多螯合劑的制作方法

專利名稱：多螯合劑的制作方法
技術領域：
本發明涉及多螯合劑(polychelants)、相應的雙官能團多螯合劑(如螯合劑的位點定向大分子共軛物)及其螯合物和鹽、以及它們在醫學特別是診斷成像領域的應用。
多螯合劑在用磁共振成像(MRI)、X射線、γ閃爍掃描術和CT掃描進行體內檢測時，對增強所選擇的哺乳動物器官、組織、細胞等的圖像特別有用。這是由于它們提高了成像性和位點特異性。多螯合劑在這些成像方式中也特別適用于作為血管內的造影劑、血池(blood pool)試劑。由此它們可用于各種血管成像技術中，例如磁共振血管造影術；測量血流速度和血流量；根據正常組織血管分布不同來檢測和定性各種損傷；評價肺病的肺成像；及輸血研究。多螯合劑也適用于金屬解毒、放射性同位素治療和診斷的核醫學領域。
醫學成像方法，如MRI、X射線、γ閃爍掃描術和CT掃描，已成為疾病的診斷和治療中極其重要的工具。在特定成像的類型中，如X射線，對體內某些部分的成像依賴于這些部分(如骨)的內在特征與周圍組織的不同。而其它器官和解剖部分當通過某些成像技術特地使光線增強時才可看見。
一種能提供多種解剖部分圖像的技術牽涉到增強生物靶圖像的金屬。這種方法能產生或增強特定器官和/或腫瘤或體內其它這種位點的圖像，同時能減弱背景，并減弱由于在不需要的位點上光線隨之增強而產生的干擾。
多年來，研究者們認識到將多種金屬螯合能提高這些金屬的生理耐受劑量，便可用于體內增強身體各部分的圖像(例如，C.D.Russell and A.G.Speiser，J.Nucl.Med.211086(1988)和美國專利4,647,447(Gries et al.))。但是，這些簡單的金屬螯合物圖像增強劑，若不進一步修飾，一般說來就不能提供任何特別有效的位點特異性。
為生產位點特異性治療劑或診斷劑，人們廣泛推薦將金屬螯合物與組織或器官的靶分子(如蛋白質等生物分子)結合。
很多這樣的雙官能團螯合劑，借助其螯合部分能強力結合治療或診斷用的金屬離子，并由于該位點特異性分子組份的存在，使它們能向所需的身體位點選擇性地輸送螯合的金屬離子，這樣的螯合劑是已知的或在文獻中已有報道。例如，在MRI對比劑領域中，即使是相對早期的出版物，如GB-A-2169598(Schering)和EP-A-136812(Technicare)也已建議過將雙官能團螯合劑的順磁金屬螯合物用作對比劑。
螯合劑部分與位點特異性大分子的連接方式有幾種。例如Krejcarek等的混合酸酐方法(Biochemical and Biophysical Research Communications77581(1977))；Hnatowich等的環酸酐方法(見Science 220613(1983)及其它)；Meares等的骨架衍生方法(見Anal.Biochem.14268(1984)及其它-一種由Schering在EP-A-331616中用來生產作為MRI或X射線對比劑的位點特異性多螯合劑的技術)及例如Amersham(見WO-A-85/05554)和Nycomed(見EP-A-186947及其它)使用的連接分子方法。這些都用來生產用作MRI對比劑的雙官能螯合劑的金屬螯合物。
為此，Krejcarek等(supra)公開了聚氨基聚羧酸(PAPCA)螯合劑，特別是DTPA(二亞乙基三胺五乙酸)結合蛋白的方法，例如結合人血清白蛋白(HSA)，是通過將PAPCA的鹽與氯甲酸異丁基酯(IBCF)反應并將IBCF-PAPCA的加成物與蛋白質反應。他們的目的是將每個人血清白蛋白分子連接一個放射性金屬以達到測量生物功能的目的。
不同成像技術位點特異性的應用都需要(或能)通過利用許多適當的金屬離子與位點定向大分子相結合得以加強。例如，據信在靶組織中水質子的T1舒張期減少50％，需要有效的MRI對比劑。考慮到抗體對它們抗原的親和性及在靶組織中這些抗原的濃度，已計算出每個抗體分子必需攜帶一定數量的順磁中心才將T1減少到這樣的水平。(見Eckelman等，NATO ASI Series，Series A，152571(1988))。
Unger等在Investigative Radiology 20693(1985)中分析了用結合Gd-DTPA的抗-CEA單克降抗體來加強腫瘤的磁共振成像。當每個抗體分子結合4個Gd原子時，他們未發現加強現象，并預計成像金屬原子與大分子的比例需要很大才能有效。
同樣，Schreve和Aisen在Mag.Res.in Medicine 3；336(1986)中推斷，用所述的技術運送到人的某一腫瘤的順磁離子濃度，必定是大劑量的。對成像的這個發現極大地限制了它的使用。
但對位點特異性圖像的加強來說，重要的是這樣的雙官能團螯合劑的螯合物由于螯合劑部分的結合而不會破壞組織或器官靶向部分的位點特異性。當雙官能團螯合劑只含有一個螯合劑部分時，一般這并不是嚴重的問題；但當試圖通過在單個位點特異的大分子上結合幾個螯合劑部分來制備雙官能團多螯合劑時，發現不僅可使螯合劑與位點特異的大分子的最大比例受到相當的限制，就連當該比例升高時，所得雙官能團多螯合劑的位點特異性也降低。
依然有人幾經周折試圖制備這樣的雙官能團多螯合劑，其每個位點特異的大分子上螯合劑數量有了增加。
就此，Hnatowich等(supra)使用了螯合劑DTPA的環酸酐將其連接至蛋白質上。
這是一個相對簡單的一步合成方法，已被很多研究者采用。但是，由于在起始物中有兩個環酐基團，大分子的廣泛交聯會導致產生不容易定性的共軛物(見Hnatowich等，J.Immunol.Methods65147(1983))。此外，這種方法與Krejcarek的混合酸酐方法有同樣的缺點，即無法控制由于多幾個螯合劑部分的加入而破壞與它們連接的大分子的位點特異性。
為了解決這些問題，即向位點特異的大分子連接大量的螯合劑部分而又不破壞其位點特異性，也就是不干擾其結合位點(一個或多個)，有很多提議使用骨架分子，向該骨架分子連接大量的螯合劑部分而產生一個多螯合劑，然后一個或多個多螯合劑可結合至位點特異的大分子上產生雙官能團多螯合劑。
因此，現已常規使用Hnatowich等(supra)的環酸酐結合技術來制備雙官能團多螯合劑，其中螯合劑部分是開鏈PAPCAs(如EDTA和DTPA)的殘基，且其中骨架分子是聚胺如聚賴氨酸或聚乙烯亞胺。例如，Manabe等在Biochemica etBiophysica Acta 883460-467(1986)中報導了使用環酸酐方法將多達105個DTPA殘基連接至聚-L-賴氨酸骨架上，并用2-吡啶基二硫化物連接劑將聚賴氨酸-聚DTPA的多螯合劑連接至單克隆抗體(抗-HLA IgGl)上，每個位點特異的大分子達到多達約42.5個螯合劑(DTPA殘基)的取代。Torchlin等在Hybridoma 6229-240(1987)中也報導了將DTPA和EDTA連接至聚乙烯亞胺和聚賴氨酸骨架上，然后將其連接至肌球蛋白-特異單克隆抗體或其Fab片段上，從而制備了用于MRI閃爍掃描術的雙官能團多螯合劑。
