DE2947500C2

DE2947500C2 - Radiojodierte ω -Phenylfettsäuren, ihre Herstellung und deren Verwendung zur szintigraphischen Untersuchung des Herzmuskels und der Leber

Info

Publication number: DE2947500C2
Application number: DE2947500A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(grad.) 4300 Essen Dutschka; Hans-Jürgen Dipl.-Chem. Dr. Machulla; Manfred Dipl.-Chem. Dr. Marsmann
Original assignee: DUTSCHKA KLAUS 4300 ESSEN DE; Machulla Hans Juergen Dr; MACHULLA HANS-JUERGEN DR; Dutschka Klaus 4300 Essen
Current assignee: Machulla Hans-Juergen Dr Dutschke Klaus 4300
Priority date: 1979-11-24
Filing date: 1979-11-24
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE2947500A1; JPS5687532A; US4473544A

Description

Es ist bekannt, daß sich radiojodierte Fettsäuren zur szintigraphischen Darstellung des Herzmuskels eignen. Von den mit Radiohalogen markierten Fettsäuren reichern sich diejenigen am besten am Herzmuskel an, die mit Radiojod am Kcltenende. also in /y-Position, markiert sind (vgl. Journal of Nuclear Medicine 19, 29Sf U 978).

Nach Abbau der <y-Jod-Fettsäuren über die/?-Oxidation liegt der verbleibende radioaktive Rest der Verbindung als Jodid vor, das sich im gesamten Blut und zellulärem Wasser verteilt. Das hat zur Folge, daß szintigraphische Aufnahmen mittels dieser Verbindungen stets die selektive Verteilung der Fettsäure zusammen mit der Verteilung des Jodids im gesamten Blut und zellurärcm Wasser zeigen. Dadurch läßt sich der Fettsäurestoffwechsel nicht quantitativ erfassen und man erhält nur Szintigramme minderen Kontrastes, in denen Infarkt- und Ischämieregionen in ihren Randzonen nicht schirf erkennbar sind. Eine diagnostische Anwendung der cd- |od-Fettsäuren wurde erst durch Einführung eines speziellen Korrekturverfahrens ermöglicht, das die .Subtraktion des jodidbedingten Untergrundes erlaubt und somit die interessierenden Fettsäureszintigramme liefert. Hierbei wird 30 Min. nach Applikation der Fettsäure als interner Standard radioaktives Jodid injiziert, so daß der jodidbedingte Untergrund rechnerisch von dem Originalszintigramm abgezogen werden kann.

Auf diese Weise erhält man Szintigramme von guter Qualität und kann die regionalen Abbaugeschwindigkeiien der Fettsäure in den Herz- und Lebfcrzellcn bestimmen.

Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung von radiojodierten w-Phenylfetisäuren der Nachteil einer Injektion von radioaktivem Iodid und das rechnerische Korrekturverfahren vermieden werden kann. Beim Abbau der radiojodierten Phenylfettsäuren gemäß der von Knoop 1904 aufgefundenen /^-Oxidation aromatischer Fettsäure wird kein radioaktives Jodid, sondern Jodbenzoesäure oder Jodphenylessigsäure freigesetzt, die rasch und quantitativ über die Nieren ausgeschieden werden. Eine Verteilung der Jodbenzoesäure und Jodphenylessigsäure im zellulären Wasser tritt überraschenderweise nicht ein.

Die chemische Modifizierung der Fettsäure durch entständige Anknüpfung eines Phenylrestes hat keinen Einfluß auf das biologische Verhalten dieser Verbindung im Vergleich zu körpereigenen Fettsäuren ergeben, da der durch die lange Kohlenwasserstoffkette bedingte hydrophobe Charakter und das durch die Carboxylat-Gruppe bewirkte hydrophile Zentrum erhalten bleiben.

Für eine szintigraphische Anwendung der jodierten Phenylfeitsäuren müssen sich diese gut in Herz und Leber anreichern, wobei die biologischen Transportmeehaniämen eine entscheidende Rone spielen, im Biui erfolgt der Transport der Fettsäuren z. B. zum myokardialen Gewebe durch ein Transportprotein, das Albumin, an das die Fettsäure durch elektrostatische und hydrophobe Kräfte gebunden wird. Der Übergang in die Zelten, die die Fettsäure nutzen, erfordert die Freisetzung der Fettsäure aus ihrem Albumin-Komplex.

