WO2020139126A1 - Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата - Google Patents

Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата Download PDF

Info

Publication number
WO2020139126A1
WO2020139126A1 PCT/RU2019/000324 RU2019000324W WO2020139126A1 WO 2020139126 A1 WO2020139126 A1 WO 2020139126A1 RU 2019000324 W RU2019000324 W RU 2019000324W WO 2020139126 A1 WO2020139126 A1 WO 2020139126A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
deuterium
deuterated
diagnostic
valine
leucine
Prior art date
Application number
PCT/RU2019/000324
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Валерьевич ЛЕСИВ
Павел Евгеньевич ИВАШКИН
Алексей Викторович КОСЕНКОВ
Владимир Иванович ПОЛЬШАКОВ
Михаил Валентинович КИСИЛЕВСКИЙ
Борис Натанович КОРОЛЬ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Сольвекс" (Ооо "Сольвекс")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Сольвекс" (Ооо "Сольвекс") filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Сольвекс" (Ооо "Сольвекс")
Priority to EP19901524.9A priority Critical patent/EP3903831A4/en
Priority to CN201980093270.2A priority patent/CN113518629B/zh
Priority to US17/419,649 priority patent/US20220072162A1/en
Priority to JP2021538461A priority patent/JP7537765B2/ja
Priority to SG11202107126YA priority patent/SG11202107126YA/en
Publication of WO2020139126A1 publication Critical patent/WO2020139126A1/ru
Priority to IL284431A priority patent/IL284431A/en
Priority to JP2024083731A priority patent/JP2024103550A/ja

Links

Classifications

    • 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
    • A61K49/08—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by the carrier
    • A61K49/10—Organic compounds
    • 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
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00—Antineoplastic agents
    • 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]
    • G01R33/46—NMR spectroscopy
    • G01R33/465—NMR spectroscopy applied to biological material, e.g. in vitro testing
    • 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

