用于肿瘤治疗和/或成象的试剂的制作方法

文档序号:1072303阅读:164来源:国知局
专利名称:用于肿瘤治疗和/或成象的试剂的制作方法
本专利申请要求于1997年11月20日提交的临时专利申请系列No.60/067,081的优先权。
本发明大体上涉及用于肿瘤的成象或治疗的物质并涉及它们的应用方法。更具体地说,本发明涉及基于碳水化合物的物质,该物质连接有一个顺磁性原子,并且被肿瘤选择性地吸收。
磁共振成象(MRI)已成为过去十年中一项重要的非介入性医疗技术。该技术提供靶核的图象化分布。
MRI应用与可调的梯度磁场结合的强直流磁场在空间上控制净总磁场达到预先定值时的位置。随着偏磁场在空间变化而施加一组射频脉冲(RF)。当RF能达到特定物种和周围物质的样品原子的共振频率时,这些样品原子核就吸收RF能并且被激发到更高的自旋态。然后,该激发自旋态衰变到能量更低的激发态,该衰变常常伴随RF脉冲(该脉冲通常被称为“自旋回波”)的发射。原子核的共振频率及其形成的自旋回波信号取决于这样一些因素,包括质量、密度、偶极矩、弛豫频率,以及其周围物质的化学成键和静电势。仪器参数(例如脉冲序列、频率等)也决定MRI成象信号。水性环境或脂质环境中的质子是MRI成象优选的核,这是由于它们的丰富性和有益的弛豫特性。
为了增强有机体内组织之间的反差,通常将造影剂导入患者体内。一般说来,造影剂包含顺磁性金属离子(例如锰(magenese)、钆和铁)。与质子相比,同顺磁性离子相关的大偶极干扰质子的弛豫时间(即作为离子和质子之间距离的函数的T),所以提供可被用于成象的强差示信号。
存在着与用于MRI的顺磁性金属离子造影剂的应用相关的困难。游离金属离子通常毒性很大。为了降低毒性,过去一般是将游离金属离子与小有机分子或聚合物螯合。但是,螯合倾向于减小金属离子的相互作用效果,在更高的RFs下尤其如此。目前可获得的螯合金属离子不具备令人满意的细胞膜转运特性,也不能被生物分配到特别重要的组织(例如肿瘤)。本发明的造影剂能够对比目前可能通过计算机化轴向断层照相法(CAT)成象和监测的肿瘤更小的肿瘤进行MRI成象和监测。所以,肿瘤在早期被检测到而不需引入放射性示踪物,从而提高了成功治疗的可能性。
还证实了磁场是一种通过引起高热而治疗恶性组织的手段。应用RF辐射而选择性激发金属离子提供了杀伤选择性地掺入金属离子的细胞(对周围的细胞只有很小的或可逆的损伤)的前景。以前的工作的障碍在于一直难于将金属离子靶向特定的细胞和产生局部高热。
本文公开了一种用于体内癌性肿瘤的磁共振成象的试剂。该试剂包含碳水化合物,它能结合到癌细胞上或透入癌细胞。该碳水化合物连接有一个顺磁性原子,并且进一步包含适合把该碳水化合物送递至癌细胞的载体。在一个优选的实施方案中,所述顺磁性原子包含钆。在一些实施方案中,所述载体可以包含脂质体,它们包封碳水化合物。在其它实施方案中,该碳水化合物是D-葡萄糖,并且钆原子连接在它的2′位上。在其它实施方案中,该碳水化合物可以是葡萄糖异构体,并且钆原子可能连接在2′位或3′位上。在另一优选的实施方案中,所述试剂包含钆葡糖苷。
在本发明的另一方面,提供了一种治疗肿瘤细胞的方法,它包括将一种能结合到该细胞上或透入该细胞的碳水化合物送递到该细胞。所述碳水化合物连有一个顺磁性原子。该碳水化合物物质能结合或透入细胞,于是该细胞暴露于具有足够的磁通量和频率而引起顺磁性原子共振的磁场中,以致在肿瘤细胞内产生高于约60℃的居里温度。在一个实施方案中,顺磁性原子可以包括铁、钆或锰。本发明还提供了一种用于治疗肿瘤细胞的试剂。该试剂包含选自单糖、二糖和多糖的碳水化合物。该碳水化合物连接有一个铁原子。