Daher darf der gebildete Fettsäure-Albumin-Komplex nicht über eine festere Bindung verfügen, als die Bindung zwischen den körpereigenen Fettsäuren und dem Albumin. Für den Transport durch die Zellmembran ist das Ausmaß der Fettlöslichkeit, die durch das hydrophobe Kettenende vorgegeben ist, entscheidend. Aus Untersuchungen mit Alkan-Fettsäuren ist bekannt.

daß der Ersatz der hydrophoben Methylgruppe durch ein Jodatom zu keiner Änderung der biochemischen und physiologischen Eigenschaften führt. Auch hinsichtlich dieser Eigenschaften ist kein Unterschied zwischen einer jodierten Phenylfettsäure und den körpereigenen Fettsäuren festzustellen.

Dagegen erscheinen radiojodierte i/>(para-Aminophenyl)-Fettsäuren, die von Wieland und Beierwaltes 1978 im »Journal of Labelied Compounds and Radiopharmaceuticals«, 16. 171 (1979) beschrieben wurden.

ungeeignet, da durch die Einführung der Aminogruppe diese Fettsäuren an ihrem hydrophoben Kettenende eine funktioneile Gruppe mit protischen, stark hydrophilen Eigenschaften tragen. Der durch die Präsenz der Aminogruppe am Kettenende der Phy.iylfettsäure veränderte hydrophobe Charakter des Moleküls führt zu vielfältigen Konsequenzen bezüglich der Transportvorgänge im Blut urd in den Zellen:

— Durch inter- bzw. intramolekulare Kopf-Schwanz-Wechselwirkung kommt es durch Salzbildung mit

der Aminogruppe zur Blockierung der Carboxylgruppe, wobei die native langgestreckte Struktur der Fellsäuren verändert wird. Dadurch ist eine Bindung der Fettsäuren an das Transport-Protein bo nicht in der gleichen Art wie im Falle der körpereigenen Fettsäuren möglich.

— Kommt es zu einer Bindung dieser Fettsäure an das Albumin, so ist neben der elektrostatischen Bindung der Carboxylgruppe an das Protein und Sta-

h'i pclkräften zwischen den hydrophoben Anteilen der

Fettsäuren und des Albumins eine zusätzliche Verankerung der Fettsäuren durch Bindung zwischen der Aminogruppe und sauren Scitenketten des

Proteins möglich. Dies erschwert die Ablösung der Fettsäure von Albumin, ein Vorgang der notwendig ist zur Aufnahme der Fettsäuren in das Herzgewebe.

Die Bindungsstärke zwischen Fettsäure und Albumin wird durch Polaritätsveränderungen am Ende der Fettsäurekette stark beeinflußt. So weisen endständig brom- bzw. jodmarkierte Alkan- Fettsäuren unterschiedliche Albumin-Komplexbindungsstärken auf. Dies wurde mit Hilfe der Gleichgewichtsverteilungsmethode untersucht, bei der die Protein-Lösung mit der in Heptan gelösten Fettsäure inkubiert wurde. Während für die jodierte Alkan-Fettsäure ein Verteilungsverhältnis in der organischen und in der wäßrigen Protein-Lösung von eins zu eins gefunden wurde, führte die durch das polarere Bromatom verstärkte Bindung zwischen Bromfettsäure und dem Albumin zu einem Verhältnis von eins zu vier. Dies hat zur Folge, daß sich brommarkierte A^kan-Fettsäuren im myokardialen Gewebe anreichern und zur szintigraphischen Darstellung des Myokards ungeeignet sind.

X-C- OY

worin X eine geradkettige oder verzweigte Alkylengruppe mit 12 bis 16 Kohlenstoffatomen, R eine Alkyl- oder Alkoxygruppe mit ein oder zwei Kohlenstoffatomen, Y Wasserstoff, ein Alkali-, Erdalkali- oder Ammonium ist und J ein Jod-123- oder Jod-131-Isotop ist, das in ortho- oder para-Stellung am Benzolring stehen kar.n. Darüber hinaus ist es möglich, die genannten radiojodierten ω-Phenylfettsäuren komplex an Albumin zu binden.

