PT2349350T - Um processo para a preparação de soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "UM PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE SOLUÇÕES AQUOSAS DE MOLÉCULAS HlPERPOLARIZADAS"

Campo técnico A presente invenção refere-se ao campo de Imagiologia para Ressonância Magnética (IRM). Em particular, a invenção refere-se a um processo para a preparação de soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas prontas para uso em imagiologia de diagnóstico IRM in vivo, e, em particular, como um método de investigação no qual as ditas soluções aquosas são diretamente empregues para produzir imagens IRM de diagnóstico para um orgão corporal, região ou tecido de um humano ou animal não humano.

Antecedentes A Imagiologia para Ressonância Magnética é uma ferramenta poderosa bem estabelecida para investigações médicas e biológicas tanto in vitro como in vivo. 0 principal inconveniente com esta técnica é devido à baixa sensibilidade intrínseca da espectroscopia RMN na qual o IRM se baseia. De fato, a intensidade dos sinais de RMN depende da diferença entre os estados de spin das populações nucleares dos núcleos observados. De acordo com a bem conhecida equação de Boltzmann (ΔΝ=γΒ0/(2nkT)), esta diferença é uma função da temperatura e do campo magnético aplicado, e, em equilíbrio térmico, está na ordem de 10~5, ou seja, muito baixo. 0 uso de moléculas hiperpolarizadas foi recentemente proposto como uma solução possível para esta desvantagem e, em anos mais recentes, têm sido desenvolvidos muitos esforços para o desenvolvimento de procedimentos de hiperpolarização RM que sejam possíveis e eficazes.

Com este objetivo, o método mais direto é o apelidado de "força bruta", que consiste em manter a molécula de interesse com uma elevada força do campo magnético (até 20 T) e baixa temperatura, perto do zero absoluto, por um dado período de tempo. Este método é de aplicabilidade geral, mas requer a aplicação de um "botão de relaxação" apropriado que permite a rápida promoção de transições nucleares necessária para criar polarização nuclear, e que pode ser removido, ou , de outro modo, "desligado" imediatamente após o ensaio. No entanto, dado que um "botão de relaxação" adequado para tal propósito ainda não foi descoberto, esta aproximação não é, por agora, explorável.

Um segundo método é o chamado "bombeamento ótico / troca de spin", que pode ser aplicado a gases nobres tais como o 129Xe e 3He. Neste caso é usado um feixe de laser polarizado circularmente para irradiar a mistura gasosa do gás selecionado e um vapor de metal alcalino. Esta situação permite providenciar o Xe e He com elevados graus de polarização que podem ser mantidos por bastante tempo, graças aos longos tempos de relaxação destes núcleos.

Os estudos por IRM do sistema respiratório conduzidos com o uso de gases hiperpolarizados assim obtidos são conhecidos. Neste assunto, ver, por exemplo, J. Thoracic Imag. 2004, vol. 19, pp. 250-258; Phys. Med. Biol. 2004, vol. 49 pp. 105-R153. No entanto, como anteriormente referido, esta técnica não é de aplicabilidade geral, mas está apenas limitada à polarização de gases nobres. A diferença de população entre núcleos de spin pode também ser aumentada através da exploração do efeito de "Overhauser" entre os núcleos de interesse e os eletrões desemparelhados das espécies paramagnéticas acopladas, de acordo com uma técnica conhecida como Polarização Nuclear Dinâmica ou PND. Esta técnica tem sido usada para, por exemplo, hiperbolizar algumas moléculas de interesse biológico, incluindo a ureia, piruvato e derivados metabólicos dos mesmos, atualmente explorados para estudos de perfis metabólicos efetuados com o uso de IRM (ver, por exemplo, Europ. Radiol. 2006, vol. 16, pp. 57-67, Magn. Res. in Med., vol 58, 2007, pp. 65-69; Appl. Magn. Res. 2008, vol. 34, pp. 533-544).

Apenas de esta técnica poder ser aplicada, pelo menos em principio, a qualquer tipo de molécula, a necessidade de um criostato poderoso e um "hardware" adequado permitindo a irradiação de eletrões a baixas temperaturas constituindo, de fato, uma limitação ao uso mais geral.

Podem também surgir dificuldades adicionais da necessidade de um procedimento eficaz que permita a rápida dissolução do substrato após hiperpolarização, e a separação do radical paramagnético elevadamente tóxico antes da administração in vivo do substrato hiperpolarizado. O uso alternativo de moléculas hiperpolarizadas obtidas por adição de para-hidrogénio em substratos insaturados por meios de um procedimento conhecido como Polarização Induzida por Para Hidrogénio (PHIP) foi também proposta, por exemplo, na US 6,574,495. A maior vantagem deste procedimento depende do fato de permitir obter populações de niveis de spin nuclear profundamente alteradas comparativamente com as determinadas pela termodinâmica de Boltzmann sem ter que usar temperaturas extremamente baixas e procedimentos complexos de dissolução tal como os usados no método PDN. Como tal, poderá ser entendido como uma alternativa mais simples e barata que a técnica de hiperpolarização PND.

Tal como referido, o procedimento PHIP apoia-se na hidrogenação catalítica de um substrato insaturado, ou agente percursor MR, com gás hidrogénio enriquecido no isómero para. A molécula de hidrogénio, de fato, existe em duas formas de spin isoméricas, nomeadamente orto-hidrogénio (o-H2), e para-hidrogénio (p-H2). 0 isómero orto, que é simétrico no que respeita a troca dos dois protões, é triplamente degenerado (estado de tripleto), enquanto o isómero para, que é antissimétrico, é um estado de singleto. Adicionalmente, o isómero orto tem um spin igual a 1 (S=l) e está ativo no RMN, enquanto o isómero para, com um spin igual a 0 (S=0), é silencioso no RMN. À temperatura ambiente a mistura em equilíbrio na qual as duas formas existem, de outro modo chamado de hidrogénio normal, contém 75% do isómero orto e 25% do para, mas, sendo o estado para termodinamicamente favorecido e devido à temperatura rotacional relativamente alta da molécula de H2, é possível enriquecer a mistura em equilibro no isómero para, mantendo-a a baixas temperaturas.

Por exemplo, a 77K (temperatura de N2 líquido) as duas formas existem com um rácio 52% (para) : 48% (orto) e a 20 K a mistura é formada por 99,8% do isómero para.

Em condições normais, a taxa de equilíbrio entre os dois isómeros é muito baixa, dado que envolve uma transição singleto-tripleto que é proibida pelas regras de seleção. No entanto, na presença de um catalisador adequado, por exemplo selecionado de óxidos de ferro tal como Fe304, Fe203 e carvão ativado, a interconversão pode ser rapidamente obtida (por exemplo, em poucas horas). 0 enriquecimento em para assim obtido pode ser mantido a temperatura ambiente, desde que o catalisador de conversão, e qualquer outra impureza paramagnética, sejam totalmente removidos. Desde modo é possível ter uma mistura em não-equilíbrio, ou seja, uma mistura de hidrogénio enriquecida no isómero para, também chamada de hidrogénio-para, a temperatura ambiente, que permanece estável por várias horas.

