KR20080105766A

KR20080105766A - 베타아밀로이드 침착의 영상화를 위한 헤테로사이클릭 인덴계열의 유도체 및 그의 방사성 동위원소 표지화합물

Info

Publication number: KR20080105766A
Application number: KR1020070053777A
Authority: KR
Inventors: 정재민; 이동수; 정준기; 이명철
Original assignee: 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-04
Also published as: KR101469275B1; US20080299041A1

Abstract

본 발명은 베타아밀로이드 플라크의 영상화를 위한 헤테로사이클릭 인덴 계열의 유도체, 그의 방사성동위원소 표지 화합물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 화합물은, 방사성동위원소의 표지가 용이하고, 베타아밀로이드 플라크와 결합력이 높아 핵의학적 방법으로 베타아밀로이드의 분포를 영상화함으로써 알츠하이머 질환의 진단에 우수한 특성이 있다.

베타아밀로이드, 인덴, 방사성동위원소

Description

베타아밀로이드 침착의 영상화를 위한 헤테로사이클릭 인덴 계열의 유도체 및 그의 방사성 동위원소 표지화합물 {Heterocyclic indene derivatives and their radioisotope labeled compounds for imaging β-amyloid deposition}

도 1은 실시예 10의 2-(4'-[¹⁸F]플루오로메틸)페닐-1,3-벤조치아졸의 표지 후 HPLC로 분리 정제한 크로마토그램이다. 붉은색 피크 즉 "[¹⁸F]1"이라 표시한 피크는 동위원소 피크이고, 초록색 피크 즉 "Cold 1"이라 표시한 피크는 UV 흡광도 피크이다.

도 2는 2-(4'-[¹⁸F]플루오로메틸)페닐-1,3-벤조치아졸을 마우스에 정맥 주사 후 2분, 30분 및 60분에 각각, 각각의 장기의 무게와 방사능 분포를 측정하여 장기무게당 주사한 방사능에 대하여 분포한 방사능의 퍼센트 값을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 베타아밀로이드 플라크에 결합하여 방사선을 방출하여 영상을 얻는데 사용할 수 있는 헤테로사이클릭 인덴 유도체, 그의 방사성동위원소 표지 화합물, 그를 합성하기 위한 전구물질 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

베타아밀로이드 플라크는 알츠하이머병 환자의 두뇌 속에서 다량 관찰된다. 알츠하이머병은 두뇌의 신경세포가 줄어들면서 기억력 소실 및 기타 인지기능 장애가 동반되는 질병이다. 이러한 알츠하이머병 환자는 두뇌 속에 베타아밀로이드가 축적되어 플라크 및 탱글을 형성한 것이 관찰된다. 이러한 알츠하이머병은 베타아밀로이드 플라크 및 탱글의 형성을 억제하는 약물을 투여하여 그의 형성을 억제할 수 있다.

알츠하이머병의 확실한 진단은 부검을 하여 뇌를 콩고레드로 염색하여 진단이 가능하지만 살아 있는 사람에서는 이러한 방법을 사용할 수가 없다. 왜냐하면 콩고레드는 수용성이 강하여 혈액뇌관문을 통과할 수 없어서 살아 있는 사람에는 투여하여도 두뇌 속으로 들어갈 수 없기 때문이다. 따라서 베타아밀로이드 플라크 및 탱글에 결합하면서 혈액뇌관문을 통과할 수 있는 물질에 방사성동위원소를 표지하면 이를 인체에 투여하고 두뇌 분포를 영상화함으로써 알츠하이머병의 진단이 가능하다. 이러한 베타아밀로이드 플라크의 영상화는 두뇌 뿐만아니라 기타 다른 장기에서도 동일한 방법이 적용가능하며 이러한 방법을 통하여 베타아밀로이드 플라크가 원인이 되는 기타의 질환에 대해서도 진단이 가능하다.

베타아밀로이드 플라크 및 탱글의 영상화를 위하여 가장 먼저 개발된 동위원소 표지 화합물은 하기 화학식 3의 콩고레드나 크리사민 G의 유도체들이었으나 앞서 말한 바와 같이 혈액뇌관문의 통과가 너무 낮아 실제로 사용할 수는 없었다. (Klunk WE, Debnath ML, Pettegrew JW. Development of small molecule probes for the beta-amyloid protein of Alzheimer's disease. Neurobiol Aging 1994; 15:691-8. Klunk WE, Debnath ML, Pettegrew JW. Chrysamine-G binding to Alzheimer and control brain: Autopsy study of a new amyloid probe. Neurobiol Aging 1995; 16:541-8.)

