KR20010024606A

KR20010024606A - 파라수소 표지된 작용물질 및 자기공명영상에서의 그의 용도

Info

Publication number: KR20010024606A
Application number: KR1020007005128A
Authority: KR
Inventors: 클라에스 골만; 오스카 악셀슨; 하우커 요한슨; 샤로트 올로프슨; 스벤 맨슨; 스테판 피터슨
Original assignee: 조오지 디빈센조; 니코메드 이메이징 에이에스; 토브 아스 헬지; 에바 요한손
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2001-03-26
Also published as: EP1047455B1; RU2218182C2; NO20002429L; DE69839924D1; NO320225B1; EP1047455A1; AU1047399A; JP2001522819A; US6574495B1; WO1999024080A1; US20040024307A1; KR100600670B1; CN1306441A; NO20002429D0; CN100571787C; ATE405297T1

Abstract

본 발명은

(i) 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 갖는 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체와 파라수소가 농축된 수소를 반응시켜서 수소화된 MR 조영제를 제조하는 단계;

(ii) 상기 수소화된 MR 조영제를 시료에 투여하는 단계;

(iii) 상기 수소화된 MR 조영제에서 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 핵스핀 전이를 들뜨게 하기 위해 선택된 주파수의 방사선에 상기 시료를 노출시키는 단계;

(iv) 상기 시료로부터 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 자기공명 시그널을 검출하는 단계; 및

(v) 임의로는, 상기 검출 시그널로부터 영상 또는 생물학적 함수 자료 또는 동적순서 자료를 산출하는 단계를 포함하는 시료의 자기공명 검사방법을 제공한다.

Description

파라수소 표지된 작용물질 및 자기공명영상에서의 그의 용도{Para-Hydrogen Labelled Agents and Their Use in Magnetic Resonance Imaging}

본 발명은 자기공명영상(MRI) 방법, 특히 비양성자 자기공명영상, 특히 I(핵스핀) = 1/2를 갖는 핵(예;¹³C,¹⁵N 및²⁹Si)의 자기공명영상 방법에 관한 것이다.

자기공명영상은 그것이 비침입성(non-invasive)이고 검사시 X선 같은 잠재적으로 해로운 방사선에 환자를 노출시키지 않기 때문에 의사들에게 특히 매력적인 진단 기술이다.

다른 조직형의 MR 영상사이에서 효과적인 콘트라스트를 얻기 위해, 투여 또는 집중 부위에서 이완시간에 영향을 주는 MR 조영제(예; 상자성금속 종)를 검사체에 투여하는 것은 오래전부터 공지되어 있다. 조영핵(imaging nuclei; 핵의 MR 시그널이 영상을 만드는데 사용되는 핵)의 이완시간을 단축하여 MR 시그널의 강도를 변화시키고 영상 콘트라스트를 향상시킨다.

MR 시그널 강도는 또한 조영핵의 핵스핀 상태 사이의 밀도차이에 의존적이다. 이것은 볼쯔만 분포를 가지며 온도 및 자계강도의 영향을 받는다. 그러나, MR 영상에서의 콘트라스트 향상은 투여된 상자성 종에서의 esr 전이가 조영핵의 핵스핀 시스템과 연결되는 "오버하우저효과"를 이용하여 또한 달성된 바 있다. 오버하우저효과(동적핵분극으로도 알려져 있음)는 조영핵의 들뜬 핵스핀상태와 바닥 핵스핀상태 사이의 밀도차이를 크게 증가시킬 수 있고 따라서 MR 시그널 강도를 증폭시킨다. 지금까지 알려진 오버하우저 조영제의 대부분은 생체내 조영핵을 분극시키기위해 사용되는 라디칼이다. 투여전 조영핵의 생체외 분극 및 MR 시그널 측정을 포함하는 기술에 대한 연구는 보고된 것이 거의 없다.

미국특허 제5617859호(소자(Souza))는 따뜻하게 데운 다음 영상기기안에 둔 검사체에 투여하는 냉동 재료를 분극하기 위해 작은 고자계(high field) 분극자석(예; 15T 자석)을 이용하는 자기공명영상 시스템을 개시하고 있다. 사용 재료는 물, 염수, 불화탄소 또는 He 또는 Xe 같은 불활성 기체일 수 있다. 영상기기 안쪽 보다 분극자석에서 자기장이 더 크고 낮은 온도에서 분극이 이루어지기 때문에, 핵스핀 상태사이의 증가된 밀도차이(즉, 분극)은 분극된 재료로부터 더 강한 MR 시그널을 야기할 것이다.

미국특허 제5611340호(소자)에 다소 유사한 MR 영상 시스템이 개시되어 있다. 그러나 여기에서 액체수소는 분극자석에 의해 분극되고 그 후에 이를 가열하고 검사체에 투여되는 분극된 물을 만들기 위해 산소와 반응시킨다. 결과로서 증대한 MR 시그널은 강화¹H MR 시그널이 될 것이다.

미국특허 제5545396호(알버트(Albert))는 과분극(hyperpolarised) 핵스핀을 갖는 불활성 기체(예.¹²⁹Xe 또는³He)를 폐에 주입하고 그 안에서의 이의 공간적 분포를 표현하는 생체내 MR 영상 방법을 개시하고 있다. 과분극¹²⁹Xe를 사용한 인간의 구강에 대한 MR 영상도 알버트에 의해 문헌[J. Mag. Res., 1996: B111, 204-207]에 보고되어 있다.

MR 영상같은 MR 검사에서의 과분극 MR 조영제의 이용은 MR 시그널 강도에 비례적인 핵분극이 본질적으로 MR 기기내에서 자계강도에 독립적이라는 점에서 종래의 MR 기술에 대하여 이점이 있다. 일반적으로 MR 영상기기에서 달성할 수 있는 제일높은 자계강도는 약 8T이고, 반면에 임상 MR 영상기기는 약 0.2 내지 1.5T의 자계강도에서 유용하다. 초전도 자석 및 복합 자석 구조가 대공동(large cavity) 고자계 강도 자석에 필요하기 때문에 이들은 고가이다. 과분극 조영제를 이용하면 자계강도가 덜 중요하기 때문에 지구 자기장(40-50 μT)으로부터 달성가능한 최고 자기장까지의 모든 자계강도에서 조영하는 것이 가능하다. 그러나 환자로부터 발생하는 잡음이 전기적 잡음을 능가하기 시작하는(일반적으로 조영핵의 공명 주파수가 1 내지 20 MHz인 자계강도에서) 매우 높은 자계강도를 사용하는 것은 특별한 이득이 없고 따라서 과분극 조영제를 이용함으로써 저비용, 저자계강도 자석을 이용하는 고성능 영상의 가능성이 열렸다.

본 발명은 파라수소 농축 수소기체와의 상기 제제에 대한 전구체의 반응에 의해 MR 조영제의 선택된 비수소, I≠0 영상핵(예.¹³C,¹⁵N, 및²⁹Si의 핵)의 생체외 핵 분극에 의존하는 시료의 MRI 방법에 기초하고 있다.

따라서 일면에서 보면 본 발명은

(i) 수소화된 MR 조영제를 제조하기위해¹H 가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 갖는 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체와 파라수소가 농축된 수소를 반응시켜서 수소화된 MR 조영제를 제조하는 단계;

(ii) 상기 수소화된 MR 조영제를 시료에 투여하는 단계;

(iii) 상기 시료를 상기 수소화된 MR 조영제에서 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 핵스핀 전이를 들뜨게 하기 위해 선택된 주파수의 방사선에 노출시키는 단계;

(v) 임의로는, 상기 검출 시그널로부터 영상 또는 생물학적 함수 자료 또는 동적순서 자료를 산출하는 단계를 포함하는(comprise) 시료의, 바람직하게는 인간 또는 인간이 아닌 동물의 몸체(예. 포유류, 파충류 또는 조류 몸체)의 자기공명 검사방법을 제공한다.

본 발명의 방법에서 얻어지는 MR 시그널은 통상의 조작에 의해 2 또는 3차 영상 자료 또는 함수, 순서 또는 관류(perfusion) 자료로 쉽게 전환할 수 있다.

수소분자는 두 개의 다른 형태로 즉, 핵스핀이 역평행 및 이위상 (단일선 상태)인 파라수소(p-H₂) 와 핵스핀이 평행 또는 역평행 및 동위상(삼중선 상태)인 오르토수소(o-H₂)의 두 형태로 존재한다. 실온에서, 두 형태는 평형상태에서 파라수소:오르토수소 1:3의 비율로 존재한다. 80K에서 그 비는 48:52이고 20K에서는 100:0에 접근한다. 즉, 20K에서는 99.8:0.2의 비를 갖는다. 수소는 약 17K에서 얼기 때문에 온도를 더 낮추는 것은 좋지 않다. 순수 수소에서 평형비는 매우 낮지만 일부 알려진 촉매(Fe₃O₄, Fe₂O₃또는 활성탄같은)의 존재하에서는 평형 혼합물을 빠르게 얻고 촉매로부터 분리된 후에도 수시간 동안 실온에서 안정한 상태를 유지한다. 따라서 상기 "농축 수소"는 파라수소의 평형비보다 높은 수소, 예를 들어 파라수소의 비율이 25% 이상, 바람직하게는 30% 이상, 더 바람직하게는 45% 이상, 이보다 더 바람직하게는 60% 이상, 특히 바람직하게는 90% 이상, 매우 특히 바람직하게는 99% 이상인 수소를 의미한다. 대체적으로 농축 수소의 제조(본 발명에 따른 방법에서 임의적 개시 단계)는 낮은 온도, 예를 들어 160K 이하, 바람직하게는 80K 이하 또는 더 바람직하게는 약 20K에서 촉매를 사용하여 행하여질 것이다.

이와같이 형성된 파라수소는, 바람직하게는 낮은 온도(예. 18-20K)에서 오랫동안 저장할 수 있다. 별법으로 비자성 및 비상자성 내부 표면을 갖는 용기(예. 금 또는 중수소화 중합체 코팅된 용기)내에 압축가스 형태로 저장할 수 있다.

일반적으로, p-H₂분자가 촉매접촉 수소화반응(경우에 따라서는 가압(예. 50 내지 100bar)하에서)에 의해 주 분자(host molecule)에 옮겨진다면, 양자스핀은 여전히 역평행이고 상기 분자내 수소의 표준시간상수 T₁(대체로 약 1초)을 갖는 열적평형상태로 이완되기 시작한다. 그러나 이완기 동안 분극의 일부가 크로스완화 또는 다른 형태의 짝지음에 의해 이웃한 핵으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 이완된 수소에 가까운 적절한 치환 양식을 갖는¹³C 핵이 존재하면 느리게 이완하는¹³C 핵안에서 분극이 쉽게 일어날 수 있다. 2580배의 증대 인자가 바르케마이어(Barkemeyer)등의 문헌[J Am Chem Soc 117, 2927-2928, 1995]에 보고되어 있다. 카르보닐기 또는 어떤 사차탄소중의¹³C 핵은 대체로 1분 이상의 T₁이완시간을 가질 수 있다.

