作為mr中的代謝標記的超極化酯類的制作方法
【專利說明】作為MR中的代謝標記的超極化酯類 發明領域
[0001] 本發明涉及磁共振（MR)領域，特別是涉及使用包含超極化的13C酯類的診斷介質 的 13C-MR研宄方法。
[0002] 發明背景
[0003] 磁共振成像（MRI)對臨床醫師而言已經變成特別富有吸引力的技術，因為可以通 過非侵害性方式得到患者身體或其部位的圖像，而無需患者和醫務人員暴露于潛在有害輻 射例如X-射線中。由于其高質量圖像和良好的空間和瞬時分辨力，所以MRI是用于使軟組 織和器官成像的有利成像技術。可以使用或不使用MR造影劑進行MRI。然而，增強MRI成 像通常能夠檢測非常小的組織改變，這使得它成為用于檢測早期階段組織改變例如小腫瘤 或瘤轉移的強有力工具。
[0004] 使用超極化分子的MRI是新出現的技術。WO 9935508公開了使用高1\試劑的超 極化的溶液作為MRI造影劑對患者進行MR研宄的方法。術語"超極化"是指增強存在于 試劑中的NMR活性核的核極化，即具有非零的核自旋的核，優選 13C-或15N-核，且由此將MR 信號強度放大約100倍和以上。當使用富含超極化的 13C-和/或15N的高T1試劑時，基本 上無來自背景信號的干擾，因為 13C和/或15N的天然豐度可以忽略不計，且由此圖像對比度 有利地高。常規MRI造影劑與這些超極化的高T 1試劑之間的主要差異在于在前者中，對比 度改變是通過影響體內的水質子的弛豫時間導致，而后面類型的試劑可以被視為非放射性 示蹤物，因為得到的信號僅來源于該試劑。當通過未成對電子與用作MR探針的核之間的微 波輔助性轉移得到超極化時，所述技術稱作動態核極化作用（DNP)。
[0005] 用作MR顯像劑的各種可能的高T1試劑公開在W09935508中，包括非內源性和內 源性化合物。作為后者的實例，舉出正常代謝循環中的中間體，認為它們對于成像代謝活動 而言是優選的。通過代謝活動的體內成像，可以得到組織代謝狀態的信息，且該信息例如可 以用于甄別健康與患病組織。
[0006] 例如，WO 2009077575公開了使用包含超極化的13C-富馬酸酯的成像介質的13C-MR 檢測方法，以便通過檢測 13C-蘋果酸酯和任選的13C-富馬酸酯和/或13C-琥珀酸酯信號研 宄檸檬酸和脲循環。在該方法的一個優選的實施方案中產生的代謝特性提供有關身體和身 體部位在檢查下的代謝活動的信息，且該信息可以用于隨后的步驟中，例如鑒定疾病。這樣 的疾病優選是癌癥，因為腫瘤組織的特征通常在于代謝活動改變。作為技術層面，如果待極 化的化合物在冷凍或冷卻其溶液時結晶，則必須將玻璃形成添加劑加入到該溶液中。
[0007] 動態核極化作用（DNP)近期被應用于使用溶液的磁共振波譜分析（MRS)，其中可 以將其用于產生靈敏度的大幅度增加。使用這項技術，已經觀察到幾種 13C-標記的化合 物的代謝，且用于評估特異性酶催化的反應在體外和體內的速率常數（Day SE, Kettunen MI，Gallagher FA, Hu DE，Lerche M, Wolber J，Golman K,Ardenkjaer-Larsen JH，Brindle KM. Detecting tumor response to treatment using hyperpolariZed13C magnetic resonance imaging and spectroscopy. Nat Med2007 ; 13: 1382 - 1387 ;Gallagher FA，Kettunen MI,Hu DE，Jensen PR,Zandt RI，Karlsson M，Gisselsson A，Nelson SK，Witney TH, Bohndiek SE, Hansson G，Peitersen T，Lerche MH，Brindle KM. Production of hyperpolarized [I, 4-13C2]malate from [I, 4-13C2] fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors. Proc Natl Acad Sci USA 2009 ； 106:19801-19806)。此外，對于一些超極化的13C-標記的底物，對于該底物及其在體內被 成像的代謝物的空間分布存在足夠的信號。因為已經在臨床中以相對高濃度下施用這些 底物的一些，所以這項技術已經具有被轉變成臨床應用的潛能。迄今為止，研究最多的反 應牽涉超極化的[I- 13C]丙酮酸酯：超極化的標記可以與內源性乳酸酯或丙氨酸交換，或 者，它可以不可逆地被轉化成二氧化碳，隨后在被碳酸酐酶催化的反應中被轉化成碳酸氫 鹽。在腫瘤、心臟組織和肝中觀察到了這些代謝反應（Merritt ME, Harrison C, Storey C, Jeffrey FM, Sherry AD, Malloy CR. Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR. Proc Natl Acad Sci USA 2007 ； 104:19773-19777 ；Schroeder MA1Swietach P1Atherton HJ1Gallagher FA1Lee P, Radda GK, Clarke K,Tyler DJ.Measuring intracellular pH in the heart using hyperpolarized carbon dioxide and bicarbonate:a 13C and 31P MRS study. Cardiovasc Res2010 ；86:82-91 ；Hu S1Chen AP1Zierhut ML1Bok R, Yen YF1Schroeder MA1Hurd RE, Nelson SJ, Kurhanewicz J1Vigneron DB. In vivo carbon-13dynamic MRS and MRSI of normal and fasted rat liver with hyperpolarized 13C-pyruvate. Mol Imaging Biol 2009 ; 11:399-407)。
