磁共振成像的制作方法

专利名称：磁共振成像的制作方法
技术领域：
本发明涉及》兹共振成像(MRI),且特别地涉及MRI的方法和应用， 其中采用锰造影剂以分级水平确定组织活力/功能并由此检测心脏重塑情 况。
背景技术：
由于动脉硬化、血栓和/或动脉闭塞所致的缺血性心脏病(IHD)仍然是 西方国家中的主要死亡病症。与IHD相关的最常见的潜在致命发病是急性 心肌梗塞(AMI)、心律失常、和在AMI期间或之后的心力衰竭。
近年来，AMI治疗已经显著改进，现在，许多人由于能够通过药物和/ 或经皮介入进行血管再造而幸免于AMI。不过，不幸的是，接受这种治疗的 相当数量的人以及具有甚至更少梗塞的人，此后会发生左心室重塑，和具有 高水平的死亡率和发病率的心力衰竭。重塑包括梗塞区域(现在为疤痕区域) 中、相邻边界区域中的结构的、新陈代谢的和功能改变，并在整个心室中具 有不同程度。这些异质性改变使病人已经面对危及生命的心律失常和心脏泵 送衰竭，即心力衰竭。因此，需要识别和监控心肌重塑的方法，使得在致命
情况发生之前可采取必要的药物处理或外科手术行动。
在开发用于检测心肌重塑的方法时需要克服的主要困难是，在心肌灌注 和心肌活力(viability )之间进行区别。在细胞水平上，活力要求心肌血液 流动足以维持无障碍的氧化代谢，因而活力与灌注有固有的联系。不过相反 地，灌注不总是指示活力，这是因为，冠状动脉的自然再开启或通过血管再 造治疗而重新开启的冠脉可能将血流供应到无活力的组织区域。用于检测灌 注的方法因而在识别或监控心脏重塑方面具有应用局限性。灌注可例如通过静脉注射细胞外含Gd造影剂(例如Gd-DTPA或 Gd-DTPA-BMA)的快速推注式示踪(fast bolus tracking) MRI进行评估。 不过，活力的确定取决于梗塞组织中Gd类造影剂的积聚情况，并仅可通过 以下方式可见在初始造影剂给药之后等待10-20分钟，并重复MRI。这 种技术的主要缺陷在于，死亡组织的或无功能的组织被成像。因而仅间接得 到活力心肌的信息。
锰增强的MRI是另一种可用于心肌成像的技术。这种技术基于以下事 实锰离子经由Ca"通道进入细胞中并因而积聚在活细胞中。积聚的锰导致 图像信号强度(SI)增大。更重要的是，相对于贫锰细胞，所积聚的锰还导 致这些细胞的纵向弛豫时间(T!)减少，并因而导致其纵向弛豫率& (A产 1/TJ增大。对于锰增强&有贡献的因素是强的蛋白质结合。因此，通过 MRI,可捕获活组织相对于坏死组织的图。
例如，WO99/01162中描述了使用各种锰络合物检测心肌缺血，特别是 用于通过MRI从梗塞组织中区别出有活力的心肌组织。为了识别有活力的 组织，锰络合物被给药到个体，且个体在3至6小时的时段内通过MRI成 像。有活力的细胞摄取锰络合物，而假设在梗塞组织中，锰通过灌注而快速 分散但并未被细胞保持。这样，特别地设计在给药以之后延迟3至6小时开 始成像，从而确保从非活力组织中有效清除锰，因而可检测到通过有活力的 细胞的造影。
WO 99/01162中描述的方法因而能够区分有活力的组织与梗塞组织。不 过，这种方法要求在给药造影剂和开始成像之后3至6小时的等待时间，因 而对患者和保健时间而言代价昂贵。而且，没有提供用于评估不同水平的活 力或功能的方式。换句话说，通过WO99/001162的方法，组织仅可被分为有 活力或非活力的，即，"是"或"否"，而不是量化的分级的活力现象。 US2002/0090341具有类似的相关公开内容。
WO 2006/028379公开一种用于评估心肌活力的磁共振方法，其中分别 检测Tl和T2的相关.性以及细胞内和细胞外的水隔间的水扩散。这种方法基本上是执行已知的活力评估方法(例如，如WO 99/01162中所述)的改进 方式。其中提供的结果仍然是简单的活力"是/否"，而不是量化的分级的 活力现象。
在提供基本的"是/否"结论的简单活力与导致临床方式心脏重塑诊断 的分级活力之间存在明显区别。缺血性心脏病的简单活力意味着，在危险性 急性心肌梗塞(AMI)病发过程中心肌组织幸存与否的能力，即，生或死。
与此相比，心脏重塑是对AMI之后在左心室中(以及整个心脏中)的 整个壁发生的区别性和补偿性改变的描述，即，由于局部缺失活力组织，因 此局部功能缺失所致的补偿性改变。
AMI之后患病心脏的特征在于，以下细胞混合的异质性死细胞，活的 但功能不佳(功能下调)的细胞，正常细胞，和用于补偿其它细胞功能缺失或 损伤的超正常细胞。通常，最远区域(在此后的本发明的实施例中中的经轴切 片中相反)变得厚于正常水平(偏心性肥大(exentric hypertrophy)并更强地收 缩。这表示真正的重塑，即，不确保正常心脏功能但着重于异质性并预报综合 的泵送功能逐步缺失的心力衰竭发作的状态或状况。而且，重塑还设置用于心 脏的电生理学改变，并可与致命的心律失常相关。不希望局限于理论，相信由 AMI所致的重塑是在整个心室中发生的过程，即，也在梗塞以外区域发生，并 包括中间区域和远侧区域。
在AMI之后不久在梗塞和近梗塞区域与远侧区域之间显示出相对较大R4 梯度的患者，将在此后阶段处于发展为危及生命的充血性心力衰竭和心律失常 的高风险中。这样的患者应进行积极的药物治疗。通过例如Mn增强和R,评估 的重复检查因而是监控重塑过程的新的方式。这样的方法应解决两个重要医疗 问题即，预测谁将发展为充血性心力衰竭，和谁将对应于通过药物或血管再 造(PCI,冠脉搭桥手术)的治疗。
为利于心脏重塑，需要能够更快确定心肌活力/功能的技术，从而可随时 监控心肌中的改变。而且，需要能够区分活力/功能的不同水平而不是仅如现有 技术提供"是/否"结论的技术。现在已经令人惊讶地发现，这可通过使用锰类造影剂实现，特别是在MRI领域中。
