KR20030033053A - 핵 스핀 편극화 ｍｒ 영상화제를 사용한 샘플의 자기 공명연구 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 i) 분자 구조에 적어도 하나의 저장 비-제로 핵 스핀 핵을 함유하는 MR 영상화제를 수득하고; ii) 상기 저장 핵을 상기 MR 영상화제에서 핵 스핀 편극시키고; iii) 편극된 MR 영상화제를 샘플에 투여하고; iv) 상기 저장 핵으로부터 적어도 하나의 검출 비-제로 핵 스핀 핵으로 편극을 전달시키는 펄스 시컨스로 샘플을 처리하고, 이때 상기 검출 핵의 자기회전 비율은 상기 저장 핵의 자기회전 비율보다 높으며; v) 선택된 검출 핵에 있는 핵 스핀 전이를 여기시키도록 선택된 주파수의 방사선에 상기 샘플을 노출시키고; vi) 상기 샘플로부터 자기 공명 신호를 검출하고; vii) 임의로, 상기 검출된 신호로부터 영상, 동적 유동 데이타, 확산 데이타, 관류 데이타, 생리학적 데이타 또는 대사 데이타를 발생시키는 것을 포함하는, 샘플, 바람직하게는 인간 또는 비-인간 동물 신체의 자기 공명 연구 방법을 제공한다.

Description

핵 스핀 편극화 ＭＲ 영상화제를 사용한 샘플의 자기 공명 연구 방법{METHOD OF MAGNETIC RESONANCE INVESTIGATION OF A SAMPLE USING A NUCLEAR SPIN POLARISED MR IMAGING AGENT}

본 발명은 자기 공명 영상(MRI) 방법, 특히 상이한 자기회전 비율(γ)을 가진 상이한 핵 사이에서 편극 전달과 연관된 기술에 관한 것이다.

자기 공명 영상은 비-침입성이고 연구시 X선과 같은 잠재적으로 해로운 방사선에 환자를 노출시키지 않기 때문에, 의사들에게 특히 매력적인 진단 기술이다.

상이한 조직 유형의 MR 영상 사이에서 효과적인 대비를 달성하기 위해서는, 투여되거나 집합되는 영역에서 이완 시간에 영향을 미치는 MR 조영제 (예, 상자성 금속 종)을 환자에게 투여하는 것이 오랫동안 공지되어 왔다. MR 신호 강도는 영상 핵의 핵 스핀 상태 사이의 상태밀도 차이에 의존된다. 이는 볼쯔만(Boltzmann) 분포에 의해 좌우되고 온도 및 자기장 강도에 의존된다. 투여 및 MR 신호 측정에 앞서서, 비 제로 핵 스핀 핵(예,³He)을 함유하는 시약의 생체외 핵 스핀 편극과 연관된 기술이 개발되었다. 이러한 일부 기술은, 비 제로 핵 스핀 핵의 생체외 핵 스핀 편극을 달성하기 위하여, 투여가능한 MR 영상화제에서 편극화제, 예를들어 통상적인 OMRI 조영제 또는 초편극 기체를 사용하는 것과 연관된다. 편극화제란 MR 영상화제의 생체외 편극을 수행하기에 적절한 시약을 의미한다.

생체외 방법은, 연구중인 샘플에 편극화제의 전부 또는 실질적으로 전부를 투여하는 것을 피할 수 있는 반면, MR 영상화제에서 바람직한 핵 스핀 편극을 여전히 달성할 수 있다는 장점을 갖고 있다. 즉, 이 방법은 생체내 기술에서 OMRI 조영제의 투여가능성, 생체이용성 및 독성에 의해 부과되는 제약과 같은 생리적 요인에 의한 제약을 덜 받는다.

생체외 핵 스핀 편극과 연관된 MRI 방법은, 균일한 자기장으로 MR 신호를 방출할 수 있고(예,¹³C 또는¹⁵N 핵과 같은 MR 영상화 핵) 긴 T₁이완 시간을 나타내고 바람직하게는 추가로 긴 T₂이완 시간을 나타낼 수 있는 핵을 분자 구조내에 포함하는 핵 스핀 편극된 MR 영상화제를 사용함으로써 개선될 수 있다. 이러한 시약은 이하에서 "고 T₁시약"이라 불리운다.¹H₂O 를 포함하지 않는 용어인 고 T₁시약은 일반적으로 수용성이고, 37℃, D₂O 중에서 7T의 자기장에서 6초 이상, 바람직하게는 8초 이상, 더욱 바람직하게는 10초 이상, 특히 바람직하게는 15초 이상, 더욱 특히 바람직하게는 30초 이상, 더욱 더 특히 바람직하게는 70초 이상, 더 더욱 특히 바람직하게는 100초 이상의 T₁값을 갖는다. MR 영상화 핵이 자연에서 가장 풍부한 동위원소가 아니라면, 고 T₁시약의 분자는 MR 영상화 핵을 그의 자연적 동위원소 존재비에 비해 더 많은 양으로 함유하는 것이 바람직하다 (다시말해서, 시약을 상기 핵으로 "강화"시킨다).

