分枝状聚合体化合物的制作方法

专利名称：分枝状聚合体化合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及新的治疗或诊断用的分枝状聚合体化合物(dendrimericcompound)，及其在医学领域(包括诊断成象领域)中应用。
螯合剂及其金属螯合物已长期用于治疗和诊断医学中，最为突出的是用于金属解毒、放射性同位素的治疗性传递，特别是用于诊断成像。
医学成像技术，例如，MRI、X线、γ闪烁显像、和CT扫描，已成为诊断和治疗疾病的极其重要的工具。某些内部器官的成像是借该器官(如骨骼)的固有特性，使之在具体的成像类型中(如X线)与周围组织区别开。而其它器官和解剖学结构只有通过特定的成像技术使其局部光线加强而成可见的影像。
研究人员许多年来一直认为将多种金属进行螯合可以增加这些金属的生理耐受剂量，从而能够允许它们用于体内作为对比剂以增强身体组织结构的成像(如，参见，C.D.Russell and A.G.Speiser，J.Nucl.Med.211086(1988)和美国专利No.4,647,447(Gries等分))。尽管如此，这些简单的金属螯合成像加强剂，在不进行进一步改进的情况下，一般不能提供任何十分显著的部位特异性。
近些年来已经在以螯合物为基础的对比剂领域取得了许多进展，并且已开发出了新的与众不同的螯合剂，它具有特殊的具体用途，例如，可以使靶器官、血流、轴索传递等成像。例如，使用亲脂性对比剂通过MRI使肝胆系统选择性成像，或通过靶特异性生物分子，如抗体，与螯合剂基团偶合，将该对比剂靶作用到身体的特定器官或部位。
最近的研究已致力于生产具有金属螯合位点多样性的螯合剂，包括靶特异性位点定向性螯合剂。这可以通过创制一种低聚螯合剂来实现，如NycomedSalutar，Inc.在WO-91/05762中所述，它具有一种线性或分枝状的低聚体结构，含有可变性螯合剂和连续基团或者，如同Nycomed Salutar，Inc.在Wo-90/12050和Torchlin等人在Hybridoma，6229-240(1987)中所述，将多个螯合剂基团连接到骨架或载体结构上形成多聚螯合剂“放大体”。这种骨架可以含有一种简单的链状聚合物，如，聚胺或多肽，或一种分枝状聚合体(如，Tomalia等人在polymer Journal17117(1985)和US-A-4587239中所述的一种星芒分枝状聚合体)。为了制备一种位点特异性多聚螯合剂，可以将一种或多种这类带有骨架分子的螯合剂基团结合到一种位点定向的大分子上，如，一种蛋白质上。
多聚螯合剂的优点是每个分子上可以结合几个金属离子，从而增加了金属离子向靶位点或区域的传递，又能够更有效地将治疗或诊断金属靶作用于位点，而达到增强对比剂效果的目的。再者，鉴于它们体积的增加，可溶性含金属的多聚螯合剂在体内具有独特的定位性和生物分布作用，使得它们可以特别适用于作为所谓的“血池”性对比剂；由于它们的不成粒性和相对高的分子量，这种多聚螯合剂不会立即分散到血管外的空间中(如同最近在MRI对比加强中所用的单体螯合物如Gd DTPA-BMA和Gd DTPA的情况一样)，而是在血池中保持循环。这种在血管内停留时间的延长意味着多聚螯合剂可以作为靶特异性血池试剂而不需结合到位点特异性生物分子上。
尽管如此，虽然这代表了相当先进的技术，但是这种多聚螯合剂并不十分令人满意。特别是人们已经注意到多聚螯合剂不能在体内进行快速的充分代谢，并且在某些情况下会被认为是小颗粒或蛋白样物质，从而将其从血液中清除进入肝脏。这种现象的一种潜在严重后果是多聚螯合剂在体内的含量会增加累积到不可接受的有毒程度。而实际上，文献中已经报道了合成聚合物在细胞内的滞留，特别是在肝细胞中的滞留(参见，如，Biochim BiophysActa 587282(1979))。
因此，仍然需要研究新的和改进的多聚螯合剂分子。本发明试图满足这一需求，特别是提供改进的放大型多聚螯合剂分子，以生物清除率而言具有理想的药效学特性。
我们已发现通过形成以分枝状聚合体为基础的分子，并在其中建立生物降解切割位点，可以改善生物分散性和生物清除率。所得到的这种结构，根据所选择的载在分枝状聚合体框架上的活性部位而可以用作各种诊断或治疗试剂，并可以将其设计得能够达到所需要的分散和清除目标。
因此，本发明的一方面是提供一种分枝状聚合体化合物，它含有一个分枝状聚合体骨架结构，其上连接有多个诊断或治疗活性基团(例如，能够与金属离子配位的螯合剂基团)，其特征在于该化合物的分子骨架结构含有至少一个生物降解切割位点，以致于在将其切割时所说的活性基团以肾脏可排泄形式释放，并且优选的是该分枝状骨架结构或其片段也以肾脏可排泄形式释放。
在本发明的化合物中，生物降解位点可以是远离分枝状聚合体的骨架结构，但是优选的实施方案是在骨架结构上有该位点，特别是在分枝部位上。
用一个核心单体，即具有至少两个，优选2-20个，特别优选3-12个聚合位点的0级分枝状聚合体，形成一种分枝状聚合体(或级联式)高分子，如形成本发明化合物中的骨架部分，向其上连接具有至少3个聚合位点的单体，结果形成分枝位点。随着每个分枝继续生成分枝，即形成新一“级”的分枝状聚合体。因此，分枝状聚合体典型的是一种具有多价核心的聚合物，该多价核心与至少两个分枝状聚合体的“分枝”以其价结合。
对于本发明的化合物来说，优选0-8级，特别优选3-6级分枝状聚合体结构。如果该结构带有如下所述的生物分布修饰剂如PEG，则优选4级聚合体，而没有这种修饰剂的情况下，特别优选4和5级聚合体。
通过向分枝状结构，如在分枝部位或在分枝状聚合体的臂上，结合上一些生物可降解键，可以使分枝状聚合体骨架具有生物可降解性。这些键可以是有机或无机官能团，但在本发明的优选实施方案中，分枝状聚合体骨架的至少一个分枝位点是生物可降解的，并且含有一个多原子结构，在其骨架结构中含有至少一个杂原子。这种生物可降解分枝位点在本发明中称之为无机生物可降解位点或结构。
优选这种生物降解位点是朝向分枝状聚合体的核心，例如，在低级分枝位点或分枝上，如第1、2、3级分枝位点或分枝上。
通过这种方式，分枝状聚合体的生物降解可以引起分枝状聚合物骨架的分段，如，产生可被肾脏排泄的片段。优选的生物降解(一个或多个)位点是位于分枝状聚合体结构中在降解时能够产生比较均匀片段的位点。
在一个简单的实施方案中，该化合物在分枝状聚合体的核心可以有一个初级的生物降解位点，并且在下面的讨论中，生物可降解的分枝位点一般指分枝状聚合体的核心。
在另一个优选实施方案中，本发明的分枝状化合物可以具有一个以上的生物可降解位点。特别优选的是该位点的排列使第一个生物可降解位点(或第一组位点)朝向该化合物的外周，而第二个(或组)位点位于或进一步朝向核心，等等。通过这种方式，生物降解可以按逐级方式进行，在外部降解位点发生降解时，内部生物降解位点可变得更加暴露(以易于降解)。特别优选的是，在这种化合物中，外部的降解位点位于或接近于活性基团连接点，以致于在体内低分子量的可快速清除的基团从分枝状聚合体结构上断裂下来，而该分枝状聚合体结构本身则进一步分解。对于这类化合物来说，生物降解位点可以全部在生物可降解无机结构的分枝点上。尽管如此，也可以由生物可降解的有机结构，如酯、氨基甲酸酯、双酯或二硫连接基团，直接或间接连接到分枝点或分枝状聚合体框架上来提供生物降解位点。
特别适合于作生物可降解键的是双酯键，即，分子式-O-CO-O-CH2-O-CO-O-的键，其中的一个或两个末端氧可以去掉，而其中的亚甲基可以被取代。
本发明特别优选的化合物具有一个分枝状聚合体骨架基团，通过生物可降解结构，尤其是有机结构，在其上连接多个活性基团和连接或不连接一个或多个生物分布的改性基团，例如，多羟基烷基或羟基聚烷氧基烷基基团。
这种可断裂结构使得治疗或诊断活性基团，如，生物可耐受金属单-，双-或低聚螯合物，能够更快速的排泄，而且仍然保留了该单分散聚合物系统的在生产和给药上的优点。
因此，本发明的化合物综合了两方面的优点，即清楚定义的单分散分枝状聚合体化合物的一些优点，与从内部建立能生物降解成可更快速清除的低分子量片段(如，树枝状片和单-，双-或低聚分子)的结构而带来的一些优点。
本发明的分枝状化合物及其衍生物(如，盐和螯合物)在这里称之为“放大体”。由分枝状聚合体框架携带的“活性”基团可以是任何具有所需诊断或治疗作用的基团，并且也可用该框架携带能够改变化合物生物分布的基团(改性基团)，例如，能够引起该化合物分布到所需组织或身体部位的位点定向分子、亲水或亲脂性基团、或蛋白结合抑制剂。
合适的诊断用活性基团包括螯合剂基团，以便当分枝状聚合体化合物与合适的顺磁性金属、放射活性金属或重金属离子，或与多原子离子进行金属取代时，它可以作为如MR、X-线、EIT或闪烁显像的对比试剂。
这类放大体中的螯合剂基团能够螯合金属离子而且具有高度的稳定性，并且与合适的金属离子进行金属取代，以加强成像和/或传递细胞毒性剂量的放射活性等。
可以结合到分枝状聚合体框架上的其他诊断上的活性基团包括卤代的、特别是氟化的或碘化的基团，例如卤代烷基或卤代芳基。所形成的分枝状聚合体化合物适合于作为MR或X-线的对比剂。特别适用的这类基团包括多卤代C1-6烷基和三碘代苯基。有关MR和X-线对比剂的文献记载了很多关于卤代有机基团或含钨螯合剂，它们可以提供有效的MR或X-线对比加强作用，并且它们可以容易地载到分枝状聚合体框架上(参见，例如，Haavaldsen等，Acta Pharm Suec 20219(1983)和Speck“X-ray contrastmedia”Spring Verlag，1991)。
治疗活性基团在结合到分枝状聚合物框架上时就能够发挥其治疗作用，例如，正象螯合的金属放射性同位素以及生物降解继而产生生物清除的情况一样。该分枝聚合体化合物也可以充当一种前药，在治疗活性基团与框架结合的键降解时，能够控制该药物以其活性形式持续释放。可以通过常规的化学方式将治疗基团结合到分枝状聚合体框架上。因此，例如，可以利用类似于Li等人的方法(参见“Polymeric drugs and drugs delivery Systems”，ACS1991的第11章)通过生物可降解氨基甲酸酯或碳酸酯键将抗高血压药和其他生物活性试剂如哌唑嗪、环丙甲羟二羟吗啡酮、氯压定和三甲氧唑啉结合到该框架。
如上所述，如果需要，本发明的化合物可以携带有生物分布改性基团，如，能增加溶解性的多羟基烷基，和延长血液滞留时间的聚乙二醇(PEG)残基。其他可以利用的生物分布改性剂是位点定向性分子，例如，蛋白质或蛋白质片段。这些可以利用常规技术通过所需的生物可降解或非生物可降解连结键进行连结。
向位点定向性分子上的连接可以产生双功能试剂，它能够加强成像和/或向靶细胞、组织、和/或身体各通道传送放射活性的细胞毒性剂量。或者，也可以将诊断活性放大体用作肝脏或血池试剂而不需结合到位点定向性分子上。
但是，如果用作血池试剂，放大体优选结合到抑制蛋白结合的基团上，也即，结合到生物分布改性剂上，如PEGs、肽或糖类(如氨基葡糖聚糖)，这些改性剂可以通过抑制那些能促进网状内皮系统从血流吸收分枝状聚合体的蛋白质的结合来延长其血流停留时间。
除了PEGs之外，其他的烯化氧聚合物(例如，氧化丙烯聚合物)当然可以用作蛋白结合抑制剂。同样，多聚葡聚糖和多糖如直链淀粉、支链淀粉、淀粉、糖原，特别是肝素和其他氨基葡糖聚糖如软骨素-4-硫酸盐，软骨素-6-硫酸盐，角质素，皮肤素和类肝素也可以使用。
这些改性剂优选的分子量最高可达40KD，特别优选在100D-30KD范围，更加优选500D-20KD，尤其优选低于10KD。
因此，作为本发明优选的化合物是式I的那些化合物D(L1A)n(L2M)m (I)(其中D是一个分枝状聚合体骨架部分，优选结合有一个生物可降解无机结构，特别优选的是结合一个第3至第6级结构；每个A是一个诊断或治疗活性基团，例如，螯合剂基团，特别优选是一个大环螯合剂，或它的一个螯合物；每个M是一个生物分布改性剂，特别优选是一种蛋白结合抑制剂或一种水溶性增强剂；L1和L2是化学键或连接基团，特别优选是生物可降解连接基团；n是一个正整数，优选3-200，m是0或一个正整数，不大于n)。