Definitions

  • the invention relates to medicine, namely to means for magnetic resonance imaging.
  • Non-invasive diagnosis of diseases including early diagnosis, is a priority in healthcare.
  • One of the informative methods for diagnosing diseases is magnetic resonance imaging (MRI).
  • the main method for increasing the information content of 1 H MRI is the use of contrast agents that change the relaxation time of water protons in their environment [Topics in Current Chemistry, Contrast Agents I, Magnetic Resonance Imaging. Krause, W. (Ed.), Springer, 2002].
  • contrast agents are known for MRI diagnostics, including the commercially available Omniscan ® , Magnevist ® , ProHance ® and Clariscan ® , which are gadolinium complexes, as well as Feridex ® and Resovist ® , which are aqueous suspensions of stabilized magnetic nanoparticles. In addition to increasing the contrast of the images, these substances allow the evaluation of perfusion.
  • An alternative to conducting 1 H MRI with contrast agents is to record the signal of other nuclei, in particular, at different stages of clinical trials, methods using isotopes 31 P, 13 C, 19 F, 23 Na are found.
  • Deuterium ( 2 N) is a natural, non-radioactive isotope of hydrogen, the content of which in biological objects is 0.0156% of the total amount of hydrogen.
  • US5042488 has shown the possibility of detecting a deuterium signal after injection of D2O and 1-deuteroglucose in vivo (in rat liver).
  • US2003021 1036 A1 proposed a method for measuring perfusion in selected tissue sites using isotope-labeled compounds (e.g., D2O) by analogy with paramagnetic contrast agents.
  • US20100322865 A1 describes the use of metabolic precursors of water to evaluate metabolic rate.
  • An example of a metabolic precursor of HOD is 1,2,3,4,5,6,6-deuterated glucose.
  • NMR signals are recorded on deuterium of metabolic water and an aliphatic chain of fatty acids, and there are no NMR signals of deuterated glucose.
  • Valine, leucine and isoleucine belong to the group of branched side chain amino acids (Eng. Branched-chain amino acids, BCAAs). Members of this group have a certain biochemical similarity, since they can penetrate through cell membranes through the same transporters, and the initial stages of their metabolism are catalyzed by the same enzymes (transaminase and decarboxylase of branched chain amino acids).
  • the objective of the invention is to develop a new effective diagnostic product for the diagnosis of diseases by MRI and / or MR spectroscopy and a diagnostic method, including the use of the specified drug.
  • the technical result of this invention is to create a new and effective diagnostic drug that can be used for non-invasive diagnosis of diseases and pathological processes, accompanied by a locally altered (increased or decreased) level of absorption of nutrients by cells, in particular oncological diseases, by magnetic resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei.
  • This technical result is achieved through the development of a diagnostic product that is compatible with the fundamental physical limitations of the nuclear magnetic resonance method (MRI or MR spectroscopy). It is known that the gyromagnetic ratio of the deuterium nucleus is 6.5 times less than that of protium. As a result, the deuterium signal registration sensitivity is about 0.01 (i.e.
  • the duration of imaging in living organisms is limited both by the pharmacokinetics of the diagnostic drug and its practical applicability in clinical practice (the study should not take more than 1-2 hours) and the need for the patient to remain motionless throughout the entire scan time.
  • the intensity of the magnetic resonance signal also depends on the magnetic field strength. Since MRI scanners with a magnetic field strength of not more than 7T are currently approved for clinical use, only such diagnostic preparations that provide sufficient signal intensity at 7T are practically applicable.
  • the deuterated compound in the diagnostic preparation according to the invention must have such a set of physicochemical and biological properties that provides both selective accumulation of deuterium and maintaining its concentration in the tissues under study for a time sufficient to record the signal.
  • concentration of the deuterated compound achieved in the tissue the longer it takes to average the signal and, therefore, the longer the deuterated compound must be present in the tissues, while maintaining a selective distribution.
  • increasing the dose of a diagnostic drug is not a universal solution, since it can accelerate its excretion (in particular, by exceeding the reabsorption capacity of the kidneys), increase the risk of toxicity, decrease the selectivity of accumulation in various tissues, in addition, the dose is limited by solubility.
  • the technical result of the present invention is also the development of a new effective and informative method for diagnosing diseases and pathological processes, accompanied by a locally altered (increased or decreased) level of absorption of nutrients by cells, in particular oncological diseases, by magnetic resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei, including the administration of a diagnostic preparation according to the invention, which is able to accumulate in the analyzed tissues and organs (in particular, in the tumor tissue) in a concentration sufficient to record an informative deuterium tomogram or 2 H-NMR spectrum in vivo.
  • Additional technical results in the implementation of the invention are the ability to obtain information about the level of perfusion at different points in the scan area, information about the structure of the tumor, its borders, about the malignancy or benignity of the tumor.
  • Another additional technical result is the ability to assess the local metabolic rate in the scan area, which, in turn, allows you to assess the level of metabolic activity and / or cell proliferation, tumor growth rate and is an additional parameter that increases the reliability and reliability of the diagnosis.
  • the method according to the invention is also characterized by the fact that it is carried out without the harmful effects of ionizing radiation (typical, for example, for imaging of CT, PET, SPECT), which in turn increases the safety of studies, makes it possible to conduct more frequent repeated studies, in particular, makes the method attractive for pediatrics.
  • the invention is directed to obtaining diagnostic information similar to the method of positron emission tomography or single-photon emission computed tomography (deviation of the level or rate of accumulation of the drug in the pathological tissue from the norm or from the values achieved in the surrounding parts of the same tissue / organ), but with This eliminates the risks associated with the ionizing radiation of radiopharmaceuticals.
  • the production of the deuterated preparations according to the invention is not limited to the synthesis and logistics of small batches of short-lived isotopes.
  • a diagnostic product including a deuterated derivative of a natural amino acid with a branched side chain and / or its pharmaceutically acceptable salt or mixture, for the diagnosis of diseases by magnetic resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei.
  • the first aspect of the invention is a diagnostic preparation comprising at least one compound selected from a branched side chain natural amino acid derivative and / or a branched side chain natural pharmaceutically acceptable salt of a branched side chain deuterated derivative for the diagnosis of diseases or pathological processes using the magnetic method resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei.
  • the diagnostic preparation further includes at least one pharmaceutically acceptable excipient.
  • the pharmaceutically acceptable excipient is a carrier, excipient and / or solvent.
  • a deuterated derivative of a branched side chain natural amino acid and / or a pharmaceutically acceptable salt thereof, along with deuterium atoms bound to carbon atoms contains deuterium atoms partially or completely replacing mobile hydrogen atoms bound to oxygen and / or nitrogen atoms .
  • the diagnostic drug comprises
  • the deuterated derivative of the branched side chain natural amino acid is a deuterated valine or a deuterated leucine or a deuterated isoleucine.
  • the deuterated valine is valine-4, 4, 4-d 3 , valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-b 6 , valine-3,4,4,4 , 4 ', 4', 4'-b 7 , valine-2,4,4,4,4 ', 4', 4'-b 7 , valine-2,3,4,4,4,4 ', 4 ', 4'- 8.
  • the deuterated leucine is leucine-5, 5, 5-d 3 , leucine-5, 5, 5, 5 ', 5', 5CH1 b , leucine-4, 5, 5, 5, 5, 5 ' 5 ', 5'- d 7 , leucine-3, 3,5, 5, 5, 5 ', 5', 5'-d 8 , leucine-3, 3,4, 5, 5, 5, 5 ', 5', 5'- d 9 , leucine-2,5,5,5,5,5 ', 5', 5'-b 7 , leucine-2, 3,3, 5, 5, 5, 5 ', 5', 5'-d9, leucine-2,4,5,5,5,5,5 ', 5', 5'-8, leucine-2,3,3,4,5,5,5,5,5 ', 5', 5'-c11o.
  • the deuterated isoleucine is 2-amino-3- (COz) pentanoic acid, 2-amino-3- (C0 3 ) pentanoic-5,5,5-bZ acid, 2-amino-3- ( cos) pentane-4,4,5,5,5-b5 acid, 2-amino-3- (POPs) pentanoic 2,5,5,5-b-4 acid, 2-amino-3- (C0 3) pentanoic-2,3,5,5,5-b 5 acid, 2-amino-3- ( ⁇ ) pentanoic-3,4,4,5,5,5-b b acid, 2-amino-3- ( C0 3 ) pentanoic - 2,3,4,4,5,5,5,5-d 7 acid, 2-amino-3-methylpentanoic-5,5,5-bz acid.
  • COz 2-amino-3- (COz) pentanoic acid
  • the deuterated derivative is wholly or predominantly represented by a single enantiomer. In some particular embodiments, the deuterated derivative is wholly or predominantly represented by an enantiomer with a 2S configuration.
  • the diagnostic preparation comprises a mixture of at least two different compounds selected from a branched side chain naturally occurring amino acid derivative and / or a branched chain branched chain amino acid derivative of a deuterated derivative thereof.
  • the diagnostic preparation comprises a mixture of at least two compounds selected from valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-b b , valine-2,4, 4, 4, 4 ', 4', 4'-d 7 , leucine-5,5,5,5,5 ', 5', 5'-b 6 , leucine-3, 3-d 2 .
  • the diagnostic preparation may comprise a branched side chain amino acid metabolism inhibitor, in particular a branched side chain amino acid transaminase inhibitor.
  • a branched side chain amino acid metabolism inhibitor in particular a branched side chain amino acid transaminase inhibitor.
  • gabapentin A. Goldlust et al. Epilepsy Res. 1995, 22 (1), 1-11
  • benzimidazoles H. Deng et al. ACS Med. Chem. Lett. 2016, 7 (4), 379 -384, but not limited to them.
  • Another aspect of the invention is a method for diagnosing a disease or pathological process in a subject, comprising the following steps:
  • the diagnosed disease or pathological process is accompanied by a locally altered (increased or decreased) level of absorption of nutrients by cells.
  • the pathological process is an inflammatory process, an infectious process, a process accompanied by active regeneration, a disease associated with ischemia of organs and tissues, a transplant rejection reaction, an autoimmune disease.
  • the disease is an oncological disease.
  • the oncological disease is a solid tumor or tumor metastases, including metastases in the lymph nodes.
  • the presence or absence of the disease is diagnosed based on a comparison of the signal strength of the deuterium nuclei in the test subject with the typical signal intensity observed in healthy subjects in the corresponding tissue or corresponding organ. In some other embodiments, the presence or absence of the disease is diagnosed based on a comparison of the signal strength of deuterium nuclei in areas corresponding to normal and abnormal tissue according to additional medical research. In some embodiments, the presence or absence of the disease is diagnosed based on a combination of the above comparisons.
  • At least one additional medical examination is selected, selected from magnetic resonance imaging on nuclei other than deuterium nuclei, ultrasound, computed tomography, radiography, palpation, biopsy, analysis of biological fluids for tumor markers, radionuclide diagnostics and / or visual observation.
  • additional medical research is carried out before the diagnosis of the disease or pathological process by magnetic resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei, as described above.
  • additional medical research is carried out after the diagnosis of the disease or pathological process by magnetic resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei, as described above.
  • the presence or absence of a disease or pathological process is diagnosed based on a comparison of a deuterium tomogram of a test subject with an image, obtained as a result of magnetic resonance imaging of a subject on protium nuclei.
  • the rate of perfusion at different points in the scan area is inferred from the rate of change in the intensity of the deuterium signal in the deuterium tomogram and / or NMR spectrum (s) after its introduction.
  • Particular embodiments of a method for diagnosing a disease or pathological process in a subject of the invention also include all embodiments of the invention in terms of the diagnostic preparation described above.
  • an administered diagnostic drug comprises
  • the local metabolic rate of natural amino acids with a branched side chain is estimated, which allows for more accurate diagnosis, in particular, to assess the growth rate or malignancy tumors.
  • the branched side chain deuterated natural amino acid derivative is
  • the diagnostic drug is administered orally to a subject. In some other embodiments, the diagnostic drug is administered parenterally.
  • Figure 1 a) a deuterium tomogram (left) and a 2 H spectrum (right) of a sample with valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-b b ; b) a deuterium tomogram (left) and a 2 H spectrum (right) of a sample with leucine-5,5,5,5 ', 5', 5'-s1b.
  • FIG. 1 Tomograms of mouse with breast carcinoma 4T1 after administration of 20 mg of valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-s1b: a) 2 N tomograms obtained at different time points after administration (surface coil is indicated dotted line); b) 2 N tomogram (left), superposition of 2 N and 1 N tomogram (center), 1 N tomogram (right).
  • FIG. 1 Tomograms of a mouse with 4T1 breast carcinoma 40 minutes after administration of 25 mg of leucine-5,5,5,5 ’, 5’, 5’-s1b.
  • Figure 4 Tomograms of a mouse with 4T1 breast carcinoma after administration: a) 30 mg of 1.-alanine-3,3,3-s1z; b) 10 mg of 1_-phenylalanine-p, p, 2,3,4,5,6-s17.
  • subject encompasses all types of mammals, preferably humans.
  • deuterated derivative in this document refers to a compound containing deuterium bound to carbon in an amount exceeding its natural content in at least one position. In particular cases of the embodiment of the invention, the deuterium content in at least one position exceeds 10%, in other particular cases - 90%. By “mixture of at least two different deuterated derivatives” is meant a mixture of compounds containing deuterium in different positions, or containing different amounts of deuterium in the same position.
  • the symbol “d"("D) in this document denotes a hydrogen atom represented by the 2 H isotope in a fraction exceeding its natural content.
  • Branched chain deuterated derivatives of amino acids include valine-4, 4, 4-D 3 , valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-Ob, valine-3,4,4,4,4 ' , 4 ', 4'-07, valine-
  • voxel in this document refers to the minimum volume element of the scanning area, which corresponds to a certain value of the signal strength of deuterium or a specific local spectrum.
  • any two positions in the structure of a branched side chain natural amino acid denoted by different symbols in the following figure, are considered to be “structurally nonequivalent”.
  • any positions in the structure of one amino acid with a branched side chain with respect to any positions in the structure of another amino acid with a branched side chain are considered structurally nonequivalent.
  • structurally inequivalent are: a) positions 4 and 4 'in L-valine - 4,4,4,4', 4 ', 4'-b b ; b) position 4 in 1_-valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-b b and position 3 in the L-valine-3,4,4,4,4 ', 4', 4 '-d7; c) position 4 in 1_-valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-b b and position 4 in leucine - 4,5, 5, 5,5 ', 5', 5'-d7 .
  • salts refers to those salts which are suitable for use in contact with human and animal tissues without undue toxicity, irritation, allergic reaction, etc., and correspond to a reasonable ratio of benefit and risk.
  • Pharmaceutically acceptable salts of amines, carboxylic acids, phosphonates and other types of compounds are well known in medicine. Salts can be prepared in situ during the isolation or purification of the compounds of the invention, and can also be prepared separately by reacting the free acid or free base of the compound of the invention with a suitable base or acid, respectively.
  • An example of pharmaceutically acceptable, non-toxic acid salts is the amino group formed by inorganic acids, such as hydrochloric, phosphoric, or organic acids, such as acetic, oxalic, maleic, fumaric, tartaric, succinic, ascorbic, citric, butyric, lactic, gluconic acids , or obtained by other methods used in this field, for example, by ion exchange.
  • Typical salts alkali and alkaline earth metals contain sodium, potassium, calcium, magnesium and others.
  • pharmaceutically acceptable salts may contain, if desired, non-toxic cations of ammonium, quaternary ammonium and amine obtained using counterions such as halides, hydroxides, carboxylates, sulfates, phosphates, and others.
  • the diagnostic preparation of the invention may include one or more pharmaceutically acceptable excipients suitable for the particular dosage form, in particular any carriers, solvents and / or excipients, such as can be administered to the patient along with the compound of the invention , and which do not destroy this compound, and are non-toxic when administered.
  • pharmaceutically acceptable excipients include sodium chloride, glucose, sweeteners, food flavorings, coloring agents, and others.
  • the successful implementation of a disease diagnosis using 2 H MRI or MR spectroscopy is based on the ability of a particular deuterated compound to selectively accumulate in various tissues and at the same time create a signal with an intensity sufficient from the point of view of fundamental physical limitations of nuclear magnetic resonance methods (gyromagnetic ratio, nuclear relaxation parameters deuterium).
  • the intensity of the deuterium signal in this case: a) is proportional to the concentration of deuterium reached in the tissue (depends on the dose, the kinetics of membrane transport, the concentration ability of the tissue),
  • time taken is limited by the rate of excretion and / or metabolism of the deuterated compound, as well as the need for the patient to remain motionless throughout the scan
  • c) depends on the relaxation time Ti (determines the maximum averaging rate and, therefore, the intensity of the total signal received per unit time; for different compounds it differs several times: see Biological Magnetic Resonance, Volume 1 1, In Vivo Spectroscopy. Kirk LJ, Reuben, J. (Eds.), Springer, 1992).
  • Each chemical compound has unique pharmacokinetic parameters (in particular, the concentration of the compound and the rate of its change in the blood, various organs and tissues).
  • the pharmacokinetics in an unobvious manner depends on the dose used (in particular, an excess of the reabsorption capacity of the kidneys with respect to a particular compound can lead to its accelerated excretion). In this case, the dose is limited by the toxicity and solubility of this compound.
  • Dose valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-O b of this invention more than 100 times the maximum dose studied 1 - 14 C-valine.
  • the efficiency of accumulation in the test tissue depends on the ratio of the intracellular and extracellular concentration of amino acids in animal or human cells. As is known in the art, this ratio depends on extracellular concentration. So, in the case of 2-aminoisobutyric acid and mouse thymus cells, this ratio drops from 100: 1 to 1: 1 with an increase in extracellular concentration from 10 6 to> 10 2 mmol / L [Helmreich, E., Kipnis, DM 1962, 237 , 8, 2582-2589].
  • the observed signal deuterium methyl groups in a diagnostic preparation according to the invention comprises isobutane acid signal (the product of decarboxylation, invisible in case 1 - 14 C-valine) and simultaneously does not contain proteins contribution (relaxation parameters proteins are not compatible to obtain images in 2 N MRI).
  • the diagnostic drug according to the invention, and 1 - 14 C-Valine provide information on the distribution in the body of various sets of compounds.
  • valina- residues within proteins do not contribute to signal 2 H when implementing the method according to the invention, a diagnostic preparation based valine-de allows selectively visualize free valine and its metabolites are low molecular weight proteins without admixture signal.
  • Radioactively labeled leucine derivatives were used previously to assess the rate of protein synthesis (e.g., 1- 11 C-leucine: PJ Hellyer et al Neuroimage, 2017. 155, 209-216).
  • the relaxation times of leucine in MRI change dramatically when proteins are included in the synthesis process, which allows you to selectively track the signal of free leucine and its low molecular weight metabolites (impossible in the case of methods based on a radioactive label).
  • a distinctive feature of the deuterated derivatives of naturally occurring branched-chain amino acids is the ability to observe several deuterium signals at once in MRI or MR spectroscopy using a derivative or a mixture of derivatives containing (their) deuterium atoms in several structurally nonequivalent positions at once, for example, valine-2,4 4, 4,4 ', 4', 4'-d7. It should be noted that in the process of stepwise metabolism of amino acids with a branched side chain, structurally nonequivalent positions sequentially change the chemical shift of the corresponding deuterium atoms, as well as selectively acquire the ability to exchange deuterium for water protium.
  • this allows, in addition to the level of accumulation of the deuterated derivative, to obtain information on the local metabolism of branched-chain amino acids based on the difference in signal intensity of the deuterium of the drug.
  • the ratio of the NMR signal intensities of the deuterium atoms at the a-position and at different positions of the branched side chain amino acid (s) side chain in this case reflects the differences in the studied region voxels of the scanning region in the transamination rate (shown in Table 1) and subsequent amino acid (s) catabolism with branched side chain.
  • branched-chain amino acids The catabolism of branched-chain amino acids occurs in stages: first, the a-position is oxidized (in this case, the deuterium atom in the a-position is lost in the deuterated derivative), then the corresponding keto acid decarboxylates, and then the process of stepwise oxidation of the fragment corresponding to the positions 3-4 of valine and 3-5 leucine or isoleucine (in this case, deuterium atoms in the corresponding positions are lost in the deuterated derivative).