MR 영상과 같은 MR 연구에서 초편극화 MR 조영제를 사용하는 것은, MR 신호강도가 비례하는 핵 편극이 MR 장치에서의 자기장 강도와 필수적으로 무관하다는 점에서, 종래의 MR 기술에 비해 장점을 갖는다. 현재, MR 영상화 장치에서 수득가능한 최고 자기장 강도는 약 8T인 반면, 약 0.2 내지 1.5T의 자기장 강도를 가진 임상적 MR 영상화 장치를 이용할 수 있다. 큰 공동 고 자기장 강도 자석을 위해서는 초전도 자석 및 복합 자석 구조가 필요하기 때문에, 이 자석은 고가이다. 초편극 조영제를 사용하면, 자기장 강도가 덜 중요하기 때문에, 지자기장 (40 내지 50μT)에서부터 최고의 달성가능한 자기장까지의 모든 자기장 강도에서 영상을 형성할 수 있다. 그러나, 환자로부터의 소음이 전자 소음보다 우세해지기 시작하는 경우, 매우 높은 자기장 강도 (일반적으로 영상 핵의 공명 주파수가 1 내지 20MHz인 자기장 강도)를 사용하는 것에 특별한 장점은 없으며, 따라서 초편극 조영제의 사용은 낮은 비용, 낮은 자기장 강도 자석을 사용하여 높은 성과를 얻을 수 있다는 가능성을 열었다.

앞서 증명된 바와 같이 (예를들어 본 출원인의 선행 국제 특허 출원 공개 WO-A-99/35508호 참조, 그 개시내용은 여기에서 참고문헌으로 인용됨), 주입가능한 조영제를 생성하기 위하여 긴 T₁핵, 예를들어¹³C 또는¹⁵N 핵을 포함하는 화합물을 초편극시킬 수 있다. 예를들어, '파라-수소 방법' (본 출원인의 선행 국제특허 출원 공개 WO-A-99/24080호 참조) 또는 동적 핵 편극 (DNP) (WO-A-99/35508호 참조)를 사용할 수 있다.

앞서 기재된 기술의 한가지 문제점은, 수소에 대한 자기회전 비율(γ)의 값은 42.6MHz/T인 반면, 탄소 및 질소에 대해서는 각각 10.7MHz/T 및 4.3MHz/T로 훨씬 낮다는 것이다. 그러나, MRI에 의해 발생된 영상의 신호-대-소음 비율은, 첫번째 근사치에서 영상화 핵의 자기회전 비율 값에 직선형으로 의존된다. 따라서, 대비 매질의 농도와 편극화 정도가 동일하다고 가정하면,¹³C- 또는 그 이상, 특히¹⁵N-기초 대비 매질을 사용하여 생성된 영상은¹H-기초 대비 매질을 사용하여 생성된 영상에 비해 훨씬 더 낮은 신호-대-소음 비율을 갖게 될 것이다.

특히 혈관조영술에서,¹³C- 또는¹⁵N-기초 대비 매질을 사용할 때의 추가의 단점은, MRI를 위해 요구되는 구배 전력에 관련된다. 이것은, 요구되는 구배가 영상화 핵의 자기회전 비율 값에 역으로 의존된다는 사실에 기인한다. 즉, 비교적 낮은 자기회전 비율 값을 가진¹³C- 또는¹⁵N-기초 대비 매질의 경우에, 그에 상응하여 높은 구배가 요구된다. 영상화 핵의 구배와 자기회전 비율 값 사이의 이러한 역비례 관계는,¹³C-기초 영상이¹H-기초 영상에서 사용되는 소정의 펄스 시컨스를 위해 필요한 것보다 대략 4배의 구배를 사용하여 수행되어야 함을 의미한다. 또한,¹⁵N-기초 영상이 요구될 때,¹H-기초 영상을 위해 필요한 것보다 구배가 약 10배인 것이 필요하다.

현재,¹H-기초 혈관조영술에서, 상 인공물을 억제하기 위하여 최대 이용가능한 구배 진폭이 사용된다.

따라서, 비-양성자 영상 핵, 특히¹³C 또는¹⁵N 핵을 함유하는 초편극화 대비 매질이 고속 영상 시컨스와 조합하여 사용된다면, 비-양성자 영상 핵의 자기회전 비율의 낮은 값으로 인해 적정 수준 미만의 영상 품질이 존재할 것이다.

또한, 생체외 편극 기술에서 비교적 높은 자기회전 비율을 가진 핵을 사용할 때의 문제점은, 이러한 핵이 비교적 짧은 T₁값을 갖는다는 것이다. 따라서, 생체외 편극 단계에서 비교적 낮은 자기회전 비율을 가진 핵을 사용하고 비교적 낮은 자기회전 비율을 가진 핵으로부터 비교적 높은 자기회전 비율을 가진 핵으로 편극을 전달하기 위해 펄스 시컨스를 사용함으로써, 이러한 문제를 경감시킬 수 있다.

따라서, 하나의 측면에서, 본 발명은 초편극화 핵, 바람직하게는¹³C 또는¹⁵N 핵을 함유하는 조영제를 생성한 후에, 조영제를 환자에게 주입하고, 이어서 초편극화 핵, 예를들어¹³C 또는¹⁵N 핵으로부터 더욱 높은 자기회전 비율 값을 가진 핵, 예를들어 영상 발생을 위한 영상화 핵으로서 작용하는¹H,¹⁹F 또는³¹P 핵으로 편극을 전달하는 펄스 시컨스로 환자를 처리하는 기술에 의하여, 상기-언급된 단점을 해결하는 방법에 관한 것이다.

따라서, 본 발명의 하나의 측면에서 볼 때,

i) 분자 구조에 하나 이상의 저장 비-제로 핵 스핀 핵을 함유하는 MR 영상화제를 수득하고;

ii) 상기 저장 핵을 상기 MR 영상화제에서 핵 스핀 편극시키고;

iii) 편극된 MR 영상화제를 샘플에 투여하고;

iv) 상기 저장 핵, 예를들어¹³C 또는¹⁵N 핵으로부터 하나 이상의 검출 비-제로 핵 스핀 핵, 예를들어¹H,¹⁹F 또는³¹P 핵으로 편극을 전달시키는 펄스 시컨스로 샘플을 처리하고, 이때 상기 검출 핵의 자기회전 비율은 상기 저장 핵의 자기회전 비율보다 높으며;

v) 선택된 검출 핵에서 핵 스핀 전이를 여기시키도록 선택된 주파수의 방사선에 상기 샘플을 노출시키고;

vi) 상기 샘플로부터의 자기 공명 신호를 검출하고;

vii) 임의로, 상기 검출된 신호로부터 영상, 동적 유동 데이타, 확산 데이타, 관류 데이타, 생리학적 데이타 (예, pH, pO₂, pCO₂, 온도 또는 이온 농도) 또는 대사 데이타를 발생시키는 것을 포함하는, 샘플, 바람직하게는 인간 또는 비-인간 동물 신체 (예, 포유동물, 파충류 또는 조류 신체)의 자기 공명 연구 방법이 제공된다.

