相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求2015年4月24日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序號(hào)62/152,417的權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用以其整體結(jié)合到本文中。

政府資助

本發(fā)明在由國防部授予的資助號(hào)w81xwh-12-1-0447下被部分地以政府支持完成。美國政府對(duì)本發(fā)明具有一定的權(quán)利。

背景

最先進(jìn)的診斷成像方式，計(jì)算機(jī)斷層攝影術(shù)(ct)和磁共振成像(mri)，以高空間分辨率產(chǎn)生人解剖學(xué)和病理學(xué)的細(xì)膩描述。這些"橫截面"成像方式代表了用于診斷評(píng)估、表征和監(jiān)測(cè)復(fù)雜疾病過程的治療反應(yīng)的金標(biāo)準(zhǔn)，和用于人體的每一個(gè)區(qū)域和器官系統(tǒng)。

為了增加癌癥、感染、神經(jīng)學(xué)和心臟疾病的ct和mri研究的診斷靈敏性和特異性，在成像之前和/或期間經(jīng)常靜脈內(nèi)給予造影材料以改進(jìn)這些疾病過程的檢測(cè)和表征。對(duì)于ct，最常見的造影介質(zhì)基于碘，其具有對(duì)于臨床x-射線吸收是理想的"k-邊緣(k-edge)"。

對(duì)于mri，最常見的造影材料基于含有順磁金屬釓(gd)的分子絡(luò)合物。在美國，所有9種fda-批準(zhǔn)的mri造影劑均是基于gd的。gd具有強(qiáng)的"順磁性"，其導(dǎo)致在t1-加權(quán)的圖像上局部增加的mri信號(hào)。然而，基于gd的造影劑可導(dǎo)致稱為腎原性系統(tǒng)纖維化(nsf)的罕見但嚴(yán)重的虛弱性病況，這是一種涉及皮膚、關(guān)節(jié)、眼睛和內(nèi)部器官的泛發(fā)性纖維化的綜合征。who和fda已經(jīng)發(fā)布了對(duì)這些試劑在具有腎機(jī)能不全/衰竭的患者中使用的限制，其中fda要求在含有釓的所有市售介質(zhì)上"黑箱"警告。結(jié)果，在美國有數(shù)百萬的患者，和在世界范圍內(nèi)的更多患者，不再能夠接受用于mri的造影材料，這嚴(yán)重限制了若干疾病的檢測(cè)和表征。

較少見地作為調(diào)查研究或“無標(biāo)簽(off-label)”使用的其它順磁絡(luò)合物，通?；谧鳛殪o脈內(nèi)鐵代替療法開發(fā)和上市的大的氧化鐵基納米顆粒(例如，feraheme?(ferumoxytol)注射液)。然而，因?yàn)樗鼈兊膖1弛豫性質(zhì)差、t2*弛豫性質(zhì)強(qiáng)，導(dǎo)致mri信號(hào)減少("負(fù)反差")，以及大的分子尺寸(這限制這些試劑在血庫中直至它們最終被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)(即，巨噬細(xì)胞、肝、脾)清除)，這些絡(luò)合物用于mri受到限制。

因此，需要可用于mri和類似的掃描技術(shù)的備選造影劑。

概述

根據(jù)一些實(shí)施方案，本文提供了磁共振成像(mri)造影劑，包含具有由下式表示的結(jié)構(gòu)的化合物：

其中，

x是：fe(iii)或mn(ii)；和

y和z各自獨(dú)立地選自焦磷酸根和雙膦酸根(例如，1-羥基雙膦酸根)，

或其藥學(xué)上可接受的水合物和/或鹽。

在一些實(shí)施方案中，x是mn(ii)，且y和z各自獨(dú)立地是下式的雙膦酸根：

，其中：r1是–oh，和r2選自：h、烷基、氨基烷基、烷基氨基烷基、芳基烷基和雜芳基烷基，或其藥學(xué)上可接受的水合物和/或鹽。

在一些實(shí)施方案中，mri造影劑具有小于2,000道爾頓或小于800道爾頓的分子量。

在一些實(shí)施方案中，化合物是八面體的。在一些實(shí)施方案中，化合物是一水合物或二水合物。在一些實(shí)施方案中，化合物是包含1-3個(gè)陽離子的鹽。

在一些實(shí)施方案中，x是mn(ii)，且y和z各自是雙膦酸根(例如，1-羥基雙膦酸根)。

在一些實(shí)施方案中，x是fe(iii)，且x和z各自是焦磷酸根。

在一些實(shí)施方案中，化合物與一種或多種治療劑(例如，化學(xué)治療劑)偶聯(lián)。在一些實(shí)施方案中，所述一種或多種治療劑與y和/或z共價(jià)偶聯(lián)。

還提供了包含在藥學(xué)上可接受的載體(例如，無菌水或無菌緩沖液，例如磷酸鹽緩沖鹽水)中的本文所述的mri造影劑的組合物。在一些實(shí)施方案中，組合物經(jīng)配制用于靜脈內(nèi)或動(dòng)脈內(nèi)給予(例如，與血液等滲)。在一些實(shí)施方案中，組合物具有7.0-7.4的ph。

