KR20130102661A

KR20130102661A - 자기 공명 영상법

Info

Publication number: KR20130102661A
Application number: KR1020137023201A
Authority: KR
Inventors: 아르네 스크졸드; 헤릭 더블유 라르손; 하이디 브루록; 페레 잉에
Original assignee: 아르네 스크졸드; 헤릭 더블유 라르손; 하이디 브루록; 페레 잉에
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2013-09-17
Also published as: KR20100014800A; CN101678128A; KR20150013438A; CA2675372A1; ES2526455T3; JP5587609B2; AU2008206816B2; EP2117608B1; WO2008087445A3; EP2117608A2; JP2010516666A; CA2675372C; GB0700999D0; US10869938B2; CN101678128B; US20100166667A1; AU2008206816A1; WO2008087445A2

Abstract

본 발명은 심근 전체의 영상의 신호 강도(signal intensity; SI) 또는 더욱 바람직하게는 종축 이완율 R ₁을 평가하기 위하여 피험자에게 MRI 처리를 하는 것을 포함하는, 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염이 미리 투여된 피험자의 심근에서 세포내 망간의 양을 측정하는 방법에 관한 것이다.

Description

자기 공명 영상법{MAGNETIC RESONANCE IMAGING}

본 발명은 자기 공명 영상법(magnetic resonance imaging; MRI)에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 단계적 수준(graded level)에서 조직의 생존력(viability)/기능을 측정하기 위하여 망간 조영제(contrast agent)를 사용하는 MRI의 방법 및 용도에 관한 것이고, 그것에 의하여 심장 개형(cardiac remodelling)을 검출하기 위한 것이다.

서양 국가에서 아테롬성 동맥경화증(atherosclerosis), 혈전증(thrombosis) 및/또는 동맥의 폐색(occlusion)에 의해 야기되는 허혈성 심질환(Ischemic heart disease; IHD)은 여전히 사인의 대부분을 차지한다. 허혈성 심질환에 관련된 가장 흔한 잠재적으로 치명적인 사고는 급성 심근경색(myocardial infarction; AMI), 부정맥(arrhythmias) 및 급성 심근경색 동안 또는 그 후의 심부전(heart failure)이다.

최근, 급성 심근경색의 치료는 크게 향상되었으며, 많은 사람들이 약물 및/또는 경피적 중재술(percutaneous intervention)을 이용한 빠른 혈관재생술(revascularization)의 가능성으로 인하여 급성 심근경색에도 불구하고 지금까지 살아있다. 그러나, 슬프게도 오히려 작은 경색(infarction)을 가진 사람들 뿐만 아니라 이와 같은 치료를 받은 상당수의 사람들에게도 그 후 높은 사망률(mortality)과 질병률(morbidity)을 가지는 좌심실의 개형 및 심부전이 발병한다. 개형은 경색(현재 상처입은) 부위, 주변 경계 부위(border zone)에서의 구조적, 대사적 및 기능적 변화를 모두 포함하며, 전체 심실에 걸쳐서 서로 다른 정도(degree)로 나타난다. 이러한 불균일한(heterogenous) 변화는 개개인이 생명을 위협하는 부정맥(life-threatening arrhythmias) 뿐만 아니라 심장펌프의 기능상실, 즉 심부전에도 걸리기 쉽게 한다. 따라서, 치명적인 사고가 발생하기 전에 약제학적 또는 외과적으로 필요한 조치를 할 수 있도록 심근의 개형을 확인하고 관찰하기 위한 방법이 필요하다.

심근의 개형을 검출하기 위한 방법을 개발하는데 있어서 극복해야 할 주요 문제점은 심근 관류(myocardial perfusion)와 심근의 생존력 간의 차이를 구별하는 것이다. 세포 수준에서, 생존력은 방해받지 않고 있는(non-impeded) 산화적 대사를 유지하기에 충분한 심근 혈류를 요구하므로, 생존력은 본질적으로 관류와 연관되어 있다. 그러나, 반대로 관상 동맥이 자발적으로 다시 열리거나 살아있지 않은 조직의 부위에 혈류를 공급할 수 있는 혈관 재생술에 의해 다시 열리는 것과 같이, 관류가 항상 생존력을 나타내는 것은 아니다. 따라서, 관류를 측정하기 위한 방법은 심장 개형을 확인하거나 관찰하는 데 있어서 그 용도가 제한적이다.

관류는, 예를 들면, Gd-DTPA 또는 Gd-DTPA-BMA와 같은 정맥 주사된 세포외 Gd-함유 조영제의 MRI를 이용한 빠른 조영제 추적(fast bolus tracking)에 의해 측정될 수 있다. 그러나, 생존력의 측정은 경색 조직에서의 Gd-기반 조영제의 축적에 의해 좌우되며, 조영제의 초기 투여 후 10-20분을 기다리고 MRI를 반복함으로써만 볼 수 있다. 이 기술의 주요 문제점은 죽거나 기능을 하지 않는 조직이 영상화된다는 것이다. 따라서, 살아있는 심근에 관한 정보는 단지 간접적으로 얻어질 뿐이다.

망간 조영증강 MRI(Manganese enhanced MRI)는 심근을 영상화하는데 사용할 수 있는 또 다른 기술이다. 이 기술은 망간 이온이 Ca² ⁺ 채널을 통해 세포로 들어가 살아있는 세포에 축적된다는 사실을 기초로 하고 있다. 상기 축적된 망간은 영상에서 신호 강도(signal intensity; SI)를 증가시킨다. 보다 중요하게는, 상기 축적된 망간은 또한 종축 이완 시간(longitudinal relaxation time; T₁)을 감소시키고, 그 결과 망간이 결핍된 세포에 대한 이러한 세포들의 종축 이완율(longitudinal relaxation rate; R ₁(R ₁=1/T₁))을 증가시킨다. 망간에 의한 R ₁의상승에 대한 기여인자(contributing factor)는 강한 단백질 결합이다. 따라서, MRI에 의해 괴저성(necrotic) 조직에 대한 살아있는 조직의 사진을 획득할 수 있다.

예를 들면, WO99/01162는 심근 허혈(myocardial ischemia)을 검출하기 위한, 특히 MRI에 의해 경색 조직으로부터 살아 있는 심근 조직을 구별하기 위한 다양한 망간 착화합물(complex)의 용도를 개시하고 있다. 살아있는 조직을 확인하기 위하여, 망간 착화합물을 3 내지 6시간의 시간 구간(time period) 내에 신체에 투여하고, MRI에 의해 상기 신체를 영상화하였다. 살아있는 세포가 망간 착화합물을 포획하는데 반하여, 경색 조직에서 망간은 관류를 통해 빠르게 공급되지만 세포에 의해 계속 유지되지는 않는다고 가정하였다. 따라서, 영상화를 시작하기 위한 투여 후 3 내지 6시간의 지연은 망간이 살아 있지 않은 조직으로부터 효과적으로 제거되어 살아있는 세포들과 대조되어 검출될 수 있도록 특별히 설계된 것이다.

따라서, WO99/001162에 개시된 방법은 살아있는 조직과 경색 조직을 구별할 수 있게 한다. 그러나, 이 방법은 조영제의 투여와 영상화 개시 후 3시간 내지 6시간의 대기 시간을 요하므로, 환자와 의료시간에 대하여 비용이 많이 든다. 게다가, 서로 다른 수준의 생존력 또는 기능을 평가하기 위한 어떠한 수단도 제공하지 않는다. 즉, WO99/001162의 방법에 의하면, 조직은 단지 살아있음 또는 살아있지 않음, 즉 정량화 가능하고(quantifiable) 단계적인 생존력 현상으로서가 아닌 "예" 또는 "아니오" 만으로 분류될 수 있다. US2002/0090341도 유사한 관련 명세서이다.

WO2006/028379는 심근의 생존력을 평가하기 위한 자기 공명 방법을 개시하고 있으며, 여기에서 T1과 T2 상대성 및 세포내와 세포외의 액실(water compartment)에 대한 수분 확산(water diffusion)이 각각 측정된다. 이 방법은 본질적으로 생존력을 평가하기 위한 공지의 방법(예를 들면, WO99/01162에 기재된 것과 같은 방법)을 수행하기 위하여 개선된 방법이다. 또한, 상기 결과는 정량화 가능하고 단계적인 생존력 현상이 아닌 예/아니오의 단순 생존력을 제공한다.

