Inhibierung (90 %) des Bindens. Eine [¹⁸F]FEINT-PET-Bildgebungsstudie des Gehirns (1) in einem Rhesusaffen zeigte eine hohe [¹⁸F]FEINT-Aufnahme im Thalamus, Hypothalamus und Hirnstamm 105 min nach der Injektion. In einem Gleichgewichtsverdrängungsexperiment (1) mit Fluvoxamin (5 mg) in einem Rhesusaffen wurde die Radioaktivität im Thalamus, Hypothalamus und Hirnstamm 55 min nach der intravenösen Injektion verdrängt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass [¹⁸F]FEINT und [¹⁸F]FEBrNT hervorragende Kandidaten in vivo-Primatenstudien für die Kartierung von SERT-Stellen sind.
In vitro-Bindungsstudien mit ZIENT in Zellen, die mit menschlichem SERT unter Verwendung von [³H]Citalopram stabil transfiziert worden sind, ergaben einen Ki-Wert (nM) von 0,031, für den Dopamintransporter (DAT) in Zellen, die mit menschlichem DAT unter Verwendung von [³H]WIN35,428 stabil transfiziert worden sind, einen Ki-Wert (nM) von 3,47 und für den Norepinephrintransporter (NET) in Zellen, die mit menschlichem NET unter Verwendung von [³H]Nisoxetin stabil transfiziert worden sind, einen Ki-Wert (nM) von 15 für ZIENT. Folglich wurde gefunden, dass ZIENT selektiv für SERT ist und eine hohe Affinität für SERT aufweist, wobei die Affinität für DAT (DAT/SERT = 100) und NET (NET/SERT = 484) niedrig ist. Die Verteilung der Radioaktivität wurde als prozentuale Dosis pro Gramm in Geweben von mit ausreichend Nahrung versorgten männlichen Sprague-Dawley-Ratten 60 min und 120 min nach einer intravenösen Verarbreichung von [¹²³I]ZIENT ausgedrückt. [¹²³I]ZIENT zeigte die größte Ansammlung in Gehirnregionen, die reich an serotonergischen Neuronen waren, und zwar mit einem Verhältnis von Hypothalamus zu Kleinhirn von 3:1 und 5:1 60 bzw. 120 min nach der Injektion und einem Verhältnis von präfrontalem Kortex zu Kleinhirn von 2,9:1 1 und 120 min nach der Injektion. Eine [¹²³I]ZIENT-SPECT-Bildgebungsstudie des Gehirns in einem Rhesusaffen zeigte 54 min nach der Injektion eine hohe [¹²³I]ZIENT-Aufnahme im Mittelhirn. In einem Gleichgewichtsverdrängungsexperiment mit Fluvoxamin (5 mg) in einem Rhesusaffen wurde die Radioaktivität im Mittelhirn 35 min nach der intravenösen Injektion signifikant verdrängt. Diese Daten zeigen, dass ZIENT, das mit ¹²³I markiert ist, ein starkes Radiopharmazeutikum zur Diagnose und Behandlung von psychiatrischen Störungen wie z.B. Depression und obsessiv-kompulsiven Störungen in Menschen unter Verwendung von Emissionstomographietechniken ist.
Fluor-18 ist das attraktivste Radionuklid (Häufigkeit 97 %) für die Positronenemissions-Tomographie PET zur radioaktiven Markierung, da dessen Halbwertszeit von 110 min ausreichend Zeit (3 × 110 min) zum Einbau in ein Radiopharmazeutikum und zur Reinigung des Endprodukts bereitstellt, das für eine Verabreichung an den Menschen geeignet ist. Zweitens kann Fluor-18 in Curiemengen als Fluoridion zum Einbau in das Radiopharmazeutikum in einer hohen spezifischen Aktivität von theoretisch 1,7 Ci/nmol durch nucleophile Substiutionsreaktionen ohne zugesetzten Träger hergestellt werden. Fluor-18 ist auch die Positronenemittierende Substanz mit der niedrigsten Energie (0,635 MeV, 2,4 mm Positronenreichweite), welche die Bilder mit der höchsten Auflösung liefert. Schließlich ermöglicht die Halbwertszeit von 110 min ausreichend Zeit für eine regionale Verteilung bis zu einem 200 Meilen-Radius von dem Herstellungsort. Der einzige Nachfeil bei Tracern, die mit Fluor-18 markiert sind, ist die Halbwertszeit von Fluor-18 von 110 min, die eine regionale Verteilung nur in einem Radius von 200 Meilen ermöglicht, und die im Vergleich zu 9000 SPECT-Systemen relativ geringe Anzahl von PET-Bildgebungsvorrichtungen (100), die gegenwärtig verfügbar sind. Diese Nachteile können durch eine Markierung mit Iod-123 beseitigt werden. Iod-123 ist das attraktivste Radioisotop zum Markieren kleiner Moleküle für eine Einzelphotonenemissions-Tomographie (SPECT). Iod-123 weist eine Halbwertszeit von 13,13 Stunden auf, die für eine regionale Verteilung bis zu 1000 Meilen von dem Herstellungsort ideal ist und emittiert reichlich (85) 159 KeV-Photonen, was für die gegenwärtig verfügbaren 9000 SPECT-Systeme, die in allen medizinischen Zentren verwendet werden, nahezu ideal ist. Ferner kann radioaktives Iod stereospezifisch in Radiopharmazeutika mit einer hohen spezifischen Aktivität und einer hohen Ausbeute durch ein Ausrüstungsverfahren (Kit-Verfahren) eingebracht werden.