Apesar de ser silencioso em RMN, quando o hidrogénio-para é adicionado a uma molécula insaturada, a sua simetria pode ser quebrada com a formação de um sistema de spin AX permitindo observar a hiperpolarização, ou, por outras palavras, um sinal significativamente intensificado no espectro RMN do composto para-hidrogenado que corresponde ao núcleo do protão hiperpolarizado. Tipicamente, em espectros de 1H RMN o aumento de sensibilidade medido em termos de aumento do sinal de RM pode ser tão alto como um fator de 105 (ver, por exemplo, Sensitivity enhancement utilizing parahydrogen, C.R. Bowers, Encyclopedia of NMR Vol.9 2002 pp750- 770). Não obstante, um especialista na técnica tem presente que, para propósitos de IRM in vivo, a hiperpolarização heteronuclear (não-protão) é mais útil que isso, mesmo sendo tão elevada, de protões. Tal é porque, nas condições in vivo, o sinal de protão de um agente de contraste parahidrogenado iria sobrepor-se com sinais de 1H endógeno da água dos tecidos. Por outro lado, a quase total ausência de sinal endógeno para núcleos não-protão na ausência prática de ruído de background, permite assim o registo de imagem com um elevado rácio sinal-ruído, onde o contraste apenas é dado pela diferença na intensidade de sinal entre regiões às quais chegou a molécula hiperpolarizada e as áreas nas quais a mesma está ausente.

Benefícios adicionais são devido aos valores superiores de Τχ caracterizando os núcleos não-protão (o que limita a perda de polarização devido a relaxação) e à largura do intervalo de desvio químico associado com o mesmo, quando incluído em diferentes moléculas, ou, por outras palavras, ao fato de que o valor do desvio químico associado com um dado heteronúcleo é diferente em diferentes moléculas, em que tal torna possível ver diferentes moléculas num mesmo tempo. 0 interesse principal é, consequentemente, direcionado a procedimentos possíveis e eficazes de MR para a polarização de núcleos não-protão, especialmente de núcleos com um spin ί g -i η o o nuclear = is tal como, por exemplo, C, Ne Si, assim como a agentes de contraste compreendendo núcleos hiperpolarizados não-protão, e, especialmente, substancias hiperpolarizadas enriquecidas 13C.

De um modo interessante, o método de hiperpolarização PHIP permite providenciar moléculas hiperpolarizadas 13C e 15N de um modo mais simples e barato, especialmente quando comparado com a técnica PND.

Um procedimento para obter hiperpolarização de 13C através de transferência de ordem de para-hidrogénio foi divulgado por Goldman e co trabalhadores por exemplo em Magnetic Resonance Imaging 23 (2005) 153-157, enquanto detalhes relacionados com o design e implementação de hiperpolarização de 13C a partir de para-hidrogénio foram divulgados pelos mesmos investigadores em C.R. Chimie 9 (2006) 357-363.

Por contraste, de modo a obter uma molécula hiperpolarizada 13C que seja eficaz para uso em imagiologia médica in vivo de IRM, deverão ser satisfeitos os seguintes critérios: i) A molécula de substrato deve ser facilmente hidrogenável; ii) A molécula de substrato deve conter um átomo de carbono 13C a uma distancia inferior a três ligações dos protões adicionados à molécula com para-hidrogénio: iii) O peso molecular da molécula substrato deverá ser baixo, e preferencialmente inferior a 500 Da, de modo a limitar a velocidade de relaxação; iv) O produto de hiperpolarização deverá ser solúvel em água e fisiologicamente tolerável; v) Deve ser usado um catalisador de parahidrogenação permitindo a promoção da transferência de ambos os protões de uma molécula de 1¾ para a mesma molécula substrato, de modo a que a correlação de spin seja mantida. Os catalisadores que potenciam este tipo de transferências são os homogéneos, tal como, por exemplo, complexos organometálicos de Rh ou Ir que, devido à sua elevada toxicidade, devem ser removidos da mistura reacional antes da invenção; vi) Para ser eficaz na imagiologia IRM, a ordem de spin do para-hidrogénio tem que ser transformada numa magnetização total 13C. vii) Dado que as soluções aquosas do produto de parahidrogenação são usada para aplicações in vivo, a reação de hidrogenação deverá ser efetuada diretamente em água, ou , alternativamente, o solvente orgânico a ser usado para a hidrogenação deve ser totalmente removido.

Será aparente para um especialista na técnica que o mesmo tipo de critério se aplica para a preparação de substâncias hiperpolarizadas adequadamente enriquecidas com um núcleo não-protão diferente de 13C.

Deriva do acima descrito que os principais problemas que existem quando se usa os métodos de hiperpolarização PHIP são devido ao uso de catalisadores de hidrogenação tóxicos e de solventes orgânicos nos quais tanto o catalisador de hidrogenação como o hidrogénio são mais solúveis, enquanto, por contraste, para aplicações de IRM in vivo são necessárias soluções aquosas fisiologicamente aceitáveis dos produtos de parahidrogenação.

Consequentemente, estão sobre intenso escrutínio diversos tipos de catalisadores de hidrogenação baseados em metais de transição.

Os catalisadores homogéneos com base de metais de transição mostraram que podem oferecer uma melhor atividade e seletividade. Em particular, os catalisadores que mostraram permitir uma maior polarização em 13C após adição de para-H2 a um percursor insaturado são os complexos catiónicos Rh(I), preferencialmente contendo um ligando de fosfina quelante, por exemplo DPPB (difenilfosfina butano) ou DPPE (difenilfosfina etano), e uma molécula de dieno tal como, por exemplo, ciclo-octadieno ou norbornadieno (ver, por exemplo, K. Goldman et ai., Magn. Res. Med. 2001, 46 1-5) . A maior eficácia destes catalisadores de hidrogenação é atingida em solventes orgânicos, preferencialmente em acetona, no qual são mais solúveis. Está, no entanto, claro que os solventes orgânicos devem ser totalmente removidos da mistura reacional antes da mesma ser formulada num meio aquoso para a administração in vivo. Esta tarefa pode, por exemplo, ser atingida por meios de um "spray-drier" localizado imediatamente a jusante do reator, através de um processo similar ao que é de uso comum na tecnologia farmacêutica para transformar uma solução em particular sólidas secas (ver, por exemplo, US 3615723). Neste caso, o material fluido é aplicado por spray na câmara de secagem onde é nebulizado e disperso por um gás transportador; o solvente mais volátil é depois destilado por aplicação de vácuo, enquanto a água, previamente adicionada à mistura, permanece no "drier" providenciando assim uma solução aquosa do material adicionado. No entanto, dado que as moléculas de baixo peso molecular (inferior a 500 Da) são preferencialmente usadas como substratos de parahidrogenação, a principal desvantagem associada com o uso dos procedimentos acima descritos vem da possível perda do produto de hidrogenação juntamente com o solvente orgânico.

Por outro lado, também foram usados solventes orgânicos, por exemplo, na W099/24080, juntamente com complexos catiónicos de Rh(I) contendo alguns grupos iónicos/polares, principalmente nos ligandos fosfina, introduzidos propositadamente para melhorar a solubilidade dos catalisadores em água e, por sua vez, a sua eficácia num meio aquoso.