[0008] 在專利文獻中也公開了超極化的13C-丙酮酸酯或[13C， 2H]-乳酸酯的用途，例如， 在如下專利對比文件中。
[0009] EP2052273公開了用于檢測細胞死亡的方法，包括施用包含超極化的13C-丙酮酸 酯的成像介質。
[0010] US20100178249公開了包含乳酸酯和超極化的13C-丙酮酸酯的成像介質。
[0011] W02011138269公開了超極化的[13C，2H]-乳酸酯在測定LDH活性中的用途。
[0012] US20110038802公開了使用包含超極化的13C-丙酮酸酯的成像介質測定丙氨酸轉 氨酶活性的方法。
[0013] W02008143519公開了使用包含超極化的13C-丙酮酸酯的成像介質對腫瘤分級的 MR方法。丙酮酸酯的轉化通過氧化脫羧作用進行。
[0014] 在Hurd等人的著作中，提出將超極化的[I-13C]-丙酮酸乙酯（EP)作為用于神 經病學應用的MR代謝成像中的超極化的[I- 13C]-丙酮酸酯的可替代方法，其中丙酮酸 醋的血-腦轉運可能是限制因素（Hurd RE，Yen Y，Mayer D，Chen A，Wilson D，Kohler S，Bok R, Vigneron D,Kurhanewicz J，Tropp J，Spielman D，Pfefferbaum A. Metabolic imaging in the anesthetized rat brain us ing hyperpolarized[I-13C]-pyruvate and ethyl [l_13C]_pyruvate. Magn Reson Med. 2010 ;63 (5) : 1137-1143)。該著作的作者證實 [I-13C]-丙酮酸乙酯被快速和優先地攝入腦，且由此啟示超極化的EP在研究神經變性疾病 中的用途；還啟示使用酯類快速和有效地將試劑遞送通過血-腦屏障的一般策略。
[0015] 在Brindle等人的著作中還顯示了超極化的乙醋用途（Clive Kennedy BWj Kettunen MI, Hu D，Bohndiek SE, Brindle KM. Detection of hyperpolarized 13C labelled ketone bodies in vivo. Proc. Inti. Soc. Mag. Reson. Med. 20 (2012))，其中將
[1，3-13C2]_乙酰乙酸乙酯（EAcAc)注入無腫瘤和具有腫瘤的小鼠，以便探測體內酮體代 謝。顯示EAcAc被快速地轉化成乙酰乙酸酯；然而，作者建議所述轉化因非特異性酯酶活性 而在血液中進行，因此，EAcAc在探測體內酮代謝中的用途被忽視。
[0016] 近來，其它內源性分子已經成功地被超極化；在注射超極化的13C-標記的碳酸氫 鹽后，在體內根據13C-標記的碳酸氫鹽和二氧化碳的相對濃度測定了腫瘤pH (Gallagher FA，Kettunen MI, Day SE, Hu DEj Ardenkjaer-Larsen JH，Zandt R，Jensen PR, Karlsson M，Golman K，Lerche MH，Brindle KM. Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-Iabelled bicarbonate. Nature2008 ;453:940_943);已經證 實在注射超極化的13C-標記的富馬酸酯后，體內壞死腫瘤組織中超極化的蘋果酸酯水平 升高（Gallagher FA, Kettunen MI, Hu DEj Jensen PR, Zandt RI，Karlsson M，Gisselsson A，Nelson SKj Witney TH, Bohndiek SE,Hansson G，Peitersen T，Lerche MH，Brindle KM. Production of hyperpolarized [I, 4-13C2] malate from [1，4_13C2] fumarate is a marker of cell necrosis and treatment response in tumors. Proc Natl Acad Sci USA2009 ;106:19801-19806);在體外給細胞施用超極化的13C-標記的谷氨酰胺后，觀察到 由線粒體酶谷氨酰胺酶催化的谷氨酰胺代謝成谷氨酸鹽（Gallagher FA，Kettunen MI，Day SEjLerche MjBrindle KM-13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcin