JP2012512844A - Mriイメージングのための高性能な造影剤 - Google Patents
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Abstract
Description
MRIおよびCAについて:
その優れた解像度のおかげで、核磁気共鳴画像法(MRI)は、現在、現代の診断的な検査における最適な技術であると考えられている。臨床的なスキャンの35%よりも多くは、現在、造影剤(CA)を投与して行われ、病的な組織と正常な組織とのより優れた識別を可能にする。MRIのために最も頻繁に用いられているCAは、ガドリニウム(III)キレートであり、この高い常磁性(7つの不対電子)は、これらを分配する組織における水プロトン(water proton)の緩和率を強く高め得る。実験時間が短縮され、信号の強度が強くなり、そして、それゆえ、患者における水の分配のイメージングにおける質が改善される。
(i)より多くの水分子が存在する結果としての、τm、すなわち水交換率の増加。水和数は、緩和能の決定において重要な役割を果たす;
(ii)τr、すなわち再配向性の相関時間の増加;
(iii)金属中心の正電荷を低下させ、そしてGd(III)複合体の表面に存在する極性基に対して水素結合されている交換可能なプロトンから水交換の力学を改善するために、適切な電子供与体置換基を導入することによる、τs、すなわち電子スピン緩和時間の改善。さらに、陰性複合体の存在は、陰イオン性のin vivoにおける基質に対する親和性を低下させる。
超分子の付加化合物におけるτrの延長の結果、常磁性の複合体が高分子系の一部である場合に、MRIにおいて一般的に使用される磁場(0.2〜17.6T)を用いて、水プロトンの緩和率における増強が観察されることがわかる。この方法は、タンパク質、デンドリマー、およびポリペプチドのような高分子系を用いた共有結合の合成を介して、または適切に官能基化されたキレートとタンパク質(基本的に、ヒト血清アルブミン)もしくはミセルとの間の非共有結合性の相互作用を介して利用される。
特定の標的のためのCAが、最近、特定の疾患を認識することを目的とした文献において報告された。Aimeは、最近、in vitroにおいて、組織における遊離のチオールの濃度に応答する高性能のCAを開発した(Carrera et al., Dalton Trans. 2007)。いくつかの高性能のCAは、in vivoの用途に関して記載されている。例えば、酵素活性は、β−ガラクトピラノースを含有しているGd−複合体を用いて、MRI不活性化剤を、活性化されたMRI剤に交換することによって観察された(Chang et al., Bioconjugate 2007)。McIntyreのグループは、また、親水性から疎水性へと溶解性を変更するという考え方に基づいて、プロテイナーゼの活性を検出し、これによって、薬剤の薬物動態特性を顕著に改善した(Lepage et al., Molecular Imaging 2007)。
今もなお、困難な病状に関与する細胞外の標的を特定し、定量化する必要がある。これらの標的を観察することによって、関連する機能障害を評価することが可能となるが、in vivoにおいて推定される治療学的な薬剤の性能を評価することも可能となる。生物学的な標的は、酵素学的な切断活性を示すあらゆる細胞外タンパク質であり得る。上記の生物学的な標的は、膜結合型酵素または分泌型酵素であり得る。実際、細胞外の区画は、細胞外マトリックスの再構築、栄養素の分解等に関与する種々の酵素を含有している。上述した細胞外の膜の標的に対する関心の高まりは、in vivoにおける標的の活性を評価するための単純で信頼できる方法によって標的を画像化するための有効な方法が必要であることを明らかにしている。
研究の数年後に、出願人は、MRIイメージングのための新規の造影剤を発見した。
− 切断された円錐型の構造が、中心軸、当該軸に沿った第1の開口および第2の開口を規定している、1つのシクロデキストリン、