根据本发明的放大体多聚螯合物，由于它们的加强成像特性和位点特异性，当使用磁共振(MRI)、X-线、γ闪烁显像法，发光成像和CT扫描时，它们特别适用于加强所选择的哺乳动物体内器官、组织、细胞等的成像。这些放大体多聚螯合剂也很适用于金属解毒，用于治疗性传输放射性同位素或治疗性金属离子或多原子离子，以及适用于诊断核医学。
这些放大体在某些意义上是由于其在体内的独特定位性，在医学诊断和治疗中它们本身是有用的物质。放大体的不同形状、带电性及大小(一般为1-100KD，优选5-90KD，更优选20-90KD，特别是30-85KD，如40-50KD)主要是改变其生物分布性。这些放大体一般具有长的血管内停留时间，一般大约几小时(并且通常最终会清除到细胞外液(ECF)空间并从肾脏排泄)。因此，鉴于这些放大体主要在血管系统内停留一段诊断用的时间，它们广泛适用于血池和心脏灌注成像、大脑成像、血管成像、评价肺病的肺部成像、中枢神经系统(CNS)肿瘤检测、淋巴系造影和容量测定、血栓检测和血管造影。作为血池试剂，它们特别适用于研究血流和血容量，尤其是涉及损伤检测和心肌灌注研究。而传统的单体MRI对比剂由于能快速地分散到细胞外/血管外空间，不适用于这些目的。而且，考虑到它们松弛性强，本发明的MRI对比剂相对于目前的单体MRI对比剂如GdDTPA和GdDOTA而言可以以相当低的剂量给药，从而在使用过程中明显改进了其安全范围。
本发明还能够生产水溶性MRI对比剂，它可以安全地口服用于有效地肝脏成像。对于这种试剂来说，分枝状聚合体多聚螯合剂优选用作Mn(II)，Fe(III)，Gd(III)或Dy(III)顺磁离子的载体以获得最佳的MR效果。
而且，通过适当地选择螯合的种类，本发明的螯合物可以制备成能够作为X-线对比剂(例如，如同在WO-A-91/14460和WO-A-92/17215中所述，通过选择钨或钼或可螯合的金属簇如钨的多氧合阴离子及其全部或部分硫类似物)，并且通过选择一种合适的镧系元素金属离子，它还可以同时作为MR和X-线对比剂。如果螯合的是金属簇，该螯合剂部分尤其常用的是EDTA，DTPA或TTHA衍生物，例如，那些在碳骨架结构上携带有一个适合于连接到分枝状聚合体骨架结构(如下述的基团 )上的官能团的分子。可以由对硝基苄基甘氨酸和多氨基链烷烃如二亚乙基三胺，通过已知的合成途径制备这类化合物。
将放大体连结到位点定向性分子上甚至可以得到体内更大的靶特异性。这种分子优选是一种抗体、抗体片段、其他能够在体内移动到该位点以传输诊断或治疗活性物质的蛋白质或大分子。在本发明中，这种位点定向性大分子向其靶器官迁移和/或结合的能力不会因为加上活性基团，如螯合的金属，而被减弱。对于多聚螯合物来说，每个分子上螯合的数目应足以能够加强该特定靶器官的成像。这些双功能多聚螯合物是互相分开的实体，并且理想的是基本上不交叉。
在一个优选实施方案中，本发明的放大体可以由式II表示D(L1Ch)n (II)其中D是一种分枝状聚合物骨架分子的残基，优选是其核心基团可被生物降解，并且该核心包含有一个多原子结构，该结构在其骨架中含有至少一个碳之外的原子；每个Ch各自为螯合剂(或其一种螯合物或盐)的残基；n是一个3-200范围的整数，优选最大为100，例如50-100；以及L1是一种化学键或一种连结基团，优选含有一种生物可降解功能团，例如，一种酯，酰胺，二硫化物，氨基甲酸酯，或双酯基团。
使用这个通式表示该放大体时，本发明相应的双功能多聚螯合剂和多聚螯合物可以由通式III表示
T(L2D(L1Ch)n)p(III)其中T是一种位点定向性分子的残基，每个D(L1Ch)n各自为式II的一个放大体的残基，L2是一种化学键或连接基团(如式II中对L1所述)，它能连接放大体到位点定向性分子上，而p是一个正整数，例如1-10，优选1，2，3，4或5。
同样，本发明相应的血池放大体可以由式IV表示(QL2)mD(L1Ch)n (IV)其中L1，m，D，L1，Ch和n的定义同上，m是一个正整数(例如1-100，优选2-50)，m不大于n，且每个Q是一种蛋白结合抑制剂。
在这种化合物中，生物可降解酰胺键一般在由内源性蛋白酶引起的蛋白水解时是多酰胺功能键。单酰胺功能键一般不能作为生物可降解键。
连结有活性基团的分枝状聚合体骨架分子优选具有多个可连接的位点，该位点的排列是从核心基团主要向外散射状延伸，也即，是一种星芒分枝状聚合体类型的骨架分子。这种星芒分枝状聚合体类型的骨架分子包含有一个中心核基团，其上可以连接多个连接基团。这些连接基团的末端是分枝的，其上再加上连接基团，这些基团每一个与第一个连接基团可以相同或不同。在核心基团上携带具有末端分枝位点的连接基团的骨架分子是0级(G0.0)分枝状聚合体骨架分子。如果一种分子其本身末端已分枝过一次，并且又带末端有分枝位点的连接基团，则这样的分子称之为第一级(G1.0)骨架分子。一般可以通过将两个分离的连接分子缩合而制备这种连接基团，其中的第二个末端有分枝位点，因此，0级分枝状聚合体在其末端由第一个这种连接分子分枝一次即称之为0.5级(G0.5)分枝状聚合体，再加上第二个连结分子即形成第1级(G1.0)分枝状聚合体，它在分枝状聚合体臂的末端有分枝位点。用这种第1和第2连接分子在末端进一步分枝可形成G1.5，G2.0，G2.5等分枝状聚合体。每次连续分枝一回，用于结合活性基团和改性剂基团的连接点的数目就相应增加。通过这种方式，就形成了星芒分枝状聚合体，它类似于Tomalia的PAMAM星芒分枝状聚合体(参见，Angew.Chem.29138(1990)andMacromol.192466(1986))。
根据本发明的一个优选实施方案，这种分枝状聚合体骨架的核心基团可以是任何生物可降解的多原子无机或部分无机结构(也即，在其骨架上具有杂原子的一种结构)，其上可以连接多个基团(也即，至少2个，但优选至少3个，特别优选可高达20个基团)。这些基团可以是连接基团，或者也可以是活性或改性剂基团。因此，尽管本发明大体的分枝状聚合体骨架优选至少是第二级，但它也可以是第1级或者甚至是0级结构。如果分枝状聚合体骨架是0级或第1级结构，理想的是它使用一种生物可降解的核心，它含有一个下面将进一步讨论的环状基团或非环状含磷基团，或者也可以是或另外需要在分枝状聚合体上加载多功能活性基团或改性剂基团，例如，低聚螯合剂，如聚赖氨酸聚DOTA。
“生物可降解”是指该核心(或其他生物可降解基团所在的部位)在生理条件下易于水解或能进行其他分解方式，从而引起本发明的化合物分裂成较低分子量的部分，这些部分可以在不需进一步转化的情况下被清除，或者在体内发生代谢，这种代谢比那些不具有生物可降解分枝位点的相应的分枝聚合体化合物更加容易。一般来说，生物降解包括分枝状聚合体化合物中特定化学键的酶水解，如，酯、氨基甲酸乙酯或聚酰胺基团，而这些基团在没有酶存在下是稳定的。换句话说，整个结构是有目的设计得能在体内生理条件下分解成碎片，优选按照已明确定义的机理分解。
优选将该化合物设计成其生物可降解键断裂时释放出相同低分子量产物的活性基团。从安全性和鉴别方面考虑这具有相当大的优点。
通过上述讨论可以得知，这种活性基团的释放可以是简单地包括一种连接该基团到分枝聚合体框架上的化学键裂解，该分枝聚合体框架带有一个单官能活性基团(如一种单螯合物)，或者带有一个多功能基团(如，一种低聚螯合物)，此时活性基团是以多官能形式连接的。或者，该活性基团的释放也可以是分枝聚合体框架内部的化学链断裂，使得该活性基团与分枝聚合体的碎片连接在一起释放。不论何种情况，如果有不带活性基团的分枝聚合体片段存在，也可将其设计得能进一步生物降解，例如，通过在分枝聚合体臂中包括无机生物可降解分枝位点或生物可降解化学键来进行生物降解，否则它太大不能被肾脏排泄。不过再次说明，特别理想的是任何一种生物降解产物(例如，分枝聚合体框架的片段)应当是大小相同的。
优选的Go核心部分可以由通式V表示B°(L°R°)n°(V)其中B°是一个分枝位点，它含有一个取代或不取代的多原子结构，该结构在其骨架中含有至少两个非碳原子，优选的原子选自无机原子，如氮、磷、硅、硼和氧，可以是均环或杂环形式，优选具有5-8个环原子，并且优选在其骨架中含有至少2个连接到非碳原子上的生物可降解键；L°是一个化学链或一个0级连接基团，例如，一个C1-10亚烷基链，中间可以有或没有氮，氧或硫原子间隔，并且可被桥氧基或C1-4烷基取代或不取代；R°是一种能够进行加成、置换或优选的是缩合反应的官能团，通过这些反应可以将至少一个1级连接基团L1连接到B°L°上，例如，氨、羟基或羧基或其衍生物，例如，一种酯、酰胺、氨基甲酸酯或双酯；和n°是一个至少是2的整数，优选3-8，特别优选3-6；或者，如果B°本身能够进行加成、置换或优选是缩合反应从而将至少一个连接基团L1接结合到其上时，n0也可以是0或1。
正如上面关于分枝状聚合体分级命名的讨论所述，连接基团L°和L1以及任何更高级的连接基团各自来源于两个不同的连接分子。因此，L°可以包括两个基团L1°和L2°，第一个连接到B°而第二个连接到R°上。这些基团之间的键合适的是一种酯、酰胺、双酯、二硫键或氨基甲酸酯键，在这种情况下全部的L°基团包括一个亚烷基链，其中间插入的氧、磷、硅、硼、硫或氮原子，并且可被桥氧基取代或不取代。
使用类似的命名方法，一种X级(Gx)的分枝状聚合体骨架分子具有通式VIB°(L°(L1(L2··(LxRx)nx··)n2)n1)n° (VI)其中Rx是一种能够被连接到一个螯合剂部分上的官能团，例如，一种胺或酯基。作为进一步解释，对于PAMAM星芒散射分枝状聚合体来说，n°是3，n1、n2、n3等的每一个是2，而Rx是一个胺基)。
连接基团L1，L2等及其次级成分L11，L21等可以是常规分枝状聚合体中，例如，PAMAM星芒散射分枝状聚合体中所用的任何连接基团。
在这种分枝状聚合体化合物中，外部结构(例如，分枝状聚合体分枝)可以保护生物可降解部分足够长的时间，以使分枝状聚合体化合物在分解成低分子量片段之前完成其所需的功能，例如，作为诊断成像试剂用于血池成像。有一部分物质在不改变大小的情况下可以通过肾脏。而有些可以在血液中或肾脏中降解生成低分子量物质，也可以通过肾脏过滤系统。尽管如此，一般认为网状内皮系统会沉淀部分分枝状聚合体化合物到肝脏、脾脏和其他网状内皮系统器官中。这个过程被认为能导致本发明的分枝聚合体物质在细胞之间停滞，很快形成低分子量的片段，并通过主动或被动转运机制而到达细胞之外。一旦到达细胞之外，这些低分子量的片段会通过几种途径而排出体外。例如，该片段可以分泌到胆汁中以便经过处理进入粪便。该片段还可以从肝脏中再吸收入血流中。由于此时是一种低分子量片段，该化合物可以通过肾脏过滤进入尿液。
这种分枝聚合体的构成所带来的优点是可以对聚合物骨架的大小和分子量进行控制，并且可以避免现有技术中的线性骨架结构(如前所述的Torchlin和Manabe的那些结构)经常带来不需要的非特异性交联反应。
除了能够设计成生物可降解的这一事实之外，以无机成分为核心的一个优点是它可以通过独特的光谱技术，包括nmr(尤其是31P，29Si，11B)，对其进行简化标征。由于nmr光谱受对称性改变的影响，因此可以容易地对分枝状聚合体结构及其从对称核心的扩张上进行改变。磷酸盐核心还具有的优点是该核心本身的分解产物是高度生物可耐受的。
而且，通过使用比PAMAM分枝聚合体的氨核心具有更多分枝位点的核心结构，能够在较少的合成步骤中制备一种具有所需数量活性基团连接点的分枝聚合体骨架。
而且，与Tomalia所述(如前所述)的常规星芒散射分枝聚合体的氨核心相比，本发明聚合体的核心几何结构对于没定等级的结构来说可以设计成更大而密度更小的分枝状聚合体。例如，可以按下面所述通过引入环状和OPE3(E是氧或氮)为基础的核心结构而实现这一目的。
因此，以本发明的新颖核心基团为主结构的分枝状聚合体化合物在较低分子量下可表现出血流滞留(这基本由大小决定)，从而节约原料。
较小密度的结构还具有易于与水接触的优点(可产生较低的粘度，更高的溶解度、生物降解性，以及对于顺磁螯合物来说，在金属螯合位点具有更好的松弛性)，并且具有易于与内源性分解代谢酶接触的优点(以促进生物降解)。而且，由于其聚螯合剂特性，在低渗摩尔浓度下或获得本发明化合物的合适成像剂量。如果需要，可以通过改变或取代连接位点或分枝位点的基团而形成更加开放的结构，例如从而可控制由于水或酶渗入而降解的速度。实现这种目的的方式，可以是在连接基团中插入一个肽或其他间隔基团以增加这种连接基团的长度；或通过封阻R°、R1等基团的一个或几个分枝点以限制分枝聚合体在一级或多级分枝点的分枝程度。