在Manabe和Torchlin已報告雙官能團多螯合劑制備的同時，由Manabe采用的環酸酐路線提出了交聯及由此而產生的品質鑒定問題，及Torchlin等懷疑他們的技術是否能使順磁金屬的濃度增加到足以進行腫瘤的MRI。
Sieving等在WO-A-90/12050中公開了制備含有大環螯合部分如聚賴氨酸-聚DOTA的多螯合劑的技術，及其用于制備相應的雙官能團螯合劑。Sieving等也建議使用星芒樹狀聚合物(starburst dendrimers)，如Tomalia等的第六代PAMAM星芒樹狀聚合物(見US-A-4587329和Polymer Jourmal 17117(1985))作為這樣的多螯合劑的骨架。
這種制備多螯合劑中載金屬能力高的傾向導致制備的產品分子量高。對于可溶性產品，其優點在于注射進入循環系統時，此化合物保留在血液中，而不是快速擴散到細胞間液體中或被腎小球過濾排泄。因此，這些化合物可作為有效的血池成像試劑。盡管如此，但多螯合物沒有必要在體內保留更長的時間，例如在成像完成后就不需要保留。本發明部分基于以下認識，即能夠制備診斷或治療有效的多螯合物，而它們又容易代謝成可快速排泄的片段，例如通過腎小球過濾排泄，先是代謝裂解成有明顯特征的多螯合劑片段。在整個多螯合劑結構中引入可裂解的多螯合劑片段具有的其它優點是，向骨架聚合物每個連接位點上加入的螯合劑基團的數量可增加，且多螯合物可通過將金屬化的多螯合劑亞單位連接至骨架聚合物上的方法來制備，并因此對完整的多螯合劑而言改進了載金屬的比例。
因此，本發明目的之一是提供式I多螯合劑及其金屬螯合物和鹽，R1(X1R2((X2)pL)n)m(I)(其中X1是連接劑部分，可代謝裂解釋放R1X3m和X4R2((X2)pL)n片段，其中X3和X4為X1的裂解殘基；R1X3m是生物耐受的聚合物，優選的是基本上單分散的聚合物，特別是分子量低于40000D，特別是低于30000D，尤其是低于20000D的，例如第一至第六代樹枝狀聚合物；X4R2((X2)pL)n是分子量低于40000D，優選低于30000D，并尤其是低于20000D的多螯合劑片段，每個這樣的部分優選是相同的；p是0或1；X2，如果存在，是連接劑部分，代謝裂解釋放單螯合劑碎片；每個L是一個大環螯合劑部分，其中大環骨架優選9至25元環并優選為任選的氧或硫雜的多氮雜環烷；R2((X2)p)n是直鏈或支鏈骨架部分，優選在每個L基團和它連接的X1部分之間提供一個多至20個原子的鏈和一個在每對L基團間連接的多至25個原子的鏈，這樣的鏈一般是氮和/或氧和/或硫雜碳鏈；每個n是至少為2的整數，優選2至25，特別是2至12；且每個m是至少為2的整數，優選大于200，特別是3至100，這樣在式(I)多螯合劑中L基團的總數至少為20，優選50至200)，分子量至少為30000D，優選至少40000D，并特別優選50000至150000D。
此后使用的術語“多螯合劑、不論在哪里，不僅是指未金屬化的化合物也是指其完全或部分金屬化的形式。
如果需要，一個或多個本發明的多螯合劑可連接至生物分布的修飾劑上，即用作改變整個分子的藥代動力學的部分，例如，親水部分或位點定向分子，如蛋白質或蛋白質片段，以形成雙官能團多螯合劑。在此過程中，與位點定向分子的連接鍵，優選的也是可代謝裂解的，以使雙官能團多螯合劑發生生物降解釋放該位點定向分子(或其代謝物)和多螯合劑的片段。這些雙官能團多螯合劑形成了本發明的另一方面目的，并可用來增強圖像和/或將放射活性的細胞毒的劑量轉運到靶細胞、組織、器官和/或身體導管中。或者，此多螯合劑可用作血池試劑而不需與位點定向分子偶合。
存在于有用的實體中的多螯合劑或其本身，可用于醫學診斷和治療，這部分是由于它們在體內獨特的定位。目前用來加強MR對比成像的單體螯合劑(如GdDTPA2-、GdDOTA1-和GdDTPA-BMA)的體內應用受其特別快速的生物分布的限制，該分布引起這些螯合劑在體內整個細胞外(和血管外)空間的定位。本發明的多螯合劑，典型的分子量為30至200kD，特別是40至150kD并尤其是50至120kD，相對于單螯合劑從根本上改變了生物分布。本發明的多螯合劑一般具有較長的血管內停留時間，一般以小時計；但由于它們的生物降解性，它們一般可完全進入細胞間液(ECF)并進行腎排泄。這樣，由于這些多螯合劑(此后當作放大劑)起初在血管系統內停留診斷所需的時間，故它們的適用范圍是血池和心臟灌注成像、腦成像、血管成像、在肺成像中評價肺部疾病、CNS腫瘤檢查及容積測定和血栓檢查以及血管造影術等。作為血池試劑，它們特別適用于血流或血容量的研究，特別是有關損傷的檢查及心肌灌注的研究。常規單體MR成像對比劑快速分散到細胞間/血管間，不容易用于這些目的。此外，考慮到它們強的舒張性，本發明的MR成像對比劑的給藥量比常規單體MR成像對比劑如GdDTPA、GdDOTA和GdDOPA-BMA的劑量可顯著降低，這樣便提供了顯著改進的安全用量范圍。
特別優選的是本發明多螯合劑的所有代謝降解產物，特別是聚合物R1X3和多螯合劑片段X4R2(X2)pL)n。它們有足夠低的分子量，可通過腎排泄。但未降解的多螯合劑本身，由于分子量高而不能排泄。同樣，優選的多螯合劑(及其螯合物)是水溶性的，因而它們有血池試劑的功能。對于血池試劑，需要其分子大得或總分子量大得足以使毛細血管過濾足夠慢，以便能得到血池成像對比效果。照球蛋白推算，該腎閾值(最小分子量)一般認為在30至40kD。分子大小及構型當然比總分子量更重要，但是這些最小分子量(對未金屬化多螯合劑來說)確實提供了合理準確的標準。因此，本發明提供了一種能準確定性血池試劑的方法，該血池試劑本身生物降解成容易表征、容易并通常經腎排泄的碎片。這樣，在體內積聚的強毒性的診斷或治療的金屬離子(多螯合劑所載的)就減少了。
上面置有多螯合劑片段的聚合物骨架(R1)本身，優選的是基本上單分散的，以便使該多螯合劑的生物分布均勻，并能得到均勻的、能再生的載金屬比例。載金屬比例是指大環螯合劑基團攜帶的治療或診斷用金屬離子數與多螯合劑分子數之間的比例。
實際上，可使用具有多螯合劑片段(R2(X2)pL)n)連接位點(如在鏈中或側鏈活性官能團如胺、羥基、羧基等)的任何生物耐受的聚合物，例如聚賴氨酸、聚乙烯亞胺、多糖等。但是，特別優選使用樹狀聚合物，特別是所謂的星芒樹狀聚合物，因為它們基本上可產生單分散及容易定性的形式，同時因為該樹狀聚合物結構使聚合物骨架上的這些連接點容易均勻地載上該螯合劑片段，正如它們分布在該樹狀聚合物分子周圍一樣。星芒樹狀聚合物尤其是這樣，且它們基本為球形，這使水能最大限度地接近螯合的金屬離子并能優化金屬化效率，即最大的金屬載有量。
