DE60126924T2

DE60126924T2 - Markierte verbindungen zur messung der funktion des muscarinischen acetylcholin-nervensystems

Info

Publication number: DE60126924T2
Application number: DE60126924T
Authority: DE
Inventors: Hideo Hamamatsu-shi TSUKADA; Kengo Hamamatsu-shi SATO; Shingo Hamamatsu-shi NISHIYAMA; Norihiro Hamamatsu-shi HARADA
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: US6649142B2; WO2001079171A1; AU2001246931A1; EP1275645A1; JP4592869B2; JP2001302632A; DE60126924D1; US20030113261A1; EP1275645A4; EP1275645B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung und spezieller eine markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung für die Positronemissionstomographie-(PET)-Messung.
Allgemeiner Stand der Technik
Die zunehmende ökonomische Belastung durch eine steigende Anzahl von Menschen mit Demenz wird bei einer alternden Gesellschaft zu einem sozialen Problem, und daher werden eine Aufklärung des Zustands der Demenz und die Entwicklung von effektiven Arzneimitteln gegen Demenz gebraucht.
Die Pathologie der Demenz ist noch nicht aufgeklärt, bisherige Forschungen legen jedoch nahe, dass die Verschlechterung der Funktion des Acetylcholin-Nervensystems eine Ursache für Demenz ist. Die Bewertung der Funktion des Acetylcholin-Nervensystems spielt somit eine sehr wichtige Rolle bei der Aufklärung des Zustandes der Demenz und der Entwicklung von Antidemenzarzneimitteln, und sie verlangen somit in besonderem Maße nach der Entwicklung nicht invasiver Verfahren zur Durchführung dieser Bewertung und markierte Verbindungen, die zur Verwendung in diesen Verfahren geeignet sind.
Ein Verfahren, bei dem Positronemissionstomographie-(nachfolgend "PET")-Messungen unter Verwendung einer markierten Verbindung durchgeführt werden, die eine Positron emittierende Kernspezies besitzt, ist als ein nicht invasives Verfahren zur Bewertung der Funktion des Acetylcholin-Nervensystems bekannt. Bei diesem Verfahren werden Acetylcholin-Nervensystemrezeptoren unter Verwendung der markierten Verbindung markiert, und γ-Strahlen, die emittiert werden, wenn aus den emittierenden Kernspezies Positronen emittiert werden und durch Kombination mit Materie bildenden Elektronen ausgelöscht werden, werden gemessen, wodurch die Verteilung der Rezeptoren gemessen wird.
[¹¹C]N-Methyl-4-piperidylbenzilat (anschließend als '[¹¹C]4-NMPB') bezeichnet, ist als markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung zur Verwendung für PET-Messungen vorgeschlagen worden. Es hat jedoch Probleme wie die Folgenden bei PET-Messungen gegeben, die [¹¹C]4-NMPB verwenden:

(i) die Ionizität von [¹¹C]4-NMPB im Blut ist niedrig, und somit ist die Lipolöslichkeit hoch, damit ist die Fähigkeit zur Migration in Gewebe gut, die Menge an [¹¹C]4-NMPB, die unspezifisch an muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Rezeptoren in dem Gewebe bindet, ist jedoch hoch, und daher ist die Fehleranfälligkeit hoch, wenn die Menge an [¹¹C]4-NMPB gemessen wird, die spezifisch an die Rezeptoren bindet;
(ii) [¹¹C]4-NMPB hat eine Struktur, für die es keine optischen Isomere gibt, und daher ist die Fehleranfälligkeit hoch, wenn die Menge an [¹¹C]4-NMPB gemessen wird, die spezifisch an muscarinische Acetylcholin-Nervensystemrezeptoren bindet;
(iii) die Affinität von [¹¹C]4-NMPB zu den Rezeptoren ist hoch, und die Dissoziationskonstante (k₄) ist sehr niedrig, und daher kann die Bewegung von [¹¹C]4-NMPB im Hirn durch Veränderungen in der Menge des lokalen Blutstroms beeinflusst werden, und im Fall eines Erkrankungsmodells oder eines Zustands, der von einem Absinken der zerebralen Zirkulation beeinflusst wird, kann daher schwer unterschieden werden, ob Messergebnisse auf ursprüngliche Änderungen der Aktivität der muscarinischen Acetylcholin-Nervensystem-Rezeptoren oder lediglich auf Veränderungen der lokalen Blutstrommenge im Hirn zurückzuführen sind;
(iv) die Affinität von [¹¹C]4-NMPB zu den muscarinischen Acetylcholin-Nervensystem-Rezeptoren ist verglichen mit derjenigen von Acetylcholin sehr hoch, das ein körpereigener Neurotransmitter ist, und daher ist es sehr schwierig, die Kompetition an den Rezeptoren zwischen Acetylcholin, das von präganglionären Nerven durch Neurotransmission abgegeben worden ist, und der markierten Verbindung zu messen.

Es ist weiterhin in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 11-152270 offenbart worden, dass unter Verwendung von [¹¹C](±)-N-Methyl-3-piperidylbenzilat (anschließend als '[¹¹C](±)-3-NMPB' bezeichnet) PET-Messungen mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden können, als wenn [¹¹C]4-NMPB verwendet wird. Selbst die Verwendung von [¹¹C](±)-3-NMPB reicht bei der Durchführung von PET-Messungen mit verbesserter Genauigkeit jedoch noch nicht aus.
