JP2000212101A - コントラスト増強剤 - Google Patents

コントラスト増強剤

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JP2000212101A
JP2000212101A JP9851A JP2000009851A JP2000212101A JP 2000212101 A JP2000212101 A JP 2000212101A JP 9851 A JP9851 A JP 9851A JP 2000009851 A JP2000009851 A JP 2000009851A JP 2000212101 A JP2000212101 A JP 2000212101A
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emulsion
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ニコイ・アナン
Charles Howard Reynolds
チャールズ・ハワード・レイノルズ
Steven Howard Shaber
スティーブン・ハワード・シャバー
Eric Jon Langenmayr
エリック・ジョン・ランゲンメイル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 コントラスト増強剤を提供する。 【解決手段】 ポリマーに化学的に結合した画像増強化
合物を有するポリマー性コア;およびコアと化合物を囲
むポリマー性シェルを含む画像増強剤が開示される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本明細書は、磁気共鳴イメージング(MR
I)またはX線に対する画像コントラスト増強剤(im
age contrast enhancing ag
ent)に関する。イメージングはX線か磁気共鳴かに
拘わらず、公知で一般的に医療診断技術に使用される。
X線イメージングの場合には、X線感受性フィルムが被
験対象物の背後に置かれ、対象物にX線が照射される。
次いで、フィルムは現像され、画像(通常、黒色背景上
の白色のX線不透明構造を示すネガティブ画像)を示
す。ある場合には、多くの構造物がX線透明または半透
明であり、かすかに示された楮物は互いに重なってお
り、得られる画像を不明瞭にするので、X線イメージン
グを通じて人体におけることなる構造物を同定し検査す
ることが困難な場合がある。よって、X線診断の前にX
線画像増強剤を投与することは一般的なことになってい
る。2つの最も一般的なX線コントラスト剤のタイプ
は、バリウム塩と多種のハロゲン化剤である。バリウム
塩は典型的に、胃腸管をイメージするためだけに使用さ
れる。ハロゲン化剤は、肝臓、脾臓、腎臓、胆管および
心臓に近い部分に見られるような主要な動脈を含む、体
の様々な領域をイメージするために使用される。本質的
に、臭素または特にヨウ素で置換された任意の有機化合
物は顕著にX線を弱め、周りの組織に関して改良された
コントラストを導くであろう。
【0002】MRIにおいては、臓器または組織の画像
は、対象物を強力な磁場中に置き、対象物中のプロトン
の磁気スピンと高周波電磁線(radio frequ
ency)との相互作用を観察することによって得られ
る。RFエネルギーを照射後、プロトンは緩和する。緩
和とは、核の磁化が高周波パルスによるようなパーター
ベーション(perturbation)に続いて、そ
のレスティング(resting)状態に戻る過程であ
る。磁気共鳴は3つの形の緩和、T1(縦またはスピン
−格子)緩和、T2(横またはスピン−スピン)緩和、
およびT2*緩和によって特徴づけられる。我々は、こ
こで、画像の形成に主として重要であるT1およびT2
に最も関心がある。磁気共鳴イメージングは複雑である
が、当業者には公知の方法であり、ここでは述べられな
い。
【0003】T1とT2は体内の異なる組織において異
なり、様々な臓器または組織中での化学的および物理的
なプロトンの環境に依存する。MRIを使って健康な組
織と病気の組織を区別することは、隣接する組織の緩和
時間(T1およびT2)が変化している体の部分におい
て最も成功している。例えば、脳脊髄液と脳組織におけ
るプロトンの緩和時間は全く異なっているので、MRI
を使用して得られる画像は通常、高いコントラストを有
する。しかし、体の他の領域においては、異なる組織中
のプロトンの緩和時間は似ている場合がある。そのよう
な領域はうまくイメージすることが困難で、得られたM
RI画像は鮮明度および明りょうさに欠ける場合があ
る。
【0004】コントラスト剤なしでも、MRIは非侵襲
的に最終的な診断をする手段を提供する。にもかかわら
ず、多くの場合、コントラスト剤の添加は、このイメー
ジング技術の感度および/または特異性を改良すること
が見出されている。隣接する組織が同様のプロトン緩和
時間を有する体の領域においては、そのような薬剤が、
2つの類似の組織の一方に優先して引きつけられ、その
組織におけるプロトン緩和時間を変え、高いコントラス
トのMRI画像を導くことができる。
【0005】MRI画像増強剤は概して3つのカテゴリ
ー:常磁性、強磁性および超常磁性に分けられる。これ
らの薬剤は接触した水分子の特性に影響し、よって組織
のコントラストを増強させ、MRIの診断能力を改良す
る。全てのカテゴリーにおいて、広範囲の化合物が既に
調査されている。しかし、人体での広範な使用に必要と
される、有効かつ非毒性という両方の性質を有する組成
物はほとんどない。
【0006】強磁性物質は概して鉄、ニッケル、および
/またはコバルトを含む。これらの物質は磁力を有する
ので、患者の中で動脈瘤クリップ、ペースメーカーの部
品、りゅう散弾などのような様々な目的物を見つけるこ
とができる。これらの物質は大きな正の磁化率を有し、
すなわち磁場に置かれた場合に、場の強度が物質の外部
よりも内部で強くなる。強磁性物質は、磁区と呼ばれる
1017から1021個の原子のクラスターから造ら
れ、その全てが同じ方向を向いている磁気モーメントを
有することによっても特徴づけられる。磁区のモーメン
トは非磁化物質においてはランダムであり、磁化物質に
