RU2391047C2 - Способ визуализации сердца с использованием гиперполяризованного 13c-пирувата - Google Patents
Способ визуализации сердца с использованием гиперполяризованного 13c-пирувата Download PDFInfo
- Publication number
- RU2391047C2 RU2391047C2 RU2007118383/14A RU2007118383A RU2391047C2 RU 2391047 C2 RU2391047 C2 RU 2391047C2 RU 2007118383/14 A RU2007118383/14 A RU 2007118383/14A RU 2007118383 A RU2007118383 A RU 2007118383A RU 2391047 C2 RU2391047 C2 RU 2391047C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pyruvate
- hyperpolarized
- images
- signal
- imaging
- Prior art date
Links
- 238000012800 visualization Methods 0.000 title claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 97
- 230000002107 myocardial effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 claims abstract description 37
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 21
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M Lactate Chemical compound CC(O)C([O-])=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 19
- 230000035899 viability Effects 0.000 claims abstract description 12
- 125000003295 alanine group Chemical class N[C@@H](C)C(=O)* 0.000 claims abstract description 4
- 229940076788 pyruvate Drugs 0.000 claims description 128
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 claims description 54
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 46
- 229940107700 pyruvic acid Drugs 0.000 claims description 43
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 39
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 claims description 19
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 18
- 210000004165 myocardium Anatomy 0.000 claims description 13
- 239000012216 imaging agent Substances 0.000 claims description 12
- 230000002102 hyperpolarization Effects 0.000 claims description 11
- 230000010412 perfusion Effects 0.000 claims description 11
- 101000860173 Myxococcus xanthus C-factor Proteins 0.000 claims description 10
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 8
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N imidazole Natural products C1=CNC=N1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- IHPYMWDTONKSCO-UHFFFAOYSA-N 2,2'-piperazine-1,4-diylbisethanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CCN1CCN(CCS(O)(=O)=O)CC1 IHPYMWDTONKSCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 2-[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+]1CCN(CCS([O-])(=O)=O)CC1 JKMHFZQWWAIEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HRGUSFBJBOKSML-UHFFFAOYSA-N 3',5'-di-O-methyltricetin Chemical compound COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2OC3=CC(O)=CC(O)=C3C(=O)C=2)=C1 HRGUSFBJBOKSML-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007991 ACES buffer Substances 0.000 claims description 2
- 239000007992 BES buffer Substances 0.000 claims description 2
- 239000007995 HEPES buffer Substances 0.000 claims description 2
- OWXMKDGYPWMGEB-UHFFFAOYSA-N HEPPS Chemical compound OCCN1CCN(CCCS(O)(=O)=O)CC1 OWXMKDGYPWMGEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007996 HEPPS buffer Substances 0.000 claims description 2
- 239000007993 MOPS buffer Substances 0.000 claims description 2
- DBXNUXBLKRLWFA-UHFFFAOYSA-N N-(2-acetamido)-2-aminoethanesulfonic acid Chemical compound NC(=O)CNCCS(O)(=O)=O DBXNUXBLKRLWFA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007990 PIPES buffer Substances 0.000 claims description 2
- IDDMFNIRSJVBHE-UHFFFAOYSA-N Piscigenin Natural products COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(C3=C(O)C=C(O)C=C3OC=2)=O)=C1 IDDMFNIRSJVBHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007994 TES buffer Substances 0.000 claims description 2
- KCFYHBSOLOXZIF-UHFFFAOYSA-N dihydrochrysin Natural products COC1=C(O)C(OC)=CC(C2OC3=CC(O)=CC(O)=C3C(=O)C2)=C1 KCFYHBSOLOXZIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000003893 lactate salts Chemical group 0.000 claims description 2
- BMCJATLPEJCACU-UHFFFAOYSA-N tricin Natural products COc1cc(OC)c(O)c(c1)C2=CC(=O)c3c(O)cc(O)cc3O2 BMCJATLPEJCACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 4
- LCTONWCANYUPML-VQEHIDDOSA-N pyruvic -2-13c acid Chemical compound C[13C](=O)C(O)=O LCTONWCANYUPML-VQEHIDDOSA-N 0.000 abstract 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 40
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 36
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 36
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M Pyruvate Chemical compound CC(=O)C([O-])=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 25
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 23
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 21
- -1 actinide ions Chemical class 0.000 description 19
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 17
- 230000000302 ischemic effect Effects 0.000 description 15
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 12
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 11
- LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N Pyruvic acid Chemical compound CC(=O)C(O)=O LCTONWCANYUPML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 8
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 8
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 7
- 239000002585 base Substances 0.000 description 7
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 description 7
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 7
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 7
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 7
- 208000031225 myocardial ischemia Diseases 0.000 description 7
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 239000011734 sodium Chemical group 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 238000001644 13C nuclear magnetic resonance spectroscopy Methods 0.000 description 6
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 6
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 6
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 6
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 5
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 5
- 208000028867 ischemia Diseases 0.000 description 5
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 5
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 5
- LCTONWCANYUPML-LBPDFUHNSA-N pyruvic acid-1-13c Chemical compound CC(=O)[13C](O)=O LCTONWCANYUPML-LBPDFUHNSA-N 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 5
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 5
- OHSJPLSEQNCRLW-UHFFFAOYSA-N triphenylmethyl radical Chemical compound C1=CC=CC=C1[C](C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 OHSJPLSEQNCRLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001294 alanine derivatives Chemical class 0.000 description 4
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 210000005003 heart tissue Anatomy 0.000 description 4
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 4
- 150000002696 manganese Chemical class 0.000 description 4
- 239000000546 pharmaceutical excipient Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical group 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 238000001460 carbon-13 nuclear magnetic resonance spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 3
- 238000000701 chemical imaging Methods 0.000 description 3
- 210000004351 coronary vessel Anatomy 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000006266 hibernation Effects 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 3
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 208000010125 myocardial infarction Diseases 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 3
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 3
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N C[CH]O Chemical group C[CH]O GAWIXWVDTYZWAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 2
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical group C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 2
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N N,N-bis{2-[bis(carboxymethyl)amino]ethyl}glycine Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(=O)O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O QPCDCPDFJACHGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010028851 Necrosis Diseases 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N acetyl-CoA Chemical compound O[C@@H]1[C@H](OP(O)(O)=O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC(=O)NCCSC(=O)C)O[C@H]1N1C2=NC=NC(N)=C2N=C1 ZSLZBFCDCINBPY-ZSJPKINUSA-N 0.000 description 2
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 206010000891 acute myocardial infarction Diseases 0.000 description 2
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 2
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 2
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 230000004217 heart function Effects 0.000 description 2
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 2
- INQOMBQAUSQDDS-UHFFFAOYSA-N iodomethane Chemical compound IC INQOMBQAUSQDDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 235000020938 metabolic status Nutrition 0.000 description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003680 myocardial damage Effects 0.000 description 2
- 208000002089 myocardial stunning Diseases 0.000 description 2
- 230000017074 necrotic cell death Effects 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229960003330 pentetic acid Drugs 0.000 description 2
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 150000004728 pyruvic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Chemical group 0.000 description 2
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 description 2
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000004102 tricarboxylic acid cycle Effects 0.000 description 2
- 238000007794 visualization technique Methods 0.000 description 2
- 125000004178 (C1-C4) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004169 (C1-C6) alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- WQADWIOXOXRPLN-UHFFFAOYSA-N 1,3-dithiane Chemical compound C1CSCSC1 WQADWIOXOXRPLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YUIOPHXTILULQC-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dithiane-2,5-diol Chemical compound OC1CSC(O)CS1 YUIOPHXTILULQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010176 18-FDG-positron emission tomography Methods 0.000 description 1
- AJTVSSFTXWNIRG-UHFFFAOYSA-N 2-[bis(2-hydroxyethyl)amino]ethanesulfonic acid Chemical compound OCC[NH+](CCO)CCS([O-])(=O)=O AJTVSSFTXWNIRG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCXUVYAZINUVJD-AHXZWLDOSA-N 2-deoxy-2-((18)F)fluoro-alpha-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H]([18F])[C@@H](O)[C@@H]1O ZCXUVYAZINUVJD-AHXZWLDOSA-N 0.000 description 1
- AOYNUTHNTBLRMT-SLPGGIOYSA-N 2-deoxy-2-fluoro-aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](F)C=O AOYNUTHNTBLRMT-SLPGGIOYSA-N 0.000 description 1
- KXROTPXCYDXGSC-UHFFFAOYSA-N 2-methyl-1,3-dithiane Chemical compound CC1SCCCS1 KXROTPXCYDXGSC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DVLFYONBTKHTER-UHFFFAOYSA-N 3-(N-morpholino)propanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CCCN1CCOCC1 DVLFYONBTKHTER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 200000000007 Arterial disease Diseases 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 108090000312 Calcium Channels Proteins 0.000 description 1
- 102000003922 Calcium Channels Human genes 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-M D-gluconate Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C([O-])=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-M 0.000 description 1
- 208000012661 Dyskinesia Diseases 0.000 description 1
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N L-aspartic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N L-glutamic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O WHUUTDBJXJRKMK-VKHMYHEASA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000001145 Metabolic Syndrome Diseases 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MBBZMMPHUWSWHV-BDVNFPICSA-N N-methylglucamine Chemical compound CNC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO MBBZMMPHUWSWHV-BDVNFPICSA-N 0.000 description 1
- JOCBASBOOFNAJA-UHFFFAOYSA-N N-tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethanesulfonic acid Chemical compound OCC(CO)(CO)NCCS(O)(=O)=O JOCBASBOOFNAJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000007718 Stable Angina Diseases 0.000 description 1
- 206010042434 Sudden death Diseases 0.000 description 1
- 201000000690 abdominal obesity-metabolic syndrome Diseases 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 229940022663 acetate Drugs 0.000 description 1
- FXXACINHVKSMDR-UHFFFAOYSA-N acetyl bromide Chemical compound CC(Br)=O FXXACINHVKSMDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910052768 actinide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 1
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 1
- 210000003484 anatomy Anatomy 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 description 1
- 229940009098 aspartate Drugs 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000013060 biological fluid Substances 0.000 description 1
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000007 calcium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000021523 carboxylation Effects 0.000 description 1
- 238000006473 carboxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 230000001451 cardiotoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 description 1
- 230000001684 chronic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000536 complexating effect Effects 0.000 description 1
- 230000008828 contractile function Effects 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 239000012059 conventional drug carrier Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 239000012043 crude product Substances 0.000 description 1
- XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N cysteine Natural products SCC(N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000018417 cysteine Nutrition 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000034994 death Effects 0.000 description 1
- 231100000517 death Toxicity 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 239000000032 diagnostic agent Substances 0.000 description 1
