一種含硝基咪唑基的水溶性磁共振成像造影劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑及其制備方法，屬于醫(yī)藥學、化學【技術領域】。本發(fā)明的造影劑是由多胺多羧酸的活性衍生物與含硝基咪唑基的化合物在微波作用下發(fā)生酯化反應，制備得到含硝基咪唑基的新型有機配體，此類配體與順磁性金屬離子螯合得到相應的順磁性金屬螯合物造影劑。這類造影劑弛豫效率高、水溶性好，特別是具有腎臟靶向性，可用于人體或者其他哺乳動物的多種組織或器官的磁共振成像技術。
【專利說明】一種含硝基咪唑基的水溶性磁共振成像造影劑及其制備方 法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明公開了一類含硝基咪唑基的水溶性磁共振成像造影劑及其制備方法，具體 說就是含有硝基咪唑基的多胺多羧酸螯合劑與順磁性金屬離子反應生成金屬螯合物作為 磁共振成像造影劑以及它們的制備方法，本發(fā)明屬于化學【技術領域】，也屬于醫(yī)藥學技術領 域。

【背景技術】
[0002] 癌癥是當今嚴重危及人類健康的三大疾病之一。在現(xiàn)代臨床醫(yī)學中，腫瘤的及時、 準確發(fā)現(xiàn)和診斷對癌癥的治療是非常重要的。自1973年Lauterbur首次實現(xiàn)磁共振成像 (Magnetic resonance imaging，MRI)迄今40余年來，MRI已在醫(yī)學、生物、材料科學等領域 獲得快速發(fā)展和廣泛應用。特別令人矚目的是，在臨床醫(yī)學診斷領域中，MRI是繼CT掃描 儀后的一種最新的成像診斷技術，具有高分辨率、任意成像、無放射損傷等優(yōu)點，為臨床提 供了一種新型的、無損傷影像診斷技術。
[0003] MRI成像是利用人體各部位氫質(zhì)子所形成雜亂無章的小磁矩，在射頻磁場下，發(fā) 生不同振動，當射頻脈沖撤離后，各個氫質(zhì)子釋放出自己剛吸收的能量，然后把所釋放出來 的無線電信號轉(zhuǎn)化為各斷層的灰度像素，對于不同各斷層的空間位置和各氫質(zhì)子的空間位 置，則由梯度磁場6 )(，6^&來完成。人體組織中水質(zhì)子的1?1信號強度跟很多因素有關（自 旋密度Nh、成像體積參數(shù)f v，縱向弛豫時間T1、橫向弛豫時間T2以及掃描時間TE和TR)，其 中最主要的兩個成像參數(shù)是弛豫時間！\和T 2。一些含順磁性核的化合物可以用來明顯地 改變周圍氫核的1\和T 2，提高成像的對比度，這類順磁性物質(zhì)被稱作造影劑。其作用原理 是順磁性物質(zhì)所產(chǎn)生的局部磁場，對鄰近的被測核如水質(zhì)子 1H的弛豫速率（對被射頻激發(fā) 到高能態(tài)的被測核耗散能量再回到低能態(tài)這一過程的速率）具有加速效應，從而使依賴于 弛豫速率（1/1' 1或1/1'2)的磁共振成像的圖像信號得到增強，結(jié)果導致圖像的對比度和清晰 度提高。依據(jù)這一原理，順磁性金屬螯合物作為造影劑時，起作用的實際上是其中的順磁性 金屬離子，螯合劑的主要作用是使順磁性金屬離子形成穩(wěn)定的、水溶性的螯合物，降低金 屬離子的毒性并使之便于使用。
[0004] 以具有7個未成對電子的釓離子Gd3+為例來說明，Gd3+的電子構型為f 7,由于存在 7個未成對電子因而產(chǎn)生一個大的磁矩，游離Gd3+在水溶液中可與9個水分子配位結(jié)合，對 質(zhì)子的弛豫過程具有良好的加速效應。但是由于游離Gd 3+在人體內(nèi)產(chǎn)生很大的毒性而限制 了其應用，為了降低Gd3+的毒性，使其與具有強配位能力的多齒螯合劑進行配位螯合是有 效的方法之一。1984年Schering AG公司的Weinmann等人首次成功研制了 Gd-DTPA (DTPA 為二乙三胺五乙酸）造影劑，并以其毒性小的優(yōu)點在臨床中獲得廣泛應用，但是Gd-DTPA 只在腦部、脊柱造影中顯示較好的效果，而其它部位受到一定限制。