おいては同じ方向を指す。外部の磁場が除かれた場合に
磁化を維持する能力は、常磁性、超常磁性および反磁性
物質と比較したときに強磁性物質を区別する因子であ
る。反磁性物質はコントラスト増強剤として使用されな
い。MRI画像においては、強磁性物質はシグナルの損
失および空間的な歪みを特徴とする磁化率のアーティフ
ァクト(artifact)を引き起こす。これは非常
に小さく普通のX線(plain X−ray)で認め
られないフラグメントでさえ生じる場合がある。これは
頸部脊椎MRIポストアンテリアフュージョン(pos
t anterior fusion)において普通に
見られる。
【0007】反磁性物質は本来的な原子磁気モーメント
を有さないが、磁場中に置いた場合には磁場に弱く反発
し、結果として小さな負の磁化率を示す。水、銅、窒
素、硫酸バリウムおよびほとんどの組織のような物質は
反磁性である。弱い負の磁化率は、硫酸バリウムサスペ
ンジョンの投与後のMRIにおける、腸で見られるシグ
ナルの損失の原因となる。
【0008】超常磁性物質は、バルクでは強磁性の特性
を有する要素の個々の磁区からなる。それらの磁化率は
強磁性物質と常磁性物質の間である。超常磁性物質の例
としては、腸、肝臓およびリンパ節のイメージングのた
めの鉄含有コントラスト剤を含む。
【0009】常磁性物質は、酸素および鉄、マグネシウ
ムおよびガドリニウムのような様々な金属のイオンを含
む。これらのイオンは非共有電子を有し、結果として正
の磁化率を有する。この磁化率の大きさは、強磁性物質
の磁化率の1/1000より小さい。MRIでの効果
は、T1およびT2緩和速度の増加(T1およびT2時
間の減少)である。ガドリニウムはMRIコントラスト
剤として使用される。適切な濃度で、ガドリニウムコン
トラスト剤は、T1緩和の増強を優先して引き起こし、
T1加重の画像でのシグナルを増強させる。高濃度で
は、時折、膀胱において見られるように、T2緩和効果
が優勢となる結果、シグナルの損失が観察される。
【0010】MRコントラスト剤として適する常磁性金
属イオンは、臨床的なイメージングに必要とされるまた
はその付近の量を静脈注射される場合に、全て潜在的に
毒性を有する。これらのイオンのキレート化によって、
急性毒性は低減され、排泄速度が増加し、よって、長期
毒性の機会を低減させる。より研究されている錯体の一
つはガドリニウムジエチレントリアミンペンタアセテー
トキレート(GdDTPA)である。キレート中のガド
リニウムは多数の非共有電子および結果として生じる大
きな磁気モーメントを与える。水の緩和速度の増加は、
非共有電子の数の増加と共に増加し、これを効果的なM
RIイメージ増強化合物としている。GdDTPAは、
その脳血管関門を通過できないために、脳のイメージン
グにおいて有用であることが証明されている。脳の傷害
は脳血管関門を傷つけ、コントラスト剤が脳の残りの部
分よりも、傷害部に優先的に浸透することができるの
で、特に脳の傷害を明らかにするために非常に有効であ
る。
【0011】しかし、GdDTPAは部位特異性に欠け
る。血管系に導入された場合には、GdDTPAは臓器
および筋肉系に拡散する。よって、適度なコントラスト
を生じさせるために、通常、多量のコントラスト剤が必
要とされる。これは、血液プールをイメージするときに
特に問題である。よって、物質が拡散するので、異なる
組織の間の識別性は、時間と共に有意に低下する。よっ
て、体全体に拡散せず、部位特異的であり、その有効な
寿命の後は体から排泄される、安全で有効なコントラス
ト増強剤の必要性が引き続き存在している。
【0012】本発明は、ポリマー性コアに化学的に結合
したイメージ増強化合物を含むポリマー性コアおよびコ
アと化合物を取り囲むポリマー性シェルを有する画像増
強剤に関する。本薬剤は、ガドリニウムまたは他の適当
な物質をコア中に導入することにより、MRI画像を増
強させるために使用されることができる。概して、コア
は酸モノマーおよびエステル化されたモノマーから形成
される。好ましくは、架橋モノマーがコア中に含まれ
る。
【0013】好適な金属をポリマーマトリックスコアに
組み込み、得られた組成物を外側シェル内に封じ込める
ことによって、コントラスト剤が生産されることがで
き、それは良好な選択性およびコントラスト、並びに低
毒性を有することが見出された。粒子のシェルは、生物
学的分布および生物学的利用能を含む、粒子の薬物動態
学的特性を最適化するようにデザインされ、特定の臓
器、体の領域、またはセルラインを目標とすることを可
能にした。粒子は、粒子サイズおよび表面の特性が正確
に制御され、粒子サイズ分布が非常に狭い範囲であるこ
とができるような方法で合成された。
【0014】本発明の金属充填ナノ粒子(metal−
loaded nanoparticles)は、概し
て、直径1μより小さく、ポリマーコアを有する。ポリ
マーコアは、ガドリニウムを含む金属に対して高い親和
性を有するようにデザインされることができる。単純な
例としては、アクリル酸(AA)またはメタアクリル酸
(MAA)モノマーのラージフラクションからなるコア
が挙げられる。コア物質は好適なイメージング化合物と
組み合わせられる。イメージ増強化合物を有するコアポ
リマーはポリマー性シェルで取り囲まれる。シェルはコ
ア中のイメージ増強化合物を隔離して、浸出および患者
との相互作用を妨げる。シェルは、組織との特異的相互
作用を促進し、薬剤を組織特異的にするように機能づけ
られることができる。機能のタイプは検討されるべき組
織に応じて変化するであろう。
【0015】コアおよびシェルの組成は所望の最終的な
特性に応じて変えられることができる。MRIの場合に
は、コアポリマーは任意の好適な常磁性金属、好ましく
はGdで充填される。X線イメージングの場合には、コ
アポリマーはポリヨード化または臭素化液体またはポリ
マーのようなX線不透明物質、および硫酸バリウムまた
は他の金属のような無機物質で充填されることができ
る。全ての場合において、コアは、コントラストを改良
する金属またはハロゲン化物質を含むが、シェルはコア
物質を隔離し、最適な標的特異性および生物学的排泄を
提供する表面特性を提供するように最適化される。
【0016】本発明のコントラスト増強剤について、コ
アは概して、次の化合物から選択される具体的な特定の