特別適用于本發明作為聚合物骨架R1的樹狀聚合物，包括第一至第六代樹狀聚合物。最優的一代當然根據多螯合劑片段的固有性質、所要采取的使用和清除途徑等條件而定。適當的聚合物骨架，包括星芒樹狀聚合物，詳細地討論于早期專利申請如WO-A-91/05762、WO-A-90/12050及PCT/EP92/02308以及Tomalia等的US-A-4587329、US-A-4568737、US-A-4558120、US-A-4507466、WO-A-88/01178和Angew Chem Int Ed Eng 29138-175(1990)。
當需要在血池中收集對比劑時，則優選使用低代的樹狀聚合物骨架，例如第四或第五代樹狀聚合物骨架。這樣的多螯合劑比已知的血池劑及ECF對比劑的舒張性高，因此可使用較低的有效劑量。
代謝可裂解的連接劑部分X1和X2可以是或可以加入一種在給藥(一般通過非腸道給藥)后在體內被裂解的任何功能基團。其裂解敏感性的程度可通過適當選擇這些連接劑部分而選擇，使之在裂解前達到所需的半衰期，例如所需的血液停留時間，或使之保證裂解主要發生在特定的身體位點如肝臟。酯、二硫化物、酰胺、縮醛、縮酮、醚、酸酐及內酯的功能性是這種基團的例子，它們是可以水解的或可以生物降解的。根據所需的裂解位點，需要在該多螯合劑片段中加入生物導向部分，如親水、親酯或帶電荷部分，以便有助于裂解后廓清。
特別優選的可代謝裂解的X1基團，在先形成多螯合劑基團(即R2(X2)pL)n部分)的合成期間產生于連接位點上。因此，可能將單體大環螯合劑基團結合到先形成的骨架上的同時，優選按照本發明將先形成的多螯合劑部分結合至骨架聚合物上。對于給定的骨架聚合物，此合成途徑產生的多螯合劑，在每個與骨架連接的位點具有多重螯合劑部分，并使金屬化的產品有高的載金屬比例。另外還具有這樣的優點，即大量二聚、三聚或較多齊聚的多螯合劑片段在與聚合物骨架的連接位點上的旋轉將會受限制，故當整個多螯合劑為T1MR成像對比劑時，就帶來較大的舒張性。
鑒此，特別優選使用先形成的二聚或樹狀聚合物的多螯合劑片段，該片段結合一個連接聚合物或樹狀聚合物骨架的活性位點。而該結合位點在結合時本身并不產生代謝裂解鍵，然后在先形成的螯合劑片段或骨架聚合物內，應加入可代謝裂解的功能連接劑部分。就此而言，可加入脲、醚、酯、二酯、氨基甲酸酯、二硫化物或其它水解裂解基團，例如，加在多螯合劑骨架與活性基團(通過它將其連接至整個多螯合劑的聚合物骨架上)之間先形成的多螯合劑片段中。或者，這些可裂解的基團位于各個單螯合劑部分之間，以便在代謝裂解時單螯合劑或其它小的多螯合劑片段可被釋放。有此特性的多螯合劑構成了本發明的另一目的，它們是式II的多螯合劑R1(X1R2((X2)pL)n)m(II)(其中R1、R2、L、p、n和m定義如上，且X1和X2為連接劑部分，條件是在每個L和R1間連接用X2和X1部分的至少一個是可代謝裂解的)和它們的金屬螯合物及鹽、以及相應的雙官能團多螯合劑。
這樣，在本發明優選的方案中，多螯合劑片段的骨架R2((X2)p)n包括一個多烷支鏈本身，它可任選加入飽和或不飽和的碳環或雜環(例如，加入0、1或2個選自O、N和S雜原子的5至8元環，如苯環)、氮、氧或硫原子或羰基，后者優選是相鄰鏈雜原子。
先形成的多螯合劑片段包括如下 -末端樹狀聚合物)其中X5是為連接至中心骨架結構提供適當位點的基團，如可連接至氨基官能團的修飾的氨基、例如X5可以是基團 X6或 (其中X6是NO2、NCS、N2+、NCO)、-alk-COOH、-NHCOCCH2-、 -NHCONH2Cl或-NHCOCH2Br，且alk是一個鍵或C1-4亞烷基鏈，且 是金屬化或未金屬化的大環螯合劑部分，優選但不是必需與大環的環氮原子上的其余結構相連接。
本發明多螯合劑中大環螯合劑部分可以是任何常規大環螯合劑如DOTA、TETA、DO3A等的殘基。上述大環骨架優選是9至25元并可以適當任選氧或硫雜的多氮雜環烷環。多螯合劑片段R2((X2)p)n的連接位點優選是環氮，但也可以連接在環碳上，如Meares等在US-A-4687667中所述。
大環螯合劑部分的螯合能力可只依靠其環雜原子，可以是環狀的聚醚或聚胺。但是此大環螯合劑部分優選具有參與金屬螯合作用的側基，如帶有羥基、氨基、膦酸或膦的C1-6烷基或更優先羧基。DO3A和DOTA衍生的大環是特別優選的，即下式的基團和 本發明的多螯合劑中的大環螯合劑部分優選衍生自含有反應性羧基或氨基的大環螯合劑，它們對金屬的配位鍵合不是必需的。只要結合的螯合劑部分保留螯合金屬離子的能力，該反應性基團可以是在游離的螯合劑中能作為金屬配位基團的基團之一。或者，反應性基團可以是螯合劑側鏈或骨架碳上的取代基。
更具體地說，本發明使用的大環螯合劑定義為這樣的一種螯合劑，它具有一個連續的、環接的、閉合骨架，該骨架由被碳原子或其鏈間隔的供體原子如N、P、B、O、S和As組成，該碳原子如任選取代的亞甲基或環(如芳香環)的碳原子，特別優選任選取代的C2-4亞烷基的碳原子。任何亞甲基或供體原子，在原子價條件允許時，只要大環的閉合鏈保持完整，就可以是取代的。
在本發明的一個優選實施例方案中，大環螯合劑為式III螯合劑 其中a、b、d和e獨立地是0或正整數，對于b或d優選1、2、3或4；c和f為正整數；所有c的總和至少為3，優選3、4或5；b＋d的和至少為1；每個Z獨立地是氮、氧、硫、磷、硼或砷原子，優選其中至少有兩個，特別至少3個為氮原子；每個Y獨立地為任選取代的5至7元碳環或雜環；R3，如存在，獨立地是氫、可任選羥基化、可任選烷氧基化的烷基，可任選帶有基團CO-G，其中G是OR4或NR42，且Z是磷時，也可任意氧代，至少3個Z-(R3)a部分優選Z為氮，a＝1且R3為可任選取代的G-GO-烷基；R4和R5可相同或不同，每個獨立地是氫、可任選烷氧基化、可任選羥基化的烷基、芳基、烷芳基或芳烷基，或R5也可代表CO-G基或被CO-G基取代；且NR42也可以代表連接氮的可任選取代的5至7元雜環，其中可任意進一步含有氮、氧或硫環雜原子；其中代替兩個CR4R5，在其兩個方向都被至少一個Z基團分開的，可以任意是下式的橋結構 其中u、g、h、i、j、k、l、w、x、q、r、s和t每個獨立地是0或正整數，u、g、i、k和w優選1、2、3或4；y是正整數；h＋l＋j＋x≥1，優選Y(h＋1)≥1；且每個D獨立地是硼、碳、氮、磷或PO。
環部分Y的優選等同物包括 其中J是CH、COH或N；R6是CH、CHOH、NR3、O或S；且L是O或S。雜環部分NR42的優選等同物包括 和 如 和 如上所述，大環螯合劑可包括第二個“環”，它由連接兩個或多個骨架原子上的側鏈建立。