No entanto, existe uma importante desvantagem a ser abordada quando se trabalha num meio aquoso, devido à baixa solubilidade do hidrogénio em água, tornando necessário operar a uma pressão muito elevada (50-100 bar) ou a uma pressão baixa (10-15 bar) mas sob condições de fluxo laminar e em reatores adequados divulgados, por exemplo, em Magn. Res. Mater. Phys. 2009, 22, 111. Adicionalmente, o uso de um catalisador homogéneo é dificultado pelas dificuldades de recuperação e reciclagem do catalisador com o isolamento simultâneo da solução de produto livre de catalisador.

Um método tipicamente usado para remover complexos catiónicos de Rh compreende, por exemplo, a passagem da mistura reacional numa resina adequada de troca catiónica, apesar deste procedimento levar a uma perda acentuada de polarização.

Os catalisadores baseados em Rh (I) suportados numa superfície sólida, por exemplo sílica ou polímeros, têm sido alternativamente usados. No entanto, a polarização total obtida com os catalisadores em suporte é significativamente inferior ao observado com catalisadores homogéneos, provavelmente devido à menor mobilidade do aduto catalisador-substrato que resulta num aumento da velocidade de relaxação a um nível intermediário. Consequentemente, existe ainda uma necessidade para procedimentos fáceis e baratos com a capacidade de ultrapassar os problemas de purificação acima descritos e para providenciar soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas prontas para o uso em imagiologia de RM de um corpo humano ou não-humano animal.

Descrição da invenção A solução oferecida pela presente invenção refere-se a um procedimento melhorara para a produção em um passo e isolamento rápido de moléculas altamente polarizadas, em solução aquosa pronta para uso em imagiologia IRM de diagnóstico in vivo, por meios de transferência de fase.

Em particular, a presente invenção refere-se a um procedimento como avançado na reivindicação 1 para a preparação de soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas nas quais, num único passo, as ditas moléculas hiperpolarizadas são separadas da solução orgânica em bruto por meios de uma extração rápida de transferência de fase e assim isoladas numa solução livre de impurezas, pronta para o uso em imagiologia IRM de diagnóstico de orgãos, regiões ou tecidos do corpo humano ou animal.

De um modo vantajoso, ao usar o processo da invenção, o produto de hiperpolarização é obtido, de uma vez, totalmente livre do solvente orgânico, substrato não reagido e impurezas do catalisador de hidrogenação, numa solução aquosa pronta para o uso numa aplicação in vivo de IRM sem necessitar de qualquer purificação adicional e/ou formulação subsequente.

Em particular, no processo da presente invenção, a molécula hiperpolarizada (ou agente de imagiologia RM) é obtida por adição do para-hidrogénio a um substrato insaturado adequado (ou "agente percursor MR", ou, simplesmente "percursor" como aqui usado de um modo intercambiável) que é solúvel num solvente orgânico.

De acordo com a presente invenção, e exceto se indicado de outro modo, o termo "agente MR" ou "agente de imagiologia MR", como aqui usado de modo intercambiável, refere-se a uma substancia ou molécula contendo pelo menos um, protão ou não-protão, núcleo hiperpolarizado capaz de produzir um sinal de ressonância magnética.

Os solventes orgânicos adequados para o propósito da invenção são imisciveis com água e, preferencialmente, compreendem solventes organoclorados tais como, por exemplo, clorofórmio, diclorometano, clorofórmio, solventes aromáticos tais como, por exemplo, benzeno e tolueno, éteres tais como, por exemplo, éter dietílico, diisopropiléter e butiléter, hidrocarbonetos alifáticos tais como, por exemplo, pentano, hexano, heptano, octano e ciclohexano, acetato de etilo e álcoois de cadeia longa tal como, por exemplo, butanol, pentanol, hexanol, e assim por diante. Entre eles, são preferidos os solventes clorados e os hidrocarbonetos acima descritos, em que os particularmente preferidos são o clorofórmio e o diclorometano. A reação de hidrogenação é efetuada recorrendo ao uso de uma técnica de PHIP, na presença de um catalisador de hidrogenação, que é adequadamente selecionado de modo a ser solúvel em solventes orgânicos mas insolúvel em água e solventes aquosos. Tipicamente, o catalisador acima referido é usado em quantidades catalíticas conhecidas por um especialista na técnica, por exemplo num rácio substrato/catalisador de 10: 1 a 5:1. Exemplos de catalisadores adequados para o uso no processo da presente invenção incluem complexos de ródio de fórmula [Rh(difosfino)dieno)] + [anião] ~, em que a difosfina é preferencialmente selecionada de DPPB (1,4— Bis(difenilfosfino)butano), DPPE (1,2— Bis(difenilfosfino)etano) e derivados dos mesmos incluindo, por exemplo, as fosfinas quirais tais como DINAP (2,2'-Bis(difenilfosfino)-1,1'-binaftil), CHIRAPHOS (2,3-difenilfosfinobutano), DIOP (l,4-Bis(difenilfosfino)-l,4-bisdeosxi-2,3-O-isopropiliden-L-treitol) , e DIPAMP (1,2 — Bis [ (2-metoxifenil) (fenilfosfino)]etano); o dieno é preferencialmente selecionado de 1,5-ciclo-octadieno e norbornadieno, e o anião pode ser qualquer anião, mas, preferencialmente, tetrafluoroborato ou trifluorometilo sulfonato. Entre estes, os preferidos são os catalisadores nos quais o grupo fosfina é difenilfosfinobutano, enquanto o [Bis(difenilfosfinobutano) (1,5-ciclo-octadieno)]Rh(I) é particularmente preferido.

Os agentes percursores MR adequados para o uso no processo da presente invenção compreendem substratos hidrogenáveis, tipicamente incluindo uma ou mais ligações insaturadas, por exemplo, ligações duplas ou triplas carbono-carbono, que são bem solúveis e solventes orgânicos e menos solúveis (ou seja fracamente solúveis) ou, preferencialmente, totalmente insolúveis em água e capazes de gerar as correspondentes moléculas parahidrogenadas que, reciprocamente, apresentam uma maior solubilidade em água, ou, alternativamente, que sejam rapidamente e seletivamente convertidas em moléculas solúveis em água pela ação de apenas água ou um solvente aquoso apropriado.

De acordo com a presente invenção, e exceto se indicado de outro modo, a expressão "fracamente solúvel em água" ou "dificilmente solúvel em água", são aqui usadas de modo intercambiável com referencia a agentes percursores MR de acordo com a invenção, referem-se a um composto que possui uma solubilidade mínima em água, preferencialmente inferior a 20%, mais preferencialmente, inferior a 5% e, ainda mais preferencialmente, inferior a 1% do total da quantidade de percursor.

De um modo vantajoso, as condições acima tornam possível operar a reação de hidrogenação num solvente orgânico imiscível com água, e para separar o produto hiperpolarizado, ou um derivado do mesmo solúvel em água, numa fase aquosa, por simples diluição da mistura reacional em bruto com água, ou com uma solução aquosa adequada, essencialmente como apresentado na Figura 1 e Figura 4, respetivamente. Não é necessário dizer que, para aplicações in vivo, o substrato insaturado deve resultar num produto hiperbolizado que é fisiologicamente aceitável como tal, ou que seja isolável da reação em bruto na forma de um derivado tolerável fisiologicamente do mesmo.

