專利名稱：使用超極化¹³C-丙酮酸鹽的心臟成像方法
使用超極化"c-丙酮酸鹽的心臟成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用超極化130丙酮酸鹽作為MR成像劑的心臟 成像方法，該方法能夠確定心肌細(xì)胞的存活力。
磁共振(MR)成像(MRI)是一種成像技術(shù)，醫(yī)生特別傾向于用它 以非侵入性方式，攝取受試者身體整體或其郜分圖像，無需像X-射 線一樣將受試者和醫(yī)護(hù)人員暴露于潛在的有害放射線中。由于其高 質(zhì)量的圖像，MRI成為頗受歡迎的軟組織和器官如心臟的成像技術(shù)。
局部缺血相關(guān)的心臟損傷和疾病是西方國家中死亡的的主要原 因。心肌局部缺血是一種嚴(yán)重的疾病，只有在早期快速鑒別和定位 心肌局部缺血，才能防止受試者患上不可逆性心肌損害。
心臟組織，與其它代謝活性組織一樣，特別容易出現(xiàn)局部缺血 損傷。急性心肌梗死的早期階段通常伴隨有正常收縮功能喪失，通 過局部運(yùn)動(dòng)障礙表現(xiàn)出來。這可能是由于冠狀灌注壓陡然降低，誘 發(fā)急性心肌冬眠狀態(tài)，以及正?？缒るx子轉(zhuǎn)運(yùn)的快速停止。不可逆 性損傷開始之前的局部缺血心肌的再灌注可快速或緩慢恢復(fù)(心肌功 能喪失)至正常心臟代謝和功能。
磁共振成像已經(jīng)發(fā)展成一種實(shí)用的心臟成像技術(shù)。盡管MR技 術(shù)用自旋-回波成像，能夠顯示心臟的解剖結(jié)構(gòu)，但是對(duì)照劑的使用 也^i企測(cè)心肌局部缺血和梗死必不可少的。 一類MR對(duì)照劑為順磁 對(duì)照劑，其中包括順磁金屬離子，為鹽形式或?yàn)榕c螯合/絡(luò)合部分絡(luò) 合的絡(luò)合物形式。
順磁對(duì)照劑GdDTPA (MagnevistTM)已經(jīng)成為心肌成像用臨床測(cè) 試的主體。盡管該金屬絡(luò)合物已經(jīng)表現(xiàn)出能夠改善動(dòng)物和人的MR 圖像中的急性心肌梗死的鑒別，但是，由于其快速排出并分布于細(xì) 胞外液間隙，其心肌成像的臨床應(yīng)用受到限制。
Mn"作為一種順磁金屬離子已經(jīng)用作對(duì)照劑應(yīng)用于心肌MR成 像中。它與Ca"竟?fàn)幫ㄟ^慢鈣離子通道進(jìn)入收縮中的心肌，產(chǎn)生顯 著縮短的馳豫時(shí)間T,并因此增強(qiáng)正常心肌組織中的信號(hào)強(qiáng)度。在心 率和收縮力增加期間，每時(shí)間單位的Mn"流入量提高。但是，在局 部缺血心肌中，由于血流減小、收縮力降低，Mn"的攝入大大降低。 因此，用順磁Mi產(chǎn)作為對(duì)照劑進(jìn)行MR成像，可檢測(cè)出局部缺血心
肌并將其與正常心肌組織相區(qū)別。
但是，用錳離子存在某些缺點(diǎn)。用錳鹽，如二氯化錳等鹽具有 心臟毒性，從而帶來安全性問題(見例如Hu et al. Magn. Res. in Medicine 46， (2001), 884-890)。已經(jīng)做了嘗試來補(bǔ)償錳鹽的毒性作 用，方法是添加鈣鹽或以慢輸注形式給予該鹽。在對(duì)照劑制劑中使 用4丐的缺點(diǎn)在于，其與錳竟?fàn)?丐通道進(jìn)入心肌細(xì)胞。這種方法導(dǎo)致 效率降低，并隨后需要高劑量的對(duì)照劑來補(bǔ)償該作用。
WO-A-99/01162描述了一種檢測(cè)心肌局部缺血的方法，使用錳 絡(luò)合物快速成像。成像過程據(jù)稱簡便易行，在注射后3-6小時(shí)內(nèi)完 成。盡管該方法似乎沒有毒性問題，但是從成像序列得到結(jié)果要延 遲相當(dāng)長的時(shí)間，因?yàn)閺某上裥蛄虚_始到給予對(duì)照劑要較長的時(shí)間。
WO 2004/054623描述了 一種用某些錳絡(luò)合物筌別心肌局部缺血 面積的方法。生理學(xué)和/或藥理學(xué)應(yīng)激方案是該方法的一部分，因?yàn)?其增大了正常和局部缺血心肌間的對(duì)照差異，從而得以使用低對(duì)照 劑劑量。但是，該應(yīng)激方案加重了受試者的心理性緊張。
因此，需要一種在MR成像方法中使用的藥劑，來增大正常和 局部缺血組織間的差異，進(jìn)而在細(xì)胞水平評(píng)價(jià)該組織的存活力。該 藥劑還應(yīng)具有安全性，即在其臨床劑量時(shí)沒有毒副作用。此外，還 需要快速簡便評(píng)價(jià)心肌組織，同時(shí)不給受試者帶來額外應(yīng)激，也不 延遲治療檢測(cè)開始的MR成像方法。
WO-A-99/35508公開了 一種用高1\劑作為MR成像劑的超極化 溶液考察受試者M(jìn)R的方法。術(shù)語"超極化"是指增強(qiáng)存在于高T\
劑中的NMR活性核(即非零核自旋的核，優(yōu)選"C-或"N-核)的核極 化作用。通過增強(qiáng)NMR活性核的核極化作用，這些核的激發(fā)和基 態(tài)核自旋狀態(tài)間的總體差別顯著擴(kuò)大，從而使MR信號(hào)強(qiáng)度擴(kuò)增到 100倍以上。當(dāng)用超極化"C-和/或"N-富集的高T,劑時(shí)，基本上沒 有來自本底信號(hào)的干擾，因?yàn)镃和/或N的天然豐度可以忽略不計(jì)， 所以成像對(duì)比度非常高。公開了各種適于超極化并隨后用作MR成 像劑的可能的高T,劑，其中包括^f旦不限于非內(nèi)源性和內(nèi)源性化合物 如乙酸鹽、丙酮酸鹽、乙二酸鹽或葡糖酸鹽，糖如葡萄糖或果糖， 脲，酰胺，氬基酸如谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸或天冬氨酸，核苷 酸，維生素如抗壞血酸，盤尼西;f木衍生物和磺酰胺等。要進(jìn)一步說 明的是，檸檬酸循環(huán)等正常代謝循環(huán)中的中間體如富馬酸和丙酮酸 是優(yōu)選的用于代謝活性成像的成像劑。
要著重說明的是，超極化成像劑由于馳豫以及-給予受試者身體 時(shí)的-稀釋而衰減。因此，成像劑的T,值在生物流體(例如血液)中必 須足夠高，應(yīng)足以使成像劑以高度的超極化狀態(tài)分布于受試者身體 的耙位點(diǎn)。
我們已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，超極化13(3-丙酮酸鹽可用作評(píng)價(jià)心 肌組織存活力的成像劑。由不同的丙酮酸鹽代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的MR信 號(hào)振幅隨心肌組織的代謝狀態(tài)而變化。因此，由這些代謝產(chǎn)物形成 的獨(dú)特的代謝峰圖式可用作待檢測(cè)心臟組織代謝狀態(tài)的指紋圖語， 以區(qū)分存活和非存活心肌組織。這就使超極化130丙酮酸鹽成為極 佳的評(píng)價(jià)心肌組織存活力的體內(nèi)MR成像劑，例如用于鑒別心肌局 部缺血或心臟病發(fā)作之后的"有危險(xiǎn)的組織，，。這種超出灌注評(píng)價(jià) 或死亡心肌組織鑒別的信息對(duì)醫(yī)生開始適當(dāng)?shù)闹委熞苑乐故茉囌咝?肌進(jìn)一步損害非常重要。
因此，在第一方面，本發(fā)明提供了一種用超極化13〇-丙酮酸鹽 作為成像劑評(píng)j介心肌組織存活力的方法。
130丙酮酸鹽非常安全，并且作為內(nèi)源性化合物，人體耐受性
良好。在本發(fā)明方法中使用超極-化"C-丙酮酸鹽，能夠快速獲得結(jié)
