生產超極化的氨基酸和氨基磺酸的方法

專利名稱：生產超極化的氨基酸和氨基磺酸的方法
生產超極化的氨基酸和氨基磺酸的方法本發明涉及用于生產超極化的氨基酸和氨基磺酸的動態核極化(DNP)方法，和用 于該方法中的組合物。磁共振(MR)成像(MRI)是已經變成對醫師特別有吸引力的技術，因為可以以非侵 入方式獲得患者身體或其部分的圖像，且不需要將患者和醫務人員暴露于潛在有害的輻射 例如X射線。因為它的高質量圖像和良好空間和時間分辨力，MRI是用于使軟組織和器官 成像的良好成像技術。可以使用或不使用MR造影劑進行MRI。但是，對比度提高的MRI通常能檢測許多 更小的組織變化，這使它成為用于檢測早期組織變化(例如，小腫瘤或轉移灶)的有力工具。幾類造影劑已經用于MRI。水溶性的順磁金屬螯合物，例如釓螯合物如 OmniscanTM (GE Healthcare)，是廣泛使用的MR造影劑。因為它們的低分子量，當施用進脈 管系統時，它們迅速分布進細胞外間隙(即血液和間質)。它們也相對迅速地從身體清除。另一方面，血池MR造影劑，例如超順磁的氧化鐵顆粒，在脈管系統內長時間停留。 已經證實它們對于增強肝中的對比度和檢測毛細管通透性異常(例如腫瘤中“有漏隙的” 毛細管壁，它們是腫瘤血管發生的結果)是非常有用的。盡管前述造影劑具有無可爭議的優良性質，它們的使用不是沒有任何風險。雖然 順磁金屬螯合物通常具有高穩定性常數，有毒的金屬離子可能在施用后釋放在體內。此外， 這些類型的造影劑顯示出較差的特異性。W0-A-99/35508公開了使用超極化的高T1試劑溶液作為MRI造影劑對患者進行MR 研究的方法。術語“超極化”是指增強高T1試劑中存在的NMR活性核(即具有非零核自旋的 核，優選13C-或15N-核)的核極化。增強NMR活性核的核極化后，這些核的激發的和基礎的 核自旋狀態之間的群體差異顯著提高，由此使MR信號強度放大數百或更高的因子。當使用 超極化的13C-和/或15N-富集的高T1試劑時，基本上不存在來自背景信號的干擾，因為13C 和/或15N的天然豐度是可忽略的，因而圖像對比度有利地提高。常規MRI造影劑和這些超 極化的高T1試劑之間的主要差異是，在前者中，對比度的變化是通過影響水質子在體內的 弛豫時間來實現，而后一類試劑可以視作非放射性示蹤劑，因為得到的信號僅僅源自試劑。在W0-A-99/35508中公開了許多種可能用作MR成像劑的高T1試劑，包括非內源 性的和內源性的化合物。作為后者的實例，可以提及正常代謝循環中的中間體，據稱它們優 選地用于對代謝活性成像。通過體內代謝活性成像，可以得到組織的代謝狀態的信息，所述 信息可以例如用于辨別健康的和患病的組織。例如丙酮酸鹽是在檸檬酸循環中起作用的化合物，超極化的13C-丙酮酸鹽向它的 代謝產物超極化的13C-乳酸鹽、超極化的13C-碳酸氫鹽和超極化的13C-丙氨酸的轉化，可以 用于人體中的代謝過程的體內MR研究。超極化的13C-丙酮酸鹽向它的代謝產物超極化的13C-乳酸鹽、超極化的13C-碳酸 氫鹽和超極化的13C-丙氨酸的代謝轉化，可以用于人體中的代謝過程的體內MR研究，因為 已經發現所述轉化快得足以實現來自母體化合物(即超極化的13C1-丙酮酸鹽)和它的代謝產物的信號檢測。丙氨酸、碳酸氫鹽和乳酸鹽的量依賴于要研究的組織的代謝狀態。超 極化的13C-乳酸鹽、超極化的13C-碳酸氫鹽和超極化的13C-丙氨酸的MR信號強度與這些化 合物的量和在檢測時剩余的極化程度有關，因此通過監視超極化的13C-丙酮酸鹽向超極化 的W13C-乳酸鹽、超極化的13C-碳酸氫鹽和超極化的13C-丙氨酸的轉化，可能使用非侵入的 磁共振成像和/或磁共振波譜分析，體內地研究人或非人動物體內的代謝過程。從不同丙酮酸鹽代謝產物產生的MR信號振幅隨組織類型而異。由丙氨酸、乳酸 鹽、碳酸氫鹽和丙酮酸鹽形成的獨特代謝峰圖案，可以用作檢查的組織的代謝狀態的指紋。超極化的13C-丙酮酸鹽可以例如用作MR成像劑，用于通過MR成像評估心肌組織 的活力(在W0-A-2006/054903中詳述)和用于體內腫瘤成像(在W0-A-2006/011810中詳 述)ο但是，適合作為體內成像劑的超極化的13C-丙酮酸鹽的生產面臨挑戰。超極化的 13C-丙酮酸鹽優選地通過13C-丙酮酸或13C-丙酮酸鹽的動態核極化(DNP)來得到，這詳細 描述在W0-A1-2006/011809中，它通過參考引用并入本文。13C-丙酮酸的應用，簡化了極化過程，因為它在冷凍/冷卻后不結晶(結晶導致低 動態核極化或根本不極化)。結果不需要溶劑和/或玻璃形成體來制備用于DNP過程的組 合物，因而可以使用高濃度的13C-丙酮酸樣品。但是，由于它的低pH，需要使用在強酸中穩 定的DNP試劑。此外，極化成超極化的13C-丙酮酸鹽后，需要用強堿溶解和轉化固態超極化 的13C-丙酮酸。強丙酮酸和強堿都需要小心選擇材料(例如溶解介質容器，試管，等)、接 觸的化合物。或者，13C-丙酮酸鹽可以用于DNP過程。不幸地，13C-丙酮酸鈉在冷凍/冷卻后結 晶，這使得加入玻璃形成體成為必要。如果要將超極化的13C-丙酮酸鹽用作體內成像劑，含 有丙酮酸鹽和玻璃形成體的組合物中的丙酮酸鹽濃度不利地低。另外，對于體內應用，也可 能需要去除玻璃形成體。因而，優選的可以用于DNP的鹽是，包含來自下述的無機陽離子的那些13C-丙酮酸 鹽:NH4+, K+，Rb+，Cs+，Ca2+，Sr2+ 和 Ba2+，優選 NH4+，K+，Rb+ 或 Cs+、更優選 K+，Rb+，Cs+ 和最優 選Cs+，這詳細描述在PCT/N007/00109。這些鹽中的大多數不是可商業獲得的，需要分別合 成。此外，如果將超極化的13C-丙酮酸鹽用于體內MR成像，優選地用生理上耐受非常好的 陽離子如Na+或葡甲胺交換來自下述的無機陽離子NH4+，K+，Rb+，Cs+, Ca2+, Sr2+和Ba2+。因 此，在溶解固態超極化的13C-丙酮酸鹽后，需要一個額外的步驟，在這期間極化會衰退。其它優選的鹽是有機胺或氨基化合物的13C-丙酮酸鹽，優選TRIS-13C1-丙酮酸鹽 或葡甲胺-13C1-丙酮酸鹽，這詳細描述在W0-A-2007/069909。這些鹽也需要分別合成。因此，需要替代性的超極化的成像劑，其可以用于獲得關于代謝活性的信息。在蛋白代謝中，蛋白背蛋白酶分解成它們的組分氨基酸。這些氨基酸進入細胞，并 通過進入檸檬酸循環，成為能量的來源。此外，氨基酸在體內的幾個代謝途徑中用于生物合 成其它(非標準的)氨基酸，例如鳥氨酸循環中的瓜氨酸等氨基酸，或其它各種其它化合 物，例如從酪氨酸生物合成兒茶酚胺，從色氨酸生物合成煙酸等維生素，或從甘氨酸生物合 成卟啉。因此，氨基酸是重要的代謝標志物，超極化的氨基酸可以是用于得到關于代謝活性 的信息的試劑。我們現在已經發現了通過動態核極化(DNP)生產超極化的氨基酸的方法。利用所述方法，可以得到高濃度的超極化的氨基酸樣品。