바람직하게는, 본 발명의 방법은 혈관조영술을 위해 사용된다. 또한, 바람직하게는, 방법은 관류 등을 포함한 혈관 체계의 유체 동적 연구를 위해 사용될 수 있다.

바람직하게는, 상기 단계 iv)에 기재된 편극 전달의 효율은 pH, 산소 분압, 온도 또는 일부 기타 생리학적 매개변수에 의존되고, 따라서 본 발명의 방법을 통해 상기 매개변수의 지도를 작성할 수 있다.

따라서, 본 발명은, 분자 구조에 비-제로 핵 스핀 핵, 예를들어³Li,¹³C,¹⁵N,²⁹Si 또는⁷⁷Se 핵을 함유하는 MR 영상화제를 핵 스핀 편극 (여기에서, 달리 "초편극"이라 언급됨)시키고, (바람직하게는 용액 상태이지만 임의로 미세분할된 입자 상태에서, 그리고 바람직하게는 MR 영상화제로 편극을 전달하는데 연관된 종의 일부의 부재하에, 더욱 바람직하게는 실질적으로 전부의 부재하에) 초편극된 MR 영상화제를 투여하고, 샘플을 펄스 시컨스로 처리하여, 초편극된 핵, 예를들어³Li,¹³C,¹⁵N,²⁹Si 또는⁷⁷Se 핵, 바람직하게는¹³C,¹⁵N,²⁹Si 또는⁷⁷Se 핵, 더욱 바람직하게는¹³C 또는¹⁵N 핵으로부터 높은 값의 자기회전 비율, 바람직하게는 25% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상, 특히 바람직하게는 100% 이상, 가장 특히 바람직하게는 적어도 10배 이상 높은 값을 가진 핵, 예를들어¹H,¹⁹F 또는³¹P 핵, 바람직하게는¹⁹F 핵으로 높은 효율, 바람직하게는 75% 이상 효율, 더욱 바람직하게는 90% 이상 효율, 가장 바람직하게는 약 100% 효율로 편극을 전달하고, 통상적으로 생체내 MR 신호 발생 및 측정하는, 연속 단계들을 포함할 수도 있다. 그러나, 특정 상황, 예를들어 배경 신호가 낮은 상황에서는¹H 핵이 바람직할 수도 있다. 이러한 방식으로 수득되는 MR 신호는 통상적인 조작을 통해 유동, 확산, 생리학적 또는 대사 데이타를 포함한 2-, 3- 또는 4-차원 데이타로 편리하게 전환될 수 있다.

본 발명의 방법에서, 샘플은 무생물이거나 생물일 수 있고, 예를들어 인간또는 동물, 세포 배양액, 막이 없는 배양액, 화학 반응 매질 등일 수 있다.

따라서, MR 영상화제를 편극화시키고, 예를들어 환자 내로의 주사에 의해 투여한 후에, 영상 펄스 시컨스의 초기 여기, 종종 통상적인 MR 기술에서의 90° 펄스를 낮은 자기회전 비율 핵으로부터 높은 자기회전 비율 핵으로 편극을 전달하는 효과를 가진 펄스 트레인으로 교체한다. "펄스 시컨스"란 전자파 방사선의 펄스 시컨스, 예를들어 rf 펄스를 의미하는 것이다. 단지 일례로서¹³C으로부터¹H 핵으로 편극을 전달하기 위해 사용될 수 있는 몇가지 펄스 시컨스가 존재하지만, 표준 문헌에서 보통 발견되는 표준 DEPT 및 INEPT/재집중화 INEPT 펄스 시컨스, 또는 임의의 기타 개선책을 사용할 수 있다. 이어서, 편극 전달을 위해 사용되는 시컨스 다음에는 통상적인 영상 시컨스, 예를들어 RARE 시컨스가 뒤따른다. 임의로, 배경신호, 예를들어 배경 양성자 신호를 제거하거나 적어도 일부 감소시키기 위하여, 편극 전달 시컨스에 앞서서 포화 시컨스를 사용할 수 있다.

'스핀 뱅크(spin bank)' 기술과 공동으로 배경 신호를 제거할 수 있다. 이를 달성하기 위하여, 편극 전달을 수행하기 전에 배경 신호를 포화시킨다. 배경 신호의 회복 시간(T₁)은 편극 전달 시컨스의 지속 시간보다 훨씬 길기 때문에, 주요 신호 획득시 존재하는 배경 신호가 원칙적으로 존재하지 않는다. 이러한 경우에,¹H 핵이 바람직하다. 사실상,¹H 핵이 높은 자기회전 비율 핵으로 사용될 때만, 포화 펄스가 요구된다.

본 발명의 전문 용어에서,¹³C 핵에 편극이 저장된 경우에, 펄스 시컨스가 스핀 뱅크로부터의 회수에 필수적으로 영향을 미친다.