Offenbarung der Erfindung
Es ist in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung, die die Durchführung von PET-Messungen in effizienter Weise mit verbesserter Genauigkeit und ohne Beeinflussung durch Veränderungen der Blutflussmenge in der interessierenden Region des Hirns ermöglicht, ein Verfahren zur Herstellung der markierten Verbindung und ein Positionsemissionstomographie-Messverfahren, das die markierte Verbindung verwendet, bereitzustellen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gewissenhafte Studien durchgeführt, um das obige Ziel zu erreichen, und haben als Ergebnis gefunden, dass die oben beschriebenen Probleme durch Verwendung eines [¹¹C]-markierten Benzilsäurealkylpiperidylesters mit einer speziellen Struktur als markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung gelöst werden können, wodurch sie zu der vorliegenden Erfindung gekommen sind.
Eine erfindungsgemäße, markierte, muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung für die Positronemissionstomographiemessung ist speziell dadurch gekennzeichnet, dass sie eine durch die nachfolgende allgemeine Formel (I) dargestellte Struktur hat:
In der Formel steht W für eine Gruppe ausgewählt aus Gruppen mit den folgenden Formeln (II) und (III):
In den Formeln steht R für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe, und wenn W eine Gruppe mit der obigen Formel (II) ist, ist die Formel (I) das (+)-Isomer.
Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen, markierten, muscarinischen Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung für die Positronemissionstomographiemessung ist zudem dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stufe aufweist, in der eine Verbindung mit der folgenden Formel (I)
aus einem ¹¹C-markierten Alkylhalogenid mit der folgenden Formel (IV): R-X (IV)und einem Benzilsäurepiperidylester mit der folgenden Formel (V) :
erhalten wird, wobei in den Formeln R für eine ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe steht, X für ein Halogenatom steht, W' für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer (+)3-Piperidylgruppe und einer 4-Piperidylgruppe steht, und W für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gruppen mit den folgenden Formeln (II) und (III) steht:
wobei in den Formeln R für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe steht.
Ein Positronemissionstomographie-Messverfahren umfasst ferner: eine Stufe, in der die oben genannte erfindungsgemäße markierte Verbindung einem Subjekt verabreicht wird, wodurch muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Rezeptoren des Subjekts mit der markierten Verbindung markiert werden, und eine Stufe, in der γ-Strahlen gemessen werden, die durch die Kombination von Positronen, die von einer emittierenden Kernspezies, die die markierte Verbindung besitzt, und festgelegte Materie bildenden Elektronen emittiert werden.
Durch Verwendung einer durch die oben angegebene Formel (I) wiedergegebenen markierten Verbindung kann demnach die Menge an γ-Strahlen, die spezifischer Bindung zwischen der markierten Verbindung und den oben genannten Rezeptoren entspricht, mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne durch Einflüsse aus Veränderungen der Menge des Blutstroms beeinflusst zu werden. Es wird somit möglich, Informationen über das Acetylcholin-Nervensystem in festgelegten interessierenden Regionen im Hirn mit hoher Genauigkeit zu erhalten. Die Affinität der erfindungsgemäßen markierten Verbindung zu den Rezeptoren ist außerdem geringer als diejenige konventioneller markierter Verbindungen, und die Bindung der markierten Verbindung an die Rezeptoren und Dissoziation der markierten Verbindung von den Rezeptoren erfolgt in relativ kurzer Zeit, und daher können die PET-Messungen effizient durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A bis 1D sind erläuternde Zeichnungen, die die Strukturen von erfindungsgemäßen, markierten, muscarinischen Acetylcholin-Nervensystem-Verbindungen zeigen.
2A bis 2E sind graphische Darstellungen, die HPLC-Analyseergebnisse für ¹¹C-markierte Alkyliodide zeigen, die in den Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten wurden.
3A bis 3C sind graphische Darstellungen, die HPLC-Analyseergebnisse für markierte Verbindungen zeigen, die in den Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden; in jeder graphischen Darstellung zeigt die durchgezogene Linie Analysenergebnisse im radioaktiven Modus, und die durchbrochene Linie zeigt die Analysenergebnisse im UV-Modus (Wellenlänge 235 nm).
4A bis 4C sind graphische Darstellungen, die HPLC-Analyseergebnisse für markierte Verbindungen zeigen, die in den Beispielen 3 und 4 und Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurden; in jeder graphischen Darstellung zeigt die durchgezogene Linie Analysenergebnisse im radioaktiven Modus, und die durchbrochene Linie zeigt die Analysenergebnisse im UV-Modus (Wellenlänge 235 nm).
5A bis 5C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Messzeit und Radioaktivitätskonzentration in interessierenden Regionen zeigen, die aus PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C](+)3-NMPB, [¹¹C](+)3-NEPB und [¹¹C](+)3-NPPB erhalten wurden.
6A bis 6C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Messzeit und Radioaktivitätskonzentration in interessierenden Regionen zeigen, die aus PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C]4-NMPB, [¹¹C]4-NEPB und [¹¹C]4-NPPB erhalten wurden.
7A bis 7C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Messzeit und Radioaktivitätskonzentration in interessierenden Regionen zeigen, die aus PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C](+)-3-NPPB bei Verabreichung von 0 μg/kg (keine Verabreichung), 50 μg/kg beziehungsweise 250 μg/kg E2020 an ein Subjekt erhalten wurden.
8A bis 8C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Messzeit und Radioaktivitätskonzentration in interessierenden Regionen zeigen, die aus PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C]4-NMPB bei Verabreichung von 0 μg/kg (keine Verabreichung), 50 μg/kg beziehungsweise 250 μg/kg E2020 an ein Subjekt erhalten wurden.