N,N'-双-(吡。多醛-5-磷酸盐)-乙二胺-N，N'-二乙酰乙酸的锰(II)螯合物 (MnDPDP)是公知的用于MRI的造影剂。给药到机体的MnDPDP在血浆中 以如图1中所示的两种方式代谢。在第一途径中，MnDPDP经历与血浆中的Zn 的金属转换反应(transmetallation)而释》文可经由Ca^通道^皮细胞快速吸收的 Mi^+离子。在第二途径中，相信MnDPDP通过血浆磷酸酶经历酶降解为其单磷 酸衍生物MnDPMP和其非磷酸化衍生物MnPLED。这些生物标志物然后可作 为完整分子进入细胞中和/或经历金属转换反应以释放可如前所述经由Ca^通 道进入细胞中的Mn"离子。
杂志"J. Magnetics Resonance Imaging (,兹共振成像)"(2006, 24:1047-1055 ) 中研究了健康心肌细胞的积聚率。在此研究中，健康个体在5或30分钟灌注以 MnDPDP而在细胞中形成锰积聚或浓度，此后进行MRI。上述研究论述了 5分 钟MnDPDP灌注(inflision)形成了锰组织浓度相对于时间的两阶段曲线，其 中，存在早期的快速的Mn"浓度增加和晚期的较慢的Mn"浓度增加，而对于 30分钟输注，Mn"浓度稳步增加。不过，所积聚的锰的总量是恒定的。图线如 图2中所示。

发明内容
本发明基于以下惊人发现当诸如MnDPDP的锰造影剂给药到非健康 个体时，具有疤痕蛋白质(例如，胶原)的无活力组织在输注MnDPDP之 后的短时间内快速吸收或结合Mn"(类似于前述两阶段曲线的初始阶段)， 但在此后停止摄取。通过其中存在的锰，活力细胞可因而区别于无活力细胞。 更重要的是，细胞内的锰量提供活力的定量测量，即功能的定量测量。由于 存在于细胞中的锰量显示为基本上正比于由MRI确定的信号强度(SI)和 A值，因而SI和/或/^的测量值可用于提供细胞内的锰和组织活力/功能的 定量测量。这对于检测心脏重塑特别有用。 这样，根据第一方案可见，本发明提供一种确定个体的心肌中细胞内锰含量的方法，所述个体被以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐预给药，所
述方法包括使所述个体经历MRI过程以评估图像信号强度(SI)，或更 优选地，评估贯穿所述心肌中的纵向弛豫率i^。
根据另 一 方案可见，本发明提供 一种确定个体中的心肌组织的活力/功 能的方法，所述个体被以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐预给药，所述 方法包括使所述个体经历MRI过程以确定所述个体的心肌中的细胞内锰 含量，优选地通过前述方法进行所述确定。
根据可替代的方面，本发明提供一种确定个体中的心肌组织的活力/功 能的方法，所述方法包括
(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和
(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定所述个体的心肌中的细胞内 锰含量；优选地通过前述方法进行所述确定。
根据又一方面，本发明提供一种锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐在 制造用于确定个体中的心肌组织的活力/功能的方法中的组合物中的应用， 其中所述方法包括
(i)以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和 (iiH吏所述个体经历MRI过程，由此确定所述个体的心肌中的细胞内 锰含量；优选地通过前述方法进行所述确定。
根据再一方案可见，本发明提供一种检测个体中的心脏重塑的方法，所 述方法包括
(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和
(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定心肌组织的活力/功能，优 选地通过确定所述个体的心肌中的细胞内锰含量(例如通过评估图像的信号 强度(SI)，或更优选地通过评估所述心肌中的纵向弛豫率/^)而确定心肌 组织的活力/功能。
根据可替代的方面，本发明提供锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐在 制造用于4企测个体心脏重塑的方法中的组合物中的应用，其中所述方法包括
(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和
(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定心肌组织的活力/功能，优 选地通过确定所述个体的心肌中的细胞内锰含量进行确定(例如，通过评估
图像的信号强度(SI)、或更优选地通过评估贯穿所述心肌的纵向弛豫率 / !而进行确定)。
根据另 一方案可见，本发明提供一种锰造影剂或所述锰造影剂的可药用 盐，用于确定个体中的心肌组织的活力/功能的方法中，其中所述方法包括
(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和
(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定所述个体的心肌中的细胞内 锰含量；优选地通过前述方法进行所述确定。
根据另 一方案可见，本发明提供一种锰造影剂或所述锰造影剂的可药用 盐，用于检测个体中的心脏重塑的方法中，其中所述方法包括
(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和
(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此通过确定所述个体的心肌中的细 胞内锰含量(例如通过评估图像的信号强度(SI),或更优选地通过评估贯 穿所述心肌的纵向弛豫率& )而确定心肌组织的活力/功能。