還提供了對(duì)受試者進(jìn)行mri掃描的方法，包括在所述mri掃描之前和/或期間給予造影劑至所述受試者。

還提供了給予治療劑至需要的受試者的方法，包括以治療有效量給予與治療劑偶聯(lián)的造影劑至所述受試者。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括用mri在所述受試者中檢測(cè)造影劑。

還提供了本文所教導(dǎo)的mri造影劑用于進(jìn)行mri掃描或給予治療劑至需要的受試者的用途。

附圖簡(jiǎn)述

圖1.具有另外的na或葡甲胺作為鹽加合物的順磁na:mn(依替膦酸根)2絡(luò)合物的正模式esims。各自代表在電離期間失去po3片段后指定的絡(luò)合物的低峰(basspeak)。1na:c4h11o11p3:mn:h2o(m/z=424)。2na:c4h10o11p3:mn:h20(m/z=446)3na:c4h9o11p3:mn:h2o(m/z=468)1na:c4h11o11p3:mn:h2o:c7h17no5(m/z=619.1)2na:c4h10o11p3:mn:h2o:c7h17no5(m/z=641.1)3na:c4h9o11p3:mn:h2o:c7h17no5(m/z=663.0)。

圖2.與游離的mn(ii)相比，具有市售可得的雙膦酸根的mn雙膦酸鹽絡(luò)合物的t1和t2弛豫性(r1,左和r2,右)。

圖3.a,1-oh雙膦酸根和mn²⁺的2:1絡(luò)合物是熱力學(xué)上有利的。通過在合成期間改變化學(xué)計(jì)量，當(dāng)雙膦酸根與mn²⁺的比率升至高于2:1時(shí)未觀察到額外的mn²⁺絡(luò)合。通過測(cè)量作為時(shí)間的函數(shù)的溶劑t2來測(cè)定游離mn²⁺，因?yàn)閙n²⁺的r2是完全螯合的、一水合mn²⁺的30倍(caravan等,mol.imaging2009,4:89)。b,堿金屬陽離子增加2:1雙膦酸根:mn²⁺絡(luò)合物的穩(wěn)定性。含有至少一個(gè)na⁺陽離子和至少一個(gè)ca²⁺陽離子的異核絡(luò)合物形成最穩(wěn)定的2:1絡(luò)合物，導(dǎo)致一水合的mn²⁺完全螯合，沒有過量的配體。水平虛線表示r2變成在溶液中mncl2的值的1/30的點(diǎn)。c,合成后兩個(gè)月的異核2:1依替膦酸根:mn絡(luò)合物的esims，證實(shí)了其穩(wěn)定性和化學(xué)計(jì)量。c4h9o14p4:mn²⁺:ca²⁺:na⁺(m/z=522.8)。

圖4.a,在靜脈內(nèi)給予mnnta后對(duì)照小鼠中的體內(nèi)mri。b,在靜脈內(nèi)給予mn:etid(50μl的40mm溶液)后的mri。

圖5.在靜脈內(nèi)給予按方案1c與hsp90抑制劑連接的1-羥基雙膦酸根:mn絡(luò)合物(25mg/kg)后，4t1腫瘤的動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)。左圖描述了在標(biāo)記的藥物后(n=5)和在單獨(dú)的mn:etid絡(luò)合物后(n=6)，腫瘤中t1增強(qiáng)的相對(duì)變化。

圖6.用na⁺和ca²⁺合成的2:1依替膦酸根:mn²⁺絡(luò)合物的pk和生物分布(c4h9o14p4:mn²⁺:xca²⁺:xna⁺)。a,靜脈內(nèi)給予后60分鐘內(nèi)造影劑的動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)(dce)分析。在器官和肌肉骨骼系統(tǒng)中的峰增強(qiáng)隨時(shí)間遵循在主動(dòng)脈中的變化，表明造影劑保持完整并在細(xì)胞外。b,排泄系統(tǒng)的dce分析顯示通過腎和肝/膽囊的完整消除。c,標(biāo)準(zhǔn)化顏色封泥(colorlute)t1加權(quán)的圖像顯示在前60分鐘內(nèi)，然后在24和48小時(shí)，器官系統(tǒng)的相對(duì)變化。在24小時(shí)，除了在腎中以外，受試者全身未見到殘留的對(duì)比變化。到48小時(shí)，在腎中的變化幾乎消退。在24和48小時(shí)在胃中較高的信號(hào)強(qiáng)度變化(左上象限)是食料中附帶的順磁性續(xù)發(fā)的。

圖7.順磁fe(p2o7)2絡(luò)合物和硫胺焦磷酸鐵衍生物。a,fe(p2o7)2的分子簡(jiǎn)圖，說明了兩個(gè)內(nèi)球與水配位。b,絡(luò)合物的esims。該絡(luò)合物在esi條件下保持完整進(jìn)一步證明了其穩(wěn)定性。c,自硫胺焦磷酸鹽形成的順磁絡(luò)合物鐵絡(luò)合物。d,順磁硫胺焦磷酸鐵絡(luò)合物的正模式esims。*c24h34n8o14p4s2fe(m/z=902);**c24h34n8o14p4s2fe+c7h17no5[葡甲胺](m/z=1097);c24h34n8o14p4s2fe–n3c6h7[氨基二甲基吡啶片段)(m/z=781);c24h34n8o14p4s2fe–(2)n3c6h7(m/z=660)。