Numa forma de realização preferida, a presente invenção refere-se a um processo no qual um substrato insaturado adequado é solubilizado num solvente orgânico imiscivel com água e hidrogenado com para-hidrogénio, na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico mas insolúvel em água e, de um modo mais geral, em solventes aquosos, para se obter o composto correspondente para-hidrogenado que é rapidamente extraído do meio reacional orgânico (solução em bruto) simplesmente por diluição da última com água, ou com uma solução aquosa apropriada, e depois recolher a fase aquosa contendo o produto hiperpolarizado.

Numa forma de realização alternativa, a presente invenção refere-se a um processo no qual um percursor insaturado adequado é solubilizado num solvente orgânico imiscivel com água e hidrogenado com para-hidrogénio, na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico mas insolúvel em água e, de um modo mais geral, em solventes aquosos, para se obter o correspondente compostos para-hidrogenado; este ultimo é rapidamente e seletivamente convertido num derivado do mesmo solúvel em água que é extraído do meio reacional orgânico simplesmente por diluição com água ou uma solução aquosa adequada e depois recolher a fase aquosa contendo o composto derivado hiperpolarizado.

Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um processo para preparação de soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas em que: a) um substrato insaturado adequado insolúvel é solubilizado num solvente orgânico imiscivel com água e hidrogenado com para-hidrogénio, na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico mas insolúvel em água, para se obter o composto para-hidrogenado correspondente, e b) o composto para-hidrogenado é isolado (como tal) do meio de reação orgânico por diluição com água, ou com uma solução aquosa, após recolha da fase aquosa contendo o produto hiperpolarizado solúvel em água; ou alternativamente, c) o composto para-hidrogenado obtido no passo a) é rapidamente e seletivamente convertido num derivado solúvel em água do mesmo que é isolado do meio reacional orgânico por diluição do último com água, ou com uma solução aquosa, após recolha da fase aquosa contendo o composto derivado hiperpolarizado.

Numa forma de realização preferida da invenção, a molécula para-hidrogenada obtida de acordo com o passo a) do processo acima é rapidamente e seletivamente convertido num derivado solúvel em água do mesmo simplesmente pelo efeito da diluição do meio reacional orgânico com água ou com uma solução aquosa adequada, e depois facilmente isolada pela reação em bruto após recolha da fase aquosa na qual está compreendido.

Em conformidade, numa forma de realização particularmente preferida da presente invenção refere-se a um processo em que: a) um substrato insaturado adequado insolúvel é solubilizado num solvente orgânico imiscivel com água e hidrogenado com para-hidrogénio, na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico mas insolúvel em água, para se obter o composto para-hidrogenado correspondente, e c') a molécula para-hidrogenada obtida no passo a) é rapidamente e seletivamente convertida num derivado solúvel em água da mesma por diluição da solução orgânica em bruto com água, ou como uma solução aquosa adequada, que é depois isolado após recolha da fase aquosa na qual está compreendido.

De acordo com a presente invenção, e exceto se indicado de outro modo, o termo "solução aquosa" ou "solução aquosa adequada", são aqui usados de um modo intercambiável, referem-se a uma solução de água esterilizada ou salina, opcionalmente adequadamente tamponada, em qualquer caso fisiologicamente tolerável e usável em aplicações de diagnósticos in vivo, ou, ademais, numa solução aquosa como definido acima, incluindo adicionalmente uma quantidade adequada da molécula hiperpolarizada num derivado solúvel em água e gerar, como resultado, uma solução aquosa fisiologicamente aceitável do mesmo, adequada para o uso in vivo em imagiologia de diagnóstico sem purificação adicional.

Neste sentido, é claro do acima exposto que, quando o reagente usado para promover a dita conversão não for por si fisiologicamente aceitável, a sua quantidade na solução aquosa adicionada dever determinada com precisão, com base na estequiometria da própria reação, de modo a ser

completamente usado na reação de conversão da molécula parahidrogenada a um derivado solúvel em água e fisiologicamente compatível (em condições de pH fisiológico) do mesmo, e para gerar uma solução aquosa fisiologicamente aceitável do mesmo, pronta para o uso em imagiologia de diagnóstico IRM in vivo.

Exemplos adequados de uma solução aquosa de acordo com a presente invenção compreendo água, uma solução salina fisiológica, uma solução aquosa contendo uma quantidade mínima de base, por exemplo NaOH, ou de um ácido tal como o ácido cítrico ou ácido acético, capaz de promover a hidrólise de um substrato parahidrogenado adequado, ou uma solução aquosa compreendendo um reagente fisiologicamente aceitável tal como, por exemplo, uma amina ou um aminoácido (por exemplo glicina, leucina, alanina, serina) , permitindo a promoção da aminólise do substrato para-hidrogenado, para se obter um derivado fisiologicamente compatível e solúvel em água do mesmo, por exemplo na forma de um sal fisiologicamente aceitável, por exemplo de um ácido, ou de uma amida fisiologicamente aceitável.

Particularmente preferido para o âmbito da presente invenção são a água, soluções salinas fisiológicas, soluções aquosas de NaOH, e soluções aquosas de ácido cítrico ou acético.

Numa forma de realização preferida da invenção, o volume da solução aquosa adicionado ao meio de reação orgânico é igual ao volume de solvente orgânico usado para solubilizar o substrato insaturado e o catalisador de hidrogenação, mais preferencialmente a solução aquosa é usada numa quantidade adequada de modo a providenciar uma solução aquosa da molécula hiperpolarizada de interesse pronta para o uso sem necessidade de concentração adicional. Ainda, inversamente, uma diluição adequada da fase aquosa recolhida contendo o composto hiperpolarizado pode, opcionalmente, ser feita recorrendo ao uso de uma quantidade adequada de água esterilizada ou solução salina.

Agentes percursores MR adequados para o uso no processo da presente invenção compreendem substratos hidrogenados, tipicamente incluindo uma ou mais ligações insaturadas.

No geral, o agente percursores MR para uso no processo da presente invenção deverão ser altamente polarizáveis.

Os agentes percursores preferidos são polarizáveis a um grau que corresponde a pelo menos 5%, preferencialmente pelo menos 10% e, mais preferencialmente pelo menos 30% ou mesmo mais, e a molécula hiperpolarizada providenciada é capaz de manter a polarização por um periodo de tempo suficiente para permitir o procedimento de imagiologia.

Os agentes percursores preferidos de acordo com a invenção deverão, ademais, ter um baixo peso molecular, preferencialmente inferior a 500D, e, mais preferencialmente de 100 a 300 D.

Importante, como referido anteriormente, as moléculas de substrato para uso no processo da invenção são bem solúveis em fase orgânica e menos solúveis ou insolúveis em fase aquosa e capazes de gerar a molécula parahidrogenada correspondente que é, ademais, mais solúvel em água, ou, alternativamente, que são rapidamente e seletivamente convertida em moléculas solúveis em água, por meios de uma reação química apropriada e, preferencialmente, apenas pela ação da água ou uma solução aquosa apropriada.

Exemplos adequados, por exemplo, incluem alcinos substituídos que, por saturação parcial com para-hidrogénio, gere os correspondentes alcenos substituídos.

