专利名称：以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及磁共振成像造影剂，具体涉及以2，5_ 二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂及其制备方法。
背景技术：
近年来，磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)已经成为医疗诊断中一种常规诊断方法，随着新型磁成像技术，比如功能磁共振成像(Functional MRI)、灌注磁共振成像(Perfusion MRI)等的开发和临床应用，以及高磁场强度仪器的投入使用，对具有高磁弛豫效率，高水溶性，低渗透压，低毒性的优良造影剂的需求变得日益重要。造影剂在磁共振成像中的作用是改变顺磁离子周围的水分子中氢原子的弛豫时间，增大被检测的目标部位与周边背景组织的磁信号差异，提高所获图像的对比度和清晰度，以利于对疾病和损伤的准确判断。目前用于临床的造影剂主要为含钆离子的小分子配合物，按照其结构特点可分为两类链状类(DTPA类似物)，大环类(D0TA类似物)。其中大环类由于其自身所具有的高的动力学和热力学稳定性，低毒性而备受关注，例如，Gd-DOTA(Dotarem，多它灵)，Gd-HP-D03A(ProHance,普络显思)，而Gd-DOTA稳定常数比链状Gd-DTPA高105，其弛豫效率(单位浓度的造影剂对水分子中氢原子的弛豫时间的改变)约为3. 6 士 Ojs-1HiT1;其中非离子型造影剂更受人们青睐，因其较低的渗透压，不会对血管造成额外损伤，例如Gd-HP-DO3A (ProHance，普络显思)(630m0sm/kg)比 Gd-DOTA (Dotarem，多它灵)(I35OmOsm/kg)的渗透压低一倍多。影响造影剂弛豫效率的其它主要因素包括与顺磁离子配位的内配层水分子数目(q)、配位水分子与溶剂水分子的交换速率(kj、分子的旋转速率(旋转相关时间)(τκ)等；配位水数目的提高往往导致造影剂稳定常数(Ktt)的下降，使得钆离子在体内环境中从配合物分子中解离出来，对人体产生毒性，这将严重限制造影剂的应用，所以，为提高造影剂的弛豫效率，更具操作性的方法是减慢造影剂分子的旋转速率。为达此目的，小分子造影剂被连接(共价或非共价形式)到不同种类的大分子物质上，如脂质体、高分子聚合物、树枝形分子、纳米颗粒、蛋白质等，试图利用这些大分子较长的旋转相关时间来降低顺磁基团的旋转速度，然而此类造影剂的缺点就是在人体中代谢缓慢，滞留时间长，可能造成慢性中毒等副作用，因而限制了此类造影剂的应用；另一提高分子旋转相关时间的方法是构建多核的造影剂分子，即将多个小分子造影剂连接为一个分子量较大的分子。随着整个分子的旋转相关时间的延长，多核造影剂的弛豫效率较单核小分子造影剂有所提高，但与理论预测的结果仍然有差距。研究表明，决定造影剂效率的实际上是顺磁离子的旋转速率(τι。。 ι)而非整个分子总体的旋转速率(τ gl。b )，当连接基团为柔性较强的烷烃链时，无论是小分子造影剂与大分子进行连接还是小分子造影剂相互连接为多核分子，其顺磁离子自身的旋转均与分子整体的旋转有较大差异，例如，Andre E. Mertach小组合成的[B0 {Gd (D03A) (H2O)} 2]造影剂(Water Exchange and Rotational Dynamics of the Dimeric Gadolinium(III) Complex [BO{Gd(D03A)(H2O)}2] AVariabIe-Temperature and-Pressure 17O NMR Study horg. Chem. 1996，35，3375-3379)，两个螯合配体 D03A 之间
用柔性很强的烷基醚链= 2,4)链接，结果表明总的旋转速率 (τ globe-r)虽比单核造影剂明显增大，但是顺磁离子的旋转速率(τ 1()。al_r)仍是限制弛豫效率增高的主要原因。 同时，很多构建二核或多核造影剂的设计和合成过程涉及到羧酸与胺基的缩合反应，此类缩合反应需要消耗掉原本用于顺磁离子螯合的配位基团羧基而生成酰胺 (Gadolinium Complexation by a New DTPA-Amide Ligand. Amide Oxygen Coordination Inorg. Chem. 1990，29，1488-1491)，这就造成造影剂分子中顺磁离子的配位能力降低，致使分子的热力学稳定性，配位水分子与溶剂水分子的交换速率随之下降。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的造影剂采用柔性链的连接基团而导致弛豫效率低和热力学稳定性差的问题，而提供以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂及其制备方法。以2，5- 二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂，该造影剂是在2，5- 二甲基吡嗪上同时共价连接两个D03A基团，每个D03A基团再分别与一个顺磁离子Gd3+螯合形
