KR20060025233A - 생체활성화 진단용 영상 콘트라스트 제제 - Google Patents

생체활성화 진단용 영상 콘트라스트 제제 Download PDF

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랜달 비. 로퍼
토머스 제이. 맥머리
스티븐 오. 던햄
대니얼 엠. 스캇
데이비드 제이. 파멜리
스테판 더마스
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에픽스 메디칼, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 자기 공명 영상 및 광학 영상을 위한 개선된 진단용 제제에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 조직내에서 특이한 생체활성을 민감하게 검출하는 MRI 및 광학 영상 제제에 관한 것이다. 이러한 제제는 특이한 생체활성의 존재하에 생체내에서 생체활성화되는 프로드러그 콘트라스트 제제이다. 또한, 본 발명은 이들 제제를 포함하는 약학적 조성물 및, 이러한 제제 및 이 제제를 포함하는 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

생체활성화 진단용 영상 콘트라스트 제제{BIOACTIVATED DIAGNOSTIC IMAGING CONTRAST AGENTS}
본 발명은 자기 공명 영상(MRI) 및 광학 영상용으로 개선된 진단용 제제에 관한 것이다. 이러한 제제는 조직내의 특이한 생체활성을 민감하게 검출한다. 또한, 본 발명은 이러한 제제를 포함하는 약학적 조성물 및, 이러한 제제 및 이 제제를 포함하는 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.
배경기술
MRI, X-선 영상, 핵 방사선약물 영상, 자외선/가시광선/적외선 영상 및 초음파 영상을 비롯한 진단용 영상 기술이 수년동안 의학 진단용으로 사용되어 왔다.
통상적으로 사용되는 콘트라스트 재료의 예로는 유기 분자, 금속 이온, 염 또는 킬레이트, 입자(특히 철 입자) 또는 표지된 펩티드, 단백질, 중합체 또는 리포좀 등이 있다. 이러한 제제의 투여후, 이들은 대사되거나 및/또는 배출되기 이전에 신체 부위를 통해서 비특이적으로 확산될 수 있으며, 이러한 제제는 일반적으로 비특이성 제제로 알려져 있다. 또한, 이러한 제제는 특정 신체 부위, 세포, 장기 또는 조직 성분에 대한 친화도를 가질 수 있으며, 이러한 제제를 표적화된 콘트라 스트 제제로 부를 수 있다.
콘트라스트 제제 증진된 진단용 영상 절차는 정상의 조직 및 치료 조직사이의 콘트라스트를 바람직하게 증가시켜 하기와 같은 두가지 유형의 정보를 제공하게 된다.
1) 검출 데이터: 이는 영상화된 조직내에서 비정상이 존재하는지, 어느 정도로 존재하는지를 결정하는데 필수적인 데이터이다. 이러한 유형의 정보를 제공하는 능력은 영상화 절차의 "민감도"와 관련되어 있다.
2) 차별적인 진단 데이터: 이는 존재하는 비정상의 유형을 정확하게 식별하는데 필요한 데이터이다. 이러한 유형의 정보를 제공하는 능력은 영상화 절차의 "특이성"과 관련되어 있다. 특이성은 환자 상태의 정확한 예후 및 치료 계획을 작성하는데 필요하다. 예를 들면, 현재의 절차들이 종양을 검출하는데 사용될 수 있을 지라도, 일반적으로는 종양이 양성 또는 악성인지의 여부, 종양이 전이될지의 여부 또는 종양이 치료에 반응할지의 여부를 결정하는데 있어서는 부적절하다. 이러한 결정은 조직의 특이성 생화학 상태에 관한 몇몇의 지식을 필요로 한다.
표적화된 콘트라스트 제제를 생성하는 것에 대한 수많은 시도가 제시되어 왔었다. 본 명세서에서 참고로 인용하는 미국 특허 제4,880,008호는 MRI 콘트라스트 제제가 사람 혈청 알부민과 같은 혈청 단백질에 비공유 결합되는 경우 시그날 또는 이완율(relaxivity)이 높은 것으로 나타났다. 이러한 유형의 제제의 경우, 이완율은 단백질에 결합된 콘트라스트 제제의 백분율과 관련된 것으로, 통상적으로 단백질을 결합시키지 않는 제제에 대해 관찰된 것보다 5∼10 배 정도 높다. 본 명세서 에서 참고로 인용하는 동시계류중인 미국 특허 출원 제08/382,317호(1995년 2월 1일자로 출원됨)에서는 혈액 반감기 연장부("BHEM")를 단백질 결합 콘트라스트 제제에 첨가한다. 생성된 제제는 BHEM이 결여된 제제에 비해서 혈액내에서 장시간동안 개선되거나 또는 변형된 시그날로 나타나며, 이러한 재료는 특히 혈관내 영상화에 유용하다.
본 명세서에서 참고로 인용하는 미국 특허 제4,899,755호에는 MRI 콘트라스트 제제가 정상의 간세포에서 선별적으로 취해져서 정상의 간 조직 및 비정상의 간조직사이에서의 콘트라스트가 증가되는 것이 개시되어 있다.
표적화에 대한 또다른 시도는 세포 표면 수용체, 세포내 수용체, 운반체, 또는 기타의 생화학 성분과 상호반응하는 것으로 알려진 단백질, 항체 또는 기타의 생체분자에 대한 콘트라스트 제제의 결합을 기준으로 한 것이다. 예를 들면, 미국 특허 제5,171,563호를 참고로 한다. 그러나, 이러한 표적화에는 일반적으로 공액화된 제제 및 생화학 표적사이의 일-대-일 상호 반응이 있으며, 이는 흔히 비교적 저 농도(nmol 정도)로 존재한다. 결과적으로, 이러한 시도를 사용한 특정 조직내에 축적되는 표적화된 콘트라스트 제제 분자의 수는 제한되어 있다. 상당한 농도의 제제 분자가 검출(예, > 1 μM), 예를 들면 MRI 및 광학 영상화에 필요한 양식을 영상화시키기 위해서는, 이러한 "일-대-일" 접근이 너무 민감하지 못해서 유용하지가 않다.
조직의 생화학 상태를 영상화시키고자 하는 시도의 예로는 특정의 영상화 제제가 특정 조직에 보유되는 방사선 약물 용도가 있다. 예를 들면, 양전자 방출 18F- 표지된 플루오로데옥시글루코스를 수동의 확산에 의해 뇌로 이동시키고, 뇌 조직에서 인산화되어 뇌 조직에 보유되며, 이는 글루코스 대사를 나타내게 된다. 참고 문헌[M. Blau, Seminars in Nuclear Medicine, XV권, No. 4, 1985년 10월]. 유사하게, 테크네튬-99m 표지된 니트로이미다졸은 허혈성 심장내에서 선택적으로 보유되는 것으로 알려져 있다. 참고 문헌[Y.W. Chan et al., Proceedings of the 41st Annual Meeting of the Society of Nuclear Medicine, 1994년 6월 5-8일, J. Nuclear Medicine (1994), 35권, 초록 번호 65, 18P 페이지]. 그러나, 이러한 경우에 있어서, 방사선약물로부터의 시그날은 일정하게 보유되며(즉, 각각의 방사성 동위 원소는 방출된 입자의 특징적인 불변 자연붕괴 및 에너지를 지님), 조직 내에서의 생체 변형 또는 선택적 유지에 의해 영향받지 않는다. 이러한 기술에 의해 얻을 수 있는 정보의 특이성 및 민감화는 제한되어 있다.
특이성 및 민감성이 개선된 콘트라스트 제제가 여전히 요망되고 있다. 특히 생체활성의 존재를 진단하는데 유용한 특이성 생체활성의 존재에 반응하기에 충분한 시그날 개선 또는 시그날 변형을 나타내는 표적화된 MRI 및 광학 콘트라스트 영상화 제제가 요망되고 있다.
본 발명은 조직내에서 특이성 생체활성을 민감하게 검출하기 위한 신규하고 개선된 진단용 MRI 및 광학 영상화 제제 및 이의 약학적으로 허용가능한 유도체를 제공한다. 영상화 제제는 특이성 생체활성의 존재하에 생체내에서 생체활성화되는 프로드러그 콘트라스트 제제이다. 생체활성이 촉매성인 경우(예, 효소 활성에서 기 인한 경우), 대부분의 활성화된 콘트라스트 제제 분자는 생체활성 물질의 매 단위에 대해 생성된다. 생체활성화된 형태의 영상화 제제는 프로드러그에 비해서 1 이상의 단백질에 대한 결합 친화도가 증가하는 것으로 나타났으며, 이러한 결합 친화도의 변화는 영상화 제제에서의 시그날 특징의 검출가능한 변화를 야기한다. 이러한 검출가능한 시그날 변화는 표적화된 생체활성을 포함하는 조직과 표적화된 생체활성을 포함하지 않는 조직사이에서의 시그날 (또는 영상) 콘트라스트를 증가시키며, 이는 표적화된 생체활성의 존재를 반영한다.
본 발명의 제1 목적은 MRI 및 광학 영상화에서 콘트라스트 제제로서 유용한 신규한 화합물을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 제2 목적은 이러한 화합물을 포함하는 약학적 조성물을 제공하고자 하는 것이다. 본 발명의 제3 목적은 이러한 화합물 및, 이 화합물을 포함하는 조성물을 MRI 및 광학 영상화에 사용하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 이해를 돕기 위해서, 하기와 같은 상세한 설명을 첨부한다.
본 발명의 신규한 프로드러그는 1) 특이성 생체활성에 의해 생체내에서 변형될 수 있는 1 이상의 특이성 부위를 이들의 구조내에 지녀야만 하며; 2) 이러한 생체활성에 의해 생성된 영상화 제제의 변형된 형태는 프로드러그보다 더 많은 정도로 1종 이상의 단백질에 결합되어야 하며; 3) 영상화 제제의 시그날 특성은 이들이 단백질에 결합되었을 때 변형되어야만 한다는 3 가지 제한점으로 계획되었다.
본 발명의 경우, 정상 조직과 비정상 조직 사이의 영상 콘트라스트는 하나의 조직에서의 생체활성이 다른 조직의 생체활성보다 높을 것을 요구하고 있다. 비정상 조직이 정상 조직보다 고농도에서 생체활성을 나타내는 경우, 정상의 조직보다는 비정상의 조직이 프로드러그 콘트라스트 제제를 활성형으로 더 많이 전환시킨다(단, 양 조직에서 유사한 농도의 프로드러그가 존재하여야 함). 활성화된 콘트라스트 제제에 의해 단백질 결합이 증가되어 더 강한 시그날을 생성하는 특정의 실시예에서, 생체활성의 존재로 인해 "고온 부위"로서 검출되는 영상 (또는 시그날)이 생성된다. 반대로, 비정상의 조직이 더 낮은 생체활성을 나타내는 경우, 비정상의 조직은 비교적 낮은 농도에서 생체활성화된 콘트라스트 제제를 갖게 된다. 이러한 경우, 활성화된 콘트라스트 제제에 의해 결합된 단백질이 증가하여 더 강한 시그날을 생성하는 경우, 생체활성의 존재로 인해 "저온 부위"로서 검출되는 영상 (또는 시그날)이 생성된다.
I. 정의
본 발명을 설명하는데 사용된 용어에 대한 정의를 하기에 제시한다. 이러한 정의는 별다른 언급이 없이 본 명세서에 사용된 바와 같은 의미로 사용된다.
용어 "지방족"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 알케닐, 알키닐, 시클로알킬 및 시클로알케닐 탄화수소를 비롯한 임의로 치환된, 직쇄 및/또는 분지쇄, 포화 또는 불포화 탄화수소를 나타낸다.
용어 "알킬"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 임의로 치환된, 직쇄 및/또는 분지쇄 포화 탄화수소를 나타낸다.
용어 "알콕시" 또는 "알킬티오"는 각각 산소 결합(-O-) 또는 황 결합(-S-)을 통해 결합된 전술한 알킬기를 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어 "알킬카르보닐"은 카르보닐기에 결합된 알킬기를 나타낸다. 본 명세서에서 사용된 용어 "알킬카르보닐옥시"는 산소 결합을 통해 결합된 카르보닐기로 결합된 알킬을 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 "알케닐"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 쇄내에 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 임의로 치환된, 직쇄 및 분지쇄 탄화수소기를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 "알키닐"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 쇄내에 1 이상의 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 임의로 치환된, 직쇄 및 분지쇄 탄화수소기를 나타낸다.
용어 "시클로알킬"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 임의로 치환된, 포화 고리형 탄화수소 고리계를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 "시클로알케닐"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 1 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 포함하여 부분적으로 불포화된 고리를 더 포함하는, 시클로알킬에 대해 전술한 바와 같이 임의로 치환된 기를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 "아릴"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 임의로 치환된, 호모시클릭 고리 방향족기를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 "이종원자 고리"는 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 1 종 이상의 이종원자를 포함하는 임의로 치환된 완전 포화 또는 불포화, 방향족 또는 비-방향족 고리기를 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 용어 "아실"은 단독으로 사용되거나 또는 기타의 다른 기 부분과 함께 사용되며, 유기 카르복실산의 -COOH기로부터 히드록실기가 제거되어 형성된 부분을 나타낸다.
용어 "생체활성"은 pH, 산화환원 전위, 자유 라디칼과 같은 반응성 종의 농도, 또는 프로드러그에서의 1 이상의 결합의 변형 또는 절단을 촉진시킬 수 있는 생체분자 또는 효소 (RNA 효소 포함)의 존재 또는 농도의 변화를 포함한다. "생체활성"은 프로드러그의 동시 또는 순차적 변형을 야기하는 2 종 이상 유형의 생체분자를 포함할 수 있다. 1 이상의 생체 변형(즉, 효소 절단에 이어서 단순 가수분해또는 탈카르복실화 반응)이 프로드러그에 발생될 수 있다.
