KR101098136B1 - 높은 자기 이완율을 가지는 상자성 다핵금속착물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조영제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자기이완율 및 열역학적 안정성이 증가된 상자성 다핵 금속착물에 관한 것으로서, 구체적으로 새로운 형태의 DTPA-비스-아미드-히스티딘(DTPA-bis-amide-histidine) 리간드와 DTPA-비스-아미드-아스파르트산(DTPA-bis-amide-aspartic acid) 리간드의 합성 방법, 상기의 리간드를 이용하여 신규한 가돌리늄 착물([Gd(L)H2O]) 및 상기의 가돌리늄 착물을 이용하여 상자성 다핵 금속착물에 관한 것이다. 상자성 다핵 금속착물은 3개 이상의 금속(1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 고정시킬 수 있어, 현재 상용화되고 있는 다른 조영제보다 뛰어난 자기이완율을 제공하는바, 현재 자기공명영상(MRI)의 대조 조영제로서 가장 절실하게 요구되고 있는 높은 자기이완율에 부합되는 것으로 MRI 조영제로 널리 적용될 수 있다.
히스티딘, 아스파르트산, 리간드, 가돌리늄 착물, 상자성 다핵 금속착물, 자기이완율, MR 조영제

Description

높은 자기 이완율을 가지는 상자성 다핵금속착물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조영제{Paramagnetic Hetero-polymetallic Complexes with High relaxivity, a preparation thereof and MRI contrast agents comprising the same}
본 발명은 자기공명영상에 사용되는 조영제에 관한 것이다. 또한 본 발명은 새로운 구조의 리간드, 높은 분자량과 높은 자기이완율을 갖는 신규한 가돌리늄 착물 및 이를 이용한 상자성 다핵금속착물에 관한 것이다.
자기공명영상법(MRI)은 진단의 이미지화로 인해 널리 사용되고 있다. MRI는 연약한 피부 조직의 이미지를 자기공명영상법에 의해 지원해 줄 수 있지만 명암대비의 작용에 사용되는 조영제의 큰 명암 대비강화 작용에 의해 이미지의 질이 결정된다. 따라서 효율적인 자기공명영상법의 대조 조영제들의 성장은 최근 충분한 관심을 끌게 되었다. 이런 자기공명영상의 대조 조영제로의 필요한 성질로는 열역학적 안정성과 상자성 Gd(III)이온을 만드는 원인이 되는 다배위(multidentate)구조, 즉 적어도 한 분자의 물과 결합해 높은 물과의 자기이완을 나타내어야 한다는 것이다. 또한, 자기공명영상 대비 조영제는 화학적 활성이 없어야 하며, 생체 안에서 세포독성이 낮아야 하고, 진단이 끝난 후에는 완전히 배출되어야 한다.
자기공명영상의 대조 조영제로 인체 사용을 위해 승인된 조영제로는 자기이완율이 약 4.7 mM-1s-1(20MHz, 298K)을 나타내는 디에틸렌트리아민-N,N,N',N'',N''-펜타아세테이트, (N-Me-글루카민)2[Gd(DTPA)(H2O)] (Magnevist, Schering)와 같은 이온화 Gd(III) 착물과 자기이완율이 4.4 mM-1s-1 (20MHz, 298K)를 나타내는 [Gd(DTPA-bismethylamide)(H2O)] (Omniscan, Nycomed)와 같은 중성 Gd(III)착물 이 있다. 그러나 상기 조영제는 자기이완율과 열역학적 안정성이 낮은 문제점이 있다.
이에 DTPA의 구조를 변형한 조영제에 관한 연구가 진행되고 있다. 일례로 한국공개특허 제10-2007-0017621호에는 DTPA의 양 말단에 피리딘 유도체를 결합시킨 조영제를 기재하고 있고, 한국등록특허 제10-0749087호에는 DTPA의 양 말단에 사이클로 헥산 또는 벤젠 유도체를 결합시킨 조영제를 기재하고 있다. 그러나 이는 DTPA의 화학구조에 기인하는 물성을 개선하기 위한 것으로, 예컨대 DTPA의 수용성을 증가시켜 조영제로서의 개선을 도모하는 것으로, 조영 효과를 높이기에는 한계가 있다.