Die besten Weisen der Durchführung der Erfindung
Nachfolgend beschreiben wir detailliert bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an den entsprechenden Stellen.
Eine erfindungsgemäße markierte Verbindung hat die Struktur, die durch die folgende allgemeine Formel (I) gezeigt wird:
In der Formel steht W für eine Gruppe ausgewählt aus Gruppen mit den folgenden Formeln (II) und (III):
In den Formeln steht R für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe, und wenn W eine Gruppe mit der Formel (II) ist, ist die Formel (I) das (+)-Isomer; spezieller sind erfindungsgemäße markierte Verbindungen:
[¹¹C](+)-N-Ethyl-3-piperidylbenzilat (nachfolgend als '[¹¹C] (+)3-NEPB' bezeichnet), wie in 1A gezeigt ist;
[¹¹C](+)-N-Propyl-3-piperidylbenzilat (nachfolgend als '[¹¹C](+)3-NPPB' bezeichnet), wie in 1B gezeigt ist;
[¹¹C]-N-Ethyl-4-piperidylbenzilat (nachfolgend als '[¹¹C]-4-NEPB' bezeichnet), wie in 1C gezeigt ist, und
[¹¹C]-N-Propyl-4-piperidylbenzilat (nachfolgend als '[¹¹C]-4-NPPB' bezeichnet), wie in 1D gezeigt ist.
Von den Gruppen, die in den oben genannten Formeln (II) und (III) durch R wiedergegeben werden, umfasst die ¹¹C-markierte Propylgruppe sowohl eine ¹¹C-markierte n-Propylgruppe als auch eine ¹¹C-markierte Isopropylgruppe; eine ¹¹C-markierte n-Propylgruppe ist jedoch bevorzugt, da es in diesem Fall eher so ist, dass die angestrebte markierte Verbindung in einfacher und zuverlässiger Weise erhalten werden kann.
Die optischen Isomere [¹¹C](-)-3-NEPB und [¹¹C](-)-3-NPPB sind außerdem in [¹¹C](+)-3-NEPB beziehungsweise [¹¹C](+)-3-NPPB vorhanden; die (+)-Isomere, die die markierten erfindungsgemäßen Verbindungen sind, können in Form einer Mischung mit dem jeweiligen (-)-Isomer verwendet werden, d. h. in Form von [¹¹C](±)-3-NEPB oder [¹¹C](±)-3-NPPB, oder können nach Abtrennung des (+)-Isomers aus der Mischung verwendet werden. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Isolierung des (+)-Isomers aus der Mischung der optischen Isomeren ist optisch spaltende Säulenchromatographie unter Verwendung einer Säule, bei der ein Polysaccharidderivat auf Silikagel als Träger aufgebracht worden ist.
[¹¹C](-)-3-NEPS und [¹¹C](-)-3-NPPB sind zudem nicht in der Lage, spezifisch an die oben genannten Rezeptoren zu binden und somit ist es beispielsweise durch PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C](+)-3-NEPB oder [¹¹C](+)-3-NPPB allein und durch Vergleich mit Messungen, die aus dem Fall resultieren, dass [¹¹C](-)-3-NEPB oder [¹¹C]-(-)-3-NPPB allein verwendet wurden, möglich, die Menge der markierten Verbindung, die spezifisch an die Rezeptoren gebunden wurde, mit verbesserter Genauigkeit zu bestimmen.
Es folgt eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Verbindungen (I).
Eine erfindungsgemäße Verbindung (I) kann nach dem Verfahren erhalten werden, das durch die nachfolgende Reaktionsformel (A) wiedergegeben wird:
In der Formel steht R für eine ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe, X steht für ein Halogenatom, W' steht für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer (+)3-Piperidylgruppe und einer 4-Piperidylgruppe, und W steht für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gruppen mit den folgenden Formeln (II) und (III):
In den Formeln steht R für eine ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe, und wenn W eine Gruppe mit der Formel (II) ist, ist die oben genannte Formel (I) das (+)- Isomer, und wenn W' eine (+)-3-Piperidylgruppe ist, ist W eine Gruppe mit der oben genannten Formel (II), während, wenn W' eine 4-Piperidylgruppe ist, W eine Gruppe mit der oben genannten Formel (III) ist, d. h. durch Umsetzung eines ¹¹C-markierten Alkylhalogenids (IV) und eines Benzilsäurepiperidylesters (V) miteinander. Beispiele für X (das Halogenatom) in der oben genannten Formel (IV) umfassen hier ein Chloratom, ein Bromatom und ein Iodatom, wobei ein Iodatom bevorzugt ist. Wenn das Halogenatom des ¹¹C-markierten Alkylhalogenids (IV) ein Iodatom ist, ist es eher möglich, die Reaktion in einfacher und effizienter Weise durchzuführen. Es gibt zudem hinsichtlich des Verfahrens oder der Reaktionsbedingungen der obigen Reaktion keine speziellen Einschränkungen, wobei es möglich ist, solche zu verwenden, die bislang öffentlich bekannt waren. Die Zielverbindung (I) kann beispielsweise erhalten werden, indem die obige Reaktion in einem Dimethylformamid-(DMF)-Lösungsmittel mit einer Reaktionszeit von 3 bis 6 Minuten und einer Reaktionstemperatur von 100°C durchgeführt wird. In der Reaktion können ferner Dimethylsulfoxid (DMSO) und so weiter anstelle von Dimethylformamid (DMF) als Lösungsmittel verwendet werden. Die Identität der durch die Reaktion erhaltenen Verbindung (I) kann unter Verwendung von Säulenchromatographie, Kernresonanz-(NMR)-Absorptionsspektroskopie unter Verwendung eines optisch isomeren Verschiebungsreagenzes, optische Rotationswinkelmessung und so weiter verifiziert werden.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Synthetisieren des ¹¹C-markierten Alkylhalogenids (IV), welches ein Ausgangsmaterial der durch die oben genannte Reaktionsformel (A) wiedergegebenen Reaktion ist, gibt es keine speziellen Einschränkungen; beispielsweise kann ein ¹¹C-markiertes Alkyliodid (IV-a) nach dem Verfahren erhalten werden, das durch die nachfolgend wiedergegebene Formel (B) gezeigt wird:
