DE69230970T2

DE69230970T2 - Bicylclische, polyazamakrocyclocarbonsäure-komplexe, konjugate, herstellung und verwendung als kontraststoffe

Info

Publication number: DE69230970T2
Application number: DE69230970T
Authority: DE
Inventors: E. Kiefer; Jaime Simon
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1991-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 2001-01-04
Anticipated expiration: 2012-12-11
Also published as: ATE192047T1; EP0579802A4; DE69230970D1; IL104059A0; ZA929575B; CA2103554A1; HU9302309D0; EP0579802B1; WO1993011800A1; EP0579802A1; SG48889A1; MX9207164A; AU3415493A; JPH07502277A; HUT67602A; ES2145041T3; CA2103554C

Description

Die Erfindung betrifft Komplexe, die als Liganden Bicyclopolyazamacrocyclocarbonsäuren enthalten, und Konjugate davon zur Verwendung als Kontrastmittel beim Magnetresonanzabbilden (MRI; magnetic resonance imaging). Verfahren zur Herstellung dieser Komplexe und Konjugate werden ebenfalls bereitgestellt. Um diese Erfindung besser zu verstehen wird im folgenden Abschnitt ein kurzer Hintergrund hinsichtlich MRI geliefert.

Hintergrund

MRI ist eine nicht-invasive diagnostische Technik, die gut aufgelöste Querschnittabbildungen von weichem Gewebe in einem Tierkörper, bevorzugt einem menschlichen Körper, erzeugt. Diese Technik basiert auf der Eigenschaft von bestimmten Atomkernen (z. B. Wasserprotonen), die ein magnetisches Moment besitzen (wie durch mathematische Gleichungen definiert; siehe G. M. Barrow, Physical Chemistry, 3. Ausgabe, McGraw- Hill, NY (1973)), um sich in einem angelegten Magnetfeld auszurichten. Einmal ausgerichtet kann dieser Gleichgewichtszustand durch Anlegen eines externen Radiofrequenz (RF)-Pulses gestört werden, der bewirkt, daß die Protonen aus der Ausrichtung mit dem Magnetfeld gekippt werden. Wenn der RF-Puls beendet wird, kehren die Kerne zu ihrem Gleichgewichtszustand zurück und die Zeit, die erforderlich ist, damit dies auftritt, ist als Relaxationszeit bekannt. Die Relaxationszeit besteht aus zwei Parametern, die als Spin-Gitter (T1)- und Spin-Spin (T2)-Relaxation bekannt sind und es sind diese Relaxationsmessungen, die eine Information hinsichtlich des Ausmaßes einer molekularen Organisation und von Wechselwirkungen von Protonen mit der Umgebung liefern.
Da der Wassergehalt von lebendem Gewebe beträchtlich ist und Variationen im Gehalt und in der Umgebung zwischen Gewebetypen existieren, werden diagnostische Abbildungen von biologischen Organismen erhalten, welche Protonendichte und Relaxationszeiten reflektieren. Je größer die Unterschiede in den Relaxationszeiten (T1 und T2) von im untersuchten Gewebe vorliegenden Protonen sind, desto größer ist der Kontrast im erhaltenen Abbild (J. Magnetic Resonance 33, 83-106 (1979)).
Es ist bekannt, daß paramagnetische Chelate, die einen symmetrischen elektronischen Grundzustand besitzen, die T1- und T2-Relaxationsraten von nebeneinanderliegenden Wasserprotonen wesentlich beeinflussen können und daß die Wirksamkeit des Chelats in dieser Hinsicht zum Teil von der Anzahl von ungepaarten Elektronen abhängt, die das magnetische Moment erzeugen (Magnetic Resonance Annual 231-266 (Raven Press NY (1985)). Es wurde auch gezeigt, daß wenn ein paramagnetischer Chelat dieses Typs einem lebenden Tier verabreicht wird, seine Wirkung auf T1 und T2 von verschiedenen Geweben direkt in den Magnetresonanz-(MR)-Abbildungen beobachtet werden kann, wobei ein erhöhter Kontrast in den Bereichen der Chelatlokalisierung beobachtet wird. Es wurde daher vorgeschlagen, daß stabile, nicht toxische paramagnetische Chelate Tieren verabreicht werden, um die durch MRI erhaltene diagnostische Information zu erhöhen (Frontiers of Biol. Energetics I, 752-759 (1978); J. Nucl. Med. 25, 506-513 (1984); Proc. of NMR Imaging Symp. (Okt. 26-27, 1980); F. A. Cotton et al., Adv. Inorg. Chem. 634-639 (1966)). Auf diese Weise verwendete paramagnetische Metallchelate werden als Kontrasterhöhungsmittel oder Kontrastmittel bezeichnet.