本发明的用于检测心脏重塑的优选方法和应用进一步包括步骤(iii):
(iii) 重复步骤(i)和(ii)，并评估心肌组织的活力/功能是否发生改 变。可选地，步骤(iii)可在治疗时段(例如几天、几周、几个月)之后执 行。
术语"确定锰量"是指，定量的或半定量的量级(例如，定量的量级) 的值归因于存在的细胞内的锰量。换句话说，在一量级的分级值归因于存在 的锰量。这一术语因而不包括仅产生存在或不存在的结论的确定结果。得到 的值因而可关联到组织活力/功能的概率以及心脏重塑的存在。
术语"组织活力"是指，组织将以正常方式存活并且发挥功能的概率。
因此，严格地讲，在此使用的术语"组织活力"不对应于简单的"是/否"
ii结论，而是对应于所述组织将是否发挥功能的分级的评估。因此，可替代地， 术语"组织活力"可被认为是指"组织功能"，即，组织将以正常方式存活 并且发挥功能的概率。
术语"心脏重塑"是指，受伤后的心脏(特别是左心室)在尺寸、形状、 代谢和功能上的改变。
术语"锰造影剂"在此是指，包括至少一种锰原子或离子的药剂。
在MRI中使用锰造影剂在专利和科技文献中是公知的，例如，如 WO99/01162中所述，该专利的内容在此通过引用并入本文。所有其中所述 的锰造影剂、及其可药用盐，均适于在此描述的应用和方法。
锰造影剂可采用离子形式或更优选地采用非离子的络合物形式。可结合 到一个或多个载体分子的锰螯合络合物在本发明的应用和方法中是特别优 选的。
特别优选的造影剂是緩释锰造影剂。这些造影剂当在活的有机体内给药 之后使锰保持在其结构中一段时间，例如，直到造影剂到达血管内系统。优 选的锰离子释放螯合络合物是在活的有机体内离解以在通过心脏的通路上 提供锰离子释放的那些锰离子释放螯合络合物。便利地，锰螯合物可具有的 Ka值在107至1025的范围内，更优选地在109至1024的范围内，进一步优选 地在101(}至1023的范围内，例如为1012至1022。
已提出用于锰离子的宽范围的适合螯合剂和大分子结合的螯合剂。联吡 啶氧基(dipyridoxyl)类螯合剂已经被描述例如用作MRI造影剂。具有联吡 啶氧基螯合剂的锰(II)螯合物对于本发明的应用和方法而言是特别优选的。
对于本发明的应用和方法优选的是公式I的化合物的锰螯合物及其盐
12<formula>formula see original document page 13</formula>其中在通式I中，
每个R/独立表示氢或-CH2CORS;
RS表示羟基，羟基化或未羟基化的烃氧基、氨基或烃氨基； 每个W独立表示基团xyr6;
X表示键，或Cw亚烃基或氧亚烃基基团，其可选地由基团R7取代； y表示键，氧原子或基团nr
R6是氪原子，羟基，COOR8基团，OP(0)(OR8)r7基困，OP(O)(OM)R7 基团，或者可选地由选自coor8、 conr82、 nr82、 or8、 =nr8、 =0、 op(o)(or8)r7、 op(0)(om)R7和os03m中的一个或多个基团取代的烃基、 烯基、环烃基、芳基或芳烃基；
W是om、羟基、羟基化或未羟基化、烃氧基化或未烃氧基化的烃基或 氨基烃基；
Rs是氢原子，羟基化或未羟基化、烃氧基化或未烃氧基化的烃基基团； m是氢原子或生理耐受的阳离子的一种等同物，例如碱金属或碱土金属 阳离子(例如Na+),铵离子或有机胺阳离子，例如曱葡胺离子h;
W表示d.s亚烃基基团，优选地为Cl6，例如C2-4亚烃基基团，1,2-环
亚烃基基团，或l，2-亚芳基基团；和 每个r"虫立表示氬或Cw烃基。
在此使用的术语"烃基"和"亚烃基"包括直链及支链的饱和及不饱和 的烃。术语"l，2-环亚烃基"包括顺式和反式的环亚烃基基团、和具有5-8 个碳原子的烃基取代的环亚烂基。术语"l，2-亚芳基"包括苯基和萘基团，<formula>formula see original document page 14</formula>、N
(II)
其中在通式II中，
每个Ri独立表示氢或-CH2CORS;
Rs表示羟基、羟基化或未羟基化的烃氧基、氨基或烃氨基； 每个R2独立表示由选自轻基、coor8、 conr82、 nr82、 or8、 =nr8、
=0、 op(o)(or8)r7、 op(o)(om)r7和os03m中的一个或多个基团取代的烃 基基团(例如d-6烃基基团)；
R7是om、羟基，可选地羟基化且可选地烃氧基化的烃基或氨基烃基基
团；
Rs是氢 原子，或可选地羟基化且可选地烃氧基化的烃基基团；
和具有6- 10个碳原子的烃基取代的其衍生物。
除非另行指出，否则任何烃基、亚烃基或烯基部分可便利地包含1-20 个、优选地为l-8个、更优选地为1-6个、且特别优选地为1-4个石友原 子。
环烃基、芳基、芳基烃基部分可便利地包含3-18个、优选地为5-12 个、且特别优选地为5-8个环原子。包括苯基或萘基团的芳基部分是优选 的。作为芳烃基基团，苯基Cw烃基、特别是苯曱基是优选的。
当基团可选地可被羟基基团取代时，这可为单取代或多取代，在多取代 的情况下，烃氧基和/或羟基取代基可由烃氧基取代基承载。
对于本发明的应用和方法而言，特別优选通式II的化合物的锰螯合物 及其盐。M是氢原子或生理耐受的阳离子的 一种等同物，例如碱金属或碱土金属
阳离子(例如Na+)，铵离子或有机胺阳离子，例如曱葡胺离子；
W表示C,.8亚烃基基团，优选地为Q-6,例如(:2-4亚烃基基团；和 每个W独立表示氢或Cw烃基。
在通式II中，RS优选地为羟基。优选地，每个基团R/表示-CH2COR5, 其中，115为羟基。
在通式II的进一步优选的化合物中，R3优选地为亚乙基(即， -CH2-CH2-)。
在进一步优选的化合物中，每个I^为d.3烃基，特别是曱基。