기본적인 예/아니오의 판정이 제공되는 경우 단순 생존력 간에는 명확한 차이가 있고, 단계적인 생존력은 임상적인 개념(clinical concept)으로서의 심장 개형의 진단을 할 수 있게 한다. 허혈성 심질환에서의 단순 생존력은 생존하기 위한 심근 조직의 능력, 즉 위협적인 급성 심근경색(acute myocardial infarction; AMI)의 에피소드 동안에 사느냐 아니면 죽느냐 하는 것을 의미한다.

대조적으로, 심장 개형은 급성 심근경색 후 좌심실의 전벽(entire wall)(및 전체 심장에서)을 통틀어 일어나는 특수화되고 보상적인 변화(compensatory changes), 즉 살아있는 조직의 국소적 손실에 따른 국소 기능의 손실 때문에 일어나는 보상적 변화에 대한 기재이다.

급성 심근경색 후의 병든 심장은 기능의 손실 또는 다른 기능의 장애를 보상하기 위한 죽은 세포, 살아있으나 제대로 기능하지 않는(기능이 저하된) 세포, 정상 세포 및 통상적이 아닌(supernormal) 세포의 혼합물과 함께 불균일성(heterogeneity)에 의해 분류된다. 전형적으로 가장 멀리 떨어져 있는 부위(하기 특허예에서의 수평단면상(transaxial) 절편에서의 반대편)는 정상보다 더욱 두껍고(원심성 비대(exentric hypertrophy)), 더욱 강하게 수축한다. 이것은 실질 개형(true remodeling), 정상의 심장 기능을 보장하지는 않지만 통합된 펌프 기능의 점진적인 손실과 함께 불균일성 및 심부전 발병의 전조를 의미하는 상황(situation) 또는 증상(condition)을 나타낸다. 게다가, 개형은 또한 심장의 전기생리학적 변화에 영향을 받기 쉽고, 치사성 부정맥과 관련될 수 있다. 이론에 의해 제한될 여지 없이, 급성 심근경색에 의해 야기된 개형은 전실(entire ventricle), 즉 경색의 바깥과 중간 및 멀리 떨어진 부위 모두를 포함하는 곳에서 일어나는 변화라고 믿어진다.

급성 심근경색 이후 곧 경색 부위와 경색 주변부위 및 멀리 떨어진 부위 간에 상대적으로 큰 R ₁ 기울기를 나타내는 환자는 그 후의 단계에서 생명을 위협하는 충혈성 심부전(congestive heart failure) 및 부정맥으로 진전될 위험성이 높다. 이러한 환자는 적극적인 약물 치료를 받아야만 한다. 예를 들면, Mn 조영증강 및 R ₁ 평가를 사용하는 반복되는 실험들은 따라서 개형의 과정을 관찰하기 위한 새로운 양식이다. 이와 같은 방법은 두가지의 중요한 의학적 문제를 해결해야만 한다: 즉, 누가 충혈성 심부전으로 진전될 것인가 아닌가; 및 누가 약물 또는 혈관재생술(PCI, 관상동맥 바이패스 수술)에 의한 치료에 반응할 것인가를 예측하는 것이다.

심장 개형을 용이하게 하기 위하여, 시간이 지남에 따른 그곳에서의 변화를 관찰할 수 있도록 심근 생존력/기능을 더욱 빠르게 측정할 수 있는 기술이 필요하다. 더욱이, 서로 다른 수준의 생존력/기능을 구별할 수 있고, 종래 기술에 의해 제공되는 단지 예/아니오의 판정만을 제공하는 것이 아닌 기술이 필요하다. 놀랍게도, 이것은 특히 MRI 요법에서 망간에 기반한 조영제의 사용에 의해 달성될 수 있다는 것을 지금 발견하였다.

N,N'-비스-(피리독살-5-포스페이트)-에틸렌디아민-N,N'-디아세트산(N,N'-bis-(pyridoxal-5-phosphate)-ethylenediamine-N,N'-diacetic acid)의 망간(II) 킬레이트(MnDPDP)는 MRI에 사용하기 위한 조영제로 잘 알려져 있다. 신체에 투여된 MnDPDP는 도 1에 나타낸 것과 같이 두가지 경로로 혈장에서 대사된다. 제1차 경로에서, MnDPDP는 Ca² ⁺ 채널을 통해 세포에 의해 빠르게 포획되는 Mn² ⁺ 이온을 방출하기 위하여 혈장에서 Zn과 함께 금속전이(Transmetalation)된다. 제2차 경로에서, MnDPDP는 혈장 포스파타아제에 의하여 그것의 모노포스페이트 유도체인 MnDPMP로, 그리고 그것의 비인산화된 유도체인 MnPLED로 효소적 분해를 받는다고 믿어진다. 이러한 바이오마커(biomarkers)들은 그 후 완전한 분자로서 세포로 들어갈 수 있고/있거나 상기에 기재한 바와 같이 Ca² ⁺ 채널을 통해 세포로 들어갈 수 있는 Mn² ⁺ 이온을 방출하기 위하여 금속전이될 것이다.

건강한 심근 세포의 축적률은 자기 공명 영상법에 관한 저널(J. Magnetic Resonance Imaging, 2006, 24:1047-1055)에서 연구되었다. 이 연구에서는, 건강한 피험자들에게 MnDPDP를 5분 또는 30분에 걸쳐 주입하였고, MRI에 의해 세포에서의 망간의 축적 또는 농도를 측정하였다. 상기 연구는 MnDPDP의 5분간의 주입이 시간 대 망간 조직 농도에 대한 이상곡선(biphasic curve)을 산출한다는 것을 보고하였고, 여기에서 초기에는 Mn² ⁺의 농도가 빠르게 증가하고 그 이후에는 Mn² ⁺의 농도 증가가 더욱 느려지는 반면, 30분간 주입하는 경우에 Mn² ⁺의 농도는 꾸준하게 증가하였다. 그러나, 축적된 망간의 총량은 일정하였다. 그래프를 도 2에 나타내었다.

본 발명은 영상의 신호 강도 또는 더욱 바람직하게는 심근 전체의 종축 이완율(longitudinal relaxation rate) R ₁을 평가하기 위하여 피험자에게 MRI 처리를 하는 것을 포함하는, 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염이 미리 투여된 피험자의 심근에서 세포내 망간의 양을 측정하는 방법을 제공한다.

본 발명은 MRI 요법에서 망간에 기반한 조영제의 사용에 의해 서로 다른 수준의 생존력/기능을 구별할 수 있는 심장 개형을 검출하는 데 유용한 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 생체 내에서 MnDPDP의 가설화된 대사 붕괴를 나타낸 것이다.
도 2는 테슬라스캔의 투여(5분(a) 및 30분(b)에 걸친 5μmol/kg의 투여) 후, 건강한 피험자에서의 심근(검은색) 및 혈액(회색)에서의 신호 강도(SI) 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 충분히 진행된 경색을 가진 환자에서 혈액으로부터의 일시적인 R ₁ 변화(점선), 의심되는 심근 경색(회색선) 및 멀리 떨어진 부위(검은선)를 나타낸 것이다.
도 4는 환자에서 혈액으로부터의 일시적인 R ₁ 변화(점선), 의심되는 심근 경색(회색선) 및 멀리 떨어진 부위(검은선)를 나타내며, 여기에서 경색 발병에 있어서 PCI에 의한 치료가 심근을 구제(myocardial salvage)하였다.
도 5는 PCI로 치료되었지만 충분히 진행된 경색을 가진 환자로부터 얻은 단축 절편(short axis slice)의 R ₁ 맵을 나타낸 것이다.
도 6은 환자로부터 얻은 단축 절편(short axis slice)의 R ₁ 맵을 나타내며, 여기에서 경색 발병에 있어서 PCI에 의한 치료는 심근을 구제하였다.

본 발명은 MnDPDP와 같은 망간 조영제가 건강하지 않은 피험자에게 투여될 경우, MnDPDP의 주입 후 짧은 시간 동안 상처입은 단백질(예를 들면, 콜라겐)을 가지는 살아있지 않은 조직이 Mn² ⁺를 빠르게 포획하거나 결합하지만(상기 기재된 이상곡선의 초기상과 같이), 그 후에는 포획을 중지한다는 놀라운 발견에 기초하고 있다. 따라서, 살아있는 세포는 거기에 있는 망간의 존재에 의하여 살아있지 않은 세포와 구별될 수 있다. 더욱 상세하게는, 세포내 망간의 양은 생존력, 즉 기능의 정량적 기준을 제공한다. 세포내 망간 및 조직 생존력/기능의 정량적 측정을 제공하기 위하여, MRI, SI 및/또는 R ₁ 측정에 의해 측정된 신호 강도(signal intensity; SI) 및 R ₁ 값에 대하여 본질적으로 비례하는 것으로 나타난 세포 내에 존재하는 망간의 양이 사용될 수 있다. 이것은 특히 심장 개형을 검출하는 데 유용하다.