這是重要的，因為超極化的氨基酸要用作 用于體內MR檢測(例如MR成像或磁共振波譜分析或MR波譜成像)的試劑，所述氨基酸需 要在高濃度施用給患者，即在極化過程中必須使用高度濃縮的樣品。此外，通過本發明的方 法得到的氨基酸是高度極化的，即表現出高水平的極化。必須強調，由于弛豫和給患者身體施用后稀釋，超極化的成像劑的信號會衰退。因 此，極化水平越高，當它到達患者體內的靶位時從試劑得到的MR信號越高。因而，在第一個方面，本發明提供了生產超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或 其混合物的方法，該方法包含a)制備包含樣品、DNP試劑和任選地順磁金屬離子的溶液，其中所述樣品是氨基 酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺酸鹽或其混合物；b)冷凍該溶液；C)對冷凍溶液進行動態核極化，得到包含超極化樣品的冷凍溶液；和d)任選地液化和中和在步驟C)中得到的冷凍溶液。通過本發明的方法得到的超極化的氨基酸和/或氨基磺酸可以用于MR-檢測方 法。術語“MR檢測”是指體外和體內MR檢測，表示體外固態或液態N磁共振波譜分析，磁共 振成像或磁共振波譜分析或組合的磁共振成像和磁共振波譜分析，即MR波譜成像。該術語 另外表示在不同時間點的MR波譜成像。術語“超極化的”和“極化的”在下文中互換地使用，表示超過0. 1 %、更優選超過 和最優選超過10%的核極化水平。極化水平可以例如通過冷凍的超極化樣品中的NMR核的固態NMR測量來測定。例 如，如果超極化樣品中的NMR活性核是13C,進行固態13C-NMR測量。固態13C-NMR測量優選 地包含使用低翻轉角單脈沖獲取NMR序列。將13C-NMR波譜中超極化樣品的信號強度與在 DNP極化過程之前獲取的13C-NMR波譜中樣品的信號強度相對比。然后，從極化之前和之后 的信號強度比計算極化水平。以類似的方式，通過液態超極化樣品中NMR活性核的液態NMR測量，可以測定液態 超極化樣品的極化水平。再將液態超極化樣品的信號強度與極化之前液態樣品的信號強度 相對比。然后，從極化之前和之后的信號強度比計算極化水平。術語“樣品”表示氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺 酸鹽或其混合物。術語“氨基酸”在本發明的上下文中表示包含至少一個氨基和至少一個羧基的化 學個體。所述至少一個氨基可以是伯氨基、仲氨基或叔氨基。根據本發明的氨基酸的一個 實例是包含一個氨基和一個羧基的化學個體。在一個實施方案中，所述一個氨基和所述一 個羧基結合在同一個碳原子上，實例是α-氨基酸如標準的或蛋白源性的(proteogenic) 氨基酸，例如丙氨酸，甘氨酸，亮氨酸，蛋氨酸或半胱氨酸。D-和L-異構體都可以用于本發 明的方法中。該實施方案的其它實例是非標準的氨基酸如肌氨酸(N-甲基甘氨酸)，高半胱 氨酸或甜菜堿(三甲基甘氨酸)。在另一個實施方案中，所述一個氨基和所述一個羧基結合 在不同碳原子上，該實施方案的實例是GABA(y-氨基丁酸)或氨基乙酰丙酸。在另一個實 施方案中，在本發明的方法中使用的氨基酸包含超過一個氨基和/或超過一個羧基。實例 是精氨酸，賴氨酸，天冬酰胺，鳥氨酸，谷氨酰胺，瓜氨酸，肌酸，谷氨酸，天冬氨酸或精氨基琥珀酸。術語“氨基磺酸”在本發明的上下文中表示包含至少一個氨基和至少一個磺基 (即-S(O)2OH基團)的化學個體。所述至少一個氨基可以是伯氨基、仲氨基或叔氨基。氨 基磺酸的實例是1-哌啶磺酸，N-(2-乙酰胺基)-2-氨基乙烷磺酸，1,4-哌嗪-雙乙烷磺 酸，3-(N-嗎啉代)丙烷磺酸，2-(N-嗎啉代)乙烷磺酸或牛磺酸(2-氨基乙烷磺酸)。術語“氨基酸的銨鹽”和“氨基磺酸的銨鹽”表示包含氨基酸的銨離子或氨基磺酸 的銨離子作為陽離子的鹽。例如，如果使用本發明的方法來生產超極化的丙氨酸，在步驟a) 中可以制備包含丙氨酸的銨鹽的溶液，其中所述銨鹽包含丙氨酸f翁(alaninium)作為陽離 子，即H3N+-C(CH3) (H)-COOH。此外，例如，如果使用本發明的方法來生產超極化的牛磺酸， 在步驟a)中可以制備包含牛磺酸的銨鹽的溶液，其中所述銨鹽包含牛磺酸f翁(taurinium) 作為陽離子，即 H3N+-CH2-CH2-S (O)2-OH。術語“氨基酸的羧酸鹽”表示包含所述氨基酸的羧酸鹽作為陰離子的鹽。術語“氨 基磺酸的磺酸鹽”表示包含所述氨基磺酸的磺酸鹽作為陰離子的鹽。例如，如果使用本發明 的方法來生產超極化的丙氨酸，即2-氨基丙酸，在步驟a)中可以制備包含丙氨酸的羧酸鹽 的溶液，其中所述羧酸鹽包含2-氨基丙酸鹽作為陰離子。例如，如果使用本發明的方法來 生產超極化的牛磺酸，即2-氨基乙烷磺酸，在步驟a)中可以制備包含牛磺酸的磺酸鹽的溶 液，其中所述磺酸鹽包含2-氨基乙烷磺酸鹽作為陰離子。盡管以單數形式書寫，術語“氨基酸的銨鹽”、“氨基磺酸的銨鹽”、“氨基酸的羧酸 鹽”和“氨基磺酸的磺酸鹽”表示單一化學個體或幾種不同的化學個體。因而，單一化學個 體是例如某種氨基酸的銨鹽或羧酸鹽或某種氨基磺酸的銨鹽或磺酸鹽。幾種不同的化學個 體是例如幾種不同氨基酸的銨鹽或羧酸鹽或幾種不同氨基磺酸的銨鹽或磺酸鹽。在下面的 段落中用氨基酸對此加以解釋，但是同樣適用于氨基磺酸。因而，作為一個實例，丙氨酸是某種氨基酸，本發明的方法可以用于生產超極化的 丙氨酸，其中在步驟a)中制備包含丙氨酸的銨鹽或丙氨酸的羧酸鹽的溶液。某種氨基酸的 另一個實例是GABA，本發明的方法可以用于生產超極化的GABA，其中在步驟a)中制備包含 GABA的銨鹽或GABA的羧酸鹽的溶液。此外，作為一個實例，丙氨酸和GABA是幾種不同的氨 基酸，本發明的方法可以用于生產超極化的丙氨酸和超極化的GABA的混合物，其中在步驟 a)中制備包含GABA的銨鹽和丙氨酸的銨鹽或GABA的羧酸鹽和丙氨酸的羧酸鹽的溶液。與上面提供的定義相一致，術語“或其混合物”表示某種氨基酸或幾種不同氨基酸 的銨鹽或羧酸鹽和某種氨基磺酸或幾種不同氨基磺酸的銨鹽或磺酸鹽的混合物。在下面的 段落中對此加以解釋。混合物在本發明的上下文中是例如下述的i)丙氨酸的銨鹽和牛磺酸的銨鹽的混合物ii)丙氨酸的銨鹽和GABA的銨鹽和牛磺酸的銨鹽和1-哌啶磺酸的銨鹽的混合物iii)丙氨酸的羧酸鹽和牛磺酸的磺酸鹽的混合物iv)丙氨酸的羧酸鹽和GABA的羧酸鹽和牛磺酸的磺酸鹽和1_哌啶磺酸的磺酸鹽 的混合物ν)丙氨酸的銨鹽和牛磺酸的磺酸鹽的混合物vi)丙氨酸的羧酸鹽和牛磺酸的銨鹽的混合物
vii)丙氨酸的銨鹽和GABA的羧酸鹽和牛磺酸的銨鹽和1_哌啶磺酸的磺酸鹽的混 合物viii)丙氨酸的羧酸鹽和GABA的銨鹽和牛磺酸的磺酸鹽和1_哌啶磺酸的銨鹽的 混合物。在一個優選的實施方案中，本發明的方法用于生產一種超極化的氨基酸或幾種超 極化的氨基酸的混合物或一種超極化的氨基磺酸或幾種超極化的氨基磺酸的混合物。在一個更優選的實施方案中，本發明的方法用于生產超極化的氨基酸或超極化的
