顺磁性金属锰杂多配合物用作磁共振成像造影剂

摘要

本发明涉及磁共振成像造影剂，具体涉及顺磁性金属锰杂多配合物用作磁共振成像造影剂。本发明中的造影剂是顺磁性过渡金属锰与Keggin型或Dawson型结构的杂多酸或杂多酸盐形成的高稳定性螯合物，对人体或其它哺乳类动物的肝脏、肾脏和脾脏等组织和器官具有靶向性和较好的信号增强效果。该螯合物还可用于X－射线CT或超声波成像造影。

说明书

技术领域

本发明涉及磁共振成像造影剂，具体涉及顺磁性金属锰杂多配合物用作磁共振成像造影剂。

背景技术

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术，是继X-射线CT扫描术之后发展起来的另一项先进医学影像诊断技术，这一技术具有分辨率高、成像参数多、可任意层面断层以及对人体无电离辐射损伤等优点。人体组织的磁共振成像信号强度主要取决于该组织的质子密度N(H)和弛豫特性(纵向弛豫时间T₁、横向弛豫时间T₂)，当特定组织的质子密度一定时，质子弛豫时间的长短就决定组织的信号强度。

在临床磁共振成像中，为了提高病变部位与正常组织间信号的对比度，超过30％的诊断需要使用造影剂。磁共振成像造影剂是用来缩短成像时间，提高成像对比度和清晰度的一种成像增强对比剂，它本身不产生信号，但能通过影响质子的弛豫时间T₁或T₂来增加或降低信号强度，提高正常部位与患病部位的成像对比度，从而显示体内器官的功能状态。因此可作为磁共振成像造影剂的金属配合物多含有顺磁性金属如钆、锰和铁等，这些顺磁性金属离子都具有较多的未成对电子、高磁矩和长电子驰豫时间等特点(化学观察Chem.Rev.，1987，87，901)。

目前已经应用于临床的磁共振成像造影剂有离子性造影剂如Gd-DTPA(美国专利US4,647,447)、Gd-DOTA(医学磁共振杂志Magn.Reson.Med.，1986，3，808)、Mn-DPDP(放射学Radiology，1992，183，167)和非离子性造影剂如Gd-DTPA-BMA(美国专利US4,933,411)、Gd-HP-DO3A(未来药物Drugs Future，1992，17，187)等。它们对大脑和中枢神经系统等具有良好的成像效果，但其细胞外分布及较快的肾脏代谢限制了其应用，特别是对体内的一些脏器(如肝脏、脾脏)的造影效果不够理想，不能满足组织、器官选择性的要求。因此，随着磁共振造影剂的不断开发，未来理想的磁共振成像造影剂应具有较强的驰豫性、良好的靶向性、稳定性、低毒性和易排出性，并且造价低廉。

文献报道金属卟啉类化合物对心脏、肝脏和脾脏的造影显示明显的增强效果，是器官选择性MRI造影剂的较优选择(无机化学学报Inorg.Chim.Acta，1998，106，275)，但毒性较大。过渡金属杂多配合物被认为是纯粹的无机卟啉类似物，80％左右的杂多化合物具有体内体外的抗肿瘤、抗病毒活性以及抗艾滋病毒活性(美国化学会志J.Am.Chem.Soc.，1991，113，7209)，并且多样性的杂多阴离子可作为多齿硬碱与硬酸(钆、锰等)形成高稳定性的配合物。

发明内容

本发明目的是提供顺磁性金属锰杂多配合物用作磁共振成像造影剂。从而提供一种新型的、高驰豫性的、对特定组织或器官(肝脏、肾脏)具有一定选择性或靶向性的磁共振成像造影剂。

这些顺磁性金属锰杂多配合物的结构均以Keggin型或Dawson型的杂多酸或杂多酸盐为母体，其结构如下：

     Keggin型结构                      Dawson型结构

Keggin型杂多酸或杂多酸盐的中心原子为P或Si，为四面体结构，四周配原子呈八面体配位，三个八面体为一组即三金属簇M₃O₁₀，它们共边相连，共有四组金属簇，它们之间以及与中心原子之间共角相连。一共是12个八面体围绕着中心四面体。

