DE69032761T2

DE69032761T2 - Hydroxy-aryl metallchelate für bildformung zur nmr diagnose

Info

Publication number: DE69032761T2
Application number: DE69032761T
Authority: DE
Inventors: Scott K. Boston Ma 02115 Larsen; Randall B. Boston Ma 02116 Lauffer
Original assignee: General Hospital Corp
Current assignee: General Hospital Corp
Priority date: 1989-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2010-08-29
Also published as: HK1012707A1; ATE173336T1; JPH05503072A; WO1991003200A1; EP0489869B1; EP0489869A4; CA2065290A1; CA2065290C; EP0489869A1; DE69032761D1

Description

Die Erfindung betrifft diagnostisches NMR-Imaging.
Die Verwendung von kernmagnetischem Resonanz ("NMR")-Imaging in der diagnostischen Medizin wurde kürzlich durch die Entwicklung von pharmazeutischen NMR-Kontrastmitteln verbessert, die die Relaxationszeit der Wasserprotonen in der Umgebung des Mittels verändern. Ein pharmazeutisches NMR Kontrastmittel wird so ausgewählt, daß es bei den Untersuchungsbedingungen an einen Bestandteil des Körpergewebes bindet und damit die Relaxation der Wasserprotonen in der Umgebung des Gewebes, an das das Mittel gebunden ist, erhöht. Auf diese Weise wird das NMR-Signal aus den Geweben, die von Interesse sind, gegenüber den umgebenden Geweben verstärkt.
WO 89101476 und WO 89/12631 betreffen makrocyclische Verbindungen, die zur kovalenten Bindung an Biomoleküle, wie Antikörper, geeignet sind. EP-A-0232751 betrifft bestimmte cyclische Liganden, die mit Metallen Chelate bilden und in der medizinischen Diagnostik verwendbar sind.
In WO 86/06605 sind hepatobiliäre Kontrastmittel offenbart, umfassend ein paramagnetisches Ion, das mit einem Chelatbildner, wie bis-2-(Hydroxybenzyl)ethylendiamindiessigsäure, komplexiert ist.
In Inorganica Chimica Acta, Vol. 138 (1987),215-0 sind Chelatbildner für Eisen bei Cooley'scher Anämie offenbart, die die Verbindungen N-(2-Hydroxybenzyl)ethylendiamin- N,N',N"-triessigsäure und ihren Triethylester, N,N"-Bis-o-hydroxybenzyldiethylentriamin- N,N',N"-triessigsäuredihydrochloriddihydrat und N,N'-Bis(o-hydroxybenzyl)ethylendiamin- N,N'-diacetamid einschließen.
Unter einem ersten Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung eine NMR- Kontrastmittelzusammensetzung zur Verfügung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallinn, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel
aufweist,
in der n die Bedeutung 0 oder 1 hat, J, L und M jeweils unabhängig voneinander
bedeutet,
wobei n jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeutet, der Arylrest (Ar)
ist, und Z¹
ist,
wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,
X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH&sub2;)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,
wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,
und R¹&supmin;&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß J, L und M nicht alle gleich sind, wenn sie eine Gruppe -CH&sub2;-COOH oder -CH&sub2;COOC&sub2;H&sub5; bedeuten, wenn das Metallinn Fe(III) ist, Z¹ eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- ist, n den Wen 1 hat und Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe bedeutet; sowie die Verwendung solcher Verbindungen einschließlich der Verbindungen in denen das Metallion Fe(III) ist, Z¹ eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- ist, n den Wert 1 hat, Ar eine 2-Hydroxy-phenylgruppe ist und J, L und M alle dasgleiche bedeuten, wenn sie eine Gruppe -CH&sub2;-COOH oder -CH&sub2;- COOC&sub2;H&sub5; darstellen, zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung als NMR- Kontrastmittel.
Unter einem zweiten und alternativen Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine NMR- Kontrastmittelzusammensetzung zur Verfügung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallion, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel
aufweist,
in der n die Bedeutung 0 oder 1 hat, 3 und L jeweils unabhängig voneinander
bedeutet,
wobei n jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeutet, der Arylrest (Ar)
ist, und Z¹
ist,
wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,
X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,
wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist, mit der Maßgabe, daß X&sub1; ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup9;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup9;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,
und X²&supmin;&sup4; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;- Arylalkylrest oder ein Halogenatom ist, wenn die Arylreste (Ar)
bedeuten,
und wobei R¹&supmin;&sup9; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest ist.
Unter einem dritten alternativen Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine NMR- Kontrastmittelzusammensetzung zur Verfügung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallion, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel
aufweist,
in der q eine ganze Zahl von 1-3 ist, J, L, M und T jeweils unabhängig voneinander
bedeutet,
wobei n jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeutet, der Arylrest (Ar)
ist, und Z1,2 jeweils unabhängig voneinander
ist,
wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,
X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,
wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,
und R¹&supmin;&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß J und L nicht beide eine Gruppe -CH&sub2;COOH bedeuten können, wenn das Metallion Fe(III) ist, Z¹ und Z² jeweils eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten, n und q den Wert 1 haben, Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe bedeutet und M und T verschieden sind und eine Gruppe -CH&sub2;-COOH oder eine 2-Hydroxybenzylgruppe bedeuten; sowie die Verwendung solcher Verbindungen einschließlich der Verbindungen in denen das Metallion Fe(III) ist, Z¹ und Z² eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten, n und q den Wert 1 haben, Ar eine 2- Hydroxyphenylgruppe ist, M und T verschieden sind und eine Gruppe -CH&sub2;-COOH oder eine 2-Hydroxybenzylgruppe bedeuten und sowohl J als auch L eine Gruppe -CH&sub2;-COOH bedeuten, zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung als NMR-Kontrastmittel.
Unter einem vierten und alternativen Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine NMR- Kontrastmittelzusammensetzung zur Verfügung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallion, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel
aufweist, J und L jeweils unabhängig voneinander
bedeutet,
wobei alle n, unabhängig voneinander, 0 oder 1 bedeuten, der Arylrest (Ar)
ist, und Z¹&supmin;³ jeweils unabhängig voneinander
bedeutet,
wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,
X¹&supmin;² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,
wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,
R5,6 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;&submin;&sub5;-Alkylrest ist, und