- 229940039227 diagnostic agent Drugs 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- LOZWAPSEEHRYPG-UHFFFAOYSA-N dithiane Natural products C1CSCCS1 LOZWAPSEEHRYPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 239000003937 drug carrier Substances 0.000 description 1
- 230000004064 dysfunction Effects 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 238000011067 equilibration Methods 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000029142 excretion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000001723 extracellular space Anatomy 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- HZHFFEYYPYZMNU-UHFFFAOYSA-K gadodiamide Chemical compound [Gd+3].CNC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CC(=O)NC HZHFFEYYPYZMNU-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- LGMLJQFQKXPRGA-VPVMAENOSA-K gadopentetate dimeglumine Chemical compound [Gd+3].CNC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO.CNC[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO.OC(=O)CN(CC([O-])=O)CCN(CC([O-])=O)CCN(CC(O)=O)CC([O-])=O LGMLJQFQKXPRGA-VPVMAENOSA-K 0.000 description 1
- 229940050410 gluconate Drugs 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 230000004190 glucose uptake Effects 0.000 description 1
- 229930195712 glutamate Natural products 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 208000019622 heart disease Diseases 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004029 hydroxymethyl group Chemical group [H]OC([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 230000000297 inotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004255 ion exchange chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 1
- 125000001449 isopropyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 229940039412 ketalar Drugs 0.000 description 1
- VCMGMSHEPQENPE-UHFFFAOYSA-N ketamine hydrochloride Chemical compound [Cl-].C=1C=CC=C(Cl)C=1C1([NH2+]C)CCCCC1=O VCMGMSHEPQENPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003562 lightweight material Substances 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229960003194 meglumine Drugs 0.000 description 1
- 230000007102 metabolic function Effects 0.000 description 1
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 1
- DDLIGBOFAVUZHB-UHFFFAOYSA-N midazolam Chemical compound C12=CC(Cl)=CC=C2N2C(C)=NC=C2CN=C1C1=CC=CC=C1F DDLIGBOFAVUZHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960003793 midazolam Drugs 0.000 description 1
- 210000000107 myocyte Anatomy 0.000 description 1
- 238000011328 necessary treatment Methods 0.000 description 1
- 230000001338 necrotic effect Effects 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002835 noble gases Chemical class 0.000 description 1
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 description 1
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 229940039748 oxalate Drugs 0.000 description 1
- KHPXUQMNIQBQEV-UHFFFAOYSA-N oxaloacetic acid Chemical compound OC(=O)CC(=O)C(O)=O KHPXUQMNIQBQEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005895 oxidative decarboxylation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 150000002960 penicillins Chemical class 0.000 description 1
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 1
- 238000002600 positron emission tomography Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000002953 preparative HPLC Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N propane-1,1-diol Chemical compound CCC(O)O ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005588 protonation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000010410 reperfusion Effects 0.000 description 1
- 238000004366 reverse phase liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 210000004872 soft tissue Anatomy 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 229940124530 sulfonamide Drugs 0.000 description 1
- 150000003456 sulfonamides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 230000009885 systemic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000000451 tissue damage Effects 0.000 description 1
- 231100000827 tissue damage Toxicity 0.000 description 1
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005891 transamination reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 210000001364 upper extremity Anatomy 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
- 238000003260 vortexing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
- G01R33/48—NMR imaging systems
- G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
- G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
- G01R33/5601—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution involving use of a contrast agent for contrast manipulation, e.g. a paramagnetic, super-paramagnetic, ferromagnetic or hyperpolarised contrast agent
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/055—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves involving electronic [EMR] or nuclear [NMR] magnetic resonance, e.g. magnetic resonance imaging
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине и предназначено для оценки жизнеспособности ткани миокарда. Получают прямые 13С-МР изображения 13С-пирувата и его 13С-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват. Проводят коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов. Способ позволяет идентифицировать подверженную риску ткань миокарда. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к способу визуализации сердца с использованием гиперполяризованного 13С-пирувата в качестве МР визуализирующего агента, позволяющему определять жизнеспособность клеток в миокарде.
Магнитно-резонансная (МР) визуализация (МРВ) представляет собой метод визуализации, который стал особенно привлекательным для врачей, поскольку он позволяет получать изображения организма пациентов или его частей неинвазивным способом, не подвергая пациента и медицинский персонал воздействию потенциально опасного излучения, такого как рентгеновское излучение. Благодаря высокому качеству изображений, МРВ является предпочтительным методом визуализации мягких тканей и органов, например сердца.
Связанные с ишемией повреждения и заболевания сердца являются причиной большинства смертельных случаев в западных странах. Ишемия миокарда представляет собой серьезное состояние, и только ранняя быстрая идентификация и локализация ишемии миокарда может предотвратить развитие необратимых повреждений миокарда у пациента.
Подобно другим метаболически активным тканям ткань сердца особенно восприимчива к ишемическим повреждениям. Начальная фаза острого инфаркта миокарда обычно связана с потерей нормальной сократительной функции, которая проявляет себя в виде регионарной дискинезии. Это может быть следствием резкого снижения коронарного перфузионного давления, которое индуцирует острое состояние гибернации, и быстрого прекращения нормального трансмембранного транспорта ионов. Реперфузия ишемического миокарда до начала необратимого повреждения может приводить к быстрому или замедленному возврату (оглушение) к нормальному метаболизму и функции сердца.
Магнитно-резонансная визуализация признана полезным методом визуализации сердца. Несмотря на то, что МР методы с использованием спин-эхо визуализации способны показывать анатомию сердца, для определения ишемии миокарда и инфаркта необходимо использовать контрастные агенты. Одним классом МР контрастных агентов являются парамагнитные контрастные агенты, которые содержат ион парамагнитного металла, в форме соли или в комплексе с хелатирующей/комплексообразующей группировкой.
Парамагнитный контрастный агент GdDTPA (Magnevist™) был объектом клинического испытания в отношении его использования в визуализации миокарда. Хотя было показано, что этот металлический комплекс улучшает идентификацию острых инфарктов миокарда на МР изображениях у животных и людей, его клиническое применение в визуализации миокарда ограничено из-за его быстрой экскреции и распределения в жидкости внеклеточного пространства.
Мn2+, ион парамагнитного металла, был использован в качестве контрастного агента для использования в МР визуализации миокарда. Он конкурирует с Са2+ за вхождение в сокращающийся миокард через медленные Са2+ каналы, что приводит к значительному сокращению времени релаксации T1 и, в результате, увеличивает интенсивность сигнала в ткани нормального миокарда. Общий приток Мn2+ в единицу времени растет при увеличении частоты сердечных сокращений и силы контракции. Однако в ишемическом миокарде поглощается значительно меньше Мn2+ из-за снижения тока крови и уменьшения сократимости. Следовательно, ишемический миокард можно определять и отличать от ткани нормального миокарда МР визуализацией с использованием парамагнитного Mn2+ в качестве контрастного агента.
Однако использование Mn2+ имеет некоторые недостатки. Использование солей марганца, например MnCl2, связано с риском для безопасности вследствие токсичности этих солей для сердца (см., например, Hu et al. Magn. Res. in Medicine 46, (2001), 884-890). Предпринимались попытки компенсировать токсические эффекты солей марганца либо путем добавления солей кальция, либо путем введения этих солей медленной инфузией. Недостатком использования кальция в препарате контрастного агента является то, что он конкурирует с марганцем за кальциевые каналы при вхождении в миоциты. Это может приводить к снижению эффективности и к последующей необходимости инъецировать более высокие дозы контрастного агента, чтобы компенсировать этот эффект.
В WO-A-99/01162 описан способ обнаружения ишемии миокарда с использованием комплексов марганца в комбинации с быстрым формированием изображений. Говорится, что процедуру визуализации обычно проводят за промежуток времени от 3 до 6 часов после инъекции. Несмотря на то, что этот способ, по-видимому, не связан с проблемами токсичности, получение результатов процедуры визуализации задерживается на относительно длительный промежуток времени между введением контрастного агента и началом процедуры визуализации. Это приводит к задержке возможно необходимого лечения.
В WO 2004/054623 описан способ идентификации участков, претерпевающих ишемию миокарда, с использованием определенных комплексов марганца. Режим физического и/или фармацевтического напряжения является частью этого способа, так как он увеличивает разницу в контрасте между нормальным и ишемическим миокардом и, таким образом, позволяет использовать более низкие дозы контрастного агента. Режим напряжения, однако, создает дополнительную физиологическую нагрузку на пациента.
Следовательно, существует потребность в агенте для использования в способе МР визуализации, который позволяет различать ткань ишемического миокарда и ткань нормального миокарда, давая возможность, таким образом, оценивать жизнеспособность указанной ткани на клеточном уровне. Агент должен дополнительно иметь благоприятные характеристики безопасности, т.е. не показывать каких-либо токсических побочных эффектов в клинических дозах. Существует также потребность в способе МР визуализации, обеспечивающем быструю и легкую оценку жизнеспособности ткани миокарда без создания дополнительного напряжения для пациента и без задержки начала мероприятий по лечению.
В WO-A-99/35508 раскрыт способ МР исследования пациента с использованием гиперполяризованного раствора агента с высоким T1 в качестве МР визуализирующего агента. Термин "гиперполяризация" означает усиление ядерной поляризации ЯМР активных ядер, присутствующих в агенте с высоким T1, то есть ядер с ненулевым ядерным спином, предпочтительно ядер 13С или 15N. При усилении ядерной поляризации ЯМР активных ядер разница между населенностями возбужденного и основного ядерных спиновых состояний этих ядер значительно увеличивается, и, в силу этого, интенсивность МР сигнала усиливается в сто и более раз. При использовании гиперполяризованного 13С- и/или 15N-обогащенного агента с высоким T1 помехи от фоновых сигналов будут практически отсутствовать, поскольку распространенность 13С и/или 15N в природе пренебрежимо мала, и поэтому контрастность изображения будет преимущественно высокой. Раскрыт целый ряд возможных агентов с высоким T1, подходящих для гиперполяризации и последующего использования в качестве МР визуализирующих агентов, включая, но не ограничивая ими, неэндогенные и эндогенные соединения, такие как ацетат, пируват, оксалат или глюконат, сахара, такие как глюкоза или фруктоза, мочевина, амиды, аминокислоты, такие как глутамат, глицин, цистеин или аспартат, нуклеотиды, витамины, такие как аскорбиновая кислота, производные пенициллина и сульфонамиды. Утверждается также, что промежуточные соединения в нормальных метаболических циклах, таких как цикл лимонной кислоты, такие как фумаровая кислота и пировиноградная кислота, являются предпочтительными визуализирующими агентами для визуализации метаболической активности.
Необходимо подчеркнуть, что сигнал от гиперполяризованного визуализирующего агента ослабевает из-за релаксации и, после введения в организм пациента, из-за разбавления. Следовательно, значение T1 визуализирующих агентов в биологических жидкостях (например, в крови) должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить распределение агента в сайт-мишень в организме пациента в высоко гиперполяризованном состоянии.
Теперь авторы данного изобретения неожиданно обнаружили, что гиперполяризованный 13С-пируват можно использовать в качестве визуализирующего агента для оценки жизнеспособности ткани миокарда. Амплитуды МР сигналов от разных метаболитов пирувата варьируют в зависимости от метаболического состояния ткани миокарда. Следовательно, уникальная картина метаболических пиков, образуемых этими метаболитами, может быть использована в качестве характерного признака для идентификации метаболического состояния исследуемой ткани сердца и дает возможность различать жизнеспособную и нежизнеспособную ткань миокарда. Это делает гиперполяризованный 13С-пируват превосходным агентом для МР визуализации in vivo для оценки жизнеспособности ткани миокарда, например для идентификации «подверженной риску ткани» после ишемии миокарда или сердечных приступов. Эта информация, которая выходит за пределы оценки перфузии или идентификации мертвой ткани миокарда, важна для врача, чтобы начать адекватное лечение пациента для предупреждения дальнейшего повреждения миокарда.