本发明放大体中的生物可降解核心合适的是式VII部分Y[XY]q(VII)其中每个Y是硼、磷、硅或氮原子，在其化合价限定或允许的位置携带有基团R或[X′Y′]q，和每个X是碳、氧、氮、硫或硅基团，它在化合价允许或限定的位置上，携带有R基团或[Y′X′]q，条件是，如果X是碳，则它所连接的Y基团是氮、硼或硅；如果X是硅，它所连接的Y基团是硅，以及如果Y[XY]q不是一个(CN)3环的情况下，至少要有两个X-Y键存在且其中的X不是碳，或Y[XY]q是PLE]3，OP[EE]3或SP[E]3，其中E是氧或氮，或两个非相邻的Y基团可以共用一个Y基团表示，从而，和介入的X和Y基团一起，形成一个4-10，优选6元环；q是不超过3的整数，如化合价允许或限定；X′和Y′的定义如同X和Y分别所定义，但不带有侧链[Y′X′]q或[X′Y′]q’，每个R可以相同或不同，它代表一个键，氢原子或桥氧基。
在连接基团和分枝基团存在的情况下，它些生物可降解核心因而与式VIII的分子相对应Y＂[X＂y＂]q (VIII)其中q定义同上；Y＂和X＂是如上定义的Y和X基团，但其中每个R基团是一种能将X＂或Y＂基团连接到R°基团、-Z-alk(R°)基团、或RT基团上的化学键；每个R°各自代表一个可反应基团而能连接一个连接部分正在增长的分枝状聚合体；每个Z各自是一个化学键、一个氧或硫原子或一个基团NRT；每alk各自是一个亚芳基或C1-10的亚烷基，该亚烷基可以视情况插入一个亚芳基或用亚芳基封端，并且可视情况用桥氧基或C1-4烷基取代，或在氮原子上用RT基团取代，以及可视情况用氧、氮或硫原子间隔；S是一个正整数，例如，1至6，优选1，2或3；和每个RT各自是一个封端基团，例如，一个吲哚基或一个C1-6烷基。
合适的alk基团的例子包括中间插有肽键的亚烷基和多肽链本身或插入到一个亚烷基链中的多肽链。
特别优选的式V的化合物含有2至20，尤其是3至12个用于连接分枝聚合体增长连接基团的位点。还优选它们含有总共1至10个，特别是6个X和Y基团。
特别优选的XY骨架结构的例子包括(SiC)3，(Si)4，(SiO)3，(Si)5，(Si)6，(Si)7，(PO)3，(NC)3，(PN)3和(BN)3环以及无环的O＝PN3，O＝PO3，S＝PN和SPO3结构。
代表性的本发明的核心结构包括以磷为基础的核心，特别是，以亚磷酸盐、磷酸酯和酰胺及膦嗪(phosphazene)基团为主的核心，并被R°基团取代，以使分枝状聚合体增长或连接一个螯合剂基团。
因此，合适的核心结构包括式(a)和(b)的磷酸酯和亚磷酸盐，式(c)的膦嗪(phosphazenes)和式(d)的磷酸酰胺。
其中J是O或S，并且R1和R2基团的至少一个是能够与如伯胺或丙烯酸甲酯反应而使分枝聚合体继续增长的基团。因此，例如，R1可以是氢、RT或-alk-(R°)s((a)、(b)和(d)中至少两个R1基团不是RT)，和每个R2可以是基团R、R1、OR1、Hal、-N＝Phal3或-NR1RT(其中Hal是一个卤原子，如，氯)至少两个R2基团不是RT；S和alk定义同上；而R是一个定义同上的反应基团，例如，为第1级连接分子提供一个结合位点，该连接分子如，胺、醛、卤素、链烷磺酰氧基或芳基磺酰氧基或一种可视情况酯化的羧基，如COOR3(其中R3是一个C1-6烷基)。
在R2基团中，任何芳基优选C6芳基，特别优选1，4-亚苯基，并且任何亚烷基优选是线型C1-6亚烷基。
但是，优选的是在上述的式(a)、(b)、(c)和(d)中所有的R1和R2基团按上述定义进行选择以使分枝状聚合体能够扩增而引起对核心的对称取代。
或者，为了获得不同类型的分枝核心，在分枝状聚合体中选择的R1和R2基团可以是封端基团，例如，选择咪唑基团，使分枝增长终止。
由于这种基团易于水解(参见，例如，Allcock等人，Inorg Chem21515(1982))，因此使用咪唑基封端基团特别有意义。这种基团为更大程度上控制分枝状聚合体多聚螯合剂的水解降解提供了机会。
因此，一种代表性的以磷为基础的核心可以包括式(c′)的结构 其中R4是 或-NH-CH2CONHCH2CH2NR27并且R5是 或R4和R5独立地选自于Hal和-N＝pHal3，R6是COOCH3，COOC2H5或CH2NH2和R7是H或-alk(R°)5，例如，一种式(c＂)的结构 (参见，例如，Ngo等人，JACS 1135057(1991))。
这种分子的优点是水解的速度，并因此使生物降解可以控制。
膦嗪尤其具有多价性的优点；膦嗪由于能够从核心磷产生至少6个分枝(从胺膦嗪可产生出12个分枝)，因此它可以用较少的合成步骤连接上更多的数量的末端基团。分枝的多样性也可以更好地控制水对这种聚合物的穿透性。
另外，膦嗪易于水解成良性的产物如氨和磷酸盐，这从安全的角度考虑是重要的(参见本发明提及的Allcock的对比文献)。
亚磷酸盐、磷酸酯、磷酸酰胺及膦嗪这些原料是公知的，许多可从市场上买到，而且现已开发的合成方法使分枝容易，也即，单体单位容易连接上。例如，参见Allcock等人，Inorg.Chem.21515(1982)和“Inorganic Polymers”Practice Hall，1972.“Biodegradable Polymers”(1992)，J.H.L Crammer，E.H.Schacht，E.H.G.Mense，Biomaterials，13，601.“Phosphorous-NitrogenCompounds”，by H.R.Allcook，1972，Academic Press.Allcock，等人，IC.1982，21，515。
对于亚磷酸盐、磷酸酯等及其合成的描述参见，例如，“PhosphorusAnoutline of its Chemistry”4th Edition，D.EC.Cororidge，Elsevier，1990；Sokolowskii，J.Gen.Chem.USSR(Eng.Transi)303529(1960)；Dudek，Pr Nauk，Inst.Technol.Nieorg.Nawozow Miner.Politech.Wroclaw 303-9(1986)；Steinbach等人，Z.Anorg.Allg.Chem.523180-186(1985)；Foss等人，Zh.Obshch.Khim.481713(1978)；US-A-3685974；和US-A-3788986。
关于膦嗪合成的描述参见“Phosphazenes as Camer Molecules forBioactive Side GrouPs”ACS Monograph#232(1983)H.R.Allcock；CychcPhosphazene With Six Substitutions，JACS，913102，(1969)；and(1970)，58。还参见“Phosphorous-Nitrogen Compounds”，by H.R.Allcock，1972，Academic Press。
对核心结构合成途径特征的分析鉴定能够对产生的多聚螯合物的大小及其在血管内停留时间进行控制。
对于亚磷酸盐及磷酸酯核心结构的合适合成方案包括 (B)(1)+excess NH1----->O＝P(NH2)(6) (D)(1)+NH2-CHR21-COOR20---->O＝P(NH-CHR21-COOR20)3(10)(11) (E)O＝P(OH)3+(10)----->O＝P(OCO-CHR21-NH2)3(13)(F)Na3PO4+(10)----->(13) (H)(1)+3HO-(CH2)n-Br----->O＝P(O(CH2)nBr)3(17) (18)(18)+(2)----->O＝P(O(CH2)nNH(CH2)2NH2)3(19)(I)O＝P(R22)3+HO(CH2)3Hal----->O＝P(OCH2CH2CH2Hal)3(20) (21) (22) 化合物(25)可以从Aldrich获得，它和PHal3可以按照如上所示的方法中的(1)相类似的方法使用。焦磷酸((HO)2PO.O.PO(OH)2)也可以类似地使用，并且可以从市场上获得。
在上述反应步骤中，Hal代表卤素，特别是氯，R20是一个烷基或另外一个合适的羧基封阻基团，R21是氢或一种氨基酸α-侧链，例如，一种可视情况胺化了的C1-4烷基，R22是一种C1-6烷基并且可以用原料的亚磷酸盐类似物来制备式(b)的化合物。
在上述的制备方案中，如果与一种氨基酸或其衍生物进行有效地缩合反应，可以重复此反应以形成一种二肽或肽连接物，从而对水解或酶裂解具有一种特定的敏感性(例如，参见Crommen等人，Biomaterials 13601(1992)和Kopacek等人，Ann NY Acad Sci 44693(1985))。而且，通过使用具有一个以上氨基功能团的氨基酸，如赖氨酸，使得在连接基团中进行分枝成为可能。
用于OP(E)3核心结构(其中E是氮)的其他起始物质包括，例如，原磷酰基三酰胺OP(NH2)3，它可以通过Goehring等人的方法制备(Chem Ber.891771-1774(1956)。
可以按照Allcock等人所述方法制备膦嗪(Phosphazene)核心结构，见“Phosphazenes as Carrier molecules for bioactive side goups”ACSmonograph No.233(1983)，JACS 913102(1969)和(1970)58及Inorg.Chem.21515(1982)；因此可以由六氯代环三膦嗪和甘氨酸乙酯制备下面的化合物 如上所述，以磷为基础的核心结构的另一个优点是易于进行特征鉴定。
自旋活性磷(31P)的敏感性及天然丰度(100％)使得它是一种可进行鉴定的理想原子核。由于每个P原子分出分枝步骤的几何对称性因而能够即时判断该分枝步骤的合成是否成功。也有利于在体内使用独特的31P信号。生物分布和代谢程度是可以测定的。
另外，公知的拉伸频率P＝N(1150-1400cm-1)P-O-O烷基(Ca1040cm-1)和P-O-芳基(Ca1220cm-1)适用于通过IR光谱对该分子进行分析和鉴定。这与Tomalia(如前所述)的多聚氨分枝聚合体相比是一个明显的优点，Tomalia的分枝聚合体几乎没有光谱学上的分枝。
以硅为基础的核心结构形成本发明的另一组改进的核心基团。这种核心结构优选地是以硅烷或硅氧烷为基础。
Morikawa等人在Macromolecules，243469(1991)和253247(1992)中描述了多聚硅氧烷星芒散射状聚合物。虽然所描述的聚合物不适用于本发明，但该硅氧烷单体可以形成本发明核心结构的基础，向该结构上可以连接如多胺等连接基团(L1，L2等)以形成如多聚胺等的分枝状聚合体。
因此，代表性的以硅为基础的核心结构包括环状和无环硅烷及硅氧烷R73Si[(O)tSiR72]uR7(e)其中t是0或l，而u是0或一个正整数，优选是1至8；R7可以代表一个RT基团或一个R°或Z-alk(-R°)s基团，至少两个R7是R°或Z-alk-(R°)s，Z是一个化学键或一个氧或硫原子或一个亚胺基，alk(R°)s定义同上，或两个R7基团可以连接到不同硅原子上一起代表在一个5至8，优选6或7元环上的一个化学键，或R7基团代表一个式A的基团[(O)tSiR72]uR7(A)其中t和u的定义同上，而R7的定义也如同上述关于R7的定义但不代表式A的基团。在上述的式(e)中至少有两个Si-O或Si-N键必须存在。
因此，以硅为基础的式(e)的核心结构的例子包括下列通式的结构SiR74＂(f)SiR73＂-SiR73＂(g)[SiR72＂] (h)[SiR72＂O]3(i)R73′Si-O-SiR73＂ (j)其中R7＂是一个如上所定义的Z-alk(R°)s基团，而V是5，6或7。
这一类的核心结构可以利用硅氯化物为原料而容易制备，并且有些这种环状核心结构和前体及类似物的确是已知的(参见West等人，Pure Appl.Chem.54104，(1982)，和Zhon等人J.Polymer Sci.Chem.Edit 291097(1991)，以及Polymer Preprints，205th ACS Meeting，Denver Colorado 28.3.93至1.4.93，第822-823页)。按照如上所定义的由这种核心结构进行的分枝状聚合体扩增可以制得其他种类的核心结构。
