JP3729514B2

JP3729514B2 - Contrast composition for MRI diagnosis

Info

Publication number: JP3729514B2
Application number: JP17048793A
Authority: JP
Inventors: 秀夫長谷川; 有桑田; 良郎山本; 修藤田; 久美子平石; 勇楢林
Original assignee: Meiji Co Ltd; Meiji Dairies Corp
Current assignee: Meiji Co Ltd; Meiji Dairies Corp
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JPH0725790A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大腸、膀胱、子宮等の生体下部組織のＭＲＩ（磁気共鳴画像）診断用の造影効果に優れる造影剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ法は、生体中の水の存在状態を水素核の核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を使用して測定し、その状態の差異および分布を濃淡として画像化する技術である。これは、従来のＸ線ＣＴが基本的に解剖学的所見を得るだけのものであったのに対し、放射線被爆を伴わないこと、体内器官の働きや生理学的変化に関する所見を得ることができる等の特徴を有し、３次元画像処理技術の進展に伴い臨床用にも広く応用されるに至っている。
【０００３】
ＮＭＲ現象は、励起パルスが消滅した後、磁化ベクトルが元のｚ軸方向へ回復する２つの緩和時間、スピン−格子緩和時間Ｔ₁と、スピン−スピン緩和時間Ｔ₂で特徴づけることができる。前者は磁気モーメントの系（スピン系）の内部のエネルギー交換による緩和時間であり、後者はスピン系と外部の系（通常は格子振動）のエネルギー交換による緩和時間である。
【０００４】
ＭＲＩ法では、パルス列の適切な選択によりこれら２つのパラメータのいずれかに着目し、測定する組織に固有なＮＭＲパラメータのうち必要なものだけを取り出して画像を強調することが行われており、その画像はそれぞれＴ₁強調画像、Ｔ₂強調画像と呼ばれている。
たとえば、Ｔ₁強調画像では、生体内における水分子の運動の拘束され具合ににもとづき、拘束度が高くスピン−格子緩和時間Ｔ₁が短い部位では画像は白く（陽性の造影効果）、また拘束度が低くＴ₁が長い部位では黒く表現される。たとえば、通常の生体組織に含まれている水はほとんど自由水と呼ばれる状態にあるため、そのスピン−格子緩和時間Ｔ₁は長く、ＭＲＩ上では黒く表現される。
【０００５】
ところで、ＭＲＩ法においては組織病変の検出感度を高める手法として、造影剤を使用することが知られている。この場合の造影剤としては、Ｘ線画像診断におけるバリウムやヨウ素のようなＸ線吸収性物質とは造影機構が原理的に異なる物質、すなわち常磁性物質が用いられる。これは、例えばＴ₁強調画像における陽性造影剤の場合、不対電子を有する常磁性物質がその磁気モーメントに起因して局所磁場を僅かに増大させ、水のＴ₁が短くなり、画像のコントラストを変化させるからである。つまり、造影剤は自由水のスピン−格子緩和時間Ｔ₁を短縮し、自身はより白く表現されるのである。
【０００６】
常磁性物質としては、遷移金属、有機ラジカル、酸素、二酸化窒素を例示することができる。ただし、医療診断に用いるには生体安全性の高いものを選択する必要があり、たとえば上部消化管診断用の経口造影剤としては、特開平２−１９１２２９号公報に開示される鉄含有製剤、「診断と治療」８０，１６８（１９９２）に報告されるクエン酸鉄アンモニウム、あるいは特願平４−６９３７０号明細書で提案した食品素材に含まれる程度の微量のマンガン化合物等が知られている。
【０００７】
また、血管診断用の静脈注射造影剤としては、ＡＪＲ，１４２，６１９（１９８４）に報告されるガドリニウム・キレート化合物であるガドペンテト酸（分子式：Ｃ₁₄Ｈ₂₀ＧｄＮ₃Ｏ₁₀Ｃ₇Ｈ₁₇ＮＯ₅、分子量：７４２．７９）が実用化されている。さらに、特開昭６３−２８７７９１号公報には、マンガン（II) キレート造影剤、Ｍｎ−Ｎ，Ｎ’─ジピリドキシルエチレンジアミン−Ｎ，Ｎ’─二酢酸−５，５’−ビスリン酸が開示されているが、こちらは実用化されるには至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる造影剤を大腸、膀胱、子宮といった生体下部組織のＭＲＩ診断に適用することには種々の問題が生ずることが考えられ、これら生体下部組織用のＭＲＩ診断用造影剤は未だに報告されていない。
かかる問題のひとつに、投与成分量の多さが挙げられる。
【０００９】
たとえば、上記クエン酸鉄アンモニウムを用いた臨床例では、数百ｍｇ（Ｆｅ：１００─２００ｍｇ／３００ｍｌ）の鉄、または鉄欠乏性貧血治療剤である溶液性ピロリン酸第二鉄シロップ（Ｆｅ６ｍｇ／ｍｌ）に含まれる約１００ｍｇの鉄が、Ｔ₁強調画像用の陽性造影剤として使用されている。しかし、これはかなりの多量である。しかも、鉄の状態は造影剤としての通常の使用状態である水溶液では不安定であり、その造影効果は経時変化する。そのため、上部消化管診断用に使用する場合ですら、溶解後すみやかに使用し、投与後２０分以内に撮影することが推奨されている。したがって、生体下部組織にかかる鉄化合物を造影効果が期待できる量にて投与することは、極めて困難であると言わざるを得ない。
【００１０】
同様に、静脈注射用のガドペンテト酸については、脳・脊髄造影、躯幹部・四肢造影時の投与量は、濃度０．５ｍｍｏｌ／ｍｌ濃度の溶液を用いた場合、０．２ｍｌ／ｋｇ（体重）とされている。ガドペンテト酸は、ガドリニウムを遊離のイオン状態で用いることにより生じ得る生体毒性を緩和するために、これをキレート化した化合物である。しかし、このキレート化により局所磁場の増大に寄与するガドリニウム原子上の不対電子と周囲の水との距離が大きくなり、緩和時間の短縮効果は遊離のカドリニウム・イオンに比べて大きく減少している。したがって、所望の造影効果を得るためには、ある程度高濃度の投与が必要となる。