  • Branched chain amino acids are known to be used by cells for protein synthesis and also serve as an important source of energy.
  • an increased local metabolic rate of branched-side amino acids may indicate a locally increased proliferation rate, in particular, growth or malignancy of the tumor or its individual parts.
  • the use of such additional diagnostic information on the metabolism of branched-side amino acids makes the diagnostic method according to the invention more reliable.
  • the ratio of the intensities of the NMR signals of deuterium atoms in different positions of the deuterated derivatives of amino acids with branched side chain can be measured both once per scan, and several times.
  • the mass ratio of two different deuterated derivatives of branched side chain amino acids that are part of the same diagnostic product may be from 1: 1 to 1: 10, but are not limited to.
  • deuterium tomography or spectroscopy involves the introduction of doses several times higher than physiological, and different organs and tissues are characterized by different kinetics of accumulation and capacity for different amino acids, it is not possible to predict the presence of selective accumulation of a specific amino acid without conducting a direct experiment.
  • deuterated component branched chain amino acid derivative
  • An important property of the deuterated component (branched chain amino acid derivative) of the diagnostic preparation of the invention is its sufficient resistance to metabolic metabolism of deuterium to protium in vivo.
  • Such an exchange lowers the concentration of the deuterium label, while increasing the background signal of heavy water (DOH), which is evenly distributed throughout the body due to rapid diffusion. This process leads to a decrease in the contrast of the image, and also prevents the quantitative assessment of the concentration of the deuterated component by comparing it with the signal intensity of natural DOH.
  • DOH background signal of heavy water
  • the effectiveness of the diagnostic drug is also determined by a sufficient number of deuterium atoms in the structure of the deuterated derivative.
  • a diagnostic preparation comprising a deuterated derivative of a naturally occurring branched side chain amino acid containing one or more SEZ groups is a preferred embodiment of the present invention. The presence of such groups allows diagnosis using lower doses of the diagnostic drug, which minimizes side effects.
  • the method according to the invention allows to diagnose, in particular, the presence or absence of an oncological disease, accompanied by the formation of solid tumors (both primary and metastatic) and / or metastases in the lymph nodes.
  • Cancers diagnosed by deuterated diagnostic drugs include: breast cancer, lung cancer, prostate cancer, melanoma, brain cancer (including metastases of tumors of other origin), kidney cancer, colon cancer, pancreatic cancer, cancer ovaries, uterine cancer, non-Hodgkin's lymphoma, liver cancer, sarcoma, but are not limited to.
  • the method according to the invention can be used in the diagnosis of other diseases characterized by high metabolic activity or cell proliferation: for example, in rejection of transplanted organs and cells, in case of autoimmune, inflammatory or infectious diseases, in case of liver damage accompanied by active regeneration. It is also possible to diagnose diseases developing as a result of impaired blood supply (ischemia) of various organs, for example, the heart, brain, and kidneys. Disruption of blood supply leads to a decrease in the rate of absorption and the achieved level of accumulation of amino acids in these organs, including branched chain amino acids, observed using 2 N MRI or MR spectroscopy.
  • ischemia impaired blood supply
  • disruption of blood supply leads to a decrease in the rate of absorption and the achieved level of accumulation of amino acids in these organs, including branched chain amino acids, observed using 2 N MRI or MR spectroscopy.
  • the method according to the invention is based on the use of a deuterated diagnostic preparation and registration of tomograms and / or NMR spectra at the frequency of deuterium.
  • the authors are not aware of the use of branched side chain deuterated natural amino acids for the MPT diagnosis of diseases.
  • the diagnostic method according to the invention provides data on the rate of membrane transport and the level of accumulation of branched side chain amino acids in cells that are characteristic of PET or SPECT, and not available in traditional methods of embodiment 1 H MRI.
  • the method according to the invention allows to obtain more accurate diagnostic information.
  • the method according to the invention allows the metabolic activity of the test tissue to be evaluated, and, as a result, to conclude that the tumor is malignant or benign, to evaluate its aggressiveness.
  • the signal of the diagnostic preparation according to the invention can be observed for at least 3 hours (see figure 2).
  • the rate of change of signal intensity in a cancerous tumor and various internal organs (pancreas, liver, kidneys) during repeated scanning for up to 3 hours reflects the level of perfusion and metabolic activity of these tissues and organs, which can be used in making a more accurate diagnosis based on deuterium tomography and / or MR spectroscopy.
  • the embodiment of the invention according to the spatial distribution of the signal of the deuterium of the diagnostic drug concludes the spatial structure of the tumor.
  • the embodiment of the invention according to the intensity of the deuterium signal in the area with a high content of the diagnostic drug, concludes the degree of malignancy / aggressiveness of the tumor.
  • Malignant tumors are characterized by a more active metabolism and increased activity of membrane transport. Therefore, in tumors with a higher degree of malignancy, the signal strength of deuterium will be higher.
  • perfusion in the study area is assessed by the rate of change in the signal intensity of the deuterium of the diagnostic drug.
  • the rate of change of the deuterium signal over time is higher.
  • the diagnostic preparation of the invention is administered in an amount effective for diagnosis.
  • An effective amount in this case means such an amount of a compound (a deuterated derivative of a natural amino acid with a branched side chain and / or its pharmaceutically acceptable salt), administered or delivered to the patient, in which the desired effect is most likely to occur - the possibility of implementing the diagnostic method according to the invention by the method of magnetically resonance imaging and / or magnetic resonance spectroscopy on deuterium nuclei.
  • the amount of a deuterated derivative of a branched side chain natural amino acid and / or its pharmaceutically acceptable salt cannot be ultra-small and is used in doses of more than 10 mg / kg, for example 0.1 -1, 5 g / kg.
  • doses of drugs for mammals of different species usually not weight is used, but the surface area of the body, which non-linearly depends on weight.
  • the exact amount required can vary from subject to subject, depending on the type of mammal, age, body weight and general condition of the patient, the severity of the disease, the method of administration of the drug.
  • the half-life of one and the same compound can differ in different animal species (usually the half-life is longer in animals of larger species), and therefore the optimal time between drug administration and scanning can differ significantly for different mammals.
  • the optimal time between drug administration and scanning depends on the nature of the disease and the investigated area of the subject's body.
  • the registration of the deuterium signal can be carried out, inter alia, until the end of the introduction of the diagnostic drug and can continue or be repeated while the deuterium signal is present in the scan area.
  • the diagnostic preparation according to the invention can be introduced into the patient’s body by any route of administration effective for diagnosis, for example, it can be administered orally, parenterally, topically, etc.
  • the diagnostic process includes an MRI scan and is performed as follows:
  • MRI is performed on protium nuclei ( 1 N). Registration of 1 N MRI allows, firstly, anatomical binding of the deuterium signal, and secondly, to identify areas with suspected pathology, in particular, malignant neoplasms (in other embodiments of the invention, the determination of the area of 2 N MRI can be carried out in other ways, in particular, through ultrasound, computed tomography, radiography, palpation, biopsy, analysis of biological fluids for tumor markers, radionuclide diagnostics and / or visual observation);
  • the obtained deuterium tomograms are analyzed in order to find areas with abnormally high or low intensity and, therefore, corresponding to the selective accumulation of a diagnostic drug.
  • the diagnostic process includes MR spectroscopy on deuterium nuclei and is carried out as follows: a) 1 H MPT is performed, as a result of which areas of suspected pathology are identified, in particular a malignant neoplasm (in other embodiments of the invention, the determination of the area of 2 H MRI can be carried out in other ways, in particular, by means of ultrasound examination, computed tomography, radiography, palpation, biopsy, analysis of biological fluids for tumor markers, radionuclide diagnostics and / or visual observation);
  • the spectrum of deuterium is recorded (in particular, using local spectroscopy methods); optionally, spectrum is recorded in neighboring voxels to compare signal intensity;
  • the signal intensity in voxels corresponding to an area with a suspected pathology is compared, in particular, with: (i) typical values for a given organ or tissue (which must be determined previously in healthy subjects) and / or (ii) the intensity in neighboring voxels corresponding to the same organ or tissue and free from abnormalities according to 1 H MRI.
  • Increased or reduced signal intensity allows us to talk about the selective accumulation of a diagnostic drug and, as a consequence, the presence of pathology, in particular, malignant neoplasms.
  • steps “a), b), c)” in both of the above embodiments of the invention may be changed to “b), a), c)” or “b), c), a)”. It is also possible parallel registration of signals 1 N and 2 N (ie, the simultaneous implementation of steps “a)” and “c)”).
  • individual voxels are selected that lie both within and outside the suspicious region (in particular, a series of neighboring voxels lying on the same line crossing the border of the suspicious region can be selected). Registration of the integral 2 N signal or local 2 H spectra in the selected voxels with subsequent comparison of their intensity makes it possible to quickly and more sensitively detect the accumulation regions of the diagnostic drug.
  • MRI images and MR spectra can be obtained on any magnetic resonance imager equipped with equipment for recording the deuterium signal.
  • a distinctive feature of the deuterated derivatives of natural branched chain amino acids is that these amino acids are natural nutrients and components of the human and animal body. This makes them safer when used as a diagnostic drug compared to unnatural amino acids. Studies conducted by the inventors indicate good tolerance of the diagnostic drug by animals, the absence of visible side effects when used in the indicated doses. Branched chain amino acids are known to be safe to administer in large doses (LDso> 5 g / kg).
  • the diagnostic preparation may comprise a branched side chain amino acid metabolism inhibitor, in particular a branched-chain amino acid transaminase inhibitor (BCAT); an example of an inhibitor: Hu, LY et al. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006, 16, 9, 2337-2340).
  • BCAT branched-chain amino acid transaminase inhibitor
  • Inhibition of the metabolism of branched-chain amino acids allows for a longer tomographic study and / or lower the dose of the diagnostic drug and / or increase the sensitivity and, as a consequence, the reliability of the diagnostic method according to the invention.
  • the use of a branched side chain amino acid transaminase selective inhibitor of individual isoforms of a diagnostic preparation can be used to visualize the activity of individual isoforms in different parts of the scan area.
  • the method according to the invention is carried out without the harmful effects of ionizing radiation (characteristic, for example, for CT, PET, SPECT), which in turn increases the safety of studies, makes it possible to conduct more frequent repeated studies, in particular, makes the method attractive for pediatrics.
  • ionizing radiation characteristic, for example, for CT, PET, SPECT
  • the diagnostic method according to the invention can be used, in particular, for early diagnosis of malignant tumors of various localization, metastatic lesions, assessment of the tumor response to treatment and conclusions on the effectiveness of the therapy, to clarify the diagnosis based on the results of 1 N MRI and / or other diagnostic methods .
  • the method according to the invention extends the existing capabilities of non-invasive diagnostics, including, allows for the effective diagnosis of cancer.
  • the pharmaceutically acceptable salts of the branched side chain amino acid derivatives of the deuterated derivatives possess all the properties necessary for their use in the diagnostic preparation of the invention.
  • the examples given in this document illustrate the principle of action of the developed method, and do not limit the range of doses used, as well as the time interval between administration of a diagnostic drug and registration of a deuterium signal, because depending on the disease being diagnosed and the nature of the subject (human or laboratory animal), the necessary doses and the time required for the accumulation of the drug may vary.
  • the half-life of one and the same compound may differ in different animal species, and that when switching from one animal species to another or to a human, the doses, as a rule, scale proportionally to the surface area of the body, and not to the mass body.
  • Registration of a deuterium signal can be carried out, inter alia, until the end of the introduction of the diagnostic drug.
  • the parameters for recording spectra and tomograms, including the signal accumulation time are part of specific embodiments of the invention and may vary depending on the equipment used and specific diagnostic tasks.
  • Valin-4,4,4,4,4 ', 4', 4'-Ob was synthesized from the nickel (H) (S) -BPB-Ni-Gly complex described in the literature (YN Belokon et al., Tetrahedron: Asymmetry 1998, 9, 4249-4252) according to the presented scheme:
  • Valine-de was purified by ion exchange chromatography. For this, an aqueous solution was applied to the KU-2 ion-exchange resin in the H + form (13x3 cm). First, the resin column was washed with water (300 ml), then valine-de was washed from the column with 5% ammonia solution (200 ml). The resulting solution was evaporated to dryness, the product was recrystallized in a mixture of water and ethanol. Valine-de was isolated as a white powder (1, 37 g, 62%).
  • valine-b b / b 7 was washed from the column with 5% ammonia solution (200 ml).
  • Valine-b b / b 7 was purified from impurities glycine by liquid chromatography on silica gel (eluent: dichloromethane-methanol-water). Yield: 172 mg (35%).
  • Form ds is the product of incomplete deuteration of methyl groups. Taking into account the contribution of the 13 C isotope and the equal degree of deuteration of the a-position, regardless of the degree deuteration of methyl groups, the total molar fraction of a-deuterated forms of valine in the final product is 49%.
  • the reaction mixture is heated at 50-60 ° C for 2 hours. Then the reaction mixture is cooled to room temperature and dry and finely ground paraform (5.22 g, 0.17 mol; pre-dried under phosphoric acid) is added in portions without air. anhydride for two days). The reaction mixture was stirred at 50 ° C. for 3 hours and then overnight at room temperature. The solvent was evaporated to dryness on a rotary evaporator. The dry residue is dissolved in 75 ml of dichloromethane and slowly acidified with a solution of 20% sulfuric acid to a slightly acidic medium. The organic layer was separated, and the aqueous was extracted 3 times with 25 ml of dichloromethane.
  • the pulse sequence FLASH (Fast low angle shot) was used.
  • Example 1 Registration of a deuterium tomogram and 2 H NMR spectrum of a sample containing a dilute solution of deuterated valine.
  • Figure 1 a shows a deuterium tomogram (left) and a 2 H spectrum (right) of a sample with valine-4,4,4,4 ', 4', 4'-bb.
  • the figure 16 shows the deuterium tomogram (left) and the 2 N spectrum (right) of the sample with leucine-5,5,5,5 ', 5', 5'-b b .
  • Example 2 The use of deuterium tomography to visualize carcinoma of the mammary gland of mouse 4T1 in vivo using a diagnostic product containing valine-4,4,4,4 ’, 4’, 4’- b-
  • mice were inoculated with 4T1 mammary carcinoma of the breast (injection of 5x10 ® cells / 60 ⁇ l under the left front paw 12 days before the experiment).
  • An animal weighing 20 g was injected intraperitoneally with a solution of 20 mg of valine-de in 0.5 ml of water. 10 minutes after administration, the animal was immobilized with isoflurane, placed on a heated bed in tomograph.
  • the surface receiving 2 N coil was located above the front of the animal's body from the dorsal side, as indicated by a dotted line in Figure 2.
  • Figure 2 shows that over time, the deuterated derivative of valine accumulates in the tumor tissue, and the maximum signal intensity of deuterium is observed about 90 minutes after drug administration. As can be seen from the data presented, the deuterium signal is stored for several tens of minutes, so valine-de has favorable pharmacokinetics for practical use in 2 N MRI and MR spectroscopy.
  • a diagnostic preparation based on a deuterated derivative of valine can be used for non-invasive diagnosis of diseases, including oncological, using 2 N MRI and / or MR spectroscopy.
  • Example 3 The use of deuterium tomography to visualize 4T1 mouse breast carcinoma in vivo using a diagnostic preparation containing leucine-de.
  • mice were performed on Balb / c mice inoculated with 4T1 mammary carcinoma of the breast (injection of 5x10 5 cells / 60 ⁇ l under the left front paw 12 days before the experiment).
  • An animal weighing 20 g was injected intraperitoneally with a solution of 25 mg of leucine-5,5,5,5,5 ', 5', 5CH1b in 0.8 ml of water.
  • 10 minutes after administration the animal was immobilized with isoflurane, placed on a heated bed in a tomograph.
  • the surface receiving 2 N coil was located above the front of the animal's body from the dorsal side.
  • the figure 3 presents the image obtained after 40 minutes after administration of the drug.
  • a diagnostic preparation based on a deuterated leucine derivative can be used for non-invasive diagnosis of diseases, including oncological ones, using 2 N MRI and / or MR spectroscopy.
  • Example 4 The use of deuterium tomography to visualize 4T1 mouse breast carcinoma in vivo using a diagnostic preparation containing L-alanine-3, 3,3-d 3 and L-phenylalanine-p,, 2,3,4,5,6 -d 7 .
  • mice were inoculated with 4T1 mammary carcinoma of the breast (5x10 5 cells / 60 ⁇ l injection under the left front paw 12 days before the experiment).
  • the animal was immobilized with isoflurane, placed on a heated bed in a tomograph.
  • the surface receiving 2 N coil was located above the front of the animal's body from the dorsal side, as indicated by a dotted line in figure 4.
  • Figure 4 shows that the deuterated derivatives of alanine and phenylalanine do not accumulate in the tumor tissue and do not show selectivity of accumulation in various organs.
  • Example 5 Determination of the content of valine-4,4,4,4,4 ', 4', 4 '- ⁇ ] b in the tissues of mice with carcinoma of the mammary gland 4T1 after administration of the diagnostic drug in a dose compatible with deuterium tomography.
  • mice were inoculated with 4T1 mammary carcinoma of the breast (injection of 5x10 * cells / 60 ⁇ l under the left front paw 12 days before the experiment).
  • An animal weighing 20 g was injected intraperitoneally with a solution of 20 mg L-valine-b b (S-valine-b b ) in 0.5 ml of water.
  • S-valine-b b 20 mg L-valine-b b
  • the animal was kept in a separate cage with access to food and water.
  • the animal was killed by the dislocation of the cervical vertebrae. Samples of organs and tissues of the animal were quickly removed and frozen in liquid nitrogen. Frozen samples were ground in a porcelain mortar while cooling with liquid nitrogen.
  • the data in Table 1 indicate the selective accumulation of l.-valine -de in various tissues of the animal in a concentration range suitable for use in 2 N MRI or MR spectroscopy.
  • Example 6 The study of the distribution and metabolism of a mixture of deuterated derivatives of valine in the tissues of mice with breast carcinoma 4T1 after administration of a diagnostic drug in a dose compatible with deuterium tomography.
  • mice inoculated with 4T1 breast carcinoma (injection of 5x10 * cells / 60 ⁇ l under the left front paw 12 days before the experiment).
  • An animal weighing 20 g was injected intraperitoneally with a solution of 20 mg of valine partially deuterated at the a-position in 0.5 ml of water. After administration, the animal was kept in a separate cage with access to water. 60 minutes after the introduction of the animal was killed by the dislocation of the cervical vertebrae. Samples of organs and tissues of the animal were quickly removed and frozen in liquid nitrogen. Frozen samples were ground in a porcelain mortar while cooling with liquid nitrogen.
  • a weighed portion (about 50 mg) of the powder thus obtained was quickly added to 0.4% hydrochloric acid (1.0 ml) heated to 98 ° ⁇ .
  • the resulting suspension was kept at 98 ° C for 15 min with periodic shaking, then centrifuged.
  • the solution was diluted with 3 volumes of acetonitrile, after 15 minutes, centrifuged, diluted with 9 volumes of water, centrifuged again.
  • the ratio of isotopomers d 5 , de and d7 of valine was determined by LC-MS / MS.
  • the total molar fraction of a-deuterated valine is: in the tumor - 12%, in the brain - 5%, in the blood - 12%, in the kidneys - 17%, in the spleen - 13%, in the liver, skeletal muscle and adipose tissue - 11% .
  • Differences in the loss of deuterium from the a-position in different tissues indicate a difference in the ratio of membrane transport and transamination rates, which can serve as additional information used in assessing the metabolic status of various parts of the subject's tissues and the conclusion about the presence or absence of pathology.
  • This result indicates the possibility of using a diagnostic preparation containing a mixture of various deuterated derivatives of valine or a derivative of valine with deuterium in several non-equivalent positions.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
  • Medical Treatment And Welfare Office Work (AREA)