モノマーの混合物の乳化重合で形成される。
【0017】
【化1】
【0018】式中:RはH、C−C12アルキル、
−C12アルケニル、C−Cシクロアルキル、
置換フェニル、ヘテロサイクリック、アリールアルキル
およびCOCR=CRからなる群から選択され
る。R、R、R、R、R、RおよびR
それぞれ独立して、H、C −C12アルキル、C
12アルケニル、C−Cシクロアルキル、置換フ
ェニル、ヘテロサイクリック、アリールアルキルからな
る群から選択され、式IにおいてR=Hの場合には、
、R、およびRはさらにシアノおよびハロゲン
から選択され;さらにRはH、アリール、フェニル、
アセテート、C−Cアルキル、C−C アルコー
ルおよびハロからなる群から選択される。式Iにおいて
は、RがHの場合には、RはCNまたは(C−C
)アルキルスルホネートであることもできる。
【0019】式Iの化合物が選択され、RがCOCR
=CRの場合には、式Iは無水物:
【0020】
【化2】
【0021】となり、好ましくはR=R=R=R
=H、さらにR=R=CHである;
【0022】
【化3】
【0023】となることを留意すべきである。
【0024】コアを製造するのに使用されるモノマー
は、好ましくはアクリル酸、メタアクリル酸(MA)、
メチルメタアクリレート(MMA)、スチレン(S
T)、エチルアクリレート(EA)、ブチルアクリレー
ト(BA)、2−エチルヘキシルアクリレート(EH
A)、ジメチルアミノエチルメタアクリレート(DMA
EMA)、tert−ブチルアミノエチルメタアクリレ
ート(TBAEMA)、ヒドロキシエチルメタアクリレ
ート(HEMA)、およびヒドロキシプロピルメタアク
リレート(HPMA)から選択される。
【0025】それぞれの場合において、酸モノマー(メ
タアクリル酸のような)およびエステルが本発明の物質
のポリマー性コアを製造するために使用されるべきであ
る。ガドリニウムのような金属で充填するためのコアを
形成する場合、コアをできるだけ酸性にすることが好ま
しい。コアが形成された後、酸性領域が脱プロトン化さ
れ、金属への結合部位を残すことができるので、酸性コ
アが好ましい。酸官能基のより高い濃度は結合部位の数
の増加を導く。しかし、コアがあまりに酸性である場合
には重合のための安定なエマルジョンが達成されること
ができないので、これはバランスを取られなければなら
ない。
【0026】コアを製造する方法は次の通りである。第
1に、水中のモノマーエマルジョンが形成される。この
エマルジョンは少なくとも1種類の酸モノマー、少なく
とも1種類のエステルモノマー、および架橋剤の混合物
からなる。概して、本発明の物質のコアを製造するため
に使用されるモノマー混合物は10〜90%の酸モノマ
ー(メタアクリル酸のような)、および10〜90%の
エステル化モノマー(エチルアクリレートのような)で
ある。好ましくは、50〜70%の酸および30〜50
%のエステルが使用され、より好ましくは、50〜60
%の酸および40〜50%のエステルである。ここで使
用される全てのパーセントは、他に示されない限りは、
重量に基づいて計算される。アリルメタアクリレート
(ALMA)のような任意の好適な架橋剤の10%まで
がこれに添加される。好ましくは、1〜5%の架橋剤が
使用される。これは充分量の水に添加され、固形分含量
が60重量%以下、好ましくは15〜35%である混合
物を製造する。
【0027】本発明においては、任意の好適な架橋剤が
使用されることができるが、本発明で使用するのに好ま
しい架橋剤はアリルメタアクリレート(ALMA)、エ
チレングリコールジメタアクリレート(EGDMA)、
トリメチロールプロパントリメタアクリレート(TMP
TMA)、ジビニルベンゼン(DVB)、グリシジルメ
タアクリレート、2,2−ジメチルプロパン1,3ジア
クリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレー
ト、1,3−ブチレングリコールジメタアクリレート、
1,4−ブタンジオールジアクリレート、ジエチレング
リコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタ
アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレー
ト、1,6−ヘキサンジオールジメタアクリレート、ト
リプロピレングリコールジアクリレート、トリエチレン
グリコールジメタアクリレート、テトラエチレングリコ
ールジアクリレート、ポリエチレングリコール200ジ
アクリレート、テトラエチレングリコールジメタアクリ
レート、ポリエチレングリコールジメタアクリレート、
エトキシル化ビスフェノールAジアクリレート、エトキ
シル化ビスフェノールAジメタアクリレート、ポリエチ
レングリコール600ジメタアクリレート、ポリ(ブタ
ンジオール)ジアクリレート、トリメチロールプロパン
トリアクリレート、トリメチロールプロパントリメタア
クリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、
トリメチロールプロパントリエトキシトリアクリレー
ト、グリセリルプロポキシトリアクリレート、ペンタエ
リスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトー
ルテトラメタアクリレートおよびジペンタエリスリトー
ルモノヒドロキシペンタアクリレートを含む。
【0028】10%の酸モノマーがコアを形成するため
に使用されることができるけれども、上述のように、そ
のような少量の酸モノマーの使用は、その後に、非常に
低い充填量でも有用である金属でコアが充填される場合
に限って成功するであろうことに注意すべきである。コ
アは、製造後は、金属を、酸官能基が存在する脱プロト
ン化エリアに充填することによって金属で充填される。
もとのモノマー混合物中のより高い酸の割合は、金属の
充填可能な部位の数をより多くするであろう。よって、
もとのモノマー混合物において、より多量の酸官能性モ
ノマーを使用することが望ましい。コアがあまりに酸性
である場合には、安定化されることができず、エマルジ
ョンは重合の間にゲル化し、役立たない物質になるであ
