桥头放射标记的化合物及其使用方法

专利名称：桥头放射标记的化合物及其使用方法
专利说明桥头放射标记的化合物及其使用方法 本发明涉及化学标记的化合物以及所述化合物在诊断和治疗中的应用。
现在不使用成像技术的话，很难对病人进行诊断。成像的目的之一在于降低对侵入性方法的需要。对于患者而言，其不仅更舒适和安全，而且成像获得通过其他方式不可能获得的解剖学和生理学视图。
通常，成像可以解决两个问题结构和功能。人们可以观察体内结构和成像解剖，或者观察化学进程和成像生物化学。结构成像技术包括x-射线、CT(计算机断层扫描)和MRI(磁共振成像)。能够看到体内生物化学进程，是SPECT(单光子发射计算体层摄影)和PET(正电子发射断层成像术)成像目前的作用。
PET和SPECT是成像技术，其中将放射性核素合成引入至潜在生物学相关分子中，所述生物学相关分子也被称作示踪剂，并向患者给药所述生物学相关分子。根据所谓的放射性药物的性质，其可以任何数量的适当方式给药，例如通过吸入、摄食或更常规地是静脉注射。随时测量放射性示踪剂以后的摄取，以获得有关感兴趣的生理学过程的信息。因为所用特定同位素的高能(伽马射线)发射，和检测它们所用装置的灵敏度和精密度，因此可以从体外推导切片内的放射性二维分布。因此，PET和SPECT都属于发射和断层摄影(来自于表示切断的希腊文tomos)技术。这两个特征均将这些现代成像技术与常规放射照相方法区别开来，例如胸x-射线，其中外源性辐射穿透受试者，从而产生身体器官和体腔的平面轮廓。然而，PET和SPECT依赖于相似的原理产生它们的图像，仪器、放射化学和实验应用上的重大区别是通过其各自光子发射的物理学内在差异表现出来的。
具有过量质子数的不稳定核素可以采用一种或两种手段以降低其净核正性(nuclear positivity)。在一放射性衰变图解中，质子转化成中子，发射出称为正电子(表示为ε+或β+)的粒子。具有同一质量但相反的电荷，正电子是具有等量电子的反物质。当从核中射出时，正电子与电子碰撞，致使两个粒子湮没而释放能量。质量和动量转化原理表明产生了两个光子(伽马射线)，各自具有同等能量和完全相反的轨迹(180°分开)。由于这个原因，PET有时被称作双重光子发射断层摄影术。在PET操作中最常用的正电子发射核素是11-碳(11C)、13-氮(13N)、15-氧(15O)和18-氟(18F)。
通过定位湮没事件源的PET扫描器利用背对背光子途径的特异空间标记，已知这种方法是重合探测。可以将PET扫描器概念表达为围绕身体的环状照相机。不使用胶片，但是PET(和SPECT)扫描器使用更高灵敏度的由高密度的结晶物质(例如铋锗氧化物、碘化钠或氟化铯)制得的闪烁检测器，其捕获不可见的、高能的伽马射线，并使其转化成可见光。这种光的短暂闪光通过紧密靠近的光电倍增管(PMT)转化成电脉冲。晶体和PMT一起构成放射检测器。并非孤立的使用个体检测器外，PET照相机是按照使得相对的检测器是电子连接的方式构成的。当在成对的检测器重叠中分离闪烁事件时，推测在沿着两者之间的想象线的同一点发生湮没事件。上述信息被计算机记录下来，稍后采用计算断层照相法的原理重建图像。相反则忽略了单个事件。尽管可以信服的是，来自空间分离湮没事件的两个无联系的光子可能一致地到达相对的检测器，这些偶然的巧合相比真实事件具有少之又少的频率。事实上，重合探测是非常有效的技术，且有助于PET优良的抽样速率和灵敏度。
对PET的一个实质性限制是来自正电子衰变的性质及重合探测的原理。具体地说，PET识别正电子湮没的位点，而不是放射性衰变的位点。由于在能够与电子碰撞之前，正电子必须逐渐到达组织支托，湮没常常在远离正电子源点一定距离处存在。分离这两个事件衰变和湮没的距离，取决于正电子的平均动能，由于其离开原子核，并根据所涉及的特定同位素变化。对于11C衰变而言，这个距离大致是2mm。此外，如果正电子在湮没时不是全部静止，光子将以略微不同于180°的角度发射。一起考虑的话，远距离的正电子湮没和光子非线性相关在PET可完成的空间分辨率上设置了理论上的限制，其估计是在2-3mm。
在正电子发射的可选择性图解中，某些富含质子的放射性核素可能代替捕获沿着轨道运行的电子，再一次使质子转变成中子。得到的子核常常保持残留受激。这种亚稳定排列随后消散，从而在过程中达到基态并产生单个伽马光子。通过电子捕获和/或伽马发射衰变的同位素可用于SPECT，包括123-碘(123I，例如脑应用)，长时间亚稳定的核素99m-锝(99mTc，例如骨、肝和脑应用)及Ga-67(例如，各种肿瘤应用)。因为伽马射线是从衰变位点直接发射，因此对于SPECT，在空间分辨率上不存在可比较的理论限制。然而，单个光子的发射意味着SPECT的仪表装置必须在本质上不同于PET。SPECT利用了称作准直的技术，而不是重合探测。准直管可认为是含有很多小孔的导块，其插入在受试者和辐射检测器之间。孔足够的长和狭窄，以使得仅仅允许基本上平行轨迹的光子通过准直管并到达检测器。基于准直管的孔的定向知识，检测光子的最初途径是直线延伸的。相反，对不平行的光子，轻微偏离的伽马射线可被铅吸收而不被检验出来。由于可以成像，准直相对于重合探测是较少有效的，因为很多潜在的提供信息的光子被过滤掉了。尽管准直相对于PET灵敏度较低，但是准直管设计和辐射检测上的进步已经使得SPECT足够灵敏地用于几乎所有的常规应用中。