【００１１】
このガドペンテト酸を生体下部組織に適用しようとする場合には、静脈注射と異なりこの投与量をなお一層増大させなければならず、経済的観点から実用的とは言い難い。
【００１２】
マンガンについては、特願平４−６９３７０号明細書で提案した上部消化管診断用の経口摂取造影剤を生体下部組織用に転用することも考えられる。しかし、生体下部組織への造影剤の投与は消化管を経由しない直接投与であるため、上記の経口摂取造影剤のように造影効果に直接関与しない味覚調整用の成分を含む必要はない。場合によっては、これら味覚調整用の成分が生体下部組織に不要な生理作用を与える可能性もある。
【００１３】
マンガンに注目した例では、実験的には高濃度のマンガン（ＭｎＣｌ₂：６２０μｍｏｌ／ｋｇ，Ｍｎ換算で３４ｍｇ／ｋｇ）を経口投与し吸収されたマンガンの各臓器における造影効果に関する報告があるが、この研究は生体下部用の医療診断を目的とた造影目的ではないため、本発明の造影剤組成物と異なり低濃度溶液の投与ではない。
【００１４】
さらに別の問題として、Ｔ₁強調画像とＴ₂強調画像の画像信号の強度差に起因する診断精度の低下も解決しなければならない。
たとえば、日磁医誌、１１，１８２（１９９１）には、造影剤としての実用的濃度範囲において、クエン酸鉄アンモニウムが鉄含量の増大と共にＴ₁強調画像、Ｔ₂強調画像の双方に対して陽性造影効果を示すことが報告されている。しかし、かかる効果はＴ₂強調画像にとって診断上、いくつかの不利益をもたらす。その一つとして、生体組織のＴ₂強調画像における信号強度がＴ₁強調画像より低いため、投与された各臓器中の造影剤が高い信号強度を示すと、腹壁の呼吸性移動及び腸管の蠕動運動によるアーチファクト（偽像）の発生原因となり画質が悪くなることが挙げられる。また、Ｔ₂強調画像においては、一般に腫瘍病変などが白く抽出される特徴があるため、各臓器内の造影剤が白く表現されると実際の病変と紛らわしくなり、診断能が低下する恐れがある。
【００１５】
以上の問題点を勘案すると、理想的な造影剤としては、遷移金属元素を遊離のイオン状態で含んでおり、かつＴ₁強調画像では白く表現され（陽性造影効果）、他方、Ｔ₂強調画像では逆に灰〜黒色に表現される（陰性造影効果）ことにより、各臓器及び病巣が識別可能とするものが望ましい。本発明の目的とするところは、かかるＭＲＩ診断用造影組成物を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の目的を達するために鋭意検討を行う過程で、まず遷移金属元素に再び着目し、微量の摂取であれば生体に対して毒物にならないとの新しい観点に立って、膨大な数の常磁性物質についてスクリーニングを行った。さらに、造影効果が最も期待される遷移金属元素の存在状態は遊離のイオンであるとの原点に帰り、生体毒性が微弱であるなら遷移金属イオンを遊離の状態で使用することによりその造影に関与する成分の使用量を最少量にすることができるとの基本方針を立てた。この結果、微量であればむしろ生体にとって必要な無機成分であり、通常の食品にも含有されている量のマンガンに改めて注目した。
【００１７】
そこで予備検討として、マンガンのＭＲＩ造影効果の濃度依存性について調べた。すなわち、濃度の異なる塩化マンガン水溶液を加えて試料を作成し、ＭＲＩ装置によりＴ₁およびＴ₂強調画像のそれぞれの輝度（陰陽度）を実測した結果、従来より言われているように（特願平４─６９３７０）マンガン含量の増加と共にスピン−格子緩和時間Ｔ₁が短くなる傾向（陽性効果）については再現された。他方、スピン−スピン緩和時間Ｔ₂強調画像では、マンガンの添加量が増大するとやがてＭＲＩの輝度が低下する、すなわち陰性効果を示す傾向が確認された。すなわち、マンガンは極めて少量でスピン−格子緩和時間Ｔ₁の短縮効果による陽性効果を示すが、さらに濃度が高くなると逆に陰性傾向を示す。
【００１８】
本発明における造影剤組成物の主成分としてのマンガン濃度は、上記した結果および後記するところから、使用時の溶液中のマンガン濃度が５〜５０μｇ／ｍｌ好ましくは２０〜３０μｇ／ｍｌとなるように調製するのが好適であることが判明した。したがって本発明は係る消化管造影用組成物を製造するには、マンガン化合物及び／又はマンガン含有物を有効成分として、常法にしたがって造影剤として調製すればよい。
【００１９】
遊離状態のマンガンイオンを得るためには、塩化マンガン、硫酸マンガン、その他の無機又は有機のマンガン化合物が使用できるが、使用状態で遊離のイオン状態であることが必要であるので、マンガンの遊離イオン状態を阻害するキレート化合物との併用は避けるべきである。なお、マンガンイオンの状態は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で得られるＥＳＲスペクトログラムの波形により知ることができる。
【００２０】
また本発明において更に特記すべきは、マンガンを遊離のイオン状態で使用することによってマンガン量は極く微量で十分所期の目的を達成しうることを新規に発見したことであり、マンガン成分としてマンガン含有物も自由に使用できることである。マンガン含有物としては、天然由来及び人工物由来を問わずマンガンを所定量含有する物質であればすべての物質が使用可能である。例えばマンガン含有食品、特にマンガンに富んだ食品をそのままマンガン源として利用することもできる。したがって、安全上の問題は完全に解消され、この点においても本発明はまさに画期的である。
【００２１】