그 이후 화학식 4의 6-다이알킬아미노-2-나프틸에틸리덴 (FDDNP) 유도체와 치오플라빈-T 계통의 유도체들이 개발되면서 연구에 더욱 더 활기를 띠게 되었다. (Agdeppa ED, Kepe V, Liu J, Flores-Torres S, Satyamurthy N, Petric A, Cole GM, Small GW, Huang SC, Barrio JR. Binding characteristics of radiofluorinated 6-dialkylamino-2-naphthylethylidene derivatives as positron emission tomography imaging probes for β-amyloid plaques in Alzheimer's disease. J Neuroscience 2001; 21:1-5. Mathis CA, Bacskai BJ, Kajdasz ST, MlLellan ME, Frosch MP, Hyman BT, Holt DP, Wang Y, Huang G-F, Debnath ML, Klunk WE. A lipophilic thioflavin-T derivative for positron emission tomography (PET) imaging of amyloid in brain. Bioorg Med Chem Lett 2002; 12:295-298.)

또한 화학식 5의 각종 벤조치아졸 유도체와 스틸벤 유도체가 베타아밀로이드를 영상화할 수 방사성동위원소 표지화합물로서 특허가 출원된 바 있다 (US Patent Pub. No. 2002/0133019 A1, W.E. Klunk, C.A. Mathis Jr, Thioflavin derivatives for use in antemortem diagnosis of Alzheimer's disease and vivo iamging and prevention of amyloid diposition; US Patent Pub. No. 2003/0149250 A1, H.F. Kung, M-P. Kung, Z-P. Zhuang, Stilbene derivatives and their use for binding and imaging amyloid plaques).

벤조치아졸 계열의 유도체는 질소, 황, 산소 등의 원자를 포함한 수많은 헤테로사이클릭 인덴 유도체로 합성되어 베타아밀로이드 영상화에 유용성을 증명하였다.

벤즈옥사졸 구조를 가지는 화학식 6의 IBOX가 개발되었는데 이는 빠른 두뇌 섭취와 제거를 보내주었고, 또한 베타아밀로이드 결합력도 높았다. (Zhuang Z-P, Kung M-P, Hou C, Plossl K, Skovronsky D, Gur TL, et al. IBOX (2-(4'-dimethylaminophenyl)-6-iodobenzoxazole): a ligand for imaging amyloid plaques in the brain. Nucl Med Biol 2001; 28:887-94.)

IBOX의 성공 이후 화학식 7을 기본으로 하는 수 많은 벤조퓨란 유도체들이 합성되었다. 이 화합물들도 아밀로이드 단백질에 대하여 높은 결합력을 보였다. 흥미있게도 결합력은 아미노기를 메톡시 또는 하이드록시기로 바꾸어도 유지되었다. (Ono M, Kung M-P, Hou C, Kung HF. Benzofuran derivatives as Aβ-aggregate-specific imaging agents for Alzheimer's disease. Nucl Med Biol 2002; 29:633- 42.)

같은 기본골격을 가지는 화합물로서 화학식 8과 같은 벤조치오펜 계열의 화합물이 개발되어 높은 베타아밀로이드 결합력과 두뇌 섭취를 보여 주어 베타아밀로이드 영상화용제제로서의 가능성을 보여주었다. (Chang YS, Jeong JM, Lee Y-S, Kim HW, Rai BG, Kim YJ, et al. Synthesis and evaluation of benzothiophene derivatives as ligands for imaging β-amyloid plaques in Alzheimer's disease. Nucl Med Biol 2006; 33:811-820.)

이상의 기지의 사실로 볼 때 인덴의 2번위치에 아닐린, N-메틸아닐린, N,N-다이메틸아닐린 중 하나가 결합하고, 1번과 3번 혹은 둘 중 하나의 탄소가 황, 산소, 질소로 치환된 구조를 하고 있는, 즉 화학식 9과 같은 구조를 가진 화합물은 모두 베타아밀로이드에 강하게 결합하여 이를 베타아밀로이드 영상화용 제제로 사용이 가능함을 알 수 있다.

이상과 같이, 아닐린, 페놀 또는 이들의 유도체가 헤테로사이클릭 인덴에 결 합한 화합물은 모두 보고가 되었고, 이 모든 화합물들은 미국특허 US 2002/0133019 A1에서 알츠하이머병의 진단과 영상화 및 예방용으로 사용하기 위하여 공표된 바 있다. (Klunk WE, Mathis CA, Wang Y. Thioflavin derivatives for use in antemortem diagnosis of Alzheimer's disease and vivo imaging and prevention of amyloid deposition. US 2002/0133019 A1, Sep 19, 2002).

본 발명은 방사성 동위원소의 표지가 용이하고, 베타아밀로이드에 대한 결합력이 높으며, 초기 베타아밀로이드에 대한 결합이 신속하고 또한 체내에 오래토록 남아 있지 않아 유용성이 좋으면서, 베타아밀로이드 플라크 영상에 우수한 특성을 가지고 있는 새로운 화합물과 이를 합성하기 위한 전구물질을 제공하고자 한다.

