專利名稱：用于腫瘤治療和/或成象的試劑的制作方法
本專利申請(qǐng)要求于1997年11月20日提交的臨時(shí)專利申請(qǐng)系列No.60/067，081的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明大體上涉及用于腫瘤的成象或治療的物質(zhì)并涉及它們的應(yīng)用方法。更具體地說，本發(fā)明涉及基于碳水化合物的物質(zhì)，該物質(zhì)連接有一個(gè)順磁性原子，并且被腫瘤選擇性地吸收。
磁共振成象(MRI)已成為過去十年中一項(xiàng)重要的非介入性醫(yī)療技術(shù)。該技術(shù)提供靶核的圖象化分布。
MRI應(yīng)用與可調(diào)的梯度磁場(chǎng)結(jié)合的強(qiáng)直流磁場(chǎng)在空間上控制凈總磁場(chǎng)達(dá)到預(yù)先定值時(shí)的位置。隨著偏磁場(chǎng)在空間變化而施加一組射頻脈沖(RF)。當(dāng)RF能達(dá)到特定物種和周圍物質(zhì)的樣品原子的共振頻率時(shí)，這些樣品原子核就吸收RF能并且被激發(fā)到更高的自旋態(tài)。然后，該激發(fā)自旋態(tài)衰變到能量更低的激發(fā)態(tài)，該衰變常常伴隨RF脈沖(該脈沖通常被稱為“自旋回波”)的發(fā)射。原子核的共振頻率及其形成的自旋回波信號(hào)取決于這樣一些因素，包括質(zhì)量、密度、偶極矩、弛豫頻率，以及其周圍物質(zhì)的化學(xué)成鍵和靜電勢(shì)。儀器參數(shù)(例如脈沖序列、頻率等)也決定MRI成象信號(hào)。水性環(huán)境或脂質(zhì)環(huán)境中的質(zhì)子是MRI成象優(yōu)選的核，這是由于它們的豐富性和有益的弛豫特性。
為了增強(qiáng)有機(jī)體內(nèi)組織之間的反差，通常將造影劑導(dǎo)入患者體內(nèi)。一般說來，造影劑包含順磁性金屬離子(例如錳(magenese)、釓和鐵)。與質(zhì)子相比，同順磁性離子相關(guān)的大偶極干擾質(zhì)子的弛豫時(shí)間(即作為離子和質(zhì)子之間距離的函數(shù)的T)，所以提供可被用于成象的強(qiáng)差示信號(hào)。
存在著與用于MRI的順磁性金屬離子造影劑的應(yīng)用相關(guān)的困難。游離金屬離子通常毒性很大。為了降低毒性，過去一般是將游離金屬離子與小有機(jī)分子或聚合物螯合。但是，螯合傾向于減小金屬離子的相互作用效果，在更高的RFs下尤其如此。目前可獲得的螯合金屬離子不具備令人滿意的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)特性，也不能被生物分配到特別重要的組織(例如腫瘤)。本發(fā)明的造影劑能夠?qū)Ρ饶壳翱赡芡ㄟ^計(jì)算機(jī)化軸向斷層照相法(CAT)成象和監(jiān)測(cè)的腫瘤更小的腫瘤進(jìn)行MRI成象和監(jiān)測(cè)。所以，腫瘤在早期被檢測(cè)到而不需引入放射性示蹤物，從而提高了成功治療的可能性。
還證實(shí)了磁場(chǎng)是一種通過引起高熱而治療惡性組織的手段。應(yīng)用RF輻射而選擇性激發(fā)金屬離子提供了殺傷選擇性地?fù)饺虢饘匐x子的細(xì)胞(對(duì)周圍的細(xì)胞只有很小的或可逆的損傷)的前景。以前的工作的障礙在于一直難于將金屬離子靶向特定的細(xì)胞和產(chǎn)生局部高熱。
