專利名稱：橋頭放射標記的化合物及其使用方法
專利說明橋頭放射標記的化合物及其使用方法 本發(fā)明涉及化學(xué)標記的化合物以及所述化合物在診斷和治療中的應(yīng)用。
現(xiàn)在不使用成像技術(shù)的話，很難對病人進行診斷。成像的目的之一在于降低對侵入性方法的需要。對于患者而言，其不僅更舒適和安全，而且成像獲得通過其他方式不可能獲得的解剖學(xué)和生理學(xué)視圖。
通常，成像可以解決兩個問題結(jié)構(gòu)和功能。人們可以觀察體內(nèi)結(jié)構(gòu)和成像解剖，或者觀察化學(xué)進程和成像生物化學(xué)。結(jié)構(gòu)成像技術(shù)包括x-射線、CT(計算機斷層掃描)和MRI(磁共振成像)。能夠看到體內(nèi)生物化學(xué)進程，是SPECT(單光子發(fā)射計算體層攝影)和PET(正電子發(fā)射斷層成像術(shù))成像目前的作用。
PET和SPECT是成像技術(shù)，其中將放射性核素合成引入至潛在生物學(xué)相關(guān)分子中，所述生物學(xué)相關(guān)分子也被稱作示蹤劑，并向患者給藥所述生物學(xué)相關(guān)分子。根據(jù)所謂的放射性藥物的性質(zhì)，其可以任何數(shù)量的適當(dāng)方式給藥，例如通過吸入、攝食或更常規(guī)地是靜脈注射。隨時測量放射性示蹤劑以后的攝取，以獲得有關(guān)感興趣的生理學(xué)過程的信息。因為所用特定同位素的高能(伽馬射線)發(fā)射，和檢測它們所用裝置的靈敏度和精密度，因此可以從體外推導(dǎo)切片內(nèi)的放射性二維分布。因此，PET和SPECT都屬于發(fā)射和斷層攝影(來自于表示切斷的希臘文tomos)技術(shù)。這兩個特征均將這些現(xiàn)代成像技術(shù)與常規(guī)放射照相方法區(qū)別開來，例如胸x-射線，其中外源性輻射穿透受試者，從而產(chǎn)生身體器官和體腔的平面輪廓。然而，PET和SPECT依賴于相似的原理產(chǎn)生它們的圖像，儀器、放射化學(xué)和實驗應(yīng)用上的重大區(qū)別是通過其各自光子發(fā)射的物理學(xué)內(nèi)在差異表現(xiàn)出來的。
具有過量質(zhì)子數(shù)的不穩(wěn)定核素可以采用一種或兩種手段以降低其凈核正性(nuclear positivity)。在一放射性衰變圖解中，質(zhì)子轉(zhuǎn)化成中子，發(fā)射出稱為正電子(表示為ε+或β+)的粒子。具有同一質(zhì)量但相反的電荷，正電子是具有等量電子的反物質(zhì)。當(dāng)從核中射出時，正電子與電子碰撞，致使兩個粒子湮沒而釋放能量。質(zhì)量和動量轉(zhuǎn)化原理表明產(chǎn)生了兩個光子(伽馬射線)，各自具有同等能量和完全相反的軌跡(180°分開)。由于這個原因，PET有時被稱作雙重光子發(fā)射斷層攝影術(shù)。在PET操作中最常用的正電子發(fā)射核素是11-碳(11C)、13-氮(13N)、15-氧(15O)和18-氟(18F)。
通過定位湮沒事件源的PET掃描器利用背對背光子途徑的特異空間標記，已知這種方法是重合探測。可以將PET掃描器概念表達為圍繞身體的環(huán)狀照相機。不使用膠片，但是PET(和SPECT)掃描器使用更高靈敏度的由高密度的結(jié)晶物質(zhì)(例如鉍鍺氧化物、碘化鈉或氟化銫)制得的閃爍檢測器，其捕獲不可見的、高能的伽馬射線，并使其轉(zhuǎn)化成可見光。這種光的短暫閃光通過緊密靠近的光電倍增管(PMT)轉(zhuǎn)化成電脈沖。晶體和PMT一起構(gòu)成放射檢測器。并非孤立的使用個體檢測器外，PET照相機是按照使得相對的檢測器是電子連接的方式構(gòu)成的。當(dāng)在成對的檢測器重疊中分離閃爍事件時，推測在沿著兩者之間的想象線的同一點發(fā)生湮沒事件。上述信息被計算機記錄下來，稍后采用計算斷層照相法的原理重建圖像。相反則忽略了單個事件。盡管可以信服的是，來自空間分離湮沒事件的兩個無聯(lián)系的光子可能一致地到達相對的檢測器，這些偶然的巧合相比真實事件具有少之又少的頻率。事實上，重合探測是非常有效的技術(shù)，且有助于PET優(yōu)良的抽樣速率和靈敏度。