Der Serotonintransporter und der Norepinephrintransporter sind an der Pathophysiologie von Depressionen beteiligt und repräsentieren die vermutlichen Wirkungsstellen des größten Teils der Antidepressiva älterer und neuerer Generation (Murphy et al, (1986), supra). Unterstützende Beweise wurden jedoch indirekt aus Gewebeuntersuchungen nach einer Obduktion und tierischen und peripheren Zellmodellen der Transporterzellfunktion und -pharmakologie erhalten. Emissionstomographie-Techniken liefern einzigartige Gelegenheiten zur Definition des funktionellen Status und der funktionellen Pharmakologie im lebenden menschlichen Gehirn. Die Entwicklung von Serotonintransporter-Bildgebungsmitteln (SERT-Bildgebungsmitteln), die mit Positronen- und Gamma-emittierenden Radionukliden markiert sind (Suehiro et al. (1993), supra), ist seit kurzem für Sonden interessant, die zur Untersuchung der Rolle der neuroregulatorischen Stelle unter Verwendung von Positronenemissions-Tomographie (PET) und Einzelphotonenemissions-Tomographie (SPECT) dienen.
Kürzlich wurde darüber berichtet, dass der Ersatz der 3β-(4-Iodphenyl)-Gruppe von 2β-Carbomethoxy-3β-(4-iodphenyl)nortropan (nor-CIT) durch eine 3β-(4-Ethyl-3-iodphenyl)-Gruppe das Analogon (EINT) ergab, bei dem sich zeigte, dass es eine subnanomolare Affinität für SERT (IC₅₀ = 0,69 nM gegen [³H]WIN 35428) und für SERT eine 500-fach höhere Selektivität aufwies als für den Dopamintransporter (DAT) (IC₅₀ = 329 nM gegen [³H]Paroxetin) (B.E. Blough et al., J. Med. Chem. 40, 3861, (1997)). Dies legt nahe, dass der 3β-4'-Ethylphenylsubstituent die Einführung von Sulfonylestern für den Einbau von Fluor-18 als 4'[¹⁸F]-Fluorethylgruppe ermöglichen könnte. Daher wurden mehrere neue Radioligandenbioisostere von EINT, nämlich 2β-Carbomethoxy-3β-(4-(2-fluorethyl)-3-iodphenyl)nortropan (FEINT, 10a), 2β-Carbomethoxy-3β-(4-(3-fluorpropyl)-3-iodphenyl)nortropan (FPINT, 10b) und 2β-Carbomethoxy-3β-(4-(2-fluorethyl)-3-bromphenyl)nortropan (FEBrNT, 12) als potenzielle PET- und SPECT-SERT-Bildgebungsmittel synthetisiert, die mit Fluor-18, Brom-75, -76, Kohlenstoff-11 oder Iod-123 markiert werden konnten.
Das Schema 1 stellt exemplarische Synthesewege für die bevorzugten erfindungsgemäßen Verbindungen dar, wie z.B. FEINT, FPINT und FEBrNT. Eine Modifizierung der Materialien und Verfahren kann durch eine routinemäßige Auswahl und ohne übermäßiges Experimentieren vom Fachmann durchgeführt werden. Die Herstellung der Analoga 10a, b umfasste eine Reaktionssequenz mit sieben Stufen. Bei diesem Syntheseansatz wurde Methylanhydroecgonin mit 4-Trimethylsilylphenylmagnesiumbromid behandelt, wobei das entsprechende 2β-Carbomethoxy-3β-(4-trimethylsilylphenyl)tropan (2) erhalten wurde. Das Tropan 2 wurde mit Brommonochlorid und anschließend mit Vinyltributylzinn und Allyltributylzinn behandelt, wobei 4a bzw. 4b erhalten wurden. Die Tropane 4a und 4b wurden in ihre entsprechenden ω-Alkohole umgewandelt, worauf eine Reaktion mit I₂ durchgeführt wurde, wobei die 3β-4'-(ω-acetoxyalkyl)-3'-iodphenyltropane 6a und 6b erhalten wurden. Die Tropane 6a und 6b wurden mit TrocCl/HCl-MeOH und anschließend mit DAST und Zn behandelt, wobei die entsprechenden Nortropane FEINT (10a) und FPINT (10b) gebildet wurden. FEBrNT (12b) wurde in einer fünfstufigen Reaktionssequenz aus 6a durch Umwandeln in 3β-4'-(2-acetoxyethyl)-3'-bromphenyltropan und anschließender Demethylierung und Fluorierung hergestellt, wie es für 10a beschrieben worden ist.