本文公開了一種用于體內(nèi)癌性腫瘤的磁共振成象的試劑。該試劑包含碳水化合物，它能結(jié)合到癌細(xì)胞上或透入癌細(xì)胞。該碳水化合物連接有一個(gè)順磁性原子，并且進(jìn)一步包含適合把該碳水化合物送遞至癌細(xì)胞的載體。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述順磁性原子包含釓。在一些實(shí)施方案中，所述載體可以包含脂質(zhì)體，它們包封碳水化合物。在其它實(shí)施方案中，該碳水化合物是D-葡萄糖，并且釓原子連接在它的2′位上。在其它實(shí)施方案中，該碳水化合物可以是葡萄糖異構(gòu)體，并且釓原子可能連接在2′位或3′位上。在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述試劑包含釓葡糖苷。
在本發(fā)明的另一方面，提供了一種治療腫瘤細(xì)胞的方法，它包括將一種能結(jié)合到該細(xì)胞上或透入該細(xì)胞的碳水化合物送遞到該細(xì)胞。所述碳水化合物連有一個(gè)順磁性原子。該碳水化合物物質(zhì)能結(jié)合或透入細(xì)胞，于是該細(xì)胞暴露于具有足夠的磁通量和頻率而引起順磁性原子共振的磁場(chǎng)中，以致在腫瘤細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高于約60℃的居里溫度。在一個(gè)實(shí)施方案中，順磁性原子可以包括鐵、釓或錳。本發(fā)明還提供了一種用于治療腫瘤細(xì)胞的試劑。該試劑包含選自單糖、二糖和多糖的碳水化合物。該碳水化合物連接有一個(gè)鐵原子。


圖1是釓葡糖苷的結(jié)構(gòu)式，它是一種實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選的物質(zhì)。
本發(fā)明克服了許多與現(xiàn)有造影劑和高熱劑相關(guān)的缺點(diǎn)，包括毒性的降低和腫瘤攝取的選擇性的增大。本發(fā)明操縱細(xì)胞(尤其是腫瘤細(xì)胞)從血流聚集碳水化合物的能力。碳水化合物(尤其是單糖)作為穩(wěn)定順磁性金屬離子的配體的應(yīng)用是本文詳述的腫瘤療法和成象方法的基礎(chǔ)。
碳水化合物是細(xì)胞功能中重要的代謝物。隨著細(xì)胞代謝作用的增大，細(xì)胞攝取的碳水化合物也同樣增加。所以，增長(zhǎng)著的腫瘤質(zhì)比周圍的非復(fù)制型組織積累平均每個(gè)細(xì)胞更大百分?jǐn)?shù)的可獲得的碳水化合物。
為了改變機(jī)體組織內(nèi)異常細(xì)胞物質(zhì)的核自旋特性和電子密度，需要選擇性地把順磁性金屬離子送遞到該異常區(qū)。順磁性金屬離子的送遞使異常細(xì)胞物質(zhì)順應(yīng)MRI成象和高熱介導(dǎo)的治療。在本發(fā)明中有效的合適的順磁性金屬離子包括但不限于碳水化合物包含的過渡金屬元素、鑭系元素和錒系元素，及其任何合適的順磁性離子。這樣的元素的闡述性離子有Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅲ)、Co(Ⅱ)、Dy(Ⅲ)、Er(Ⅱ)、Eu(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Gd(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Yb(Ⅲ)。優(yōu)選地，所述離子有Fe(Ⅲ)、Gd(Ⅲ)和Mn(Ⅱ)。
在本發(fā)明中有效的金屬化碳水化合物只受一個(gè)限制，即要求它們能結(jié)合或透入腫瘤細(xì)胞。為此，在本發(fā)明中有效的、合適的生物相容性化合物闡述性地包括戊糖單糖，例如核糖、阿戊糖、木糖、來蘇糖；己糖，例如阿洛糖、阿卓糖、葡萄糖、古洛糖、甘露糖、艾杜糖、半乳糖、果糖和塔羅糖；二糖，例如蔗糖、麥芽糖、纖維二糖和乳糖；多糖，例如纖維素和瓊脂糖；其吡喃糖；其呋喃糖；其糖苷；其糖醇；及其脫氧糖。優(yōu)選地，應(yīng)用碳水化合物的D對(duì)映體，原因包括細(xì)胞識(shí)別和生物相容性。更優(yōu)選地，所述碳水化合物是D-葡萄糖。