對PET的一個實質(zhì)性限制是來自正電子衰變的性質(zhì)及重合探測的原理。具體地說，PET識別正電子湮沒的位點，而不是放射性衰變的位點。由于在能夠與電子碰撞之前，正電子必須逐漸到達組織支托，湮沒常常在遠離正電子源點一定距離處存在。分離這兩個事件衰變和湮沒的距離，取決于正電子的平均動能，由于其離開原子核，并根據(jù)所涉及的特定同位素變化。對于11C衰變而言，這個距離大致是2mm。此外，如果正電子在湮沒時不是全部靜止，光子將以略微不同于180°的角度發(fā)射。一起考慮的話，遠距離的正電子湮沒和光子非線性相關(guān)在PET可完成的空間分辨率上設(shè)置了理論上的限制，其估計是在2-3mm。
在正電子發(fā)射的可選擇性圖解中，某些富含質(zhì)子的放射性核素可能代替捕獲沿著軌道運行的電子，再一次使質(zhì)子轉(zhuǎn)變成中子。得到的子核常常保持殘留受激。這種亞穩(wěn)定排列隨后消散，從而在過程中達到基態(tài)并產(chǎn)生單個伽馬光子。通過電子捕獲和/或伽馬發(fā)射衰變的同位素可用于SPECT，包括123-碘(123I，例如腦應(yīng)用)，長時間亞穩(wěn)定的核素99m-锝(99mTc，例如骨、肝和腦應(yīng)用)及Ga-67(例如，各種腫瘤應(yīng)用)。因為伽馬射線是從衰變位點直接發(fā)射，因此對于SPECT，在空間分辨率上不存在可比較的理論限制。然而，單個光子的發(fā)射意味著SPECT的儀表裝置必須在本質(zhì)上不同于PET。SPECT利用了稱作準直的技術(shù)，而不是重合探測。準直管可認為是含有很多小孔的導(dǎo)塊，其插入在受試者和輻射檢測器之間?？鬃銐虻拈L和狹窄，以使得僅僅允許基本上平行軌跡的光子通過準直管并到達檢測器。基于準直管的孔的定向知識，檢測光子的最初途徑是直線延伸的。相反，對不平行的光子，輕微偏離的伽馬射線可被鉛吸收而不被檢驗出來。由于可以成像，準直相對于重合探測是較少有效的，因為很多潛在的提供信息的光子被過濾掉了。盡管準直相對于PET靈敏度較低，但是準直管設(shè)計和輻射檢測上的進步已經(jīng)使得SPECT足夠靈敏地用于幾乎所有的常規(guī)應(yīng)用中。
盡管關(guān)于光子發(fā)射和檢測的物理原理不相同，但是PET和SPECT將關(guān)于光子路徑的信息翻譯成橫截面的身體成像的手段在很大程度上是相同的。因為僅僅知道關(guān)于光子的方向而沒有深度的信息，需要從圍繞全頭(entirehead)的多角度觀察光子的軌跡。根據(jù)給出的角度或觀察點的一套測量方法被稱作投影。在PET中，通過環(huán)狀的基本上接近的輻射檢測器獲得多重投影，然而SPECT照相機通常使用多個檢測器頭，其圍繞受試者同步旋轉(zhuǎn)并在完整的360°內(nèi)采集數(shù)據(jù)。在記錄來自多重投影的數(shù)千條軌跡之后，通過回掃或“反投影”通過每個成像角度的視圖區(qū)域的伽馬射線的軌跡，產(chǎn)生了在給定身體切片內(nèi)的放射性分布的圖片。反投影的方法雖然復(fù)雜，但是概念上類似于簡單的難題，其中方格網(wǎng)中的數(shù)是從沿著各行的和推論的。然而，PET和SPECT圖像是由輻射密度值的大得多矩陣構(gòu)成的(例如，128×128或256×256元素)。因此，快速電腦協(xié)作處理和有效的數(shù)學(xué)算法(快速傅立葉轉(zhuǎn)換)通常用于解決龐大量的數(shù)據(jù)和涉及的密集計算。一旦確定其輻射值，個體矩陣元素被指定對應(yīng)顏色的色度，并在視頻終端上顯示為圖像元素或象素。以這種方式產(chǎn)生了身體內(nèi)的放射性分布的PET或SPECT圖。