스핀 뱅크가 적절한 낮은 자기회전 비율 핵, 예를들어³Li,¹³C,¹⁵N,¹⁹Si 또는⁷⁷Se에 저장된 편극을 포함할 수도 있긴 하지만, 가장 낮은 자기회전 비율을 가진 핵, 예를들어¹³C 또는¹⁵N, 바람직하게는¹⁵N가 가장 바람직하다. 높은 자기회전 비율 핵,¹H,¹⁹F 또는³¹P 핵, 바람직하게는¹⁹F 또는³¹P 핵이 사용될 수 있기 때문에, 이렇게 생성된 MR 영상은 배경을 갖지 않는다.

조합으로서 가장 특히 바람직한 것은, '저장' 저 자기회전 비율 핵으로서의¹⁵N 및 '검출' 고 자기회전 비율 핵으로서의¹⁹F이다. 이러한 조합은 몇가지 장점을 갖는다: T₁시간이 매우 길고 감수성이 높고 자연적 배경이 없으며¹⁹F의 공명 주파수가¹H에 충분히 근접하며, 그 결과 표준 영상화 기계에 단지 매우 적은 변형만이 요구되고, 예를들어 통상적인 분광법-적응 영상화기로 충분하다.

저 및 고 자기회전 비율 핵이 둘다 동일한 분자, 다시말해서 핵이 공유 결합을 통해 연결된 분자 내에 존재하는 것이 특히 바람직하고, 바람직하게는 저 및 고 자기회전 비율 핵이 5개 이하의 결합, 더욱 바람직하게는 2 내지 4개 결합, 특히 3개 결합이 분리된 상태로 발견되었다. 간섭 핵은 바람직하게는 I=0 핵이고, 그들의 정상 동위원소 발생시에 치환된다면, 저 및 고 자기회전 비율 핵의 핵 자기 공명 진동수를 분열시키는 것을 피하기 위해, I≠1/2 핵, 예를들어 I=0 핵 또는 중수소 핵에 의해 바람직하게 치환된다. MR 영상화제는 바람직하게는 고 T₁시약 (저 자기회전 비율 핵에 대해)이고, 또한 수용성인 것이 바람직하다.

상기 기재된 것과 같은 MR 영상화제의 용도 및 일부 MR 영상화제 자체는 신규이며, 본 발명의 추가의 측면을 형성한다.

본 발명의 이러한 측면들의 첫번째에서 볼 때, 상이한 자기회전 비율 값의 비-제로 핵 스핀 핵을 2개 이상 함유하는 리포터 화합물이 제공되며, 바람직하게는 상기 적어도 2개의 비-제로 핵 스핀 핵이 5개 이하의 화학 결합, 더욱 바람직하게는 2 내지 4개의 화학 결합, 특히 바람직하게는 3개의 화학 결합에 의해 분리되어 있고, 바람직하게는 가장 풍부한 동위원소가 I=0의 핵 스핀을 가진 원자에 의해 상기 적어도 2개의 비-제로 핵 스핀 핵이 분리된다. 더욱 바람직하게는, 높은 자기회전 비율 값의 핵이 낮은 자기회전 비율 값의 핵보다 적어도 25% 이상, 더욱 바람직하게는 적어도 50% 이상, 특히 바람직하게는 적어도 100% 이상, 가장 바람직하게는 적어도 10배 높다.

특히 바람직하게는, 상기 적어도 2개의 비-제로 핵 스핀 핵을 분리하는 원자가 단지 I≠1/2 핵, 예를들어 I=0 핵으로 치환된 화합물이다.

리포터 화합물에 적어도 2개의 비-¹H 핵 및¹H 핵이 존재하는 경우에, 이러한 화합물은 선택된 특정한 펄스 시컨스에 의존하여 화합물에서의 낮은 자기회전 비율값 핵으로부터¹H 핵 또는 더 높은 자기회전 비율 핵으로 편극을 전달할 수 있는 가능성을 제공한다. 이러한 방식으로, 예를들어¹⁵N,¹⁹F 및¹H 함유 MR 영상화제를 사용할 때, MR 영상화제의 분포만을 필수적으로 뽑는¹⁹F 영상에 비하여,¹H 영상은 국소적으로 향상된 "반-천연" 영상을 제공할 수 있다.

본 발명의 추가의 측면에서 볼 때, MR 영상화제를 하나 이상의 생리학적으로 허용가능한 담체 또는 부형제와 함께 함유하는 생리학적으로 허용가능한 MR 영상화제 조성물이 제공되며, 상기 영상화제는 상이한 자기회전 비율 값의 적어도 2개의 비-제로 핵 스핀 핵을 함유하고, 상기 적어도 2개의 비-제로 핵 스핀 핵은 5개 이하의 화학 결합, 더욱 바람직하게는 2 내지 4개의 화학 결합, 특히 바람직하게는 3개의 화학 결합에 의해 분리되며, 바람직하게는 가장 풍부한 동위원소가 I=0의 핵 스핀을 갖는 원자에 의해 상기 적어도 2개의 비-제 핵 스핀 핵이 분리된다.

본 발명의 방법에서 사용하기 위해 특히 바람직한 리포터 화합물의 예는 다음과 같이 표시된다.

상기 식에서, 각각의 Me는 메틸기를 나타낸다.

이러한 분자(I)는 핵의¹⁵N -¹⁹F 조합을 함유하고, 이러한 조합이 특히 바람직한 것으로 언급된다. 또한, 이러한 분자는 높은 T₁값 (약 3분)을 갖고 양호한 수용성 및 약 5Hz의¹⁵N -¹⁹F 결합 상수를 갖는다. 불소 신호의 분열을 피하기 위해 나타낸 위치에서 중수소 원자가 바람직하다.

본 발명의 추가의 측면에서 볼 때, 상기 기재된 것에서 선택된 화합물과 하나 이상의 생리학적으로 허용가능한 담체 또는 부형제를 포함하는 생리학적으로 허용가능한 MR 영상화 조영제가 제공된다.