わが国ではマンガンに関する所要量に相当するものは設定されていないが、米国における推奨所要量は２．５〜５．０ｍｇとなっている。通常食餌からのマンガンの摂取源は、穀類、野菜及び豆類などの植物性食品が大部分を占めるが、その中でも特にお茶の葉の含有率が高く、１，９４８ｐｐｍまた抹茶の例では１，４３２ｐｐｍの濃度含有しているものもある。食餌からのマンガン１日摂取量は約２〜６ｍｇである。マンガンの生体内吸収率については、放射線マンガンを使ったラットでの経口投与の場合、その吸収率は３〜４％とされている。また、⁵⁴Ｍｎを添加したホエー（乳清）をヒトに摂取させた際の体内残留率を調べた結果では、そのマンガンの吸収率は数％であり、最高でも１５％であったと報告されている。腸管におけるマンガンの吸収機構の詳細はいまだ明確にされていないが、ラットを用いた実験では早期に飽和に達する能動輸送機構が小腸に存在することが判っている。この能動輸送には、マンガンと特異的に結合するタンパク質が関与している。
【００２２】
これらの知見からマンガンは能動輸送により生体膜を通過するものと考えられ、マンガンの過剰摂取による毒性の発現を予防するとともに、マンガン含有量の低い食品からはこれを有効に摂取しているものと思われる。また、その際のマンガンの吸収部位は小腸上部とされているため、生体下部組織では消化・吸収の影響は少ないことが予測され、マンガンによる造影効果は持続するものと推定される。
【００２３】
なお、マンガン中毒の報告例は極めて少なく、慢性マンガン中毒としては、塗装従事者あるいはマンガン鉱山で働く労働者の例に見られる程度である。ただし、その場合のマンガンは、酸化物のダストの形で肺を通じて体内に入った例である。また経口的なマンガン中毒は発生したという報告はほとんどない。これはマンガンの腸管吸収率が低いことも一つ原因になっているものと考えられる。非常に稀な例として井戸水のマンガンが原因と考えられている例もあるので、これらマンガンの吸収率及びその量はそのマンガンの存在形態とも関係していることも考えられている。
【００２４】
【作用】
一般に、常磁性金属イオンによる緩和時間短縮効果は、水の水素核が約５以内に接近したときに常磁性金属イオンの電子スピンと水の水素核の核スピンが一定の時間磁気的に相互作用し、その後その水分子が並進拡散運動により常磁性金属イオンから離れて周囲の他の水分子と入れ替わることによって起こる。遊離状態の２価マンガンイオンの周囲には、６個の水分子が接近する（６配位）ことができる。かかる緩和理論からも明らかなように、水に対するＴ₁短縮効果はこれら遷移金属が遊離のイオン状態であるときに最も大きくなる。
【００２５】
特に、限定された領域濃度、すなわち５〜５０μｍ／ｍｌのマンガンは、ＭＲＩのＴ₁強調画像においては陽性造影剤、Ｔ₂強調画像においては陰性造影剤として働くので、Ｔ₂強調画像にもとづく腫瘍病変診断に悪影響を及ぼす虞れがない。
【００２６】
また、本造影組成物の有効成分であるマンガンの吸収部位は、上部消化管にあり、またその吸収機構は早期に飽和する能動輸送と考えられている。したがって、生体下部への直接投与では、消化および吸収の影響をほとんど受けることがない。また、有効成分の濃度が極めて低いため、生体下部組織に対する刺激を最小限とした状態で生体下部組織用の造影剤として使用することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果にもとづいて説明する。
【００２８】
まず、予備実験として、ＥＳＲ（電子スピン共鳴）法によるマンガンイオンの存在状態の確認を行った。このスペクトル測定法は、マイクロ波周波数領域において電子スピンの磁気モーメントに起因するスピン共鳴を観測するものであり、そのスペクトルの微細構造の分析から、周囲の環境中における測定対象物質の存在状態を推定することができる。本発明の場合は測定対象物質であるマンガンイオンが常磁性体であるから、電子常磁性共鳴の測定となる。
【００２９】
マンガンイオンの存在状態の確認
まず、生体下部用の造影剤として塩化マンガン水溶液を調整し、ＥＳＲスペクトル測定装置（日本電子社製、ＦＥ−１Ｘ（Ｘ−バンド））を用いて分析した。このときのＥＳＲスペクトルを、図１に示す。
比較のため、塩化マンガン水溶液について同様に得られたＥＳＲスペクトルを図３に示す。塩化マンガン水溶液は、低濃度領域ではほぼ完全に遊離の２価の陽イオンを生成していることが知られている。このイオンは磁気モーメントの大きい５個の不対電子を持ち、図示されるように、６本のピークを有する特有の微細構造を示す。
【００３０】
図１が図３に極めて類似していることから、本発明の造影剤組成物の使用状態におけるマンガンの状態は、２価の陽イオンであることが確認された。
【００３１】
次に、２価マンガンイオンがタンパクと共存した場合のＥＳＲスペクトルの変化を調べるため、ゲルクロマトグラフィを行った。
まず、２０％脱脂粉乳溶液と５×１０^-2Ｍ塩化マンガン水溶液の３：２混合液をゲルクロマトグラフィで展開した。各溶出画分のマンガン濃度とタンパク濃度は、それぞれ原子吸光法と２８０ｎｍにおける吸光度による測定した。得られたクロマトグラムを、図２に示す。
【００３２】
ここで、高いマンガン濃度とタンパク濃度を示した第３６溶出画分および第２６溶出画分について、ＥＳＲスペクトルを測定した。低分子量側の第３６溶出画分の測定結果を図４、高分子量側の第２６溶出画分の測定結果を図５に示す。なお、対照の塩化マンガン水溶液のＥＳＲスペクトルは、前出の図３に示したとおりである。
【００３３】
これらＥＳＲスペクトルの波形より、塩化マンガン水溶液（図３）、低分子画分の第３６溶出画分（図４）、高分子画分の第２６溶出画分（図５）の順で大きくマンガンイオンの運動が束縛されていることがわかる。
一般にタンパク質中のミネラル、すなわちＬｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ａｇ⁺、Ｃｓ⁺、Ｍｇ²⁺、Ｃａ²⁺、Ｍｎ²⁺、Ｃｕ²⁺、Ｚｎ²⁺等のイオンは、酸素原子、窒素原子および硫黄原子をもつ親水性原子団の殻に囲まれ、さらにこの親水性原子団の殻は炭素原子をもつ大きな疎水性原子団の殻に被覆されていると考えられている。高分子画分ほどマンガンイオンの運動が束縛されていることを示す本実験の結果は、この考え方を良く支持している。
【００３４】
更なる比較のために、高分子とマンガンイオンの結合状態にその化学構造が詳細に研究されている例として、グロブリン属タンパクの一種、コンカナバリンＡ中に存在する２価マンガンイオンのＥＳＲスペクトルを図６に示す。