아울러 본 발명은 혈액뇌관문을 잘 통과하여 초기 두뇌 섭취가 높고 또한 정상 두뇌에서의 소실이 빨라 베타아밀로이드 플라크 영상에 우수한 특성을 가지고 있는 새로운 화합물과 이를 합성하기 위한 전구물질을 제공하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 특성을 갖는 화합물들을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 하기 화학식 1로 표시되는 헤테로사이클릭 인덴 유도체에 관한 것이다:

상기 식 중, X는 O, S 또는 NH 이며; Y는 CH 또는 N 이며; Z는 F, Cl, Br, I 또는 술폰산유도체이며; R₁~R₈는 각각 독립적으로 수소, C₁~C₄의 알킬기, F, Cl, Br, I, O-CH₃, O-CH₂-CH₃, O-CH₂=CH₂-CH₃ 또는 OH 이다. 여기에서 바람직하게는 R₁~R₈가 모두 수소인 것이다. 상기 술폰산유도체는 바람직하게는 메탄설포닐(methanesulfonyl, OMs), 톨루엔설포닐(toluenesulfonyl, OTs), 트리플루오로아세틸설포닐(trifluorometnanesulfonyl, OTf), 벤젠설포닐 (benzenesulfonyl), 니트로벤젠설포닐 (nitrobenzenesulfonyl), 메시틸렌설포닐 (mesitylenesulfonyl), 트리이소프로필벤젠설포닐 (triisopropylbenzenesulfonyl), 클로로벤젠설포닐 (chlorobenzenesulfonyl) 또는 다이클로로벤젠설포닐 (dichlorobenzenesulfonyl) 등이다.

상기 헤테로사이클릭 인덴 유도체는, 본 발명에 따르는 방사성동위원소 표지 화합물의 제조를 위한 전구물질로 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은, 하기 화학식 2로 표시되는 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지화합물에 관한 것이다:

상기 식 중, X는 O, S 또는 NH 이며; Y는 CH 또는 N 이며; R₁~R₈는 각각 독립적으로 수소, C₁~C₄의 알킬기, F, Cl, Br, I, O-CH₃, O-CH₂-CH₃, O-CH₂=CH₂-CH₃ 또는 OH 이다. 바람직하게는 R₁~R₈가 수소인 것이다.

본 발명의 표지화합물은 베타아밀로이드 플라크에 결합력이 우수한 헤테로사이클릭 인덴 유도체임과 동시에, 방사성동위원소 표지 화합물이어서 베타아밀로이드 플라크에 결합하여 방사선을 방출하여 영상을 얻는데 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은, 활성화시킨 ¹⁸F^-를 상기 헤테로사이클릭 인덴 유도체에 반응시켜 표지함을 특징으로 하는 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원 소 표지 화합물의 제조방법에 관한 것이다.

바람직하게는, ¹⁸F^-를 4급 암모늄염의 형태로 활성화시키거나 또는 양이온을 포합한 크라운에테르 염의 형태로 활성화시키는 것이다. 더욱 바람직하게는, 4급 암모늄이 테트라부틸암모늄 바이카보네이트인 것이고, 양이온을 포합한 크라운에테르가 K₂CO₃ 와 크립토픽스 2.2.2와의 혼합물인 것이다.

기타의 일반적으로 알려져 있는 ¹⁸F^-의 활성화방법을 적용할 수도 있다.

⁸F^-를 활성화시켜 본 발명에 따르는 표지 화합물을 제조하는 방법을 구체적으로 예를들어 설명하면 다음과 같다.

상기 식 중, X는 O, S 또는 NH 이며; Y는 CH 또는 N 이며; Z는 F, Cl, Br, I 또는 술폰산이며; R₁~R₈는 각각 독립적으로 수소, C₁~C₄의 알킬기, F, Cl, Br, I, O-CH₃, O-CH₂-CH₃, O-CH₂=CH₂-CH₃ 또는 OH 이다.

¹⁸F^-는 사이클로트론을 이용하여 가속한 양성자를 ¹⁸O-H₂O에 충격시킴으로써 생산할 수 있다. 이렇게 생산된 ¹⁸F^-는 물에 녹아 있는 상태인데 여기에 보통 아세토나이트릴과 같은 유기용매를 가하여 공비혼합물을 만들어 건조시킨다. 이 때 크라운에테르 계열의 화합물 특히 크립토픽스 2.2.2와 K₂CO₃를 함께 넣거나 4급아민 화합물 특히 테트라부틸암모늄을 함께 넣어 건조시키면 ¹⁸F^-가 물이 완전히 떨어져 나가고 유기용매에 녹을 수 있는 활성화된 상태가 된다. 여기에 ¹⁸F^-가 친핵치환반응으로 결합이 가능한 소위 전구물질을 넣어서 반응을 시키면 표지가 된다. 전구물질은 원하는 최종 ¹⁸F 표지화합물에 ¹⁸F 대신 전자를 강하게 끌어 당겨 ¹⁸F^-가 결합할 경우 쉽게 떨어져 나가는 다른 할로겐이나 술폰산으로 치환시켜 둔 물질을 말한다.

이러한 ¹⁸F^-의 표지법은 친핵치환법이라 하여 일반적인 방법이 널리 알려져 있다. (Chang YS, Jeong JM, Lee Y-S, Kim HW, Rai BG, Kim YJ, et al. Synthesis and evaluation of benzothiophene derivatives as ligands for imaging β-amyloid plaques in Alzheimer's disease. Nucl Med Biol 2006; 33:811-820.)