通式II的化合物可在两个吡啶环上具有相同或不同的W基团，而且这
些基团可附接到相同或不同的环位置。不过，特别优选的是，在5-和6-位置 进行取代，更特别地在6-位置进行取代，即，在羟基基团的对位取代。其中 R 基团相同且相同定位(例如，6，6')的化合物是特别优选的。
在通式II的化合物中，R 优选地为Cm,例如d.2烃基基团。更优选地， R2为d。 R2上的优选的取代基为羟基，OP(0)(OR8)R7和OP(O)(OM)R7。 R7 优选地为羟基基团或OM。 RS优选地为氲。
对基团 R2的特另1优选的等同物包括CH2OP(0)(OM)OM 、 CH2OP(0)(OM)OH、 CH2OP(0)(OH)2或CH2OH基团。
特别优选的是，通式II的化合物中的113为亚乙基且112具有如上所列的 ^壬《可识别物。
特别优选地，N,N'-双-(吡口多醛-5-磷酸盐)-乙二胺-N，N'二-乙酰乙酸的 锰(II)螯合物(MnDPDP )用于本发明的方法中。MnDPDP也已知为锰(II) N,N'-联吡咬氧基-乙二胺-N,N'-双乙酸酯-5,5'-双(磷酸盐)和已知为锰福地 p比三4内。
而且优选地，N,N'-联吡啶氧基-乙二胺-N,N'-二乙酰乙酸的锰(II)螯合 物(MnPLED)也用于本发明的方法中。MnPLED也已知为锰(II) N，N-联 吡啶氧基-乙二胺-N，N'-双乙酸酯。
15而且，N-吡啶氧基，N'-(吡啶氧基-5-磷酸盐)-乙二胺-N-N'-二乙酰乙 酸的锰(II)螯合物(MnDPMP)也是优选的。MnDPMP还已知为锰(II) N,N'-联吡啶氧基-乙二胺-N,N'-双乙酸S旨-5-磷酸盐。
如下所述，本发明的方法和使用基于以下发现虽然有活力的和无活力 心肌组织在给药以诸如MnDPDP之类的锰造影剂之后的短时间内均摄取锰， 不过仅有活力细胞随时间逝去继续摄取锰离子。因此，在以造影剂给药之后 的 一定时段之后，在细胞中存在的最终锰量提供了细胞活力/功能的水平的 测量。
最令人惊讶的发现在于，虽然MnDPDP及其代谢物MnDPMP和 MnPLED均导致Mn"离子在心肌中积聚，但其以不同方式积聚。可想到的 是，这可能是因为，存活的和坏死的组织均摄取通过早期金属转换反应产生 的Mn2+,而仅有活力细胞摄取采用MnDPMP或MnPLED形式的Mn"或者 通过这些药剂的延迟金属转换反应产生的Mn2+。
因此，相信MnDPMP和MnPLED有利于对组织活力/功能的最精确的 确定。当使用这些药剂时，相信在坏死组织中发生的锰摄取即使有也非常少， 因而可得到最高水平的反差。因此，MnDPMP和MnPLED在本发明的应用 和方法中是优选的造影剂。MnDPMP由于比MnPLED具有更高的水溶性而 成为特别优选的。
如果不是所有螯合物的不稳态氢均被络合金属离子取代，则螯合物的生 物耐受性和/或可溶性可通过以在生理上生物相容的无机和/或有机的碱或氨 基酸阳离子取代剩余的不稳态氢原子而增加。适合的无机阳离子的示例包括 Li+、 K+、 Na+,特別是Ca"。适合的有机阳离子包括铵、被取代的铵、乙醇 胺、二乙醇胺、吗啉、葡糖胺、N,N,-二曱基葡糖胺、赖氨酸、精氨酸、或 鸟氨酸。
用于本发明的应用和方法中的化合物可在市场上购买(例如从GE Healthcare购买)，或可通过现有技术中已知的过程制备。用于制备聚氨基 聚羧酸类螯合剂的适合方法在EP-A-299795、 EP-A-71564、 DE-A-3401052、EP-A-203962和EP-A-436579中描述。
在制备联吡啶氧基化合物时，化合物PLED可用作开始材料并可使用传 统过程适当衍生以得到通式I的化合物。用于制备通式I的化合物的适当方 法例如在EP-A-2卯047中描述。可替代地，通式I的化合物可通过才艮据 Taliaferro所描述的制备PLED的过程(Inorg. Chem. 23:1183-1192， 1984 )使 相应的吡喷醛化合物与亚烃基二胺反应进行制备。
用于本发明的锰螯合物可通过现有技术中已知的传统过程形成。通常， 这样的过程包括使金属氧化物或金属盐(例如，硝酸盐、氯化物或硫酸盐) 溶解或悬浮在水或诸如甲醇、乙醇或异丙醇之类的低碳醇中。向此溶液或悬 浮液中加入等摩尔的处于水或低碳醇中的螯合剂，搅拌混合物，如果必要可 适度加热或加热至沸点，直到反应完成。如果所形成的螯合物盐不溶于所用 溶剂，则反应产物通过过滤分离。反应产物如果可溶，则其通过蒸发或干燥 而分离，例如通过喷雾干燥或冻干法分离。
如果诸如磷酸基团之类的酸基团仍存在于结果形成的螯合物中，则优选
通过与可形成生理可接受的阳离子的无机和/或有机的碱或氨基酸反应而将 酸性螯合物盐转换为中性螯合物盐，从而将酸基团分离。螯合剂的羧基和磷 酸基团也可通过酯化作用制备羧酸酯和磷酸酯而中性化。这样的酯可通过现 有技术中已知的传统过程从相应醇制备。适合的酯例如包括具有1至18 个碳原子的直链或支链醇的酯；具有1至18个碳原子的单或多羟基的烃基 氨基醇，优选地具有l至6个碳原子，例如为丝氨醇或二乙醇胺；和具有1 至18个碳原子的多羟基醇，例如乙二醇或丙三醇。
当金属螯合物承载整体电量时，其应便利地以具有生理可接受反荷离子 的盐的形式使用，例如，铵，被取代的铵，碱金属或碱土金属(例如钙)阳 离子或源于无机或有机酸的阴离子。在这一点上，特别优选曱葡胺盐。
在本发明的方法和应用中，所述造影剂优选地以传统方式配方入药物组 合物中，例如，通过一种或多种生理可接受的载体或稀释剂。用于本发明方 法和应用的优选组合物的形式适于直接注射或输注或者分散于或稀释于生理可接受的载体介质(例如用于注射的水)之后注射或输注。这样，虽然造 影剂可为粉末的形式，不过，在生理可接受载体中的溶液、悬浮液、和分散 物通常也是优选的。