ろうという限定がある。これは、より多くの水を開始混
合物に添加することによって、限られた程度まで除去さ
れることができるが、これは部分的に成功するだけであ
る。よって、より高い酸性コア(およそ70%)はより
低い固体含量(上述のように、固体含量15%付近)の
エマルジョンであることを必要とするであろうが、酸性
の低いコアは60%付近の固体含量を用いて形成される
ことができるであろう。
【0029】モノマーエマルジョンが形成された後、エ
マルジョンの部分が除かれ、さらに脱イオン水が加えら
れる。この新しいエマルジョン混合物は主要なエマルジ
ョンを重合するためのシードに使用される。このシード
エマルジョン混合物に、アンモニウムパースルフェート
のような開始剤が添加される。使用されるこの開始剤の
量は得られるポリマーの特性にとって重要である。使用
される開始剤の量が多くなれば、より小さな粒子が形成
される。より小量の開始剤が使用される場合には、得ら
れる重合された混合物は、大きな粒子をより少ししか含
まないであろう。概して、使用されるべき開始剤の量は
シードエマルジョンの0.05〜0.2%の範囲であ
る。これは所望の最終粒子サイズおよび使用されるエマ
ルジョン濃度の両方に依存する。より多くの、より小さ
なシードを造るための、より多くの開始剤の使用は、エ
マルジョンの主要な部分が重合される場合に、より多く
の、より小さな粒子の形成を導くであろう。これは、シ
ード形成のために取り出す物質の量に対してバランスを
取られていなければならず、取り出す量が多いと、より
小さな粒子が主要な重合ステップにおいて形成されるこ
ととなる。ほとんどの場合には、もとのエマルジョンの
3〜30%はシードを製造するために使用されるであろ
う。好ましくは5〜15%が使用されるであろう。開始
剤は水中の溶液として調製される。使用される水の量は
重要ではないが、開始剤が、(より小さい供給速度であ
るものの)反応混合物と同等の時間で、反応混合物と共
に反応容器に供給されることができるのに充分な量であ
るべきである。重合を助けるために熱を加える(エマル
ジョンの温度を約80℃に熱する)ことは必須ではない
が好ましい。
【0030】シード混合物が形成された後、次いで、未
反応モノマーエマルジョンの主要な部分はより多くの開
始剤と共に導入される。このステージでは、使用される
開始剤の量は重要ではなく、概して、未反応エマルジョ
ンの約0.02〜1.0%、好ましくは未反応エマルジ
ョンの約0.04〜0.08%からなる。反応が完了し
た後、反応されたポリマーエマルジョンに開始剤がさら
に添加される。この開始剤は疎水性である方がよい。そ
のような開始剤は反応されたポリマーに吸収されること
ができ、親水性の開始剤が到達することができないコア
の中心で重合を開始するために供されるであろう。好適
な開始剤としては、t−ブチルヒドロゲンペルオキシド
およびナトリウムスルホキシレートホルムアルデヒドを
含む。
【0031】より多くの架橋は、より高いpHにおける
溶解に対する抵抗性を提供するので、特定の状況下で、
より高程度の架橋が望まれる場合がある。よって、コア
に金属が充填される場合により高いpHが使用されるで
あろう場合には、コアを製造する場合により多くの架橋
剤が含まれるべきである。他の架橋剤はALMAの替わ
りに使用されることもできる。通常、1つの架橋剤だけ
が任意の1つの組成物中で使用される。架橋のための部
位を提供することができる他のモノマーとしては、ジビ
ニルベンゼン(DVB)およびアセチルアセトキシエチ
ルメタアクリレート(AAEM)および他の公知の架橋
剤が含まれる。
【0032】プロセスにおける次の工程は、コア物質上
に好適な金属を充填することである。任意の好適な金属
が使用できる。ガドリニウムはしばしばMRI画像増強
剤のために選択される金属であるが、任意の好適な常磁
性金属が使用されることができる。バリウムまたは他の
物質はX線増強剤に使用されることができる。金属をコ
ア物質上に充填する方法は次の通りである。前の工程か
らのコア物質のエマルジョンは脱イオン水と混合され
る。コアは重合された酸モノマーを含むので、エマルジ
ョンは酸性となる。
【0033】乳化されたコアにアンモニウムヒドロオキ
シド(または、他の好適な塩基)が添加され、エマルジ
ョンのpHを上げる。所望のpHは、試みられる充填の
レベルに応じるが、概して、pH7未満が望まれる。好
ましくは、pHは6未満であるべきである。この充填工
程のpHがあまりに高ければ、後の工程で、コアの周り
にシェルを形成することが困難となるであろう。シェル
形成を阻害するのでpHがあまりに高くなることはでき
ないが、それはあまりに低くなることもできない。pH
が高くなるにつれ、より多くの金属の充填が可能にな
る。pHがあまりに低ければ、その上に金属を充填する
結合部位のほとんどがフリーでなくなり、金属充填レベ
ルは望ましくないほど低くなるであろう。
【0034】これに、化学量論量の金属イオンを添加す
る。金属は任意の好適な陰イオンと共に導入されること
ができる。ガドリニウムの場合には、Gd(III)ナ
イトレートまたはGd(III)クロライド溶液が通常
使用される。塩は解離し、金属はコア樹脂のフリーの酸
部分と結合する。塩が導入されるので、混合物のpHは
上昇する。これが起こるので、所望のpHを維持するた
めに、追加の塩基が添加されるべきである。pHがあま
りに小さければ、金属はコアから脱離するであろう。
【0035】化学量論量の金属イオンを使用するため
に、コアの金属結合能力および使用されるコアの量を知
る必要がある。任意の適切な分析法が使用されることが
できるが、物質を分析する有用な方法の1つとして、次
の方法が提供される。誘導結合プラズマ(induct
ively coupled plasma、ICP)
が企図されるpHでの樹脂の金属結合能力を決定するた
めに使用されることができる。金属イオン結合能力はp
Hと共に変化するので、金属を添加するときに使用する
のに企図されるのと同じpHでこの試験が行われること
が重要である。その後、特定の量の樹脂(例えば、樹脂
100g)と反応させるために計算された金属の量を有
する金属塩溶液が調製される。次いで、溶液はICPを
用いて、溶液中のGdの正確な量を決定するために試験
される。次いで、必要とされる樹脂の量が逆計算され