Preferencialmente, a diferença na solubilidade em água entre os alcinos iniciais e os correspondentes alcenos produzidos com a para-hidrogenação é de pelo menos 60% a favor do alceno obtido que tem que ser caracterizado por uma maior solubilidade em água.

Uma classe adicional de substratos úteis inclui alcenos substituídos que por hidrogenação com para-hidrogénio providenciem os correspondentes alcanos substituídos, com a diferença na solubilidade me água de pelo menos 60% em favor do produto de hidrogenação saturado, o alcano, que tem que ser caracterizado por uma solubilidade mais elevada na fase aquosa.

Exemplos de percursores que após a para-hidrogenação podem ser rapidamente e facilmente convertidos num derivado solúvel em água incluem anidridos de ácidos carboxílicos, ésteres ativados e cetenos.

Um anidrido insaturado suficientemente estável pode, de fato, ser para-hidrogenado num solvente orgânico e depois hidrolisado (por diluição do meio racional) com uma solução aquosa básica para formar o correspondente ácido carboxílico que, preferencialmente, passa para a solução aquosa, opcionalmente na forma de um sal fisiologicamente aceitável, e pode ser depois isolado por uma simples separação da própria fase aquosa a quantidade exata de base a ser compreendida na solução aquosa (adicionada à fase orgânica) é preferencialmente calculada de modo a gerar, após a extração do derivado, por exemplo o ácido carboxílico, uma solução aquosa do mesmo com um pH fisiológico, pronta para diagnóstico in vivo por IRM.

Tal como já foi explicado, os percursores adequados para o uso no processo da presente invenção contêm todos, necessariamente, pelo menos um local de insaturação, por exemplo uma ligação C-C dupla ou tripla, que é reduzida por adição do para-hidrogénio para se obter o correspondente composto parahidrogenado.

No entanto, pelas razoes previamente explicadas, na imagiologia de ressonância magnética in vivo, o uso de moléculas hiperpolarizadas em núcleos não-protão (ou heteronúcleos) deverá ser certamente considerado como preferível.

Numa forma de realização particularmente preferida da mesma, a presente invenção refere-se a um procedimento para a preparação de soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas (ou agentes de imagiologia MR) que compreendem um núcleo não-protão (ou heteronúcleo, como aqui usado de um modo intercambiável) hiperpolarizado, por

1 λ i q η r O Q exemplo um núcleo F, C, N ou Si e, especialmente, um núcleo hiperpolarizado 13C ou15N.

Em geral, a hiperpolarização heteronuclear através do uso de um procedimento PHIP, tal como no caso da presente invenção, é obtido por transferência de polarização dos protões do para-hidrogénio para o heteronúcleo de interesse.

Em maior detalhe, de modo a usar um composto para hidrogenado como, por exemplo, o agente de contraste IRM 13C é necessário que o sinal de "anti-fase" do átomo de carbono hiperpolarizado, obtido através de transferência de polarização do parahidrogénio para o carbono em questão, é totalmente convertido num sinal "em fase", útil para a aquisição da imagem. Este passo pode ser efetuado usando uma sequência de pulso apropriada como divulgado, por exemplo, em Goldman M., Johannesson H., C.R.Phisique 2005, 6, 575, ou por aplicação de um procedimento de field cycling apropriado ao produto parahidrogenado. Este último inclui uma introdução rápida (não-adiabática) da amostra hidrogenada num ecrã magnético (intensidade de campo =0,1 μΤ) , e depois remoção lenta (adiabática) do ecrã para trazer a amostra para valores de campo que correspondam ao campo magnético da Terra (50 μΤ) (a este respeito, ver, por exemplo, C. R. Phisique 2004, 5, 315).

Em linha com o acima descrito, e de acordo com uma forma de realização preferida, o procedimento da presente invenção compreende a aplicação de um procedimento apropriado de field cycling ao produto parahidrogenado, por exemplo obtido no passo a) do processo anterior da invenção, de modo a promover a transferência de polarização do núcleo do protão (derivando da adição do parahidrogénio) para o núcleo não-protão de interesse e para se obter a molécula heteronuclear hiperpolarizada correspondente que seja depois extraída da solução orgânica em bruto por transferência de fase e isolada nua fase aquosa de acordo com os passos b) c) ou c') dos ditos processos anteriores.

Mais especificamente, e numa forma de realização especialmente preferida, a presente invenção refere-se a um processo em que: a) um substrato insaturado adequado insolúvel é solubilizado num solvente orgânico imiscível com água e hidrogenado com para-hidrogénio, na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico mas insolúvel em água, para se obter o composto para-hidrogenado correspondente, a') é aplicado um procedimento apropriado de field cycling, e b) o composto para-hidrogenado é isolado (como tal) do meio de reação orgânico por diluição com água, ou com um solvente aquoso, e após recolha da fase aquosa contendo o produto hiperpolarizado; ou alternativamente, c) a molécula hiperpolarizada obtida de acordo com o passo a) é rapidamente e seletivamente convertida num derivado solúvel em água da mesma por diluição da solução orgânica em bruto com água, ou como uma solução aquosa adequada, e após recolha da fase aquosa na qual o derivado heteronuclear hiperpolarizado de interesse está compreendido.

Compostos de substrato úteis para a preparação de soluções aquosas de moléculas heteronucleares hiperpolarizadas de acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção incluem, juntamente com uma ligação insaturada, um núcleo não protão com um spin nuclear = is tal como, por

IP 1c OQ 1Q exemplo, C, N, Si e F que podem estar presentes na sua abundancia isotópica naturalmente ocorrente ou, preferencialmente, estão supostamente enriquecidas na molécula substrato que se torna, consequentemente, enriquecida ou "marcada" no dito núcleo não-protão.

Para aplicações in vivo, os compostos de substrato preferidos de acordo com a invenção são 15N ou 13C e, especialmente, 13C enriquecidos e possuem um grau de enriquecimento em 3C de pelo menos 10% ou mais, preferencialmente 50% ou mais, especialmente preferencialmente 99% ou mesmo superior. São particularmente preferidos substratos que incluem um átomo de carbono, preferencialmente enriquecido com 13C, numa distancia de três ligações do protão adicionado à molécula com parahidrogénio e dotado com um tempo de relaxação Τχ longo.

Os átomos de carbono que cumprem estes requisitos por exemplo incluem átomos de carbono de grupos carbonilo ou átomos de carbono quaternário.

Neste caso, de fato, o acoplamento escalar entre os protões adicionados com a parahidrogenação e o grupo carbonilo adequadamente marcado com 13C (ou composto quaternário de carbono) tornam a transferência de polarização para o dito heteronúcleo possível, enquanto o seu longo tempo de relaxação permite manter a polarização por alguns décimos de segundo, e ainda mais preferencialmente por mais do que 60 segundos, sob condições fisiológicas.

Em conformidade, os substratos eleitos para o uso no processo da invenção compreendem um grupo alquenilo ou alquinilo e um substituinte carbonilo enriquecido em 13C.

Exemplos adequados de substratos deste tipo compreendem os anidridos de ácidos carboxílicos que incluem na sua estrutura molecular uma insaturação adequada.

Os anidridos preferidos de acordo com a invenção atual incluem pelo menos um local de insaturação e pode ser internos ou não, misturados, ou seja de fórmula Ri-COOCO-R2, em que R, é diferente de R2, ou simétrico, ou seja de fórmula R-COOOC-R. Os anidridos misturados, por sua vez, pode ser formados por dois ácidos carboxílicos insaturados ou por um ácido insaturado e um saturado.