R1-4,7,8 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß wenigstens ein Rest Ar in ortho-Stellung zu dem Arylhydroxyrest mit einem hydrophilen Rest X&sub1;, nämlich einem der Reste -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin;, substituiert sein muß, wenn sowohl J als auch L 2-Hydroxylaryl-Substituenten sind.
Unter einem fünften und alternativen Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine NMR- Kontrastmittelzusammensetzung zur Verfügung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallinn, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel
aufweist, J, L und M jeweils unabhängig voneinander
bedeutet,
wobei alle n, unabhängig voneinander, 0 oder 1 bedeuten, der Arylrest (Ar)
ist, und Z¹&supmin;&sup4; jeweils unabhängig voneinander
ist,
wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,
X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH&sub2;)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,
wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,
R5,6 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;&submin;&sub5;-Alkylrest ist,
und R1-4,7,8 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß X&sub1; kein Wasserstoffatom ist, wenn Z¹, Z², Z³ und Z&sup4; jeweils eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten und Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe bedeutet; sowie die Verwendung solcher Verbindungen einschließlich der Verbindungen in denen Z¹, Z², Z³ und Z&sup4; jeweils eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten, Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe ist und X&sub1; ein Wasserstoffatom ist, zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung als NMR- Kontrastmittel.
Die Erfindung umfaßt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Kontrast- NMR-Abbildung eines Patienten, bei dem eine vorstehend erwähnte NMR- Kontrastmittelzusammensetzung durch Mischen des NMR-Kontrastmittels mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger hergestellt und und an dem Patienten nach der Verabreichung der NMR-Kontrastmittelzusammensetzung, zum Beispiel oral, intravaskulär oder intraperitoneal, ein NMR-Imaging durchgeführt wird.
Weiterhin umfaßt die Erfindung eine Zusammensetzung zur Verabreichung an einen Patienten zum NMR-Imaging, umfassend eine der zuvor erwähnten NMR-Kontrastmittelzusammensetzungen, in der das Kontrastmittel mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger gemischt ist.
Unsere Zusammensetzungen stellen gewebespezifische, den NMR-Kontrast verbessernde Mittel zur Verfügung, die die Relaxation (das heißt, abnehmende NMR-Relaxationszeiten T&sub1; oder T&sub2;) von Wasserprotonen in Kontakt mit dem biologischen Gewebe, erhöhen können. Alle unsere NMR-Kontrastmittel beinhalten 2-Hydroxyarylreste in mit Metallen Chelate-bildenden Liganden, wodurch Metallionenchelat-NMR-Kontrastmittel hergestellt werden, die bevorzugt in einer nicht-kovalenten und nicht-immunologischen Weise an spezifische Proteine binden. Als ein Ergebnis dieser Bindung weisen die Protonen der Wassermoleküle in Nachbarschaft der Metallionenchelate eine Relaxation auf, die im Vergleich zu der Relaxation, die durch den frei in Lösung vorliegenden paramagnetischen Komplex induziert wird, zumindest um einen Faktor Zwei verstärkt ist.
Die Gewebespezifität der erfindungsgemäßen NMR-Kontrastmittel ist teilweise auf die Struktur des Metallionenchelats zurückzuführen und auf seine Fähigkeit die Struktur von natürlich vorkommenden Molekülen nachzubilden, die eine Affinität zu dem Gewebe haben, das von Interesse ist. Weiterhin wird die Bindung der Metallionenchelate an solche Gewebe durch den Einbau von Substituenten verstärkt, die die Lipophilie und Hydrophobie spezifischer Teile des Moleküls erhöhen.
Alle unsere Kontrastmittel weisen wenigstens drei 5- oder 6-gliedrige Ringe auf, die zwischen dem Metall und dem chelatbildenden Liganden gebildet werden und die sehr stabil sind. Bei jeder der verschiedenen Ausführungsformen kann man sehen, daß wenigstens einer dieser Ringe ein Stickstoffatom des Grundgerüsts und das Sauerstoffatom eines 2-Hydroxyarylrestes enthält.
Einige unserer Metallionenchelate bilden die Struktur von Bilirubin nach und zeigen daher eine bevorzugte Bindung zu Albumin, zu dem hepatocellulärem Aufnahmeprotein, zu Ligandin und zu den Fettsäure-bindenden Proteinen. Die Fähigkeit unserer Chelate an diese Proteine zu binden, macht sie verwendbar zur Verstärkung der Abbildung von normalem Lebergewebe in Gegenwart von Tumoren, zur Beobachtung der Leberfunktion und zur Verstärkung der Abbildung der Cholangien und der Gallenblase. Zusätzlich erzeugt die Bindung an Albumin im Blut eine hohe Relaxation des blood-pool-Kontrastmittels, das zum Nachweis der Zerstörung der Blut-Hirn-Schranke, bei der NMR-Angiographie, beim Perfusions-Imaging und beim Unterscheiden zwischen Tumoren und blutgefüllten Läsionen, wie bei Hämangioma und Hämorrhagie, verwendbar ist.
Alle unsere Kontrastmittelzusammensetzungen enthalten einen Komplex aus einem ausgewählten Metallion und einem ausgewählten Liganden. In jedem Komplex ist das Ion ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III). Der Ligand kann eine lineare Verbindung mit zwei Stickstoffatomen sein, wobei an einem der Stickstoffatome ein 2-Hydroxyarylrest vorhanden ist, oder eine lineare Verbindung mit zwei Stickstoffatomen, wobei ein oder zwei 2-Hydroxyarylreste an jedem der Stickstoffatome vorhanden sind, oder eine lineare Verbindung mit drei, vier oder fünf Stickstoffatomen, wobei ein oder zwei 2-Hydroxyaylsubstituenten an einem oder mehreren der Stickstoffatome vorhanden sind, oder eine heterocyclische Verbindung mit einen Ring, der drei oder vier Stickstoffatome enthält, wobei ein 2-Hydroxyarylsubstituent an einem oder mehreren der Stickstoffatome vorhanden ist, oder eine heterocyclische Verbindung mit einem Ring, der 4 Stickstoffatome enthält, wobei an zwei der Stickstoffatome eine Carboxylgruppe und an den anderen zwei Stickstoffatomen ein aromatischer Substituent vorhanden ist.
Lineare Liganden mit zwei Stickstoffatomen, die bei Durchführung der Erfindung verwendbar sind und die einen einzelnen Arylrest einschließen, weisen die vorstehend definierte allgemeine Struktur
auf.
Wegen ihrer molekularen Orientierung und Kristallpackungskräfte weisen lineare Chelate mit zwei Stickstoffatomen und zwei 2-Hydroxyarylresten besondere Schwierigkeiten hinsichtlich der Löslichkeit auf. Eisen-bis(5-brom-2-hydroxybenzyl)-ethylendiamindiessigsäure ("Fe-5- BrHBED") hat sich zum Beispiel als ein unzulängliches NMR-Kontrastmittel erwiesen, da es mit der Zeit aus wässriger Lösung ausfällt. Dies kann durch Pi-Pi intermolekulare Wechselwirkungen zwischen den zwei Benzolringen des einen Moleküls und denjenigen eines anderen herrühren; da die zwei Ringe an jedem Molekül verhältnismäßig planar zueinander stehen, wirken die Stapel-Events zusammen und sind sehr effektiv. Molekülmodelle anderer Chelate mit zwei Benzolringen (lineare Verbindungen mit drei bis fünf Stickstoffatomen, cyclische Verbindungen mit drei bis vier Stickstoffatomen) zeigen nicht dieselbe planare Orientierung der Ringe wie sie in HBED-Chelaten vorhanden ist.
