JP3728376B2 - Muscarinic Acetylcholine Nervous System Labeled Compound and Method for Synthesis - Google Patents

Description

【００１２】
さらに、本発明は、次式で表される構造を有する、ポジトロンエミッショントモグラフイ（ＰＥＴ）計測用ムスカリン性アセチルコリン神経系標識化合物の合成方法を提供するものである。すなわち、(1) ¹⁴N(p、α)¹¹C反応により、¹¹Cラベル化二酸化炭素（［¹¹C］CO₂）を合成するステップと、(2) 前記二酸化炭素をヨウ化水素により¹¹Cラベル化ヨウ化メチルを合成するステップと、(3) (+)3-ピペリジルベンジル酸エステルを、前記ヨウ化メチルでＮメチル化して(+)3-N-メチルピペリジルベンジル酸エステルを合成する方法である。
【００１３】
また、本発明は、次式で表される構造を有する、ポジトロンエミッショントモグラフイ（ＰＥＴ）計測用ムスカリン性アセチルコリン神経系標識化合物の合成中間体を提供するものである。
【００１４】
【化４】

【００１５】
以下、実施の形態に従って本発明を説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（合成方法）
本発明に係る新規ムスカリン性アセチルコリン神経系の標識化合物は、下式に示される化学構造を有するものである（［¹¹C］(±)-3NMPBとして表されている）。ここでは、光学異性体の混合物として表されているが、以下説明するように、適当な手段を用いることで、各光学異性体のそれぞれをも別に単離することができるものであり、下式中の［¹¹C］(±)-3NMPBは、［¹¹C］(+)-3NMPBおよび［¹¹C］(-)-3NMPBを別々に表している場合も含むものである。
【００１７】
【化５】

【００１８】
さらに、上の式には、本発明に係る上記標識化合物の合成中間体としての3-piperidyl benzilate（以下3PBとする）が示されている。この化合物は、3-ピペリジノールのベンジル酸エステルである。同様に、ピペリジル基は１つの不斉炭素を有していることから光学異性体(+)-3PB、および(-)-3PBの当量混合物として表されているが、［¹¹C］(±)-3NMPB同様、それぞれを光学分割することが可能であり、上の式はこのそれぞれの異性体をも含むものである。
【００１９】
本発明においては、［¹¹C］(±)-3NMPBの合成方法については特に制限はない。¹¹C誘導体でない場合には、化学構造からは上記3PBのＮメチル化体である。従って係る化学構造を有する3NMPBの合成方法は、通常公知の合成方法が応用可能である。具体的には、3PBのＮにメチル化反応によりメチル基を導入する方法、またはあらかじめメチル基を導入したN-メチル-3-ピペリジノールを出発物質として使用し、ベンジル酸、ベンジル酸エステル等と反応させることからも得られる。
【００２０】
さらにこの場合、(±)N-メチル-3-ピペリジノールを使用した場合には、さらに上で説明した適当な光学分割手段を用いて(+)-3NMPBまたは(-)-3NMPBを単離することが可能である。または、あらかじめ光学分割されたN-メチル-3-ピペリジノールを使用することでいずれかの光学異性体を合成することが可能となる。
【００２１】
また、同様に得られた光学異性体の同定については既に説明したように、ＮＭＲ、質量分析等の種々の手段を使用可能である。さらに、光学分割カラムクロマトグラフの特定の測定条件下での保持時間、または旋光度等を比較することにより可能である。さらに、上記の絶対配置が知られているピペリジノール誘導体を用いた場合は、得られた3NMPBの絶対配置も知ることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明においては、ＰＥＴ計測用標識体を得るために、ポジトロン放出核種で標識する必要があるが、特に制限されないが、半減期等の関係から¹¹Cで標識することが好ましい。すなわち、この場合、¹¹Cの半減期は約20分であり、係る半減期を有する標識体は、以下に説明する本発明の目的に係るＰＥＴ計測用としては好ましいものである。
【００２３】
係る¹¹Cによる標識は、本発明においては特に制限はないが、標識反応が少ないステップであること、精製工程が容易なこと、¹¹C源の入手の容易さ等から、上の式に示したスキームによることが好ましい。すなわち、¹¹Cから得られる¹¹CO₂から出発し、これをヨウ化メチルに変換する。この還元反応においては特に制限はないが、還元剤としてLiAlH₄を使用することが特に好ましい。得られる¹¹Cラベル化したヨウ化メチルは上で説明した3-PBをＮメチル化することにより¹¹Cでラベル化した3-NMPBへ変換することが可能である。
【００２４】
また、本発明において、3-NMPBの合成中間体である(+)-3PB、および(-)-3PBの合成方法についても特に制限されることなく通常公知の合成方法が使用可能である。具体的には、(±)3-ピペリジノールとベンジル酸、又はベンジル酸のエステルとの反応により得られる。
【００２５】
【化６】

【００２６】
特にベンジル酸のエステルと(±)3-ピペリジノールとの反応が好ましく、この場合、ベンジル酸エステルとしてはメチルエステルの使用が好ましい。
【００２７】
さらにこの場合、得られた(±)-3PBは、通常公知の種々の光学分割手段により光学分割することが可能である。具体的には、シリカゲルに多糖誘導体を担持させたカラムクロマトグラフの使用が好ましく、市販品も入手可能である。分割された各光学異性体の同定は、特定のカラムクロマトグラフ条件下での保持時間の比較、光学異性シフト試薬を用いた核磁気共鳴吸収スペクトル（以下ＮＭＲとする）における特定の核種の化学シフトの比較、及び旋光度の比較等により可能である。
【００２８】
また、あらかじめ光学分割された3-ピペリジノールを出発物質として上記説明したベンジル酸等と反応させ、(+)-3PBまたは(-)-3PBを合成することが可能である。かかる場合は、使用した3-ピペリジノールの絶対配置が知られている場合には、得られる3PBの絶対配置も知ることが可能となる。
【００２９】