II. 프로드러그의 구조
본 발명의 프로드러그는 영상 증강부(또는 시그날 생성부)(IEM; image-enhancing moiety), 변형 부위(MS; modification site) 및 단백질 결합부(PBM; protein binding moiety)의 3 가지 도메인을 포함해야만 한다.
또한, 본 발명의 프로드러그는 작용성 도메인을 결합시키는 생리적 적합성 링커 부분(L)을 포함할 수 있는 것으로 이해한다. 일반적으로, L은 콘트라스트 제제의 단백질 결합 또는 영상 개선 작용성에 크게 기여하지 않는다. 몇몇의 경우에 있어서, L의 존재는 합성에 기초한 것이 바람직할 수 있다. 다른 경우에 있어서, L은 MS에서 생체활성의 작용을 촉진시킬 수 있다. L의 예로는 직쇄, 분지쇄 또는 고리형 알킬, 아릴, 에테르, 폴리히드록실, 폴리에테르, 폴리아민, 이종원자 고리, 펩티드, 펩토이드 또는 기타의 생리적 적합성 공유 결합 등이 있다.
본 발명의 콘트라스트 제제를 생체활성화시키는 바람직한 방법은 (예, 에스테라제, 단백분해효소, 인산효소 등에 의해) MS에서 프로드러그를 효소 절단하는 것을 포함한다. 이러한 경우, 본 발명의 프로드러그는 차폐 부분(MM; masking moiety)을 더 포함한다. MM은 영상화시키고자 하는 조직내에서 단백질에 프로드러그를 결합시키는 것을 "차폐" (또는 감소)시키며; 일단 MM이 MS에서의 절단에 의해 제거되면 제제의 증가된 결합 친화도가 나타난다. 이러한 경우에 있어서, 생체활성에 대한 표적 또는 기질(예, 아미드 결합)은 프로드러그의 MS로 정의된다. 이와 같은 특정한 생체활성화 방법은 2 이상의 분자 분절 중 하나는 IEM 및 PBM을 포함하며, 다른 하나는 MM을 포함하는 분자 분절을 물리적으로 분리시킨다.
본 발명 화합물의 도메인은 각각 서로에 대해 다양한 위치에서 배열될 수 있다. 이러한 도메인이 이들 사이에서 임의의 특이성 경계를 포함하지 않고 존재하며(즉, MS가 IEM의 일부분이 될 수 있음), 이들을 분자의 별도의 단위로서 개념화시키는 것이 편리하다.
예를 들면, 하기 화학식 (1)∼(3)이 있다.
[화학식 (1)]
Figure 112006011696957-PAT00001
[화학식 (2)]
Figure 112006011696957-PAT00002
[화학식 (3)]
Figure 112006011696957-PAT00003
상기 식에서, 각각의 m, n, o, p 및 q는 서로 동일하거나 또는 상이하며, q, n, m 및 p는 0 이 아닌 1 이상이 될 수 있고, o는 0 이상이 될 수 있다. 일반적으로, q, m, n 및 p는 5 미만이다. 통상적으로 m, n, p 및 q는 1이고, o는 0 또는 1이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 본 발명의 화합물은 이의 약학적으로 허용가능한 유도체를 포함하는 것으로 정의된다. 용어 "약학적으로 허용가능한 유도체"는 수용체에 투여시 본 발명의 화합물 또는 이의 억제 활성 대사물 또는 잔류물을 (직접 또는 간접적으로) 제공할 수 있는 본 발명 화합물의 임의의 약학적으로 허용가능한 염, 에스테르, 에스테르의 염 또는 기타의 유도체를 나타낸다. 특히 바람직한 유도체는 이러한 화합물을 포유 동물에게 (예를 들면 경구 투여된 화합물이 혈액으로 더 용이하게 흡수되도록 함으로써) 투여하는 경우, 또는 어버이 종과 관련된 생물학적 부위(예, 뇌 또는 림프계)로 어버이 화합물의 전달을 개선시키는 본 발명 화합물의 생체이용율을 증가시키는 것이다.
본 발명의 화합물의 약학적으로 허용가능한 염은 약학적으로 허용가능한 무기 또는 유기 산 및 염기로부터 유도된 것이다. 적절한 산의 예로는 염산, 수소화브롬산, 황산, 질산, 과염소산, 푸마르산, 말레산, 인산, 글리콜산, 락트산, 살리실산, 숙신산, 톨루엔-p-설폰산, 타르타르산, 아세트산, 시트르산, 메탄설폰산, 에 탄설폰산, 포름산, 벤조산, 말론산, 나프탈렌-2-설폰산 및 벤젠설폰산 등이 있다. 기타의 산, 예를 들면 자체가 약학적으로 허용가능하지는 않을지라도 옥산산이 본 발명의 화합물 및 이의 약학적으로 허용가능한 산 부가 염을 얻는데 있어서 중간물질로서 유용한 염의 제조에 사용될 수 있다.
적절한 염기로부터 유도된 염의 예로는 알칼리 금속(예, 나트륨)염, 알칼리 토금속(예, 마그네슘)염, 암모늄염 및 N-(C1-C4 알킬)4 +염 등이 있다.
본 발명의 화합물은 1 이상의 비대칭 탄소 원자를 포함하며, 그리하여 라세미체 및 라세미 혼합물, 단일 거울상 이성체, 부분입체 이성체 혼합물 및 각각의 부분입체 이성체로서 발생한다. 이러한 화합물의 모든 이성체형은 본 발명에 포함되는 것으로 한다. 각각의 입체 이성체 형성 탄소는 R 또는 S 배열의 것이 될 수 있다. 본 출원에서 예시된 특이 화합물이 특정의 입체 화학 배열로 도시될 수 있을 지라도, 임의의 소정의 키랄 중심에서의 반대 입체 화학을 포함하는 화합물 또는 이의 혼합물을 고려할 수 있다.
본 발명에 의해 고려되는 치환체 및 변수의 조합은 안정한 화합물을 형성할 수 있는 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어 "안정한"이라는 것은 충분한 시간동안 본 명세서에 기재된 목적(예, 포유동물에 치료 또는 예방을 목적으로 투여 또는 친화도 크로마토그래피 용도로 사용하기 위한)에 유용하도록 화합물의 일체성을 유지하고 제조하기에 충분한 안정성을 갖는 화합물을 일컫는다. 특히, 이러한 화합물은 40 ℃ 이하의 온도에서 1주 이상동안 수분의 부재하에 또는 기타의 화학적 반응성 조건의 부재하에 안정하다.
본 발명의 화합물은 무기 산 또는 유기 산에서 유래한 염의 형태로 사용될 수 있다. 그러한 산 염의 예로는 아세트산염, 아디프산염, 알긴산염, 아스파르트산, 벤조산염, 벤젠설폰산염, 황산수소산염, 부티르산염, 시트르산염, 캄파산염, 캄포르설폰산염, 시클로펜탄프로피온산염, 디글루코네이트, 도데실황산염, 에탄황산염, 푸마레이트, 글루코헵타노에이트, 글리세로인산염, 헤미황산염, 헵타노에이트, 헥사노에이트, 염산염, 수소화브롬산염, 수소화요오드산염, 2-히드록시-에탄설폰산염, 락트산염, 말레산염, 메탄설폰산염, 2-나프탈렌설폰산염, 니코티네이트, 옥살산염, 파모에이트, 펙티네이트, 과황산염, 3-페닐-프로피온산염, 피크르산염, 피발레이트, 프로피온산염, 숙신산염, 타르트산염, 티오시안산염, 토실레이트 및 운데카노에이트 등이 있다.
또한, 본 발명은 본 명세서에 개시되어 있는 화합물의 임의의 염기성 질소 함유 기의 4차화 반응을 포함한다. 염기성 질소는 예를 들면 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸 염화물, 브롬화물 및 요오드화물을 비롯한 저급 알킬 할로겐화물; 디메틸, 디에틸, 디부틸 및 디아밀 설페이트를 비롯한 디알킬 설페이트; 데실, 라우릴, 미리스틸 및 스테아릴 염화물, 브롬화물 및 요오드화물과 같은 장쇄 할로겐화물; 벤질 및 펜에틸 브롬화물을 비롯한 아랄킬 할로겐화물과 같이 당업자에게 공지된 임의의 제제를 사용하여 4차화시킬 수 있다. 수용성 또는 유용성 또는 분산성 생성물을 이러한 4차화 반응에 의해 얻을 수 있다.
본 발명의 화합물은 선택적 생물학적 특성을 개선시키는데 적절한 화학기를 부착시킴으로써 개질될 수 있는 것으로 이해해야만 한다. 이러한 변형은 주어진 생물학적 부위(예, 혈액, 림프계, 중추신경계)로의 생물학적 투과를 증가시키고, 경구 이용율을 증가시키고, 용해도를 증가시켜 주사에 의한 투여를 가능케 하고, 대사를 변형시키고, 배설율을 변형시키는 것 등이 있으며, 이는 당업자에게 알려져 있다.
또한, 본 발명의 화합물은 용액, 약학적 조성물 및 생체 내에서의 다양한 형태 및 이온형을 선택할 수 있는 것으로 이해한다. 본 발명의 특이성 화합물이 본 명세서에 특정의 배열 및 이온 형태를 지닐지라도, 이러한 화합물의 기타의 배열 및 이온 형태는 이러한 도시를 포함하는 것으로 간주한다.
IEM, PBM, MM, MS 부분에 대한 추가의 상세한 설명을 하기에 제시한다. 본 발명의 화합물은 본 명세서에서 개시되고 최종 화합물로 혼입되는 부분의 다양한 구조중에서 선택하여 얻을 수 있는 것으로 이해한다.
A. 영상 증강부(IEM)
IEM은 영상에서의 시그날 또는 콘트라스트를 제공하는 임의의 화학 물질이 될 수 있다. 본 발명의 콘트라스트 제제가 단백질에 결합되는 경우, 외부 검출기에 의해 검출될 수 있는 IEM 시그날 특징에서 변화가 존재한다. 광학 영상의 경우, 이는 흡광도, 반사율, 형광, 흡광도 피이크 수의 증가 또는 감소 또는 최대 파장에서의 임의의 변화 또는 외부 검출에 의해 결합된 IEM에 상응하는 임의의 기타의 변화가 될 수 있다. 유사하게, MRI의 경우 이는 물 양성자(1/T1 또는 1/T2) 또는 임의의 기타의 인접 핵의 유도된 이완율 또는, PBM에 대한 결합 부위에서 핵으로부터 나타 나는 IEM 또는 피이크의 NMR 스펙트럼에서의 시그날 강도에서의 변화 또는 하나이상의 피이크의 이동이 될 수 있다.
본 발명의 목적에 대해서는, "MRI"는 자기 공명 분광학 기술을 포함하는 것으로 이해한다. 자기 공명 분광학에 의해 생성된 시그날은 일반적으로 3차원 영상이 아닌 화학 이동(δ, ppm 단위) 형태의 정보로서 제공된다. 특정 핵의 화학 이동은 이의 화학 환경과 관련이 있다. 프로드러그가 생체활성화되는 경우, 프로드러그내의 핵의 화학 이동은 변형된다.
IEM은 유기 분자, 금속 이온, 염 또는 킬레이트, 클러스터, 입자(특히 철 입자) 또는 표지된 펩티드, 단백질, 중합체 또는 리포좀을 포함할 수 있다. 자외선/가시광선/적외선/형광 광 (광학) 영상화의 경우, IEM은 또한 임의의 유기 또는 무기 염료가 될 수 있다. 특히 유용한 무기 염료의 예로는 발광 금속 착체, 예를 들면, Eu(III), Tb(III) 및 기타의 란탄족 이온(원자 번호 57-71) 등이 있다. 참고 문헌[W. Dew. Horrocks & M. Albin, Progr. Inorg. Chem. (1984), 31, 1-104 페이지].
특히 유용한 IEM은 1 종 이상의 금속 이온에 착체를 형성한 1 종 이상의 고리형 또는 비고리형 유기 킬레이트제로 구성된 약학적으로 허용가능한 금속 킬레이트 화합물이다. 광학 영상화에 바람직한 금속 이온의 예로는 원자 번호가 13, 21∼34, 39∼42, 44∼50 또는 57∼83인 원자 등이 있다. MRI에 바람직한 상자성 금속 이온은 원자 번호가 21∼29, 42, 44 또는 57∼83인 원자 등이 있다.
IEM이 금속 킬레이트인 경우, 금속 킬레이트는 영상화 제제가 생체 변형을 겪을 수 있는 조직을 포함한 신체를 통과하는 동안 임의의 상당한 정도로 분해되지 않아야 한다. 자유 금속 이온의 상당한 방출로 거대한 MRI 또는 광학 시그날 변형이 형성될 수 있으나, 이는 독성이 수반될 수 있으며, 이는 병리학적 조직에서만 허용가능하게 된다. 생체활성화가 킬레이트의 안정화를 크게 손상시키지 않은 것이 바람직하여 금속 착체는 손상되지 않은채로 유지되어 배설된다. 역학적 불안정성이 낮은 착체의 경우, 열역학 안정도가 높은 (형성 상수가 1015 M-1 이상, 더욱 바람직하게는 1020 M-1 이상) 것은 분해를 최소화하고, 이의 부수적인 독성을 최소로 하는 것이 바람직하다. 역학적 불안정성이 비교적 높은 착체의 경우 분해가 최소로 되어 형성 상수가 낮게, 즉, 바람직하게는 1010 M-1 이상이 될 수 있다.