在大環螯合劑中，烷基和亞烷基部分，除非特別指出，優選含有多至8個碳原子，特別優選多至4個碳原子。羥基或烷氧基取代部分可以是單或多取代并可以考慮兼有兩種取代基。任何芳香族部分優選C6-10碳環或5或6元雜環。在大環中，骨架雜原子，如N、P、O及S優選被1至8個，特別優選被2至6個碳原子的骨架原子分開，且如上所述，大環螯合劑優選含有至少3個羧基或羧基衍生基團。大環多螯合劑含有至少三個環氮，優選連接有羧基烷基(特別是羧基甲基)。
大環螯合劑與骨架部分R2((X2)p)n的連接可通過任何活性基團，如R3和R5基團，特別優選含有CO-G基團的R3基團。含質子化環雜原子(如在DO3A中)的大環與Hal-CH2NH-alk X6(其中Hal是鹵原子，alk和X6定義如上)或Hal-CH2CO2CH3反應，然后與二胺如乙二胺反應，為連接樹狀聚合物骨架提供了反應性基團。可使用其它標準的偶聯技術，因此本發明的多螯合劑中大環螯合劑部分優選含有式III的螯合劑殘基(即式III的基團，但環連接的取代基之一被修飾或替代，以便連接樹狀聚合物)。
適當的，大環螯合劑是含有3、4、5或6(優選4)個環氮原子的多氮雜環烷的殘基，每個氮原子被2、3或4(優選2)個環碳原子分隔。特別優選的大環螯合劑部分的骨架結構包括如下 和特別優選的大環螯合劑包括式IV的這些 其中每個Z是N、O或S，優選所有或除一個外的所有的Z為N；每個b獨立地是2、3或4，優選2或3；f是3或4，優選4；每個R3獨立地是氫、C1-3烷基或可任選帶支鏈，任選羥基化的CO-G-烷基；且每個R5獨立地是氫或羥基烷基。
于是，具體地說，該大環螯合劑包括多氮雜環烷聚羧酸、六氮雜大環(HAMs)和包括冢狀化合物(sepulchrates)和棺狀化合物(sarcophagines)的穴狀化合物。
多氮雜環烷聚羧酸的實例包括1，4，7，10-四氮雜環十二烷四乙酸(DOTA)、1，4，7，10-四氮雜環十烷-1，4，7-三乙酸(DO3A)、1-氧雜-4，7，10-三氮雜環十二烷三乙酸(DOXA)、1，4，7-三氮雜環壬烷三乙酸(NOTA)和1，4，8，11-四氮雜環十四烷四乙酸(TETA)。
此外，新的四氮雜環烷聚羧酸、DOTA-N(2-氨基乙基)酰胺和DOTA-N(4-氨基苯乙基)酰胺也在考慮范圍內。
四氮雜環烷聚羧酸配位體的制備是熟知的。DOTA的合成描述于美國專利4647477(Gries等)、美國專利4639365(Sherry)和Desreux等的Inorg.Chem.191319(1980)。此外，DOTA由Parish Chemical Co.，Orem，UT，USA出售。DO3A的制備描述于EP-A-292689(Squibb)。Desreux，Inorg.Chem.191319(1980)；Bryden等，Anal.Chem.，531418(1981)；Delgardo等，Talanta，29816(1982)；Cacheris等，Inorg.Chem，26958(1987)；Moi等，Inorg.Chem，263458(1987)和Meares等，Acc.Chem.Res.，17202(1984)描述了大環配位體DOTA、NOTA、TETA及其骨架衍生類似物的性質和化學，包括NOTA和TETA的制備。美國專利4678667(meares等)闡明了一些大環、側鏈衍生的配位體包括DOTA和TETA的制備。由DOTA形成DOTA-N(2-氨基乙基)酰胺和DOTA-N(4-氨基苯乙基)酰胺的衍生作用分別詳盡描述于后文中的實施例2和3中。上面引用的文獻和本文提到的其它文獻在此作為整體引為參考。
包括在N6大環螯合劑系列的六氮雜大環描述于DeCola等，Inorg.Chem.251729(1986)。此文章也描述了HAMs的制備，在此將其作為整體引為參考。
穴狀化合物為多環配位體，包括冢狀化合物、棺狀化合物及大環聚醚(冠醚)和大雙環配位體。一些優選的大環聚醚穴狀化合物包括派生有側鏈的伯胺和羧酸穴狀化合物。
冢狀化合物包括八氮雜大雙環體系如1，3，6，8，10，13，16，19-八氮雜雙環[6，6，6]二十烷的衍生物。特別優選這些螯合物的伯胺和羧酸衍生物。這些螯合物的合成，如鈷配合物，描述于J.Amer.Chem.Soc.1046016(1982)。棺狀化合物包括六氮雜大雙環體系如3，6，10，13，16，19-六氮雜雙環[6，6，6]二十烷的衍生物。冢狀化合物和棺狀化合物的合成分別由Creaser等和Geue等描述于J.Amer.Chem.Soc.1046016(1982)和J.Amer.Chem.Soc.1065478(1984)。Izatt和Christensen，Eds.，Synthetic Multidetate Compounds，Academic Press(1978)和Lehn等，Acc.Chem.Res.1149(1978)描述了穴狀化合物的合成。Cotton&Wilkinson“AdvancedInorganic Chemistry”中描述了用于制備含氮囊狀大環的冠醚模板合成的一般方法。這些參考文獻作為整體在此引為參考。
選擇被放大劑螯合的金屬離子使它們能扮演診斷或治療的角色。這些功能包括但不僅限于在MR成像、γ閃爍掃描術、CT掃描或X光透視中增強成像，或者轉運細胞毒試劑，殺傷不需要的細胞如腫瘤細胞。
對于使用放射性核素，如在核醫學中，本發明提供了由大環螯合劑緊密結合放射性核素的優點。由于金屬背景水平較低，這便帶來了更特異的圖像。
通過適當選擇螯合種類，可制備本發明的螯合物，它們可具有X光試劑功能(如選擇鎢)或通過選擇適當的鑭系金屬離子可作為MR和X光的造影劑。
對于X光應用，為擴大光子的能量范圍，使得在此范圍內本發明的多螯合劑最有效，所用多螯合劑可帶有兩種或多種不同的金屬，或者用均多螯合劑或雜多螯合劑的混合物。
通過螯合作用可加入的金屬，包括鑭系或其它金屬離子，包括其同位素或放射性同位素，例如Mg、Ca、Sc、Ti、B、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ca、Sr、Y、Zr、Tc、Ru、In、Hf、W、Re、Os、Pb和Bi。特別優選上述的一些放射性同位素，包括153Sm、64Cu、67Cu、67Ca、68Ca、89Sr、88Y、90Y、99Tc、97Ru、103Ru、111In、186Re、188Re、203Pb、211Bi、212Bi、213Bi、214Bi。被本發明多螯合劑螯合的金屬離子的選擇取決于所需的治療或診斷用途。