また、この反応条件を使用してラベル化する場合、すでに光学分割された原料として(+)-3PB又は(-)-3PBを使用することが可能となる。
【００３０】
さらに、¹¹C核の製造、ヨウ化メチルへの変換、Nメチル化反応、反応生成物の生成等については、通常の放射生化合物の取扱方法に準じて安全に行うことが可能である。得られた¹¹C標識化合物の貯蔵、濃度調整等についても同様に適当な装置を使用することで安全に取り扱うことが可能である。
【００３１】
（ＰＥＴ計測）
被検体たるサルの入手、必要な前処理、必要なＰＥＴ計測装置、被検体への投与方法等については、従来公知の方法に準じて実施することが可能である（H.Onoe, O.Inoue, K.Suzuki, H.Tsukada, T.Itho, N.Mataga, Y.Watanabe, Brain Research 663 (1994) 191-198）。
【００３２】
ＰＥＴ計測条件は、実験動物の有するサイズの小型の脳の細部まで弁別できる空間分解能に優れたＰＥＴシステム（例えば浜松ホトニクス（株）製ＳＨＲ−７７００）と、麻酔薬の影響を避けるために無麻酔サルの組合せが好ましく使用できる。この場合、得られた計測データを画像再構成ソフト（例えば浜松ホトニクス（株）製ＳＨＲ Ｃｏｎｔｒｏｌｌ ＩＩ）により処理し、イメージ画像化することが可能である。
【００３３】
【実施例】
以下実施例に基づき本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００３４】
測定機器および測定条件
ＮＭＲスペクトルは、Varian 社製、Gemini 2000 スペクトロメーター（300mHz)；クロロホルム-d₃、δppm、TMS）にて測定した。
【００３５】
質量分析は、日本電子社製、JMSAX-500にて測定した。
【００３６】
旋光度は、日本分光社製、JASCO DIP-370にて測定した。
【００３７】
以下の実施例で使用した高速液体クロマトグラフィ（HPLC)条件は以下に示した。
【００３８】
また、以下のHPLC測定系においてはUV吸収(254 nm)および放射活性とは連続して検出された。
【００３９】
系（Ａ）
カラム：ダイセル化学キラルセルOJカラム(Daiseru Chemicals Chiralcel OJ column)(4.6x250 mm)
溶媒：ヘキサン／エタノール混合溶媒（80/20、v/v）
流速：0.5 ml/分
系（Ｂ）
カラム：Waters μBondapak-C18カラム(7.8x300 mm)
溶媒：アセトニトリル/0.1M 酢酸ナトリウム(AcONa)/酢酸混合溶媒（700/300/1、v/v/v）
流速：7 ml/分
系（Ｃ）
カラム：GL Science Inertsil ODSカラム(4.6x250 mm)
溶媒：アセトニトリル/0.1M 酢酸アンモニウム(AcONH₄)/酢酸混合溶媒（500/500/1、v/v/v）
流速：2 ml/分
薄層クロマトグラフ(TLC)はメルク製の0.2mm厚のシリカゲルを塗布したアルミニウムプレートで行った。展開溶媒は、ブタノール／酢酸／水（4/1/1、v/v/v）混合溶液であった。
【００４０】
比放射能は最終溶液における全放射能の測定とUV吸収により決められた濃度と、既知濃度の3NMPBとの比較によった。
【００４１】
(+)3- ピペリジルベンジル酸エステル（ (+)3-piperidyl benzilate 、 (+)-3PB ）の合成。
【００４２】
攪拌器、環流冷却器、環流冷却により滴下する溶媒からメタノールをトラップするためのモレキュラーシーブ4A(15g)管とソーダライム管をつけた50mlの三つ首フラスコに、30mlベンゼン、0.4g(4 mmol)の3-ピペリジノール(3ーpiperidinol)、および1.0g（4 mmol)のベンジル酸メチルエステル(methyl benzilate)を入れた。この混合物を攪拌しつつ加熱環流した。すべてのベンジル酸メチルエステルが溶解した後、20mgのナトリウムメトキシド(sodium methoxide、Aldrich社製)を環流溶媒に加えた。３時間後、反応混合物を室温に冷却した。1Nの塩酸を50ml加え、有機溶媒層を除いた。得られた水溶液層を50mlエーテルで２回洗浄した後、水溶液層を水酸化アンモニウム(28%)で塩基性とした。得られたエステルを30mlのエーテルを２回用いて溶解した後、エーテル層を分離した。エーテル層を50mlの水で２回洗浄し、エーテル層を無水炭酸カリウムで乾燥した。乾燥剤を除いた後、溶媒を減圧下で留去した。得られた油状の残渣をエーテル−ヘキサンから再結晶して結晶性生成物として3PBを0.5g(収率40%)得た。
【００４３】
得られた3PBの構造確認は、¹Ｈ−ＮＭＲ、及び質量分析で行った。
【００４４】
¹Ｈ-ＮＭＲデータ：7.36（m、10H）、4.92（m、1H)、2.94（m、1H）、2.70(m,4H)、1.82(m,1H)、1.71(m,1H)、1.47(m,2H)、1.26(m,4H)。
【００４５】
質量スペクトル：m/z（相対強度）312(0.16)、183(35.5)、105(45.1)、83(100)、77(30.0)。
【００４６】
3PBの光学分割は、上記HPLC系（Ａ）で行った。保持時間は、(+)-3PBが27.0分、(-)-3PBが16.8分であり、［α_D］は+13.8°（濃度0.97%)であった。
【００４７】
(+)3-N- メチルピペリジルベンジル酸エステル（ (+)3-N-methylpiperidyl benzilate 、 (+)-3NMPB ）の合成。
【００４８】
上で説明した合成反応条件において、0.45gの3-ピペリジノールの代わりに、0.4gの3-N-メチルピペリジノールを用いて実施し、3-N-メチルピペリジルベンジル酸エステルを0.43g（収率33%)得た。構造決定は¹Ｈ−ＮＭＲ、及び質量分析で行った。
【００４９】
¹Ｈ-ＮＭＲデータ：7.36（m、10H）、5.02（m、1H)、2.69（m、1H）、2.46(m,4H)、2.24(s,3H)、2.17(m,1H)、1.94(m,1H)、1.82(m,2H)、1.71(m,1H)、1.58(m,1H)、1.41(m,1H)、1.26(m,4H)。
【００５０】
質量スペクトル：m/z（相対強度）325(0.38)、183(15.2)、105(23.2)、97(100)、77(15.5)。