Aus diesen Gründen sollten unsere linearen Chelate mit zwei Stickstoffatomen und zwei 2- Hydroxyarylresten hydrophile Substituenten aufweisen, die in ortho-Stellung zu dem Arylhydroxyrest stehen (X¹-Substituenten in dem vorstehenden Strukturdiagramm).
Lineare Liganden mit zwei Stickstoffatomen, die bei Durchführung der Erfindung verwendbar sind und die zwei Arylreste einschließen, weisen die vorstehend definierte allgemeine Struktur
auf.
Lineare Liganden mit drei bis fünf Stickstoffatomen, die bei Durchführung der Erfindung verwendbar sind, weisen die vorstehend definierte allgemeine Struktur
auf.
Cyclische Liganden mit drei Stickstoffatomen, die bei Durchführung der Erfindung verwendbar sind und die groß genug sind, das ausgewählte paramagnetische Metallion einzuschränken, weisen die vorstehend definierte allgemeine Struktur
auf.
Tri-aryl-Liganden mit drei Stickstoffatomen im Grundgerüst und keinem X¹-Substituenten, wie nachstehend beschrieben, sind für die Verwendung in Komplexen mit trivalenten Metallionen (die wichtigsten hierbei sind Fe(III) und Cr(III)) als NMR-Kontrastmittel ungeeignet, da solche Komplexe elektrisch neutral und dadurch für die Verabreichung nicht ausreichend löslich wären.
Andererseits ist der als ein ausgezeichneter Chelatbildner für Übergangsmetallionen bekannte sechszähnige Ligand NOTA, der Assoziationskonstanten in der Größenordnung von 10 g K > 17 aufweist, nicht für Metallkomplexe zum Leber- oder Blood-pool-Imaging geeignet, da ihnen die für die Proteinbindung erforderlichen hydrophoben Substituenten fehlen.
Aus diesen Gründen sollten unsere cyclischen Chelate mit drei Stickstoffatomen einen Arylsubstituenten an wenigstens einem der Stickstoffatome des Grundgerüsts aufweisen.
Cyclische Liganden mit vier Stickstoffatomen, die bei Durchführung der Erfindung verwendbar sind und die groß genug sind, das ausgewählte paramagnetische Metallion einzuschränken, weisen die vorstehend definierte allgemeine Struktur
auf.
Diese cyclischen Chelate mit vier Stickstoffatomen sind zum Beispiel zum Blood-pool-Imaging geeignet, da sie hydrophobe Regionen enthalten, die eine gute Löslichkeit bewirken, sie ausgezeichnete Chelatbildner für Metallionen sind und hydrophobe Substituenten enthalten, die für die Bindung an Blutproteine, wie Albumin, erforderlich sind. Im Gegensatz dazu ist der als Chelatbildner für Lanthanoidionen bekannte achtzähnige Ligand DOTA, mit Assoziationskonstanten in der Größenordnung von 10 g K > 20, nicht zur Verbesserung der NMR-Aufnahmen der Leber oder des Blood-pools geeignet, da ihm die hydrophoben Substituenten fehlen.
Aus diesen Gründen sollten unsere cyclischen Chelate mit vier Stickstoffatomen an wenigstens einem der Stickstoffatome einen Arylrest aufweisen.
Die einzelne Figur der Zeichnung ist ein schematisches Diagramm, das allgemeine Merkmale eines Metallionenchelats, das bei der Durchführung der Erfindung verwendbar ist, im Verhältnis zu einem Protein zeigt, an das das Chelat nicht-kovalent gebunden ist.
Einige NMR-Kontrastmittel, die bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind, verbleiben im Blutstrom und dienen dadurch als Kontrastmittel für das Gefäßsystem. Andere werden von der Leber aufgenommen und dienen als Kontrastmittel für die Leber und die Gänge des hepatobiliären Systems. Um wirksam sein zu können, dürfen Chelate, die als vaskuläre Imaging-Mittel verwendet werden, weder von den Nieren schnell ausgeschieden werden noch aus den Kapillaren in den interstitiellen Raum diffundieren. Diejenigen, die als hepatische Imaging-Mittel verwendet werden, müssen aktiv von der Leber aufgenommen werden und in die Galle ausgeschieden werden. Eine Eigenschaft, die einem NMR-Kontrastmittel diese Fähigkeiten verleiht, ist die Fähigkeit des Mittels, an Proteine zu binden. Durch die Bindung an zirkulierende Proteine, wie an menschliches Serumalbumin (HSA), kann das Mittel im Kreislauf verbleiben. In ähnlicher Weise kann durch die Bindung an spezifische Proteine in den Hepatozyten, wie dem hepatozellulären Aufnahmeprotein, oder Ligandin (Gluthathion-S- Transferase) oder dem Fettsäure-Bindungsprotein, das Kontrastmittel in der Leber konzentriert werden und es kann infolge der spezifischen Bindung in der Nähe der Hepatozyten eine erhöhte Relaxationswirksamkeit zeigen.
Damit das Mittel als ein gewebespezifisches NMR-Kontrastmittel wirken kann, muß das Mittel die Relaxationszeiten (T&sub1;: longitudinal und/oder T&sub2;: transversal) der Wasserprotonen in der Nähe des Gewebes, an das das Mittel gebunden ist, verändern. Um dies zu erreichen muß das Mittel ein paramagnetisches Ion der Übergangsmetalle oder der Lanthanoiden enthalten und zumindest ein, bevorzugt zumindest fünf oder mehr ungepaarte Elektronen sowie ein magnetisches Moment von zumindest 1,7 Bohrschen Magneton aufweisen. Bevorzugte Ionen sind Gadolinium(III), Eisen(III) und Mangan(II), weitere geeignete Ionen schließen Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III) ein.
In NMR-Kontrastmitteln, die bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind, sind diese paramagnetischen Ionen mit Liganden verbunden, die groß genug sind, das paramagnetische Ion zu inkorporieren und die dem Mittel ebenfalls andere wichtige Merkmale verleihen, wie die Proteinbindungsspezifität. Die Struktur des Liganden verleiht dem Metallchelat nicht nur seine Fähigkeit zur Proteinbindung, sondern ebenfalls die Festigkeit der Metall-Ligand-Bindung. Eine Vielzahl von Überlegungen werden bei der Gestaltung der Metallionchelate, die in unseren NMR-Kontrastmittel verwendet werden, berücksichtigt.
Da die Bindung zwischen dem Metallchelat und dem Protein nicht-kovalent ist, wird die Bindung durch das Vorhandensein von hydrophoben Regionen sowohl im Metallchelat als auch im Protein auf das es zielt, verbessert. 2-Hydroxyarylreste weisen die notwendige Hydrophobie und den Pi (π)-Elektronencharakter auf, um mit den hydrophoben Stellen des Proteins wechselzuwirken. Weiterhin hilft ein Arylrest, der an das Protein an einer Vielzahl von Kontaktpunkten gebunden ist, die freie Rotation des Komplexes zu verhindern, wodurch die Starrheit der nicht-kovalenten Bindung verstärkt wird, woraus sich eine erhöhte Relaxation ergibt.
Wenn auf dem Metallionchelat eine Gesamtladung vorhanden ist, trägt diese durch elektrostatische Wechselwirkung mit geladenen Proteinregionen zu der Bindung des Chelats bei. Zum Beispiel hat HSA positiv geladene Regionen, an die ein negativ geladenes Chelat binden kann.
Die Gegenwart hydrophiler Reste auf dem Chelat tragen zu seiner Löslichkeit bei. Um in einem NMR-Kontrastmittel wirksam sein zu können, muß das Chelat ausreichend löslich sein, damit in normaler Kochsalzlösung oder einem anderen pharmazeutisch verträglichen Lösungsmittel oder Formulierung, eine Konzentration von zumindest 1 mM aufrechterhalten wird.
Die durch das Chelat verliehene erhöhte Protonenrelaxation ist dort optimal, wo der paramagnetische Komplex eine oder mehrere offene Koordinationsstellen aufweist, die fähig sind, Wasser auszutauschen. Im allgemeinen ist die Gegenwart von mehr als zwei offenen Koordinationsstellen im Komplex wegen erhöhter Toxizität nicht erwünscht, wie nachstehend ausführlicher erläutert. Ein Metallchelat das keine offenen Koordinationsstellen aufweist, kann geeignet sein, ist jedoch nicht bevorzugt.