所述金屬離子和碳水化合物之間的配價(jià)鍵或共價(jià)鍵使得能把所述金屬離子送遞至細(xì)胞表面或內(nèi)部。所述金屬離子也可這樣與碳水化合物連接，即通過醇氧鍵、半縮醛或一個(gè)與該碳水化合物的碳架連接的鍵。優(yōu)選地，所述金屬離子通過氧鍵被固定在碳水化合物上。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，另外的小配體可被結(jié)合到該金屬離子上，以便滿足離子價(jià)。應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，碳水化合物上金屬離子的取代將使形成的金屬化碳水化合物被細(xì)胞酶代謝的可能性小得多。該金屬化碳水化合物的有限降解保證游離金屬離子及其氧化物的濃度低于毒性值。
通過應(yīng)用常規(guī)碳水化合物化學(xué)技術(shù)和純化將所述金屬離子導(dǎo)向碳水化合物的各結(jié)合位點(diǎn)。在碳水化合物的反應(yīng)中，應(yīng)用保護(hù)基(例如縮醛和縮酮)有效地保護(hù)某些羥基是本領(lǐng)域中熟知的。通過在合適的反應(yīng)條件下應(yīng)用例如丙酮和二乙氧基丙烷這樣的試劑，碳水化合物的金屬化被導(dǎo)向特定的位點(diǎn)。由于C-1和C-4結(jié)合位點(diǎn)在聚合和細(xì)胞識(shí)別中的重要性，所以優(yōu)選使本發(fā)明的碳水化合物在C-2或C-3位上金屬化。公認(rèn)的是，除C-2和C-3之外的位置如果提供所需的膜轉(zhuǎn)運(yùn)特性、毒性或治療特性，它們就是連接順磁性金屬離子的有效位置。就葡萄糖來說，所述金屬離子最優(yōu)選連接在C-2位，這是由于對(duì)立體因素的考慮。
作為治療劑，本發(fā)明的金屬化碳水化合物被送遞給患者的劑量?jī)?yōu)選在1～5mg/kg的范圍內(nèi)。本發(fā)明的金屬化碳水化合物可被這樣施用，即在合適的藥物載體中通過各種途徑(包括經(jīng)鼻、經(jīng)口、肌內(nèi)、皮下和靜脈內(nèi))施用。在一些場(chǎng)合中，需要將本發(fā)明的金屬化碳水化合物與佐劑一起施用，所述佐劑闡述性地包括無機(jī)凝膠(例如氫氧化鋁)，表面活性物質(zhì)(例如卵磷脂)，天然碳水化合物，肽，油乳膠等。當(dāng)使所述金屬化碳水化合物在腫瘤細(xì)胞內(nèi)循環(huán)和濃縮后，就能發(fā)揮所述金屬離子的磁特性的治療效益。
本發(fā)明的試劑可進(jìn)一步包含常用的配方助劑，例如穩(wěn)定劑、抗氧劑、重量克分子滲透壓濃度調(diào)節(jié)劑、緩沖劑、pH調(diào)節(jié)劑等。如果該試劑被配制成供腸胃外施藥，那么，在無菌的、生理上可接受的介質(zhì)中的溶液(例如等滲的或稍微高滲的水溶液)是優(yōu)選的。
就MRI檢查來說，本發(fā)明的試劑通過影響水質(zhì)子的弛豫時(shí)間而起作用。與質(zhì)子能量傳遞到周圍化學(xué)環(huán)境的速度相關(guān)的時(shí)間間隔(T1)因本發(fā)明試劑的存在而減小，從而增大了細(xì)胞(其中濃縮了該試劑)的局部圖象強(qiáng)度。優(yōu)選地，在MRI成象中應(yīng)用C-2位上結(jié)合了釓的D-葡萄糖，使常規(guī)RF脈沖序列與水性環(huán)境中同釓相關(guān)的協(xié)調(diào)物質(zhì)共振。