成配合物，具有如下结构以2，5- 二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂的制备方法，该方法由以下步骤实现第一步2，5-二(溴甲基)吡嗪的合成氮气保护下，在圆底烧瓶中加入2，5" 二甲基吡嗪和N-溴代丁二酰亚胺，再加入四氯化碳溶解，加热至80°C 90°C，反应30 45分钟，得到混合溶液，所述的N-溴代丁二酰亚胺与2，5_二甲基吡嗪的摩尔比为2 1，在混合溶液中加入过氧化苯甲酰，所述的过氧化苯甲酰的加入量为2，5-二甲基吡嗪质量的12%，回流过夜，得到反应产物，将反应产物用硅胶柱分离，得到二溴代的混合物；第二步二(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸叔丁基酯)-二甲基吡嗪 ((tBu-D(BA)2-BMP)的合成氮气保护下，将三-叔-丁基2，2'，2〃 -(1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7-三基)三乙酸酯.溴化氢盐酸盐CBU-D03A · HBr)和NaHCO3加入圆底烧瓶中，加入干燥的乙腈溶解，得到混合溶液，将步骤一中得到的二溴代的混合物加入到上述混合溶液中，反应回流过夜，得到反应产物，产物用硅胶柱分离，最终得CBu-D03A)2-BMP浅橙色固体粉末；第三步除去叔丁基保护基团氮气保护下，将步骤二中得到的(tBu-DCBA)2-BMP溶解于三氟乙酸中，于0°C 10°C下搅拌，再于室温下反应M 48小时，停止反应后，减压蒸馏除掉溶剂三氟乙酸，得到油状物，将得到的油状物溶解于甲醇中，冷却至0°C 5°C，向体系中缓慢滴加乙醚，直至沉淀完全，过滤，真空干燥得(D03A)2-BMP茶色粉末状固体；第四步与钆离子螯合将GdCl3溶液加入步骤三得到的(D03A)2_BMP水溶液中，于50°C 80°C下反应M小时 48小时，即得到二(钆合(1，4，7，10_四氮杂环十二烷-1，4，7-三乙酸))-二甲基吡嗪((Gd-D03A)2-BMP)，所述的(D03A) 2_BMP 与 GdCl3 摩尔比为 1 2。所述的步骤二中的反应温度为77°C 90°C ；所述的步骤二中NaHCO3和tBu-DCBA · HBr摩尔比为5:1;所述的步骤四中水溶液的PH值为6-7. 5。发明原理本发明以2，5_ 二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂，是在刚性连接基团2，5- 二甲基吡嗪上同时共价连接两个D03A基团，再与顺磁性金属离子Gd3+配合而得到的；除了 D03A中大环的四个氮原子和环上的三个羧酸基参与顺磁离子的配位以外，2，5_ 二甲基吡嗪上的氮原子也参与配位，这个配位键的形成，既增强了顺磁离子与化合物配合的稳定性，又使得连接2，5- 二甲基吡嗪和D03A的C-C键和C-N键不再自由旋转，C-C键和C-N键的自由旋转受限，使D03A和顺磁离子的旋转与2，5- 二甲基吡嗪更加一致，在客观上延长了顺磁离子的旋转相关时间，使造影剂的弛豫效率提高。本发明的造影剂在水溶液中稳定存在，且有极好的水溶性，都可以按照常规方法使用，方便使用，并且利于贮存，将其作为注射液使用，将其静脉注射到诊断对象包括人体或其它哺乳动物体内，然后直接进行磁共振成像检测，即可得到效果增强的磁共振成像图；本发明中的造影剂的给药量因外界条件的不同而有所不同，例如，诊断仪器型号(磁场强弱)，诊断对象用药部位等，但是比现在临床应用的单核小分子钆类造影剂用药量偏低，由于其弛豫效率提高50%以上，一般来说，作为具有潜在临床应用的造影剂，诊断对象主要为人类或其他哺乳类动物，故用药量可以为每千克体重0. 1 0.5毫摩尔。本发明的有益效果1、本发明采用刚性连接体构建二核造影剂，其顺磁离子的旋转与整个分子的旋转较之使用柔性链更加同步，本发明的造影剂与现在临床应用的大环类造影剂Gd-DOTA、Gd-HP-D03A相比，提高了 50%以上，(Gd_D03A)2_BMP的弛豫效率可达到5. SmT1sA2、本发明的造影剂采用可以提供顺磁离子配位的基团为连接体，提高了造影剂的稳定性；3、本发明的造影剂采用大环类D03A作为螯合钆离子的单体，以提高造影剂的热力学和动力学稳定性并且保证整个造影剂分子成中性不带电荷，即非离子性造影剂；4、本发明的造影剂毒性低，毒性实验结果表明造影剂(Gd-D03A)2_BMP用半数抑制浓度(IC5tl)来表征其毒性大小为6. 8毫摩尔/升。