또한 미국등록특허 제5,508,388호에는 DTPA의 양 말단에 아미드 결합을 통하여 새로운 구조의 조영제를 제시하고 있으나, 이는 DTPA가 인체에 투여시 발생되는 부종(edeme)을 유발한다는 관점에 기인하여, 부종이 유발되지 않는 DTPA 구조를 제시하기 위한 것으로, 조영 효과를 높이는 것과는 차이가 있다.
이에 본 발명자는 조영효과를 높이기 위하여 다양한 화학구조를 연구하던 중, 여러 종류의 금속 이온을 결합 시켜 3개 이상의 금속을 고정시키면, 금속이온과 리간드의 결합상태가 안정해지고, 높은 자기이완률을 가질 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여, 여러 종류(나트륨, 칼륨, 구리, 아연, 마그네슘, 칼슘)의 금속 이온을 결합 시켜 3개 이상의 금속 (1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 고정시킬 수 있는 리간드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 조영제를 제공하여, 높은 자기이완율 및 열역학적 안정성을 갖는 가돌리늄 착물을 제공하는 것이다.
본 발명은 새로운 형태의 DTPA-비스-아미드-히스티딘(DTPA-bis-amide-histidine) 리간드 및 DTPA-비스-아미드-아스파르트산(DTPA-bis-amide-aspartic acid) 리간드, 이의 가돌리늄(Gd) 착물 및 이의 상자성 다핵 금속착물을 제공한다. 또한 이들의 합성 방법을 제공한다. 본 발명의 상자성 다핵 금속착물은 3개 이상의 금속(1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 가지므로, 높은 자기이완율을 가지는 이상적인 조영제를 제공한다.
이에 본 발명은, DTPA와 히스티딘 또는 아스파르트산으로부터 제조될 수 있는 하기 화학식 1과 같은 화합물을 제공한다.
Figure 112009053968217-pat00001
상기 식에서 R은
Figure 112009053968217-pat00002
또는
Figure 112009053968217-pat00003
이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "DTPA"는, 금속친화성의 킬레이트화합물 디에틸렌트리아민 5초산(DiethyleneTriamine PentaAcetic acid)의 약칭으로서, 방사선 장해에 대한 화학적 방호제이다. 상기 방호제는 방사성 물질을 체외로 제거하는 작용이 있어 세포독성을 줄일 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물은, DTPA의 구조와 히스티딘 또는 아스파르트산의 구조가 결합되어 있는 특징이 있다. 각각의 구조적 특징에 의하여, 종래 조영제로 사용되었던 화합물과 달리 3개 이상의 금속(1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 가질 수 있다. 또한 3개 이상의 금속(1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 가지게 됨에 따라 높은 조영증강효과 및 열역학적 안정성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 가돌리늄 착물을 제공한다.
Figure 112009053968217-pat00004
상기 식에서 R은
Figure 112009053968217-pat00005
또는
Figure 112009053968217-pat00006
이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "착물(complex)"은, 1개 또는 그 이상의 원자나 이온을 중심으로 몇 개의 다른 원자, 이온, 분자 또는 원자단 등이 방향성을 갖고 입체적으로 배위(配位)하여 하나의 원자집단을 이루고 있는 것을 말한다. 여기서, 중심이 되는 원자 또는 이온에 배위하고 있는 원자이온분자 또는 원자단을 리간드(ligand; 配位子)라고 부른다. 착물임을 명시하기 위해서 화학식에서는 일반적으로 대괄호([ ])로 묶어서 나타내며, 중심원자와 배위자 사이의 결합 정도는 이온결합 또는 공유결합이며, 리간드의 수는 생긴 원자단이 대전(帶電)해 있지 않아도 포함된다.
상기 화학식 2의 화합물은, 상기 화학식 1의 화합물과 가돌리늄이 착물을 형성하고 있는 것을 의미한다. 이 때 가돌리늄은 DTPA의 구조적 특징에 의하여 착물이 형성되는 것이며, 히스티딘 또는 아스파르트산의 구조는 착물 형성에 기여하지 않는다. 이에 따라, 히스티딘 또는 아스파르트산의 구조는 다른 금속과 착물을 형성할 수 있다는 특징이 있다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 3으로 표시되는 상자성 다핵 금속착물을 제공한다.