Таким образом, в первом аспекте настоящего изобретения предложен способ МР визуализации для оценки жизнеспособности ткани миокарда с использованием гиперполяризованного 13С-пирувата в качестве визуализирующего агента.
13С-пируват имеет превосходный профиль безопасности и, в качестве эндогенного соединения, хорошо переносится организмом человека. Использование гиперполяризованного 13С-пирувата в способе по изобретению обеспечивает получение немедленных результатов, так как задержка между введением и процедурой МР визуализации не требуется. Это означает, что пациент может быть подвергнут лечению насколько возможно быстро, что увеличивает шансы выживания и восстановления. В способе по изобретению не нужен режим напряжения, что является дополнительным преимуществом для пациентов.
Гиперполяризация ЯМР активных 13С-ядер может быть достигнута различными методами (например, методами, описанными в WO-A-99/35508). Предпочтительными методами являются метод переноса поляризации от благородного газа, "метод грубой силы", метод замораживания спинов, параводородный метод и метод динамической поляризации ядер (ДПЯ). Предпочтительно для получения гиперполяризованного 13С-пирувата либо поляризуют непосредственно сам 13С-пируват, либо поляризуют 13С-пировиноградную кислоту и превращают поляризованную 13С-пировиноградную кислоту в поляризованный 13С-пируват, например нейтрализацией основанием.
Предпочтительным методом получения гиперполяризованного 13С-пирувата является перенос поляризации от гиперполяризованного благородного газа. Благородные газы, имеющие ненулевой ядерный спин, могут быть гиперполяризованы, то есть их поляризация может быть повышена относительно равновесной поляризации, например, в результате использования поляризованного вкруговую света. Для осуществления гиперполяризации 13С-ядер можно использовать гиперполяризованный благородный газ, предпочтительно 3Не или 129Хе, или смесь таких газов. Гиперполяризация может быть достигнута также с использованием обогащенного изотопом гиперполяризованного благородного газа, предпочтительно 3Hе или 129Хе. Гиперполяризованный газ может находиться в газовой фазе, он может быть растворенным в жидкости/растворителе, или гиперполяризованный газ сам может служить растворителем. Альтернативно этот газ можно конденсировать на охлажденную твердую поверхность и использовать в этой форме или дать ему возможность сублимироваться. Тщательное перемешивание гиперполяризованного газа с соединением, которое должно быть поляризовано, является предпочтительным. Следовательно, если поляризуют 13С-пировиноградную кислоту, которая при комнатной температуре является жидкостью, гиперполяризованный газ предпочтительно растворен в жидкости/растворителе или служит растворителем. Если поляризуют 13С-пируват, гиперполяризованный газ предпочтительно растворен в жидкости/растворителе, которая(ый) растворяет также и пируват.
Другой предпочтительный метод получения гиперполяризованного 13С-пирувата заключается в поляризации ЯМР активных ядер в результате термодинамического уравновешивания при очень низкой температуре и в очень сильном поле. Гиперполяризацию осуществляют, используя очень сильное поле и очень низкую температуру (метод грубой силы) по сравнению с рабочими полем и температурой ЯМР спектрометра. Напряженность используемого магнитного поля должна быть как можно более высокой, приемлемо выше 1 Тл, предпочтительно выше 5 Тл, более предпочтительно 15 Тл или выше и особенно предпочтительно 20 Тл или выше. Температура должна быть очень низкой, например 4,2 К или ниже, предпочтительно 1,5 К или ниже, более предпочтительно 1,0 К или ниже, особенно предпочтительно 0,1 К или ниже.
Другим предпочтительным методом получения гиперполяризованного 13С-пирувата является метод замораживания спинов. Этот метод включает поляризацию спина твердого соединения или системы путем поляризации замораживанием спина. В систему вводят подходящие парамагнитные вещества или систему смешивают до гомогенного состояния с подходящими парамагнитными веществами, такими как Ni2+, ионы лантанидов или актинидов, в кристаллической форме с осью симметрии третьего или более порядка. Аппаратура проще, чем требуется для ДПЯ, не требуется однородное магнитное поле, поскольку поле резонансного возбуждения не прикладывается. Этот процесс осуществляют физическим вращением образца вокруг оси, перпендикулярной направлению магнитного поля. Предварительным условием для этого метода является то, что парамагнитные вещества должны иметь высокоанизотропный g-фактор. В результате вращения образца электронный парамагнитный резонанс входит в контакт с ядерными спинами, что приводит к уменьшению температуры ядерного спина. Вращение образца выполняют до тех пор, пока поляризация ядерного спина не достигает нового равновесия.
В более предпочтительном воплощении для получения гиперполяризованного 13С-пирувата используют метод динамической поляризации ядер (ДПЯ). Поляризацию осуществляют парамагнитным соединением, так называемым парамагнитным агентом или ДПЯ агентом. Во время осуществления процесса ДПЯ подводят энергию, обычно в форме микроволнового излучения, которая первоначально возбуждает парамагнитный агент. При угасании до исходного состояния происходит перенос поляризации от неспаренного электрона парамагнитного агента к ЯМР активным ядрам образца. Обычно в процессе ДПЯ используют умеренное или сильное магнитное поле и очень низкую температуру, например, проводят процесс ДПЯ в жидком гелии и в магнитном поле около 1 Тл или выше. Альтернативно можно использовать умеренное магнитное поле и любую температуру, при которой достигается достаточное усиление поляризации. Методика ДПЯ описана, например, в международных публикациях WO-A-98/58272 и в WO-A-01/96895, которые обе включены в данное описание изобретения, ссылкой на них. Для получения гиперполяризованного 13С-пирувата методом ДПЯ в качестве поляризуемого соединения используют либо 13С-пируват, либо 13С-пировиноградную кислоту.
В зависимости в основном от используемого в процессе ДПЯ парамагнитного агента используют 13С-пировиноградную кислоту и/или 13С-пируват. Если парамагнитный агент растворим в 13С-пировиноградной кислоте, то предпочтительно используют 13С-пировиноградную кислоту и образуют жидкую смесь, предпочтительно жидкий раствор, парамагнитного агента и 13С-пировиноградной кислоты. Если парамагнитный агент не растворяется в 13С-пировиноградной кислоте, то используют 13С-пируват и/или 13С-пировиноградную кислоту и по меньшей мере один сорастворитель для образования жидкой смеси, предпочтительно жидкого раствора. Было установлено, что успешное осуществление ДПЯ и, следовательно, уровень поляризации зависит от нахождения поляризуемого соединения и парамагнитного агента в тесном контакте друг с другом. Следовательно, сорастворителем предпочтительно является сорастворитель или смесь сорастворителей, который(ая) растворяет как парамагнитный агент, так и 13С-пировиноградную кислоту и/или 13С-пируват. Для 13С-пирувата в качестве сорастворителя предпочтительно используют воду.
Было также обнаружено, что более высокие уровни поляризации достигаются методом ДПЯ, когда образец-смесь при охлаждении/замораживании образует стекло, а не кристаллизованный образец. Опять же образование стекла обеспечивает более тесный контакт парамагнитного агента и подвергаемого поляризации соединения. 13С-пировиноградная кислота является хорошим стеклообразующим веществом, и поэтому предпочтительно ее используют в процессе ДПЯ, когда парамагнитный агент растворим в 13С-пировиноградной кислоте. 13С-пируват представляет собой соль, и при замораживании жидкой смеси водного раствора 13С-пирувата и парамагнитного агента будет образовываться кристаллизованный образец. Чтобы предотвратить это, предпочтительно добавлять также сорастворители, которые являются хорошими стеклообразующими веществами, такие как глицерин, пропандиол или гликоль.
Таким образом, в одном воплощении 13С-пируват растворяют в воде с получением водного раствора и добавляют парамагнитный агент, глицерин и возможно также сорастворитель с образованием жидкой смеси. В предпочтительном воплощении 13С-пировиноградную кислоту, парамагнитный агент и сорастворитель объединяют с образованием жидкой смеси. В наиболее предпочтительном воплощении 13С-пировиноградную кислоту и парамагнитный агент объединяют с образованием жидкой смеси. Тщательного смешивания соединений можно достичь несколькими способами, известными в данной области, такими как перемешивание, вортексирование или обработка ультразвуком.
Жидкую смесь затем замораживают перед проведением процесса ДПЯ. Охлаждение/замораживание жидкой смеси может быть достигнуто способами, известными в данной области, например замораживанием жидкой смеси в жидком азоте или просто помещением ее в поляризатор, где образец будет заморожен жидким гелием.
Как описано выше, динамическая поляризация ядер (ДПЯ) представляет собой метод поляризации, когда поляризацию соединения, которое нужно поляризовать, осуществляют ДПЯ агентом, например парамагнитным агентом/соединением.
В качестве ДПЯ агентов можно использовать многие известные парамагнитные соединения, например переходные металлы, такие как ионы хрома(V), органические свободные радикалы, такие как нитроксидные радикалы, тритильные радикалы или магнитные частицы. Такие ДПЯ агенты описаны, например, в WO-A-99/35508, WO-A-88/10419, WO-A-90/00904, WO-A-91/12024, WO-A-93/02711 или WO-A-96/39367.
В предпочтительном воплощении тритильный радикал формулы (I)
где
М представляет собой водород или один эквивалент катиона; и
R1, которые являются одинаковыми или разными, каждый представляет собой возможно гидроксилированную C1-C6-алкильную группу с прямой или разветвленной цепью или группу -(CH2)n-X-R2, где n равно 1, 2 или 3;
X представляет собой О или S; и
R2 представляет собой возможно гидроксилированную С1-С4-алкильную группу с прямой или разветвленной цепью,
используют в качестве парамагнитного агента для получения 13С-пирувата методом ДПЯ.
В предпочтительном воплощении М представляет собой водород или один эквивалент физиологически переносимого катиона. Термин "физиологически переносимый катион" означает катион, который переносится живым организмом человека или животного, не являющегося человеком. Предпочтительно М представляет собой водород или катион щелочного металла, ион аммония или ион органического амина, например меглумина. Наиболее предпочтительно М представляет собой водород или натрий.
В другом предпочтительном воплощении R1 являются одинаковыми или разными, предпочтительно одинаковыми и каждый представляет собой возможно гидроксилированную С1С4-алкильную группу с прямой или разветвленной цепью, наиболее предпочтительно метильную, этильную, изопропильную, гидроксиметильную или гидроксиэтильную.