る。次いで、エマルジョンの好適な量が分配され、およ
そ20%固形分に希釈される。次いで、希釈されたエマ
ルジョンは好適な塩基(好ましくはNHOH)を用い
てpHが調節され、金属溶液が添加される。
【0036】充填したコア上にシェルを形成するため
に、典型的なエマルジョン反応が使用される。反応ケト
ルに脱イオン水が充填される。コアの形成と共に、使用
される水の量は製造されるエマルジョンの量およびモノ
マーの酸含量に応じるであろう。
【0037】シェルを形成するために使用されるモノマ
ー混合物は、コアを形成するために使用されるそれらの
リストから選択されるモノマーからなる。しかし、ほと
んどまたは全ての場合には、シェルの組成はコアのそれ
とは異なるであろう。シェルを形成するために使用され
るエマルジョンの酸モノマー含量はできるだけ低く、コ
アを形成するために使用される含量よりも確実に低くす
べきである。にもかかわらず、シェル中での酸の導入は
粒子の静電安定化(electrostatic st
abilization)のために必要とされる。しか
し、シェル中への酸の導入は、ガドリニウムをコアから
シェルの外へ移動させることができるチャネルを形成す
る。シェルの形成に使用されるエマルジョンのpHがあ
まりに低い場合には、ヒドロニウムイオンがコアの金属
と置き換わり、酸のコアを形成する。さらに、シェルを
形成するためのモノマー混合物の組成は、表面張力に関
し、充填されたコアと適合を有するべきである。コアの
充填およびコアのpHの変化はその表面張力に影響を及
ぼす。よって、シェルの組成はコアシェルシステムにお
いて表面張力の適合性(compatibility
of surface tension)を達成するよ
うに変えられなければならない。
【0038】よって、シェルを形成するために使用され
るモノマー混合物は15%までの酸モノマーを有するこ
とができるが、10%より少ないことが好ましい。酸モ
ノマーはエマルジョン粒子を安定化するのを助け、ゲル
化を妨げるが、酸モノマーはチャネルを形成し、そこを
通って、充填された金属はシェルの外側に移動すること
ができる。よって、多すぎる酸モノマーも望ましくな
い。コアの表面と適合性があるシェル(すなわち、2つ
の表面の間の界面エネルギーを最小化することにより)
を使用する必要性がある。界面エネルギーが最小でない
場合は、相分離が起こり、ラズベリー型のモルホロジー
(raspberry−type morpholog
y)を生じさせる。シェル中の親水性官能基の正確な量
の導入の本質は、コアシェル系の周囲と水性媒体の間で
の界面エネルギーを最小化することである。さらに、シ
ェル形成モノマー混合物の酸性の環境は、シェル形成の
前の金属の浸出を可能にするであろう。よって、連続的
なシェルのために必要とされる最小量の酸モノマーが使
用されるべきである。シェルの厚さは1〜50ナノメー
トル、好ましくは5〜30ナノメートルである。
【0039】実施例1 エチルアクリレートを有する弱酸エマルジョンコア モノマーエマルジョンは、ボトル中で、200gの脱イ
オン水、8.13gの28%w/w固形分のアンモニウ
ムラウリルスルフェート(ALS)、90.0gのエチ
ルアクリレート(EA)、90.0gのメタアクリル酸
(MAA)、および7.5gのアリルメタアクリレート
(ALMA)の混合物から造られた。次いで、反応ケト
ルに150gの脱イオン水、34.0gのモノマーエマ
ルジョン、および1mLの脱イオン水中の0.04gの
アンモニウムパースルフェートを準備した。反応ケトル
は窒素でパージされつつ80℃に加熱された。上述のモ
ノマーエマルジョンの残りおよび脱イオン水中の0.2
0gのアンモニウムパースルフェート(APS)の溶液
32gが反応フラスコ(80℃)にそれぞれ4.0g/
分および0.35g/分で供給された。供給の終了後、
反応フラスコの温度は75℃に冷却され、次いで、1m
Lの脱イオン水中の0.10gのt−ブチルヒドロキシ
ペルオキシド(t−BHP)が添加された。反応系はさ
らに55℃まで冷却された。これに、2mLの脱イオン
水中の0.060gのナトリウムスルホキシレートホル
ムアルデヒド(SSF)の溶液が添加された。反応系は
周囲温度に冷却され、エマルジョンは325および10
0メッシュのふるいを通してそれぞれ濾過され、100
nmの平均粒子径を有するポリマーエマルジョンを得
た。
【0040】実施例2 弱酸エチルアクリレートコアのより低い充填−pH7 265.84gのエマルジョン(実施例1より、27.
5%固形分)が200gの脱イオン水および10%のア
ンモニウムヒドロキシドと混合され、pH7の混合物を
作成した。これに、133gのGd(III)ナイトレ
ート6水和物溶液(脱イオン水中、54,924pp
m)が滴下された。塩溶液の添加の間、必要な限り、試
験中ずっと、混合物のpHはモニターされ、アンモニウ
ムヒドロキシドで7に調整された。塩の添加の終了後、
30分間撹拌が継続された。得られたガドリニウム充填
エマルジョンポリマーについては、樹脂1gあたり0.
1gのGdが充填されていた。異なる濃度、0.18、
0.015、0.005、0.045および0.03、
のGdを有する他のサンプルがこの方法で調整された。
これらは以下の表Iに示される。
【0041】実施例3 弱酸エチルアクリレートコアのより高い充填−pH7 265gのエマルジョン(実施例1より、27.5%固
形分)が200gの脱イオン水および10%のアンモニ
ウムヒドロキシドと混合され、pH7の混合物を作成し
た。これに、255gのGd(III)ナイトレート6
水和物溶液(脱イオン水中、54,924ppm)が滴
下された。塩溶液の添加の間、必要な限り、試験中ずっ
と、混合物のpHはモニターされ、アンモニウムヒドロ
キシドで7に調整された。塩の添加の終了後、30分間
撹拌が継続された。得られたガドリニウム充填エマルジ
ョンポリマーについては、樹脂1gあたり0.20gの
Gdが充填されていた。透過電子顕微鏡(TEM)試験
は、この封入された充填コアがラズベリーモルホロジー
を有することを示し、シェルは連続的でないことを示し
た。
【0042】実施例4 充填された弱酸エチルアクリレートコア(LC1.2)
−pH5 265.84gのエマルジョン(実施例1より、27.