果，給藥和MR成像序列之間不需延時(shí)。這就意味著，受試者可立 即接受治療，從而提高存活和康復(fù)機(jī)會(huì)。本發(fā)明方法中不需要應(yīng)激 方案，從而對(duì)受試者更有益。
NMR活性130-核的超極化可通過各種方法達(dá)到(例如，見WO-A-99/35508)，優(yōu)選的方法是從惰性氣體極化轉(zhuǎn)移、"暴力式"、自 旋冷凍、仲氫法和DNP。為得到超才及化13。丙酮酸鹽，優(yōu)選直接將13C-丙酮酸鹽極化，或?qū)?C-丙酮酸極化并將極化的130丙酮酸轉(zhuǎn)化為 極化的"C-丙酮酸鹽，例如通過用》威中和。
獲得超極化BC-丙酮酸鹽的優(yōu)選的方法是從超極化惰性氣體極 化轉(zhuǎn)移。惰性氣體具有非-零核自旋，可被超極化，例如用循環(huán)極化 光，可使其極化水平超過平衡極化水平。超極化惰性氣體，優(yōu)選SHe 或129Xe或其混合氣體，可用于實(shí)行"C-核的超極化。超極化也可通 過使用同位素富集的超極化惰性氣體獲得，優(yōu)選^e或^Xe。超極 化氣體可以是氣相，'也可以溶于液體/溶劑中，或者超極化氣體本身 可用作溶劑。再者，該氣體可冷凝于預(yù)冷的固體表面并以這種形式
使用，或者使其升華。優(yōu)選將超才及化氣體與該化合物充分混合進(jìn)行 極化。因此，如果極化130丙酮酸，因?yàn)樗谑覝貫橐后w，所以超 極化氣體優(yōu)選溶于液體/溶劑中或用作溶劑。如果極化"C丙酮酸鹽， 超極化氣體優(yōu)選溶于同樣溶解丙酮酸鹽的液體/溶劑中。
獲得超極化130丙酮酸鹽的另一優(yōu)選方法是，在非常低的溫度 下，在高場(chǎng)中，用熱動(dòng)力學(xué)平衡〗吏NMR活性核極化。相比于操作 場(chǎng)和NMR譜的溫度，超極化作用通過使用極高場(chǎng)和極低溫度(暴力 式)來完成。所用的磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)盡量高，通常高于1T，優(yōu)選高于5T， 更優(yōu)選高于15T,或更特別優(yōu)選高于20T或更高。溫度應(yīng)盡量低， 如4.2 K或更低，優(yōu)選1.5 K或更4氐，更優(yōu)選1.0 K或更低，特別優(yōu) 選100mK或更低。
獲得超極化130丙酮酸鹽的另一方法是自旋冷凍法。該方法涵
蓋用自旋冷凍極化使固體化合物或系統(tǒng)自旋極化。該系統(tǒng)摻有或均
勻混有合適的順磁材料料如晶體形式的Ni、鑭或錒系離子，具有規(guī) 則的三個(gè)或更多個(gè)對(duì)稱軸。儀器操作比DNP簡單，不需均勻的磁場(chǎng)， 因?yàn)椴恍钁?yīng)用共振激發(fā)場(chǎng)。通過將樣品圍繞垂直于磁場(chǎng)方向的軸旋 轉(zhuǎn)進(jìn)行操作。該方法的前提條件是，該順磁物質(zhì)有高度的各向異性 g因子。作為樣品旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，使得電子順磁共振與核自旋相接觸， 導(dǎo)致核自旋溫度的下降。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)樣品，直至核自旋極化達(dá)到新的 平衡。
在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，用DNP (動(dòng)力核極化)法來獲得超 極化"C-丙酮酸鹽。極化由順磁化合物，又稱為順磁劑或DNP劑產(chǎn) 生。在DNP法中，能量通常以微波照射形式提供，用來開始激發(fā)順 磁劑。在衰減至基態(tài)后，極化就從順磁劑的未配對(duì)電子轉(zhuǎn)移至樣品 的NMR活性核。通常，在DNP方法中使用中或高磁場(chǎng)和極低溫度， 例如在液體氦和約1T或更高的磁場(chǎng)中進(jìn)行DNP操作。或者，也可 以使用可獲得足夠的極化增益的中度磁場(chǎng)和任何溫度。DNP技術(shù)在 WO-A-98/58272和WO-A-01/96895中有描述，兩者都通過引用并入 本文。為通過DNP法獲得超極化130丙酮酸鹽，可使用130丙酮酸 鹽和/或130丙酮酸作為待極化化合物。
如果使用"C-丙酮酸和/或"C-丙酮酸鹽，則主要取決于DNP方 法中的所用的順磁劑。如果順磁劑可溶于130丙酮酸，則優(yōu)選使用13C-丙酮酸和液體混合物，優(yōu)選由順磁劑和"C-丙酮酸形成的液體溶液。 如果順磁劑不溶于"C-丙酮酸，則130丙酮酸鹽和/或"C-丙酮酸和 至少一種共溶劑可用來形成液體混合物，優(yōu)選液體溶液。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)， DNP的成功和極化作用的水平取決于待極化的化合物和與其相互密 切接觸的順磁劑。因此，共溶劑優(yōu)選可溶解順磁劑和130丙酮酸和/ 或13。-丙酮酸鹽的共溶劑或共溶劑混合物。就"C-丙酮酸鹽而言， 優(yōu)選用水作為共溶劑。
此外，還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)^f羊品混合物在冷卻/冷凍后形成玻璃狀物質(zhì)而
非結(jié)晶樣品時(shí)，通過DNP法獲得了高極化水平。同時(shí)，形成玻璃樣 物質(zhì)使得順磁劑和待極化的混合物更密切地接觸。13C-丙酮酸是一種 良好的玻璃樣物質(zhì)形成劑，因此每當(dāng)順磁劑可溶于130丙酮酸時(shí)， 優(yōu)選用于DNP方法中。130丙酮酸鹽是一種鹽，并且130丙酮酸鹽 的水溶液和順磁劑的液體混合物冷凍后會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶樣品。為避免這 一點(diǎn)，優(yōu)選添加另外的良好的玻璃樣物質(zhì)形成劑，如甘油、丙二醇 或乙二醇。
因此在一個(gè)實(shí)施方案中，"C-丙酮酸鹽溶于水中得到水溶液， 加入順磁劑、甘油和任選的其它共溶劑形成液體混合物。在一個(gè)優(yōu) 選的實(shí)施方案中，"C-丙酮酸、順》茲劑和共溶劑結(jié)合在一起形成液體 混合物。在一個(gè)最優(yōu)選的實(shí)施方案中，13(3-丙酮酸和順磁劑結(jié)合在一 起形成液體混合物。該化合物的充分混合可通過幾種已知的方法達(dá) 到，例如攪拌、渦懸或超聲。
進(jìn)行DNP方法前，要對(duì)液體化合物進(jìn)行冷凍。液體混合物的冷 卻/冷凍可通過本領(lǐng)域已知的方法獲得，例如將液體混合物在液氮中 冷凍，或直接將其置于極化器中，其中的液體氦將冷凍該樣品。
如上所述，動(dòng)力核極化法(DNP)是一種將待極化的混合物通過 DNP劑，即順磁劑/化合物來完成極化作用的方法。
許多已知的化合物可用作DNP劑，例如過渡金屬如鉻(V)離子， 有機(jī)自由基如氮氧自由基(nitroxideradicals)、三苯甲基基團(tuán)(trityl radicals)或磁性顆粒。舉例而言，這類DNP劑在WO-A-99/35508、 WO-A-88/10419、 WO畫A誦90/00卯4、 WO-A-91/12024、 WO-A隱93/02711 或WO-A-96/39367中有敘述。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，式(I)的三苯甲基基團(tuán)
<formula>formula see original document page 10</formula>其中
M表示氫或一價(jià)陽離子；且