氨基磺酸。優選地，本發明的方法用于生產超極化的氨基酸、更優選超極化的α _氨基酸。在本發明的方法中使用的氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽是可商業獲得的化合 物，例如許多α-氨基酸可商業獲得它們的HCl-或HBr-鹽。或者，在本發明的方法中使用 的氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽通常可以通過使氨基酸或氨基磺酸與酸反應來得到。原 則上，具有比氨基酸中的羧基或氨基磺酸中的磺基更低的PKa的任意酸，都可以用于將這 些化合物轉化成它們的銨鹽。如果用于得到這些銨鹽的酸的反荷離子較大和/或是親脂 的，可能妨礙氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽的溶解度。優選的酸是強酸，更優選強無機酸 如鹽酸(HC1)，氫溴酸(HBr)，氫碘酸(HI)或硫酸(H2SO4)15最優選的酸是HC1，因為它廉價 且容易獲得。通過使氨基酸或氨基磺酸與HCl反應，得到氯化銨，其優選用于體內MR，因為 人或非人動物體對氯化物的耐受性較好。但是，如果為了某種原因使用耐受性不太好的陰 離子，可以在本發明方法的步驟d)之后或同時，通過本領域已知的方法，例如使用陰離子 交換柱，用生理上耐受性較好的陰離子如氯化物交換所述陰離子。一種這樣的原因是，使用 用于制備銨鹽的特定酸，可以得到具有更高的濃度和/或更高的極化水平的樣品。作為使 用氫碘酸的一個實例，可以得到非常高濃度的樣品，但是當考慮生理耐受性時，碘化物不是 優選的陰離子。因此，可以用具有更好生理耐受性的陰離子例如氯化物交換所述碘化物。在本發明的方法中，如果氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽不是可商業獲得的化合 物，可以制備并分離它，或原位制備且不分離得到的銨鹽。在制備步驟a)的溶液之前分離 銨鹽的優點是，可以表征分離的鹽，且可以確定多少氨基酸/氨基磺酸實際上轉化成銨鹽。 此外，如果使用制備銨鹽以外的其它溶劑來制備步驟a)的溶液，優選地也分離銨鹽。在本發明的方法中使用的氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽通常可以通過使 氨基酸或氨基磺酸與堿反應來得到。原則上，堿性比所述氨基酸或氨基磺酸中的氨基更強 的任意堿可以用于將這些化合物轉化成它們各自的羧酸鹽和磺酸鹽。如果用于得到這些 羧酸鹽或磺酸鹽的酸的反荷離子較大和/或是親脂的，也可能妨礙羧酸鹽或磺酸鹽的溶解 度。優選的堿是無機堿，更優選堿金屬或堿土金屬氫氧化物的水溶液，如氫氧化鈉(NaOH)、 氫氧化鉀(KOH)、氫氧化銫(CsOH)、氫氧化鈣(Ca(OH)2)或氫氧化鍶(Sr(OH)2)的水溶液。 最優選的堿是NaOH，因為它廉價且容易得到。通過使氨基酸或氨基磺酸與NaOH反應，得到 羧酸鈉或磺酸鈉，它們優選地用于體內MR，因為人或非人動物體對鈉離子的耐受性非常好。 但是，如果為了某種原因使用耐受性不太好的陽離子，可以在本發明方法的步驟d)之后或 同時，通過本領域已知的方法，例如使用陽離子交換柱，用生理上耐受性非常好的陽離子如 Na+或葡甲胺陽離子交換所述陽離子。一種這樣的原因是，使用用于制備羧酸鹽或磺酸鹽的 特殊堿，可以得到更高濃度的樣品和/或更高的極化水平。
在本發明的方法中，可以制備并分離氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽，或原 位制備且不分離得到的羧酸鹽/磺酸鹽。在制備步驟a)的溶液之前分離鹽的優點是，可以 表征分離的鹽，且可以確定多少氨基酸/氨基磺酸實際上轉化成羧酸鹽/磺酸鹽。此外，如 果使用制備羧酸鹽/磺酸鹽以外的其它溶劑來制備步驟a)的溶液，優選地也分離羧酸鹽/ 磺酸鹽。在本發明的方法中使用的氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽和氨 基磺酸的磺酸鹽可以在MR活性核(如13C和/或15N)中同位素地富集或不如此。如果通過 本發明的方法得到的超極化的氨基酸或氨基磺酸是用于體內MR，MR活性核同位素富集是 優選的。在本發明的方法中使用的氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽和氨 基磺酸的磺酸鹽可以僅在該分子中的一個位置同位素地富集，優選富集度為至少10%、更 合適地至少25%、更優選至少75%和最優選至少90%。理想地，富集度為100%。優選地，所述氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽和氨基磺酸的磺酸 鹽是13C和/或15N-富集的。同位素富集的最佳位置依賴于NMR活性核的弛豫時間。優選地，在本發明的方 法中使用的氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽和氨基磺酸的磺酸鹽是在具 有長T1弛豫時間的位置同位素地富集。對于13C-富集，這樣的位置是羧基-C-原子、羰 基-C-原子或季C-原子，羧基-C-原子是優選的。對于15N-富集，這樣的位置優選不直接 偶聯質子，因此叔胺是優選的。同位素富集可以例如通過化學合成或生物標記來實現，兩種方法都是本領域已知 的，根據要同位素地富集的特定磺酸鹽，可以選擇適當的方法。在本發明的方法中使用銨鹽(在下文中也稱作酸性制品)還是羧酸鹽/磺酸鹽 (在下文中也稱作堿性制品)取決于幾個因素。顯然，如果要極化的氨基酸或氨基磺酸不能耐受酸性(堿性)條件，例如在這樣的 條件下化學不穩定，堿性(酸性)制品是選項。對于α-氨基酸，在pH大于7的溶液(即堿性溶液)中觀察到高弛豫率和因此喪 失極化。因而，如果α-氨基酸的堿性制品用于DNP，需要小心地進行固態超極化的α-氨基 酸的液化，以避免喪失極化。這意味著，堿性制品需要在液化后迅速中和，或同時中和/液 化。但是我們觀察到，堿性制品通常更容易制備和處理，例如在冷凍前處理。在影響極化的 α-氨基酸的弛豫率方面，酸性制品不太關鍵，這樣的酸性制品可以在液化后的任意時間進 行PH調節。如上所述，本發明的方法是通過動態核極化(DNP)生產超極化的氨基酸或氨基磺 酸的方法。在DNP中，要極化的化合物中MR活性核的極化受到極化劑或所謂的DNP試劑 (包含未成對電子的化合物)的影響。在DNP過程中，提供能量，通常以微波輻射的形式，它 最初激發DNP試劑。