5%固形分)が200gの脱イオン水および10%のア
ンモニウムヒドロキシドと混合され、pH5の混合物を
作成した。これに、59.85gのGd(III)ナイ
トレート6水和物溶液(脱イオン水中、54,924p
pm)が滴下された。塩溶液の添加の間、必要な限り、
試験中ずっと、混合物のpHはモニターされ、アンモニ
ウムヒドロキシドで5に調整された。塩の添加の終了
後、30分間撹拌が継続された。得られたガドリニウム
充填エマルジョンポリマーについては、樹脂1gあたり
0.045gのGdが充填されていた。
【0043】実施例5 より低く充填された弱酸エチルアクリレートコアのシェ
ル1での封入 実施例4で得られた物質が、ガドリニウム充填コア物質
(充填率0.045gGd/gコア樹脂)の周囲にシェ
ルを形成することによって封入された。方法は次の通り
である。反応ケトルに200gの脱イオン水、23%の
ナトリウムベンジルラウレート(siponate D
S−4)3.0g、2mLの脱イオン水中の0.1gの
アンモニウムパースルフェート、3gの脱イオン水中の
0.2gのナトリウムカーボネート、および200gの
実施例4の充填されたコア(10.1%固形分)を充填
した。ケトルは、窒素でパージされつつ、80℃に加熱
された。次いで、モノマーエマルジョンは20gの脱イ
オン水、23%のナトリウムベンジルラウレート(si
ponate DS−4)0.3g、1.48gのスチ
レン、5.8gのEA、および0.66gのMAAで調
整された。このエマルジョンに、0.074gのALM
Aを1g/分で、0.4gのAPS(25gの脱イオン
水中)を0.2g/分で同時に供給した。供給の終了
後、反応フラスコの温度は75℃に冷却された。これ
に、1mLの脱イオン水中の0.010gのt−BHP
を添加した。反応系は55℃に冷却され、2mLの水中
の0.020gのSSFが添加された。反応系は周囲温
度に冷却され、エマルジョン(平均粒子径130nm)
は325および100メッシュのふるいでそれぞれ濾過
された。得られた物質の透過電子顕微鏡試験は、得られ
た充填され、封入された樹脂がコアシェルモルホロジー
を有することを示した。
【0044】実施例6 より低く充填された弱酸エチルアクリレートコアのシェ
ル2での封入 実施例4で得られた物質が、ガドリニウム充填コア物質
(充填率0.045gGd/gコア樹脂)の周囲にシェ
ルを形成することによって封入された。方法は次の通り
である。反応ケトルに200gの脱イオン水、23%の
ナトリウムベンジルラウレート(siponate D
S−4)3.0g、2mLの脱イオン水中の0.1gの
アンモニウムパースルフェート、3gの脱イオン水中の
0.2gのナトリウムカーボネート、および200gの
実施例4の充填されたコア(10.1%固形分)を充填
した。ケトルは、窒素でパージされつつ、80℃に加熱
された。次いで、モノマーエマルジョンは20gの脱イ
オン水、23%のナトリウムベンジルラウレート(si
ponate DS−4)0.3g、1.48gのスチ
レン、5.8gのEA、3.18gのBA、および0.
4gのMAAで調整された。このエマルジョンに、0.
2gのALMAを1g/分で、0.4gのAPS(25
gの脱イオン水中)を0.2g/分で同時に供給した。
供給の終了後、反応フラスコの温度は75℃に冷却さ
れ、次いで、1mLの脱イオン水中の0.010gのt
−BHPが添加された。反応系はさらに55℃まで冷却
され、2mLの水中の0.020gのSSFが添加され
た。反応系は周囲温度に冷却され、エマルジョン(平均
粒子径130nm)は325および100メッシュのふ
るいでそれぞれ濾過された。
【0045】実施例7 ブチルアクリレートを有する弱酸エマルジョンコア モノマーエマルジョンは、ボトル中で、200gの脱イ
オン水、1.13gの28%w/w固形分のALS、8
6.25gのブチルアクリレート(BA)、93.75
gのMAA、および7.5gのALMAの混合物から造
られた。次いで、反応ケトルに250gの脱イオン水、
34.0gのモノマーエマルジョン、および1mLの脱
イオン水中の0.06gのアンモニウムパースルフェー
トを準備した。反応ケトルは窒素でパージされつつ80
℃に加熱された。上述のモノマーエマルジョンの残りお
よび脱イオン水中の0.20gのAPSの溶液32gが
反応フラスコ(80℃)にそれぞれ4.0g/分および
0.35g/分で供給された。供給の終了後、反応フラ
スコの温度は75℃に冷却され、次いで、1mLの脱イ
オン水中の0.10gのt−ブチルヒドロキシペルオキ
シド(t−BHP)が添加された。反応系はさらに55
℃まで冷却された。これに、2mLの脱イオン水中の
0.060gのSSFの溶液が添加された。反応系は周
囲温度に冷却され、エマルジョンは325および100
メッシュのふるいを通してそれぞれ濾過され、110n
mの平均粒子径を有するポリマーエマルジョンを得た。
【0046】実施例8 充填された弱酸ブチルアクリレートコア−pH5 265.84gのエマルジョン(実施例7より、27.
5%固形分)が200gの脱イオン水および10%のア
ンモニウムヒドロキシドと混合され、pH5の混合物を
作成した。これに、59.85gのGd(III)ナイ
トレート6水和物溶液(脱イオン水中、54,924p
pm)が滴下された。塩溶液の添加の間、必要な限り、
試験中ずっと、混合物のpHはモニターされ、アンモニ
ウムヒドロキシドで5に調整された。塩の添加の終了
後、30分間撹拌が継続された。得られたガドリニウム
充填エマルジョンポリマーについては、樹脂1gあたり
0.045gのGdが充填されていた。
【0047】実施例9 充填された弱酸ブチルアクリレートコア−pH7 265.84gのエマルジョン(実施例7より、27.