コンカナバリンＡは四量体として存在し、１サブユニット当たり４個の２価マンガンイオンを含み、その２価マンガンイオンはタンパク質を構成するアミノ酸、すなわちＧｌｕ−８、Ａｓｐ−１０、Ａｓｐ−１９、Ｈｉｓ−２４をそれぞれ配位子として結合していることが知られている。図６にみられる波形の異方性から、この場合のマンガンは塩化マンガン水溶液中のような完全な遊離イオン状態ではなく、高分子骨格に束縛されていることがわかる。
【００３５】
Ｔ ₁ 強調画像、Ｔ ₂ 強調画像の輝度変化に対するマンガン濃度の影響
上述のように、本発明を適用して調整した造影剤におけるマンガンの存在状態が２価の陽イオンであることが確認されたので、次に種々の濃度の塩化マンガン水溶液について、Ｔ₁強調画像およびＴ₂強調画像の輝度を測定した。
ＭＲＩ装置としてはＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ社製、ＳＩＧＮＡ（パフォマンスプラス１．５Ｔ）を用い、スピンエコー法によりＴ₁強調画像（繰り返し時間５００ｍｓｅｃ、エコー時間２０ｍｓｅｃ）およびＴ₂強調画像（繰り返し時間２０００ｍｓｅｃ、エコー時間７０ｍｓｅｃ）の撮像を行った。
【００３６】
なお、比較のため、鉄を主成分とする造影剤の水溶液の蒸留水を用いて同様の測定を行った。結果を表１に示す。なお、この表の数値は、蒸留水を用いた場合の輝度を１００とした場合の相対値である。
【００３７】
【表１】

【００３８】
この結果より、マンガン濃度が１５μｇ／ｍｌのとき、Ｔ₁強調画像の輝度が極大値となり、画像が最も白くなる陽性効果が現れた。また、このとき同時にＴ₂強調画像については画像が灰〜黒色となり、陰性効果が現れた。
ここで、造影剤には、隣接する各臓器あるいは組織を識別し、しかも自身の高輝度によるＴ₂強調画像への妨害作用を低減する性能が求められる。この点を考慮すると、造影剤として好適な機能が発揮されるマンガンの濃度範囲は、Ｔ₁強調画像については陽性、Ｔ₂強調画像については陰性の造影効果が現れる５〜５０μｍ／ｍｌである。特に、Ｔ₁強調画像における輝度をやや抑えながらＴ₂強調画像における妨害を低減させる観点からは、２０〜３０μｇ／ｍｌの濃度範囲が最適であることが判明した。
【００３９】
糖類の添加による効果
本発明により製造した造影組成物は、主成分である遊離の２価のマンガンイオンに加え、その効果を維持、助長させる目的で各種糖類を含んでいても良い。
ここでは、マンガン濃度２０〜３０μｇ／ｍｌの造影組成物にオリゴ糖、還元麦芽糖水飴、アルギン酸ナトリウム、デキストラン、ソルビトールのいずれかを添加し、後述の表２に示されるような各造影組成物を調整した。これら造影組成物の各２００ｍｌを、人体の胴体の断層撮影を想定した円筒形のポリエチレン容器（直径６ｃｍ，高さ９ｃｍ）に入れ、横倒し状態にてバンドで固定し、スピンエコー法によりＴ₁強調画像とＴ₂強調画像を撮像し、画像の輝度を測定した。使用したＭＲＩ装置および各画像の撮像条件は、前述のとおりである。
【００４０】
また、オリゴ糖とアルギン酸ナトリウムを添加した造影組成物の一部については、ビーグル犬を用いた生体撮像も行った。この場合、腸管洗浄後の大腸、または排尿後の膀胱に造影剤を注入し、同様の測定を行った。
結果を表２に示す。なお、この表の数値は、蒸留水のＭＲＩの輝度の値を１００とした場合の相対値である。
【００４１】
【表２】

【００４２】
この結果より、大腸および膀胱内における造影組成物の輝度は、ポリエチレン容器内における輝度と大差なく、大腸および膀胱の抽出を含む生体下部組織との識別が極めて明瞭となった。このことは、大腸および膀胱内ではこれら造影剤組成物がほとんど消化、吸収または希釈されず、造影効果が良好に維持されることを示している。また、生体下部用の造影剤組成物の開発においては、生体外における実験でその効果を十分評価できることも判明した。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば遊離状態の２価のマンガンイオンを使用することにより、極く微量のマンガン使用量で、Ｔ₁強調画像において非常に優れた陽性造影効果を得ることができる。さらに、マンガン濃度を最適範囲に選択することにより、Ｔ₂強調画像への妨害を低減し、診断精度を向上させることができる。また、本発明の造影組成物の投与形式は生体下部組織への直接投与であるため、消化、吸収、希釈の影響を受けることがほとんどなく、この意味からも造影剤の使用量を最低限に抑えて生体安全性を高めることができる。
【００４４】
なお、微量のマンガンは本来生体にとって必須栄養素であり、その過剰症は特殊な例を除き報告されていない。本発明の造影組成物で用いられるマンガン量は、茶水等の通常の食品における含有量と同レベルであり、かかる低濃度にて実用上有効な造影効果が示されることは、まさに画期的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＭＲＩ診断用造影組成物のＥＳＲスペクトルである。
【図２】脱脂粉乳溶液に塩化マンガン水溶液を加えて展開したときのゲルクロマトグラムを各溶出画分のマンガン濃度とタンパク濃度で示す特性図である。
【図３】塩化マンガン水溶液のＥＳＲスペクトルである。
【図４】図２のゲルクロマトグラムの第３６溶出画分のＥＳＲスペクトルである。
【図５】図２のゲルクロマトグラムの第２６溶出画分のＥＳＲスペクトルである。
【図６】コンカナバリンＡ水溶液のＥＳＲスペクトルである。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a contrast agent excellent in contrast effect for MRI (magnetic resonance imaging) diagnosis of lower body tissues such as the large intestine, bladder and uterus.