Dawson型杂多酸或杂多酸盐的结构含有两个Keggin型的A-型α-PM₉单元，结合成一个对称性为D_3h的簇。结构中存在两种M原子(W或Mo)，分极位(6个M)和赤道位(12个M)。

顺磁性金属锰杂多配合物主要是利用顺磁性金属锰与单缺位的Keggin或Dawson型杂多阴离子配位形成单取代的锰杂多配合物；或者顺磁性金属锰与三缺位Keggin或Dawson型杂多阴离子形成三取代的夹心型锰杂多配合物。

本发明的顺磁性金属锰杂多配合物是这样来实现的：以钨酸钠、硅酸钠和磷酸等为原料，合成杂多酸或杂多酸盐，然后与顺磁性金属锰的可溶性盐反应，生成相应的顺磁性金属锰杂多配合物。具体的制备方法由实施例1、2和3给出。

本发明中的顺磁性金属锰杂多配合物可以用作对特定器官(肝脏和肾脏)具有选择性，其溶解性较好，驰豫效率明显高于临床上广泛应用的造影剂(Gd-DTPA)，

本发明中的顺磁性金属锰杂多配合物作为磁共振成像造影剂的用法是将其作为注射液使用。就是将顺磁性金属锰杂多配合物与至少一种氯化钠注射液、葡萄糖注射液、氯化钠和葡萄糖注射液、蒸馏水或其它在《中华人民共和国药典》(1990年版)上规定的药物载体混合，配制成浓度为5mmol/L左右的，并用生理相容性的酸如盐酸或生理相溶性的碱包括N-甲基葡萄糖胺、缓血胺、氨基酸等有机碱或氨水、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等无机碱调节pH值范围≥6.5到8.0。通常在制剂中添加相当于顺磁性金属锰杂多配合物量的0.1到15％的缺位杂多阴离子配体、或与缺位杂多阴离子配体生理相容性的盐，或钙、镁、铜、锌的杂多阴离子配合物、或与钙、镁、铜、锌的杂多阴离子配合物的生理相容性盐，以保证顺磁性金属离子Mn²⁺完全配位。另外还需添加抗氧化剂如抗坏血酸或抗坏血酸的钠、钙盐等不影响制剂配制、贮存和使用的添加剂。

另一种适宜的办法是将有效量的本发明的顺磁性金属锰杂多配合物与相当于顺磁性金属锰杂多配合物量的0.1到15％的缺位杂多阴离子配体和缺位杂多阴离子配体盐，或钙、镁、铜、锌的缺位杂多阴离子配合物或钙、镁、铜、锌的缺位杂多阴离子配合物的生理相容性的盐、pH调节剂、抗氧化剂等其它所需成分配制成干的固体制剂，即粉针或注射用粉剂，使用前用氯化钠注射液或蒸馏水等载体稀释到所需浓度。

上述造影剂注射制剂为稳定的、具有较强磁共振成像增强效果的成像对比剂，可按常规方法使用，该方法是给与被诊断主体包括人体或其它类哺乳动物顺磁性金属锰杂多配合物造影剂，然后进行核磁共振成像分析，对特定部位(肝脏和肾脏)进行诊断。一般注射剂量为被诊断主体的哺乳动物每千克体重0.001到5.0mmol。

本发明中的顺磁性金属锰杂多配合物磁共振成像造影剂，具有较好的热稳定性和水溶性，且具有多种结构、配位形式、不同净电荷和分子大小，这些因素在磁共振成像的驰豫增强作用中可以起不同的作用。与已经应用于临床的Gd-DTPA造影剂相比，具有更高的增强效果，对肝脏和肾脏具有选择性，并且持续时间较长，更有利于临床诊断。

本发明中的顺磁性金属锰杂多配合物磁共振成像造影剂除用于磁共振成像外，还可以用于X-射线CT或超声波成像造影。

本发明中的顺磁性金属锰杂多配合物配成溶液进行磁共振成像动物实验：使用布鲁克公司磁共振成像仪(30cm线圈，4.7T磁场)，采用T₁加权多片一多回波成像方式，重复时间TR：300ms，回波时间TE：13.6ms，扫描区：5.5×5.5cm²，扫描矩阵：128×128。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，测试动物腹腔轴位T₁加权像，静脉注射上述造影剂溶液(剂量约0.04mmol/kg)后成像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。成像结果表明，远低于临床剂量(0.1mmol/kg)的此类造影剂对肝脏磁共振信号产生的增强效果明显优于Gd-DTPA，同时对肾脏的磁共振信号产生的增强效果与Gd-DTPA相当，且在整个实验阶段一直保持良好的增强效果(如图2～3)。这种对比度的提高，显示出了此类造影剂具有较好的器官选择性。

