JPH06502645A - 金属イオン錯体化のためのポリアザ大環式化合物 - Google Patents
金属イオン錯体化のためのポリアザ大環式化合物Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の名称
金属イオン錯体化のためのポリアザ大環式化合物本出願は、1989年5月25
日に出願された米国特許出願第o7/357193号および1988年12月2
8日に出願された米国特許出願第07/291053号(これらは本明細書中に
参照することにより含まれているものとする)の部分継続出願である。出願番号
第07/291053号は、1987年1月27日出願の第007729号の部
分継続出願であるが、後者は、現在米国特許第4639365号となった、19
84年10月18日出願の米国特許出願第662075号からの部分継続出願で
ある。
本発明は、特定の生物学的イオンと相対的な特異性をもって結合する、リンを含
有する一連の新規な大環式キレートに関する。これらキレート化合物(キレータ
−)の31p共鳴は、金属イオンがキレートの空洞を占有するとき、NMRスペ
クトルの新しい位置にシフトし、結合キレートのNMR化学シフトは各金属イオ
ンについて異なる。この特性は、例えばM g 2 +、Ca2◆およびZn2
÷を含む特定の生物学的陽イオンの細胞内濃度を、31P−NMRでモニターす
るのに有用であろう。細胞内陽イオン濃度測定のために市販されている蛍光性キ
レータ−がいくつかあり、さらにNMR用の1個または2個のフッ素を含むキレ
ータ−もある。
蛍光性キレータ−はヒトを対象とする研究には利用できないであろうし、19F
キレータ−も、本発明の31pキレータ−のように臨床的に利用することはでき
そうにもない。また、このキレータ−のあるものは、Gd3+と結合したとき、
安全で効果的な磁気共鳴画像化用造影剤となるという特性をもつ。
非常に多くの生物系は、種々の反応の調節に反磁性陽イオン(Ca 2+、M
g 2+およびZ n 2+)を必要とする。種々の細胞における細胞内メツセ
ンジャーイオンとしてのCa2+の役割は、よく理解されている[1]。
M g 2+は、実質的にすべての生物反応で必要とされるコファクターで、さ
らに極めてさまざまな生物反応を緩衝する上で広範囲の役割を果たしているかも
しれない[2]。Zn2+は、いくつかの酵素の活性部位にきわめて強固に結合
しており、その役割は化学結合の分極に深く関与し、結合の加水分解、酸化−還
元または官能基転移反応を補助するようである。しかし、遊離Zn2+は、脳細
胞のようないくつかの細胞ではより広範な役割を果たし、その場合、貯蔵顆粒と
してニューロンに貯蔵され、電気生理的活性化時に動員されることが分かってい
る[3]。
細胞機能における二価陽イオンの役割評価は、細胞および潅流臓器の遊離陽イオ
ン濃度の直接的測定方法が利用できるか否かによって制限を受ける。二価陽イオ
ンの測定について現在利用できる方法には、平衡反応[4]、イオン選択微小電
極[5,6]および金属色素性染料(これを細胞内にマイクロインジェクトし[
7]、または細胞外に注入後細胞を溶解する[8.9コ)を用いる零位測定が含
まれる。実質的にはこれらの方法はすべて、性質的に侵入性で、分析前にサンプ
ルを破壊することが必要である。これに比べ、NMRは、潅流器官および無傷の
細胞の細胞内遊離二価陽イオン濃度の測定における非侵襲的手段として顕著な利
点をもつ。
最近、細胞および潅流器官の細胞内遊離Ca2+[10,11]およびM g
2本[12,13]を、19pのNMRで測定するために、フッ化キレータ−が
効果的に用いられている。これらのキレータ−は、分離細胞系で相応に作動して
いるが、しかし潅流器官で用いるときは、検出線の意外なブロードニングが問題
となっている[13.14]。このシステムのまた別の問題は、これらの化合物
の合成経路によってキレート構造が制限され、したがってキレートの設計により
組み込むことができる金属−イオン選択性が制限されることである。本発明のい
くつかの局面は、生物系における細胞内遊離陽イオンを検出する31P−NMR
のインジケーターとして、一連のトリアザおよびテトラアザ大環式ホスフォネー
トモノエステルおよびアルキルホスフィネートの合成および開発を含む。
本発明はまた、生体のNMR画像化(ときにMHI(磁気共鳴画像化: mag
netic resonance imaging)と呼、d)にも関する。よ
り具体的には、本発明はそのような生体におけるNMRコントラストを増強する
ために用いることかできる薬剤に関する。
核磁気共鳴(NMR)は、何年間も化学分析の手段として用いられてきた。NM
Rは一種の高周波分光学で、印加磁場に対して並列的(パラレル)または反並列
的(アンチパラレル)にスピンする電気的にチャージされた原子核間の微小なエ
ネルギーの相違に基づくものである。高周波エネルギーがサンプルにかけられた
とき、これらスピン原子核は、そのスピン状態を変化させ、さらにそのようにす
ることによって、高周波エネルギーのいくらかを吸収する。同じ分子内のわずか
に異なる化学環境下にある核は、わずかに相違するエネルギーでスピン状態を変
化させ、これによって、特徴的な吸収または共鳴を生じ、これが分子構造の同定
に役立つ。
より最近では、NMRは生体検査に用いられている。
コンピューター断層写真法(CAT scanning)のような他の方法が、
過去にはこの目的に用いられ、また現在でも用いられている。しかし、NMRは
イオン化のための放射線照射を行わないので、CATよりも安全であると考えら
れている。したがって、NMR法は、人体の横断像の有利な作成方法である。
NMRスキャンで得られる画像の質は、2つの特性に依存する。すなわち、種々
の組織のプロトン密度およびプロトン緩和速度の相違である。組織のプロトン密
度は、容易に変化させることはできない。プロトン緩和速度は、常磁性緩和剤(
より具体的には”コントラスト剤′として知られる)を添加することによって調
整することができる。コントラスト剤は、磁気的に同様であるが組織学的に異な
る組織間のNMR画像のコントラストを高めることができる。
ガドリニウムは大きな磁気モーメントをもち、磁性核を効果的に緩和させるので
、ガドリニウがコントラスト剤として調べられてきている。ガドリニウムの強力
な常磁性特性は、その7個の不対電子の結果である。
コントラスト剤としてのガドリニウムの欠点は、動物に対する毒性である。この
問題の1つの可能な救済方法は、生体を通過する化合物にガドリニウムを取り込