Figure 112009053968217-pat00007
상기 식에서 R은
Figure 112009053968217-pat00008
또는
Figure 112009053968217-pat00009
이고, M은 상자성 금속이다.
본 발명에서 사용되는 상자성 금속은 조영제에 사용될 수 있는 것이면 제한되지 않으나, 가돌리늄과 함께 사용된다는 점과 조영제의 효과를 고려하여 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 구리 또는 아연이 바람직하며, 구리가 가장 바람직하다.
또한, 본 발명은 하기와 같이,
1) DTPA-비스-안하이드라이드(DTPA-bis-anhydride)에 히스티딘(histidine) 또는 아스파르트산(aspartic acid)을 첨가하여 교반하는 단계(단계 1);
2) 상기 단계 1에서 제조된 혼합물을 저압에서 용매를 모두 제거한 후 메탄올을 넣어 녹인 후 실리카 겔 크로마토그래피를 실시하는 단계(단계 2);
3) 상기 단계 2에서 얻어진 화합물을 아세톤에 침전시키는 단계(단계 3); 및
4) 상기 단계 3에서 얻어진 물질을 진공상태에서 건조하여 화합물를 얻는 단계(단계 4)를 포함하는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법을 제공한다.
상기 단계 1에서, 히스티딘을 사용하는 경우에는 용매로 CH2Cl2(15mL)이 바람직하며, 아스파르트산의 경우에는 용매로 DMF(N,N-dimethylformamide)가 바람직하다.
상기 단계 2는, 상기 단계 1의 반응이 종결됨에 따라 제조된 화합물을 정제하기 위한 단계로서, 저압에서 용매를 모두 제거한 후 메탄올에 녹여 실리카 겔 크로마토그래피를 실시한다.
상기 단계 3은, 가돌리늄의 착물을 얻는 단계로서, 차가운 아세톤을 사용하면 가돌리늄의 착물이 침전되고, 이를 수득하여 가돌리늄의 착물을 얻을 수 있다.
상기 단계 4는, 실리카 겔 크로마토그래피로 정제된 화합물을 최종적으로 얻는 단계로서, 단계 3에서 얻어진 물질을 진공상태에서 건조하여 화합물를 얻을 수 있다. 이 때 상온보다 높은 온도에서 건조하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 하기와 같이,
1) 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 증류수에 넣은 후, Gd2O3를 첨가하고 교반하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1);
2) 단계 1에서 제조된 혼합용액 중에서 불순물 및 용매를 제거하는 단계(단계2); 및
3) 단계 2에서 제조된 물질을 3차 증류수에 녹인 후, 아세톤으로 침전시켜 고체를 수득하는 단계를 포함하는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 가돌리늄 착물의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1은, 가돌리늄 착물을 형성시키는 단계로서, 가돌리늄의 착물의 생성률(yield)을 고려하여 화학식 1로 표시되는 화합물과 Gd2O3의 몰비가 1 이상인 것이 바람하다.
상기 단계 2는 불순물 및 용매를 제거하기 위한 단계로서, 불순물을 제거하는 방법으로 규조토(Celite)를 사용할 수 있다.
상기 단계 3은 최종적으로 가돌리늄의 착물을 얻는 단계로서, 차가운 아세톤을 사용하면 가돌리늄의 착물이 침전되고, 이를 수득하여 최종적으로 가돌리늄의 착물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 하기와 같이,
1) 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 가돌리늄 착물에 상자성 금속 이온을 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
2) 단계 1에서 제조된 혼합용액을 아세톤에 넣어 침전 시킨 후 필터 하여 건조시켜 가돌리늄 착물과 반응하지 않은 상자성 금속 이온을 제거하는 단계(단계 2)를 포함하는 상기 화학식 3으로 표시되는 상자성 다핵 금속착물의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 1은, 상자성 다핵 금속착물을 형성시키는 단계로서, 상자성 다핵 금속착물의 생성률(yield)을 고려하여 상자성 금속 이온과 화학식 2로 표시되는 화합물의 몰비가 2 이상인 것이 바람하다. 상기 상자성 금속이온은 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 구리 또는 아연이온이 바람직하다.
