作为mr中的代谢标记的超极化酯类的制作方法
【专利说明】作为MR中的代谢标记的超极化酯类 发明领域
[0001] 本发明涉及磁共振（MR)领域，特别是涉及使用包含超极化的13C酯类的诊断介质 的 13C-MR研宄方法。
[0002] 发明背景
[0003] 磁共振成像（MRI)对临床医师而言已经变成特别富有吸引力的技术，因为可以通 过非侵害性方式得到患者身体或其部位的图像，而无需患者和医务人员暴露于潜在有害辐 射例如X-射线中。由于其高质量图像和良好的空间和瞬时分辨力，所以MRI是用于使软组 织和器官成像的有利成像技术。可以使用或不使用MR造影剂进行MRI。然而，增强MRI成 像通常能够检测非常小的组织改变，这使得它成为用于检测早期阶段组织改变例如小肿瘤 或瘤转移的强有力工具。
[0004] 使用超极化分子的MRI是新出现的技术。WO 9935508公开了使用高1\试剂的超 极化的溶液作为MRI造影剂对患者进行MR研宄的方法。术语"超极化"是指增强存在于 试剂中的NMR活性核的核极化，即具有非零的核自旋的核，优选 13C-或15N-核，且由此将MR 信号强度放大约100倍和以上。当使用富含超极化的 13C-和/或15N的高T1试剂时，基本 上无来自背景信号的干扰，因为 13C和/或15N的天然丰度可以忽略不计，且由此图像对比度 有利地高。常规MRI造影剂与这些超极化的高T 1试剂之间的主要差异在于在前者中，对比 度改变是通过影响体内的水质子的弛豫时间导致，而后面类型的试剂可以被视为非放射性 示踪物，因为得到的信号仅来源于该试剂。当通过未成对电子与用作MR探针的核之间的微 波辅助性转移得到超极化时，所述技术称作动态核极化作用（DNP)。
[0005] 用作MR显像剂的各种可能的高T1试剂公开在W09935508中，包括非内源性和内 源性化合物。作为后者的实例，举出正常代谢循环中的中间体，认为它们对于成像代谢活动 而言是优选的。通过代谢活动的体内成像，可以得到组织代谢状态的信息，且该信息例如可 以用于甄别健康与患病组织。
[0006] 例如，WO 2009077575公开了使用包含超极化的13C-富马酸酯的成像介质的13C-MR 检测方法，以便通过检测 13C-苹果酸酯和任选的13C-富马酸酯和/或13C-琥珀酸酯信号研 宄柠檬酸和脲循环。在该方法的一个优选的实施方案中产生的代谢特性提供有关身体和身 体部位在检查下的代谢活动的信息，且该信息可以用于随后的步骤中，例如鉴定疾病。这样 的疾病优选是癌症，因为肿瘤组织的特征通常在于代谢活动改变。作为技术层面，如果待极 化的化合物在冷冻或冷却其溶液时结晶，则必须将玻璃形成添加剂加入到该溶液中。
[0007] 动态核极化作用（DNP)近期被应用于使用溶液的磁共振波谱分析（MRS)，其中可 以将其用于产生灵敏度的大幅度增加。使用这项技术，已经观察到几种 13C-标记的化合 物的代谢，且用于评估特异性酶催化的反应在体外和体内的速率常数（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，对于一些超极化的13C-标记的底物，对于该底物及其在体内被 成像的代谢物的空间分布存在足够的信号。因为已经在临床中以相对高浓度下施用这些 底物的一些，所以这项技术已经具有被转变成临床应用的潜能。迄今为止，研究最多的反 应牵涉超极化的[I- 13C]丙酮酸酯：超极化的标记可以与内源性乳酸酯或丙氨酸交换，或 者，它可以不可逆地被转化成二氧化碳，随后在被碳酸酐酶催化的反应中被转化成碳酸氢 盐。在肿瘤、心脏组织和肝中观察到了这些代谢反应（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] 在专利文献中也公开了超极化的13C-丙酮酸酯或[13C， 2H]-乳酸酯的用途，例如， 在如下专利对比文件中。
[0009] EP2052273公开了用于检测细胞死亡的方法，包括施用包含超极化的13C-丙酮酸 酯的成像介质。
[0010] US20100178249公开了包含乳酸酯和超极化的13C-丙酮酸酯的成像介质。
[0011] W02011138269公开了超极化的[13C，2H]-乳酸酯在测定LDH活性中的用途。
[0012] US20110038802公开了使用包含超极化的13C-丙酮酸酯的成像介质测定丙氨酸转 氨酶活性的方法。
[0013] W02008143519公开了使用包含超极化的13C-丙酮酸酯的成像介质对肿瘤分级的 MR方法。丙酮酸酯的转化通过氧化脱羧作用进行。
[0014] 在Hurd等人的著作中，提出将超极化的[I-13C]-丙酮酸乙酯（EP)作为用于神 经病学应用的MR代谢成像中的超极化的[I- 13C]-丙酮酸酯的可替代方法，其中丙酮酸 醋的血-脑转运可能是限制因素（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)。该著作的作者证实 [I-13C]-丙酮酸乙酯被快速和优先地摄入脑，且由此启示超极化的EP在研究神经变性疾病 中的用途；还启示使用酯类快速和有效地将试剂递送通过血-脑屏障的一般策略。
[0015] 在Brindle等人的著作中还显示了超极化的乙醋用途（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))，其中将
[1，3-13C2]_乙酰乙酸乙酯（EAcAc)注入无肿瘤和具有肿瘤的小鼠，以便探测体内酮体代 谢。显示EAcAc被快速地转化成乙酰乙酸酯；然而，作者建议所述转化因非特异性酯酶活性 而在血液中进行，因此，EAcAc在探测体内酮代谢中的用途被忽视。
[0016] 近来，其它内源性分子已经成功地被超极化；在注射超极化的13C-标记的碳酸氢 盐后，在体内根据13C-标记的碳酸氢盐和二氧化碳的相对浓度测定了肿瘤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);已经证 实在注射超极化的13C-标记的富马酸酯后，体内坏死肿瘤组织中超极化的苹果酸酯水平 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);在体外给细胞施用超极化的13C-标记的谷氨酰胺后，观察到 由线粒体酶谷氨酰胺酶催化的谷氨酰胺代谢成谷氨酸盐（Gallagher FA，Kettunen MI，Day SEjLerche MjBrindle KM-13C MR spectroscopy measurements of glutaminase activity in human hepatocellular carcin