ませ、ガドリニウムの毒性イオンを遊離させることなく排泄させるものである。
残念ながら、ガドリニウムのような希土類元素は有機分子と安定な共有結合を形
成せず、そのような分子はインビボで分解され、毒性イオンを遊離させる。
ガドリニウム使用に固有の毒性問題を回避する有効なコントラスト剤が必要で、
さらに、ガドリニウムまたは別の常磁性金属を含むか否かにかかわらず、新規で
より良いコントラスト剤が要望されている。
本発明は、新規なポリアザ大環式化合物またはその塩およびその使用に関する。
この化合物は次の式をもつ。
Xは2.3またはp2(s)とq 3 (s) (ここでp+q=y)のある組
み合わせで;
yは3または4で;
R(CH2)、P (=O)ORIR2;R1はR3またはOR3゜
R3はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基;R2はHl アルキル
基または0=CR4;R4はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基(
R3およびR4は同一分子内で同じでも異なっていてもよ<):
2は1から3である。
好ましいアルキル基はC1H1゜21(ここでnは1〜20)で、好ましいシク
ロアルキル基はC、、H2m−1(ここでmは1〜20)で、好ましいアリール
基はフェニル基である。
重要な1実施例では、本化合物は、次の式を有するポリアザ大環式化合物−金属
錯体の金属複合体であってもよい。
Xは2.3またはp2(s)とq3(s)(−:でp+q=y)のある組み合わ
せで;
yは3または4で;
R(CH2)よP(=O)ORIR2;R1はR3またはOR3゜
R3はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基;R2はHl アルキル
基または0=CR4゜Zは1から3;
rは2または3で:
Meは金属イオンである。
yの文字は、トリアザ大環式またはテトラアザ大環式化合物であることを示す。
Xは好ましくは2であるが、3も多くの条件下で可能であ墨。Xについての、p
2(s)とq 3(s)の組み合わせは、もちろん容易につくることができるが
、I)+Qの合計はポリアザマクロ環のユニット数であるyでなければならない
。
該化合物またはその金属錯体の好ましい実施例では、yは3であって、pが1で
qは2であるか、またはpは2でqが1である。
該化合物またはその金属錯体の別の好ましい実施例では、yは4であって、pは
1でqは3、またはpは2でqも2、またはpか3でqは1で、2は最も好まし
くは1である。nは好ましくは2である。
より好ましい実施例では、Xは2で、yは4で、2は1で、 R1はR3である
。
また別の好ましい実施例では、Xは2で、yは3で、Zは1で、R1はOR’で
、 nは2である。
Me”It、好ましくはCa”、Mg+2、Zn”またはGd”3である。他の
特有の二価または三価金属イオン、特に常磁性ランタニドもそのように錯体とす
ることができる。
本発明は、1つまたは2つ以上の二価金属イオンの細胞内濃度の算定方法を含む
。該方法は、下記の化学式を有するポリアザ大環式化合物またはその塩の細胞内
局在化を促進させる条件下で細胞を処理し、Xは2.3またはp2(s)とq3
(s)のある組み合わせ(ここでp+q=y)で;
yは3または4で;
Rは (CH2)、P (=O)OR’R2で;R1はR3またはOR3で;
R3はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基;R2はHl アルキル
基または0=CR’で;R4はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基
。
2は1から3である)、
そして、二価金属イオン細胞内濃度に比例する31p・NMRスペクトルのシフ
トを測定することからなる。
1実施例では、細胞は本発明の化合物の酸無水物形(すなわち、R2は0=CR
4)のもので処理され、細胞内に入り、そこで酸に加水分解され(すなわち、R
2はH)、さらに細胞内金属イオンと錯体をつくる。現在そのような測定に最も
なじみ易い金属は、カルシウム、マグネシウムまたは亜鉛で、マグネシウムが好
ましい。
重要な1応用面では、本発明は、被験者の磁気共鳴画像の増強方法を含む。この
方法は、被験者にポリアザ大環式化合物−金属錯体を投与し、該被験者の磁気共
鳴画像を得ることを含むが、この化合物−金属錯体は、次の式を有する:
Xは2.3、またはp2(s)とq3(s)のある組み合わせ(ここでp+q=
y)で;
yは3または4で;
Rは(CH2)、P (=O)ORIR2で;RI4*R3*たはOR3で;
R3はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基;R2はHl アルキル
基または0=CR4で;R4はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基
;2は1から3で;
Meは常磁性金属(好ましくはガドリニウム)である。
図1は、模式的+、: N OT P M E (コ、: テRLt CH2C
H8でR1はHである)の構造を示している。
図2は、2mMのNOTPMEの電位差滴定曲線(a)、並びに、等量のCa2
+(b)、M g 2◆(c)およびZn”(d)の存在下で得られた電位差滴
定曲線を示している。
図3は、添加(総)マグネシウムの関数として5mMのNOTPMEの3tpの
NMRスペクトルを示している。一番下から一番上までのMg2+濃度は、それ
ぞれ05.1.5.3mMである。サンプルの成分およびスペクトルのパラメー
ターは方法のセクションに記載されている。
図4は、2.05mMのZnC12(A)および38゜5mMのCaCl2(B
)の存在下での、5mMのNOTPMEの31pのNMRスペクトルを示してい
る。サンプル組成およびスペクトルパラメーターは、方法のセクションに示され
ている。
図5は、5mMのNOTPME(a)、Ca(N。
TPME)−(b)、 Zn (NOTPME)−(c)、Mg (NOTPM
E)−(d)の”P−NMRの化学シフトがpH依存性であることを示している
。
図6は、正常赤血球(RBC)(a) およびNOTPME添加RBC(b)の
3IP−NMRスペクトルを示している。
図7は、DOTEPの構造を模式的に表している。
図8は、DOTEPおよびDoTEP−カルシウム錯体の3IP−NMRスペク
トルを示している。
図9は、01NのHCl中でのガドリニウム−D。
TAおよびガドリニウム−DOTEP錯体の分解速度を示している。