[0002]
[Prior art]
The MRI method is a technique for measuring the existence state of water in a living body using the nuclear magnetic resonance (NMR) phenomenon of a hydrogen nucleus, and imaging the difference and distribution of the state as light and shade. This is because conventional X-ray CT is basically only for obtaining anatomical findings, but it is possible to obtain findings relating to the action of internal organs and physiological changes without radiation exposure. It has been widely applied to clinical use with the progress of 3D image processing technology.
[0003]
The NMR phenomenon can be characterized by two relaxation times, the spin-lattice relaxation time T ₁ and the spin-spin relaxation time T _{2, in} which the magnetization vector recovers in the original z-axis direction after the excitation pulse disappears. The former is the relaxation time due to energy exchange inside the magnetic moment system (spin system), and the latter is the relaxation time due to energy exchange between the spin system and the external system (usually lattice vibration).
[0004]
In the MRI method, attention is paid to one of these two parameters by appropriately selecting a pulse train, and only necessary ones of NMR parameters specific to the tissue to be measured are taken out and the image is enhanced. image T ₁ -weighted images, respectively, are referred to as T ₂ -weighted images.
For example, in the T ₁ weighted image, the image is white (positive contrast effect) at a portion where the degree of restraint is high and the spin-lattice relaxation time T ₁ is short, based on how the movement of water molecules in the living body is restricted. The part where the degree is low and T ₁ is long is expressed in black. For example, since water contained in normal biological tissue is almost in a state called free water, its spin-lattice relaxation time T ₁ is long and is expressed black on MRI.
[0005]
By the way, in the MRI method, it is known to use a contrast agent as a technique for increasing the detection sensitivity of a tissue lesion. As a contrast agent in this case, a substance having a contrast mechanism different in principle from an X-ray absorbing substance such as barium or iodine in X-ray image diagnosis, that is, a paramagnetic substance is used. This is because, for example, in the case of a positive contrast agent in a T ₁ -weighted image, a paramagnetic substance having unpaired electrons slightly increases the local magnetic field due to its magnetic moment, and the water T ₁ is shortened, resulting in image contrast. It is because it changes. That is, the contrast agent shortens the spin-lattice relaxation time T ₁ of free water, and it is expressed more white.
[0006]
Examples of paramagnetic substances include transition metals, organic radicals, oxygen, and nitrogen dioxide. However, it is necessary to select one having high biological safety for use in medical diagnosis. For example, as an oral contrast agent for upper gastrointestinal tract diagnosis, an iron-containing preparation disclosed in JP-A-2-191229, “ Diagnosis and treatment "Ammonium iron citrate reported in" 80 , 168 (1992) "or a trace amount of manganese compounds contained in food materials proposed in Japanese Patent Application No. 4-69370 are known.
[0007]
Further, as an intravenous contrast agent for blood vessel diagnosis, gadopentetate (molecular formula: C ₁₄ H ₂₀ GdN ₃ O ₁₀ C ₇ H ₁₇ NO ₅ ), which is a gadolinium chelate compound reported in AJR, 142 , 619 (1984). , Molecular weight: 742.79) has been put into practical use. Further, JP-A 63-287791 discloses manganese (II) chelate contrast agent, Mn-N, N′-dipyridoxylethylenediamine-N, N′-diacetic acid-5,5′-bisphosphoric acid. However, this has not been put to practical use.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, applying such a contrast agent to MRI diagnosis of lower body tissues such as the large intestine, bladder and uterus may cause various problems, and MRI diagnosis contrast agents for these lower body tissues have not yet been reported. Absent.
One of the problems is the large amount of administration components.
[0009]
For example, in the above clinical example using ammonium iron citrate, several hundred mg (Fe: 100-200 mg / 300 ml) of iron, or solution ferric pyrophosphate syrup (Fe 6 mg / Fe) iron about 100mg included in ml) have been used as positive contrast agents for T ₁ -weighted images. However, this is a considerable amount. Moreover, the state of iron is unstable in an aqueous solution that is in a normal use state as a contrast agent, and the contrast effect changes with time. For this reason, even when used for diagnosis of the upper gastrointestinal tract, it is recommended that it be used immediately after dissolution and taken within 20 minutes after administration. Therefore, it must be said that it is extremely difficult to administer the iron compound in the lower body tissue in an amount that can be expected to have a contrast effect.