− 上記構造の外側で、且つ上記第1の開口に近接して上記シクロデキストリンの軸に局在している、1つの常磁性の元素、
− 上記常磁性の元素を配位する、上記常磁性の元素の1つまたはいくつかの配位リガンド、および
− 上記シクロデキストリンに共有結合され、上記第2の開口に近接している、下記化学式の1本のアーム
を含有している化合物であり得る。
− 切断された円錐型の構造が、中心軸、当該軸に沿った第1の開口および第2の開口を規定している、1つのシクロデキストリン、
− 上記構造の外側で、且つ上記第1の開口に近接して上記シクロデキストリンの軸に局在している、1つの常磁性の元素、
− 上記常磁性の元素を配位する、上記常磁性の元素の1つまたはいくつかの配位リガンド、および
− 上記シクロデキストリンに共有結合され、上記第2の開口に近接している、下記化学式の1本のアーム
Aは、シクロデキストリンとXとの間のスペーサーであり、この場合、Aは上記シクロデキストリンとの包接錯体を形成し得る炭素基である
を含有している化合物であり得る。
CDの説明:
シクロデキストリン(時に、シクロアミロースと称される。)は、環状オリゴ糖のファミリーを構成し、1位と4位とで連結された5個以上のα−D−グルコピラノシド単位を含む。典型的なシクロデキストリンは、環の中に6単位〜8単位の多数のグルコース単量体を含有し、切断された円錐型を形成している(図1を参照)。この構造は、中心軸(1)および上記軸(1)に沿った2つの開口(第1の開口(2)および第2の開口(3))を規定している。
成分の常磁性の特徴は、不対電子の存在の結果である。
配位基の選択は、常磁性の中心の近傍に存在している水分子の数および滞留期間に影響を及ぼし、それゆえ緩和能に影響を及ぼす。常磁性の元素の1つまたはいくつかの配位リガンドは、上記常磁性の元素を配位し、そしてシクロデキストリンの第1の開口の近傍で、シクロデキストリンに共有結合される。
Zは、NRまたはOであり、
Yは、CO2 −、PO3 2−またはSO3 2−である。
本発明に係るMRI造影剤は、炭素基であるアームAを含んでいる。
出願人は、MRIイメージングのための優れた造影剤を提供する。
本発明に係る新規のMRI造影剤および本発明に係る生理活性を有している造影剤は、CDのそれぞれの面に対する2つのグラフト工程によって調製され得る。合成方法は、公知の選択的な一連の保護工程および脱保護工程を必要とする。あらゆる場合において、常磁性の元素は、少なくとも1つの工程において誘導されてもよい。
(i)リガンドを用いたCDの合成、および
(ii)(必要に応じて可動性の)アームを用いたCDの官能基化
の2つの部分を包含し得る。
(iii)生体内で代謝可能な成分の合成、および
(iv)官能基化されたCDに対する、生体内で代謝可能な成分のグラフト
の2つのさらなる部分を包含し得る。
リガンドは、当業者によって知られる任意の合成方法によって、1つまたはいくつかの工程において、市販の製品から合成されるだろう。
C2、C3、およびC6位に存在している水酸基は、リガンドに対して競合し、そして、選択的な改質を非常に困難にする。存在する3種類の水酸基のうち、第1級アルコールに対応するC6位にある水酸基は、最も塩基性であり(pKa15〜16)、C2位にある水酸基は、最も酸性であり(pKa12.1)、そして、C3位にある水酸基は、最も接近し難く、そしてさらなる改質のために簡単に利用できない。二倍の数の水酸基が存在するので、第2の面は、第1の側面よりも阻害されている。C2位における水酸基とC3位における水酸基との間の水素結合は、これらを固定し、そしてC6のみの場合と比較して柔軟性がない。全てのこれらの因子は、第1の面よりも第2の面を反応性に乏しくさせ、そして選択的に官能基化されることを阻害する。
上述したように、生体内で代謝可能な成分は、特定の酵素に特異的な、任意の切断基質であり得る。それは、タンパク質もしくはペプチド、オセ(ose)、またはエステル官能基を有している任意の他の基であり得る。当業者は、識別および/または定量化したい生物学的な標的に従って、特異的な生体内で代謝可能な成分を選択し得るだろう。それは、当業者に知られる任意の合成方法によって、市販の製品から1つまたはいくつかの工程において合成されるだろう。