詳細(xì)描述

本文引用的所有專利參考文獻(xiàn)的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中，至它們與本文所示的公開內(nèi)容一致的程度。如本文所用的，在發(fā)明描述和隨附的權(quán)利要求中，單數(shù)形式"一個(gè)/種"和"該"意圖也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明確另外表示。

本文提供了用作造影劑的化合物。如本文所用的"化合物"是指具有通過共價(jià)鍵、配位鍵和/或離子鍵保持在一起的原子的分子。

如本文所用的"造影劑"是在醫(yī)學(xué)成像中用于增強(qiáng)身體內(nèi)的結(jié)構(gòu)或流體的對(duì)比的物質(zhì)。已知的造影劑的實(shí)例包括但不限于，放射造影劑和mri造影劑。

"放射造影劑"是在基于x-射線的掃描期間可增強(qiáng)身體內(nèi)結(jié)構(gòu)或流體的對(duì)比的物質(zhì)。實(shí)例包括但不限于，碘和鋇。

"mri造影劑"是在mri掃描期間可增強(qiáng)身體內(nèi)結(jié)構(gòu)或流體的對(duì)比的物質(zhì)(例如，化合物和/或絡(luò)合物)。實(shí)例包括但不限于，順磁造影劑，例如含釓(iii)的試劑或錳螯合物，和超順磁試劑，例如鐵鉑顆粒。亦參見axelsson等的美國專利申請(qǐng)公開號(hào)2014/0350193；lin等的2014/0234210。

在一些實(shí)施方案中，使用本發(fā)明的造影劑可增強(qiáng)受試者的組織例如動(dòng)脈和靜脈的對(duì)比(在ct中亦稱為"衰減"，在mri中亦稱為"信號(hào)")，極大改進(jìn)血管解剖學(xué)和病理學(xué)的描述?？捎脤?duì)比檢測(cè)的血管疾病的實(shí)例包括動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、血栓癥、血管畸形、動(dòng)脈瘤和動(dòng)脈解剖。

在一些實(shí)施方案中，使用本發(fā)明的造影劑可增強(qiáng)受試者的患病組織的"衰減"或"信號(hào)"，其中造影材料在"首次通過"血管后短暫地積聚在患病區(qū)域的細(xì)胞外隔室(間質(zhì))中。因此，在腫瘤、感染、炎癥、脫髓鞘和急性梗塞組織中經(jīng)常觀察到組織增強(qiáng)。

在一些實(shí)施方案中，如本文所教導(dǎo)的造影劑具有小于2,000道爾頓、1,500道爾頓、1,000道爾頓、800道爾頓或500道爾頓的分子量。這樣的低分子量試劑可通過例如，允許自血液擴(kuò)散通過患病的"泄漏"血管，來增強(qiáng)組織的成像。

在一些實(shí)施方案中，造影劑包含高自旋鐵(fe(iii))或高自旋錳(mn(ii))，其各自具有5個(gè)未配對(duì)電子，與焦磷酸根和/或雙膦酸根絡(luò)合。

可用于實(shí)施本發(fā)明的雙膦酸根的具體實(shí)例包括但不限于，阿倫膦酸根、利塞膦酸根、氯膦酸根、替魯膦酸根、伊班膦酸根、伊卡膦酸根、唑來膦酸根、帕米膦酸根、亞甲基二膦酸根、米諾膦酸根、奈立膦酸根、奧帕膦酸根、替魯膦酸根、依替膦酸根(1-羥基亞乙基雙膦酸根)和其鹽和/或酯。

在一些實(shí)施方案中，雙膦酸根是1-羥基雙膦酸根。

在一些實(shí)施方案中，雙膦酸根具有下式：

；其中r1是–oh；和r2選自：h、烷基、氨基烷基、烷基氨基烷基、芳基烷基和雜芳基烷基。

如本文所用的"烷基"是指飽和的直鏈或支鏈，或環(huán)狀的烴，其含有1-10個(gè)碳原子(即，c1-10)。烷基的代表性實(shí)例包括但不限于，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、仲丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、新戊基、正己基、3-甲基己基、2,2-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基、環(huán)丙基、環(huán)丁基、環(huán)戊基、環(huán)己基等。如本文所用的"低級(jí)烷基"是烷基的子集，和是指直鏈或支鏈烴基，其含有1-4個(gè)碳原子。低級(jí)烷基的代表性實(shí)例包括但不限于，甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、環(huán)丙基、環(huán)丁基等。烷基可以任選地被一個(gè)或多個(gè)合適的取代基，例如鹵素、羥基、羧基、胺等取代。