尽管关于光子发射和检测的物理原理不相同，但是PET和SPECT将关于光子路径的信息翻译成横截面的身体成像的手段在很大程度上是相同的。因为仅仅知道关于光子的方向而没有深度的信息，需要从围绕全头(entirehead)的多角度观察光子的轨迹。根据给出的角度或观察点的一套测量方法被称作投影。在PET中，通过环状的基本上接近的辐射检测器获得多重投影，然而SPECT照相机通常使用多个检测器头，其围绕受试者同步旋转并在完整的360°内采集数据。在记录来自多重投影的数千条轨迹之后，通过回扫或“反投影”通过每个成像角度的视图区域的伽马射线的轨迹，产生了在给定身体切片内的放射性分布的图片。反投影的方法虽然复杂，但是概念上类似于简单的难题，其中方格网中的数是从沿着各行的和推论的。然而，PET和SPECT图像是由辐射密度值的大得多矩阵构成的(例如，128×128或256×256元素)。因此，快速电脑协作处理和有效的数学算法(快速傅立叶转换)通常用于解决庞大量的数据和涉及的密集计算。一旦确定其辐射值，个体矩阵元素被指定对应颜色的色度，并在视频终端上显示为图像元素或象素。以这种方式产生了身体内的放射性分布的PET或SPECT图。
现在，简单反投影的方法很少用于重建图像。而被称作滤过的反投影的改良技术几乎得到了普遍的应用。滤波的原因涉及反投影方法本身引入的定量成像的假象，甚至在缺乏其他统计噪声源的情况下。在回扫光子的路径时，衰变的实际点是不确定的。因此，对于沿着轨迹线的每个点而言，反投影算法被迫假定放射性衰变和辐射值具有相等的概率。具有高浓度放射性的身体面积是突出的来自重叠多重投影的许多轨道，且它们的概率值相加。然而，不含放射性的面积具有残留算法统计推测的记号，小但有限，数值归因于不应存在的面积。尽管这个问题随着增加的空间采样和更大量的投影而减少，但是滤波器仍然通过从图像中减去虚假值而通常用于恢复定量准确度。已经开发了多重滤波技术，之所以选择其取决于所需的特定应用。例如，本领域技术人员可以根据滤波器在其相对冲突空间分辨率和噪声放大之间的权衡选择滤波技术。因此，所选的滤波器可以通过成像背景测定。
概括来讲，SPECT和PET都采用“示踪剂”的想法，其涉及生物活性化合物的类似物，其中一个原子已经被放射性取代基(例如放射性的原子或包含放射性的原子的分子)替代来成像化学过程。当示踪剂引入体内时，其位点特异性摄取可以采用由标记原子发射的光子(伽马射线)跟踪。
在SPECT中，示踪剂的放射性原子通常是Tc-99m(例如骨、肝和脑应用)、I-123(例如脑应用)和Ga-67(例如多种肿瘤应用)。在体内，当这些放射性原子之一衰变时，通过SPECT成像装置检测发射光子。SPECT成像某些化学进程的能力被下述事实掩盖，即同位素倾向于成为相对大的原子，因为立体原因其用于标记某些化合物不是很理想。
PET使用正电子发射同位素(例如氟-18和碳-11)标记的示踪剂。这些同位素具有相对短的半衰期，其缩短了与患者接触的时间。特别地，氟-18显示了其仅仅少于约2小时的半衰期，碳-11显示了仅仅大约20分钟的半衰期。PET的一个优点是具有更高的灵敏度。
PET和SPECT脑成像的临床应用可以是大致分为局部神经元活性、神经化学的测量，或者是体内药理学的测量。局部神经元活性与能量消耗相关，并可以采用葡萄糖代谢测量，葡萄糖代谢本身通常与血流积极地结合。因此，测量局部神经元活性的PET示踪剂可以包括[18F]FDG(葡萄糖代谢)和[15O]H2O(血流)。在另一方面，SPECT不具有相当的用于葡萄糖代谢的示踪剂，但可以使用99mTc-和123I-标记的化合物以及133Xe来实现血流的测量。
测量局部神经元活性的PET和SPECT成像的临床应用，可以是用于确定神经障碍，及包括脑缺血和癫痫病灶的定位、及从肿瘤生长区分放射性坏死。在至少后两种情形下，成像结果可以直接影响临床治疗。例如，患有药物治疗难治的癫痫的患者的神经外科治疗，关键取决于癫痫发作病灶的精确定位，其通常远离脑的表层，而且通过头皮电极脑电图(EEG)难以定位。在发作期间，癫痫发作的病灶是代谢减退的，并具有减少的血流。PET和SPECT成像已经用作定位或证实其他诊断试验的主要方式，以选择随后切除的脑的部位。在发作期间，癫痫发作的病灶伴随着增加的代谢和增加的血流，相对于发作期间成像，可能具有显示正性定位的更大的可能性。
PET成像已经很好地结合了神经心理激活研究，从而定位认知功能包括阅读、演讲和单词关联。15O具有的短半衰期(T1/2为2分钟)使得可以在一个实验期间内多次(常常是8至10次)推注示踪剂。因此，基线扫描以及随后的神经心理学任务可以重复和平均化的。