例如，可以按照下述步骤用氯化硅为起始原料制备核心结构 (其中R°′是一种保护的R°基团，例如，一种BOC保护的胺)如果需要，可以将氯化硅与氨基酸酯如NH2CH2COOEt.HCl反应制备以酯为末端的-alk(R°)s基团。
这种核心结构的优点是可以容易地控制分枝的程度。而且，硅能够通过高价进行取代以制备不稳定的5或6个配价中间体，这有益于能够制备可以控制水解以产生可预见性片段的分枝状聚合体。
以硅为基础的核心结构的另一个优点是，容易使用29Si-nmr(例如，使用极化传送脉冲序列，如DEPT和INEPT)和IR及UV-VIS光谱对它们进行鉴定。
以硼为基础的核心结构形成另一类适用于本发明的核心结构。例如，这类结构基于式(k)的环状化合物 (其中R7的定义同上，而X2是-O-、＝N-或-NR7′-)，特别是式(l)和(m)的化合物 (其中R7＂的定义同上)。
这些也可以通过类似于上述的标准硼化学技术来制备，例如，使R7＂B(OH)2(其中R7＂是一种可视情况进行保护的R7′基团)或BCl3与氨缩合，然后进行环取代。
因此，这种以硼为基础的核心结构的合成途径的例子包括下述过程 (其中R＂是一种可取代的基团(根据适当情况可以是亲电子性的或亲质子性的取代)和R7＂是一种可视情况保护的R7′基团)。而且，可以对末端R°基团进行改性，以便用优选的末端酯取代末端胺，而且可以按与本发明所涉及的其他核心结构和常规分枝体核心结构相类似的制备方法来生产这种核心结构的分枝状聚合体。
以硼为基础的核心结构的优点是，它们可以容易地降解成良性的代谢产物，如，NH4+和R-B(OH)2，并且可以用明确定义和鉴定的合成方案控制其合成过程及控制其对水解的敏感性，而且也可以使用核磁共振法进行鉴定。
另一个突出的优点是硼的存在可使该分枝状聚合体适用于中子捕获性疗法。
可以使用的其他核心结构包括式n的三嗪 其中R、alk和S的定义同上，a和b各是0或1，a和b的和为1。
例如，可以由文献中已知的或某些情况下从Alarich获得的三烷基三嗪和三烯丙氧基三嗪制备这些三嗪，例如， 通过将(F)或(G)与BOC单保护的1，2-乙二胺反应，然后脱保护，或使(H)与SO2Cl2或另一种卤化剂反应，然后将卤化物与1，2-乙二胺反应，等等。
可以按照上述讨论再进行进一步的R基团改性和分枝状聚合体增长。
尽管如此，在所有情况下，制备和改性生物可降解的核心，例如，水解敏感的核心，所用的反应条件当然是非水性溶剂，如，甲醇、甲苯、乙腈、1，2-乙二胺、甲基丙烯酸甲酯等。用于进行分枝状聚合体增长的偶合反应，例如，与1，2-乙二胺或甲基丙烯酸甲酯的反应，应当在较低的温度下进行以避免聚合反应；一般来说，与1，2-乙二胺的反应步骤可以在-5至+10℃下进行，而与甲基丙烯酸甲酯的反应可以在20至40℃下进行。
还应当指出的是，尽管在前面的讨论中一直是关于生物可降解核心结构，但是，这种基团，在本发明的另一个实施方案中，也可以在分枝状聚合体中形成一个或几个非核心分枝位点。同样该环状核心可以直接连接上螯合剂或其他活性的或改性的部分形成本发明的零级分枝状化合物。而且，虽然上面的讨论集中在可以连接活性基团的生物可降解分枝状聚合体框架上，但是，如上所述，可以用非生物可降解分枝状聚合体框架，如Tomalia(如前所述)的PAMAM分子，来携带通过生物可降解连接体结合其上的单或多功能活性基团。
因此，主链结构D和活性(例如，螯合剂)部分A或修饰剂M之间的连接是可视情况通过如前所述的生物可降解键结合。但是，对于螯合剂部分来说，这些基团优选通过酰胺键连接，酰胺的氮来自于骨架分子或更通常是来自于一种连接其上的连接基团，而酰胺的羰基来自于螯合剂上的羧基或羧基衍生官能团。
因此，在一个实施方案中骨架(D)与螯合剂(Ch)的连接可表示为D-L3-Ch(其中L3是一种视情况可生物裂解的连接基团)，而在另一个实施方案中表示为D-L4(Ch)s(其中L4是一种视情况可生物裂解的连接基团，而S是一个大于1的整数)。在后者情况下，可对L4进行选择以致于它断裂之后释放出单或多聚螯合剂。
L3和L4优选包括一个或几个氨基酸，在分枝状聚合体和螯合剂之间提供一个可水解的间隔基，例如，一种能够被蛋白酶间介切割的基团。因此，一种以胺为末端的分枝状聚合体可以连接到一种螯合剂基团AA-NH-CH2CH2NHCOCH2DO3A(Gd)，其中DO3A(Gd)是一个连结的环氮原子、钆螯合的、DO3A残基，而AA是一个低聚氨基酸间隔基。
通过将多个活性基团连接到一个分枝状聚合体骨架分子上，一般是一个水溶性的具有反应基团的聚合物上，可以制备本发明的放大体。该骨架分枝状聚合体聚合物合适的是具有至少3个，优选不超过400，特别是不超过384，尤其是不超过192，例如，不超过48个反应基团。该反应基团可以是胺，优选伯胺，羧酸盐，酯，乙醇或硫醇盐等。
优选的分枝状聚合体骨架聚合物分子是单分散性，如果需要，它们可以是径向对称的，每个视情况可分枝的连接基团是等同的。
一类优选的螯合试剂包括具有一个9-18元环的大环试剂，该环上结合有选自O，N和S的环杂原子，并且具有至少与环连接的侧链，该侧链可视情况进一步携带有金属配位基团，或能够改变螯合复合物生物分布的基团，其中一个侧链起连接大环与分枝状聚合体的作用。
因此，一类优选的大环螯合剂可以表示为通式IX 其中X3是O，S或NR12X是一个3-8的整数，优选3或4，W是一个2-4的整数，优选2或3，和R12是氢或一个如上所述的侧链，优选是一个C1-18烷基，它可视情况被一个金属配位基团、一个螯合基团、一个亲水基团或一个亲脂基团取代，与这些基团的连接视情况可通过酯、酰胺、胺、乙醇或醚官能团连接。
优选的大环骨架部分包括下面的多氮杂环链烷烃 尽管连接一个亲水或亲脂基团或连接到分枝状聚合体上的侧链容易连接到一个大环的环碳原子上，但非氢R12侧链优选连接到环氮原子上。
通过R12侧链，尤其是环氮原子连接的侧链，可以携带的配位基团的例子包括COOH，COMR222(其中R22是氢或者取代或不取代的烷基、酯、胺或乙醇，例如，一种被胺、羟基或C1-4烷氧基取代或不取代的C1-6烷基，例如，2-氨基-乙基)、CONHOH、SO3H、PO3H、羟基苯基、羟基吡啶基、酮基、和羟基。
在这种情况下，配位基团优选结合在R12的1-或2-位上，尤其是1位点。尽管如此，R12优选的是在1位上不被羟基取代。优选该大环骨架携带有2-4个，特别是至少3个这种配位基团。因此，举例说明，螯合基团可以是一个1，4，7，10-四氮杂-1，4，7-三羧甲基-10-(1，4-二氮杂-5-氧代-己基)环十二烷。
优选的亲水性R12基团包括羟基化的和/或烷氧基化的烷基，如，2-羟基乙基、2-羟基丙基、3-羟基丙基、2，3-二羟基丙基、2-羟基-丁基、3-羟基丁基、4-羟基丁基、2，3-羟基-1-甲基-丙基、2-甲氧基乙基、2-乙氧基乙基、2(2-羟基-乙氧基)乙基、和2(2(2-羟基乙氧基)乙氧基)乙基，特别是2-羟基乙基、2-羟基丙基、2，3，4-羟基丁基和三羟基仲丁基。
亲脂性R12的例子包括中等长链至长链的线型或分枝的烃(例如，C10-C20)的芳香基团，例如，芳烷基，烷芳基或芳基。
因此，合适的大环螯合剂的例子包括DOTA、DO3A、DOXA、HP-DO3A、TCDA和环烯及它们类似物，以及能连结到靶分子或连接到一种聚合物骨架上产生一种多聚螯合剂的这类螯合剂。
也可以使用含有线型或分枝的多氮杂烷烃骨架单位的螯合剂。这些包括通式X的化合物R212((CR212)qX3)YR12(X)其中X3、R12和S的定义同上，且至少[(CR212)qX]Y基团的末端X3是氮，而Y是一个0至4的整数，优选1，2或3，特别是1或2，但是R12基团也可以一起在连接体骨架上形成稠合饱和或不饱和环，该环本身可以被金属配位基团取代，NR212可以表示为N＝R14，其中R14是一个取代或不取代的C1-8亚烷基，如对R12来说，一个N(CR212)2N键中间可视情况插入一个C6饱和或不饱和碳环的环，而且一个氮在非末端X3上连接了R12基团可以代表一个支链[(CR215)qX3]mR152，且其中X3、S和Y定义同前，R15的定义同R12，但不能代表这样一个支链。
因此，也可以使用通式XI的亚氨基酸螯合剂(R12)3N (XI)(其中R12的定义同上，但条件是至少两个R12基团带有金属配位基团，例如，CH2COOH，并且其中一个连结到分枝状聚合体上)。
下面是用于这类螯合剂的优选的多氮烷烃骨架结构单位的例子 因此，合适的线型和分枝螯合剂的例子包括EDTA、DTPA、TTHA、EGTA、EHPG、DPDP、pycac、pycbac、DTPA-BMA、salen、二肽(例如，H-gly-tyr-OH、H-Pro-gly-OH、H-gly-scr-OH、H-gly-asp-OH和H-gly-glu-OH)、HENSAL、H2SHED、HSALIMH、DFO、PnAO、NTA、HIDPA、LICAM、DEPA、及其类似物的残基。
适用于连接到分枝状聚合体骨架的螯合剂的另外些例子参见于由该领域中技术领先的公司如，NycomedImaging As，Nycomed Salutar Inc.，ScheringAG，Bracco，Guerbet，Mallinckrodt和Squibb申请的关于MRI对比剂的专利文献中，例如，US-A-4647447，EP-A-235261，WO-A-89/00557，WO-A-90/08138，WO-A-90/08134，WO-A-91/10669，WO-A-91/15466，WO-A-91/15467，WO-A-92/11232，EP-A-290047，WO-A-90/12050，WO-A-91/05762，WO-A-91/10645，WO-A-92/08707，EP-A-232751，EP-A-292689，WO-A-88/07521，WO-A-88/08422，EP-A-305320，EP-A-331616，等，及本文所列的出版物。
然而，合适的螯合剂是一种多聚氨基多羧酸(PAPCA)，优选一种大环的PAPCA，特别优选的是该分枝状聚合体骨架连接到大环螯合剂环结构的供体环杂原子上，特别上连在氮原子上。或者，作为另一个例子，该分枝状聚合体骨架可以通过连接到大环螯合剂的一个环杂原子上的连接基团而连接上一个大环螯合剂基团(例如，一种 基团，其中alk′是一个C1-4亚烷基链，而X_是NCS、NH2、N2+、NCO、-alk′-COOH、NHCOCH2Cl或NHCOCH2Br)或在一个环碳原上连接，如Meares等人所建议的(参见Acc Chem Res 17202(1984)和US-A-4678667)。因此，举例说明，可以利用连接基团 连接一个大环如DO3A(在未取代的环氮原子上连接)。在另一个优选的方案中，可以使用寡聚氨基酸连接体或能够使该螯合剂形成可水解键(如Wo92/04392的二酯键)的连接体。
同样，可以使用常规的化学方法使其他的改性剂和活性基团，如PEG分子或碘芳基，偶合到分枝状聚合体骨架上。
本发明的放大体和双官能多聚螯合剂可以以其未进行金属取代或金属取代不足的状态用于吸收体内的金属离子，例如，用于金属解毒疗法。或者，也可以使用其金属取代形式的放大体和双官能多聚螯合剂在诊断或治疗应用中传输螯合的金属离子。
用放大体选择进行螯合的金属离子，使它们能够在诊断或治疗中发挥作用。这些作用包括，但不局限于，增强MRI、γ闪烁显像或CT扫描中的成像，或传输细胞毒性试剂以杀死有害细胞，如，肿瘤细胞，或用于传送钒以治疗糖尿病等。
通过螯合反应能够结合的金属包括镧系元素和其他金属离子，包括它们的同位素和放射性同位素，例如，Mg，Ca，Sc，Ti，B，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Sr，Y，Zr，Rc，Ru，In，Hf，W，Re，Os，Pb和Bi。上述某些特别优选的放射性同位素包括153Sm，64Cu，67Cu，67Ga，68Ga，89Sr，88Y，90Y，99mTc，97Ru，103Ru，111In，186Re，188Re，203Pb，211Bi，212Bi，213Bi和214Bi。本发明多聚螯合的金属离子是根据治疗或诊断应用上的要求来选择的。