상기 단계 2는 최종적으로 상자성 다핵 금속착물을 얻는 단계로서, 차가운 아세톤을 사용하면 상자성 다핵 금속착물이 침전되고, 이를 수득하여 최종적으로 상자성 다핵 금속착물을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 화학식 3으로 표시되는 상자성 다핵 금속착물을 포함하는 조영제를 제공한다.
본 발명에 따른 조영제는, 종래 조영제로 사용되었던 조영제와 달리 3개 이 상의 금속 (1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 가지는바, 높은 조영증강효과 및 열역학적 안정성을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 새로운 형태의 DTPA-비스-아미드-히스티딘(DTPA-bis-amide-histidine) 리간드 및 DTPA-비스-아미드-아스파르트산(DTPA-bis-amide-aspartic acid) 리간드, 이의 가돌리늄 (Gd) 착물 및 이의 상자성 다핵 금속착물은, 종래 조영제로 사용되었던 조영제와 달리 3개 이상의 금속(1개의 가돌리늄 및 2개의 금속이온)을 가지는바, 가돌리늄 금속 이온만을 가졌던 조영제에 비하여 i) 높은 조영증강효과 및 열역학적 안정성을 가질 수 있고, ⅱ) 실제 조영제로 사용되는 경우 큰 명암 대비강화 작용에 의해 이미지의 질이 높아지며, ⅲ) DTPA를 기본구조로 하여 화학적 활성이 없고 생체 안에서 세포독성이 낮으며, 진단이 끝난 후에는 완전히 배출될 수 있다. 따라서 자기공명영상(MRI)의 대조 조영제로서 요구되는 높은 자기이완율에 부합되는 것으로 MRI 조영제에 널리 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 도면 및 표와 함께 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
하기 실시예에 따른 실험은, 질소 기류 하에서 표준 Schlenk 기술(standard Schlenk techniques)을 사용하여 행해졌고, 실험에 필요한 용매 또한 수분을 미리 제거하였다. 시약은 알드리치(Aldrich)로부터 구입하였다. 사용하는 물은 3차 증류수를 사용하였다.
실시예 1-1 : 화학식 1의 DTPA-비스-아미드-히스티딘(L1) 제조
히스티딘(histidine) 0.765g(4 mmol)을 CH2Cl2(15 mL)에 넣은 서스펜션 형태의 반응 혼합물에 트리에틸아민(triethylamine) 5 mL을 첨가하여 상온(25℃)에서 1시간 동안 교반시켰다. 1시간 교반 후, DTPA-비스-안하이드라이드(DTPA-bis-anhydride) 0.71g(2 mmol)를 넣고 6시간 동안 추가로 교반시킨 후에 저압에서 용매를 모두 제거하고 메탄올 5 mL을 넣어 녹였다. 용액은 메탄올을 통과시키는 짧은 실리카 겔(silica gel) (60 메쉬) 크로마토그래피를 실시해 주고, 통과되어 나온 용액을 250 mL의 아세톤 용액에 떨어뜨려 침전 후 필터로 여과하였다. 흰색의 고체가 얻어지면 진공상태에서 50℃를 유지시키면서 8시간 동안 건조시켰다. 도 1(a)에서 상기 합성방법을 간략히 나타내었다.
실시예 1-2 : 화학식 1의 DTPA-비스-아미드-아스파르트산(L2) 제조
N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF) 15 mL에 DTPA-비스-안하이드라이드(DTPA-bis-anhydride) 0.71g(2 mmol)를 넣은 서스펜션형태의 반응 혼합물을 교반시키다가 아스파르트산(aspartic acid) 0.53g(4 mmol)을 넣었다. 반응 혼합물은 75℃에서 12시간 동안 교반시킨 후 저압에서 용매를 모두 제거하고 메탄올 10 mL을 넣어 녹였다. 용액은 메탄올을 통과시키는 짧은 실리카 겔(silica gel) (60 메쉬) 크로마토그래피를 실시해 주고, 통과되어 나온 용액을 250 mL의 아세톤 용액에 떨어뜨려 침전 후 필터로 여과하였다. 흰색의 고체가 얻어지면 진공상태에서 65℃를 유지시키면서 10시간 동안 건조시켰다. 도 1(b)에서 상기 합성방법을 간략히 나타내었으며, Maldi-TOF 질량분석의 결과를 도 4에 나타내었다.