【００５１】
3MNPBの光学分割は、上記HPLC系（Ａ）で行った。保持時間は、(+)-3MNPBが15.8分、(-)-3MNPBが13.2分であり、［α_D］は+19.7°（濃度0.71%)であった。
【００５２】
ヨウ化［ ¹¹ C ］メチル ( ［ ¹¹ C ］ methyliodide 、［ ¹¹ C ］ CH ₃ I) の合成。
【００５３】
［¹¹C］ニ酸化炭素（［¹¹C］CO₂）は、Japan Steal Works BC-168サイクロトロンを用いて、¹⁴N(p、α)¹¹C反応により製造された。［¹¹C］CO₂を水素化リチウムアルミニウムで還元し、さらにヨウ化水素酸で処理して［¹¹C］CH₃Iを得た。この合成は、Japan Steal Works CBBを用いて行った。
【００５４】
(+)3-N- ［ ¹¹ C ］メチルピペリジルベンジル酸エステル（ (+)3-N- ［ ¹¹ C ］ methylpiperidyl benzilate 、［ ¹¹ C ］ (+)-3NMPB ）の合成。
【００５５】
P₂O₅およびソーダライムトラップを通じたヘリウム(150ml/分)流で、ヨウ化［¹¹C］メチルを、200μｌのDMFに溶解した(+)-3PB(0.5mgの入った2 mlの反応バイアルに-40℃でトラップした。放射能が最大に達した時に、バイアルを５分間80℃に加熱した。バイアルを冷却した後、反応混合物をHPLC系（Ｂ）に導入した。保持時間は10.5分であった。純粋な［¹¹C］(+)-3NMPBをフラスコに単離した。溶媒を蒸発させた後、残渣を生理的食塩水(10ml)に溶解し、0.22μmの滅菌フィルターを通じて10 mlのマルチドースバイアルに濾過して入れ、滅菌、熱分解のない組成物を得た。［¹¹C］(+)-3NMPBの最終組成物の放射化学純度と比活性はHPLC系（Ａ）と系（Ｃ）およびTLCで測定した。
【００５６】
ＰＥＴ測定
上記の方法で得られたポジトロン放出核種である¹¹Cで標識された［¹¹C］-CH₃Iを、上記方法で得られた(+)3-piperidyl benzilate（以下、(+)-3PB）、または(-)3-piperidyl benzilate（以下、(-)-3PB）に反応させＮメチル化して、比放射能値37GBq／μmol以上、放射化学純度99%以上の品質を有するN-メチル化標識化合物を合成し、以下のＰＥＴ測定に使用した。さらに、光学異性体のそれぞれについて合成しそれを用いたＰＥＴ測定を行った。それぞれを［¹¹C］(+)-3NMPB、及び［¹¹C］(-)-3NMPBとする。
【００５７】
測定は、被検体として体重5kg前後のアカゲザルを無麻酔下でＰＥＴ装置に固定（H.Onoe, O.Inoue, K.Suzuki, H.Tsukada, T.Itho, N.Mataga, Y.Watanabe, Brain Research 663 (1994) 191-198に記載の方法に従った）して行った。また、ＰＥＴ測定の吸収補正のためにトランスミッションを計測した後、該被検体に約200MBqの［¹¹C］(+)-3NMPBまたは［¹¹C］(-)-3NMPBを静脈より投与し、76分間のダイナミック計測を行った。
【００５８】
また、同一の被検体の測定から得られた核磁気共鳴断層画像装置（以下ＭＲＩとする）による脳の断層画像に基づき、関心領域（ＲＯＩ）を決定し、各ＲＯＩにおける上記標識化合物によるＰＥＴイメージングの経時変化を測定した。
【００５９】
その結果、［¹¹C］(+)-3NMPBを投与した場合は、図１および３に示されるように、基底核・後頭葉に高い分布が認められ、さらに前頭葉・側頭葉にも比較的高い分布が認められた。この結果は、従来知られてきたアセチルコリンのムスカリン受容体の分布とよく一致するものであり、［¹¹C］(+)-3NMPBが活性体であることを意味する。
【００６０】
一方［¹¹C］(-)-3NMPBの投与した場合には、いずれのＲＯＩにおいても、脳内でアセチルコリンのムスカリン受容体がほとんど存在しない小脳と同一の動態を示した（図２、４）。この結果は［¹¹C］(-)-3NMPBが不活性体であることを意味する。
【００６１】
さらに、［¹¹C］(+)-3NMPBは脳内への取込量の絶対量は［¹¹C］4-NMPBに比較して低いが、小脳との相対比、すなわち特異的結合量で評価すると、各ＲＯＩにおいて極めて高い値を示すことが示された（図５、６）。ここで、［¹¹C］(+)-3NMPBは脳内への取込量の絶対量が低いのは、脂溶性が低いためと考えられる。
【００６２】
また、図７、８、９には、アセチルコリンのムスカリン受容体のアンタゴニストであるスコポラミンの前投与により、［¹¹C］(+)-3NMPBの各ＲＯＩにおける特異的結合量が用量依存的に低下することが示されている。
【００６３】
また、シナプス間隙のアセチルコリンの量を増加させるために、アセチルコリンの分解酵素の阻害薬であるフィゾスチグミンを前投与した場合、［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合量は減少した（図１１、１３）。一方［¹¹C］4NMPBの特異結合は、フィゾスチグミンの前投与による血流増加を反映した増加傾向を示した（図１０、１２）。
【００６４】
以上の結果から、(+)-3NMPBがアセチルコリンのムスカリン受容体に対する特異的結合活性を有すること、一方(-)-3NMPBがアセチルコリンのムスカリン受容体に対する特異的結合活性をほとんど有しないことが明らかとなった。
【００６５】
さらに、¹¹Cでラベル化することにより、(+)-3NMPBのアセチルコリンのムスカリン受容体に対する特異的結合活性をＰＥＴを用いることで非侵襲的に計測することが可能となった。
【００６６】
この場合、アセチルコリンのムスカリン受容体に対する特異的結合活性をほとんど有しない［¹¹C］(-)-3NMPBを対照として使用することにより、脳内の各ＲＯＩにおける［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合のより正確な計測が可能となる。
【００６７】