[0010]
Similarly, for gadopentetate for intravenous injection, the dose during brain / myelography and trunk / limb imaging is 0.2 ml / kg (body weight) when a 0.5 mmol / ml solution is used. It is said that. Gadopentetate is a compound that is chelated to reduce the biotoxicity that can occur by using gadolinium in the free ionic state. However, this chelation increases the distance between the unpaired electrons on the gadolinium atoms that contribute to the increase of the local magnetic field and the surrounding water, and the effect of shortening the relaxation time is greatly reduced compared to the free cadolinium ions. . Therefore, in order to obtain a desired contrast effect, a certain high concentration of administration is required.
[0011]
When this gadopentetate is to be applied to the lower body tissue, unlike intravenous injection, this dose must be further increased, which is not practical from an economic point of view.
[0012]
As for manganese, it is also conceivable to divert the orally ingested contrast medium for diagnosis of the upper gastrointestinal tract proposed in Japanese Patent Application No. 4-69370 to the lower body tissue. However, since the contrast medium is administered directly to the lower body tissue without direct passage through the gastrointestinal tract, it is not necessary to include a taste-adjusting component that is not directly related to the contrast effect unlike the above-mentioned contrast medium for ingestion. In some cases, these taste-adjusting components may give unnecessary physiological effects to the lower body tissues.
[0013]
In an example focusing on manganese, there is an experimental report on the contrast effect in each organ of manganese absorbed by oral administration of high-concentration manganese (MnCl ₂ : 620 μmol / kg, 34 mg / kg in terms of Mn). Unlike the contrast agent composition of the present invention, this study is not the administration of a low-concentration solution, because this study is not intended for the purpose of medical diagnosis for the lower body.
[0014]
As another problem, it is necessary to solve a decrease in diagnostic accuracy caused by the difference in intensity between the image signals of the T ₁ weighted image and the T ₂ weighted image.
For example, in Nikkei Medical Journal, 11 , 182 (1991), in a practical concentration range as a contrast agent, iron ammonium citrate is increased for both T ₁ and T ₂ weighted images as the iron content increases. It has been reported to show a positive contrast effect. However, this effect results in a diagnostic, several disadvantages to T ₂ -weighted images. As one, because signal strength at T ₂ weighted images of the biological tissue is lower than T ₁ weighted images, indicating the contrast medium is high signal intensity in each organ was administered, the abdominal wall of the respiratory movement and peristalsis of the intestinal tract This may cause artifacts (false images) due to movement, resulting in poor image quality. In the T ₂ -weighted images, generally because of the characteristics such as a tumor lesion is extracted white, confusing be the actual lesion the contrast agent in each organ is white representation diagnostic performance may be reduced .
[0015]
Taking the above problems into consideration, an ideal contrast agent contains a transition metal element in a free ionic state, and is expressed in white in a T ₁ weighted image (positive contrast effect), on the other hand, a T ₂ weighted image. In contrast, it is desirable that each organ and lesion can be identified by being expressed in gray to black (negative contrast effect). An object of the present invention is to provide such an MRI diagnostic contrast composition.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the process of conducting intensive studies in order to achieve the above-mentioned purpose, the present inventors first pay attention to the transition metal element again, and stand from a new viewpoint that it is not a toxic substance to the living body if ingested in a trace amount. A large number of paramagnetic substances were screened. Furthermore, the state of transition metal elements where the contrast effect is most expected is returned to the origin that it is a free ion, and if the biotoxicity is weak, it is involved in the contrast by using the transition metal ion in the free state. The basic policy is that the amount of ingredients used can be minimized. As a result, if it is a trace amount, it is rather an inorganic component necessary for the living body, and attention was paid again to the amount of manganese contained in ordinary foods.
[0017]
Therefore, as a preliminary study, the concentration dependence of the MRI contrast effect of manganese was examined. That is, a sample was prepared by adding aqueous manganese chloride solutions having different concentrations, and as a result of actual measurement of the brightness (intensity) of each of the T ₁ and T ₂ weighted images using an MRI apparatus, Hei 4-69370) The tendency for the spin-lattice relaxation time T ₁ to decrease with increasing manganese content (positive effect) was reproduced. On the other hand, in the spin-spin relaxation time T ₂ weighted image, it was confirmed that when the amount of manganese added increases, the brightness of the MRI eventually decreases, that is, the negative effect tends to be exhibited. That is, manganese exhibits a positive effect due to the effect of shortening the spin-lattice relaxation time T _{1 in} an extremely small amount, but conversely shows a negative tendency when the concentration is further increased.
[0018]
The manganese concentration as the main component of the contrast agent composition in the present invention is such that the manganese concentration in the solution at the time of use is 5 to 50 μg / ml, preferably 20 to 30 μg / ml, based on the results described above and described later. It has been found suitable to prepare. Therefore, in order to produce the composition for gastrointestinal imaging according to the present invention, a manganese compound and / or a manganese-containing material may be used as an active ingredient and prepared as a contrast agent according to a conventional method.
[0019]
In order to obtain manganese ions in the free state, manganese chloride, manganese sulfate, and other inorganic or organic manganese compounds can be used. However, since it is necessary to be in a free ionic state in use, manganese free ions Use with chelating compounds that inhibit the condition should be avoided. The state of manganese ions can be known from the waveform of the ESR spectrogram obtained by the electron spin resonance (ESR) method.
[0020]
Further, in the present invention, it should be particularly noted that by using manganese in a free ionic state, the amount of manganese is extremely small, and it has been newly discovered that the intended purpose can be achieved. Manganese-containing materials can also be used freely. As the manganese-containing material, any material can be used as long as it is a material containing a predetermined amount of manganese regardless of whether it is derived from a natural source or an artificial product. For example, foods containing manganese, particularly foods rich in manganese, can be used as they are as a source of manganese. Therefore, the safety problem is completely eliminated, and the present invention is truly revolutionary in this respect.