수소화반응단계는 바람직하게는 액체 또는 기체상으로, 바람직하게는 이완 촉진물 없이 수행할 수 있다. 액체상이라면, 촉매는 여과를 통해, 예를 들어 이온교환수지를 통해 제거할 수 있다. 기체상이라면, 고체촉매의 분리는 사소한 문제이고 생성된 MR 조영제는 적절한 용매, 바람직하게는 생리학적으로 허용되는 용매, 가장 바람직하게는 물로 간단히 통과시킬 수 있으며 본 발명에 따라 사용할 수 있다.

따라서 본 발명은 농축 수소를 사용하는 주 분자내에 어떤 핵(예.¹³C 핵)의 분극이 검사체에 투여 전 MR 조영제의 생체외 분극 및 통상적 MR 영상을 행하는 수단을 의미한다는 인식에 기초하고 있다. 본 명세서에 사용된 용어 "MR 조영제"는 자기공명 시그널을 방출할 수 있는 핵(MR 조영핵)을 함유하는 제제를 말한다. 상기 MR 조영핵은 자기공명 시그널을 방출할 수 있는 핵스핀이 0이 아닌 핵, 바람직하게는 예컨대¹⁹F,³Li,¹H,¹³C,¹⁵N,²⁹Si 또는³¹P 핵같은(수소 자체가 아닌) I=½인 핵, 다만 바람직하게는¹³C 또는¹⁵N 핵, 가장 바람직하게는¹³C 핵이다. 다시 말해, MR 조영제 전구체는 바람직하게는 I=½이고 수소가 아닌 핵을 함유한다.

NMR 조영제중 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵은 그의 천연 동위원소 존재비로 존재할 수 있다. 그러나, 핵이 우세한 동위원소가 아닌 경우(예를 들어,¹²C가 우세한 동위원소인 경우¹³C)에는 일반적으로 핵의 함량이 농축되는 것, 즉 핵이 평상 수준보다 더 높은 수준으로 존재하는 것이 바람직할 것이다.

따라서 더 나아간 일면에서 보면 본 발명은 시료(예. 인체)의 MR 영상, 바람직하게는¹³C 또는¹⁵N MR 영상에서 수소(예. 파라수소 농축 수소)의 용도를 제공한다.

또 다른 면에서 보면 본 발명은 인체 또는 인간아닌 동물체의 비¹H MR 영상에 의한 MR 영상의 조영을 포함하는 진단 방법에서의 이용을 위한 MR 조영제의 제조를 위한 파라수소 농축 수소의 용도를 제공한다.

또 더 나아가 본 발명은 비양성자 MR 영상에 의한 MR 영상의 조영을 포함하는 진단 방법에서의 이용을 위한 MR 조영제의 제조에서 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 갖는 수소화될 수 있는 화합물의 용도를 제공한다. 상기 제조는 파라수소 농축 수소와의 상기 화합물의 수소화 반응을 포함한다.

영상에 의해, 단지 2 또는 3차원 형태학적 상만이 생성되는 것이 아니라는 것을 알게 될 것이다. 만들어진 상은 온도, pH, 산소장력 등과 같은 생리학적 변수값에서의 값 또는 시간 변화를 나타낼 것이다. 그러나, 일반적으로 형태학적 상이 생성될 것이다.

본 발명에서의 이용에 적합한 MR 조영제 전구체는 수소화가 가능하며 대체로 1개 이상의 불포화결합, 예를 들어 이중 또는 삼중 탄소-탄소 결합을 가질 것이다. 물론 생체내 영상을 위해 수소화된 MR 조영제는 생리학적으로 허용되거나 생리학적으로 허용가능한 형태로 제공될 수 있어야 한다.

MR 조영제는 바람직하게는 강력하게 극성화(예를 들어, 5%를 넘는 수준까지, 바람직하게는 10%보다 큰, 더 바람직하게는 25%보다 큰 수준까지)할 수 있어야 하며 생리학적 조건하에 긴 T₁이완시간을 갖는 수소가 아닌 MR 조영핵(예.¹³C,¹⁵N 또는²⁹Si)을 가져야 한다. 긴 T₁이완시간은 한번 분극되면, 편리한 시간내에 영상처리절차를 행할 수 있도록 하는 충분히 긴 기간동안 MR 조영제가 그런 상태를 유지하는 T₁을 의미한다. 따라서 분극은 적어도 1s 이상동안, 바람직하게는 적어도 60s, 더 바람직하게는 적어도 100s동안 그리고 특히 바람직하게는 1000s 이상 동안 유지되어야만 의미가 있다.

바람직하게는 파라수소와의 수소첨가반응의 결과로서 도입된 1 이상의 수소와 MR 조영핵사이에서 조영제중의 핵스핀 : 스핀 짝지음이 있을 것이다. 짝지음 상수는 바람직하게는 1 과 300Hz, 더 바람직하게는 10 과 100Hz사이 이다. MR 조영핵을 파라수소 유도된 수소로부터 바람직하게는 3결합 이내, 더 바람직하게는 2결합 이내로 떨어진 위치에 위치시킴으로써 이를 달성할 수 있다. 바람직하게는 MR 조영핵(이하에선 때때로 보고자 핵(reporter nucleus)으로 언급함)으로부터의 핵자기공명 시그널이 선명하고 바람직하게는 선폭(혈액 또는 조직내 37℃에서)100Hz 미만, 더 바람직하게는 10Hz 미만, 훨씬 더 바람직하게는 1Hz 미만을 갖는다. 따라서 MR 조영제는 바람직하게는 보고자 핵과 짝지을 수 있는 가능한 한 적은 핵스핀이 0이 아닌 원자(보고자 핵 및 p-H₂의 두 양성자를 제외하고)를 함유할 것이다. 그러므로 MR 조영제는 보고자 핵의 3결합내에, 보다 더 바람직하게는 4결합내에 핵스핀이 0이 아닌 핵을 바람직하게는 10 이하, 더 바람직하게는 5 이하, 보다 더 바람직하게는 2 이하, 훨씬 더 바람직하게는 1 이하 함유하며, 특히 바람직하게는 핵스핀이 0이 아닌 핵이 없다. 가장 바람직한 것은 MR 조영제내에 보고자 핵 및 p.H₂로부터의 양성자만이 핵스핀이 0이 아닌 핵인 경우이다. 바람직하게는 사중극성 핵(예.¹⁴N,³⁵Cl 및⁷⁹Br)은 비록 이들이 MR 조영제를 함유하는 조영제의 상대이온이나 다른 용해된 성분으로 존재할 지라도 MR 조영제중에 포함되지 않아야 한다. 바람직하지 못한 핵을 피하기 위해 MR 조영제중에 양성자 대신 중수소를 이용할 수 있다. 따라서 수소화될 불포화결합이 C=C 결합인 경우, 바람직하게는 이것은 -CD=CD- 구조로 존재할 수 있다. 이러한 방식으로 보고자 핵(예. -¹³C-C=C- 구조중의¹³C)으로의 분극 이전이 증가할 것이다. MR 조영제는 바람직하게는 상대적으로 작아야[예. 분자량 500D 미만, 더 바람직하게는 300D 미만(예. 50 - 300D), 이보다 더 바람직하게는 100 내지 200D]하며, 또한 바람직하게는 액체 용매 또는 용매 혼합물, 가장 바람직하게는 물 또는 다른 생리학적으로 허용가능한 용매 또는 용매 혼합물에 가용성이어야 한다. MR 조영제 전구체는 마찬가지로 바람직하게는 상기 용매 또는 용매 혼합물에 가용성이며 바람직하게는 빠른 촉매수소첨가반응, 예를 들어 촉매 2 몰% 이하를 사용하여 1g 전구체/분 이상의 전환속도에서 반응을 할 수 있다. 더구나, 화학적 이동 또는 MR 조영제중의 조영핵으로부터의 nmr 시그널의 훨씬 더 좋은 짝지음 상수는 바람직하게는 생리학적 매개변수(예. 형태학, pH, 대사, 온도, 산소장력, 칼슘농도 등)에 의해 영향을 받아야 한다. 예를 들어, pH에 의한 영향은 일반적 질병 표지로서 이용될 수 있는 반면 대사에 의한 영향은 암에 대한 표지일 수 있다. 다른 한편으로는, 편리하게도 MR 조영제는 보고자 핵인 다른 짝지음 상수 및 화학적 이동을 갖는 물질에 대한 연구하에 검사체안에서 변형된 물질(예. 그의 반감기가 보고자 핵의 10 ×T₁이하, 바람직하게는 1 ×T₁이하인 속도에서)일 수 있다. 이 경우 검사체는 생명이 없거나 있는, 예를 들어 인간 또는 동물, 세포 배양물, 무막 배양물, 화학적 반응 매질 등일 수 있다. 따라서 예를 들어 보고자 핵은 유기체의 생화학적 기계의 작동에 대한 정보를 제공한다. 유기체에서 이 기계는 MR 조영제를 변형시키고 그렇게 하는 가운데 보고자 핵의 화학적 이동 또는 짝지음 상수를 변화시킨다. 이 경우 사용되는 영상처리는 형태학적 상을 생성하는 영상처리과정이라기 보다(또는 이외에) nmr 분광과정일 것이라는 것을 인식할 수 있을 것이다.

MR 조영제는 바람직하게는 수소첨가반응 부위, 예를 들어 이중 또는 삼중 결합에 가까운, 그리고 이완이 늦춰지는 위치에서¹³C 또는¹⁵N, 특히 바람직하게는¹³C가 농축되어야 한다. 또한 본 발명에 따른 바람직한 MR 조영제는 낮은 독성을 보인다.

일반적으로, 수소화 MR 조영제로부터의 MR 시그널을 증가시키기 위해 전구체의 각 분자, 예를 들어 공액불포화계에 1 이상의 불포화 결합을 혼입시키는 것이 바람직하다. 다만 조영제 투여가 곤란하지 않도록 상대적으로 낮은 분자량을 유지할 필요성을 당연히 고려해야 한다. 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체에서 1 이상의 C ≡C 결합이 존재하면 반응속도가 증가하고 따라서 바람직할 것이다. 또한 1 이상의 카르보닐 치환체, 예를 들어 αβ불포화 카르보닐 화합물과의 불포화 탄소-탄소 결합을 갖는 화합물도 바람직하다. 특히 카르보닐-불포화-카르보닐 부분을 갖는 이치환된 비대칭 알킬렌 또는 아세틸렌 기를 갖는 화합물이 바람직하다. 상기 화합물은 반응성이 크고 분극을 더 능률적으로 이용하기 위해 2 이상의¹³C 원자가 혼입되도록 할 것이다.