Es gibt eine Reihe von paramagnetischen Metallionen, die in Betracht gezogen werden können, wenn der Entwurf eines MRI-Kontrastmittels unternommen wird. In der Praxis sind die nützlichsten paramagnetischen Metallionen jedoch Gadolinium (Gd³&spplus;), Eisen (Fe³&spplus;), Mangan (Mn²&spplus;) und (Mn³&spplus;) und Chrom (Cr³&spplus;), da diese Ionen die größte Wirkung auf Wasserprotonen aufgrund ihrer großen magnetischen Momente ausüben. In einer nicht komplexierten Form (z. B. GdCl&sub3;) sind diese Metallionen für ein Tier toxisch, wodurch sich ihre Verwendung in der einfachen Salzform ausschließt. Deshalb ist es eine fundamentale Aufgabe des organischen Chelatbildners (auch als Ligand bezeichnet), das paramagnetische Metall für das Tier nicht-toxisch zu machen, während es seinen wünschenswerten Einfluß auf die T1- und T2-Relaxationsrate der umgebenden Wasserprotonen erhält.
Die Technik im MRI-Feld ist ziemlich umfangreich, so daß die folgende Zusammenfassung, die nicht vollständig sein soll, nur als Überblick über dieses Gebiet und andere Verbindungen, die möglicherweise ähnlich in der Struktur sind, geliefert wird. Das US-Patent 4,899,755 offenbart ein Verfahren zur Veränderung der Protonen NMR-Relaxationszeiten in der Leber oder im Gallengang eines Tieres unter Verwendung von Fe³&spplus;-ethylenbis(2-hydroxyphenylglycin)-Komplexen und deren Derivaten und schlägt unter verschiedenen anderen Verbindungen die mögliche Verwendung einer Pyridin-macrocyclomethylencarbonsäure vor. Das US-Patent 4,880,008 (eine CIP von US-Patent 4,899,755) offenbart weitere Abbildungsdaten für Lebergewebe von Ratten, ohne daß aber weitere Komplexe gezeigt werden. Das US-Patent 4,980,148 offenbart Gadoliniumkomplexe für MRI, die nichtcyclische Verbindungen sind. C. J. Broan et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1739-1741 (1990) beschreiben einige bifunktionelle macrocyclische Phosphinsäureverbindungen. C. J. Broan et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1738-1739 (1990) beschreiben Verbindungen, die Triazabicycloverbindungen sind. I. K. Adzamli et al., J. Med. Chem. 32, 139-144 (1989) beschreiben acyclische Phosphonatderivate von Gadoliniumkomplexen für NMR-Abbildungen.
Gegenwärtig ist das einzige kommerzielle Kontrastmittel, das in den USA erhältlich ist, der Komplex von Gadolinium mit Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA-Gd³&spplus;-MAGNEVISTTM von Shering).
MAGNEVISTTM wird als ein nicht spezifisches/Perfusionsmittel betrachtet, da es sich im extrazellulären Fluid frei verteilt, gefolgt von einer wirksamen Eliminierung durch das Nierensystem. Es hat sich gezeigt, daß MAGNEVISTTM äußerst wertvoll bei der Diagnose von Hirnläsionen ist, da der begleitende Zusammenbruch der Blut/Hirn-Schranke die Perfusion des Kontrastmittels in die betroffenen Bereiche erlaubt. Zusätzlich zu MAGNEVISTTM vertreibt Guerbet kommerziell ein macrocyclisches Perfusionsmittel (DOTAREMTM), welches gegenwärtig nur in Europa erhältlich ist. Eine Reihe anderer potentieller Kontrastmittel befinden sich in verschiedenen Stadien der Entwicklung.
Es würde vorteilhaft sein, wenn Kontrastmittel entwickelt würden, die eine Ortsspezifität für das Gewebe aufweisen würden, das wünschenswerterweise abgebildet werden soll, anstelle von nicht spezifischen/Perfusionsmitteln. Die vorliegende Erfindung ist gerade auf solche neue Komplexe gerichtet, umfassend einen Liganden, der eine Bicyclopolyazamacrocyclocarbonsäure der Formel
ist, worin:
R
ist, worin: X und Y¹ unabhängig H, OH oder C&sub1;-C&sub3;-Alkyl sind;
Y² H oder COOH ist;
R&sup7; H, OH oder OCH&sub3; ist; und
R&sup4; H, NO&sub2;, NH&sub2;, Isothiocyanat, Semicarbazid, Thiosemicarbazid, Maleimido, Bromacetamid oder Carboxyl ist; mit der Maßgabe, daß mindestens zwei Terme R
sein müssen;
A = CH, N, C-Br, C-Cl, C-OR¹, C-OR², N&spplus;-R³X&supmin; oder
R¹ = H, C&sub1;-C&sub5;-Alkyl, Benzyl oder Benzyl substituiert mit mindestens einem R&sup4;;
R² C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkylamino ist;
R³ C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkyl, Benzyl oder Benzyl substituiert mit mindestens einem R&sup4; ist;
R&sup4; wie zuvor definiert ist;
X&supmin; Cl&supmin;, Br&supmin;, I&supmin; oder H&sub3;CCO&sub2;&supmin; ist;
Q und Z unabhängig CH, N, N&spplus;-R³X; C-CH&sub2;-OR¹ oder C-C(O)-R&sup5; sind;