Abstract

Изобретение относится к средствам для магнитно-резонансной диагностики онкологических заболеваний и других заболеваний, сопровождающихся локально измененным уровнем поглощения клетками питательных веществ. Изобретение представляет собой диагностический препарат, содержащий, по меньшей мере, одно дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, а также способ диагностики, основанный на использовании данного диагностического препарата. Способ по изобретению включает проведение магнитно-резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия после введения диагностического препарата спустя время, достаточное для накопления диагностического препарата в исследуемой области тела субъекта. Предложенный способ позволяет с высокой информативностью осуществлять диагностику онкологических заболеваний и других заболеваний, сопровождающихся локально измененным уровнем поглощения клетками питательных веществ.

Description

Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата
Область техники
Изобретение относится к медицине, а именно к средствам для магнитно- резонансной томографии.
Уровень техники
Неинвазивная диагностика заболеваний, в том числе ранняя диагностика, является приоритетным направлением в здравоохранении. Одним из информативных методов диагностики заболеваний является магнитно-резонансная томография (МРТ).
Большинство разновидностей МРТ, применяемых в клинической практике, основано на регистрации сигнала магнитного резонанса протонов (ядер 1Н), входящих в состав воды в организме человека. 1Н МРТ обеспечивает высокую степень анатомической детализации. В то же время, из клинической практики известно, что МРТ не всегда дает однозначную информацию о природе заболевания. В частности, в онкологии достоверное различение злокачественных новообразований и неопасных доброкачественных образований, очагов воспаления и т.п. остается нерешенной задачей [см., например: Baltzer, Р.А.Т. et al. Am. J. Roentenology, 2010, 194, 1658-1663; Shahid, H. et al. Appl. Radiol. 2016, 45, 7-13.]. В связи с этим также затруднена ранняя диагностика онкологических заболеваний, так как высок риск ложноположительного результата.
Основной метод повышения информативности 1Н МРТ - использование контрастных агентов, изменяющих время релаксации протонов воды в своем окружении [Topics in Current Chemistry, Contrast Agents I, Magnetic Resonance Imaging. Krause, W. (Ed.), Springer, 2002]. Известен широкий круг контрастных препаратов, использующихся в МРТ диагностике, включая коммерчески доступные Omniscan®, Magnevist®, ProHance® и Clariscan®, представляющие собой комплексы гадолиния, а также Feridex® и Resovist®, представляющие собой водные суспензии стабилизированных магнитных наночастиц. Помимо повышения контраста изображений эти вещества позволяют оценивать перфузию.
Альтернативой проведения 1Н МРТ с контрастными агентами является регистрация сигнала других ядер, в частности, на разных стадиях клинических испытаний находятся методы, использующие изотопы 31Р, 13С, 19F, 23Na.
Дейтерий (2Н) - это природный, нерадиоактивный изотоп водорода, содержание которого в биологических объектах составляет 0,0156% от общего количества водорода.
В документе US5042488 была показана возможность регистрации сигнала дейтерия после инъекции D2O и 1-дейтероглюкозы in vivo (в печени крысы). В документе US2003021 1036 А1 был предложен способ измерения перфузии в выбранных участках тканей с помощью изотопно-меченых соединений (например, D2O) по аналогии с парамагнитными контрастными агентами.
В документе US20100322865 А1 описывается применение метаболических прекурсоров воды для оценки скорости метаболизма. В качестве примера метаболического предшественника HOD приводится 1 ,2,3,4,5,6,6-дейтерированная глюкоза. В рамках описанного изобретения осуществляется регистрация только ЯМР сигналов на дейтерии метаболической воды и алифатической цепи жирных кислот, и отсутствуют ЯМР сигналы дейтерированной глюкозы.
Из работы [Washburn et al., Nucl. Med. 1978, 19, 77-83] известно, что рацемический 1 -14С-валин, а также 1 -1 1С-валин накапливаются преимущественно в поджелудочной железе животных. В то же время, из уровня техники не известно какое- либо применение изотопно-меченых производных валина для неинвазивной диагностики заболеваний.
14С-Лейцин широко используется в биохимических научных исследованиях в качестве индикатора скорости синтеза белков (лейцин включается в состав всех белков, синтезируемых в данной ткани). Такое применение, как правило, требует инвазивного забора образцов исследуемых тканей.
Валин, лейцин и изолейцин относятся к группе аминокислот с разветвленной боковой цепью (англ. Branched-chain amino acids, ВСАА). Члены данной группы обладают определенным биохимическим сходством, поскольку могут проникать через клеточные мембраны через одни и те же транспортеры, а начальные стадии их метаболизма катализируются одними и теми же ферментами (трансаминазой и декарбоксилазой аминокислот с разветвленной боковой цепью).
Несмотря на широкое клиническое применение технологии 1Н МРТ, сохраняется потребность в разработке новых более эффективных методов МРТ-диагностики.
Раскрытие изобретения
Задачей данного изобретения является разработка нового эффективного диагностического препарата для диагностики заболеваний посредством МРТ и/или МР-спектроскопии и способа диагностики, включающего использование указанного препарата.
Технический результат данного изобретения заключается в создании нового и эффективного диагностического препарата, который может использоваться для неинвазивной диагностики заболеваний и патологических процессов, сопровождающихся локально измененным (повышенным или пониженным) уровнем поглощения клетками питательных веществ, в частности, онкологических заболеваний, методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно- резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия . Данный технический результат достигается за счет разработки диагностического препарата, совместимого с фундаментальными физическими ограничениями метода ядерного магнитного резонанса (МРТ или МР-спектроскопии). Известно, что гиромагнитное отношение ядра дейтерия в 6,5 раз меньше, чем протия. Как следствие, чувствительность регистрации сигнала дейтерия составляет примерно 0,01 (т.е. 1 %) от чувствительности регистрации сигнала протия [Biological Magnetic Resonance, Volume 1 1 , In Vivo Spectroscopy. Berliner L.J., Reuben, J. (Eds.), Springer, 1992]. Регистрация слабого сигнала может быть осуществлена путем усреднения сигнала нескольких идентичных сканирований. Однако такое усреднение требует увеличения времени съемки, причем отношение сигнал/шум растет нелинейно (пропорционально Vn, где п - число сканирований; например, если съемка занимает 10 минут, и при этом отношение сигнал/шум должно быть увеличено в 10 раз, потребуется увеличение времени съемки в 100 раз, т.е. до 16 часов). При этом продолжительность съемки в живых организмах ограничена как фармакокинетикой диагностического препарата, так и практической применимостью в клинической практике (исследование не должно занимать более 1 -2 часов) и необходимостью для пациента сохранять неподвижность в течение всего времени сканирования. Интенсивность сигнала магнитного резонанса также зависит от напряженности магнитного поля. Поскольку в настоящее время одобрены к клиническому применению МР-томографы с напряженностью магнитного поля не более 7Т, практически применимы только такие диагностические препараты, которые обеспечивают достаточную интенсивность сигнала при 7Т.
Таким образом, дейтерированное соединение в диагностическом препарате по изобретению должно обладать таким набором физико-химических и биологических свойств, который обеспечивает как селективное накопление дейтерия, так и поддержание его концентрации в исследуемых тканях в течение времени, достаточного для регистрации сигнала. Чем ниже достигаемая в ткани концентрация дейтерированного соединения, тем дольше необходимо усреднять сигнал и, следовательно, тем дольше дейтерированное соединение должно присутствовать в тканях, сохраняя селективное распределение. С другой стороны, увеличение дозы диагностического препарата не является универсальным решением, поскольку при этом может ускоряться его выведение (в частности, за счет превышения реабсорбционной способности почек), увеличивается риск токсичности, снижается селективность накопления в различных тканях, кроме того, доза ограничивается растворимостью.
Для большинства химических соединений, включая аминокислоты, отсутствуют данные о максимально достижимых нетоксичных концентрациях в тканях при патологии. Вследствие этого, разработка диагностического препарата, отвечающего вышеизложенным критериям, требует экспериментального подтверждения его применимости в 2Н МРТ и/или МР-спектроскопии in vivo.
Техническим результатом настоящего изобретения также является разработка нового эффективного и информативного способа диагностики заболеваний и патологических процессов, сопровождающихся локально измененным (повышенным или пониженным) уровнем поглощения клетками питательных веществ, в частности, онкологических заболеваний, методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия, включающего введение диагностического препарата по изобретению, который способен накапливаться в анализируемых тканях и органах (в частности, в опухолевой такни) в концентрации, достаточной для регистрации информативной дейтериевой томограммы или 2Н-ЯМР спектра in vivo. Дополнительными техническими результатами при осуществлении изобретения являются возможность получения сведений об уровне перфузии в разных точках области сканирования, сведений о структуре опухоли, ее границах, о злокачественности или доброкачественности опухоли. Еще одним дополнительным техническим результатом является возможность оценки локальной скорости метаболических процессов в области сканирования, которая, в свою очередь, позволяет оценить уровень метаболической активности и/или пролиферации клеток, скорость роста опухоли и является дополнительным параметром, повышающем надежность и достоверность диагностики.
Способ по изобретению также характеризуется тем, что осуществляется без вредного воздействия ионизирующего излучения (характерного, например, для методов визуализации КТ, ПЭТ, ОФЭКТ), что в свою очередь повышает безопасность исследований, делает возможным проведение более частых повторных исследований, в частности делает метод привлекательным для педиатрии . Изобретение направлено на получение диагностической информации, сходной с методом позитронно-эмиссионной томографии или однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (отклонение уровня или скорости накопления препарата в патологической ткани от нормы или от значений, достигаемых в окружающих частях той же ткани/того же органа), но при этом позволяет устранить риски, связанные с ионизирующим излучением радиофармпрепаратов. Кроме того, в отличие от радиофармпрепаратов для ПЭТ, производство дейтерированных препаратов по изобретению не ограничено синтезом и логистикой малых партий короткоживущих изотопов.
Указанные технические результаты обеспечиваются за счет разработки диагностического препарата, включающего дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или его фармацевтически приемлемую соль или смесь, для диагностики заболеваний методом магнитно- резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия.
Таким образом, первым аспектом изобретения является диагностический препарат, включающий по меньшей мере одно соединение, выбранное из дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или фармацевтически приемлемой соли дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, для диагностики заболеваний или патологических процессов методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия.
В некоторых вариантах осуществления изобретения диагностический препарат дополнительно включает, по меньшей мере, одно фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество. В некоторых частных случаях фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество представляет собой носитель, наполнитель и/или растворитель.
В некоторых вариантах осуществления изобретения дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или его фармацевтически приемлемая соль наряду с атомами дейтерия, связанными с атомами углерода, содержит атомы дейтерия, частично или полностью замещающие подвижные атомы водорода, связанные с атомами кислорода и/или азота.
В некоторых вариантах осуществления изобретения диагностический препарат включает
- дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, содержащее атомы дейтерия, связанные с атомами углеродом, более чем в одном положении, или его фармацевтически приемлемую соль; или
- смесь дейтерированных производных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью и/или их фармацевтически приемлемых солей, в которой присутствуют дейтерированные производные, содержащие атомы дейтерия в структурно неэквивалентных положениях.
В некоторых случаях осуществления изобретения дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью представляет собой дейтерированный валин или дейтерированный лейцин или дейтерированный изолейцин.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения дейтерированный валин представляет собой валин-4, 4, 4-d3, валин-4,4,4,4’,4’,4’-б6, валин-3,4,4,4,4’,4’,4’-б7, валин-2,4,4,4,4’,4’,4’-б7, валин-2,3,4,4,4,4’,4’,4’- 8.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения дейтерированный лейцин представляет собой лейцин-5, 5, 5-d3, лейцин-5, 5, 5, 5’, 5’, 5Ч1б, лейцин-4, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’- d7, лейцин-3, 3,5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-d8, лейцин-3, 3,4, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-d9, лейцин-2,5,5,5,5’,5’,5’-б7, лейцин-2, 3,3, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-d9, лейцин-2,4,5,5,5,5’,5’,5’- 8, лейцин-2,3,3,4,5,5,5,5’,5’,5’-с11о.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения дейтерированный изолейцин представляет собой 2-амино-3-(СОз)пентановую кислоту, 2-амино-З- (С03)пентановую-5,5,5-бЗ кислоту, 2-амино-3-(СОз)пентановую-4,4,5,5,5-б5 кислоту, 2- амино-3-(СОз)пентановую-2,5,5,5-б4 кислоту, 2-амино-3-(С03)пентановую-2,3,5,5,5-б5 кислоту, 2-амино-3-(СОз)пентановую-3,4,4,5,5,5-бб кислоту, 2-амино-3-(С03)пентановую- 2,3,4,4,5,5,5-d7 кислоту, 2-амино-3-метилпентановую-5,5,5-бз кислоту.
В некоторых случаях осуществления изобретения дейтерированное производное полностью или преимущественно представлено одним энантиомером. В некоторых частных вариантах осуществления изобретения дейтерированное производное полностью или преимущественно представлено энантиомером с конфигурацией 2S.
В некоторых вариантах осуществления изобретения диагностический препарат включает смесь, по меньшей мере, двух разных соединений, выбранных из дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или фармацевтически приемлемой соли дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью. В некоторых частных вариантах осуществления изобретения диагностический препарат включает смесь, по меньшей мере, двух соединений, выбранных из валина-4,4,4,4’,4’,4’-бб, валина- 2,4, 4, 4,4’, 4’, 4’-d7, лейцина-5,5,5,5’,5’,5’-б6, лейцина-3, 3-d2.
В частных случаях воплощения изобретения диагностический препарат может содержать ингибитор метаболизма аминокислот с разветвленной боковой цепью, в частности, ингибитор трансаминазы аминокислот с разветвленной боковой цепью. Например, выбранный из габапентина (A. Goldlust et al. Epilepsy Res. 1995, 22(1), 1-11), бензимидазолов (H. Deng et al. ACS Med. Chem. Lett. 2016, 7(4), 379-384), но не ограничиваясь ими.
Еще одним аспектом изобретения является способ диагностики заболевания или патологического процесса у субъекта, включающий следующие этапы:
- вводят субъекту диагностический препарат по изобретению;
- проводят магнитно-резонансную томографию и/или магнитно-резонансную спектроскопию на ядрах дейтерия после введения диагностического препарата спустя время, достаточное для его накопления в исследуемой ткани, для получения, соответственно, томограммы (дейтериевой томограммы) и/или ЯМР спектра(ов);
- диагностируют наличие или отсутствие заболевания на основании наблюдаемой интенсивности сигнала ядер дейтерия, отражающей уровень накопления диагностического препарата. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения диагностируемое заболевание или патологический процесс сопровождается локально измененным (повышенным или пониженным) уровнем поглощения клетками питательных веществ.
В некоторых вариантах осуществления изобретения патологический процесс представляет собой воспалительный процесс, инфекционный процесс, процесс, сопровождающийся активной регенерацией, заболевание, связанное с ишемией органов и тканей, реакцию отторжения трансплантата, аутоиммунное заболевание. В некоторых других вариантах осуществления изобретения заболевание представляет собой онкологическое заболевание. В некоторых частных вариантах осуществления изобретения онкологическое заболевание представляет собой солидную опухоль или метастазы опухоли, в том числе метастазы в лимфоузлах.
В некоторых вариантах осуществления изобретения наличие или отсутствие заболевания диагностируют на основании сравнения интенсивности сигнала ядер дейтерия у исследуемого субъекта с типичной интенсивностью сигнала, наблюдаемой у здоровых субъектов в соответствующей ткани или соответствующем органе. В некоторых других вариантах осуществления изобретения наличие или отсутствие заболевания диагностируют на основании сравнения интенсивности сигнала ядер дейтерия в областях, соответствующих нормальной и аномальной ткани по данным дополнительного медицинского исследования. В некоторых вариантах наличие или отсутствие заболевания диагностируют на основании комбинирования вышеуказанных сравнений.