wobei R' in der Formel für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Methylgruppe und einer Ethylgruppe steht; d. h. durch Umsetzen von ¹¹C-markiertem Kohlendioxid (VI) und einem Alkylmagnesiumbromid (VII) miteinander, Reduzieren der so erhaltenen Verbindung (VIII) unter Verwendung eines Reduktionsmittels wie LiAlH₄ und anschließendes Behandeln mit Iodwasserstoffsäure. In der obigen Reaktion kann handelsübliches ¹¹C-markiertes Kohlendioxid als ¹¹C-markiertes Kohlendioxid (VI) verwendet werden, oder es kann ¹¹C-markiertes Kohlendioxid verwendet werden, das nach einem Verfahren wie einer ¹⁴N(p,α)¹¹C-Reaktion synthetisiert wurde. Bei dem Alkylmagnesiumbromid (VII) kann ferner ebenso ein im Handel erhältliches oder eines verwendet werden, das nach einem bislang bekannten Verfahren synthetisiert wird.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Synthetisieren des Benzilsäurepiperidylesters (V), welcher ein Ausgangsmaterial der durch die oben genannte Reaktionsformel (A) wiedergegebenen Reaktion ist, gibt es keine speziellen Einschränkungen; beispielsweise kann ein Benzilsäurepiperidylester (V) nach dem Verfahren erhalten werden, das durch die nachfolgend wiedergegebene Formel (C) gezeigt wird:
wobei R'' in der Formel für eine Alkylgruppe steht und W' für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer 3-Piperidylgruppe und einer 4-Piperidylgruppe steht; d. h. durch Umsetzen eines Benzilsäureesters (IX) und eines Piperidinols (X) miteinander. Beispiele für den Benzilsäureester (IX) umfassen hier Methylbenzilat, Ethylbenzilat, Propylbenzilat und Butylbenzilat. Wenn das Piperidinol (X) 3-Piperidinol ist, gibt es zudem optische Isomere; es kann (+)3-Piperidinol verwendet werden, das zuvor durch optische Spaltung isoliert worden ist, oder es kann eine Mischung der optischen Isomere, (±)3-Piperidinol, verwendet werden. Wenn (±)3-Piperidinol verwendet wird, kann das (+)-Isomer erhalten werden, indem nach der oben genannten Reaktion (A) oder (C) optische Spaltung unter Verwendung optisch spaltender Säulenchromatographie oder dergleichen durchgeführt wird.
Durch Verwendung einer auf diese Weise erhaltenen markierten Verbindung kann demnach die Menge an γ-Strahlen, die spezifischer Bindung zwischen der markierten Verbindung und den oben genannten Rezeptoren entspricht, mit hoher Genauigkeit gemessen werden, ohne durch Einflüsse aus Veränderungen der Menge des Blutstroms beeinflusst zu werden. Es wird somit möglich, Informationen über das Acetylcholin-Nervensystem in festgelegten interessierenden Regionen im Hirn mit hoher Genauigkeit zu erhalten. Die Affinität der erfindungsgemäßen markierten Verbindung zu den Rezeptoren ist außerdem geringer als diejenige konventioneller markierter Verbindungen, und die Bindung der markierten Verbindung an die Rezeptoren und Dissoziation der markierten Verbindung aus den Rezeptoren erfolgt in relativ kurzer Zeit, und daher können die PET-Messungen effizient durchgeführt werden.
Es gibt keine speziellen Einschränkungen des PET-Messverfahrens, in dem die erfindungsgemäße markierte Verbindung verwendet wird, wobei es möglich ist, die PET-Messungen nach einem Verfahren durchzuführen, das bislang öffentlich bekannt war (H. Onoe, O. Inoue, K. Suzuki, H. Tsukada, T. Itoh, N. Mataga und Y. Watanabe, Brain Research 663, 191-198 (1994)). Es werden speziell tomographische Bilder des Hirns eines Subjekts, wie eines nicht narkotisierten Rhesusäffchens, unter Verwendung eines bildgebenden Kernresonanztomographie-(MRI)-Geräts erhalten, und interessierende Regionen (ROIs) werden auf Basis der tomographischen Bilder bestimmt. Die erfindungsgemäße markierte Verbindung wird daraufhin dem Subjekt über dessen Vene verabreicht, und mit den interessierenden Regionen werden unter Verwendung eines PET-Systems Messungen durchgeführt. In dem PET-System werden Auslöschungsphotonen, die durch die Kombination von Positronen, die aus einer emittierenden Kernspezies emittiert werden, welche die markierte Verbindung besitzt, und Material bildenden Elektronen in der Umgebung emittiert werden, d. h. γ-Strahlen, gemessen. Falls erforderlich, können die erhaltenen Messdaten ferner unter Verwendung von Bildkonstruktionssoftware verarbeitet werden, um Bilder der interessierenden Regionen zu erhalten. Es ist hier unter dem Aspekt, dass feine Details des Hirns eines Subjekts selbst dann unterschieden werden können, wenn das Hirn klein ist, bevorzugt, eine Kombination eines PET-Systems mit hervorragender räumlicher Auflösung (z. B. SHR-7700, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) und einer Bildrekonstruktionssoftware (z. B. SHR Control II, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) zu verwenden.