따라서, 제1의 양상에서 보면, 본 발명은 영상의 신호 강도 또는 더욱 바람직하게는 심근 전체의 종축 이완율(longitudinal relaxation rate) R ₁을 평가하기 위하여 피험자에게 MRI 처리를 하는 것을 포함하는, 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염이 미리 투여된 피험자의 심근에서 세포내 망간의 양을 측정하는 방법을 제공한다.

다른 양상에서 보면, 본 발명은 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염이 미리 투여된 피험자에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 상기 피험자의 심근에서 세포내 망간의 양을 측정하기 위하여 상기 피험자에게 MRI 처리를 하는 것을 포함하며, 바람직하게는 앞서 기재된 방법에 의한 것이다.

대안적으로 보면, 본 발명은 피험자에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:

(i) 상기 피험자에게 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염을 투여하고;

(ii) 상기 피험자에게 MRI 처리를 하고, 그것에 의하여 상기 피험자의 심근에서 세포내 망간의 양을 측정, 바람직하게는 앞서 기재된 방법에 의해 측정하는 것을 포함한다.

또 다른 관점에서, 본 발명은 피험자에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정하는 방법에 사용하기 위한 조성물의 제조에 있어서 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염의 용도를 제공하며, 여기에서 상기 방법은:

*여전히 다른 양상에서 보면, 본 발명은 피험자에서 심장 개형을 검출하는 방법을 제공하고, 상기 방법은:

(ii) 상기 피험자에게 MRI 처리를 하고, 그것에 의하여 상기 피험자의 심근에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정, 바람직하게는 세포내 망간의 양을 측정(예를 들면, 상기 심근 전체의 영상의 신호 강도(SI), 또는 더욱 바람직하게는 종축 이완율 R ₁을 평가하는 것에 의하여)하는 것을 포함한다.

대안적으로 보면, 본 발명은 피험자의 심장 개형을 검출하는 방법에 사용하기 위한 조성물의 제조에 있어서 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염의 용도를 제공하고, 상기 방법은:

다른 양상에서 보면, 본 발명은 피험자에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정하는 방법에 사용하기 위한 망간 이온 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염을 제공하고, 여기에서 상기 방법은:

(ii) 상기 피험자에게 MRI 처리를 하고, 그것에 의하여 상기 피험자의 심근에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정, 바람직하게는 앞서 기재된 방법에 의해 측정하는 것을 포함한다.

다른 양상에서 보면, 본 발명은 피험자에서 심장 개형을 검출하기 위한 방법에 사용하기 위한 망간 조영제 또는 그것의 약제학적으로 허용가능한 염을 제공하고, 여기에서 상기 방법은

(ii) 상기 피험자에게 MRI 처리를 하고, 그것에 의하여 상기 피험자의 심근에서 심근 조직의 생존력/기능을 측정, 바람직하게는 세포내 망간의 양을 측정(예를 들면, 상기 심근 전체의 영상의 신호 강도 또는 더욱 바람직하게는 종축 이완율R ₁을 평가하는 것에 의하여)하는 것을 포함한다.

본 발명의 바람직한 방법 및 용도는 심장 개형을 검출하는 것이며, 단계 (iii)을 더 포함한다:

(iii) (i)와 (ii) 단계를 반복하고, 심근 조직의 생존력/기능에 임의의 변화가 발생하였는지 여부를 평가한다. 단계 (iii)은 선택적으로 치료기간(예를 들면, 일(days), 주(weeks), 달(months)) 후에 수행될 수 있다.

용어 "망간의 양을 측정한다(determine the amount of manganese)"는 정량적 또는 반정량적(semi-quantitative) 척도(scale)(예를 들면, 정량적 단계)에 대한 값이 세포내 존재하는 망간의 양에 기인한다는 것을 의미한다. 즉, 척도 상의 단계적 값(graded value)은 존재하는 망간의 양에 기인한다. 이 용어는 따라서 단순히 존재하는지 또는 존재하지 않는지의 결론을 내는 결정을 포함하지 않는다. 따라서, 얻어진 값은 조직의 생존력/기능의 가능성 및 심장 개형의 존재와 관련될 수 있다.

용어 "조직 생존력(tissue viability)"은 조직이 살아있고 정상적인 방법으로 기능할 것이라는 가능성을 의미한다. 따라서, 중요하게는 본원에서 사용된 것과 같은 상기 용어 "조직 생존력"은 단순히 예/아니오의 결론보다는 문제의 조직이 기능할 것인가의 여부에 대한 단계적 평가에 부합한다. 따라서, 대안적으로 보면 상기 용어 "조직 생존력"은 "조직 기능", 즉 조직이 살아 있고 정상적인 방법으로 기능할 가능성을 의미한다고 간주될 수 있다.

용어 "심장 개형(cardiac remodelling)"은 특히 좌심실에 대한 손상 후의 심장의 크기, 형태, 대사 및 기능의 변화를 의미한다.

용어 "망간 조영제(manganese contrast agent)"는 본원에서 적어도 하나의 망간 원자 또는 이온을 포함하는 약제를 의미한다.

MRI에서의 망간 조영제의 사용은 특허 및 과학 문헌에 잘 알려져 있으며(예를 들면, WO99/01162에 기재된 것과 같음), 상기 내용들은 인용에 의해 본원에 원용되어 있다. 거기에 기재된 것과 같은 모든 망간 조영제 및 그것들의 약제학적으로 허용가능한 염들은 본원에 기재된 용도 및 방법에 적합하다.

상기 망간 조영제는 이온성 또는 더욱 바람직하게는 비이온성 착물의 형태일 수 있다. 본 발명의 용도 및 방법에서 하나 또는 그 이상의 담체 분자에 결합될 수 있는 망간 킬레이트 착물(manganese chelate complexes)이 특히 바람직하다.

특히 바람직하게는, 조영제는 서방성(slow-release) 망간 조영제이다. 이러한 조영제들은 생체 내에 투여된 후 얼마간, 예를 들면 조영제가 혈관내 시스템에 도달할 때까지는 그것들의 구조 내에 망간을 유지하고 있다. 바람직하게는, 망간 이온을 방출하는 킬레이트 착물은 심장을 통과하여 망간 이온의 방출을 제공하기 위하여 생체 내에 해리되어 있다. 알맞게는, 망간 킬레이트는 10⁷ 내지 10²⁵, 더욱 바람직하게는 10⁹ 내지 10²⁴, 좀 더 바람직하게는 10¹⁰ 내지 10²³, 예를 들면 10¹² 내지 10²² 범위 내에 Ka 값을 가질 수 있다.

망간 이온에 대한 넓은 범위의 적합한 킬레이트제(chelant) 및 고분자 결합 킬레이트제가 제안되어 있다. 디피리독실 기반의 킬레이트제는 예를 들면, MRI 조영제로서의 용도가 기재되어 있다. 디피리독실 킬레이트제와 함께 망간(II) 킬레이트는 본 발명의 용도 및 방법에 사용하는 데 특히 바람직하다.

본 발명의 용도 및 방법에 바람직한 것은 일반식 I의 화합물의 망간 킬레이트 및 그것의 염이다.

(여기에서, 일반식 I에서의 각각의 R¹은 독립적으로 수소 또는 -CH₂COR⁵를 나타내고;

R⁵는 하이드록시, 선택적으로 수소화된 알콕시, 아미노 또는 알킬아미도를 나타내고; 각각의 R²는 독립적으로 XYR⁶ 기를 나타내고;

X는 결합(bond), 또는 C₁ _-3 알킬렌 또는 R⁷ 기에 의해 선택적으로 치환된 옥소알킬렌기를 나타내고;

Y는 결합, 산소 원자 또는 NR⁶ 기를 나타내고;

R⁶는 수소 원자, 하이드록실기, COOR⁸기, OP(O)(OR⁸)R⁷기, OP(O)(OM)R⁷기 또는 COOR⁸, CONR⁸ ₂, NR⁸ ₂, OR⁸, =NR⁸, =O, OP(O)(OR⁸)R⁷, OP(O)(OM)R⁷ 및 OSO₃M으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 기에 의해 선택적으로 치환된 알킬, 알케닐, 시클로알킬, 아릴 또는 아랄킬기이고;

R⁷은 OM, 하이드록시, 선택적으로 수소화되고 선택적으로 알콕실화된 알킬 또는 아미노알킬기이고;

R⁸은 수소 원자 또는 선택적으로 수소화되고 선택적으로 알콕실화된 알킬기이고;

M은 수소 원자 또는 하나의 생리학적으로 허용가능한 양이온의 동등체, 예를 들면 알칼리 또는 알칼리성 토금속 양이온(earth cation)(예를 들면, Na⁺), 암모늄 이온 또는 메글루민 이온(meglumine ion)과 같은 유기 아민 양이온이고;

R³는 C₁ _-8 알킬렌기, 바람직하게는 C₁ _-6, 예를 들면 C₂ _-4 알킬렌기, 1,2-시클로알킬렌기 또는 1,2-아릴렌기를 나타내고; 각각의 R⁴는 독립적으로 수소 또는 C₁ _-3 알킬을 나탄내다.)