В некоторых вариантах осуществления изобретения проводят, по меньшей мере, одно дополнительное медицинское исследование, выбранное из магнитно- резонансной томографии на ядрах, отличных от ядер дейтерия, ультразвукового исследования, компьютерной томографии, рентгенографии, пальпации, биопсии, анализа биологических жидкостей на онкомаркеры, радионуклидной диагностики и/или визуального наблюдения. В некоторых частных вариантах осуществления изобретения дополнительное медицинское исследование проводят перед проведением диагностики заболевания или патологического процесса методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия, как это описано выше. В некоторых других частных вариантах осуществления изобретения дополнительное медицинское исследование проводят после проведения диагностики заболевания или патологического процесса методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия, как это описано выше.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения наличие или отсутствие заболевания или патологического процесса диагностируют на основании сравнения дейтериевой томограммы исследуемого субъекта с изображением, полученным в результате магнитно-резонансной томографии субъекта на ядрах протия.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения по пространственному распределению области с повышенным накоплением диагностического препарата на дейтериевой томограмме, делается вывод о пространственной структуре опухоли.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения по интенсивности сигнала дейтерия на дейтериевой томограмме и/или ЯМР спектре(ах) в области повышенного накопления диагностического препарата делается вывод о злокачественности или доброкачественности опухоли.
В некоторых частных вариантах осуществления изобретения по скорости изменения интенсивности сигнала дейтерия на дейтериевой томограмме и/или ЯМР спектре(ах) после его введения делается вывод об уровне перфузии в разных точках области сканирования.
Частные варианты осуществления способа диагностики заболевания или патологического процесса у субъекта по изобретению также включают все варианты воплощения изобретения в части диагностического препарата, описанные выше.
В некоторых вариантах осуществления способа диагностики заболевания или патологического процесса у субъекта вводимый диагностический препарат включает
- дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, содержащее атомы дейтерия, связанные с атомами углерода, более чем в одном положении, или его фармацевтически приемлемую соль; или
- смесь дейтерированных производных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью и/или их фармацевтически приемлемых солей, в которой присутствуют дейтерированные производные, содержащие атомы дейтерия в структурно неэквивалентных положениях;
при этом на основании сравнения интенсивности сигналов ядер дейтерия в структурно неэквивалентных положениях дейтерированного(ых) производного(ых) в исследуемой области оценивают локальную скорость метаболизма природных аминокислот с разветвленной боковой цепью, что позволяет проводить более точную диагностику, в частности, оценивать скорость роста или злокачественность опухоли .
В некоторых частных случаях вышеописанных вариантов осуществления изобретения дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью представляет собой
- смесь различных дейтерированных производных валина; или
- смесь различных дейтерированных производных лейцина; или
- смесь различных дейтерированных производных изолейцина; или
- смесь различных дейтерированных производных валина, лейцина и/или изолейцина. В некоторых вариантах осуществления изобретения диагностический препарат вводят субъекту перорально. В некоторых других вариантах осуществления изобретения диагностический препарат вводят субъекту парентерально.
Краткое описание чертежей
Фигура 1. а) дейтериевая томограмма (слева) и 2Н спектр (справа) образца с валином-4,4,4,4’,4’,4’-бб; б) дейтериевая томограмма (слева) и 2Н спектр (справа) образца с лейцином-5,5,5,5’,5’,5’-с1б.
Фигура 2. Томограммы мыши с карциномой молочной железы 4Т1 после введения 20 мг валина-4,4,4,4’,4’,4’-с1б: а) 2Н томограммы, полученные в разные моменты времени после введения (поверхностная катушка обозначена пунктиром); б) 2Н томограмма (слева), наложение 2Н и 1Н томограмм (по центру), 1Н томограмма (срава).
Фигура 3. Томограммы мыши с карциномой молочной железы 4Т1 через 40 мин после введения 25 мг лейцина-5,5,5,5’,5’,5’-с1б.
Фигура 4. Томограммы мыши с карциномой молочной железы 4Т1 после введения: а) 30 мг 1.-аланина-3,3,3-с1з; б) 10 мг 1_-фенилаланина-р,р,2,3,4,5,6-с17.
Определения и термины
Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения.
В описании данного изобретения термины «включает» и «включающий» интерпретируются как означающие «включает, помимо всего прочего». Указанные термины не предназначены для того, чтобы их истолковывали как «состоит только из».
Термин «субъект» охватывает все виды млекопитающих, предпочтительно человека.
Под термином «дейтерированное производное» в данном документе понимается соединение, содержащее дейтерий, связанный с углеродом, в количестве, превышающем его природное содержание, по меньшей мере, в одном положении. В частных случаях воплощения изобретения содержание дейтерия, по меньшей мере, в одном положении, превышает 10%, в других частных случаях - 90%. Под «смесью, по меньшей мере, двух разных дейтерированных производных» понимается смесь соединений, содержащих дейтерий в разных положениях, или содержащих разное количество дейтерия в одном и том же положении. Символом «d» («D») в данном документе обозначается атом водорода, представленный изотопом 2Н в доле, превышающей его природное содержание.
Дейтерированные производные аминокислот с разветвленной боковой цепью включают валин-4, 4, 4-D3, валин-4,4,4,4’,4’,4’-Об, валин-3,4,4,4,4’,4’,4’-07, валин-
2.4, 4, 4,4’, 4’, 4’-D7, валин-2,3,4,4,4,4’,4’,4ЧЭ8, лейцин-5, 5, 5-D3, лейцин-5,5,5,5’,5’,5’-06, лейцин-4,5,5,5,5’,5’,5’-07, лейцин-3, 3,5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-De, лейцин-3, 3,4, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-D9, лейцин-
2.5, 5, 5,5’, 5’, 5’-D7, лейцин-2, 3,3, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-D9, лейцин-2,4,5,5,5,5’,5’,5’-08, лейцин- 2,3,3,4,5,5,5,5’,5’,5’-Dio, 2-амино-3-(СОз)пентановую кислоту, 2-амино-3-(СОз)пентановую- 5,5,5-d3 кислоту, 2-амино-3-(СОз)пентановую-4,4,5,5,5-б5 кислоту, 2-амино-З- (СОз)пентановую-2,5,5,5-б4 кислоту, 2-амино-3-(СОз)пентановую-2,3,5,5,5 15 кислоту, 2- амино-3-(СОз)пентановую-3,4,4,5,5,5^б кислоту, 2-амино-3-(СОз)пентановую-2,3,4,4,5,5,5- d7 кислоту, 2-амино-3-метилпентановую-5,5,5-бз кислоту, но не ограничиваются ими.
Под термином «воксел» в данном документе понимается минимальный элемент объема области сканирования, которому соответствует определенное значение интенсивности сигнала дейтерия или определенный локальный спектр.
«Структурно неэквивалентными» в данном документе считаются любые два положения в структуре природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, обозначаемые разными символами на следующем рисунке.
Figure imgf000012_0001
валин лейцин изолейцин
Также структурно неэквивалентными считаются любые положения в структуре одной аминокислоты с разветвленной боковой цепью по отношению к любым положениям в структуре другой аминокислоты с разветвленной боковой цепью (в частности, любые положения в структуре валина по отношению к любым положениям в структуре лейцина). Например, структурно неэквивалентными являются: а) положения 4 и 4’ в L-валине- 4,4,4,4’,4’,4’-бб; б) положение 4 в 1_-валине-4,4,4,4’,4’,4’-бб и положение 3 в L-валине- 3,4,4,4,4’,4’,4’-d7; в) положение 4 в 1_-валине-4,4,4,4’,4’,4’-бб и положение 4 в лейцине- 4,5, 5, 5,5’, 5’, 5’-d7.
Используемый здесь термин «фармацевтически приемлемая соль» относится к таким солям, которые пригодны для использования в контакте с тканями человека и животных без излишней токсичности, раздражения, аллергической реакции и т.д., и отвечают разумному соотношению пользы и риска. Фармацевтически приемлемые соли аминов, карбоновых кислот, фосфонатов и другие типы соединений хорошо известны в медицине. Соли могут быть получены in situ в процессе выделения или очистки соединений изобретения, а также могут быть получены отдельно, путем взаимодействия свободной кислоты или свободного основания соединения изобретения с подходящим основанием или кислотой, соответственно. Примером фармацевтически приемлемых, нетоксичных солей кислот могут служить соли аминогруппы, образованные неорганическими кислотами, такими как соляная, фосфорная, или органическими кислотами, такими как уксусная, щавелевая, малеиновая, фумаровая, винная, янтарная, аскорбиновая, лимонная, масляная, молочная, глюконовая кислоты, или полученные другими методами, используемыми в данной области, например, с помощью ионного обмена. Типичные соли щелочных и щелочноземельных металлов содержат натрий, калий, кальций, магний и другие. Кроме того, фармацевтически приемлемые соли могут содержать, если требуется, нетоксичные катионы аммония, четвертичного аммония и амина, полученные с использованием таких противоионов, как галогениды, гидроксиды, карбоксилаты, сульфаты, фосфаты, и другие.
Диагностический препарат по изобретению может включать одно или несколько любых фармацевтически приемлемых вспомогательных веществ, подходящих для конкретной формы дозирования, в частности, любых носителей, растворителей и/или наполнителей, таких, которые могут быть введены в организм пациента совместно с соединением, составляющим суть данного изобретения, и которые не разрушают это соединение, и являются нетоксичными при введении. Неограничивающими частными примерами фармацевтически приемлемых вспомогательных веществ могут служить хлорид натрия, глюкоза, подсластители, пищевые ароматизаторы, красители и др.
Подробное раскрытие изобретения
Успешная реализация диагностики заболевания с помощью 2Н МРТ или МР- спектроскопии основывается на способности конкретного дейтерированного соединения селективно накапливаться в различных тканях и при этом создавать сигнал с интенсивностью, достаточной с точки зрения фундаментальных физических ограничений методов ядерного магнитного резонанса (гиромагнитное отношение, параметры релаксации ядер дейтерия). Интенсивность сигнала дейтерия при этом : а) пропорциональна достигаемой в ткани концентрации дейтерия (зависит от дозы, кинетики мембранного транспорта, концентрирующей способности ткани),
б) пропорциональна квадратному корню из времени съемки (время ограничено скоростью выведения и/или метаболизма дейтерированного соединения , а также необходимостью для пациента оставаться без движения в течение всего сканирования),
в) зависит от времени релаксации Ti (определяет максимальную скорость усреднения и, следовательно, интенсивность суммарного сигнала, получаемого в единицу времени; для разных соединений различается в несколько раз: см. Biological Magnetic Resonance, Volume 1 1 , In Vivo Spectroscopy. Berliner L.J., Reuben, J. (Eds.), Springer, 1992).
Каждое химическое соединение обладает уникальными параметрами фармакокинетики (в частности, концентрация соединения и скорость ее изменения в крови, различных органах и тканях). Фармакокинетика при этом неочевидным образом зависит от используемой дозы (в частности, превышение реабсорбционной способности почек в отношении конкретного соединения может приводить к его ускоренному выведению). При этом доза ограничена токсичностью и растворимостью данного соединения. Эксперименты, проведенные авторами, а также сведения из уровня техники показывают, что свободно диффундирующие дейтерированные соединения, такие как D2O, не демонстрируют селективного накопления в различных органах и тканях субъекта.
Авторами было обнаружено, что дейтерированные производные природных аминокислот с разветвленной боковой цепью по изобретению:
- способны селективно накапливаться в тканях животных в концентрации, достаточной для визуализации различных органов и тканей in vivo, в том числе, раковых опухолей, методом 2Н МРТ или МР-спектроскопии;
- обладают фармакокинетическими свойствами, позволяющими использовать нетоксичные дозы, и при этом успешно регистрировать 2Н МРТ и/или 2Н ЯМР спектры;
- в концентрациях, достаточных для успешной регистрации 2Н МРТ и/или 2Н ЯМР, характеризуются достаточно медленным выведением и метаболизмом, совместимыми с временными ограничениями методов дейтериевой томографии и МР- спектроскопии.
В свою очередь, это позволяет осуществлять эффективную диагностику заболеваний и патологических процессов, сопровождающихся локально измененным (повышенным или пониженным) уровнем поглощения клетками питательных веществ , в том числе, определять наличие и локализацию онкологического заболевания , посредством магнитно-резонансной томографии на ядрах дейтерия. При этом наши эксперименты показали, что другие аминокислоты, в частности, глицин-бг, L-аланин- ЗДЗ-бз и 1_-фенилаланин-р,р, 2, 3,4, 5,6-67 не обладают подходящими физико- химическими и биологическими свойствами и, таким образом, не могут быть использованы для диагностики заболеваний методом 2Н МРТ или МР-спектроскопии.
Изотопно-меченые производные валина и лейцина (14С, 13С, 3Н) ранее использовались для определения скорости синтеза белков путем анализа белковой фракции, выделяемой из гомогената различных биологических тканей (см.: Attaix et al., Biochim. Biophys. Acta 1986, 882, 389-397; Goto et al., Chem. Soc. Bull, 1977, 25(7), 1574-1581). Однако, в этих работах отсутствуют данные, позволяющие предположить возможность достижения концентрации валина либо лейцина, не связанного в составе белков, а также его низкомолекулярных метаболитов в тканях при патологиях, совместимой с регистрацией 2Н МРТ или ЯМР in vivo. Из данных Goto et al. также следует, что большая часть 14С-валина, накапливающегося в печени и поджелудочной железе, оказывается включенной в состав белков уже через 10 минут после введения.
Из работы [Washburn et al.,Nucl. Med. 1978, 19, 77-83] известно, что в дозах до 5 мг/кг рацемический 1-14С-меченый валин накапливается в поджелудочной железе животных. При этом достигаемые в разных тканях абсолютные концентрации 14С- изотопа могут быть рассчитаны исходя из представленных данных только для дозы 0.021 мг/кг, что примерно в 500 раз меньше дозы, необходимой для реализации 2Н MPT согласно полученным нами данным. В то же время, в литературе нет данных о максимальной достижимой концентрации валина в тканях животных при введении доз порядка 0.05-1 г/кг. Как видно из приведенных нами данных (Таблица 1), распределение дейтерия в составе метильных групп валина-4,4,4,4’,4’,4’-Об в органах животного отличается от распределения радиоактивной метки, наблюдаемого для 1 - 14С-валина. Наблюдаемая разница в распределении является следствием двух факторов:
1 ) Доза валина-4,4,4,4’,4’,4’-Об по изобретению более чем в 100 раз превышает максимальную изученную дозу 1 -14С-валина. Эффективность накопления в исследуемой ткани зависит от отношения внутриклеточной и внеклеточной концентрации аминокислот в клетках животных или человека. Как известно из уровня техники, данное отношение зависит от внеклеточной концентрации. Так, в случае 2- аминоизомасляной кислоты и клеток тимуса мыши данное отношение падает со 100:1 до 1 : 1 при повышении внеклеточной концентрации от 10‘6 до >10 2 ммоль/л [Helmreich, Е., Kipnis, D.M 1962, 237, 8, 2582-2589]. Таким образом, из уровня техники следовало бы ожидать резкого понижения селективности накопления и нивелирования контраста в различных тканях при увеличении дозы на два порядка (т.е. при переходе от 1-14С- валина к валину-de). Кроме того, введение высоких доз аминокислот (например, дейтерированного валина по изобретению) in vivo приводит к непропорциональному увеличению концентрации валина в различных органах и тканях (Таблица 1 ).
2) Наблюдаемый в результате радиоактивного распада 1 -14С-валина сигнал является суперпозицией сигналов свободного валина, валина, включенного в состав белков, и других метаболитов валина, содержащих изотоп 14С (например, 1-14С- кетоизовалериановая кислота). При этом из той же работы известно, что изотопная метка 14С быстро отщепляется в виде [14С]-СОг (выведение в виде СОг достигает 28% через 60 минут). С другой стороны, наблюдаемый сигнал дейтерия метильных групп в диагностическом препарате по изобретению включает в себя сигнал изобутановой кислоты (продукт декарбоксилирования, невидимый в случае 1 -14С-валина) и одновременно не содержит вклада белков (параметры релаксации белков не совместимы с получением изображений в 2Н МРТ). Таким образом, диагностический препарат по изобретению и 1 -14С-валин предоставляют информацию о распределении в организме различных наборов соединений.
Поскольку остатки валина- б в составе белков не вносят вклад в сигнал 2Н при реализации метода по изобретению, диагностический препарат на основе валина-de позволяет селективно визуализировать свободный валин и его низкомолекулярные метаболиты без примеси сигнала белков.
Радиоактивно-меченые производные лейцина ранее применялись для оценки скорости синтеза белков (например, 1-11С-лейцин: P.J. Hellyer et al. Neuroimage, 2017, 155, 209-216). Как и в случае с валином, времена релаксации лейцина в МРТ резко меняются при включении в состав белков в процессе синтеза, что позволяет селективно отслеживать сигнал свободного лейцина и его низкомолекулярных метаболитов (невозможно в случае методов, основанных на радиоактивной метке).
Отличительной особенностью дейтерированных производных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью является возможность наблюдения сразу нескольких сигналов дейтерия в МРТ или МР-спектроскопии при использовании производного или смеси производных, содержащего(их) атомы дейтерия сразу в нескольких структурно неэквивалентных положениях, например, валина- 2,4, 4, 4,4’, 4’, 4’-d7. Следует учесть, что в процессе постадийного метаболизма аминокислот с разветвленной боковой цепью структурно неэквивалентные положения последовательно меняют химический сдвиг соответствующих атомов дейтерия, а также избирательно приобретают способность обменивать дейтерий на протий воды. В отличие от методов, основанных на радиоактивных изотопах, это позволяет, помимо уровня накопления дейтерированного производного, получать информацию о локальном метаболизме аминокислот с разветвленной боковой цепью на основании разницы в отношении интенсивностей сигналов дейтерия препарата. Отношение интенсивностей сигналов ЯМР атомов дейтерия в a-положении и в разных положениях боковой цепи аминокислот(ы) с разветвленной боковой цепью в данном случае отражает различия исследуемых вокселов области сканирования в скорости трансаминирования (показано в Таблице 1) и последующего катаболизма аминокислот(ы) с разветвленной боковой цепью. Катаболизм аминокислот с разветвленной боковой цепью происходит постадийно: вначале окисляется а- положение (при этом в дейтерированном производном теряется атом дейтерия в а- положении), затем происходит декарбоксилирование соответствующей кетокислоты, после этого начинается процесс постадийного окисления фрагмента, соответствующего положениям 3-4 валина и 3-5 лейцина или изолейцина (при этом в дейтерированном производном теряются атомы дейтерия в соответствующих положениях). Известно, что аминокислоты с разветвленной боковой цепью используются клетками для синтеза белка, а также служат важным источником энергии. Таким образом, повышенная локальная скорость метаболизма аминокислот с разветвленной боковой может свидетельствовать о локально повышенной скорости пролиферации, в частности, о росте или злокачественности опухоли или отдельных ее частей. Использование такой дополнительной диагностической информации о метаболизме аминокислот с разветвленной боковой делает метод диагностики по изобретению более достоверным. Отношение интенсивностей сигналов ЯМР атомов дейтерия в различных положениях дейтерированных производных аминокислот с разветвленной боковой цепью может измеряться как один раз за сканирование, так и несколько раз.