如本文所用的"芳基"是指單環(huán)的、碳環(huán)的環(huán)系統(tǒng)，或雙環(huán)的、碳環(huán)的稠合或直接毗鄰的環(huán)系統(tǒng)，具有一個(gè)或多個(gè)芳族環(huán)。實(shí)例包括但不限于，苯基、茚滿基、茚基、四氫萘基等。如所述的，在一些實(shí)施方案中，芳基具有兩個(gè)芳族環(huán)，所述環(huán)是稠合的或直接毗鄰。實(shí)例包括但不限于，聯(lián)苯基、萘基、薁基等。芳基可以任選地被一個(gè)或多個(gè)合適的取代基，例如烷基、鹵素、羥基、羧基、胺等取代。

如本文所用的"雜芳基"是指具有單個(gè)環(huán)或兩個(gè)稠合或直接毗鄰的環(huán)并在至少一個(gè)環(huán)中含有至少一個(gè)(通常1-3個(gè))獨(dú)立選自氮、氧和硫的雜原子的單價(jià)芳族基團(tuán)。實(shí)例包括但不限于，吡咯、咪唑、噻唑、噁唑、呋喃、噻吩、三唑、吡唑、異噁唑、異噻唑、吡啶、吡嗪、噠嗪、嘧啶、三嗪等。如所述的，在一些實(shí)施方案中，雜芳基具有兩個(gè)芳族環(huán)，所述環(huán)是稠合的，或直接毗鄰。實(shí)例包括但不限于，苯并噻吩、苯并呋喃、吲哚、苯并咪唑、苯并噻唑、喹啉、異喹啉、喹唑啉、喹噁啉、苯基-吡咯、苯基-噻吩等。雜芳基可任選地被一個(gè)或多個(gè)合適的取代基，例如烷基、鹵素、羥基、羧基、胺等取代。

除非另外指明，否則用于描述如本文所用的化學(xué)基團(tuán)或部分的命名法按常規(guī)進(jìn)行，其中從左至右閱讀名稱，與分子的剩余部分的連接點(diǎn)位于名稱的右手側(cè)。例如，基團(tuán)"芳基c1-6烷基"在c1-6烷基端與分子的剩余部分連接。

除非另外指明，在化學(xué)基團(tuán)通過其化學(xué)式(包括由"–"表示的末端鍵部分)描述時(shí)，將理解從左至右閱讀連接。

對(duì)于mri增強(qiáng)，高自旋mn(ii)是一種優(yōu)秀的候選順磁金屬，具有5個(gè)未配對(duì)電子、有利的電子弛豫和水停留時(shí)間(tm<<t1)。作為游離金屬，mn還具有比gd更低的毒性，具有天然儲(chǔ)庫和若干加工的自我平衡機(jī)制。

在過去，用于mri的順磁mn絡(luò)合物的開發(fā)受到mn(ii)固有的配位不穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)(例如，irvingwilliamsseries)，導(dǎo)致在體內(nèi)mn(ii)傾向于被其它內(nèi)源金屬例如鋅過渡金屬化(trans-metallated)。然而，本文公開的mn(ii)雙膦酸鹽絡(luò)合物具有顯著的體內(nèi)穩(wěn)定性，當(dāng)單獨(dú)作為組織造影材料使用或與其它小分子藥物偶聯(lián)時(shí)保持完整。當(dāng)單獨(dú)使用時(shí)，其最終以類似于市售的基于gd的造影材料的時(shí)間進(jìn)程通過腎和肝/膽囊/腸清除。

在一些實(shí)施方案中，mn雙磷酸鹽化合物具有1mn:2雙膦酸根(例如，依替膦酸根)的化學(xué)計(jì)量；具有至少一個(gè)配位的h2o(例如，一水合物或二水合物)；具有至少一個(gè)堿金屬(例如，na+、k+)或堿土金屬(例如，ca++或mg++)；和/或具有至少一個(gè)額外的陽離子(例如，na+、葡甲胺等)。

在一些實(shí)施方案中，造影劑具有以7特斯拉測(cè)量的5、8或10至15、18、20、25、30、35或40mm^-1sec^-1的r2弛豫性(例如，在22攝氏度下，2mmtris緩沖的ddh2o和/或ph7.0)。不希望受理論的束縛，溶液中游離的mn(例如，mncl2鹽)具有低t2弛豫/高r2弛豫性(mm^-1sec^-1)，因?yàn)樵黾拥膖2*敏感性以及自旋-自旋(t2')效應(yīng)兩者。t2(并因此，r2)是t2*和t2'二者的函數(shù)。水合的游離離子與數(shù)個(gè)配位的內(nèi)球水簇集在一起，增加局部磁場(chǎng)不均勻性和在結(jié)合的水分子和溶劑水分子之間的自旋-自旋相互作用。當(dāng)單個(gè)mn離子與配體配位時(shí)，簇集并因此t2*效應(yīng)(和r2弛豫性)減少。通過在結(jié)合的水分子和溶劑水分子之間的較少交換，具有僅一個(gè)配位內(nèi)球水的強(qiáng)mn絡(luò)合物還具有減少的自旋-自旋相互作用，和因此t2'效應(yīng)。當(dāng)單個(gè)mn離子在溶液中變得與配體螯合物完全絡(luò)合時(shí)，之前已經(jīng)測(cè)定螯合物金屬的測(cè)量的r2為溶液中游離金屬的1/30。參見caravan等,mol.imaging2009,4:89。因此r2可為絡(luò)合程度的標(biāo)記。亦參見圖3。