さらに、(+)-3NMPBを用いることにより、従来の4NMPBを使用した場合に生じる血流変化の影響を受けることなく、アセチルコリン神経の活動をシナプスへのアセチルコリンの放出量を指標として計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＰＥＴにより計測した［¹¹C］(+)-3NMPBの無麻酔アカゲザルの脳内分布を表すＰＥＴイメージを示す写真である。
【図２】ＰＥＴにより計測した［¹¹C］(-)-3NMPBの無麻酔アカゲザルの脳内分布を表すＰＥＴイメージを示す写真である。
【図３】無麻酔アカゲザルの脳内の各ＲＯＩにおける［¹¹C］(+)-3NMPBの経時変化を示す図である。
【図４】無麻酔アカゲザルの脳内の各ＲＯＩにおける［¹¹C］(-)-3NMPBの経時変化を示す図である。
【図５】［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合を表す図である。
【図６】［¹¹C］4NMPBの特異結合を表す図である。
【図７】［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合におよぼすスコポラミンの影響を表す図であり、Salineのみの場合の結果を示す図である。
【図８】［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合におよぼすスコポラミンの影響を表す図であり、スコポラミン５μg/kg投与した場合の結果を示す図である。
【図９】［¹¹C］(+)3-NMPBの特異結合におよぼすスコポラミンの影響を表す図であり、スコポラミン５０μg/kg投与した場合の結果を示す図である。
【図１０】［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合におよぼすフィゾスチグミンの影響を示す図であり、フィゾスチグミン100μg/kg投与した場合の結果を示す図である。
【図１１】［¹¹C］(+)-3NMPBの特異結合におよぼすフィゾスチグミンの影響を示す図であり、Salineのみの場合の結果を示す図である。
【図１２】［¹¹C］4NMPBの特異結合におよぼすフィゾスチグミンの影響を示す図であり、フィゾスチグミン100μg/kg投与した場合の結果を示す図である。
【図１３】［¹¹C］4NMPBの特異結合におよぼすフィゾスチグミンの影響を示す図であり、Salineのみの場合の結果を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel muscarinic acetylcholine nervous system labeled compound, a method for producing the same, and a synthetic intermediate thereof.
[0002]
[Prior art]
With the aging of society, an increase in economic burden due to an increase in the number of dementia patients has become a social problem, and the development of effective anti-dementia drugs as well as the pathogenesis of such dementia is required.
[0003]
In fact, the pathology of dementia has yet to be elucidated, but previous studies have suggested that a decrease in the function of the acetylcholine nervous system is one of the causes. In addition, non-invasive methods for evaluating acetylcholine neurological drugs and labeling compounds suitable for these methods play an extremely important role in elucidating the pathogenesis of dementia and developing anti-dementia drugs. It is strongly desired. As such a method, a positron emission tomography (hereinafter referred to as PET) measurement method using a labeled compound labeled with a positron emitting nuclide has been used, but it has a sufficient property for achieving the above-mentioned object. Acetylcholine nervous system labeling compounds are not known and their development is strongly desired.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to a novel muscarinic acetylcholine-labeled compound that can be used for PET measurement, and a method for synthesizing the same.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
[ ¹¹ C] N-methyl-4-piperidyl benzilate (hereinafter referred to as [ ¹¹ C] 4NMPB) has been proposed as a labeling compound for the muscarinic acetylcholine nervous system for PET measurement. There are the following problems.