Schema 1
Die Ergebnisse von Bindungsstellen-Konkurrenzstudien unter Verwendung von Zelllinien, die menschliches DAT, SERT und NET stabil exprimieren und unter Verwendung von (³H]WIN 35428 für die DAT-Stellen und von [³H]Nisoxetin für NET sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Reihenfolge der Affinität für die Bindung an menschlichen SERT war FEINT = Nor-CIT > FEBrNT = FPINT = Fluvoxamin. Diese Ergebnisse zeigten, dass FEINT, FPINT und FEBrNT eine subnanomolare SERT-Affinität aufwiesen. FEINT und FEBrNT waren verglichen mit sowohl DAT- als auch NET-Bindungsstellen die einzigen selektiven Liganden für SERT (Tabelle 1). FEINT und FEBrNT weisen eine sehr hohe Affinität (0,12 bis 0,24 nM) für SERT und gegenüber DAT eine 283- bzw. 100-fach höhere Selektivität für SERT auf. Radiosynthetische Verfahren für [¹⁸F]FEINT, [¹⁸F]10a und [¹⁸F)FEBrNT, [¹⁸F]12 wurden für eine autoradiographische in vitro-Analyse in Rhesusaffen-Gehirnschnitten und eine in vivo-Bewertung in Ratten und nicht-menschlichen Primaten entwickelt.
Bei der Radiosynthese für [¹⁸F]10a und [¹⁸F)12 wurden die Tosylate 9a bzw. 13 als Substrate eingesetzt. Das Tosylat 9a wurde bei 85°C 10 min in 1 ml CH₃CN mit NCA K[¹⁸F]/K222 und anschließend bei 27°C mit TFA/CH₂Cl₂ behandelt. Eine HPLC-Reinigung auf einer Waters C₁₈ RP 25 mm × 100 mm-Säule, 80:20:0,1 CH₃OH:H₂O:NET₃, Flussrate 6 ml/min ergab [¹⁸F]FEINT in einer 8 %igen radiochemischen Ausbeute EOB in einer Gesamtsynthesezeit von 150 min. [¹⁸F]FEBrNT wurde aus dem Tosylat 13 in einer entsprechenden Weise hergestellt. [¹⁸F)FEINT und [¹⁸F]FEBrNT wurden mit Koronalgehirnschnitten von Schweinsaffen inkubiert. Die Bindung von [¹⁸F]FEINT und [¹⁸F]FEBrNT wurde am Thalamus, Hypothalamus, Kleinhirnlappen, Amyloidkomplex, Putamen und Schläfenkortex lokalisiert. Die Inkubation der Gehirnschnitte mit 10 μM Citalopram führte zu einer maximalen Inhibierung (90 %) des Bindens.
Ferner wird durch diese Erfindung eine Ausrüstung für die schnelle Synthese der Verbindungen der Formel I bereitgestellt. Die Ausrüstung umfasst eine Verbindung der nachstehenden Formel (Formel II), die mit einem Reagenz reagieren kann, das L verdrängen und L durch einen Substituenten ersetzen kann, der eine radioaktive Gruppe enthält.
Formel II
L ist eine Abgangsgruppe, die dem Fachmann bekannt ist, und kann durch einen Substituenten verdrängt werden, der ein radioaktives Halogen enthält. Bevorzugte radioaktive Halogene umfassen ¹⁸F, ¹²³I,¹²⁵I, ¹³¹I, ⁷⁵Br, ⁷⁶Br, ⁷⁷Br und ⁸²Br. Y wird aus der Gruppe bestehend aus H, F, Cl, Br und I ausgewählt. Die mit dieser Ausrüstung hergestellten Verbindungen können zur Diagnostik und Bildgebung verwendet werden und enthalten vorzugsweise ein radioaktives Isotop eines Halogens.
Die langlebigen Isotope wie z.B. ¹²³I mit einer Halbwertszeit von 13 Stunden sind von Quellen wie z.B. Nordion International Ltd. (Vancouver, B.C. Canada) oder von NEN/DuPont (N. Billerica, MA) erhältlich. Kurzlebigere Isotope wie z.B. ¹⁸F können von einer regionalen Quelle mit einem Radius von etwa 200 Meilen von dem Ort der beabsichtigten Verwendung erhalten werden.
Die beschriebene Ausrüstung ist zur Verwendung mit einem Reagenz vorgesehen, das L verdrängen und L durch einen Substituenten ersetzen kann, der eine radioaktive Gruppe enthält.
Gegebenenfalls kann die Ausrüstung Gegenstände wie z.B. einen Reaktionsbehälter, eine Vorrichtung zum Überführen eines Isotopenmaterials in den Reaktionsbehälter, eine vorgepackte Trennsäule zum Trennen des Produkts von überschüssigen Reaktanten, eine Abschirmung und dergleichen umfassen, wie es in dem Fachgebiet bekannt ist, vgl. z.B. U. Zea-Ponce et al., J. Nuclear Med. 36, 525–529 (1998).