金屬的絡(luò)合可導(dǎo)致造影劑的毒性減少和/或穩(wěn)定性增加。靜脈內(nèi)給予的游離金屬，例如mn，可具有直接的有害毒性作用。特別是對(duì)于游離mn，心臟毒性可能是一個(gè)顧慮，因?yàn)樨?fù)變時(shí)性/離子移變效應(yīng)。例如，1:1mn:雙膦酸根絡(luò)合物對(duì)比1:2絡(luò)合物，以及用陽離子例如葡甲胺和膽堿代替na+和ca++合成，見到pk/生物分布差異(數(shù)據(jù)未顯示)。在注射期間，毒性也可在相等劑量下以快速心臟和呼吸抑制檢測(cè)，其用na+和ca++1:2mn:雙膦酸根絡(luò)合物不可見到(數(shù)據(jù)未顯示)。

在一些實(shí)施方案中，如本文所教導(dǎo)的絡(luò)合物可包含一種或多種治療劑。在這些實(shí)施方案中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)治療劑的遞送可通過檢測(cè)絡(luò)合物來進(jìn)行。治療劑可與造影劑絡(luò)合或與其中的配體共價(jià)連接(直接或通過接頭)。

在一些實(shí)施方案中，雙膦酸根可在金屬絡(luò)合之前與治療劑直接偶聯(lián)。在一些實(shí)施方案中，治療劑與雙膦酸根的膦酸根之間的橋接碳直接偶聯(lián)。在一些實(shí)施方案中，雙膦酸根與治療劑通過磷酸酯偶聯(lián)。在一些實(shí)施方案中，在金屬絡(luò)合之前，雙膦酸根與治療劑通過接頭(例如，亞烷基、亞烷基羰基、羰基亞烷基、羰基、馬來酰亞胺、peg等)偶聯(lián)。亦參見kraus等的美國專利號(hào)8,247,572。

本發(fā)明主要涉及人受試者的掃描和/或治療，但為獸醫(yī)目的和為藥物篩選和藥物開發(fā)目的，本發(fā)明也可對(duì)動(dòng)物受試者，特別是哺乳動(dòng)物受試者，例如小鼠、大鼠、狗、貓、家畜和馬進(jìn)行。

如本文所用的術(shù)語"治療"是指賦予罹患疾病的患者益處的任何類型的治療，所述益處包括患者病況(例如，一個(gè)或多個(gè)癥狀)的改進(jìn)，疾病進(jìn)展延遲等。

如本文所用的術(shù)語"藥學(xué)上可接受的"意指根據(jù)疾病的嚴(yán)重性和治療的必要性，化合物或組合物適合于給予受試者以實(shí)現(xiàn)本文所述的治療，沒有過度的有害副作用。

在以下非限制性實(shí)施例中更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。

實(shí)施例

實(shí)施例1：用于分子成像和多樣療法的低分子量雙膦酸錳絡(luò)合物

高自旋mn(ii)絡(luò)合物的示例性合成

向需要的最終體積的雙蒸餾水和在恒定攪拌下加入2當(dāng)量的依替膦酸和4當(dāng)量的碳酸氫鈉。10分鐘后溶液的ph將為~3.8-4.0。然后ph可進(jìn)一步通過稀naoh調(diào)節(jié)至~5.5-7.0。之后，加入1當(dāng)量的mncl2。加入mncl2后，如所預(yù)期的，溶液將變得更加酸性(ph~3-4)，但ph應(yīng)用適度稀釋的堿例如naoh升高至7.0-7.5。加入mn(ii)之前，當(dāng)ph為5-7時(shí)達(dá)到最一致和有效的結(jié)果，和預(yù)先存在堿金屬陽離子(例如，na)與依替膦酸根上的兩個(gè)磷酸根氧至少配位，依替膦酸根具有0.70和1.46的pka。

適度堿性的胺緩沖液例如tris可初始使用，或在加入具有良好結(jié)果的主要試劑后使用，以確保中性或更大的ph，盡管加入mn之前，至少兩個(gè)na+當(dāng)量/分子依替膦酸似乎是特別有利的。對(duì)于此反應(yīng)，加熱不是必需的。

如同下文實(shí)施例3中論述的焦磷酸鐵絡(luò)合物一樣，產(chǎn)物可用過量的極性有機(jī)溶劑(例如，丙酮、meoh、etoh)沉淀和分離，然而該具體的絡(luò)合物在這些溶劑中溶解性更大(親水性低)，因此沉淀和分離需要更多的時(shí)間和挑戰(zhàn)。最終固體產(chǎn)物的備選分離也可通過直接冷凍干燥實(shí)現(xiàn)。