衰退到基礎狀態后，極化從DNP試劑的未成對電子轉移至要極化的化合 物的NMR活性核，例如樣品中的NMR活性核如13C和/或15N核，即氨基酸的銨鹽、氨基磺酸 的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽和氨基磺酸的磺酸鹽。通常，在DNP過程中使用中等或高磁場和非 常低的溫度，例如通過在液態氦和約IT或以上的磁場中進行DNP過程。或者，可以采用中等 磁場和能夠實現充分的極化增強的任意溫度。DNP技術進一步描述在例如W0-A-98/58272和TO-A-01/96895中，它們二者通過參考引用并入本文。通常，為了通過DNP方法極化化學個體即化合物，制備要極化的化合物和DNP試 劑的組合物，然后任選地冷凍，并插入DNP偏振器(如果以前沒有冷凍，則在這里冷凍) 進行極化。極化后，通過熔化它或通過把它溶于合適的溶解介質中，將冷凍的固態超極化 的組合物迅速轉化成液態。溶解是優選的，冷凍的超極化的組合物的溶解過程和使用的 合適的裝置詳細描述在W0-A-02/37132中。熔化過程和適用于熔化的裝置描述在例如 W0-A-02/36005 中。為了在要極化的化合物中得到高極化水平，所述化合物和DNP試劑需要在DNP過 程中密切接觸。這不適用于組合物在冷凍或冷卻后結晶的情況。為了避免結晶，需要在組合 物中存在玻璃形成體，或需要選擇用于極化的化合物，其在冷凍后不結晶，但是形成玻璃。術語“玻璃形成體”在本申請的上下文中是指一種化學化合物，其在加入溶液(例 如根據本發明方法步驟a)的溶液)中時，促進玻璃化并預防所述溶液在冷卻或冷凍時結 晶。在本發明的上下文中優選的玻璃形成體的實例是二醇，即含有至少2個羥基的醇，例如 乙二醇、丙二醇，和甘油或DMS0。DNP試劑在DNP過程中起決定作用，因為它的選擇對在樣品(即氨基酸或氨基磺 酸)中可以實現的極化水平具有重大影響。已知許多種DNP試劑，在W0-A-99/35508中稱 作“0MRI造影劑”，如過渡金屬例如鉻(V)離子、磁性顆粒或有機自由基例如氧化亞氮基團 或三苯甲基基團。在 W0-A-99/35508、W0-A-88/10419、W0-A-90/00904, W0-A-91/12024、 W0-A-93/02711或W0-A-96/39367中所述的基于氧的、基于硫的或基于碳的穩定的三苯甲 基基團的應用，已經在許多不同的化學個體中產生高水平的極化。在本發明方法的一個優選的實施方案中，三苯甲基基團用作DNP試劑。如上面簡 單提到的，通過鄰近電子拉莫爾頻率的微波輻射，DNP試劑(例如三苯甲基基團)的大電子 自旋極化轉化成樣品中NMR活性核的核自旋極化。通過e-e和e-n躍遷，微波刺激電子和 核自旋系統之間的交流。對于有效的DNP，即為了在樣品中實現高水平的極化，三苯甲基基 團必須在樣品中或在樣品溶液中穩定且可溶，以實現所述樣品和三苯甲基基團之間的親密 接觸，這是前述電子和核自旋系統之間的交流所必需的。在一個優選的實施方案中，三苯甲基基團是式(1)的基團 其中
M代表氫或一價陽離子；且Rl可以相同或不同，代表任選地被一個或多個羥基取代的直鏈或支鏈C1-C6-烷 基，或基團-(CH2) n-X_R2，其中η是1，2或3;X是 0或 S;且R2是任選地被一個或多個羥基取代的直鏈或支鏈C1-C4-烷基。在一個優選的實施方案中，M代表氫或一價生理上可耐受的陽離子。術語“生理上 可耐受的陽離子”表示可被人或非人動物活體耐受的陽離子。優選地，M代表氫或堿陽離 子、銨離子或有機胺離子例如葡甲胺。最優選地，M代表氫或鈉。在另一個優選的實施方案中，Rl優選地相同，更優選直鏈或支鏈C1-C4-烷基，最優 選甲基、乙基或異丙基；或Rl優選地相同，更優選被一個羥基取代的直鏈或支鏈C1-C4-烷 基，最優選-CH2-CH2-OH ；或Rl優選地相同，代表-CH2-0C2H40H。可以合成前述的式(1)的三苯甲基基團，詳細描述在W0-A-88/10419， W0-A-90/00904, W0-A-91/12024, W0-A-93/02711, W0-A-96/39367, W0-A-97/09633, W0-A-98/39277 和 W0-A-2006/011811。在本發明方法的步驟a)中，制備樣品和DNP試劑的溶液。需要使用溶劑或溶劑混 合物來促進DNP試劑和樣品的溶解。如果要將超極化的氨基酸或氨基磺酸用作用于體內MR 檢測的成像劑，優選地將溶劑的量維持在最小。為了用作體內成像劑，通常以相對較高的濃 度施用極化的氨基酸或氨基磺酸，即在本發明方法的步驟c)中高濃度的樣品是優選的，因 此當在步驟a)中制備溶液時，優選地將溶劑的量保持在最小。在該上下文中，也重要地提 到，含有樣品、DNP試劑、溶劑和任選地順磁金屬離子的組合物的質量維持盡可能小。高質 量對溶解過程的效率具有不利影響，如果使用溶解來將DNP過程后含有超極化樣品的固態 組合物轉化成液態，例如使用超極化的氨基酸或氨基磺酸作為用于體內MR檢測的成像劑。 這是由于下述事實，即在溶解過程中對于給定體積的溶解介質，當組合物質量增加時，組合 物與溶解介質的質量比降低。此外，在將用作MR成像劑的超極化的氨基酸或氨基磺酸施用 給人或非人動物之前，可能需要去除使用的某些溶劑，因為所述某些溶劑可能不是生理上 可耐受的。如果在本發明的方法中使用的樣品是氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽，所述鹽可 以是可商業獲得的鹽，其溶解在合適的溶劑中，優選水或玻璃形成體如甘油或二醇，或水和 玻璃形成體的混合物。如果樣品不是可商業獲得的鹽，優選地在用于制備步驟a)的溶液之 前制備和分離。作為一個實例，13C1-丙氨酸的銨鹽，即在位置1的碳原子(羧基碳)是13C 富集的丙氨酸，可以如下制備將酸例如鹽酸加入13C1-丙氨酸，任選地在有溶劑例如乙醇 存在下。得到的13C「丙氨酸的銨鹽可以通過例如醚沉淀來分離，并干燥。然后將得到的氨 基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽(例如13C1-丙氨酸的銨鹽，13C1-丙氨酸f翁氯化物)溶于合適 的溶劑中，優選水或玻璃形成體如甘油或二醇，或水和玻璃形成體的混合物。DNP試劑，優選 三苯甲基基團、更優選式(1)的三苯甲基基團，可以加入溶解的氨基酸的銨鹽或固體或在 溶液中的氨基磺酸的銨鹽。或者，將DNP試劑溶于合適的溶劑，優選水或玻璃形成體如甘油 或二醇，或水和玻璃形成體的混合物，并將固體氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽加入溶解 的DNP試劑。通過本領域已知的幾種方式，例如攪拌、渦旋或聲處理和/或輕輕加熱，可以促進化合物的親密混合。如果在本發明的方法中使用的樣品是氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽，所述 可以是可商業獲得的鹽，其溶解在合適的溶劑中，優選水或玻璃形成體如甘油或二醇，或水 和玻璃形成體的混合物。