파라수소와 반응하기만 하면 우수한 MR 영상제제를 형성하도록 가능한 한 많은 상기 고려 변수를 만족시키는 전구체가 발견되었다. 상기 제제는 생체내 및 생체외 용도 둘 다 갖는다.

상기 MR 조영제 및 보고자 핵이 농축된, 즉 보고자 핵의 자연적 동위원소 존재비보다 큰 이들의 전구체는 신규하며 본 발명의 추가적 관점에 해당한다. 이러한 관점들의 최우선 관점을 보면 본 발명은

(i) 수소화될 수 있는 불포화 결합을 포함하고;

(ii) 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 자연적 동위원소 존재비보다 크게 함유하고;

(iii) 바람직하게는 분자량이 1000D 이하, 더 바람직하게는 500D 이하이고;

(iv) 이어지는 수소첨가반응 후에 1 내지 300Hz의 수소첨가반응으로 도입된 수소중 하나에 대한 짝지음 상수를 갖고 100Hz 이하, 바람직하게는 10Hz 이하, 더 바람직하게는 1Hz 이하인 선폭을 갖는 다중선인 상기 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵에 대한 nmr 스펙트럼을 가지는 전구체 화합물을 제공한다.

본 발명의 수소화될 수 있는 전구체 화합물은 바람직하게는¹³C,¹⁵N 또는²⁹Si, 특히¹³C와 같은 I=½인 핵을 상기 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵으로서 함유한다. 또한 앞에서 논의되었던 원하는 특성, 예를 들어 용해도, 다른 I≠0인 핵(이온이라면 비록 이들이 화합물의 상대이온 성분으로 존재할 지라도)의 결핍, 수소첨가반응에대한 반응성 등의 일부 또는 전부를 갖는 것이 바람직하다.

더 나아간 일면에서 보면 본 발명은 또한

(i) 2 이상의 양성자를 함유하고;

(ii) 자연적 동위원소 존재비보다 큰 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 함유하고;

(iii) 바람직하게는 분자량 1000D 이하, 더 바람직하게는 500D 이하이고;

(iv) 1 내지 300Hz의 상기 2이상의 양성자중 하나에 대한 짝지음 상수를 갖고, 100Hz 이하, 바람직하게는 10Hz 이하, 더 바람직하게는 1Hz 이하인 선폭을 갖는 상기 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵에 대한 nmr 스펙트럼을 가지는 보고자 화합물을 제공한다.

다시 한번, 본 발명의 전구체 화합물의 수소첨가반응에 의해 얻어질 수 있는 본 발명의 보고자 화합물은 바람직하게는 예를 들어 용해도, 좁은 선폭, 10 내지 100Hz 범위내의 짝지음 상수, 짝지음 상수 감도, 화학적 이동 감도, 동위원소 성질(isotopic make up) 등의 앞에서 언급된 원하는 특성중 일부 또는 전부를 가질 것이다.

본 발명에 따라 사용되는 MR 조영제에 대한 바람직한 전구체 화합물은 하기 분자 소단위체를 함유한다.

(i) 1 이상의 C = C 또는 C ≡C 결합;

(ii) 핵 스핀 I=0 인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 원자에만 결합되고 I＞½인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 어떤 원자에도 일련의 공유결합으로 연결되어 있지 않은 C = C 또는 C ≡C 결합으로부터 1 또는 2 결합 떨어진 C, N 또는 Si 원자;

(iii) 1 이상의 가용화 부분 즉, 수용성을 분자에 부여하는 작용기, 예컨대 히드록시, 아민 또는 산소산(예. 카르복시)기.

유사하게, 본 발명에 따라 사용되는 바람직한 MR 조영제는 하기 분자 소단위체를 함유한다.

(i) 1 이상의 CH-CH 또는 CH=CH 부분;

(ii) 핵 스핀 I=0 인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 원자에만 결합되고 I＞½인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 어떤 원자에도 일련의 공유결합으로 연결되어 있지 않은 CH-CH 또는 CH=CH 부분으로부터 1 또는 2 결합 떨어진 C, N 또는 Si 원자;

(iii) 1 이상의 수용성 부분 즉, 수용성을 분자에 부여하는 작용기, 예컨대 히드록시, 아민 또는 산소산(예. 카르복시)기.

이러한 기준을 만족하는 화합물을 본 발명에 따라¹³C,¹⁵N 또는²⁹Si의 농축없이 이용할 수 있지만, 농축, 특히 기준 (ii)에 정의된 원자의 상기 동위원소 농축되는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에서 사용되기에 특히 바람직한 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체로는 단순한 불포화산(예. 아크릴산, 크로톤산, 프로피온산, 푸마르산, 말레산 및 HOOC.C≡C.COOH), 특히 불포화결합으로부터 2결합 또는 더 바람직하게는 1 결합 떨어진 카르복시탄소가¹³C 또는 농축¹³C인

불포화산,

사차탄소가 불포화결합으로부터 2 또는 더 바람직하게는 1 결합 떨어진, 바람직하게는 사차탄소가¹³C 또는 농축¹³C인, 예를 들어

인 불포화 사차탄소 화합물,

와 같은 1 이상의 수소첨가 자리를 갖는 화합물, 특히 불포화결합으로부터 2 또는 더 바람직하게는 1 결합 떨어진 탄소가¹³C 또는¹³C 농축된 화합물과

와 같은 다른 화합물 및

이 있다.

[여기서 R₁은

(R₃는 알킬, 히드록시알킬, 아미노, 히드록실 등임)이고, R은 CONHR₂이고 R₂는 경우에 따라서는 산소 또는 질소원자로 치환된 1 이상의 CH₂또는 CH부분을 갖고, 경우에 따라서는 옥소, 히드록시, 아미노, 카르복시 유도체 및 옥소 치환된 황 및 인 원자로부터 선택된 1 이상의 기로 치환된 직쇄 또는 분지쇄 C_1-10-알킬기, 바람직하게는 C_1-5기와 같은 X선 조영제에서 유용한 것으로 알려진 통상적인 친수성 기이다.]

¹³C 농축 MR 조영제는 하나의 특정 위치에(또는 1 이상의 특정위치에) 자연적 존재비를 초과하는 양, 즉 약 1% 이상의¹³C를 갖는다. 특히 상기 단일 탄소 위치는 바람직하게는 5% 이상의¹³C, 더 바람직하게는 10% 이상, 이보다 더 바람직하게는 25% 이상, 특히 바람직하게는 50% 이상, 매우 특히 바람직하게는 99%를 초과하는 양(예. 99.9%)을 가질 것이다.

본 명세서에 식으로 나타낸 이러한 모든 수소화될 수 있는 화합물에서, 양성자 (H)는 아마도 용해시 불안정한 양성자(예. 카르복시 양성자)를 제외하고는 중수소로 치환되는 것이 바람직하다.

또한, 자연적으로 발생하는 유생분자(예. 아미노산, 대사산물, 신경전달물질 등)이거나 이와 유사한 화합물을 수소첨가반응시 생산하는 화합물이 본 발명의 방법에서 사용할 수 있는 MR 조영제 전구체이다.

생화학적 반응의 연구를 위해, 숙신산(시트르산 회로에서 발생함)을 이용하는 것, 특히¹³C 농축 숙신산을 이용하는 것도 흥미로울 것이다.

펩티드/단백질 합성의 연구를 위해, 자연적이든지 또는 인공적이든지, β탄소-Y 탄소 불포화결합의 p-H₂수소첨가반응으로 생성된 아미노산, 특히 카르복시 탄소가¹³C 가 농축된 아미노산을 이용하는 것도 마찬가지로 흥미로울 것이다.

아미드, 아민, 시안화물 및 질소산화물 또는 다른 질소 함유 MR 조영제는 특히 이종고리를 함유하는 고리 질소를 포함하는 화합물로서¹⁵N 보고자 핵에 적합하다.¹⁵N 보고자 핵 조영제의 일례는 아세틸콜린이며 이것은 생리학적으로 변형되고 따라서 대사과정 연구에 이용할 수 있을 것이다. 이러한 조영제는 대응 에틸렌 또는 아세틸렌 불포화 전구체, 바람직하게는¹⁵N이 농축된 것의 p-H₂수소첨가반응으로 만들 수 있다.

마찬가지로 아미노산, 특히 중수소화된 그의 변형물을¹⁵N을 위한 비히클로 사용할 수 있다. 비슷하게 실란 및 실리콘 화합물을²⁹Si를 위한 비히클로 사용할 수 있다.

생체허용성 때문에 사차탄소를 갖는 화합물이 바람직할 수 있다. 양이온성 화합물도 예를 들어 사차 암모늄염도 이용할 수 있다.

특히 바람직한 수소화될 수 있는 또는 수소화된 MR 조영제는 아세틸렌 디카르복실산 디메틸에스테르의 수소첨가반응 산물인 말레산 디메틸에스테르이다.

다른 하나의 유용한 MR 조영제는 메티오닌이고 따라서 불포화 메티오닌 전구체는 전구체 화합물로서 사용하기에 유리할 수 있다.

다른 흥미로운 전구체로는 하기화합물과 같은 아세틸렌 화합물이 있다.

여기서 R은 H 또는 C_1-6알킬이고 R¹은 히드록시알킬 또는 술폰 또는 술폭사이드이다.

대체적으로 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체는 적절한 촉매 존재하에, 경우에 따라서는 가온 또는 가압하에서 수소첨가반응을 하게될 것이다. 본 발명의 방법에서 사용된 수소첨가반응 촉매는 균질 촉매일 필요는 없지만 수소첨가반응동안 전체 수소분자가 주 분자로 옮겨져야 한다. 이러한 기준을 충족할 수 있는 촉매의 예 일부를 표 1에 나타내었다.

이중 또는 삼중결합에 중수소를 이동시키는 수소첨가반응 촉매

촉매	이명(異名)	용해도	비고
(PPh₃)RhCl[(NBD)Rh(Amphos)₂]³⁺(TPPMS)₂RhCl(HEXNa)₂RhCl(OCTNa)₂RhClIrCl(CO)(PPh₃)₂(비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔)[1,4-비스(디페닐포스피노)부탄]로듐(I)테트라플루오로보레이트	윌킨슨 촉매바스카 착화합물	-++++-	제올라이트와 결합시활성화 (12Å)양이온(Cationic)음이온(Anionic)음이온음이온

로듐 촉매, 그중에서도 특히 포스핀기를 갖는 로듐 촉매가 수소첨가반응 단계에서 특히 유용한 것으로 밝혀졌다.

윌킨슨 촉매를 사용하는 에틸렌의 수소첨가반응의 반응 메카니즘은 도 2에 예로서 나타내었다. 고리형 포스핀을 함유하는 상기 촉매를 사용하면 반응 가역성이 낮은 것으로 나타난다.