Rl 可相同或不同，表示直鏈或支鏈的任選羥基化的C廣Q-烷 _Usl-(CH2)n-X-R2,其中n為1、 2或3; X為O或S, R2為直鏈或 支鏈的C「CV烷基。
用作順磁劑，以通過DNP方法獲得"C-丙酮酸鹽。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，M表示氬或一價(jià)生理可耐受陽離子。 術(shù)語"生理可耐受陽離子"是指人或非人動(dòng)物活體可耐受的陽離子。 優(yōu)選地，M表示氫或堿陽離子、銨離子或有機(jī)胺離子，例如葡甲胺 離子。最優(yōu)選地，M表示氫或鈉。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，Rl可相同或不同，優(yōu)選相同，并 且表示直鏈或支鏈的任選羥基化的C廣CV烷基，最優(yōu)選曱基、乙基、 異丙基、羥基曱基或羥基乙基。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，Rl可相同或不同，優(yōu)選相同，并 且表示-CH2-0-(C廣CV烷基)、-(012)2-0-013)-((31《3-烷基)-0-013、-CH2-S-(C廣CV烷基)、-(CH2)2-S-CH3、 -(<^-(:3-烷基)-8-013、 -CH2-0-CH3、 -CH2-0-C2H5、 -CH2-0-C2H4OH,-CH2-CH2-0-CH3、 -CH2-S-CH3、 -CH2-S-C2H5、 -CH2-S-C2H4OH或-CH2-CH2-S-CH3，最優(yōu)選-(3112-012曙 O復(fù)。
在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，M表示氫或鈉，Rl為相同的， 并表示-CH2-CIVO-CH3。
式(I)的三苯基曱基基團(tuán)的合成可參見WO-A-91/12024、 WO-A-96/39367、 WO 97/09633和WO-A-98/39277。簡言之，可通過將三 摩爾當(dāng)量的金屬化的單芳基化合物與 一 摩爾當(dāng)量的適當(dāng)保護(hù)的羧酸 衍生物反應(yīng)，形成三聚中間體來合成上述基團(tuán)。這種中間體是金屬 化的，并隨后與二氧化碳等反應(yīng)得到三羧基三苯甲基曱醇，在另外 的步驟中，其與羥酸反應(yīng)產(chǎn)生三芳基曱基陽離子。該陽離子隨后被 還原形成穩(wěn)定的三苯曱基基團(tuán)。
包含"C-丙酮酸鹽和/或13。-丙酮酸和任選的溶劑的液體混合 物，優(yōu)選含有5-100 mM式(I)的三苯曱基基團(tuán)，更優(yōu)選10-20 mM， 特別優(yōu)選12-18 mM，最優(yōu)選13-17 mM?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，DNP方法中用 較高量的基團(tuán)的極化作用的完成時(shí)間較短，但是其達(dá)到的極化水平 較低。因此，這兩種作用相互平衡。
這種DNP技術(shù)在WO-A-98/58272和WO-A-01/96895中有描述， 兩者都通過引用并入本文。 一般而言，DNP法中使用中或高磁場(chǎng)與 極低溫度，例如在液氦中及約1T或更高的磁場(chǎng)中進(jìn)行DNP操作。 或者，可使用能達(dá)到足夠的極化增益的中磁場(chǎng)和任何溫度。在本發(fā) 明方法的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，DNP法在液氦和約1T或以上的 磁場(chǎng)進(jìn)行。合適的極化單位描述于WO-A-02/37132。在一個(gè)優(yōu)選的 實(shí)施方案中，極化單位包含低溫恒溫器和極化裝置，例如微波室通 過微波導(dǎo)向裝置連接于中心孔中的微波源，而該中心孔周圍圍繞著 磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置如超導(dǎo)》茲體。該孔垂直向下延伸至至少4妄近于超導(dǎo)磁 體的P區(qū)的水平，該處的磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠高，例如l-25T之間，足以 使13。-核發(fā)生極化。樣品孔優(yōu)選可密封，并且可用低壓排空，例如 約1 mbar或更低量級(jí)的壓力。樣品(即含順磁劑130丙酮酸鹽和/或13C-丙酮酸的混合物)導(dǎo)入裝置例如可移動(dòng)的樣品轉(zhuǎn)運(yùn)管，可包含于該孔 中，且該管可從該孔的頂部向下插入P區(qū)中微波室內(nèi)部的位置。P
區(qū)用液氦冷卻至足夠低的溫度，以使產(chǎn)生極化作用，優(yōu)選溫度的量
級(jí)為0.1-100 K，更優(yōu)選0.5-10 K,最優(yōu)選1-5K。優(yōu)選樣品導(dǎo)入裝置 的上端可密封，可釆用任何合適的密封方式以達(dá)到孔中的部分真空。 樣品保留容器，如樣品保留杯，可自由移動(dòng)以適應(yīng)樣品導(dǎo)入裝置下 端的內(nèi)部。樣品保留容器優(yōu)選由低比熱容量和良好的低溫性質(zhì)的輕 質(zhì)材料，例如KeIF (聚氯三氟乙烯)或PEEK (聚醚醚酮)制成。樣品 容器可容納一種或多種待極化的樣品。
將樣品插入樣品保留容器中，浸沒于液氦中并用微波照射，優(yōu) 選在200 mW下，頻率為約94GHz。極化水平可在微波照射期間揭^ 取樣品的固體13C-NMR信號(hào)來監(jiān)測(cè)，因此使用含極化單位的裝置來 獲取步驟b)中的固態(tài)C-NMR光譜為優(yōu)選。通常，用"C-NMR信號(hào) 對(duì)時(shí)間作圖，來獲得飽和曲線。因此，有可能確定何時(shí)達(dá)到優(yōu)化的 極化水平。
如果一種極化方法例如DNP法需要固態(tài)的樣品，則固態(tài)樣品必 須轉(zhuǎn)化成液體，以在本發(fā)明方法中使用?；蛘邔⒐腆w極化混合物溶 解，如WO-A-02/37132所述，或者將其熔融，如WO-A-02/36005所 述。優(yōu)選將固體超極化樣品溶解，更優(yōu)選溶于緩沖液中，優(yōu)選生理 耐受性緩沖液中，以獲得液體組合物。本申請(qǐng)中的術(shù)語"緩沖液" 是指一種或多種緩沖液，即也稱為緩沖液混合物。
優(yōu)選的緩沖液是生理耐受性緩沖液，更優(yōu)選約pH 7-8的緩沖 液，例如磷酸鹽緩沖液(KH2P(VNa2HP04)、 ACES、 PIPES、咪唑/HCl、 BES、 MOPS、 HEPES、 TES、 TRIS、 HEPPS或TRICIN。更優(yōu)選的 緩沖液為磷酸鹽緩沖液和TRIS，最優(yōu)選為TRIS。在另一個(gè)實(shí)施方 案中，使用一種以上上述優(yōu)選的緩沖液，即緩沖液混合物。
當(dāng)130丙酮酸用作待極化的化合物時(shí)，溶解還包括將130丙酮 酸轉(zhuǎn)化為130丙酮酸鹽。為達(dá)到這一目的，將130丙酮酸與堿反應(yīng)。 在一個(gè)實(shí)施方案中，130丙酮酸與堿反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為130丙酮酸鹽并隨 后加入緩沖液。在另一實(shí)施方案中，緩沖液和堿在同一溶液中混合，
將該溶液加入到130丙酮酸中，同時(shí)將其溶解并轉(zhuǎn)化成130丙酮酸