В другом предпочтительном воплощении R1 являются одинаковыми или разными, предпочтительно одинаковыми и представляют собой -СН2-O-(С1-С3-алкил), -(CH2)2-O-CH3, -(С1-С3-алкил)-O-СН3, -СН2-S-(С1-С3-алкил), -(СН2)2-S-СН3, -(С1-С3-алкил)-S-СН3, -СН2-O-СН3, -СН2-O-С2Н5, -СН2-O-С2Н4OН, -СН2-СН2-О-СН3, -СН2-S-СН3, -CH2-S-C2H5, -CH2-S-C2H4OH или -СН2-СН2-S-СН3, наиболее предпочтительно -СН2-СН2-O-СН3.
В более предпочтительном воплощении М представляет собой водород или натрий, и R1 являются одинаковыми и каждый представляет собой -СН2-СН2-O-СН3.
Тритильные радикалы формулы (I) могут быть синтезированы способами, которые подробно описаны в WO-A-91/12024, WO-A-96/39367, WO 97/09633 и WO-A-98/39277. Коротко, радикалы могут быть синтезированы путем взаимодействия трехмольных эквивалентов металлированного мономерного арильного соединения с одним мольным эквивалентом соответствующим образом защищенного производного карбоновой кислоты с образованием тримерного промежуточного соединения. Это промежуточное соединение металлируют и затем подвергают взаимодействию, например, с диоксидом углерода с получением трикарбокситритилкарбинола, который на следующей стадии обрабатывают сильной кислотой с образованием триарилметильного катиона. Этот катион затем восстанавливают с образованием стабильного тритильного радикала.
Жидкая смесь, содержащая 13С-пируват и/или 13С-пировиноградную кислоту и возможно растворитель, предпочтительно содержит от 5 до 100 мМ тритильных радикалов формулы (I), более предпочтительно от 10 до 20 мМ, особенно предпочтительно от 12 до 18 мМ и наиболее предпочтительно от 13 до 17 мМ. Было обнаружено, что время нарастания для поляризации в процессе ДПЯ короче при использовании большего количества радикала, однако достигается более низкий уровень поляризации. Следовательно, эти два эффекта должны быть сбалансированы один относительно другого.
Методика ДПЯ описана, например, в международных публикациях WO-A-98/58272 и в WO-A-01/96895, которые обе включены в данное описание ссылкой на них. Обычно в процессе ДПЯ используют умеренное или сильное магнитное поле и очень низкую температуру, например, проводят процесс ДПЯ в жидком гелии и в магнитном поле примерно 1 Тл или выше. Альтернативно можно использовать умеренное магнитное поле и любую температуру, при которой достигается достаточное усиление поляризации. В предпочтительном воплощении способа по изобретению процесс ДПЯ проводят в жидком гелии и в магнитном поле примерно 1 Тл или выше. Подходящие установки для поляризации описаны, например, в WO-A-02/37132. В предпочтительном воплощении установка для поляризации содержит криостат и поляризующее устройство, например микроволновую камеру, соединенную волноводом с источником микроволнового излучения, в центральном канале, окруженном создающим магнитное поле устройством, таким как сверхпроводящий магнит. Канал тянется вертикально вниз до по меньшей мере уровня области Р рядом со сверхпроводящим магнитом, где сила магнитного поля достаточно высока, например от 1 до 25 Тл, для осуществления поляризации 13С-ядер. Канал для образца предпочтительно выполнен с возможностью герметизации, и его можно откачивать до низких давлений, например давлений порядка 1 мбар (100 Па) или менее. Внутрь этого канала может быть помещено устройство для ввода образца (например, смеси, содержащей парамагнитный агент и 13С-пируват или 13С-пировиноградную кислоту), например извлекаемая транспортирующая образец трубка, и эта трубка может быть вставлена в канал сверху вниз до позиции внутри микроволновой камеры в области Р. Область Р охлаждают жидким гелием до температуры, достаточно низкой для того, чтобы происходила поляризация, предпочтительно до температуры порядка 0,1-100 К, более предпочтительно 0,5-10 К, наиболее предпочтительно 1-5 К. Устройство для ввода образца предпочтительно выполнено с возможностью герметизации на его верхнем конце любым подходящим способом для сохранения частичного вакуума в канале. В нижнем конце устройства для ввода образца может быть установлен с возможностью извлечения удерживающий образец контейнер, например удерживающий образец стакан. Удерживающий образец контейнер предпочтительно изготовлен из легкого по массе материала с низкой удельной теплоемкостью и хорошими криогенными свойствами, такого как, например, KelF (полихлортрифторэтилен) или PEEK (полиэфирэфиркетон). Контейнер для образца может вмещать в себя один или более чем один подлежащий поляризации образец.
Образец вставляют в удерживающий образец контейнер, погружают в жидкий гелий и подвергают микроволновому облучению, предпочтительно при частоте примерно 94 ГГц при 200 мВт. Мониторинг уровня поляризации можно выполнять путем получения 13С-ЯМР сигналов от образца в твердом состоянии во время микроволнового облучения, поэтому на стадии (б) предпочтительно используют установку для поляризации, содержащую устройство для получения 13С-ЯМР спектров в твердом состоянии. Обычно получают кривую насыщения на графике зависимости 13С-ЯМР сигнала от времени. Следовательно, можно определить, когда достигается оптимальный уровень поляризации.
Если гиперполяризацию проводят методом, который требует, чтобы образец находился в твердом состоянии, например методом ДПЯ, твердый образец должен быть переведен в жидкое состояние для его использования в способе по изобретению. Твердую поляризованную смесь либо растворяют подобно тому, как описано, например, в WO-A-02/37132, либо расплавляют, как описано, например, в WO-A-02/36005. Предпочтительным является растворение твердого гиперполяризованного образца, более предпочтительно растворение в буфере, предпочтительно в физиологически переносимом буфере с получением жидкой композиции. Термин "буфер" в контексте данной заявки означает один или более буферов, то есть также смеси буферов.
Предпочтительными буферами являются физиологически переносимые буферы, более предпочтительно буферы, которые обеспечивают рН в пределах примерно от 7 до 8, такие как, например, фосфатный буфер (KH2PO4/Na2HPO4), ACES, PIPES, имидазол/HCl, BES, MOPS, HEPES, TES, TRIS, HEPPS или TRICIN. Более предпочтительными буферами являются фосфатный буфер и TRIS, наиболее предпочтительным является TRIS. В еще одном воплощении используют более чем один из вышеуказанных предпочтительных буферов, то есть смесь буферов.
Когда в качестве соединения, подлежащего поляризации, используют 13С-пировиноградную кислоту, растворение также включает превращение 13С-пировиноградной кислоты в 13С-пируват. Чтобы достичь этого, 13С-пировиноградную кислоту подвергают взаимодействию с основанием. В одном воплощении 13С-пировиноградную кислоту подвергают взаимодействию с основанием с превращением ее в 13С-пируват, а затем добавляют буфер. В другом предпочтительном воплощении буфер и основание объединяют в одном растворе, и этот раствор добавляют к 13С-пировиноградной кислоте, при этом она растворяется и превращается в 13С-пируват одновременно. В предпочтительном воплощении основание представляет собой водный раствор NaOH, Nа2СО3 или NaHCO3, и наиболее предпочтительным основанием является NaOH. В особенно предпочтительном воплощении для растворения 13С-пировиноградной кислоты и ее превращения в натриевую соль 13С-пирувата используют раствор буфера TRIS, содержащий NaOH.
В другом предпочтительном воплощении буфер или, где это применимо, объединенный раствор буфер/основание дополнительно содержит одно или более чем одно соединение, которое способно связывать свободные парамагнитные ионы или образовывать с ними комплексы, например хелатирующие агенты, такие как DTPA (диэтилентриаминпентауксусная кислота) или EDTA (этилендиаминтетрауксусная кислота). Было обнаружено, что свободные парамагнитные ионы могут вызывать уменьшение T1 гиперполяризованного соединения, и этого предпочтительно избегают.
Растворение может быть осуществлено предпочтительно с использованием методов и/или устройств, раскрытых в WO-A-02/37132. Если гиперполяризацию проводят методом ДПЯ, то может быть использована установка для растворения, которая либо физически отделена от поляризатора, либо является частью аппарата, который содержит поляризатор и установку для растворения. В предпочтительном воплощении растворение осуществляют при повышенном магнитном поле для улучшения релаксации и сохранения максимума гиперполяризации. Узлов магнитного поля следует избегать, и, несмотря на вышеуказанные меры, слабое поле может приводить к усилению релаксации.
Если гиперполяризацию проводят методом ДПЯ, то парамагнитный агент и/или его реакционные продукты предпочтительно удаляют из раствора, содержащего 13С-пируват. Парамагнитный агент и/или реакционные продукты могут быть удалены частично, в значительной степени или в идеале полностью, причем полное удаление является предпочтительным. Реакционными продуктами, например, тритильных радикалов формулы (I) могут быть сложные эфиры, которые могут образовываться в результате реакции пировиноградной кислоты с радикалами формулы (I), содержащими гидроксильные группы. Способы, используемые для удаления парамагнитного агента и/или его реакционных продуктов, известны в данной области. Как правило, выбор способа зависит от природы парамагнитного агента и/или его реакционных продуктов. При растворении твердого образца после поляризации радикал может осаждаться, и его легко можно выделить из жидкой композиции фильтрованием. Если в качестве парамагнитных агентов используют магнитные частицы, то эти частицы также без труда удаляют фильтрованием. Если осаждение не происходит, парамагнитный агент может быть удален хроматографическими методами разделения, например жидкостной хроматографией, такой как хроматография с обращенными фазами, прямофазная или ионообменная хроматография, или экстракцией.
Так как тритильный радикал формулы (I) имеет характеристический спектр поглощения в УФ-видимой области, можно использовать измерение поглощения в УФ-видимой области в качестве метода проверки его присутствия в жидкой композиции после его удаления. Для получения количественных результатов, то есть концентрации радикала, присутствующего в растворенном гиперполяризованном образце, оптический спектрометр может быть откалиброван таким образом, что поглощение при конкретной длине волны для образца дает соответствующую концентрацию радикала в образце.
Изотопное обогащение 13С-пирувата, используемого в способе по изобретению, и/или 13С-пировиноградной кислоты, которую предпочтительно используют для получения гиперполяризованного 13С-пирувата методом ДПЯ, предпочтительно составляет по меньшей мере 75%, более предпочтительно по меньшей мере 80% и особенно предпочтительно по меньшей мере 90%, причем изотопное обогащение свыше 90% является наиболее предпочтительным. В идеале обогащение составляет 100%. 13С-пировиноградная кислота и/или 13С-пируват могут быть обогащены изотопом в положении С1 (что ниже обозначено как 13С1-пировиноградная кислота и 13С2-пируват), в положении С2 (что ниже обозначено как 13C2-пиpoвинoгpaднaя кислота и 13C2-пиpyвaт), в положении С3 (что ниже обозначено как 13С3-пировиноградная кислота и 13С3-пируват), в положениях С1 и С2 (что ниже обозначено как 13С1,2-пировиноградная кислота и 13С1,2-пируват), в положениях С1 и С3 (что ниже обозначено как 13С1,3-пировиноградная кислота и 13С1,3-пируват), в положениях С2 и С3 (что ниже обозначено как 13С2,3-пировиноградная кислота и 13С2,3-пируват) или в положениях С1, С2 и С3 (что ниже обозначено как 13С1,2,3-пировиноградная кислота и 13С1,2,3-пируват), причем положение С1 является предпочтительным.