Um in NMR-Kontrastmitteln wirksam sein zu können, muß die Kombination aus Ion und Ligand bei Dosierungen, die zur NMR-Kontrast-Verstärkung verwendet werden, zusätzlich eine niedrige Toxizität aufweisen. Bei der Konstruktion dieser Kontrastmittel kann das Problem der Toxizität durch Verwendung eines inhärent weniger toxischen, paramagnetischen Ions, oder durch Auswählen eines chelatbildenden Mittels, das einen niedrigen Dissoziationsgrad hat und dadurch eine geringere Tendenz zur Freisetzung des toxischen Ions aufweist, oder durch Auswahl eines Metallionenchelats, der eine geringere Anzahl von offenen Koordinationsstellen hat und dadurch eine geringere Tendenz zur Freisetzung des Ions aufweist, angegangen werden. Im allgemeinen kann ein Chelatbildner mit mehreren offenen Stellen in Kombination entweder mit einem weniger toxischen Ion oder mit einem Ion, das ein höheres magnetisches Moment aufweist (dies führt zu einer geringeren Dosierung, die für eine wirkungsvolle Verbesserung der Abbildung erforderlich ist) verwendet werden oder es kann ein Chelatbildner, der keine offenen Koordinationsstellen aufweist, mit einem stärker toxischen Ion oder mit einem das ein höheres magnetisches Moment aufweist, verwendet werden. Zum Beispiel bildet sich der cytotoxische Hydroxylrest durch die Fenton-Reaktion in Gegenwart von Peroxid und Eisenkomplexen mit offenen Koordinationsstellen und deshalb sollte Eisen zusammen mit einem Chelatbildner verwendet werden, der keine offenen Koordinationsstellen aufweist, damit die Toxizität verringert wird. Andererseits kann das Gadoliniumion mit sieben ungepaarten Elektronen zusammen mit einem Chelatbildner verwendet werden, der mehrere offene Stellen aufweist und kann als Kontratmittel bei sehr geringen Dosierungen verwendet werden und ist nicht toxischer als Eisen, das mit einem Chelatbildner verwendet wird, der keine offenen Stellen aufweist.
Eine Klasse von Metallchelaten mit diesen Eigenschaften bilden die Struktur von Bilirubin nach, von dem bekannt ist, daß es an Albumin, an das hepatocelluläre Aufnahmeprotein, an Ligandin und an die Fettsäure-bindenden Proteine, bindet. Durch Einführen von 2-Hydroxyarylresten in diese mit Metallen Chelate-bildenden Liganden, die zwei bis fünf Stickstoffatome aufweisen, wird die Bindungsaffinität der Metallchelate zu dem Protein beeinflußt und folglich auch die Verteilung des Kontrastmittels.
Besonders ist es zum Beispiel bekannt, daß Phenolat-artige Gruppen stärker polarisierbar und stärker hydrophob sind und daß Moleküle, die Phenolatanionen enthalten, gut an Proteine binden. Obwohl die nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen den Proteinen und den Molekülen, die Phenolatanionen enthalten, nicht gut verstanden wird, wird angenommen, daß das Sauerstoffatom als ein Elektronendonator für den Benzolring dient und das dies zu den nicht-kovalenten Bindungseigenschaften beiträgt.
Unsere Chelate schließen sehr stabile fünf- und sechsgliedrige 2-Hydroxyarylreste als Teil der chelatbildenden Arme ein. Hieraus ergibt sich eine Struktur, die nicht nur gute Proteinbindungseigenschaften aufweist, sondern ebenfalls die Fähigkeit besitzt, an die Metallionen zu binden.
Die Gegenwart von Hydroxylsubstituenten an den Arylresten ist wichtig, da, wie vorstehend erwähnt, das Sauerstoffatom als ein Elektronendonator für den Ring dienen kann. Weiterhin ist eine ortho-Stellung der Hydroxylgruppen am Arylring wichtig, da hierdurch das Sauerstoffatom in einer Stellung vorliegt, in der es an das Metallion binden kann. Zusätzlich zur Stabilisierung des Metallions innerhalb des Chelats neutralisiert diese Sauerstoffatom-Metallion- Bindung einige der Ladungen des Sauerstoffatoms und kann hierdurch diesen Teil des Moleküls etwas stärker hydrophob machen und folglich auch dazu befähigen stärker an das Protein zu binden.
Zusätzlich können andere negativ geladene Substituenten, wie Acetat- oder Sulfatgruppen, an den Ring, bevorzugt in ortho-Stellung zu der Hydroxylgruppe, gebunden werden, wodurch eine negative Ladung erzeugt wird, die die Bindung des Chelats an Proteine, wie Albumin, unterstützten kann und die ebenfalls zur Löslichkeit der Verbindung beträgt.
Die Figur zeigt in sehr schematischer Weise die allgemeinen Eigenschaften von Chelaten, die zur Durchführung der Erfindung geeignet sind, die bei der Auswahl und Positionierung der Substituenten in der Struktur wichtig sind. Es wird ein Teil 10 eines Chelats in positioneller Beziehung zu einer Stelle 30 eines Proteins gezeigt, wobei das Chelat zur Bindung an diese Stelle konfiguriert ist. Damit der Metallkomplex sowohl mit einer Proteinbindungsstelle wechselwirken kann, als auch zur Verabreichung an einen Menschen ausreichend löslich ist, muß der Metallkomplex sowohl hydrophobe als auch hydrophile Regionen besitzen. Der Chelatteil 10 schließt eine hydrophobe Region ein, im allgemeinen als 12 bezeichnet, die sich in das Protein erstreckt (in der Figur nach unten gerichtet) und an der Chelatbindungsstelle 30 an das Protein bindet; und eine hydrophile Region, im allgemeinen als 14 bezeichnet, die sich im allgemeinen von der Chelatbindungsstelle 30 weg ausgerichtet ist (in der Figur nach oben gerichtet).
Wie in der Figur gezeigt wird, ist die hydrophobe Region 12 des Chelats (nach unten gerichtet) so strukturiert, daß sie der Konfiguration der Bindungsstelle 30 im wesentlichen entspricht und den unteren Teil des Chelats, im allgemeinen als 16 bezeichnet, der mit einem Stickstoffatom an einen 2-Hydroxyarylring 18 gebunden ist, einschließt. Der untere Teil des Chelats schließt eine variable Z-Region 20 ein, die zusammen mit dem Stickstoffatom das Grundgerüst des Moleküls bildet, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Weitere Teile des Chelats, die geeignet positionierte hydrophobe und hydrophile Substituenten und weitere Stickstoffatome des Grundgerüsts, wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist, enthalten und die dadurch weiter zu den hydrophoben und hydrophilen Regionen des Chelats beitragen, können an die variable Z-Region gebunden sein, wie bei 22 gezeigt. Zusätzliche Teile des Metallchelats können weitere 2-Hydroxyarylringe und weitere Carboxylate beitragen, sowie weitere Stickstoffatome im Grundgerüst des Moleküls. Es kann für einige Chelate von Vorteil sein, wenn zusätzliche hydrophobe Substituenten an geeignete Stellen am 2-Hydroxyarylring 18 oder an dem variablen Z-Teil 20 gebunden werden, damit sich die hydrophobe Region 12 weiter in die Proteinbindungsstelle 30 erstreckt und dadurch die Proteinbindungsaffinität erhöht wird. Geeignete Stellen am 2-Hydroxyarylring schließen in Bezug auf die Hydroxylgruppe meta- und para-Stellungen, bevorzugt die para-Stellung ein, was in der Figur als hydrophober Substituent X&sub3; dargestellt wird.