図10は、1.5.9−トリアザシクロドデカン化合物を模式的に示している。
図11は、1.4,8.12−テトラシクロペンタデカン化合物を模式的に示し
ている。
図12は、1,4,8.11−テトラアザシクロテトラデカンを模式的に示して
いる。
実施例1
トリアザ 環 合
1.4.7−トリアザシクロノナンーN 、N ’、N ”−1−リス(メチレ
ンホスフォネートモノエチルエステル)(NOT P M E : 1,4.7
−triazacyclononane−N、N’、N−−tris(meth
ylenephosphonate monoethylester))を合成
し、性状を調べ、さらに、細胞内M g 2+およびZn2+イオンの3IP−
NMRインジケーターとして使用するために分析した。金属イオンの存在下で、
このキレートの31P−NMRスペクトルは、遊離キレート、Mg (N。
TPME)−1Z n (N OT P M E )−1およびCa(NOTP
ME)−の特徴的な共鳴を示した。Ca2+およびM g 2+とのNOTPM
E錯体の安定性定数は、電位差滴定法およびNMRにより、さらにZn2+との
錯体のそれは、電位差滴定法により得た。このキレートは、生理的pH値でCa
2+よりもM g 2+に対して10倍強い親和性を有する。Zn2+に対する
親和性が非常に高いので、正確な結合定数はNMRでは決定できなかった。M
g 2+の存在下でNOTPMEは容易に赤血球に付加される。遊離キレートお
よびその金属錯体の31p化学シフトは、生物系で認められる典型的な三価リン
含有代謝物よりはるかに下方域であり、したがって、細胞内陽イオン濃度および
細胞のエネルギー現象を同時にモニターすることを可能にする。
■
1.4.7−1−リアザシクロノナン、バラポルムアルデヒド、亜リン酸ジエチ
ルおよび活性化炭素ダルコ(Darco) G −60は、アルドリッチケミカ
ルカンパニー (Aldrich Chemical Company)がら購
入した。MgSO4はマリツクロット(Mallickrodt)がら、水酸化
ナトリウムおよびベンゼンはジエイ・ティ・ベーカ−(J、TBaker)から
、さらにジエチルエーテルはフィッシャーサイエンティッフィック(Fishe
r 5cientific)がら購入した。すべての化学薬品は高純度であり、
さらに精製することなく使用した。ZnC12、CdCl2、MgC+2および
CaCI2溶液は、キレート滴定でスタンダード化した。
1.4.7−トリアザシクロノナン(1,91g、1471mmol)および亜
リン酸ジエチル(7018g116.94mmol、15%過剰)を125m1
のベンゼンに溶かし、還流で加熱した。無水バラホルムアルデヒド(1,727
g、30%過剰)を少量ずつ上記の還流混合物に添加し、その間蒸留によってベ
ンゼン−水共沸混合物を除去した。バラホルムアルデヒドの添加が完了した後、
溶液全体を30分間沸騰させ、さらに蒸発させて、黄色の粘稠な油を得た。この
油を150m1の無水ジエチルエーテルに溶かし、無水MgSO4で一晩乾燥さ
せた。生じた白色沈殿とともにMgSO4を濾過して除去した。濾液を活性化炭
素で脱色し濾過した。濾液を真空中で蒸発させ、粘稠な油の1.4゜7−トリア
ザシクロノナンーN 、N ’、N”−トリス(メチレンホスフォネートジエチ
ルエステル)(N OT p D E )を得た。純粋なN0TPDEが96%
の収量(9,21g、14.17mmo I)で得られ、さらに精製することな
(NOTPME (構造は図1に示す)の合成に用いた。CDC13中のN0T
PDEのIH−NMRのデータ(7MSゼロで)は、次の通りである:δ(pp
m):1.33 (t、18H,CH3)、2.97(s。
12H,N CH2)、3.00 (d、6H,P−CH2)、4.13 (1
)、12H,0−CH2)。
9.20 gのN0TPDE (14,15mmo l)を250gのNaOH
(9mlのH2O中)と混合し、2時間後、透明な溶液が得られるまで(およそ
5分)反応混合物全体を沸騰させた。この溶液を室温まで冷やし、さらに−晩装
置した。気孔度等級が粗のフィルターディスク付き加圧フィルター漏斗を用いて
、粘稠な母液から生成結晶を濾過して分離した。この結晶を無水冷エタノールで
1度、無水エタノール/ジエチルエーテル(1: 1)混合物で3度、最後にジ
エチルエーテルで洗浄した。NaNa3N0TPの結晶を、乾燥窒素流中で25
℃2時間乾燥させた。微量の820およびエタノールを、5時間50℃でNOT
PMEの真空乾燥(10m m Hg )で除去した。このようにして得た純粋
なNOTPMEは白色結晶で、非常に吸湿性で、水に易溶性、クロロホルムには
相応に溶けた。純粋なNOTPMEの収量は、408%(3,24g、5.77
mmo+)であった。
IH−NMR(D20.HDO(7)ピークを、基準点として、4.90ppm
に設定した)、δ(ppm):123 (t、9H,−CH5)、2.54(s
、ブロード。
6H,P−CH2)、2.79(s、ブロード、12H。
N−CH2)、3.91 (p、6H,0−CH2)。
祖址又皇1
1H−NMRデータは、JEOL/FX−200/NMRスペクトロメーターに
より、室温作動で、10mmプローブを用いて得た。NOTPMEおよびその錯
体溶液の実験は、ジェネラルエレクトリック/GN−500/NMRスペクトロ
メーターで行った。10mmブロードバンドプローブは 31p検出については
202.4MHzに合わせた。NOTPMEおよびその錯体のシフトは、外部ス
タンダードとして85%のH3PO4を用いて測定した。プローブの温度は±0
.5℃まで正確であった。
NMRによるKIl+測定に用いられたNOTPMHのサンプルは、トリスを基
剤としてp H7,4で緩衝化した115mMのKCI、20mMのNaC1お
よび10mMのHEPESから成る。M g ”、Ca2÷またはZn2+の濃
度を変えながら(典型的には0.5から10mM)サンプルに加え、生じた31
P−NMRのスペクトルを得た。共鳴領域はGEのコンピュータソフトを用いて
ピークを統合してめた。
1血蓋11Jl
電位差滴定測定は、コーニング・イオン分析計(C。
rning Ion Analyzer)モデル250およびメトローム・ドー
シマット(Metrohm Dorsimat)自動ビユレット(ブリンクマン
インスツルメント社、(Brinkman Instrumelts))を用い
て25℃で行った。水素イオン濃度は、アービングら(Irvingら、 [1
5])が提唱した方法によって測定pH値からめた。NaNa3N0TPは0.