В данной области известно несколько способов синтеза 13С1-пировиноградной кислоты. Коротко, в Seebach et al. Journal of Organic Chemistry 40(2), 1975, 231-237 описан путь синтеза, основанный на защите и активации карбонилсодержащего исходного вещества в виде S,S-ацеталя, например 1,3-дитиана или 2-метил-1,3-дитиана. Дитиан металлируют и подвергают взаимодействию с метилсодержащим соединением и/или 13СO2. С использованием соответствующего обогащенного изотопом 13С-компонента, как описано в этой ссылке, может быть получен 13С1-пируват, 13С2-пируват или 13С1,2-пируват. Карбонильную функциональную группировку затем высвобождают общепринятыми способами, описанными в литературе. Другие пути синтеза начинаются с уксусной кислоты, которую сначала превращают в ацетилбромид, а затем подвергают взаимодействию с Cu13СN. Полученный нитрил превращают в пировиноградную кислоту через амид (см., например, S.H. Anker et al. J. Biol. Chem. 176 (1948), 1333 или J. E. Thirkettle, Chem Commun. (1997), 1025). 13С-пировиноградная кислота может быть получена также протонированием коммерчески доступного 13С-пирувата натрия, например, способом, описанным в патенте США 6232497.
Для использования в способе по изобретению гиперполяризованный 13С-пируват предоставляется в виде композиции, которая подходит для введения в живой организм человека или животного, не являющегося человеком.
Композиция предпочтительно содержит буфер или смесь буферов, как описано выше. Композиция может дополнительно содержать традиционные фармацевтически приемлемые носители, эксципиенты и вспомогательные вещества, используемые для приготовления препаратов. Так, композиция может содержать, например, стабилизаторы, агенты, регулирующие осмотическое давление, солюбилизирующие агенты и тому подобное.
Пируват является эндогенным соединением, которое организм человека переносит очень хорошо даже в высоких концентрациях. В качестве предшественника в цикле лимонной кислоты пируват играет важную метаболическую роль в организме человека. Пируват превращается в разные соединения: в результате его трансаминирования образуется аланин, в результате окислительного декарбоксилирования пируват превращается в ацетил-КоА и бикарбонат, в результате восстановления пирувата образуется лактат, а в результате его карбоксилирования образуется оксалоацетат.
Теперь обнаружено, что превращение гиперполяризованного 13С-пирувата в гиперполяризованный 13С-лактат, гиперполяризованный 13С-бикарбонат (только в случае 13С1-пирувата, 13С1,2-пирувата или 13С1,2,3-пирувата) и гиперполяризованный 13С-аланин может быть использовано для различения опухолевой ткани и здоровой ткани с использованием МР визуализации in vivo. Это неожиданно, поскольку известно, что T1 гиперполяризованных соединений снижается из-за релаксации и разбавления. В цельной крови человека при 37°С 13С-пируват имеет релаксацию T1 примерно 42 с, однако было обнаружено, что превращение гиперполяризованного 13С-пирувата в гиперполяризованный 13С-лактат, гиперполяризованный 13С-бикарбонат и гиперполяризованный 13С-аланин является достаточно быстрым, чтобы иметь возможность детектировать сигнал от 13С-пируватного исходного соединения и его метаболитов. Количество аланина, бикарбоната и лактата зависит от метаболического статуса исследуемой ткани. Интенсивность МР сигнала гиперполяризованного 13С-лактата, гиперполяризованного 13С-бикарбоната и гиперполяризованного 13С-аланина связана с количеством этих соединений и степенью поляризации, оставшейся к моменту детектирования. Следовательно, мониторинг превращения гиперполяризованного 13С-пирувата в гиперполяризованный 13С-лактат, гиперполяризованный 13С-бикарбонат и гиперполяризованный 13С-аланин дает возможность исследовать метаболические процессы in vivo в организме человека или животного, не являющегося человеком, с использованием неинвазивной МР визуализации.
Далее термины «гиперполяризованный 13С-пируват», «13С-пируват» и «пируват» используются взаимозаменяемо. То же самое относится к терминам «гиперполяризованный 13С-лактат», «13С-лактат» и «лактат»; «гиперполяризованный 13С-аланин», «13С-аланин» и «аланин»; «гиперполяризованный 13С-бикарбонат», «13С-бикарбонат» и «бикарбонат» и «гиперполяризованный 13С-метаболит(ы)», «13С-метаболит(ы)» и «метаболит(ы)».
Было обнаружено, что амплитуды МР сигналов от разных метаболитов пирувата меняются в зависимости от метаболического состояния ткани миокарда. Следовательно, уникальная картина метаболических пиков, образуемая аланином, лактатом, бикарбонатом и пируватом, может быть использована в качестве характерного признака для идентификации метаболического состояния исследуемой ткани сердца и дает возможность различать жизнеспособную и нежизнеспособную ткань миокарда. Это делает композицию, содержащую 13С-пируват, превосходным агентом для МР визуализации in vivo для оценки жизнеспособности ткани миокарда. Определение жизнеспособности ткани миокарда, разумеется, является важным после ишемии миокарда или сердечных приступов, а также у пациентов с, например, диабетом или метаболическим синдромом, заболеваниями, при которых могут происходить повреждения ткани миокарда.
Поскольку коронарно-артериальное заболевание (КАЗ) имеет целый ряд клинических проявлений, варьирующих от стабильной стенокардии до внезапной смерти, непосредственную пользу дает способ диагностики, который предоставляет информацию о статусе жизнеспособности клеток. Между двумя самыми «крайними» состояниями - нормальными жизнеспособными клетками и мертвыми клетками - в ишемической ткани миокарда на клеточном уровне существует целый ряд различных состояний, которые, в свою очередь, обнаруживаются при указанных различных клинических проявлениях. Важно идентифицировать эти разные состояния в ишемической ткани миокарда, также называемой «подверженной риску тканью миокарда», т.е. в ткани, которая станет некротической, если ишемия продолжается, оставаясь не вылеченной, чтобы дать пациенту надлежащее лечение для предупреждения некроза.
Двумя разными, но очень тяжелыми состояниями ишемического сердца являются гибернация и оглушение. Гибернация представляет собой хроническое ишемическое состояние, при котором миокардиальный ток крови снижен, и функция сердца также снижена. Клетки миокарда обычно оксидируют, главным образом, жирные кислоты. В гибернирующих клетках имеет место повышенное поглощение глюкозы (известное из исследований методом FDG-РЕТ (позитронно-эмиссионная томография с фтордезоксиглюкозой)), которое свидетельствует о том, что пируват будет предпочтительным субстратом для этих клеток. Оглушенный миокард, с другой стороны, характеризуется острой ишемией (например, значительной окклюзией коронарной артерии), когда ток крови нормальный, но функция снижена. Это должно приводить к низкому уровню лактата из-за относительно низкой метаболической активности. Было обнаружено, что при использовании способа по изобретению подверженную риску ткань миокарда можно идентифицировать благодаря тому, что она имеет слабый сигнал 13С-бикарбоната и/или сильный сигнал 13С-лактата.
Ишемия может привести к различным уровням дисфункции миокарда, и если она тяжелая и длительная, то приведет к некрозу клеток. В последнем случае клетки мертвые, и метаболизм вообще не идет, например, при введении гиперполяризованного 13С-пирувата, только этот сигнал ожидается, а сигналы от возможных метаболитов в 13С-спектре и/или на изображении отсутствуют.
Субъекта, которого подвергают исследованию, например пациента или животное, обычно помещают в МР магнит. Специально предназначенные 13С-МР радиочастотные катушки расположены так, что они охватывают интересующую область.
Визуализирующую среду, содержащую 13С-пируват и один или более общепринятых фармацевтических носителей, эксципиентов и/или добавок, вводят парентерально, предпочтительно внутривенно или внутриартериально. Прямое введение в сердце также возможно, например, инъецированием визуализирующей среды через катетер, введенный в коронарные артерии. Дозировка и концентрация визуализирующей среды зависят от целого ряда факторов, таких как токсичность и путь введения. Обычно визуализирующую среду вводят в концентрации вплоть до 1 ммоль пирувата на кг массы тела, предпочтительно от 0,01 до 0,5 ммоль/кг, более предпочтительно от 0,1 до 0,3 ммоль/кг. Скорость введения составляет предпочтительно менее 10 мл/с, более предпочтительно менее 6 мл/с и наиболее предпочтительно от 5 мл/с до 0,1 мл/с. Через менее чем 400 с после введения, предпочтительно менее чем 120 с, более предпочтительно менее чем 60 с после введения, особенно предпочтительно через 20-50 с после введения и наиболее предпочтительно через 30-40 с после введения применяют последовательность МР визуализации, которая кодирует интересующий объем объединенным избирательным по частоте и пространственным характеристикам способом. Это приводит к получению метаболических изображений 13С-лактата, 13С-аланина и 13С-пирувата и, более предпочтительно, метаболических изображений 13С-лактата, 13С-аланина, 13С-бикарбоната и 13С-пирувата.
Кодирование интересующего объема может быть достигнуто с использованием так называемой последовательности спектроскопической визуализации, как описано, например, в T.R.Brown et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79, 3523-3526 (1982); A.A.Maudsley et al. J. Magn. Res 51, 147-152 (1983). Данные спектроскопического изображения содержат множество элементов объема, при этом каждый элемент содержит полный 13С-МР спектр. 13С-пируват и его 13С-метаболиты все имеют свою уникальную позицию в 13С-МР спектре, и их резонансная частота может быть использована для их идентификации. Интеграл от пика при его резонансной частоте прямо связан с количеством 13С-пирувата и его 13С-метаболитов соответственно. Когда количество 13С-пирувата и каждого 13С-метаболита оценивают с использованием, например, рутинных методов выравнивания во временной области, как описано, например, в L.Vanhamme et al. J.Magn. Reson. 129, 35-43 (1997), можно генерировать изображения для 13С-пирувата и каждого 13С-метаболита, в которых цветовое кодирование или яркостное кодирование является характерным для измеряемого количества 13С-пирувата и каждого 13С-метаболита.
Хотя методы спектроскопической визуализации доказали свою ценность в создании метаболических изображений с использованием всех видов МР ядер, например 1Н, 31P, 23Na, количество повторов, необходимых для полного кодирования спектроскопического изображения, делает этот подход менее подходящим для гиперполяризованного 13С. Необходимо обеспечивать наличие сигнала от гиперполяризованного 13С в течение всего периода получения МР данных. Этого можно достичь за счет снижения отношения сигнал/шум в результате уменьшения угла РЧ-импульса, что применяют в каждой фазе стадии кодирования. Чем выше размеры матрицы, тем больше фаз стадий кодирования и более длительные периоды времени сканирования требуются.