Eine anfängliche autoradiographische ex vivo-Studie wurde entweder mit [¹⁸F]FEINT oder mit [¹⁸F]FEBrNT in Ratten durchgeführt, um die Gehirnpenetration und die regionale Verteilung zu messen. Einer männlichen Sprague-Dawley-Ratte wurde 1 mCi [¹⁸F]FEINT oder (¹⁸F]FEBrNT ohne zugesetzten Träger injiziert. Einer zweiten Ratte wurden 5 mg/kg Fluvoxamin 20 min vor der Tracerinjektion injiziert. Ein Binden wurde am Thalamus, Hypothalamus, Kleinhirnlappen, Putamen und Amyloidkomplex lokalisiert. Ein Blockieren mit Fluvoxamin führte zu einer maximalen Inhibierung des Bindens. Diese Ergebnisse legen nahe, dass [¹⁸F]FEINT und [¹⁸F]FEBrNT hervorragende Kandidaten für SERT-Bildgebungsmittel für eine weitere Bewertung in Ratten in vivo durch Studien bezüglich der regionalen Gewebeverteilung sind.
Die regionale Gehirngewebeverteilung von [¹⁸F]FEBrNT (Tabelle 2) und [¹⁸F]FENT (Tabellen 3 und 4) in vivo wurde mit einer Vorstudie in Ratten verglichen. (¹⁸F]FEBrNT zeigte im SERT-reichen Hypothalamus 60 min nach der Injektion eine höhere Aufnahme, nämlich 1,2 % Dosis/g, als [¹⁸F]FEINT (0,5 % Dosis/g) (Tabelle 3). [¹⁸F]FEBrNT zeigte auch höhere Verhältnisse von Hypothalamus zu Kleinhirn. Die Verhältnisse von Hypothalamus zu Kleinhirn von [¹⁸F]FEBrNT betrugen 60 min nach der Injektion 5,7, im Vergleich zu 4,8 für [¹⁸F]FEINT. Die regionale Gehirngewebeaufnahme und -abgabe von [¹⁸F]FEINT wurde in männlichen Sprague-Dawley-Ratten während 2 Stunden untersucht. Die in der Tabelle 4 gezeigten Ergebnisse zeigen, dass [¹⁸F]FEINT mit einer Clearance verglichen mit 5 min nach der Injektion von 75 % und 85 % bei 60 bzw. 120 min ein schnelles Auswaschen aus dem Hypothalamus zeigte. Eine geringe Aufnahme und eine schnelle Clearance von [¹⁸F]FEINT führten 120 min nach der Injektion zu niedrigen Verhältnissen von Hypothalamus und Striatum zu Kleinhirn von 2,8 bzw. 1,7. Diese vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass [¹⁸F]FEBrNT der bessere Kandidat zur Bildgebung des SERT in nicht-menschlichen Primaten durch PET ist. Die regionale Verteilung von [¹⁸F]FEBrNT und [¹⁸F]FEINT wurde als nächstes im Gehirn von Rhesusaffen untersucht.
Die regionale Aufnahme von [¹⁸F]FEBrNT im Gehirn eines anästhetisierten Rhesusaffen ist in den 2 und 3 gezeigt. Nur [¹⁸F]FEBrNT zeigte eine starke Aufnahme und Retention im Thalamus, Hypothalamus und der ZNS-Brücke. Bilder des Rhesusaffengehirns nach der Verabreichung von [¹⁸F]FEINT zeigten keine sichtbare Aufnahme von Radioaktivität im Mittelhirn und im Hirnstamm. Das Peak-Aufnahmeverhältnis von (¹⁸F]FEBrNT durch Fluvoxamin (5 mg) wurde untersucht, um zu bestimmen, ob die Mittelhirn-Radioaktivität (Thalamus/Hypothalamus-Radioaktivität) die Bindung an SERT-Affinitätsstellen widergab. Die Ergebnisse der Verdrängungsstudie, die in den 2 und 3 gezeigt sind, zeigen deutlich, dass Fluvox amin, ein SSRI, die Aufnahme von [¹⁸F]FEBrNT von dem SERT-Transporter-reichen Thalamus, Hypothalamus und der ZNS-Brücke signifikant verdrängt hat.
Insgesamt wurde eine Reihe von 2β-Carbomethoxy-3β-(4-fluoralkyl-3-halogenphenyl)nortropanen als potenzielle SERT-PET-Bildgebungsmittel synthetisiert und bezüglich der Monoamintransporteraffinität unter Verwendung einer kompetitiven in vitro-Bindung bewertet. Diese Studien zeigten, dass nur die Analoga FEINT und FEBrNT eine sehr hohe Affinität und Selektivität für SERT zeigten. Fluor-18-markiertes FEINT und FEBrNT wurden in einer zweistufigen Reaktionssequenz und mit 8 % radiochemischer Ausbeute hergestellt. In vitro-Autoradiogramme sowohl von [¹⁸F]FEINT als auch von [¹⁸F]FEBrNT zeigten für Thalamus, Hypothalamus, Kleinhirnlappen, Amyloidkomplex und Putamen eine Markierung mit hoher Dichte. Bei der in vivo-Gewebeverteilung in Ratten und der PET-Bildgebung in Rhesusaffen zeigte nur [¹⁸F]FEBrNT ein spezifisches Binden an Mittelhirnabschnitte, die reich an SERT-Stellen waren. Diese Studien zeigen, dass Fluor-18-markiertes FEBrNT ein hervorragender Kandidat für weitere Studien als in vivo-Bildgebungsmittel zur Quantifizierung von SERT-Bindungsstellen durch PET ist.