R¹ und R³ wie oben definiert sind;
R&sup5; -O-(C&sub1;-C&sub3;-Alkyl), OH oder NHR&sup6; ist;
R&sup6; C&sub1;-C&sub5;-Alkyl oder ein biologisch aktives Material ist;
X&supmin; wie oben definiert ist; und
mit den Maßgaben, daß:
a) wenn Q, A oder Z N oder N&spplus;-R³X&supmin; ist, dann müssen die anderen zwei Gruppen CH sein;
b) wenn A C-Br, C-Cl, C-OR¹ oder C-OR² ist, dann müssen sowohl Q als auch Z CH sein;
c) die Summe der Terme R², R&sup4; und R&sup6;, wenn sie vorliegen, eins nicht übersteigen darf und eine der Bezeichnungen R², R&sup4; und R&sup6; vorliegen muß; und
d) nur eines von Q oder Z C-C(O)-R&sup5; sein kann und wenn eines von Q oder Z C-C(O)-R&sup5; ist, dann muß A CH sein; und
komplexiert mit einem Metallion, ausgewählt aus Cd³&spplus;, Mn²&spplus; oder Fe³&spplus;; oder pharmazeutisch annehmbare Salze davon.
Bifunktionelle Komplexe der Formel (I) sind wünschenswert, um die Konjugate dieser Erfindung herzustellen. In solchen Liganden muß mindestens eines von R², R&sup4; oder R&sup6; vorliegen:
ein Term R ist
worin X, Y², R&sup4; und R&sup7; wie oben definiert sind; oder
A ist C-OR¹, C-OR², worin R¹ und R² wie oben definiert sind oder
worin R&sup4; wie oben definiert ist; oder
A ist CH und eines von Q oder Z ist CH und das andere ist C-C(O)-R&sup5; oder C-CH&sub2;-OR¹, worin R¹ und R&sup5; wie oben definiert sind; besonders bevorzugt sind solche Liganden, worin R&sup5; NHR&sup6; ist, worin R&sup6; ein biologisch aktives Material ist.
Die Liganden der Formel (I) werden mit verschiedenen Metallionen komplexiert, wie etwa Gadolinium (Gd³&spplus;), Eisen (Fe³&spplus;) und Mangan (Mn²&spplus;), wobei Gd³&spplus; bevorzugt ist. Die so gebildeten Komplexe können selbst verwendet werden oder können durch kovalentes Binden an ein größeres Molekül angeheftet werden, wie etwa ein Dextran, ein Polypeptid oder ein biologisch aktives Molekül, einschließlich einen Antikörper oder ein Fragment davon, und für diagnostische Zwecke verwendet werden. Solche Konjugate und Komplexe sind als Kontrastmittel verwendbar.
Die Komplexe und Konjugate dieser Erfindung können modifiziert werden, um eine spezifische Gesamtladung zu ergeben. Zum Beispiel wenn das Metallion + 3 ist, kann das folgende erhalten werden:
(A) eine neutrale Gesamtladung - wenn R
ist und X und Y¹ alle gleich H sind;
(B) eine Gesamtladung +1 - wenn eines von A, Q oder Z N&spplus;-R³X&supmin; ist, worin R³ und X&supmin; wie zuvor definiert sind; und die drei Bezeichnungen R
sind
und X und Y¹ alle gleich H sind.
Sowohl die Komplexe als auch die Konjugate können formuliert werden, um in einer pharmazeutisch annehmbaren Form zur Verabreichung an ein Tier zu sein.
Die Verwendung der Liganden dieser Erfindung mit anderen Metallionen für die Diagnose von Erkrankungszuständen, wie etwa Krebs, ist möglich. Die Verwendung solcher Komplexe und Konjugate wird in einer weiteren gleichzeitig anhängenden Anmeldung diskutiert.
Der Komplex weist den Liganden der Formel (I) auf, der für Zwecke der Nomenklatur wie folgt numeriert wird:
Die vorliegende Erfindung betrifft die Entwicklung von Kontrastmitteln, die eine neutrale Ladung oder eine Ladung +1 haben, was eine ortsspezifische Zuführung des Kontrastmittels zu einem gewünschten Gewebe ermöglicht. Der Vorteil ist ein erhöhter Kontrast in den Bereichen von Interesse, basierend auf der Gewebeaffinität im Gegensatz zu einem Kontrast, der aus einer nicht spezifischen Perfusion entsteht, der mit einem extrazellulären Mittel sichtbar sein kann oder nicht. Die Spezifität des Liganden der Formel (I) kann durch Einstellen der Gesamtladung und des lipophilen Charakters des Komplexes gesteuert werden. Der Gesamtbereich der Ladung des Komplexes ist von +1 bis 0. Zum Beispiel wird für einen Komplex mit einer Gesamtladung +1 eine Herzaufnahme erwartet; wohingegen wenn die Gesamtladung des Komplexes 0 ist (somit neutral), der Komplex die Fähigkeit haben kann, die Blut-Hirn-Schranke zu überqueren und eine normale Hirnaufnahme möglich sein kann.