現(xiàn)在，簡單反投影的方法很少用于重建圖像。而被稱作濾過的反投影的改良技術(shù)幾乎得到了普遍的應(yīng)用。濾波的原因涉及反投影方法本身引入的定量成像的假象，甚至在缺乏其他統(tǒng)計噪聲源的情況下。在回掃光子的路徑時，衰變的實際點是不確定的。因此，對于沿著軌跡線的每個點而言，反投影算法被迫假定放射性衰變和輻射值具有相等的概率。具有高濃度放射性的身體面積是突出的來自重疊多重投影的許多軌道，且它們的概率值相加。然而，不含放射性的面積具有殘留算法統(tǒng)計推測的記號，小但有限，數(shù)值歸因于不應(yīng)存在的面積。盡管這個問題隨著增加的空間采樣和更大量的投影而減少，但是濾波器仍然通過從圖像中減去虛假值而通常用于恢復(fù)定量準確度。已經(jīng)開發(fā)了多重濾波技術(shù)，之所以選擇其取決于所需的特定應(yīng)用。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)濾波器在其相對沖突空間分辨率和噪聲放大之間的權(quán)衡選擇濾波技術(shù)。因此，所選的濾波器可以通過成像背景測定。
概括來講，SPECT和PET都采用“示蹤劑”的想法，其涉及生物活性化合物的類似物，其中一個原子已經(jīng)被放射性取代基(例如放射性的原子或包含放射性的原子的分子)替代來成像化學(xué)過程。當(dāng)示蹤劑引入體內(nèi)時，其位點特異性攝取可以采用由標記原子發(fā)射的光子(伽馬射線)跟蹤。
在SPECT中，示蹤劑的放射性原子通常是Tc-99m(例如骨、肝和腦應(yīng)用)、I-123(例如腦應(yīng)用)和Ga-67(例如多種腫瘤應(yīng)用)。在體內(nèi)，當(dāng)這些放射性原子之一衰變時，通過SPECT成像裝置檢測發(fā)射光子。SPECT成像某些化學(xué)進程的能力被下述事實掩蓋，即同位素傾向于成為相對大的原子，因為立體原因其用于標記某些化合物不是很理想。
PET使用正電子發(fā)射同位素(例如氟-18和碳-11)標記的示蹤劑。這些同位素具有相對短的半衰期，其縮短了與患者接觸的時間。特別地，氟-18顯示了其僅僅少于約2小時的半衰期，碳-11顯示了僅僅大約20分鐘的半衰期。PET的一個優(yōu)點是具有更高的靈敏度。
PET和SPECT腦成像的臨床應(yīng)用可以是大致分為局部神經(jīng)元活性、神經(jīng)化學(xué)的測量，或者是體內(nèi)藥理學(xué)的測量。局部神經(jīng)元活性與能量消耗相關(guān)，并可以采用葡萄糖代謝測量，葡萄糖代謝本身通常與血流積極地結(jié)合。因此，測量局部神經(jīng)元活性的PET示蹤劑可以包括[18F]FDG(葡萄糖代謝)和[15O]H2O(血流)。在另一方面，SPECT不具有相當(dāng)?shù)挠糜谄咸烟谴x的示蹤劑，但可以使用99mTc-和123I-標記的化合物以及133Xe來實現(xiàn)血流的測量。
測量局部神經(jīng)元活性的PET和SPECT成像的臨床應(yīng)用，可以是用于確定神經(jīng)障礙，及包括腦缺血和癲癇病灶的定位、及從腫瘤生長區(qū)分放射性壞死。在至少后兩種情形下，成像結(jié)果可以直接影響臨床治療。例如，患有藥物治療難治的癲癇的患者的神經(jīng)外科治療，關(guān)鍵取決于癲癇發(fā)作病灶的精確定位，其通常遠離腦的表層，而且通過頭皮電極腦電圖(EEG)難以定位。在發(fā)作期間，癲癇發(fā)作的病灶是代謝減退的，并具有減少的血流。PET和SPECT成像已經(jīng)用作定位或證實其他診斷試驗的主要方式，以選擇隨后切除的腦的部位。在發(fā)作期間，癲癇發(fā)作的病灶伴隨著增加的代謝和增加的血流，相對于發(fā)作期間成像，可能具有顯示正性定位的更大的可能性。
PET成像已經(jīng)很好地結(jié)合了神經(jīng)心理激活研究，從而定位認知功能包括閱讀、演講和單詞關(guān)聯(lián)。15O具有的短半衰期(T1/2為2分鐘)使得可以在一個實驗期間內(nèi)多次(常常是8至10次)推注示蹤劑。因此，基線掃描以及隨后的神經(jīng)心理學(xué)任務(wù)可以重復(fù)和平均化的。