用于本发明的应用和方法中的组合物，例如，静脉内溶液，应为无菌的 且不存在生理不可接受的药剂，并应优选地具有低重量摩尔渗透压浓度以使 给药时的刺激和其它不利影响最小化，因而造影介质应优选地为等渗的或略 微高渗的。因此，适合的载体或稀释剂包括常用于非肠道给药的溶液(例如， 氯化钠注射液、林格注射液、葡萄糖注射液、葡萄糖和氯化钠注射液、乳酸
4匕;f木冲各注射液)以及其它;容液(例》口，在Remington's Pharmaceutical Sciences, 15th ed.， Easton: Mack Publishing Co.， pp. 1405 1412 and 1461 1487 ( 1975 ) 和The National Formulary XIV, l她ed. Washington: American Pharmaceutical Association ( 1975 )中所述的溶液)的水性载剂。
造影剂可设计用于以本领域技术人员公知的方式给药。例如，化合物， 其可选地添加有可药用赋形剂，可悬浮在或溶解在水性介质中，然后对得到 的溶液或悬浮液杀菌。也可包括配方助剂(例如，稳定剂、抗氧化剂、渗透 调节剂、緩冲剂、pH调节剂、防腐剂、杀菌剂，等等)和/或其它添加剂。 适合添加剂的代表性示例包括生理上生物相容的緩冲剂(例如，DTPA或 DTPA双酰胺)，钩螯合物络合物(例如，钾DTPA盐，钾DTPA双酰胺盐， 或NaCaDTPA双酰胺)，或钩或钠盐(例如，氯化钩，抗坏血酸4丐，葡萄 糖酸钓，或乳酸4丐)的添加物(例如，1至50mol% )。
为了被心肌细胞中的钩通道有效摄取，锰优选地处于Mr^+状态。为了 阻止Mr^+氧化，用于本发明的应用和方法中的组合物将优选地包含抗氧化 剂，例如，抗坏血酸或还原糖。
包括化合物性质，组合物性质和将进行的成像类型。不过，优选地，所使 用化合物的浓度范围在0.001至1 mmol/ml，更优选地在0.005至0.1 mmol/ml,进一步优选地在0.01至0.05 mmol/ml，例如为大约0.01 mmol/ml。用于本发明的方法和应用中的适合的组合物可在市场上购买。例如
MnDPDP溶液可从GE Healthcare购买，其商标名称为Teslascan。
在本发明的方法和应用中，使用临床可接受的锰剂量。便利的是，如前 所述的化合物的给药剂量为0.5至40 pmol/kg体重，更优选地为1至20 pmol/kg体重，进一步优选地为2至12 nmol/kg体重，例如为大约5至10 ^mol/kg体重。优选i也，通过4,注式注射(bolus injection)或專lr注将化合物 给药到全身脉管系统中。优选输注。
在优选的本发明方法和应用中，锰造影剂在短时段内给药，例如，在l 至30分钟内，更优选地在2至20分钟内，进一步优选地在5至10分钟内 给药。因此，优选的给药速率在0.01-1 ml/kg/min的范围内，更优选地为 0.02-0.5 ml/kg/min。这样的给药速率易于使用传统传输设备实现。
将锰造影剂给药到个体可在用于MRI的磁场之外进行，或可在该磁场 之内进行。不过，通常优选的是，在磁场之外进行给药。
当在用于MRI的磁场之外给药时，MRI优选地在此后0.5至6小时内 进行，优选地为此后1至4小时，例如为此后1.5至3小时。当在用于MRI 的磁场之内进行给药时，MRI在给药之前、期间和/或之后间歇进行(例如， 优选地在给药之后30至60分钟内进行)。
在本发明的方法和应用中，SI和/或&测量优选地用于提供细胞活力/ 功能的定量的测量。虽然申请人已认识到SI和A测量值也在MRI文献中描 述很多，但现有公开物中尚未公开用于细胞活力/功能的分级的或定量的测 量以及用于心脏重塑的方法。现在，这可通过使用在此所述的细胞内造影剂 而实现。从在下文中描述的示例中显见的是，i^改变在没有锰造影剂时仅可 被适度检测出，但在具有锰时显著增强。
这样，在本发明的方法和应用中，心月几活力/功能的定量的测量优选地 通过确定心肌中的细胞内锰量而评估，例如通过确定MRI的SI或通过确定 ^而评估。在本发明的优选方法中，细胞内锰量通过确定&而评估。具体 而言，对心脏的左心室成像。更具体地，本发明使得在整个左心室中有区别的Mn摄取和R!改变可以被检测到，而且此结果关联到心脏重塑是否存在。 在本发明的特别优选的方法或应用中，心肌^皮分为多个透壁区(例如， 5至50个，更优选地为大约IO至30个，进一步优选地为24个)。或者， 所关注区域(ROI)可选自不同的心肌层。这两种方法都使得可形成&的组 合物分布图线，由此揭示了图像像素中磁化水质子的区别性分布。
基准SI和/或^优选地在各个区或层没有用造影剂的情况下确定。在锰 造影剂给药期间和/或之后，随时间获取各个区或层的多个SI测量值(例如， 每1至30秒，更优选地每5至20秒，进一步优选地约每10秒)。优选地， 以这种方式继续成像持续20分钟至2小时，优选地持续30分钟至1小时， 例如持续大约45分钟。因此，对于所选的心肌切片，可获取总共100至500 (例如250至400)个测量值，从而获得每个区或层的测量值。可替代地， 可在更少时间点产生图像，例如，在30至45分钟内以5至10分钟的间隔 产生图像。这两种方法均能够实现M^+摄取的连续或半连续'测定。
通过在AMI之后以数周至数月的间隔重复检查，可跟踪重塑过程和/或 其对治疗的反应。
在根据本发明的优选方法或应用中，如前所述确定的每个SI测量值被 拟合到信号公式[l]，以得到A估计值
在此公式中，S为信号强度，Q是与接收器增益、仪器状况和T^衰减 (其为使用短TEs时的常数)相关的常^:, Mo是全弛豫(fully relaxed )纵 向磁场强度，a是所用RF脉冲的角度，TI是测得的到a-RF脉沖链开始的反 转时间，n是直到K空间中心的a脉冲的数量，TR是在脉冲链中两个a脉冲 之间的时间间隔，fl:(cosaexp(-i ,TR)), J6 = (l-exp(—《TR))。可使用任何