추가 촉매적 순환은 도 3에 예로서 나타내었다. 촉매에 농축 수소의 산화적 첨가는 일반적으로 일부촉매가 또한 p-H₂및 o-H₂를 상호변환시킬 것이라는 것을 의미하는 평형 단계이다. 따라서 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체는 매우 반응성이 좋은 것을 선택하는 것이 바람직하다.

수소첨가반응 단계를 매우 낮은 자기장에서 수행하는 것이 특히 바람직하다. 바람직하게는 이러한 매우 낮은 자기장은 지구 자기장보다 작다. 즉 50 μT보다 작고, 더 바람직하게는 10 μT보다 작고, 훨씬 더 바람직하게는 2 μT보다 작고(예. 0 내지 1 μT), 특히 바람직하게는 0.3 내지 1 μT이다. 예를 들어 시판되는 자기차폐물(예. 뮤우메탈)을 사용하여 그러한 낮은 자기장을 만드는 것이 가능하다. 보고자 핵(이 경우는¹³C 핵)의 분극도에 대한 자기장의 효과를 도 1에 나타내었다.

수소화된 MR 조영제의 용해도가 얼마나 빨리 투여가능 매질에서 용해될 수 있는가와 이어서 투여할 수 있는가를 결정할 것이 분명하다. 그리고 분극의 한정된 수명을 가정하면 이러한 요인의 중요성이 명백해질 것이다. 따라서 수소첨가반응은 수성 매질에서 쉽게 행할 수 있고 본 발명에서 사용하기에 바람직한 촉매는 물에서 효과적으로 작용하고 물과 농축 수소사이에서 수소원자의 교환을 쉽게 일어나지 않도록 한다. 그렇지 않으면 분극은 쉽게 소실된다. 수용성 로듐 촉매는 바람직한 예 중 하나이다.

수소첨가반응 후에 촉매와 수소화된 MR 조영제의 빠른 분리가 용이하도록 고체물질위에, 예를 들어 촉매결합 고체물질이 반응 후 빠르게 여과되도록 하는 중합체 물질위에 고정된 촉매가 바람직할 수 있다. 공지된 예 중에서 지지체에 공유결합되거나 실리카상에 흡착된 촉매가 본 발명에 유용하다.

수용액으로부터 촉매를 제거하기위한 또 다른 방법은 이온교환수지를 통한 여과 또는 촉매를 보유하고 생성물을 통과시키는 다른 종류의 필터로 제거할 수 있는 수용성 촉매(예. 로듐 촉매)의 존재하에 반응을 전개하는 것이다. 바람직하게는 양이온 촉매의 경우에, 양이온 교환체를 통해 여과할 수 있다. 특히 바람직한 촉매는 양이온 로듐촉매이다. 로듐 촉매는 수소를 한 단위로 한 기재 분자에 옮기므로 H₂/D₂가 뒤섞이는 문제를 피할 수 있다. 그러한 실시태양 중 하나에서 [(NBD)Rh(Amphos)₂]³⁺와 같은 이온교환수지 결합 양이온 착물을 이용한다. 음이온 또는 중성 생성물의 수용액을 여액에서 얻는다. 반대 방법을 물론 음이온성 촉매에 사용할 수 있지만 일반적으로 덜 바람직하다. 중성 촉매는 지용성같은 물리적 특성을 이용하여 MR 조영제로부터 분리할 수 있다. 예를 들어 친유성 촉매(예. 윌킨슨 촉매)를 물/C18 유도 실리카 같은 2상 계에서 또는 물/헵탄 같은 두 비혼화액에서조차도 사용할 수 있다.

수소화 생성물이 불용성인(즉, 침전하는) 비수성 매질에서 수소첨가반응을 하는 것이 유리할 수 있다. 고체 MR 조영제의 증가된 T₁은 투여가능 매질에서 분리 및 이어지는 용해에 더 많은 시간을 소모하게한다. 또한 비수성 매질에서 불용성인 MR 조영제 전구체를 수소첨가반응시킬 수도 있지만 상대적 표면적이 크도록 입자크기가 가능한 한 작아야 한다. 비수성 매질의 이용, 바람직하게는 비자기 활성 핵을 갖는 매질(예. 초임계적 조건하에서 CS₂또는 CO₂)의 이용은 분극된 MR 조영제로부터 극성 손실을 유리하게 줄이고 확장된 범위의 촉매를 사용할 수 있도록 한다.

다른 한 면에서 보면 본 발명은

내부에 반응구역을 갖는 반응실(상기 반응실은 가스 주입구 및 가스 배출구를 가짐);

상기 반응구역의 온도를 조절하기위해 설치된 온도조절기; 및

상기 반응구역 주위에 설치되고 상기 반응구역에서 자기장이 10μT 이하가 되게, 바람직하게는 1μT 이하가 되게 하는데 충분한 자기차폐물을 포함하는 수소첨가반응 장치를 제공한다.

대체로 원통형인 뮤우메탈 차폐물 안에 반응실을 배치하는 것이 편리할 것이다. 이 차폐물은 바람직하게는 몇 개의 동심 층, 예를 들어 자기소거층(예. 구리 호일)으로 둘러싸인 상대적으로 높은 유전율의 뮤우메탈층 및 1 이상의 그 내부층보다 낮은 유전율의 뮤우메탈층으로 차례로 둘러싸인 층을 갖는다. 내부 뮤우메탈층은 바람직하게는 가장 높은 가용 유전율의 뮤우메탈층이다.

각 축 말단에서 원통형 자기차폐물은 바람직하게는 그 축 방향으로 반응구역을 넘어 적어도 차폐물의 내부지름까지 뻗친다. 비록 횡단면은 원형이 바람직할 지라도 원통형 차폐물은 횡단면이 비원형, 예를 들어 탄원 또는 다각형(예. 육각형)의 형태일 수 있다. 횡단면이 비원형인 경우, 반응구역을 넘는 축의 확장은 바람직하게는 적어도 최소 내부 "직경"(예. 육각형 횡단면에 대한 면 대 면 간격)까지지만 더 바람직하게는 적어도 최대 내부 직경(예. 육각형 횡단면에 대한 모서리 대 모서리 간격)까지이다.

반응구역은 예를 들어 아래쪽 가스 주입구로부터 수소가 위로 흐르게하고 수소화될 수 있는 전구체 및 수소화반응 촉매를 함유하는 용액이 아래로 내려가 아래쪽 생성물 배출구를 통하여 반응실로부터 제거되는 비드 층(bed of beads)을 포함한다. 이와는 달리 비드는 생성물 용액이 촉매가 없으며 사용가능한 형태로 존재하도록 그 위에 고정된 촉매를 가질 수 있다. 비드는 바람직하게는 상자성 물질이 없는 중합체, 유리 또는 실리카로 만들어지거나 비자성 금속이다. 비드의 크기 선택(예. 지름 0.5 내지 5mm, 바람직하게는 2mm), 층 깊이 및 수소흐름 방향의 선택에 따라 반응시간(일반적으로 10 내지 60초)이 결정될 것이다. 바람직한 시간 및 층 깊이는 선택된 전구체/촉매 조합에 대한 일상적 실험으로 결정할 수 있다.

온도조절기는 반응실의 반응구역 부분 및 차폐물 안에 위치한 가열/냉각 재킷인 것이 편리할 것이다. 사용 물질은 비자성인 것이 바람직하다. 물- 또는 가스-재킷이 일반적으로 적합하다. 온도감지기는 원한다면 반응구역 내부 또는 반응구역 인접부위에 위치시킬 수 있다.

반응실은 반응구역 위에 전구체 용액 주입구 및 반응구역 밑에 MR 조영제 용액 배출구를 갖는 것이 좋다. 따라서 이러한 실시태양을 이용하는 실험에서 하기 행위를 행한다:

p.H₂농축 수소원(source)을 가수 주입구에 부착한다;

농축 수소로 반응실을 채운다;

원하는 온도의 물을 물 재킷을 통하여 흘린다;

전구체 화합물의 일정량 용액, 바람직하게는 무균 수용액을 반응실 및 농축 수소가 위로 흐르고 있는 미립자 층(bed)에 주입한다; 그리고

층을 통과한 용액을 반응실로부터 빼내는데, 경우에 따라서는 용액을 층밖으로 내보내기 위해 수소흐름 방향을 역으로 한 후에 빼낸다.

촉매가 층 입자에 고정되지 않은 경우에는, 일반적으로 전구체 용액에, 용해되거나 미립자로 된 형태 또는 현탁된 형태로 포함될 것이다. 원한다면 촉매는 생성물 용액으로부터, 예를 들어 침전 및(또는) 여과에 의하거나 촉매에 대한 친화성을 갖는 물질(예. 이온교환수지 컬럼 또는 친유성 표면)에 통과시켜 제거할 수 있다.

촉매의 제거는 분명히 촉매의 특성, 전구체, MR 조영제 및 조영 대상이 살아있는 인간인지 또는 동물인지 또는 그것이 아닌 어떤 것인지에 영향을 받는다. 따라서 무생물에 대해서는, 촉매 제거는 불필요할 것이다. 한 실시태양에서 물과 섞이지 않는 용매중에 녹는 수소첨가반응 촉매가 사용되고 물에서 유기 용매중에 녹지만 물에 좋은 분포상수를 갖는 기재와의 수소첨가반응을 행한다. 기재는 i.v.로 주입된 물로 추출한다. 또 하나의 실시태양에서 수용성 중합체 결합 수소첨가반응 촉매를 사용하고 물에서 수용성 기재와 수소첨가반응을 행한다. 촉매는 i.v. 주사 전에 여과하여 제거한다. 세번째 실시태양에서는 고체 중합체결합 수소첨가반응 촉매를 사용하고 수용성 기재와 물에서 수소첨가반응을 행한다. 촉매는 i.v. 주사 전에 여과하여 제거한다. 네번째 실시태양에서는 고체 중합체결합 수소첨가반응 촉매를 사용하고 수용성 기재와 물에서 수소첨가반응을 행한다. 촉매는 i.v. 주사 전에 여과하여 제거한다.

생성물 용액은 바람직하게는 주사기 몸체안으로 밸브를 통하여 통로로 빼낸다. 그리고나서 주사기는 MR 조영제 투여, 예를 들어 대상 인간 또는 동물에 주사하는데 이용할 수 있다. 주사기의 내벽 및 수소화 MR 조영제에 의해 접촉된 장치 요소는 실질적으로 상자성(그리고 강자성 및 준강자성)물질이 없는 것이 바람직하다. 마찬가지로 수소첨가반응 및 투여사이에 어떤 표면과의 MR 조영제의 접촉시간은 최소로 유지되어야 한다.