Способы визуализации, основанные на пионерской работе Р.С.Lauterbur (Nature, 242, 190-191 (1973) и P. Mansfield (J. Phys. C. 6, L422-L426 (1973)), предусматривающие использование градиента считывания в процессе сбора данных, должны обеспечить получение изображений с более высоким отношением сигнал/шум или, что эквивалентно, изображений с более высоким пространственным разрешением. Однако эти способы визуализации в их основной форме способны продуцировать не отдельные изображения для 13С-пирувата и его 13С-метаболитов, а изображение, содержащее сигналы от 13С-пирувата и всех его 13С-метаболитов, то есть идентификация конкретных метаболитов невозможна.
В предпочтительном воплощении применяют последовательности визуализации с использованием множественного эха для кодирования в отношении частотной информации. Последовательности, которые могут продуцировать отдельные 1H-изображения воды и жира, описаны, например, в G. Glover, J. Magn. Reson. Visualization 1991:1:521-530 и S.В.Reederet al., MRM 51 35-45 (2004). Поскольку подлежащие обнаружению метаболиты и, по существу, их МР частоты известны, подход, рассмотренный в указанных ссылках, можно применять к получению прямых изображений 13С-пирувата, 13С-аланина и 13С-лактата и предпочтительно 13С-пирувата, 13С-аланина, 13С-лактата и 13С-бикарбоната. Этот метод делает более эффективным использование гиперполяризованного 13С-МР сигнала, обеспечивая по сравнению с классической спектроскопической методикой визуализации лучшее качество сигнала, более высокое пространственное разрешение и более короткое время обнаружения.
Как было описано ранее, жизнеспособная сердечная ткань характеризуется высокой метаболической активностью. При ишемии, т.е. при пониженном токе крови к ткани, клетки неадекватно снабжаются кислородом, и метаболические процессы на клеточном уровне ослабевают. Неожиданно это изменение метаболизма можно сделать видимым в пределах короткого временного окна МР визуализации, которое доступно при использовании гиперполяризованного 13С-пирувата. Особенно значительные изменения сигнала 13С-лактата и 13С-бикарбоната в ткани миокарда, которые зависят от метаболического статуса отдельных клеток, позволяют оценить жизнеспособность клеток миокарда.
Следовательно, в предпочтительном воплощении способ согласно данному изобретению включает:
(а) получение прямых 13С-МР изображений 13С-пирувата и его 13С-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват,
(б) возможно коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов,
где на подверженную риску ткань миокарда в указанных 13С изображениях указывает самый слабый сигнал 13С-бикарбоната и/или самый сильный сигнал 13С-лактата.
Следовательно, в другом предпочтительном воплощении способ согласно изобретению включает:
(а) получение прямых 13С-МР изображений 13С-пирувата и его 13С-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват,
(б) возможно коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов; и
(в) идентификацию подверженной риску ткани миокарда на указанных изображениях путем идентификации самого слабого сигнала 13С-бикарбоната и/или самого сильного сигнала 13С-лактата.
Для корректирования пируватного сигнала изображения как метаболитов (лактата, аланина и бикарбоната), так и пирувата нормализуют по отношению к максимальному значению в каждом отдельном изображении. Во-вторых, нормализованное лактатное изображение умножают на инвертированное пируватное изображение, например на максимальный пируватный сигнал в изображении минус пируватный уровень для каждого пиксела. На последней стадии промежуточный результат, полученный в вышеуказанной операции, умножают на исходное лактатное изображение.
В качестве примера для корректирования бикарбонатного сигнала как лактатное, так и бикарбонатное изображения нормализуют по отношению к максимальному значению в каждом отдельном изображении. Во-вторых, нормализованное лактатное изображение умножают на инвертированное бикарбонатное изображение, например на максимальный бикарбонатный сигнал в изображении минус бикарбонатный уровень для каждого пиксела. На последней стадии промежуточный результат, полученный в вышеуказанной операции, умножают на исходное лактатное изображение. Подобным образом в анализ также может быть включен аланиновый сигнал, а обнаружение слабого бикарбонатного сигнала совместно с неизменным аланиновым сигналом также может быть использовано как указание на подверженную риску ткань миокарда.
Для выделения областей с измененным метаболизмом любую комбинацию усиленного сигнала метаболита в связи с ослабленным сигналом метаболита можно использовать в операции, аналогичной той, которая описана в приведенном выше абзаце, посредством чего получают взвешенное изображение метаболита. Неожиданно оценка жизнеспособности ткани миокарда, т.е. различение жизнеспособной, поврежденной и нежизнеспособной ткани миокарда, также улучшается за счет этого корректирования.
В оценку жизнеспособности ткани миокарда согласно способу по изобретению может быть включена анатомическая и/или перфузионная информация. Анатомическая информация может быть получена, например, путем сбора протонных или 13С-МР изображений с использованием подходящего контрастного агента или без него. Относительная перфузия в миокарде может быть определена с использованием МР контрастного агента, такого как, например, Omniscan™. Подобным образом, в данной области известны методики МР визуализации для измерения перфузии без введения контрастного агента. В предпочтительном воплощении для количественного определения перфузии используют неметаболизируемый гиперполяризованный 13С-контрастный агент. Подходящие методики и контрастные агенты описаны, например, в WO-A-02/23209. В более предпочтительном воплощении для количественного определения перфузии используют гиперполяризованный 13С-пируват.
В другом предпочтительном воплощении визуализирующую среду, содержащую гиперполяризованный 13С-пируват, вводят повторно, обеспечивая таким образом проведение динамических исследований. Это является дополнительным преимуществом способа по изобретению по сравнению с другими способами МР визуализации сердца с использованием агентов на основе марганца, которые, в более высоких дозах, оказывают кардиотоксические эффекты. Благодаря низкой токсичности пирувата и его благоприятного профиля безопасности повторные дозы этого соединения хорошо переносятся пациентом.
Результаты, полученные способом по изобретению, дают возможность врачу выбрать подходящее лечение для наблюдаемого пациента. В другом предпочтительном воплощении способ по изобретению используют для определения, является ли лечение успешным.
Сообщается также, что пируват имеет инотропные эффекты. Данное соединение, как таковое, можно одновременно использовать в качестве диагностического и терапевтического агента в случае оглушенного миокарда, когда предполагается, что свободные радикалы кислорода играют роль.
В другом аспекте изобретения предложено применение гиперполяризованного 13С-пирувата для изготовления визуализирующей среды для использования в способе МР визуализации для оценки жизнеспособности клеток.
Изготовление визуализирующей среды, содержащей гиперполяризованный 13С-пируват в качестве визуализирующего агента, подробно описано на страницах 12-16.
В еще одном аспекте изобретения предложено применение 13С-пировиноградной кислоты или 13С-пирувата для изготовления гиперполяризованного 13С-пирувата для использования в качестве визуализирующего агента в способе МР-визуализации для оценки жизнеспособности клеток.
Изготовление и предпочтительные воплощения изготовления гиперполяризованного 13С-пирувата из 13С-пировиноградной кислоты или 13С-пирувата подробно описаны на страницах 5-11.
В предпочтительном воплощении изобретения предложено применение гиперполяризованного 13С-пирувата для изготовления визуализирующей среды для использования в способе МР-визуализации для оценки жизнеспособности клеток, включающем:
(а) получение прямых 13С-МР изображений 13С-пирувата и его 13С-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват,
(б) возможно коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов.
В еще одном предпочтительном воплощении изобретения предложено применение 13С-пировиноградной кислоты или 13С-пирувата для изготовления гиперполяризованного 13С-пирувата для применения в качестве визуализирующего агента в способе МР-визуализации для оценки жизнеспособности клеток, включающем:
(а) получение прямых 13С-МР изображений 13С-пирувата и его 13С-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват,
(б) возможно коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов.
Вышеуказанный способ и предпочтительные воплощения этого способа подробно описаны на страницах 19-22.
Примеры
Пример 1. Синтез натриевой соли трис(8-карбокси-2,2,6,6-(тетра(метоксиэтил)бенз-[1,2-4,5']бис-(1,3)дитиол-4-ил)-метила
В 280 мл диметилацетамида в атмосфере аргона суспендировали 10 г (70 ммоль) натриевой соли трис(8-карбокси-2,2,6,6-(тетра(гидроксиэтил)бенз-[1,2-4,5']-бис-(1,3)-дитиол-4-ил)-метила, которую синтезировали согласно Примеру 7 WO-A1-98/39277. Добавляли гидрид натрия (2,75 г), с последующим добавлением метилйодида (5,2 мл), и реакции, которая является слегка экзотермической, давали возможность протекать в течение 1 часа на водяной бане при 34°С в течение 60 мин. Добавление гидрида натрия и метилйодида повторяли дважды с такими же количествами каждого соединения, и после последнего добавления смесь перемешивали при комнатной температуре в течение 68 часов и затем вливали в 500 мл воды. рН доводили до рН>13, используя 40 мл 1М NaOH (водн.), и смесь перемешивали при температуре окружающей среды в течение 15 часов для гидролиза образовавшихся метиловых эфиров. Затем данную смесь подкисляли с использованием 50 мл 2М HCl (водн.) до рН примерно 2 и экстрагировали 3 раза этилацетатом (500 мл и 2×200 мл). Объединенную органическую фазу сушили над Na2SO4 и затем упаривали досуха. Неочищенный продукт (24 г) очищали препаративной ВЭЖХ с использованием ацетонитрила/воды в качестве элюентов. Собранные фракции упаривали для удаления ацетонитрила. Оставшуюся водную фазу экстрагировали этилацетатом, органическую фазу сушили над Na2SO4 и затем упаривали досуха. К остатку добавляли воду (200 мл) и рН осторожно доводили до рН 7, используя 0,1 М NaOH (водн.), и во время этого процесса остаток медленно растворялся. После нейтрализации водный раствор подвергали сублимационной сушке.
Пример 2. Получение композиции, содержащей гиперполяризованный 13С-пируват, способом ДПЯ с использованием 13С-пировиноградной кислоты и тритильного радикала из Примера 1
20 мМ раствор получали растворением 5,0 мг радикала из Примера 1 в 13С1-пировиноградной кислоте (164 мкл). Образец перемешивали до гомогенного состояния, и аликвоту раствора (41 мг) помещали в кювету для образца и вставляли в ДПЯ-поляризатор.
Данный образец поляризовали в условиях ДПЯ при 1,2 К в магнитном поле 3,35 Тл под воздействием микроволнового излучения (93,950 ГГц). Через 2 часа поляризацию прекращали, и образец растворяли, используя установку для растворения согласно WO-A-02/37132, в водном растворе гидроксида натрия и трис(гидроксиметил)аминометана (TRIS) с получением нейтрального раствора гиперполяризованного 13С1-пирувата натрия. Растворенный образец быстро анализировали методом 13С-ЯМР для оценки поляризации и получили 13С поляризацию 19,0%.
Пример 3. Получение композиции, содержащей гиперполяризованный 13С-пируват, способом ДЛЯ с использованием 13С-пировиноградной кислоты и тритильного радикала из Примера 1
15 мМ раствор получали растворением радикала из Примера 1 (209,1 мг) в смеси 13С1-пировиноградной кислоты (553 мг) и немеченой пировиноградной кислоты (10,505 г). Образец перемешивали до гомогенного состояния, и аликвоту раствора (2,015 г) помещали в кювету для образца и вставляли в ДПЯ-поляризатор.