Die hydrophile Region 14 des Chelats (nach oben gerichtet) schließt das Sauerstoffatom der Hydroxylgruppe am 2-Hydroxyarylring und die Sauerstoffatome der Acetatgruppe am Stickstoffatom des Grundgerüsts ein. Diese Heteroatome besitzen freie Elektronenpaare, die Wasserstoffbrückenbindungen an Wassermoleküle ausbilden, wodurch die Löslichkeit der Chelate erhöht wird. Bei bestimmten Chelaten, insbesondere bei solchen, die elektrisch neutral sind oder bei solchen, die mehrere große hydrophobe Gruppen oder zwei relativ planare Benzolringe besitzen, kann es notwendig sein, zusätzliche hydrophile Substituenten so an dem Chelat zu plazieren, daß die Proteinbindungsaffinität nicht gehemmt wird. Die bevorzugte Stellung in Bezug auf die Hydroxylgruppe am 2-Hydroxyarylring ist die ortho-Stellung, was in der Figur als hydrophiler Substituent X&sub1; bezeichnet wird, da sich diese Stellung innerhalb der nach oben gerichteten hydrophilen Chelatregion befindet.
Das Metallion wird insbesondere durch das Hydroxylsauerstoffatom am 2-Hydroxyarylring und das Stickstoffatom des Grundgerüsts und ebenfalls durch das Carboxylsauerstoffatom der Acetatgruppe am Stickstoffatom des Grundgerüsts gehalten. Im Substituenten -(CH&sub2;)n- des Grundgerüsts bedeutet n bevorzugt 0 oder 1, da hierdurch zusammen mit den Metallionen sehr stabile 5-gliedrige (-(Metall)-O-C-C-N-) oder 6-gliedrige ([Metall])-O-C-C-CH&sub2;-N-) ringförmige, chelatbildende Strukturen zur Verfügung gestellt werden.
Durch die richtige Wahl der Substituenten, wie es hier beschrieben wird, kann die Bindungsaffinität des Mittels für Proteine, die sich in oder auf dem zu untersuchenden Gewebe befinden, erhöht werden und dadurch kann die Relaxation der Wasserprotonen in der Nähe des Gewebes erhöht werden, wodurch das NMR-Signals aus dem Gewebe verstärkt wird.
Die Substituenten des Arylrests (im allgemeinen als "X-Substituenten" bezeichnet) sind für die Bindung von Chelaten an das Protein wichtig. Bevorzugt enthalten die X-Substituenten sowohl hydrophobe als auch negativ geladene Gruppen. Zum Beispiel trägt ein hydrophober X- Substituent, wie zum Beispiel ein Halogenatom, zur Bindung des Mittel an das Protein bei, insbesondere dann, wenn sich der hydrophobe Substituent in para-Stellung zu dem Sauerstoffatom befindet.
Zusätzlich können hydrophobe Substituenten (Halogenatome oder Alkylreste), insbesondere wenn sie von dem geladenen Substituenten durch ein oder zwei Kohlenstoffatome (Stellung 5 oder 6) getrennt sind, die Bindungsaffinität zu den Proteinen erhöhen.
Die hydrophoben X-Reste (Halogenatome, Alkyl-, Arylalkylreste) am 2-Hydroxyarylring, die zur Lipophilie des Arylrings beitragen, werden bevorzugt näher an der Proteinbindungsstelle (weg von der Metallbindungsstelle) gebunden und die negativ geladenen Gruppen werden bevorzugt näher zur Hydroxylgruppe hin plaziert. Deshalb ist in einem sechsgliedrigen Arylring zum Beispiel die Stellung drei die am stärksten bevorzugte Stellung für hydrophile Gruppen. Die Stellungen drei und sechs sind nicht äquivalent, da sich Stellung sechs in der mehr hydrophoben Region des Moleküls befindet, wenn das Metallinn an den Liganden gebunden ist.
Zur Verbesserung der NMR-Aufnahmen in der Leber werden zum Beispiel hydrophile und/oder anionische Substituenten aus zwei Gründen bevorzugt an der 3-Stellung des 2- Hydroxyarylrings (ortho-Stellung zu dem 2-Hydroxy-Sauerstoffatom), anstatt an einer der Stellungen 4-6, gebunden. Erstens können sie, wenn sie sich an den hydrophoben Stellungen 4-6 befinden, zusammen mit dem Rest des "unteren"- oder "Grundgerüst"-Teils des Moleküls, der hydrophobe Methylen- und Ethylengruppen enthält, mit den hydrophoben Teilen der Chelatbindungsstelle am Protein wechselwirken, wodurch die Bindungsaffinität des Mittels zum Protein erhöht wird; und zweitens kann von dem entstandenen Molekül erwartet werden, daß es eine Konformations-Ähnlichkeit mit Bilirubin hat, wodurch die Bindungsspezifität des Mittels an Gewebe, an das Bilirubin bindet, zur Verfügung gestellt wird.
Ein Beispiel für einen solchen substituierten Liganden ist Bis(5-brom-3-acetat-2- hydroxybenzyl)ethylendiamindiessigsäure ("BAHBED"). Von Chelaten, die die allgemeine Größe und Gestalt von BAHBED aufweisen, ist bekannt, daß sie an die Bilirubinstelle von HSA binden und die Konfiguration von Chelaten, die zusätzliche oder verschiedene Substituenten aufweisen, kann vorhergesagt werden, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben ist. Zum Beispiel kann das Chelat Fe(BAHBED)³&supmin;, das zwei Stickstoffatome im Grundgerüst und zwei 2-Hydroxyarylsubstituenten besitzt, die Bindungsmerkmale von Bilirubin nachahmen.
Die Struktur der Ausgangsverbindung von BAHBED, nämlich Fe-HBED&supmin;, wurde durch Röntgenkristallographie bestimmt, wodurch eine genaue Vorhersage der Konformation von Fe(BAHBED)³&supmin; ermöglicht wurde:
Die Strukturanalyse von Fe(BAHBED)³&supmin; erläutert die Wichtigkeit der richtigen Positionierung der hydrophilen und hydrophoben Substituenten. Die räumlichen Ausrichtungen der beiden freien Carboxylate relativ zu den hydrophoben Einheiten in Fe(BAHBED)³&supmin; stellt ein Chelat zur Verfügung, das die Konformation von Bilirubin nachahmt.
Es wird auch bevorzugt, wenn Gruppen vorhanden sind, durch die sich die hydrophobe Region des Chelats weiter in die Proteinbindungsstelle hinein erstrecken, und die Konfiguration und Größe des Grundgerüstteils des Moleküls kann, insbesondere durch die Wahl des 2- Bestandteils, für diesen Zweck angepaßt werden. Es kann wünschenswert sein zum Beispiel NH-Gruppen, wie in Indol- und Benzimidazolsubstituenten, in die hydrophobe Region zu positionieren, damit die Löslichkeit erhöht wird. Die NH-Gruppen der hydrophoben Substituenten können zusätzlich Wasserstoffbrückenbindungen zwischen der hydrophoben Region des Chelats und der Bindungsstelle am Protein zur Verfügung stellen. Zum Beispiel kann die Verwendung von NH-Gruppen die Bindung eines Chelats an die Bilirubin- Bindungsstellen am Protein erhöhen, da Bilirubin Wasserstoff bindende NH-Gruppen besitzt. Die Verwendung von kondensierten Ringen, wie Indol, als Arylrest des Chelats ermöglicht sowohl eine tieferes Eindringen in das Protein als auch das Einbringen des Stickstoffatoms in die hydrophobe Region.
Größere Gruppen sind ebenfalls in der R³-Stellung wichtig (entfernt vom Stickstoffatom im Chelatring) und sogar noch wichtiger in der R&sup8;-Stellung der negativ geladenen Arylringsubstituenten, wie zum Beispiel in einer "pro drug"-Form des Carboxylats, das zu der aktiven freien Carboxylatform metabolisiert werden muß. Im Gegensatz dazu sollten größere Gruppen in den R²- und R¹-Stellungen vermieden werden. Substituenten in diesen Stellungen sind bevorzugt auf 1-5-Alkylreste und Wasserstoffatome beschränkt, da größere Gruppen die Chelatbildung des Acetats stören können.
Alle Verbindungen, deren Strukturen hier beschrieben sind, können unter Verwendung von chemischen Standardtechniken synthetisiert werden. Im Folgenden sind Beispiele von Reaktionsabläufen aufgeführt, die bei dem Aufbau der Chelate verwendet werden können, die bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind und die verschiedene Anzahl und Anordnungen von Stickstoffatomen im Grundgerüst aufweisen.