图1是钆葡糖苷的结构式,它是一种实施本发明的优选的物质。
本发明克服了许多与现有造影剂和高热剂相关的缺点,包括毒性的降低和肿瘤摄取的选择性的增大。本发明操纵细胞(尤其是肿瘤细胞)从血流聚集碳水化合物的能力。碳水化合物(尤其是单糖)作为稳定顺磁性金属离子的配体的应用是本文详述的肿瘤疗法和成象方法的基础。
碳水化合物是细胞功能中重要的代谢物。随着细胞代谢作用的增大,细胞摄取的碳水化合物也同样增加。所以,增长着的肿瘤质比周围的非复制型组织积累平均每个细胞更大百分数的可获得的碳水化合物。
为了改变机体组织内异常细胞物质的核自旋特性和电子密度,需要选择性地把顺磁性金属离子送递到该异常区。顺磁性金属离子的送递使异常细胞物质顺应MRI成象和高热介导的治疗。在本发明中有效的合适的顺磁性金属离子包括但不限于碳水化合物包含的过渡金属元素、镧系元素和锕系元素,及其任何合适的顺磁性离子。这样的元素的阐述性离子有Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Co(Ⅱ)、Dy(Ⅲ)、Er(Ⅱ)、Eu(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Gd(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Yb(Ⅲ)。优选地,所述离子有Fe(Ⅲ)、Gd(Ⅲ)和Mn(Ⅱ)。
在本发明中有效的金属化碳水化合物只受一个限制,即要求它们能结合或透入肿瘤细胞。为此,在本发明中有效的、合适的生物相容性化合物阐述性地包括戊糖单糖,例如核糖、阿戊糖、木糖、来苏糖;己糖,例如阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、古洛糖、甘露糖、艾杜糖、半乳糖、果糖和塔罗糖;二糖,例如蔗糖、麦芽糖、纤维二糖和乳糖;多糖,例如纤维素和琼脂糖;其吡喃糖;其呋喃糖;其糖苷;其糖醇;及其脱氧糖。优选地,应用碳水化合物的D对映体,原因包括细胞识别和生物相容性。更优选地,所述碳水化合物是D-葡萄糖。
所述金属离子和碳水化合物之间的配价键或共价键使得能把所述金属离子送递至细胞表面或内部。所述金属离子也可这样与碳水化合物连接,即通过醇氧键、半缩醛或一个与该碳水化合物的碳架连接的键。优选地,所述金属离子通过氧键被固定在碳水化合物上。应认识到,另外的小配体可被结合到该金属离子上,以便满足离子价。应进一步认识到,碳水化合物上金属离子的取代将使形成的金属化碳水化合物被细胞酶代谢的可能性小得多。该金属化碳水化合物的有限降解保证游离金属离子及其氧化物的浓度低于毒性值。
通过应用常规碳水化合物化学技术和纯化将所述金属离子导向碳水化合物的各结合位点。在碳水化合物的反应中,应用保护基(例如缩醛和缩酮)有效地保护某些羟基是本领域中熟知的。通过在合适的反应条件下应用例如丙酮和二乙氧基丙烷这样的试剂,碳水化合物的金属化被导向特定的位点。由于C-1和C-4结合位点在聚合和细胞识别中的重要性,所以优选使本发明的碳水化合物在C-2或C-3位上金属化。公认的是,除C-2和C-3之外的位置如果提供所需的膜转运特性、毒性或治疗特性,它们就是连接顺磁性金属离子的有效位置。就葡萄糖来说,所述金属离子最优选连接在C-2位,这是由于对立体因素的考虑。