Die Gewebespezifität kann auch durch ionisches oder kovalentes Binden des Chelates an ein natürlich auftretendes oder synthetisches Macromolekül realisiert werden, das eine Spezifität für ein gewünschtes Zielgewebe aufweist. Eine mögliche Anwendung dieses Ansatzes ist durch die Verwendung von chelatkonjugierten monoklonalen Antikörpern, welche das paramagnetische Chelat zu einem erkrankten Gewebe transportieren würden, was die Sichtbarmachung durch MRI ermöglicht. Zusätzlich kann das Binden eines paramagnetischen Chelats an ein Makromolekül weiterhin die Kontrastmittelwirksamkeit erhöhen, was in einem verbesserten Kontrast relativ zum ungebundenen Chelat resultiert. Kürzliche Arbeiten von Lauffer (US-Patente 4,880.008 und 4,899,755) haben gezeigt, daß Variationen in der Lipophilizität in gewebespezifischen Mitteln resultieren können und daß ein erhöhter lipophiler Charakter nicht-kovalente Wechselwirkungen mit Blutproteinen begünstigt, was in einer Erhöhung der Relaxivität resultiert.
Zusätzlich sind die vorliegenden Kontrastmittel der Formel (I), die eine neutrale Ladung aufweisen, besonders bevorzugt zur Bildung der Konjugate dieser Erfindung, da unerwünschte ionische Wechselwirkungen zwischen dem Chelat und Protein minimiert werden, was die Immunreaktivität des Antikörpers erhält. Die vorliegenden neutralen Komplexe verringern auch die Osmolarität im Vergleich zu DTPA-Gd³&spplus;, was die Injektionsbeschwerden mildern kann.
Während nicht gewünscht wird, an eine Theorie gebunden zu sein, wird vermutet, daß wenn ein geladener Komplex der Erfindung hergestellt wird (z. B. +1 für Herz), die Variationen in dieser ionischen Ladung des Chelats die Biolokalisierung beeinflussen kann. Folglich, wenn der Antikörper oder eine andere richtungsgebende Gruppe ebenfalls für die gleiche Stelle spezifisch ist, zeigt das Konjugat zwei Bereiche, um eine ortsspezifische Zuführung zu unterstützen.
Die in Formel (I) und für diese Erfindung verwendeten Bezeichnungen werden weiter wie folgt definiert. "C&sub1;-C&sub3;-Alkyl", "C&sub1;-C&sub5;-Alkyl", "C&sub1;-C&sub1;&sub8;- Alkyl" umfassen sowohl geradkettige als auch verzweigtkettige Alkylgruppen. Ein "Tier" umfaßt ein warmblütiges Säugetier, insbesondere einen Menschen.
"Biologisch aktives Material" bezeichnet z. B. ein Dextran, Peptid oder Moleküle, die eine spezifische Affinität für einen Rezeptor aufweisen oder bevorzugt Antikörper oder Antikörperfragmente.
"Antikörper" bezeichnet jeden polyklonalen, monoklonalen, chimären Antikörper oder Heteroantikörper, bevorzugt einen monoklonalen Antikörper; "Antikörperfragment" umfaßt Fab-Fragmente und F(ab')&sub2;- Fragmente und jeden Teil eines Antikörpers, der eine Spezifität zu einem gewünschten Epitop oder Epitopen aufweist. Wenn der Ausdruck "radioaktives Metallchelat/Antikörper-Konjugat" oder "Konjugat" verwendet wird, soll "Antikörper" ganze Antikörper und/oder Antikörperfragmente, einschließlich semisynthetischen oder gentechnisch bearbeiteten Varianten davon bedeuten. Mögliche Antikörper sind 1116-NS-19-9 (Anti- Colorektalkarzinom), 1116-NS-3d (Anti-CEA), 703D4 (Anti-humaner Lungenkrebs), 704A1 (Anti-humaner Lungenkrebs), CC49 (Anti-TAG-72), CC83 (Anti-TAG-72) und B72.3. Die Hybridomzellinien 116-NS-19-9, 1116-NS-3d, 703D4, 704A1, CC49, CC83 und B72.3 sind bei der American Type Culture Collection hinterlegt mit den Zugangsnummern ATCC HB 8059, ATCC CRL 8019, ATCC HB 8301, ATCC HB 8302, ATCC HB 9459, ATCC HB 9453 bzw. ATCC HB 8108.
Wie hierin verwendet bezeichnet "Komplex" einen Komplex der Verbindung der Erfindung, z. B. der Formel (f), komplexiert mit einem Metallion, worin mindestens ein Metallatom chelatgebunden oder sequestriert ist; "Konjugat" bezeichnet ein Metallionchelat, das kovalent an einen Antikörper oder ein Antikörperfragment gebunden ist. Die Begriffe "bifunktioneller Coordinator", "bifunktioneller Chelatbildner" und "funktionalisierter Chelant" werden austauschbar verwendet und bezeichnen Verbindungen, die eine Chelantgruppe aufweisen, die in der Lage ist, ein Metallion zu chelatieren und eine Gruppe, die kovalent an die Chelantgruppe gebunden ist, die als Mittel zum kovalenten Binden an einen Antikörper oder ein Antikörperfragment dienen kann.