1Mの塩化臼メチルアンモニウムに溶かし、pHはHCIで低p H値に調整し
、0.098MのKOHで測定した。
K OHはフタル酸水素カリウムで電位差滴定測定してスタンダード化し、窒素
雰囲気下で保存した。水素イオン活性係数およびにユは、これら同一の塩類溶液
で別々に決定した。Zn (NOTPME)、Mg (NOTPME)およびC
a (NOTPME)の安定定数は、1:1の比で金属およびリガンドを含む溶
液の電位差滴定測定でめた。CO2を排除するために、すべての測定でサンプル
はシクロヘキサン層で覆った。
プロトン化定数(K81L)および安定定数(KMLおよびに□L)は、次の等
式によって定義される。
KHIL= [HIL] / ([Hl−IL] [H”] )(1)KML=
[M Lコ / ([Mコ [L] ) (2)K□L= [MHL] /
([ML] [H”] ) (3)プロトン化および安定定数は、IBMのPC
で単一非線形アルゴリズム[16]にかけて得た電位差滴定データからめた。
NOTPMHの2、血球・加
新鮮な全血をヘパリン処理管に入れ、3000gで6分遠心し、白血球層を除去
した。その後赤血球を、5mMのリン酸緩衝食塩水(pH7,4)で3度洗浄し
た。50%へマドクリットの赤血球を、120mMのNaCl、5mMのMgC
l2.10mMのHEPES(pH7,4)、10mMのグルコースおよび10
m MのNOTPMEを含む付加用媒体に懸濁し、37℃で12時間インキュ
ベートした。付加工程中に赤血球の溶解は認められなかった。赤血球を遠心し、
上清を捨てた。等張媒体に懸濁する前に、赤血球をリン酸緩衝食塩水(pH7,
4)で2度洗浄した。
f見上l111
0.1Mの塩化臼メチルアンモニウム中で25℃のNOTPMEの代表的な電位
差滴定測定曲線は図2に示されている。これらのデータから3つのプロトン化定
数(pK、=11.8. pH2=3.65. pK、=1.4)が得られた。
NOTPMHの3IP−NMRスペクトルもまたpHの関数としてめ(データは
記載されていない)、これらのデータから得られたプロトン化定数は、電位差滴
定によって得られたものと全般的に一致した。三価リンのシフトはポリアザ環の
窒素のプロトン化に非常に鋭敏で、これは元のホスフォネートN○TPで観察さ
れたもの[17コと同様である。最初の2つのプロトン化(logK=11.8
. 3.65)は、低周波数への31pのシフトを生じ、これは2つの環の窒素
におけるプロトン化と一致する[17]。このことは、N0TP対NOTPME
におけるの最初の窒素のプロトン化は全く同様(それぞれ1ogK、=12゜1
対11.8)であるが、一方、第二の窒素プロトン化は劇的に相違する(1og
K2=9.4対3.65)ことを示している。pH2のこれらの相違は、プロト
ン化窒素と内部水素結合を形成することについて、ホスフオネート対ホスフォネ
ートモノエステル側鎖の能力の差を反映しているのかもしれない。このことは、
NOTPMEのホスフォネートエステルの酸素(プロトン化定数は1.4より小
)よりN0TPのホスフォネート酸素(プロトン化定数は6.0および7.5)
の塩基度はきわめて高いことと一致するであろう。NOTPMEの3IP−NM
Rスペクトルは、全pH領域にわたって単一の共鳴を示し、これは全プロトン化
種間の迅速な交換を示している。
1生孔11
図2はまた、1当量のMg”、Ca2+およびZ n ”の存在下でのNOTP
MEの電位差滴定データを示している。これらのデータから得られる、Mg (
NOTPME)、Ca (NOTPME)およびZn (NOTPME)の安定
定数を、表1にまとめた。
表」。
NOTPMEのCa2+、M g 2+およびZn2+との錯体の安定定数
金属イオン KD KD logKML25℃ 37℃
Ca2+ 50mM 47.62mM 5.1Mg” 5.77mM 4.66
mM 6.3Zn” 10−”M ’ −−−15,4に、値はNMRデータよ
り得られ、 l ogK値は25℃の電位差滴定により決定された。a K 、
は、pH7,4のリガンドpK値およびプロトン濃度を考慮するごとによって、
熱力学値(IogKML=15.4)から概算した。
Zn2+は、M g 2+またはCa2+のどちらと比較しても、NOTPME
とともにはるかに安定な錯体を形成する。これは、よりイオン性の強い種である
M g 2+およびCa2+よりも強力なM e ” −N結合を形成するZn
2+の傾向を強く反映するものである。Mg (NOTPME)およびCa (
NOTPME)とも、それぞれの対応するN0TP錯体よりも不安定であり[1
8〕、このことはまた、ホスフォネートエステル側鎖リガンドのより強い酸性特
性を反映するものである。しかし、NOTPMEは、N0TPと同じように、C
a”より小さいMg 2÷イオンとより安定な錯体を形成する。これは、両方の
場合とも、トリアザシクロノナンのマクロ環のサイズ選択性を反映している。
図3は、添加M g 2+の関数として、5mMのNOTPMEを含む溶液の3
IP−NMRスペクトルを示している。このスペクトルは、M g 2+結合N
OTPMEが未結合NOTPMEとゆっくり交換されることを示している。図4
は、2.05mMのZn2+および38.5mMのCaz+の存在下での、5m
MのNOTPMEの”P−NMRスペクトルを示している。電位差滴定法でめた
安定定数から予期されたように、M g 2−を含む同等な溶液よりも、この溶