作为治疗剂,本发明的金属化碳水化合物被送递给患者的剂量优选在1~5mg/kg的范围内。本发明的金属化碳水化合物可被这样施用,即在合适的药物载体中通过各种途径(包括经鼻、经口、肌内、皮下和静脉内)施用。在一些场合中,需要将本发明的金属化碳水化合物与佐剂一起施用,所述佐剂阐述性地包括无机凝胶(例如氢氧化铝),表面活性物质(例如卵磷脂),天然碳水化合物,肽,油乳胶等。当使所述金属化碳水化合物在肿瘤细胞内循环和浓缩后,就能发挥所述金属离子的磁特性的治疗效益。
本发明的试剂可进一步包含常用的配方助剂,例如稳定剂、抗氧剂、重量克分子渗透压浓度调节剂、缓冲剂、pH调节剂等。如果该试剂被配制成供肠胃外施药,那么,在无菌的、生理上可接受的介质中的溶液(例如等渗的或稍微高渗的水溶液)是优选的。
就MRI检查来说,本发明的试剂通过影响水质子的弛豫时间而起作用。与质子能量传递到周围化学环境的速度相关的时间间隔(T1)因本发明试剂的存在而减小,从而增大了细胞(其中浓缩了该试剂)的局部图象强度。优选地,在MRI成象中应用C-2位上结合了钆的D-葡萄糖,使常规RF脉冲序列与水性环境中同钆相关的协调物质共振。
本发明的进一步方面涉及一种通过定域磁偶合的、RF引起的高热选择性地杀伤肿瘤细胞的方法。应用预定的已掺入了本发明试剂的肿瘤细胞同等物(coordinates),该部位暴露于频率足够低而可忽略介电加热效果的磁场中,以便保护正常的周围组织。同样低频率的磁场在接触了或含有本发明试剂的细胞中引起显著的磁化、矫顽磁力和磁滞损耗,于是导致定域磁滞加热。这样低频率的磁场是从具有感应线圈和发生器的装置获得的。根据振幅和组织透入深度控制磁场而进一步将虚假的高热减至最小。该装置通过升高定域部位的温度至41~44℃的范围而优先破坏恶性细胞,但正常组织在高达约48℃的温度下仍保持存活。优选地,在本发明中应用在C-2位被铁原子金属化的D-葡萄糖作为高热治疗肿瘤细胞的试剂。
顺磁性离子金属化的碳水化合物的组合属于本发明的范围。通过同时施用含不同金属离子的碳水化合物,可达到弛豫(relaxivity)的增大和反差增强。通过实例,送递D-葡萄糖-Fe与D-葡萄糖-Gd时,注意到钆比铁具有更好的反差特性,但铁比钆具有更好的高热特性。同时施用这两种试剂使得能叠合进行MRI成象和高热治疗。
本发明的试剂还适合包封入肠溶包衣、囊泡或脂质体中。包封所起的作用是保护本发明的金属化碳水化合物以防消化道代谢或者选择性地增强摄入特定的器官(例如,肝、脾和骨髓这些网状内皮器官)。优选地,含钆的碳水化合物被包封入泡囊或脂质体用于组织的成象;含铁的碳水化合物则被用于其高热治疗。认识到囊泡或脂质体可进一步包含常规化疗剂(例如用于治疗实体瘤和炎性损伤的顺铂)。由于癌细胞的高代谢速度,所以这些细胞优先胞吞囊泡或脂质体。与通过同时施用本发明的试剂而磁滞加热含常规化疗剂的细胞相关的温度升高,通过由于将该细胞暴露于合适的低频磁场所引起的细胞温度的升高增大了常规化疗剂的化学活性。这样,本发明的试剂提高了已知化疗剂的效能又不会通过高热直接杀伤细胞。
可按本发明的原理合成一些物质。一种具有特定用途的物质是钆葡糖苷。该物质具有图1中所示的大体结构,它包含三个葡萄糖分子,这三个葡萄糖分子通过它们的氧以配价键与钆键接。
图1的物质可通过如下方法合成其中,第一步,将6.9克(0.300摩尔)钠完全溶于200ml无水异丙醇和100ml四氢呋喃的混合物。第二步,将无水(水含量小于100ppm)三氯化钆(25.0g,0.0948摩尔)分批加到该钠溶液中。在回流下搅拌形成的混合物达五小时,然后在室温下让它静置24小时以便产生无色三异丙氧化钆的溶液和氯化钠沉淀。将约100ml该异丙氧化物溶液在Schlenk容器中抽空,将残余物溶于150ml脱氧的无水二甲基甲酰胺中。