鹽。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，堿為NaOH、 NasC03或NaHC03的 水溶液，最優(yōu)選的石威為NaOH。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，用 含NaOH的TRIS緩沖液來溶解130丙酮酸并將其轉(zhuǎn)化為"C-丙酮酸 鈉。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，緩沖液或組合緩沖液/堿溶液(如 果使用)還包含一種或多種可與游離順磁離子結(jié)合或絡(luò)合的化合物， 例如DTPA或EDTA等螯合劑。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，游離順磁離子可縮短超 極化化合物的T,,這一點(diǎn)要優(yōu)選避免。
優(yōu)選用WO-A-02/37132中7>開的方法和/或裝置進(jìn)行溶解。如 果用DNP法進(jìn)行超極化，則溶解單位可與極化器在物理上分離，或 者可為含極化器和溶解單位的裝置的一部分。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方 案中，溶解在高磁場(chǎng)中進(jìn)行，以增加馳豫并保持最大超極化。應(yīng)避 免場(chǎng)節(jié)(node)，同時(shí)低場(chǎng)可導(dǎo)致馳子象增強(qiáng)而不管上述測(cè)量值如何。
如果通過DNP法進(jìn)行超極化，順磁劑和/或其反應(yīng)產(chǎn)物優(yōu)選從 含130丙酮酸鹽的溶液中去除。順磁劑和/或反應(yīng)產(chǎn)物可部分、基本 或完全去除，優(yōu)選完全去除。反應(yīng)產(chǎn)物如式(I)的三苯甲基基團(tuán)可為 酯，該酯可通過丙酮酸與式(I)含羥基基團(tuán)反應(yīng)形成。用于去除順磁 劑和/或其反應(yīng)產(chǎn)物的方法是本領(lǐng)域已知的。 一般而言，適用的方法 取決于順磁劑和/或其反應(yīng)產(chǎn)物的性質(zhì)。極化后溶解固體樣品時(shí)，該 基團(tuán)可發(fā)生沉淀，易于通過過濾從液體組合物中分離。如果磁性顆 粒用作順磁劑，這些顆粒同樣易于通過過濾除去。如果沒有沉淀發(fā) 生，可通過色鐠分離技術(shù)除去順磁劑，該技術(shù)有液相色語如反向或 離子交換色譜，或者通過提取去除。
由于式(I)的三苯甲基基團(tuán)具有紫外可見吸收光譜，有可能使用
定量結(jié)果，即溶解的超極化樣品中存在的該基團(tuán)的濃度，可將分光 光度計(jì)校準(zhǔn)以使特定波長的吸收量精確對(duì)應(yīng)于樣品中相應(yīng)基團(tuán)的濃 度。
本發(fā)明方法中使用的130丙酮酸鹽和/或優(yōu)選用于通過DNP法
獲得超極化130丙酮酸鹽的130丙酮酸，其同位素富集優(yōu)選至少 75%,更優(yōu)選至少80%,特別優(yōu)選至少90%,同位素富集超過90% 是最優(yōu)選的。最理想的富集為100%。 130丙酮酸和/或"C-丙酮酸鹽 的同位素可富集在Cl-位(以下表示為"C,-丙酮酸和"C廣丙酮酸鹽)、 C2-位(以下表示為13(32-丙酮酸和13(32-丙酮酸鹽)、C3-位(以下表示為
13(:3-丙酮酸和"cv丙酮酸鹽)、ci-和c2-位(以下表示為13012-丙酮酸
和"C,，2-丙酮酸鹽)、Cl-和C3-位(以下表示為13(^,3-丙酮酸和13(^,3-丙酮酸鹽)、C2-和C3-位(以下表示為13(:2,3-丙酮酸和13(32,3-丙酮酸鹽) 或Cl-、 C2-和C3-位(以下表示為13(^，2,3-丙酮酸和13。-丙酮酸鹽)；Cl-位為優(yōu)選。
130丙酮酸和"c,-丙酮酸鹽的幾種合成方法為本領(lǐng)域已知。筒
言之，Seebach et al., Journal of Organic Chemistry 40(2)， 1975, 231-237 描述了其合成途徑，該途徑依賴于保護(hù)和活化含羰基的原料如S,S-乙縮醛，如1,3-二遙烷或2-甲基-l,3-二瘞烷。所述二遙烷為金屬化 的，并與含甲基化合物和/或13(302反應(yīng)。通過使用本文列出的適當(dāng) 同位素富集的"C-化合物有可能獲得"cv丙酮酸鹽、"q-丙酮酸鹽 或BC^丙酮酸鹽。羰基功能隨后通過使用文獻(xiàn)中描述的常規(guī)方法恢 復(fù)。從乙酸開始有不同的合成途徑，首先轉(zhuǎn)化為乙酰溴，然后與 Cu13CN反應(yīng)。所得的腈經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)化為丙酮酸(見例如S. H. Anker et al., J. Biol. Chem. 176 (1948), 1333 or J. E, Thirkettle, Chem Commun. (1997), 1025)。此外，130丙酮酸可用美國專利6,232,497中所述的方 法將市售的^C-丙酮酸鹽質(zhì)子化得到。
為了在本發(fā)明方法中使用，超極化^C-丙酮酸鹽作為適于給予 活體人或非人動(dòng)物體的組合物的形式提供。該組合物優(yōu)選包含上述 緩沖液或緩沖液的混合物。該組合物還包含常規(guī)藥學(xué)可接受栽體、 賦形劑和制劑助劑。
因此，所述組合物可例如包^:穩(wěn)定劑、滲透調(diào)節(jié)劑、增溶劑等。 丙酮酸鹽是內(nèi)源性化合物，人體耐受性良好，甚至高濃度時(shí)也 是如此。作為檸檬酸循環(huán)中的前體，丙酮酸鹽在人體中發(fā)揮了重要
的代謝作用。丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為不同的化合物其轉(zhuǎn)氨基作用產(chǎn)生丙 氨酸，經(jīng)氧化脫羧基作用，丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為乙酰-CoA和^^友酸氬鹽， 其還原作用產(chǎn)生乳酸鹽，其羧基化作用產(chǎn)生草酰乙酸鹽。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，超極化"C-丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為超極化130乳酸鹽、超 極化130碳酸氫鹽(僅在。C廣丙酮酸鹽、"C^-丙酮酸鹽或"C,，2，3-丙 酮酸鹽的情況下)和超極化130丙氨酸的轉(zhuǎn)化過程，可在體內(nèi)MR成 像中用來區(qū)分有活力和非活力心肌組織。.這一點(diǎn)是出人意料的，因 為人們普遍認(rèn)為超極化化合物的T,由于馳豫和稀釋而衰減。人37°C 全血中，130丙酮酸鹽的T^馳豫時(shí)間為約42 s，但是發(fā)現(xiàn)超極化130 丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化為超極化13(3-乳酸鹽、超極化130碳酸氬鹽和超極化 130丙氨酸的轉(zhuǎn)化過程的速度快到足以使來自"C-丙酮酸鹽母體化合 物及其代謝產(chǎn)物的信號(hào)得以檢測(cè)。丙氨酸、碳酸氫鹽和乳酸鹽的量 取決于待考察心肌組織的代謝狀態(tài)。超極化"C-乳酸鹽、超極化130 碳酸氫鹽和超極化13(3-丙氨酸的MR信號(hào)強(qiáng)度與這些化合物的量以 及檢測(cè)時(shí)剩余的極化程度有關(guān)，因此通過監(jiān)測(cè)超極化130丙酮酸鹽 轉(zhuǎn)化為超極化130乳酸鹽、超極化130碳酸氬鹽和超極化130丙氨酸 的轉(zhuǎn)化過程，有可能用非侵入性MR成像研究人或非人動(dòng)物心臟組 織的體內(nèi)代謝工程。