Die radiojodierten Phenylfettsäuren können z. B. dadurch hergestellt werden, daß man 0,5 mg Phenylfettsäuren in 500 μΙ Eisessig-Schwefelsäure-Gemisch (10 :1) in Gegenwart von 10 μΙ Chloroform und 50 μg frisch geschmolzenem Natriumnitrit mit 10 μΙ bis 40 μΙ der gewünschten Aktivität an Radiojodid in 0,01 η Natronlauge innerhalb von 15 Minuten bei 120 Grad Celsius zur Reaktion bringt und das gewünschte Isomere der radiojodierten Phenylfettsäure aus dem Reaktionsgemisch mittels Hochdruckflüssigkeitschromatographie abtrennt.

Mit Hilfe der genannten radiojodierten ω-Phenylfettsäuren kann man Präparate zur szintigraphischen Untersuchung des Herzmuskels und der Leber herstellen, indem die Phenylfettsäuren in Mengen von 1 ng bis 10 μ% in ein bis zwei ml Blutserum oder 6%iger Human-Serum-Albumin-Lösung gelöst werden.

Derartige Präparate werden zur Untersuchung des Herzmuskels und der Leber verwendet. Dabei wird in folgender Weise vorgegangen: 1 ml der Injektionslösung mit ca. 55 MBq radiojodierter Phenylfettsäure wird einem Patienten, der in einer für die Art der gewünschten szintigraphischen Aufnahme geeigneten

IO

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Eine szintigraphische Darstellung des Myokards mit Hilfe Radiojod-markierter Phenylfettsäuren ist deshalb nur möglich, wenn keine polaren, protischen Substituenten wie eine Aminogruppe im Molekül vorhanden sind.

Gegenstand der Erfindung sind deshalb radiojodierte /y-Phenylfettsäuren der Formel

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65 Weise vor dem Kopf einer Gamma-Kamera positioniert ist, intravenös appliziert

Beim Abbau der erfindungsgemäßen jodierten Phenylfettsäuren über die /^-Oxidation bleibt als radioaktiver Rest nicht Jodid, sondern jodierte Benzoesäure oder jodierte Phenylessigsäure übrig, von denen bekannt ist, daß sie schnell über die Nieren aus dem Körper ausgeschieden werden. Untersuchungen an Mäusen haben gezeigt, daß die Restaktivität im Blut bei 2% der injizierten Dosis pro Gramm Blut liegt. Daraus ergibt sich ein Verteilungsverhältnis von Herz zu Blut von maximal 20 :1, während man bei den bisher bekannten <y-Jod-Fettsäuren bei gleich guter Herzakkumulation nur ein Verhältnis von etwa 6 :1 erreicht.

Während die Akkumulation in der Leber nicht wesentlich von der Stellung des Jods am Benzolring beeinflußt wird, findet man in Abhängigkeit von der Stellung des Jods am Benzolring unterschiedliche Herzanreicherungen. Im Mäuseherzen zeigen die <y-para-Jod-Phenylfettsäuren mit 38% der injizierten Aktivität pro Gramm Kerzgewebe, die höchsten Herzanreichungeren, während alle anders substituierten Verbindungen sich zwar deutlich am Herzmuskel akkumulieren, sich aber nicht über ca. 20% der injizierten Dosis pro Gramm anreichern.

Bestimmt man die maximale Herzikkumulation sowie das Verhältnis von Herz zu Blut für radiojodierte. verschiedenartig substiuierte Phenylfettsäuren mit R = CHj-, C₂H₅-, CHjO- und C₂H₅O-, so ergibt sich im Vergleich zu der bekannten 17-J-Heptadecansäure (JHS), daß alle radiojodierten verschiedenartig substituierten Phenylfettsäuren innerhalb der Fehlergrenze ebenso gut im Herzen angereichert werden wie die bekannte 17-J-Heptadecansäure (JHS), d.h. die angeführten Verbindungen sind ebenso gut für eine szintigraphische Darstellung des Herzens geeignet.