后來陸續(xù)問世的非離 子造影劑 Gd(DTPA-BMA) (W. P. Cacheris et al, Magn. Reson. Imag.，1990, 8, 467)和肝膽 選擇性造影劑 Gd (DTPA-EOB) (H. J. Weinmann et al, Magn. Reson. Med.，1991，22, 233)是 線型多氨多羧酸類造影劑的代表。合成的更復雜的大環(huán)多氨多羧酸類造影劑Gd-DOTA(Μ. Magerstade et al, Magn. Reson. Med. , 1986, 3, 808) , Gd (HP-D03A) (M. F. Tweedle et al, Drugs Future, 1992, 17, 187)已經(jīng)應用于臨床，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有較好的造影增強效 果，但是對體內(nèi)其它一些器官的造影不夠理想。
[0005] 螯合劑的另一個作用是使作為造影劑的順磁性金屬螯合物對人體內(nèi)某些特定的 組織或器官具有靶向性，或者說能選擇性的富集于人體內(nèi)某些特定的組織或器官中。近年 來，為了達到體內(nèi)靶向效果，研宄人員選擇對線型多氨多羧酸二乙三胺五乙酸（DTPA)和大 環(huán)多氨多羧酸1，4, 7, 10-四氮雜環(huán)十二烷-1，4, 7, 10-四乙酸（DOTA)以及它們衍生物的骨 架做化學修飾，根據(jù)組織、器官和細胞受體種類的不同，可以選擇不同的靶向基團來制備靶 向造影劑，這是近年來磁共振成像造影劑最重要的進展之一，并代表著磁共振成像造影劑 今后的發(fā)展方向（Chem. Rev.，1999, 99:2293, Coord. Chem. Rev.，2007, 251:2428) 〇


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 現(xiàn)代醫(yī)學研宄表明，在實體腫瘤中，絕大多數(shù)腫瘤細胞具有無限制分裂的特點， 呈克隆性生長的特征，其起源多為單個突變的惡性細胞。然而，從單個細胞發(fā)生的腫瘤生 長是有限度的，由于正常代謝對氧的消耗，在腫瘤細胞球體中存在一個氧分壓梯度。遠離 血管周圍150mm以上的腫瘤細胞由于得不到充足的氧氣而處于乏氧狀態(tài)，再外層的細胞 由于吸收不到氧氣，腫瘤細胞處于死亡狀態(tài)，即無氧細胞。當惡性腫瘤細胞群生長達直徑 時，腫瘤細胞群周圍毛細血管的氧有效彌散范圍不能達到滿足腫瘤快速生長增殖 的需要，這樣就使大量腫瘤細胞不斷地推移到毛細血管氧有效彌散范圍之外，并導致腫瘤 組織內(nèi)的低氧微環(huán)境進一步惡化，進而產(chǎn)生更多的乏氧細胞，故惡性腫瘤低氧的微環(huán)境是 其發(fā)展過程中出現(xiàn)的特殊生物學特性。腫瘤細胞的乏氧程度越高，腫瘤惡化的可能性越 大，因此，臨床上研宄開發(fā)了多種方法用于探測腫瘤細胞乏氧程度，其中硝基咪唑類（MISO) 化合物是一類常用的乏氧組織顯像藥物。其主要作用機制是（Nuclear Medicine and Biology, 2010, 37,125):硝基咪唑類化合物具有合適的氧化還原電位，它通過彌散可進入 細胞內(nèi)。硝基在細胞內(nèi)酶（主要是黃嘌呤氧化酶）的作用下發(fā)生單電子還原，產(chǎn)生自由基 陰離子。在正常細胞中，由于氧化硝基有更高的電子親和力，自由基陰離子又能被迅速再氧 化為原化合物，擴散到細胞外；在乏氧細胞中，自由基陰離子被進一步還原直到變成胺基為 止，由于胺基能與細胞里的大分子共價結(jié)合，使得藥物在乏氧細胞里滯留與積累。
[0007] 本發(fā)明的目的是利用硝基咪唑類化合物對腫瘤乏氧細胞的選擇性結(jié)合的靶向原 理，研制一類新型的、具有良好弛豫性能、對人體某些特定組織或器官（肝臟、腎臟、脾臟、 膽管、心肌等）具有一定靶向性的穩(wěn)定、低毒磁共振成像造影劑。