附图说明

图1为配合物的结构图，○代表与过渡金属锰直接配位的水分子，中心的◆代表中心杂原子P或Si；三种配合物构型中灰色阴影部分代表锰离子，图中(a)：锰取代的单缺位Keggin型杂多配合物；(b)：锰取代的单缺位Dowson型杂多配合物；(c)：锰三取代的夹心型杂多配合物

图2注射造影剂后大鼠肾脏信号随时间变化的增强效果曲线

图3注射造影剂后大鼠肝脏信号随时间变化的增强效果曲线

图4注射造影剂K₆MnSiW₁₁O₃₉前和15分钟后大鼠肾脏轴位T₁加权像

图5注射造影剂K₆MnSiW₁₁O₃₉前和15分钟后大鼠肝脏轴位T₁加权像

图6注射造影剂K₈MnP₂W₁₇O₆₁前和15分钟后大鼠肾脏轴位T₁加权像

图7注射造影剂K₈MnP₂W₁₇O₆₁前和15分钟后大鼠肝脏轴位T₁加权像

图8注射造影剂K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂前和15分钟后大鼠肾脏轴位T₁加权像

图9注射造影剂K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂前和15分钟后大鼠肝脏轴位T₁加权像

具体实施方式

实施例1

称取90g钨酸钠和5g硅酸钠溶解在150mL水中，加热至沸腾，逐滴加入95mL 4M盐酸，维持沸腾1h，最后加入35g氯化钾固体，得到α-K₈SiW₁₁O₃₉·12H₂O沉淀。将制得的物质6g溶于30mL水中，水浴40℃搅拌下，滴加4mL 0.5M硫酸锰，十分钟后过滤并加入2g氯化钾，冷却放置5℃左右，析出晶体，重结晶得到顺磁性金属锰杂多配合物磁共振成像造影剂K₆MnSiW₁₁O₃₉固体，其结构如图1a。

实施例2

将50g钨酸钠溶于180mL热水中，加热至沸，慢慢加入75mL 85％磷酸，回流8h，溶液为草绿色，滴加溴水至纯黄色，冷却至室温，加入50g粉末状氯化铵得到淡黄色(NH₄)₆[P₂W₁₈O₆₂]·xH₂O沉淀，以1∶1盐酸酸化，乙醚萃取，水浴蒸干得淡绿色α-H₆[P₂W₁₈O₆₂]·xH₂O。将18gα-H₆[P₂W₁₈O₆₂]·xH₂O溶于75mL 80℃的水中，搅拌下加入1g溶于少量热水的氯化锰，缓慢加入12g醋酸钾热溶液18mL调节pH值为7.0，然后过滤冷却至5℃左右，析出晶体，重结晶得到顺磁性金属锰杂多配合物磁共振成像造影剂K₈MnP₂W₁₇O₆₁固体，其结构如图1b。

实施例3

将120g钨酸钠溶于150mL水中，逐步加入3mL磷酸和22mL冰乙酸，强烈搅拌下生成白色沉淀Na₈HPW₉O₃₄·24H₂O，过滤，800℃烘干，备用。制备的Na₈HPW₉O₃₄·24H₂O在140℃条件下干燥1h，取2g慢慢加入含0.2366g硫酸锰的15mL溶液，低温加热搅拌下溶液变为橙红色，滤去不溶物，加入5g氯化钾，产生橙色固体沉淀，重结晶得到顺磁性金属锰杂多配合物磁共振成像造影剂K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂固体，其结构如图1c。