Chelate mit zwei Stickstoffatomen und zwei Arylresten

Zur Synthese von Chelaten mit zwei Arylresten und zwei Stickstoffatomen werden 2-Y-, 4-X- Substituenten von Phenol mit Formaldehyd und Ethylendiamindiessigsäure ("EDDA") in einer wässrigen Lösung von Methanol und Natriumhydroxid umgesetzt, wodurch ein substituierter Hydroxybenzylarylrest, der an ein Ethylendiamingrundgerüst gebunden ist (d. h. N,N'-Bis(2- hydroxy-3Y-5X-benzyl)ethylendiamin - N,N'-Diessigsäure ("X,Y-HBED")), erhalten wird. Die Umsetzung ist wie folgt.
Wenn die 3-Y-, 5-X-Substituenten des Arylrestes Carboxylatgruppen und Bromatome sind, ist ein weiterer Weg unter Verwendung der Zaug-Synthese verfügbar, wobei Methylenchlorid zu 3-Bromsalicylsäure hinzugefügt wird. Diese wird dann mit EDDA vereinigt, wobei 5-Brom-3- carboxy-HBED erhalten wird. Die Umsetzung ist wie folgt.
Eisen(5-brom-3-acetat-HBED) ("Fe-BAHBED") wird gemäß dem folgenden Protokoll synthetisiert. 5,23 g (34,37 mmol) 2-Hydroxyphenylessigsäure werden in 150 ml CCl&sub4; unter mildem Erwärmen gelöst. 1,77 ml (34,37 mmol) Br&sub2;, in 50 ml CCl&sub4; gelöst, werden langsam hinzugefügt, so daß im Reaktionskolben günstigerweise keine Bromfarbe auftritt. Die Umsetzung wird 20 Stunden gerührt. Die entstandene lachsfarbene Niederschlag von 5-Brom- 2-hydroxy-phenylessigsäure ("BHPA") wird abfiltriert und aus Wasser umkristallisiert (Das BHPA-Produkt weist die folgenden Merkmale auf: Smp.: 146º, 68% Ausbeute; NMR (DMSO): 3,63 ppm (Singulett), 7,54 - 6,93 ppm (drei Multipletts); Massenspektroskopie: m/z 230, 232 (1 : 1) Molelkülion.)
5,123 g (22,16 mmol) BHPA, wie vorstehend hergestellt, werden in 50 ml 50%igem wässrigen Methanols suspendiert und mit Stickstoff gespült. Das BHPA wird mit 44 mmol 1 M NaOH neutralisiert 1,963 g (11,14 mmol) EDDA werden mit 22 ml 1 M NaOH neutralisiert und nach dem Lösen werden 1,63 ml (22,16 mmol) einer 37,9%igen Formaldehydlösung hinzugefügt. Die Lösung wird 30 Minuten unter leichtem Erwärmen gerührt und dann mit 25 ml Methanol verdünnt. Die entstandene Lösung wird mit Stickstoff gespült und zu BHPA hinzugefügt. Das End-Reaktionsgemisch wird 48 Stunden unter Stickstoff unter Rückfluß erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die Lösung mit etwa 22 ml 1M NaOH neutralisiert und dreimal mit Ether extrahiert. Zu der wässrigen Phase werden 1,81 g (11,14 mmol) FeCl&sub3;, das in wenigen ml Wasser gelöst ist, hinzugefügt. Das entstandene rotviolette Gemisch wird 30 Minuten über geringer Hitze aufgeschlossen, filtriert, auf einen pH-Wert von 7 eingestellt und abgedampft. Der rote Feststoff wird über neutralem Kieselgel mit 70% : 5% : 25% MeOH : Essigsäure : CHCl&sub3; chromatographiert, wodurch ein rotvioletter Feststoff erhalten wird, der über eine zweite Säule mit Kieselgel unter Verwendung eines Lösungsgradienten aus MeOH : Essigsäure : CHCl&sub3; mit 30 : 5 : 65 bis 80 : 0 : 20 erneut chromatagraphiert wird. Das rotviolette Band wird gesammelt und abgedampft. (Das Fe(BAHBED)-Produkt weist die folgenden Merkmale auf: Smp.: > 180º Zersetzung, Ausbeute: 12% Na&sub3;Fe(BAHBED). Paramagnetisches ¹H-NMR (Wasser): 66 ppm (4-H), 39 ppm (6-H) Tieffeld aus DSS. Massenspektrokopie: FAB (-), 16 ug/ul Lösung in MeOH und TEA, m/z 778 : 780 : 782 (1 : 2 : 1) Molekülion; UV/VIS: 504 nm (Phenol-zu-Eisen-Ladungsübertragung), 287 nm (Phenol Pi-Pi). Löslichkeit in Wasser: 18 mM).
Wenn das Chelat nicht einfach durch eine Aryladdition an Ethylendiamindiessigsäure hergestellt werden kann, sondern wenn es einen Arylrest innerhalb des Grundgerüsts einschließen soll, ist weiterhin die folgende Synthese möglich. Durch Umsetzen von 4,5-Y-Diaminobenzol mit 2- Hydroxy-5-X-Benzaldehyd in Gegenwart von Natriumsulfat in Ethanol wird ein Y,Y- Benzoldiamin erhalten, das in Gegenwart eines Reduktionsmittels die C=N-Doppelbindungen öffnet. In Gegenwart von konzentrierter Säure und Hitze oder in Gegenwart von Kaliumcarbonat und BrCH&sub2;CO&sub2;-Ethanol wird 2-Hydroxyarylaryldiamindiessigsäure erhalten.