PET和SPECT具有两个主要属性高灵敏度和化学选择性，使得这些方法特别适合体内神经化学物质的测量。检测放射性示踪剂的PET和SPECT的灵敏度低于10-12M，其数量级为大于MRI的灵敏度(10-3至10-5M)。在准确模拟非放射性药物的方式中，放射性示踪剂可以被开发用于标记大脑中特定的靶点。因此，这些特异性示踪剂可以实现大脑中多重神经化学物质途径的测量，包括递质、受体、重摄取位点、代谢酶、以及可能的甚至第二信使系统的合成和释放。
在这些受体研究中，可能已经认可了神经化学成像在各种靶点中的最大作用。如果在特定疾病中，受体是选择性改变的，那么这种位点的成像可以提供有关疾病的诊断信息。对于DA受体系统而言，Johns Hopkins PET小组已经指出，使用实际上不可逆的示踪剂[11C]N-甲基螺哌隆和动力学模型，首次使用药物的精神分裂症的病人在纹状体中多巴胺D2受体密度提高至2.5倍。
使用受体的诊断应用的另一个实例是将示踪剂用于脑中血清素受体密度的成像。血清素(5-羟色胺，5-HT)系统是一个重要的神经传递网络，其涉及多种生理学功能和行为的调节，如体温调节、心血管功能、攻击和性行为、心境、食欲和睡眠-觉醒周期。血清素是由氨基酸L-色氨酸依次通过羟基化和脱羧合成的。其贮藏于突触前小囊泡，在神经元放电时从神经末端释放出来。血清素最具特征的结合位点之一是5-HT1A受体。5-HT1A受体作为中缝核中的体-树突触(somatodendritic)自身受体以及末端区域的突触后的受体起作用。
在焦虑、抑郁、致幻行为、运动疾病和摄食障碍的发病机制中牵涉到血清素受体的5-HT1A亚型，因而是药物治疗的重要靶点。抗抑郁药物治疗据信是涉及中枢5-HT1A亚群的下调或其他适当变化。
已经提出，5-HT1A受体拮抗剂可以通过促进谷氨酸释放改善痴呆的症状，并借此在某种程度上补偿损失的皮质的谷氨酸神经元，其被认为存在于阿耳茨海默氏病中。5-HT1A受体的逐渐丧失发生在正常的衰老中，然而，多得多的显著的损失是出现在阿耳茨海默氏病脑中。最终，多个实验室报道了精神分裂症中提高了的神经皮质5-HT受体结合(包括5-HT1A亚型)。
很多研究者尝试开发出一种放射性配体，能够评价抑郁受试者、患有焦虑性障碍的人、患有阿耳茨海默氏病和精神分裂症的病人中5-HT1A受体的体内变化。非侵入性成像技术可以提供重要的可能性，以调查在健康志愿者中中枢5-HT1A受体的功能作用，5-HT1A亚型与多种神经精神病的关系，和/或由新药物对人脑中5-HT1A受体的占据。
已经制得多种5-HT1A受体的示踪剂，并被用于成像目的评估。与5-HT1A拮抗剂结构相似的化合物、N-[2-[4-(2-甲氧苯基)-1-哌嗪基]乙基]-N-(2-吡啶基)环己烷甲酰胺(WAY-100635)发现是最有希望的。WAY-100635本身用碳-11在a或b位置标记(参见

图1)。
因为WAY-100635的主要代谢途径是酰胺键的水解(参见图1)，因此在环己烷羰基部分(位置b)上标记是有益的。不然的话，亲脂性代谢产物(WAY-100634)载有标记，随着该化合物进入脑并结合其他受体(α1和非特异性的)，其就会干扰体层摄影测量。然而，当碳-11标记构成环己基基团的一部分时，合成将更复杂。简化甲基化操作的手段是使用更大的基团(参见图2)而不是环己烷羰基防止化合物酰胺水解，如用CPC-222或Wilson-8(AAWilson等人，(1998)Derivatives of WAY 100635 as potential imaging agents for5-HT1A receptorssyntheses，radiosyntheses，and in vitro and in vivo evaluation，Nucl.Med Biol.25，769-776)。尽管这些化合物具有与WAY-100635相当的亲和力，且已经显示出对于水解是稳定的，但是碳-11短的物理半衰期妨碍了在不具有自己的生产设备(例如回旋加速器和符合GMP的放射化学实验室)的医院使用这些化合物。
存活更长的同位素可以实现长距离的传送，在扫描的最后阶段给予更佳的计数统计以及附加的血浆中放射性的代谢产物的分析中还具有益处。
因此，针对用氟-18(t1/2＝110分钟)或碘-123(t1/2＝13.2小时)标记的WAY-100635的衍生物(参见图3)进行了研究。然而，对于在甲酰胺部分含有芳香族部分的WAY衍生物MPPF及MPPI而言，发现计算得到的结合可能性是WAY-100635的1/6～1/4。此外，由于对α1-肾上腺素受体具有非常高的亲和力，这些化合物显示了较低的选择性，然而它们同样被快速代谢掉。
使用饱和基团(FCWAY，参见图3)可以克服这个问题，但是H18F从环己烷环上的消除导致了[18F]的基本上由头骨吸收，在60分钟相当于全部脑平均吸收的两倍，这严重妨碍了临床应用(Carson等人.(1998)Evaluation of anew F-18 labelled analog of the 5-HT1A antagonist WAY-100635 for PET，J.Nucl.Med.39，135 P，abstract 553)。因此，对于新的氟化配体的搜索仍然面临着挑战。