如果樣品不是可商業獲得的鹽，優選地在原位制備，且不經分離地 用于制備步驟a)的溶液。作為一個實例，13C1-丙氨酸的鈉鹽，即在位置1的碳原子(羧基 碳)是13C富集的丙氨酸，可以如下制備將堿例如NaOH的水溶液加入13C1-丙氨酸，任選地 在有溶劑例如水存在下。向得到的氨基酸的羧酸鹽(例如13C1-甘氨酸的鈉鹽，13C1-氨基乙 酸鈉)或氨基磺酸的磺酸鹽中，加入固體DNP試劑，優選三苯甲基基團、更優選式(1)的三 苯甲基基團。或者，將DNP試劑溶于合適的溶劑，優選水或玻璃形成體如甘油或二醇，或水 和玻璃形成體的混合物，然后將溶解的DNP試劑加入得到的氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的 磺酸鹽。通過本領域已知的幾種方式，例如攪拌、渦旋或聲處理和/或輕輕加熱，可以促進 化合物的親密混合。步驟a)的溶液可以另外包含順磁金屬離子。已經發現，順磁金屬離子的存在，可 以在要通過DNP極化的化合物中導致提高的極化水平，詳細描述在W0-A2-2007/064226，它 通過參考引用并入本文。術語“順磁金屬離子”表示處于它們的鹽形式或鰲合形式(即順磁螯合物)的順 磁金屬離子。后者是包含螯合劑和順磁金屬離子的化學個體，其中所述順磁金屬離子和所 述螯合劑形成絡合物，即順磁鰲合物。在一個優選的實施方案中，順磁金屬離子是包含Gd3+的鹽或順磁鰲合物，優選包 含Gd3+的順磁鰲合物。在一個更優選的實施方案中，所述順磁金屬離子在步驟a)的溶液 中是可溶的且穩定的。象前述的DNP試劑一樣，樣品也必須與順磁金屬離子親密接觸。可以以幾種方式 得到包含樣品、DNP試劑和順磁金屬離子的溶液。在第一個實施方案中，將樣品溶于合適的溶劑中，得到溶液，或者在如上所述合適 的溶劑中原位制備樣品。向樣品的這些溶液中，加入并溶解DNP試劑。DNP試劑，優選三苯甲 基基團，可以作為固體或在溶液中加入，例如溶解在合適的溶劑中，優選水或玻璃形成體如 甘油或二醇，或水和玻璃形成體的混合物。在一個隨后的步驟中，加入順磁金屬離子。順磁 金屬離子可以作為固體或在溶液中加入，例如溶解在合適的溶劑中，優選水或玻璃形成體 如甘油或二醇，或水和玻璃形成體的混合物。在另一個實施方案中，將DNP試劑和順磁金屬 離子溶解在合適的溶劑中，然后向該溶液加入固體或溶解在合適溶劑中的樣品。在另一個 實施方案中，將DNP試劑(或順磁金屬離子)溶于合適的溶劑中，加入任選地溶解的樣品。 在一個后續步驟中，將固體或在溶液中的順磁金屬離子(或DNP試劑)加入該溶液。優選 地，使溶解順磁金屬離子(或DNP試劑)的溶劑的量保持最小。通過本領域已知的幾種方 式，例如攪拌、渦旋或聲處理和/或輕輕加熱，也可以促進化合物的親密混合。如果使用三苯甲基基團作為DNP試劑，這樣的三苯甲基基團在用于DNP的組合物 中的合適濃度是l_25mM，優選2-20mM，更優選10_15mM。如果將順磁金屬離子加入組合物 中，這樣的順磁金屬離子在組合物中的合適濃度是0. l_6mM(金屬離子)，0. 3-4mM的濃度是 優選的。在本發明的方法的步驟a)中制備溶液后，在步驟b)中冷凍所述溶液。通過本領域已知的方法可以冷凍溶液，例如通過在冷凍柜、在液氮中冷凍它，或通過簡單地把它加入 探針保持杯(probe-retaining cup)(樣品杯)，并將樣品杯置于DNP偏振器中，在這里液 態氦會冷凍它。在一個實施方案中，將溶液冷凍成“珠子”，然后加入樣品杯和插入偏振器。 這樣的珠子可以通過將溶液逐滴加入液氮中得到。已經觀察到這樣的珠子的更有效的溶 解，如果要極化更大量的樣品，這是特別相關的，例如當極化的氨基酸或氨基磺酸預期用于 體內MR檢測操作時。如果在組合物中存在順磁金屬離子，可以在冷凍前將所述組合物脫氣，例如通過 將氦氣鼓泡穿過組合物(例如2-15min的時間段)，但是脫氣可以通過其它已知的普通方法 來實現。如以前提及的，重要的是，α-氨基酸的堿性制品的液化是pH控制的，以避免喪失 極化。這可以如下實現，例如，在步驟d)中，在含有酸的溶解介質的輔助下，溶解冷凍的堿 性制品，并同時中和所述堿性制品。或者，可以將所述酸加入探針保持杯，即在步驟c)的動 態核極化過程中容納步驟b)的冷凍溶液的杯子。這可以如下實現在探針保持杯中冷凍本 發明的方法步驟b)中的該溶液，將酸加到冷凍溶液的頂部，并冷凍該酸。或者，可以在探針 保持杯中冷凍該酸，可以將在本發明的方法步驟a)中制備的溶液加到冷凍的酸的頂部，然 后在步驟b)中冷凍。該操作導致中和所需的酸和堿性制品的親密鄰近，當在步驟d)中溶 解冷凍溶液時，立即發生中和。DNP技術描述在例如W0-A-98/58272和WO-A-01/96895中，它們二者通過參考引用 并入本文。通常，在DNP過程中使用中等或高磁場和非常低的溫度，例如通過在液態氦和約 IT或以上的磁場中進行DNP過程。或者，可以采用中等磁場和能夠實現充分的極化增強的 任意溫度。在一個優選的實施方案中，在液態氦和約IT或以上的磁場中進行本發明的方法 步驟c)中的DNP過程。合適的極化裝置描述在例如W0-A-02/37132。在一個優選的實施方 案中，極化裝置包含低溫恒溫器和極化裝置，例如通過波導管連接微波源的微波室，所述波 導管在周圍被磁場產生裝置例如超導磁體圍繞的中心孔中。該孔垂直于向下延伸到至少接 近超導磁體的區域P的水平，這里的磁場強度足夠高，例如1至25T，足以發生NMR活性樣品 核的極化。探針的孔(即要極化的冷凍溶液)優選地是可密封的，且可以抽真空至低壓，例 如Imbar量級或更低的壓強。在孔內側可以含有探針引導裝置，例如可取出的運輸管，該管 可以從孔的頂部向下插入到區域P中微波室內側的位置。區域P被液態氦冷卻至低到足以 發生極化的溫度，優選0. 1-100K、更優選0. 5-10K，最優選1-5K量級的溫度。探針引導裝置 優選在它的上末端是可以通過合適方式密封的，以在孔至保留部分真空。探針保持容器，例 如探針保持杯或樣品杯，可以可取出地固定在探針引導裝置的下末端的內側。探針保持容 器優選地由具有低比熱容和良好低溫性質的輕重量材料制成，例如KelF(聚三氟氯乙烯) 或PEEK (聚醚醚酮)，可以以它容納超過一個探針的方式設計它。將探針插入探針保持容器，浸沒在液態氦中，并用微波輻照，優選在200mW在約 94GHz的頻率。極化水平可以如下監視例如，通過包含超極化樣品的冷凍溶液中NMR活性 核的固態NMR測量。例如，如果超極化樣品中的NMR活性核是13C,進行固態13C-NMR測量。 固態13C-NMR測量優選地包含使用低翻轉角單脈沖獲取NMR序列。將13C-NMR波譜中超極化 樣品的信號強度與在DNP極化過程之前獲取的13C-NMR波譜中樣品的信號強度相對比。然 后，從極化之前和之后的信號強度比計算極化水平。