Studien von Blough et al. (Bough et al., J. Med. Chem. 39 (20, 4027-35 (1996)) zeigen, dass die Einführung von Isopropenyl- und cis-Propenylsubstituenten an der 4'-Position des 3β-Phenylrings die Analoga mit einer Affinität und Spezifität für SERT ergab. Es wurde gefunden, dass 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-isopropenylphenyl)nortropan (nor-β-CIPPT) und 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-cis-propenylphenyl)nortropan (nor-β-CCPPT) die stärksten Alkenyl-Analoga waren. Nor-β-CIPPT zeigte eine subnanomolare Affinität für den SERT (IC₅₀ = 0,6 nM gegen [³H]Paroxetin) und eine 38-fach höhere Selektivität für den SERT als für den Dopamintransporter (DAT) (IC₅₀ = 23 nm gegen [³H]WIN 35428). Nor-β-CCPPT zeigte eine geringere Affinität für den SERT (IC₅₀ = 1,15 nM gegen [³H]Paroxetin) und eine 28-fach höhere Selektivität für den SERT als für den Dopamintransporter (DAT) (IC₅₀ = 32 nm gegen [³H]WIN 35428). Diese Studien legen nahe, dass der Einbau von Fluor und Iod in 4'-Isopropen und von cis-Propen und eines Vinylsubstituenten an der 4'-Position des 3β-Phenylrings zu einem potenten SERT-Liganden führen kann. Folglich wurden mehrere neue Halogenbioisostere von nor-β-CIPPT und nor-β-CCPPT, wie z.B. 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-(Z-2-iodethenyl)phenyl)nortropan (ZIENT), 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-(Z-3-fluorpropenyl)phenyl)nortropan (ZFPPNT) und 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-(2-fluorisopropenyl)phenyl)-nortropan (FIPPNT) als potenzielle PET- und SPECT-SERT-Bildgebungsmittel synthetisiert, die mit Fluor-18, Kohlenstoff-11 oder Iod-123 markiert werden können.
Die Schemata 2 bis 4 zeigen Beispiele für Synthesewege für die bevorzugten erfindungsgemäßen Verbindungen, wie z.B. ZIENT, ZFPPNT und FIPPNT. Die Herstellung von ZIENT umfasste eine fünfstufige Reaktionssequenz (Schema 2). Bei diesem Syntheseansatz wurde 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-bromphenyl)nortropan mit Vinyltributylzinn behandelt, wobei 2β-Carbomethoxy-3β-(4'-ethenylphenyl)nortropan erhalten wurde. Das N-Boc-vinylnortropan-Derivat wurde in das N-Boc-2β-carbomethoxy-3β-(4'-formylphenyl)nortropan umgewandelt, worauf eine Reaktion mit Triphenylphosphoniumiodmethinylid und eine Entfernung der N-Boc-Gruppe durchgeführt wurde, wobei ZIENT erhalten wurde.
Schema 2
ZFPPNT wurde mit der sechsstufigen Reaktionssequenz synthetisiert, die im Schema 3 dargestellt ist. Bei diesem Syntheseansatz wurde N-Troc-CIT mit Propargylalkohol behandelt, wobei N-Troc-2β-carbomethoxy-3β-(4'-(3-hydroxypropinyl)phenyl)nortropan erhalten wurde. Das N-Troc-hydroxypropargylnortropan-Derivat wurde mit DAST umgesetzt, wobei N-Troc-2β-carbomethoxy-3β-(4'-(3-fluorpropinyl)phenyl)nortropan erhalten wurde. Die Entfernung von Troc und die anschließende Reduktion des Alkins mit Wasserstoff, Chinolin und einem Lindlar-Katalysator führten zu ZFPPNT.
Schema 3
Schema 4
FIPPNT wurde mit der sechsstufigen Reaktionssequenz synthetisiert, die im Schema 4 dargestellt ist. Bei diesem Syntheseansatz wurde N-Troc-CIT mit Trimethylsilylacetylen behandelt, wobei N-Troc-2β-carbomethoxy-3β-(4'-(3-trimethylsitylethinyl)phenyl)nortropan erhalten wurde. Das N-Troc-trimethylsilylethinylnortropan-Derivat wurde mit Fluorid und Quecksilber sulfat umgesetzt, wobei N-Troc-2β-carbomethoxy-3β-(4'-acetophenyl)nortropan erhalten wurde. Der Schlüsselschritt der Synthese umfasst die Umwandlung des Methylketons in das entsprechende 3β-(4'-(2-Bromisopropenyl)nortropan. Die Entfernung des Troc führte zu FIPPNT.