关于SPECT的碘化配体，通常至少存在类似问题。现在，SPECT摄影机相对于PET摄影机而言，在医院中分布更为广泛，PET摄影机仅仅存在于少数中心。然而，主要的弊病在于脂肪族碘化化合物本身在体内不稳定，这是因为它们易受亲核取代和消除影响的事实造成的。因此，在放射性药物中，迄今为止，碘总是与芳香族部分或乙烯基部分的sp2碳原子连接。从MPPI中可以看出(图3)，这通常降低了结合亲和力。
在实现本发明的研究中，开发出了新的化学标记的生物学活性化合物。举例而言，本发明第一方面涉及具有通式的化合物 Y-L-BFR-X 其中BFR是任选取代的桥接稠合环系；Y是靶基团(本文有时称作“生物学活性化合物”)；L任选存在，且是偶联Y和BFR的连接基团；X是卤素(例如放射性卤素)，任选具有放射性的CH2F官能团，或离去基团。本文所用的术语“离去基团”是指被引入的亲核基团置换的基团。特别适宜的离去基团是弱碱性基团，例如阴离子基团-OH-、-NH2-、-F-、-Cl-、-Br-、-I-和-TosO-。
在本发明第一方面的一些特别优选的实施方案中，X偶合至BFR的桥头(例如桥头碳原子)。有时，“桥头原子”(在本文中还被称作“桥头”)是环系的任意骨架原子，其结合三个或更多的骨架原子(氢除外)。
靶基团(Y)可以是能够引导X至待诊断或治疗的期望位点如器官或组织的任何部分。在一些实施方案中，靶基团是指生物分子或者与其相关，包括蛋白质、肽类、酶类、抗体及其片段、氨基酸类、拟肽类、核酸类、RNA、DNA、核苷、核苷酸、糖类、类糖原(glycomimetics)、类脂、磷脂类、激素类、代谢化合物、信号分子、神经递质、维生素及其类似物或衍生物。在一些实施方案中，靶基团可以是合成分子或者与其相关，如聚合物或小分子。
适合的靶基团的具体实例包括靶向EGF受体的EGF、靶向代谢活性位点如肿瘤的葡萄糖、靶向FDOPA受体的FDOPA、靶向新血管组织的抗-B-FN抗体、靶向肿瘤组织的抗-CD20抗体、靶向叶酸盐(folate)受体的叶酸盐、靶向炎症位点的唾液酸路易斯受体、靶向乳腺和前列腺损伤的类固醇激素类；靶向神经内分泌肿瘤的全长或片断的促生长素抑制素、铃蟾肽和神经降压素受体结合分子；靶向肺癌的全长或片断的缩胆囊素(CCK)受体的结合分子；靶向结肠直肠癌的全长或片断的热敏的菌红素(ST)受体和癌胚抗原(CEA)的结合分子；二羟基吲哚羧酸和其他产生用于黑色素瘤生物合成中间体的黑色素；靶向脉管疾病的全长或片断的整联蛋白受体和动脉粥样硬化斑块结合分子；靶向脑损伤的全长或片断的淀粉状蛋白斑块结合分子。
用于靶基团的合成聚合物的实例包括聚氨基酸、多元醇、多胺、多酸、寡核苷酸、aborols、树状聚体(dendrimers)和适体类。
诊断和放射性治疗剂与生物分子的偶联可以通过本领域熟知的方法完成，如Hnatowich等人，Radioactive Labeling of AntibodyA simple and efficientmethod.Science，1983，220，613-615；A.Pelegrin等人，Photoimmunodiagnosiswith antibody-fluorescein conjugatesin vitro and in vivo preclinical studies.Journal of Cellular Pharmacology，1992，3，141-145；及US 5,714,342中公开的方法。
例如，可以将芳基或烷基活化的羧酸与亲核基团如伯胺或仲胺反应。这样的活化酯类包括例如N-羟基琥珀酰亚胺酯、磺基-N-羟基琥珀酰亚胺酯及酚酯类(如苯酚、对-硝基苯酚、四氟苯酚)。其他胺反应基团包括芳基和烷基模拟物(imidate)及烷基或芳基异氰酸酯或异硫氰酸酯。生物分子上的巯基可以与马来酰亚胺或α-卤酰胺官能团反应。含有天然存在或合成产生(例如通过共轭或来自氧化糖部分)的醛和酮的生物分子可以与芳基或烷基肼、芳基或烷基酰肼、烷基或芳基羟胺反应。
使用用于肿瘤诊断成像的抗体和肽类成功将示踪剂特异性靶向作用于肿瘤，已经被本发明人和其它人员加以证实，例如S.A.Achilefu等人，Novelreceptor-targeted fluorescent contrast agents for in vivo tumor imaging，Investigative Radiology，2000，35(8)，479-485；B.Ballou等人，Tumor labeling invivo using cyanine-conjugated monoclonal antibodies.Cancer Immunology andImmunotherapy，1995，41，257-263；及K.Licha等人，New contrast agents foroptical imagingacid-cleavable conjugates of cyanine dyes with biomolecules.InBiomedical ImagingReporters，Dyes，and Instrumentation，D.J.Bornhop，C.Contag，和E.M.Sevick-Muraca(Eds.)，Proceedings of SPIE，1999，3600，29-35。