바람직한 실시태양에서, 본 발명의 장치는

(i) 농축 수소, 바람직하게는 냉각된, 예를 들어 액체 형태로 냉각된 농축 수소의 저장실;

(ii) 미립자 층(bed)을 포함하는 반응구역을 갖고 상기 층 아래에 제1 가스 주입구, 상기층 위에 제1 가스 배출구, 상기층 위에 용액 주입구 및 상기층 아래에 용액 배출구 및 바람직하게는 상기층 위에 제2 가스 주입구 및 경우에 따라 상기층 아래에 제2 가스 배출구(경우에 따라 용액 배출구가 가스 배출구로 작용하기 때문)를 갖는 반응실;

(iii) 반응실 안의 상기 저장실로부터 상기 제1 가스 주입구까지의 가스관, 경우에 따라 거기를 통과하는 가스 흐름 온도를 올리기위한 가열기도 갖추고 상기 제1 가스 주입구에 보다는 상기 제2 가스 주입구에 직접 가스를 보내는 밸브를 갖춘 가스관;

(iv) 온도 조절기, 예를 들어 적어도 상기 반응구역에서 상기 반응실 주위에 위치한 물 또는 가스 재킷; 및

(v) 적어도 상기 반응구역에서 상기 반응실 주위에 위치한 자기차폐물을 포함한다.

반응실의 주입구 및 배출구는 각각 바람직하게는 밸브 또는 적당한 격벽 및 부착 용기를 위한 수단, 예를 들어 수소 저장실, MR 조영제를 넣기 위한 주사기, 전구체 용액을 포함하는 주사기, 및 사용된 수소를 넣기 위한 저장실(재순환을 위해)을 갖춘다.

상기 장치는 MR 영상 장치 가까이에, 예를 들어 농축 수소의 제조 장소(일반적으로 먼)로부터 공급된 pH₂농축 수소 저장실을 사용하면서 조영제를 "현장에서" 제조할 수 있도록 배치될 수 있다.

별법으로는, 전구체와 수소를 반응구역으로 기체상으로 도입시키면서 그리고 소비된 기체를 (여전히 기체상태인)수소, 전구체, MR 조영제, 및 수소화 촉매를 분리하기 위해 냉각하면서 기체상 반응을 위한 장치를 배치할 수 있다. 끓는점이 다르므로 조영제, 전구체 및 적당한 촉매를 MR 조영제의 경우 임의적 조제(예. 적합한 액체 매질중에 용해) 및 투여를 위해 그리고 다른 성분의 경우 재순환 또는 그에 이은 재사용을 위해 분리하여 모으고 제거할 수 있다. 촉매는 표면(예. 층중의 비드 또는 평형 모세관 다발중의 모세관의 표면)상에 고정시킬수 있거나 기체로서 또는 비말동반된 소액적 또는 미립자로서 기체류에 포함시킬 수 있다. 반응의 적절한 진행을 확실히 하기 위해, 반응구역을 자기차폐물안에 나선형 또는 그와 유사한 형태로 배치할 수 있고 가온 및 가압상태에서 반응을 수행할 수 있다. 기체상에서 수소첨가반응을 행하기위해 배열된 차폐물, 반응실, 온도조절기, 가스 주입구, MR 조영제 분리기(예. 응축기) 및 가스 배출기로 구성된 장치는 본 발명의 추가적인 면에 해당한다.

본 발명의 방법의 한 실시태양에서, 분극된 (수소화된) MR 조영제는 저온에서 저장(예. 냉동된 형태)할 수 있다. 일반적으로, 저온에서 분극상태는 길게 유지되므로 분극 MR 조영제를 용이하게 저장(예. 액체 질소중에서)할 수 있다. 투여 전에 MR 조영제는 적외선 또는 마이크로파 조사같은 통상적 기술을 이용하여 생리학적 온도까지 빠르게 데울 수 있다.

추가적 면으로부터 보면 본 발명은 1 이상의 생리학적으로 허용가능한 담체 또는 부형제와 함께 MR 조영제, 수소가 아니고 I=½인 동위원소(예.¹³C,¹⁵N 또는²⁹Si)의 핵을 함유하는 상기 조영제, 바람직하게는 자연적 존재비보다 높은 비율로 같은 조성물중 21℃에서 상기 핵이 그의 nmr 시그널 강도가 0.1T 이상, 더 바람직하게는 25T 이상, 특히 바람직하게는 100T 이상, 아주 특히는 450T 이상의 자기장에서 달성할 수 있는 시그널 강도와 동등한 수준인 점에 특징이 있는 생리학적으로 허용가능한 MR 조영제 조성물을 제공한다. 바람직하게는 조성물은 생리학적 허용 온도(예. 10 - 40℃)에서 무균이고 안정하다.

분극은 다음식으로 표현된다.

여기서 평형상태는 다음과 같다.

여기서 Nα는 핵스핀 상태 α중의 스핀 수이고(예. +½);

Nβ는 핵스핀 상태 β중의 스핀 수이고(예. -½);

Y는 문제의 동위원소(예.¹³C) 핵에 대한 자기회전비이고;

는 2π로 나눈 플랑크 상수이고;

B_o는 자기장이고;

k는 볼쯔만 상수이고;

T는 켈빈 온도이다.

따라서 P는 최대값 1(100% 분극) 및 최소값 0(0% 분극)을 갖는다.¹³C에 대한 저자계 파라수소 수소화반응법으로 얻을 수 있는 최대 분극은 약 0.5MT에 해당한다.

본 발명의 방법은 MR 조영제가 충분히 분극 상태를 유지하는 시간 내에 수행해야 하기 때문에 한 번 수소첨가반응을 행하고 원하거나 필요하다면 촉매를 제거하고 MR 조영제의 투여를 급속도로 행하고 MR 측정을 그 직후에 하는 것이 바람직하다. 이것은 시료(예. 신체 또는 기관)가 분극이 일어나는 근처에서 유용하다는 것을 의미한다. 이것이 불가능하다면, 물질을 저온에서 적절한 곳으로 옮겨야 한다.

MR 조영제에 대한 바람직한 투여 루트에는 비경구적, 예를 들어 농축괴(bolus) 주입, 정맥주사 또는 동맥내 주입 또는 폐가 조영되어야 하는 경우 스프레이, 예를 들어 연무제 분사가 있다. 경구 또는 직장 투여도 이용할 수 있다.

MR 조영핵이 양성자가 아닌 경우(예.¹³C)에는, 본질적으로 배경 시그널로부터 간섭이 없고(¹³C,¹⁵N,²⁹Si 등의 자연적 존재비가 무시됨) 영상 콘트라스트가 쉽게 높아질 것이다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 만들어진 영상에 충분한 공간적 청감보정(weighting)을 제공할 수 있는 이점이 있다. 사실상, 분극된 MR 조영제의 시료의 선택 부위에의 투여(예. 주사로)는 콘트라스트 효과가 일반적으로 그 부위에 편재된 것을 의미한다. 물론 정확한 효과는 MR 조영제가 크게 분극된 상태로 남아있는 기간에 대한 생체분포(biodistribution)의 정도에 의존한다. 일반적으로, MR 조영제가 투여되는 특정 체 부피(즉, 혈관계같은 관심 부위)는 이러한 부피내에서 결과로서 생기는 영상의 잡음 특성에 대한 증대된 시그널을 가지고 한정될 것이다.

게다가, 탄소의 Y인자는 1T에서 라모진동수 약 10MHz를 발생시키는 수소에 대한 Y인자의 약 ¼이다. 따라서 이롭게도¹H 영상에서보다 환자에게서의 rf-흡수는 작다. 분극된¹³C 핵을 함유하는 MR 조영제의 더한 이점은 생리학적 변화에 대한 반응, 예를 들어 pH 또는 온도에 반응하여 화학적 이동에서의 큰 변화를 이용할 수 있는 능력이다.

한 바람직한 실시태양에서, 본 발명에 따른 방법에서 얻어지는 영상을 이중 인화하는 구조적(예. 해부학적) 정보를 제공하기위해 시료(예. 몸)의 "본래의 상"을 만들 수 있다. 그러한 본래의 상은 일반적으로 몸안의¹³C의 자연적 존재비가 낮기 때문에 조영핵이¹³C인 경우 이용할 수 없다. 따라서 본래의 상은 본 발명의 방법에 대한 추가적 단계에서 양성자 MR 영상으로서 쉽게 만들 수 있다.

MR 조영제는 통상적인 제약학적 또는 수의학적 담체 또는 부형제와 제제화할 수 있다. 본 발명에 따라 제조되고 사용되는 MR 조영제 제제는 MR 조영제 외에, 인간의 또는 수의학상 의약에서 치료상 또는 진단학상 조성물에 통상적인 제제화 보조제를 포함하지만 깨끗하며 무균이고 상자성, 초상자성, 강자성 또는 준강자성 오염물질이 없을 것이다. 따라서 제제는 예를 들어 안정제, 항산화제, 중량오스몰농도 조절제, 가용화제, 유화제, 증점제, 완충제 등을 포함한다. 바람직하게는 상기 제제화 보조제의 어느것도 상자성, 초상자성, 강자성 또는 준강자성이 아니다. 제제는 비경구적(예. 정맥주사 또는 동맥내로) 또는 장의(예. 경구 또는 직장의) 적용, 예를 들어 외부적 방출도관(폐, 위장관, 방광 및 자궁같은)을 갖는 체강(體腔)으로 직접 적용에 또는 심혈관계로 주사 또는 주입에 적합한 형태일 수 있다. 그러나 일반적으로 생리학적으로 허용가능한 담체(예. 물)중의 용액, 현탁액 및 분산액이 바람직하다.

생체내 영상을 위한 용도에서, 제제(바람직하게는 실질적으로 등장(等張)인)는 조영 부위에서 1 마이크로몰 내지 1M 농도의 MR 조영제를 수득하기에 충분한 농도로 쉽게 투여할 수 있다; 그러나 정확한 농도 및 투여량은 물론 독성, MR 조영제의 기관 표적 능력 및 투여 경로같은 일정 범위의 인자들에 의존한다. MR 조영제의 최적 농도는 여러 요인들 사이의 균형을 의미한다. 일반적으로, 최적 농도는 대부분의 경우에 0.1mM 내지 10M, 특히 0.2mM 내지 1M, 더욱 특히는 0.5 내지 500mM의 범위에 있다. 정맥내 또는 동맥내 투여를 위한 제제는 바람직하게는 10mM 내지 10M, 특히 50mM 내지 500mM의 농도로 MR 조영제를 함유한다. 농축괴 주입을 위한 농도는 0.1mM 내지 10M, 바람직하게는 0.2mM 내지 10M, 더 바람직하게는 0.5mM 내지 1M, 더욱 더 바람직하게는 1.0mM 내지 500mM, 훨씬 더 바람직하게는 10mM 내지 300mM일 수 있다.