[0021]
In Japan, there is no equivalent for manganese, but the recommended requirement in the United States is 2.5-5.0 mg. The source of manganese from the normal diet is mostly plant foods such as cereals, vegetables and beans, but among them, the content of tea leaves is particularly high, 1,948 ppm, and 1,432 ppm in the case of matcha tea. Some of them contain a concentration of. Manganese daily intake from the diet is about 2-6 mg. Regarding the in vivo absorption rate of manganese, in the case of oral administration in rats using radiation manganese, the absorption rate is 3 to 4%. In addition, as a result of examining the residual rate in the body when whey (whey) supplemented with ⁵⁴ Mn was ingested by humans, it was reported that the absorption rate of manganese was several percent and the maximum was 15 percent. Yes. Although the details of the mechanism of manganese absorption in the intestine have not yet been clarified, experiments using rats have shown that there is an active transport mechanism in the small intestine that reaches saturation early. This active transport involves proteins that bind specifically to manganese.
[0022]
Based on these findings, manganese is considered to pass through biological membranes by active transport, preventing the occurrence of toxicity due to excessive intake of manganese, and taking it effectively from foods with low manganese content. Seem. Moreover, since the absorption site of manganese at that time is the upper small intestine, it is predicted that the influence of digestion and absorption is small in the lower body tissue, and it is estimated that the contrast effect by manganese is sustained.
[0023]
In addition, there are very few reports of manganese poisoning, and chronic manganese poisoning is only seen in the cases of painters or workers working in manganese mines. However, manganese in that case is an example of entering the body through the lungs in the form of oxide dust. There are few reports of oral manganese poisoning. This may be due to the low intestinal absorption rate of manganese. As an extremely rare example, there is an example that is considered to be caused by manganese in well water, and it is considered that the absorption rate and amount of manganese are also related to the existence form of manganese.
[0024]
[Action]
In general, the effect of shortening the relaxation time by paramagnetic metal ions is that magnetic interaction between the electron spin of paramagnetic metal ions and the nuclear spin of water hydrogen nuclei is constant for a certain time when the water hydrogen nuclei approach within 5 Then, the water molecules are separated from the paramagnetic metal ions by the translational diffusion motion and replaced with other surrounding water molecules. Six water molecules can approach (6-coordinate) around the divalent manganese ion in the free state. As is clear from this relaxation theory, the T ₁ shortening effect on water is greatest when these transition metals are in a free ionic state.
[0025]
In particular, limited area density, i.e. of 5 to 50 [mu] m / ml manganese, positive contrast agents in MRI of T ₁ -weighted images, because in the T ₂ -weighted images serve as a negative contrast agent, tumors based on T ₂ -weighted images There is no risk of adversely affecting lesion diagnosis.
[0026]
Further, the absorption site of manganese, which is an active ingredient of the contrast composition, is in the upper digestive tract, and the absorption mechanism is considered to be active transport that saturates early. Therefore, direct administration to the lower part of the living body is hardly affected by digestion and absorption. Further, since the concentration of the active ingredient is extremely low, it can be used as a contrast medium for the lower body tissue in a state where the stimulation to the lower body tissue is minimized.
[0027]
【Example】
Hereinafter, specific examples of the present invention will be described based on experimental results.
[0028]
First, as a preliminary experiment, the existence state of manganese ions was confirmed by an ESR (electron spin resonance) method. This spectrum measurement method observes the spin resonance caused by the magnetic moment of the electron spin in the microwave frequency domain, and estimates the existence state of the target substance in the surrounding environment from the analysis of the fine structure of the spectrum. can do. In the case of the present invention, since the manganese ion which is a measurement target substance is a paramagnetic substance, it is an electron paramagnetic resonance measurement.
[0029]
Confirmation of the presence of manganese ions First, an aqueous manganese chloride solution was prepared as a contrast agent for the lower part of a living body, and analyzed using an ESR spectrum measuring apparatus (FE-1X (X-band) manufactured by JEOL Ltd.). did. The ESR spectrum at this time is shown in FIG.
For comparison, FIG. 3 shows an ESR spectrum obtained similarly for an aqueous manganese chloride solution. It is known that an aqueous manganese chloride solution almost completely generates a free divalent cation in a low concentration region. This ion has five unpaired electrons with a large magnetic moment and exhibits a unique microstructure with six peaks as shown.
[0030]
Since FIG. 1 is very similar to FIG. 3, it was confirmed that the state of manganese in the state of use of the contrast agent composition of the present invention is a divalent cation.
[0031]
Next, gel chromatography was performed to examine changes in the ESR spectrum when divalent manganese ions coexist with the protein.
First, a 3: 2 mixture of 20% nonfat dry milk solution and 5 × 10 ⁻² M manganese chloride aqueous solution was developed by gel chromatography. The manganese concentration and protein concentration of each elution fraction were measured by atomic absorption method and absorbance at 280 nm, respectively. The obtained chromatogram is shown in FIG.
[0032]
Here, ESR spectra were measured for the 36th and 26th elution fractions, which showed high manganese and protein concentrations. The measurement results of the 36th elution fraction on the low molecular weight side are shown in FIG. 4, and the measurement results of the 26th elution fraction on the high molecular weight side are shown in FIG. Note that the ESR spectrum of the control aqueous manganese chloride solution is as shown in FIG.
[0033]
From these ESR spectrum waveforms, manganese ions increased in the order of aqueous manganese chloride (FIG. 3), low molecular fraction 36th elution fraction (FIG. 4), and high molecular fraction 26th elution fraction (FIG. 5). It can be seen that the movement is restricted.
In general, minerals in proteins, that is, ions such as Li ⁺ , Na ⁺ , K ⁺ , Ag ⁺ , Cs ⁺ , Mg ²⁺ , Ca ²⁺ , Mn ²⁺ , Cu ²⁺ , Zn ²⁺ , are oxygen atoms, nitrogen It is believed to be surrounded by a shell of a hydrophilic group having atoms and sulfur atoms, and this shell of the hydrophilic group is covered with a shell of a large hydrophobic group having carbon atoms. The results of this experiment, which show that the movement of manganese ions is more constrained in the polymer fraction, support this idea well.