[0008] 本發(fā)明將硝基咪唑類化合物對腫瘤乏氧細胞選擇性結(jié)合的靶向原理"嫁接"應用 到磁共振成像造影劑，也就是對多胺多羧酸配體的基本骨架用硝基咪唑類化合物進行化學 修飾，設計合成具有雙功能基團的配體，利用其中乏氧組織顯像劑官能團硝基咪唑在乏氧 腫瘤細胞內(nèi)的滯留與積累特性，將順磁性的Gd(III)離子通過與多胺多羧酸的配位結(jié)合選 擇性地運輸?shù)侥[瘤局部和腫瘤細胞，可縮短腫瘤組織縱向弛豫時間，提高腫瘤組織順磁共 振信號強度，增加腫瘤與周圍組織的信號對比，有望提高某些腫瘤檢出的敏感性和特異性， 從而提高造影劑的選擇性和靶向性。另外，設計合成的雙功能基團的配體上具有良好配位 特性的N和O原子，這些配體還可能是99nTc或62Cu等放射性金屬離子的優(yōu)良螯合劑，這些 螯合劑可以為研宄開發(fā)乏氧腫瘤選擇性顯像劑提供許多有價值的信息，從而有利于成功開 發(fā)性能優(yōu)良的乏氧顯像劑。
[0009] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下： 一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，該造影劑由多胺多羧酸的活性 衍生物與含硝基咪唑基的化合物在微波作用下發(fā)生酯化反應，制備得到含硝基咪唑基的新 型有機配體，此類配體與順磁性金屬離子發(fā)生螯合反應得到相應的順磁性金屬螯合物造影 劑，這類造影劑弛豫效率高、水溶性好，具有腎臟靶向性；所述的含硝基咪唑基的新型有機 配體是由乙二胺四乙酸（EDTA)或二乙三胺五乙酸（DTPA)的雙環(huán)酸酐與含硝基咪唑基的化 合物進行酯化反應制備得到的，酯化反應的粗產(chǎn)物經(jīng)過純化后得到含硝基咪唑基配體； 所述的酯化反應以4-二甲氨基吡啶（DMP)為催化劑、吡啶為溶劑，在微波輻射下，反 應溫度為100?ll〇°C，反應時間為20?30min，所述的微波輻射的功率為300W ; 所述的進行脂化反應的雙環(huán)酸酐與硝基咪唑化合物的物質(zhì)的量之比為1:2?1:2. 5 ; 所述的含硝基咪唑基配體粗產(chǎn)物的純化過程為：半固體混合物加入乙醚，研磨，然后加 適量冰水將其溶解，再用適量冷0. 5mol · Γ1檸檬酸溶液調(diào)pH至4. 5?5. 5之間，于4°C冰 箱內(nèi)放置36?60h，過濾，用適量無水乙醚、丙酮洗滌沉淀，再用無水乙醇重結(jié)晶； 所述含硝基咪唑基的配體與順磁性金屬離子的螯合反應為：配體和Gd2O3按物質(zhì)的量 之比1:1在水中進行加熱攪拌，反應溫度50?60°C，反應時間20?30min，趁熱過濾除去 未反應的Gd2O 3固體，然后用生理相容性的堿調(diào)節(jié)pH值在6. 5?8. 0之間，減壓濃縮后用無 水甲醇-乙醚重結(jié)晶；所述的生理相容性的堿是N-甲基葡萄糖胺、三乙醇胺、氨水、NaOH、 Na2CO3或 NaHCO 3; 用含硝基咪唑或其衍生物的線型多氨多羧酸為配體，與順磁性金屬離子螯合制備順磁 性金屬螯合物即磁共振成像造影劑。本發(fā)明在此公開的磁共振成像造影劑及其配體或螯合 劑具有式1代表的結(jié)構：

【權利要求】
1. 一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征在于：該造影劑由多胺 多羧酸的活性衍生物與含硝基咪唑基的化合物在微波作用下發(fā)生酯化反應，制備得到含硝 基咪唑基的新型有機配體，此類配體與順磁性金屬離子發(fā)生螯合反應得到相應的順磁性金 屬螯合物造影劑，這類造影劑弛豫效率高、水溶性好，具有腎臟靶向性。