顺磁性金属锰杂多配合物磁共振成像造影剂的用法如下：

实施例4

称取0.411g实施例1中制得的顺磁性金属锰杂多配合物K₆MnSiW₁₁O₃₉溶解于25mL氯化钠注射液中，配制成浓度为5mmol/L的溶液，用缓血胺调节pH值为6.5，并在制剂中添加0.05g缺位杂多阴离子K₈SiW₁₁O₃₉，得到顺磁性金属锰杂多配合物K₆MnSiW₁₁O₃₉造影剂注射液。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，静脉注射上述造影剂溶液(剂量为0.04mmol/kg体重)，测试动物腹腔轴位T₁加权像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。得到该造影剂肾脏和肝脏的轴位T₁加权像如图4和5。

实施例5

称取0.411g实施例1中制得的顺磁性金属锰杂多配合物K₆MnSiW₁₁O₃₉溶解于25mL氯化钠注射液中，配制成浓度为5mmol/L的溶液，用碳酸氢钠调节pH值为7.4，并在制剂中添加0.05g缺位杂多阴离子K₈SiW₁₁O₃₉，加入抗坏血酸，用冻干机冻干得到顺磁性金属锰杂多配合物K₆MnSiW₁₁O₃₉造影剂固体制剂，使用前用氯化钠注射液稀释到5mmol/L。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，静脉注射上述造影剂溶液(剂量为0.04mmol/kg体重)，测试动物腹腔轴位T₁加权像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。

实施例6

称取0.4375g实施例2中制得的顺磁性金属锰杂多配合物K₈MnP₂W₁₇O₆₁溶解于25mL葡萄糖注射液中，配制成浓度为5mmol/L的溶液，用碳酸氢钠调节pH值为7.4，并在制剂中添加0.05g缺位杂多阴离子K₁₀P₂W₁₇O₆₁，得到顺磁性金属锰杂多配合物K₈MnP₂W₁₇O₆₁造影剂注射液。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，静脉注射上述造影剂溶液(剂量为0.04mmol/kg体重)，测试动物腹腔轴位T₁加权像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。得到该造影剂肾脏和肝脏的轴位T₁加权像如图6和7。

实施例7

称取0.4375g实施例2中制得的顺磁性金属锰杂多配合物K₈MnP₂W₁₇O₆₁溶解于25mL葡萄糖注射液中，配制成浓度为5mmol/L的溶液，用N-甲基葡萄糖胺调节pH值为7.4，并在制剂中添加0.05g缺位杂多阴离子K₁₀P₂W₁₇O₆₁，得到造影剂注射液，加入抗坏血酸钠，用冻干机冻干得到顺磁性金属锰杂多配合物K₈MnP₂W₁₇O₆₁造影剂固体制剂，使用前用氯化钠注射液稀释到5mmol/L。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，静脉注射上述造影剂溶液(剂量为0.04mmol/kg体重)，测试动物腹腔轴位T₁加权像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。

实施例8

称取0.6832g实施例3中制得的顺磁性金属锰杂多配合物K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂溶解于25mL氯化钠注射液中，配制成浓度为5mmol/L的溶液，用碳酸氢钠调节pH值为8.0，并在制剂中添加0.05g缺位杂多阴离子Na₈HPW₉O₃₄，得到顺磁性金属锰杂多配合物K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂造影剂注射液。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，静脉注射上述造影剂溶液(剂量为0.04mmol/kg体重)，测试动物腹腔轴位T₁加权像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。得到该造影剂肾脏和肝脏的轴位T₁加权像如图8和9。

实施例9

称取0.6832g实施例3中制得的顺磁性金属锰杂多配合物K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂溶解于25mL葡萄糖注射液中，配制成浓度为5mmol/L的溶液，用氨水调节pH值为7.4，并在制剂中添加0.05g缺位杂多阴离子Na₈HPW₉O₃₄，得到造影剂注射液，并加入抗坏血酸钙，用冻干机冻干得到顺磁性金属锰杂多配合物K₁₀Mn₄(H₂O)₂(PW₉O₃₉)₂造影剂固体制剂，使用前用氯化钠注射液稀释到5mmol/L。取雄性Wistar大鼠(体重170～200g)，以10％乌拉坦(1.0mL/100g体重)麻醉后，静脉注射上述造影剂溶液(剂量为0.04mmol/kg体重)，测试动物腹腔轴位T₁加权像，每隔3min采样观测一次，连续观测90min以上。