Die Ergebnisse von Bindungsstellen-Konkurrenzstudien unter Verwendung von Zelllinien, die menschliches DAT, SERT und NET stabil exprimieren und unter Verwendung von [³F]WIN 35428 für DAT-Stellen und von [³F]Nisoxetin für NET sind in der Tabelle 1 gezeigt. Die Reihenfolge der Affinität für die Bindung an menschlichen SERT war ZIENT > FIPPNT > ZFPPNT > Fluvoxamin > EIENT. Diese Ergebnisse zeigen, dass ZIENT, FIPPNT und FIPPNT eine eine subnanomolare SERT-Affinität aufwiesen. ZIENT, FIPPNT und FIPPNT waren verglichen mit sowohl DAT- als auch NET-Bindungsstellen hochselektive Liganden für SERT (Tabelle 5). ZIENT, FIPPNT und ZFPPNT hatten eine sehr hohe Bindungsaffinität von 0,03 bis 0,1 nM für SERT und eine 116-, 37- bzw. 116-fach höhere Selektivität für SERT gegenüber DAT. Diese Ergebnisse zeigen, dass ZIENT, FIPPNT und ZFPPNT hervorragende Kandidaten für weitere Studien zur Bewertung ihres Potenzials als SERT-Bildgebungsmittel sind. Ein radiosynthetisches Verfahren für (¹²³I]ZIENT wurde für eine in vivo-Bewertung in Ratten und nicht-menschlichen Primaten entwickelt.
Ein radiosynthetisches Verfahren für [¹²³I]ZIENT wurde entwickelt, um dessen regionale in vivo-Gehirnverteilung zu bewerten. Bei dieser Radiosynthese wurde ein Trimethylzinnsubstrat eingesetzt (Schema 2). Die Zinnvorstufe wurde mit 14,5 mCi NCA [¹²³I]NaI und 3 H₂O₂ in ethanolischer HCl behandelt. Eine HPLC-Reinigung auf einer Waters C₁₈ RP 8 mm-Säule, 80:20:0,1 CH₃OH:H₂O:NET₃, Flussrate 1 ml/min ergab 8,5 mCi [¹²³I]ZIENT in einer 69 %igen radiochemischen Ausbeute EOB in einer Gesamtsynthesezeit von 360 min mit einer spezifischen Aktivität von 1700 mCi/μmol.
Die regionale Gehirngewebeverteilung von [¹²³I]ZIENT in vivo (Tabelle 7) wurde mit einer Vorstudie in Ratten bewertet. [¹²³I]ZIENT zeigte im SERT-reichen Hypothalamus 60 min nach der Injektion eine hohe Aufnahme, nämlich 0,7 % Dosis/g. [¹²³I]ZIENT zeigte ein langsames Auswaschen aus dem Hypothalamus, wobei bei 120 min verglichen mit 60 min nach der Injektion nur 30 % Clearance vorlagen. Die Verhältnisse von Hypothalamus zu Kleinhirn für [¹²³I]ZIENT betrugen 60 min nach der Injektion 2,7 und erhöhten sich 120 min nach der Injektion auf 4,4. Zur Bestimmung der in vivo-Spezifität von [¹²³I]ZIENT für Rattenhirn-SERT wurde eine Studie durchgeführt, bei der für unmarkierte Monoamintransporter spezifische Liganden (5 mg Ligand pro kg Körpergewicht der Ratte) 15 min vor der intravenösen Verabreichung von [¹²³I]ZIENT intravenös verabreicht wurden. Die verabreichten Monoamintranspor terliganden waren GBR-12909 (DAT), Fluvoxamin (SERT) und Reboxetin (NET). Die Ratten wurden 60 min nach der Injektion von [¹²³I]ZIENT getötet und der Hypothalamus, das Striatum, der präfrontale Kortex und das Kleinhirn wurden seziert und die Aufnahme von Radioaktivität wurde bestimmt. Die Ergebnisse dieser Studie, die in der Tabelle 7 gezeigt sind, zeigen deutlich, dass Fluvoxamin, der SERT-Ligand, die Aufnahme von [¹²³I]ZIENT in dem SERT-Transporter-reichen Hypothalamus und dem Striatum blockierte. GBR 12909, der DAT-Ligand, blockierte die Aufnahme von [¹²³I]ZIENT im Striatum nicht signifikant, was zeigt, dass die Aufnahme von Radioaktivität im Striatum in erster Linie mit der SERT-Bindung zusammenhängt. Das NET-Blockierungsmittel zeigte einen geringen Effekt auf die regionale Gehirnaufnahme von [¹²³I]ZIENT. Diese vorläufigen Daten zeigen sehr deutlich, dass [¹²³I]ZIENT ein hervorragender Kandidat für einen SERT-Radioliganden für SPECT ist.
Es wurden vorläufige dynamische Gehirn-SPECT-Bildgebungsuntersuchungen unter Verwendung einer ADAC-Vertex-Zweikopf-Gammakamera und [¹²³I]ZIENT in einem Rhesusafen und unter Verwendung einer CERASPECT-Kamera (mit den Mitarbeitern J. Staley und R. Innis, West Haven VA Medical Center) in einem Pavian durchgeführt. Dem Rhesusaffen wurden 6,27 mCi injiziert und es wurden planate Bilder gesammelt, um die anfängliche Gehirnaufnahme (2 min-Erfassungen von 0 bis 20 min nach der Injektion) zu messen, worauf Reihenbilder (12 min-Erfassungen von 20 min bis 110 min nach der Injektion) aufgenommen wurden. Die SPECT-Bilder wurden als transaxiale Schnitte (3,2 mm) rekonstruiert und die Dämpfung wurde korrigiert. Der obere und untere Hirnstamm waren die Bereiche mit der höchsten Aufnahme im Gehirn und zeigten 80 bis 110 min nach der Injektion eine klare Visualisierung (4).