5%固形分)が200gの脱イオン水および10%のア
ンモニウムヒドロキシドと混合され、pH7の混合物を
作成した。これに、199.5gのGd(III)ナイ
トレート6水和物溶液(脱イオン水中、54,924p
pm)が滴下された。塩溶液の添加の間、必要な限り、
試験中ずっと、混合物のpHはモニターされ、アンモニ
ウムヒドロキシドで7に調整された。塩の添加の終了
後、30分間撹拌が継続された。得られたガドリニウム
充填エマルジョンポリマーについては、樹脂1gあたり
0.15gのGdが充填されていた。
【0048】実施例10 実施例9の充填されたコアの封入 実施例9で得られた物質が、ガドリニウム充填コア物質
(充填率0.15gのGd/gコア樹脂)の周囲にシェ
ルを形成することによって封入された。方法は次の通り
である。50gの脱イオン水、2mLの脱イオン水中の
0.04gのアンモニウムパースルフェート、および2
00gの充填されたコアを含む反応ケトルが、窒素でパ
ージされつつ、80℃に加熱された。次いで、モノマー
エマルジョンが60gの脱イオン水、商業的に入手可能
な23%のナトリウムベンジルラウレート2.0g、
4.16gのスチレン、5.3gのEA、3.18gの
BA、および0.4gのMAAで調整された。このエマ
ルジョンに、0.2gのALMAを1g/分で、0.4
gのAPS(25gの脱イオン水中)を0.2g/分で
同時に供給した。供給の終了後、反応フラスコの温度は
75℃に冷却された。これに、1mLの脱イオン水中の
0.010gのt−BHPを添加した。反応系はさらに
55℃に冷却され、2mLの水中の0.020gのSS
Fが添加された。反応系は周囲温度に冷却され、エマル
ジョン(平均粒子径150nm)は325および100
メッシュのふるいでそれぞれ濾過された。得られた物質
の透過電子顕微鏡試験は、樹脂がコアシェルモルホロジ
ーを有することを示した。
【0049】実施例11 強酸エマルジョンコア モノマーエマルジョンは、窒素雰囲気下、370gの脱
イオン水、28%固形分を含むアルキルアリールポリエ
ーテルスルホネートのナトリウム塩である界面活性剤4
8.2g、348.8gのスチレン、および51.2g
の市販のグレードのジビニルベンゼン(54.7%ジビ
ニルベンゼン、残りは本質的にエチルビニルベンゼン)
を強く撹拌することによって調整された。水性開始剤溶
液は、100gの脱イオン水中の2.0gのカリウムパ
ースルフェートを溶解することにより調製され、50g
のモノマー溶液が開始剤溶液に添加された。混合物は1
インチの渦を生ずるよう撹拌され、窒素雰囲気下70℃
に加熱された。不透明さの突然の減少によって示される
重合が開始した後、残りのモノマーエマルジョンが1.
5時間に渡って添加された。添加が完了した後、1時間
の間、温度は70℃に保たれた。ポリマーエマルジョン
は室温に冷却され、チーズクロスを通して濾過された。
次いで、エマルジョンポリマーはスルホン化され、強酸
コアを生じさせた。
【0050】実施例12 充填された強酸コア 実施例11の強酸スルホン化エマルジョンコア(平均粒
子サイズ230nm)が、実施例9の方法を用いて、樹
脂1gあたり0.25gのGdの量のガドリニウムイオ
ンで充填された。次いで、得られた物質は実施例10の
方法に従って封入された。
【0051】実施例13 無水物エマルジョンコア ケトルは脱イオン水(265.19g)およびLDF−
2247シード(13.15g)を充填され、85℃に
加熱された。アンモニウムパースルフェート(2.50
gの脱イオン水中、0.08g)がケトルに添加され
た。100.95gの脱イオン水、9.45gのSip
on L−22(28%固形分)、65.43gのエチ
ルアクリレート、24.45gのメチルメタアクリレー
ト、38.70gのメタアクリル酸無水物、および5.
23gのアリルメタアクリレートからモノマーエマルジ
ョンが調製された。このエマルジョンは3.90g/分
で、0.18g/分の供給速度でのアンモニウムパース
ルフェート(11.0gの脱イオン水中、0.16g)
の触媒と共に反応器に供給された。混合物は30分間撹
拌され、65℃に冷却された。これにt−BHP(2.
5gの水中、0.38g)が添加され、反応は20分間
続けられた。次に、FeSO・7HO(1.50
g)および7.5gの水中のSSF(0.19g)が添
加され、反応は20分間続けられた、その後、エマルジ
ョンは周囲温度に冷却され、325メッシュスクリーン
を通して濾過された。
【0052】次いで、得られた無水物コア(184.5
g)は水(245.4g)、28%アンモニア(10g
水中、0.5g)、およびジメチルアミノプロピルアミ
ン(13.46g、93.4mmol)と混合された。
これは反応ケトルに添加され、撹拌しつつ6時間、90
℃で加熱された。ケトルは周囲温度に冷却され、エマル
ジョンは325メッシュスクリーンを通して濾過され
た。他の実験では、ジメチルアミノプロピルアミンは4
−(3−アミノプロピル)モルホリン(13.46g、
93.4mmol)またはイミノジ酢酸(4.14g、
31.1mol)に替えられた。ジアミン、EDTA、
モルホリンアナログなどの任意の他の好適なポリアミン
が置き換えられることができる。
【0053】開かれた無水物コアは、上述の実施例にお
けるように充填され、封入されることができる。しか
し、コアによるイオンの結合が充分強力な場合には、ガ
ドリニウムイオンの隔離のためにシェルが必ずしも必要
でないことに留意すべきである。
【0054】上述の、Gdを充填されたナノ粒子(およ
び充填されていない粒子)はT1(縦またはスピン−格
子緩和時間)に及ぼす影響を決定するために試験をされ
た。T1値は標準インバージョン回復パルスシークエン
ス(standard inversion reco
very pulse sequence)を用いて4
00MHzで測定された。サンプルは重陽子化溶媒なし
に、5mmのNMRチューブ内に置かれ、場をロックし
た。遅延時間(delay time)の間に強い水の
シグナルから、放射がダンピング(dumping)す
るのを回避するために、プローブはミスマッチされた。
約10の遅延(τ)値がそれぞれのT1測定に使用され
た。各サンプルについての得られた実験強度対遅延時間
は1次指数関数を用いてフィットされた。標準偏差は全
て0.0001のオーダーであった。表1中で、金属ラ
テックスについてのNMR試験の結果は市販のスタンダ
ード(Prohance(登録商標)、Bracco
Diagnosticsof Princeton、N
J製)と比較された。Prohanceは、医療用イメ
ージングのために認可されている、市販のグレードのG
d−キレートコントラスト剤である。
【0055】
【表1】
【0056】表1は、これらの物質が顕著な緩和を提供
し、コントラスト増強剤として有用であることを示す。
市販のスタンダード(Prohance)は、濃度に応
じて、2から3のオーダーの大きさでT1を減少させる
ことができる。本発明の金属充填ポリマーは同様の劇的
な効果を有する。金属の充填は表1においてポリマーの
重量あたりのGdの重量の比率(gGd/gポリマー)
で報告される。0.1gGd/gポリマーの充填におい
て、T1は3オーダーの大きさで低減される。0.00