알려진 배위 결합의 형성 상수는 일반적으로는 1060 미만, 더욱 통상적으로는 1015∼1040 범위내가 된다. 적절한 형성 상수를 갖는 배위 착체의 예로는 철 엔테로박틴[형성 상수 1052; W.R. Harris et al., J. Am. Chem. Soc. (1981). 103, 2667 페이지], 철 MECAMS[형성 상수 1041; W.R. Harris et al., J. Am. Chem. Soc. (1979). 101, 2213 페이지], 가돌리늄 디에틸렌트리아민 펜타아세트산("DTPA")[형성 상수 1022.46; D.L. Wright et al., Anal. Chem. (1965). 37, 884-892 페이지], 가돌리늄[1,4,7,10-테트라아자시클로테트라데센 1,4,7,10-테트라아세트산("DOTA")] [형성 상수 1025.3; K. Kumar et al., Inorganic Chemistry (1993). 32, 587-593 페이지], 가돌리늄 DTPA-BMA[형성 상수 1016.9; W.P. Cacheris et al., Mag. Res. Imag. (1990). 8, 467-481 페이지] 및 가돌리늄 EDTA[형성 상수 1017.3; D.L. Wright et al., Anal. Chem. (1965). 37, 884-892 페이지] 등이 있다. 가돌리늄 DTPA, DOTA 및 DTPA-BMA의 형성은 MRI 콘트라스트 제제로서 임상적으로 사용된다.
독성은 또한 착체내의 개방된 배위 결합 부위의 수의 함수가 된다. 배위 결합 부위의 수가 적을수록, 일반적으로 킬레이트 제제가 상자성 물질을 방출하는 경향이 적어진다. 그러므로, 착체는 2, 1 또는 0개의 개방 배위 결합 부위를 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로 2 이상의 개방 부위의 존재는 생체내 금속 이온의 방출에 의해 허용가능하지 않은 정도로 독성이 증가하게 된다.
MRI 영상을 효과적으로 개선시키기 위해서 착체는 생체분자 또는 투여된 생체마커상에서의 양성자, P-31, C-13, Na-23 또는 F-19를 비롯한 물 양성자 또는 기타의 영상화 또는 분광학 핵의 이완율 1/T1(종방향 또는 스핀-격자) 및/또는 1/T2(횡방향 또는 스핀-스핀)을 개선시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이완율 R1및 R2는 금속 이온 1 mM당 각각 1/T1 또는 1/T2를 증가시키는 능력으로 정의되며, 단위는 mM-1s-1이다. 임상적 MRI, 물 양성자 MRI의 가장 통상적인 형태의 경우, 이완율은 킬레이트 리간드에 결합된 상자성 이온이 물 교환에 대해 1 이상의 개방 배위 결합 부 위를 여전히 포함하는 것이 최적이다. 참고 문헌[S.M. Rocklage et al., "Contrast Agents in Magnetic Resonance", Magnetic Resonance Imaging, 2 판, Vol 1, 14 장 (1992), 모스비-이어 북, 인코포레이티드; R.B. Lauffer, Chemical Reviews (1987), 87, 901-927 페이지].
쌍극자-쌍극자 상호작용을 통해서 조직 핵의 1/T1 또는 1/T2를 증가시키는 것 이외에, MRI 제제는 2 가지 자기적 특성에 영향을 미치며, 그리하여 임상적 용도를 갖게 된다.
1) 자기화율이 높은 철 입자 또는 금속 킬레이트, 특히 Dy, Gd 또는 Ho의 킬레이트는 미세 자기화율 구배를 형성하여 조직의 MRI 시그날 강도를 변형시킬 수 있다. 참고 문헌[A. Villringer et al., Magn. Reson. Med. (1988), 6, 164-174 페이지]. 킬레이트상에 개방 배위 결합 부위를 갖지 않는 것이 이러한 용도에 필요하다.
2) 철 입자 또는 금속 킬레이트는 또한 결합되어 있는 단백질 또는 주사된 제제상의 양성자, P-31, C-13, Na-23 또는 F-19를 비롯한 물 양성자 또는 기타의 영상 또는 분광학 핵의 공명 주파수를 이동시키는데 사용될 수 있다. 여기서, 사용된 핵 및 전략에 따라 0∼3개의 개방 배위 결합 부위가 사용될 수 있다.
바람직한 상자성 금속은 Gd(III), Fe(III), Mn(II), Mn(III), Cr(III), Cu(II), Dy(III), Tb(III), Ho(III), Er(III) 및 Eu(III)로 구성된 군에서 선택된다. 가장 바람직한 것은 Gd(III)이다.
유기 킬레이트 리간드는 생리적으로 상용성을 지녀야만 한다. 킬레이트 리간 드의 분자 크기는 상자성 금속의 크기와 상용성을 지녀야만 한다. 그래서, 결정 이온 반경이 0.938 Å인 가돌리늄(III)은 결정 이온 반경이 0.64 Å인 철 (III)보다 더 큰 킬레이트 리간드를 필요로 한다.
MRI 제제에 대한 많은 적절한 킬레이트 리간드가 당업계에 알려져 있다. 이들은 또한 생화학적 영상화의 기타의 형태에 대한 금속 킬레이트에 사용될 수 있다. MRI 영상화의 경우, 바람직한 IEM은 하기와 같다.
Figure 112006011696957-PAT00004
마그네비스트 도타렘
가도펜테테이트 디메글루민 가도테레이트 메글루민
DTPA DOTA
Figure 112006011696957-PAT00005
옴니스캔 프로한스
가도디아미드 가도테리돌
DTPA-BMA HP-DO3A
기타의 금속이 특정의 용도에서는 Gd3+ 대신에 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다.
또한, IEM은 약학적으로 허용가능한 염을 포함할 수 있는 것으로 간주된다. 본 발명의 약학적으로 허용가능한 염의 예로는 무기 산, 유기 산 및 염기로부터 유도된 것이 있다. 이러한 산 염의 예로는 아세트산염, 아디프산염, 알긴산염, 아스파르트산, 벤조산염, 벤젠설폰산염, 황산수소산염, 부티르산염, 시트르산염, 캄파산염, 캄포르설폰산염, 시클로펜탄프로피온산염, 디글루코네이트, 도데실황산염, 에탄황산염, 푸마레이트, 글루코헵타노에이트, 글리세로인산염, 헤미황산염, 헵타노에이트, 헥사노에이트, 염산염, 수소화브롬산염, 수소화요오드산염, 2-히드록시-에탄설폰산염, 락트산염, 말레산염, 메탄설폰산염, 2-나프탈렌설폰산염, 니코티네이트, 옥살산염, 파모에이트, 펙티네이트, 과황산염, 3-페닐-프로피온산염, 피크르산염, 피발레이트, 프로피온산염, 숙신산염, 타르트산염, 티오시안산염, 토실레이트 및 운데카노에이트가 있다. 염기 염으로는 암모늄염, 알칼리 금속염(예; 나트륨 및 칼륨 염), 알칼리 토금속염(예; 칼슘, 마그네슘 및 아연 염), 유기 염기와의 염(예; 디시클로헥실아민염, N-메틸-D-글루카민) 및 아미노산(아르기닌, 라이신등)과의 염이 있다. 또한, 염기성 질소-함유 기는 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸 클로라이드, 브로마이드 및 요오다이드와 같은 저급 알킬 할라이드; 디메틸, 디에틸, 디부틸 및 디아밀 설페이트와 같은 디알킬 설페이트; 데실, 라우릴, 미리스틸 및 스테아릴 클로라이드, 브로마이드 및 요오다이드와 같은 장쇄 할라이드; 벤질 및 펜에닐 브로마이드와 같은 아랄킬 할라이드 등의 작용제로 4차화시킬 수 있다. 이렇게 하여 수용성 또는 유용성 또는 분산성 제품을 얻는다. 본 발명의 바람직한 염은 N-메틸-D-글루카민, 칼슘염 및 나트륨염이다.
B. 단백질 결합 부분(PBM)
본 발명 콘트라스트 제제의 PBM은 생체활성을 포함하는 조직내에서 1 이상의 단백질에 이러한 제제가 결합되는데 기여한다. 이러한 비공유 결합은 충분히 강하게 결합되어 PBM에 대한 결합 부위의 총수는 충분하게 커서 여러 가지의 표적화된 생체활성을 갖는 조직사이에서 콘트라스트가 형성되도록 한다.
적절한 PBM의 예로는 약물, 지방친화성 유기 분자, 양성친화성 유기 분자, 포르피린, 수용체 리간드, 스테로이드, 지질, 호르몬, 펩티드, 단백질, 올리고뉴클레오티드(DNA, RNA 또는 이의 화학적으로 변형된 변형물), 항체(모노클로날 및 유전적으로 조작된 변형물 및 이의 분절) 또는 기타의 생체분자 또는 영상화시키고자 하는 생체활성을 갖는 조직에서의 1 종 이상의 단백질에 결합하는 것으로 알려진 물질 등이 있다.
바람직한 PBM으로는 혈장, 간질성 부위(세포사이의 유체) 또는 세포내 부위내의 단백질에 가역적으로 결합하는 것이 있다. 단백질에 결합되는 임의의 생체분자 또는 물질을 사용하며, 고농도로 존재하거나 또는 생체분자 또는 물질에 대한 대부분의 결합 부위를 갖는 단백질에 결합하는 것이 가장 유용하다. 이는 생체활성에 의해 촉매적으로 생성되는 가장 큰 수의 변형된 제제를 일시적으로 "포획"하는 능력을 제공한다. 결합의 가역적 성질은 이러한 제제가 결국 분비되는 가능성을 증가시키는데, 이는 영상화 제제의 매우 바람직한 특성이 된다.
바람직한 단백질의 예로는 사람 혈장 알부민(HSA)(혈장내의 0.7 mM, 간질성 부위 내에서의 낮은 농도), 지방산 결합 단백질(FABP, 또한, Z-단백질 또는 단백질 A로서 알려져 있음)(간, 신장, 심장 및 기타의 조직의 1차 세포내에서 약 0.1 mM), 글루타티온-S-트랜스퍼라제(GST, 또한, 리간딘으로 알려져 있음)(간, 신장, 심장 및 기타의 조직의 1차 세포내에서 약 0.1 mM), 알파 1-산 당단백질(AAG, 분자량 41,000)(0.55 g-1.4 g/ℓ) 및 지단백질(아테로경화증 플라크에 농축됨) 등이 있다. 기타의 바람직한 예로는 세포외 매트릭스(콜라겐, 라미닌, 엘라스틴, 피브로넥틴, 엔탁틴, 비트로넥틴), 아밀로이드[알츠하이머 질환의 베타-2 아밀로이드 단백질(A4)], 세로이드(또는 리포푸신) 및 당단백질(예, 오스테오넥틴, 테나신 및 트롬보스폰딘) 등이 있다.
양으로 하전된 콘트라스트 제제 또는 염기성 PBM을 포함하는 콘트라스트 제제에 더욱 바람직한 단백질은 알파 1-산 당단백질(AAG)이 있다. 이러한 양성 급성 상 단백질의 혈장 농도는 질병의 상태에 따라 크게 달라진다. 예를 들면 AAG의 농도는 염증성 자극후 2∼4 배로 증가하며, AAG의 혈장 농도는 신경교종, 전이성 유방암 및 기타의 암종, 신생아 감염 및 급성 통증에 대한 예후 보조로서 제안되고 있다. 아테로경화증, 크론병, 심근경색 및 신장염, 박테리아, 바이러스 및 수술후 감염 등에서 증가된 정도가 보고되고 있다. AAG를 결합하는 리간드의 예로는 다양한 염기성 약물, 예를 들면 프로프라노롤(Ka=11.3ㅧ105), 이미프라민(Ka=2.4ㅧ105), 및 클로르프로마진(Ka=35.4ㅧ105) 등이 있으며, 이들은 PBM으로서 사용될 수 있다.
더욱 바람직한 PBM으로는 HSA, FABP 및 GST에 대한 리간드가 있으며, 이들은 부분적으로 음으로 하전된 기(예, 에스테르, 아미드, 또는 케톤 카르보닐 산소)와 함께 중성을 나타내는 경향이 있기 때문이며, 이러한 화합물은 일반적으로 양으로 하전된 분자보다 독성이 덜하다. FABP 또는 GST를 결합시키고자하는 활성화된 제제의 경우, 천연 리간드(예, 팔미트산) 또는 고리 함유 PBM(예, 인도시아닌 그린)을 모사한 소수성 장쇄 PBM이 바람직하다.
이들 3 가지 단백질 중에서, FABP 및 GST에 대한 리간드와 달리, HSA에 대한 리간드가 결합 이전에 세포내 소비를 필요로 하지 않기 때문에 HSA가 매우 바람직하다. HSA는 혈장, 정상 조직 및 암 조직의 간질성 부위, 활액 유체, 대뇌 척수액, 염증액, 농액 등을 비롯한 많은 세포외 유체 환경에서 상당량으로 존재하기 때문에, HSA에 대한 리간드의 세포내 소비를 필요로 하지 않는다. 많은 병원성 조직, 예를 들면 종양, 염증, 아테로경화증 플라크 또는 아테로경화증 동맥벽, 모세혈관은 누출되기가 쉬워서 더 높은 농도의 편재화된 HSA를 형성한다.