물론 비경구적 투여가능한 형태는 무균이어야 하고 생리학적으로 허용되지 않는 제제 및 상자성, 초상자성, 강자성 또는 준강자성 오염물질이 없어야하고, 자극 또는 투여에 따른 다른 역작용을 최소화하기위해 낮은 중량오스몰농도를 가져야 하며, 따라서 제제는 바람직하게는 등장이거나 약간 고장(高張)이어야한다. 적합한 비히클에는 염화나트륨용액, 링거용액, 포도당 용액, 포도당과 염화나트륨 용액, 유산(乳酸) 링거액 및 문헌[Remington's Pharmaceutical Sciences, 15판., Easton: Mack Publishing Co., pp.1405-1412 및 1461-1487(1975)]과 문헌[The National Formulary XIV, 14판. Washington: American Pharmaceutical Association(1975)]에 기재된 다른 용액들과 같은 비경구 투여용액에 관습적으로 사용되는 수성 비히클들이 있다. 조성물은 방부제, 항균제, 비경구적 용액에 통상적으로 사용되는 완충액 및 항산화제, 부형제 및 MR 조영제와 병용가능하고 생성물의 제조, 저장 또는 이용을 방해하지 않는 다른 첨가제를 함유할 수 있다.

MR 조영제가 주입되는 경우, 분극이 이완을 통해 상실되기 전에 더 넓은 혈관 수형도를 볼 수 있도록 일련의 투여 부위에서 동시에 주입하는 것이 편리할 수 있다. 동맥내 주입은 혈관조영상 작성에 유용하고 정맥내 주입은 더 대형인 동맥 및 혈관수형도를 조영하는데 유용하다.

본 발명의 방법에 따라 사용된 MR 조영제의 투여량은 사용된 MR 조영제, 관심 조직 또는 기관, 및 측정장치의 특성에 따라 변할 것이다. 감지가능한 콘트라스트 효과를 달성할 수 있는 한 적은 투여량을 유지하는 것이 바람직하다. 대체적으로 투여량은 대략 LD₅₀10%, 즉 1 내지 1000mg/kg, 바람직하게는 2 내지 500mg/kg, 특히 3 내지 300mg/kg의 범위가 될 것이다.

일단 MR 조영제를 검사체에 투여하면, MR 시그널 검출 방법은 통상적인 MR 스캐닝으로부터 잘 알려진 방법을 사용한다. 고속단사영상연쇄배열(fast single shot imaging sequence) 즉, EPI, RARE 또는 FSE를 이용하는 것이 좋다.

통상적인¹H-nmr 영상에서, MR 시그널의 원인이 되는 분극은 MR 영상 기기의 일차 자석의 자기장에서 평형 분극으로부터 유도한다. 영상연쇄배열 후, 이러한 분극(z 방향으로의 자화)은 T₁이완으로 회복된다. MR 시그널이 보고자 핵(예.¹³C,³He,¹²⁹Xe,¹⁵N,²⁹Si 등)의 과분극으로부터 유도되는 경우 콘트라스트에 의해 과분극은 회복될 수 없고 90°RF 펄스에 이어지는 MR 시그널은 연속된 180°RF 펄스에 의해 회복되어야 한다.

다만 파라수소와의 수소첨가반응으로부터 과분극이 일어나는 경우 z방향 자화는 반대 부호(극성)의 자화(+M_o및 -M_o)를 갖는 두 상태밀도로 분할된다. 바람직한 영상연쇄배열에서 90°RF 펄스뒤에 180°RF 재집속(refocussing) 펄스를 반향시간에서 두 성분이 평행(동위상)이 되도록 시간조절을 해야한다. 90°RF 펄스와 시간 분리 TE = 2τ에서 일어나는 연속적인 180°RF 펄스를 갖는 맨처음 180°RF 재집속 펄스사이에서 Δτ+ τ의 초기 지연으로 이것을 달성할 수 있다. Δτ는 여기서 값 1/(2J) 를 가진다. 여기서 J는 보고자 핵에 대한 짝지음 상수이다. N 180°RF 펄스 전체가 요구되는데 여기서 N은 위상코드화 방향에서 영상 매트릭스 크기이다. 시그널 검출은 180°RF 펄스 사이에서 일어난다. 짝지음 상수 J 때문에, 변조를 원치 않는다면 표본추출 시간 길이에 한계가 있고 따라서 영상의 위상 방향에서 고스트를 피해야 하며, 표본추출 시간은 1/(4J)를 넘지 않아야 한다. 대체적으로 표본추출 시간은 1 내지 8ms일 것이다. 반향간 시간은 잡음에 대한 최대 시그널을 확실히 하도록 기술적으로 가능한 한 표본추출시간을 작게 초과해야 한다. 이러한 영상연쇄배열의 도해를 도 9에 나타내었다.

표준 CPMG-연쇄배열에서, 180°RF 펄스는 90°RF 펄스에 상대적으로 π/2 만큼 이동상이다. 예를 들어 90°x - 180°y - 180°y - ...; 이러한 배열은 상기 영상연쇄배열에 바람직하다.

따라서 초기 집속 지연을 이용하는 것은 파라수소와의 수소첨가반응으로 얻어지는 역평행 공명선을 갖는 조영제로 조영하는 것을 용이하게 한다.

이와는 다른 접근법으로서, 보고자 핵 주파수에서 180°RF 펄스(180°RF_x)와 양성자 주파수에서 180°RF 펄스(180°RF_H)를 동시에 적용하여 문제를 처리할 수 있다. 180°RF_H펄스의 효과는 180°RF_x펄스로 이것을 재집속하기위해 J-짝지음의 부호를 바꾸는 것이다. 두 자화 성분으로부터 반향 시그널은 점진적으로 서로 상쇄시키기보다는 보강하기 시작하고, 충분한 상기 180°RF_H펄스 및 180°RF_x펄스 뒤에, 상기 두 자화 성분은 평행(동위상)이 될 것이다. 그 후 더 이상의 180°RF_H펄스는 필요하지 않다. 상기 두 성분 +M_o및 -M_o는 시간 T = 1/(2J) 후에 동위상이 될 것이다. 180°RF_H펄스 사이의 간격이 2τ라면 요구되는 180°RF_H펄스의 수는 n이며 여기서 2nτ= 1/(2J), 즉 n = 1/(4Jτ)이다. τ는 n이 정수가 되도록 선택할 수 있다. 다른 한편으로는, TE는 1/(2nJ)로 맞추어진다.

표준 CPMG-연쇄배열에서, 180°RF 펄스는 90°RF 펄스에 상대적으로 π/2 만큼 이동상이다. 상기 영상연쇄배열(RARE 연쇄배열의 파생법인)에서, 180°RF_x펄스는 90°RF_x펄스와 같은 위상이다.

도 17에 도시된 상기 연쇄배열을 이용하여, 종방향 자화는 연쇄배열의 처음에 단일 90°RF_x펄스에 의해 xy평면으로 바뀐다. 따라서 과분극 보고자 핵의 완전한 자화는 영상 조영에 유용하다. 저플립각 RF 펄스를 이용하는 연쇄배열과 비교하여 잡음 대 시그널에서의 이득은 대략적으로 10배 까지이다. 더구나 시그널은 두 역평행 공명선을 갖고 비대칭적 반향을 필요로하지 않는 계(즉, 스핀 반향 및 그래디언트 반향이 정렬되지 않는 계)로부터 얻을 수 있다. 이것은 비대칭 반향의 이용이 영상연쇄배열을 자기장 비균질성에 대해 감도를 좋게하고 결국 영상 아티팩트를 만들기 때문에 좋다.

연쇄배열이 그래디언트 반향 펄스 연쇄배열 및 RF 펄스에 대한 초저 플립각에 기초하는 경우, 과분극 비활성 기체에 가장 일반적으로 이용되는 연쇄배열은 파라수소 과분극 보고자 핵에 이용되고, 1/(2J)의 반향시간 TE가 요구되며 전체 취득시간 N/2J가 되는데 여기서 N은 영상 매트릭스 부호이다. n 180°RF_H펄스가 J 결합의 크기를 바꾸는데 이용되고 J 결합의 재집속을 막는 경우에는, 반향시간은 1/(2nJ)이고 영상 취득시간은 N/(2nJ), 즉 n 인자에 의한 환산이다. 주사시간에서의 이 환원은 T₂이완때문에 시그널 손실을 감소시키므로 이득이 된다. 예를 들면, 매트릭스 크기가 256이고 J-결합이 25Hz라면 단일 슬라이스에 대한 주사시간은 그래디언트 반향 연쇄배열이 이용된다면 5s 이상이다. 도 9의 영상연쇄배열을 이용하는 경우, 전체 취득시간은 N(2τ)인데, 영상기에 의존하여 예를 들어 0.5 내지 2.5초로 감소할 수 있다. 위에서 논의된 도 17의 RARE-파생 연쇄배열을 이용하여, 주사시간을 2.5s(n=2) 또는 1.7s(n=3) 등으로 감소시킬 수 있다. (RARE 연쇄배열 및 영상 과분극 기체에서 사용된 연쇄배열은 헤니히(Hennig)등의 문헌[Magn. Reson. Med 3: 823-833 (1986)] 및 차오(Zhao) 등의 문헌[Nucl. Instrum. 및 Meth. in Phys. Res. A402: 454-460 (1998)]에 기재되어 있다.)

본 발명의 방법은 또한 불포화결합의 파라수소 수소화반응에 의해 도입된 수소 과분극을 이용하는¹H 자기공명영상에 이용할 수 있다. 여기서, 위상으로 +M_o및 -M_o자화 성분을 가져오는 영상연쇄배열을 이용하는 것이 바람직하고, 생성되는 MR 조영제에서 함께 결합 상태로 남는 원자사이에 불포화 결합이 있는 것이 바람직하다.

본 명세서에서 언급한 모든 문헌의 내용은 참고로 여기에 인용하고 있다.

더 나아가 하기의 비제한적인 실시예 및 동반 도면을 참조하여 본 발명의 실시태양을 기재한다.

도 1은 파라수소가 농축된 수소와의 수소첨가반응이 일어나는 자계강도에 대한 보고자 핵(J₁₂= 10.65Hz, J₁₃= 0.3Hz 및 J₂₃= 15.5Hz를 갖는 AA'x 스핀 시스템에서)의 분극도 증대를 나타낸 것이다.

도 2 및 3은 전구체 화합물의 촉매화 수소첨가반응의 반응도이다.

도 4는 팬톰의 도면이다.

도 5 내지 7은 도 4의 팬톰의 모의 MR 영상이다.

도 8은 자기차폐된 반응 구역에서 수소첨가반응에 대한 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.

도 9는 RARE 파생 영상연쇄배열의 개략도이다.

도 10 및 11은 쥐 위장의¹³C MR 영상이다.

도 12는 쥐 위장의¹H-MR 영상이다.

도 13은 쥐 위장의¹H-MR 영상 위에 쥐 위장의¹³C MR 영상을 중첩한 중복상이다.

도 14는 자연적 존재비로¹³C를 함유하는 조영제를 함유하는 팬톰의 표준 RARE-연쇄배열을 이용하여 얻어지고 저자계(마이크로테슬라)에서 파라수소에 의해 수소화된¹³C-MR 영상이다.