如上所述，X可以偶联至桥接稠合环系(BFR)的桥头。通过把X置于桥头(例如图4)，可以获得具有缓慢代谢和稳定的碳-放射性同位素结合的化合物；SN2取代目前不再可能，否则由于产生高应力体系而防碍消除。阳离子的形成也是相当困难的，其可以从下表1的结果中推出(PE Eaton(1992)CubaneAusgangsverbindungen für die Chemie der neunziger Jahre und desnchsten Jahrhunderts Angew.Chem.1447-1462)，因此水解也是不太可能的。
本发明的原理可以用于标记任何生物学活性化合物，所述生物活性化合物可以直接或通过离去基团偶联至桥接稠合环系。在上述应用中，WAY-衍生物被描述为这种生物学活性化合物的实例；然而，应当注意本发明的教导可以适用于广泛的其他生物学活性化合物。
Y可以直接或通过使用连接基团L偶联至BFR。在一些实施方案中，L可以是-O(CO)-、-NH(CO)-、-NH-、-O(CH2)n-、-NH(CH2)n-、-NH(CO)NH-或-NH(CS)NH-。
桥接稠合环系(BFR)可以是仅有碳原子的桥接稠合环系或是其中至少一个碳原子已经被杂原子(例如-O-、-N-、-S-、-Se-)取代的桥接稠合环系。BFR在非桥头的原子上可以具有多种取代基；所述取代基也落入本领域技术人员的知识范畴。例如，在一些实施方案中，BFR可以是金刚烷、二环辛烷、降冰片烷或立方烷。在一些实施方案中，BFR可以是二环辛烷、降冰片烷或立方烷。在一些实施方案中，BFR是立方烷。
标记(使用X)本发明化合物可以使用放射活性卤素(即放射性卤素)完成。例如，在一些实施方案中，放射性卤素是18F、123/124/131I、76/77/82Br或211At。当X是用于标记的离去基团时，其可以是任何适宜的离去基团。例如，在一些实施方案中，X选自-OH、-OSO2R、-Br、-I、-Sn(烷基)3、-Pb(烷基)3和-CH2OSO2R(作为-CH218F的前体)的离去基团，其中R适合选自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
本发明的一个示例性化合物是WAY100635的衍生物，其中环己基被庞大的结构代替，特别是如图5所示的桥接稠合环系。在一特别有利的实施方案中，桥接稠合环系是立方烷。不但具有X而且还具有靶基团Y如直接或间接偶合至桥头的WAY100634的好处是，得到的放射性药物具有对称的元素，因此(因为使用立方烷的案例)可以避免加入额外的手性中心。
合成本发明化合物的示例性方法如流程图1(图10)所示。尽管立方烷是示例性的桥接稠合环系，但是应该注意，立方烷可以用该方法中其他实施方案中的其他桥接结构代替。如所示的那样，溴代脱羧-或碘代-脱羧生成桥头卤代化合物。酰氯的皂化、制备以及与药物的偶联(实施例附图中的WAY-100634)是直接的，并且可以通过本领域普通技术人员熟知的方式完成。
当测试具有作为BFR-X部分的碘代二环辛基、碘代金刚烷基、碘代降冰片基(iodonorbornyl)和碘代立方烷基的化合物对于人5-HT1A的亲和力(实施例5)时，发现具有最高亲和力的是碘代立方烷基-WAY，其仍然属于亚纳摩尔的范围(参见图6)。
据发现，在同位素交换(123I交换I)和非同位素交换(123I交换Br)中，示踪剂包括立方烷的标记收率是显著且令人吃惊地高于包括其他桥接稠合环结构的示踪剂。例如，下表2汇总了采用实施例2所述的标记实验获得的实验结果，显示了在使用三氟甲磺酸Cu(II)(Cu(II)trilate)作为催化剂的无水条件下，碘代立方烷衍生物(4)的收率令人惊奇地高(相对于其他衍生物)。还发现上述令人吃惊的结果(即含有立方烷的示踪剂的标记收率)适用于基于抗体的示踪剂(实施例7，收率83％)和化合物(4-溴代立方烷-1-基)-乙腈(实施例8，收率98％)的标记。
图7显示了如何得到无水溶液(AH Braker等人.(2002)Adsorption ofradioiodine on platinuma fast and simple column method to obtainconcentrated and pure radioiodide in either water or anhydrous solvents Appl.Radiat.Isot.57，475-482；and JDM Herscheid，FP Moet Process for thepurification and concentration of radioiodide isotopes PCT/US00/01824)。简而言之，将靶点收获溶液酸化，在铂-填充的微型柱上捕获碘-123。通过用丙酮冲洗除去水，然后通过用洗脱剂(在此情况下是乙腈)和氢气脉冲洗脱，可以少量回收放射性碘。
发现桥头标记的碘化合物是非常稳定的。其在溶液中保持超过6个月而不分解。在体内没有观察到甲状腺摄取，这表明没有形成游离碘。进一步通过使用人肝细胞的稳定试验证实不存在脱碘作用(参见实施例4)。