HSA가 매우 바람직한 다른 이유는 각각의 단백질 분자가 대부분의 리간드 결합 부위를 갖기 때문이다. 참고 문헌[U. Kragh-Hansen, Pharm. Rev. (1981), 33, 17-53 페이지; X.M. He et al., Nature (1992), 358, 209-215 페이지; D.C. Carter, Adv. Protein Chem. (1994), 45, 153-203 페이지].
적절한 PBM의 디자인은 미국 특허 제4,880,008호 및 미국 특허 출원 제08/382,317호(1995년 2월 1일자로 출원됨)에 기재되어 있다. HSA에 대한 결합의 경우, 광범위한 소수성 또는 양쪽친화성 물질이 PBM으로서 작용한다. 이들의 비제한 적인 예로는 C1-C60 지방족, 알콕시 또는 알킬티오, 알킬카르보닐, 알킬카르보닐옥시, 아릴 또는 복소환 및, 임의로 1 종 이상의 질소, 산소, 황, 할로겐, 지방족, 아미드, 에스테르, 설폰아미드, 아실, 설포네이트, 포스페이트, 히드록실 또는 유기 금속 치환체 등이 있다. 또한, PBM은 소수성 아미노산 잔기 및/또는, 소수성 또는 친수성 말단기를 갖거나 또는 갖지 않는 치환체를 포함하는 펩티드가 될 수 있다.
콘트라스트 제제에 지방친화성기를 첨가하는 것은 제제의 용해도를 감소시키는 경향이 있다. 임상적으로 효율적인 투여량 정도 또는 그 이상의 콘트라스트 제제의 효율적인 용해도를 유지하기 위해서는 1 종 이상의 수소 결합기(산소, 질소 등)를 PBM에 혼입시키는 것이 바람직할 수 있다.
순수한 지방족기는 PBM으로서 사용될 수 있으나, 혼합된 지방족-아릴기 또는 순수한 아릴기는 바람직하지 않을 수 있다. 특히 음전하가 장쇄 및 가요성 지방족기의 말단에 부착되는 경우, 콘트라스트 제제는 막 단백질 및 지질의 사이의 상호작용을 방해하는 경향이 있다. 이는 제제의 독성을 증가시킨다. 그래서, PBM은 1 종 이상의 아릴 고리를 포함하는 것이 바람직하다.
조직 개선을 위한 HSA 결합된 MRI 제제의 경우, 콘트라스트 제제가 단백질에 결합되는 경우 제제를 완전 고정화시키는 2 종 이상의 지방친화성기를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 기는 하나의 PBM상에서 이루어질 수 있거나 또는 콘트라스트 제제에 부착된 2 종 이상의 별도의 화학기로서 존재할 수 있다. 이들의 부피가 큰 특성 및 강성으로 인해서, 2 종 이상의 기가 각각 경질의 비평면형 배향으로 배 열된 2 이상의 고리를 갖는 아릴 고리를 포함하는 것이 매우 바람직하다.
본 발명의 프로드러그 콘트라스트 제제로의 혼입에 적절한 바람직한 PBM의 예로는 하기 화학식 1)∼7)로 구성된 것이 있다.
화학식 1)
Figure 112006011696957-PAT00006
화학식 2)
Figure 112006011696957-PAT00007
화학식 3)
Figure 112006011696957-PAT00008
화학식 4)
Figure 112006011696957-PAT00009
화학식 5)
Figure 112006011696957-PAT00010
화학식 6)
Figure 112006011696957-PAT00011
화학식 7)
Figure 112006011696957-PAT00012
상기 식에서, R은 지방족기 및/또는 1 종 이상의 아릴 고리를 포함하거나, 또는 소수성 아미노산 잔기 및/또는, 소수성 종결기 또는 친수성 종결기를 갖거나 또는 갖지 않는 치환체를 함유하는 펩티드를 포함한다.
자기 공명 현상은 복잡하며, 여러 가지 상자성 물질이 MRI 시그날을 다양한 정도로 변형시킨다. 참고 문헌[R.B. Lauffer, Chemical Reviews (1987), 87, 901-927]. 콘트라스트 제제가 물 양성자를 이완시켜 결과적으로 MRI 영상에 영향을 미치는 능력을 정량적으로 측정하는 것은 이의 이완율에 의해 제공된다. 이완율은 물 양성자 시그날 강도가 용액내의 상자성 금속 이온의 농도에 따라 달라지게 된다. 이완율은 콘트라스트 제제에 대해 관찰된 단위 시간당 유도된 T1 또는 T2 이완(R1 또는 R2, 단위 mM-1·초-1)으로서 정의되며, 이 때 제제의 농도는 mM로 나타낸다.
가돌리늄 착체의 물리적 특성은 콘트라스트 제제의 이완율에 영향을 미친다. 용액내의 콘트라스트 제제의 가돌리늄 착체에 결합된 물 분자의 수, 부피가 큰 용액을 갖는 물 분자의 교환율, 7개의 홀전자의 이완 시간 및 회전 텀블링 시간(회전 상관 시간으로 알려져 있음)은 모두 총 관찰된 이완율에 기여하게 된다. 이러한 물리적 특성에서의 변형은 이완율을 크게 변화시킬 수 있다. 예를 들면 분자량이 작은 가돌리늄 킬레이트가 거대한 거대분자에 결합되는 것은 회전 텀블링 시간을 늦추게 되며, 이완 개선을 3∼10 배로 증가시키게 된다. 콘트라스트 제제를 단백질에 결합시키는 것은 상자성 이온 및 물 양성자 사이에서의 자기 요동을 일으키게 되며, 동시에 라모르 주파수 단위로 발생하게 되며, 가능한한 가장 효율적인 종방향 (T1) 이완율 및 가장 높은 가능 이완율을 생성한다. 그래서, 거대한 거대분자에 MRI 콘트라스트 제제를 비공유 결합시키는 것은 MRI 시그날을 증가시키는 효율적인 방법이 되고 있다. 영상 콘트라스트는 활성화된 제제의 여러 가지 수준의 비공유 결합을 갖는 부위사이에서 발생한다.
정상의 조직 및 비정상의 조직사이에서의 생체활성화와 관련된 콘트라스트를 생성하기 위해서는, 프로드러그의 단백질 결합 친화도 및 생체활성화된 제제의 단백질 결합 친화도사이에 실질적인 차이가 있어야 한다. 프로드러그 결합 친화도는 활성화된 제제의 결합 친화도의 80 % 이하가 바람직하다. 예를 들면, 활성화된 제제가 생리적 관련 조건(즉, MRI 및 광학 영상화에 대한 혈장내의 콘트라스트 제제 농도가 0.01∼10 mM)하에서의 생체활성을 포함하는 조직내의 단백질에 90 %로 결합되는 경우, 프로드러그는 동일한 조건하에서 72 % 이하로 결합되어야만 한다. 프로드러그는 활성화된 제제의 결합 친화도의 50 % 이하가 되는 것이 바람직하고, 40 % 이하가 더욱 바람직하며, 30 % 이하가 훨씬 더 바람직하고, 20 % 이하가 더욱더 바람직하고, 10 % 이하가 가장 바람직하다.
MRI에서, 정상의 조직 및 비정상의 조직 사이에서의 생체활성화 관련 콘트라스트는 물 양성자의 유도된 이완 비율(1/T1 또는 1/T2) 또는 이완율 R1 및 R2 의 변화로서 명백할 수 있다. 본 발명에서, 프로드러그 이완율 R1은 생체활성화된 제제의 R1의 80 % 이하인 것이 바람직하다. 프로드러그의 이완율 R1은 생체활성화된 제제의 이완율 R1의 50 % 이하인 것이 바람직하며, 20 % 이하가 더욱 바람직하며, 10 % 이하가 가장 바람직하다.
콘트라스트 제제의 단백질 결합은 완충액 내에서의 생리적 관련 단백질 농도를 사용한 평형 투석 또는 한외여과에 의해 시험관내에서 평가할 수 있다. 참고 문헌[G.N. Rolinson 및 R. Sutherland, British J. Pharmac. Chemother. (1965), 25, 638 페이지(한외 여과); D. Glick, Methods Biochem. Anal. (1956), 3, 265 페이지(평형 투석)]. 본 발명에서 설명된 단백질 결합 측정은 인산염 완충 염수(0.15 NaCl, 10 mM의 인산염, pH 7.4)내의 4.5 %(w/w)의 사람 혈청 알부민을 사용한 한외 여과에 의해 측정한다. 바람직하게는 10 % 이상, 더욱 바람직하게는 50 % 이상, 더욱더 바람직하게는 80 % 이상, 가장 바람직하게는 95 % 이상의 활성화된 단백질 결합 콘트라스트 제제가 생리적으로 관련된 조건하에서 단백질에 결합된다. 본 발명에서, 콘트라스트 제제의 HSA에 대한 결합율(%)의 측정은 약 ㅁ5 %의 오차를 갖는다. 기타의 단백질 또는 혈청으로의 단백질의 결합은 유사한 형태로 평가될 수 있다.
제제가 최대의 이완율로 전환되는 정도는 HSA의 존재하에서 이완율-결합 (R1-결합)을 측정하여 평가할 수 있다. 이는 자유 킬레이트(R1-자유)의 이완율 뿐 아니라, 4.5 %의 HSA에서 제제의 결합율 및 이완율(R1-측정치)을 측정한다. R1-측정치는 R1-자유 및 R1-결합의 몰 분율 중량 평균값이다.
Figure 112006011696957-PAT00013
그래서,
Figure 112006011696957-PAT00014
이 된다.
리단드의 단백질 결합은 또한 이론적으로 평가될 수 있다. 통상적인 유형의 리간드의 경우, HSA 및 기타의 단백질에 대한 결합 친화도는 일반적으로 PBM의 소수성에 따라 증가하게 된다. PBM과 같은 치환체의 소수성의 이론적 평가는 치환체에 대한 한스 Π 상수를 사용하여 PBM 그 자체에 대해 옥탄올-물 (또는 옥탄올-완충액)의 로그값에 대한 기여를 계산하여 얻을 수 있다. 참고 문헌[에이. 레오 및 씨. 한스, "Partition Coefficients and their Uses," Chemical Reviews, 71, 525- 616 페이지 (1971); K.C. Chu, "The Quantitative Analysis of Structure-Activity Relationships," Burger's Medicinal Chemistry, 1 부, 393-418 페이지, (4 판, 1980)]. log P 기여도가 증가하면 결합 친화도가 증가된다. 예를 들면 지방족기상의 치환체의 경우 하기의 Π 상수를 사용할 수 있다.
기 Π-지방족
CH3 0.50
페닐 2.15
아릴기상의 치환체의 경우 하기와 같은 Π 상수를 사용할 수 있다.
기 Π-지방족
CH3 0.56
CH2CH3 1.02
페닐 1.96
C(CH3)3 1.98
그래서, IEM에 부착된 p-메틸벤질기에 대한 log P 기여도는 하기와 같이 (-CH2-기에 대한 예상치로서 CH3에 대한 1-지방족의 값을 이용하여) 계산할 수 있다.
Figure 112006011696957-PAT00015
IEM에 부착된 P-[4-(t-부틸)페닐]벤질기에 대한 log P 기여도는 하기와 같이 (-CH2-기에 대한 예상치로서 CH3에 대한 Π-지방족의 값을 이용하여) 계산할 수 있다.
Figure 112006011696957-PAT00016
HSA로의 결합에서, log P 기여도의 최소값 2 (4개의 CH3 기 또는 하나의 페닐 고리에 상응)는 상당한 결합을 얻는데 필요하다. log P 기여도는 4 이상인 것이 바람직하다. log P 기여도는 6 이상인 것이 더욱 바람직하다.
광학 영상에 있어서, 본 발명은 비-단백질 결합된 프로드러그 및 생체활성화된 단백질 결합 콘트라스트 제제의 광학 특성 사이의 측정가능한 차이가 존재할 것을 요구하고 있다. 예를 들면 인도시아닌 그린의 최대의 흡광도는 혈장 또는 혈액내의 단백질에 결합시에 770∼780 ㎚에서 790∼805 ㎚로 이동된다. 이러한 차이를 이용하여 단백질 결합된 활성화 광학 영상화 제제를 영상화시키거나 또는 검출하여 생체활성을 측정한다. MRI의 경우에서와 같이 광학 제제의 생체활성화된 프로드러그를 사용하면 제제의 특이성을 증가시킨다.
C. 변형 부위(MS)
프로드러그상에서의 변형 부위(MS) 도메인은 영상화시키고자 하는 특이성 생체활성화에 의해 변형된다. 이러한 변형은 결합 절단, 결합 형성, 산화 반응, 환원 반응 또는 양성자화 반응/탈양성자화 반응과 같은 생체 전환 반응(효소 등)에 해당하며, 이로써 생체활성화된 제제를 생성할 수 있다. MS는 IEM 또는 PBM의 고유한 부분이 될 수 있거나(이는 각각의 작용에 불리하게 영향을 미치지 않는한) 또는 별도의 치환체를 구성할 수 있다. 당업자는 생체활성화에 의해 변형될 수 있는 MS의 화학 구조를 이해할 것이다.