如果与放射性核素一起使用，例如，用于核医学，本发明带来的优点是可使放射性核素与大环螯合剂紧密结合。由于背景的金属含量较低，这可以获得更具体的图像。
本发明的双官能分枝状聚合体化合物包括将放大体偶联到位点定向性分子上。该位点定向分子可以是在哺乳动物体内选择的任何靶器官、组织、细胞或细胞群，或其他部位中自然聚集的分子。这些分子可以包括氨基酸、寡肽(例如，己肽)、分子识别单位(MRu′S)、单链抗体(SCA′S)、蛋白质、Fab片段、和抗体。位点定向性分子包括多糖(例如，透明质酸、脱乙酰壳多糖、琼脂糖、纤维素、淀粉、右旋糖酐、藻酸盐、葡聚糖、硫酸角质素、硫酸软骨素(dermatan)、硫酸软骨素(chondroitin)硫酸乙酰肝素、肝素、菊糖、和胶原)，胆汁酸、类脂及其衍生物(例如，FA，磷脂、糖脂、和胆固醇)、蛋白质(如小麦胚凝集素、补体成分、补体成分片段、细胞因子、类二十烷酸(eicosanoids)、纤连蛋白(fibbronectin)、铁蛋白、转铁蛋白、红血蛋白、EGF(表皮生长因子)、甘露糖-6-磷酸、配体、凝集素、脱唾液酸、胆球蛋白(asialofetuin)、多克隆IgG，血液凝集蛋白(例如，水蛭素)，脂蛋白和糖蛋白)，激素，生长因子，核酸、脱氧核糖核酸、抗原、半抗原和凝血因子(如PF4)。代表性的位点定向性蛋白质包括聚合的纤维蛋白片段(例如，E1)，血清淀粉样蛋白前体(SAP)蛋白，低密度脂蛋白(LDC)前体、血清白蛋白、无损红血细胞的表面蛋白、受体结合分子如雌激素，肝特异性蛋白/聚合物如半乳糖-新糖白蛋白(NGA)(参见Vera等人，Radiology 151191(1984))N-(2-羟基-丙基)甲基丙烯酸酰胺(HMPA)共聚体，并带有不等数量结合的半乳糖胺(参见Duncan等人，Biochim.Biophys.Acta 88062(1986))，以及烯丙基和6-氨基己基糖苷(参见Wong等人，Carbo.Res.17027(1987))，和血纤维蛋白原。
该位点定向性蛋白也可以是一种抗体或其片段或一个小的位点特异性肽。对抗体的选择，特别是抗体的抗原特异性，将取决于该结合物的有效用途。单克隆抗体比多克隆抗体较优选。
人血清白蛋白(HSA)是用于血管系统研究的优选蛋白质。HSA在商业上可由多种途径获得，包括Sigma化学公司。与某种有用抗原反应的抗体制剂是公知的。抗体制剂在商业上可从几种来源获得。血纤蛋白片段E1可以按照Dlexa等人在J.Biol.Chem.2544925(1979)中所述的方法制备。de Beer等人在J.Immunol.Methods 5017(1982)中描述了LDL前体和SAP蛋白的制剂。上述的文章本文全部引用作为参考文献。
将骨架聚合物连接到抗体和其他蛋白上的方法属于本领域中熟练技术人员的水平。这些方法描述在pierce 1989 Handbook and General Catolog及本文引用的文献，Blatter等人，Biochem.，241517(1985)和Jue等人，Biochem.，175399(1978)中。上述引用的参考文献本文全部引用作为参考。
在双官能分枝状聚合体化合物中，优选将1或2个骨架分子连接到位点定向性分子上。通过限制连接到位点定向性分子上的放大体的数目，该双官能分枝状化合物的药理学性能将会表现出高度的靶特异性和低的非特异性结合。
该双官能分枝状聚合体化合物能够含有大量的活性基团(例如，螯合剂基团)。这可以使得位点特异性成像比以前得到的成像有所加强。
这些放大体和双官能多聚螯合剂不仅特别适用于磁共振和X-线成像，它们也适用于其他形式的成像，同样适用于核医学。目前可获得的成像加强剂的渗摩尔浓度会使这些试剂产生某些有害的副作用，包括引起病人的疼痛。通过使溶液中每个分子中加强成像的螯合金属中心的数目能显著增加，本发明可以明显降低渗摩尔浓度，而成像加强的程度仍保持相同或增加。
一般来说，放大体的合成是在将骨架分子结合到任何大的改性部分如PEG或一个位点定向性大分子上之前，先将活性部分结合到骨架分子上。在大多数情况下，将螯合剂结合到骨架分子上所用的反应条件会使蛋白质变性。因此，为了保护其三级结构和生物功能，一种抗体或其他位点定向性蛋白在将螯合剂基团结合到骨架分子上之前一般不与该骨架分子结合，当然除非是这种结合可以在不使蛋白变性的情况下进行。在放大体与改性剂例如，位点定向性大分子)结合之前或之后，可以加上金属离子以形成多聚螯合剂的金属配合物。优选的是，在放大体多聚螯合剂与大多数蛋白质(特别是抗体)结合之前加上金属，这尤其要避免金属与蛋白的不正常结合。然而，对于某些金属离子如半衰期较短的放射性核素来说，优选在刚刚使用之前，结合之后进行金属取代。
一般来说，可以使用已知的方法将螯合剂结合到骨架分子上。这些方法包括，例如，Krejcarek等人的混合酐方法(Biochemical and BiophysicalResearch Communications 77581(1977))，Hnatowich等人的环状酐方法(参见Science 220613(1983)及其他)，Meares等人的骨架衍生方法(参见Anal.Biochem.14268(1984))和Manabe等人在Biochemica et Biophysica Acta883460-467(1986)中所述的用改良的环状酐方法将DTPA残基连接到一个多聚-L-赖氨酸骨架上的方法。虽然对于优选的大环螯合剂，如，DOTA来说，由Krejcarek和Hnatowich所述的常用的混合酐和环状酐结合方法不能生效，但是现已发现，通过改良该混合酐方法，即将一种多羧基大环螯合剂在无水介质中与一种强度足以提取全部羧基质子(也即，足够高的pKa)的胺碱反应，产生一种胺盐，该盐可以与一种烷基卤代甲酸反应产生一种活化的酐，而这种酐能结合到骨架分子上而又不引起与现有技术的双官能多聚螯合剂发生无用的交联。对大多数大环螯合剂来说，四甲基胍或一种类似强度的胺碱是优选的碱。
当然，也可以使用更复杂的结合技术，例如，以类似于Meares等人的方法(同前)利用骨架衍生的大环螯合剂，但是由于成本增加且整个生产过程的复杂性使得这种途径不太理想。同样，根据螯合剂上存在的活性基团可以通过一种卤代乙酰基卤化物、一种碳酰氯或一种硫代碳酰氯将螯合剂连接到骨架聚合物上。
对于带有侧基羧化物的大环螯合剂来说，包括但不限于DOTA、TETA、TRITA(1，4，7，10-四氮杂环十三烷四乙酸)和NOTA，其中一个羧化物能够形成一个能与骨架聚合物的伯胺基团反应的基团。由羧化物基团形成反应基团的方法包括改良的混合酐反应，例如，使用异丁基氯甲酸酯(IBCF)，或用一种碳化二亚胺形成一种“活化的酯”(DCC或EDAC，参见Pierce Catalog(1988)，第252和253页)。两种反应过程都产生一种可通过稳定的酰胺链被螯合剂基团进行多个取代的骨架聚合物。然而改良的混合酐方法是用于将含羧化物的大环螯合剂连接到骨架聚合物上的优选方法。
该改良的混合酐反应是在无水溶剂中进行，该溶剂优选熔点在5℃以下，并将其冷却到不低于5℃或大于大约在其凝固点之上55℃的温度。螯合剂在合适溶剂中的溶解可有效地通过用胺碱就地制备一种螯合剂的胺盐而实现。
对碱的选择要由相关羧化物的pKa而决定。对于大多数螯合剂来说，四甲基胍(TMG)是特别优选的。一般来说，碱选自于那些pKa值超过螯合剂的最高pKa至少0.5，优选0.8，特别优选至少1.0的碱较为合适。具有pKa值至少为11，优选是至少11.3，特别优选至少12的胺碱是特别优选的，并且除TMG之外还可特别提出哌啶、喹宁环和N-乙基哌啶，特别是DBU(1，8-二氮杂二环[5，4，0]十一-7-烯)和DBN(1，5-二氮杂二环[4，3，0]九-5-烯)。另外，Martell和Smith在“Critical Stability Constants”Vol.5，第一次修订版，Plenum Press，NY1982中还列举了一些碱。
在搅拌状态下加入适量的纯净(冷藏的)烷基卤代甲酸酯，并通过冷却，例如需要的话加入冷却剂，以保持溶剂的原始温度。异丁基氯甲酸酯是特别优选的。所产生的螯合剂的活化酐能够与含胺的分枝状聚合体反应形成一种放大体多聚螯合剂。对于大多数应用来说，在此时对放大体多聚螯合剂进行金属化，并通色谱法或结晶法纯化以除去多余的金属离子和较低分子量的金属配合物。如果与靶特异性分子一起使用，要将该放大体多聚螯合剂，或至少部分金属取代形式的且还含有至少一个游离胺的放大体多聚螯合剂，与靶分子结合，例如通过与许多种公知的杂双官能偶合剂中的一种进行反应而结合。对于先进行金属取代不太合适的情况，例如，用半衰期短的放射性核素金属离子，可以使用一种无金属的放大体按上面所述进行偶合，然后通过金属取代(见下面)，最后进行快速简便的色谱或过滤纯化来制备该双官能多聚螯合剂。
也可以通过一种非配位伯胺基团或不涉及金属配位的远端羧基，将螯合剂连接到骨架聚合物上。具有一个非配位伯胺基团的大环螯合剂包括伯胺侧链衍生的DOTA大环、伯胺衍生的DO3A、和伯胺衍生的六氮杂和八氮杂大环和大二环(HAMS、冢状化合物和棺状化合物)以及一大类衍生的冠醚穴状化合物。如果用螯合剂(或实际上可以是任何其他活性部分)上的羧基进行连接，可以用常规的羧基活化反应的化学方法例如连接到该骨架上的胺官能团上或与该骨架结合的一个连接体上。
这些螯合剂上的非配位伯胺基团可以与一种卤代乙酰基卤化物在公知的条件下反应形成一种卤代乙酰胺。该卤代乙酰胺可以与骨架聚合物上的伯胺反应形成一种稳定的在螯合剂和聚合物之间的酰胺连接键。可以用DeRiemer等人，在J.Labelled Compd.Radiopharm.181517(1981)中所述的卤代乙酰卤化物方法将含胺的螯合剂连接到骨架聚合物上。
螯合剂上的胺基团也可以与光气反应产生一种反应性异氰酸酯基团，或与硫光气反应产生一种反应性异硫氰酸酯基团。这些基团能够与骨架聚合物的伯胺反应在配体和骨架聚合物之间分别形成一种稳定的尿素或更稳定的硫脲连接基团。Gansow，Inorg.Chimica Acta 91213(1984)和Moi等人在J.Amer.Chem.Soc.1106266(1988)中描述了将螯合剂连接到具有胺基团的的蛋白上的方法，是通过用光气或硫光气方法分别形成异氰酸酯或异硫氰酸酯基团。可参见Desreux，Inorg.Chem.191319(1980)；Bryden等人，Anal.Chem.531418(1981)；Delgardo等人，Talanta 29815(1982)；Cacheris等人，Inorg.Chem.26958(1987)；Moi等人，Inorg.Chem 263458(1987)和Meares等人，Acc.Chem.Res.17202(1984)。
下面的反应式进一步解释了将螯合剂部分偶合到骨架聚合物上的其他方式。 对于以胺为末端的分枝状聚合体聚合物，该物质NH2-聚合物和CH3OCO-聚合物分别代表全级和半级(例如，G2.0和G2.5)分枝状聚合体。
在聚合物中插入的寡聚氨基酸(例如，寡聚赖氨酸)链与活性(或改性)部分连接体的相对位置特别理想的应当是能够控制该活性基团在体内的水解释放。
如前所述，对于由多聚螯合剂螯合的金属离子的选择取决于应用该多聚螯合物的诊断或治疗的技术。例如，对于磁共振成像来说，该金属离子应当是顺磁的，并且优选是非放射活性的。对于X-线和超声成像来说，应当使用重金属离子，例如，用原子序数至少为37，优选至少为50的金属离子，并且优选非放射活性的此金属种类。对于闪烁显像或放射疗法来说，该金属离子当然应当是放射活性的同位素。对于温热疗法来说，可以使用螯合基团连接到分枝状聚合体铁的氧化物或其他超顺磁多原子金属种类，其在外用时能够改变磁场，或者在MW辐射时能产生局部的热效应。这些物质可以同样用于磁共振、X-线、EIT或磁性成像当中。
将金属离子与螯合剂和多聚螯合剂配合的方法属于本领域中的普通技术。所用的每种金属都可以通过三种普通方法中的一种结合到螯合剂基团中，此三种方法是直接结合，模板合成和/或金属转移。优选直接结合。