下文中，術(shù)語"超極化13(3-丙酮酸鹽"、'"C-丙酮酸鹽"和"丙酮酸 鹽"可互換使用。同樣適用的還有術(shù)語"超極化"C-乳酸鹽"、"130乳 酸鹽"和"乳酸鹽"；"超極化130丙氨酸"、""C-丙氨酸"和"丙氨酸";" 超極化13。-碳酸氫鹽"、"130碳酸氳鹽"和"碳酸氬鹽"和"超極化13C-代謝產(chǎn)物"、""C-代謝產(chǎn)物"和"代謝產(chǎn)物"。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，不同的丙酮酸鹽代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的MR信號(hào)振幅的變 化，取決于心肌組織的代謝狀態(tài)。因此，丙氨酸、乳酸鹽、碳酸氫
鹽和丙酮酸鹽的獨(dú)特代謝峰圖式可用作待檢測(cè)心肌組織代謝狀態(tài)的 指紋圖譜，從而區(qū)分有活力、非活力和有危險(xiǎn)的心肌組織。確定心 肌組織的存活力，在心肌局部缺血或心臟病發(fā)作后是非常重要的， 對(duì)于患糖尿病和代謝綜合征的受試者也很重要，這些疾病都可產(chǎn)生 心肌組織損傷。
由于冠心病(CAD)有多種臨床表現(xiàn)，從穩(wěn)定型絞痛至突然死亡，
因此可報(bào)告細(xì)胞存活狀態(tài)的診斷方法可帶來直接的益處。在正常穩(wěn) 定細(xì)胞和死亡細(xì)胞這兩種"極端"的情況之間，在局部缺血心肌組 織中還存在許多細(xì)胞水平的不同情況，這些情況又導(dǎo)致多種臨床表 現(xiàn)。重要的是，鑒別這些局部缺血心肌組織中的不同情況，又稱 為"有危險(xiǎn)的心肌組織"，即不治療局部缺血會(huì)加重導(dǎo)致壞死的組
織，以向受試者提供適當(dāng)?shù)闹委焇^人而防止壞死的發(fā)生。
局部缺血心臟的兩種不同但非常嚴(yán)重的狀態(tài)是心肌冬眠和心肌 功能喪失。心肌冬眠是一種慢性局部缺血狀態(tài)，其中心肌血流減少， 心臟功能相應(yīng)降低。心肌細(xì)胞正常情況下可氧化絕大多數(shù)脂肪酸。
在心肌冬眠細(xì)胞中，葡萄糖的攝取增加(從FDG-PET研究中得知)， 提示丙酮酸鹽將是這些細(xì)胞優(yōu)選的底物。心肌功能喪失是另 一種急 性局部缺血(例如主冠狀動(dòng)脈阻塞)，其血流正常但功能降低。由于相 對(duì)低的代謝活性，這將導(dǎo)致低乳酸鹽?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，由于其具有低130 碳酸氫鹽和/或高130乳酸鹽信號(hào)，因此用本發(fā)明方法可鑒別有危險(xiǎn) 的心力幾組織。
局部缺血可產(chǎn)生不同程度的心肌功能障礙，并且如果嚴(yán)重且拖 得過久，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞壞死。后一種情況下，細(xì)胞死亡并且根本不發(fā) 生代謝，例如給予超極化13。-丙酮酸鹽時(shí)，在"C-譜和/或圖像中只 能得到該信號(hào)而不存在可能代謝產(chǎn)物的信號(hào)。
一般而言，待檢測(cè)的受試者，例如受試者或動(dòng)物，；波置于MR 磁體中。用專用"C-MRRF-線圈圍繞待檢測(cè)區(qū)域。
包含"C-丙酮酸鹽和一種或多種常規(guī)藥學(xué)載體、賦形劑和/或添加劑的成像介質(zhì)經(jīng)胃腸外給予，優(yōu)選靜脈內(nèi)或動(dòng)脈內(nèi)給予。直接給 予心臟也是可能的，例如將成像介質(zhì)經(jīng)置于冠狀動(dòng)脈的中的導(dǎo)管注 入。成像介質(zhì)的劑量和濃度取決于多種因素，例如毒性和給藥途徑。
通常，成像介質(zhì)的給藥濃度最高達(dá)1 mmol丙酮酸鹽/kg體重，優(yōu)選 0.01-0.5 mmol/kg,更優(yōu)選0.1-0.3 mmol/kg。給藥速率優(yōu)選低于10 ml/s,更優(yōu)選低于6 ml/min,最優(yōu)選5 ml/s-0.1 ml/s。給藥后400s內(nèi)， 優(yōu)選120 s內(nèi)，更優(yōu)選60 s內(nèi)，特別優(yōu)選20-50 s,最優(yōu)選30-40 s， 應(yīng)用以頻率和空間選擇性方式組合編碼待檢測(cè)體積的MR成像序列 (sequence)。這將產(chǎn)生"C-乳酸鹽、"C-丙氨酸和130丙酮酸鹽的代謝 圖像，更優(yōu)選130乳酸鹽、"C-丙氨酸、130碳酸氫鹽和C-丙酮酸鹽 的代謝圖像。
可使用稱為分光鏡成像序列，如下文所述得到待檢測(cè)體積的編 碼(T.R. Brown et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79, 3523-3526 (1982); A. A. Maudsley, et al., J. Magn. Res 51, 147-152 (1983》。分光鏡成像 數(shù)據(jù)含一定數(shù)量的提及元素，其中每個(gè)元素含有全C-MR譜。C-丙 酮酸鹽及其130代謝產(chǎn)物在13C-MR譜中都具有其獨(dú)特的位置，并且 它們的共振頻率可用來鑒別它們。在其共振頻率的峰的積分分別與 130丙酮酸鹽及其"C-代謝產(chǎn)物的量直接相關(guān)。當(dāng)用時(shí)間域擬合途 徑，如L. Vanhamme et al., J Magn Reson 129, 35-43 (1997)所述評(píng)估 130丙酮酸鹽和每個(gè)130代謝產(chǎn)物的量時(shí)，可產(chǎn)生130丙酮酸鹽和每 個(gè)130代謝產(chǎn)物的圖像，其中有色譯碼或灰色譯碼代表了所檢測(cè)的 130丙酮酸鹽和每個(gè)130代謝產(chǎn)物的量。
雖然分光鏡成像方法在用各種MR核例如'H、 31P、 "Na產(chǎn)生代 謝圖像中體現(xiàn)出其價(jià)值，但是完全編碼分光鏡圖像的所需的重復(fù)量 使得該方法不適于超極化13C。在攝取總體MR數(shù)據(jù)的過程中，必須 小心操作以確保超極化"C-信號(hào)有效。以相對(duì)于噪音減少信號(hào)為代 價(jià)，通過減少每個(gè)相編碼步驟中應(yīng)用的RF-脈沖角來獲得這一點(diǎn)。 高基質(zhì)尺寸需要更多相編碼步驟和更長的掃描時(shí)間。
基于P. C. Lauterbur (Nature, 242, 190-191， (1973)andP. Mansfield (J. Phys. C. 6, L422-L426 (1973))的開創(chuàng)性工作的成像方法，意味著在 數(shù)據(jù)獲取過程中應(yīng)用讀取梯度，使得能夠獲得相對(duì)于噪音圖像或其 等價(jià)物提高的信號(hào)，提高的空間分辨圖像。但是，這些成像方法的 基本形式不能得出獨(dú)立的"C-丙酮酸鹽和其"C-代謝產(chǎn)物圖像，只 能得出含有"C-丙酮酸鹽及其所有130代謝產(chǎn)物信號(hào)的圖像，即特 定代謝產(chǎn)物的鑒別是不可能的。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用了成像序列，該序列使用多回 波來編碼頻率信息。該序列可產(chǎn)生獨(dú)立的水和脂肪iH-圖像，例如在 G. Glover, J Magn Reson Imaging 1991 ;1:521-530 and S, B. Reeder et al.， MRM 51 35-45 (2004)中有敘述。既然待檢測(cè)的代謝產(chǎn)物以及其MR 頻率是已知的，該參考文獻(xiàn)中討論的方法可用來獲取"C-丙酮酸鹽、 130丙氨酸和130乳酸鹽，優(yōu)選。C-丙酮酸鹽、"C-丙氨酸、"C-乳酸 鹽和13。碳酸氫鹽的直接圖像。該過程更有效地利用超極化13C-MR 信號(hào)，相比于分光鏡成像，其給出更好的信號(hào)質(zhì)量，更高的空間分 辨率和更快的:t聶取時(shí)間。