Die Überlegenheit der Phenylfettsäuren zeigt sich in dem hohen Herz-zu-Blut-Verhäitnis. Dadurch wird die Qualität der Bilder wesentlich besser, so daß die diagnostische Aussage bedeutend signifikanter wird. Der sehr große Vorteil liegt vor allem darin, daß sich aufgrund des niedrigen Blutuntergrundes, der an dem hohen Herz-zu-Blut-Verhältnis zu erkennen ist, im Gegensatz zu der bekannten JHS durch unmittelbare Analyse der szintigraphisch aufgenommenen Zeit-Aktivitätskurven in den interessierenden Rc.: onen des Herzens die Stoffwechselumsatzraten bestimmen lassen. Auf diese Weise ist eine Diagnose der Energiestoffwechsellage des Herzens möglich.

Bei der Anwendung jodierter Phenylfettsäuren ist eine zweite Injektion von radioaktivem Jodid nicht mehr e.forderlich. Das aufwendige Korrekturverfahren entfällt, d. h. es können die in den Kliniken vorhandenen Standard-Gamma-Kameras für Messung und Auswertung eingesetzt werden.

Ein weiterer entscheidender Vorteil jodierter Phenylfettsäuren besteht in der fehlenden Strahlenbelastung der Schilddrüse. Das als Abbaaprodukt aliphatischer Jodfettsäuren entstehende Jodid sowie das Jodid der zweiten Injektion reichern sich in der Schilddrüse an. Die Abbauprodukte jodierter Phenylfettsäuren enthalten dagegen aromatisch gebundenes Jod und werden zudem schnell an dem Körper ausgeschieden.

Die Substitution der radiojodierten Phenylfettsäuren durch CH,-. C₂H₅-. CH,O- und CiH^O-Gruppen hat praktisch keinen Einfluß auf die Herzakkumulation und das Herz-zu-Blut-VerhäUnis. Das physiologische Verhalten der Phenylfettsäuren wird offenbar primär

cjurch die Kohlenstoffkette und die Carboxylgruppe bestimmt. Das ist dadurch zu erklären, daß der Abbau von Fettsäuren stets von der Seite der Säuregruppe beginnt, so daß Art und Substitution der terminalen Phenylgruppe an der Kohlenstoffkette unbedeutend ist

Die physiologischen Unterschiede zwischen den radiojodierten verschiedenartig substituierten Phenylfettsäuren zeigen sich in den unterschiedlichen Eliminationsgeschwindigkeiten, mit denen die Katabolite aus dem Herzen ausgeschieden werden.

Die Überlegenheit der radiojodierten substituierten Phenylfettsäuren gegenüber der bekannten aliphatischen Fettsäure läßt sich daher folgendermaßen zusammenfassen:

— sehr hohes Herz-zu-Blut- Verhältnis

— Bestimmung der regionalen Stoffwechselraten durch direkte Analyse der Zeit-Aktivitätskurven.

— keine zweite Injektion einer radioaktiven Substanz,

— keine Strahlenbelastung der Schilddrüse durch das Abbauprodukt

— schnelle Ausscheidung des radioaktiven Stof fwechselproduktes.

Claims

Patentansprüche:

1. Radiojodierte <y-Phenylfettsäuren der Formel
R O

X—C-OY

worin X eine Alkylengruppe mit 12 bis 16 Kohlenstoffatomen, R eine Alkyl- oder Alkoxygruppen mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen, Y Wasserstoff, ein Alkali-, Erdalkali- oder Ammonium und J ein Jod-123- oder Jod-131-Isotop ist, das in ortho- oder in paraStellung am Benzolring stehen kann.

2. Verfahren zur Herstellung von radiojodierten <y-Phenylfettsäuren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Phenylfettsäure mit radioaktivem Jodid in Gegenwart von Natriumnitrat in einem Gemisch von Eisessig und Schwefelsäure umsetzt und die .radiojodierte Phenylfettsäure mittels Hochdruckflüssigkeitschromatographie aus dem Reaktionsgemisch isoliert.

3. Verwendung von radiojodierten <y-Phenylfettsäuren nach Anspruch 1 zur szintigraphischen Untersuchung von Störungen der Durchblutung und des Fettsäurestoffwechsels im Herzmuskel und der Leber.