No primeiro caso, a reação de hidrogenação irá providenciar dois ácidos, Ri-COOH e R2-COOH, ambos polarizados, enquanto, no segundo caso, a reação de hidrogenação irá providenciar apenas um ácido polarizado, por exemplo Ri- COOH, e um "subproduto" não polarizado, por exemplo R2- COOH. Neste último caso, no entanto, o uso de uma sequência de pulso apropriada poderá ser explorada para transferir a polarização do grupo carbonilo adjacente à insaturação, em Ri, para o segundo grupo carbonilo. 0 uso deste procedimento, por exemplo esquematizado na figura 5, torna assim possível polarizar, através de um procedimento de polarização "indireta", um ácido carboxílico sem insaturação e, assim, não diretamente hidrogenável (ou seja, por exemplo, o primeiro resíduo de R2-COOH) .

Especialmente preferido para o uso no processo da presente invenção são os anidridos maleico, crotónico e cis-butenóico (também conhecido como isocrotónico), e os correnpodentes anidridos misturados, tais como os anidridos cis-butenóico-acético e o cis-butenóico-etil carbonílico.

Uma segunda classe de compostos de substrato de acordo com a invenção que são solúveis em solventes orgânicos, e que, após hidrogenação, podem ser rapidamente em derivados solúveis em água é representado por ésteres ativados.

Exemplos ilustrativos incluem: 1) Ésteres de sililo tais como, por exemplo, ésteres trialquilo de fórmula R-COO-SÍR3, aril-dialquil silil ésteres de fórmula R-C00-SiArR2, bisaril-alquilo silil ésteres de fórmula R-COO-SiAr2R e os tris-aril silil ésteres de fórmula R-COO-SiAr3. Estes compostos podem, de fato, ser hidrogenados num solvente orgânico e depois hidrolisados aos correspondentes ácidos carboxílicos (RCOOH) com uma solução aquosa fracamente acídica: os ácidos carboxílicos assim obtidos passam diretamente para a fase aquosa e são facilmente isolados por separação deste último. 2) Ésteres de estanilo: por exemplo, uma hidrólise adequada dos tris-alquil estanil ésteres insolúveis em água de fórmula R-COO-SnR3 podem ser efetuados, após o passo de hidrogenação, por reação com fluoretos. 3) Acil-oxi alquil ésteres: por exemplo ésteres de fórmula geral R-COO-CHR'OCOR", em que R' é H ou Me, e R" é Me ou t-Bu podem ser facilmente hidrolisados por reação com quer soluções acidicas ou básicas ou, mesmo, na presença de um catalisador enzimático adequado. 4) Ésters isoprenilados: estes ésteres decompõem-se por termólise de acordo com o seguinte esquema:

5) Ésteres terciários-alguilo de fórmula R-COO-CR'3 em que R' é Ph ou Me, em que a hidrólise pode ser acelerada, por exemplo através do uso de resinas superácidas.

Uma classe adicional de substratos insaturados de acordo com a invenção são os cetenos. De fato, dada a tensão anelar, podem ser facilmente hidrogenados com para-hidrogénio, e depois, novamente devido à tensão, podem ser rapidamente hidrolisados a ácidos de acordo com o esquema abaixo:

Depois, a polarização pode ser adequadamente transferida para um heteronúcleo de interesse, por exemplo para o átomo de carbono do grupo carboxilo formado com a hidrólise, em que a constante de acoplamento entre este último e os protões que surgem do para-hidrogénio é elevada o suficiente, ou um átomo de carbono ou azoto adequado presente em R, preferencialmente enriquecido em 13C ou 15N.

Compostos de substrato especialmente preferidos de acordo com a presente invenção incluem percursores de biomoléculas de interesse diagnóstico que após a hidrogenação a transferência de hiperpolarização para um heteronúcleo adequado e subsequente, opcional, hidrólise (ou uma diferente modificação química apropriada) rapidamente e seletivamente providenciam uma biomolécula de interesse médico/diagnóstico solúvel em água.

Os compostos de substrato deste tipo incluem, por exemplo, aminoácidos, neurotransmissores e, no geral, percursores de metabolitos. Exemplos adequados, por exemplo, incluem o anidrido maleico ou ésteres maleico/fumárico que, após hidrogenação e hidrólise irão providenciar ácido sucínico, que encontra um uso vantajoso no avaliação diagnóstica do ciclo de ácido cítrico.

Exemplos adicionais incluem anidridos e ésteres crotónicos e/ou isocrotónicos, que por hidrogenação e hidrólise proporcionam ácido butírico, que é um ácido C4 geralmente produzido por fermentação microbiana de hidratos de carbono e proteínas no intestino grosso de todas as espécies animais e parecem ter efeitos diversos na proliferação celular, apoptose e diferenciação que pode ser quer proneoplástica ou anti-neoplástica, dependendo de fatores tais como o nível de exposição, disponibilidade de outro substrato metabólico, e o meio intracelular.

Derivados de ácidos carboxilicos β-γ insaturados podem providenciar, após hidrogenação, aminoácidos adequados, por exemplo o ácido glutâmico, preferencialmente enriquecido com 13C no átomo carboxilico, que pode ser usado para avaliação do metabolismo do glutamato (síntese do inibidor GABA em neurónios GABA-nérgicos catalisados pela glutamato descarboxilase (GAD); eliminação de excesso de azoto residual por desaminação de glutamato, catalisada pela glutamato desidrogenase e de transportadores de glutamato em membranas neuronais e gliais.

Por outro lado, o possível uso no processo da invenção de substratos insaturados adequadamente modificados, por exemplo por introdução de um grupo funcional apropriado que adequadamente aumenta (ou diminui) a sua solubilidade em solvente aquoso tem que ser considerado como estando compreendido no âmbito da presente invenção. Por exemplo, um grupo funcional como um grupo benzilóxilo pode ser usado para aumentar a solubilidade do composto de substrato num solvente orgânico, e, depois, pode ser removido, por exemplo por hidrogenólise, durante a reação de para-hidrogenação, para se obter um composto hidrogenado dotado com uma melhoria na solubilidade em água.

Os compostos de substrato de acordo com a invenção, ou seja os substratos insaturados para parahidrogenação, preferencialmente marcados com 13C, 15N ou outros heteronúcleos com um spin nuclear tg são bem conhecidos e estão disponíveis comercialmente ou, podem ser preparados rapidamente de acordo com métodos conhecidos.

De um modo similar, os catalisadores usados no processo em questão são conhecidos por, se não estiverem comercialmente disponíveis como tal, serem preparados por métodos conhecidos. De um modo similar, o solvente orgânico apropriado imiscível com água pode ser escolhido dos listados acima, facilmente disponíveis no mercado. Opcionalmente, o sistema de solventes pode também ser constituído por uma mistura apropriada de solventes. A solução aquosa livre de impurezas da molécula hiperpolarizada obtida usando o processo da presente invenção são estável por um período de tempo clinicamente aceitável.