PET和SPECT具有兩個主要屬性高靈敏度和化學(xué)選擇性，使得這些方法特別適合體內(nèi)神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)的測量。檢測放射性示蹤劑的PET和SPECT的靈敏度低于10-12M，其數(shù)量級為大于MRI的靈敏度(10-3至10-5M)。在準確模擬非放射性藥物的方式中，放射性示蹤劑可以被開發(fā)用于標記大腦中特定的靶點。因此，這些特異性示蹤劑可以實現(xiàn)大腦中多重神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)途徑的測量，包括遞質(zhì)、受體、重攝取位點、代謝酶、以及可能的甚至第二信使系統(tǒng)的合成和釋放。
在這些受體研究中，可能已經(jīng)認可了神經(jīng)化學(xué)成像在各種靶點中的最大作用。如果在特定疾病中，受體是選擇性改變的，那么這種位點的成像可以提供有關(guān)疾病的診斷信息。對于DA受體系統(tǒng)而言，Johns Hopkins PET小組已經(jīng)指出，使用實際上不可逆的示蹤劑[11C]N-甲基螺哌隆和動力學(xué)模型，首次使用藥物的精神分裂癥的病人在紋狀體中多巴胺D2受體密度提高至2.5倍。
使用受體的診斷應(yīng)用的另一個實例是將示蹤劑用于腦中血清素受體密度的成像。血清素(5-羥色胺，5-HT)系統(tǒng)是一個重要的神經(jīng)傳遞網(wǎng)絡(luò)，其涉及多種生理學(xué)功能和行為的調(diào)節(jié)，如體溫調(diào)節(jié)、心血管功能、攻擊和性行為、心境、食欲和睡眠-覺醒周期。血清素是由氨基酸L-色氨酸依次通過羥基化和脫羧合成的。其貯藏于突觸前小囊泡，在神經(jīng)元放電時從神經(jīng)末端釋放出來。血清素最具特征的結(jié)合位點之一是5-HT1A受體。5-HT1A受體作為中縫核中的體-樹突觸(somatodendritic)自身受體以及末端區(qū)域的突觸后的受體起作用。
在焦慮、抑郁、致幻行為、運動疾病和攝食障礙的發(fā)病機制中牽涉到血清素受體的5-HT1A亞型，因而是藥物治療的重要靶點?？挂钟羲幬镏委煋?jù)信是涉及中樞5-HT1A亞群的下調(diào)或其他適當(dāng)變化。
已經(jīng)提出，5-HT1A受體拮抗劑可以通過促進谷氨酸釋放改善癡呆的癥狀，并借此在某種程度上補償損失的皮質(zhì)的谷氨酸神經(jīng)元，其被認為存在于阿耳茨海默氏病中。5-HT1A受體的逐漸喪失發(fā)生在正常的衰老中，然而，多得多的顯著的損失是出現(xiàn)在阿耳茨海默氏病腦中。最終，多個實驗室報道了精神分裂癥中提高了的神經(jīng)皮質(zhì)5-HT受體結(jié)合(包括5-HT1A亞型)。
很多研究者嘗試開發(fā)出一種放射性配體，能夠評價抑郁受試者、患有焦慮性障礙的人、患有阿耳茨海默氏病和精神分裂癥的病人中5-HT1A受體的體內(nèi)變化。非侵入性成像技術(shù)可以提供重要的可能性，以調(diào)查在健康志愿者中中樞5-HT1A受體的功能作用，5-HT1A亞型與多種神經(jīng)精神病的關(guān)系，和/或由新藥物對人腦中5-HT1A受體的占據(jù)。
已經(jīng)制得多種5-HT1A受體的示蹤劑，并被用于成像目的評估。與5-HT1A拮抗劑結(jié)構(gòu)相似的化合物、N-[2-[4-(2-甲氧苯基)-1-哌嗪基]乙基]-N-(2-吡啶基)環(huán)己烷甲酰胺(WAY-100635)發(fā)現(xiàn)是最有希望的。WAY-100635本身用碳-11在a或b位置標記(參見

圖1)。