실시예 2-1 : 가돌리늄 착물 ([Gd(L1)H 2 O]·2.5H 2 O))의 제조
3차 증류수 10 mL에 실시예 1-1에서 제조된 DTPA-비스-아미드-히스티딘(L1) 0.67g(1 mmol)를 넣고 Gd2O3를 0.18g(0.5 mmol)을 넣어주었다. 서스펜션 형태의 반응 혼합물은 90에서 6시간 동안 교반하였다. 이 노란색 투명 용액을 규조토(Celite)에 통과시켜 녹지 않은 불순물을 모두 제거한 후 용매도 모두 제거하였다. 남아있는 물질은 3차 증류수 5 mL을 가해 충분히 녹인 후 차가운 아세톤(Acetone) 250 mL에 재침전시켰다. 침전된 흰색 고체는 필터한 후 건조시켰다. 도 2(a)에서 상기 합성방법을 간략히 나타내었다.
제조된 화합물을 원소 분석 및 질량 분석을 통하여 하기와 같이 확인하였다. 도 5에서 FABMS의 데이터값을 구체적으로 나타내었다.
C26H38GdN9O14 ([Gd(L1)H2O]·2.5H2O)
계산값 : C: 35.29, H: 4.67, N: 14.25
실험값 : C: 35.39, H: 4.42, N: 13.84
FABMS (m/z): 821.50 (M-H2O)+
실시예 2-2 : 가돌리늄 착물([Gd(L2)H 2 O]·3H 2 O))의 제조
DTPA-비스-아미드-아스파르트산(L2)의 가돌리늄 착물을 합성하기 위하여, 실시예 2-1에 기재되어 있는 DTPA-비스-아미드-히스티딘(L1)의 가돌리늄 착물 합성법과 동일한 방법으로 합성하였다. 도 2(b)에서 상기 합성방법을 간략히 나타내었다.
제조된 화합물을 원소 분석 및 질량 분석을 통하여 하기와 같이 확인하였다. 도 6에서 FABMS의 데이터값을 구체적으로 나타내었다.
C22H32GdN5O17 ([Gd(L2)H2O]·3H2O)
계산값 : C: 31.09, H: 4.46, N: 8.24
실험값 : C: 31.50, H: 4.51, N: 8.24
FABMS (m/z): 778.15 (M-H2O)+
실시예 3 : 상자성 다핵 금속착물([Gd(L)H 2 OM 2 ], M=Na + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ 및 Zn 2+ ))의 제조
실시예 2-1 및 2-2에서 제조된 가돌리늄 착물 ([Gd(L1)H2O] 또는 [Gd(L2)H2O]) 1 몰에 합성하고자 하는 이온으로 2 몰을 넣고 섞어준다. 이 때 금속 이온을 제공하는 물질로, NaCl(Sodium chloride), KCl(Potassium chloride), MgSO4(Magnesium sulphate), CaCl2(Calcium chloride), Cu(NO3)2(Copper Nitrate), Zn(NO3)2(Zinc Nitrate)을 사용하였다. 가돌리늄 착물과 반응하지 않은 금속 이온을 제거하기 위하여 이 용액을 차가운 아세톤에 넣어 침전 시킨 후 필터 하여 건조시킨다. 도 3에서 상기 합성방법을 간략히 나타내었다.
하기 실험예에서는 상기 실시예에 화학식 1의 화합물(L1 및 L2)와 가돌리늄착물([Gd(L1)H2O] 및 [Gd(L2)H2O])의 평형상수, 안정화상수, 선택상수 및 조건부 안정화 상수를 측정하였다. 또한, 가돌리늄착물([Gd(L1)H2O] 및 [Gd(L2)H2O])과 상자성 다핵 금속착물([Gd(L1)H2OM2] 및 [Gd(L2)H2OM2], M=Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cu2+ 또는 Zn2) 의 자기이완율을 측정하였으며, 상자성 조영제로 널리 알려져 있는 옴니스캔(Omniscan)과 비교하였다.