본 발명의 또 다른 추가의 측면에서 볼 때, 인간 또는 비-인간 신체의 MR 영상화에 의해 MR 영상을 생성하는 것을 포함하는 진단 방법에서 사용하기 위한 MR 영상화제 제조용의, 상기 기재된 화합물에서 선택된 화합물의 용도가 제공된다.

본 발명의 또 다른 추가의 측면에서 볼 때, 비-인간, 비-동물 샘플의 자기 공명 영상을 위한 상기 기재된 화합물에서 선택된 화합물의 용도가 제공된다.

첨부된 도면의 도 1은,¹⁵N -¹⁹F 편극 전달 후에 분자(I)로부터의 전형적인¹⁹F 스펙트럼을 나타낸다. 이 경우에, 편극 전달은 100% 였고, 사용된 펄스 시컨스는 재집중된 INEPT 였고, 검출 자기장은 1.5T의 강도를 가졌다.

"생리학적으로 허용가능한 용매"란, 인간 또는 비-인간 동물 신체에 의해 허용되는 용매, 용매 혼합물 또는 용액, 예를들어 물, 염수와 같은 수용액 또는 수성 알칸올 용액, 퍼플루오로카본 등을 의미한다.

생체내 영상화를 위해, MR 영상화제는 생리적으로 허용가능해야 하거나, 또는 생리학적으로 허용가능한 형태로 존재할 수 있어야 한다.

MR 영상화제는 바람직하게는 강력하게 핵 스핀 편극가능해야 하고 (예를들어, 5% 이상의 수준, 바람직하게는 10% 이상의 수준, 더욱 바람직하게는 25% 이상의 수준까지), 생리학적 조건하에서 긴 T₁이완 시간을 가진 저 자기회전 비율 핵, 예를들어¹³C 또는¹⁵N을 가져야 한다. 긴 T₁이완 시간이란, 일단 핵 스핀이 편극되면, 편안한 시간 간격으로 영상 절차가 수행될 수 있도록 충분히 긴 시간동안 MR 영상화제가 유지되는 시간 T₁을 의미한다. 따라서, 5초 이상, 바람직하게는 10초 이상, 더욱 바람직하게는 30초 이상, 특히 바람직하게는 70초 이상, 가장 특히 바람직하게는 100 초 이상동안 상당한 편극이 유지되어야 한다.

MR 영상화제는 바람직하게는 비교적 작아야 하고 (예를들어, 500D 미만, 더욱 바람직하게는 300D 미만 (예, 50 내지 300D), 더욱 더 바람직하게는 100 내지 200D의 분자량), 또한 액체 용매 또는 용매 혼합물, 가장 바람직하게는 물 또는 기타 생리학적으로 허용가능한 용매 또는 용매 혼합물에 가용성이어야 한다. 또한, 화학 변위, 또는 더욱 양호하게는 MR 영상화제에서 영상 핵으로부터 NMR 신호의 결합 상수는 생리학적 매개변수 (예, 형태, pH, 대사, 온도, 산소분압, 칼슘 농도 등)에 의해 영향을 받아야 한다. 예를들어, pH에 의한 영향은 일반적 질병 마커로서 사용될 수 있는 반면, 대사에 의한 영향은 암 마커로서 사용될 수 있다. 대안적으로, MR 영상화제는 편리하게는 MR 영상 핵이 상이한 결합 상수 또는 화학 변위를 갖는 물질에 대한 연구하에 있는 피험물 내에서 변환 (예를들어, 반감기가 리포터 핵의 10×T₁이하, 바람직하게는 1×T₁이하가 되는 속도로)되는 물질일 수 있다. 이 경우에, 피험물은 무생물 또는 생물일 수 있고, 예를들어 인간 또는 동물, 세포 배양액, 막이 없는 배양액, 화학 반응 매질 등 일 수 있다. 예를들어, 리포터 핵은 유기체의 생화학적 기관의 작동에 정보를 제공할 수 있고, 이를 수행할 때 상기 기관은 MR 영상화제를 변환시키고, 화학적 변위 또는 리포터 핵의 결합 상수를 변화시킨다. 이 경우에 사용되는 영상 과정은 형태학적 영상을 발생시키는 영상 절차라기 보다는 오히려 (또는 추가로) NMR 분광 처리일 수 있는 것으로 이해된다.

바람직한 MR 영상화제는 또한 저 독성 성질을 나타낸다.

MR 영상 핵이 양성자 이외의 것인 경우, (MR 영상 핵의 자연적 존재비가 무시할 수 있는 정도라면) 배경 신호들로부터의 간섭이 필수적으로 존재하지 않을 것이고 영상 대비가 유리하게 높을 것이다. 이것은, MR 영상화제 자체가 MR 영상 핵, 다시말해서 고 자기회전 비율 핵에서의 자연적 존재비보다 많은 경우에 특히 들어맞는다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 생성된 영상에 상당한 공간적 가중을 제공할 수 있다는 장점을 갖는다. 사실상, 샘플의 선택된 영역에 편극화 MR 영상화제를 투여 (예를들어 주사에 의해)하는 것은, 대비 효과가 그 영역으로 국소화될 수 있음을 의미한다. 정확한 효과는 MR 영상화제가 상당히 편극화된 채로 유지되는 기간 동안 생체분포 정도에 의존된다. 일반적으로, 시약이 투여되는 특정한 신체 부분 (즉, 혈관계와 같은 주요 영역, 특히 심장, 또는 뇌, 신장 또는 간과 같은특정 기관)은, 이러한 부분에서 생성되는 영상의 개선된 신호 대 소음 (특히, 개선된 대비 대 소음) 성질로 한정될 수 있다.