Die hierin beschriebenen bifunktionellen Chelatbildner (dargestellt durch Formel I) können verwendet werden, um die Metallionen zu chelatieren oder zu sequestieren, um Metallionchelate (hierin auch als "Komplexe" bezeichnet) zu bilden. Die Komplexe können aufgrund der Anwesenheit der funktionalisierenden Einheit (dargestellt durch R², R&sup4; oder R&sup6; in Formel I) kovalent an biologisch aktive Materialien gebunden werden, wie etwa Dextran, an Moleküle die eine spezifische Affinität für einen Rezeptor aufweisen oder bevorzugt kovalent an Antikörper oder Antikörperfragmente gebunden werden. Somit können die hierin beschriebenen Komplexe kovalent an einen Antikörper oder ein Antikörperfragment gebunden werden oder eine spezifische Affinität für einen Rezeptor aufweisen und werden hierin als "Konjugate" bezeichnet.
Wie hierin verwendet bedeutet "pharmazeutisch annehmbares Salz" jedes Salz oder Gemische von Salzen eines Komplexes oder Konjugats der Formel (I), welches ausreichend nicht-toxisch ist, um in einer Therapie oder Diagnose von Tieren, bevorzugt Säugetieren verwendbar zu sein. Somit sind die Salze gemäß dieser Erfindung verwendbar. Musterbeispiele solcher Salze, die durch Standardreaktionen sowohl aus organischen als auch anorganischen Quellen gebildet werden, umfassen z. B. Schwefel-, Salz-, Phosphor-, Essig-, Bernstein-, Zitronen-, Milch-, Malein-, Fumar-, Palmitin-, Chol-, Palm-, Schleim-, Glutamin-, Glucon-, d-Kampfer-, Glutar-, Glycol-, Phthal-, Wein-, Ameisen-, Laurin-, Stearin-, Salicyl-, Methansulfon-, Benzolsulfon-, Sorbin-, Picrin-, Benzoe-, Zimtsäuren oder andere geeignete Säuren. Ebenfalls umfaßt sind Salze, die durch Standardreaktionen von sowohl organischen als auch anorganischen Quellen gebildet werden, wie etwa Ammonium oder 1-Deoxy-1-(methylamino)-D-glucit, Alkalimetallionen, Erdalkalimetallionen oder andere ähnliche Ionen. Besonders bevorzugt sind die Salze der Komplexe oder Konjugate von Formel (I), worin das Salz Kalium, Natrium oder Ammonium ist. Ebenfalls umfaßt sind Gemische der obigen Salze.
Die Komplexe oder Konjugate der vorliegenden Erfindung enthalten einen Liganden der Formel (I). Die Liganden werden durch verschiedene Verfahren hergestellt. Typische allgemeine synthetische Ansätze für solche Verfahren werden durch die nachstehend angegebenen Reaktionsschemata bereitgestellt.
In Schema 1 werden die Verbindungen der Formel (I) hergestellt, worin Q, A und Z = CH und alle drei R = Schema 1
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 2 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin A = C-Br und Q und Z = CH. Schema 2 Schema 2 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 3 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin A =
R&sup4; = H, NO&sub2;, NH&sub2; oder SCN; und Q und Z = CH. Schema 3 Schema 3 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 4 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin A = C-OR², worin R² = C&sub1;-C&sub5;-Alkylamino; und
Q und Z = CH. Schema 4 Schema 4 fortgesetzt Schema 4 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 5 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin A = CH; und eines von Q oder Z = CH und das andere, Q oder Z = C-C(O)-R&sup6; oder C- CH&sub2;-R&sup6;, worin R&sup6; wie zuvor definiert ist. Schema 5 Schema 5 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 6 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin Z = C-CH&sub2;-OBz oder C-C(O)-R&sup5;, worin R&sup5; = -O-(C&sub1;-C&sub3;-Alkyl), OH oder NHR&sup6;, was wie zuvor definiert ist; und
Q und A = CH. Schema 6
eine Verbindung der Formel (I) Schema 6 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 7 stellt die Verbindungen von Formel (I) her, worin A = N oder N&spplus;-R&sup5;X&supmin;; R&sup5; = C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkyl und X ein Halogenid ist; und
Q und Z = CH. Schema 7 Schema 7 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 8 stellt die Verbindungen von Formel (I) her, worin Q = N&spplus;-R&sup5;X&supmin;, worin R&sup5; = C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkyl und X = Halogenid; und
A und Z = CH. Schema 8 Schema 8 fortgesetzt