[0006]
In other words, 4NMPB has (i) low ionicity in the blood, so it has high fat solubility and good migration to tissues, but there are many non-specific binding amounts in the tissues, resulting in errors in calculation of specific binding. Easy, (ii) The absence of optical isomers from the structure also causes errors in calculating specific binding. (Iii) 4NMPB has a high affinity for muscarinic acetylcholine neuroreceptors. , Because the dissociation constant (k ₄ ) is very small, its dynamics in the brain are easily affected by changes in local cerebral blood flow, and in pathological conditions and disease models that involve a decrease in cerebral circulation, the measured results are Difficult to discriminate whether due to changes in true muscarinic acetylcholine neuroreceptor activity or simply due to changes in local cerebral blood flow, and (iv) 4NMPB has an affinity for muscarinic acetylcholine receptor (Affinite Ii) is much higher than the endogenous neurotransmitter acetylcholine, so it cannot measure competition on the receptor due to the release of acetylcholine from the prenodal nerve triggered by neurotransmission. There are several problems.
[0007]
In order to find a novel muscarinic acetylcholine neuronal labeling compound for PET measurement that has solved the above-mentioned problems, the present inventors have intensively researched and developed a new labeling compound that exceeds the properties of conventional ¹¹ C] 4NMPB. , [ ¹¹ C] (+) N-methyl-3-piperidyl benzilate (hereinafter referred to as [ ¹¹ C] (+)-3NMPB) has been successfully found, and the present invention has been completed.
[0008]
The novel muscarinic acetylcholine nervous system labeling compound according to the present invention is used as a labeling compound for PET measurement, and is capable of measuring brain function from the function of acetylcholine nervous system receptors. Objective of diagnosis and treatment of brain function It provides an important new tool as a standard evaluation criterion.
[0009]
Furthermore, the novel muscarinic acetylcholine nervous system labeled compound according to the present invention is an objective evaluation criterion in preclinical studies in the development of anti-dementia drugs, particularly in studies targeting nonhuman primates most similar to humans. It is possible to give. The present invention provides a novel means for elucidating the relationship between the currently proposed hypofunction of the acetylcholine nervous system and dementia.
[0010]
That is, the present invention provides a muscarinic acetylcholine nervous system labeled compound for positron emission tomography (PET) measurement, which has a structure represented by the following formula.
[0011]
[Chemical 3]

[0012]
Furthermore, the present invention provides a method for synthesizing a muscarinic acetylcholine-labeled compound for positron emission tomography (PET) measurement, which has a structure represented by the following formula. That is, (1) a step of synthesizing ¹¹ C-labeled carbon dioxide ([ ¹¹ C] CO ₂ ) by ¹⁴ N (p, α) ¹¹ C reaction, and (2) ¹¹ C of carbon dioxide with hydrogen iodide. A step of synthesizing labeled methyl iodide; and (3) a method of synthesizing (+) 3-N-methylpiperidylbenzyl acid ester by N-methylation of (+) 3-piperidylbenzyl acid ester with methyl iodide. It is.
[0013]
The present invention also provides a synthetic intermediate of a muscarinic acetylcholine nervous system labeled compound for positron emission tomography (PET) measurement, which has a structure represented by the following formula.
[0014]
[Formula 4]

[0015]
Hereinafter, the present invention will be described according to embodiments.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Synthesis method)
The novel muscarinic acetylcholine nervous system labeled compound according to the present invention has a chemical structure represented by the following formula (expressed as [ ¹¹ C] (±) -3NMPB). Here, it is represented as a mixture of optical isomers, but as will be described below, each optical isomer can be isolated separately by using an appropriate means. Among them, [ ¹¹ C] (±) -3NMPB includes cases where [ ¹¹ C] (+)-3NMPB and [ ¹¹ C] (−)-3NMPB are separately represented.
[0017]
[Chemical formula 5]

[0018]
Furthermore, the above formula shows 3-piperidyl benzilate (hereinafter referred to as 3PB) as an intermediate for the synthesis of the labeled compound according to the present invention. This compound is the benzylate ester of 3-piperidinol. Similarly, since the piperidyl group has one asymmetric carbon, it is represented as an equivalent mixture of the optical isomers (+)-3PB and (−)-3PB, but [ ¹¹ C] (±) Like -3NMPB, each can be optically resolved, and the above formula includes each isomer.
[0019]
In the present invention, the method for synthesizing [ ¹¹ C] (±) -3NMPB is not particularly limited. When it is not an ¹¹ C derivative, it is an N-methylated product of 3PB from the chemical structure. Therefore, as a method for synthesizing 3NMPB having such a chemical structure, generally known synthesis methods can be applied. Specifically, a method of introducing a methyl group into N of 3PB by a methylation reaction or a reaction with benzylic acid, benzylic acid ester, etc. using N-methyl-3-piperidinol into which methyl group has been introduced in advance as a starting material Can also be obtained from
[0020]
Furthermore, in this case, when (±) N-methyl-3-piperidinol is used, (+)-3NMPB or (-)-3NMPB should be isolated using an appropriate optical resolution method described above. Is possible. Alternatively, any optical isomer can be synthesized by using N-methyl-3-piperidinol optically resolved in advance.
[0021]
In addition, as described above, various means such as NMR and mass spectrometry can be used for identification of optical isomers obtained in the same manner. Furthermore, it is possible by comparing the retention time or optical rotation of the optical resolution column chromatograph under specific measurement conditions. Further, when a piperidinol derivative having the known absolute configuration is used, the absolute configuration of the obtained 3NMPB can be known.
[0022]
Furthermore, in the present invention, in order to obtain a labeled body for PET measurement, it is necessary to label with a positron emitting nuclide, but it is not particularly limited, but it is preferable to label with ¹¹ C from the viewpoint of half-life and the like. That is, in this case, the half-life of ¹¹ C is about 20 minutes, and a labeled body having such a half-life is preferable for PET measurement according to the object of the present invention described below.