바람직한 MS는 효소에 의해 생체내에서 변형될 수 있는 것이다. 본 발명의 프로드러그를 변형시키는데 유용한 효소는 프로드러그내에서 1 종 이상의 결합을 변형 또는 절단시키는 것을 촉진하는 감염성 유기체(박테리아, 효모, 바이러스 등) 또는 포유동물내에서 형질발현되는 것이 있다. 효소 분자 및 이의 생체내 억제제와 결합된 것의 형질발현은 조직의 유형 또는 이의 상태에 매우 민감하다. 매우 바람 직한 변형 부위는 염증성 질환, 감염성 질환, 암, 아테로경화증, 혈전증, 심근 경색, 류마티스성 관절염, 골관절염, 자궁내막증, 치근막 질환, 자가 면역 질환 등의 질환을 갖고 있는 환자의 활성을 상승시키는 효소에 의해 변형될 수 있는 것이다. 효소 생체활성화의 경우, MS 화학 구조는 효소에 대한 천연 또는 최적의 기질의 것과 매우 관련이 크다. 천연 또는 최적의 기질은 널리 알려져 있으며, 문헌에 기재되어 있거나 또는 표준 생화학 기술에 의해 식별될 수 있다.
바람직한 변형 부위의 예는 가수분해효소(EC 3.1.*.* 내지 EC 3.99.*.*)로서 알려진 효소의 EC 클래스로 나뉘는 것이 있다. 이들 변형 부위는 탄소-산소, 탄소-질소, 인-산소, 탄소-탄소 및 적절한 효소의 작용에 의해 가수분해적으로 절단되는 기타의 결합으로 구성된다. 더욱 바람직한 변형 부위의 예로는 인-산소 결합이며, 이는 인산효소(EC 3.1.3.*)(클래스, 가수분해효소; 서브클래스, 에스테라제; 서브-서브클래스, 포스포모노에스테라제)로 알려진 효소에 의해 가수분해된다. 인산효소 및 이의 통상명의 특정의 예는 하기 표 I에 제시된 바와 같다.
[표 I]
EC 번호 통상명 기타 명칭
EC 3.1.3.1 알칼리성 인산효소 알칼리성 포스포모노에스테라제; 포스포모노에스테라제; 글리세로인산효소
EC 3.1.3.2 산성 인산효소 산성 포스포모노에스테라제; 포스포모노에스테라제; 글리세로인산효소
인-산소 MS 부위의 특정예로는 프로드러그 MRI 콘트라스트 제제(화학식 1 )에 포함되는 것이다. 이러한 인산염 모노에스테르 유도체는 알칼리성 인산효소에 의해 급속하게 가수분해되어 알콜 (또는 페놀) 및 인산염(PO4 -2)을 생성물로서 생성한다. 이러한 특정의 경우에 있어서, 인산염 모노에스테르 프로드러그(화학식 1 )는 이의 효소 분해 산물인 해당 알콜보다 HSA에 덜 강하게 결합한다. 인-산소 MS 부위상에서 작용하는 효소의 임상적 상관성은 산 인산효소의 경우에 의해 예시되며, 전립선 암 환자에게서 상승된 정도를 보이며 수십년동안 전립선 암의 진단, 진행 및 모니터에 광범위하게 사용되어 왔다.
Figure 112006011696957-PAT00017
추가의 바람직한 변형 부위의 예로는 설파타제(EC 3.1.6.*; 클래스, 가수분해효소; 서브클래스, 에스테라제; 서브-서브클래스, 설파타제)에 의해 절단되는 것이 있으며, 이 효소는 황-산소 결합을 절단시킨다. 스테로이드 설파타제 활성은 특히 유방암에서 매우 높으며, 이는 종양내에서의 에스트로겐의 형성을 조절하는 역할을 한다. 황산염 MS 부위 및 이의 EC 수를 변화시키는 설파타제를 하기 표 II에 제시한다.
[표 II]
EC 번호 통상명 기타 명칭
EC 2.8.2.4 에스트론 설파타제 에스트론 설포트랜스퍼라제
EC 2.8.2.15 스테로이드 설포트랜스퍼라제
EC 3.1.6.2 스테릴-설파타제
EC 3.1.5.1 아릴설파타제 설파타제
EC 3.1.6.4 N-아세틸갈락토스아민-6-설파타제
EC 3.1.6.11 디설포글루코스아민-2-설파타제
EC 3.1.6.18 글루쿠로네이트-2-설파타제
EC 3.1.6.6 콜린-설파타제
EC 3.1.6.8 세레브로사이드-설파타제
EC 3.1.6.9 콘드로-4-설파타제
EC 3.1.6.10 콘드로-6-설파타제
EC 3.1.6.12 N-아세틸갈락토스아민-4-설파타제
EC 3.1.6.13 이두로네이트-2-설파타제
EC 3.1.6.16 모노메틸-설파타제
EC 3.1.6.17 D-락테이트-2-설파타제
매우 바람직한 MS는 단백분해효소(EC 3.4.*.*)로 알려진 가수분해효소의 서브클래스에 의해 가수분해되는 탄소-질소 펩티드 결합이다. 이러한 효소는 아미드 결합을 가수분해하여 2개의 절단 산물, 아민 및 카르복실산을 형성하며, 이 중 하나는 생체활성화제에 결합된 채로 남아 있게 된다. MS는 영상화시키고자 하는 특이성 효소 활성에 대해 천연의 또는 최적의 펩티드 기질을 모사시키고자 하는 것이다.
특히 바람직한 탄소-질소 펩티드 MS는 세린 단백분해효소(EC 3.4.21.*; 클래스, 가수분해효소; 서브클래스, 펩티다제, 서브-서브클래스, 세린 엔도펩티다제)에 의해 가수분해되는 것이다. 세린 단백분해효소의 활성은 1차 유방암과 관련되어 있으며, 이러한 종양의 진행은 유방암의 전이를 야기하며, 폐암, 췌장암, 심한 췌장염 및 전립선암을 앓고 있는 환자에게서의 응고 활성을 야기한다. 전립선 암에 대한 진단용 제제로서 유용한 MS는 전립선 특이성 항원(PSA), 전립선 조직에 의해서만 생성되는 세린 단백분해효소 당단백질(30∼34 kDa)에 의해 변형되는 것이다. PSA는 펩티다제 키모트립신 및 트립신의 특징적인 효소 활성을 나타내며, 이의 생리적 기질은 고분자량 정낭 단백질(HMM-SV-단백질)인 것으로 밝혀졌다. PSA는 치료, 특히 전립선 절제술의 모니터에 매우 유용한데, 이는 이의 존재가 전립선의 제거후에 거의 0으로 감소하기 때문이다. 전립선 절제술 이후의 PSA의 느린 상승은 전립선이 모두 제거되는 것이 아니며 림프절 전이가 존재하며, 항원을 생성한다는 것을 의미한다. 또한, PSA의 농도는 종양의 크기 또는 악성 잠재력에 비례하며, 치료에 빠르게 반응한다. 특이성 세린 단백분해효소 및 이의 통상명을 하기 표 III에 제시한다.
[표 III]
EC 번호 통상명 기타 명칭
EC 3.4.21.77 전립선 특이성 항원 세메노젤라제; PSA; 감마 세미노단백질 세미닌
EC 3.4.21.37 백혈구 엘라스타제 리소소말 엘라스타제; 호중구; 엘라스타제; 골수 세린 단백분해효소; 메둘라신
EC 3.4.21.36 췌장 엘라스타제 판크레아토펩티다제 E; 췌장 엘라스타제 I
EC 3.4.21.76 마이엘로블래스틴 단백분해효소 3 베그너 자가항원
바람직한 MS는 매트릭스 금속단백분해효소(MMP)(EC 3.4.24.*, 서브클래스, 펩티다제; 서브-서브클래스 메탈로엔도펩타다제)에 의해 변형되는 것이며, 이 효소는 세포외 공간, 콘트라스트 제제에 쉽게 접근할 수 있는 조직 부위에서 생체활성이 높은 것으로 나타났다. 게다가, MMP 활성은 많은 질환에 의해 변형된다. 정도를 달리해서 MMP 족의 원은 암(특히, 전이 이전에 세포외 매트릭스의 분해에서의), 아 테로경화증[특히, 탈장, 혈전증 및 심근 경색 또는 불안정한 협심증이 되는 아테로경화증 플라크의 섬유 캡(cap)의 분해에서], 류마티스성 관절염 및 골관절염[연골 아그리칸(aggrecan) 및 콜라겐의 파괴], 치근막 질환, 염증, 자가면역 질환, 장기 이식 거부 반응, 궤양(각막, 상피, 위장), 경피증, 표피수포증, 자궁내막증, 신장 질환 및 골 질환등 과같은 질환과 관련되어 있다. 특이성 금속단백분해효소 및 이의 통상명을 하기 표 IV에 제시한다.
[표 IV]
EC 번호 통상명 기타 명칭
EC 3.4.24.23 매트리리신 MMP-7; 마트린; 자궁 메탈로엔도펩티다제; PUMP-1
EC 3.4.24.7 간질성 콜라게나제 MMP-1; 척추 콜라게나제; 섬유아세포 콜라게나제
EC 3.4.24.17 스트로멜리신-1 MMP-3; 트란신; 프로테오글리카나제
EC 3.4.24.22 스트로멜리신-2 MMP-10; 트란신-2
EC 번호 통상명 기타 명칭
EC 3.4.24.24 젤라티나제 MMP-2; 72 kDa 젤라티나제; IV형 콜라게나제
EC 3.4.24.26 슈도리신 엘라스타제에서의 슈도모나스; 슈도모나스 아에루기노사-중성 금속단백분해 효소
EC 3.4.24.34 호중구 콜라게나제 MMP-8
EC 3.4.24.35 젤라티나제 B MMP-9; 92 kDa 젤라티나제; V형 콜라게나제; 92 kDa IV형 콜라게나제; 대식세포 젤라티나제
EC 3.1.24.39 듀테로리신 페니실륨 로그포르티단백분해효소 II; 미생물 중성 단백분해효소 II; 산성 금속단백분해효소
표적화된 생체활성이 MMP-1, 특정 염증성 질환에서 상승되는 매트릭스 금속단백분해효소에 의해 형질발현되는 효소 활성인 경우, 바람직한 MS는 아미노산 글리신(Gly) 및 이소류신(Ile)을 연결시키는 탄소-질소 아미드 결합이다. Gly-Ile 아미드 결합 MS 부위를 포함하는 프로드러그의 예는 프로드러그 화합물(화학식 2 )이다.
Figure 112006011696957-PAT00018
기타 유형의 MS(예를 들면 에스테르, 에테르)가 적절한 표적 효소, 예를 들면 에스테라제(EC 3.1.*.*) 또는 에테르 가수분해효소(EC 3.3.*.*)로 분류된 것에 의해 가수분해되며, 표적 효소의 화학 지식을 바탕으로 하여 최적의 MS는 프로드러그로 혼입될 수 있다는 것은 당업자에게 명백하다.
몇몇의 경우에 있어서, 변형 부위의 변화에 이어서 제2 화학 반응이 실시되어 활성화된 콘트라스트 제제를 생성하는 것이 바람직하다. 중성 또는 음으로 하전된 PBM은 HSA를 결합시키는 제제에 대해 양으로 하전된 PBM보다 바람직하다(참고 문헌 미국 특허 제4,880,008호). 그래서, HSA에 결합되는 콘트라스트 제제의 활성화에 매우 바람직한 방법은 양으로 하전된 MS 절단 잔기를 중성 또는 음으로 하전된 기로 전환시키는 제2 화학 반응이다. 이는 제제의 소수성을 증가시키고(log P를 증가시킴), HSA 결합을 증가시키는 경향이 있다.
D. 차폐 부분(MM)
본 발명의 프로드러그내에 MM이 존재하는 경우, MM이 생체활성화될 때 프로드러그로부터 절단된다. MM은 적절한 부위내에서 프로드러그에 혼입되는 경우 생체활성형 콘트라스트 제제에 비해서 프로드러그의 단백질 결합 친화도를 감소시키는 임의의 유기 또는 무기 부분이 될 수 있다.
적절한 MM의 예로는 폴리에틸렌글리콜, 덱스트란, 하이알루론산 또는, PBM의 표면의 하전 또는 소수성을 변형시키는 기타의 물질 등이 있다. 이러한 물질은 거대 분자량 물질(예, 중합체, 단백질 또는 리포좀)과 혈액내의 세포성 표면의 상호 반응을 방지하는데 널리 사용되어 왔다. 예를 들면 리포좀에 부착된 폴리에틸렌글리콜(PEG)은 세망내피계로 세포성 소비되는 것을 방지하여 리포좀을 장시간 순환시킨다. 참고 문헌[D. Paphadjopoulos et al., Proceedings of the National Academy of Sciences (1991), 88, 11460-11464 페이지; 티.엠. 알렌 일동, Biochimica Biophysica Acta (1991), 1066, 29-36 페이지].
저분자량(<5000 달톤) 프로드러그 콘트라스트 제제의 경우, 친수성 및/또는 하전된 기가 유사하게 사용될 수 있다. 이러한 기는 MM/링커내에서 현명하게 배치되어 단백질 결합을 효율적으로 차폐시키고, 생체활성시에 방출되어 증가된 결합 능력을 갖는 IEM/PBM이 형질발현되도록 한다. 생체활성화 이후에 HSA와 같은 혈청 단백질을 결합시키고자 하는 콘트라스트 제제의 경우, 친수성 및/또는 하전기, 예를 들면 히드록실, 아민 (또는 암모늄), 4차 아민, 특정의 아미노산(특히 리신, 아 르기닌 및 히스티딘), 설폭시드, 인산염, 황산염, 카르복실산염, 탄수화물, 당 및 단일 또는 다중 배열에서의 금속 킬레이트가 잠재적으로 효율적인 MM을 나타낸다.