如前所述，有活力的心臟組織的特征在于高代謝活性。局部缺 血時(shí)，即組織中血流減少時(shí)，細(xì)胞供氧不足，細(xì)胞水平的代謝作用 降低。出人意料地，有可能將這種在短MR成像時(shí)間窗內(nèi)可見的代 謝的變化，用超極化13(3-丙酮酸鹽加以利用。心肌組織中特別顯著 的130乳酸鹽和"C-碳酸氬鹽信號(hào)變化取決于個(gè)體細(xì)胞的代謝狀態(tài)， 能夠評(píng)價(jià)心肌細(xì)胞的存活力。
因此，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括
(a) 將含超極化"C-丙酮酸鹽的組合物預(yù)給予受試者，從受試者 獲取13。-丙酮酸鹽及其含130的代謝產(chǎn)物丙氨酸、乳酸鹽和任選的碳 酸氫鹽的直接"C-MR圖像，
(b) 任選將一種代謝產(chǎn)物的13C信號(hào)與檢測(cè)到的其它代謝產(chǎn)物的 "C信號(hào)相關(guān)聯(lián)，對(duì)比兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)、最優(yōu)選四個(gè)"C代謝產(chǎn)物間
的信號(hào)強(qiáng)度差別。
因此，在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括
(a) 將含超極化"C-丙酮酸鹽的組合物預(yù)給予受試者，從受試者 獲取130丙酮酸鹽及其含13C的代謝產(chǎn)物丙氨酸、乳酸鹽和任選的碳 酸氬鹽的直接"C-MR圖像，
(b) 任選將一種代謝產(chǎn)物的13C信號(hào)與檢測(cè)到的任何其它代謝產(chǎn) 物的"C信號(hào)相關(guān)聯(lián)，對(duì)比兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)、最優(yōu)選四個(gè)"C代謝產(chǎn) 物間的信號(hào)強(qiáng)度差別。
(c) 通過鑒別最低130^友酸氫鹽信號(hào)和/或最高130乳酸鹽信號(hào)， 從而在所述圖像中鑒別出有風(fēng)險(xiǎn)的心肌組織。
為校正丙酮酸鹽信號(hào)，將代謝產(chǎn)物(乳酸鹽、丙氨酸和碳酸氬鹽) 和丙酮酸鹽圖像規(guī)范化(normalized)為每個(gè)個(gè)體圖像中的最大值。第 二，將規(guī)范化的乳酸鹽圖像乘以(multiplied)丙酮酸鹽倒像(inverted pyruvate image),例如圖像中最大的丙酮酸鹽信號(hào)減去每個(gè)像素中丙 酮酸鹽電平(level)。最后，上述搡作中獲得的中間結(jié)果乘以初始的乳 酸鹽圖像。
舉例說明，為校正碳酸氫鹽信號(hào)，將乳酸鹽和碳酸氫鹽圖像規(guī) 范化為每個(gè)圖像中的最大值。將規(guī)范化的乳酸鹽圖像乘以丙酮酸鹽 倒像，例如圖像中最大的丙酮酸鹽信號(hào)減去每個(gè)像素中丙酮酸鹽電 平。最后，上述操作中獲得的中間結(jié)乘以初始的乳酸鹽圖像。按照 類似的方式，可將丙氨酸信號(hào)包括于分析中，發(fā)現(xiàn)低碳酸氬鹽信號(hào) 以及不變的丙氨酸信號(hào)也可用作心肌組織有危險(xiǎn)的指征。
為著重強(qiáng)調(diào)代謝有改變的區(qū)，可將提高的代謝產(chǎn)物信號(hào)與降低 的代謝產(chǎn)物信號(hào)組合在一起應(yīng)用于以上段落中描述的類似操作中， 進(jìn)而得到加權(quán)的代謝產(chǎn)物圖像。出人意料的是，對(duì)心肌組織存活力 的評(píng)價(jià)，即對(duì)有活力、有損傷和無活力心肌組織間的區(qū)分，通過校 正同樣得到改善。
解剖學(xué)和/或灌注信息可根據(jù)本發(fā)明方法納入心肌組織存活力評(píng)
價(jià)中。解剖學(xué)信息可通過用或不用合適的對(duì)照劑來攝取質(zhì)子或13c-MR圖像來獲得。心肌中的相對(duì)灌注可通過用MR對(duì)照劑例如 OmniscanTM確定。同樣，無需給予對(duì)照劑的灌注測(cè)定MR成像技術(shù) 是本領(lǐng)域已知的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，非代謝的超極化13C-對(duì)照劑用來確定定量灌注。合適的技術(shù)和對(duì)照劑描述于WO-A-02/23209。在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施方案中，超極化"C-丙酮酸鹽用來確 定定量灌注。
在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，包含超極化"C-丙酮酸鹽的成像 介質(zhì)被重復(fù)給予。這是本發(fā)明方法的有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而其它MR成像 方法使用基于錳的藥物，該藥物在高劑量時(shí)表現(xiàn)出心臟毒性作用。 由于丙酮酸鹽的毒性低而安全性高，受試者能夠很好地耐受重復(fù)給 藥。
本發(fā)明方法中得到的結(jié)果能夠使醫(yī)生通過對(duì)受試者的檢查選擇 合適的治療。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明方法用來確定治 療是否成功。
也有報(bào)道稱丙酮酸鹽能夠影響收縮力。因此，該化合物可在氧 自由基可能起一定作用的心肌功能喪失的情況下同時(shí)用作診斷和治 療劑。
另一方面，本發(fā)明提供了超^5^化130丙酮酸鹽的用途，用于制 備在MR成像方法中使用以評(píng)價(jià)細(xì)胞存活力的成像介質(zhì)。
含超極化^C作為成像劑的成像介質(zhì)詳述于第11-14頁。
另一方面，本發(fā)明提供了 130丙酮酸或130丙酮酸鹽的用途， 用于制備在MR成像方法中作為成像劑使用以評(píng)價(jià)細(xì)胞存活力的的 超極化"C-丙酮酸鹽。
從130丙酮酸或130丙酮酸鹽制備超極化"C-丙酮酸鹽的制備 和優(yōu)選的實(shí)施方案詳述于笫5-11頁。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了超極化"C-丙酮酸鹽 的用途，用于制備在MR成像方法中使用以評(píng)價(jià)細(xì)胞存活力的成像
介質(zhì)，所述方法包括
(a) 將含超極化"C-丙酮酸鹽的組合物預(yù)給予受試者，從受試者 獲取"C-丙酮酸鹽及其含13C的代謝產(chǎn)物丙氨酸、乳酸鹽和任選的碳 酸氫鹽的直接13C-MR圖像，
(b) 任選將一種代謝產(chǎn)物的13C信號(hào)與檢測(cè)到的任何其它代謝產(chǎn) 物的"C信號(hào)相關(guān)聯(lián)，對(duì)比兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)、最優(yōu)選四個(gè)"C代謝產(chǎn) 物間的信號(hào)強(qiáng)度差別。