生体内で代謝可能な成分は、任意の利用可能な技術、例えば、ペプチドリンカーによって、CDにおいて、可動性のアームに連結されるだろう。
実施例1:二座リガンドを用いた造影剤の合成
工程1. 500mL丸底フラスコにおいて、10gのβ−シクロデキストリン(8.81mmol)を、100mLの蒸留したピリジンに溶解した。攪拌しながら、不活性な雰囲気下において、100mLの蒸留したピリジンにおいて予め溶解した10.3gのTBDMSCl(tert−ブチル−ジメチル−シリルクロリド(tertiobutyl-dimethyl-silyl chloride)(68.4mmol))を、丸底フラスコに加えた。反応混合物の温度を、3時間にわたって0℃まで低下させた。その後、反応混合物を、24時間にわたって室温に放置した。生成物を、その後、水を添加することによって沈殿させた。得られた粉末を、シリカゲルクロマトグラフィーによって精製した。このとき、溶離液は、クロロホルム/メタノール/水の混合(40/10/1;v/v/v)であった。
酢酸リガンドを有しているβ−シクロデキストリンを合成する。このようにして取得した官能基化されたシクロデキストリンを、生体内で代謝可能な基を有しているスペーサーを用いてグラフトし、そして、その後、トリクロロガドリニウム六水和物と複合体化し、本発明に係る造影剤を提供する。
500mL丸底フラスコにおいて、10gのβ−シクロデキストリン(8.81mmol)を、100mLの蒸留したピリジンにおいて溶解した。攪拌しながら、不活性雰囲気下において、100mLの蒸留したピリジンに予め溶解した10.3gのTBDMSCl(tert−ブチル−ジメチル−シリルクロリド(68.4mmol))を、丸底フラスコに添加した。反応混合物の温度を、3時間にわたって0℃まで低下させた。その後、反応混合物を室温にて24時間放置した。生成物を、その後、水を加えて沈殿させた。得られた粉末をシリカゲルクロマトグラフィーによって精製した。このときの溶離液は、クロロホルム/メタノール/水混合(40/10/1;v/v/v)であった。
工程2a:7−(6−O−アセテート)−β−シクロデキストリン2aの合成
無水β−シクロデキストリン1a(2.2mmol、2.5g)を、無水DMF(100ml)を用いて希釈し、そして、完全に脱気した。無水ピリジンを、シリンジ(30mmol、2.3g、2.35mL)を介して添加し、続けてヨウ化酢酸ナトリウム(17mmol、3.53g)を添加した。混合物を、90℃にて、72時間にわたって攪拌した。溶媒を、加圧下において蒸発させ、そして、粘性のある褐色がかった固体を、アセトン(250ml)を用いて洗浄した。不溶性の固体を、ガラスフリットにてろ過した。黄色がかった褐色の固体を回収し、溶離液として混合CH2Cl2/MeOH(1/1)を用いてシリカゲルにてろ過した。2aを、加圧下において蒸発させた後で取得した。
無水2,3−ジメチル−β−シクロデキストリン1b(0.0751mmol、100mg)を、無水DMF(7ml)を用いて希釈し、そして、完全に脱気した。無水ピリジンを、シリンジ(1.02mmol、0.084ml)を介して添加し、続けてヨウ化酢酸ナトリウム(2.63mmol、550mg)を添加した。混合物を、90℃にて、72時間にわたって攪拌した。溶媒を、加圧下において蒸発させ、そして、粘性のある褐色がかった固体を、アセトン(250ml)を用いて洗浄した。不溶性の固体をガラスフリットにてろ過した。ろ過物を加圧下において蒸発させ、そして溶離液として混合CH2Cl2/MeOH(1/1)を用いて、シリカゲルにてろ過した。2bを、加圧下において蒸発させた後で取得した。
この工程を図10において説明する。
スペーサーまたはアームを、図11において説明したような以下の手順に従ってシクロデキストリン2aに対してグラフトする。スペーサーまたはアームは、シクロデキストリン2bに対しても同様にグラフトし得る。