传统拟合过程，例如，单纯形搜索法和最小二乘价值函数。拟合优选地产生 用于A和QM。的数值。然后，对于每个区分别计算出值，例如，用于基准SI测量和最终SI测量，以确定每个阶段的/^以及A/ p即，在l小时的i ,
值减去基准A值。最终的A值提供了活力/功能的测量，并优选地被绘制为
A分布图(Rlmap)。可在一段时间内(例如，2周至6个月)为患者建立 多幅分布图，以监控心脏重塑。
在本发明的一些优选方法和应用中，分析Ai !值以识别所关注的区域 (ROI)。通常，ROI将覆盖疑似已经发生梗塞的区域。然后，随时间确定 的SI优选地被提取用于那些ROI并转换为暂时A改变。这可用于确认ROI 是否包括活力组织。
在本发明的方法和应用中采用的MRI可使用传统MRI设备实施。反转 技术或饱和技术，特别是优选地使用基于在现有技术中已知的Look-Locker MRI方法的反转技术。
本发明的方法和应用可用于任何个体上。术语"个体"在此是指任何的 人类或非人类生物。用于本发明的方法和应用的优选个体是人类。虽然所述 方法和应用可用于未遭受AMI的个体上，不过特别优选的个体是那些之前 已经遭受过AMI的个体。对于这样的个体而言，本发明的方法和应用可用 于才企测心脏重塑。


本发明的方法现在将进一步通过具体参照某些非限制性实施例并参照
附图的示例进行例示说明，其中
图1示出假设的在活体内MnDPDP的新陈代谢衰竭。
图2示出在Teslascan给药(以5 pmol/kg给药5分钟(a)和给药30
分钟(b))之后健康个体中的心肌(黑色)和血液(灰色)中的信号强度 (SI)改变。
图3示出在具有完全发展的梗塞的患者体内的血液(虚线)、疑似心肌 梗塞(灰线)和远区域(黑线)的暂时性i ,改变。
图4显示出在患者体内的血液(虚线)、疑似梗塞区域(灰线)和远区域(黑线)的暂时性^改变，其中，在梗塞发作时通过PCI的治疗使心肌 得到了挽救。
图5示出经过PCI治疗但是具有完全发展的梗塞的患者的短轴切片的
A分布图。
图6显示出患者的短轴切片的/ ,分布图，其中，在患者梗塞发作时通 过PCI治疗使心肌得到挽救。
具体实施方式
》兹共振成1象
在伴随急性心肌梗塞(AMI)发作的急性冠脉发作之后3-12周，对 IO个患者进行MR检查。所有患者均在因AMI就医给药之后立刻通过经皮 冠脉介入(PCI)进行血管再造。
在具有定量斥弟度(Quantum gradients )的西门子Magnetom Symphony 1.5 Tesla扫描仪(软件版本Syngo 2002B, VA21B。梯度场强30 mT/m)上执 行检查。通过身体相控阵表面线圈进行记录。心电图(ECG)信号用于心率 监4空禾口序歹'J触发(sequence triggering )。
覆盖心室长度制作稳态自由进动(Steady-state free precession )(真实 稳态进动快速成像(true-FISP))摄影短轴切片。每个切片在一个屏息过程 中获得，其中切片厚度为8毫米，切片间隔为10毫米。基于对受损壁运动 (impaired wall motion)和心脏收缩壁增厚的信号的短轴摄影图像的检查， 对每个患者选择一个切片用于对比增强成像。来自这一所关注切片(SOI) 的切片位置参数被复制并在其余的MRI检查中使用。
在SOI中的预造影心肌和血液i^测量通过一系列20幅图像执行，其中 使用具有连续增加反转时间(T!)的反转恢复(IR)快速梯度回波脉冲序列 turbo-FLASH (快速小角度发射)序列。所述序列使用非选择性180度反转 脉冲并随后使用超快FLASH序列，该超快FLASH序列包括重复性小角度 切片选择性oc脉冲，其具有在oc脉冲之间产生的梯度回波。所用的反转时间在90至5000 ms的范围内。参数设定为带宽1000 Hz/像素，回波间隙(TR ): 1.9 ms， TE: 1.06 ms，视场380 mm,切片厚度8 mm, a-翻转(flip)角度12 度，以及相部分傅立叶值(phase partial Fourier)为6/8。
在初始i 广测量之后，MR扫描仪被设定以记录一系列IR图像，其参凄史 设定与用于A测量的参数设定相同，但反转时间固定为400 ms。
在10幅基准图像之后，患者通过5分钟的外周静脉输液接收浓度为0.01 mmol/ml的MnDPDP溶液(Teslascan , Amersham )，总量为5 pmol MnDPDP /kg体重的。总共在40-45分钟获取300 - 350幅图像。在这些输液系列过 程中，在各图像之间保持7-8秒的时间间隔。
然后，进行成^f象以使梗塞区域可4^化。试验了两个T^加权心电图门控 (ECG-gated)分段序列有相敏感重建可能性的IR turbo-FLASH序列和IR true-FISP序列。在任一情况下，使用个性化的反转时间，这取决于心率和屏 息能力。
最后，在开始造影输液之后1小时执行第二A测量，其中，包括在5 分钟获取20幅IR turbo-FLASH图像。
A分析
A测量的图像使用以Matlab 6.5版(Math Works ， USA)编写的软件进 行分析，在每个单一切片中手绘出LV壁的内外边界。然后将绘出的心肌分 为24个区。对于每个区分别提取和分析信号强度。对于来自各区的数据提 供拟合的信号公式以得到&的估计值。
<formula>formula see original document page 23</formula>
在此公式中，S信号强度，Q是与接收器增益、仪器状况和T^衰减(其 为使用短TEs时的常数)相关的常数，M。是全弛豫纵向磁场强度，a是所用 RF脉冲的角度，TI是测得的到a-RF脉冲链开始的反转时间，n是a脉冲的 直到K空间中心的lt量，TR是在脉冲链中两个a脉冲之间的时间间隔，a = (cosaexp(-《TR)),且6 = (1-exp(-i !TR))。拟合通过两个变量执行^和