Schema 9 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin Q = N oder N&spplus;-R&sup5;X&supmin;, worin R&sup5; = C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkyl und X = Halogenid; und A und Z = CH. Schema 9
Schema 10 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin der Term R an der Position 6
ist, worin R&sup4; = NO&sub2; oder NH&sub2;;
Y² = CO&sub2;H (oder mit einer Veränderung des Reagenz Y² = H); und
A, Q und Z = CH. Schema 10 Schema 10 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
Schema 11 stellt die Verbindungen der Formel (I) her, worin der Term R an Position 9
ist, worin R&sup4; = NO&sub2; oder NH&sub2;;
Y² = CO&sub2;H (oder mit einer Veränderung des Reagenz Y² = H); und A, Q und Z = CH. Schema 11
Schema 12 stellt die Verbindungen der Formel (1) her, worin n = 1 (würde aber ebenso zutreffen, wenn n = 2 oder 3 mit einer entsprechenden Veränderung des Reagenz), der Term R an der Position 6 T =
aufweist, worin R¹ = -OH; und X und Y = H;
die Terme R an den Positionen 3 und 9 T = COOH aufweisen;
R&sup7; = OH oder OCH&sub3;; und
A, Q und Z = CH. Schema 12 Schema 12 fortgesetzt
eine Verbindung der Formel (I)
In den obigen Schemata veranschaulicht die allgemeine Verfahrensbeschreibung spezifische Schritte, die verwendet werden können, um einen gewünschten Reaktionsschritt zu bewerkstelligen. Die allgemeine Beschreibung dieser Verfahrensschritte folgt.
Das Syntheseschema 1 beginnt mit einer Halogenierung von kommerziell erhältlichem Bis-pyridylalkohol (1) unter Verwendung von Thionylchlorid. Ähnliche Vorgehensweisen zur Überführung eines Alkohols in ein elektrophiles Substrat, wie etwa eine Behandlung mit Toluolsulfonylchlorid, HBr oder HCl, sollten ebenfalls in einem ähnlich reaktiven Produkt resultieren, welche alle in nachfolgenden Ringschlußreaktionen gut funktionieren würden. Es gibt in der Literatur zahlreiche Macrocyclisierungsvorgehensweisen und der gewünschte Tetraazamacrocyclus (3) wurde gemäß der Methode von Stetter et al., Tetrahedron 37, 767-772 (1981) hergestellt. Allgemeinere Vorgehensweisen wurden seither veröffentlicht, welche gute Ausbeuten von ähnlichen Macrocyclen unter Verwendung von milderen Bedingungen ergeben (A. D. Sherry et al., J. Org. Chem. 54, 2990-2992 (1989)). Detosylierung des Macrocycluszwischenproduktes ((3) um (4) zu ergeben), wurde unter sauren Bedingungen in guter Ausbeute ausgeführt. Reduktive Detosylierungsvorgehensweisen sind in der Literatur ebenfalls gut bekannt und können an die vorliegende Reaktionssequenz angepaßt werden.
Die Schemata 10, 11 und 12 skizzieren einen Syntheseansatz, welcher einen aromatischen Nitrobenzylsubstituenten an einer der macrocyclischen Stickstoffpositionen einführt. Typischerweise wird das macrocyclische Amin in einem organischen Lösungsmittel, wie etwa Acetonitril oder DMF bei Raumtemperatur unter Verwendung einer nicht-nukleophilen Base, wie etwa Kaliumcarbonat, mono-N-funktionalisiert. Eine zusätzliche Funktionalisierung der verbleibenden Stickstoffpositionen wird dann durch Methoden und Bedingungen durchgeführt, die in den vorigen Schemata beschrieben sind. Nach der Einführung der gewünschten Chelat-bildenden Gruppen wird die Nitrogruppe unter Verwendung von Platinoxid und Wasserstoff in Wasser reduziert. In dieser Form ist der Chelatbildner mit Konjugationstechniken kompatibel, die eine Bindung an größere synthetische oder natürliche Moleküle ermöglichen.
Die zur Bildung der Komplexe dieser Erfindung verwendeten Metallionen sind Gd³&spplus;, Mn²&spplus;, Fe³&spplus; und sind kommerziell erhältlich, z. B. von Aldrich Chemical Company. Das vorliegende Anion ist ein Halogenid, bevorzugt ein Chlorid oder sie sind salzfrei (Metalloxid).
Ein "paramagnetisches Nuklid" dieser Erfindung bedeutet ein Metallion, welches ein Spinndrehmoment und/oder ein Orbitaldrehmoment zeigt. Die zwei Momenttypen vereinigen sich, um das beobachtete paramagnetische Moment in einer Weise zu ergeben, das zum großen Teil von den Atomen abhängt, die ungepaarte Elektronen tragen und zu einem geringeren Ausmaß von der Umgebung solcher Atome. Die paramagnetischen Nuklide, von denen gefunden wurde, daß sie bei der Durchführung der Erfindung verwendbar sind, sind Gadolinium (Gd³&spplus;), Eisen (Fe³&spplus;) und Mangan (Mn²&spplus;), wobei Gd³&spplus; bevorzugt ist.