优选的是，要在将放大体连接到位点定向性分子上之前完成金属与双官能多聚螯合剂的结合。将金属从亚化学计量水平进行滴定，使其上升到全部结合水平，从而没有必要做透析和大范围的色谱纯化。这种方法避免了大量的损失及稀释。而且也防止了金属离子与位点定向性分子的非特异性结合。不过，如果将本发明应用于半衰期短的放射性核素时需要把双官能多聚螯合剂的金属取代作为最终步骤，然后进行简单快速的纯化(例如，凝胶过滤)以除去多余的未结合的放射性核素。
可以通过下述的一般方法将金属离子Fe(III)、Cr(III)、Mn(II)、Hg(II)、Pb(II)、Bi(III)和镧系元素直接结合到聚氨基多羧化物上。将一种水溶形式的金属，一般是一种无机盐，溶于适量的蒸馏去离子水中。该溶液的pH值低于7。在室温下向该金属溶液搅拌加入含有等摩尔量多聚螯合剂的水溶液。通过加入碱，典型的是加入0.1M NaOH，使混合物的pH值缓慢上升直到该多螯合剂的供体基团达到脱质子化的程度，一般达到5-9的pH范围，这要取决于螯合剂基团的情况。特别需要注意的是对于镧系离子要保持pH在8以下，以避免金属氢氧化物的沉淀。正如下述参考文献中所述的，金属向DOTA衍生的和相关的大环螯合剂基团中的结合一般是一个缓慢的过程。这种方法的具体例子包含在下述参考文献中。
Choppin等人在J.Inorg.Nucl.Chem.，33127(1971)，Margerum在Rec.Chem.Prog.，24237(1973)和D′olieslager等人在J.Inorg.Nucl.Chem.，354255(1973)中描述了镧系金属向聚氨基多羧化物中的直接结合。Margerstadt在Mag.Res.Med，3808(1986)和WO-A-87/06229中描述了Gd(III)向DOTA中的结合。Kumar等人在J.Chem.Soc.Chem.Commun.，3145(1989)中描述了制备DOTA的Bi和Pb复合物的方法。上述文献本文全部引用作为参考文献。
根据公知的方法可以进行Hf、Zr、W、Hg和Ta的直接结合。例如，参见，美国专利No.4,176,173(Winchell)。
当金属离子需要还原到更加合适的氧化状态以便于螯合剂部分的供电子原子进行结合时，要用金属转移的方法。例如，为了结合99mTc或186/188Re，必须利用还原剂如SnCl2或半胱氨酸通过公知方法将金属离子还原成Tc(V)或Re(V)。这种方法需要形成一种中间体复合物。典型的例子是在与螯合剂如DOTA配合之前，在弱的配位配体存在下用Sn还原99mTc。这些方法在放射性药学领域是公知的。67Cu利用四胺螯合剂如tet A或tet B(参见Bhardaredj等人，JACS，1081351(1986)稳定Cu(II)用于和结合性更强的螯合剂反应。
本发明多聚螯合剂的金属螯合物对病人给药用于成像的给药量要足以在特定成像技术下产生理想的对比。一般来说，对病人每公斤体重0.001到5.0毫摩尔螯合成像金属离子的剂量可以有效地达到足够的对比加强效果。对于大多数磁共振成像应用来说，优选的成像金属离子的剂量在0.001至1.2，例如，0.02至0.5，mmole/kg体重的范围内。而对于X-线应用来说，一般0.5至1.5mmoles/kg的剂量可以有效地达到X-线衰减效果。对于大多数X-线应用来说优选的剂量为0.8至1.2mmoles的镧系元素或重金属/kg体重。
如果需要在血液中采集本发明的分枝状聚合体化合物，那么优选的是使用较高级的分枝状聚合体骨架，例如，使用第四至六级分枝状聚合体骨架。或者也可以使用较低级的骨架，该骨架要带有能够使整个分子量升高并且能防止或延缓肾脏清除的改性剂(例如，PEG分子)。这种多聚螯合剂与已知的血池和ECF对比剂相比具有较强的对比性，因此，可以以较低的有效剂量给药。
对于X-线应用来说，为了使本发明聚螯合物获得最佳效果的光子能量范围扩大，可以使用两种或两种以上不同金属的聚螯合物，这可以是均聚螯合物的混合物或杂聚螯合物。
制备碘化部分并将其结合到分枝状聚合体骨架(D)上的方法可由下述的反应式进行说明 (其中Y是所形成的分枝状聚合体中载分枝的数量，例如，2至200，优选5至150，特别是5至110)。所得到的化合物具有高水溶性和低渗透性，可以结合上规定的低毒性CT试剂的类似物，且每个分子上带有大量的碘原子，例如一个G5分枝状聚合体带有288个碘。
或者也可以通过常规化学方法将碘直接结合到分枝状聚合体末端上，例如，可以用甲苯磺酰基氯化物处理一种以羟基为末端的分枝状聚合体(例如，D-(CONHCH2CH2OH)n，例如其中D是第5或更高一级)产生聚甲苯磺酸盐，该盐用碘化钠处理时产生聚碘代分枝状聚合体(例如，D-(CONHCH2CH2I)n)如果抑制蛋白结合改性剂基团结合到分枝状聚合体框架上，视情况可以通过生物可降解键或连接基团来进行结合，在此情况下该聚合体的分步构成方法可能包括1)制备一种分枝状聚合体骨架，其上载有活性部分(例如，金属螯合物)，该部分的MW基本上小于球形截面的分子量(＜50KD)，优选小于30KD，特别是小于20KD；2)连接上一个寡聚体或多聚体改性剂以形成一种蛋白结合的立体化学屏障。
该改性剂可以是，例如PEG、PPG、多葡聚糖，或一种多糖(例如，淀粉酶，支链淀粉，淀粉，肝素或糖原)。每种改性剂优选小于20KD，更优选小于10KD。一种刷子型结构，也即一种带有一排抑制蛋白结合改性剂的放大体，而在每个放大体上需要几个改性剂。该改性剂优选应当结合2-50％的分枝状聚合体结合位点。一个主要的优点是可以避开网状内皮系统(肝脏、脾脏及骨骼巨噬细胞的摄取)。某种改性剂如PEG可以显著地增加血浆t1/2以及某种血池试剂的效用。
以任何金属螯合物为基础的商品试剂应当尽可能减少游离金属的释放和组织滞留。任何试剂在血液中停留的时间越长，它释放金属的可能性越大。这对于任何无环配体来说尤其正确；DOTA或DO3A衍生的螯合剂部分在生理pH下在动力学上对于金属释放是惰性的，并优选用作为血池试剂。
制备改性放大体的另一种方式是利用在改性剂(例如，PEG)和放大体之间的水解敏感键。PEG还可以作为一种空间屏障，长的循环时间可导致生物降解成一些小的PEG和一个放大体。另外，一种试剂的生物可降解性，如果某些器官摄取该试剂就增加了改性的安全范围。所有片段会从血液或细胞外液中通过肾脏排出，并且会从肝脏中更快的进入胆汁和粪便当中。
对于带有抑制蛋白结合改性剂的放大体来说，分枝状聚合体骨架优选是一种分子量＜40KD的聚合物。该聚合物必须提供多个官能团用于连接诊断或治疗试剂，并且可以包括用于连接到靶基团(抗体、蛋白质、肽等)上的官能团。该聚合物也可以是一种低级别(例如，2，3，4级)的分枝状聚合体，部分带有活性基团，并用PEG或其他蛋白结合抑制剂改性过，使整个分子大小/分子量不超过40-100KD(分子大小以球蛋白计)。通过这种方式，能够在合理的时间内通过肾脏排泄，而避免了肝脏的摄取。
生物降解的任何一种目的，如生物可降解核心主要是用于增加该试剂在体内全部清除。将PEG稳定结合到生物可降解放大体上或将PEG不稳定地(通过一个水解敏感键)结合到一个稳定的放大体上均是适合的。不过，生物可降解放大体如果在肝脏中少量分布可以有利于增加安全系数。该生物可降解核心可以更快地被代谢。这可以减少金属螯合物暴露于低pH和肝脏酶的时间。
胺核心分枝状聚合体或在表面有多个胺的可以被生物降解的分枝状聚合体是优选的。通过调整骨架的分子量以及活性基团和改性基团的结合数量可以获得最佳的血液半衰期。1至5级(MW＝1000-25,000)结构是优选的骨架结构。在此范围内具有最多胺位点的分子结构级别是优选的(例如，末端胺总数为24、48或96)。
蛋白结合改性剂包括水溶性线型寡聚体/多聚体如聚醚、多元醇和多糖。这类优选的改性剂包括分子量在200至10,000之间的聚环氧乙烷、聚乙二醇、或单甲基聚乙二醇。将这种寡聚体/多聚体结合到分枝状骨架上优选是结合2-50％的可结合位点。例如，可以将分子量在500-10,000之间的多个PEG分子结合上，以获得＞40,000的总分子量。分子量的上限值要取决于结合上的可切割PEG基团数和/或生物可降解分枝状聚合体数。如果这种改性剂的结合量大于50％，会减少活性基团含量，阻滞放大体的表面，由于立体化学方面的限制，这一结合量很难实现。
有很多现有的方法可用于将聚乙二醇或单甲基聚乙二醇结合到聚胺或其他功能性分枝状聚合体骨架上。例如这种结合可通过一种惰性共价键或通过一种生物可降解连接物(如，氨基甲酸酯)来实现。这种连接的方法可从下列文献中找到Harris，Rev.Macromol.Chem.Phys.C25(3)325(1985)，和Delgado，Critical Rev.Drug Carrier Sys.9(3，4)249(1992)。因此一种代表性的方案如下所述构成一种载有改性剂的化合物的一般方法H2N-R是分枝状聚合体骨架上的氨基，该骨架可以是已经连接上或没有连接上活性部分(如金属螯合物)的。MePEG是分子量为500-10,000以甲氧基为末端的PEG。利用PEG的化学连接方法的可能途径1.氰尿酰氯途径连接条件＝pH9，与硫醇类反应，可与单体衍生物发生二聚合反应，UV发色团。
反应 (参见，例如，Anal.Biochem.165114(1987)和J.Biol.Chem.2523582(1977))。
2.在PEG和放大体之间形成酰胺键的途径条件＝与硫醇类不反应，可与琥珀酸衍生物进行酯水解。
反应 (参见，例如，Appl.Bio chem.Biotechnol.11141(1985)和Cancer Biochem.Biophys.7175(1984))。
3.在PEG和放大体之间的氨基甲酸酯键途径长的反应时间，连接条件＝pH8.5-9.2，明显的水解反应，活化的PEG可以存放。
反应 (参见，例如，Rlin.Paediatr.200184(1988))和Anal.Biochem.13125(1983))。
4.用磺酰氯进行连接温和条件(pH7.5，环境温度)，快速反应。
反应(参见，例如，Biotechnol.Appl.Biochem.12119(1990))。5.胺连接非常稳定的连接反应 (参见，例如，J.Macromol.Sci.，Rev.Poly.Chem.Phys.，C25325(1985)和J.Polymer Sci.22341(1984))。 对本发明的螯合剂上面已进行了许多讨论。如果活性基团不是螯合物形式，那么它们可以与通常给药剂量相同或更低剂量存在，例如，常用剂量的1/5至1/1，而且对于诊断试剂来说，甚至可以高于常用剂量。因此，例如，对碘化的化合物来说，若用作X-线对比剂，整个碘浓度可考虑用50至1000，例如，150至500mgI/ml。
本发明的化合物可以与常规的药物助剂或兽医助剂，例如，乳化剂、脂肪酸酯、凝胶剂、稳定剂。抗氧化剂、渗摩尔浓度调节剂、缓冲剂、pH调节剂等一起配制，并且可以制成适用于非肠道或肠内给药的剂型，例如，注射剂或输液剂或直接向具有对外排泄口的体腔中给药，例如，向胃肠道、膀胱或子宫内直接给药。因此，本发明的化合物可以是常规的药物给药形式，例如，片剂、胶囊剂、粉剂、溶液、混悬液、分散液、糖浆、栓剂等；不过，用生理上可接受的载体溶媒(例如，注射用水)配制的溶液、混悬液和分散液一般是优选的。
因此，可以用生理上可接受的载体或赋形剂以完全属于本领域技术范围的方法将本发明的化合物配制成各种给药剂型。例如，本发明的化合物可以加入药物上可接受的赋形剂，悬浮于或溶于水介质中，然后将所得的溶液或混悬液灭菌。合适的添加剂包括，例如，生理上可接受的生物相容性缓冲剂(例如，盐酸氨基丁三醇)、加入(如0.01至10摩尔％)螯合剂(如，DTPA，DTPA-双酰胺或非复合的放大体多聚螯合剂)或钙螯合物复合物(例如，钙DTPA、CaNaDTPA-双酰胺、钙-放大体多聚螯合剂或放大体多聚螯合剂的CaNa盐)，或可视情况加入(如，1至50摩尔％)钙或钠盐(例如，与放大体配位体的金属螯合物复合的氯化钙、抗坏血酸钙、葡糖酸钙或乳酸钙等等)。
如果该化合物要制成混悬液形式，例如，混悬于水或生理盐水中用于口服给药，可以将小量的可溶性螯合物与一种或几种传统上存在于口服液中的非活性成分和/或表面活性剂和/用于调味的香料一起混合。