5gGd/gポリマーという非常に低い充填においてさ
え、T1は、純水の2200msからわずか97msに
低減される。これに対して、Prohanceの金属充
填は0.28gGd/gリガンドである。これは、本発
明のGdが充填されたポリマーは非常に効果的に水のT
1を低減させ、MRIコントラストを提供することを最
終的に示す。
【0057】全金属濃度に関するT1の変化をたどるた
めに、ポリマーとProhanceについての概算の金
属濃度が算出された。これらはT1値と共に表1に示さ
れる。
【0058】さらに、コントラスト剤としてのこれらの
物質のポテンシャルを評価するために、Buffalo
ラットを用いてイメージング実験が行われた。典型的な
実験においては、実施例5のコントラスト剤0.5−
0.7mLが尾静脈から投与された。イメージングは投
与ほぼ7分後に開始された。ラットの体のフルスキャン
がほぼ4分のインターバルで投与後45分まで行われ
た。コントラスト前及びコントラスト後の心臓の画像
は、コントラスト剤が血管内スペースを非常に顕著に増
強させることを示した。心室はコントラスト剤によって
明るく照らされ、心臓に導入されまたは心臓から出る主
要な動脈の全ても同様であった。さらに、コントラスト
後の動物においては、本質的に任意の他の大静脈または
大動脈をイメージすることができる。腎臓の画像は、投
与後7分で腎臓内でのコントラスト剤の有意な蓄積を示
す。興味深いことに、腎臓は、薬剤が任意の有意な速度
で血管内スペースをでていくことが観察された一つの臓
器であった。
【0059】さらに、これら強磁性剤は経口コントラス
ト剤として評価された。実施例5の薬剤の3つの異なる
濃度の2〜3ミリリットルが3匹の異なるBuffal
oラットのそれぞれに経口的に投与された。濃度は実施
例5で示される薬剤の希釈(1:1、1:10、1:1
00)であった。投与2分後にラットの全身スキャンが
開始され、約2分のインターバルで1時間継続した。3
匹の画像の比較は、1:10希釈が最も効果的であった
ことを示した。最も顕著なことは、投与後、胃腸管が容
易に視認により観察されたことであった。観察された増
強はほとんど1時間に渡り持続した。胃および腸は少な
くとも2つのスキャン水平面で容易に観察され、この薬
剤がMRIでの経口コントラスト剤として効果的である
ことを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャールズ・ハワード・レイノルズ アメリカ合衆国ペンシルバニア州19446, ランズデール,フォレスト・トレイル・ 171 (72)発明者 スティーブン・ハワード・シャバー アメリカ合衆国ペンシルバニア州19044, ホーシャム,アッシュ・ストーカー・レー ン・44 (72)発明者 エリック・ジョン・ランゲンメイル アメリカ合衆国ペンシルバニア州19007, ブリュン・モール,アカデミー・レーン・ 920

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリマーに化学的に結合した画像増強化
    合物を有するポリマー性コア;およびコアと化合物を囲
    むポリマー性シェルを含む画像増強剤。
  2. 【請求項2】 画像増強化合物がガドリニウムを含む請
    求項1記載の画像増強剤。
  3. 【請求項3】 シェルがコアを完全に封入する請求項1
    記載の画像増強剤。
  4. 【請求項4】 コアが50〜70%の酸モノマーおよび
    30〜50%のエステル化モノマーを含むモノマー混合
    物から形成されるポリマーを含む請求項1記載の画像増
    強剤。
  5. 【請求項5】 モノマーがアクリル酸、メタアクリル
    酸、メチルメタアクリレート、スチレン、エチルアクリ
    レート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアク
    リレート、ジメチルアミノエチルメタアクリレート、t
    ert−ブチルアミノエチルメタアクリレート、ヒドロ
    キシエチルメタアクリレート、およびヒドロキシプロピ
    ルメタアクリレートからなる群から選択される少なくと
    も1つの化合物である請求項4記載の画像増強剤。
  6. 【請求項6】 モノマー混合物がアリルメタアクリレー
    ト、エチレングリコールジメタアクリレート、トリメチ
    ロールプロパントリメタアクリレート、ジビニルベンゼ
    ン、グリシジルメタアクリレート、2,2−ジメチルプ
    ロパン1,3ジアクリレート、1,3−ブチレングリコ
    ールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジメ
    タアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレー
    ト、ジエチレングリコールジアクリレート、ジエチレン
    グリコールジメタアクリレート、1,6−ヘキサンジオ
    ールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタ
    アクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレー
    ト、トリエチレングリコールジメタアクリレート、テト
    ラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレング
    リコール200ジアクリレート、テトラエチレングリコ
    ールジメタアクリレート、ポリエチレングリコールジメ
    タアクリレート、エトキシル化ビスフェノールAジアク
    リレート、エトキシル化ビスフェノールAジメタアクリ
    レート、ポリエチレングリコール600ジメタアクリレ
    ート、ポリ(ブタンジオール)ジアクリレート、トリメ
    チロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプ
    ロパントリメタアクリレート、ペンタエリスリトールト
    リアクリレート、トリメチロールプロパントリエトキシ
    トリアクリレート、グリセリルプロポキシトリアクリレ
    ート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペン
    タエリスリトールテトラメタアクリレートおよびジペン
    タエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレートか
    らなる群から選択される架橋剤を10%までさらに含む
    請求項5記載の画像増強剤。
  7. 【請求項7】 シェルが官能化されている請求項4記載
    の画像増強剤。
  8. 【請求項8】 対象に請求項1記載の画像増強剤を投与
    し、該対象に画像形成法を行うことを含む画像を生じさ
    せる方法。
  9. 【請求項9】 画像形成法がMRI法である請求項8記
    載の方法。
  10. 【請求項10】 画像増強剤が請求項7記載の画像増強
    剤である請求項9記載の方法。
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