如上所述，被本發明螯合劑螯合的金屬離子的選擇，依賴于使用由此制得的多螯合劑的診斷或治療技術。對于MR成像，金屬離子應該是順磁的，并優選無放射性。對于X光和超聲成像，應使用如原子序數至少為37，優選至少為50的重金屬離子，也優選無放射性的種類。對于閃爍掃描術或放射性治療，金屬離子當然應是放射性同位素離子。
將金屬離子與螯合劑和多螯合劑配合的方法是本領域技術人員力所能及的。每個所用金屬可通過一至三種基本方法加入到大環螯合劑部分中直接加入、模板合成和/或金屬轉移作用。優選直接加入。
通過下列基本方法可將金屬離子Fe(III)、Cr(III)、Mn(II)、Hg(II)、Pb(II)、Bi(III)和鑭系金屬直接加入到聚氨基聚羧酸酯中。將金屬的水溶性形式，一般為無機鹽，溶于適當體積的去離子蒸餾水中。溶液的pH低于7。室溫攪拌的同時，將含有等摩爾量多螯合劑的水溶液加到金屬溶液中。通過加入堿，一般為0.1MNaOH，將混合物的pH緩慢提高，直到多螯合劑的供體基團去質子化，一般在pH7至9的范圍，這取決于螯合劑部分組成。對鑭系金屬離子必需特別注意保持pH低于8以避免出現金屬氫氧化物沉淀。將金屬加到DOTA衍生的及有關的大環螯合劑部分中，常是一個緩慢的過程，如下面引用的參考文獻所述。此方法的具體實例包括在本文的實施例及下面的參考文獻中。
Choppin等，J.Inorg.Nucl.Chem.，33127(1971)，Margeerum，Rec.Chem.Prog.，24237(1973)和D＇Olieslager等，J.Inorg.Nucl.Chem.，354255(1973)描述了將鑭系金屬直接加入到聚氨基聚羧酸酯中。Margerstadt，Mag.Res.Med.，3808(1986)和WO-A-87/06229描述了將Gd(III)加到DOTA中。制備DOTA的Bi和Pb配合物的方法由Kumar等描述于J.Chem.Soc.Chem.Commun.，3145(1989)。上述文獻作為整體在此引為參考。
按照熟知的方法可進行Hf、Zr、W、Hg和Ta的直接加入。例如，見美國專利4176173(Winchell)。
為了與螯合劑部分的供體原子結合，當金屬離子需要被還原至更適當的氧化態時，金屬轉移作用是非常有用的。例如，為加入99mTc或186/188Re，必需通過熟知的方法使用還原劑如SnCl2或半胱氨酸將金屬離子還原至Tc(V)或Re(V)。此方法需要形成中間體復合物。一個典型的例子是在與螯合劑如DOTA配位前，在弱配位體如葡庚糖酸的存在下用Sn還原99mTc。在放射性藥學領域中，這些方法是熟知的。67Cu用四胺螯合劑如tet A或tet B(見Bhardaredj)等，JACS，1081351(1986))來穩定Cu(II)，以與較強結合的螯合劑反應。
可按照Smith等在Inorg.Chem.，243469(1985)和274154(1988)中描述的方法進行模板合成。如在HAM系統中，將螯合劑建立在金屬離子周圍，通過模板合成將金屬離子加入到大環螯合劑中。Smith等(前述)描述了用于鑭系金屬模板合成的熟知的模板合成方法。冢狀化合物和棺狀化合物大雙環螯合劑可用類似的方法通過在Co周圍的模板合成而制備。該Co通過還原為Co(II)并用15M HBr提取而除去。然后通過與簡單金屬鹽在甲醇中回流反應或通過供體復合物如葡庚糖酸、抗環血酸、乙酸或桔櫞酸鹽的金屬轉移作用將無金屬的螯合劑金屬化。優選使用三氟乙酸和/或次氯酸鹽。
很寬的一類冠醚和穴狀化合物，特別是含有N、O和S的，可使用上述一種或多種方法以相似的方式金屬化。
本發明多螯合劑的金屬螯合物，特別是雙官能團多螯合劑但也可任選放大劑多螯合劑在特定的成像技術中，病人成像用的給藥量應足以產生所需造影效果。一般每千克病人體重使用劑量為0.001至5.0mmol螯合的金屬離子可有效地達到適當的造影增強。對于大多數MRI應用，優選成像金屬離子的劑量范圍，在0.005至1.2，如0.02至1.0mmol/kg體重；而對于X光，劑量為0.5至1.5mmol/kg，一般可有效地達到X光衰減。對于大多數X光應用，優選劑量為0.8至1.2mmol的鑭系金屬或重金屬/kg體重。
對于X光應用，為擴大光子的能量范圍，使得在此范圍內本發明的多螯合劑最有效，所用多螯合劑可帶有兩種或多種不同的金屬，或者用均多螯合劑或雜多螯合劑的混合物。
放大劑與位點定向分子的連接，導致更大的體內靶特異性。此分子優選是抗體、抗體片段、其它蛋白質或其它可在體內運動到該位點以轉運金屬離子的大分子。在本發明中，此位點定向大分子運動和/或結合至它的標靶的能力，不受螯合金屬離子加入的損害。每個分子中螯合的數量足以增強此特定靶的圖像。所得雙官能團多螯合物是獨特的螯合實體，并要求基本上無交聯現象。
優選的方法是，在放大劑(一種或多種)與位點定向分子連接之前，在雙官能團多螯合劑中加入金屬。金屬的滴定量為從亞化學計量水平直至完全加入，因此不用透析和進一步色譜純化。此方式避免了明顯的損失和稀釋。也避免了金屬離子與位點定向分子的非特異性結合。但是，本發明對半衰期短的放射性核素的應用，可能要求雙官能團多螯合劑的金屬化作為最后步驟，接之以簡單快速純化(如凝膠過濾)以除去過量的未結合放射性核素。
在雙官能團多螯合劑中，優選一個或兩個骨架分子連接至位點定向分子。通過限制連接在位點定向分子上的放大劑數，可預計雙官能團多螯合劑的藥學行為顯示高靶特異性和低非特異性的結合。
雙官能團多螯合劑可含有大量的大環螯合劑部分。這位點特異性成像有了前所未有的增強。
本發明的雙官能團多螯合劑包括將放大劑偶合至位點定向分子。該位點定向分子可以是在所選擇的靶器官、組織、細胞、細胞組或哺乳動物體內其它部位中天然存在的任何分子。它們可包括氨基酸、寡肽(如六肽)、分子識別單位(MRU＇S)、單鏈抗體(SCA＇S)、蛋白質、Fab片段及抗體。位點定向分子的例子包括多糖(如CCK和六肽)、蛋白質(如植物血素、無唾液胎球蛋白、多克隆IgG、血液凝集蛋白(如水蛭素)、脂蛋白和糖蛋白)、激素、生長因子和凝固因子(如PF4)。位點定向蛋白的例子包括聚合的纖維蛋白片段(如E1)、血清淀粉樣前體(SAP)蛋白、低密度脂蛋白(LDL)前體、血清白蛋白、完整紅血細胞的表面蛋白、受體結合分子(如雌激素)、肝特異性蛋白/聚合物如半乳糖-新葡糖白蛋白(NGA)(見Vera等，Radiology15l19l(1984)、含有數量不定的結合半乳糖胺的N-(2-羥基-丙基)甲基丙烯酰胺(HMPA)共聚物(見Duncan等，Biochim.Biophys.Acta88062(1986))、及烯丙基和6-氨基己基糖苷(見Wong等，Carbo.Res.17027(1987))、和纖維蛋白原。
位點定向分子也可以是抗體。抗體的選擇。特別是抗體的抗原特異性，依賴于該共軛物所要求的用途。單克隆抗體比多克隆抗體更優選。