HSA 결합 친화도에 영향을 미치는 친수성 및/또는 하전기의 예로는 당업계 문헌에 기재되어 있다. 요오드화 X-선 콘트라스트 제제의 HSA 결합은 카르복실레이트기의 제거와 함께 히드록실기의 치환에 의해 차폐된다. 예를 들면 X-선 콘트라스트 제제 요오디파미드는 높은 친화도(>98 %)로 HSA에 결합되는 반면, 다수의 친수성 히드록실기를 포함하도록 변형된 상응하는 중성의 요오드화 X-선 콘트라스트 제제는 낮은 친화도(<1 %)로 HSA에 결합된다. 참고 문헌[Radiocontrast Agents, M. Sovak 편저, 스프링어-버르락, 미국 뉴욕주 (1984), 1 장, "Chemistry of X-Ray Contrast Media," 23-125 페이지]. 유사하게, 친수성 히드록실기의 수가 증가함에 따라 일련의 담즙산 유도체에 대한 HSA 결합 친화도가 감소되었다. 그래서, 리토콜산(결합 상수=2.0ㅧ105)이 케노데옥시콜산 콜릭(결합 상수=5.5ㅧ104)보다 강하게 결합하며, 콜산(결합 상수=0.3ㅧ104)보다 더욱 강하게 결합한다. 참고 문헌[Roda et al., J. Lipid Research (1982), 23, 409-495 페이지].
적절하게 배치된 1차, 2차 또는 3차 아민은 이러한 작용성이 결여된 유사한 약물과 비교하여 특정 항생제의 HSA 결합 친화도를 감소시키는 것으로 나타났다. 이러한 영향은 몇몇의 신규한 항생제, 에녹사신 및 NY-198에 대해 보고된 데이터에 의해 예시된다. 참고 문헌[E. Okezaki et al., Drug Metabolism and Disposition (1988), 16, 865-74 페이지]. HSA에 결합된 이러한 화합물의 분율(fb)은 각각 아민 기가 결여된 유사물 밀록사신(fb=0.86) 및 날리딕스산(fb=0.71)과 비교하여 각각 0.35 및 0.28인 것으로 보고되었다.
그래서, 본 발명의 바람직한 프로드러그에서, IEM은 Gd+3의 DTPA, DOTA, DTPA-BMA 또는 HP-DO3A 킬레이트를 포함하며, PBM은 하기 화학식 1)∼7)로 구성된 1 종 이상의 구조를 포함하며, MS는 가수분해 효소에 의해 생체내에서 변형될 수 있는 결합을 포함한다.
화학식 1)
Figure 112006011696957-PAT00019
화학식 2)
Figure 112006011696957-PAT00020
화학식 3)
Figure 112006011696957-PAT00021
화학식 4)
Figure 112006011696957-PAT00022
화학식 5)
Figure 112006011696957-PAT00023
화학식 6)
Figure 112006011696957-PAT00024
화학식 7)
Figure 112006011696957-PAT00025
상기 식에서, R은 지방족기 및/또는 1 종 이상의 아릴 고리를 포함하거나, 또는 소수성 아미노산 잔기 및/또는, 소수성 종결기 또는 친수성 종결기를 갖거나 또는 갖지 않는 치환체를 함유하는 펩티드를 포함하며
MS는 가수분해효소에 의해 생체내에서 변형 가능한 결합을 포함한다.
MS는 인산효소에 의해 생체내에서 가수분해될 수 있는 인-산소 결합 또는, 금속단백분해효소 또는 세린 단백분해효소에 의해 생체내에서 가수분해될 수 있는 아미드 결합인 것이 바람직하다. 본 명세서에서 구분한 가돌리늄 착체(화학식 1 ), 가돌리늄 착체(화학식 2 ) 및 가돌리늄 착체(화학식 10 )은 바람직한 프로드러그의 예이다.
III. 합성
본 발명의 화합물은 통상의 기법에 의해 합성될 수 있다. 이러한 화합물은 용이하게 구입할 수 있는 출발물질로부터 간편하게 합성된다. 많은 출발 물질은 시판되고 있으며, 예를 들면 미국 위스컨신주 밀워키에 소재하는 알드리치 케미칼 컴패니, 인코포레이티드에서 시판하고 있다. 본 발명 화합물의 합성 방법이 유기 합성 분야의 당업자에게 알려져 있을지라도, 하기의 일반적인 방법을 이용하여 합성법을 예시한다. 이러한 방법은 임의의 방법으로서 본 발명의 영역을 제한하는 것으로 이해해서는 안된다.
모노클로날 항체를 비롯한 단백질에 킬레이트를 공유 결합시키는데 사용된 유기 치환체로 변형된 DTPA 및 DOTA 킬레이트 제제의 합성법은 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 시판되는 p-니트로페닐알라닌 메틸 에스테르(알드리치 케미칼 시판)를 에틸렌 디아민과 반응시키고, 이이서 보란으로 환원시켜 트리아민을 형성함으로써 1-(p-이소티오시아나토벤질)DTPA를 제조했다. 브로모아세트산을 사용한 알킬화 반응에 이어서 환원(H2/Pd-C) 및 티오포스겐을 사용한 반응으로 이소티오시아네이트를 얻었다. 참고 문헌[M.W. Brechbiel et al., Inorganic Chemistry (1986), 25, 2772-2781 페이지]. DTPA 탄소 주쇄가 리신으로부터 유도된 아미노부틸기로 치환된 킬레이트제가 보고되어 있다. 참고 문헌[J.P.L. Cox et al., J. Chemical Society Perkin Transactions I (1990), 2567-2576 페이지]. p-니트로페닐알라닌의 이중 알킬화 반응에 의해 아세트산염 치환된 DTPA 분자에 접근하는 합성은 문헌에 기재되어 있다. 참고 문헌[엠.에이. 윌리엄즈 일동, Journal of Organic Chemistry (1993), 58, 1151-1158 페이지]. 유사하게 작용화된 거대고리형 DOTA 분자는 출발 물질 아미노산 및 Richman-Atkins 토실레이트 화학[J.P.L. Cox et al., J. Chemical Society Perkin Transactions I (1990), 2567-2576 페이지] 또는 다량 희석 고리 형성[T.J. McMurry et al., Bioconjugate Chemistry (1992), 108-117 페이지]을 비롯한 표준 고리화 기술에 의해 제조하였다.
지방친화성 벤질 치환체를 포함하는 간담즙성 MRI 콘트라스트 제제의 합성은 미국 특허 제4,899,755호에 기재되어 있다. PBM 및 혈액 반감기 연장 부분을 포함하는 MRI 콘트라스트 제제는 미국 특허 출원 제08/382,317호(1995년 2월 1일자로 출원됨)에 기재되어 있다. 이러한 출원은 포스포디에스테르 결합을 통해서 PBM에 결합된 DTPA 킬레이트제의 합성 뿐 아니라, 카보네이트 히드록시메틸디에틸렌트리아민(화학식 3 ) 및 1-히드록시메틸-DTPA-펜타-t-부틸 에스테르(화학식 4 )를 비롯한 몇몇의 다목적 중간 물질의 합성에 대해 기재하고 있다(반응식 1).
프로드러그 콘트라스트 제제의 제조에 대한 기타의 다목적 합성 중간 물질의 예는 1-p-히드록시벤질-디에틸렌트리아민(화학식 6 ) 등이 있다. 참고 문헌[Schumhmann-Giampieri, G. Radiology (1992), 183, 59-64 페이지]. 화학식 6 의 화합물은 t-부틸브로모아세테이트를 사용한 알킬화 반응에 의해 1-(p-히드록시벤질)DTPA-펜타-t-부틸 에스테르(화학식 7 )로 전환된다(반응식 1).
중간 물질 합성
Figure 112006011696957-PAT00026
카르바메이트(화학식 5 ) 또는 펜타-t-부틸 에스테르 중간 물질(화학식 4 및 7 )은 소정의 작용성 도메인(MS, MM, L) 뿐 아니라, 당업자에게 알려진 작용성기를 혼입시켜 PBM기를 사용하는 단일의 단계로 유도화되어 히드록실 또는 페놀기를 갖는 공유 결합[예를 들면 알킬 할라이드와 알콜의 반응에 의해 또는 2차 알콜을 사용한 디에틸디아조디카르복실레이트(DEAD)의 촉매화된 반응에 의해 에테르가 형성됨]을 형성한다. 참고 문헌[J. March, Advanced Organic Chemistry, 3 판, 존 윌리 앤 선즈 (1995), 1161 페이지, 기타의 적절한 반응 및 공유 결합에 대해서]. 또한, MS 및 임의의 MM 및/또는 L 도메인은 단계적으로 PBM에 첨가된다. 예를 들면 반응성 알킬 할라이드 및 2차 적절한 보호 반응성기(예 히드록실 또는 카르복실레이트)를 포함하는 PBM은 에테르 결합에 의해 DTPA-펜타-t-부틸 에스테르에 결합된다. 반응성기의 일시적인 보호는 당업계에 공지된 방법에 의해 실시될 수 있다. 참고 문 헌[Greene T.W. 및 Wuts, P.G.M., Protective Groups in Organic Synthesis, 2 판, 판권 1991 존 윌리 앤 선즈, 인코포레이티드, 미국 뉴욕주 뉴욕, 10-276 페이지]. 그후 2차 반응성 기를 탈보호시키고 변형시켜 소정의 MS 또는 MS 및 MM 모두를 첨가한다. 산(HCl 또는 TFA)을 사용하여 t-부틸 에스테르 보호기를 최종적으로 탈보호시켜 펜타 산 자유 리간드를 형성하고, 그후 가돌리늄(III) 및 염기와 반응시켜 가돌리늄 착체를 형성한다.
당업자에게 알려진 바와 같이, 상기의 합성 반응식은 본 발명에 기재되고 청구된 화합물을 합성할 수 있는 모든 방법의 포괄적인 리스트를 포함시키고자 하는 의도가 아니다. 추가의 방법은 당업자에게 자명할 것이다.
IV. 개선된 콘트라스트 제제의 용도
약학적 조성물은 본 발명의 임의의 프로드러그 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염과 함께 약학적으로 허용가능한 담체, 보조제 또는 부형제를 포함하는 것으로 제조될 수 있다. 용어 "약학적으로 허용가능한 담체, 보조제 또는 부형제"는 본 발명의 화합물과 함께 환자에게 투여될 수 있는 담체 또는 부형제를 의미하며, 이의 활성을 파괴하지 않아야 하며 제제의 유효량을 전달하는데 충분한 투여량으로 투여하는 경우 비독성이어야 한다. 약학적으로 허용가능한 담체, 보조제 및 부형제는 본 발명의 약학적 조성물에 사용될 수 있는 것으로서, 그 비제한적인 예로는 이온 교환제, 알루미나, 스테아린산알루미늄, 레시틴, 혈청 단백질(예; 사람 혈청 알부민), 완충 물질(예; 인산염), 글리신, 소르빈산, 소르빈산칼륨, TRIS[트리스(히드록시메틸)아미노메탄], 포화된 식물성 지방산의 부분적 글리세라이드 혼합물, 물 , 염 또는 전해질(예; 프로타민 설페이트, 인산수소이나트륨, 인산수소칼륨, 염화나트륨, 아연염), 콜로이드성 실리카, 마그네슘 트리실리케이트, 폴리비닐 피롤리돈, 셀룰로스계 물질, 폴리에틸렌 글리콜, 나트륨 카르복시메틸셀룰로스, 폴리아크릴레이트, 왁스, 폴리에틸렌-폴리옥시프로필렌-블록 중합체, 폴리에틸렌 글리콜 및 울 지방 등이 있다.
본 발명에 따르면, 약학적 조성물은 멸균된 주사가능한 수성 또는 유성 현탁액과 같은 멸균된 주사가능한 제제의 형태일 수 있다. 이 현탁액은 적합한 분산제 또는 수화제 및 현탁제를 사용하여 당해 분야에 공지된 기술에 따라 제형화할 수 있다. 멸균된 주사가능한 제제는 비독성의 비경구적으로 허용가능한 희석제 또는 용매중의 멸균된 주사가능한 용액 또는 현탁액, 예를 들면, 1,3-부탄디올중의 용액일 수도 있다. 이용될 수 있는 허용가능한 부형제 및 용매는 물, 링거액 및 염화나트륨 등장액이다. 또한, 멸균 고정된 오일은 통상 용매 또는 현탁 매질로서 이용된다. 이러한 목적을 위해, 임의의 무자극성 고정된 오일, 예를 들면, 합성의 모노글리세라이드 또는 디글리세라이드를 이용할 수 있다. 올레산 및 그 글리세라이드 유도체와 같은 지방산은 올리브유 또는 피마자유와 같은 천연의 약학적 허용성 오일, 특히 그 폴리옥시에틸화된 것에서와 같이 주사물의 제조에 유용하다. 이들 오일 용액 또는 현탁액은 또한 장쇄 알콜 희석제 또는 분산제를 함유할 수도 있다.
일부 경우에는 주사 용량 및 속도에 따라, 혈장 단백질상의 결합 부위가 포화될 수 있다. 이것은 단백질 결합제의 감소된 결합률을 초래하며, 반감기 또는 허용도 뿐 아니라, 제제의 효능을 손상시킬 수 있다. 이러한 환경에서, 프로드러그 제제를 멸균된 알부민 또는 혈장 대체 용액과 함께 주사하는 것이 바람직할 수 있다. 한편, 콘트라스트 제제를 함유하고 주사기내로 유인된 혈액과 혼합하는 장치/주사기를 사용할 수 있으며, 이것이 환자에게 재주사된다.