[0034]
For further comparison, as an example in which the chemical structure is studied in detail in the binding state of polymer and manganese ion, the ESR spectrum of divalent manganese ion present in Concanavalin A, a type of globulin protein, is shown. It is shown in FIG.
Concanavalin A exists as a tetramer and contains 4 divalent manganese ions per subunit, which divalent manganese ions are the amino acids that make up the protein, ie Glu-8, Asp-10, Asp-19, His. It is known that -24 is bonded as a ligand. From the anisotropy of the waveform shown in FIG. 6, it can be seen that manganese in this case is not in a completely free ion state as in the aqueous manganese chloride solution but is bound to the polymer skeleton.
[0035]
T ₁ -weighted images, as the influence <br/> above manganese concentration with respect to the luminance change of T ₂ -weighted images, the state of presence of manganese in the contrast agent was prepared by applying the present invention is a divalent cation As a result, the brightness of the T ₁ -weighted image and the T ₂ -weighted image was measured for manganese chloride aqueous solutions having various concentrations.
General Electric Co. as MRI apparatus, using a SIGNA (Pafomansu plus 1.5T), T ₁ -weighted images by a spin echo method (repetition time 500 msec, echo time 20 msec) and T ₂ weighted images (repetition time 2000 msec, echo time 70msec ).
[0036]
For comparison, the same measurement was performed using distilled water of an aqueous contrast agent solution containing iron as a main component. The results are shown in Table 1. In addition, the numerical value of this table | surface is a relative value when the brightness | luminance at the time of using distilled water is set to 100. FIG.
[0037]
[Table 1]

[0038]
From this result, when the manganese concentration was 15 μg / ml, the luminance of the T ₁ weighted image became a maximum value, and a positive effect that the image became whitest appeared. The image for the same time T ₂ -weighted images at this time becomes a gray-black, negative effects appeared.
Here, the contrast agent to identify the respective adjacent organs or tissues, performance is determined yet to reduce interference effects on T ₂ weighted images by their high brightness. Considering this point, the manganese concentration range in which a suitable function as a contrast agent is exhibited is 5 to 50 μm / ml in which a positive contrast effect appears for a T ₁ weighted image and a negative contrast effect appears for a T ₂ weighted image. In particular, it has been found that the concentration range of 20 to 30 μg / ml is optimal from the viewpoint of reducing the interference in the T ₂ weighted image while suppressing the luminance in the T ₁ weighted image.
[0039]
Effect by addition of saccharides The contrast composition produced according to the present invention may contain various saccharides for the purpose of maintaining and promoting the effect in addition to free divalent manganese ions as the main component. .
Here, one of oligosaccharide, reduced maltose starch syrup, sodium alginate, dextran, and sorbitol is added to a contrast composition having a manganese concentration of 20 to 30 μg / ml, and each contrast composition as shown in Table 2 described below is prepared. did. Each 200 ml of these contrast compositions is placed in a cylindrical polyethylene container (diameter 6 cm, height 9 cm) assuming tomography of the human torso, fixed in a band in a lying state, and T ₁ weighted by spin echo method. captures an image and T ₂ weighted images was measured brightness of the image. The MRI apparatus used and the imaging conditions for each image are as described above.
[0040]
In addition, for a part of the contrast composition to which oligosaccharide and sodium alginate were added, living body imaging using a beagle dog was also performed. In this case, a contrast medium was injected into the large intestine after intestinal lavage or the bladder after urination, and the same measurement was performed.
The results are shown in Table 2. In addition, the numerical value of this table | surface is a relative value when the value of the brightness | luminance of MRI of distilled water is set to 100.
[0041]
[Table 2]

[0042]
From this result, the brightness of the contrast composition in the large intestine and the bladder was not significantly different from the brightness in the polyethylene container, and the distinction from the lower body tissue including the extraction of the large intestine and the bladder was very clear. This indicates that these contrast medium compositions are hardly digested, absorbed or diluted in the large intestine and bladder, and the contrast effect is maintained well. It has also been found that in the development of a contrast agent composition for the lower part of a living body, the effect can be sufficiently evaluated by experiments in vitro.
[0043]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, by using a divalent manganese ion in a free state, a very excellent positive contrast effect in a T ₁ weighted image with a very small amount of manganese used. Can be obtained. Furthermore, by selecting the manganese concentration within the optimum range, it is possible to reduce interference with the T ₂ weighted image and improve diagnostic accuracy. Further, since the administration mode of the contrast composition of the present invention is direct administration to the lower body tissue, it is hardly affected by digestion, absorption and dilution, and in this sense, the amount of contrast medium used is minimized. It is possible to suppress the biological safety.
[0044]
Trace amounts of manganese are inherently essential nutrients for living organisms, and no excess has been reported except for special cases. The amount of manganese used in the contrast composition of the present invention is the same level as that in ordinary foods such as tea water, and it is truly epoch-making that a practically effective contrast effect is shown at such a low concentration. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an ESR spectrum of a contrast composition for MRI diagnosis to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a gel chromatogram when a manganese chloride aqueous solution is added to a skimmed milk powder solution, with the manganese concentration and protein concentration of each eluted fraction.
FIG. 3 is an ESR spectrum of an aqueous manganese chloride solution.
4 is an ESR spectrum of the 36th elution fraction of the gel chromatogram of FIG. 2. FIG.
FIG. 5 is an ESR spectrum of the 26th elution fraction of the gel chromatogram of FIG.
FIG. 6 is an ESR spectrum of an aqueous concanavalin A solution.

Claims

Manganese is contained in divalent cation form of the free, it is controlled to a range of manganese concentration of 5-50 [mu] g / ml at the time of administration, and characterized in that it is directly dosing to either at least 膀胱and uterus An MRI diagnostic contrast composition.