Данный образец поляризовали в условиях ДПЯ при 1,2 К в магнитном поле 3,35 Тл под воздействием микроволнового излучения (93,950 ГГц). Через 4 часа поляризацию прекращали, и образец растворяли, используя установку для растворения согласно WO-A-02/37132, в водном растворе гидроксида натрия и трис(гидроксиметил)аминометана (TRIS) с получением нейтрального раствора гиперполяризованного 13С1-пирувата натрия с общей концентрацией пирувата 0,5 М в 100 мМ TRIS-буфере. Хроматографическую колонку последовательно соединяли с установкой для растворения. Данная колонка состоит из картриджа (диаметр = 38 мм; высота = 10 мм), содержащего гидрофобный наполнитель (Bondesil-C18, 40UM Part #:12213012), поставляемый фирмой Varian. Растворенный образец прокачивали через колонку, которая избирательно адсорбировала радикал. Фильтрованный раствор быстро анализировали методом 13С-ЯМР для оценки поляризации и получили 13С поляризацию 16,5%. Затем концентрацию остаточного радикала анализировали на УФ-спектрофотометре при 469 нм и определили, что она ниже предела детектирования 0,1 мкМ.
Пример 4. Получение гиперполяризованного 13С-пирувата способом ДПЯ с использованием 13С-пировиноградной кислоты и натриевой соли трис(8-карбокси-2,2,6,6-тетра(гидроксиэтокси)метил-бенз[1,2-d:4,5-d']бис(1,3)дитиол-4-ил)-метила
Натриевую соль трис(8-карбокси-2,2,6,6-тетра(гидроксиэтокси)метил-бенз[1,2-с1:4,5-d']-бис-(1,3)-дитиол-4-ил)-метила синтезировали как описано в Примере 29 в WO-A-97/09633.
20 мМ раствор получали растворением натриевой соли трис(8-карбокси-2,2,6,6-тетра(гидроксиэтокси)метил-бенз[1,2-d:4,5-d']-бис-(1,3)-дитиол-4-ил)-метила в 13С1-пировиноградной кислоте (83,1 мг). Образец перемешивали до гомогенного состояния, помещали в кювету для образца и вставляли в ДПЯ-поляризатор. Образец поляризовали в условиях ДПЯ при 1,2 К в магнитном поле 3,35 Тл под воздействием микроволнового излучения (93,950 ГГц). 13С-ЯМР сигнал от образца получали, используя ЯМР спектрометр Varian lnova-200. Усиление ДПЯ вычисляли, исходя из результатов измерения 13С-ЯМР сигнала при тепловом равновесии и усиленного ЯМР сигнала. Получили 13C поляризацию 16%.
Пример 5. Процедура визуализации сердца согласно изобретению
5.1 Подготовка поросенка
Поросенка (25 кг) подвергали анестезии коктейлем, содержащим изотонический NaCI (26 об.%), кеталар (50 мг/мл) (Pfizer AB) (42 об.%), норкурон (10 мг + 5 мл стерильной воды) (Organon) (21 об.%) и мидазолам (5 мг/мл) (Pharma Hameln) (11 об.%), который вводили с использованием инфузионного насоса со скоростью 0,6 мл/мин.
После первой инъекции 13С1-пирувата поросенка извлекали из МР-сканера. Под рентгеновским контролем в левую коронарную артерию вставляли баллонный катетер, и огибающую артерию блокировали в течение периода 15 минут. На протяжении всей операции измеряли ЭКГ и кровяное давление. Через 90 минут после окончания ишемического периода поросенка вновь подвергали визуализации, и 13С-изображения получали с (примерно) того же самого места, где проводили контрольные измерения.
5.2 Протонная МР визуализация
Поросенка размещали в МР катушке для поросят (Rapid Biomedical, Germany) и подвергали визуализации с использованием стандартной клинической библиотеки последовательностей протонной МР визуализации сердца для получения анатомической информации и для получения вида ориентации миокарда вдоль короткой оси (см. эталонное протонное изображение на чертежах, чтобы увидеть пример вида вдоль короткой оси).
5.3 13С-МР визуализация
Исходя из протонной частоты, найденной МР системой, вычисляли МР частоту для 13С1-аланина согласно следующему уравнению:
Частота 13С1-аланина = 0,25144 × [(системная частота протона × 1,00021) - 0,000397708].
Вычисленная частота позиционировала МР сигнал от 13С1-аланина на резонанс с 13С1-лактатным слева и с 13С1-пируватным, и 13С1-бикарбонатным, резонирующими справа от 13С1-аланина. Выполняли последовательность нелокализованной МР спектроскопии, чтобы убедиться в том, что 13С-МР катушка и системная МР частота установлены правильно. Локализацию 13С-изображения позиционировали так, чтобы охватить миокард (вид вдоль короткой оси) (толщина среза 20 мм, размер пиксела в плоскости 7,5×7,5 мм2). В фазе реконструкции видеоданные заполняли нулями, чтобы в результате иметь разрешение 3,75×3,75×20 мм3. 16 мл 13С1-пирувата (327 мМ) инъецировали (0,22 ммоль/кг) внутривенно за период времени 12 с (1,3 мл/с) в переднюю ногу и через 30 с после начала инъекции (т.е. через 18 с после окончания инъекции) начинали 13С-МР последовательность химических сдвигов.
5.4 Анализ данных МР визуализации
МР визуализация дала матрицу, содержащую 16×16 элементов, в которой каждый элемент, или воксел/пиксел, содержит 13С-МР спектр. В фазе реконструкции матрицу заполняли нулями до 32×32, что является математической операцией, которая помогает улучшить пространственное разрешение. Совокупность данных анализировали на МРВ сканере с программным обеспечением, предоставленным производителем. Результаты представляют собой метаболические изображения 13С-пирувата, 13С-аланина, 13С-лактата и 13С-бикарбоната.
5.5 Результаты
Результаты эксперимента до и после окклюзии огибающей артерии показаны и суммированы на прилагаемых чертежах.
На Фиг.1 представлены изображения и спектр, полученные у поросенка перед ишемическим периодом, при этом
Фиг.1а демонстрирует изображение 13С-пирувата,
Фиг.1б демонстрирует изображение 13С-лактата,
Фиг.1в демонстрирует изображение 13С-аланина,
Фиг.1г демонстрирует протонное эталонное анатомическое изображение,
Фиг.1д демонстрирует изображение 13С-бикарбоната, и
Фиг.1е демонстрирует 13С-ЯМР спектр пиксела, выбранного из изображения, показанного на Фиг.1д.
Фиг.2 демонстрирует изображения и спектр, полученный от поросенка после ишемического периода, при этом
Фиг.2а демонстрирует изображение 13С-пирувата,
Фиг.2б демонстрирует изображение 13С-лактата,
Фиг.2в демонстрирует изображение 13С-аланина,
Фиг.2г демонстрирует протонное эталонное анатомическое изображение,
Фиг.2д демонстрирует изображение 13С-бикарбоната, и
Фиг.2е демонстрирует 13С-ЯМР спектр пиксела, выбранного из изображения, показанного на Фиг.2д.
Эти чертежи показывают, что нет различий в протонном эталонном изображении до и после ишемического периода. Кроме того, сильно сниженный бикарбонатный сигнал (по сравнению с контролем) и положительный контраст для лактатного сигнала указывают подверженную риску ткань миокарда. Не видно различий между изображениями аланина и пирувата до и после ишемических периодов.
5.6 Заключение
Используя гиперполяризованный 13С-пируват в качестве визуализирующего агента в исследовании методом МР визуализации, можно идентифицировать подверженную риску ткань миокарда.
Claims (13)
1. Способ магнитно-резонансной (МР) визуализации для оценки жизнеспособности ткани миокарда, при котором в качестве визуализирующего агента используют гиперполяризованный 13С-пируват, включающий
(а) получение прямых 13С-МР изображений 13C-пирувата и его 13C-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват,
(б) коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов.
(а) получение прямых 13С-МР изображений 13C-пирувата и его 13C-содержащих метаболитов аланина, лактата и возможно бикарбоната у субъекта, которому предварительно введена композиция, содержащая гиперполяризованный 13С-пируват,
(б) коррелирование 13С сигнала метаболита с 13С сигналом любого другого обнаруженного метаболита для получения контраста на основе разницы интенсивности сигналов двух, предпочтительно трех, наиболее предпочтительно четырех 13С метаболитов.
2. Способ по п.1, дополнительно включающий
(в) идентификацию подверженной риску ткани миокарда на указанных изображениях путем идентификации самого слабого сигнала 13C-бикарбоната и/или самого сильного сигнала 13С-лактата.
(в) идентификацию подверженной риску ткани миокарда на указанных изображениях путем идентификации самого слабого сигнала 13C-бикарбоната и/или самого сильного сигнала 13С-лактата.
3. Способ по п.1, где гиперполяризованный 13C-пируват получают путем гиперполяризации 13С-пировиноградной кислоты и/или 13С-пирувата методом динамической поляризации ядер (ДПЯ).
4. Способ по п.1 где композиция, содержащая 13С-пируват, дополнительно содержит один или более чем один буфер, выбранный из группы, состоящей из (KH2PO4/Na2HPO4), ACES, PIPES, имидазол/HCl, BES, MOPS, HEPES, TES, TRIS, HEPPS и TRICIN.
5. Способ по п.1, где для получения прямых 13C-изображений на стадии (а) используют последовательности визуализации с множественным эхом для частотного кодирования информации.
6. Способ по п.1, где прямые 13С-изображения на стадии (а) получают через менее чем 400 с после введения композиции, содержащей 13C-пируват.
7. Способ по п.1, где для получения анатомической и/или перфузионной информации дополнительно получают одно или более чем одно протонное изображение с использованием или без использования контрастного агента для МРВ, или где дополнительно получают одно или более чем одно 13С-изображение с гиперполяризованным 13С-МР контрастным агентом.
8. Способ по п.7, где для определения относительной перфузии в миокарде дополнительно получают протонные изображения с использованием или без использования контрастного агента для протонной МРВ.
9. Способ по п.7, где для определения количественной перфузии в миокарде дополнительно получают 13C-изображения с использованием неметаболизируемого гиперполяризованного 13С-МР контрастного агента.
10. Способ по п.7, где для определения количественной перфузии в миокарде дополнительно получают 13С-изображения с использованием гиперполяризованного 13C-пирувата.
11. Способ по п.1, где стадия (б) дополнительно включает корректирование лактатного сигнала в отношении количества бикарбоната с получением взвешенного лактата относительно бикарбонатного изображения.
12. Способ по п.11, дополнительно включающий
(в) идентификацию подверженной риску ткани миокарда на указанных изображениях путем идентификации самого слабого сигнала 13С-бикарбоната и/или самого сильного сигнала 13C-лактата.
(в) идентификацию подверженной риску ткани миокарда на указанных изображениях путем идентификации самого слабого сигнала 13С-бикарбоната и/или самого сильного сигнала 13C-лактата.