Chelate mit drei Stickstoffatomen und zwei Arylresten

Die Herstellung von Chelaten mit 2-Hydroxyarylresten an einem Grundgerüst mit drei Stickstoffatomen kann nach einem der folgenden zwei Wege verlaufen, abhängig davon ob die Ausgangsverbindung ein Diamin oder ein Amincarboxylat ist.
Ein Diamin kann mit einem Benzaldehyd in Gegenwart von Natriumsulfat in Ethanol umgesetzt werden, wodurch die 2-Hydroxybenzylgruppen an die endständigen Amine des Diamins hinzugefügt werden. Die C=N-Doppelbindung wird dann reduziert und die Carboxylatgruppen werden auf einem der zwei Wege hinzugefügt. Die Reaktionen sind vorstehend gezeigt.
Ausgehend von einem Aminearboxylat kann eine Methylgruppe zu der Carboxylatgruppe hinzugefügt werden, indem das Aminearboxylat unter sauren Bedingungen Methanol zugesetzt wird. Die endständigen Hydroxylgruppen des Amins werden tosyliert, wodurch DTTMA gebildet wird. Unter sauren Bedingungen erhält man daraus DTTA dem die erforderlichen Arylreste auf einem von zwei Wegen hinzugefügt werden können. Die Reaktionen sind wie folgt.

Cyclische Verbindungen mit vier Stickstoffatomen und einem oder zwei Arylringen

Cyclische Chelate mit vier Stickstoffatomen, die einen oder zwei Arylringe aufweisen, werden durch Umsetzungen, wie folgt synthetisiert, wobei mit Methoxyanilin in Gegenwart von Ethylenoxid und Essigsäure begonnen wird.
Unsere NMR-Kontrastmittelzusammensetzungen können zur Verbesserung des Kontrasts von NMR-Aufnahmen verwendet werden, wobei das Mittel an Patienten verabreicht und dann das übliche NMR-Imaging durchgeführt wird.
Eine ausgewählte NMR-Kontrastmittelzusammensetzung wird oral oder intravaskulär oder intraperitoneal in physiologischem Puffer verabreicht. Das Mittel ist auf Grund seiner hohen Stabilität, geringen Toxizität, hohen in vivo-Relaxation und hohen Aufnahme in dem besonderen Zielgewebe ausgewählt worden. Die Dosierung hängt von der Empfindlichkeit des Instrumentariums zum NMR-Imaging ab, wie auch von der Zusammensetzung des Kontrastmittels. Bevorzugt wird das Mittel zum Beispiel intravenös in einem Dosierungsbereich von etwa 1-500 umol/kg verabreicht.
Nach der Verabreichung des Kontrastmittels wird das übliche NMR-Imaging durchgeführt. Impulssequenzen ("inversion recovery", IR; Spin-Echo, SE) und Werte der Imaging- Parameter (Echo-Zeit, TE; Inversionszeit, TI; Wiederholungszeit, TR) werden entsprechend der gewünschten diagnostischen Informationen ausgewählt. Im allgemeinen wird eine T&sub1;- gewichtete Aufnahme bevorzugt und TE beträgt bevorzugt weniger als 30 Millisekunden (oder den Minimumwert), damit die T&sub1;-Wichtung maximal wird. Falls eine T&sub2;-gewichtete Aufnahme gewünscht wird, sollte umgekehrt TE größer als 30 Millisekunden sein, damit, die konkurrierenden T&sub1;-Effekte minimiert werden. TI und TR bleiben ungefähr die gleichen sowohl für die T&sub1;- als auch die T&sub2;-gewichteten Aufnahmen; TI und TR liegen im allgemeinen bei etwa 200-600 bzw. 100-1000 Millisekunden.
Die Verwendung unserer NMR-Kontrastmittelzusammensetzungen zur Aufnahmeverbesserung wird durch die folgenden Beispiele unter Verwendung von Fe(BAHBED) erläutert.
Um die Albuminbindung und die Verbesserung der Relaxation in vitro zu zeigen, wurde eine Lösung von Fe(BAHBED) bei 5º gegen eine 4,5%ige Lösung aus menschlichem Serumalbumin (HSA) (Phosphatpuffer, pH 7,4) dialysiert. Die entstandene Proteinlösung enthielt 0,60 mM gebundenes und 0,125 mM freies Fe-BAHBED, was einer prozentuallen Bindung von 82% entspricht. In abgetrennten Untersuchungen wurde bei 20 MHz und 37º die Relaxation des Chelats bestimmt wenn es an HSA gebunden ist, wobei die allgemein in Laufer et al., Nucl. Med. Biol. Vol. 15 (1988), 45ff beschriebenen Verfahren verwendet wurden. Die longitudinale Relaxation R&sub1; erhöhte sich nach der Bindung von etwa 1 s&supmin;¹mM&supmin;¹ auf 2,7 s&supmin;¹mM&supmin;¹.
Um die Aufnahmeverbesserung beim NMR-Imaging in vivo zu zeigen, wurde eine männliche nüchterne Sprague-Dawley-Ratte von 242 g mit Pentobarbital (50 mg/kg) ip narkotisiert und in eine Kopfspule einer 0,6 T Technicare MR-Imaging-Einheit gelegt. T&sub1;-gewichtete Aufnahmen (TR 200, TE 22 msek.) der Leber wurden vor und nach der Injektion von 0,125 mmol/kg Fe(BAHBED) angefertigt. Bei der ersten nach der Injektion gemachten Aufnahme nach 8 Minuten, wurde eine 40% Verstärkung der Signalintensität der Leber erhalten. Anschließend wurde eine geringfügige Abnahme der Intensität während der 30minütigen Imaging-Zeitdauer beobachtet. Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit der hepatocellulären Aufnahme und Ausscheidung des Chelats, wie sie früher für EHPG-Derivate beobachtet wurde (Lauffer et al., J. Comp. Ass. Tomog. Vol. 9 (1985), 431ff und Lauffer et al. Magn. Res. Med. Vol. 4 (1987), 582ff).