对于身体某些部分的MRI和X-线成像来说，将金属螯合物作为对比剂的最优选给药方式是非肠道给药，例如，静脉内给药。可非肠道给药的剂型，例如，静脉注射液，应当是无菌的，且不含有生理上不可接受的试剂，并且应当具有低渗摩尔浓度以便在给药时尽可能减少刺激性或其他副作用，因此该对比介质优选的应当是等渗的或稍弱高渗的。合适的载体包括习惯上用于非肠道给药溶液的含水载体如氯化钠注射液、林格注射液、葡萄糖注射液、葡萄糖和氯化钠注射液、乳酸盐的林格注射液和其他溶液，如下面文献中所述的溶液Remington′s Pharmaceutical Sciences，15 th ed.，EastonMackPublishing Co.，第1405-1412和1461-1487页(1975)和The NationalFormulary XIV.14th ed.WashingtonAmeeican Pharmaceutical Association(1975)。该溶液可以含有防腐剂、抗微生物剂、习惯上用于非肠道给药溶液的缓冲剂和抗氧化剂、赋形剂和与螯合物相容并且不影响产品的生产、储藏或使用的其他添加剂。
从进一步说，本发明提供了一种诊断或治疗组合物，它含有一种本发明的分枝状聚合体化合物或其盐以及至少含一种药物载体赋形剂。
从再另一方面考虑，本发明提供了用本发明的分枝状聚合体化合物或其盐制备一种诊断或治疗组合物的用途。
从又一方面考虑，本发明提供了一种使人体或非人动物体(尤其是哺乳动物)成像的方法，该方法包括给所说肌体一种成像加强量的本发明分枝状聚合体化合物或其盐，然后产生所说肌体至少一部分的图像，例如，一种MR、X-线、超声、EIT或闪烁成像。
从再另一方面考虑，本发明提供了一种治疗人或动物体的方法，所说方法包括给所说肌体一种治疗有效量的本发明分枝状聚合体化合物。
再另一方面考虑，本发明提供了一种制备本发明分枝状聚合体化合物的方法，所说方法包括将多个治疗或诊断活性部分(例如，大环螫合剂)结合到一种分枝状聚合物上，例如，一种聚胺上，并且可视情况对所产生的化合物进行金属取代，也可视情况结合到生物分布改性剂上(例如，PEG或一种位点定向性分子)。
用于此方法的分枝状聚合物优选不超过第8级聚合物，例如，第7级，特别是第4级、第5级或第6级的分枝状聚合物。当然所需的分枝级要取决于所需活性和改性部分连接位点的数目，取决于所用的连接部分和整体大小、分子量和构像，这些因素又在某种程度上取决于该分枝状聚合体化合物的所要求的最终用途。
从再另一方面考虑，本发明提供了一种解毒组合物，它包含一种本发明的多聚螯合剂或其与生理上可耐受的一些抗衡离子的弱螯合物或其盐，以及一种药物载体或赋形剂。
从再进一步考虑，本发明提供了一种金属解毒方法，包括给人或非人动物体一种去毒性剂量的本发明多聚螯合剂或其与生理上可耐受的一些抗衡离子的弱螯合物或其盐。
蛋白结合抑制剂在分枝状聚合体化合物上的结合本身是有新颖性的，并且本发明的另一方面还提供了一种分枝状聚合体化合物，它含有一个分枝状聚合体骨架部分，其上连接有多个诊断或治疗活性部分(例如，能够与金属离子配合的螯合剂部分)，其特征在于所说的骨架部分其上连接有多个抑制蛋白结合的部分，例如，PEG残基。
本发明将通过下列具体的非限制性实施例作进一步的解释。除非另有说明，温度的单位是摄氏温度，浓度是重量百分比。
实施例1制备DTPA分枝状聚合物放大体用TMG(50毫升)处理一种DTPA(16.8g，42mmol)的乙腈(150ml)浆液。将该混合物在氮气、环境温度下进行搅拌直至完全溶解，然后冷却至-30℃。滴加入氯甲酸异丁基酯(1.5mL，12mmol)。在0℃下搅拌之后，在1.5小时的时间内滴加入一种膦嗪G0(实施例3a)(0.22g，0.04mmol)的DMF(20mL)和TMF(40mL)溶液。在环境温度下搅拌该化合物16小时，蒸发至干燥，溶于水中(100mL)，并且0.2M草酸(3×3L)渗析6小时，用0.2M NaHCO3(2L)渗析过夜。通过中压色谱分析法(2.5×20cm Sephadex G-25，折射率检测)将粗制物进行纯化。由1HNMR中的积分强度计算出结合率25％。
实施例2a)制备对硝基苄基氯乙酰胺 将对硝基苄基氯化铵(1.18g，6.2mmol)和Na2CO3(1.31g，12.5mmol)置于烧瓶中，并加入二氯甲烷(200mL)。该溶液是不均匀的，因此加入5mL水得到一种两相的系统。在环境温度下通过注射器加入氯乙酰氯(0.50mL，6.2mmol)，该溶液立即变成乳白色。搅拌15分钟之后，该有机层成为淡黄色。45分钟之后再加入水(5mL)，产生一个澄清的水相层。分离这些液层，并用CH2Cl2(50mL)洗涤水相层。在MgSO4上使结合的有机相干燥，并除去挥发物。将粗产物溶于CHCl3/甲醇(6∶1)中，并通过二氧化硅，除去挥发物得到标题产物，是一种黄色固体，收率98％。
b)制备三叔丁基DO3A-(对-硝基苄基)酰胺。 在氮气环境下，将三叔丁基DO3A-HBr(0.68g，1.1mmol)溶于二甲基甲酰胺中(100mL)。然后加入过量的碳酸钠，得到一种白色浆液。在另一个烧瓶中，将二甲基甲酰胺(75mL)加入到对硝基苄基氯乙酰胺(实施例2(a)，0.25g，1.1mmol)中，并将此溶液通过套管加入到三叔丁基DO3A中。加入小量的NaI(20mg)以加速反应。反应液表现为不均匀，因此加入K2CO3(它比钠类似物更易溶解)，并在环境温度下将反应液搅拌20小时。加入水(100mL)，使溶液加温，再加入甲苯(200mL)。该液体分层，并将有机相在MgSO4上干燥。分离粗产物，1H和13C NMR表示只有一种产物。在硅柱上(5∶1CHCl3∶CH3OH)进行闪色谱得到纯的标题产物(测得MH+＝707.5和MH-Na+＝729.5)。
c)制备DO3A-(对硝基苄基)酰胺将0.7克(0.01mmol)的实施例2(b)的三叔丁基酯溶于二氯甲烷(20mL)中得到一种淡黄色溶液。在环境温度下以小等分试样加入TEA(大约10mL)。1小时之后，该溶液颜色更黄。1.5小时之后，真空除去挥发物。重复此步骤6次，但二氯甲烷的用量更小(10-15mL)。在用CH2Cl2/TFA处理最后一次之后，除去挥发物，并将此得到的黄色残渣溶于水中(10mL)。通过加入1NNaOH使pH增加到13。通过离子交换色谱法(AG-1，用乙酸洗脱0.2-0.5N)纯化得到较好收率的标题产物(大约70-80％，这取决于水分含量，质谱FABMH+539.3，MH-Na+561.3)。1H和13C NMR表示为高纯度，也即，叔丁基官能团量可忽略。
d)制备Gd-DO3A-(对硝基苄基)酰胺将0.5克的实施例2(c)的三羧甲基化合物溶于水中(30mL)。然后加入溶于水(15mL)中的三乙酸钆·4H2O(大约85摩尔％，297mg)。通过逐渐加入1N NaOH将起始的pH值3调节到pH5-6。将反应混合物加热至77℃共24小时。使反应物干燥，并将残渣再溶于水中(10mL)。二甲酚橙试验为阴性。用NaOH处理该溶液直至达到pH为9。除去水分，并将浅黄色残渣溶于甲醇中(25mL)。通过过滤将任何多余的钆以不溶Gd(OH)3的形式除去。除去挥发物之后分离出一种浅黄色固体标题产物(840mg)，并通过IR和UV-Vis光谱鉴别其特征。当再溶于水时，二甲酚橙试验表现为阴性。
e)制备Gd-DO3A-(对氨基苄基)酰胺在一种玻璃压力反应容器中将Gd-DO3A-(对氨基苄基)酰胺(实施例2(d)，730mg)溶于水中(50mL)。加入一个搅拌棒和10％Pd/C(270mg)，并用氢气使黑色浆液加压(50psi)。搅拌3天之后，将溶液过滤，并使所得溶液干燥。分离得到一种褐色固体状的标题产物(680mg，98％)。通过质谱、IR和UV-Vis光谱对产物的特征进行鉴别。
f)制备Gd-DO3A-(对异硫氰酸盐苄基)酰胺在氮气环境下，将Gd-DO3A-(对氨基苄基)酰胺(实施例2(e)，680mg)溶于脱氧的水中(10mL)，并在另一个烧瓶中向CHCl3(8mL)中加入二氯硫化碳(Cl2C＝S)(1摩尔当量，72μL)。向二氯硫化碳溶液快速地完全加入到该水溶液中，并在N2下搅拌该混合物18小时。用水(1×30mL)溶出粗产物，分离得到一种浅灰色固体状的标题产物(620mg，大约90％的收率)。用质谱、IR、UV、Karl Fisher试剂(14％H2O)和氯化物(9％Cl-)分析。完成对该产品的特征鉴别。未检测出实施例2(e)化合物的存在。
实施例3a)制备膦嗪(phosphazene)Go，{NP(NH2CH2C[O]NHCH2CH2NH2)2}3将{NP(NH2CH2CO2C2H5)2}3(1.6g，2.1mmol)在一个100mL的Schlenk烧瓶中溶于乙醇(50mL)。将新鲜馏过的乙二胺(EPA)(150mL)和乙醇(40mL)置于另一个Schlenk烧瓶中，并将所得溶液冷却到0℃。在搅拌下将两种溶液用N2完全清洗30分钟，并氮气环境下完成反应。然后通过套管将膦嗪溶液滴加到冷却的EDA溶液中。0℃下搅拌3天之后，将溶液加温至25℃。取出一小等份，除去挥发物，所得到的小量油状残余物是标题产物(1H和31PNMR光谱)。以同样的方式制备反应混合物，并用乙醇/甲苯(1∶10，100mL)抽提粗产物。真空干燥标题产物得到一种高收率的浅黄色固体。31P NMR谱中有一个21.04ppm的单共振谱(参见起始物，19.58ppm)。
b)制备膦嗪Go聚Gd-DO3A将实施3(a)的Go分枝状聚合体和实施例2(f)的Gd-DO3A-NCS分别放入不同的烧瓶中。向每个烧瓶中加入去离子水(分别为10和40mL)。记录其pH值(10.2和9.2)，将两种溶液混合。然后调节pH值至8.95。6天之后除去挥发物，在筛析柱上纯化粗制固体得到一种浅黄色固体状标题产物。
实施例4a)制备[O＝P(OCH2CH2NH3)3]3+3Cl-向一种带有回流冷凝器、N2接管和温度计的三颈烧瓶中加入新馏过的乙醇胺。冷却溶液并加入新鲜馏过的磷酰氯，加入的速度要使反应温度保持在90℃以下。将混合物搅拌2小时，同时用甲苯洗涤该产物。在纯乙醇中沸腾结晶标题产物。在用新鲜制得的乙醇钠处理该盐酸盐获得游离碱[O＝P(OCH2CH2NH2)3]。
b)制备[O＝P(CH2CH2N{CH2CH2CO2Et}2)3]在一种带有氮气接管的两颈烧瓶中，将纯乙醇加入到[O＝P(OCH2CH2NH2)3]中(实施例4(a))。在另一个烧瓶中，将新馏过的丙烯酸乙酯溶于乙醇中，并将所得溶液加入到磷酸酯溶液中。搅拌3天之后，真空除去挥发物，得到一种粘性无色油状的标题产物。
c)制备磷酸酯为核心的分枝状聚合体-聚Gd-DO3A通过与Gd-DO3A-NCS反应将类似于实施例3(b)的Gd-DO3A螯合物部分结合到实施例4(b)的以磷酸酯为核心的分枝状聚合体上。
实施例5分枝状聚合体核心水解a)膦嗪Go，{NP(NH2CH2C[O]NHCH2CH2NH2)2}3本发明所用的分枝状聚合体骨架聚合物与常用的PAMAM分枝状聚合体相比其优点之一是增加了对水解的敏感性。将膦嗪Go(实施例3(a)的化合物)在D2O中水解，然后进行31P NMR光谱分析。结果概括在下表中试验 pH 反应温度时间 降解 混合物
17.137℃3天无在SeronormTM存在下。
211.0 37℃5天无31.237℃4天85％47.025℃3天30％ 在半纯化的小鼠肝脏存在下在5mm NMR试管中进行水解实验。用一种窄孔pH电极在试管中测试pH值。用10％HCl或40％NaOD调节pH。D2O购自Aldrich ChemicalCo.。用Hg温度计记录温度，没有对温度校正。
试验1的结果表明在血液中不可能发生水解。不过，试验4的结果表明以这种核心为基础的血池试剂，其分子量超过50kD，最终会被肝脏摄取，而易于在肝脏中降解。
用破碎的老鼠(rat)肝脏作为血池试剂可能对抗的酶的粗制物。31P NMR光谱清楚地表明3天之后有30％的降解。在暴露于老鼠肝脏成分的前三个小时之内有20％原始膦嗪已降解。通常，由于酶的同类相残作用在细胞水解前几个小时之后酶活性在体外会很快的降低。
通过用新鲜混匀成浆的老鼠肝脏在离心沉淀分离出固形物之后，进行肝脏试验。将均匀浆液加入到一种预先调节(pH＝7)的膦嗪Go溶液中。为便于对比，也测定了老鼠纯肝脏(无信号)和起始膦嗪Go的31P NMR谱。只有处理过的膦嗪Go的光谱中含有一个新的信号(2.5ppm)。