測(cè)試兩種相對(duì)強(qiáng)的(logk1>7)配體對(duì)于mn(ii)螯合的體內(nèi)行為，即，次氮基三乙酸(nta)(與edta緊密相關(guān))和3,4-二氫苯甲酸(3,4-dba)。這兩者容易形成mn(ii)配位絡(luò)合物和顯示類似于市售的gd螯合物的弛豫特征。然而，在靜脈內(nèi)給予后這些試劑的體內(nèi)mr成像顯示對(duì)于nta和3,4-dba二者相同的生物分布，與游離mn的釋放和肝細(xì)胞吸收一致，即，強(qiáng)的實(shí)質(zhì)增強(qiáng)、缺少膽囊增強(qiáng)和沒有腎清除的證據(jù)(圖4a)。

該體內(nèi)行為也是對(duì)于fda-批準(zhǔn)的試劑teslascan所觀察到的。在過去，用于mri的順磁mn絡(luò)合物的開發(fā)受到mn(ii)固有的配位不穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)(例如，irvingwilliamsseries)，導(dǎo)致在體內(nèi)mn(ii)傾向于被其它內(nèi)源金屬例如鋅過渡金屬化。唯一fda-批準(zhǔn)的用于mri的mn(ii)pm絡(luò)合物是teslascan，其目前已經(jīng)停止使用。teslascan立即分布于肝，釋放游離的mn，mn然后被肝細(xì)胞吸收。因此，對(duì)比增強(qiáng)基于游離的mn，和被限制在肝中。此外，對(duì)于nta和3,4-dba兩者還觀察到心臟增強(qiáng)，指示在進(jìn)入肝之前游離的mn釋放進(jìn)入血庫。

與nta和3,4-dba相比，靜脈內(nèi)給予30mg/kgmn(ii)依替膦酸鹽初始顯示顯著的動(dòng)脈血庫相，接著腎收集系統(tǒng)和膀胱以及膽囊的快速增強(qiáng)(圖4b)。觀察到肝實(shí)質(zhì)的增強(qiáng)，盡管比nta和3,4-dba顯著更少的強(qiáng)度，在給予后10-15分鐘出現(xiàn)峰值，和到4小時(shí)，回到正常t1值。還注意到腸的增強(qiáng)，但變化較大，認(rèn)為表示配位絡(luò)合物從膽囊清除進(jìn)入小腸。此外，在骨骼肌和長(zhǎng)骨中觀察到微妙但短暫的t1變化，其在30分鐘后回到正常，在主血管中伴有輕度殘留t1變化，與血庫而非局部實(shí)質(zhì)吸收效果一致。在腦或脊柱中未觀察到t1變化(n=20)。

實(shí)施例2：造影劑中mn的絡(luò)合的差異

發(fā)現(xiàn)1-oh雙膦酸根和mn²⁺的2:1絡(luò)合物是熱力學(xué)上有利的。通過在合成期間改變化學(xué)計(jì)量，當(dāng)雙膦酸根與mn²⁺的比率升高超過2:1時(shí)未觀察到額外的mn²⁺絡(luò)合(圖3)。

游離的mn²⁺通過測(cè)量作為時(shí)間的函數(shù)的溶劑t2測(cè)定，因?yàn)閙n²⁺的r2為完全螯合的一水合的mn²⁺的30倍(caravan等,mol.imaging2009,4:89)。1-oh雙膦酸根:mn2+絡(luò)合物和mncl2的弛豫性測(cè)量以7t在22°c下在2mmtris緩沖的ddh2o中進(jìn)行。含鈉的溶液用naoh滴定至ph7.0。無鈉的溶液用相應(yīng)的陽離子堿(膽堿或葡甲胺)滴定至中性ph。用20mmmn2+制備各樣品的貯存溶液。對(duì)于200微摩爾的樣品濃度，r1和r2自常規(guī)的基于mr快速自旋回波的映射方法計(jì)算。

已發(fā)現(xiàn)堿金屬陽離子增加2:1雙膦酸根:mn²⁺絡(luò)合物的穩(wěn)定性。含有至少一個(gè)na⁺陽離子和至少一個(gè)ca²⁺陽離子的異核絡(luò)合物形成最穩(wěn)定的2:1絡(luò)合物，在沒有過量的配體的情況下導(dǎo)致一水合的mn²⁺的完全螯合。

實(shí)施例3：金屬絡(luò)合的1-羥基乙烷-1,1-雙膦酸衍生的小分子藥物，用于改良的生物分布、診斷成像和增強(qiáng)的治療活性

mn雙膦酸鹽絡(luò)合物提供了產(chǎn)生一系列用于mr成像和圖像引導(dǎo)的療法的新型分子成像探針的新機(jī)會(huì)。1-羥基亞乙基雙膦酸根通過它們遠(yuǎn)離中心碳的r2基團(tuán)或通過磷酸酯酯化，易于適合偶聯(lián)，因此可用許多現(xiàn)有的具有已知的靶向和/或治療活性的小分子藥物衍生。