13. Способ по пп.1-12, где 13С-пируват представляет собой 13С1-пируват.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
NO20045058 | 2004-11-19 | ||
NO20045058 | 2004-11-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007118383A RU2007118383A (ru) | 2008-12-27 |
RU2391047C2 true RU2391047C2 (ru) | 2010-06-10 |
Family
ID=36182402
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007118383/14A RU2391047C2 (ru) | 2004-11-19 | 2005-11-18 | Способ визуализации сердца с использованием гиперполяризованного 13c-пирувата |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8980224B2 (ru) |
EP (1) | EP1824523B1 (ru) |
JP (1) | JP5456256B2 (ru) |
KR (1) | KR101249634B1 (ru) |
CN (1) | CN101102799B (ru) |
AU (1) | AU2005307194B2 (ru) |
BR (1) | BRPI0518302A2 (ru) |
CA (1) | CA2587795C (ru) |
ES (1) | ES2422558T3 (ru) |
MX (1) | MX2007006048A (ru) |
PL (1) | PL1824523T3 (ru) |
RU (1) | RU2391047C2 (ru) |
WO (1) | WO2006054903A2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622983C1 (ru) * | 2016-07-25 | 2017-06-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ интраоперационной визуализации ишемически-реперфузионного повреждения миокарда |
Families Citing this family (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007069909A2 (en) * | 2005-12-16 | 2007-06-21 | Ge Healthcare As | Method to produce hyperpolarised carboxylates of organic amines |
US7202665B1 (en) * | 2006-04-19 | 2007-04-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Magnetic resonance spectroscopy of species with multiple peaks |
US20080177101A1 (en) | 2006-07-11 | 2008-07-24 | Spectra Gases, Inc. | Synthesis of isotopically labeled alpha-keto acids and esters |
WO2008020764A1 (en) * | 2006-08-18 | 2008-02-21 | Ge Healthcare As | 13c-mr imaging or spectroscopy of cell death |
KR20090052859A (ko) * | 2006-08-18 | 2009-05-26 | 지이 헬스케어 에이에스 | 락테이트 및 과분극화 13c-피루베이트를 포함하는 영상화 매질 |
JP5269791B2 (ja) | 2006-08-30 | 2013-08-21 | ジーイー・ヘルスケア・アクスイェ・セルスカプ | 動的核分極(dnp)方法並びに該方法で使用するための化合物及び組成物 |
BRPI0719156A2 (pt) * | 2006-11-21 | 2014-02-04 | Ge Healthcare As | Método de administração de pacientes com câncer, arranjo de dispositivos em um ambiente de varredura por rm, e, algoritmos médicos para pacientes com câncer tendo tumor. |
WO2008086534A1 (en) | 2007-01-11 | 2008-07-17 | Huntington Medical Research Institutes | Imaging agents and methods of use thereof |
US8483798B2 (en) * | 2007-01-15 | 2013-07-09 | General Electric Company | System and method for metabolic MR imaging of a hyperpolarized agent |
US8983570B2 (en) * | 2007-03-27 | 2015-03-17 | Cardiovascular Biotherapeutics, Inc. | Therapeutic angiogenesis for treatment of the spine |
US11224635B2 (en) | 2007-03-27 | 2022-01-18 | Venturis Thereuptics, Inc. | Therapeutic angiogenesis for treatment of the spine and other tissues |
US7470813B2 (en) | 2007-03-30 | 2008-12-30 | Ge Healthcare Limited | Method for the production of pyruvic acid |
JP2010529868A (ja) * | 2007-05-17 | 2010-09-02 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 過分極13c−ピルビン酸塩を含むmr造影剤を用いて腫瘍のグレーディングを行うmr方法 |
GB0713074D0 (en) * | 2007-07-05 | 2007-08-15 | Univ London | A method of hyperpolarising a magnetic resonance agent |
WO2009013350A2 (en) * | 2007-07-26 | 2009-01-29 | Ge Healthcare Uk Limited | Imaging medium comprising hyperpolarised 13 c-lactate and use thereof |
BRPI0816484A2 (pt) * | 2007-09-07 | 2015-03-17 | Ge Healthcare Ltd | Método para determinar atividade de pdh por detecção por rm de 13c, meio de formação de imagem por rm, e, formação de imagem por rm |
EP2072061A1 (en) | 2007-12-19 | 2009-06-24 | GE Healthcare Limited | Composition and method for generating a metabolic profile using 13C-MR detection |
WO2009129265A1 (en) | 2008-04-14 | 2009-10-22 | Huntington Medical Research Institutes | Methods and apparatus for pasadena hyperpolarization |
WO2009133169A1 (en) | 2008-05-02 | 2009-11-05 | General Electric Company | Method of determining alanine transaminase (alt) activity by 13c-mr detection using hyperpolarised 13c-pyruvate |
JP5868311B2 (ja) * | 2009-04-02 | 2016-02-24 | ジーイー・ヘルスケア・リミテッド | 炎症又は感染の検出のための過分極13cピルビン酸塩を含む磁気共鳴造影媒体の使用 |
KR101690821B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2016-12-28 | 지이 헬쓰케어 리미티드 | 과분극화된 13c-프럭토즈를 사용하는 13c-자기 공명 검출 방법 |
EP2343568A1 (en) * | 2009-12-30 | 2011-07-13 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Dynamic nuclear polarization apparatus with sample transport system |
EP2539726B1 (en) * | 2010-02-22 | 2020-05-13 | Koninklijke Philips N.V. | Rf antenna arrangement and method for multi nuclei mr image reconstruction involving parallel mri |
WO2012145733A1 (en) | 2011-04-22 | 2012-10-26 | Vanderbilt University | Para-hydrogen polarizer |
EP2872520B1 (en) * | 2012-07-13 | 2016-09-14 | Bracco Imaging S.p.A | Triarylmethyl radicals |
US9874622B2 (en) | 2013-09-27 | 2018-01-23 | General Electric Company | Hyperpolarized media transport vessel |
KR101516634B1 (ko) * | 2014-07-09 | 2015-05-06 | 연세대학교 산학협력단 | 13c-자기공명분광영상을 이용한 암 환자의 치료 예후를 예측하는 방법 |
CN111971569B (zh) * | 2018-02-19 | 2023-04-25 | 布鲁克法国股份公司 | 多孔基质中的核自旋超极化 |
US11350888B2 (en) * | 2019-09-03 | 2022-06-07 | Siemens Healthcare Gmbh | Risk prediction for sudden cardiac death from image derived cardiac motion and structure features |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5597548A (en) * | 1990-07-18 | 1997-01-28 | Board Of Regents, The University Of Texas System | 13 C Isotopomer analyses in intact tissue using (13 C) homonuclear decoupling |
JP2001513661A (ja) * | 1997-01-08 | 2001-09-04 | ナイコムド イメージング エーエス | 磁気共鳴画像法 |
US6278893B1 (en) | 1998-01-05 | 2001-08-21 | Nycomed Imaging As | Method of magnetic resonance imaging of a sample with ex vivo polarization of an MR imaging agent |
US6958244B2 (en) * | 2002-04-12 | 2005-10-25 | Bruker Biospin Corp. | Low-conductivity buffers for magnetic resonance measurements |
-
2005
- 2005-11-18 US US11/719,585 patent/US8980224B2/en active Active
- 2005-11-18 RU RU2007118383/14A patent/RU2391047C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2005-11-18 EP EP05816233.0A patent/EP1824523B1/en not_active Not-in-force
- 2005-11-18 JP JP2007542954A patent/JP5456256B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-18 BR BRPI0518302-2A patent/BRPI0518302A2/pt not_active Application Discontinuation
- 2005-11-18 CN CN2005800469032A patent/CN101102799B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-18 PL PL05816233T patent/PL1824523T3/pl unknown
- 2005-11-18 WO PCT/NO2005/000434 patent/WO2006054903A2/en active Application Filing
- 2005-11-18 CA CA2587795A patent/CA2587795C/en not_active Expired - Fee Related
- 2005-11-18 KR KR1020077013704A patent/KR101249634B1/ko active IP Right Grant
- 2005-11-18 ES ES05816233T patent/ES2422558T3/es active Active
- 2005-11-18 MX MX2007006048A patent/MX2007006048A/es active IP Right Grant
- 2005-11-18 AU AU2005307194A patent/AU2005307194B2/en not_active Ceased
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
de ROOS A et al. Magnetic resonance techniques for assessment of myocardial viability. J. Cardiovasc. Pharmacol. 1996; 28 Suppl 1, p.37-44. * |
СЕВЕРИН Е.С. Биохимия. - М.: ГЭОТАР-МЭД, 2003, с.291, 340-343. GOULD Р., С-13 MR tracers show potential for functional diagnostics. June 2004 [он-лайн] [Найдено 2009.05.12] найдено из Интернет: http://www.diagnosticimaging.com/molecularimagingoutlook/2004jun/04.jhtm. GOLMAN К. et al. Molecular imaging using hyperpolarized 13C, BRITISH JOURNAL OF RADIOLOGY. BRITISH INSTITUTE OF RADIOLOGY. LONDON. GB, vol. 76, №2, 2003, p.118-1. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622983C1 (ru) * | 2016-07-25 | 2017-06-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова" Министерства здравоохранения Российской Федерации | Способ интраоперационной визуализации ишемически-реперфузионного повреждения миокарда |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101102799A (zh) | 2008-01-09 |
US8980224B2 (en) | 2015-03-17 |
KR20070089171A (ko) | 2007-08-30 |
AU2005307194B2 (en) | 2011-02-10 |
AU2005307194A1 (en) | 2006-05-26 |
EP1824523B1 (en) | 2013-05-01 |
JP5456256B2 (ja) | 2014-03-26 |
MX2007006048A (es) | 2007-07-25 |
BRPI0518302A2 (pt) | 2008-11-11 |
ES2422558T3 (es) | 2013-09-12 |
WO2006054903A3 (en) | 2007-03-15 |
KR101249634B1 (ko) | 2013-04-01 |
US20090162287A1 (en) | 2009-06-25 |
PL1824523T3 (pl) | 2013-12-31 |
JP2008520335A (ja) | 2008-06-19 |
CN101102799B (zh) | 2011-05-04 |
CA2587795A1 (en) | 2006-05-26 |
EP1824523A2 (en) | 2007-08-29 |
RU2007118383A (ru) | 2008-12-27 |
CA2587795C (en) | 2015-01-20 |
WO2006054903A2 (en) | 2006-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2391047C2 (ru) | Способ визуализации сердца с использованием гиперполяризованного 13c-пирувата | |
RU2369406C2 (ru) | Способ визуализации для различения здоровой ткани и опухолевой ткани | |
RU2374252C2 (ru) | Способ получения жидкой композиции, содержащей гиперполяризованный 13c-пируват, композиция, содержащая гиперполяризованный 13c-пируват (варианты), ее применение (варианты), радикал и его применение | |
KR20090052859A (ko) | 락테이트 및 과분극화 13c-피루베이트를 포함하는 영상화 매질 | |
US20110243855A1 (en) | Method and imaging medium for use in the method | |
JP5351172B2 (ja) | Mr造影剤、造影製剤及び該造影製剤を用いた画像検査法 | |
US8968703B2 (en) | 13C-MR detection using hyperpolarised 13C-fructose | |
Lerche et al. | Method of Cardiac Imaging |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201119 |