본 발명의 다른 태양은, 본 발명에 따르는 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지 화합물을 포함하는 베타아밀로이드 영상화용 조성물에 관한 것이다. 바람직하게는 상기 표지화합물을 사용 직전 기준으로 0.1 mCi ~ 10 Ci를 포 함하는 것이다. 상기 조성물은 상기의 표지화합물을 1 ng/단위투여량~100 mg/단위투여량으로 포함하는 것이 바람직하며 약제학적으로 허용되는 비발열성 멸균 형태인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 태양은, 본 발명에 따르는 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지 화합물을 포함하는, 알츠하이머병의 진단을 위한 주사용 약제학적 조성물에 관한 것이다. 바람직하게는 상기 표지화합물을 사용 직전 기준으로 0.1 mCi ~ 10 Ci를 포함하는 것이다. 상기 조성물은 상기의 표지화합물을 1 ng/단위투여량~100 mg/단위투여량으로 포함하는 것이 바람직하며 또한 정맥주사가 가능한 것이 바람직하다.

본 발명에서 벤질플루오르 형태로 결합된 18F는 체내의 간의 마이크로좀 효소에 의하여 분해가 비교적 빨리 되어 두뇌에서 빠져나오는 속도가 빠르다는데 특징이 있다. 즉 두뇌 속의 베타아밀로이드와 결합하지 않은 화합물은 간에서 분해된 다음 뼈로 재빨리 흡수되거나 요로 배설되어 제거가 되므로 베타아밀로이드가 있는 환자에 비하여 백그라운드 방사능이 빨리 낮아져서 더 나은 영상을 얻을 수 있는 것이다.

본 발명에 따르는, 플로로벤질 또는 이를 합성하기 위한 전구체가 헤테로사이클릭 인덴에 결합한 유도체는 보고되거나 특허된 적은 없고 특히 이를 베타아밀로이드 영상제제로 사용하기 위하여 보고 또는 특허된 적도 없다.

본 발명의 화합물은 지용성이 강하여 혈액뇌관문을 쉽게 통과하고 또한 베타아밀로이드 플라크에 강하게 결합하여 알츠하이머병 환자의 두뇌에서 나타나는 베타아밀로이드 플라크나 탱글에 결합하여 알츠하이머병의 치료 및 진단에 사용할 수 있다.

혈액뇌관문을 통과하는 정도는 일반적으로 널리 사용되는 동물실험으로 예측할 수 있다. 즉 동위원소로 표지된 화합물을 실험동물 특히 마우스에 정맥주사한 다음 2분, 30분, 60분에 희생시켜 두뇌에 섭취된 방사능 양을 측정하고 두뇌 중량당 방사능을 주사한 총방사능에 대한 퍼센트로 표시한다.

베타아밀로이드 결합 정도는 베타아밀로이드의 응집물과 방사성동위원소 표지된 화합물이 결합하게 한 다음 이를 원심분리하여 침전된 방사능을 측정하는 방법을 사용하는데, 이 때 반응 용액 중의 베타아밀로이드의 양을 변화시키든지 혹은 표준 물질과 경쟁반응을 시키든지 하여 Kd 값 또는 Ki 값을 구하는 방법이 널리 사용된다.

아울러 본 발명의 화합물은 베타아밀로이드 플라크나 탱글에 결합력이 우수하기때문에 두뇌 뿐만아니라 기타 다른 장기에서도 축적된 베타아밀로이드 플라크나 탱글에 결합할 수 있다. 따라서 베타아밀로이드 플라크가 침착이 되는 아밀로이도시스와 같은 질환의 진단 및 치료에도 적용이 가능하다.

이하 본 발명의 실시예를 다음에 의하여 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 2-(4'- 플루오로메틸 ) 페닐 -1,3- 벤조치아졸의 합성

2-아미노치오페놀 (94 μL, 0.9 mmol)의 톨루엔(5 mL) 용액에 4-(플루오로메틸)-1-벤젠카보닐 클로라이드 (150 mg, 0.9 mmol)을 가하였다. 20 시간 가열 환류 후 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발시켜 부피를 줄인 다음 에틸아세테이트와 톨루엔 혼합액을 사용하여 재결정하여 연노랑색의 결정인 2-(4'-플루오로메틸)페닐-1,3-벤조치아졸 138 mg (0.6 mmol)을 65% 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 5.38 (s, 1H, -CH₂-), 5.54 (s, 1H, -CH₂-), 7.41 (m, 1H), 7.50 (m, 3H), 7.92 (d, 1H, J=7.8 Hz), 8.01-8.14 (m, 3H).