Eine Fallstudie mit [¹²³I]ZIENT und Fluvoxamin, einem selektiven Serotonintransporterinhibitor, wurde ebenfalls mit dem gleichen Rhesusaffen durchgeführt (5). Bei 110 min wurden 5,0 mg Fluvoxamin intravenös injiziert und eine dynamische transaxiale SPECT-Bildgebung wurde weitere 30 min fortgesetzt. 30 min nach der Verabreichung von Fluvoxamin zeigten die SPECT-Bilder deutlich eine signifikante Verminderung der Aktivität in dem oberen und unteren Hirnstamm. Diese Ergebnisse zeigen, dass [¹²³I]ZIENT an SERT-Stellen bindet.
Die SPECT-Daten, die mit der CERASPECT-Kamera aufgenommen wurden, hatten eine Auflösung in allen drei Achsen von etwa 12 mm volle Breite bei halbem Maximum, die unter Verwendung einer ¹²³I-Linienquelle und eines wassergefüllten zylindrischen 20 cm-Phantoms, das unter Verwendung eines Grenzwerts von 1 cm rekonstruiert wurde. Dem Pavian wurden 10 mCi [¹²³I]ZIENT injiziert und Reihenbilder (128 × 128 × 64-Matrix; Pixelgröße = 1,67 × 1,67 mm, Schnittdicke = 1,67 mm, Voxelvolumen = 4,66 mm³) wurden bei 159 keV im Schritt- und Auslösemodus bei jeweils 10 min für insgesamt 360 bis 390 min und 32 bis 35 Erfassungen pro Experiment aufgenommen. Die Bilder wurden unter Verwendung eines Ramp-Filters und eines Butterworth-Filters (Grenzwert = 0,65 cm, Leistungsfaktor = 10) rekonstruiert. Um Gehirnregionen zu identifizieren wurden MRI-Scans mit angrenzenden 1,5 mm-Schnitten mit einer 1,5 Tesla GE Signa-Vorrichtung erhalten. Axialbilder wurden unter Verwendung einer „Spoiled-GRASS"-Sequenz (GRASS = gradient recall acquisition in the steady state) mit TR = 25 ms, TE = 5 ms, NEX = 2, Matrix = 256 × 192, Sichtfeld = 16 cm aufgenommen. Das Zwischenhirn, der obere und untere Hirnstamm und das Striatum waren die Regionen mit der höchsten Aufnahme im Gehirn und diese zeigten 300 bis 360 min nach der Injektion (6) eine deutliche Visualisierung. Die regionale Aufnahme von [¹²³I]ZIENT im Gehirn eines anästhetisierten Pavians ist in der 7 gezeigt. Das Aufnahmeverhältnis von Hirnstamm/Kleinhirn betrug bei 300 bis 360 min 3,0:1.
Zusammenfassend ist ZIENT das erste beschriebene, mit Iod-123 markierte 3β-Arylnortropan-Serotonintransporter-Bildgebungsmittel, das eine spezifische in vivo-SERT-Bindung aufweist. Vorläufige pharmakokinetische in vivo-Studien in Ratten und Bildgebungsstudien in einem Rhesusaffen und einem Pavian mit Iod-123-markiertem ZIENT zeigten eine hohe Hirnstammaufnahme mit hohen Verhältnissen von Hirnstamm zu Kleinhirn. Eine Fallstudie mit dem SSRI Fluvoxamin zeigte, dass ZIENT für SERT im ZNS spezifisch ist.
Auf der Basis dieser Studien stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer Positronenemissions-Tomographie oder einer Einzelphotonenemissions-Tomographie eines Subjeks bzw. Lebewesens bereit, umfassend: (1) Das Verabreichen einer bilderzeugenden Menge einer Verbindung der Formel I, welche mindestens ein radioaktives Halogen enthält, an das Subjekt bzw. Lebewesen und (2) das Messen der Verteilung der Verbindung innerhalb des Subjekts bzw. Lebewesens mittels PET oder SPECT.