乘积QMo。这两个变量通过使用单纯形搜索法和最小二乘价值函数而优化。 对24个区中的每一个针对基准^测量值和1小时之后的测量值分别计 算A值。以1小时^值减去基准值计算出对于每个区的A^值。
暂时性A改变
造影输液之后的暂时&改变通过将每个患者的基准&测量值结合患者 的输液系列而形成。通过以Matlab编写的软件一起分析图像。基于A/^值， 在LV壁中居中绘出两个小的ROI (尺寸为5至8像素)。 一个ROI被置于 假设梗塞区域的中心，另一个被置于由不同冠脉供血的远侧区域中。第三个 ROI:故置于LV腔中的血液中，并给定约为LV内直径一半的直径。每个ROI 被绘于第一图像中，并在所有^测量值中且在各输液系列中被复制。然后， 根据呼吸运动手动调节ROI。提取信号强度并通过公式1形成预造影&测 量值。然后，通过公式l，所估计的QMo乘积用于将输液之后的信号强度改 变转换为暂时性A改变。
结果
输液和输液后的MRI动力学
图3和4显示出在IO个患者中的两个中确定的暂时A结果。图3显示 出从通过PCI治疗但仍发展为完全梗塞的患者所得到的结果，其中梗塞情况 通过之前病史且现在还通过1\加权MRI被确认。在Teslascan输液过程中(0 -5分钟)，早期Mn摄取不仅存在于远侧活力区域中而且还存在于梗塞区 域中，而在输液之后，晚期Mn摄取存在于远侧区域中但不存在于梗塞区域 中。梗塞区域中不存在晚期摄取，表明梗塞区域中包含不具有活力心肌细胞 的疤痕组织。
与此相比，图4显示出从梗塞发作之后更早接受PCI治疗的患者所得到 的结果。对于这类患者，早期介入使心肌得以挽救，这通过临床参数且现在还通过1加权MRI被确认。在Teslascan输液过程中(0-5分钟)，在前 述的风险区域(梗塞区域)中和在远侧区域中，均观察到早期和晚期的Mn 摄取具有类似摄取形貌，这表明所有细胞均有活力。
在两类患者中的这些现象表明，存在两阶段Mn"离子摄取，而且取决 于不同的锰制剂在5分钟的输液时段中，从基体物质MnDPDP发生早期 摄取；而在MnDPDP转换为其两种代谢产物MnDPMP和MnPLED的输液 后时段中，发生晚期摄取。令人惊讶的是，这些现象显示，虽然具有MnDPDP 的早期摄取表明了心肌的活力和灌注，不过晚期摄取尤其表明了活力。因此， MnDPDP是活力加灌流标志物，而MnDPMP和MnPLED是单纯的活力标志 物。
短轴切片的及；分布图
对于相同的两个患者制备覆盖前述梗塞发展区域或梗塞疑似区域的心
脏短轴切片的A分布图，如图5和6中所示。这些图显示出，通过本发明 的应用和方法，可得到更多的分级信息。在Teslascan输液之前，在各区的 A值之间几乎不能观察到任何不同，但在45分钟之后，出现明显得多的不 均匀性。
对于具有持续的梗塞后缺陷的患者(图5),在第一背景MR图像中， i r在梗塞区域和在远侧区域中分别为0.80 s"和0.95 s",即，A之差约为 0.15 s"。在锰增强MR图像中，相应的i^为0.95 s"和1.35 s"，即，之 差约为0.40 s"。这一结果可通过远侧区域的晚期锰摄取进行解释。不过， 令人惊讶的且更重要的是，从梗塞区域(0.95s")至边界区域(1.10s")， 然后至大的中间区域(1.20s"),最后至远侧和主区域(1.35 s")，存在逐 步的差别。
对于经过心肌挽救的患者(图6)，在造影之前或之后，在透壁区之间 几乎不存在任何差异。这样，保持了均匀性，并在Mn输注之后，存在大约 0.40 s"的A平均提高，就像对正常心肌所预期的那样。各区之间的变化在
25大约0.05至0.10 s-1内。
在从完全发展的AMI恢复的过程中，来自^分布图的这些结果表明了 可检测到的组织弛豫(relaxation)以及组织Mn摄取/保持的区域性变化。 这与梗塞后的心脏重塑是一致的，在此通过反映有活力的心脏细胞的总凄t和 /或这些细胞的功能状态的细胞内顺磁性Mn离子被首次证实。
对于具有持续梗塞和疤痕组织的患者，数据与减小的LV射血分数(49 % ) —致，并表明需要治疗以延迟明显HF的发展。对于没有左心室的重塑 信号和正常LV射血分数(71% )的其他患者，不需要这样的专门治疗。
权利要求
1、一种确定个体的心肌中细胞内锰含量的方法，所述个体被以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐预给药，所述方法包括使所述个体经历MRI过程以评估图像信号强度(SI)。
2、 一种锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐，用于个体中检测心脏重 塑的方法中，其中所述方法包括(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此通过确定所述个体的心肌中的细 胞内锰含量来确定心肌组织的活力/功能。
3、 一种4企测个体中的心脏重塑的方法，所述方法包括(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此通过确定所述个体的心肌中的细 胞内锰含量而确定心肌组织的活力/功能。
4、 根据权利要求2或3所述的方法或造影剂，其中所述个体的心肌中 的细胞内锰含量通过图像信号强度(SI)进行评估。
5、 根据前述任意一项权利要求所述的方法或造影剂，其中所述个体的 心肌中的细胞内锰含量利用贯穿所述心肌的纵向弛豫率&进行评估。
6、 根据权利要求2 5所述的方法或造影剂，进一步包括步骤(iii):(iii) 重复步骤(i)和(ii),并评估心肌组织的活力/功能是否发生改变。