Beispiele
Es folgt eine speziellere Beschreibung der vorliegenden Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
[¹¹C](+)-N-Ethyl-3-piperidylbenzilat (nachfolgend als '[¹¹C] (+)3-NEPB' bezeichnet), wurde nach dem unten beschriebenen Verfahren hergestellt.
(Synthese von ¹¹C-markiertem Ethyliodid ([¹¹C]-Ethyliodid))
¹¹C-markiertes Kohlendioxid, das durch eine ¹⁴N(p,α)¹¹C-Reaktion unter Verwendung eines Cyclotrons, Sumitomo Heavy Industries, Ltd., Cypris HM-18, hergestellt worden war, und Methylmagnesiumbromid wurden miteinander umgesetzt, und das erhaltene Produkt wurde mit Lithiumaluminiumhydrid reduziert und danach mit Iodwasserstoffsäure behandelt, wodurch ¹¹C-markiertes Ethyliodid erhalten wurde. Diese Synthese wurde unter Verwendung einer automatisierten Syntheseapparatur durchgeführt, die von Sumitomo Heavy Industries, Ltd., hergestellt worden war. Das erhaltene ¹¹C-markierte Ethyliodid wurde unter Verwendung von Gaschromatographie (mit einer Chromosorb W HP 80/100 Säule, hergestellt von GL Sciences Inc.) gereinigt.
(Synthese von (+)3-Piperidylbenzilat ((+)3-PB))
30 ml Benzol, 0,4 g (4 mmol) 3-Piperidinol und 1,0 g (4 mmol) Methylbenzilat wurden in einen 50 ml Dreihalskolben gegeben, der mit einem Rührer, einem Rückflusskühler und einem Röhrchen mit Molekularsieb 4A (15 g) und einem Natronkalkröhrchen zum Abfangen von Methanol aus dem Lösungsmittel, das durch die Rückflusskühlung nach unten tropfte, ausgestattet war, und die Mischung wurde durch Erwärmen unter Rühren unter Rückfluss gehalten. Nachdem sich das gesamte Methylbenzilat gelöst hatte, wurden 20 mg Natriummethoxid (hergestellt von Aldrich) zu der Lösung gegeben, und die Reaktion wurde 3 Stunden durchgeführt. Nachdem die Reaktion beendet worden war, wurde die Reaktionsflüssigkeit auf Raumtemperatur abgekühlt, danach wurden 50 ml 1 N Salzsäure zugegeben, und die organische Lösungsmittelphase wurde entfernt. Die erhaltene wässrige Lösungsphase wurde zwei Mal mit 50 ml Ether gewaschen und danach mit einer 28 wässrigen Ammoniumhydroxidlösung alkalisch gemacht. Die wässrige Lösung wurde Etherextraktion unterzogen, die erhaltene Etherphase wurde zwei Mal mit 50 ml Wasser gewaschen, und danach wurde mit wasserfreiem Kaliumcarbonat getrocknet. Nachdem das Trockenmittel entfernt worden war, wurde das Lösungsmittel unter vermindertem Druck verdampft, wodurch ein öliger Rückstand erhalten wurde, und danach wurde dieser Rückstand aus Ether-Hexan umkristallisiert, wodurch 0,5 g (±)3-Piperidylbenzilat ((±)3-PB) als Kristalle erhalten wurden (Ausbeute 40%).
Die Struktur der erhaltenen Verbindung wurde mittels ¹H-NMR und Massenspektrometrie verifiziert.
¹H-NMR (δ, ppm): 7,36 (m, 10H), 4,92 (m, 1H), 2,94 (m, 1H), 2,70 (m, 4H), 1,82 (m, 1H), 1,71 (m, 1H), 1,47 (m, 2H), 1,26 (m, 4H).
Massenspektrometrie: (m/z (relative Intensität)): 312 (0,16), 183 (35,5), 105 (45,1), 83 (100), 77 (30,0).
Die Verbindung wurde mit dem folgenden HPLC-System (A) optischer Spaltung unterzogen:
HPLC-System (A):
Säule: Daiseru Chemicals Chiralcel OJ Säule (4,6 × 250 mm)
Lösungsmittel: Gemischtes Lösungsmittel Hexan/Ethanol (Mischverhältnis: 80/20 Vol/Vol)
Durchflussgeschwindigkeit: 0,5 ml/Min.
(Synthese von [¹¹C](+)N-Ethyl-3-piperidylbenzilat ([¹¹C](+) 3-NEPB))
Das ¹¹C-markierte Ethyliodid wurde bei –40°C in eine 2 ml Reaktionsampulle eingeschlossen, in die 0,5 mg des (+)3-PB gegeben worden war, das in 200 μl DMF gelöst worden war, wobei sich dies in einem Heliumstrom (150 ml/Min) durch P₂O₅ und Natronkalkfalle befand. Nachdem die Strahlungsmenge ein Maximum erreicht hatte, wurde die Ampulle 3 Minuten lang auf 100°C erwärmt. Dann wurde die Ampulle abgekühlt, und die Reaktionsmischung mit dem folgenden HPLC-System gereinigt:
HPLC-System (B):
Säule: MegaPak SIL C18-10 Säule, hergestellt von JASCO Corporation (7,8 × 300 mm).