As soluções aquosas de acordo com a presente invenção incluem preferencialmente a molécula hiperpolarizada numa concentração de entre 0,002 e 1,0 M e preferencialmente entre 0,01 e 0,5 M. A solução livre de impurezas de uma molécula hiperpolarizada obtida através do uso do processo da presente invenção encontra um uso vantajoso em imagiologia MR de diagnóstico in vitro, ex vivo e, especialmente in vivo de um orgão, fluido, região ou tecido corporal humano ou anima, assim como para a avaliação diagnóstica de parâmetros físicos de interesse diagnóstico.

Por exemplo, o ácido maleico, cujo desvio químico de 13C é dependente do pH no intervalo entre 6,0 - 7,0, é alcançável por hidrogenação e hidrólise de ésteres acetilenodicarboxílicos, e pode encontrar aplicação como sonda para a avaliação de pH em tecidos.

Adicionalmente, as soluções aquosas de uma molécula hiperpolarizada de interesse biológico obtida pelo uso do processo da presente invenção podem encontrar um uso vantajoso no campo emergente relativo à avaliação de perfis metabólicos de interesse diagnóstico através do uso de técnicas de imagiologia MR.

As soluções aquosas de moléculas hiperpolarizadas da invenção possuem uma vasta gama de aplicações dado que pode ser usadas para administrações intravascular, (por exemplo administração intravenosa, intra-arterial, intracoronária, intraventricular e semelhantes), intratecal, intraperitoneal, intralinfática e intracavital. As soluções ou suspensões dos compostos desta invenção podem também ser formulados como aerossol para ser usados em broncografia-aerosol e instilação.

Tal como previamente referido, a solução aquosa livre de impurezas de uma molécula hiperpolarizada obtida através do uso do processo da presente invenção são de uso tal como em imagiologia IRM de diagnóstico, sem necessidade de purificação adicional, e/ou formulação. 0 processo da presente invenção providencia um agente de contraste RM compreendendo uma solução aquosa livre de impurezas de uma molécula hiperpolarizada obtida através do uso de um processo de acordo com a presente invenção. A solução aquosa de moléculas hiperpolarizadas de acordo com a invenção pode ser usada para a preparação de um agente de imagiologia RM para uso na avaliação diagnóstica de um orgão, tecidos ou região humana ou animal ou para a avaliação de dados biológicos ou avaliações metabólicas por meios de técnicas de imagiologia RM.

Em particular, a solução aquosa de moléculas hiperpolarizadas de acordo com a invenção pode ser usada num método para a visualização diagnóstica de um orgão, região, fluido ou tecido humano ou animal por meios de Imagiologia por Ressonância Magnética, compreendendo o dito método: i) parahidrogenação de um agente percursor de imagiologia MR num solvente orgânico imiscível com água e na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico mas insolúvel em água através do uso de uma técnica PHIP, opcionalmente aplicando um field cycling adequado para se obter o correspondente agente MR com uma hiperpolarização total num núcleo não-protão, diluindo o meio reacional orgânico com água ou uma solução aquosa adequada e recolhendo a fase aquosa contendo o agente MR hiperpolarizado, ii) administrar a dita fase aquosa a um corpo animal ou humano, iii) expor o dito corpo humano ou animal a uma frequência de radiação permitindo excitar os ditos núcleos hiperpolarizados no dito agente MR, iv) registar o sinal gerado pelos núcleos excitados e gerar uma imagem da região do corpo ou dados biológicos de interesse do dito sinal.

SECÇÃO EXPERIMENTAL

Descrição breve das figuras A Figura 1 mostra uma apresentação esquemática do procedimento da invenção para extrair e isolar o produto para-hidrogenado por transferência de fases. A Figura 2 mostra o espetro de 13C-NMR (14 T, 2 98 K, acetone-dô) , de B (enriquecido com 13C) obtido por para hidrogenação de A. a) espetro registado imediatamente após a para-hidrogenação e field-cycling; b) espetro registado após relaxação (5 minutos). No espetro providenciado, S indica o solvente e i denota uma impureza. A Figura 3 mostra o espetro de 13C-NMR (14 T, 2 98 K, acetone-dô) , de B (enriquecido com 13C) obtido por para- hidrogenação de A. a) espetro registado imediatamente após a para-hidrogenação, field-cycling e extração em água (D2O) e b) espetro registado após relaxação (5 minutos). A Figura 4 mostra uma apresentação esquemática do procedimento da invenção para a extração e isolamento do produto de para-hidrogenação por transferência de fase, compreendendo primeiramente a transformação no derivado solúvel em água. A Figura 5 mostra um exemplo de uma hiperpolarização ácida obtida por transferência de polarização de um carbonilo para outro numa mistura de anidrido e hidrólise adicional. A Figura 6 mostra um espetro 13C-NMR (14 T, 298K) a) de anidrido sucinico obtido por para-hidrogenação de anidrido maleico em CDCI3 (espetro registado imediatamente pós a para-hidrogenação e field cycling) ; b) espetro da solução de água contendo ácido sucinico obtido após a para-hidrogenação do anidrido maleico em CDCI3, field cycling e hidrólise do anidrido sucinico por NaOD em D20. A Figura 7 mostra um espetro 13C-NMR (14 T, 298 K, acetona-dô) de a) o alceno D (do exemplo 4) obtido por para-hidrogenação do ácido acetileno bis-carboxilico trimetilsilil éster C em acetona- d6 (espetro registado imediatamente após a para-hidrogenação e field cycling) e b) do ácido maleico obtido por parahidrogenação de C em acetona- d6 e subsequente hidrólise com solução de ácido acético em D20 (espetro registado na mistura obtida acetona-de/D20) .

Resultados experimentais

Com o propósito de melhor ilustrar o objetivo dos processos da presente invenção, são providenciados os seguintes exemplos sem que se pretenda de algum modo limitar o âmbito da invenção.

Exemplo 1

Teste de Hiperpolarização 0 alcino simétrico A, cuja fórmula é apresentada abaixo, foi sintetizado por trans-esterificação do ácido bis-carboxílico bismetil éster com dietilenoglicol monometil éter, na presença de H2SO4 como catalisador. As cadeias (oligo)oxietilénicas foram adeguadamente selecionadas para aumentar preferencialmente a solubilidade em água do produto B parahidrogenado. De fato, a solubilidade em água de B é mais elevada do gue a do alcino A. 0 substrato insaturado A foi parahidrogenado num tubo de RMN de 5 mm eguipado com uma válvula Young carregada com acetona-dô (0,4 mL), [Bis(difenilfosfino)butano](1,5-ciclo-octadieno)ródio(I) tetrafluoroborato como catalisador, (5 mg), previamente ativado com H2, substrato A (0,02 mmol) e 4 atm de para-H2 (52% enriguecido) . A reação foi iniciada por agitação do tubo por 10 segundos (rendimento = 85%) e o sinal 13C registado imediatamente após a parahidrogenação ter sido aumentada 1500 vezes.

Para a aguisição de uma ressonância 13C em fase, foi aplicado um field cycling magnético, tal como na divulgação US 6574495, à amostra hidrogenada: tal foi seguido por rapidamente inserir o tubo num escudo de μ-metal (força do campo 0,1 μΤ) , e depois lentamente removendo o escudo. A totalidade do procedimento de field cycling durou três a cinco segundos. A amostra foi depois inserida no espectrómetro (14T) e o espetro de RMN de alta resolução foi adquirido (apresentado na figura 2) mostrando um aumento de sinal de 13C de cerca de 250 vezes.