人血清白蛋白(HSA)為進行血管系統研究的優選的蛋白質。HSA由包括SigmaChemical Co.的多種渠道銷售。制備與所需抗原反應的抗體是熟知的。抗體制劑由多種渠道銷售。纖維蛋白片段El可按照Olexa等在J.Biol.Chem.1544925(1979)的描述制備。LDL前體和SAP蛋白的制備方法由de Beer等在J.Immunol.Methods5017(1982)描述。上述文章在此作為整體引為參考。
將骨架聚合物連接至抗體或其它蛋白的方法是本領域技術人員力所能及的。這樣的方法描述于Pierce 1989 Handbook and General Catalog及其引用的文獻；Blatter等，Biochem.，241517(1985)；和Jue等，Biochem.，175399(1978)。上述引用的文獻在此作為整體引為參考。
總之，雙官能團多螯合劑是通過在骨架聚合物與位點定向大分子結合前建立多螯合劑來合成的。在多數情況下，螯合劑結合至骨架所用的反應條件會使蛋白變性。因此，為了保護其空間結構和生物功能，抗體或其它位點定向蛋白質，在螯合劑基團加在骨架分子上以前一般不結合到骨架分子上，除非這樣作不會使蛋白變性。在放大劑結合到位點定向大分子前或后，可加入金屬離子形成多螯合劑的金屬復合物。優選在多螯合劑與多數蛋白質(特別是抗體)結合前加入金屬離子，這特別是為了避免金屬與蛋白質的偶然結合。但是，對于某些金屬離子如半衰期短的放射性核素，優選在結合后并在要使用前進行金屬化。
總之，可以用已知方法將大環螯合劑連接至骨架分子上。對于優選的大環螯合劑如DOTA，常規混合的酸酐和環酸酐結合技術是無效的，而已發現修飾該混合酸酐方法是通過在無水介質中將聚羧基大環螯合劑與一種能提取所有的羧基質子(即足夠高的pKa)的足夠強的胺堿基反應得到銨鹽，此銨鹽能與烷基鹵代甲酸酯(如氯代甲酸異丁基酯)反應產生一種活性酸酐，它能結合至骨架分子的氨基上而不引起與已有的雙官能團多螯合劑產生不需要的交聯。對于多數大環螯合劑，四甲基胍或相似強度的胺是優選的堿基。
或者還可代之用更復雜的結合技術，例如以類似于Meares等(前述)提出的方法，使用結合大環螯合劑的骨架。根據螯合劑上存在的活性基團，用氯代乙酰鹵、光氣或硫光氣方法可將相似的螯合劑連接至該骨架分子上。
對于帶側羧基的大環，包括但不限于DOTA、TETA、TRITA(1，4，7，l0-四氮雜環十三烷四乙酸)和NOTA，其中一個羧酸可形成能與骨架分子的伯胺基團反應的一種活性結構。由羧酸基團形成活性結構的方法包括修飾的混合酸酐反應，例如，使用氯甲酸異丁基酯(IBCF)，或用碳化二亞胺(DCC或EDAC)形成“活性酯”(參見Pierce Catalog(1988)，252頁和253頁)。兩種反應所產生的骨架聚合物都是通過穩定的酰胺鍵用大環螯合劑部分多重取代的。但此修飾的混合酸酐方法是用于將含羧酸的大環螯合劑連接至骨架聚合物上的優選方法。
此修飾的混合酸酐反應優選在熔點低于5℃的無水溶劑中進行，冷卻至不低于5℃或高于其冰點以上約55℃。就地使用胺堿制備螯合劑的銨鹽，容易使此螯合劑在適當溶劑中增溶。
堿的選擇取決于相關羧酸的pKa。對于多數大環，四甲基胍(TMG)是特別優選的。一般說容易從pKa值至少高于大環螯合劑的pKa，最高至少0.5(優選0.8，特別優選至少1.0)的那些堿中選擇。pKa至少11，特別是至少11.3，尤其是至少12的胺堿是特別優選的。除TMG外，具體可提出的堿有哌啶、喹嚀和N-乙基哌啶，更特別是DBU(1，8-二氮雜雙環[5.4.0]十一-7-烯)和DBN(1，5-二氮雜雙環[4.3.0]壬-5-烯)。其它堿由Martell和Smith在“Critical Stability Constants”Vol.5，first supplement，Plenum Press，NY1982中列出。
現邊攪拌邊加入適量的純(冷的)鹵代甲酸烷基酯并通過冷卻(如果需要，加入制冷劑)保持溶劑的起始溫度。特別優選氯甲酸異丁基酯。所得大環螯合劑的活性酸酐可與含胺的骨架分子反應形成多螯合劑或多螯合劑片段。對多數用途，多螯合劑在此時就金屬化，并通過色譜或重結晶純化除去過量的金屬離子和低分子量金屬復合物。為使用靶特異性分子，將放大劑多螯合劑或其至少部分金屬化形式(仍含有至少一個游離的氨基)與靶分子結合，例如通過與很多熟知的雜雙官能團偶聯劑中的一種反應。對于不適合預先金屬化的情況，如半衰期短的放射性核素，使用一種無金屬放大劑并按照上述方法偶聯，可制備雙官能團多螯合劑，接著金屬化(見下)并最后通過色譜或過濾快速簡單純化。
大環螯合劑也可通過未共軛伯胺基團連接到骨架分子。含有未共軛伯胺基團的大環螯合劑包括伯胺側鏈衍生DOTA大環、伯胺衍生的DO3A及伯胺衍生的六氮雜和八氮雜大環及大雙環(HAMs、冢狀化合物和棺狀化合物)以及種類繁多的衍生冠醚穴狀化合物。
這些螯合劑上的未共軛伯胺基團，在熟知的條件下可與鹵代乙酰鹵反應形成鹵代乙酰胺。該鹵代乙酰胺可與骨架分子上的伯胺反應，在螯合劑和骨架之間形成穩定的酰胺鍵。鹵代乙酰鹵方法描述于De Riemer等，J.Labelled Compd.Radiopharm.181517(1981)，可用此方法將含有胺的螯合劑連接到骨架上。
大環螯合劑中的胺基團也可與光氣反應產生活性異氰酸基團，或與硫光氣反應產生活性異硫氰酸基團。這些基團可與骨架的伯胺反應在配位體和骨架聚合物之間分別形成穩定的脲鍵或更穩定的硫脲鍵。Gansow，Inorg.Chimica Acta 9l213(1984)和Moi等，J.Amer.Chem.Soc.1106266(1988)描述了使用光氣或硫光氣方法通過形成異氰酸或異硫氰酸部分，分別將螯合劑連接至含有胺基團的蛋白質上的方法。也可參見Desreux，Inorg.Chem.191319(1980)；Bryden等，Anal.Chem.531418(1981)；Delgardo等，Talanta 29815(1982)；Cacheris等，Inorg.Chem.26958(1987)；Moi等，Inorg.Chem.263458(1987)和Meares等，Acc.Chem.Res.17202(1984)。
雖然螯合劑以此方式結合在其上的骨架可以全部形成，即可含有R1(X1R2)m部分，但另一種方式也是優選的方式是可將螯合劑片段結合至先形成的聚合物骨架R1上。這形成了本發明的主要特征。于是，在聚合物骨架上的每個連接位點可載多個螯合劑基團。此外，如果多螯合劑片段已經金屬化，則能使最后的多螯合劑達到最佳的金屬化，否則不在分子周圍的螯合劑基團不會有效地金屬化。
雖然對本發明的化合物來說，優選的是其中X1可代射裂解的，但先形成的多螯合劑亞單元的結合，為其它多螯合劑，特別是那些X2(而不X1)是可裂解的，提供了一種合成方法，同時這些新的化合物也形成了本發明的一個目的。