< 실시예 2> 2-(4'- 플루오로메틸 ) 페닐 -1,3- 벤즈옥사졸의 합성

2-아미노페놀 (95 μL, 0.9 mmol)의 톨루엔(5 mL) 용액에 4-(플루오로메틸)-1-벤젠카보닐 클로라이드 (150 mg, 0.9 mmol)을 가하였다. 40 시간 가열 환류 후 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발 농축한 다음 메틸렌클로라이드와 메탄올 혼합액을 사용하여 칼럼크로마토그라피를 하여 연노랑색의 결정인 2-(4'-플루오로메틸)페닐-1,3-벤즈옥사졸 38 mg (0.1 mmol)을 15% 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 5.40 (s, 1H, -CH₂-), 5.56 (s, 1H, -CH₂-), 7.37 (m, 2H), 7.53 (m, 1H), 7.78 (m, 1H), 8.29 (d, 2H, J=7.8 Hz).

< 실시예 3> 2-(4'- 플루오로메틸 ) 페닐벤조 [b] 치오펜의 합성

(2-설파닐페닐)메틸트리페닐포스포님 브로마이드 (493 mg, 1.0 mmol)의 톨루엔(10 mL) 용액에 4-(플루오로메틸)-1-벤젠카보닐 클로라이드 (123 mg, 0.9 mmol)과 Et₃N (302 μL, 2.3 mmol)을 가하였다. 20 시간 가열 환류 후 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발 농축한 다음 메틸렌클로라이드와 메탄올 혼합액을 사용하여 칼럼크로마토그라피를 하여 갈색의 결정인 2-(4'-플루오로메틸)페닐벤조[b]치오펜 125 mg (0.5 mmol)을 50% 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 5.40 (s, 1H, -CH₂-), 5.56 (s, 1H, -CH₂-), 7.33 (t, 2H), 7.39 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.55 (s, 1H), 7.70 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.72-7.84 (m, 2H).

< 실시예 4> 2-(4'- 플루오로메틸 ) 페닐벤조 [b] 퓨란의 합성

(2-하이드록시페닐)메틸트리페닐포스포님 브로마이드 (251 mg, 0.5 mmol)의 톨루엔(10 mL) 용액에 4-(플루오로메틸)-1-벤젠카보닐 클로라이드 (60 mg, 0.5 mmol)과 Et₃N (150 μL, 1.3 mmol)을 가하였다. 10 시간 가열 환류 후 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발 농축한 다음 메틸렌클로라이드와 메탄올 혼합액을 사용하여 칼럼크로마토그라피를 하여 연노랑색의 결정인 2-(4'-플루오로메틸)페닐벤조[b]퓨 란 25 mg (0.1 mmol)을 20% 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 5.41 (s, 1H, -CH₂-), 5.58 (s, 1H, -CH₂-), 7.35 (t, 2H), 7.40 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.55 (s, 1H), 7.75 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.77-7.95 (m, 2H).

< 실시예 5> 2-[4'-( 톨루엔설포닐옥시 ) 메틸 ] 페닐 -1,3- 벤조치아졸의 합성

2-(4‘-하이드록시메틸)페닐-1,3-벤조치아졸 (50 mg, 0.9 mmol)을 THF (20 mL)에 녹이고 KOH (350 mg, 9.0 mmol)와 p-톨루엔설포닐 클로라이드 (135 mg, 2.7 mmol)을 가하였다. 실온에서 20 시간동안 교반한 다음 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발시킨 다음 CH₂Cl₂ 10 mL 씩 3회 추출하였다. 유기층을 Na₂SO₄로 탈수 시키고 감압건조하였다. 잔사는 CH₂Cl₂와 MeOH (30:1) 혼합액으로 칼럼 크로마토그라피를 수행하여 35 mg (0.45 mmol)의 연노랑색 고체인 2-[4'-(톨루엔설포닐옥시)메틸]페닐-1,3-벤조치아졸을 52%의 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 3.65 (s, 3H, -CH₃), 5.45 (s, 2H, -CH₂-), 7.25 (d, 2H), 7.39 (m, 1H), 7.48-7.50 (m, 3H), 7.77 (d, 2H), 7.91 (d, 1H, J=7.8 Hz), 8.07-8.10 (m, 3H).

< 실시예 6> 2-[4'-( 톨루엔설포닐옥시 ) 메틸 ] 페닐 -1,3- 벤즈옥사졸의 합성

2-(4‘-하이드록시메틸)페닐-1,3-벤즈옥사졸 (30 mg, 0.6 mmol)을 THF (20 mL)에 녹이고 KOH (207 mg, 6.0 mmol)와 p-톨루엔설포닐 클로라이드 (58 mg, 1.8 mmol)을 가하였다. 실온에서 20 시간동안 교반한 다음 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발시킨 다음 CH₂Cl₂ 10 mL 씩 3회 추출하였다. 유기층을 Na₂SO₄로 탈수 시키고 감압건조하였다. 잔사는 CH₂Cl₂와 MeOH (30:1) 혼합액으로 칼럼 크로마토그라피를 수행하여 20 mg (0.3 mmol)의 연노랑색 고체인 2-[4'-(톨루엔설포닐옥시)메틸]페닐-1,3-벤조치아졸을 52%의 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 3.30 (s, 3H, -CH₃), 5.56 (s, 2H, -CH₂-), 7.25 (d, 2H, J=7.9 Hz), 7.37 (m, 2H), 7.53 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.580 (m, 1H), 7.75 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.78 (m, 1H), 8.29 (d, 2H, J=7.8 Hz).