图1本发明实施例1制备的造影剂(Gd_D03A) 2_BMP的质谱图；图2本发明实施例1制备的造影剂(Gd_D03A) 2_BMP的纵向弛豫速率1/ \随Gd3+ 浓度变化的线性关系图；图3为(I~b-D03A)2-BMP的静态磷光谱图；图4为(Tb-D03A)2_BMP在普通水溶液和氘代水溶液中的磷光衰减曲线图；图5为本发明实施例2制备的造影剂(Gd_D03A) 2_BMP的紫外-可见吸收谱图；图6本发明实施例3造影剂(Gd_D03A)2_BMP的细胞存活率随Gd3+浓度变化的细胞毒性图。
具体实施例方式以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂，该造影剂是在2，5-二甲基吡嗪上同时共价连接两个D03AQ，2'，2〃 -(1，4，7，10_四氮杂环十二烷_1，4， 7-三基)三乙酸)；2，2 ‘，2 “ -(1,4,7,10-tetraazacyclododecane-l,4,7-triyl) triacetic acid)基团，每个D03A再分别与一个顺磁离子Gd3+形成配合物，具有如下结构
权利要求
1.以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂，其特征在于，该造影剂是在 2，5- 二甲基吡嗪上同时共价连接两个D03A基团，每个D03A基团再分别与一个顺磁离子 Gd3+螯合形成配合物，具有如下结构
2.以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，该方法由以下步骤实现第一步2，5-二(溴甲基)吡嗪的合成氮气保护下，在圆底烧瓶中加入2，5-二甲基吡嗪和N-溴代丁二酰亚胺，再加入四氯化碳溶解，加热至80°C 90°C，反应30 45分钟，得到混合溶液，所述的N-溴代丁二酰亚胺与2，5_二甲基吡嗪的摩尔比为2 1，在混合溶液中加入过氧化苯甲酰，所述的过氧化苯甲酰的加入量为2，5-二甲基吡嗪质量的12%，回流过夜，得到反应产物，将反应产物用硅胶柱分离，得到二溴代的混合物；第二步CBu-D03A)2-BMP 的合成氮气保护下，将tBu-DCBA · HBr和NaHCO3加入圆底烧瓶中，加入干燥的乙腈溶解，得到混合溶液，将步骤一中得到的二溴代的混合物加入到上述混合溶液中，反应回流过夜，得到反应产物，产物用硅胶柱分离，最终得CBu-D03A)2-BMP浅橙色固体粉末；第三步除去叔丁基保护基团氮气保护下，将步骤二中得到的(tBu-DCBA)2-BMP溶解于三氟乙酸中，于0°C 10°C下搅拌，再于室温下反应M 48小时，停止反应后，减压蒸馏除掉溶剂三氟乙酸，得到油状物，将得到的油状物溶解于甲醇中，冷却至0°C 5°C，向体系中缓慢滴加乙醚，直至沉淀完全，过滤，真空干燥得(D03A)2-BMP茶色粉末状固体；第四步与钆离子螯合将GdCl3溶液加入步骤三得到的(D03A)2-BMP水溶液中，于50°C 80°C下反应M小时 48小时，即得到(Gd-D03A)2-BMP，所述的(D03A) 2_BMP与GdCl3摩尔比为1 2。
3.根据权利要求2所述的以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中的反应温度为77°C 90°C。
4.根据权利要求2所述的以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中NaHCO3和tBu-DCBA · HBr的摩尔比为5 1。
5.根据权利要求2所述的以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤四中水溶液的PH值为6-7. 5。
全文摘要
以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂及其制备方法，涉及磁共振成像造影剂领域。解决现有技术中的造影剂采用柔性链连接基团而导致弛豫效率低和热力学稳定性差的问题。该造影剂是在刚性连接基团2，5-二甲基吡嗪上同时共价连接两个DO3A基团，再与顺磁性金属离子Gd3+螯合而得到的，本发明还提供了以2，5-二甲基吡嗪为连接体的二核磁共振成像造影剂的制备方法。本发明造影剂(Gd-DO3A)2-BMP的弛豫效率可达到5.5mM-1s-1，且具有良好的稳定性，毒性小。
文档编号A61K49/10GK102552941SQ20111044755
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者徐经伟, 杨卫, 赵桂燕 申请人:中国科学院长春应用化学研究所