在一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了 13(3-丙酮酸或 130丙酮酸鹽的用途，用于制備在MR成像方法中作為成像劑使用以 評(píng)價(jià)細(xì)胞存活力的超極化"C-丙酮酸鹽，所述方法包括
(a) 將含超極化130丙酮酸鹽的組合物預(yù)給予受試者，從受試者 獲取130丙酮酸鹽及其含13C的代謝產(chǎn)物丙氨酸、乳酸鹽和任選的碳 酸氫鹽的直4妄13C-MR圖像，
(b) 任選將一種代謝產(chǎn)物的13C信號(hào)與檢測(cè)到的其它代謝產(chǎn)物的 13C信號(hào)相關(guān)聯(lián)，對(duì)比兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)、最優(yōu)選四個(gè)l3C代謝產(chǎn)物間 的信號(hào)強(qiáng)度差別。
上述方法和該方法的優(yōu)選的實(shí)施方案詳細(xì)描述于第17-20頁。 實(shí)施例
實(shí)施例1:合成三(8-氯基-2，2，6，6-(四(甲氡基乙基)苯并-l，2-4，5'
雙-(l，3)二疏雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽
將10 g按照W0-A1 -98/39277的實(shí)施例7的方法合成的(70 mmol)三(8-羧基-2,2,6,6-(四(羥基乙基)苯并-[l，2-4,5']-雙-(l,3)-二硫雜 環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽，在氬氣下懸浮于280 ml 二曱基乙酰胺中。 加入氫化鈉(2.75 g),然后加入甲基碘(5.2 ml)，將輕微放熱的反應(yīng)進(jìn) 行1小時(shí)，在34。C水浴中60分鐘。將氫化鈉和甲基石典每種以相同 的量再添加兩次，最后一次添加后，將混合物室溫?cái)嚢?8小時(shí)，然 后倒入500 ml水中。將pH用1 M NaOH (aq)調(diào)至pH > 13，將混合 物室溫?cái)嚢?5小時(shí)，水解形成的甲基酯。然后將混合物用50ml2MHC1 (aq)酸化至pH約為2,用乙酸乙酯萃取3次(500 ml和2 x 200 ml)。合并的有機(jī)相用忖3^04干燥，然后蒸發(fā)至干。粗產(chǎn)物(24 g)通 過制備型HPLC用乙腈/水作為洗脫劑純化。蒸發(fā)收集的流分，除去 乙腈。其余的水相用乙酸乙酯萃取，有機(jī)相用硫酸鈉干燥，然后蒸 發(fā)至干。殘留物中加入水(200ml),用0.1 MNaOH(aq)將pH小心調(diào) 節(jié)至7,該過程中殘留物緩緩溶解。中和后，將含水溶液凍干。
實(shí)施例2:通過DNP方法用"C-丙酮酸和實(shí)施例1的三苯曱基 基團(tuán)制M超極化13C-丙酮酸鹽的組合物
將5.0mg實(shí)施例1的基團(tuán)溶于"C廣丙酮酸(164^1)中制備20mM 的溶液。將樣品混勻，將溶液(41 mg)的等分試樣放入樣品杯中并插 入DNP極化器中。
樣品在DNP條件下，于1.2 K，在3.35T磁場(chǎng)中，用微波照射 (93.950 GHz)。 2小時(shí)后停止極化，將樣品用溶解裝置按照WO-A-02/37132溶于氫氧化鈉和三(羥基甲基)-氨基甲烷(TRIS)的水溶液 中，得到超極化"C廣丙酮酸鈉的中性溶液。溶解的樣品用13C-NMR 快速分析評(píng)價(jià)極化效果，得到19.0 %的"C極化率。
實(shí)施例3: 通過DNP方法用"C-丙酮酸和實(shí)施例1的三苯甲 基基團(tuán)產(chǎn)生含超極化"C-丙酮酸鹽的組合物
將實(shí)施例1的基團(tuán)(209.1 mg)溶于"C廣丙酮酸(553 mg)和未標(biāo)記 的丙酮酸(10.505 g)的混合物中制備15mM的溶液。將樣品混勻，將 溶液(2.015 g)的等分試樣放入樣品杯中并插入DNP極化器中。
樣品在DNP條件下，于1.2 K，在3.35T磁場(chǎng)中，用微波照射 (93.950 GHz)。 4小時(shí)后停止極化，將樣品用溶解裝置按照WO-A-02/37132溶于氬氧化鈉和三(羥基甲基)-氨基曱烷(TRIS)的水溶液 中，得到超才及化"C廣丙酮酸鈉的中性溶液，在100 mM TRIS緩沖液 中的丙酮酸鹽的總濃度為0.5M。將溶解裝置與色諳柱相串聯(lián)。色譜 柱為含疏水填充材料(Bondesil-C18, 40UM Part #:12213012)(Varian) 的柱(D = 38 mm; h == 10 mm)。溶液的樣品通過選擇性吸收該基團(tuán)的
色譜柱。過濾的溶液用"C-NMR快速分析，評(píng)價(jià)極化效果，得到16.5 %的13C極化率。殘留的基團(tuán)濃度隨后用UV分光光度計(jì)在469 nm 分析，確定其低于0.1 nM的檢測(cè)限。
實(shí)施例4: 通過DNP方法用"C-丙酮酸和三(8-氣基-2，2，6，6-四 (羥基-乙氧基)甲基-苯并[l,2-d:4，5-d']雙(l，3)二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基 鈉鹽產(chǎn)生超極化"C-丙酮酸鹽
三(8-羧基-2,2,6,6-四(羥基乙氧基)甲基-苯并[l,2-d:4,5-d']_雙-(1,3)-二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽的合成如WO-A-97/09633的實(shí)施 例29所述。
將三(8-羧基-2,2,6,6-四(羥基乙氧基)甲基-苯并[1，2-(1:4,5-￡1']-雙-(1,3)-二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽溶于UQ-丙酮酸(83.1 mg)中制備 20 mM的溶液。將樣品混勻，》文入樣品杯中并插入DNP極化器中。 樣品在DNP條件下，于1.2K，在3.35T磁場(chǎng)中，用微波照射(93.950 GHz)。用Varian Inova-200 NMR光譜儀獲取樣品的"C-NMR信號(hào)。 用BC-NMR信號(hào)和增強(qiáng)的NMR信號(hào)的熱平衡測(cè)定值計(jì)算DNP增益 (enhancement^得到16%的13。極化率。
實(shí)施例5:本發(fā)明的心臟成像序列
5.1豬制備
用輸注泵以0.6 ml/min的速率用含等滲的NaCl (26 vol %)、 Ketalar (50 mg/ml)(Pfizer AB)( 42 vol %)、 Norcuron (10 mg + 5ml無 菌水)(Organon)(21 vol %)和咪達(dá)哇侖(5 mg/ml)(Pharma Hameln)(ll y。vol)的雞尾酒制劑對(duì)豬(25 kg)進(jìn)行麻醉。
首次注射"C廣丙酮酸鹽后，將豬從MR掃描儀取下。在X射線 引導(dǎo)下，將氣球?qū)Ч懿迦胱蠊跔顒?dòng)脈，將旋動(dòng)脈(circumflexa)堵塞15 分鐘。在整個(gè)操作過程中測(cè)量ECG和血壓。局部缺血階段結(jié)束后90 分鐘，再次對(duì)豬成像，獲取與對(duì)照(大致)相同位置的"C-圖像。
5.2質(zhì)子MR成4象
將豬置于豬MR線圈中(Rapid Biomedical, Germany)并用標(biāo)準(zhǔn)臨
床心臟質(zhì)子MR成像序列文庫成^f象，得到解剖學(xué)信息，并得到心肌