실험예 1 : 양성자 첨가 평형상수, 안정화상수, 선택상수, 조건부 안정화상수, pM 값 측정
실시예 1-1 및 1-2에서 제조된 리간드 L1 및 L2의 양성자 첨가 평형상 수(K i H)와 가돌리늄 착물 ([Gd(L)])의 안정화상수(K ML), 선택상수(K Sel), 조건부 안정화상수(K' Sel), 그리고 pH 7.4에서 가돌리늄(Gd(III)), 칼슘(Ca(II)), 아연(Zn(II)), 구리(Cu(II))의 pM 값(리간드와 금속 간의 결합력을 나타내는 값)을 하기의 표 1에 나타냈다.
양성자 첨가 평형상수(K i H)는, K i H = [HiL]/[Hi-1L][H+] 의 식을 통해서 구할 수 있으며, 여기서 HiL은 양성자가 첨가된 리간드를 의미하며, i = 1, 2,...이다.
안정화상수(K ML)는, K ML = [ML]/[M][L] 의 식을 통해서 구할 수 있으며, 여기서 M은 Gd, Ca, Zn, Cu 이며, L은 리간드를 의미한다.
pM 값은, pH = 7.4 의 조건에서 pM = -log[Mn+] 의 식을 통해서 구할 수 있다.
또한, [M]= 1.0 μmol/dm3 , [L]은 1.1 μmol/dm3 의 농도를 사용하였다.
Equilibrium L1 L2 Omniscan
[HL]/[L][H] 9.52 11.55 9.37
[H2L]/[HL][H] 7.59 9.42 4.38
[H3L]/[H2L][H] 6.52 5.92 3.31
[H5L]/[H4L][H] 3.82 2.04 -
∑pK a 27.45 28.93 17.06
[GdL]/[Gd][L] 19.59 21.12 16.85
{log KGdL(pH7.4)} 17.03 14.93 14.84
[CaL]/[Ca][L] 6.86 10.18 7.17
{log KCaL(pH7.4)} 4.30 4.01 5.11
[ZnL]/[Zn][L] 10.93 14.67 12.04
{log KZnL(pH7.4)} 8.37 8.48 10.02
[CuL]/[Cu][L] 10.98 14.78 13.03
{log KCuL(pH7.4)} 8.42 8.59 11.06
[log Ksel(Gd/Ca)] 12.73 10.92 9.68
[log Ksel(Gd/Zn)] 8.66 6.45 4.81
[log Ksel(Gd/Cu)] 8.66 6.34 3.82
log K'sel 19.59 10.74 9.03
pGd 16.03 13.98 13.88
pCa 3.30 30.1 4.19
pZn 7.37 7.48 9.06
pCu 7.42 7.59 10.05
log K (25℃, μ = 0.10M (KCl))
pM = -log[Mn+] free at pH 7.4; [Mn+]total = 1 μmol/dm3; [L]total = 1.1 μmol/dm3
가돌리늄 착물([Gd(L)H2O])을 조영제로 이용할 경우, 인체 내에서 가돌리늄이 리간드와 분리되면 독성이 있는 가돌리늄에 의해 세포독성을 일으킬 수 있으므로, 이러한 분리가 일어나지 않도록 리간드와 가돌리늄 간의 결합상태가 강하고 안정할수록 바람직하다.
따라서, 상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 양성자 첨가 평형상수(K i H), 안정화상수(K ML), 선택상수(K Sel), 조건부 안정화상수(K' Sel), pM 값에 있어서, 리간드(L) 및 가돌리늄 착물([Gd(L)])이 옴니스캔 보다 큰 값을 가지므로, 금속과 리간드 간의 결합상태가 안정하여, 바람직한 조영제로 사용될 수 있다.