本发明第二方面涉及含有桥接稠合环系的标记化合物。这些化合物可用于标记靶向分子以提供新的药物(例如放射性药物如示踪剂)。本发明第二方面的化合物的特征在于通式M-BFR-X，其中BFR和X如上定义，M是直接与BFR偶联或者通过适宜的连接基团间接与BFR偶联的离去基团。在一些实施方案中，M可以是弱碱性的，例如选自-OH-、-NH2-、-F-、-Cl-、-Br-、-I-、-TosO-、-OSO2R、-Sn(烷基)3、-Pb(烷基)3和-CH2OSO2R的阴离子基团，其中R可以选自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3、-(C6H4)NO2、羧酸、能够提供或是活化酯基团的伯胺和仲胺如N-羟基琥珀酰亚胺酯、磺基-N-羟基琥珀酰亚胺酯及酚酯(例如，苯酚、对硝基苯酚、四氟苯酚)、胺反应基团如芳基和烷基模拟物及烷基或芳基异氰酸酯或异硫氰酸酯、巯基、马来酰亚胺或α-卤酰胺官能团、芳基或烷基肼、芳基或烷基酰基肼，及烷基或芳基羟胺。在第二方面的一些实施方案中，连接基团(如果存在的话)可以是直链或支链的、饱和或非饱和的任选取代且含有1-20个碳的芳基或烷基。例如，在一些情况下，第二方面的连接基团可以表示为-(CH2)n-，其中n可以是1-20(例如1-5、1-7、1-10等)。
使用第二方面的标记化合物标记得到的药物例如单克隆抗体、肽类、受体的配体等可用于诊断或治疗。应用取决于使用的放射性同位素。
本发明诊断和治疗方法中涉及的步骤至少是本领域普通技术人员已知的。这些诊断和治疗方法在此公开之前未知的部分，是在所述的诊断和治疗方法中使用本发明的一种或多种化合物。至少在一些实施方案中，本发明的治疗方法和诊断方法之间的差异是给予病人的化合物中包含特定的同位素。例如，123I-标记分子可用于诊断过程，而131I-标记的分子可用于治疗操作。
进行本发明的诊断过程的一种方法，可以包括向患者施用有效量的式Y-L-BFR-X化合物，其中BFR、L、Y和X根据本发明第一个方面所述。在多数情况下，通常优选施用至患者的化合物为药学上可接受的制剂(例如化合物在生物学上可适用的赋形剂中)。例如，胃肠外给药的药学上可接受的制剂可以包括化合物的无菌水性溶液或悬浮液。本发明药学上可接受的制剂可以含有一种或多种药学上可接受的缓冲剂、乳化剂、表面活性剂及任选的电解质如氯化钠。本领域众所周知，肠内给药制剂可以变化很大。一般来说，这样的制剂是液体，其中在水性溶液或混悬液中包含有效量的本发明化合物。这种肠内制剂可以任选包含一种或多种缓冲剂、表面活性剂、乳化剂、触变剂等。口服给药制剂可以包括调味剂和增强其感官性质的其他成分。局部递送的制剂可以含有液体或半固体赋形剂，以协助本发明的化合物制剂的渗透。本发明化合物可以喷雾剂形式递送。在诊断方法的优选实施方案中，在进行PET或SPECT成像前，允许本发明化合物蓄积在感兴趣的部位(例如特定组织)。
本发明的一些化合物可以用作治疗剂。在本发明一示例性治疗方法中，可以同以上进行诊断过程所述相同的方式向患者施用有效量的式Y-L-BFR-X化合物。对于用于治疗方法的化合物而言，BFR、L、Y和X如本发明第一方面所述。
本发明化合物可以配制成诊断或治疗化合物，用于肠内、胃肠外、局部、气雾剂、吸入或皮肤给药。局部或皮肤递送的本发明化合物可以包括气雾剂制剂、乳膏、凝胶、溶液等。本发明化合物优选以有效获得预期诊断或治疗效果的剂量给药。所述剂量可以根据制剂中采用的特定化合物、检查的器官或组织、临床操作中使用的设备、获得治疗的有效性等变化而变化。本发明的制剂可以含有有效量的化合物，以及适合所需给药类型的常规药用载体和/或赋形剂。这些制剂还可以包含一种或多种稳定剂和/或皮肤渗透增强剂。
本发明另一方面涉及本发明化合物“无放射性的(cold)”形式的应用。在这些式Y-L-BFR-X化合物中，X不是放射性核素而是其无放射性形式(例如非-放射性的I、F、Br)。
尽管参照示例性的WAY-衍生物公开了本发明的各种特征，但是本发明还适于其他药物。已经含有BFR的药物实例如图9所示。这些化合物本身是已知的，但是没有以标记形式公开。
本发明将在以下的实施例中进一步阐明。这些实施例仅用于示例性说明的目的，决不意欲以任何方式限制本发明。
实施例1 桥头溴化和碘化的WAY衍生物的合成 桥头WAY-衍生物的合成按照流程图1所述进行(图10)。
由二甲基二羧酸酯起始，其可商购得到或通过文献方法(EW Della和JTsanaktsidis(1985)Synthesis of bridgehead-bridgehead substitutedbicycloalkanes Aust.J.Chem.，38，1705-18)合成，通过受控皂化作用(R Priefer等人，(2002)Effective synthetic routes to cubylcarbinol derivatives Synthesis，2671-2673)得到一元羧酸1。使用氧化汞(a，b，c)(NJ Bunce(1972)A mercurysalt pathway for the degradation of carboxylic acids to alkyl halides usinghalogen and mercuric oxide J.Org.Chem.37，664-669)或碘苯二乙酸(d)(RPriefer(2002)同上)进行溴代-脱羧或碘代-脱羧反应，得到桥头卤化的化合物2。