Tabelle 1 Relative Transporteraffinität von potenziellen Tropan-SERT-Liganden in transfizierten Zelllinien
Tabelle 2 Regionale Aufnahme (% Dosis/g) von Radioaktivität in Gehirnen von mit ausreichend Nahrung versorgten männlichen Sprague-Dawley-Ratten (n = 3 bis 4) 60 min nach der intravenösen Verabreichung von [¹⁸F]FEBrNT (12)
Tabelle 3 Gewebeaufnahme von Radioaktivität in mit ausreichend Nahrung versorgten männlichen Sprague-Dawley-Ratten (n = 3 bis 4) 60 min nach der intravenösen Verabreichung von [¹⁸F]FEINT (10a)
Tabelle 4 Gewebeaufnahme von Radioaktivität in mit ausreichend Nahrung versorgten männlichen Sprague-Dawley-Ratten (n = 3 bis 4) nach der intravenösen Verabreichung von [¹⁸F]FEINT (10)
Tabelle 5 Relative Transporteraffinität von potenziellen SERT-Liganden in transfizierten Zelllinien
Tabelle 6 Gewebeaufnahme von Radioaktivität in mit ausreichend Nahrung versorgten männlichen Sprague-Dawley-Ratten (n = 3 bis 4) nach der intravenösen Verabreichung von [¹²³I]ZIENT
Tabelle 7 Regionale Aufnahme von Radioaktivität in Gehirnen von mit ausreichend Nahrung versorgten männlichen Sprague-Dawley-Ratten (n = 3 bis 4) nach der intravenösen Verabreichung von [¹²³I]ZIENT (6e)
Es sollte beachtet werden, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen mit einem Isotop eines beliebigen Atoms oder einer beliebigen Atomkombination in der Struktur markiert werden können. Während ¹⁸F als für die PET-Bildgebung besonders geeignet herausgestellt worden ist, sind auch andere Anwendungen vorgesehen und für den Fachmann offensichtlich. Beispielsweise können erfindungsgemäße Verbindungen unter anderem mit ¹⁴C markiert werden, um einen Tracer bereitzustellen, der für biochemische Studien des Serotonintransporters geeignet ist. Darüber hinaus zeigen die hier beschriebenen Bindungsstudien einen pharmakologischen Effekt von erfindungsgemäßen Verbindungen, der für physiologische Studien und Verhaltensstudien und -therapien verwendet werden kann, was dem Fachmann klar ist.

Claims

Verbindung der Formel
worin X -CH₂CH₂Q, -CHCHR oder -CCH₂FCH₂ ist und Q F oder CH₂F ist, R I oder CH₂F ist, Y aus einer Gruppe, bestehend aus H, F, Cl, Br und I, ausgewählt ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin mindestens ein Halogen aus der Gruppe, bestehend aus ¹⁸F, ¹²³I, ¹²⁵I, ¹³¹I, ⁷⁵Br,⁷⁶Br, ⁷⁷Br und ⁷²Br, ausgewählt ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X CH₂CH₂F oder CH₂CH₂ ¹⁸F ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X CH₂CH₂CH₂F oder CH₂CH₂CH₂ ¹⁸F ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X CCH₂FCH₂ oder CCH₂ ¹⁸FCH₂ ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X CHCHI ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X aus der Gruppe, bestehend aus CHCH¹²³I, CHCH¹²⁵I und CHCH¹³¹I, ausgewählt ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X CHCHCH₂F oder CHCHCH₂ ¹⁸F ist.
Verbindung nach Anspruch 1, worin X CCH₂CH₂F oder CCH₂CH₂ ¹⁸F ist.
Verbindung nach Anspruch 3, worin Y Br ist.
Verbindung nach Anspruch 3, worin Y Cl ist.
Verbindung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, worin Y H ist.
Verbindung nach Anspruch 12, worin die Verbindung in Z-isomerer Form vorliegt.
Ausrüstung für eine schnelle Synthese einer radioaktiv markierten Verbindung nach Anspruch 1, umfassend (a) eine Verbindung mit der Struktur
worin L eine Abgangsgruppe ist, die durch eine radioaktive Gruppe ersetzt wird, (b) ein Reagenz, welches zum Ersetzen von L mit einem Substituenten, der eine radioaktive Gruppe enthält, fähig ist.
Ausrüstung nach Anspruch 14, worin die radioaktive Gruppe aus der Gruppe, bestehend aus ¹⁸F, ¹²³I, ¹²⁵I, ¹³¹I, ⁷⁵Br,⁷⁶Br, ⁷⁷Br und ⁸²Br, ausgewählt ist.
Verfahren zum Durchführen einer Positronenemissions-Tomographie- oder einer Einzelphotonenemissions-Tomographieabbildung eines Subjekts, umfassend das Verabreichen einer abbildungserzeugenden Menge einer Verbindung nach Anspruch 1, welche mindestens ein radioaktives Halogen enthält, an das Subjekt und das Messen der Verteilung der Verbindung innerhalb des Subjekts mittels Positronenemissions-Tomographie oder Einzelphotonenemissions-Tomographie.
Verfahren nach Anspruch 16, worin das Halogen aus der Gruppe, bestehend aus ⁷⁶Br, ⁷⁵Br und ¹⁸F, ausgewählt ist, und die Verteilung der Verbindung mittels Positronenemissions-Tomographie gemessen wird.
Verfahren zum Durchführen einer Einzelphotonenemissions-Abbildung eines Subjekts, umfassend das Verabreichen einer abbildungserzeugenden Menge einer Verbindung nach Anspruch 1, welche mindestens ein radioaktives Halogen enthält, an das Subjekt und das Messen der Verteilung der Verbindung innerhalb des Subjekts mittels Einzelphotonenemissions-Tomographie.
Verfahren nach Anspruch 18, worin die Verbindung nach Anspruch 1 mindestens eines der folgenden enthält: ⁷⁵Br, ⁷⁷Br, ¹²³I oder ¹³¹I, und das Messen der Verteilung der Verbindung innerhalb des Subjekts mittels Einzelphotonenemissions-Tomographie.