的短軸方向的視圖(參見圖中的質(zhì)子參比圖像，可見到短軸視圖的實(shí) 例)。
5.3 "C-MR成像
基于MR系統(tǒng)測(cè)得的質(zhì)子頻率，按照以下方程式計(jì)算"CV丙氨 酸的MR頻率
13(^-丙氨酸的頻率=0.25144 x [(系統(tǒng)質(zhì)子頻率x 1.00021)-0.000397708]
計(jì)算所得的頻率，確定了 "C,-丙氨酸產(chǎn)生MR信號(hào)在共振中的
位置，"cv乳酸鹽位于^cv丙氨酸的左邊，'、-丙酮酸鹽與"c,-碳
酸氫鹽共振位于"C廣丙氨酸的右邊。運(yùn)行未定位的MR光鐠序列， 以確保13C-MR線圈和系統(tǒng)MR頻率被正確設(shè)置。"C-圖像位置覆蓋 于心肌上(短軸視圖)(切片厚度20 mm,平面像素尺寸7.5 x 7.5 mm2)。在重新構(gòu)建階段，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行零點(diǎn)充填(zero-filled),以 產(chǎn)生3.75 x3.75 x20 mm3分辨率。在12 s (1.3 ml/s)時(shí)間內(nèi)，將16 ml 的13(^-丙酮酸鹽(327 mM)靜脈注射(0.22 mmol/kg)入前腿內(nèi)，注射 開始30 s后(即注射結(jié)束后18 s),開始化學(xué)位移13C-MR序列。 5.4MR成像數(shù)據(jù)的分析
MR成像產(chǎn)生含16 x 16元素的矩陣，其中每個(gè)元素或體素/像 素包含。C-MR光譜。在重新構(gòu)建階段，矩陣被零點(diǎn)充填至32 x 32, 一種幫助改善空間分辨率的數(shù)學(xué)操作。在MRI掃描儀上用生產(chǎn)商提 供的軟件分析數(shù)據(jù)組。產(chǎn)生"C-丙酮酸鹽、130丙氨酸、130乳酸鹽 和130碳酸氫鹽的代謝圖像。
5.5結(jié)果
在堵塞旋動(dòng)脈之前和之后所得的試驗(yàn)結(jié)果顯示并總結(jié)于附圖中。


圖1顯示了局部缺血階段之前，豬的圖像和譜圖，其中 圖la顯示"C-丙酮酸鹽圖像
圖lb顯示"C-乳酸鹽圖像 圖lc顯示130丙氨酸圖像 圖ld顯示質(zhì)子參比解剖學(xué)圖^f象
圖le顯示130碳酸氫鹽圖像，以及
圖lf顯示選自圖le中所示圖像的像素的"C-NMR譜圖
圖2顯示了局部缺血階段之后，豬的圖像和譜圖，其中
圖2a顯示"C-丙酮酸鹽圖像
圖2b顯示"C-乳酸鹽圖像
圖2c顯示"C-丙氨酸圖像
圖2d顯示質(zhì)子參比解剖學(xué)圖像
圖2e顯示"C-碳酸氬鹽圖像，以及
圖2f顯示選自圖2e中所示圖像的像素的"C-NMR譜圖。
附圖顯示出，局部缺血階段之前和之后的質(zhì)子參比圖像沒有差 異。此外，碳酸氫鹽信號(hào)(相比于對(duì)照)顯著減少，以及乳酸鹽信號(hào)的 陽性對(duì)比表明心肌組織有危險(xiǎn)。局部缺血階段之前和之后的丙氨酸 和丙酮酸鹽圖像沒有差異。
5.6結(jié)論
通過使用超極化130丙酮酸鹽作為MR成像檢驗(yàn)中的成像劑， 可鑒別有危險(xiǎn)的心肌組織。
權(quán)利要求
1.一種評(píng)價(jià)心肌組織存活力的MR成像方法，其中超極化13C-丙酮酸鹽用作MR成像劑。
2. 權(quán)利要求1的方法，所述方法包括(a) 將含超極化13(3-丙酮酸鹽的組合物預(yù)給予受試者，從受試者 獲取"C-丙酮酸鹽及其含13C的代謝產(chǎn)物丙氨酸、乳酸鹽和任選的碳 酸氫鹽的直接UC-MR圖像，(b) 任選將一種代謝產(chǎn)物的13C信號(hào)與檢測(cè)到的任何其它代謝產(chǎn) 物的"C信號(hào)相關(guān)聯(lián)，對(duì)比兩個(gè)、優(yōu)選三個(gè)、最優(yōu)選四個(gè)13(:代謝產(chǎn) 物間的信號(hào)強(qiáng)度差別。
3. 權(quán)利要求2的方法，所述方法進(jìn)一步包括(c) 通過鑒別最低130碳酸氫鹽信號(hào)和/或最高130乳酸鹽信號(hào)， 從而在所述圖像中鑒別出有風(fēng)險(xiǎn)的心肌組織。
4. 權(quán)利要求1或3的方法，其中超極化"C-丙酮酸鹽通過用DNP 方法將130丙酮酸和/或130丙酮酸鹽超極化得到。
5. 權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，其中含130丙酮酸鹽的組合 物還含有一種或多種選自以下的多爰沖劑(KH2P04/Na2HP04)、 ACES、 PIPES 、咪哇/HCl、 BES、 MOPS、 HEPES、 TES、 TRIS、 HEPPS和 TRICIN。
6. 權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中用多回波編碼頻率信息 的成像序列坤皮用來攝取步驟a)中的直接13C-圖像。
7. 權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中步驟a)中的直接"C-圖 像在給予含130丙酮酸鹽的組合物之后400s內(nèi)攝取。
8. 權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中攝取另外的一種或多種 用或不用質(zhì)子MRI對(duì)照劑的質(zhì)子圖像，或攝取另外的一種或多種用 超極化"C-MR對(duì)照劑的13C圖像，以獲取解剖學(xué)和/或灌注信息。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中另外的質(zhì)子圖像用或不用質(zhì)子MRI 對(duì)照劑攝取，以確定心肌中的相只于灌注。
10. 權(quán)利要求8的方法，其中另外的"C-圖像用非代謝性超極 化"C-MR對(duì)照劑攝取，以確定心月幾中的定量灌注。
11. 權(quán)利要求8的方法，其中另外的"C-圖像用超極化"C-丙酮 酸鹽攝取，以確定心肌中的定量灌注。
12. 權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的方法，其中步驟b)還包括將乳酸 鹽信號(hào)進(jìn)行碳酸氫鹽的量方面的^f交正，得到經(jīng)碳酸氫鹽加權(quán)的乳酸 鹽圖像。
13. 權(quán)利要求12的方法，所述方法還包括 (c)通過鑒別最低"C-碳酸氫鹽信號(hào)和/或最高130乳酸鹽信號(hào)，從而在所述圖像中鑒別出有風(fēng)險(xiǎn)的心肌組織。
14. 權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的方法，其中步驟b)為必須的。
15. 權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的方法，其中130丙酮酸鹽為13C「 丙酮酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用超極化¹³C-丙酮酸鹽作為MR成像劑的心臟成像方法，該方法能夠確定心肌細(xì)胞的存活力。
文檔編號(hào)A61K49/06GK101102799SQ200580046903
公開日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者J·-H·阿登克耶爾-拉森, K·戈?duì)柭? M·勒徹, M·薩寧, R·詹德特, S·彼得森 申請(qǐng)人:通用電氣醫(yī)療集團(tuán)股份有限公司