Claims

1. NMR-Kontrastmittelzusammensetzung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallion, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel

aufweist,

in der n die Bedeutung 0 oder 1 hat, J, L und M jeweils unabhängig voneinander

bedeutet,

wobei n jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeutet, der Arylrest (Ar)

ist, und Z¹

ist,

wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,

X¹&supmin;¹², jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,

wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,

und R¹&supmin;&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß J, L und M nicht alle gleich sind, wenn sie einen Rest -CH&sub2;-COOH oder -CH&sub2;COOC&sub2;H&sub5; bedeuten, wenn das Metallinn Fe(III) ist, Z¹ eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- ist, n den Wert 1 hat und Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe bedeutet.

2. NMR-Kontrastmittelzusammensetzung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallinn, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel

aufweist,

in der n die Bedeutung 0 oder 1 hat, J und L jeweils unabhängig voneinander

bedeutet,

wobei n jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeutet, der Arylrest (Ar)

ist, und Z¹

ist,

wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,

X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;) COOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,

wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist, mit der Maßgabe, daß X¹ ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup9;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup9;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,

und X²&supmin;&sup4; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;- Arylalkylrest oder ein Halogenatom ist, wenn die Arylreste (Ar)

bedeuten

und wobei R¹&supmin;&sup9; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest ist.

3. NMR-Kontrastmittelzusammensetzung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallinn, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel

aufweist,

in der q eine ganze Zahl von 1-3 ist, J, L, M und T jeweils unabhängig voneinander

bedeutet,

wobei n jeweils unabhängig voneinander 0 oder 1 bedeutet, der Arylrest (Ar)

ist, und Z1,2 jeweils unabhängig voneinander

ist,

wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,

X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;-Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,

wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,

und R¹&supmin;&sup8; jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß J und L nicht beide eine Gruppe -CH&sub2;COOH- bedeuten können, wenn das Metallion Fe(III) ist, Z¹ und Z² jeweils eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten, n und q den Wert 1 haben, Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe bedeutet und M und T verschieden sind und eine Gruppe -CH&sub2;-COOH- oder eine 2-Hydroxybenzylgruppe bedeuten.

4. NMR-Kontrastmittelzusammensetzung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallion, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Liganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel

aufweist, J und L jeweils unabhängig voneinander

bedeutet,

wobei alle n, unabhängig voneinander, 0 oder 1 bedeuten, der Arylrest (Ar)

ist, und Z¹&supmin;³ jeweils unabhängig voneinander

bedeutet,

wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,

X¹&supmin;¹² jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl-, C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest, ein Halogenatom, ein Rest -(CH2)mCOO&supmin;, -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin; ist,

wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,

R5,6 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;&submin;&sub5;-Alkylrest ist, und

R1-4,7,8 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist; mit der Maßgabe, daß wenigstens ein Rest Ar in ortho-Stellung zu dem Arylhydroxyrest mit einem hydrophilen Rest X¹, nämlich einem der Reste -(CH2)mCOO&supmin;, oder -(CH&sub2;)mCONHR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOOR&sup8;, -(CH&sub2;)mCOH oder -SO&sub3;&supmin;, substituiert sein muß, wenn sowohl J als auch L 2-Hydroxylaryl-Substituenten sind.

5. NMR-Kontrastmittelzusammensetzung, umfassend ein Kontrastmittel, das aus einem Komplex zwischen einem Metallinn, ausgewählt aus Gadolinium(III), Eisen(III), Mangan(II), Mangan(III), Chrom(III), Kupfer(II), Dysprosium(III), Terbium(III), Holmium(III), Erbium(III), Europium(II) und Europium(III), und einem Loganden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ligand die Formel

aufweist, J, L und M jeweils unabhängig voneinander

bedeutet,

wobei alle n, unabhängig voneinander, 0 oder 1 bedeuten, der Arylrest (Ar)

ist, und Z¹&supmin;&sup4; jeweils unabhängig voneinander

ist,

wobei D eine Gruppe -CH= oder -N= ist,

wobei m eine ganze Zahl von 0-5 ist,

und R5,6 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom oder ein C&sub1;&submin;&sub5;-Alkylrest ist,

und R1-4,7,8 jeweils unabhängig voneinander ein Wasserstoffatom, ein C&sub1;&submin;&sub1;&sub0;-Alkyl- oder C&sub1;&submin;&sub1;&sub5;- Arylalkylrest ist, mit der Maßgabe, daß X¹ kein Wasserstoffatom ist, wenn Z¹, Z², Z³ und Z&sup4; jeweils eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten und Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe bedeutet.

6. Verfahren zur Herstellung einer verstärkten Kontrast-NMR-Abbildung eines Patienten, umfassend die Schritte: Herstellen einer NMR-Kontrastmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-5 durch Mischen des Kontrastmittels mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger und

Durchführen eines NMR-Imagings an dem Patienten nach der Verabreichung der NMR- Kontrastmittelzusammensetzung an den Patienten, bevorzugt oral, intravaskulär oder intraperitoneal.

7. Zusammensetzung zur Verabreichung an einen Patienten, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine NMR-Kontrastmittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-5 umfaßt, in der das Kontrastmittel mit einem pharmazeutisch verträglichen Träger gemischt ist.

8. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 1, einschließlich derjenigen Verbindungen, in denen das Metallion Fe(III) ist, Z¹ eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- ist, n den Wert 1 hat, Ar eine 2- Hydroxyphenylgruppe ist und J, L und M alle dasgleiche bedeuten, wenn sie eine Gruppe - CH&sub2;-COOH oder -CH&sub2;-COOC&sub2;H&sub5; darstellen, zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung als NMR-Kontrastmittel.

9. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 3, einschließlich derjenigen Verbindungen, in denen das Metallion Fe(III) ist, Z¹ und Z² eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2; bedeuten, n und q den Wert 1 haben, Ar eine 2-Hydroxyphenylgruppe ist, M und T verschieden sind und eine Gruppe -CH&sub2;- COOH oder eine 2-Hydroxybenzylgruppe bedeuten und sowohl J als auch L eine Gruppe -CH&sub2;-COOH bedeuten, zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung als NMR- Kontrastmittel.

10. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 5, einschließlich derjenigen Verbindungen, in denen Z¹, Z², Z³ und Z&sup4; jeweils eine Gruppe -CH&sub2;CH&sub2;- bedeuten, Ar eine 2- Hydroxyphenylgruppe ist und X¹ ein Wasserstoffatom ist, zur Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung als NMR-Kontrastmittel.