본원에서 사용된 것으로서, 상기 용어 "알킬(alkyl)" 및 "알킬렌(alkylene)"은 직쇄(straight-chained) 및 분지쇄(branched), 포화(saturated) 및 불포화(unsaturated) 탄화수소를 모두 포함한다. 상기 용어 "1,2-시클로알킬렌(1,2-cycloalkylene)"은 시스(cis) 및 트랜스(trans) 시클로알킬렌기와 5-8개의 탄소 원자를 가지는 시클로알킬렌기로 치환된 알킬을 모두 포함한다. 상기 용어 "1,2-아릴렌(1,2-arylene)"은 페닐 및 나프틸기 및 6 내지 10개의 탄소 원자를 가지는 그것의 유도체로 치환된 알킬을 포함한다.

특별히 달리 언급하지 않는 한, 임의의 알킬, 알킬렌 또는 알케닐 부분(moiety)은 알맞게는 1 내지 20, 바람직하게는 1 내지 8, 더욱 바람직하게는 1 내지 6 및 특히 바람직하게는 1 내지 4개의 탄소 원자를 포함할 수 있다.

시클로알킬, 아릴 및 아랄킬 부분은 알맞게는 3 내지 18, 바람직하게는 5 내지 12 및 특히 바람직하게는 5 내지 8개의 고리 원자를 포함할 수 있다. 페닐 또는 나프틸기를 포함하는 아릴 부분이 바람직하다. 아랄킬기로서, 페닐 C₁ _-3 알킬, 특히 벤질이 바람직하다.

기(group)가 선택적으로 하이드록시기에 의해 치환될 경우, 이것은 단일치환(monosubstitution) 또는 다중치환(polysubstitution)일 수 있고, 다중치환인 경우에 알콕시 및/또는 하이드록시 치환기는 알콕시 치환기에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 용도 및 방법에 특히 바람직한 것은 일반식 II의 화합물의 망간 킬레이트 및 그것의 염이다.

(여기에서, 일반식 II에서의 각각의 R¹은 독립적으로 수소 또는 -CH₂COR⁵를 나타내고;

R⁵는 하이드록시, 선택적으로 수소화된 알콕시, 아미노 또는 알킬아미도를 나타내고; 각각의 R²는 독립적으로 하이드록실, COOR⁸, CONR⁸ ₂, NR⁸ ₂, OR⁸, =NR⁸, =O, OP(O)(OR⁸)R⁷, OP(O)(OM)R⁷ 및 OSO₃M으로부터 선택된 하나 또는 그 이상의 기에 의해 치환된 알킬기(예를 들면, C₁ _-6 알킬기)를 나타내고;

R³는 C₁ _-8 알킬렌기, 바람직하게는 C₁ _-6, 예를 들면 C₂ _-4 알킬렌기를 나타내고; 각각의 R⁴는 독립적으로 수소 또는 C₁ _-3 알킬을 나타낸다.)

일반식 II에서, R⁵는 바람직하게는 하이드록시이다. 바람직하게는, 각각의 R¹기는 R⁵가 하이드록시인 -CH₂COR⁵기를 나타낸다.

일반식 II의 더욱 바람직한 화합물에서, R³는 바람직하게는 에틸렌(즉, -CH₂-CH₂-)이다.

더욱 바람직한 화합물에서, R⁴는 C₁ _-3 알킬, 특히 메틸이다.

일반식 II의 화합물은 두개의 피리딜 고리상에 동일하거나 서로 다른 R²기를 가지며, 이것들은 동일하거나 서로 다른 고리 위치에 결합될 수 있다. 그러나, 치환은 5- 및 6- 위치인 것이 특히 바람직하며, 가장 바람직하게는 6-위치, 즉 하이드록시기에 대하여 파라(para)위치 이다. R²기가 동일하며 동일하게 위치하고 있는, 즉 6,6' 화합물이 특히 바람직하다.

*일반식 II의 화합물에서, R²는 바람직하게는 C₁ _-4, 예를 들면 C₁ _-2 알킬기이다. 더욱 바람직하게는, R²는 C₁이다. R² 상의 치환기는 하이드록실, OP(O)(OR⁸)R⁷ 및 OP(O)(OM)R⁷인 것이 바람직하다. R⁷은 하이드록실기 또는 OM인 것이 바람직하다. R⁸은 수소가 바람직하다.

R² 기에 대하여 특히 바람직한 동일성은 CH₂OP(O)(OM)OM, CH₂OP(O)(OM)OH, CH₂OP(O)(OH)₂ 또는 CH₂OH 기를 포함한다.

일반식 II의 화합물에서 R³는 에틸렌, R²는 상기 열거된 임의의 동일성을 가지는 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 방법에서 사용하기에 특히 바람직한 것은 N,N'-비스-(피리독살-5-포스페이트)-에틸렌디아민-N,N'-디아세트산의 망간(II) 킬레이트(manganese (II) chelate of N,N'-bis-(pyridoxal-5-phosphate)-ethylenediamine-N,N'-diacetic acid; MnDPDP)이다. MnDPDP는 또한 망간(II) N,N'-디피리독실-에틸렌디아민-N,N'-디아세테이트-5,5'-비스(포스페이트)(manganese(II) N,N'-dipyridoxyl-ethylenediamine-N,N'-diacetate-5,5'-bis(phosphate)) 및 망가포디피르 트리소디움(mangafodipir trisodium)으로 잘 알려져 있다.

또한, 본 발명의 방법에서 사용하기에 바람직한 것은 N,N'-디피리독실-에틸렌디아민-N,N'-디아세트산의 망간(II) 킬레이트(manganese(II) chelate of N,N'-dipyridoxyl-erhylenediamine-N,N'-diacetic acid; MnPLED)이다. MnPLED는 또한 망간(II) N,N-디피리독실-에틸렌디아민-N,N'-디아세테이트(manganese(II) N,N'-dipyridoxyl-ethylenediamine-N,N'-diacetate)로 잘 알려져 있다.

또한, N-피리독실, N'-(피리독실-5-포스페이트)-에틸렌디아민-N-N'-디아세트산의 망간(II) 킬레이트(manganese(II) chelate of N-pyridoxyl, N'-(pyridoxyl-5-phosphate)-ethylenediamine-N-N'-diacetic acid; MnDPMP)가 바람직하다. MnDPMP는 또한 망간(II) N,N'-디피리독실-에틸렌디아민-N,N'-디아세테이트-5-포스페이트(manganese(II) N,N'-dipyridoxyl-ethylenediamine-N,N'-diacetate-5-phosphate)로도 잘 알려져 있다.

앞서 기재한 바와 같이, 본 발명의 방법 및 용도는 MnDPDP와 같은 망간 조영제의 투여 후 짧은 시간 동안에는 살아있거나 살아있지 않은 심근 조직 모두가 망간을 포획하는 반면에, 시간이 흐른 후에는 단지 살아있는 세포만이 망간 이온을 계속하여 포획한다는 발견에 기초하고 있다. 그러므로, 조영제의 투여 후 일정 시간 후에 세포 내에 존재하는 망간의 최종 양은 세포의 생존력/기능 수준의 측정을 제공한다.

가장 놀라운 발견은 MnDPDP 및 그것의 대사물질, MnDPMP 및 MnPLED 모두가 심근 내에서 Mn² ⁺ 이온을 축적하지만, 그것들은 서로 매우 다르게 행동한다는 것이다. 이것은 살아있거나 괴사한 조직 모두가 초기 금속전이에 의해 생성된 Mn² ⁺를 포획하지만, 단지 살아있는 세포만이 이러한 약제의 지연된 금속전이에 의해 생성된 MnDPMP 또는 MnPLED의 형태로 Mn² ⁺를 포획하기 때문일 것이라고 생각된다.