Массовое отношение двух различных дейтерированных производных аминокислот с разветвленной боковой цепью, входящих в состав одного диагностического препарата, может составлять от 1 :1 до 1 :10, но не ограничиваются ими.
Из уровня техники известно, что разные аминокислоты обладают различной кинетикой накопления в клетках животных и человека, а также различаются в десятки раз по достигаемому в равновесном состоянии градиенту концентрации [Johnstone, R.M., Scholefield, P.G., Adv. Cancer Res. 1965, 9, 143-226]. Поведение аминокислот in vivo дополнительно осложняется гомеостазом и направленным транспортом на уровне целого организма. В частности, известно, что избыток аланина, высвобождаемого мышцами, активно поглощается печенью; в физиологической концентрации глутамин активно поглощается несколькими видами раковых опухолей . Поскольку дейтериевая томография или спектроскопия предполагает введение доз, в несколько раз превышающих физиологические, а разные органы и ткани характеризуются различной кинетикой накопления и емкостью в отношении различных аминокислот, не представляется возможным предсказать наличие селективного накопления конкретной аминокислоты без проведения прямого эксперимента.
Важным свойством дейтерированного компонента (производного аминокислоты с разветвленной боковой цепью) диагностического препарата по изобретению является достаточная устойчивость к метаболическому обмену дейтерия на протий in vivo. Такой обмен понижает концентрацию дейтериевой метки, одновременно повышая фоновый сигнал тяжелой воды (DOH), которая равномерно распределяется по организму за счет быстрой диффузии. Этот процесс приводит к снижению контрастности изображения, а также препятствует количественной оценке концентрации дейтерированного компонента путем сравнения с интенсивностью сигнала природной DOH. Проведенные нами исследования показали, что некоторые дейтерированные природные аминокислоты, в частности, глицин-2, 2-d2 и L-аланин- 3,3,3-бз не могут быть использованы для получения диагностически значимых изображений по изобретению, поскольку очень быстро теряют дейтерий in vivo.
Благодаря низкому содержанию дейтерия в организме (0,015% атомов водорода), фоновые сигналы в 2Н МРТ на несколько порядков ниже, чем в 1Н МРТ. Таким образом, даже в низкой концентрации диагностического препарата его сигнал не накладывается на сигналы естественных фоновых компонентов. Разработка аналогичных методов с использованием недейтерированных диагностических препаратов на основе 1Н МРТ затруднена из-за существования большого количества фоновых сигналов естественных низкомолекулярных соединений с интенсивностью, сравнимой с максимальной достижимой интенсивностью сигнала недейтерированного диагностического препарата.
Эффективность диагностического препарата также определяется достаточным числом атомов дейтерия в структуре дейтерированного производного. Так, диагностический препарат, включающий дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, содержащее одну или более СЭз группы, является предпочтительным вариантом воплощения данного изобретения. Наличие таких групп позволяет проводить диагностику с использованием более низких доз диагностического препарата, что приводит к минимизации побочных эффектов.
Способ по изобретению позволяет диагностировать, в частности, наличие или отсутствие онкологического заболевания, сопровождающегося образованием солидных опухолей (как первичных, так и метастатических) и/или метастазов в лимфоузлах. Онкологические заболевания, поддающиеся диагностике с помощью дейтерированных диагностических препаратов, включают: рак молочной железы, рак легкого, рак предстательной железы, меланому, рак мозга (в том числе, метастазы опухолей другого происхождения), рак почки, рак кишечника, рак поджелудочной железы, рак яичников, рак матки, неходжкинскую лимфому, рак печени, сар комы, но не ограничиваются ими . Помимо онкологических заболеваний способ по изобретению может быть использован в диагностике других заболеваний, характеризующихся высокой метаболической активностью или пролиферацией клеток: например, при отторжении пересаженных органов и клеток, при аутоиммунных, воспалительных или инфекционных заболеваниях, при поражениях печени, сопровождающихся активной регенерацией. Также возможна диагностика заболеваний, развивающихся вследствие нарушения кровоснабжения (ишемии) различных органов, например, сердца, мозга, почек. Нарушение кровоснабжения приводит к снижению скорости поглощения и достигаемого уровня накопления в этих органах аминокислот, в том числе, аминокислот с разветвленной боковой цепью, наблюдаемого с помощью 2Н МРТ или МР-спектроскопии.
Метод по изобретению основан на использовании дейтерированного диагностического препарата и регистрации томограмм и/или ЯМР спектров на частоте дейтерия. Авторам неизвестны примеры использования дейтерированных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью для MPT-диагностики заболеваний.
Известно, что 1Н МРТ сама по себе во многих случаях обладает недостаточной диагностической точностью. То же самое касается методов МРТ, основанных на измерении параметров перфузии (например, dynamic contrast-enhanced MRI). В отличие от перфузионных методов, способ диагностики по изобретению предоставляет данные о скорости мембранного транспорта и уровне накопления аминокислот с разветвленной боковой цепью в клетках, характерные для ПЭТ или ОФЭКТ, и недоступные в традиционных способах воплощения 1Н МРТ. Таким образом, способ по изобретению позволяет получить более точную диагностическую информацию. В частности, при онкологическом заболевании способ по изобретению позволяет производить оценку метаболической активности исследуемой ткани, и, как следствие, делать вывод о злокачественности или доброкачественности опухоли, оценивать ее агрессивность. Сигнал диагностического препарата по изобретению может наблюдаться в течение по меньшей мере 3-х часов (см. фигуру 2). Скорость изменения интенсивности сигнала в раковой опухоли и различных внутренних органах (поджелудочная железа, печень, почки) при повторном сканировании на протяжении до 3-х часов отражает уровень перфузии и метаболическую активность данных тканей и органов, что может использоваться при постановке более точного диагноза на основании дейтериевой томографии и/или МР-спектроскопии.
В частных случаях воплощения изобретения по пространственному распределению сигнала дейтерия диагностического препарата делают вывод о пространственной структуре опухоли.
В других частных случаях воплощения изобретения по интенсивности сигнала дейтерия в области с повышенным содержанием диагностического препарата делают вывод о степени злокачественности/агрессивности опухоли. Злокачественные опухоли характеризуются более активным метаболизмом и повышенной активностью мембранного транспорта. Следовательно, в опухолях, имеющих более высокую степень злокачественности, интенсивность сигнала дейтерия будет выше.
В других частных случаях воплощения изобретения по скорости изменения интенсивности сигнала дейтерия диагностического препарата оценивают перфузию в исследуемой области. В областях с высокой степенью перфузии скорость изменения сигнала дейтерия во времени (от момента начала накопления в опухолевой ткани до полного выведения) выше.
Диагностический препарат по изобретению вводят в количестве, эффективном для проведения диагностики. Под эффективным количеством в данном случае подразумевается такое количество соединения (дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или его фармацевтически приемлемой соли), вводимого или доставляемого пациенту, при котором с наибольшей вероятностью проявится желаемый эффект - возможность осуществления способа диагностики по изобретению методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно- резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия. Ввиду фундаментальных ограничений метода дейтериевой МРТ, количество дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или его фармацевтически приемлемой соли не может быть сверхмалым и применяется в дозах более 10 мг/кг, например 0,1 -1 ,5 г/кг. В частности, при расчете дозы препаратов для млекопитающих разных видов обычно используется не вес, а площадь поверхности тела, которая нелинейно зависит от веса. Точное требуемое количество может меняться от субъекта к субъекту в зависимости от вида млекопитающего, возраста, массы тела и общего состояния пациента, тяжести заболевания, методики введения препарата.
Из уровня техники также известно, что период полувыведения одного и того же соединения может различаться у разных видов животных (обычно период полувыведения больше у животных более крупных видов), в связи с чем оптимальное время между введением препарата и сканированием может существенно отличаться для разных млекопитающих. Оптимальное время между введением препарата и сканированием зависит от природы заболевания и исследуемой области тела субъекта. Регистрация сигнала дейтерия может осуществляться, в том числе, до окончания введения диагностического препарата и может продолжаться или повторяться, пока присутствует сигнал дейтерия в области сканирования.
Диагностический препарат по изобретению может быть введен в организм пациента любым путем введения, эффективным для проведения диагностики, например, он может быть введен перорально, парентерально, местно и т.п.
В одном из вариантов воплощения изобретения процесс диагностики включает проведение МРТ и осуществляется следующим образом:
а) в некоторых вариантах воплощения изобретения проводится МРТ на ядрах протия (1Н). Регистрация 1Н МРТ позволяет, во-первых, осуществить анатомическую привязку дейтериевого сигнала, во-вторых, идентифицировать области с подозрением на патологию, в частности, злокачественное новообразование (в других вариантах воплощения изобретения определение области проведения 2Н МРТ может быть осуществлено другими способами, в частности, посредством ультразвукового исследования, компьютерной томографии, рентгенографии, пальпации, биопсии, анализа биологических жидкостей на онкомаркеры, радионуклидной диагностики и/или визуального наблюдения);
б) вводится диагностический препарат;
в) спустя время, достаточное для накопления диагностического препарата в исследуемой ткани субъекта, проводится регистрация томограммы на частоте прецессии ядер дейтерия диагностического препарата;
г) полученные дейтериевые томограммы анализируется с целью нахождения участков с аномально высокой или низкой интенсивностью и, следовательно, отвечающих селективному накоплению диагностического препарата. В частности, возможно сравнение томограмм, полученных на 1Н и на 2Н: если аномальные участки на 1Н и 2Н совпадают, можно говорить о большей вероятности наличия патологии.
В другом варианте воплощения изобретения процесс диагностики включает проведение МР-спектроскопии на ядрах дейтерия и осуществляется следующим образом: а) проводится 1H MPT, в результате чего идентифицируются области с подозрением на патологию, в частности, злокачественное новообразование (в других вариантах воплощения изобретения определение области проведения 2Н МРТ может быть осуществлено другими способами, в частности, посредством ультразвукового исследования, компьютерной томографии, рентгенографии, пальпации, биопсии, анализа биологических жидкостей на онкомаркеры, радионуклидной диагностики и/или визуального наблюдения);
б) вводится диагностический препарат;
в) спустя время, достаточное для накопления диагностического препарата в исследуемой ткани субъекта в вокселах, соответствующих области с подозрением на патологию (например, по результатам 1Н МРТ), проводится регистрация спектра дейтерия (в частности, с использованием методов локальной спектроскопии); опционально проводится регистрация спектра в соседних вокселах для сравнения интенсивности сигнала;
г) интенсивность сигнала в вокселах, соответствующих области с подозрением на патологию, сравнивается, в частности, с: (i) типичными значениями для данного органа или ткани (которые должны быть определены предварительно на здоровых субъектах) и/или (ii) интенсивностью в соседних вокселах, соответствующих тому же органу или ткани и свободных от аномалий по данным 1Н МРТ. Повышенная или пониженная интенсивность сигнала позволяет говорить о селективном накоплении диагностического препарата и, как следствие, о наличии патологии, в частности, злокачественного новообразования.
Порядок этапов «а), б), в)» в обоих вышеуказанных вариантах воплощения изобретения может быть изменен на «б), а), в)» или «б), в), а)». Также возможна параллельная регистрация сигналов 1Н и 2Н (т.е. одновременное проведение этапов «а)» и «в)»).
В частных случаях воплощения изобретения после идентификации области с подозрением на злокачественное образование выбираются отдельные вокселы, лежащие как в пределах, так и за пределами подозрительной области (в частности, может быть выбрана серия соседних вокселов, лежащих на одной линии, пересекающей границу подозрительной области). Регистрация интегрального сигнала 2Н или локальных 2Н спектров в выбранных вокселах с последующим сравнением их интенсивности позволяет быстро и с большей чувствительностью обнаруживать области накопления диагностического препарата.
МРТ изображения и МР спектры могут быть получены на любом магнитно- резонансном томографе, оснащенном оборудованием для регистрации сигнала дейтерия.
Отличительной особенностью дейтерированных производных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью является то, что данные аминокислоты являются естественными питательными веществами и составляющими организма человека и животных. Это делает их более безопасными при использовании в качестве диагностического препарата по сравнению с неприродными аминокислотами. Исследования, проведенные авторами изобретения, свидетельствуют о хорошей переносимости диагностического препарата животными, отсутствии видимых побочных эффектов при использовании в указанных дозах. Из уровня техники известно, что аминокислоты с разветвленной боковой цепью безопасны при введении в больших дозах (LDso > 5 г/кг). Учитывая эффективный катаболизм дейтерированных производных аминокислот с разветвленной боковой цепью с сопутствующим высвобождением дейтерия в виде DOH (нетоксична в очень высоких дозах, вплоть до замещения 10-30% воды в организме, а также присутствует в воде организма в концентрации около 1x10 2 моль/л), мы не ожидаем побочных эффектов, связанных с введением множественных атомов дейтерия.
В частных случаях воплощения изобретения диагностический препарат может содержать ингибитор метаболизма аминокислот с разветвленной боковой цепью, в частности, ингибитор трансаминазы аминокислот с разветвленной боковой цепью (англ. Branched-chain amino acid transaminase, BCAT; пример ингибитора: Hu, L.Y. et al. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2006, 16, 9, 2337-2340). Ингибирование метаболизма аминокислот с разветвленной боковой цепью позволяет проводить более длительное томографическое исследование и/или понизить дозу диагностического препарата и/или повысить чувствительность и, как следствие, достоверность способа диагностики по изобретению. Использование в составе диагностического препарата селективного ингибитора отдельных изоформ трансаминазы аминокислот с разветвленной боковой цепью может использоваться для визуализации активности отдельных изоформ в разных участках области сканирования.
Способ по изобретению осуществляется без вредного воздействия ионизирующего излучения (характерного, например, для методов КТ, ПЭТ, ОФЭКТ), что в свою очередь повышает безопасность исследований, делает возможным проведение более частых повторных исследований, в частности делает метод привлекательным для педиатрии.
Способ диагностики по изобретению может применяться, в частности, для ранней диагностики злокачественных опухолей различной локализации, метастатических поражений, оценки ответа опухоли на лечение и заключения об эффективности проводимой терапии, для уточнения диагноза, составленного на основании результатов 1Н МРТ и/или других методов диагностики.
Способ по изобретению расширяет существующие возможности неинвазивной диагностики, в том числе, позволяет осуществлять эффективную диагностику онкологических заболеваний. Фармацевтически приемлемые соли дейтерированных производных аминокислот с разветвленной боковой цепью обладают всеми свойствами, необходимыми для их использования в составе диагностического препарата по изобретению.
Осуществление изобретения
Возможность объективного проявления технического результата при использовании изобретения подтверждена достоверными данными, приведенными в примерах, содержащих сведения экспериментального характера, полученные в процессе проведения исследований по методикам, принятым в данной области. Сущность изобретения поясняется фигурами.
Следует понимать, что эти и все приведенные в материалах заявки примеры не являются ограничивающими и приведены только для иллюстрации настоящего изобретения.
Приведенные в данном документе примеры служат иллюстрациями принципа действия разработанного метода, и не ограничивают диапазон используемых доз, а также диапазон времени между введением диагностического препарата и регистрацией сигнала дейтерия, поскольку в зависимости от диагностируемого заболевания и природы субъекта (человек или лабораторное животное) необходимые дозы и время, необходимое для накопления препарата, могут отличаться. В частности, из уровня техники известно, что период полувыведения одного и того же соединения может различаться у разных видов животных, и что при переходе от одного вида животного к другому или к человеку дозы, как правило, масштабируются пропорционально площади поверхности тела, а не массе тела. Регистрация сигнала дейтерия может осуществляться, в том числе, до окончания введения диагностического препарата. Кроме того, приведенные параметры регистрации спектров и томограмм, включая время накопления сигнала, являются частью конкретных вариантов воплощения изобретения и могут меняться в зависимости от используемого оборудования и конкретных диагностических задач.