液にはより多くのZn(NOTPME)か存在する。興味深いことには、Mg2
÷およびZn2+結合NOTPMEの化学シフトは全く異なり、実際両金属イオ
ンを含む混合物で、Zn(NOTPME)およびMg (NOTPME)の特徴
的な共鳴を得ることができる。予期されたように、Ca2+はきわめて弱く結合
し、Ca (NOTPME)−の特徴的な共鳴は、32mMのCa2+が添加さ
れて初めて見えるようになる。Ca (NOTPME)−(221ppm)の化
学シフトは、またMg (NOTPME)−(23,5ppm)およびZn (
NOTPME)−(23,1ppm)のそれとは異なっている。 これは、おそ
ら<Mg’+またはZn2+に対してCa”−のサイズか大きく、シクロノナン
のくぼみに適合することができないことによるものであろう。
金属結合および未結合NOTPMHに対応する共鳴領域は、積分およびそれらの
濃度見積によって得られた。Mg2+およびCa2+錯体についてNMRによっ
て25℃で得られたに0値は、それぞれ5.’17mMおよび50mMである。
これに較べて、他の者[12コによって報告されたフッ素化キレータ−1MF−
APTRAは、M g 2+については1mM、Ca2+については12μMの
Koを有する。
表1はまた、37℃でのNMRで得られた、Mg(NOTPME)−およびCa
(NOTPME)−についてのK。を示している。明らかに、37℃における
Mg(NOTPME)−およびCa(NOTPME)−間の安定性の差異の規模
は同じである。これは、Ca”よりもM g 2+に対するNOTPMEの生理
的な温度におけるより強い親和性を、再確認させるものである。
NMRデータからZn(NOTPME)−のに、値を得ることはできなかった。
これは、測定しようとしたZn2+が、実質的にすべての測定可能な条件下で、
完全にNOTPMHに結合したからである。
図5は、6から10の間のpHの関数として、Ca2+、M g 2+およびZ
n2+のNOTPME錯体の31p。
NMRの化学シフトを示している。1:1の金属イオンおよびリガンドを含む溶
液では、Zn (NOTPME)−の特徴的な共鳴は、このpHの全領域で認め
ることができるが、Mg (NOTPME)−のそれは、pH6,4より上での
み検出可能である。一方、Ca (N。
TPME)−の特徴的共鳴は、pHが7.8以上でのみ認められる。これらの違
いは、生理的pH(およそ74)では、Ca2+よりM g 2+に対してNO
TPMEの選択性が大きいことを明瞭に示している。このように、金属が結合し
たものの化学シフトはすべて、この範囲を越えるpHに実質的に依存しない。
ヒト・、血球 の細胞内遊 M2◆濃 の゛定図6は、RBC中の細胞内遊離M
g 2 +を検出するためのNOTPMEの一応用例を示している。NOTP
ME付加RBC(図6b)は、NOTPME含有付加用媒体中で37℃で、RB
Cを5 m MのMgCl2の存在下で12時間インキュベートすることによっ
て調製した。RBCへのNOTPMEの付加は付加用媒体中にMgCl2が存在
しないときには認められなかった。
コントロールRBCは、図6aに示した。
インビトロ実験の場合のように、RBC中のM g 2 +未結合および結合N
OTPMEに対応する2つの共鳴が観察された。RBC中の細胞内遊離M g
2+濃度は、以下の等式を用いて概算した。
[Mg2+コ= Kう[MgNOTPME]/[NOTPME]この例で得られ
た細胞内遊離M g 2+濃度は、171mMであった。RBC中の細胞内遊離
Mg 2+量は、通常は0.2−0.3mMの範囲[12,19,20]である
ので、この実験で観察された高濃度の細胞内遊離Mg2+は、NOTPME錯体
としてM g 2+の輸送の結果に違いない。二価陽イオン運搬体A23187
の添加に際して、細胞内遊離〜1g2+濃度の増加(1,90mMに増加)が認
められた(データは示さず)。これらの結果は、NOTPMEは、無傷の細胞に
おいて遊離Mg2+量のわずかな変化を容易に検出することができることを示し
ている。
NOTPMEの錯体形成特性は、トリアザ環の形状およびサイズについての要求
の他に、第一次プロトン化定数のきわめて高い値によって強く影響を受ける。
NOTPMEのZn”、Ca2+およびMg”錯体を通常の電位差滴定法によっ
て調べることができたという事実は、該錯体が溶液中で比較的急速に形成される
ことを示している。表1から分かるように、Zn”+は、M g 2+またはC
a2+のいずれの場合よりも、NOTPMEとより安定な錯体を形成する。同様
なこの傾向は、これら同じイオンを用いて三酢酸トリアザシクロノナンキレート
(NOTA)について観察された。報告されたZn (NOTA)、Mg (N
OTA)およびCa(NOTA)についてのlogK値は、それぞれ183.9
.69および8.92である[21コ。したがって、カルボキシレートキレート
は、これら3つのすべての金属イオンとより安定な錯体を形成するが、これはお
そらく、ホスフォネート酸素リガンドよりもきわめて強いカルボキシレート酸素
り゛ガントの塩基度によるものである。親のホスフォネート、N0TPは、Zn
”、M g 2+およびCa2◆との金属錯体化力について同じ傾向を示すが、
この場合、生じた錯体の安定定数は、NOTPMEまたはN0TAとの場合の対
応する値よりも、すべて数オーダー大きくなっている。報告されたZn (NO
TP) 4−1Mg (NOTP)4−およびCa (NOTP)’−のlog