Die Komplexe werden durch in der Technik gut bekannte Verfahren hergestellt. Demgemäß siehe z. B. Chelating Agents and Metal Chelates, Dwyer & Mellor, Academic Press (1964), Kapitel 7. Siehe auch Verfahren zur Herstellung von Amonisäuren in Synthetic Production and Utilizitation of Amino Acids (herausgegeben von Kameko et al.), John Wiley & Sons (1974). Ein Beispiel für die Herstellung eines Komplexes umfaßt das Umsetzen einer Bicyclopolyazamacrocyclophosphonsäure mit dem Metallion unter wäßrigen Bedingungen bei einem pH-Wert von 5 bis 7. Der Komplex wird durch eine chemische Bindung gebildet und resultiert in einer stabilen paramagnetischen Nuklidzusammensetzung, z. B. stabil gegenüber einer Dissoziation des paramagnetischen Nuklids vom Liganden.
Die Komplexe der vorliegenden Erfindung werden bei einem molaren Verhältnis von Ligand zu Metall von mindestens 1 : 1, bevorzugt von 1 : 1 bis 3 : 1, mehr bevorzugt von 1 : 1 bis 1,5 : 1 verabreicht. Ein großer Ligandüberschuß ist unerwünscht, da unkomplexierter Ligand für das Tier toxisch sein kann oder in einem Herzstillstand oder hypocalcemischen Konvulsionen resultieren kann.
Die Antikörper oder Antikörperfragmente, die in den hierin beschriebenen Konjugaten verwendet werden können, können durch in der Technik gut bekannte Techniken hergestellt werden. Hochspezifische monoklonale Antikörper können durch Hybridisationstechniken hergestellt werden, die in der Technik gut bekannt sind, siehe z. B. Kohler und Milstein (Nature, 256, 495-497 (1975) und Eur. J. Immunol., 6, 511-519 (1976)). Solche Antikörper haben normalerweise eine hochspezifische Reaktivität. In den Antikörper-zielgerichteten Konjugaten können Antikörper verwendet werden, die gegen jedes gewünschte Antigen oder Hapten gerichtet sind. Bevorzugt sind die in den Konjugaten verwendeten Antikörper monoklonale Antikörper oder Fragmente davon mit einer hohen Spezifität für ein gewünschtes Epitop bzw. für gewünschte Epitope. In der vorliegenden Erfindung verwendete Antikörper können z. B. gegen Tumore, Bakterien, Pilze, Viren, Parasiten, Mycoplasma, Differenzierungs- und andere Zellmembranantigene, Pathogenoberflächenantigene, Toxine, Enzyme, Allergene, Arzneimittel und alle biologisch aktiven Moleküle gerichtet sein. Einige Beispiele von Antikörpern oder Antikörperfragmenten sind 1116-NS- 19-9, 1116-NS-3d, 703D4, 704A1, CC49, CC83 und B72.3. Alle diese Antikörper wurden bei ATCC hinterlegt. Eine vollständigere Liste von Antigenen kann im US-Patent 4,193,983 gefunden werden. Die Konjugate der vorliegenden Erfindung sind besonders bevorzugt für die Diagnose von verschiedenen Krebsarten.
Diese Erfindung wird mit einem physiologisch annehmbaren Träger, Exzipienten oder Vehikel dafür verwendet. Die Methoden zur Herstellung solcher Formulierungen sind gut bekannt. Die Formulierungen können in Form einer Suspenion, einer injizierbaren Lösung oder anderer geeigneter Formulierungen sein. Physiologisch annehmbare Suspendiermedien, mit oder ohne Hilfsstoffe, können verwendet werden.
Eine "wirksame Menge" der Formulierung wird zur Diagnose verwendet. Die Dosis variiert abhängig von der Erkrankung und den physikalischen Parametern des Tieres, wie etwa Gewicht. Diagnostische Mittel zur in vivo Anwendung werden ebenfalls unter Verwendung von Formulierungen dieser Erfindung in Betracht gezogen.
Andere Verwendungen von einigen der Chelatbildner dieser Erfindung können das Entfernen von unerwünschten Metallen (z. B. Eisen) aus dem Körper, das Binden an polymere Träger für verschiedene Zwecke, z. B. als Diagnosemittel und das Entfernen von Metallionen durch selektive Extraktion umfassen. Die Liganden der Formel (I), die in mindestens zwei Bezeichnungen R T gleich P(O)R¹OH aufweisen, können zur Metallionenkontrolle als Zahnsteinverhüter verwendet werden. Es ist wahrscheinlich, daß diese Liganden in geringeren als den stöchiometrischen Mengen verwendet werden können. Ähnliche Verwendungen sind für Verbindungen bekannt, die in den US-Patenten 2,609,390; 3,331,773; 3,336,221 und 3,434,969 beschrieben sind.