Синтез валина-4,4,4,4’,4’,4’-Об
Валин-4,4,4,4’,4’,4’-Об был синтезирован из описанного в литературе комплекса никеля(Н) (S)-BPB-Ni-Gly (Y. N. Belokon et al., Tetrahedron: Asymmetry 1998, 9, 4249- 4252) согласно представленной схеме:
Figure imgf000024_0001
Раствор 10 г (0,02 моль) комплекса 1 в 12 мл сухого диметилформамида (ДМФА) под аргоном охлаждали до 0°С. Далее к раствору при энергичном перемешивании добавляли 1 г (0,025 моль) мелко растертого NaOH и перемешивали в течении 5 минут. Затем к раствору прибавили при 0°С по каплям 2 мл (2,62 г., 0,021 моль) изопропилбромида-с1б и перемешивали 30 мин, после чего температуру довели до комнатной и перемешивали еще 1.5 часа. По завершении реакции раствор снова охладили, затем прибавили к нему по каплям раствор уксусной кислоты (1.5 мл ледяной СНзСООН в 20 мл воды). В ходе добавления раствора уксусной кислоты комплекс 2 выпал в осадок. Полученный осадок отфильтровали и промыли водой, высушили. Комплекс 2 был получен в виде красного порошка (10.5 г, 0.019 моль, 97%).
1Н-ЯМР (400 MHz, CDCI3): d = 8.24 (d, J = 8.6 Hz, 1 H), 8.01 (d, J = 7.4 Hz, 2H), 7.56- 7.40 (m, 4H), 7.32 (t, J = 7.6 Hz, 2H), 7.20-7.09 (m, 2H), 6.91 (d, J = 7.6 Hz, 1 H), 6.68-6.60 (m, 2H), 4.47 (d, J = 12.8 Hz, 1 H), 3.82 (d, J = 3.2 Hz, 1 H), 3.62 (d, J = 12.6 Hz, 1 H), 3.54- 3.42 (m, 2H), 3.38-3.28 (m, 1 H), 2.88-2.75 (m, 1 H), 2.61-2.42 (m, 1 H), 2.12-2.01 (m, 2H), 1.79-1.72 (m, 1 H).
К раствору 10,5 г (0,019 моль) комплекса 2 в 17 мл метанола добавили 12 мл 12М HCI и 18 мл воды, и затем смесь кипятили с обратным холодильником в течении 30 мин. Далее реакционную смесь упарили. Образовавшийся осадок хирального лиганда отфильтровали, промыли несколько раз водой, высушили. Лиганд был получен в виде белого порошка с выходом 81 % (6,82 г). Собранный водный слой нейтрализовали 25%- ным раствором аммиака, оставшийся в растворе хиральный лиганд проэкстрагировали хлористым метиленом (3x30 мл), затем водный слой профильтровали через бумажный фильтр. Валин-de очистили с помощью ионообменной хроматографии. Для этого водный раствор нанесли на ионообменную смолу КУ-2 в Н+-форме (13x3 см). Сначала колонку со смолой промывали водой (300 мл), затем валин-de смывали с колонки 5%-ным раствором аммиака (200 мл). Полученный раствор упарили досуха, продукт перекристаллизовали в смеси воды и этанола. Валин-de выделили в виде белого порошка (1 ,37 г, 62%).
1Н-ЯМР (400 MHz, D2O): d = 3.49 (d, J = 4.4 Hz, 1 H), 2.16-2.10 (m, 1 H). 13С-ЯМР (101 MHz, D20) d = 174.3, 60.3, 28.6, 17.6-15.0 (m).
Синтез валина-2,4,4,4,4’,4’,4’-07 (в смеси с валином-4,4,4,4’,4’,4’-Об)
К раствору 10 г (0,02 моль) комплекса 1 в 50 мл хлористого метилена добавили 20 эквивалентов метанола-di и 5 мол% триэтиламина и перемешивали в течении 18 часов при комнатной температуре. Полученный комплекс 1-D использовали на следующей стадии без очистки.
1Н-ЯМР (400 MHz, CDCI3): d = 8.30 (d, J = 8.6 Hz, 1 H), 8.09 (d, J = 7.3 Hz, 2H), 7.62-
7.49 (m, 3H), 7.44 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 7.32 (t, J = 7.4 Hz, 1 H), 7.23 (t, J = 7.3 Hz, 1 H), 7.12 (d, J = 6.8 Hz, 1 H), 7.05-6.95 (m, 1 H), 6.82 (d, J = 7.6 Hz, 1 H), 6.72 (t, J = 7.4 Hz, 1 H),
4.50 (d, J = 12.6 Hz, 1 H), 3.73-3.64 (m, 2H), 3.49 (dd, J = 10.7, 5.4 Hz, 1 H), 3.44-3.30 (m, 1 H), 2.64-2.53 (m, 1 H), 2.52-2.36 (m, 1 H), 2.22-2.03 (m, 2H).
Раствор 5 г (0,01 моль) комплекса 1 -D в 6 мл сухого диметилформамида (ДМФА) под аргоном охлаждали до 0°С. Далее к раствору при энергичном перемешивании добавляли 0.5 г (0,0125 моль) мелко растертого NaOH и перемешивали в течении 5 минут. Затем к раствору добавляли при 0°С по каплям 1 мл (1 ,31 г., 0,01 моль) изопропилбромида-бб и перемешивали 30 мин, после чего температуру довели до комнатной и перемешивали еще 1.5 часа. После завершения реакции (анализ по ТСХ) раствор снова охладили; прибавили по каплям раствор уксусной кислоты (1.5 мл ледяной СНзСООН в 20 мл воды). В ходе добавления раствора уксусной кислоты полученный комплекс 2-D выпал в осадок.
К раствору 2 г (0,004 моль) комплекса 2-D в 5 мл метанола добавили 3 мл концентрированного раствора HCI (12 М р-р) и 5 мл воды, и затем смесь кипятили с обратным холодильником в течении 30 мин. Далее реакционную смесь упарили. Образовавшийся осадок промывали водой, хиральный лиганд отфильтровали и промыли несколько раз водой. Собранный водный слой нейтрализовали 25%-ным раствором аммиака, оставшийся в растворе лиганд 3 проэкстрагировали хлористым метиленом (3x10 мл), затем водный слой профильтровали через бумажный фильтр и нанесли на ионообменную смолу КУ-2 в Н+-форме (13x3 см). Сначала колонку со смолой промывали водой (300 мл), а затем валин-бб/б7 смывали с колонки 5%-ным раствором аммиака (200 мл). Валин-бб/б7 был очищен от примеси глицина с помощью жидкостной хроматографии на силикагеле (элюент: дихлорметан-метанол-вода). Выход: 172 мг (35%).
1Н-ЯМР (400 MHz, D2O): d = 3.49 (d, J = 4.4 Hz, 1 H), 2.16-2.10 (m, 1 H).
Отношение пиков, соответствующих изотопным формам ds, бб и 67, составляет 6,1 :49,5:44,4 по данным масс-спектрометрического анализа. Форма ds представляет собой продукт неполного дейтерирования метильных групп. С учетом вклада изотопа 13С и равной степени дейтерирования a-положения вне зависимости от степени дейтерирования метильных групп, суммарная мольная доля a-дейтерированных форм валина в финальном продукте составляет 49%.
Синтез лейцина-5,5,5,5’,5’,5’-Об
1) Изобутанол-de
В 2-горлую колбу засыпают 4.19 г магния, присоединяют обратный холодильник и подключают к водоструйному насосу для вакуумирования колбы. В течение нескольких минут колбу греют горячим воздухом. После охлаждения колбы до комнатной температуры добавляют 20 мл ТГФ и кристаллик йода, продувают аргоном и перемешивают при комнатной температуре ~10 мин. К холодильнику подсоединяют хлоркальциевую трубку и медленно (~ 2.5 ч) добавляют раствор изопропилбромида-de (22.5 г, 0.17 моль) в 68 мл ТГФ. Смесь разогревается и становится серого цвета. После прибавления всего изопропилбромида реакционную смесь греют при 50-60 °С в течение 2 ч. Затем реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и порциями, без доступа воздуха, добавляют сухой и мелкоизмельченный параформ (5.22 г, 0.17 моль; предварительно сушат в вакууме над фосфорным ангидридом двое суток). Реакционную смесь перемешивают при 50 °С 3 ч, а затем ночь при комнатной температуре. Растворитель досуха упаривают на роторном испарителе. Сухой остаток растворяют в 75 мл дихлорметана и медленно подкисляют раствором 20% серной кислоты до слабокислой среды. Органический слой отделяют, а водный 3 раза экстрагируют по 25 мл дихлорметаном. Объединенные органические экстракты промывают раствором соды и сушат над сульфатом натрия. После фильтрования органическую фазу фракционируют с дефлегматором, собирая отдельно фракции с диапазоном кипения 85-100 °С и 100-115 °С. Первая фракция состоит из ТГФ и продукта в соотношении 2.5:1. Во второй фракции есть небольшая примесь ТГФ. Суммарный выход: 70%. Спектр ЯМР 1Н (600 MHz, CDCb, ppm): d = 3.37 (2Н, d, 3J=6.5 Hz, CH2), 1.94 (1H, br s, CH).
2) Изобутилбромид-de
Изобутанол-de (4.9 r, 0.06 моль) охлаждают до -10 °C и медленно добавляют по каплям РВгз (10.3 г, 0.038 моль). Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение ночи. Изобутилбромид-de отгоняют из реакционной массы, собирая фракцию, кипящую 65-90 Ό. Дистиллят промывают водой и сушат над цеолитом. Выход: 6.6 г (73%). Спектр ЯМР 1Н (600 MHz, CDCI3, ppm): d = 3.30 (2Н, d, 3 =6.1 Hz, CH2), 1.93- 1.95 (1 H, m, CH).
3) Лейцин-5,5,5,5’,5’,5’-Об
Лейцин-5,5,5,5’,5’,5’-Об был получен аналогично валину-de путем замены изопропилбромида-de на эквивалентное количество изобутилбромида-de- Выход конечного продукта после перекристаллизации 50%. 1Н-ЯМР (600 MHz, D2O, внутренний стандарт: метанол): 6 = 1.64-1.76 (ЗН, т), 3.71 (1 Н, dd, 3J=6.0, 8.4 Hz, CH-a).
13С-ЯМР (101 MHz, D2O, внутренний стандарт: метанол) d =20.4 (CD3), 24.31 , 40.33, 54.08, 176.24.
В приведенных ниже примерах использовался томограф Bruker BioSpec ВС70/30 USR с постоянным полем 7,05 Тл, оснащенный объемным резонатором, настроенным на частоты 1Н (передача/прием) и 2Н (передача), а также поверхностной приемной катушкой диаметром 5 см.
Для регистрации дейтериевой томограммы использовалась импульсная последовательность FLASH (Fast low angle shot). Частота возбуждения определялась по 2Н ЯМР спектру и составляла на используемом приборе: sfo1 * 46.17452 МГц, прямоугольный возбуждающий импульс шириной 2560 Гц и мощностью 11.2 dB, угол отклонения FA = 30°, время повторения TR = 11.8 мс, время эхо ТЕ = 4.07 мс, область сканирования 10 см х 10 см, матрица сканирования 50 х 50, толщина среза 3 см, ширина пропускания частот 12500 Гц, общее время сканирования 9 минут 34 секунды (1024 накопления).
Пример 1. Регистрация дейтериевой томограммы и 2Н ЯМР спектра образца, содержащего разбавленный раствор дейтерированного валина.
Для демонстрации принципиальной возможности регистрации дейтериевой томограммы разбавленного раствора дейтерированного валина был проведен следующий эксперимент.
Стеклянный флакон, содержащий 5 мл раствора валина-4,4,4,4’,4’,4’-бб или лейцина-5, 5, 5, 5’, 5’, 5 1б (5 мг) в дистиллированной воде, помещался в центре магнита томографа. Поверхностная катушка диаметром 5 см располагалась горизонтально непосредственно над флаконом.
На фигуре 1 а показаны дейтериевая томограмма (слева) и 2Н спектр (справа) образца с валином-4,4,4,4’,4’,4’-бб.
На фигуре 16 показаны дейтериевая томограмма (слева) и 2Н спектр (справа) образца с лейцином-5,5,5,5’,5’,5’-бб.
Пример 2. Использование дейтериевой томографии для визуализации карциномы молочной железы мыши 4Т1 in vivo с использованием диагностического препарата, содержащего валин-4,4,4,4’,4’,4’- б-
В данном примере проводились эксперименты на мышах Balb/c с привитой карциномой молочной железы 4Т1 (инъекция 5x10® клеток/60 мкл под левой передней лапой за 12 дней до эксперимента). Животному весом 20 г вводился внутрибрюшинно раствор 20 мг валина-de в 0.5 мл воды. Через 10 мин после введения животное обездвиживалось с помощью изофлурана, размещалось на подогреваемой кроватке в томографе. Поверхностная приемная 2Н катушка располагалась над передней частью тела животного с дорсальной стороны, как отмечено на фигуре 2 пунктиром.
На фигуре 2 видно, что со временем дейтерированное производное валина накапливается в опухолевой ткани, причем максимальная интенсивность сигнала дейтерия наблюдается около 90 минут после введения препарата. Как видно из приведенных данных, сигнал дейтерия сохраняется в течение нескольких десятков минут, таким образом, валин-de обладает благоприятной фармакокинетикой для практического использования в 2Н МРТ и МР-спектроскопии.
Как следует из приведенных результатов, диагностический препарат на основе дейтерированного производного валина может использоваться для неинвазивной диагностики заболеваний, включая онкологические, методом 2Н МРТ и/или МР- спектроскопии.
Пример 3. Использование дейтериевой томографии для визуализации карциномы молочной железы мыши 4Т1 in vivo с использованием диагностического препарата, содержащего лейцин-de.
В данном примере проводились эксперименты на мышах Balb/c с привитой карциномой молочной железы 4Т1 (инъекция 5х105 клеток/60 мкл под левой передней лапой за 12 дней до эксперимента). Животному весом 20 г вводился внутрибрюшинно раствор 25 мг лейцина-5,5,5,5’,5’,5Ч1б в 0.8 мл воды. Через 10 мин после введения животное обездвиживалось с помощью изофлурана, размещалось на подогреваемой кроватке в томографе. Поверхностная приемная 2Н катушка располагалась над передней частью тела животного с дорсальной стороны. На фигуре 3 представлено изображение, полученное спустя 40 мин после введения препарата.
Как следует из приведенных результатов, диагностический препарат на основе дейтерированного производного лейцина может использоваться для неинвазивной диагностики заболеваний, включая онкологические, методом 2Н МРТ и/или МР- спектроскопии.
Пример 4. Использование дейтериевой томографии для визуализации карциномы молочной железы мыши 4Т1 in vivo с использованием диагностического препарата, содержащего L -аланин-3, 3,3-d3 и L-фенилаланин- p, ,2,3,4,5,6-d7.
В данном примере проводились эксперименты на мышах Balb/c с привитой карциномой молочной железы 4Т1 (инъекция 5x105 клеток/60 мкл под левой передней лапой за 12 дней до эксперимента).
Животному весом 20 г вводился внутрибрюшинно раствор:
а) 30 мг 1_-аланина-3,3,3^з в 0.5 мл воды; либо б) 10 мг 1_-фенилаланина-р,р,2,3,4,5,6-б7 в 1.0 мл воды (меньшая доза фенилаланина в пересчете на дейтерий обусловлена низкой растворимостью фенилаланина и, как следствие, невозможностью введения большего объема диагностического препарата без вреда для здоровья субъекта).
Через 10 мин после введения животное обездвиживалось с помощью изофлурана, размещалось на подогреваемой кроватке в томографе. Поверхностная приемная 2Н катушка располагалась над передней частью тела животного с дорсальной стороны, как отмечено на фигуре 4 пунктиром.
На фигуре 4 видно, что дейтерированные производные аланина и фенилаланина не накапливается в опухолевой ткани и не проявляют селективности накопления в различных органах.
Пример 5. Определение содержания валина-4,4,4,4’,4’,4’-<]б в тканях мышей с карциномой молочной железы 4Т1 после введения диагностического препарата в дозе, совместимой с дейтериевой томографией.
В данном примере проводились эксперименты на мышах Balb/c с привитой карциномой молочной железы 4Т1 (инъекция 5x10* клеток/60 мкл под левой передней лапой за 12 дней до эксперимента). Животному весом 20 г вводился внутрибрюшинно раствор 20 мг L-валина-бб (S-валина-бб) в 0.5 мл воды. После введения животное содержалось в отдельной клетке с доступом к пище и воде. Спустя указанное время после введения животное умерщвлялось путем дислокации шейных позвонков. Образцы органов и тканей животного быстро извлекались и замораживались в жидком азоте. Замороженные образцы растирались в фарфоровой ступке при охлаждении жидким азотом. Навеску (50-200 мг) полученного таким образом порошка быстро вносили в нагретую до 98°С 0.4% соляную кислоту (0.6-1.0 мл). Полученную суспензию выдерживали при 98°С 15 мин с периодическим встряхиванием. После добавления внутреннего стандарта (раствор З-О-(СОз)-глюкозы) смесь встряхивали, центрифугировали до полного отделения твердых фракций. Раствор анализировали методом 2Н ЯМР.
Таблица 1.
Figure imgf000029_0001
Figure imgf000030_0001
* По данным Washburn et al. (1978): процент введенной дозы 0/.-1-14С-валина (0.021 мг/кг) на 1 грамм соответствующей ткани здоровой крысы.
Приведенные в Таблице 1 данные свидетельствуют о селективном накоплении /.-валина-de в различных тканях животного в диапазоне концентраций, пригодном для использования в 2Н МРТ или МР-спектроскопии. В том числе, наблюдается повышенное накопление /.-валина-бб в опухолевой ткани по сравнению с почками, сердцем, мозгом, скелетными мышцами и жировой тканью через 1 час после введения диагностического препарата.
Также из Таблицы 1 можно сделать вывод о существенном различии в достигаемых в разных органах относительных концентрациях изотопной метки: 2Н в случае /.-валина-de (1.25 г/кг) и 14С в случае 0/.-1-14С-валина (0.021 мг/кг). Абсолютные концентрации валина в печени и почках крысы по данным Washburn et al. (1978), приведенным в Таблице 1 , в результате введения 0/_-1-14С-валина (0.021 мг/кг) были увеличены не более, чем на 0.3 нмоль/г по сравнению с физиологической концентрацией свободного валина порядка 0.5 мкмоль/г [Rivera, S. et al. Biochem. J. 1988, 249, 443-449]. В наших экспериментах с валином-de, как следует из Таблицы 1 , достигается более, чем 10-кратное превышение физиологической концентрации свободного валина в тканях животного.
Пример 6. Изучение распределения и метаболизма смеси дейтерированных производных валина в тканях мышей с карциномой молочной железы 4Т1 после введения диагностического препарата в дозе, совместимой с дейтериевой томографией.
В данном примере использовался частично дейтерированный в a-положении и положениях 4, 4’ /_-валин-бб/б7. (8-валин-бб/б7). Суммарная мольная доля а- дейтерированных форм валина в исходном диагностическом препарате составляет 49%.
Эксперименты проводились на мышах Balb/c с привитой карциномой молочной железы 4Т1 (инъекция 5x10* клеток/60 мкл под левой передней лапой за 12 дней до эксперимента). Животному весом 20 г вводился внутрибрюшинно раствор 20 мг частично дейтерированного в a-положении валина в 0.5 мл воды. После введения животное содержалось в отдельной клетке с доступом к воде. Спустя 60 минут после введения животное умерщвлялось путем дислокации шейных позвонков. Образцы органов и тканей животного быстро извлекались и замораживались в жидком азоте. Замороженные образцы растирались в фарфоровой ступке при охлаждении жидким азотом. Навеску (около 50 мг) полученного таким образом порошка быстро вносили в нагретую до 98°С 0.4% соляную кислоту (1.0 мл). Полученную суспензию выдерживали при 98°С 15 мин с периодическим встряхиванием, затем центрифугировали. Раствор разбавляли 3 объемами ацетонитрила, через 15 минут центрифугировали, разбавляли 9 объемами воды, снова центрифугировали. Отношение изотопомеров d5, de и d7 валина определяли методом LC-MS/MS.
Суммарная мольная доля a-дейтерированного валина составляет: в опухоли - 12%, в мозге - 5%, в крови - 12%, в почках - 17%, в селезенке - 13%, в печени, скелетных мышцах и жировой ткани - 11%. Таким образом, к моменту достижения в опухоли приемлемой для 2Н МРТ концентрации дейтерия происходит существенная потеря дейтерия из a-положения валина, предположительно, в результате действия тканевых трансаминаз. Различия в потере дейтерия из a-положения в разных тканях указывают на разницу в соотношении скоростей мембранного транспорта и трансаминирования, что может служить дополнительной информацией, используемой при оценке метаболического статуса различных участков тканей субъекта и заключении о наличии или отсутствии патологии. Данный результат свидетельствует о возможности использования диагностического препарата, содержащего смесь различных дейтерированных производных валина или производное валина с дейтерием в нескольких неэквивалентных положениях.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким- либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.