< 실시예 7> 2-[4'-( 톨루엔설포닐옥시 ) 메틸 ] 페닐벤조 [b] 퓨란의 합성

2-(4‘-하이드록시메틸)페닐벤조[b]퓨란 (30 mg, 0.6 mmol)을 THF (20 mL)에 녹이고 KOH (207 mg, 6.0 mmol)와 p-톨루엔설포닐 클로라이드 (58 mg, 1.8 mmol)을 가하였다. 실온에서 20 시간동안 교반한 다음 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발시킨 다음 CH₂Cl₂ 10 mL 씩 3회 추출하였다. 유기층을 Na₂SO₄로 탈수 시키고 감압건조하였다. 잔사는 CH₂Cl₂와 MeOH (30:1) 혼합액으로 칼럼 크로마토그라피를 수행하여 11 mg (0.2 mmol)의 연노랑색 고체인 2-[4'-(톨루엔설포닐옥시)메틸]페닐벤조[b]퓨란을 32%의 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 3.05 (s, 3H, -CH₃), 5.40 (s, 2H, -CH2-), 7.25 (d, 2H, J=7.9 Hz), 7.37 (m, 2H), 7.53 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.58 (m, 1H), 7.75 (d, 2H, J=7.8 Hz), 7.78 (m, 1H), 8.29 (d, 2H, J=7.8 Hz).

< 실시예 8> 2-[4'-( 메탄설포닐옥시 ) 메틸 ] 페닐 -1,3- 벤조치아졸의 합성

2-(4‘-하이드록시메틸)페닐-1,3-벤조치아졸 (47 mg, 0.2 mmol)을 CH₂Cl₂ (20 mL)에 녹이고 0˚C로 식힌 다음 트리에틸아민 (278 μL, 2.0 mmol)와 메탄설포닐 클로라이드 (77 μL, 1.0 mmol)을 가하였다. 실온에서 2 시간동안 교반한 다음 반응혼합물을 여과하고 여액을 증발시킨 다음 CH₂Cl₂ 10 mL 씩 3회 추출하였다. 유기층을 Na₂SO₄로 탈수 시키고 감압건조하였다. 잔사는 CH₂Cl₂와 MeOH (30:1) 혼합액으로 칼럼 크로마토그라피를 수행하여 19 mg (0.1 mmol)의 연노랑색 고체인 2-[4'-(메탄설포닐옥시)메틸]페닐-1,3-벤조치아졸을 45%의 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 2.98 (s, 3H, -CH₃), 5.31 (s, 2H, -CH₂-), 7.39-7.57 (m, 4H), 7.93 (d, 1H), 8.07-8.16 (m, 3H).

< 실시예 9> 2-[4'-( 메탄설포닐옥시 ) 메틸 ] 페닐벤조 [b] 치오펜의 합성

2-(4‘-하이드록시메틸)페닐벤조[b]치오펜 (45 mg, 0.2 mmol)을 CH₂Cl₂ (20 mL)에 녹이고 0˚C로 식힌 다음 트리에틸아민 (263 μL, 1.9 mmol)와 메탄설포닐 클로라이드 (73 μL, 0.9 mmol)을 가하였다. 실온에서 2 시간동안 교반한 다음 반 응혼합물을 여과하고 여액을 증발시킨 다음 CH₂Cl₂ 10 mL 씩 3회 추출하였다. 유기층을 Na₂SO₄로 탈수 시키고 감압건조하였다. 잔사는 CH₂Cl₂와 MeOH (30:1) 혼합액으로 칼럼 크로마토그라피를 수행하여 9 mg (0.05 mmol)의 연노랑색 고체인 2-[4'-(메탄설포닐옥시)메틸]페닐벤조[b]치오펜을 21%의 수율로 얻었다. 1H NMR (300 MHz, CDCl₃): δ 3.42 (s, 3H, -CH₃), 4.50 (s, 2H, -CH₂-), 7.31-7.41 (m, 3H), 7.55 (s, 1H), 7.69-7.84 (m, 4H).

< 실시예 10> 2-(4'-[18F] 플루오로메틸 ) 페닐 -1,3- 벤조치아졸의 합성

사이클로트론으로 가속한 양성자를 ¹⁸O^-물에 조사하여 생성된 ¹⁸F를 QMA SepPak 카트리지에 통과시켜 포집하고 이를 83.8%의 아세토나이트릴 수용액에 녹아있는 2.3% 테크라부틸암모니움 바이카보네이트 (TBAB) 1 mL로 녹여낸 다음 95~100°C로 가열하고 아르곤을 통과시켜 건조시켰다. 위 실시예 5에서 합성한 2-[4'-(톨루엔설포닐옥시)메틸]페닐-1,3-벤조치아졸 5 mg을 3 mL의 아세토니트릴에 녹여서 가하고 80°C에서 30분간 반응시켰다. 아르곤을 불어서 증발시킨 다음 HPLC를 이용하여 분리 정제하였다. (XTerra C18 dolumn, 7.5x30 mm, EtOH in water gradient: 50-100%, 0-10 min) 그 결과 도 1에서처럼 53% 수율로 표지가 가능하였고, 분리정제 후 방사화학적 순도는 99% 이상이었다.