因此，本發明進一步目的是提供制備式II多螯合劑(其中在每個基團L和R1之間，間隔X1和X2的這些部分中至少一個是可代謝裂解的)的方法，所述方法包括將式V的化合物R1X7m(V)與式VI的多螯合劑片段分子結合X8R2((X2)pL)n(VI)(其中X7和X8含有可結合形成基團X1的反應性基團)。
式VI的多螯合劑片段本身是新的，它們、它們的螯合物或它們的鹽也構成了本發明進一步的目的。
特別優選的是，使用金屬化的式VI的多螯合劑片段實施本發明的方法。在這些化合物中，螯合的金屬已經被大環螯合劑牢固結合，這樣最終的多螯合劑可得到最佳的金屬載量。
然而，在形成多螯合劑或其雙官能團多螯合劑衍生物之后，該螯合劑部分當然是可金屬化或金屬轉移，這樣的金屬化作用或金屬轉移作用構成了本發明進一步的目的。
本發明的多螯合劑片段化合物的制備方法是通過單螯合劑與連接分子反應，如果需要，接著可活化或引入活性基團X8，由此該螯合劑片段按照適當的方式連接至聚合物骨架。
多螯合劑片段可以是二聚物、三聚物或較高的齊聚物，但在本發明的一個優選的實施方案中它們是基于低代的，即零至六代的樹狀聚合物多螯合劑，例如描述于國際專利申請PCT/EP92/02308樹狀聚合物多螯合劑。
使用這樣的樹狀聚合物的多螯合劑片段分子可制備聚(樹狀聚合物多螯合劑)。這方法是通過將樹狀聚合物與雙官能團連接劑反應制備單衍生的樹狀聚合物，然后將其接上單螯合劑基團以制備多螯合劑片段分子。此樹狀聚合物多螯合劑片段分子可結合到線型或帶支鏈的聚合物，但優選結合到樹狀聚合物骨架。
或者，多螯合劑片段本身可聚合制備線型或帶支鏈的聚(多螯合劑)分子。這樣的聚(多螯合劑)構成了本發明的進一步目的。如果它們加入可代謝裂解的連接劑部分，就在裂解時釋放40000D亞片段，同樣其螯合物及鹽以及相應的雙官能團多螯合劑也如此。
這樣的可代謝裂解連接劑部分在幾個多螯合劑片段之間或其內，優選在這樣的兩個位置上，即這些片段攜帶多于4個大環螯合劑部分的位置，例如它們是樹狀聚合物時，這樣的聚(多螯合劑)可由式VII表示[R2((X2)pL)n)X1q]m(VII)其中R2、L、p、n和m定義如式II，q是正整數，優選1、2或3，X1是連接兩個R2基團的連接劑部分，X2是連接劑部分，且X1和/或X2可代謝裂解，裂解產物分子量低于40000D，優選低于30000D，特別優選低于20000D。
這樣，例如當多螯合劑片段是由Tomalia等(如上)描述的G3.0聚胺星芒樹枝狀聚合物類型時，在22或其24胺末端載有GdDO3A基團，然后只要4個這樣片段連接在一起就能制備可行的血池成像試劑。
由另一方面看，因此本發明也提供了式VIII的多螯合劑化合物(R1)p[R2((X2)pL)nX1q]m(VIII)(其中每個p是0或1；n和m每個都是至少為2的正整數，并且L部分總數至少為20；q是正整數，如1至100；X1和如果存在的X2為可裂解代謝的部分，每個X1用于將R2((X2)pL)n部分連接至R1部分或至其它R2((X2)p)n部分；每個L是大環螯合劑部分；如果存在的R1是線型或帶支鏈聚合物部分；且每個R2是線型或支鏈型骨架部分；此化合物的未金屬化形式的分子量為至少30000D，X1代謝裂解所得的片段及如果存在的X2部分的分子量，以其未金屬化形式計為低于30000D)及其帶有位點定向分子的螯合物、鹽和共軛物。
適于制備本發明的多螯合劑和多螯合劑片段分子的反應過程的例子包括如下幾種方案(A) (其中X9＝NCS，NCO，NHCOCH2Cl ＝骨架，如亞烷基鏈N*H2＝保護的胺 ＝N-連接的GdDO3A殘基(B) (其中z＝0 to 4和A＝NO2，(CH2)2COOH，NH2或OH)(C) (D) (其中Lv＝OTs、OMs，Br.等和 R″＝O，CONH，NHCO，等)(E) (其中 表示在4，7和10位上的氮被保護的1，4，7，10-四氮雜環十二烷)(F) (I) (其中SSS＝固體載體，如Merrifield樹脂X10＝SSS連接位點，X11＝X10裂解殘基活化的GdDO3A＝如環上NH被如CH2CONHCH2CH2NCS或 取代的GdDO3A)在上述方案中， -表示載釓的DO3A殘基。但是，它也可表示任何其它載或未載金屬的連接在環雜原子或環碳原子上的大環螯合劑殘基。在使用未金屬化螯合劑部分的情況下，金屬化作用可在制備多螯合劑片段分子的中間階段、在多螯合劑片段分子制備后、或者甚至在整個多螯合劑制備后發生。
在方案I的方法中，多螯合劑片段在固體底物上構成。使用類似于Stewart和Youg在“Solid State Peptide Synsthesis”，2nd Edition，1984，Pierce Chemical中描述的方法可實現此目的。
在方案G、H和I中，多螯合劑片段為樹狀聚合物的多螯合劑，優選的是這些物質的未金屬化形態的分子量為5至25kD，并且由此構成的聚(多螯合劑)應含有3至10，優選3至6個這樣的片段。
除上述方法外，也可使用將樹狀聚合物的多螯合劑片段連接在一起的其它方法。在這方面，應注意torchilin等，Critical Reviews in Threapeutic Drug GarrierSystems 7275-308(1991)、US-A-4737550(Tomalia等)和Brinkley，Bioconjugae Chem 32-13(1991)討論的技術。
本發明的化合物可與常規藥物或獸藥輔劑配制，如乳化劑、脂肪酸酯、凝膠劑、穩定劑、抗氧劑、滲透壓調節劑、緩沖液、pH調節劑等，并可以制成適于腸胃外或腸內給藥的形式，如注射或輸液，或對具有外部流出導管的體腔如胃腸道、膀胱或子宮直接給藥。故本發明的化合物可以制成常規的藥物劑型如片劑、膠囊、散劑、溶液、懸浮液、分散液、糖漿劑、栓劑等；但是，一般優選在生理可接受載體介質(如注射用水)中的溶液、懸浮液或分散液。
因此，可用本技術領域完全已知的方式，使用生理可接受的載體或賦形劑將本發明的化合物配制成藥用的形式。例如，這些化合物，任選加入藥用賦形劑，可懸浮或溶解于水介質中，然后將所得溶液或懸浮液滅菌。適當的添加劑包括，例如，生理上生物相溶的緩沖液(如鹽酸三羥甲基氨基甲烷)添加(如0.01至10摩爾百分比)螯合劑(如DTPA、DTPA-雙酰胺或未復合的放大劑多螯合劑)或鈣螯合復合物(如DTPA鈣、CaNaDTPA-雙酰胺、鈣-放大劑多螯合劑或放大劑多螯合劑的CaNa鹽)或者任選添加(如1至50摩爾百分比)鈣或鈉鹽(如合并有放大劑配位體的金屬螯合復合物的氯化鈣、抗壞血酸鈣、葡糖酸鈣或乳酸鈣等)。
如果將化合物配制成懸浮液形式，如在水或生理鹽水中的口服制劑，少量的可溶性螯合物可與一種或多種通常存在于口服溶液中的無活性成分和/或表面活性劑和/或調味用芳香劑混合。