a)方法A
乾燥した化合物3aを、超純水において溶解し、そして、塩化ガドリニウム六水和物を添加する。溶液を攪拌し、そして、重炭酸ナトリウム水溶液(1mol.L−1)を用いて、pHをpH8〜9に調整する。溶液を遠心分離し、そして、残りのガドリニウムをろ過する。
乾燥した化合物3aを、超純水/NaCl 0.9% w/vにおいて溶解し、そして、塩化ガドリニウム六水和物を添加する。溶液を攪拌し、そして、NaOH水溶液(1mol.L−1)を用いて、pHをpH6.9〜7.4に調整する。
乾燥した化合物3aを、超純水において溶解する。溶液のpHを、NaOH水溶液(1mol.L−1)を用いて6.5に調整する。ガドリニウムトリクロリド六水和物を、水において溶解し、そして、pHを、NaOH水溶液(1mol.L−1)を用いて6.5に調整する。Gd(III)溶液を、シクロデキストリン溶液に対して添加し、そして、pHを、NaOH水溶液(1mol.L−1)を用いて5.5〜6.0の間に安定化させる。混合溶液を、室温において攪拌し、そしてpHを、その後8.0に調整する。
実施例1および2において上述したように合成された造影剤は、被験体に対して投与されるための組成物において含まれていてもよい。標的となる特定の酵素が、生体内で代謝可能な基とアームにおけるスペーサーとの間の結合を切断すると、シクロデキストリン内のスペーサーの封入の結果として、高性能なプローブによって信号が発せられる。この信号は、これらの酵素の活性の前に発せられた信号と比較されてもよい。これによって、酵素活性を定量化することができる。
Claims (13)
- − 切断された円錐型の構造が、中心軸、当該軸に沿った第1の開口および第2の開口を規定している、1つのシクロデキストリン、
− 上記構造の外側で、且つ上記第1の開口に近接して上記シクロデキストリンの軸に局在している、1つの常磁性の元素、
− 上記常磁性の元素を配位する、上記常磁性の元素の1つまたはいくつかの配位リガンド、および
− 上記シクロデキストリンに共有結合され、上記第2の開口に近接している、下記化学式の1本のアーム
Aは、シクロデキストリンとXとの間のスペーサーであり、この場合、Aは上記シクロデキストリンとの包接錯体を形成し得る炭素基である
を含有していることを特徴とする、MRIイメージングのための生理活性を有している造影剤。 - 上記シクロデキストリンは、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリンおよびγ−シクロデキストリンから成る群より選択されることを特徴とする、請求項1または2に記載のMRI造影剤。
- 上記シクロデキストリンは、β−シクロデキストリンであることを特徴とする、請求項3に記載のMRI造影剤。
- 上記常磁性の元素は、ガドリニウムおよびジスプロシウムのようなランタニド;マンガン、鉄、コバルト、およびクロムのような遷移金属;並びにマグネシウムから成る群より選択されることを特徴とする、請求項1から4の何れか1項に記載のMRI造影剤。
- 上記常磁性の元素は、ガドリニウムであることを特徴とする、請求項5に記載のMRI造影剤。
- 上記第1の開口は、上記シクロデキストリンの最も小さい開口であることを特徴とする、請求項1から6の何れか1項に記載のMRI造影剤。
- 上記切断可能な生体内で代謝可能な成分Xは、ペプチド配列を含んでいることを特徴とする、請求項2に記載のMRI造影剤。
- a)請求項1から11の何れか1項に記載の造影剤を、組織、細胞または患者に投与する工程、および
b)上記細胞、組織または患者の磁気共鳴画像を取得する工程
を包含していることを特徴とする、画像を取得する方法。 - 上記造影剤と薬学的許容され得るキャリアとを含有している組成物を投与する工程を包含していることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
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