除了骨相關(guān)病況的治療之外，雙膦酸鹽作為數(shù)種惡性腫瘤的化學(xué)治療輔助劑，最近顯示重要的前景。認(rèn)為作用機(jī)制是通過抑制二磷酸法尼酯合酶(fdps)和/或通常利用焦磷酸鹽(雙膦酸鹽的結(jié)構(gòu)類似物)的其它細(xì)胞內(nèi)的酶。與腫瘤親和小分子和mn絡(luò)合的雙膦酸鹽的細(xì)胞內(nèi)共轉(zhuǎn)運(yùn)，雙膦酸鹽能夠?qū)崿F(xiàn)分子成像和除了母體分子的治療活性之外的第二治療活性。

最后，值得注意的是，認(rèn)為如果允許在某些神經(jīng)元群體中積聚至高濃度，游離的mn是神經(jīng)學(xué)上毒性的。當(dāng)mn的濃度超過細(xì)胞內(nèi)結(jié)合庫時(shí)，與fe和其它過渡金屬一樣，mn促進(jìn)fenton-介導(dǎo)的自由基產(chǎn)生，特別是在升高的氧化還原活性物質(zhì)例如h2o2、抗壞血酸(ascorbate)和醌共存在的情況下。然而，因?yàn)閙n在組織中積聚用mri易于可視化，容易監(jiān)測(cè)含mn的試劑的選擇性遞送(事實(shí)上，在用高分辨率定量t1映射的全動(dòng)物mri實(shí)驗(yàn)中，在給予甚至>10x劑量的mn雙膦酸鹽后從未觀察到mn的cns積聚)。在所公開的發(fā)明中，mn在癌癥細(xì)胞中的選擇性積聚(通過mri證實(shí))因此能夠通過控制的氧化還原介導(dǎo)的細(xì)胞毒性(其通過輔助給予腫瘤選擇性氧化還原驅(qū)動(dòng)劑例如高劑量的胃腸外抗壞血酸和/或醌還原酶ii抑制劑激活)實(shí)現(xiàn)又一治療機(jī)會(huì)。

數(shù)種合成策略用于直接或通過聚乙二醇(peg)接頭標(biāo)記小分子藥物?，F(xiàn)在已經(jīng)合成、表征和初步體內(nèi)研究了兩種前導(dǎo)絡(luò)合物(leadcomplexes)，第一種是通過胺封端的peg接頭的亞甲基二膦酸根類似物(方案1b)，和第二種是通過cooh封端的peg接頭偶聯(lián)的依替膦酸根類似物(方案1c)。兩種絡(luò)合物的試驗(yàn)性數(shù)據(jù)顯示在4t1腫瘤中進(jìn)行性增強(qiáng)積聚，其大于對(duì)于單獨(dú)的順磁配位絡(luò)合物所見到的(圖5)。在順磁給予前30分鐘給予未連接的hsp90i化合物的初步數(shù)據(jù)還說明來自母體藥物的pm絡(luò)合物的一些競(jìng)爭(zhēng)性抑制。

方案1.雙膦酸根官能化的hsp90抑制劑。a,癌癥細(xì)胞選擇性的“高積聚”hsp90抑制劑用短的peg接頭衍生，和連接至胺基團(tuán)，這不干擾分子的hsp90選擇性。b,亞甲基二膦酸根類似物然后連接至peg。c,1-羥基雙膦酸根類似物連接至peg。

還合成了4-氨基喹啉醌還原酶2抑制劑氯喹(在許多癌癥中具有高的積聚選擇性的另一種充分表征的小分子藥物)的1-羥基雙膦酸根衍生物。除了選擇性積聚之外，氯喹作為在化學(xué)療法試驗(yàn)中有效的輔助劑，已顯示新近的前景。

方案2.4-氨基喹啉氯喹的1-羥基雙膦酸根衍生物。

小分子藥物的1-羥基雙膦酸根官能化可通過這些分子的直接綴合或通過與這些小分子和1-羥基雙膦酸根類似物兩者連接的分子橋接(例如，peg)實(shí)現(xiàn)。它們可用于形成隨后的金屬絡(luò)合，用于診斷和/或治療應(yīng)用。方案3和方案4提供了用于直接連接至hsp90抑制劑和fda-批準(zhǔn)的藥物lapatinib(一種用于治療一些乳腺癌的“高積聚”酪氨酸激酶抑制劑)的示例性方法。