따라서, MnDPMP 및 MnPLED는 조직의 생존력/기능의 가장 정확한 측정을 용이하게 한다고 믿어진다. 이러한 시약들이 사용될 경우, 만약 있다하더라도 아주 적은 망간의 포획이 괴사 조직에서 일어난다고 믿어지므로, 가장 높은 수준의 대조가 얻어질 수 있다. 따라서, MnDPMP 및 MnPLED는 본 발명의 용도 및 방법에서의 조영제로 바람직하다. MnDPMP는 MnPLED 보다 더 높은 물 용해도를 가지는 것으로서 특히 바람직하다.

만일 킬레이트의 불안정한(labile) 수소 모두가 착화된 금속 이온에 의해 치환되는 것은 아니라면, 킬레이트의 생내약성(biotolerability) 및/또는 용해도는 무기 및/또는 유기산 또는 아미노산의 생리학적으로 생체친화적인 양이온과 함께 불안정한 수소 원자를 유지하는 치환에 의해 증가될 수 있다. 적절한 무기 양이온의 예는 Li⁺, K⁺, Na⁺ 및 특히 Ca² ⁺를 포함한다. 적절한 유기 양이온은 암모늄, 치환된 암모늄, 에탄올아민, 디에탄올아민, 몰포린(morpholine), 글루카민(glucamine), N,N,-디메틸 글루카민(N,N,-dimethyl glucamine), 라이신, 아르기닌 또는 오르니틴(ornithine)을 포함한다.

본 발명의 방법에서 사용하기 위한 화합물은 상업적으로 입수가능(예를 들면, GE Healthcare로부터 입수)하거나, 당업계에 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다. 폴리아미노폴리카복실산 기반의 킬레이트제를 제조하기 위한 적절한 방법은 EP-A-299795, EP-A-71564, EP-A-71564, DE-A-3401052, EP-A-203962 및 EP-A-436579에 기재되어 있다.

디피리독실 화합물을 제조하는데 있어서, 화합물 PLED는 출발 물질(starting material)로서 사용될 수 있고, 일반식 I의 화합물을 얻기 위하여 전통적인 방법을 사용하여 적절하게 유도체화(derivatized)될 수 있다. 일반식 I의 화합물을 제조하는 데 적절한 방법은 EP-A-290047에 예시로서 기재되어 있다. 대안적으로, 일반식 I의 화합물은 탈리아페로에 의해 기재된 PLED를 만드는 방법(Taliaferro, Inorg. Chem. 23:1183-1192)에 따른 알킬렌 디아민과 함께 대응하는 피리독살 화합물을 반응시킴으로써 제조될 수 있다.

본 발명에 따라 사용하기 위한 망간 킬레이트는 당업계에 공지된 전통적인 방법에 의해 형성될 수 있다. 일반적으로, 이와 같은 방법들은 물 또는 메탄올, 에탄올 또는 이소프로판올과 같은 저급 알콜에 금속 옥사이드 또는 금속염(예를 들면, 질산염, 염화물 또는 황산염)을 용해시키거나 현탁시키는 것을 포함한다. 이 용액 또는 현탁액에 물 또는 저급 알콜에 용해시킨 등몰량(equimolar amount)의 킬레이트제를 첨가하고, 상기 혼합물을 교반하고, 만일 필요하다면 반응이 완료될 때까지 적당히 또는 끓는점까지 가열한다. 만일 형성된 킬레이트염이 사용된 용질에 용해되지 않는다면, 반응 생성물을 여과에 의해 분리한다. 만일 용해된다면, 반응 생성물을 건조를 위한 증발, 예를 들면 스프레이 건조 또는 동결건조시킴으로써 분리한다.

만일 인산기(phosphoric acid)와 같은 산성기가 생성된 킬레이트 내에 여전히 존재한다면, 그것은 생리학적으로 허용가능한 양이온을 형성하는 무기 및/또는 유기 염기 또는 아미노산과 함께 반응시킴으로써 산성 킬레이트염을 중성 킬레이트로 전환시키고 그것들을 분리하는데 유용하다. 상기 킬레이트제의 카복실산기 및 인산기는 또한 카복실산염(carboxylate) 및 인산 에스테르(phosphate esters)를 제조하기 위하여 에스테르화에 의하여 중성화될 수 있다. 이와 같은 에스테르는 당업계에 공지된 전통적인 방법에 의해 대응하는 알콜로부터 제조될 수 있다. 적절한 에스테르는 예를 들면, 1 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 직쇄 또는 분지쇄 알콜, 1 내지 18개의 탄소 원자를 가지는, 바람직하게는 세리놀(serinol) 또는 디에탄올아민과 같은 1 내지 6개의 탄소를 가지는 일가(monohydric) 및 다가(polyhydric) 알킬 아미노 알콜, 및 에틸렌 글리콜 또는 글리세롤과 같은 1 내지 18개의 탄소 원자를 가지는 다가 알콜을 포함한다.

금속 킬레이트가 전체(overall) 전하를 운반하는 경우, 그것은 생리학적으로 허용가능한 반대이온(counterion), 예를 들면 암모늄, 치환된 암모늄, 알칼리 금속 또는 알칼리성 토금속(예를 들면, 칼슘) 양이온 또는 무기 또는 유기산으로부터 유래되는 음이온과 함께 염의 형태로 편리하게 사용될 것이다. 이에 대하여, 메글루민염이 특히 바람직하다.

본 발명의 방법 및 용도에 있어서, 상기 조영제는 전통적인 방법으로, 예를 들면 하나 또는 그 이상의 생리학적으로 허용가능한 담체 또는 희석제를 이용하여 약제학적 조성물로 제형화하는 것이 바람직하다. 본 발명의 방법 및 용도에 바람직한 조성물은 직접적으로 또는 생리학적으로 허용가능한 담체 매질(medium), 예를 들면 주사를 위한 물에 분산시키거나 희석시킨 후 주사하거나 주입하기에 적합한 형태이다. 따라서, 비록 상기 조영제는 파우더, 용액, 현탁액과 같은 형태일 수 있지만, 생리학적으로 허용가능한 담체에 용해시킨 분산이 일반적으로는 바람직하다.

본 발명의 용도 및 방법에 사용된 조성물, 예를 들면 정맥주사용 용액(intravenous solution)은 멸균되어야만 하며, 생리학적으로 허용가능하지 않은 시약을 함유하지 않아야 하고, 투여하는 동안 자극(irritation) 또는 다른 부작용을 최소화하기 위하여 낮은 삼투압(osmolality)을 가지는 것이 바람직하므로, 상기 조영제(contrast medium)는 등장성(isotonic) 또는 약간 고장성(hypertonic)인 것이 바람직하다. 따라서, 적절한 담체 또는 희석제는 생리 식염 주사액(Sodium Chloride Injection), 링거액(Ringer's Injection), 덱스트로오스 주사액(Dextrose Injection), 덱스트로오스와 생리 식염 주사액(Dextrose and Sodium Chloride Injection), 유산을 포함한 링거액(lactated Ringer's solution) 및 레밍턴의 약제학(Remington's Pharmaceutical Sciences, 15th ed., Eston:Mack Publishing Co., pp. 1405 1412 및 1461 1487(1975)과 국가의약품집 XIV(The National Formulary XIV, 14th ed. Washington: American Pharmaceutical Associations(1975))에 기재된 것과 같은 다른 용액과 같은 비경구 용액(parenteral solution)을 투여하기 위하여 습관적으로 사용되는 수성 비히클(aqueous vehicles)을 포함한다.

상기 조영제는 당업자들에게 잘 알려진 방법으로 투여하기 위하여 제형화될 수 있다. 예를 들면, 약제학적으로 허용가능한 부형제가 선택적으로 첨가된 화합물은 수성 매질에 현탁되거나 용해될 수 있고, 그 결과 생성된 용액 또는 현탁액은 그 후 멸균되어진다. 제형 보조제(formulation aids)(예를 들면, 안정제, 산화방지제, 삼투압 조절제, 버퍼, pH 조절제, 방부제, 항균제 등) 및/또는 첨가제(additives)들이 또한 포함될 수 있다. 적절한 첨가제의 대표적인 예는 생리학적으로 생체적합한 버퍼(예를 들면, DTPA 또는 DTPA 비스아미드), 칼슘 킬레이트 착물(예를 들면, 칼슘 DTPA 염 칼슘 DTPA-비스아미드 염 또는 NaCaDTPA 비스아미드) 또는 칼슘 또는 소디움염(예를 들면, 칼슘 클로라이드, 칼슘 아스코르베이트, 칼슘 글루코네이트 또는 칼슘 락테이트)의 부가(예를 들면, 1 내지 50 몰 퍼센트)를 포함한다.