DNP過程后，在本發明的方法步驟d)中任選地液化包含超極化樣品的冷凍溶液。 術語“液化”表示從固態轉化成液態。如果超極化樣品用于固態N磁共振波譜分析中，不進行可選的步驟d)。在固態N 磁共振波譜分析中，通過靜止的或魔力的角自轉固態N磁共振波譜分析，可以分析超極化 的固體樣品。如果超極化的氨基酸或氨基磺酸將要用于液態MR檢測中，進行步驟d)，通過溶于 適當的溶劑或溶劑混合物(溶解介質)或通過熔化固體冷凍溶液，可以實現液化。溶解是 優選的，溶解過程和使用的合適的裝置詳細描述在W0-A-02/37132中。熔化過程和適用于 熔化的裝置描述在例如W0-A-02/36005中。簡而言之，使用溶解裝置/熔化裝置，其與偏振 器物理地分離，或是含有偏振器和溶解裝置/熔化裝置的設備的一部分。在一個優選的實 施方案中，在高磁場中進行溶解/熔化，例如在偏振器內，以提高弛豫和保留最大程度的超 極化。應當避免場結點，低場可能導致增強的弛豫，盡管采取上述措施。為了得到超極化的氨基酸或氨基磺酸，需要將超極化樣品轉化成所述氨基酸或氨 基磺酸。所述轉化可以與液化即步驟d)同時或在其之后進行。因而，在一個實施方案中， 通過熔化或溶解進行液化，在步驟d)后進行轉化。在另一個實施方案中，同時進行液化和 轉化，例如通過將在步驟c)中得到的冷凍溶液溶于溶解介質，后者是或含有能將超極化樣 品轉化成氨基酸或氨基磺酸的化合物。如果樣品是氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽，通過與堿反應(中和)，可以將所述 鹽轉化成對應的氨基酸或氨基磺酸。原則上，堿性比所述氨基酸或氨基磺酸中的氨基更強 的任意堿都可以用于中和。優選的堿是無機堿，更優選堿金屬或堿土金屬氫氧化物、碳酸氫 鹽或碳酸鹽的水溶液，如NaOH、Na2C03、NaHC03、KOH、CsOH、Ca (OH) 2或Sr (OH) 2的水溶液。最 優選的堿是NaOH，因為它廉價且容易得到。此外，如果超極化的氨基酸或氨基磺酸用于體內 MR，NaOH是優選的，因為得到的鈉鹽(例如氯化鈉)通常能被人或非人動物體較好地耐受。如果樣品是氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽，通過與酸反應(中和)，可以 將所述鹽轉化成對應的氨基酸或氨基磺酸。原則上，具有比氨基酸中的羧基或氨基磺酸中 的磺基更低的pKa的任意酸都可以用于中和。優選的酸是強酸，更優選強無機酸如鹽酸 (HC1)，氫溴酸(HBr)，氫碘酸(HI)或硫酸(H2S04)。最優選的酸是HC1，因為它廉價且容易 獲得。此外，如果超極化的氨基酸或氨基磺酸用于體內MR，HC1是優選的，因為得到的氯化 物鹽(例如氯化鈉)通常能被人或非人動物體較好地耐受。如果樣品是銨鹽和羧酸鹽或磺酸鹽的混合物，所述銨鹽需要通過與堿反應(中 和)轉化成對應的氨基酸或氨基磺酸，所述羧酸鹽或磺酸鹽需要通過與酸反應(中和)轉 化成對應的氨基酸或氨基磺酸。優選地，所述中和依次進行。如果樣品包含a-氨基酸的 羧酸鹽，優選地首先發生與酸的中和，然后用堿中和所述樣品中存在的銨鹽。如上所述，步驟d)中的液化優選地如下進行用溶解介質溶解，所述溶解介質是 或包含溶劑或溶劑混合物，優選水性載體。更優選地，使用生理上可耐受的和藥學上接受的 水性載體如水或鹽水，最優選緩沖液，具體地如果超極化的氨基酸或氨基磺酸預期用于體 內MR檢測的成像介質。對于體外MR-檢測，也可以將非水性的溶劑或溶劑混合物用作或用 于溶解介質中，例如DMS0或甲醇或包含水性載體和非水性溶劑的混合物，例如DMS0和水或 甲醇和水的混合物。在另一個優選的實施方案中，溶解介質可以另外包含一種或多種能結合或絡合游離的順磁離子的化合物，例如螯合劑如DTPA或EDTA。在一個優選的實施方案中，在步驟d)中的液化優選地如下進行用溶解介質溶 解，優選包含適用于中和樣品的堿或酸的緩沖液，所述中和即將樣品轉化成對應的氨基酸 或氨基磺酸。如果樣品是氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽，優選地如果超極化的氨基酸或 氨基磺酸預期用于體內MR檢測，優選地使用包含pH約6. 8-7的緩沖液和堿的溶解介質進 行步驟d)。合適的緩沖液是例如磷酸鹽緩沖液(KH2P04/Na2HP04)，ACES, PIPES,咪唑/HC1， BES，MOPS, HEPES，TES，TRIS，BIS-TRIS, HEPPS或TRICIN。如果樣品是氨基酸的羧酸鹽或氨 基磺酸的磺酸鹽，優選地如果超極化的氨基酸或氨基磺酸預期用于體內MR檢測，優選地使 用包含PH略低于生理pH(即pH約6. 8-7. 2)的緩沖液和酸的溶解介質進行步驟d)。合適 的緩沖液是例如磷酸鹽緩沖液(KH2P04/Na2HP04)，ACES，PIPES，咪唑 /HC1，BES，MOPS，HEPES， TES, TRIS, BIS-TRIS, HEPPS 或 TRICIN。在本發明的方法步驟d)之后，可以從含有超極化樣品或超極化的氨基酸或氨基 磺酸的液體去除DNP試劑，優選三苯甲基基團，和可選的順磁金屬離子。如果超極化的氨基 酸或氨基磺酸預期用于體內MR檢測的成像介質中，這些化合物的去除是優選的。優選地首 先將超極化樣品轉化成對應的氨基酸或氨基磺酸，并在已經發生所述轉化后，去除DNP試 劑和可選的順磁金屬離子。用于去除三苯甲基基團和順磁金屬離子的方法是本領域已知的，詳細描述在 W0-A2-2007/064226 和 W0-A1-2006/011809。包含根據本發明的方法生產的超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物 的液體，可以用作“常規的"MR成像劑，即為體內(即在活的人或非人動物內)解剖學成像提 供優良的造影增強。如果超極化的氨基酸或氨基磺酸不被代謝，或如果在不能通過MR-檢 測監視到的時間尺度發生代謝，這是特別適用的情況。此外，包含根據本發明的方法生產的超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混 合物的液體，可以用作體外和體內MR檢測代謝活性的成像劑。通過進入檸檬酸循環，氨基 酸可以是能量來源。此外，氨基酸在體內的幾個代謝途徑中用于生物合成其它(非標準的) 氨基酸，例如鳥氨酸循環中的瓜氨酸等氨基酸，或其它各種其它化合物，例如從酪氨酸生物 合成兒茶酚胺，從色氨酸生物合成煙酸等維生素，或從甘氨酸生物合成卟啉。因此，氨基酸 是重要的代謝標志物，因此超極化的氨基酸可以是用于通過MR檢測得到關于代謝活性的 信息的試劑。本發明的另一個方面是包含樣品、DNP試劑和任選地順磁金屬離子的組合物，其中 所述樣品是氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺酸鹽或其混合 物。在一個優選的實施方案中，本發明的組合物是液態組合物，其可以另外包含溶劑或溶劑 和/或玻璃形成體的混合物。在一個優選的實施方案中，樣品是氨基酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽或其混合物。在另一個優選的實施方案中，氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽是氯化銨鹽和/或 氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽是羧酸鈉鹽或磺酸鈉鹽。在另一個優選的實施方案中，DNP試劑是三苯甲基基團，優選式(1)的三苯甲基基 團。在另一個優選的實施方案中，根據本發明的組合物包含順磁金屬離子，優選包含Gd3+的 鹽或順磁鰲合物。