< 실험예 1> 시험관내 결합시험

Aβ_1-40 또는 Aβ_1-42 펩타이드를 인산 완충액(pH=7.2)에 하룻밤 반응시켜 문헌에 보고된 바와 같이 Aβ_1-40 또는 Aβ_1-42 펩타이드 침전물을 만든 다음, 실시예 1과 실시예2에서 제조한 본 발명의 화합물에 대하여 시험관내 결합 시험을 하였다 (Klunk, W. E.; Wang, Y.; Huang, G-F.; Debnath, M. L.; Holt D. P.; Mathis, C. A. Uncharged thioflavin-T derivatives bind to amyloid-beta protein with high affinity and readily enter the brain. Life Sci. 2001, 69(13), 1471-1914; Zhuang, Z. -P.; Kung, M. -P.; Wilson, A.; Lee, C. -W.; Plossl, K.; Hou, C.; Holtzman, D. M.; Kung, H. F.; Structure-activity relationship of imidazo[1,2-a]pyridines as ligands for detecting β-amyloid plaques in the brain. J. Med. Chem. 2003; 46(2), 237-243).

100 μl의 Aβ_1-40 또는 Aβ_1-42 펩타이드 침전물, 100 μl의 헤테로사이클릭 인덴 유도체 (50% 에탄올에 10^-5~10^-10 M), 50%의 에탄올에 녹아 있는 100 μl의 [¹²⁵I]3'-I-BTA-1를 가하고 700 μl의 인산 완충액 (pH = 7.2)을 더 가해준 다음 실온에서 3시간 배양하고 Whatman GF/B 필터를 통과시키고 3 ml의 10% 에탄올로 2회 세척하여 남은 방사능을 감마카운터로 측정하였다. 측정치로부터 IC₅₀를 구하고 이로부터 Ki 값을 구하여 아래 표 1에 표시하였다.

상기 표 1에서 Aβ_1-40와 Aβ_1-42에 대한 Ki 값은 서로 유의한 차이가 나지 않았다. 그리고 벤조치아졸 화합물이 벤즈옥사졸 계통 화합물보다 더 결합력이 크게 나타났다.

< 실험예 2> 생쥐 체내 분포 시험

상기 실시예 10에서 제조한 ¹⁸F로 표지한 벤조치아졸계 화합물 2-(4'-[¹⁸F]플루오로메틸)페닐-1,3-벤조치아졸 0.1 mL (37~74 kBq)을 ICR 생쥐 (수컷, 27~28 g)의 꼬리 정맥으로 투여한 다음 2 분, 30 분, 60 분 후에 희생시켰다. 혈액, 근육, 폐, 간, 비장, 위장, 소장, 두뇌, 뼈를 채취하여 전자저울로 무게를 측정하고 감마카운터로 방사능을 측정하였다. 측정한 장기의 무게와 방사능으로부터 주사량에 대한 장기 무게 (g) 당 섭취율 (%)를 계산하여 그 결과를 도 2에 표시하였다. 2분후의 두뇌 섭취량은 5.62±0.28% ID/g이 나왔고 이를 30분후의 두뇌 섭취량의 비율을 계산해 본 결과 3.75±0.97이 나와서 정상 두뇌에 섭취된 다음 빨리 빠져나가는 것을 관찰하였다. 또한 뼈에 대한 섭취가 높은 것으로 보아 체내에서 대사되어 18F가 떨어져 나오기 때문에 백그라운드 방사능이 빨리 감소하는 것으로 추정할 수 있다.

< 비교예 1> 벤조치오펜 계열 18F 표지화합물에 대한 생쥐 체내 분포 시험

2-(4‘-O-(2’-[18F]플루오로에틸)히드록시페닐)벤조티오펜 [2-(4‘-O-(2’-[18F]Fluoroethyl)hydroxyphenyl)benzothiophene]과 2-(4‘-O-(3’-[18F]플루오로에틸)히드록시페닐)벤조티오펜 [2-(4‘-O-(3’-[18F]Fluoropropyl)hydroxyphenyl) benzothiophene]에 대하여 상기 실험예 2와 같은 방법으로 ICR 생쥐에 대한 체내분포시험을 시행하였다. 그 결과를 표 2에 표시하였다. 실험예 2의 결과에 비하여 2분후의 두뇌 섭취가 낮고 특히 2분과 30분의 두뇌 섭취비율이 낮아서 실험예 2의 화합물 즉 실시예 10에서 제조한 화합물이 훨씬 더 베타아밀로이드 영상제제로 우수함을 알 수 있다. 뼈에 대한 섭취가 낮은 결과로 보아 이는 체내에서 안정하여 빨리 뼈로 섭취되거나 배설되지 못하고 체내에 오래 잔류할 것이라 추정할 수 있다.