[0023]
The labeling with ¹¹ C is not particularly limited in the present invention, but is shown in the above formula because it is a step with few labeling reactions, the purification process is easy, the availability of ¹¹ C source, etc. Preferably according to the scheme. That is, starting with ¹¹ CO ₂ obtained from ¹¹ C, this is converted to methyl iodide. The reduction reaction is not particularly limited, but it is particularly preferable to use LiAlH ₄ as a reducing agent. The obtained ¹¹ C-labeled methyl iodide can be converted to ¹¹ C-labeled 3-NMPB by N-methylating 3-PB described above.
[0024]
In the present invention, a synthesis method of (+)-3PB and (−)-3PB, which are synthesis intermediates of 3-NMPB, is not particularly limited, and a generally known synthesis method can be used. Specifically, it can be obtained by reacting (±) 3-piperidinol with benzylic acid or an ester of benzylic acid.
[0025]
[Chemical 6]

[0026]
In particular, a reaction of an ester of benzyl acid with (±) 3-piperidinol is preferred. In this case, use of a methyl ester as the benzyl acid ester is preferred.
[0027]
Furthermore, in this case, the obtained (±) -3PB can be optically divided by various commonly known optical dividing means. Specifically, it is preferable to use a column chromatograph in which a polysaccharide derivative is supported on silica gel, and a commercially available product is also available. Identification of each resolved optical isomer is based on comparison of retention time under specific column chromatographic conditions, chemical shift of a specific nuclide in a nuclear magnetic resonance absorption spectrum (hereinafter referred to as NMR) using an optical isomer shift reagent. It is possible by comparing these and optical rotation.
[0028]
Alternatively, (+)-3PB or (−)-3PB can be synthesized by reacting 3-piperidinol optically resolved in advance with the benzylic acid described above as a starting material. In such a case, if the absolute configuration of the 3-piperidinol used is known, it is also possible to know the absolute configuration of the obtained 3PB.
[0029]
Further, when labeling is performed using these reaction conditions, (+)-3PB or (-)-3PB can be used as a raw material that has already been optically resolved.
[0030]
Furthermore, the production of ¹¹ C nuclei, conversion to methyl iodide, N-methylation reaction, production of reaction products, etc. can be performed safely according to the usual handling method of radioactive compounds. Similarly, storage and concentration adjustment of the obtained ¹¹ C-labeled compound can be handled safely by using an appropriate apparatus.
[0031]
(PET measurement)
Obtaining monkeys as subjects, necessary pretreatment, necessary PET measuring devices, administration methods to subjects, etc. can be performed according to conventionally known methods (H. Onoe, O. Inoue). K. Suzuki, H. Tsukada, T. Itho, N. Mataga, Y. Watanabe, Brain Research 663 (1994) 191-198).
[0032]
PET measurement conditions include PET systems with excellent spatial resolution that can discriminate the details of small brains of laboratory animals (eg, SHR-7700 manufactured by Hamamatsu Photonics) and no anesthesia to avoid the effects of anesthetics. A combination of monkeys can be preferably used. In this case, it is possible to process the obtained measurement data by image reconstruction software (for example, SHR Control II manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) and convert it into an image.
[0033]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
[0034]
Measuring equipment and measurement conditions NMR spectra were measured with a Varian, Gemini 2000 spectrometer (300 mHz); chloroform-d ₃ , δ ppm, TMS).
[0035]
Mass spectrometry was measured with JMSAX-500 manufactured by JEOL Ltd.
[0036]
The optical rotation was measured with JASCO DIP-370 manufactured by JASCO Corporation.
[0037]
The high performance liquid chromatography (HPLC) conditions used in the following examples are shown below.
[0038]
In the following HPLC measurement system, UV absorption (254 nm) and radioactivity were detected continuously.
[0039]
System (A)
Column: Daicel Chemical Chiralcel OJ column (4.6x250 mm)
Solvent: hexane / ethanol mixed solvent (80/20, v / v)
Flow rate: 0.5 ml / min system (B)
Column: Waters μBondapak-C18 column (7.8x300 mm)
Solvent: acetonitrile / 0.1M sodium acetate (AcONa) / acetic acid mixed solvent (700/300/1, v / v / v)
Flow rate: 7 ml / min system (C)
Column: GL Science Inertsil ODS column (4.6x250 mm)
Solvent: acetonitrile / 0.1M ammonium acetate (AcONH ₄ ) / acetic acid mixed solvent (500/500/1, v / v / v)
Flow rate: 2 ml / min. Thin layer chromatograph (TLC) was performed on an aluminum plate coated with 0.2 mm thick silica gel manufactured by Merck. The developing solvent was a butanol / acetic acid / water (4/1/1, v / v / v) mixed solution.
[0040]
Specific radioactivity was determined by measuring the total radioactivity in the final solution and comparing the concentration determined by UV absorption with a known concentration of 3NMPB.
[0041]
(+) 3-piperidyl-benzyl ester ((+) 3-piperidyl benzilate , (+) - 3PB) Synthesis of.