본 발명의 화합물 및 약학적 조성물은 경구적으로, 비경구적으로, 흡입 분무제에 의해, 국소적으로, 직장내로, 비강내로, 구강내로, 질내로 또는 이식된 저장기를 통해 통상의 비독성 약학적 허용 담체, 보조제 및 부형제를 함유하는 투여 제제로 투여될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 "비경구적"이란 용어는 피하, 정맥내, 근육내, 동맥내, 활액내, 흉골내, 포막내, 간내, 병변내 및 두개골내 주사 또는 주입 기술을 포함하는 개념이다.
경구 투여시에, 본 발명의 약학적 조성물은 캡슐, 정제, 수성 현탁액 또는 용액과 같은 임의의 경구적으로 허용가능한 투여 형태로 투여할 수 있으나, 이들 형태에 국한되는 것은 아니다. 경구용 정제의 경우에, 통상 사용되는 담체로는 락토스 및 옥수수 전분을 들 수 있다. 스테아린산마그네슘과 같은 윤활제도 통상적으로 첨가된다. 캡슐 형태로 경구 투여하기 위해 유용한 희석제로는 락토스 및 건조된 옥수수 전분이 있다. 수성 현탁액이 경구용으로 사용되는 경우에, 활성 성분은 유화제 및 현탁제와 배합한다. 필요에 따라, 특정 감미제, 향미제 또는 착색제를 첨가할 수도 있다.
한편, 직장 투여용 좌약 형태로 투여하는 경우에, 본 발명의 약학적 조성물은 본 발명의 제제를 실온에서 고체이나 직장 온도에서는 액체인 적합한 비자극성 부형제와 혼합하여 제조할 수 있으며, 그러므로 직장내에서 용해되어 약제를 방출 하게 된다. 그러한 재료로는 코코아 버터, 밀랍 및 폴리에틸렌 글리콜이 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 약학적 조성물은 치료할 표적이 눈, 피부 또는 하부 장관과 같이 국소 투여에 의해 쉽게 접근가능한 부위 또는 장기를 포함할 경우에 특히 국소적으로 투여할 수도 있다. 적합한 국소 제제는 상기 부위 또는 장기 각각에 대해 쉽게 제조된다.
하부 장관에 대한 국소 투여는 직장 좌약 제제(상기 참조)로 적합한 관장 제제로 수행할 수 있다. 국소-경피용 패치를 사용할 수도 있다.
국소 투여용으로, 약학적 조성물은 하나 이상의 담체에 현탁 또는 용해된 활성 성분을 함유하는 적합한 연고로 제형화될 수 있다. 본 발명 화합물의 국소 투여용 담체로는 광유, 액체 바셀린, 백색 바셀린, 프로필렌 글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌 화합물, 유화용 왁스 및 물을 들 수 있으나, 이들에 국한되는 것은 아니다. 한편, 약학적 조성물은 1종 이상의 약학적 허용 담체에 현탁 또는 용해된 활성 성분을 함유하는 적합한 로션 또는 크림으로 제형화할 수 있다. 적합한 담체로는 광유, 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리소르베이트 60, 세틸 에스테르 왁스, 세테아릴 알콜, 2-옥틸도데칸올, 벤질 알콜 및 물을 들 수 있다.
안과용으로, 약학적 조성물은 염화벤질알코늄과 같은 방부제를 함유하거나 또는 함유하지 않고, 등장의 pH 조정된 멸균 염수중의 미분 현탁액으로, 또는 바람직하게는 등장의 pH 조정된 멸균 염수중의 용액으로 제형화할 수 있다. 한편, 안과용으로, 약학적 조성물은 바셀린과 같은 연고내에 제형화할 수 있다.
비강 에어로졸 또는 흡입에 의한 투여용으로, 본 발명의 약학적 조성물은 약 학 제제 분야에 널리 알려진 기술에 따라 제조되고, 벤질 알콜 또는 기타 적합한 방부제, 생체이용률을 증가시키기 위한 흡수 촉진제, 플루오로카본 및/또는 기타 통상의 가용화제 또는 분산제를 이용하여 염수중의 용액으로 제조할 수 있다.
단일 투여량을 제조하기 위해 담체 물질과 혼합될 수 있는 활성 성분의 함량은 치료하고자 하는 숙주 및 특정의 투여 유형에 따라 달라질 수 있다. 통상적인 제제는 약 5∼약 95 %(w/w)의 활성 화합물을 포함한다. 이러한 제제는 약 20∼약 80 %의 활성 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.
정맥내 및 기타 유형의 투여의 경우, 허용가능한 투여량 범위는 체중 1 ㎏당 0.001∼1.0 mmol이 되며, 활성 성분 화합물의 바람직한 투여량은 체중 1 ㎏당 0.001∼0.5 mmol 이다. 체중 1 ㎏당 0.01∼0.1 mmol이 더욱 바람직하고, 체중 1 ㎏당 0.02∼0.05 mmol이 가장 바람직하다.
당업자라면, 전술한 범위보다 높은 투여량 또는 낮은 투여량이 요구될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 임의의 특정의 환자에 대한 특정 투여량의 섭생은 사용된 특정 화합물의 활성, 연령, 체중, 일반적인 건강 상태, 성별, 식이요법, 투여 시간, 배설 속도, 약물 조합 및 치료 주치의의 판단에 따라 달라질 수 있다.
바람직한 약학적 조성물은 본 발명의 바람직한 프로드러그를 포함하는 것으로 이해한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 더 잘 이해될 것이다. 이들 실시예는 단지 예시용으로 제시할 뿐이며, 어떠한 방법으로도 본 발명의 영역을 제한하고자 하는 의도로 제시한 것은 아니다. 각각의 실시예에서, HSA는 생체활성화된 콘트라스트 제제가 결합되는 단백질로서 사용한다.
[ 실시예 ]
실시예 Ia
가돌리늄 착체 1의 합성법
먼저, 카르바메이트(화학식 5 )를 디에틸아조디카르복실레이트 및 트리페닐포스핀의 존재하에 4,4'-디히드록시비페닐의 모노(디알릴포스페이트)에스테르와 반응시켜서 에테르를 형성시켰다(반응식 2). 탈보호(TFA) 및 브로모-t-부틸아세테이트를 사용하여 알킬화한 후, 상기 포스페이트를 팔라듐 테트라키스(트리페닐)포스핀으로 탈보호하였다. t-부틸 에스테르를 트리플루오로아세트산으로 가수분해하였다. GdCl3 및 수산화나트륨과 반응시켜 가돌리늄 착체(화학식 1 )을 제조하였다.
Gd 착체(화학식 1 )의 합성
Figure 112006011696957-PAT00027
a) DEAD, PPh3 ; b) TFA; c) BrCH2CO2tBu; d) Pd(Ph3P)4, n-BuNH2, HCO2H; e) TFA; f) GdCl3, NaOH
실시예 Ib
Gd 착체(화학식 1 )의 더욱 바람직한 합성법
먼저, 보론산(화학식 13 )을 p-브로모페놀로부터 3 단계로 제조하였다(반응식 2a). 상기 페놀을 t-부틸디메틸실릴 에테르로서 보호하였다. 아릴브로마이드를 부틸 리튬으로 처리하여 아릴리튬을 제조하였다. 아릴리튬을 트리이소프로필 보레이트와 반응시키고, 이어서 온화한 산성 조건을 사용하여 보레이트 에스테르 중간 물질을 가수분해하므로써 보론산(화학식 13 )을 제조하였다.
보론산(화학식 13 )의 합성
Figure 112006011696957-PAT00028
a) tBuMe2SiCl, 이미다졸, THF; b) nBuLi, -78℃, THF; c) (i-PrO)3B, THF 이어서 H3O+
중간 물질(화학식 5 )과 브로모페놀간의 미츠노부 반응으로 에테르(화학식 14 )를 얻었다. 세개의 BOC기를 트리플루오로아세트산으로 탈보호하고 이어서 트리아민을 t-부틸 브로모아세테이트로 알킬화하여 펜타아세테이트(화학식 15 )를 얻었 다.
보론산(화학식 13 )으로 아릴브로마이드(화학식 15 )를 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐-커플링(스즈키 커플링)시켜 비페닐 유도체(화학식 16 )를 얻었다. 실릴 에테르를 가수분해한 후, 포스포릴화하고 얻어진 포스포릴디클로라이드를 알칼리성 가수분해하여 모노포스페이트(화학식 17 )를 제조하였다. t-부틸 에스테르를 트리플루오로아세트산으로 탈보호하였다. GdCl3 및 수산화나트륨과 반응시켜 가돌리늄 착체(화학식 1 )을 제조하였다(반응식 2b).
Gd 착체(화학식 1 )의 더욱 바람직한 합성
Figure 112006011696957-PAT00029
d) p-브로모페놀, DEAD, PPh3, THF; e) TFA; f) BrCH2CO2tBu, i-Pr2NEt, DMF; g) 화학식 13 의 화합물, (PPh3)4Pd, Na2CO3, 톨루엔, MeOH, H2O, △; h) POCl3, Et3N 이어서 H2O/OH-; i) TFA; j) GdCl3, NaOH
실시예 IIa
가돌리늄 착체(화학식 2 )의 합성법
디에틸아조디카르복실레이트 및 트리페닐포스핀의 존재하에 카르바메이트(화학식 5 )를 메틸-5-브로모살리실레이트와 반응시켜서 브로모아릴 에테르를 형성시켰다. 페닐보론산을 사용하여 브로모아릴 에테르를 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐-촉매로 커플링하여 비페닐 에테르를 제조하였다. t-부틸 카르바메이트를 트리플루오로아세트산으로 가수분해하고 이어서 t-부틸 브로모아세테이트로 알킬화하여 비페닐 에테르 치환된 펜타-t-부틸 디에틸렌트리아민 펜타아세테이트를 제조하였다. 메틸 에스테르를 디옥산 중의 1N NaOH로 가수분해하여 비페닐카르복실레이트를 제조하였다. 이것을 디메틸포름아미드 중의 디시클로헥실카르보디이미드를 사용하여 펩티드 단편인 H2N-gly-ile-arg(Boc)2-lys(Boc)-OtBu과 커플링하였다. 6 N HCl/디옥산내에서 가수분해시켜 비페닐 펩티드 치환된 디에틸렌 트리아민 펜타아세트산을 생성했다. GdCl3 및 염기를 반응시켜서 가돌리늄 착체(화학식 2 )를 얻었다. 이는 역상 HPLC에 의해 정제하였다(반응식 3a).
Gd 착체(화학식 2 )의 합성
Figure 112006011696957-PAT00030
a) 메틸-5-브로모살리실레이트, DEAD, PPh3; b) ArB(0H)2, Na2CO3, (Ph3P)4Pd; c) TFA; d) BrCH2CO2tBu, i-Pr2NEt; e) NaOH, H2O/디옥산; f) H2N-gly-ile-arg(boc)2-lys(boc)-OtBu, DCC; g) HCl/디옥산; h) GdCl3, 염기
실시예 IIb
Gd 착체(화학식 2 )의 더욱 바람직한 합성법
디에틸아조디카르복실레이트 및 트리페닐포스핀의 존재하에 카르바메이트(화학식 5 )를 메틸-5-브로모살리실레이트와 반응시켜서 브로모아릴 에테르를 형성시켰다. 메틸 에스테르를 가수분해한 후, 촉매량의 디메틸아미노피리딘 존재하에 벤질클로로포르메이트 및 트리에틸아민으로 처리하여 벤질 에스테르(화학식 18 )를 얻었다. 세개의 BOC 기를 트리플루오로아세트산으로 탈보호시키고 이어서 t-부틸 브로 모아세테이트로 알킬화하여 브로모아릴 에테르 치환된 펜타-t-부틸 디에틸렌트리아민 펜타아세테이트(화학식 19 )를 제조하였다. 페닐보론산으로 브로모아릴 에테르를 스즈키 커플링시켜 비페닐 에테르를 얻었다. 팔라듐 촉매의 존재하에 벤질에스테르를 가수분해하여 비페닐카르복실레이트(화학식 20 )를 제조하였다. 벤질글리시네이트로 상기 화학식 20 의 화합물을 커플링시키고, 이어서 벤질 에스테르를 가수소분해하여 아미드(화학식 21 )을 제조하였다. 상기 화학식 21 의 화합물을 DMF 중의 디시클로헥실카르보디이미드를 사용하여 보호된 트리펩티드인 H2N-Ile-Arg(BOC)2-Lys(BOC)-OtBu과 커플링시킨 후, t-부틸 에스테르 및 BOC기를 TFA로 탈보호하여 테트라펩티드(화학식 22 )를 제조하였다. 수산화나트륨 존재하에 GdCl3과 반응시켜서 착체(화학식 2 )를 얻고, 역상 HPLC에 의해 정제하였다(반응식 3b).
Gd 착체(화학식 2 )의 더욱 바람직한 합성
Figure 112006011696957-PAT00031
a) 메틸-5-브로모살리실레이트, DEAD, PPh3, THF; b) 2N KOH(aq), MeOH; c) CICO2Bn, Et3N, DMAP, CH2Cl2; d) TFA; e) BrCH2CO2tBu, i-Pr2NEt, DMF; f) Ph-B(OH)2, (PPh3)4Pd, Na2CO3, 톨루엔, MeOH, H2O, △; g) H2, Pd, C, MeOH; h) H2NCH2CO2Bn, DCC, CH2Cl2; l) H2, Pd, C, MeOH; j) H2N-ll3-Arg(BOC)2-Lys(BOC)-OtBu, DCC, HOBt, DMF; k) TFA; i) GdCl3, NaOH.