根據本發明的組合物適用于本發明的方法中，即用于通過動態核極化生產超極化 的氨基酸或氨基磺酸或其混合物。在本申請的前面已經討論了這樣的組合物的其它優選的 實施方案。本發明的另一個方面是包含超極化樣品、DNP試劑和任選地順磁金屬離子的組合 物，其中所述樣品是氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺酸鹽 或其混合物。根據本發明的組合物優選通過根據本發明的方法得到。在一個優選的實施方案中，本發明的組合物是固體冷凍溶液，其可以另外包含溶 劑或溶劑和/或玻璃形成體的混合物。為此優選的實施方案，根據本發明的組合物優選通 過包含步驟a)至c)的根據本發明的方法得到。在一個優選的實施方案中，氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽是氯化銨，氨基酸的 羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽是羧酸鈉鹽或磺酸鈉鹽。在另一個優選的實施方案中，DNP試劑是三苯甲基基團，優選式(1)的三苯甲基基 團。在另一個優選的實施方案中，根據本發明的組合物包含順磁金屬離子，優選包含Gd3+的 鹽或順磁鰲合物。本發明的另一個方面是超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物。所述超 極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物優選通過根據本發明的方法得到，其中所述 方法包含可選的步驟d)。術語“氨基酸”在本發明的上下文中表示包含至少一個氨基和至少一個羧基的化 學個體。所述至少一個氨基可以是伯氨基、仲氨基或叔氨基。根據本發明的氨基酸的一個 實例是包含一個氨基和一個羧基的化學個體。在一個實施方案中，所述一個氨基和所述一 個羧基結合在同一個碳原子上，實例是a-氨基酸如標準的或蛋白源性的(proteogenic) 氨基酸，例如丙氨酸，甘氨酸，亮氨酸，蛋氨酸或半胱氨酸。D-和L-異構體都可以用于本發 明的方法中。該實施方案的其它實例是非標準的氨基酸如肌氨酸(N-甲基甘氨酸)，高半胱 氨酸或甜菜堿(三甲基甘氨酸)。在另一個實施方案中，所述一個氨基和所述一個羧基結合 在不同碳原子上，該實施方案的實例是GABA(Y_氨基丁酸)或氨基乙酰丙酸。在另一個實 施方案中，在本發明的方法中使用的氨基酸包含超過一個氨基和/或超過一個羧基。實例 是精氨酸，賴氨酸，天冬酰胺，鳥氨酸，谷氨酰胺，瓜氨酸，肌酸，谷氨酸，天冬氨酸或精氨基 琥珀酸。術語“氨基磺酸”在本發明的上下文中表示包含至少一個氨基和至少一個磺基 (即-S(O)2oh基團)的化學個體。所述至少一個氨基可以是伯氨基、仲氨基或叔氨基。氨 基磺酸的實例是1-哌啶磺酸，N-(2-乙酰胺基)-2-氨基乙烷磺酸，1,4-哌嗪-雙乙烷磺 酸，3-(N-嗎啉代)丙烷磺酸，2-(N-嗎啉代)乙烷磺酸或牛磺酸(2-氨基乙烷磺酸)。盡管以單數形式書寫，術語“超極化的氨基酸”和“超極化的氨基磺酸”表示一種 超極化的化學個體或幾種不同的超極化的化學個體。因而，一種化學個體是例如某種超極 化的氨基酸如超極化的甘氨酸或如超極化的丙氨酸或超極化的氨基磺酸如超極化的牛磺 酸或如超極化的N-(2-乙酰胺基)_2_氨基乙烷-磺酸。幾種不同的化學個體是例如幾種 不同超極化的氨基酸如超極化的甘氨酸和超極化的丙氨酸或超極化的氨基磺酸如超極化 的牛磺酸和超極化的N-(2-乙酰胺基)-2-氨基乙烷磺酸。本發明的另一個方面是包含超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物的成像介質。根據本發明的成像介質可以用作用于體外MR檢測的成像介質，例如細胞培養物、 樣品、離體組織或從人或非人動物體衍生的分離的器官的MR檢測。為此目的，作為適合加 入例如細胞培養物、樣品(如尿、血液或唾液)、離體組織(如活組織檢查組織)或分離的器 官的組合物，提供成像介質。除了成像劑(即超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混 合物)以外，這樣的成像介質優選包含，與體外細胞或組織試驗相容且使用的溶劑，例如水 性載體如水、DMS0或甲醇或包含水性載體和非水性溶劑的溶劑混合物，例如DMS0和水或緩 沖液或甲醇和水或緩沖液的混合物。技術人員會明白，在這樣的成像介質中可以存在藥學 上可接受的載體、賦形劑和制劑輔料，但不是這樣的目的所必需。此外，根據本發明的方法的成像介質可以用作用于體內MR檢測的成像介質，即在 活的人或非人動物上進行的MR檢測。為此目的，成像介質必須適合施用給活的人或非人動 物體。因此，除了成像劑(即超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物)以外，這樣 的成像介質優選包含水性載體，優選生理上可耐受的和藥學上接受的水性載體如水、緩沖 液或鹽水。這樣的成像介質可以另外包含常規藥學或獸醫載體或賦形劑，例如制劑輔料例 如穩定劑，滲透壓調節劑，增溶劑等，它們常規地用于人或獸醫藥物的診斷組合物中。