K値は、それぞれ249.110.6.4である[18コ。N0TPの窒素およ
びホスフォネート酸素は、NOTPMHのものよりきわめて塩基性か強いので、
これらの金属イオンにより生じる安定定数は、すべて大きくなる。しかし、Z
n ”> > M g ”> CB ”の傾向はそのままである。
NOTPMEは、フッ素化キレータ−(例えばBAl) T AおよびAPTR
A)と比べて、生物系における細胞内Mg2″の測定について、いくつかの利点
をもっている。これらには、 (a)合成の容易さ、 (b) Ca2(よりも
M g 2・に対するより強い親和性、 (C)結合および未結合リガント共鳴
に対する交換による顕著な影響がないこと、さらに(d)このキレートの3つの
磁気的に同等な31p核は生物組織にとって有利なNMR核を提供し得ること(
それにより細胞エネルギーが同時に測定できるかもしれない)が含まれる。生理
的pHでNOTPMEが示す、Ca2÷よりもMg:!÷に対する顕著な選択性
は、Ca”十の干渉を心配することなく、生物系てMg24′をモニターするた
めに大きな利点を有する。NOTPMEおよびそのマグネシウム錯体の共鳴は、
組織中のリン含有代謝物とオーバーラツプしないということは、特に強調すべき
ことである。
したかって、NOTPMEは、種々の生理的現象進行時の代謝産物の変化と同様
、細胞内遊離マグネシウムの変化を測定するために融通の利く方法を提供する。
生理的pHにおけるK o M g (N OT P M E )−が、多くの
生物系において細胞内M g 2 ’の測定に必要な範囲にあるということは偶
然であるが、ホスフォネート酸素のアルキル置換基を変えることによって、また
はホスフォネート基をトリアザ環結合させている炭素にアルキル鎖を加えること
によって、M g 2+に対するN。
TPMEの親和性を細かく調整することか可能であることを証明できるかもしれ
ない。
実施例2
テトラアザ大環式化合物
DOTEP合成
図7に示したDOTE Pは以下のように調製した。
2mlのシクロロエチルホスフィンをゆっくりと氷と混合し、対応するエチルホ
スフィン酸を生成する。
室温まで温め、390mgの1.4.7.10−テトラアザシクロドデカンテト
ラヒドロクロリド(シクレン四塩酸) (Parrish Chem、 Co、
、オグデン、ユタ)を加え、混合物を窒素雰囲気下で沸騰するまで加熱した。6
MのHCIの10m1に溶かした157mgのパラホルムアルデヒドを含む溶液
を、0.5ml/時の速度で加え、その間混合物を還流し続けた。この最終混合
物をさらに4時間還流し、その後室温まで冷やした。この溶液を粘稠な油となる
まで真空下で濃縮し、6mlの水に再溶解し、DOWeXの50Wx4(水素形
)陽イオン交換カラム(ベッドボリュームが7.5m1)に乗せた。カラムを中
性となるまで水で洗浄し、生成物を60m1の0.66MHClで溶出した。D
OTEP含有分画を集め、蒸発させて無水エタノールに再溶解し、白色固形物と
なるまで蒸発させた。この固形物を無水エーテルに分散させ、濾過し、窒素下で
予備乾燥し、さらに60〜70℃で真空下で乾燥させて、白色の非常に吸湿性の
固形物(360mg、収量44%)を得た。この固形物を封入アンプルで保存し
た。元素分析および電位差滴定により、この固形物はDOTEP二塩酸であるこ
とが示された。
してのCu」」二jノ」二
図9に示した31pスペクトルか、生理的pHの水溶液中に約1mMのCa”お
よび3mMのDOTEPを含む溶液で得られた。DOTEPの結合および未結合
形の31p共鳴は明瞭な化学シフトを示し、通常組織に認められる代謝産物31
p共鳴とはいずれもオーバーラツプしない。このことは、DOTEPが適切な加
水分解性エステルを生成することによって細胞に付加されるとき、細胞に補足さ
れたDOTEPは、次の単純な関係を用いて[Ca ”] t−0゜の直接測定
を可能にするであろうということを示している
[Ca2+コjree = K、” [Ca(DOTEP)]/[DOTEP]
f、−−ここで、pH7,4でに、、=11μM0上記でp H7,4のK。値
は、31P −NMR(既知量の[Ca”] totalおよび[D OT E
P ] to−&+を含む溶液のpHの関数として結合および未結合積分値を
測定)、および電位差滴定により決定された。このK。値は、DOTEPが、約
1〜50μMの範囲にわたって[Ca ”] tre、を測定するために有用で
あることを示DOTEPはまた、Gd3+と安定な錯体を形成する(logKは
16にほぼ等しい)。生じた錯体は好ましい水プロトン緩和性を有しくR= 5
.1 s−’mM−’)、さらに図10のデータに示したように、この錯体はG
d (DOTA)と同じ多くの動力学的利点をもつ。この実験では、Gd (D
OTEP)−およびGd (DOTA)−を0.1MのHCIに溶かし、遊離G
d3+および遊離リガンドにそれらを分解した後、水緩和測定を行った。提示し
たように、2つの錯体の強酸中の分解半減期は、Gd (DOTA)−について
は約110時間、Gd (DOTEP)−については30時間であった。このこ
とは、pH7,4の両錯体の分解速度は、これより数オーダーの規模で大きくな
り(およそ106時間)、したがってヒトに使用するについて安全であることを
示している。
及U
NOTPME−ACの合成
[NOTPME−AC=1.4.7− )リアザシクロノナン−N 、N ’、
N”−トリス(メチレンホスフォネートモノエチルエステル酢酸無水物: 1.