실시예 IIIa
프로드러그 화합물(화학식 1 )의 활성화
프로드러그(화학식 1 )는 하기에 도시된 바와 같이 알칼리성 포스페이트에 의해 활성화된다. MS(인-산소 결합)의 가수분해에 의해 제조되는 활성화된 콘트라스트 제제(화학식 8 )는 프로드러그(화학식 1 )보다 더 큰 친화성으로 0.1 mM의 농도에서 HSA에 결합된다. 이완율이 증가한 것은 T1이 짧아졌기 때문이며, 이는 MRI 영상내에 시그날 세기가 증가하는 것으로 감지된다.
프로드러그 화합물(화학식 1 )의 활성화
Figure 112006011696957-PAT00032
실시예 IIIb
프로드러그 화합물(화학식 1 )의 더욱 바람직한 활성화
실시예 Ib에 기술된 바와 같이 화합물(화학식 1 )(실시예 Ib 및 IIIa 참조)을 합성하였다. 프로드러그(화학식 1 )은 MS(인-산소 결합)를 가수분해하는 알칼리성 인산효소에 의해 활성화되어[실시예 IIIa, 프로드러그(화학식 1 )의 활성화 참조] 활성화 콘트라스트 제제(화학식 8 )을 형성하였다. 화합물(화학식 8 )은 0.1 mM에서 프로드러그(화학식 1 )보다 더 높은 친화도 및 더 높은 이완율로 HSA에 결합하였다. 이완율이 더 높은 것은 T1이 더 짧아졌기 때문이며, 이는 MRI 영상내에 시그날 세기가 증가하는 것으로 감지된다(하기의 표 V 참조).
[표 V]
이완율 및 HSA에 대한 결합율(%)
화합물 4.5% HSA에서의 이완율 4.5% HSA에서의 결합율(%)
화학식 1 15.9 ㅁ 0.2 47 ㅁ 1
화학식 8 26.4 ㅁ 0.4 63 ㅁ 1
표 V에서, 종방향 이완율(R1)은 20 ㎒ 및 37℃에서 포스페이트 완충 염수(PBS, 150 mM NaCl, 10 mM 포스페이트, pH = 7.4) 또는 4.5% 사람 혈청 알부민(HSA)를 함유하는 PBS 용액 중의 물 양성자의 농도에 의존하는 이완율을 측정하므로써 얻었다. HSA에 대한 결합율(%)은 0.1 mM 킬레이트, 4.5% HSA 용액의 한외여과에 의해 측정하였다.
프로드러그(화학식 1 )의 용액(0.3 mM)을 4.5% HSA를 함유하는 PBS 완충액(pH 7)중에 제조하였다. 시간에 따른 20 MHz 양성자 이완율(1/T1)에서는 어떠한 변화도 관찰되지 않았다. 알칼리성 포스파타아제 3 단위(1 단위는 0.1 mM 기질 중의 포스페이트 완충 염수 중, 매 1 분마다 p-니트로페닐포스페이트 1 nmol을 p-니트로페놀로 전환시킴)를 화합물(화학식 1 )의 4.5% HSA 용액에 첨가하고 1/T1을 시간 경과에 따라 모니터하였다. 화학식 1 의 화합물이 효소 활성화에 의해 화학식 8 의 화합물로 전환됨에 따라 상기 용액에 대한 1/T1 변화를 관찰하였다(표 VI). 화학식 1 의 화합물이 화학식 8 의 화합물로 효소 활성를 완료함으로써 0 시간으로부터의 1/T1 변화는 2.86 초-1였다. 이는 24%의 시그날 세기에서 대략적으로 예상된 증가치에 해당하는 것이다.
[표 VI]
20 ㎒에서의 프로드러그(화학식 1 )의 생체활성
시간(분) 1/T1(초-1)
0 4.440
1 4.348
2 4.651
4 4.878
6 5.025
14 5.376
48 6.250
90 6.849
110 7.042
137 7.299
Figure 112006011696957-PAT00033
화합물(화학식 1 ) 및 화합물(화학식 8 )(0.1∼0.2 mM)을 함유하는 4.5% HSA의 용액을 제조하였다. 15 분후, 초기의 T1-평량 MRI 스캔(FISP-3D, TR = 60, TE = 5, α = 60)을 4.5% HSA 용액 1.0 Tesla에서 얻었다. 화합물(화학식 8 )을 함유하는 상기 용액의 MRI 스캔은 동일한 농도에서 화합물(화학식 1 )을 함유하는 용액보다 더 선명하였다. 3 단위의 알칼리성 인산효소 화합물(화학식 1 )을 HSA의 용액 1/2에 첨가하고 T1-평량 MRI 스캔을 추가로 얻었다. 130 분후, 화합물(화학식 1 ) 및 알칼리 성 포스파타아제를 함유하는 용액은 동일한 농도에서 화합물(화학식 8 )을 함유하는 용액에 대한 시그날 세기의 96%를 얻었다. 알칼리성 인산효소를 함유하지 않으며 화합물(화학식 1 )을 함유하는 용액은 MRI 스캔 도중에 일정한 어두운 영상으로 유지되었다. 화합물(화학식 1 )을 함유하는 용액에 알칼리성 인산효소를 첨가한 후, 시그날 세기가 20% 증가한 것이 관찰되었다.
실시예 IV
가돌리늄 착체(화학식 2 )의 활성화
친수성 이소류신-아르기닌-리신 측쇄 MM을 함유하는 프로드러그(화학식 2 )를 콜라겐나아제(MMP-1)에 의해 활성화하였다. MS는 MMP-1(gly-ile)에 의해 선택적으로 가수분해되는 탄소-질소 펩티드 결합이다. ile-arg-lys MM을 방출시키면 화합물(화학식 9 )가 생기며, 이는 프로드러그(화학식 2 )보다 HSA에 대해 더욱 큰 결합 친화도를 갖는 것을 특징으로 한다. MRI에서의 변형된 시그날로 인해 생체활성이 영상화될 수 있다.
가돌리늄 착체(화학식 2 )의 활성화
Figure 112006011696957-PAT00034
실시예 V
가돌리늄 착체(화학식 10)의 활성화
본 실시예는 또한 제2 화학 반응이 제1 생체활성 관련 현상으로 얼마나 커플링되는가를 나타낸다. 트리펩티드 tmLys-tmLys-Arg(여기서, tmLys는 Nε, Nε, Nε-트리메틸리신임)로 이루어진 MM을 함유하는 프로드러그(화학식 10 )를 세린 단백분해효소에 의해 활성화시켰다. MS는 세린 단백분해효소 생체활성에 의해 절단되어 차폐 부분을 방출하는 Arg-Glu 탄소-질소 펩티드 결합이다. 중간 물질(화학식 11 )을 생성하는 효소 가수분해 이후에는 지방족 또는 활성화 에스테르(예, R=p-니트로페닐임)와의 제2 화학반응(분자내 고리화 반응)을 진행한다. 이는 화합물(화학식 11 )의 양으로 하전된 PBM 부분이 더욱 지방친화성으로 되며, 더욱 강하게 결합된 HSA 중성 락탐 유도체(화학식 12 )로 전환시킨다.
프로드러그(화학식 10 )의 활성화
Figure 112006011696957-PAT00035
실시예 VI
프로드러그 콘트라스트 제제의 투여
프로드러그 화합물(화학식 9 ), 즉 MMP 기질을 당해 기술 분야에 공지되었으며 전술한 화학적 기법 및 펩티드 기술에 의해 합성하였다. 물 중 pH 7.0 제제를 조제하였으며 이를 멸균시켰다.
제제를 1 종 이상의 종양을 갖는 것으로 의심되는 환자에게 정맥내 주사하였다. 사용된 투여량은 0.025 mmol/㎏이었다. 주사 15 분 후에, 종양을 가진 것으로 의심되는 신체 부위 T1-평량 MRI로 스캔하였다. 영상내에 밝게 보이는 부분은 양성 종양이 아닌 악성 종양으로 보인다.
이것과 동일한 제제를 하나 이상의 관절내에 류마티스성 관절염을 갖는 것으 로 의심되는 환자에게 정맥내 주사하였다. 사용된 투여량은 0.025 mmol/kg이었다. 주사후 15 분 후에, 종양을 가진 것으로 의심되는 신체 관절 T1-평량 MRI로 스캔하였다. 영상내에 밝게 보이는 부분은 활성화된 염증으로 보인다.
이것과 동일한 제제를 하나 이상의 동맥 내에 아테롬성경화증을 앓고 있는 환자에게 정맥내 주사하였다. 사용된 투여량은 0.025 mmol/kg이었다. 주사 15 분 후에, 상기 동맥의 T1-평량 MRI로 스캔하였다. 밝기가 증강된 아테롬성경화증 플라크는 더욱 안정하지 않은 플라크이며, 파열되기 쉬우며 동맥을 공급하는 장기에 허혈을 발생시키는 경향이 더 큰 것으로 나타났다.
본 발명에 따라 자기 공명 영상 및 광학 영상을 개선하는 진단용 제제, 특히조직내에서 특이한 생체활성을 민감하게 검출하는 MRI 및 광학 영상 제제를 얻을 수가 있다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 (1)을 갖는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
    화학식 (1) : IEM-PBM-MS-MM
    상기 화학식(1)에서, IEM(image-enhancing moiety)은 영상 증강부(또는 시그날 생성부), MS(modification site)는 변형 부위, PBM(protein binding moiety)은단백질 결합부, 그리고 MM(masking moiety)은 차폐 부분을 지칭하는 것으로,
    IEM은 (1) 마그네비스트 가도펜테테이트 디메글루민(DTPA), 도타렘 가도테레이트 메글루민(DOTA), 옴니스캔 가도디아미드(DTPA-BMA) 및 프로한스 가도테리돌(HP-DO3A)로 구성된 군으로부터 선택된 킬레이트제와 (2) 원자번호가 21∼29, 42, 44 또는 57∼83인 1개 또는 다수개의 상자성 금속 이온(M)간의 착체를 포함하고,
    -PBM-MS-MM 잔기는 하기 구조를 갖는 잔기들로 구성된 군으로부터 선택되며,
    Figure 112006011696957-PAT00036
    Figure 112006011696957-PAT00037
    [여기서, 상기 잔기 각각에서 1개 또는 2개의 아릴 고리가 인산염기로 치환되며, R은 1개 내지 5개의 탄소를 갖는 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 아릴기 또는 시클로알킬기일 수 있고, 또 파형 선은 IEM에 대한 부착부위를 의미함] 또,
    상기 -PBM-MS-MM 잔기는 공유결합을 통하여 상기 IEM의 상기 킬레이트제의 메틸렌 탄소와 결합함으로서 상기 IEM에 접합(conjugate)된다.
  2. 제1항에 있어서 상기 킬레이트제가 하기 구조식을 갖는 것들로 구성된 군으로부터 선택되는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
    Figure 112006011696957-PAT00038
    상기 구조식에서, 파형 선은 -PBM-MS-MM 잔기에 대한 부착부위를 의미한다.
  3. 제1항에 있어서 상기 킬레이트제가 하기 구조식을 갖는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
    Figure 112006011696957-PAT00039
    상기 구조식에서, 파형 선은 -PBM-MS-MM 잔기에 대한 부착부위를 의미한다.
  4. 하기 화학식 (1)을 갖는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
    화학식 (1) : IEM-PBM-MS-MM
    상기 화학식(1)에서,
    IEM은 (1) 마그네비스트 가도펜테테이트 디메글루민(DTPA), 도타렘 가도테레이트 메글루민(DOTA), 옴니스캔 가도디아미드(DTPA-BMA) 및 프로한스 가도테리돌(HP-DO3A)로 구성된 군으로부터 선택된 킬레이트제와 (2) 원자번호가 21∼29, 42, 44 또는 57∼83인 1개 또는 다수개의 상자성 금속 이온(M)간의 착체를 포함하고, 또
    조성물은 하기 구조를 갖는다.
    Figure 112006011696957-PAT00040
    [여기서, X는 CH2, O 또는 NH 이다]
  5. 하기 화학식 (1)을 갖는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
    화학식 (1) : IEM-PBM-MS-MM
    상기 화학식(1)에서,
    IEM은 (1) 마그네비스트 가도펜테테이트 디메글루민(DTPA), 도타렘 가도테레이트 메글루민(DOTA), 옴니스캔 가도디아미드(DTPA-BMA) 및 프로한스 가도테리돌(HP-DO3A)로 구성된 군으로부터 선택된 킬레이트제와 (2) 원자번호가 21∼29, 42, 44 또는 57∼83인 1개 또는 다수개의 상자성 금속 이온(M)간의 착체를 포함하고,
    -PBM-MS-MM 잔기는 하기 구조를 갖는 잔기이다
    Figure 112006011696957-PAT00041
    [여기서, X는 CH2, O 또는 NH일 수 있으며, 또 파형 선은 IEM에 대한 부착부위를 의미한다]
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, X가 산소인 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
  7. 제1항, 제4항 또는 제5항에 있어서, 상자성 금속 이온(M)이 Gd(III), Mn(II), Fe(III), Cu(II), Cr(III) 및 Eu(III)로 구성된 군에서 선택되는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
  8. 제7항에 있어서, 상자성 금속 이온(M)이 Gd(III)인 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
  9. 제4항에 있어서, 다음 구조식을 갖는 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
    Figure 112006011696957-PAT00042
    [여기서, M은 Gd(III), Mn(II), Fe(III), Cu(II), Cr(III) 및 Eu(III)로 구성된 군에서 선택된다]
  10. 제9항에 있어서, M이 Gd(III)인 자기공명영상(MRI) 진단용 조성물.
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