取10ml形成的溶液等分样分析Gd含量,即在乌洛托品缓冲剂的存在下,以二甲酚橙作为金属显色指示剂应用EDTA滴定法分析。在惰性气氛中将90ml浓度为0.232M/l的该DMF溶液(20.88摩尔)与11.9g(66.05摩尔)无水α-D-葡萄糖在92ml无水DMF中混合。在90~95℃下加热该反应混合物达30分钟,再倾入1.21干氯仿中。在#2 Schott玻璃过滤器上分离这样产生的沉淀,用100ml氯仿洗涤,在100℃的真空下干燥。得产量为11.8g具有图1所示通式的钆葡糖苷(理论产率的81%)。
本发明其它类似的物质可通过大体相似的方法或者通过本领域技术人员明白的其它合成方法合成。
本领域技术人员将会从前面的描述明白,除了本文示出的和描述的那些之外还可对本发明作各种修改。这样的修改也落在附后的权利要求范围内。
权利要求
1.一种用于体内癌性肿瘤的磁共振成象的试剂,它包含能结合到癌细胞上或透入癌细胞的碳水化合物,所述碳水化合物连接有一个顺磁性原子;以及适合把所述碳水化合物送递至癌细胞的载体。
2.权利要求1的试剂,其中,所述顺磁性原子是钆。
3.权利要求2的试剂,其中,所述碳水化合物是D-葡萄糖,并且钆原子连接在它的2′位上。
4.权利要求1的试剂,其中,所述碳水化合物是葡萄糖异构体,并且所述顺磁性原子连接在它的2′位或3′位上。
5.权利要求1的试剂,它包含钆葡糖苷。
6.权利要求1的试剂,其中,所述载体包括包封所述碳水化合物的脂质体。
7.一种治疗肿瘤细胞的方法,它包括如下步骤将能结合到该细胞上或透入该细胞的碳水化合物送递到该细胞,所述碳水化合物在其一个碳原子上连接有一个顺磁性原子;使所述碳水化合物结合到该细胞上或透入该细胞;以及将该细胞暴露于具有足够的磁通量和频率而引起所述碳水化合物中的顺磁性原子共振的磁场中,以致在肿瘤细胞内产生高于约60℃的居里温度。
8.权利要求7的方法,其中,所述顺磁性原子选自Cu、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Mn、Ni和Yb。
9.权利要求7的方法,其中,所述顺磁性原子自Fe、Gd和Mn。
10.权利要求7的方法,其中,所述碳水化合物是D-葡萄糖,所述顺磁性原子是铁并且连接在它的2′位。
11.权利要求7的方法,其中,所述碳水化合物是葡萄糖异构体,并且所述顺磁性原子连接在它的2′位或3′位。
12.一种用于治疗肿瘤细胞的试剂,所述试剂包含选自单糖、二糖和多糖的碳水化合物,所述碳水化合物连接有一个铁原子。
全文摘要
一种用于体内癌性肿瘤的治疗或成象的试剂,它包含其上连接有一个顺磁性原子的碳水化合物。该碳水化合物能结合或透入癌细胞。当该试剂被用于成象时,钆构成优选的顺磁性原子。当该试剂被用于对肿瘤施加热能时,所述顺磁性原子优选包含铁。该试剂可被分配在载体中,并且该载体可以包括脂质体。该试剂可与其它的诊断物质或治疗物质结合应用。一种优选的物质包含钆葡糖苷。
文档编号A61K49/08GK1299249SQ98812156
公开日2001年6月13日 申请日期1998年11月19日 优先权日1997年11月20日
发明者D·普拉特 申请人:D·普拉特
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