[0042]
Stirrer, reflux condenser, 50 ml three-necked flask equipped with molecular sieve 4A (15 g) tube and soda lime tube to trap methanol from the solvent dripping by reflux cooling, 30 ml benzene, 0.4 g (4 mmol ) 3-piperidinol and 1.0 g (4 mmol) of methyl benzilate. The mixture was heated to reflux with stirring. After all the benzylic acid methyl ester had dissolved, 20 mg of sodium methoxide (sodium methoxide, manufactured by Aldrich) was added to the refluxing solvent. After 3 hours, the reaction mixture was cooled to room temperature. 50 ml of 1N hydrochloric acid was added, and the organic solvent layer was removed. The resulting aqueous layer was washed twice with 50 ml ether, and then the aqueous layer was made basic with ammonium hydroxide (28%). The obtained ester was dissolved using 30 ml of ether twice, and then the ether layer was separated. The ether layer was washed twice with 50 ml of water, and the ether layer was dried over anhydrous potassium carbonate. After removing the desiccant, the solvent was distilled off under reduced pressure. The obtained oily residue was recrystallized from ether-hexane to obtain 0.5 g (yield 40%) of 3PB as a crystalline product.
[0043]
The structure of the obtained 3PB was confirmed by ¹ H-NMR and mass spectrometry.
[0044]
¹ H-NMR data: 7.36 (m, 10H), 4.92 (m, 1H), 2.94 (m, 1H), 2.70 (m, 4H), 1.82 (m, 1H), 1.71 (m, 1H), 1.47 ( m, 2H), 1.26 (m, 4H).
[0045]
Mass spectrum: m / z (relative intensity) 312 (0.16), 183 (35.5), 105 (45.1), 83 (100), 77 (30.0).
[0046]
The optical resolution of 3PB was performed by the above HPLC system (A). The retention time was 27.0 minutes for (+)-3PB, 16.8 minutes for (-)-3PB, and [α _D ] was + 13.8 ° (concentration 0.97%).
[0047]
(+) 3-N- methyl-piperidyl-benzyl ester ((+) 3-N- methylpiperidyl benzilate, (+) - 3NMPB) Synthesis of.
[0048]
The synthesis reaction conditions described above were carried out using 0.4 g of 3-N-methylpiperidinol instead of 0.45 g of 3-piperidinol, and 0.43 g (yield of 3-N-methylpiperidylbenzylate) was obtained. Rate 33%). The structure was determined by ¹ H-NMR and mass spectrometry.
[0049]
¹ H-NMR data: 7.36 (m, 10H), 5.02 (m, 1H), 2.69 (m, 1H), 2.46 (m, 4H), 2.24 (s, 3H), 2.17 (m, 1H), 1.94 ( m, 1H), 1.82 (m, 2H), 1.71 (m, 1H), 1.58 (m, 1H), 1.41 (m, 1H), 1.26 (m, 4H).
[0050]
Mass spectrum: m / z (relative intensity) 325 (0.38), 183 (15.2), 105 (23.2), 97 (100), 77 (15.5).
[0051]
The optical resolution of 3MNPB was performed by the above HPLC system (A). Retention times were 15.8 minutes for (+)-3MNPB and 13.2 minutes for (-)-3MNPB, and [α _D ] was + 19.7 ° (concentration 0.71%).
[0052]
Synthesis of iodide ^[11 C] methyl ^{([11 C] methyliodide, [} 11 C] CH 3 I).
[0053]
[ ¹¹ C] Carbon dioxide ([ ¹¹ C] CO ₂ ) was produced by ¹⁴ N (p, α) ¹¹ C reaction using Japan Steal Works BC-168 cyclotron. [ ¹¹ C] CO ₂ was reduced with lithium aluminum hydride and further treated with hydriodic acid to obtain [ ¹¹ C] CH ₃ I. This synthesis was performed using Japan Steal Works CBB.
[0054]
^{(+) 3-N- [11} C] methyl piperidyl benzyl ester ((+) 3-N- [ 11 C] methylpiperidyl benzilate, [11 C] (+) - 3NMPB) Synthesis of.
[0055]
[+]-3PB (2 ml reaction vial containing 0.5 mg) with [ ¹¹ C] methyl iodide dissolved in 200 μl DMF with a flow of helium (150 ml / min) through a P ₂ O ₅ and soda lime trap. Was trapped at −40 ° C. When the radioactivity reached a maximum, the vial was heated for 5 minutes to 80 ° C. After cooling the vial, the reaction mixture was introduced into the HPLC system (B) with a retention time of 10.5 minutes. Pure [ ¹¹ C] (+)-3NMPB was isolated in a flask After evaporation of the solvent, the residue was dissolved in physiological saline (10 ml) and passed through a 0.22 μm sterile filter to give 10 ml. The composition was filtered and put into a multi-dose vial to obtain a composition without sterilization and pyrolysis.The radiochemical purity and specific activity of the final composition of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB were determined by the HPLC system (A) and the system. (C) and measured by TLC.
[0056]
PET measurement [ ¹¹ C] -CH ₃ I labeled with ¹¹ C, which is a positron-emitting nuclide obtained by the above method, was obtained by (+) 3-piperidyl benzilate (hereinafter referred to as “+ C”) obtained by the above method. (+)-3PB) or (-) 3-piperidyl benzilate (hereinafter referred to as (-)-3PB) and N-methylated to give a quality with a specific activity of 37GBq / μmol or more and a radiochemical purity of 99% or more The N-methylated labeled compound was synthesized and used for the following PET measurements. Furthermore, each of the optical isomers was synthesized and subjected to PET measurement using it. Let them be [ ¹¹ C] (+)-3NMPB and [ ¹¹ C] (-)-3NMPB, respectively.
[0057]
The measurement was performed by fixing a rhesus monkey weighing approximately 5 kg as a subject to a PET apparatus without anesthesia (H. Onoe, O. Inoue, K. Suzuki, H. Tsukada, T. Itho, N. Mataga, Y. Watanabe, Brain Research 663 (1994) 191-198). In addition, after measuring the transmission for the absorption correction of the PET measurement, about 200 MBq of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB or [ ¹¹ C] (-)-3NMPB was administered to the subject by vein for 76 minutes. Dynamic measurement was performed.