하나의 구현양태에서, 샘플 (예, 신체)의 "고유 영상" (즉, MR 영상화제의 투여 전에 수득되는 영상 또는 통상적인 MR 실험에서와 같이 이전의 편극 전달 없이 투여된 MR 영상화제에 대해 수득되는 영상)은, 본 발명에 따른 방법으로 수득되는 영상이 겹쳐질 수 있는 구조적 (예, 해부학상) 정보를 제공하기 위해 생성될 수 있다.

편리하게는, 일단 편극된 MR 영상화제는, 영상 처리가 편안한 시간 간격으로 수행될 수 있기에 충분히 장기간동안 유지될 수 있다. 일반적으로, 5초 이상, 더욱 바람직하게는 10초 이상, 특히 바람직하게는 30초 이상, 더욱 특히 바람직하게는 70초 이상, 더 더욱 특히 바람직하게는 100초 이상 (예를들어 1T 및 1nM 이상의 농도에서 37℃ 물 중에서)의 T₁값 (0.01 내지 5T의 자기장 강도 및 20 내지 40℃ 범위의 온도)을 갖는다면, 투여가능한 형태 (예를들어, 주사액)의 MR 영상화제에 의해 충분한 편극이 유지될 것이다. MR 영상화제는 유리하게는 긴 T₂이완 시간을 가진 시약일 수도 있다.

MR 영상화제가 충분히 편극된 채로 유지되는 시간 내에 본 발명의 방법이 수행되어야 한다면, 핵 스핀 편극 및 용해가 일단 일어난 후에 MR 영상화제의 투여가 빠르게 수행되고 MR 측정이 그 후에 곧 뒤따르는 것이 바람직할 것이다. 이것은 편극이 일어난 부위에 매우 가깝게 샘플 (예, 신체 또는 조직)이 입수될 수 있어야함을 의미한다. 이것이 가능하지 않다면, 물질이 바람직하게는 저온에서 관련 부위로 이동되어야 한다.

특정한¹³C 및¹⁵N 핵의 긴 T₁이완 시간이 특히 유리하고, 따라서¹³C 또는¹⁵N 핵을 저 자기회전 비율 핵으로서 함유하는 특정한 MR 영상화제를 본 발명에서 사용하기에 바람직하다. 바람직하게는, 편극된 MR 영상화제는 0.1% 이상, 더욱 바람직하게는 1% 이상, 더욱 더 바람직하게는 10% 이상, 특히 바람직하게는 25% 이상, 특별히 바람직하게는 50% 이상, 가장 특별히 바람직하게는 95% 이상의 효과적인¹³C 핵 편극을 갖는다.

생체내 이용을 위하여, 편극된 고형 MR 영상화제를 투여가능한 매질 (예, 물 또는 염수)에 용해시키고, 환자에게 투여하고, 통상적인 MR 영상을 수행할 수 있다. 따라서, 고형 MR 영상화제는 투여가능한 매질을 제형하는 것을 돕기 위해 빠르게 가용성 (예, 수용성)인 것이 바람직하다. 바람직하게는, MR 영상화제는 1mM 이상의 농도까지 1 mM/3T₁이상, 특히 바람직하게는 1mM/2T₁또는 더욱 특히 바람직하게는 1mM/T₁이상의 속도로 생리학적으로 허용가능한 담체 (예, 물 또는 링거액)에 용해되어야 한다. 고형 MR 영상화제가 동결되는 경우, 바람직하게는 혼합후 매질의 온도가 37℃에 가까와 지는 정도까지 투여가능한 매질을 가열할 수도 있다.

편극된 MR 영상화제가 저온 및 적용된 자기장에서 저장 (및/또는 이송)되지 않는다면, MR 영상화제의 편극화 용액이 상당히 편극된 채로 유지되는 시간내에 본발명의 방법이 수행되어야 하기 때문에, 편극된 MR 영상화제의 투여를 빨리 수행하고 그 후에 곧 MR 측정을 행하는 것이 바람직하다. 편극된 MR 영상화제의 바람직한 투여 경로는 예를들어 환괴 주입에 의한 비경구적 경로, 정맥내, 동맥내 또는 경구 주사이다. 주사 시간은 5T₁이하, 바람직하게는 3T₁이하, 더욱 바람직하게는 T₁이하, 특히 0.1T₁이하이어야 한다. 분무, 예를들어 에어로졸 분무에 의해 폐를 영상화할 수도 있다.

앞서 언급된 바와 같이, MR 영상화제는 바람직하게는 긴 T₁이완 시간을 가진 핵 (예,¹⁵N 또는¹³C 핵)으로 강화되어야 한다. 하나의 특정 위치 (또는 하나 이상의 특정 위치)에서 자연적 존재비보다 과다한 양, 즉 약 1% 이상의 양으로¹³C 를 갖는¹³C 강화된 MR 영상화제가 바람직하다. 바람직하게는, 이러한 하나의 탄소 위치는 5% 이상의¹³C, 특히 바람직하게는 10% 이상, 특별히 바람직하게는 25% 이상, 더욱 특히 바람직하게는 50% 이상, 더욱 더 바람직하게는 99% 이상 (예, 99.9%)의¹³C 를 갖는다.¹³C 핵은 바람직하게는 화합물 내의 모든 탄소 원자의 2% 초과에 달해야 한다. 카르보닐기 또는 특정한 4급 탄소에서의¹³C 핵이 전형적으로 2초 이상, 바람직하게는 5초 이상, 특히 바람직하게는 30초 이상의 T₁이완 시간을 가질 수 있다면, MR 영상화제는 바람직하게는 하나 이상의 카르보닐 또는 4급 탄소위치에서¹³C 강화된다. 바람직하게는¹³C 강화된 화합물은 특히¹³C 핵에 인접하여 중수소 표지화되어야 한다.