随后与NaOH在甲醇中皂化、使用SO2Cl2制备酰氯并偶联至WAY-100634可以进一步使用直接化学法进行(参见AA Wilson等人(1968)Derivatives of WAY 100635 as potential imaging agents for 5-HT1A receptorssyntheses，radiosyntheses，and in vitro and in vivo evaluation Nucl.Med.Biol.，25，769-776)。
实施例2 制备放射标记的[123I]碘代立方烷-WAY 将2mg根据实施例1制得的溴代立方烷-WAY前体和0.1mg三氟甲磺酸Cu(II)溶解于100μl无水含[123I]-碘的乙腈中。该混合物在封闭的管形瓶中、在140℃下加热30分钟，得到60-80％的标记收率。
随后，产物经HPLC分离，在C-18 SepPak上捕获，在500微升乙醇中回收。然后，用柠檬酸缓冲液稀释，过滤灭菌。总合成时间大约是2.5小时，总收率是40％。在第二天测量的放射化学纯度是99.5％，并且特异性活性高于7.5TBq/微摩尔。在UV色谱中没有检测到前体或其他微量化合物。
实施例3 水对于标记收率的影响 为了测定水对于[123I]碘代立方烷-WAY标记收率的影响，增加水量高至10％，加入至实施例2所述的反应混合物中。图8显示水显著地降低了标记收率。
实施例4 稳定性测试 发现[123I]碘代立方烷-WAY在溶液和人血浆中至少24小时内是完全稳定的。在人肝细胞中观察到，酰胺键缓慢水解(t1/2＝75分钟)，但是不存在脱碘。将其与MPPF对照(参见图3)，发现后者半衰期为大约15分钟，且具有高的脱氟率。
简言之，将冷冻保存的人肝细胞快速解冻，用细胞培养基缓慢稀释。洗涤后，调节细胞浓度至1百万/mL。加入[123I]碘代立方烷-WAY(50MBq)或[18F]MPPF(50MBq)。15、60和150分钟后，采集200微升样品，加入至200微升甲醇中，超声处理并离心。上清液中的代谢产物通过HPLC分析。结果如下表4中所示。
实施例5 亲和力测试 在竞争结合分析(n＝4/示踪剂)中，使用[3H]8-OH-DPAT(Perkin Elmer，Boston，USA)为参照，测定候选的5-HT1A受体示踪剂的相对结合亲和力。来自表达人类重组人5-HT1A受体亚型的HEK-293 EBNA-细胞的细胞膜悬浮液由Perkin Elmer(Boston，USA)获得。最初混悬液的蛋白质浓度是36.8mg/mL。
将这些稀释后的膜(倍数1∶20)的等分部分在黑暗中、37℃的微量培养板中孵育120分钟。使用200μL进行测定，其中含有20μL稀释后的膜、稳定浓度的[3H]8-OH-DPAT和增加浓度的候选示踪剂(范围是10-12至10-5)。孵育缓冲液含有50mM TRIS-HCl和5mM MgSO4(25℃下pH至7.4)。
[3H]8-OH-DPAT以1.1nM的最终浓度使用。用于5-HT1A受体亚型的[3H]8-OH-DPAT的平衡解离常数(KD)(nM)通过制造商得到(2.4nM)。使用浓度为10μM的5-羟色胺(5-HT，血清素)作为竞争剂，测定非特异性结合。
在孵育期后，通过GF/C玻璃纤维滤膜(将滤膜加至微量培养板中，并预先用0.5％聚乙烯亚胺(Sigma-Aldrich，Munich，Germany)浸泡)真空过滤快速中止反应，然后用冰冷TRIS-HCl缓冲液洗涤滤膜5次。向各孔中加入25μL闪烁液(MicroScintTM，Perkin Elmer，Boston，USA)，然后微量培养板在液体闪烁计数器(Topcount，Packard)下计数。
对于各候选示踪剂而言，对5-HT1A受体的抑制常数(Ki)由EC50，用非线性回归曲线拟合，使用计算机程序Graphpad Prism(version 3.02)计算得到。受体亚型的计算基于[3H]8-OH-DPAT的KD。
结果如图6所示。发现对碘-立方烷基-WAY最高亲和力。
实施例6 生物分布 将[123I]碘代立方烷-WAY(15MBq)注射入雄性Wistar大鼠(n＝4)的鼠尾静脉，这些大鼠有或没有使用预先剂量的未标记WAY-100635阻断HT1A受体。在45分钟时，通过颈部脱臼处死p.i.大鼠，取出感兴趣的组织，放射性计数。
表3显示，尽管小脑中的摄取仍然相对较高，导致皮质和海马出现低比例，但阻断研究明显实现了血清素-1A丰富区域的降低，所有比例恢复到一致。此外，在甲状腺中没有发现放射性吸收。