7、 一种确定个体中的心肌组织的活力/功能的方法，所述个体被以锰造 影剂或所述锰造影剂的可药用盐预给药，所述方法包括使所述个体经历 MRI过程以确定所述个体的心肌中的细胞内锰含量。
8、 一种确定个体中的心肌组织的活力/功能的方法，所述方法包括(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定所述个体的心肌中的细胞内锰含量。
9、 一种锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐，用于确定个体中的心肌组织的活力/功能的方法中，其中所述方法包括(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定所述个体的心肌中的细胞内 锰含量。
10、 根据前述任意权利要求所述的方法或造影剂，其中所述锰造影剂是 释放锰离子的螯合物。
11、 根据权利要求10所述的方法或造影剂，其中所述释放锰离子的螯 合物具有的Ka值在107至1025的范围内，更优选地在109至1024的范围内， 进一步优选地在101()至1023的范围内，例如为1012至1022。
12、 根据权利要求10或11所述的方法或造影剂，其中所述螯合物是联 吡啶氧基化合物。
13、 根据权利要求10或11所述的方法或造影剂，其中所述锰螯合物是通式II的化合物和所述化合物的盐，<formula>formula see original document page 3</formula>其中在通式II中，每个R^独立表示氢或-CH2CORS;RS表示羟基，羟基化或未羟基化的烃氧基、氨基或烃氨基； 每个R2独立表示由选自羟基、coor8、 conr82、 nr82、 or8、 =nr8、 =0、 op(o)(or8)r7、 op(o)(om) R7和os03m中的一个或多个基团取代的烃基基团(例如Cw烃基基团)；W是OM、羟基，羟基化或未羟基化、烃氧基化或未烃氧基化的烃基或 氨基烃基基团；Rs是氢原子，或羟基化或未羟基化、烃氧基化或未烃氧基化 的烃基基团；M是氢原子或生理耐受的阳离子的 一种等同物，例如碱金属或碱土金属 阳离子(例如Na+)，铵离子或有机胺阳离子，例如曱葡胺离子；W表示Cw亚烃基基团，优选地为d.6，例如(^2.4亚烃基基团；且 每个W独立表示氢或Cw烃基。
14、 根据权利要求1至13中任一项所述的方法或造影剂，其中所述锰 造影剂选自MnDPDP、 MnDPMP和MnPLED。
15、 根据权利要求1至13中任一项所述的方法或造影剂，其中所述锰 造影剂选自MnDPMP和MnPLED。
16、 根据权利要求1至13中任一项所述的方法或造影剂，其中所述锰 造影剂是MnDPDP。
17、 根据前述任意权利要求所述的方法或造影剂，其中所述锰造影剂的 给药剂量为0.5至40 [imol/kg体重，优选地为1至20 1imol/kg体重，更优选 地为2至10 (imol/kg体重。
18、 根据前述任意权利要求所述的方法或造影剂，其中所述锰造影剂在 1至30分钟，优选地为2至20分钟(例如为大约5至10分钟)的时间内 通过l争力永注射纟会药。
19、 根据权利要求18所述的方法或造影剂，其中所述锰造影剂的给药 在用于所述MRI过程的磁场之外操作，此后，在0.5至6小时以内，优选地 为1至4小时，例如为1.5至3小时内进行MRI。
20、 根据权利要求18所述的方法或造影剂，其中所述锰造影剂的给药 在用于所述MRI过程的磁场之内操作，在所述给药之前、之中和/或之后， 间歇进行MRI (例如在所述给药之后30至'60分钟的优选时间段内进行 MRI)。
21、 根据前述任意权利要求所述的方法或造影剂，其中所述细胞内锰含 量通过确定A进行评估。
22、 根据权利要求21所述的方法或造影剂，其中所述R1的值被处理 为所述个体的锰摄取动力学曲线。
23、 根据权利要求21所述的方法或造影剂，其中所述R1的值被处理 为所述个体的心肌的透壁区中或图像切片层中的分布曲线或&分布图。
24、 根据前述任意权利要求所述的方法或造影剂，其中所述个体之前遭 受过急性心肌梗塞AMI。
25、 锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐在制造用于检测个体心脏重塑 的方法中的组合物中的应用，其中所述方法包括(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定心肌组织的活力/功能，优 选地通过确定所述个体的心肌中的细胞内锰含量进行确定(例如，通过评估 图像的信号强度(SI)、或更优选地通过评估贯穿所述心肌的纵向弛豫率 A而进4亍确定)。
26、 锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐在制造用于确定个体中的心肌 组织的活力/功能的方法中的组合物中的应用，其中所述方法包括(i) 以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐向所述个体给药；和(ii) 使所述个体经历MRI过程，由此确定所述个体的心肌中的细胞内 锰含量。
全文摘要
一种确定个体的心肌中细胞内锰含量的方法，所述个体被以锰造影剂或所述锰造影剂的可药用盐预给药，所述方法包括使所述个体经历MRI过程以评估图像信号强度(SI)，或更优选地评估贯穿所述心肌的纵向弛豫率R₁。
文档编号A61K49/10GK101678128SQ200880002656
公开日2010年3月24日 申请日期2008年1月18日 优先权日2007年1月18日
发明者亨里克·W·拉松, 佩·于奇, 海迪·布鲁罗克, 阿尔内·舍尔德 申请人:佩·于奇;阿尔内·舍尔德;亨里克·W·拉松;海迪·布鲁罗克