실험예 2 : 자기이완율(Relaxivity) 측정
실시예 2-1 및 2-2에서 제조된 가돌리늄 착물([Gd(L)H2O])과 실시예 3에서 제조된 상자성 다핵 금속착물([Gd(L)H2OM2], M=Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cu2+ 또는 Zn2+)의 자기이완율 R1을 측정하였다. 높은 자기이완율을 갖는 조영제는 상대적으로 적은 양을 투여해도 높은 조영증강효과를 나타내기 때문에, 자기공명영상에서의 높은 자기이완율은 조영제의 고효율성을 증명해주는 인자이다.
T1(이완시간)의 측정은, 1.5 T(64 MHz)에서 가변 전도시간 (TI)의 역 회복 방법을 통해 진행하였다. 자기공명(MR) 이미지는 50 내지 1750 msec 영역으로부터 35개의 다른 TI을 필요로 한다. T1 은 각 TI 값에 측정되는 신호의 강도의 비선형, 정방형의 발작으로부터 얻게 된다. 이완율(R1)은 mM 당 이완시간의 역으로서 계산되었다. 이를 하기 표 2에 나타냈다.
Complex R1(mM-1s-1)
L1 L2
[Gd(L)H2O] 5.9±0.03 6.9±0.04
[Gd(L)H2O·Cu2] 13.0±0.25 14.1±0.21
[Gd(L)H2O·Zn2] 5.2±0.26 5.6±0.28
[Gd(L)H2O·Na2] 5.5±0.27 5.7±0.28
[Gd(L)H2O·Mg2] 5.5±0.27 5.7±0.28
[Gd(L)H2O·K2] 5.5±0.27 5.6±0.28
[Gd(L)H2O·Ca2] 5.5±0.27 5.7±0.28
Omniscan 3.3±0.03
상기 표 2에 기재된 바와 같이, 가돌리늄착물([Gd(L)H2O])과 상자성 다핵 금속착물 [Gd(L)H2OM2], (M=Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cu2+ 또는 Zn2+)은 Cu를 제외한 다른 금속에 대해서는 옴니스캔에 비해 약 2배 정도 높은 자기이완율을 나타내었으며, Cu와 결합한 가돌리늄착물의 경우 옴니스캔보다 3배에서 4배나 높은 자기이완율이 측정되었다. 따라서 본 발명은 보다 효과적으로 신호를 나타낼 수 있는 조영제이다.
실험예 3 : 자기공명영상(MRI) 측정
실시예 3에서 제조된 상자성 다핵 금속착물([Gd(L)H2OCu2])의 간암 세포에 대한 조영효과를 보기 위하여, 유전자를 변형하여 간암(hepatocellular carcinoma)을 일으킨 마우스(H-ras 12v transgenic mouse)에서 T1 강조영상을 얻었다.
MR 영상은, 1.5T 자기공명 영상장비(GE Signa Advantate, GE Medical system, USA)에서 T1 강조 스핀에코 영상법으로 촬영하였다. 마취된 마우스의 꼬리 정맥을 통해 1.43 mmol/Kg의 [Gd(L)H2OCu2]를 주입하여 주입 전, 후의 영상을 촬영하였으며, 이의 결과를 도 9에 나타냈다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, [Gd(L)H2OCu2]를 주입하기 전보다, 주입 후에 간암(화살표) 부위에서 증가된 신호(색이 밝아짐)를 관찰할 수 있다.
도 1은 DTPA-비스-아미드-히스티딘(DTPA-bis-amide-histidine) 리간드(L1)과 DTPA-비스-아미스-아스파르트산(DTPA-bis-amide-aspartic acid) 리간드(L2)의 합성 방법을 나타낸다.
도 2는 리간드(L1 및 L2)를 이용하여 신규한 가돌리늄 착물([Gd(L1)H2O] 및 [Gd(L2)H2O])의 합성 방법을 나타낸다.
도 3은 가돌리늄 착물([Gd(L1)H2O] 및 [Gd(L2)H2O])을 이용하여 상자성 다핵금속착물([Gd(L)H2OM2], M=Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cu2+ 또는 Zn2+)을 합성하는 방법을 나타낸다.
도 4는 aspartic acid(L2)에 대한 Maldi-TOF 질량분석 결과를 나타낸다.
도 5는 DTPA-비스-아미드-히스티딘(DTPA-bis-amide-histidine) 리간드(L1)에 대해 가돌리늄착물 합성 후 얻은 FABMS의 데이터값을 나타낸다.