바람직한¹³C 강화 화합물은,¹³C 핵이 하나 이상의 비-MR 활성 핵, 예컨대 O, S, C 또는 이중 결합으로 둘러싸인 화합물이다.

하기 유형의 화합물이 또한 바람직하다 (더욱 상세한 사항은 WO 99/35508호 및 WO 96/09282호에서 찾아볼 수 있으며, 이들은 여기에서 참고문헌으로 인용된다):

(1) 1 내지 4개의 카르복실기를 포함하는 카르복실 화합물,

(2) 치환된 모노 및 비아릴 화합물,

(3) 당,

(4) 케톤,

(5) 우레아,

(6) 아미드,

(7) 아미노산,

(8) 카르보네이트,

(9) 뉴클레오티드, 및

(10) 표지물질(tracer).

물론, MR 영상화제는 생리학적으로 허용될 수 있거나 또는 샘플이 생물인 경우 생리학적으로 허용가능하고 투여가능한 형태로 제공될 수 있어야 한다. 바람직한 MR 영상화제는 수성 매질 (예, 물)에 가용성이고, 목적하는 최종 용도가 생체내인 경우에 비-독성이다.

MR 영상화제는 통상적인 약제 또는 수의학적 담체 또는 부형제와 함께 편리하게 제형될 수도 있다. 본 발명에 따라 제조되거나 사용된 MR 영상화제 제형은, MR 영상화제 이외에도, 인체 의학 또는 수의학에서 치료 및 진단용 조성물로 통상적이지만 상자성, 초상자성, 강자성 또는 준강자성 오염물을 함유하지 않고 깨끗하고 무균성인 제형 보조제를 함유할 수도 있다. 제제는 예를들어 안정화제, 산화방지제, 삼투몰농도 조절제, 가용화제, 유화제, 점도증진제, 완충제 등을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 이러한 제형 보조제의 어느 것도 상자성, 초상자성, 강자성 또는 준강자성이 아니다. 제형은 비경구적 (예, 정맥내 또는 동맥내) 또는 소화기 (예, 경구 또는 직장) 투여를 위해 적절한 형태, 예를들어 외부 공극관을 가진 체강 (예, 폐, 위장관, 방광 및 자궁)으로의 직접적 투여, 또는 심혈관 계 내로의 주사 또는 주입을 위한 형태일 수도 있다. 그러나, 생리학적으로 허용가능한 담체 (예, 물) 내의 용액, 현탁액 및 분산액이 일반적으로 바람직하다.

비경구적으로 투여가능한 형태는 투여시에 자극 또는 기타 역효과를 최소화하기 위해 낮은 삼투몰농도를 가져야 하고, 따라서 제형은 바람직하게는 등장성이거나 약간 고장성이어야 한다. 적절한 부형제는 염화나트륨 용액, 링거액, 덱스트로스 용액, 덱스트로스 및 염화나트륨 용액, 유당화 링거액, 및 문헌 [Remington's Pharmaceutical Sciences, 제15판, Easton: Mack Publishing Co. 1405-1412면 및 1461-1487면 (1975)] 및 문헌 [The National Formulary XIV, 제14판, Washington:American Pharmaceutical Association (1975)]에 기재된 것과 같은 기타 용액과 같이, 비경구적 용액을 투여하기 위해 통상적으로 사용되는 수성 부형제를 포함한다. 조성물은 비경구 용액을 위해 통상 사용되는 보존제, 항균제, 완충액 및 산화방지제, 부형제 및 MR 영상화제와 상용가능하고 제품의 제조, 보관 또는 사용을 방해하지 않는 기타 첨가제를 함유할 수도 있다.

MR 영상화제를 주사하는 경우에, 이완을 통해 편극이 소실되기 전에 대부분의 혈관 계통이 가시화될 수 있도록, 일련의 투여 부위에서 동시에 주사하는 것이 편리할 수도 있다. 혈관조영상을 준비하기 위해서는 동맥내 주사가 유용하고, 더 많은 동맥 및 혈관 계통을 영상화하기 위해서는 정맥내 주사가 유용하다.

생체내 영상에서 사용하기 위하여, 바람직하게는 실질적으로 등장성인 제제를 영상화 구역에서 1마이크로몰 내지 1M 농도의 MR 영상화제를 생성하기에 충분한 농도로 투여하는 것이 편리할 수도 있다; 그러나, 정확한 농도 및 투여량은 독성, MR 영상화제의 기관 표적화 능력 및 투여 경로에 의존될 것이다. MR 영상화제를 위한 최적 농도는 여러 요인들 사이에서 균형을 나타낸다. 일반적으로, 대부분의 경우에, 최적 농도는 0.1mM 내지 10M, 특히 0.2mM 내지 1M, 더욱 특히 0.5 내지 500mM의 범위이다. 정맥내 또는 동맥내 투여를 위한 제제는 바람직하게는 10mM 내지 10M, 특히 50mM 내지 500mM의 농도로 MR 영상화제를 함유한다. 환괴 주사를 위해, 농도는 편리하게는 0.1mM 내지 10M, 바람직하게는 0.2mM 내지 10M, 더욱 바람직하게는 0.5mM 내지 1M, 더욱 더 바람직하게는 1.0mM 내지 500mM, 훨씬 더욱 바람직하게는 10mM 내지 300mM이다.

본 발명의 방법에 따라 사용되는 MR 영상화제의 투여량은, 사용되는 MR 영상화제, 주요 조직 또는 기관, 및 측정 장치의 정확한 성질에 따라 변한다. 바람직하게는, 투여량은 검출가능한 대비 효과를 달성하면서도 가능한 한 낮게 유지되어야 한다. 전형적으로, 투여량은 LD₅₀의 약 10%, 예를들어 1 내지 1000mg/kg, 바람직하게는 2 내지 500mg/kg, 특히 바람직하게는 3 내지 300mg/kg의 범위일 것이다.