實施例氨基酸的酸性制品實施例1超極化的13Ci-丙氨酸的制備實施例la 13Cr丙氨酸的銨鹽("Cf丙氨酸f翁氯化物)的制備將13C「丙氨酸(lOOmg, 1. lmol，Cambridge Isotopes)加入 10ml 離心試管，然后 加入濃鹽酸(145iU，12M)和乙醇(lml，95%)。溶解丙氨酸(可能需要聲處理)后， 通過加入二乙醚(約5ml)，沉淀得到的13C「丙氨酸的氯化銨鹽d-丙氨酸銻氯化物)。 通過離心收集沉淀，拋棄上清液。用二乙醚洗滌沉淀，真空干燥。回收的產量125mg白色 粉末(90%，呈細針狀)。實施例lb包含-丙氨酸銻氯化物、DNP試劑和順磁金屬離子的溶液的制備和 DNP極化將32. 5mg(0. 258mmol)在實施例la中得到的丙氨酸氫氯化物加入在微量試 管中的42mg母液。母液已經如下制備將已經根據W0-A1-98/39277的實施例7合成的DNP 試劑(三苯甲基基團)三(8-羧基-2，2，6，6-(四(羥乙基)_苯并-[1，2-4，5，]_ 二-(1， 3) - 二硫雜環戊二烯-4-基)-甲基鈉鹽和已經根據W0-A-2007/064226的實施例4合成的 順磁金屬離子(1，3，5_三-(N-(D03A-乙酰胺基)-N-甲基_4_氨基-2-甲基苯基)-[1， 3，5]廿1擬1皿1^-2，4，6-三酮的6(1-鰲合物)溶于甘油，得到含有26mM三苯甲基基團和 0. 52mM Gd-鰲合物的甘油溶液。聲處理得到的組合物，以溶解-丙氨酸氫氯化物，生成 澄清溶液。用吸量管將溶液(65111，41113(1-丙氨酸氫氯化物，171111三苯甲基基團和0.91111 Gd3+)轉入樣品杯，將它快速放入液氮中，以冷凍溶液，然后插入DNP偏振器。在微波輻射 (93. 90GHz)下、在3. 35T磁場中、在1. 2K的DNP條件下，極化冷凍溶液。極化后進行固態 I3c-NMR,測得固態極化是40 %。
實施例lc液化和中和動態核極化150分鐘后，將得到的冷凍的極化的溶液溶于含有6ml磷酸鹽緩沖液 (20mM,pH 6. 8，100mg/l EDTA)、NaOH 水溶液(27 ii 1 12M 溶液，leq)和 30mg NaCl 的溶解介 質中。最終液體的PH是6. 8。 通過400MHz的液態13C-NMR，測得液態極化是35 %。極化下面的氨基酸，作為根據實施例1的酸性制品 ndt =未測定。氨基酸的堿性制品實施例2超極化的谷氨酰胺的制備實施例2a包含13(^-2-氨基_4_氨甲酰基-丁酸鈉("Cr谷氨酰胺的羧酸鹽)、 DNP試劑和順磁金屬離子的溶液的制備和DNP極化將13Cf 谷氨酰胺(45. 5mg,0. 30mmol, Cambridge Isotopes)稱量進微量試管，溶 于23. 5 ill水和25 u 1 NaOH水溶液(12M)。聲處理混合物，輕輕加熱，生成澄清溶液。向該 溶液中加入5. 7mg三(8-羧基-2，2，6，6-(四(羥乙基)-苯并-[1，2-4，5，]- 二 -(1，3) - 二 硫雜環戊二烯-4-基)_甲基鈉鹽水溶液(三苯甲基基團；139i!m0l/g溶液)和2. lmg 1， 3，5_ 三-(N-(D03A-乙酰胺基)-N-甲基 _4_ 氨基-2-甲基苯基)-[1，3，5] triazinane-2， 4，6-三酮)的Gd-鰲合物水溶液(順磁金屬離子；14. 5 y mol/g溶液)，聲處理得到的組合 物，輕輕加熱，生成澄清溶液。用吸量管將溶液(約75 yl，4M 13Cr2-氨基4-氨甲酰基-丁 酸鈉，llmM三苯甲基基團和0. 4mM Gd3+)轉入樣品杯，將它快速放入液氮中，以冷凍溶液。從 液氮中取出樣品杯，將25 yl HC1水溶液(12M)加入樣品杯。再次將樣品杯快速放入液氮 中，然后插入DNP偏振器。在微波輻射(93. 90GHz)下、在3. 35T磁場中、在1. 2K的DNP條 件下，極化冷凍溶液。極化后進行固態13C-NMR，測得固態極化是35%。實施例2b液化和中和動態核極化120分鐘后，將得到的冷凍的極化的溶液溶于含有6ml磷酸鹽緩沖液 (40mM, pH 7,100mg/l EDTA,0.9% NaCl)的溶解介質中。含有溶解的組合物的最終溶液的 pH 是 7。
通過400MHz的液態13C_NMR，測得液態極化是30%。極化下面的氨基酸，作為根據實施例2的堿性制品
權利要求
包含樣品、DNP試劑和任選地順磁金屬離子的組合物，其中所述樣品是氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺酸鹽或其混合物。
2.根據權利要求1的組合物，其中所述樣品是氨基酸的銨鹽或氨基酸的羧酸鹽或其混 合物。
3.根據權利要求1或2的組合物，其中所述氨基酸的銨鹽或氨基磺酸的銨鹽是氯化銨 鹽和/或所述氨基酸的羧酸鹽或氨基磺酸的磺酸鹽是羧酸鈉鹽或磺酸鈉鹽。
4.根據權利要求1-3的組合物，其中所述樣品在MR活性核中同位素地富集，優選在13C 和/或15N中同位素地富集。
5.根據權利要求1-4的組合物，其中所述組合物另外包含溶劑或溶劑和/或玻璃形成 體的混合物。
6.根據權利要求1-5的組合物，其中所述DNP試劑是穩定的基于氧的、基于硫的或基于 碳的三苯甲基基團。
7.根據權利要求1-6的組合物，其包含順磁金屬離子。
8.根據權利要求1-7的組合物，用于通過動態核極化生產超極化的氨基酸或超極化的 氨基磺酸的方法中。
9.根據權利要求1-8的組合物，其中所述樣品是超極化樣品。
10.超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物。
11.根據權利要求11的超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物，它在MR活性 核中同位素地富集，優選在13C和/或15N中同位素地富集。
12.通過動態核極化得到的根據權利要求10-11的超極化的氨基酸或超極化的氨基磺 酸或其混合物。
13.用于體外或體內MR檢測的成像介質中的根據權利要求10-12的超極化的氨基酸或 超極化的氨基磺酸或其混合物。
14.用于體外MR檢測的成像介質，其包含權利要求10-12的超極化的氨基酸或超極化 的氨基磺酸或其混合物，和與體外細胞或組織試驗相容且使用的溶劑，優選水性載體、更優 選水或DMSO或甲醇，或包含水性載體和非水性溶劑的溶劑混合物。
15.用于體內MR檢測的成像介質，其包含權利要求10-12的超極化的氨基酸或超極化 的氨基磺酸或其混合物和水性載體，優選生理上可耐受的和藥學上接受的水性載體、更優 選水、緩沖液或鹽水。
16.生產權利要求10-12的超極化的氨基酸或超極化的氨基磺酸或其混合物的方法， 該方法包含a)制備包含樣品、DNP試劑和任選地順磁金屬離子的溶液，其中所述樣品是氨基酸的 銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺酸鹽或其混合物；b)冷凍該溶液；c)對冷凍溶液進行動態核極化，得到包含超極化樣品的冷凍溶液；和d)任選地液化和中和在步驟c)中得到的冷凍溶液。
全文摘要
本發明涉及用于生產超極化的氨基酸和氨基磺酸的動態核極化(DNP)方法，和用于該方法中的組合物。作為例子，使用氨基酸的銨鹽、氨基磺酸的銨鹽、氨基酸的羧酸鹽、氨基磺酸的磺酸鹽或其混合物。
文檔編號G01N33/50GK101932340SQ200980103777
公開日2010年12月29日 申請日期2009年2月3日 優先權日2008年2月4日
發明者M·H·萊徹, M·卡爾森, P·R·詹森 申請人:通用電氣健康護理有限公司