本發(fā)明的進(jìn)一步方面涉及一種通過定域磁偶合的、RF引起的高熱選擇性地殺傷腫瘤細(xì)胞的方法。應(yīng)用預(yù)定的已摻入了本發(fā)明試劑的腫瘤細(xì)胞同等物(coordinates)，該部位暴露于頻率足夠低而可忽略介電加熱效果的磁場(chǎng)中，以便保護(hù)正常的周圍組織。同樣低頻率的磁場(chǎng)在接觸了或含有本發(fā)明試劑的細(xì)胞中引起顯著的磁化、矯頑磁力和磁滯損耗，于是導(dǎo)致定域磁滯加熱。這樣低頻率的磁場(chǎng)是從具有感應(yīng)線圈和發(fā)生器的裝置獲得的。根據(jù)振幅和組織透入深度控制磁場(chǎng)而進(jìn)一步將虛假的高熱減至最小。該裝置通過升高定域部位的溫度至41～44℃的范圍而優(yōu)先破壞惡性細(xì)胞，但正常組織在高達(dá)約48℃的溫度下仍保持存活。優(yōu)選地，在本發(fā)明中應(yīng)用在C-2位被鐵原子金屬化的D-葡萄糖作為高熱治療腫瘤細(xì)胞的試劑。
順磁性離子金屬化的碳水化合物的組合屬于本發(fā)明的范圍。通過同時(shí)施用含不同金屬離子的碳水化合物，可達(dá)到弛豫(relaxivity)的增大和反差增強(qiáng)。通過實(shí)例，送遞D-葡萄糖-Fe與D-葡萄糖-Gd時(shí)，注意到釓比鐵具有更好的反差特性，但鐵比釓具有更好的高熱特性。同時(shí)施用這兩種試劑使得能疊合進(jìn)行MRI成象和高熱治療。
本發(fā)明的試劑還適合包封入腸溶包衣、囊泡或脂質(zhì)體中。包封所起的作用是保護(hù)本發(fā)明的金屬化碳水化合物以防消化道代謝或者選擇性地增強(qiáng)攝入特定的器官(例如，肝、脾和骨髓這些網(wǎng)狀內(nèi)皮器官)。優(yōu)選地，含釓的碳水化合物被包封入泡囊或脂質(zhì)體用于組織的成象；含鐵的碳水化合物則被用于其高熱治療。認(rèn)識(shí)到囊泡或脂質(zhì)體可進(jìn)一步包含常規(guī)化療劑(例如用于治療實(shí)體瘤和炎性損傷的順鉑)。由于癌細(xì)胞的高代謝速度，所以這些細(xì)胞優(yōu)先胞吞囊泡或脂質(zhì)體。與通過同時(shí)施用本發(fā)明的試劑而磁滯加熱含常規(guī)化療劑的細(xì)胞相關(guān)的溫度升高，通過由于將該細(xì)胞暴露于合適的低頻磁場(chǎng)所引起的細(xì)胞溫度的升高增大了常規(guī)化療劑的化學(xué)活性。這樣，本發(fā)明的試劑提高了已知化療劑的效能又不會(huì)通過高熱直接殺傷細(xì)胞。
可按本發(fā)明的原理合成一些物質(zhì)。一種具有特定用途的物質(zhì)是釓葡糖苷。該物質(zhì)具有圖1中所示的大體結(jié)構(gòu)，它包含三個(gè)葡萄糖分子，這三個(gè)葡萄糖分子通過它們的氧以配價(jià)鍵與釓鍵接。
圖1的物質(zhì)可通過如下方法合成其中，第一步，將6.9克(0.300摩爾)鈉完全溶于200ml無水異丙醇和100ml四氫呋喃的混合物。第二步，將無水(水含量小于100ppm)三氯化釓(25.0g,0.0948摩爾)分批加到該鈉溶液中。在回流下攪拌形成的混合物達(dá)五小時(shí)，然后在室溫下讓它靜置24小時(shí)以便產(chǎn)生無色三異丙氧化釓的溶液和氯化鈉沉淀。將約100ml該異丙氧化物溶液在Schlenk容器中抽空，將殘余物溶于150ml脫氧的無水二甲基甲酰胺中。
取10ml形成的溶液等分樣分析Gd含量，即在烏洛托品緩沖劑的存在下，以二甲酚橙作為金屬顯色指示劑應(yīng)用EDTA滴定法分析。在惰性氣氛中將90ml濃度為0.232M/l的該DMF溶液(20.88摩爾)與11.9g(66.05摩爾)無水α-D-葡萄糖在92ml無水DMF中混合。在90～95℃下加熱該反應(yīng)混合物達(dá)30分鐘，再傾入1.21干氯仿中。在#2 Schott玻璃過濾器上分離這樣產(chǎn)生的沉淀，用100ml氯仿洗滌，在100℃的真空下干燥。得產(chǎn)量為11.8g具有圖1所示通式的釓葡糖苷(理論產(chǎn)率的81％)。