Claims

Формула изобретения
1. Диагностический препарат, включающий по меньшей мере одно соединение, выбранное из дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или фармацевтически приемлемой соли дейтерированного производного природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, для диагностики заболеваний методом магнитно-резонансной томографии и/или магнитно-резонансной спектроскопии на ядрах дейтерия.
2. Диагностический препарат по п.1 , который дополнительно включает, по меньшей мере, одно фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество.
3. Диагностический препарат по п.2, характеризующийся тем, что фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество представляет собой носитель, наполнитель и/или растворитель.
4. Диагностический препарат по п. 1 , в котором дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью представляет собой дейтерированный валин или дейтерированный лейцин или дейтерированный изолейцин.
5. Диагностический препарат по п.1 , дополнительно содержащий ингибитор метаболизма природных аминокислот с разветвленной боковой цепью.
6. Диагностический препарат по п. 4, в котором дейтерированный валин представляет собой валин-4, 4, 4-d3, валин-4,4,4,4’,4’,4’-бб, валин-3,4,4,4,4’, 4’, 4’-d7, валин- 2,4, 4, 4,4’, 4’, 4’-d7, валин-2,3,4,4,4,4’,4’,4Ч18.
7. Диагностический препарат по п. 4, в котором дейтерированный лейцин представляет собой лейцин-3, 3-d2, лейцин-5, 5, 5-d3, лейцин-5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-d6, лейцин-
4.5, 5, 5,5’, 5’, 5’-d7, лейцин-3, 3,5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-de, лейцин-3, 3,4, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-dg, лейцин-
2.5, 5, 5,5’, 5’, 5’-d7, лейцин-2, 3,3, 5, 5, 5, 5’, 5’, 5’-бэ, лейцин-2,4,5,5,5,5’,5’,5’-б8, лейцин-
2,3, 3,4, 5, 5, 5,5’, 5’, 5’-dio.
8. Диагностический препарат по п. 4, в котором дейтерированный изолейцин представляет собой 2-амино-3-(С03)пентановую кислоту, 2-амино-3-(С03)пентановую- 5,5,5-d3 кислоту, 2-амино-3-(С03)пентановую-4,4,5,5,5 15 кислоту, 2-амино-З- (С03)пентановую-2,5,5,5 и кислоту, 2-амино-3-(С03)пентановую-2,3,5,5,5-б5 кислоту, 2- амино-3-(С03)пентановую-3,4,4,5,5,5-бб кислоту, 2-амино-3-(С03)пентановую-2,3,4,4,5,5,5- d7 кислоту, 2-амино-3-метилпентановую-5,5,5-б3 кислоту.
9. Диагностический препарат по п. 1 , в котором дейтерированное производное полностью или преимущественно представлено одним энантиомером.
10. Диагностический препарат по п. 9, в котором дейтерированное производное полностью или преимущественно представлено энантиомером с конфигурацией 2S.
11. Диагностический препарат по п.1 , в котором дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью представляет собой - смесь по меньшей мере двух различных дейтерированных производных валина или его фармацевтически приемлемых солей; или
- смесь по меньшей мере двух различных дейтерированных производных лейцина или его фармацевтически приемлемых солей; или
- смесь по меньшей мере двух различных дейтерированных производных изолейцина или его фармацевтически приемлемых солей; или
- смесь по меньшей мере двух различных дейтерированных производных валина, лейцина и/или изолейцина и/или их фармацевтически приемлемых солей.
12. Диагностический препарат по п. 1 , в котором дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью и/или его фармацевтически приемлемая соль наряду с атомами дейтерия, связанными с атомами углерода, содержат атомы дейтерия, частично или полностью замещающие подвижные атомы водорода, связанные с атомами кислорода и/или азота.
13. Диагностический препарат по п.1 , который включает
- дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, содержащее атомы дейтерия, связанные с атомами углерода, более чем в одном положении, или его фармацевтически приемлемую соль; или
- смесь дейтерированных производных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью и/или их фармацевтически приемлемых солей, в которой присутствуют дейтерированные производные, содержащие атомы дейтерия в структурно неэквивалентных положениях.
14. Способ диагностики заболевания у субъекта, включающий следующие этапы: а) вводят субъекту диагностический препарат по любому из п.п.1 -13;
б) проводят магнитно-резонансную томографию и/или магнитно-резонансную спектроскопию на ядрах дейтерия после введения диагностического препарата спустя время, достаточное для его накопления в исследуемой ткани, для получения, соответственно, томограммы и/или ЯМР спектра(ов);
в) диагностируют наличие или отсутствие заболевания на основании наблюдаемой интенсивности сигнала ядер дейтерия, отражающей уровень накопления диагностического препарата.
15. Способ по п.14, в котором заболевание представляет воспалительный процесс, инфекционный процесс, процесс, сопровождающийся активной регенерацией, заболевание, связанное с ишемией органов и тканей, реакцию отторжения трансплантата, аутоиммунное заболевание.
16. Способ по п.14, в котором заболевание представляет собой онкологическое заболевание.
17. Способ по п. 14, в котором проводят, по меньшей мере, одно дополнительное медицинское исследование, выбранное из магнитно-резонансной томографии на ядрах, отличных от ядер дейтерия, ультразвукового исследования, компьютерной томографии, рентгенографии, пальпации, биопсии, анализа биологического материала субъекта на онкомаркеры, радионуклидной диагностики и/или визуального наблюдения.
18. Способ по п.14, в котором диагностируют наличие или отсутствие заболевания на основании сравнения интенсивности сигнала ядер дейтерия у исследуемого субъекта с типичной интенсивностью сигнала, наблюдаемой у здоровых субъектов в соответствующей ткани или соответствующем органе.
19. Способ по п.14, в котором диагностируют наличие или отсутствие заболевания на основании сравнения интенсивности сигнала ядер дейтерия в областях, соответствующих нормальной и аномальной ткани по данным дополнительного медицинского исследования.
20. Способ по п.14, в котором используют диагностический препарат, включающий дейтерированное производное природной аминокислоты с разветвленной боковой цепью, содержащее атомы дейтерия более чем в одном положении или смесь дейтерированных производных природных аминокислот с разветвленной боковой цепью, содержащих атомы дейтерия в структурно неэквивалентных положениях, и в котором дополнительно оценивают уровень метаболической активности и/или пролиферации клеток исследуемой ткани на основании сравнения интенсивности сигналов ядер дейтерия в структурно неэквивалентных положениях.
21. Способ по п.17, в котором диагностируют наличие или отсутствие заболевания на основании сравнения дейтериевой томограммы исследуемого субъекта с изображением, полученным в результате магнитно-резонансной томографии у субъекта на ядрах протия.
22. Способ по п.16, в котором по пространственному распределению области с повышенным накоплением диагностического препарата делается вывод о структуре опухоли.
23. Способ по п.16, в котором по интенсивности сигнала дейтерия в области повышенного накопления диагностического препарата делается вывод о злокачественности или доброкачественности опухоли.
24. Способ по п.14, в котором по скорости изменения интенсивности сигнала дейтерия после введения делается вывод об уровне перфузии в разных участках области сканирования.
25. Способ по п.14, в котором диагностический препарат вводят субъекту перорально.
26. Способ по п.14, в котором диагностический препарат вводят субъекту парентерально.
PCT/RU2019/000324 2018-12-29 2019-05-08 Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата WO2020139126A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19901524.9A EP3903831A4 (en) 2018-12-29 2019-05-08 PREPARATION FOR MAGNETIC RESONANCE IMAGING AND/OR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY CONTAINING A DEUTERIATED NATURAL AMINO ACID WITH BRANCHED SIDE CHAIN AND DIAGNOSTIC METHOD USING THIS PREPARATION
CN201980093270.2A CN113518629B (zh) 2018-12-29 2019-05-08 含有氘代天然支链氨基酸的磁共振成像药物和使用所述药物的诊断方法
US17/419,649 US20220072162A1 (en) 2018-12-29 2019-05-08 Magnetic resonance imaging drug containing a deuterated natural branched-chain amino acid, and diagnostic method using said drug
JP2021538461A JP7537765B2 (ja) 2018-12-29 2019-05-08 重水素化天然分枝鎖アミノ酸を含む磁気共鳴画像法及び同種の薬物を使用した診断方法
SG11202107126YA SG11202107126YA (en) 2018-12-29 2019-05-08 Magnetic resonance imaging drug containing a deuterated natural branched-chain amino acid, and diagnostic method using said drug
IL284431A IL284431A (en) 2018-12-29 2021-06-28 A preparation for magnetic resonance imaging containing a chain of a natural amino acid containing deuterium with side-sweeping, and a method for diagnostics using the aforementioned preparation
JP2024083731A JP2024103550A (ja) 2018-12-29 2024-05-23 重水素化天然分枝鎖アミノ酸を含む薬物を使用した磁気共鳴画像法による診断するための情報を提供する方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018147615 2018-12-29
RU2018147615A RU2738850C2 (ru) 2018-12-29 2018-12-29 Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020139126A1 true WO2020139126A1 (ru) 2020-07-02

Family

ID=71127394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2019/000324 WO2020139126A1 (ru) 2018-12-29 2019-05-08 Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20220072162A1 (ru)
EP (1) EP3903831A4 (ru)
JP (2) JP7537765B2 (ru)
CN (1) CN113518629B (ru)
IL (1) IL284431A (ru)
RU (1) RU2738850C2 (ru)
SG (1) SG11202107126YA (ru)
WO (1) WO2020139126A1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5042488A (en) 1987-09-29 1991-08-27 The Washington University Methods employing deuterium for obtaining direct, observable deuterium magnetic resonance images in vivo and in situ
US6574496B1 (en) * 1999-05-19 2003-06-03 Amersham Health As Magnetic resonance imaging
US20030211036A1 (en) 2002-05-07 2003-11-13 Hadassa Degani Method and apparatus for monitoring and quantitatively evaluating tumor perfusion
US20100322865A1 (en) 2009-06-19 2010-12-23 Duerk Jeffrey L Deuterated metabolic water precursor for detecting and treating diseased tissue
RU2663286C1 (ru) * 2017-11-21 2018-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Сольвекс" Препарат для магнитно-резонансной диагностики онкологических заболеваний, содержащий дейтерированную 2-амино-2-метилпропионовую кислоту и/или 2-(n-метиламино)-2-метилпропионовую кислоту, и способ диагностики с использованием этого препарата

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5492900A (en) * 1993-09-10 1996-02-20 Neutron Technology Corporation Method for enhancing the solubility of the boron delivery drug, boronophenylalanine (BPA)
US5617861A (en) * 1994-02-16 1997-04-08 Huntington Medical Research Institutes Magnetic resonance spectral analysis of the brain for diagnosis of clinical conditions
US20070104648A1 (en) * 2005-11-09 2007-05-10 Glyconix Corporation Compositions, methods of preparing amino acids, and nuclear magnetic resonance spectroscopy
US11408892B2 (en) * 2013-06-18 2022-08-09 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Devices, compositions and methods for imaging with raman scattering

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5042488A (en) 1987-09-29 1991-08-27 The Washington University Methods employing deuterium for obtaining direct, observable deuterium magnetic resonance images in vivo and in situ
US6574496B1 (en) * 1999-05-19 2003-06-03 Amersham Health As Magnetic resonance imaging
US20030211036A1 (en) 2002-05-07 2003-11-13 Hadassa Degani Method and apparatus for monitoring and quantitatively evaluating tumor perfusion
US20100322865A1 (en) 2009-06-19 2010-12-23 Duerk Jeffrey L Deuterated metabolic water precursor for detecting and treating diseased tissue
RU2663286C1 (ru) * 2017-11-21 2018-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Сольвекс" Препарат для магнитно-резонансной диагностики онкологических заболеваний, содержащий дейтерированную 2-амино-2-метилпропионовую кислоту и/или 2-(n-метиламино)-2-метилпропионовую кислоту, и способ диагностики с использованием этого препарата

Non-Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Topics in Current Chemistry, Contrast Agents I, Magnetic Resonance Imaging", 2002, SPRINGER
"Vivo Spectroscopy", vol. 11, 1992, SPRINGER, article "Biological Magnetic Resonance"
A. GOLDLUST ET AL., EPILEPSY RES., vol. 22, no. 1, 1995, pages 1 - 11
ATTAIX ET AL., BIOCHIM. BIOPHYS. ACTA, vol. 882, 1986, pages 389 - 397
BALTZER, P.A.T. ET AL., AM. J. ROENTENOLOGY, vol. 194, 2010, pages 1658 - 1663
GOTO ET AL., CHEM. SOC. BULL, vol. 25, no. 7, 1977, pages 1574 - 1581
H. DENG ET AL., ACS MED. CHEM. LETT., vol. 7, no. 4, 2016, pages 379 - 384
HU, L.Y. ET AL., BIOORG. MED. CHEM. LETT., vol. 16, no. 9, 2006, pages 2337 - 2340
JOHNSTONE, R.M.SCHOLEFIELD, P.G., ADV. CANCER RES., vol. 9, 1965, pages 143 - 226
P.J. HELLYER ET AL., NEUROLMAGE, vol. 155, 2017, pages 209 - 216
RIVERA , S. ET AL., BIOCHEM. J., vol. 249, 1988, pages 443 - 449
See also references of EP3903831A4
SHAHID, H. ET AL., APPL. RADIOL., vol. 45, 2016, pages 7 - 13
TAGLANG S. ET AL.: "Late-stage deuteration of 13C-enriched substrates for T1 prolongation in hyperpolarized 13C MRI", CHEM COMMUN (CAMB)., vol. 54, no. 41, 17 May 2018 (2018-05-17), pages 5233 - 5236, XP055723191 *
WASHBURN ET AL., NUCL. MED., vol. 19, 1978, pages 77 - 83
Y. N. BELOKON, TETRAHEDRON: ASYMMETRY, vol. 9, 1998, pages 4249 - 4252

Also Published As

Publication number Publication date
EP3903831A1 (en) 2021-11-03
EP3903831A4 (en) 2023-01-11
IL284431A (en) 2021-08-31
CN113518629B (zh) 2024-03-08
RU2738850C2 (ru) 2020-12-17
RU2018147615A (ru) 2020-06-29
JP2022515892A (ja) 2022-02-22
CN113518629A (zh) 2021-10-19
RU2018147615A3 (ru) 2020-06-29
US20220072162A1 (en) 2022-03-10
JP2024103550A (ja) 2024-08-01
SG11202107126YA (en) 2021-07-29
JP7537765B2 (ja) 2024-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Park et al. State-of-the-art accounts of hyperpolarized 15 N-labeled molecular imaging probes for magnetic resonance spectroscopy and imaging
RU2663286C1 (ru) Препарат для магнитно-резонансной диагностики онкологических заболеваний, содержащий дейтерированную 2-амино-2-метилпропионовую кислоту и/или 2-(n-метиламино)-2-метилпропионовую кислоту, и способ диагностики с использованием этого препарата
JP2011511775A (ja) 過分極１３ｃ−アラニンを含むｍｒ造影剤、又は画像媒体、及びそのような画像媒体を使用する画像検査法
RU2738873C2 (ru) Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированный саркозин, и способ диагностики с использованием этого препарата
RU2738850C2 (ru) Препарат для магнитно-резонансной томографии, содержащий дейтерированную природную аминокислоту с разветвленной боковой цепью, и способ диагностики с использованием этого препарата
US12115232B2 (en) Preparation for magnetic resonance diagnostics for oncological diseases, comprising deuterated 3-O-methylglucose, and diagnostic method using said preparation
EP3015855A1 (en) Metal biosensors based on compounds with metal-sensitive chemical shifts for magnetic resonance spectroscopy and imaging
EP3714783B1 (en) Preparation for magnetic resonance diagnostics for oncological diseases, comprising deuterated 2-amino-2-methylpropionic acid and/or 2-(n-methylamino)-2-methylpropionic acid, and diagnostic method using said preparation
RU2718052C2 (ru) Препарат для магнитно-резонансной диагностики онкологических заболеваний, содержащий дейтерированную 3-о-метилглюкозу, и способ диагностики с использованием этого препарата
EA044027B1 (ru) Препарат для магнитно-резонансной диагностики онкологических заболеваний, содержащий дейтерированную 2-амино-2-метилпропионовую кислоту и/или 2-(n-метиламино)-2-метилпропионовую кислоту, и способ диагностики с использованием этого препарата
Brown Novel Dissymmetric Copper Bis (thiosemicarbazone) Complexes for Medical Diagnostic Imaging by Positron Emission Tomography.
US20140099262A1 (en) Isotopically labeled cdp-choline and uses thereof
JP2000044491A (ja) スカラー結合により磁気共鳴診断が可能な医療用薬剤
US20160296645A1 (en) Hyperpolarized 1-13c-1,1-bis(acetoxy(methyl))-2,2&#39;-cyclopropane as metabolic marker for mr
Wenzke Toward the Synthesis of the Deuterated Finland Trityl Radical A Seniors Honors Thesis

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19901524

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021538461

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2019901524

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019901524

Country of ref document: EP

Effective date: 20210729