Lösungsmittel: gemischte Lösung Acetonitril/30 mM Ammoniumacetat/Essigsäure (400/600/2, Vol/Vol/Vol)
Durchflussgeschwindigkeit: 6 ml/Min.
Das Lösungsmittel wurde aus der auf diese Weise erhaltenen Fraktion entfernt, und danach wurde der Rückstand in 10 ml physiologischer Salzlösung gelöst und durch einen 0,22 μm Sterilisierungsfilter in eine 10 ml Mehrfachdosisampulle filtriert, wodurch die Zielverbindung erhalten wurde. Die Ausbeute der erhaltenen Verbindung, bezogen auf das ¹¹C-markierte Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit wurden unter Verwendung des oben beschriebenen HPLC-Systems (B) und des folgenden HPLC-Systems (C) gemessen.
HPLC-System (C):
Säule: FinePak SIL C18S Säule, hergestellt von JASCO Corporation (4,6 × 150 mm)
Lösungsmittel: gemischte Lösung Acetonitril/Ammoniumacetat/Essigsäure (500/500/1, Vol/Vol/Vol)
Durchflussgeschwindigkeit: 2 ml/Min.
Beispiel 2
[¹¹C](+)N-Propyl-3-piperidylbenzilat
([¹¹C](+)3-NPPB) wurde nach dem unten beschriebenen Verfahren synthetisiert.
(Synthese von ¹¹C-markiertem Propyliodid ([¹¹C]-Propyliodid))
¹¹C-markiertes Kohlendioxid, das durch eine ¹⁹N(p,α)¹¹C-Reaktion unter Verwendung eines Cyclotrons, Sumitomo Heavy Industries, Ltd., Cypris HM-18, hergestellt worden war, und Ethylmagnesiumbromid wurden miteinander umgesetzt, und das erhaltene Produkt wurde mit Lithiumaluminiumhydrid reduziert und danach mit Iodwasserstoffsäure behandelt, wodurch ¹¹C-markiertes Propyliodid erhalten wurde. Die Synthese wurde unter Verwendung einer automatisierten Syntheseapparatur durchgeführt, die von Sumitomo Heavy Industries, Ltd., hergestellt worden war.
(Synthese von [¹¹C](+)N-Propyl-3-piperidylbenzilat ([¹¹C](+)3-NPPB))
Das [¹¹C](+)N-Propyl-3-piperidylbenzilat wurde wie in Beispiel 1 synthetisiert, außer dass das durch die oben beschriebene Synthese erhaltene ¹¹C-markierte Propyliodid anstelle von ¹¹C-markiertem Ethyliodid erhalten wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Ausbeute basierend auf dem ¹¹C- markiertem Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit der erhaltenen Verbindung gemessen.
Beispiel 3
[¹¹C]N-Ethyl-4-piperidylbenzilat ([¹¹C]4-NEPB) wurde nach dem unten beschriebenen Verfahren hergestellt.
(Synthese von 4-Piperidylbenzilat)
4-Piperidylbenzilat wurde wie in Beispiel 1 erhalten, außer dass 4-Piperidinol anstelle von 3-Piperidinol erhalten wurde. Da es jedoch keine optischen Isomere für die erhaltene Verbindung gibt, wurde die optische Spaltung von Beispiel 1 nicht durchgeführt.
(Synthese von [¹¹C]N-Ethyl-4-piperidylbenzilat)
Das [¹¹C]N-Ethyl-4-piperidylbenzilat wurde wie in Beispiel 1 synthetisiert, außer dass das durch die oben beschriebene Synthese erhaltene 4-Piperidylbenzilat anstelle von (+)3-Piperidylbenzilat verwendet wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Ausbeute basierend auf dem ¹¹C-markiertem Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit der erhaltenen Verbindung gemessen.
Beispiel 4
(Synthese von [¹¹C]N-Propyl-4-piperidylbenzilat)
Das [¹¹C]N-Propyl-4-piperidylbenzilat wurde wie in Beispiel 1 synthetisiert, außer dass das in Beispiel 2 erhaltene ¹¹C-markierte Propyliodid anstelle von ¹¹C-markiertem Ethyliodid erhalten wurde und das in Beispiel 3 erhaltene 4-Piperidylbenzilat anstelle von (+)3-Piperidylbenzilat verwendet wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Ausbeute basierend auf dem ¹¹C-markiertem Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit der erhaltenen Verbindung gemessen.
Vergleichsbeispiel 1
(Synthese von [¹¹C]N-Methyl-3-piperidylbenzilat)
Das [¹¹C](+)N-Methyl-3-piperidylbenzilat wurde wie in Beispiel 1 synthetisiert, außer dass das durch die oben beschriebene Synthese erhaltene ¹¹C-markierte Methyliodid anstelle von ¹¹C-markiertem Ethyliodid verwendet wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Ausbeute basierend auf dem ¹¹C-markiertem Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit für die erhaltene Verbindung gemessen, außer dass eine gemischte Lösung Acetonitril/0,1 M Ammoniumacetat/Essigsäure (500/500/5, Vol/Vol/Vol) als Lösungsmittel in dem HPLC-System verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 2
(Synthese von [¹¹C]N-Methyl-4-piperidylbenzilat)
Das [¹¹C]N-Methyl-4-piperidylbenzilat wurde wie in Beispiel 1 synthetisiert, außer dass ¹¹C-markiertes Methyliodid anstelle von ¹¹C-markiertem Ethyliodid verwendet wurde und 4-Piperidylbenzilat anstelle von (+)3-Piperidylbenzilat verwendet wurde. Wie in Beispiel 1 wurden die Ausbeute basierend auf dem ¹¹C-markiertem Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit der erhaltenen Verbindung gemessen.