상기 비교예 1에서 구한 벤조치오펜 계열 18F 표지화합물에 대한 생쥐 체내 분포

조직 (Tissue)	2 분	30 분
2-(4‘-O-(2’-[18F] Fluoroethyl ) hydroxyphenyl ) benzothiophene
혈액 (Blood)	3.5±0.2	3.8±0.4
근육 (Muscle)	2.9±0.3	2.7±0.3
지방 (Fat)	0.9±0.3	2.1±1.0
심장 (Heart)	8.8±1.0	3.2±0.2
폐 (Lung)	9.3±1.1	3.4±0.6
간 (Liver)	9.3±1.5	3.9±0.7
비장 (Spleen)	4.4±0.8	2.7±0.5
위장 (Stomach)	2.1±0.7	2.5±0.3
장관 (Intestine)	2.7±0.2	7.2±0.6
신장 (Kidney)	11.8±0.9	4.1±0.7
뇌 (Brain)	5.2±0.4	5.2±0.5
골 (Bone)	2.5±0.2	3.3±0.2
2-(4‘-O-(3’-[18F] Fluoropropyl ) hydroxyphenyl ) benzothiophene
혈액 (Blood)	3.3±0.5	1.4±0.1
근육 (Muscle)	3.0±0.2	1.6±0.1
지방 (Fat)	0.7±0.1	1.9±0.4
심장 (Heart)	11.9±0.6	1.8±0.3
폐 (Lung)	10.2±1.4	2.2±0.6
간 (Liver)	17.0±0.6	6.1±0.6
비장 (Spleen)	4.1±1.2	1.5±0.2
위장 (Stomach)	1.8±0.5	1.0±0.4
장관 (Intestine)	2.4±0.2	5.5±0.4
신장 (Kidney)	13.5±1.2	4.4±0.4
뇌 (Brain)	3.3±0.2	4.0±0.4
골 (Bone)	2.2±0.2	10.7±0.6

상술한 바와 같이, 본 발명의 헤테로사이클릭 인덴 유도체 및 이에 방사성 동위원소를 표지한 화합물은 방사성 동위원소의 표지가 용이하고, 베타아밀로이드에 대한 결합력이 높으며, 혈액뇌관문을 잘 통과하여 초기 두뇌 섭취가 높고 또한 정상 두뇌에서의 소실이 빨라 베타아밀로이드 플라크 영상에 우수한 특성을 가지고 있다.

Claims

하기 화학식 1로 표시되는 헤테로사이클릭 인덴 유도체:

[화학식 1]

상기 식 중, X는 O, S 또는 NH 이며; Y는 CH 또는 N 이며; Z는 F, Cl, Br, I 또는 술폰산유도체이며; R₁~R₈는 각각 독립적으로 수소, C₁~C₄의 알킬기, F, Cl, Br, I, O-CH₃, O-CH₂-CH₃, O-CH₂=CH₂-CH₃ 또는 OH 이다.
제1항에 있어서, R₁~R₈가 모두 수소인 것인 헤테로사이클릭 인덴 유도체.
제1항에 있어서, 술폰산유도체가 메탄설포닐, 톨루엔설포닐, 트리플루오로아세틸설포닐, 벤젠설포닐, 니트로벤젠설포닐, 메시틸렌설포닐, 트리이소프로필벤젠설포닐, 클로로벤젠설포닐 또는 다이클로로벤젠설포닐인 것인 헤테로사이클릭 인덴 유도체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 헤테로사이클릭 인덴 유도체가 Z위치에 ¹⁸F로 표지된 것인 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지화합물.
제1항의 헤테로사이클릭 인덴 유도체에, 활성화시킨 ¹⁸F^-를 반응시켜 표지함을 특징으로 하는, 제4항의 방사성동위원소 표지화합물의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 활성화가 4급 암모늄의 염 형태로 만드는 것이거나 또는 양이온을 포합한 크라운에테르의 염 형태로 만드는 것인 제조방법.
제 6항에 있어서, 4급 암모늄이 테트라부틸암모늄 바이카보네이트이고, 양이온을 포합한 크라운에테르가 K₂CO₃ 와 크립토픽스 2.2.2와의 혼합물인 것인 제조방법.
제1항의 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지 화합물을 포함하는 베타아밀로이드 영상화용 조성물.
제8항에 있어서, 제 1항의 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지 화합물을 사용 직전 기준으로 0.1 mCi ~ 10 Ci를 포함하는 것인 베타아밀로이드 영상화용 조성물.
제1항의 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지 화합물을 포함하는, 알츠하이머병의 진단을 위한 주사용 약제학적 조성물.
제10항에 있어서, 제 1항의 헤테로사이클릭 인덴 유도체의 방사성동위원소 표지 화합물을 투여 직전 기준으로 0.1 mCi ~ 10 Ci를 포함하는 것인, 알츠하이머병의 진단을 위한 주사용 약제학적 조성물.