심근세포(cardiomyocyte)에서의 칼슘 채널에 의한 효과적인 포획을 위하여, 망간은 Mn² ⁺ 상태인 것이 바람직하다. Mn³ ⁺에 대한 산화를 저해하기 위하여, 본 발명의 용도 및 방법에서 사용되는 조성물은 바람직하게는 항산화제, 예를 들면 아스코르빅산(ascorbic acid) 또는 환원당(reducing sugar)을 함유할 것이다.

MRI를 위하여 사용된 조성물에서 본 발명의 화합물의 농도는 화합물의 특성, 조성물의 특성 및 수행해야할 영상화의 타입을 포함하는 여러가지 인자들에 매우 의존할 것이다. 그러나, 바람직하게는 0.001 내지 1 mmol/ml, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.1 mmol/ml, 여전히 바람직하게는 0.01 내지 0.05 mmol/ml, 예를 들면 약 0.01 mmol/ml 농도 범위의 화합물이 사용된다.

본 발명의 방법 및 용도에 적용하기 위한 적절한 조성물은 상업적으로 입수할 수 있다. MnDPDP 용액은 예를 들면, 테슬라스캔(teslascan)이라는 상표명으로 지이 헬스케어(GE Healthcare)로부터 입수할 수 있다.

본 발명의 방법 및 용도에서는 임상학적으로 허용가능한 양의 망간이 사용된다. 알맞게는, 앞서 기재된 것과 같은 화합물은 체중에 대하여 0.5 내지 40μmol/kg, 더욱 바람직하게는 체중에 대하여 1 내지 20μmol/kg, 여전히 더욱 바람직하게는 체중에 대하여 2 내지 12μmol/kg, 예를 들면, 체중에 대하여 약 5 내지 10μmol/kg의 투약량으로 투여될 수 있다. 바람직하게는, 상기 화합물은 전신의 맥관구조(vasculature) 내로 일시 주사(bolus injection) 또는 주입(infusion)에 의해 투여된다. 주입이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 방법 및 용도에 있어서, 망간 조영제는 짧은 시간, 예를 들면 1 내지 30분 내, 더욱 바람직하게는 2 내지 20분 내, 여전히 더욱 바람직하게는 5 내지 10분 내에 투여된다. 따라서, 바람직한 투여율은 0.01 내지 1ml/kg/분, 여전히 바람직하게는 0.02 내지 0.5 ml/kg/분의 범위이다. 이와 같은 투여율은 전통적인 전달 기구(delivery equipment)를 사용하여 즉시 달성할 수 있다.

피험자에 대한 망간 조영제의 투여는 MRI를 위하여 사용되는 자기장(magnetic field)의 바깥에서 일어날 수 있거나, 자기장 내에서 일어날 수 있다. 그러나, 일반적으로는 투여가 자기장의 바깥에서 일어나는 것이 바람직하다.

투여가 MRI를 위하여 사용되는 자기장의 바깥에서 일어나는 경우, MRI는 투여 후 0.5 내지 6시간, 바람직하게는 1 내지 4시간, 예를 들면 1.5 내지 3시간 내에 수행하는 것이 바람직하다. 투여가 MRI를 위하여 사용되는 자기장 내에서 수행되는 경우, MRI는 투여 전, 투여하는 동안 및/또는 투여 후에 간헐적으로(intermittently) 수행한다(예를 들면, 바람직하게는 투여 후 30 내지 60분 내에).

본 발명의 방법 및 용도에 있어서, SI 및 R ₁ 측정은 세포의 생존력/기능의 정량적 측정값을 제공하기 위하여 사용되는 것이 바람직하다. 비록 SI 및 R ₁ 측정이 MRI 문헌에 잘 기재되어 있다 할지라도, 출원인이 알고 있는 한 세포의 생존력/기능의 단계적 또는 정량적 측정을 위한 방법에 대한 어떠한 종래의 간행물도 없고, 심장 개형에 관한 것도 없다. 이것은 현재 본원에 기재된 것과 같은 세포내 조영제의 사용에 의하여 달성될 수 있다. 하기에 기재된 실시예들로부터 명백해지는 바와 같이, R ₁의 변화는 단지 망간 조영제 없이도 적당히 검출할 수 있지만, 망간을 이용하여 크게 강화된다.

따라서, 본 발명의 방법 및 용도에서, 심근 생존력/기능의 정량적 측정은 심근에서 세포내 망간의 양을 측정, 예를 들면 MRI SI를 측정하는 것에 의하여 또는 R ₁을 측정하는 것에 의하여 평가하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 방법에서, 세포내 망간의 양은 R ₁을 측정하는 것에 의하여 평가된다. 특히, 심장의 좌심실이 영상화된다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 검출해야 할 전 좌심실 전체의 망간 포획과 R ₁ 변화를 구별할 수 있게 하고, 그 결과는 심장 개형의 존재 또는 부재와 관련된다.

본 발명의 특히 바람직한 방법 또는 용도에서, 상기 심근은 다수의 경벽성 영역(transmural sector)(예를 들면, 5 내지 50, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 30개의 영역, 여전히 더욱 바람직하게는 24개의 영역)으로 나뉘어진다. 대안적으로, 관심 영역(regions of interst; ROI)이 심근의 다른 층(layer)으로부터 선택될 수 있다. 양쪽의 접근법 모두 R ₁의 혼성 분포 그래프(composite distribution plot)를 만들 수 있으므로, 영상화된 픽셀에서 자기를 띈 수분 양성자(magnetized water proton)의 차별화된 분포를 보여준다.

SI 및/또는 R ₁의 기준(reference)은 각각의 영역(sector) 또는 층(layer)에 대하여 조영제 없이 측정되는 것이 바람직하다. 망간 조영제를 투여하는 동안 및/또는 투여한 후, 각각의 영역 또는 층에 대한 다수의 SI 측정에 시간이 걸렸다(예를 들면, 매회 1 내지 30초, 더욱 바람직하게는 매회 5 내지 20초, 여전히 바람직하게는 약 매회 10초). 영상화는 20분 내지 2시간, 바람직하게는 30분 내지 1시간, 예를 들면 약 45분간 이러한 방식으로 계속되는 것이 바람직하다. 따라서, 총 100 내지 500개(예를 들면, 250 내지 400)의 측정이 선택된 심근의 절편과 각 영역 또는 층에 대하여 행해질 수 있다. 대안적으로, 영상화는 더욱 적은 주요 시점(time point)에서, 예를 들면 30 내지 45분에 걸쳐 5 내지 10분 간격으로 생성될 수 있다. 두 접근법 모두 Mn² ⁺ 포획을 지속적이거나 반지속적으로 검출할 수 있게 한다.

급성 심근경색 후 주(week) 내지 개월(month)의 간격으로 반복되는 검사를 하여, 치료에 대한 개형의 진행 및/또는 그들의 반응을 알 수 있다.

본 발명에 따른 바람직한 방법 또는 용도에서, R ₁에 대한 견적을 얻기 위하여 상기에 기재된 것과 같이 측정된 각각의 SI 측정값을 신호 방정식(signal equation) [1]에 대입하였다:

이 식에서, S는 신호 강도(signal intentisy; SI)이고, Ω은 수신기의 출력비율(receiver gain), 기계의 조건(instrumental condition) 및 (사용된 짧은 TEs를 가지는 상수인) T₂ ^*붕괴(T₂ ^* decay)에 의존하는 상수이고, M₀는 완전히 이완된 종축 자화(magnetization)이고, α는 사용된 RF 펄스의 각도이고, T1은 α-RF-펄스 체인(pulse chain)의 출발점에 대하여 측정된 역전 시간(inversion time)이고, n은 K-스페이스의 중심까지의 α-펄스의 수이고, TR은 펄스 체인에서 두개의 α-펄스간의 시간 간격이고,

이고

이다. 임의의 전통적인 대입법(fitting procedure)은, 예를 들면 심플렉스 탐사법(simplex search method) 및 최소자승 원가함수(at least-squares cost function)가 사용될 수 있다. 대입(fitting)은 바람직하게는 R ₁과 ΩM₀에 대한 값을 산출한다. 그 후, 각 영역에 대하여 분리된 값은, 예를 들면 ΔR ₁, 1시간에서 기준 R ₁ 값을 뺀 R ₁ 값 뿐만 아니라 각 스테이지에서의 R ₁을 측정하기 위하여 기준 SI 측정 및 최종 SI 측정 모두에 대하여 계산될 수 있다. 상기 최종 R ₁ 값은 생존력/기능의 척도를 제공하며, R ₁ 맵으로서 그래프를 만드는 것이 바람직하다. 여러 개의 맵들이 심장 개형을 관찰하기 위한 일정 기간에 걸쳐(예를 들면, 2주 내지 6개월) 환자에 대하여 확립될 수 있다.