Für jede der Verbindungen der Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 und 2, die wie oben beschrieben erhalten wurden, sind die Retentionszeit in der Trennsäule von HPLC- System (B), die Retentionszeit in der Analysesäule des HPLC-Systems (C), die Ausbeute bezogen auf ¹¹C-markiertes Alkyliodid, die Radioaktivitätsausbeute, die spezifische Radioaktivität und die radiochemische Reinheit in Tabelle 1 gezeigt. Die Ergebnisse der HPLC-Analysen der ¹¹C-markierten Alkyliodide und Endprodukte, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten wurden, sind in den 2A bis 2E, 3A bis 3C und 4A bis 4C gezeigt.
2A bis 2E sind graphische Darstellungen, die die HPLC-Analysenergebnisse für die ¹¹C-markierten Alkyliodide zeigen; 2A wurde aus Messungen mit dem ¹¹C-markierten Ethyliodid vor der Trennung durch Gaschromatographie erhalten, 2B aus Messungen mit dem ¹¹C-markierten Ethyliodid nach Trennung durch Gaschromatographie; 2C aus Messungen mit dem ¹¹C-markierten Propyliodid vor der Trennung durch Gaschromatographie, 2D aus Messungen mit dem ¹¹C-markierten Propyliodid nach Trennung mit Gaschromatographie, und 2E aus Messungen mit ¹¹C-markiertem Methyliodid.
3A bis 3C sind graphische Darstellungen, die die HPLC-Analyseergebnisse der Endprodukte zeigen, die in Beispielen 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 erhalten wurden, 3A wurde aus Messungen mit [¹¹C](±)3-NMPB erhalten, 3B wurde aus Messungen mit [¹¹C](±)3-NEPB erhalten, und 3C aus Messungen mit [¹¹C](±)3-NPPB.
4A bis 4C sind graphische Darstellungen, die die HPLC-Analyseergebnisse der Endprodukte zeigen, die in Beispielen 3 und 4 und Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurden; 4A wurde aus Messungen mit [¹¹C]4-NMPB erhalten, 4B wurde aus Messungen mit [¹¹C]4-NEPB erhalten, und 4C aus Messungen mit [¹¹C]4-NPPB. Tabelle 1
Danach wurden unter Verwendung der Verbindungen, die in den Beispielen 1 bis 4 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhalten wurden, nach dem in dem nachfolgenden Dokument beschriebenen Verfahren PET-Messungen durchgeführt:
H. Onoe, 0. Inoue, K. Suzuki, H. Tsukada, T. Itoh, N. Mataga und Y. Watanabe, Brain Research 663, 191-198 (1994).
Zuerst wurde ein Subjekt, ein nicht narkotisiertes Rhesusäffchen mit einem Körpergewicht von ungefähr 5 kg, an der PET-Apparatur (SHR-7700, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) befestigt und die Transmission zur absorptiven Korrektur der PET-Messungen gemessen. Dann wurden ungefähr 200 MBq der Verbindung von einem der Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 dem Subjekt in dessen Vene verabreicht, und 91 Minuten lang wurden dynamische Messungen durchgeführt. Für jede Gruppe von Messungen wurden vorab Messungen mit dem Subjekt unter Verwendung einer Kernmagnetresonanztomographie-Bildgebungs-(MRI)-Apparatur durchgeführt, um tomographische Bilder zu erhalten, und die Positionen des Cerebellums, des Hippocampus, des Okzipitallappens, des Basalganglions (Striatum), des Temporallappens, des Stirnlappens und Gyrus cinguli wurden basierend auf den tomographischen Bildern bestimmt; die Änderungen der Menge der γ-Strahlen im Zeitverlauf wurden für jede dieser interessierenden Regionen gemessen. Die Ergebnisse sind in den 5A bis 5C und 6A bis 6C gezeigt.
5A bis 5C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Zeit und Radioaktivitätskonzentration für jede der interessierenden Regionen zeigen, wobei 5A der Fall war, in dem [¹¹CJ(+)3-NMPB verwendet wurde, 5B der Fall war, in dem [¹¹C](+)3-NEPB verwendet wurde und 5C der Fall war, in dem [¹¹C](+)3-NPPB verwendet wurde.
6A bis 6C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Zeit und Radioaktivitätskonzentration für jede der interessierenden Regionen zeigen, wobei 6A der Fall war, in dem [¹¹C]4-NMPB verwendet wurde, 6B der Fall war, in dem [¹¹C]4-NEPB verwendet wurde und 6C der Fall war, in dem [¹¹C]4-NPPB verwendet wurde.