여기에서 언급된 모든 공보의 내용은 참고문헌으로 포함된다.

본 발명의 구현양태는 첨부된 도면을 참조하여 더욱 설명될 것이다. 도 1은 분자(I)로부터 계산된¹⁹F 스펙트럼을 나타낸다.

Claims (29)

1. i) 분자 구조에 적어도 하나의 저장 비-제로 핵 스핀 핵을 함유하는 MR 영상화제를 수득하고;

   ii) 상기 저장 핵을 상기 MR 영상화제에서 핵 스핀 편극시키고;

   iii) 편극된 MR 영상화제를 샘플에 투여하고;

   iv) 상기 저장 핵으로부터 적어도 하나의 검출 비-제로 핵 스핀 핵으로 편극을 전달시키는 펄스 시컨스로 샘플을 처리하고, 이때 상기 검출 핵의 자기회전 비율은 상기 저장 핵의 자기회전 비율보다 높으며;

   v) 선택된 검출 핵에서 핵 스핀 전이를 여기시키도록 선택된 주파수의 방사선에 상기 샘플을 노출시키고;

   vi) 상기 샘플로부터 자기 공명 신호를 검출하고;

   vii) 임의로, 상기 검출된 신호로부터 영상, 동적 유동 데이타, 확산 데이타, 관류 데이타, 생리학적 데이타 또는 대사 데이타를 발생시키는 것을 포함하는, 샘플, 바람직하게는 인간 또는 비-인간 동물 신체의 자기 공명 연구 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 방법이 혈관조영술을 위해 사용되는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 방법이 혈관계의 유체 동적 연구를 위해 사용되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 저장 핵이³Li,¹³C,¹⁵N,²⁹Si 및⁷⁷Sc 핵으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 저장 핵이¹³C 및¹⁵N 핵으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 검출 핵이¹H,¹⁹F 또는³¹P 핵으로 구성된 군에서 선택되는 것인 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 검출 핵이¹⁹F 핵인 방법.
8. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 핵이¹⁵N 핵이고, 상기 검출 핵이¹⁹F 핵인 방법.
9. 제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 상기 검출 핵의 상기 자기회전 비율이 상기 저장 핵의 자기회전 비율에 비해 25% 이상 더 높은 것인 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 검출 핵의 상기 자기회전 비율이 상기 저장 핵의 상기 자기회전 비율에 비해 10배 이상 높은 것인 방법.
11. 제1항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 상기 편극 전달이 75% 이상의 효율로 일어나는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 효율이 약 100% 효율인 방법.
13. 제1항 내지 제12항중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장 및 검출 핵이 동일한 분자 내에 존재하는 것인 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 저장 및 검출 핵이 5개 이하의 화학 결합의 분리로 발견되는 것인 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 분리가 3개의 화학 결합인 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 저장 및 검출 핵 사이의 간섭 핵이 I=0 핵이고, 그들의 정상적 동위원소 발생시에 치환된다면 I=0 또는 중수소 핵에 의해 치환되는 것인 방법.
17. 제1항 내지 제16항중 어느 한 항에 있어서, 상기 영상화제가 수용성인 방법.
18. 제1항 내지 제17항중 어느 한 항에 있어서, 편극 전달의 효율이 pH, 산소 분압, 온도 또는 일부 기타 생리학적 매개변수에 의존되어, 상기 매개변수들의 지도를 작성할 수 있는 방법.
19. 상이한 자기회전 비율 값의 비-제로 핵 스핀 핵을 2개 이상 함유하고, 바람직하게는 상기 2개 이상의 비-제로 핵 스핀 핵이 5개 이하의 화학 결합에 의해 분리되어 있는 리포터 화합물.
20. 제19항에 있어서, 상기 핵이 2 내지 4개의 화학 결합에 의해 분리되어 있는 리포터 화합물.
21. 제19항에 있어서, 상기 핵이 3개의 화학 결합에 의해 분리되어 있는 리포터 화합물.
22. 제19항 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서, 가장 풍부한 동위원소가 I=0의 핵 스핀을 갖는 원자에 의해, 상기 핵이 분리되어 있는 리포터 화합물,
23. 제19항 내지 제22항중 어느 한 항에 있어서, 높은 값 핵의 자기회전 비율이 낮은 값 핵의 자기회전 비율보다 25% 이상 높은 것인 리포터 화합물.
24. 제23항에 있어서, 높은 값 핵의 자기회전 비율이 낮은 값 핵의 자기회전 비율 보다 10배 이상 더 높은 것인 리포터 화합물.
25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개 이상의 비-제로 핵 스핀 핵을 분리하는 원자들이 단지 I≠1/2 핵에 의해 치환되는 것인 리포터 화합물.
26. 제19항에 있어서, 하기 화학식 I에 의해 표시되는 리포터 화합물.

    <화학식 I>

    상기 식에서, 각각의 Me가 메틸 기를 나타낸다.
27. 제19항 내지 제26항중 어느 한 항에 기재된 화합물을 하나 이상의 생리학적으로 허용가능한 담체 또는 부형제와 함께 포함하는, 생리학적으로 허용가능한 MR영상 조영제 조성물.
28. 인간 또는 비-인간 신체의 MR 영상화에 의해 MR 영상을 발생시키는 것과 연관된 진단 방법에서 사용하기 위한 MR 영상화제 제조용의, 제19항 내지 제26항중 어느 한 항에 기재된 화합물의 용도.
29. 비-인간, 비-동물 샘플의 자기 공명 영상을 위한, 제19항 내지 제26항중 어느 한 항에 기재된 화합물의 용도.