Claims

1. Komplex, welcher eine Bicyclopolyazamacrocyclocarbonsäure- Verbindung der Formel

umfaßt, worin:

R

ist, worin:

X und Y¹ unabhängig H, OH oder C&sub1;-C&sub3;-Alkyl sind;

Y² H oder COOH ist;

R&sup7; H, OH oder OCH&sub3; ist; und

R&sup4; H, NO&sub2;, NH&sub2;, Isothiocyanat, Semicarbazid, Thiosemicarbazid, Maleimid, Bromacetamid oder Carboxyl ist;

mit der Maßgabe, daß mindestens zwei Terme R

sein müssen;

A = CH, N, C-Br, C-Cl, C-OR¹, C-OR², N&spplus;-R³X&supmin; oder

worin: R¹ H, C&sub1;-C&sub5;-Alkyl, Benzyl oder Benzyl substituiert mit mindestens einem R&sup4; ist;

R² C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkylamino ist;

R³ C&sub1;-C&sub1;&sub6;-Alkyl, Benzyl oder Benzyl substituiert mit mindestens einem R&sup4; ist;

X&supmin; Cl&supmin;, Br&supmin;, I&supmin; oder H&sub3;CCO&sub2;&supmin; ist;

Q und Z unabhängig CH, N, N&spplus;-R³X&supmin;; C-CH&sub2;-OR¹ oder C-C(O)-R&sup5; sind;

R&sup5; -O-(C&sub1;-C&sub3;-Alkyl), OH oder NHR&sup6; ist;

R&sup6; C&sub1;-C&sub5;-Alkyl oder ein biologisch aktives Material ist;

mit der Maßgabe, daß:

a) wenn Q, A oder Z N oder N&spplus;-R³X&supmin; ist, dann

müssen die anderen zwei Gruppen CH sein;

b) wenn A C-Br, C-Cl, C-OR¹ oder C-OR² ist, dann müssen sowohl 0 als auch Z CH sein;

c) die Summe der Terme R², R&sup4; und R&sup6;, eins nicht übersteigen darf und einer der Terme R², R&sup4; und R&sup6; vorliegen muß; und

d) nur eines von Q oder Z C-C(O)-R&sup5; sein kann und wenn eines von 0 oder Z C-C(O)-R&sup5; ist, dann muß A CH sein; und

die mit einem Metallion komplexiert ist, ausgewählt aus Gd³&spplus;, Mn²&spplus; oder Fe³&spplus;; oder

pharmazeutisch annehmbare Salze davon.

2. Komplex nach Anspruch 1, worin das Metall Gd³&spplus; ist.

3. Komplex nach Anspruch 1, worin A, Q und Z CH sind und X, Y¹ und Y² H sind.

4. Komplex nach Anspruch 1, worin X, Y¹ und Y² H sind.

5. Komplex nach Anspruch 1, worin A, Q und Z CH sind.

6. Komplex nach Anspruch 1, worin A, Q und Z CH sind; und ein Term R

oder

ist, worin: X, R&sup4; und R&sup7; wie in Anspruch 1 definiert sind.

7. Komplex nach Anspruch 1, worin A C-OR¹, C-OR² ist, worin R¹ und R² wie in Anspruch 1 definiert sind oder

ist, worin R&sup4; wie in Anspruch 1 definiert ist.

8. Komplex nach Anspruch 1, worin A CH ist und eines von Q oder Z CH ist und das andere C-C(O)R&sup5; oder C-CH&sub2;-OR¹ ist, worin R¹ und R&sup5; wie in Anspruch 1 definiert sind.

9. Komplex nach Anspruch 8, worin R&sup5; NHR&sup6; ist, worin R&sup6; ein biologisch aktives Material ist.

10. Konjugat umfassend einen

Bicyclopolyazamacrocyclocarbonsäurekomplex nach Anspruch 1, kovalent gebunden an ein biologisch aktives Material.

11. Konjugat nach Anspruch 10, worin das biologisch aktive Material ein Dextran, ein Peptid, ein Molekül, das eine spezifische Affinität für einen Rezeptor aufweist, oder ein Antikörper oder ein Antikörperfragment ist.

12. Konjugat nach Anspruch 11, worin der Antikörper oder das Antikörperfragment ein monoklonaler Antikörper oder ein Fragment davon ist.

13. Konjugat nach Anspruch 12, worin der Antikörper oder das Antikörperfragment B72.3 ist.

14. Konjugat nach einem der Ansprüche 10 bis 13, worin das Metallion Gd³&spplus; ist und der Komplex wie in einem der Ansprüche 2 bis 9 definiert ist, ausgenommen die Verbindung von Anspruch 8, in der eines von Q und Z C-CH&sub2;-OR¹ ist.

15. Pharmazeutische Formulierung umfassend einen Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einem pharmazeutisch annehmbaren Träger.

16. Pharmazeutische Formulierung umfassend ein Konjugat nach einem der Ansprüche 10 bis 14 mit einem pharmazeutisch annehmbaren Träger.

17. Komplex nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Verwendung als Pharmazeutikum.

18. Konjugat nach einem der Ansprüche 10 bis 14 zur Verwendung als Pharmazeutikum.

19. Kit zur Verwendung als diagnostisches Mittel, der als Bestandteil einen Liganden nach einem der Ansprüche 1 bis 9 enthält.

20. Verfahren zur Herstellung eines Komplexes nach Anspruch 1, welches das Umsetzen einer

Bicyclopolyazamacrocyclocarbonsäureverbindung nach Anspruch 1 mit einem Metallion, ausgewählt aus Gd³&spplus;, Mn²&spplus; oder Fe³&spplus; unter wäßrigen Bedingungen bei einem pH-Wert von 5 bis 7 umfaßt.