도 15는 도 12에 해당하지만 지구 자기장에서 수소첨가반응을 행한 영상이다.

도 16은 도 12에 해당하지만 수소첨가반응을 지구 자기장에서 행하고 사용된 영상연쇄배열이 수정된 상기 RARE-상생된 것인 영상이다.

도 17은 수정 RARE 영상연쇄배열의 개략도이다.

도 8에 대해 말하면, 수소첨가반응 장치(1)은 일반적으로 원통형 유리 반응실(2), 예를 들어 5 내지 50mm 내부 직경의, 반응구역을 한정하는 유리 비드의 층(3)을 포함하며 주입구(4a) 및 배출구(4b)를 갖는 자동온도조절장치를 단 물 재킷(4)으로 둘러싸인 반응실 및 네개 층 자기차폐물(5)로 구성된다. 반응실은 위 꼭대기가 고무 격벽(7)로 막혀있고 바닥에 배출구 밸브(8)가 있다. 파라수소 원(보이지 않음)은 밸브(10)의 위치에 따라 층(3)의 위 또는 아래에 반응실로 이를 수 있는 가스관(9)에 접해있다. 수소첨가반응동안, 파라수소는 밸브(11) 및 배출구(12)를 통해 반응실로부터 배출시킬 수 있다. 전구체 화합물 및 촉매를 격벽을 뚫을 수 있는 바늘을 가진 주사기(13)를 이용하여 반응실로 도입할 수 있다.

사용 전, 42℃ 물을 10분 이상 물 재킷을 통하여 순환시킨다. 밸브(11)을 열고 밸브(10)은 주입구(14 및 15)중 더 낮은(14)곳을 통하여 반응실로 파라수소가 흐르게 하기 위한 위치에 위치시킨다. 밸브(8)은 닫는다. 파라수소의 유동을 개시한다. 반응실 내부 지름이 15mm 이고 비드의 지름이 3mm인 경우 130mL/분의 유동이 적합하다. 30초 후, 전구체 및 촉매의 용액을 격벽(7)을 통해 주입할 수 있다. 수소화반응 종결 후, 예를 들어 40초 후, 밸브(10)을 파라수소 유동을 위쪽 주입구 (15)를 통해 반응실로 흐르도록 이동시키고 밸브(8)을 열고 밸브(11)을 닫는다. 밸브(8)을 통해 나오는 용액을 모은다.

실시예 1

(1) 폐 조직내부 1 기압에서 헬륨을 사용하여 만든 He-영상, (2) 과분극 H₂를 사용하여 만든¹³C-영상 및 (3) "표준" 콘트라스트 증대 양성자 영상에서 기대되는 SNR을 비교하기 위해 실험을 하였다. 모든 계산은 스웬덴 말뫼(Malmoe)에 있는 Nycomed Innovation에서 개발한 MRI-모의 소프트웨어를 이용하여 수행하였다. 계산방법은 MRI에서 조영에 관한 k-space formalism(페터슨(Petersson)등의 문헌[Mag. Res. Imaging, 11: 557-568. 1993]) 및 multi dimensional description(페터슨 등의 문헌[Mag. Res. Imagin, 15: 451-467. 1997])에 기초하였다.

도 4에 따른 수학적으로 정의된 팬톰을 모든 계산 입력에 사용하였다.¹³C는 농축괴로 가정했고 자화정도를 수소에 사용된 정도의 5배로 올렸다. 50% 분극으로 추정하였고 농도는 45.0mM이었다.¹³C에 대한 이완기는 T₁= 100s 및 T₂= 2s 이었다. 양성자 이완기는 1.5T에서 알아낸 것이다. 조영제를 함유하는 혈액은 농축괴 추적기술을 이용할 때 알아낸 이완기를 이용한다. 과분극 헬륨을 1기압에서 기체상으로 존재한다고 가정하였고 폐안에 기체가 존재할 때 이완기를 베체트 (Bachert)등의 문헌[Magn. Res. in Medicine, 36: 192-196 (1996)]에 따라 선택하였다.

짧은 T₂(T₂ ^★)는 높은 확산계수(D2cm²s^-1)에 기인한다. 헬륨의 자화 정도를 수소에 사용된 것보다 16배 정도로 올렸다. 50% 분극으로 추정하였고 농도는 45.0mM이었다.

두개의 다른 펄스연쇄배열을 사용하였다. 고속 그래디언트 반향 연쇄배열(FLASH)를 수소 영상 및 헬륨 영상을 만들기 위해 사용하였다. 수소 펄스연쇄배열 파라미터는 TR/TE/α= 8ms/2ms/30°이었고 헬륨 펄스연쇄배열은 8ms/2ms/3°이었다. He-자화의 증대 이득은 영상화 과정동안 이러한 방식으로 나눈다.

RARE (고속 스핀 반향)연쇄배열을¹³C 영상을 만들기 위해 사용하였다. 게이팅을 이용하는 심장 조영시 알아낸 상황을 모의하기 위해 8 인터리브를 사용하였다.¹³C 자화는 헬륨 자화와 같은 방식으로 행하였다. 즉, 영상화 과정동안 T₁-이완으로 인한 새로운 자화를 발생시키지 않았다. 계산 동안¹³C 를 농축괴 형태로 만들었고 펄스연쇄배열에서 인터리브사이에 들뜬 자화를 새로운 자화로 대체하였다. 정지된 목적물을 조영했다면 연쇄배열을 시그널 진폭에서 어떠한 손실도 없이(긴 T₂값 때문) 단사 연쇄배열로 행할 수 있었다.

결과

수소

양성자 영상(도 5)에서, 헬륨 및¹³C가 나타나지 않는다. 혈액 및 조영제로부터의 시그널이 밝게 나타난다. 짧은 TR 및 상대적으로 높은 플립각은 영상을 강하게 T₁-가중이 되게 한다. 조영제가 없는 근육 및 혈액은 어둡게 나타난다. ROI에서의 시그널 진폭은 129이었고 SNR = 107이었다.

헬륨

헬륨-영상(도 6)에서 양성자 및¹³C가 나타나지 않는다. 헬륨으로부터의 시그널은 밝게 나타나고 다른 조직으로부터의 배경은 존재하지 않는다. 짧은 TR 및 상대적으로 높은 플립각은 정상적 양성자 영상에서 스핀 음영 영상으로 간주되는 영상을 발생시켰다. ROI에서의 시그널 진폭은 347이었고 SNR = 289이었다.

카본-13

¹³C-영상(도 7)에서 양성자 및 헬륨이 나타나지 않는다.¹³C으로부터의 시그널은 밝게 나타나고 다른 조직으로부터의 배경은 존재하지 않는다. 선택된 RARE 연쇄배열은 T₂-가중으로 간주할 수 있을 것이다. 다중 숏 기술을 이용하여 영상을 만들지만 단사 버전도 같은 시그널 진폭을(긴 T₂-값 때문에) 보일 것이다. ROI에서의 시그널 진폭은 2605이었고 SNR = 1737이었다.

결론

발생 시그널 진폭 및 SNR 값은 폐 영상에서 조영제로서 이미 인식되어 있는 헬륨의 유용성을 보여준다. 혈액에 상기 기체가 용해된다면 시그널 진폭은 상당히 떨어질 것이다(마틴(martin)등의 문헌[J. Mag. Res. Imaging, 1997, 7, 848-851]).¹³C 영상은 농축 수소의 분극이 적절한 유기분자중의¹³C-원자로 옮겨질 때 높은 SNR을 갖는 영상이 만들어진다는 것을 보여준다. 긴 T₁및 T₂때문에, 현대의 고속 단사 연쇄배열을 사용할 수 있다.¹³C-유체가 농축괴로 작용할지라도 긴 T₁은 그것이 i.v 주사로 투여될 때 조차도 적당한 시그널 진폭 손실만을 갖고 심장에 다다르는 것을 가능하게 한다.

실시예 2

하기 반응을 수행하여 언급된 증대 효과를 얻었다.

(A) Ph-C≡CH + 파라수소 및 균질 로듐 촉매(약 200 의¹H 증대 및 약 20초내에 20% 전환).

(B) EtOOC-C≡C-COOEt + 파라수소 및 균질 로듐 촉매, 약 20초내에 약 100% 시스 C=C 생성물로 전환 및 약 x 500의¹³C 증대.

(C) R-CH=CH-COOH + 파라수소 및 물중의 로듐촉매 결합 수지, 8분내에 RCH₂CHCOOH로 약 75% 전환(여기서 R은 H 또는 COOH).

실시예 3

파라수소 시그널의 저자계 증대

자연적 존재비의¹³C를 갖는 아세틸렌 디카르복실산 디메틸 에스테르(0.5g) 및 중수소아세톤 (5ml)의 용액중의 (비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔)[1,4-비스(디페닐포스피노)부탄] 로듐(I) 테트라플루오로보레이트 (0.12mmol)를 적소에 자기스크린을 갖는 도 8과 관련하여 상기에서 설명한 수소첨가반응 반응기에서 재킷 온도 42℃로 40초 동안 파라수소에 농축된 수소기체(50%)와 수소첨가반응을 하였다.

상기 용액을 nmr-튜브에 옮기고 (연속되는 90°펄스) 반응종결 후 20초 내에 7T NMR-분광기안의¹³C 주파수에서 스펙트럼을 기록하였다. 시그널의 강도를 표준 시료와 비교하고 25°및 7T에서 열역학적 시그널의 1500배임을 알았다. 그러한 크게 분극된 시료상에서 적절한 들뜸을 수행할 수 있도록 NMR-프로브를 꽤 낮게 맞추는 것이 필요했다.

또 다른 실시태양에서 시료 용액을 유리병에 옮기고 표준 RARE-연쇄배열을 이용하여 조영하였다. 그 결과를 도 14에 나타내었다. 비교로서 새로운 시료를 주위 자계(80 마이크로테슬라)에서 수소화하였고 동일한 조영방법을 행하였다. 아무런 시그널도 검출되지 않았다. 결과는 도 15에 나타내었다.

실시예 4

팬톰에서 파라수소 증대 시그널의 영상

자연적 존재비의¹³C를 갖는 아세틸렌 디카르복실산 디메틸 에스테르(6mmol) 및 중수소아세톤(10ml)의 용액중의 (비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔)[1,4-비스(디페닐포스피노)부탄] 로듐(I) 테트라플루오로보레이트 (0.23mmol)를 자기스크린이 제거된 도 8과 관련하여 상기에서 설명한 수소첨가반응 반응기에서 재킷 온도 42℃로 40초 동안 파라수소에 농축된 수소기체(50%)와 수소첨가반응을 하였다.