4.7−triazacycl。
nonane−N、N’、N”−tris(methylenephospho
nate monoethylester acetic acid anhy
dride)]NOTPME トリナトリウム塩(178,63mg。
0.318mmo l)を4.0mlの無水クロ0ホルム(P2O,、上で新し
く蒸留したもの)に溶かし、120μmの塩化アセチルを加えた。この溶液を密
栓をした容器中で24時間、室温で攪拌した。続いてこの溶液を乾燥窒素雰囲気
下で、黄色がかった非常に粘稠な油となるまで蒸発させた。無水エーテルをこの
油に加え、NOTPME−AC(塩化ナトリウム付加物として沈殿)を濾過し、
乾燥窒素下で35〜40℃で乾燥させた。 NOTPME−AC(234,24
mg、 92.3%(NOTPME−AC3NaClの代置を基に計算))は、
きわめて吸湿性で、水に鋭敏な粉末である。それは、水、クロロホルムおよびD
MSOに容易に溶ける。
’HNMR(CDCI3/TMS):1.31 (t。
9H,−CH5)、2.24&2.21 (2つのsg(s)。
9H,C(0) −CH5)、3.29(sg、 v、br、。
18H,N−CH2−CおよびN−CH2−P)、412&4.30 (2−)
のm (s)、6H,0−CH2)。
NOTPME−Hの合成
[NOTPME−B=1.4.7−トリアザシクロノナンーN 、N ’、N”
−トリス(メチレンホスフォネートモノエチルエステル安息香酸無水物: 1.
4.7−triazacyclononane−N、N’、N”−tris(m
ethylenephosphonate mon。
ethylester benzoic acid anhydride)]N
OTPME ト リ す ト リ ウ ム 塩 (164,82mg。
0.294mmo l)および塩化ベンゾイル(105μ!、0.883mmo
l)を、40mlの無水クロロホルム中で24時間室温で反応させた。この反応
混合物を、NOTPME−ACの合成に用いたのと同様な方法で処理した。生成
物NOTPME−Bか塩化ナトリウム付加物として得られた(204.32mg
、707%(NOTPME−B 3Na Clの代置を基に計算))。
NOTPME−Bは極めて吸湿性で、水に鋭敏な粉末である。それは水、クロロ
ホルムおよびDMSOに溶ける。
IHNMR(CDCl 3/TMS) :1.29 (t。
−CH3)、3.32 (m、V、b r 、、 N−CH,−CおよびN−C
H2−P)、4,10と4.35(二つのm(s)、OCH2)、 7.49
(m、Ar−H)、 8゜02 (d、 Ar−H)。
至適合成方法を決定するための最小の努力により、類似のホスフォネートまたは
ホスフィン酸無水物を調製するために、種々のハロゲン化アリールを用いること
ができることは、当業者が理解するところである。
さらに、容易な脱離基(例えばカルボニル含有アルキル)が、水性媒体中のより
大きな安定性、さらにまた部分的分解による細胞内への通過のため、およびNM
R金属分析における使用のために好ましいであろう。
NOTPME のハ ・
用いられるNOTPME誘導体は、ベンゾイルおよびアセチル誘導体である。新
鮮全血をヘパリン処理管に取り、3000gで、3分間遠心し、白血球層を除去
した。その後、沈殿赤血球を3度、5mMのリン酸緩衝食塩水(pH7,4)で
洗浄した。50%へマドクリットの赤血球をNOTPME誘導体含有誘導体含有
付加温体中。付加用媒体は、130mMのN a Cl。
5mMのNOTPME誘導体(ベンゾイルまたはアセチル誘導体)、1rr1M
のアデニン、10mMのグルコースおよび10mMのHEPES (pH7,4
)を含んでいた。上記付加用媒体中の赤血球を、1時間25℃でインキュベート
した。赤血球の溶解は認められなかった。1時間NOTPME誘導体で付加させ
た後、この赤血球懸濁液を遠心し、上溝を捨てた。NMR測定のために等張食塩
水に懸濁する前に、赤血球を2度、5 m Mのリン酸緩衝食塩水(pH7,4
)で洗浄した。
31P−NMR測定により、これらNOTPME誘導体は赤血球内に付加され、
NOTPMEに加水分解されることが示された。NMR測定後、サンプルを遠心
し、NOTPMEの漏出の有無について上清を分析した。
NOTPMEの漏出は、NMR測定の間中認められなかった。したがって、これ
らのNOTPME誘導体は赤血球に入り、NOTP−MEに加水分解され、赤血
球内に止まることは明瞭である。
11A
・ポリアザ 環 N−アルキルホスフォ −トポリアザ 環式N−アルキルホス
フィンまたはそれらの 、 の 11、A
実施例1.2および3の方法は、有機化学合成の分野の業者にとり、適切な安定
ポリアザ大環式化合物のいずれについても容易に応用できる。適切なポリアザ大
環式化合物には、アルドリッチケミカル社(Aldrich Chemical
Co、 ミルウォーキー、ライスコンシン)が市販している、次のトリアザお
よびテトラアザ大環式化合物が含まれる。
1.5.9− トリアザシクロドデカン(図10参照)、1.4.8.12−テ
トラアザシクロペンタデカン(図11参照)、
1.4.8.11−テトラアザシクロテトラデカン(図12参照)である。
以下の列記は、記載された理由にある関連性の範囲の限りにおいて、引用するこ
とにより本明細書の一部2、R,D、Grubbs & M、E、Maguir
e、引非匝且と聾」 6:1133、G、Charton、G、Rovira、
Y、Ben−Ar1 & V、Leviel。
陰且Brain Res、58:202(1985)4、D、Veloso、R
,W、Gwynn、M、0skarsson & R,L、Veech。
J、Biol、Chem、248:4811(1973)5、J、R,Lope
z、L、Alamo、C,Caputo J、Vergara &R,DiPo
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塩基の容積/m1
2.31化学シフト
1Ft)回。0回
H
補正書の翻訳文提出書
(特許法第184条の8)