实施例7 标记单克隆抗体 将4-溴代立方烷羧酸甲酯(1.5mg)、三氟甲磺酸Cu(II)(0.01mg)和N，N-二甲基哌嗪(0.1mg)加入至含nca[123I]碘(750MBq)的150微升乙腈溶液中。混合物在封闭的管形瓶中、140℃下加热40分钟。通过HPLC由前体中分离出[123I]-4-碘代立方烷羧酸甲酯(620MBq，83％放射化学收率)，水解，随后使用水溶性碳二亚胺(EDAC)转化成四氟苯基酯。将活性酯(500MBq)在C-18SepPak上捕获，然后用0.5mL乙腈洗脱。
把上述TFP-酯加入至单克隆抗体西妥昔单抗(1mg)的缓冲(pH＝9.2)溶液中，使用LR Perk等人(J.Nucl.Med.(2005)46，1898-1906)所述的方法，得到60-80％的标记收率。
实施例8 [123I]-(4-碘代立方烷-1-基)-乙腈的合成 向nca[123I]碘化物(100MBq)的150微升乙腈溶液中加入(4-溴代立方烷-1-基)-乙腈(1.5mg)、三氟甲磺酸Cu(II)(0.01mg)和N，N-二甲基哌嗪(0.1mg)。上述混合物在封闭的管形瓶中、140℃下加热40分钟，得到近似定量(98％)收率的[123I]-(4-碘代立方烷-1-基)-乙腈。
表1 相对水解速率 表2
表3 大鼠[123I]立方烷-WAY的脑吸收 1)注射[123I]立方烷-WAY之前1分钟，用0.4mg的WAY-100635阻断。
2)在45分钟时，百分比注射剂量*(乘以)体重/每克组织 3)比例是指指定组织的吸收除以小脑的吸收。
表4
权利要求
1.具有下述通式的化合物
Y-L-BFR-X
其中
BFR是非金刚烷稠合环系的桥接稠合环系；
Y是靶基团；
L任选存在，且是偶联Y和BFR的连接基团；和
X是卤素、任选用18F标记的CH2F基团、或者是用于标记的官能团，其中X与BFR的桥头原子偶联。
2.权利要求1的化合物，其中X选自123/124/131I和76/77/82Br。
3.权利要求1的化合物，其中X是123I。
4.权利要求1的化合物，其中X是-OH、-Br或-I。
5.具有下述通式的化合物
Y-L-BFR-X
其中
BFR是桥接稠合环系；
Y是靶基团；
L任选存在，且是偶联Y和BFR的连接基团；和
X与BFR的桥头原子偶联，且选自
非溴和非碘的卤素；
CH2F基团，任选用18F标记；和
-CH2OSO2R、-OSO2R、-Sn(烷基)3和-Pb(烷基)3，其中R选自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
6.权利要求5的化合物，其中BFR选自金刚烷、二环辛烷、降冰片烷和立方烷。
7.前述权利要求中任意一项的化合物，其中BFR选自二环辛烷、降冰片烷和立方烷。
8.前述权利要求中任意一项的化合物，其中BFR是立方烷。
9.权利要求1和5-8中任意一项的化合物，其中X是非放射性的。
10.权利要求1和5-8中任意一项的化合物，其中X是放射性的。
11.权利要求10的化合物，其中X是18F或2111At。
12.权利要求1和5-8中任意一项的化合物，其中X选自-OSO2R、-Sn(烷基)3和-Pb(烷基)3，且其中R选自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
13.权利要求1和5-8中任意一项的化合物，其中X是CH2F基团，任选用18F标记。
14.权利要求1和5-8中任意一项的化合物，其中X是-CH2OSO2R，且其中R选自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
15.前述权利要求中任意一项的化合物，其中L存在，且选自-O(CO)-、-NH(CO)-、-NH-、-O(CH2)n-、-NH(CH2)n-、-NH(CO)NH--和-NH(CS)NH-。
16.前述权利要求中任意一项的化合物，其中BFR是只具有碳原子骨架的桥接稠合环系。
17.前述权利要求中任意一项的化合物，其中BFR是含有至少一个杂原子的桥接稠合环系。
18.前述权利要求中任意一项的化合物，其中Y选自抗体、被细胞吸收的分子、以及对受体或细胞具有亲和力的化学或生物学结构。
19.前述权利要求中任意一项的化合物，其中化合物是WAY-100635的衍生物。
20.用于标记药物的化合物，其中化合物具有下述通式
M-BFR-X，其中BFR和X同权利要求1-17中任意一项定义，M是直接或通过连接基团间接与BFR偶联的基团，其中M能够实现将权利要求1-17中任意一项所述的Y与BFR直接或间接偶联。
21.权利要求1-19中任意一项的化合物，用于医药诊断和医药治疗中的至少一种。
全文摘要
本发明涉及具有下述通式的化合物Y-L-BFR-X，其中BFR是桥接稠合环系；Y是靶基团；L任选存在，且是偶联Y和BFR的连接基团；和X是卤素(例如放射性卤素)或用于标记的官能团。
文档编号A61K51/04GK101111270SQ200680003886
公开日2008年1月23日 申请日期2006年1月30日 优先权日2005年2月2日
发明者雅各布斯·D·M·赫谢德, 朱斯特·维比克 申请人:马林克罗特公司