方案3.具有胺末端r2基團(tuán)(上述)的市售可得的1-羥基雙膦酸鹽和用于直接偶聯(lián)雙膦酸根與hsp90抑制劑的提議的合成。

方案4.用于lapatinib的直接1-羥基雙膦酸根偶聯(lián)的提議的合成。

實(shí)施例4：高自旋焦磷酸鐵絡(luò)合物和其衍生物，用于診斷和治療應(yīng)用

研究了fe(iii)和焦磷酸根(p2o7)之間的相互作用。p2o7，一種普遍存在的二磷酸根四價(jià)陰離子，是fe(iii)的最強(qiáng)的已知螯合劑之一。開發(fā)了用于合成摻有兩個(gè)p2o7陰離子和一個(gè)fe(iii)的順磁支架的方案，得到高自旋八面體fe(iii)絡(luò)合物，配位有兩個(gè)內(nèi)球水(q=2)(圖7a)。以7t場(chǎng)強(qiáng)度，該低分子量絡(luò)合物的r1為5.2mm^-1s^-1，以相同的場(chǎng)強(qiáng)度其與最強(qiáng)的市售gd(iii)試劑釓布醇的弛豫性相當(dāng)。以臨床上更相關(guān)的場(chǎng)強(qiáng)度1.5t，fe(p2o7)2絡(luò)合物的r1增加至35mm^-1s^-1，之前對(duì)任何基于fe(iii)的造影劑未報(bào)道該弛豫性。該支架的顯著的對(duì)比增強(qiáng)可能與其的兩個(gè)內(nèi)水的不尋常的穩(wěn)定配位，以及通過磷酸根基團(tuán)的廣泛水合介導(dǎo)的顯著外球貢獻(xiàn)相關(guān)。在中性ph和室溫下基于與edta(logk1=26)的競(jìng)爭(zhēng)性實(shí)驗(yàn)，fe(p2o7)2絡(luò)合物的穩(wěn)定性常數(shù)(logk1)估算為>22。因此，配位強(qiáng)度高于市售的大環(huán)gd(iii)絡(luò)合物，其通常具有l(wèi)ogk1s~17。fe(p2o7)2的穩(wěn)定性與對(duì)于各種化學(xué)計(jì)量的焦磷酸根和fe(iii)之前報(bào)道的絡(luò)合物一致。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示fe(p2o7)2絡(luò)合物的快速腎清除，提供了進(jìn)一步的證據(jù)，即絡(luò)合物在體內(nèi)保持完整。釋放進(jìn)入血庫的游離的fe(iii)不再有效地通過腎清除，也不保持能夠產(chǎn)生t1增強(qiáng)。以>10倍估計(jì)的治療劑量25mg/kg快速靜脈內(nèi)推注給予，在24小時(shí)和在1周后呼吸速率、心率/節(jié)律和行為未急劇改變。

焦磷酸根，當(dāng)連接至各種配體時(shí)，保留形成順磁fe(p2o7)2支架的能力。因此，硫胺、肌苷和鳥嘌呤焦磷酸鹽衍生物全都能夠形成類似的fe(p2o7)2順磁絡(luò)合物。與fe(iii)的2:1絡(luò)合物的硫胺焦磷酸鹽(thpp)形成也同樣體內(nèi)穩(wěn)定的順磁部分。除了說明該順磁支架的多樣性之外，這些實(shí)驗(yàn)還表明硫胺作為癌癥細(xì)胞的潛在靶向部分。

高自旋fe(iii)焦磷酸鹽絡(luò)合物的示例性合成

向需要的最終體積的雙蒸餾水和在恒定攪拌下加入1當(dāng)量的鐵鹽(例如，氯化鐵、乙酸鐵、檸檬酸鐵等)與2當(dāng)量的二堿式焦磷酸鈉。溶液應(yīng)保持渾濁。在劇烈攪拌下升高溶液溫度至80或90°c，然后加入3當(dāng)量的碳酸氫鈉。因?yàn)榈玫降腸o2產(chǎn)生，這應(yīng)以受測(cè)量的方式進(jìn)行。在加熱下以持續(xù)劇烈攪拌，經(jīng)~2-20分鐘該溶液將最終澄清，保持淺綠黃色。澄清的時(shí)間和顏色的程度取決于試劑的起始濃度和施加的熱的相對(duì)量。隨著溶液澄清，在樣品從加熱取出時(shí)，應(yīng)繼續(xù)攪拌。當(dāng)溶液達(dá)到室溫時(shí)，最終的ph應(yīng)該是~7.0-7.2。

可對(duì)最終溶液的樣品進(jìn)行用氫氧化鈉或其它堿另外短暫升高ph至8.0，以測(cè)試任何游離的鐵，其將作為氧化鐵沉淀。用高品質(zhì)的試劑，上述步驟應(yīng)導(dǎo)致鐵的完全絡(luò)合和沒有沉淀。

如果需要的話，固體產(chǎn)物可用極性有機(jī)溶劑例如丙酮、甲醇或乙醇以比率4:1，容易沉淀和分離。然后可將樣品在加熱下逐漸干燥或在真空下冷凍干燥。固體材料將保持無期限地穩(wěn)定保存，但明顯吸水。

順磁硫胺焦磷酸鹽的示例性合成

在室溫下在恒定攪拌下將40mm硫胺焦磷酸鹽和40mm葡甲胺溶于ddh2o。在恒定攪拌下緩慢加入20mmfecl3/h2o。然后加入60mmnahco3^-。最終的ph是6.5-7。樣品冷卻，冷凍干燥/凍干直到得到金-橙-棕色分散的玻璃狀微珠。干燥后，絡(luò)合物在室溫下保持穩(wěn)定超過數(shù)個(gè)月。

前述內(nèi)容說明了本發(fā)明，和不應(yīng)解釋為對(duì)其的限制。本發(fā)明由以下權(quán)利要求限定，其中包括權(quán)利要求的等同方案。