Exemplo 2.

Solução aquosa do compostos hiperpolarizados livre de solvente orgânico e catalisador do Exemplo 1 por transferência de fases

Foi efetuado um teste para confirmar a capacidade do processo da invenção providenciar uma solução aquosa de uma molécula parahidrogenada desejada livre de solvente orgânico e catalisador usando uma solução do composto B acima mencionado obtido por parahidrogenação do correspondente composto A em CDCl3/acetona-d6 (6:1), sob as mesmas condições de hidrogenação usadas na acetona pura, e divulgada no Exemplo 1.

Após a aplicação do field cycling, o tubo foi rapidamente aberto e foram adicionados 0,4 mL de D2O desgaseifiçado; o tubo foi agitado vigorosamente por três segundos e depois deixado em repouso por cinco segundos, durante os quais ocorreu a separação de fase, a solução aquosa foi removida por uma seringa e transferida para um tubo para aquisição de RMN. Foi adquirido um espetro de 13C, apresentado na figura 3, mostrando um aumento de sinal 13C de 100 vezes. O aumento de sinal obtido é inferior ao obtido em acetona pura, provavelmente devido a uma perda parcial de polarização devido a relaxação durante todo o processo. A polarização residual foi de qualquer modo suficiente para a deteção de um sinal potenciado a t 165,99 ppm, correspondendo a B dissolvido em D20. A quantidade de B transferido para a fase aquosa foi estimada como sendo 10% do total.

Exemplo 3.

Solução aquosa de ácido sucinico

O anidrido maleico foi para-hidrogenado numa mistura de 6:1 CDCÍ3/acetona-d6 (0,4 ml), na presença de 5 mg de [Bis(difenilfosfinobutano) (1,5-ciclo-octadieno)]Rh(I) tetrafluoborato (ativado por reação com H2) e 5,5 atm de para-H2 (52%) . Após 10 segundos de reação o field cycling foi aplicado e foram adicionados 0,4 ml de 0,25 M NaOH em D20. O anidrido sucinico recém-formado foi assim convertido a ácido sucinico. O tubo foi vigorosamente agitado e depois deixado a repousar por 5 segundos. A fase aquosa, contendo o ácido sucinico, foi transferida para um segundo tubo para aquisição RMN. O espetro resultante é apresentado na figura 6b: a polarização residual após extração da fase permite a deteção de um sinal de emissão potencial para o ácido sucinico a 174,65 ppm (aumento de sinal de cerca de 30 vezes) . Todo o ácido sucinico foi transferido para a fase aquosa e o pH final estava neutro. A baixa intensidade do sinal observado, apesar da elevada concentração na solução aquosa final (cerca de 0,12M) é devido ao uso de anidrido maleico não enriquecido com 13C.

Exemplo 4.

Uso de um éster ativado

A reação foi efetuada através do uso de ácido bis-carboxílico trimetilsilil éster (C) como um composto de substrato insaturado que, após hidrogenação com para-hidrogénio resulta no alceno correspondente (D) por sua vez convertido no correspondente ácido maleico usando uma solução aquosa fracamente acidica. A Figura 7 mostra o espectro 13C-RMN (14 T, 298 K, acetona-dô) do alceno D obtido) imediatamente após para-hidrogenação e field cycling e b) após a subsequente hidrólise com solução de ácido acético em D20. Os resultados obtidos demonstram uma recuperação de sinal com potenciação muito elevada (cerca de 700 vezes) com a hiperpolarização, e confirmou que a polarização ainda é observável após a hidrólise.

Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Um processo de um passo para preparação de uma solução aquosa de moléculas hiperpolarizadas que compreende para-hidrogenação de um substrato insaturado adequado insolúvel ou fracamente solúvel em água e na presença de um catalisador adequado solúvel num solvente orgânico mas insolúvel em água e solventes aquosos, diluindo o meio de reação em bruto com uma solução aquosa, e recolhendo a fase aquosa contendo a molécula solúvel em água hiperpolarizada, caracterizada em que a dita solução aquosa da molécula hiperpolarizada está livre de impurezas. 2. 0 processo de acordo com a reivindicação 1 em que o substrato insaturado compreende um grupo alquinil ou alquenil adequado e a correspondendo molécula para-hidrogenada compreende o correspondente grupo alquenilo ou alquil saturado, respetivamente 3. 0 processo de acordo com a reivindicação 2 em que o substrato insaturado compreende adicionalmente um grupo hidrolisável. 4. 0 processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3 em que o solvente orgânico imiscível com água é selecionado de um solvente organoclorado, um solvente aromático ou etéreo, ou um hidrocarboneto alifático, acetato de etilo ou um álcool de cadeia longa. 5. 0 processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4 em que o substrato insaturado está marcado com um núcleo não-protão com um spin nuclear de ^ 6. 0 processo de acordo com a reivindicação 5 em que o substrato insaturado está enriquecido em 13C ou 15N. 7. 0 processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6 em que o catalisador é [Bis(difenilfosfinobutano) (1,5-ciclooctadieno)]Rh(I). 8. 0 processo de acordo com a reivindicação 1 em que: a) um substrato insaturado adequado insolúvel ou fracamente solúvel em áqua é solubilizado num solvente orgânico imiscivel com água e hidrogenado com para-hidrogénio, na presença de um catalisador solúvel no solvente orgânico, mas insolúvel em água, para se obter o composto para-hidrogenado correspondente, e b) o composto para-hidrogenado é isolado do meio de reação orgânico por diluição com água, ou com uma solução aquosa, e depois recolhendo a fase aquosa contendo o produto hiperpolarizado solúvel em água; ou alternativamente, c) o composto para-hidrogenado obtido no passo a) é rapidamente e seletivamente convertido num derivado solúvel em água do mesmo que é isolado do meio reacional orgânico por diluição do mesmo com água, ou com uma solução aquosa, e depois recolhendo a fase aquosa contendo o composto derivado hiperpolarizado solúvel em água, caracteri zado em que a dita solução aquosa da molécula hiperpolarizada está livre de impurezas. 9. 0 processo de acordo com a reivindicação 8 em que a molécula para-hidrogenada obtida na reivindicação 8 em que a molécula para-hidrogenada obtida no passo a) é rapidamente e seletivamente convertida num derivado solúvel em agua do mesmo por diluição do meio reacional orgânico com água ou numa solução aquosa.
2. 10. O processo de acordo com a reivindicação 8 no qual, adicionalmente, é aplicado um field cycling à molécula parahidrogenada obtida no passo a) do processo de modo se obter a molécula correspondente com uma polarização total num heteronúcleo adequado. 11. 0 processo de acordo com a reivindicação 10 em que o heteronúcleo é um núcleo enriquecido 13C ou 15N.
3. 12. O processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11 em que o substrato insaturado é o anidrido maleico e a molécula hiperpolarizada é o ácido sucinico.
4. 13. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12 compreendendo adicionalmente empregar a fase aquosa recolhida para a avaliação de diagnóstico in vitro, ex vivo de parâmetros biológicos ou perfis metabólicos de diagnóstico de interesse.