시료를 유리병에 옮기고 영상 자석의 자석안에 두었다. 그리고 반응종결 후 30초내에 화상을 기록하였다. 푸리에변환 후에 도 16에 보이고 있는 영상을 얻었고 표준 시료로 보정 후에 시그널 증대를 계산하였는데 2.4T 및 20℃에서 평형상태에서 얻어지는 분극의 225배이었다. 앞에서 언급했고 도 9에서 도식적으로 보여준 특정 펄스연쇄배열을 사용하였다(90x-19.2ms, 5ms-(180y-10ms)x64). 집속 지연을 19.2ms에 맞추었고 반향간 지연을 10ms에 맞추었다.

실시예 5

쥐에게서 파라수소 증대된 시그널의 영상

아세틸렌 디카르복실산 디메틸 에스테르-1-¹³C(99%) (6mmol) 및 중수소아세톤 (10ml)의 용액중의 (비시클로[2.2.1]헵타-2,5-디엔)[1,4-비스(디페닐포스피노)부탄] 로듐(I) 테트라플루오로보레이트 (0.23mmol)를 자기스크린을 제거한 도 8과 관련하여 상기에서 설명한 수소첨가반응 반응기에서 재킷 온도 42℃로 40초 동안 파라수소에 농축된 수소기체(50%)와 수소첨가반응을 하였다.

수소화된 시료를 주사기에 옮기고 쥐의 위장으로 주사하였다. 그리고나서 쥐를 영상 자석안에 두고 상기와 같은 펄스연쇄배열을 이용하여 화상을 기록하였다. 참고로서, 동일한 위치에서 쥐의 양성자 영상도 얻었다. 조영제의 이완 후 펄스연쇄배열을 반복하는 대조 실험도 행하였다. 이 경우 어떤 영상도 검출되지 않았다. 결과를 도 10 내지 13에 나타내었다.

Claims

(i) 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 함유하는 수소화될 수 있는 MR 조영제 전구체와 파라수소 농축 수소를 반응시켜서 수소화된 MR 조영제를 제조하는 단계;

(ii) 상기 수소화된 MR 조영제를 시료에 투여하는 단계;

(iii) 상기 수소화된 MR 조영제에서 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 핵스핀 전이를 들뜨게 하기 위해 선택된 주파수의 방사선에 상기 시료를 노출시키는 단계;

(iv) 상기 시료로부터 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 자기공명 시그널을 검출하는 단계; 및

(v) 임의로는, 상기 검출 시그널로부터 영상 또는 생물학적 함수 자료 또는 동적순서 자료를 산출하는 단계를 포함하는 시료의 자기공명 검사방법.
제1항에 있어서, 상기 농축 수소가 파라수소를 45% 이상의 비로 갖는 방법.
제1항에 있어서, 상기 농축 수소가 파라수소를 90% 이상의 비로 갖는 방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 MR 조영제 전구체가 F, Li, C, N, Si 및 P 핵으로부터 선택된 핵을 함유하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵이¹³C,¹⁵N 및²⁹Si로부터 선택되는 방법.
제5항에 있어서, 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵이¹³C인 방법.
제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵이 그의 자연적 동위원소 존재비보다 높은 수준으로 존재하는 방법.
제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체는 수소화될 수 있는 불포화 탄소-탄소 결합을 함유하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵이 상기 전구체안에 상기 불포화결합으로부터 1 또는 2 결합 떨어져 있는 방법.
제9항에 있어서, 상기 불포화결합으로부터 1 또는 2결합만큼 떨어져있는 상기 핵은 그의 우세한 동위원소상태에서 핵스핀이 0인 원자에만 직접 결합되어 있는 방법.
제1항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 MR 조영제에서 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵과 파라수소에서 유도된 양성자사이의 짝지음 상수(J)가 10과 100Hz사이인 방법.
제11항에 있어서, 상기 MR 조영제에서 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵으로부터의 nmr 시그널이 10Hz 이하의 선폭을 갖는 방법.
제12항에 있어서, 상기 MR 조영제가 500D이하의 분자량을 갖는 방법.
제1항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 상기 MR 조영제가 수용성인 방법.
제1항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 상기 MR 조영제중의 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 화학적 이동 및(또는) 짝지음 상수가 상기 조영제의 물리화학적 환경에 민감한 방법.
제15항에 있어서, 상기 MR 조영제중의 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵이 pH에 민감하고 상기 시그널이 pH 를 의미하는 자료 또는 영상을 만들어 내도록 조작된 방법.
제1항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 지구 자계보다 더 작은 자기장에서 단계(i)를 행하는 방법.
제17항에 있어서, 10μT 이하의 자기장에서 단계(i)를 행하는 방법.
제1항 내지 제18항중 어느 한 항에 있어서, 단계(iii) 및 (iv)에서 상기 시료를 상기 방사선의 180°펄스에 이어지는 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 핵스핀 전이를 들뜨게 하기위해 선택된 주파수의 90°펄스 방사선에 노출시키되, 상기 180°펄스사이의 시간 간격은 2τ이고, 상기 90°펄스와 연속되는 180°펄스사이의 시간 간격은 τ더하기 Δτ[여기서 Δτ는 1/(2J)이고 J는 상기 MR 조영제중의 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 짝지음 상수임]인 방법.
제1항 내지 제18항중 어느 한 항에 있어서, 단계(iii) 및 (iv)에서 상기 시료를 동위상의 상기 방사선의 180°펄스에 의해 시간간격 2τ에서 이어지는 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 핵스핀 전이를 들뜨게 하기위해 선택된 주파수의 90°펄스 방사선에 노출시키되, 상기 180°펄스의 처음 n에 대해 상기 시료를 양성자 핵스핀 전이를 들뜨게 하기 위해 선택된 주파수의 180°펄스 방사선에 동시에 노출시키며, n 과 τ의 관계는 τ=1/(4nJ)[여기서 J는 상기 MR 조영제중의 상기 핵스핀이 0이 아닌 핵의 짝지음 상수임]인 방법.
제1항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서, 로듐 기재의 수소첨가반응 촉매를 이용하여 단계(i)를 행하는 방법.
시료의 비양자 MR 조영을 위한 MR 조영제의 제조방법에 있어서 수소의 용도.
제 21항에 있어서, 상기 조영이 시료의¹³C NMR 조영인 용도.
(i) 수소화될 수 있는 불포화결합을 포함하고;

(ii) 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 자연적 동위원소 존재비보다 크게 함유하고;

(iii) 분자량이 1000D이하이고;

(iv) 이어지는 수소반응 후에 1 내지 300Hz의 수소첨가반응으로 도입된 수소중 하나에 대한 짝지음 상수를 갖고, 선폭 100Hz 이하의 다중선인 상기 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵에 대한 nmr 스펙트럼을 가지는 전구체 화합물.
제24항에 있어서,

(i) 1 이상의 C=C 또는 C≡C결합;

(ii) 핵 스핀 I=0 인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 원자에만 결합되고 I＞½인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 어떤 원자에도 일련의 공유결합으로 연결되어 있지 않은 C = C 또는 C ≡C 결합으로부터 1 또는 2 결합 떨어진 C, N 또는 Si 원자;

(iii) 1 이상의 가용화 부분 즉, 수용성을 분자에 부여하는 작용기의 분자 소단위체를 함유하는 화합물.
(i) 2 이상의 양성자를 함유하고;

(ii) 자연적 동위원소 존재비보다 큰 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 함유하고;

(iii) 분자량이 1000D 이하이고;

(iv) 1 내지 300Hz의 상기 2이상의 양성자중 하나에 대한 짝지음 상수를 갖고 100Hz 이하인 선폭을 갖는 다중선인 상기 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵에 대한 nmr 스펙트럼을 가지는 보고자 화합물.
제26항에 있어서,

(i) 1 이상의 CH-CH 또는 CH=CH 부분;

(ii) 핵 스핀 I=0 인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 원자에만 결합되고 I＞½인 자연적으로 가장 많은 동위원소 형태의 어떤 원자에도 일련의 공유결합으로 연결되어 있지 않은 CH-CH 또는 CH=CH 부분으로부터 1 또는 2 결합 떨어진 C, N 또는 Si 원자;

(iii) 1 이상의 가용화 부분 즉, 수용성을 분자에 부여하는 작용기의 분자 소단위체를 함유하는 화합물.
핵스핀이 ½인 수소가 아닌 핵을 함유하고, 이 핵이 그의 nmr 시그널 강도가 0.1T 이상의 자기장에서 달성할 수 있는 시그널 강도와 동등한 수준이도록 분극된느 것을 특징으로 하는, 1 이상의 생리학적으로 허용가능한 담체 또는 부형제와 함께 MR 조영제를 함유하는 생리학적으로 허용가능한 MR 조영제 조성물.
제28항에 있어서, 상기 핵이 그의 nmr 시그널 강도가 100T이상의 자기장에서 달성할 수 있는 시그널 강도와 동등한 수준이 되도록 분극되는 조성물.
제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 핵이 그의 자연적 동위원소 존재비를 초과하는 양으로 존재하는 조성물.
제30항에 있어서, 상기 핵이 50% 이상의 존재비로 상기 조영제의 분자구조중 특정 위치에 존재하는 조성물.
제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 지구 자기장 및 주변 온도에서 상기 핵에 대한 T₁이 1초 이상인 조성물.
가스 주입구 및 가수 배출구가 있는 내부에 반응구역을 갖는 반응실;

상기 반응구역의 온도를 조절하기위해 설치된 온도조절기; 및

상기 반응구역 주위에 설치되고 상기 반응구역에서 자기장이 10μT 이하가 되게 하는데 충분한 자기차폐물을

포함하는 수소첨가반응장치.
제33항에 있어서, 상기 반응구역이 미립자층(bed)을 포함하고, 상기 반응실이 상기 층 아래에 액체 배출구와 상기 층 위에 액체 주입구를 갖는 장치.
제34항에 있어서,

(i) 파라수소 농축 수소의 저장실;

(ii) 미립자 층을 포함하는 반응구역을 갖고, 상기 층 아래에 제1 가스 주입구, 상기층 위에 제1 가스 배출구, 상기층 위에 용액 주입구 및 상기층 아래에 용액 배출구를 갖는 반응실;

(iii) 상기 저장실로부터 반응실안의 상기 제1 가스 주입구까지의 가스관;

(iv) 적어도 상기 반응구역에서 상기 반응 용기 주위에 위치한 온도조절기; 및

(v) 적어도 상기 반응구역에서 상기 반응실 주위에 위치한 자기차폐물을 포함하는 장치.
비양자 MR 조영에 의한 MR 영상의 조영을 포함하는 진단방법용 MR 조영제의 제조방법에 있어서 파라수소 농축 수소의 용도.
수소화될 수 있는 화합물을 파라수소 농축 수소와 수소첨가반응을 시키는 것을 포함하는 비양자 MR 조영에 의한 MR 영상의 조영을 포함하는 진단방법용 MR 조영제의 제조방법에 있어서, 수소가 아니고 핵스핀이 0이 아닌 핵을 함유하는 수소화될 수 있는 화합물의 용도.