對于體內一些部位的MR和X光成像，使用作為造影劑的金屬螯合物最優選的給藥方式是腸胃外給藥，如靜脈注射。腸胃外給藥劑型，如靜脈注射液，應滅菌并除去生理上不可接受的試劑，并應具有低滲透性使刺激或其它用藥副作用最小，因此造影介質應優選等滲或輕微高滲的。適當的載體包括常用于腸胃外給藥溶液的水性載體如氯化鈉注射液、Ringer氏注射液、右旋糖注射液、右旋糖和氯化鈉注射液、乳酸化Ringer氏注射液及其它溶液，如描述于Remington＇s PharmaceuticalSciences，15th ed.，EastonMack Publishing Co.，pp.1405-1412及1461-1487(1975)和The National Formulary XIV，14th ed.WashingtonAmerican PharmaceuticalAssociation(1975)。這些溶液中可含有防腐劑、抗菌劑、常用于腸胃外給藥溶液的緩沖劑及抗氧劑、賦形劑及與螯合物相溶并不干擾產品制備、儲存或使用的其它添加劑。
本發明進一步提供了一種增強圖像用或治療用組合物，它含有本發明多螯合劑的金屬螯合物或其鹽以及至少一種藥物載體或賦形劑。
本發明再進一步提供了本發明多螯合劑或其螯合物或鹽在制備增強圖像造影介質或治療用組合物中的應用。
本發明又進一步提供了人或非人動物、特別是哺乳動物體產生圖像的方法，該方法包括給所述身體使用可增強圖像量的本發明多螯合物或其鹽，并隨后至少在所述身體的某部分產生圖像，如MR、X光、超聲或閃爍掃描術圖像。
本發明還進一步提供了對人體或動物體進行放療的方法，所說該方法包括給所述的身體使用治療有效量的本發明多螯合劑的放射性活性金屬螯合物。
本發明還進一步提供了一種解毒組合物，其中含有本發明的一種多螯合劑或其含有生理耐受的相反離子的弱螯合復合物或鹽、以及一種藥物載體或賦形劑。
本發明最后進一步提供了金屬解毒的方法，包括給人或非人動物使用解毒劑量的本發明多螯合劑或其含有生理耐受的相反離子的弱螯合復合物或鹽。
權利要求
1.式I的化合物、其金屬螯合物或鹽R1(X1R2((X2)pL)n)m(I)其中X1是連接劑部分，可代謝裂解釋放R1X3m和X4R2((X2)pL)n片段，該片段中X3和X4為X1的裂解殘基，R1X3m是生物耐受的聚合物，X4R2((X2)pL)n是分子量低于40000D的多螯合劑片段；p是0或1；X2，如果存在，是連接劑部分，代謝裂解釋放單螯合劑片段；每個L是一個大環螯合劑部分，其中大環骨架優選9至25元環；R2((X2)p)n是直鏈或支鏈骨架部分；每個n是至少為2的整數，每個m是至少為2的整數，這樣在式I多螯合劑中L基團的總數至少為20；式I化合物的分子量至少為30000D。
2.權利要求1所要求的化合物，其裂解片段R1X3m是單分散聚合物，分子量低于40kD。
3.權利要求1或權利要求2所要求的化合物，其裂解片段X4R2((X2)pL)n的分子量低于30kD。
4.權利要求3所要求的化合物，其裂解片段X4R2((X2)pL)n是單分散的。
5.權利要求1至4中任意一項所要求的化合物，其裂解片段R1X3m是第一至第六代樹狀聚合物。
6.權利要求1至5中任意一項所要求的化合物，其分子量為50至150kD。
7.式II的化合物、其金屬螯合物或鹽或相應的雙官能團多螯合劑R1(X1R2((X2)pL)n)m(II)其中R1、R2、L、p、n和m定義如權利要求1，且X1和X2為連接劑部分，條件是在每個L和R1間，連接用X2和X1部分的至少一個是可代謝裂解的。
8.下式的多螯合劑片段X5R2((X2)pL)n其中R2、X2、p、L、n定義如權利要求1且X5是為所述片段化合物提供共價結合位點的官能團。
9.權利要求8中所要求的式(A)至(G)的一種化合物 其中- 是氮連接的大環螯合劑且(G)是 -封端的樹狀聚合物。
10.式VII的聚合物的多螯合劑化合物[R2(X2)pL)n)X1q]m(VII)其中R2、L、p、n和m定義如權利要求7中式II，q是正整數，X1是連接兩個R2基團的連接部分，X2是連接劑部分，且X1和/或X2可代謝裂解，裂解產物分子量低于40000D。
11.式VIII的多螯合劑化合物、其帶有位點定向分子的螯合物、鹽或共軛物(R1)p[R2(X2)pL)n)X1q]m(VIII)其中每個p是0或1；n和m每個都是至少為2的正整數并且L部分總數至少為20；q是正整數，X1和存在的X2為可代謝裂解的部分，每個X1用于將R2((X2)pL)n部分連接至R1部分或至別的R2((X2)p)n部分；每個L是大環螯合劑部分；存在的R1是線型或支鏈的聚合物部分；且每個R2是線型或支鏈型骨架部分；此化合物的未金屬化形式的分子量為至少30000D，X1及存在的X2部分代謝裂解所得的片段的分子量以其未金屬化形式計低于30000D。
12.權利要求1至11這任意一項所要求的化合物，其中含有金屬化的螯合劑L部分。
13.權利要求12所要求的化合物，其中所述螯合劑部分是用順磁金屬或重金屬離子或用放射性核素金屬化的。
14.權利要求13所要求的化合物，其中所述螯合劑部分是用順磁鑭系金屬離子金屬化的。
15.結合至生物分布的修飾劑上的權利要求1至14中任意一項所要求的化合物。
16.含有權利要求1至15中任意一項所要求的化合物和至少一種生理上可耐受載體或賦形劑的藥物組合物。
17.制備權利要求1至15中任意一項所要求的螯合劑化合物的螯合物的方法，該方法包括將其中的螯合劑基團L進行金屬化。
18.制備權利要求1所要求化合物的方法，所述方法包括在多官能團骨架化合物上結合多個如權利要求8所定義的螯合劑片段化合物，其視情況可以是金屬化的形式。
19.人或非人動物體成像的方法，該方法包括給所述身體使用增強圖像劑量的權利要求1所述化合物的多螯合物或其鹽，并此后在所述身體的至少一部分產生圖像。
20.人或動物體放射治療的方法，所述方法包括給所述身體使用治療有效量的權利要求1所述化合物的放射活性金屬螯合物。
21.金屬解毒的方法，其中包括給人或非人動物使用解毒劑量的權利要求1所述的多螯合劑化合物或其含有生理上耐受的相反離子的弱螯合復合物或鹽。
22.權利要求1所要求的多螯合劑化合物或其螯合物或鹽在制備增強圖像用的造影介質或治療用組合物中的應用。
全文摘要
本發明提供了多螯合劑化合物，它們用于如診斷成像過程并可在體內降解釋放可排泄的片段。這樣的化合物就是式(I)R
文檔編號C09K3/00GK1139882SQ95191470
公開日1997年1月8日 申請日期1995年3月3日 優先權日1994年3月4日
發明者勞倫斯·馬杰魯姆, 瓊·卡瓦爾霍, 馬莎·加里蒂, 杰里·D·費爾曼 申請人:耐克麥德瑟魯塔公司