平成5年5月19日り
Claims (29)
- 1.次の式を有するポリアザ大環式化合物またはその塩。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 xは2、3、またはp2(s)とq3(s)のある組み合わせ(ここでp+q= y); yは3または4で; Rは(CH2)zP(=0)R1R2で;R1はR3またはOR3(ここでR3 はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基)で; R2はH、アルキル基またはO=CR4(ここでR4はアルキル基、シクロアル キル基またはアリール基)で;zは1から3である。
- 2.次の式を有するポリアザ大環式化合物−金属錯体。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 xは2、3、またはp2(s)とq3(s)のある組み合わせ(ここでp+q= y)で; yは3または4で; Rは(CH2)zP(=0)R1R2で;R1はR3またはOR3(ここでR3 はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基)で; R2はH、アルキル基またはO=CR4(ここでR4はアルキル基、シクロアル キル基またはアリール基)で;zは1から3で; rは2または3で; Meは金属イオンである。
- 3.yが3である、請求項1または2に記載の化合物。
- 4.yが4である、請求項1または2に記載の化合物。
- 5.yが3で、xが2である、請求項1または2に記載の化合物。
- 6.yが4で、xが2である、請求項1または2に記載の化合物。
- 7.yが3で、pが1で、qが2であるか、または、pが2で、qが1である、 請求項1または2に記載の化合物。
- 8.yが4で、pが1で、qが3であるか、pが2で、qが2であるか、または pが3で、qが1である、請求項1または2に記載の化合物。
- 9.zが1である、請求項1または2に記載の化合物。
- 10.R1がR2である、請求項1または2に記載の化合物。
- 11.R1がOR2である、請求項1または2に記載の化合物。
- 12.nが2である、請求項1または2に記載の化合物。
- 13.xが2で、yが4で、zが1で、さらにR1がR2である、請求項1また は2に記載の化合物。
- 14.xが2で、yが4で、zが1で、R1がR2で、さらにnが2である、請 求項1または2に記載の化合物。
- 15.xが2で、yが3で、zが1で、R1がOR2で、さらにnが2である、 請求項1または2に記載の化合物。
- 16.Me+1がCa+2、Mg+2、Zn+2またはGd+3である、請求項 2に記載の錯体。
- 17.次の式を有する化合物またはその塩。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 RはCnH1+2nで; R′はH、アルキル基またはO=CR4(ここでR4はアルキル基、シクロアル キル基またはアリール基)である。
- 18.nが1ないし20である、請求項17に記載の化合物。
- 19.次の式を有する化合物またはその塩。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 R1はCnH1+2nで; R2はH、アルキル基またはO=CR4(ここでR4はアルキル基、シクロアル キル基またはアリール基)である。
- 20.nが1ないし20である、請求項19に記載の化合物。
- 21.次の式を有する化合物またはその塩。 ▲数式、化学式、表等があります▼
- 22.二価金属イオンの細胞内濃度を算定する方法であって、該方法が、下記の 式を有するポリアザ大環式化合物またはその塩の細胞内局在化を促進する条件下 で細胞を処理することと、31P・NMRスペクトルにおける変化を測定するこ ととからなる、該変化が細胞内二価金属濃度に比例するものである、該細胞内濃 度の算定方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 xは2、3、またはp2(s)とq3(s)のある組み合わせ(ここでp+q= y)で; yは3または4で; Rは(CH2)zP(=0)R1R2で;R1はR3またはOR3(ここでR3 はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基)で; R2はH、アルキル基または0=CR4(ここでR4はアルキル基、シクロアル キル基またはアリール基)で;zは1から3である。
- 23.該金属がカルシウム、マグネシウムまたは亜鉛である、請求項22に記載 の方法。
- 24.該金属がマグネシウムである、請求項22に記載の方法。
- 25.xが2で、yが3で、zが1で、R1がOR2で、さらにnが2である、 請求項22に記載の方法。
- 26.xが2で、yが4で、zが1で、R1がR2で、さらにnが2である、請 求項22に記載の方法。
- 27.被験者の磁気共鳴画像を増強する方法であって、該方法が、被験者に下記 の式を有するポリアザ大環式化合物−金属錯体を投与することと、該被験者の磁 気共鳴画像を得ることとからなる、該磁気共鳴画像増強方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、 xは2、3、またはp2(s)とq3(s)のある組み合わせ(ここでp+q= y)で; yは3または4で; Rは(CH2)zP(=O)R1R2で;R1はR3またはOR3(ここでR3 はアルキル基、シクロアルキル基またはアリール基)で; R2はH、アルキル基またはO=CR4(ここでR4はアルキル基、シクロアル キル基またはアリール基)で;zは1から3で; Meは常磁性金属で; rは2または3である。
- 28.該金属がランタニドである、請求項27に記載の方法。
- 29.該金属がガドリニウムであり、rが3である、請求項27に記載の方法。
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