본 발명의 어떤 바람직한 방법 및 용도에서, ΔR ₁ 값은 관심 영역(ROIs)을 확인하기 위하여 분석된다. 전형적으로, 관심 영역은 의심되는 경색이 발생한 경우, 이러한 부위들을 포함할 것이다. 그 후, 시간이 지남에 따라 측정된 SI들은 그 관심 영역에서 추출되고, 일시적인 R ₁ 변화로 전환되는 것이 바람직하다. 이것은 관심 영역이 살아있는 조직을 포함하고 있는가의 여부를 확인하기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명의 방법 및 용도에 적용되는 MRI는 전통적인 MRI 기기를 사용하여 수행될 수 있다. 반전 기술(inversion technique) 또는 포화 기술(saturation technique), 특히 당업계에 공지된 룩-로커(Look-Locker) MRI 방법을 기반으로 한 반전 기술을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법 및 용도는 임의의 피험자에게 적용될 수 있다. 용어 "피험자(individual)"는 본원에서 임의의 인간 또는 비인간을 의미한다. 본 발명의 방법 및 용도의 적용을 위한 피험자는 인간인 것이 바람직하다. 비록 상기 방법 및 용도가 심근 경색으로 고통받지 않는 피험자들에게도 이용될 수 있다하더라도, 이전에 심근 경색으로 고통받았던 피험자인 것이 특히 바람직하다. 이와 같은 피험자에서, 본 발명의 방법 및 용도가 심장 개형을 검출하기 위하여 사용될 수 있다.

본 발명의 방법은 어떤 비제한적 실시예 및 수반하는 도면을 특히 참조하여 실시예로서 더 설명될 것이다.

자기 공명 영상법

급성 심근 경색(acute myocardial infarction; AMI)의 징후를 가지는 급성 관상동맥 에피소드 후 3 내지 12주째의 환자 10명에게 MR 검사를 수행하였다. 모든 환자들은 급성 심근 경색에 대비하기 위하여 입원시킨 후, 즉시 경피적 관상동맥 중재술(percutaneous coronary intervention; PCI)에 의해 혈관을 이식하였다.

측정 가능한 기울기(Quantum gradient)를 가지는 1.5T 초전도 자석형 기기(Siemens Magnetom Symphony 1.5 Tesla scanner)로 검사를 수행하였다(Software Version; Syngo 2002B, VA21B. Gradient strength:30mT/m.). 동체위상 배열 표재성 코일(body phase-array surface coil)을 사용하여 기록을 하였다. 심박계측 및 연속 유발(sequence triggering)을 위하여 심전계(electrocardiographic; EGG) 신호를 사용하였다.

심실의 길이를 포함하도록 항정상태 자유세차(steady-state free precession)(trud-FISP) 영상 단축 절편(cine short axis slices)를 만들었다. 각각의 절편을 한 숨(one breath-hold)에 얻었고, 절편의 두께는 8mm, 절편의 간격은 10mm로 하였다. 장애가 있는 심실벽의 운동(wall motion) 및 심벽의 두꺼워짐(systolic wall thickening)의 징후에 대한 단축 동영상(cine image)의 검사를 기초로 하여, 조영증강(contrast enhancement)의 영상화를 위하여 각각의 환자들에게서 하나의 절편을 선택하였다. 관심영역의 이 절편로부터 절편 위치 파라미터(slice location parameter)를 복사하고, MRI 검사를 유지하는 내내 사용하였다.

이어서 증가하는 반전 시간(inversion time; T₁)을 가지는 반전 회복(inversion recovery; IR) 터보 플래쉬(turbo-FLASH(fast low-angle shot)) 연쇄기법을 이용한 일련의 20개 영상을 통하여 관심영역에서의 조영전(pre-contrast) 심근 및 혈액 R ₁의 측정을 수행하였다. 상기 연쇄기법은 무차별적인 180도 반전 펄스를 사용한 후, α-펄스간에 생성된 단계적 에코(echoes)를 가지는 반복적인 저각 절편 선택적 α-펄스로 구성되는 초고속 플래쉬 연쇄기법을 사용하였다. 반전 시간은 90 내지 5000ms이 기간으로 사용하였다. 파라미터의 셋팅은 다음과 같다: 대역폭(bandwidth):1000Hz/pixel, 에코 간격(echo spacing; TR): 1.9ms, TE:1.06ms, 시야각(field of view):380nm, 절편 두께:8mm, α-숙임각(α-flip angle):12도 및 6/8의 위상 부분 푸리에(phase partial Fourier).

초기 R ₁-측정 후, R ₁ 측정을 위하여 사용된 것과 동일한 파라미터 셋팅이지만 400ms의 고정된 반전 시간을 사용하여, 일련의 IR-이미지를 기록하기 위한 MR 스캐너를 셋팅하였다.

10개의 기준 영상을 만든 후, 환자들에게 5분에 걸쳐 말초정맥주사(peripheral intravenous infusion)로 체중 1kg 당 5μmol MnDPDP의 0.01mmol/ml 용액(테슬라스캔^TM, Amersham)을 주입하였다. 40-45분에 걸쳐 총 300-350 IR 영상을 획득하였다. 이러한 주입 시리즈 전부, 환자들의 영상간에 7-8초의 시간 간격을 유지하였다.

그 후, 경색 부위의 시각화를 목적으로 영상화를 수행하였다. 두개의 T1 강조 심전도 동조 분절 연쇄기법(T1 weighted ECG-gated segmented sequences)을 테스트하였다: 위상민감 재구성(phase sensitive reconstruction)의 가능성이 있는 IR 터보-플래쉬 연쇄기법 및 IR 실질-FISP 연쇄기법. 어느 경우에나, 개별화된 반전 시간을 사용하였고, 이는 심박 및 숨참기 능력에 좌우된다.

*결국, 조영제 주입을 시작한 지 1시간 후, 5분에 걸친 20개의 IR 터보-플래쉬 영상으로 구성된 제2차 R ₁ 측정을 수행하였다.

R ₁ 분석

매틀랩 버전 6.5(Matlab version 6.5, Math Works, USA)로 작성된 소프트웨어를 사용하여 R ₁ 측정에 대한 영상을 분석하였고, 좌심실 벽의 내외부 가장자리는 각각의 단일 절편에 수동으로 그려넣었다. 그 후, 외곽선이 그려진 심근을 24개의 영역(sector)으로 나누었다. 신호 강도를 구하고, 각각의 영역에 대하여 따로따로 분석하였다. R ₁의 견적을 얻기 위하여, 상기 영역으로부터의 데이터를 신호 방정식에 대입하였다.

이 식에서, S는 신호의 강도, Ω은 수신기의 출력비율(receiver gain), 기계의 조건(instrumental condition) 및 (사용된 짧은 TEs를 가지는 상수인) T₂ ^*붕괴(T₂ ^* decay)에 의존하는 상수이고, M₀는 완전히 이완된 종축 자화(magnetization)이고, α는 사용된 RF 펄스의 각도이고, T1은 α-RF-펄스 체인(pulse chain)의 출발점에 대하여 측정된 반전 시간(inversion time)이고, n은 K-스페이스의 중심까지의 α-펄스의 수이고, TR은 펄스 체인에서 두개의 α-펄스간의 시간 간격이고,

이고

이다. 두개의 변수(R ₁ 및 ΩM₀의 생성물)를 대입하였다. 심플렉스 탐사법 및 최소자승 원가함수를 사용하여 이러한 두개의 변수들을 최적화하였다.

기준 R ₁ 측정과 1시간 후의 측정 모두에 대하여 각 24개 영역에 대한 개별적인 R ₁ 값을 계산하였다. 1시간 R ₁ 값에서 기준값을 뺌으로써 각 영역에 대한 ΔR ₁ 값을 계산하였다.