Wie in den 5B, 5C, 6B und 6C gezeigt ist, waren die erhaltenen Ergebnisse im Falle der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung diejenigen, dass die Radioaktivitätskonzentration, die der Verteilung der markierten Verbindung entsprach, in dem Basalganglion und dem Okzipitallappen hoch war und außerdem die Radioaktivitätskonzentration für den Stirnlappen und den Temporallappen auch relativ hoch war. Diese Ergebnisse stimmen mit der Verteilung der muscarinischen Rezeptoren im Acetylcholin-Nervensystem extrem gut überein, die bislang bekannt war, und somit wurde verifiziert, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen in der Lage sind, spezifisch an diese Rezeptoren zu binden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Grund, warum der absolute Wert der Aufnahme der erfindungsgemäße Verbindungen in das Hirn, verglichen mit den Verbindungen der Vergleichsbeispiele, niedrig ist, darin liegt, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen eine niedrige Lipolöslichkeit haben. Bei der Durchführung eines Vergleichs unter Verwendung des Werts für die Aufnahme der markierten Verbindung in jede interessierende Region relativ zu der Aufnahme im Cerebellum wurden höhere Werte erhalten, wenn die erfindungsgemäßen Verbindungen verwendet wurden.
Aus dem Vergleich der 5B, 5C, 6B und 6C, die die Ergebnisse für den Fall der Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen zeigen, mit 5A und 6A, die die Ergebnisse für den Fall der Verwendung konventioneller markierter Verbindungen zeigen, wurde verifiziert, dass die erfindungsgemäßen Verbindungen eine niedrigere Affinität zum Hirn haben, und dass Bindung und Dissoziation zwischen den erfindungsgemäßen Verbindungen und den Rezeptoren in einer relativ kurzen Zeit erfolgen.
Als nächstes wurden PET-Messungen unter Verwendung des in Beispiel 2 erhaltenen [¹¹C](+)3-NPPB und des in Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen [¹¹C]4-NMPB unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt, außer dass dem Subjekt vorab ein Inhibitor des körpereigenen Enzyms zur Zersetzung von Acetylcholin, E2020 (Aricept), verabreicht wurde. E2020 hat bei Verabreichung an ein Subjekt die Funktion, dass die Acetylcholinmenge in dem synaptischen Spalt erhöht wird und die Blutstrommenge in das Hirn erhöht wird; indem PET-Messungen unter Verwendung dieses Arzneimittels durchgeführt wurden, konnte die Abhängigkeit der markierten Verbindung von der Blutstrommenge in das Hirn bewertet werden.
7A und 7C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Messzeit und Radioaktivitätskonzentration zeigen, die aus PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C](+)3-NPPB erhalten wurden; 7A zeigt den Fall, dass kein E2020 verabreicht wurde, 7B zeigt den Fall, dass 50 μg/kg E2020 verabreicht wurden, und 7C zeigt den Fall, dass 250 μg/kg E2020 verabreicht wurden.
8A bis 8C sind graphische Darstellungen, die die Beziehung zwischen Messzeit und Radioaktivitätskonzentration für jede der interessierenden Regionen zeigen, die aus PET-Messungen unter Verwendung von [¹¹C](+)4-NPPB erhalten wurde; 8A zeigt den Fall, dass kein E2020 verabreicht wurde, 8B zeigt den Fall, dass 50 μg/kg E2020 verabreicht wurden, und 8C zeigt den Fall, dass 250 μg/kg E2020 verabreicht wurden.
Wenn [¹¹C]4-NMPB verwendet wurde, wurde gefunden, dass es einen Anstieg der Aufnahme der markierten Verbindung in das Hirn nach einem Anstieg der Blutstrommenge gab. Andererseits wurde für den Fall, dass das [¹¹C]4-NPPB verwendet wurde, kein Einfluss durch einen Anstieg der Blutstrommenge im Hirn gefunden. Wenn das [¹¹C]4-NPPB verwendet wurde, wurde zudem gefunden, dass die Dissoziationsgeschwindigkeit des [¹¹C]4-NPPB von den Rezeptoren nach einer Erhöhung der Menge des verabreichten E2020 anstieg und dass eine Bindungskompetition um die Rezeptoren zwischen körpereigenem Acetylcholin und dem [¹¹C]4-NPPB auftrat.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben ist, ist es erfindungsgemäß möglich, eine markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung zu erhalten, die die effiziente Durchführung von PET-Messungen mit verbesserter Genauigkeit ermöglicht, ohne dass es Einflüsse durch Veränderungen der Blutstrommenge in der interessierenden Region gibt.

Claims

Markierte muscarinische Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung für die Positronemissionstomographiemessung, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Struktur mit der folgenden allgemeinen Formel (I) hat:
wobei in der Formel W für eine Gruppe ausgewählt aus Gruppen mit den folgenden Formeln (II) und (III) steht:
wobei in den Formeln R für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe steht, und wenn W eine Gruppe mit der Formel (II) ist, die Formel (I) das (+)-Isomer ist.
Verfahren zur Herstellung einer markierten, muscarini schen Acetylcholin-Nervensystem-Verbindung für die Positronemissionstomographiemessung, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Stufe aufweist, in der eine Verbindung mit der folgenden Formel (I):
aus einem ¹¹C-markierten Alkylhalogenid mit der folgenden Formel (IV): R-X (IV)und einem Benzilsäurepiperidylester mit der folgenden Formel (V):
erhalten wird, wobei in den Formeln R für eine ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe steht, X für ein Halogenatom steht, W für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer (+)3-Piperidylgruppe und einer 4-Piperidylgruppe steht, und W für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Gruppen mit den folgenden Formeln (II) und (III) steht:
wobei in den Formeln R für eine ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer ¹¹C-markierten Ethylgruppe und einer ¹¹C-markierten Propylgruppe steht.