本發(fā)明其它類似的物質(zhì)可通過大體相似的方法或者通過本領(lǐng)域技術(shù)人員明白的其它合成方法合成。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)從前面的描述明白，除了本文示出的和描述的那些之外還可對(duì)本發(fā)明作各種修改。這樣的修改也落在附后的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于體內(nèi)癌性腫瘤的磁共振成象的試劑，它包含能結(jié)合到癌細(xì)胞上或透入癌細(xì)胞的碳水化合物，所述碳水化合物連接有一個(gè)順磁性原子；以及適合把所述碳水化合物送遞至癌細(xì)胞的載體。
2．權(quán)利要求1的試劑，其中，所述順磁性原子是釓。
3．權(quán)利要求2的試劑，其中，所述碳水化合物是D-葡萄糖，并且釓原子連接在它的2′位上。
4．權(quán)利要求1的試劑，其中，所述碳水化合物是葡萄糖異構(gòu)體，并且所述順磁性原子連接在它的2′位或3′位上。
5．權(quán)利要求1的試劑，它包含釓葡糖苷。
6．權(quán)利要求1的試劑，其中，所述載體包括包封所述碳水化合物的脂質(zhì)體。
7．一種治療腫瘤細(xì)胞的方法，它包括如下步驟將能結(jié)合到該細(xì)胞上或透入該細(xì)胞的碳水化合物送遞到該細(xì)胞，所述碳水化合物在其一個(gè)碳原子上連接有一個(gè)順磁性原子；使所述碳水化合物結(jié)合到該細(xì)胞上或透入該細(xì)胞；以及將該細(xì)胞暴露于具有足夠的磁通量和頻率而引起所述碳水化合物中的順磁性原子共振的磁場(chǎng)中，以致在腫瘤細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生高于約60℃的居里溫度。
8．權(quán)利要求7的方法，其中，所述順磁性原子選自Cu、Cr、Co、Dy、Er、Eu、Fe、Gd、Mn、Ni和Yb。
9．權(quán)利要求7的方法，其中，所述順磁性原子自Fe、Gd和Mn。
10．權(quán)利要求7的方法，其中，所述碳水化合物是D-葡萄糖，所述順磁性原子是鐵并且連接在它的2′位。
11．權(quán)利要求7的方法，其中，所述碳水化合物是葡萄糖異構(gòu)體，并且所述順磁性原子連接在它的2′位或3′位。
12．一種用于治療腫瘤細(xì)胞的試劑，所述試劑包含選自單糖、二糖和多糖的碳水化合物，所述碳水化合物連接有一個(gè)鐵原子。
全文摘要
一種用于體內(nèi)癌性腫瘤的治療或成象的試劑,它包含其上連接有一個(gè)順磁性原子的碳水化合物。該碳水化合物能結(jié)合或透入癌細(xì)胞。當(dāng)該試劑被用于成象時(shí),釓構(gòu)成優(yōu)選的順磁性原子。當(dāng)該試劑被用于對(duì)腫瘤施加熱能時(shí),所述順磁性原子優(yōu)選包含鐵。該試劑可被分配在載體中,并且該載體可以包括脂質(zhì)體。該試劑可與其它的診斷物質(zhì)或治療物質(zhì)結(jié)合應(yīng)用。一種優(yōu)選的物質(zhì)包含釓葡糖苷。
文檔編號(hào)A61K49/08GK1299249SQ98812156
公開日2001年6月13日 申請(qǐng)日期1998年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月20日
發(fā)明者D·普拉特 申請(qǐng)人:D·普拉特