2. 根據(jù)權利要求1所述一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征 在于：所述的含硝基咪唑基的新型有機配體是由乙二胺四乙酸（EDTA)或二乙三胺五乙酸 (DTPA)的雙環(huán)酸酐與含硝基咪唑基的化合物進行酯化反應制備得到的，酯化反應的粗產(chǎn)物 經(jīng)過純化后得到含硝基咪唑基配體，該配體具有式1代表的結(jié)構： 式1
其中：η是O或者1 ; R1,R2，馬分別代表氫原子、甲基或硝基，R1,R2，R3至少一個代表硝基。
3. 根據(jù)權利要求2所述一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征在 于：所述的酯化反應以4-二甲氨基吡啶（DMP)為催化劑、吡啶為溶劑，在微波輻射下，反應 溫度為l〇〇~ll〇°C，反應時間為20~30min，所述的微波輻射的功率為300W。
4. 根據(jù)權利要求2所述一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征在 于：所述的進行脂化反應的雙環(huán)酸酐與硝基咪唑化合物的物質(zhì)的量之比為1:2?1: 2. 5。
5. 根據(jù)權利要求2所述一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征在 于：所述的含硝基咪唑基配體粗產(chǎn)物的純化過程為：半固體混合物加入乙醚，研磨，然后加 適量冰水將其溶解，再用適量冷0. 5mol·Γ1檸檬酸溶液調(diào)pH至4. 5~5. 5之間，于4°C冰 箱內(nèi)放置36~60h，過濾，用適量無水乙醚、丙酮洗滌沉淀，再用無水乙醇重結(jié)晶。
6. 根據(jù)權利要求1所述一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征在 于：所述含硝基咪唑基的配體與順磁性金屬離子的螯合反應為：配體和Gd2O3在水中進行加 熱攪拌，反應溫度50~60°C，反應時間20~30min，趁熱過濾除去未反應的Gd2O3固體，然后用 生理相容性的堿調(diào)節(jié)pH值在6. 5~8. 0之間，減壓濃縮后用無水甲醇-乙醚重結(jié)晶。
7. 根據(jù)權利要求6所述一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征在 于：所述的生理相容性的堿是N-甲基葡萄糖胺、三乙醇胺、氨水、NaOH、似20)3或NaHCO3。
8. 根據(jù)權利要求6所述的一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑，其特征 在于：所述的配體和Gd2O3的物質(zhì)的量之比為1:1。
9. 一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑的應用，其特征在于：該螯合物 作為造影劑可以制成腸道給藥制劑或制成非腸道給藥制劑用于造影。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種含硝基咪唑基的新型水溶性磁共振成像造影劑的應 用，其特征在于：所述的非腸道給藥制劑是將本發(fā)明的順磁性金屬螯合物與氯化鈉注射液、 葡萄糖注射液、氯化鈉、葡萄糖注射液、蒸餾水或者其它在《中華人民共和國藥典》上規(guī)定的 載體中至少一種配制成濃度為0. 5~10mmol·Γ1的溶液，并用生理相容性的酸或生理相容 性的堿調(diào)節(jié)pH值在6. 5~7. 5之間，用于造影。
【文檔編號】A61K49/10GK104436219SQ201410616994
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優(yōu)先權日:2014年11月5日
【發(fā)明者】郝志峰, 余燦煌, 楊少兵, 何俊添, 黃淑貞, 譚桂珍, 黃建新, 余堅 申請人:廣東工業(yè)大學