도 6는 DTPA-비스-아미스-아스파르트산(DTPA-bis-amide-aspartic acid) 리간드(L2)에 대해 가돌리늄착물 합성 후 얻은 FABMS의 데이터값을 나타낸다.
도 7는 가돌리늄착물 ([Gd(L)H2O])과 상자성 다핵 금속착물 [Gd(L)H2OM2], M=Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cu2+ 또는 Zn2+ 의 자기이완율(R1)을 도 4의 값에 근거하여 그래프로 나타내었다.
도 8은 상자성 다핵 금속착물 [Gd(L)H2OM2]중 M=Cu, Zn의 농도를 증가시킴에 따른 자기이완율(R1)을 나타낸 그래프이다.
도 9은 상자성 다핵 금속착물 [Gd(L)H2OCu2]의 간암 세포에 대한 조영효과를 보기 위하여, 유전자를 변형하여 간암(hepatocellular carcinoma)을 일으킨 마우스(H-ras 12v transgenic mouse)에서 얻은 조영제 주입 전, 후의 MRI T1 강조영상이다. 화살표는 간암 부위를 표시한다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure 112009053968217-pat00010
    상기 식에서 R은
    Figure 112009053968217-pat00011
    또는
    Figure 112009053968217-pat00012
    이다.
  2. 하기 화학식 2로 표시되는 화합물의 가돌리늄 착물:
    [화학식 2]
    Figure 112009053968217-pat00013
    상기 식에서 R은
    Figure 112009053968217-pat00014
    또는
    Figure 112009053968217-pat00015
    이다.
  3. 하기 화학식 3으로 표시되는 상자성 다핵 금속착물:
    [화학식 3]
    Figure 112009053968217-pat00016
    상기 식에서 R은
    Figure 112009053968217-pat00017
    또는
    Figure 112009053968217-pat00018
    이고, M은 상자성 금속이다.
  4. 제3항에 있어서, 상기 상자성 금속은 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 구리 및 아연으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 상자성 다핵 금속착물.
  5. 1) DTPA(DiethyleneTriamine PentaAcetic acid)-비스-안하이드라이드(DTPA-bis-anhydride)에 히스티딘(histidine) 또는 아스파르트산(aspartic acid)을 첨가하여 교반하는 단계(단계 1);
    2) 상기 단계 1에서 제조된 혼합물의 용매를 모두 제거한 후 메탄올을 넣어 녹인 후 실리카 겔 크로마토그래피를 실시하는 단계(단계 2);
    3) 상기 단계 2에서 얻어진 화합물을 아세톤에 침전시키는 단계(단계 3); 및
    4) 상기 단계 3에서 얻어진 물질을 진공상태에서 건조하여 화합물를 얻는 단계(단계 4)를 포함하는, 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법.
  6. 1) 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 증류수에 넣은 후, Gd2O3를 첨가 하고 교반하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1);
    2) 단계 1에서 제조된 혼합용액 중에서 불순물 및 용매를 제거하는 단계(단계2); 및
    3) 단계 2에서 제조된 물질을 3차 증류수에 녹인 후, 아세톤으로 침전시켜 고체를 수득하는 단계를 포함하는 제2항의 화학식 2로 표시되는 화합물의 가돌리늄 착물의 제조방법.
  7. 1) 제2항의 화학식 2로 표시되는 화합물의 가돌리늄 착물에 상자성 금속 이온을 첨가하여 혼합용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
    2) 단계 1에서 제조된 혼합용액을 아세톤에 넣어 침전 시킨 후 필터 하여 건조시켜 가돌리늄 착물과 반응하지 않은 상자성 금속 이온을 제거하는 단계(단계 2)를 포함하는 제3항의 화학식 3으로 표시되는 상자성 다핵 금속착물의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 상자성 금속은 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 구리 및 아연으로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 상자성 다핵 금속착물.
  9. 제2항의 화학식 2로 표시되는 가돌리늄 착물을 포함하는 조영제.
  10. 제3항 또는 제4항의 화학식 3으로 표시되는 상자성 다핵 금속착물을 포함하는 조영제.
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