일시적인 R ₁ 변화

조영제 주입에 따른 일시적인 R ₁ 변화는 상기 환자의 주입 시리즈와 함께 각 환자의 기준 R ₁ 측정값을 조합함으로써 생성하였다. 상기 영상을 매틀랩으로 작성된 소프트웨어로 함께 분석하였다. ΔR ₁ 값을 기초로, 두개의 작은 관심영역(크기가 5 내지 8 픽셀)을 좌심실 벽의 중앙에 그려넣었다. 하나의 관심영역은 가상의 경색 부위 중심에 위치하고, 다른 하나는 다른 관상동맥에 의해 공급되는 멀리 떨어진 부위에 위치한다. 세번째 관심영역은 좌심실 내강(LV cavity) 내의 혈액에 위치하고, 대략 내부 좌심실 직경의 절반 직경으로 주어진다. 각각의 관심영역들을 제1의 영상에 그려넣고, 주입 시리즈 전체 뿐만 아니라 모든 영상의 R ₁-측정 전체를 복사하였다. 그 후, 상기 관심영역들을 호흡 운동(respiratory motion)에 대하여 수동으로 조정하였다. 신호 강도를 구하고, 방정식 1을 통해 조영전 R ₁-측정을 하였다. 그 후, 식 1에 의해 주입에 따른 신호 강도에서의 변화를 일시적인 R ₁ 변화로 전환하는 데 사용하기 위하여 가상 ΩM₀ 결과를 사용하였다.

결과

주입 및 주입 후 MRI 의 동역학

도 3 및 4는 10명의 환자들 중 2명에서의 일시적인 R ₁ 측정의 결과를 나타낸다. 도 3은 PCI 치료를 받았지만 이전 병력에 의해 확인되고, 현재는 또한 T₁ 증강 MRI에 의해 확인된 것과 같은 충분히 진행된 경색을 여전히 가지고 있는 환자로부터 얻어진 결과를 나타낸다. 테슬라스캔을 주입하는 동안(0-5분), 멀리 떨어져 있고 살아있는 부위 뿐만 아니라 경색 부위에서도 초기 Mn의 포획이 일어났고, 주입 후에는 멀리 떨어진 부위에서는 후기 Mn 포획이 일어났으나 경색 부위에서는 일어나지 않았다. 경색 부위에서의 후기 포획의 부재는 경색 부위가 살아있는 심근 세포를 제외한 반흔 조직(scar tissue)을 포함한다는 것을 나타낸다.

대조적으로, 도 4는 경색의 발병 후보다 더 빨리 PCI에 의한 치료를 받은 환자로부터 얻어진 결과를 나타낸다. 이 환자에서의 초기 중재(intervention)는 임상적 파라미터에 의해 확인되고, 현재는 또한 T₁ 증강 MRI에 의해 확인된 것과 같이 심근을 구제하였다. 테슬라스캔을 주입하는 동안(0-5분), 멀리 떨어져 있는 부위에서와 같은 위험상태에 있는 이전 영역(경색 부위) 모두에서 초기 및 후기 Mn 포획을 모두 가지는 유사 포획 프로파일을 발견하였다. 이것은 모든 세포들이 살아있다는 것을 나타낸다.

두 환자들에서의 이러한 발견은 Mn² ⁺ 이온 포획의 두가지 위상을 나타내며, 서로 다른 망간제가 원인이다: 모물질(mother substance) MnDPDP로부터 일어나는 주입 5분 동안의 초기 포획; 및 MnDPDP가 그것의 두개의 대사물질인 MnDPMP와 MnPLED로 전환된 후 주입후 단계에서 일어나는 후기 포획. 놀랍게도, 상기 발견은 MnDPDP를 이용한 초기 포획이 심근의 생존력과 관류를 나타내는 반면, 후기 포획은 특히 생존력을 나타낸다는 것을 보여준다. 따라서, MnDPDP는 생존력과 관류의 마커이며, 반면에 MnDPMP와 MnPLED는 순수한 생존력의 마커이다.

단축 절편의 R ₁ 맵핑

동일한 두명의 환자에 대하여, 진행된 또는 의심되는 경색의 이전 부위를 포함하는 심장의 단축 절편에서의 R ₁ 맵을 준비하고, 이를 도 5 및 6에 나타내었다. 본 발명의 용도 및 방법에 의해 훨씬 더 단계적인 정보를 얻을 수 있다. 테슬라스캔의 주입 이전에 영역간의 R ₁ 값에서 큰 차이를 관찰할 수 있었지만, 45분 후에는 훨씬 더 현저한 불균일성을 나타내었다.

지속적인 경색 후 결함을 가진 환자(도 5)에서의 제1의 배경 MR 영상에서, 경색 부위 대 멀리 떨어진 부위의 R ₁값은 0.80 s^-1과 0.95 s^-1이고, 즉 R ₁의 차이는 0.15 s^-1이다. 망간 증강 MR 영상에서, 반복되는 R ₁의 값은 0.95 s^-1및1.35 s^-1이고, 즉 R ₁의 차이는 0.40 s^-1이다. 이 결과는 멀리 떨어진 부위에서의 망간의 후기 포획에 의하여 설명될 수 있다. 그러나, 놀랍고 더욱 중요하게도, 경색 부위(0.95 s^-1): 경계 부위(1.10 s^-1), 그 후 큰 중간 부위(1.20 s^-1); 그리고 마지막으로 멀리 떨어진 주요 부위(1.35 s^-1)로 단계적인 차이가 있다.

심근이 구제된 환자에서(도 6), 대조 전후의 경벽성 영역간에 큰 차이가 있었다. 따라서, 불균일성이 유지되었고, Mn 주입 후 정상 심근에 대하여 기대했던 바와 같이 0.40 s^-1의 R ₁의 평균 증가율(average elevation)을 보였다. 양영역간 편차(intersector variation)는 0.05 내지 0.10 s^-1 내이다.

R ₁ 맵핑으로부터의 이러한 결과는 조직 이완에서의 국부적인 변화(regional alteration) 및 충분히 진행된 심근경색으로부터 회복하는 동안 조직에서의 Mn 포획/유지를 검출할 수 있다는 것을 증명한다. 이것은 경색 후 심장 개형과 일치하고, 살아있는 심장 세포의 총수 및/또는 이러한 세포들의 기능 상태 중 하나를 반영하는 세포내 상자성(paramagnetic) Mn 이온을 이용하여 처음으로 여기에서 증명되었다.

지속성 경색과 반흔 조직을 가지는 환자에서, R ₁의 조사결과는 감소된 좌심실의 박출계수(ejection fraction)(49%)와 일치하고, 명백한 심부전의 진전을 지연시키기 위하여 치료할 필요가 있음을 나타내고 있다. 좌심실의 개형의 징후가 없고 정상적인 좌심실의 박출 계수를 보이는(71%) 다른 환자들에서는 이와 같은 특별한 치료를 할 필요는 없다.

Claims

개인에게서 심장 개형(cardiac remodelling)을 진단하기 위한, MnDPDP, MnDPMP 및 MnPLED로부터 선택되는 망간 조영제를 포함하는 약제학적 조성물.
제1항에 있어서,
상기 진단은 상기 개인의 심근에서의 세포 내 망간의 양에 기초하여 심근 조직의 생존력/기능을 측정함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제2항에 있어서,
상기 개인의 심근에서의 세포 내 망간의 양은 MRI 처리로부터 얻은 영상의 신호 강도(signal intensity, SI)에 의해 평가되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제2항에 있어서,
상기 개인의 심근에서의 세포 내 망간의 양은 상기 심근 전체의 종축 이완율(longitudinal relaxation rate; R ₁)에 의해 평가되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제2항에 있어서,
상기 측정 단계를 반복하고, 심근 조직의 생존력/기능에 변화가 일어났는지 여부를 평가하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제1항에 있어서,
상기 망간 조영제는 MnDPMP 및 MnPLED로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제1항에 있어서,
상기 망간 조영제는 MnDPDP인 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제1항에 있어서,
상기 망간 조영제는 체중에 대하여 0.5 내지 40μmol/kg의 용량으로 투여되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제1항에 있어서,
상기 망간 조영제는 1 내지 30분에 걸쳐 정맥 주입에 의하여 투여되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제9항에 있어서,
상기 망간 조영제의 투여는 MRI 처리를 위해 사용되는 자기장의 바깥에서 수행되고, MRI는 그 후 0.5 내지 6시간 내에 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제9항에 있어서,
상기 망간 조영제의 투여는 MRI 처리를 위해 사용되는 자기장의 바깥에서 수행되고, MRI는 전, 동안 및/또는 그 후 간헐적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제4항에 있어서,
상기 R ₁값은 상기 개인에 의해 포획된 망간의 속도 그래프(kinetic plot)로 처리되는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제12항에 있어서,
상기 R ₁값은 피험자의 심근의 영상화된 절편에서의 경벽성 부위(transmural sector) 또는 층(layers)에서 분포 그래프(distribution plot) 또는 R ₁ 맵으로 처리하는 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.
제1항에 있어서,
상기 개인은 이전에 급성 심근경색(AMI)으로 고통받은 것을 특징으로 하는 약제학적 조성물.