实施例6a)PGo与DO3A-NCS反应使反应在一个5mm NMR试管中进行，并通过31P NMR光谱监测反应的进展情况。开始，使用6.9当量的DO3A-NCS，足以完成该反应。不过，NMR光谱含有至少三个可辨别的共振谱。加入更多的DO3A-NCS，导致这些产物的比率发生快速变化，直到最后，表现出一个单共振谱，这表明反应已进展到一种单一产物。 b)PGo(NICS]N-bz-DO3A)6的水解使用实施例6(a)制备的PG0(N[CS]N-bz-DO3A)6。用下述条件进行三个试验a)小鼠(mouse)全血，D2O(pH6.5)，37℃。
b)小鼠肝脏，通过离心纯化(某些固形物)，D2O，37℃。
c)小鼠肝脏，吐温洗涤剂(以释放膜结合的酶)，通过离心(某些固形物)而纯化，D2O，37℃。每个试验都形成一种新的产物，其特征是单水解的物质，N3P3(NHR)5(OH)。该产物是通过对膦嗪核心的一个臂进行选择性断裂而制得。
通过使一种未改性的核心与一种大生物分子反应而形成产物的可能已不存在，因为通过一种CentriprepC-10单位进行超速过滤得到的是具有相同光谱学特性的物质，这从起始实验可以看出。生物分子(蛋白质、酶等)不能够通过10,000MW的截滤器。
水解的相对速度以及逐次结合的31P NMR光谱如下加吐温的肝脏≥肝脏>>全血。
起始水解产物N3P3(NHR)5(OH)的形成在中性pH下是稳定的，但在低pH下是十分不稳定的。 实际测得的确实是这种情况。将来源于两个肝脏试验的成分混合和过滤之后，新的pH值是5.1，而N3P3(NHR)5(OH)与磷酸盐的比率发生了变化而偏向于磷酸盐。进一步降低pH至2.7导致向磷酸盐发生接近定量的转化(增加H3PO4可导致在31P NMR光谱中存在一个单一峰值)。
实施例7(a)制备寡聚赖氨酸以类似于制备小的分枝状高赖氨酸肽的方法(SPPS)(参见，Tam.Proc.Natl.Acad.Sci.USA，85 5409，(1988)；Denkewalter等人，US4,289,872；Tam，Wo90/11778)用固相肽合成方法(SPPS)制备寡聚体赖氨酸单位。
为了制备寡聚体无分枝赖氨酸肽，必须保护赖氨酸的∈-氨基，通常是用BOC-N3诱导的叔丁基氧化羰基(BOC)保护为铜-配合的赖氨酸(参见Schwyzer等人，Helv.Chim.Acta 44159(1961))。在SPPS方法中保护和脱保护氨基酸的方法是成熟的技术(参见Fields等人，Int.J.Peptide Protein Res.35，161(1990))。
重复加入保护的赖氨酸单位直至获得一个寡聚体(5-20个单体)，同时用强酸(HF或TFMSA)或TFA从固体载体上切下游离肽。
(b)制备螯合剂寡聚赖氨酸 在碱存在下向ClCH2COCl中加入α-BOC-赖氨酸得到∈-酰胺衍生物。
在TMG或合适碱存在下使此产物与DO3A.HBr在乙腈中发生反应生成叔丁基酯DOTA-赖氨酸衍生的酸。赖氨酸的一种类似EDTA衍生物已有报道(Rama等人，Tet.Lett.334521(1992))。
(c)形成螯合物-寡聚赖氨酸单位(i)从实施例7(b)的产物，通过常规方法去除DOTA的t-Bu基团，然后结合上Gd(来源于Gd2O3)。用常规(SPPS)方法使所得到的金属螯合物-氨基酸寡聚化。
(ii)用SPPS完成实施例7(b)的螯合物-赖氨酸单体单位的寡聚合反应。之后加入到Gd2O3中。通过常规方法从固体载体上切割下所形成的金属螯合物寡聚赖氨酸单位。
(iii)从实施例7(a)的产物使限定的寡聚赖氨酸单位在∈-位脱保护，然后在碱存在下与一种合适的DO3A衍生物，例如， (其中X＝Cl，Br，OMe等)进行反应生成所需的螯合物-寡聚赖氨酸单位，从固体载体上用酸切割下之后分离该单位。这之后可以结合上Gd生成金属螯合物寡聚赖氨酸化合物。
(d)将寡聚赖氨酸单位连接到分枝状聚合体上形成放大体现有许多方法可以将赖氨酸单位连接到分枝状聚合体上。
a)使末端基团(-C(O)OR(n+1/2级)或-NH2(1，2，3，……n级))与寡聚赖氨酸的N-末端或C-末端分别进行反应形成一种新的酰胺键。
i)从实施例7(a)的产物，使寡聚赖氨酸单位在一种合适的溶剂中(如，MeOH，H2O)与分枝状聚合体反应生成一种寡聚赖氨酸分枝状聚合体结合物。使∈-胺基团脱保护，然后与功能化的DO3A的反应将螯合物连结到肽链上。之后用Gd2O3处理，从而将Gd结合到螯合物中而形成该放大体。
ii)从实施例7(c)(iii)，进行一种类似的反应，但是以金属螯合物寡聚赖氨酸单位开始该实验。
b)使用连接剂分子将肽链连接到分枝状聚合体上从而赋予其可控制的生物降解性能。这种任务的完成可以是通过已知方法(参见，例如，Clegg等人，Bioconjugate Chem.，1425，(1990))将氨基酸作为连接剂(丙氨酸、甘氨酸等)连接到分枝状聚合体末端上或者预先连接到寡聚赖氨酸单位上就能够控制其在血流中的停留时间并能对代谢产物进行鉴定。
许多其他连接剂分子也可以使用(参见Means等人，Bioconjugate Chem.12(1990)；and Brinkley，Bioconjugate Chem.32(1992))。
实施例8制备PEG改性的结合有Gd大环的第4级分枝状聚合体{G4(N[CS]N-bz-DO3A)30}(i)制备第4级分枝状聚合体按Watson(WO93/06868)中相同的步骤生成一种4.0级的分枝状聚合体。将G4(0.56g)溶于去离子水中(20mL)，在另一个烧瓶中，将DO3A-bz-NCS(也即 )(2.31g，20％过量)溶于水中(80mL)，并用5NNaOH调节pH至8.5。在强力搅拌下将后一种溶液缓慢加入(以小等分量)到分枝状聚合体溶液中。在10分钟内完成加液。搅拌4天之后，使溶液通过一中等孔隙度的玻璃料，并通过旋转蒸发(加热设定在60)除去挥发物。收集到0.48克浅橙色固体，并用Centriprep C-10滤器过滤。通过GPC分析表明可有效地将低分子量的杂质与所需产物分开。以这种方式过滤剩余的粗混合物，分离出一种总量为2.1g的产物。将1H NMR谱积分得到每个分枝状聚合体上大约平均载有30个螯合物(Y＝30)相当于63％的装载率。该产物也通过13C NMR和CZE分析进行了特征鉴定。
(ii)钆结合将实施例8(i)的产物(551mg)溶于去离子水中(11ml)，并将Gd(OAc)3·4H2O(0.90g)溶于8mL水中。由于不是全部的乙酸钆已溶解，将分枝状聚合体溶液加入到后者当中。再加入水(10mL)并测pH值(5.0)。在环境温度下24小时之后，将溶液加热至45℃3.5小时。用Centreprep C-10滤器过滤所得到的溶液除去大多数未反应的钆盐。使所得溶液的pH上升到9以Ga(OH)3形式沉淀任何未反应的钆，并通过0.45μ滤器过滤。二甲酚橙试验测定游离的钆表现为阴性。通过超过滤除去氯化物盐，并通过GPC监测。结果形成了一种纯的产物(≈300mg)。
(iii)PEG-SPA与{G1(N[CS]N-bz-DO3A-Gd)30}反应将实施例8(ii)的产物，G4(N[CS]N-bz-DO3A-Gd)30(160mg，5.3×10-6mol)，和PEG-SPA5000(480mg，9.6×10-5mol，Shearwater Chemical)置于不同的烧瓶中，向其中加入去离子水(分别为10mL)。向G4(N[CS]N-bz-DO3A-Gd)30中快速加入轻度混浊的PEG溶液，在环境温度下搅拌所得到的溶液(pH7.8)24小时。用超过滤(Centriprep C-10和C-30)纯化该溶液。TLC(MeOH/CHCl3，1∶1)表明已有效地除去PEG类物质。通过常规光谱分析方法(NMR，IR，UV)和光散射方法(LALLS，PCS)对该产物的特征进行鉴别。
权利要求
1.一种分枝状聚合体化合物或其盐，它含有一种分枝状聚合体骨架部分，其上连接多个有诊断或治疗活性的部分，其特征在于所说化合物的分子骨架含有至少一个生物降解切割位点，以致于在切割该位点时所说的活性部分以肾脏可排泄的形式释放。
2.如权利要求1的化合物，其中所说的活性部分含有螯合剂基团。
3.如权利要求2的化合物，其中所说的活性部分含有用诊断或治疗有效金属离子取代的螯合剂基团。
4.如权利要求3的化合物，其中所说的金属离子选自顺磁金属离子、重金属离子和放射性核素离子。
5.如权利要求1至4中任一项所述的化合物，其中所说的分枝状聚合体骨架是一种不超过第8级的分枝状聚合体。
6.如权利要求1至5的任一项所述的化合物，其中所述的切割位点是在所说分枝状聚合体骨架之内。
7.如权利要求6的化合物，其中所说的切割位点位于分枝状聚合体的分枝位点上。
8.如权利要求1至7的任一项所述的化合物，其中所说的切割位点包括一个多原子结构，该结构在其骨架中含有至少一个除碳之外原子。
9.如权利要求1至5的任一项所述的化合物，其中所说分枝状聚合体骨架之外部具有至少一个所说切割位点。
10.如权利要求1至9的任一项所述的化合物，该化合物的生物降解产物是肾脏可排泄的。
11.如权利要求1至10的任一项所述的化合物，在生物降解时释放出均匀的肾脏可排泄的生物降解产物、
12.如权利要求1至11的任一项所述的化合物，它还含有至少一个连接到所说分子骨架上的生物分布改性部分。
13.如权利要求12的化合物。其中所说的生物分布改性部分选自组织或肌体的位点定向性基团、亲水基团、亲脂基团和蛋白结合抑制基团。
14.如权利要求13的化合物，其中所说的生物分布改性部分是一种聚烯化氧、改性的PEG、肽或糖类残基。
15.如权利要求1至14的任一项所述的化合物，它含有一个式VII的分枝状聚合体核心部分Y[XY]q (VII)(其中每个Y是一个硼、磷、硅或氮原子，它在化合价限定或允许的位置带有R基团或[X′Y′]q′，并且每个X是一个碳、氧、氮、硫或硅基团，它在化合价允许或限定的位置带有R基团或[Y′X′]q′，条件是如果X是碳，则它所连接的Y基团是氮、硼或硅；如果X是硅，它所连接的Y基是硅，并且如果Y[XY]q不是(CN)3环的情况下，至少存在两个X不是碳的X-Y键，或者，Y[XY]q是P[E]3，OP[E]3或SP[E]3，其中E是氧或氮，或两个非相邻的Y基团能够共用一个Y基团表示，从而与介入的X和Y基团一起形成一个4至10元环；q是不超过3的整数，如同化合价所允许或限定的；X′和Y′的定义分别同X和Y，但不能带有侧链[Y′X′]q或[X′Y′)q；并且每个R可以相同或不同，它代表一个化学键、一个氢原子或一个桥氧基)。
16.如权利要求15的化合物，其中所述的核心部分结合有一个(Sic)3、(Si)4、(SiO)3、(Si)5、(Si)6、(Si)7、(PO)3、(NC)3、(PN)3、或(BN)3、环或一个无环的O＝PN3、O＝PO3、S＝PN3或SPO3部分。
17.如权利要求1至16的任一项所述的化合物，它具有103至105D的分子量范围。
18.一种制备权利要求1所述化合物的方法，所说方法包括(i)向一个分枝状聚合体上结合多个诊断或治疗活性基团；或(ii)用治疗或诊断有效的金属离子对连接到分枝状聚合体骨架上的螯合剂部分进行金属取代。
19.一种诊断或治疗用的组合物，它含有一种如权利要求1至17的任一项权利要求所述的分枝状聚合体化合物，或其盐，并且含有至少一种药物载体或赋形剂。
20.权利要求1至17的任一项所述的分枝状聚合体化合物及其盐在制备诊断或治疗用的组合物中的应用。
21.一种使人或非人动物体成像的方法，该方法包括给所述肌体一种成像增强量的如权利要求1至17的任一项所述分枝状聚合体化合物或其盐，然后使所说肌体至少一部分成像。
22.一种人或动物肌体的治疗方法，所说方法包括给所说肌体一种治疗有效量的如权利要求1至17的任一项所述的分枝状聚合体化合物。
全文摘要
本发明提供了一种分枝状聚合体化合物，它含有一个分枝状聚合体骨架部分，其上连接多个诊断或治疗活性部分，其特征在于所说化合物的分子骨架含有至少一个生物可降解的切割位点，以致于在切割时所说的活性部分以肾脏可排泄形式释放。
文档编号A61K51/00GK1150391SQ9519309
公开日1997年5月21日 申请日期1995年4月20日 优先权日1994年4月20日
发明者拉里·马杰拉姆, 布赖恩·坎皮恩, 杰里·D·费尔曼, 马莎·加里蒂 申请人:耐克麦德瑟鲁塔公司