[0058]
In addition, a region of interest (ROI) is determined on the basis of a tomographic image of the brain obtained by a nuclear magnetic resonance tomography apparatus (hereinafter referred to as MRI) obtained from the measurement of the same subject, and PET imaging with the labeled compound in each ROI. Was measured over time.
[0059]
As a result, when [ ¹¹ C] (+)-3NMPB was administered, a high distribution was observed in the basal ganglia and occipital lobe as shown in FIGS. A high distribution was observed. This result is in good agreement with the conventionally known distribution of muscarinic receptors for acetylcholine, meaning that [ ¹¹ C] (+)-3NMPB is an active form.
[0060]
On the other hand, when [ ¹¹ C] (−)-3NMPB was administered, any ROI showed the same kinetics as the cerebellum in which almost no muscarinic receptor for acetylcholine was present in the brain (FIGS. 2 and 4). This result means that [ ¹¹ C] (−)-3NMPB is inactive.
[0061]
Furthermore, [ ¹¹ C] (+)-3NMPB has a lower absolute amount of uptake into the brain than [ ¹¹ C] 4-NMPB, but it is evaluated by the relative ratio to the cerebellum, that is, the amount of specific binding. Then, it was shown that each ROI shows a very high value (FIGS. 5 and 6). Here, [ ¹¹ C] (+)-3NMPB has a low absolute amount of uptake into the brain because of its low fat solubility.
[0062]
7, 8, and 9, [ ¹¹ C] (+)-3NMPB specific binding amount in each ROI is reduced in a dose-dependent manner by pre-administration of scopolamine, which is an acetylcholine muscarinic receptor antagonist. It has been shown.
[0063]
In addition, when physostigmine, an inhibitor of acetylcholine degrading enzyme, was pre-administered to increase the amount of acetylcholine in the synaptic cleft, the specific binding amount of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB decreased (FIG. 11, 13). On the other hand, the specific binding of [ ¹¹ C] 4NMPB showed an increasing tendency reflecting an increase in blood flow due to pre-administration of physostigmine (FIGS. 10 and 12).
[0064]
From the above results, it is clear that (+)-3NMPB has a specific binding activity to the muscarinic receptor of acetylcholine, while (-)-3NMPB has little specific binding activity to the muscarinic receptor of acetylcholine. became.
[0065]
Furthermore, by labeling with ¹¹ C, the specific binding activity of (+)-3NMPB to the acetylcholine muscarinic receptor can be measured non-invasively using PET.
[0066]
In this case, by using [ ¹¹ C] (−)-3NMPB having little specific binding activity of acetylcholine to the muscarinic receptor as a control, [ ¹¹ C] (+)-3NMPB in each ROI in the brain was used. More accurate measurement of specific binding becomes possible.
[0067]
Furthermore, by using (+)-3NMPB, it is possible to measure the activity of acetylcholine neurons using the amount of acetylcholine released to the synapse as an index without being affected by the change in blood flow that occurs when using conventional 4NMPB. It becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a photograph showing a PET image representing the distribution of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB in anesthetized rhesus monkeys measured by PET.
FIG. 2 is a photograph showing a PET image representing the distribution of [ ¹¹ C] (−)-3NMPB in an anesthetized rhesus monkey measured by PET.
FIG. 3 is a graph showing the time course of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB in each ROI in the brain of anesthetized rhesus monkeys.
FIG. 4 is a graph showing the time course of [ ¹¹ C] (−)-3NMPB in each ROI in the brain of anesthetized rhesus monkeys.
FIG. 5 is a diagram showing specific binding of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB.
FIG. 6 shows specific binding of [ ¹¹ C] 4NMPB.
FIG. 7 is a diagram showing the influence of scopolamine on the specific binding of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB, and is a diagram showing the results in the case of Saline alone.
FIG. 8 is a graph showing the effect of scopolamine on the specific binding of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB, showing the results when scopolamine is administered at 5 μg / kg.
FIG. 9 is a graph showing the effect of scopolamine on the specific binding of [ ¹¹ C] (+) 3-NMPB, showing the results when scopolamine is administered at 50 μg / kg.
FIG. 10 is a graph showing the effect of physostigmine on the specific binding of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB, showing the results when physostigmine is administered at 100 μg / kg.
FIG. 11 is a diagram showing the influence of physostigmine on the specific binding of [ ¹¹ C] (+)-3NMPB, showing the results for Saline alone.
FIG. 12 is a graph showing the effect of physostigmine on the specific binding of [ ¹¹ C] 4NMPB, showing the results when physostigmine is administered at 100 μg / kg.
FIG. 13 is a diagram showing the influence of physostigmine on the specific binding of [ ¹¹ C] 4NMPB, showing the results for Saline alone.

Claims (2)

A muscarinic acetylcholine nervous system labeled compound for positron emission tomography (PET) measurement, having a structure represented by the following formula:

(1) synthesizing ¹¹ C-labeled carbon dioxide ([ ¹¹ C] CO ₂ ) by ¹⁴ N (p, α) ¹¹ C reaction;
(2) synthesizing ¹¹ C-labeled methyl iodide with the ¹¹ C-labeled carbon dioxide and hydrogen iodide;
(3) (+) 3-piperidyl benzyl acid ester is N-methylated with the ¹¹ C-labeled methyl iodide to synthesize (+) 3-N- ¹¹ C labeled methyl piperidyl benzyl acid ester;
A method of synthesizing (+) 3-N- ¹¹ C-labeled methylpiperidylbenzylate.

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