因為WAY-100635的主要代謝途徑是酰胺鍵的水解(參見圖1)，因此在環(huán)己烷羰基部分(位置b)上標記是有益的。不然的話，親脂性代謝產(chǎn)物(WAY-100634)載有標記，隨著該化合物進入腦并結(jié)合其他受體(α1和非特異性的)，其就會干擾體層攝影測量。然而，當(dāng)碳-11標記構(gòu)成環(huán)己基基團的一部分時，合成將更復(fù)雜。簡化甲基化操作的手段是使用更大的基團(參見圖2)而不是環(huán)己烷羰基防止化合物酰胺水解，如用CPC-222或Wilson-8(AAWilson等人，(1998)Derivatives of WAY 100635 as potential imaging agents for5-HT1A receptorssyntheses，radiosyntheses，and in vitro and in vivo evaluation，Nucl.Med Biol.25，769-776)。盡管這些化合物具有與WAY-100635相當(dāng)?shù)挠H和力，且已經(jīng)顯示出對于水解是穩(wěn)定的，但是碳-11短的物理半衰期妨礙了在不具有自己的生產(chǎn)設(shè)備(例如回旋加速器和符合GMP的放射化學(xué)實驗室)的醫(yī)院使用這些化合物。
存活更長的同位素可以實現(xiàn)長距離的傳送，在掃描的最后階段給予更佳的計數(shù)統(tǒng)計以及附加的血漿中放射性的代謝產(chǎn)物的分析中還具有益處。
因此，針對用氟-18(t1/2＝110分鐘)或碘-123(t1/2＝13.2小時)標記的WAY-100635的衍生物(參見圖3)進行了研究。然而，對于在甲酰胺部分含有芳香族部分的WAY衍生物MPPF及MPPI而言，發(fā)現(xiàn)計算得到的結(jié)合可能性是WAY-100635的1/6～1/4。此外，由于對α1-腎上腺素受體具有非常高的親和力，這些化合物顯示了較低的選擇性，然而它們同樣被快速代謝掉。
使用飽和基團(FCWAY，參見圖3)可以克服這個問題，但是H18F從環(huán)己烷環(huán)上的消除導(dǎo)致了[18F]的基本上由頭骨吸收，在60分鐘相當(dāng)于全部腦平均吸收的兩倍，這嚴重妨礙了臨床應(yīng)用(Carson等人.(1998)Evaluation of anew F-18 labelled analog of the 5-HT1A antagonist WAY-100635 for PET，J.Nucl.Med.39，135 P，abstract 553)。因此，對于新的氟化配體的搜索仍然面臨著挑戰(zhàn)。
關(guān)于SPECT的碘化配體，通常至少存在類似問題?，F(xiàn)在，SPECT攝影機相對于PET攝影機而言，在醫(yī)院中分布更為廣泛，PET攝影機僅僅存在于少數(shù)中心。然而，主要的弊病在于脂肪族碘化化合物本身在體內(nèi)不穩(wěn)定，這是因為它們易受親核取代和消除影響的事實造成的。因此，在放射性藥物中，迄今為止，碘總是與芳香族部分或乙烯基部分的sp2碳原子連接。從MPPI中可以看出(圖3)，這通常降低了結(jié)合親和力。
在實現(xiàn)本發(fā)明的研究中，開發(fā)出了新的化學(xué)標記的生物學(xué)活性化合物。舉例而言，本發(fā)明第一方面涉及具有通式的化合物 Y-L-BFR-X 其中BFR是任選取代的橋接稠合環(huán)系；Y是靶基團(本文有時稱作“生物學(xué)活性化合物”)；L任選存在，且是偶聯(lián)Y和BFR的連接基團；X是鹵素(例如放射性鹵素)，任選具有放射性的CH2F官能團，或離去基團。本文所用的術(shù)語“離去基團”是指被引入的親核基團置換的基團。特別適宜的離去基團是弱堿性基團，例如陰離子基團-OH-、-NH2-、-F-、-Cl-、-Br-、-I-和-TosO-。
在本發(fā)明第一方面的一些特別優(yōu)選的實施方案中，X偶合至BFR的橋頭(例如橋頭碳原子)。有時，“橋頭原子”(在本文中還被稱作“橋頭”)是環(huán)系的任意骨架原子，其結(jié)合三個或更多的骨架原子(氫除外)。
靶基團(Y)可以是能夠引導(dǎo)X至待診斷或治療的期望位點如器官或組織的任何部分。在一些實施方案中，靶基團是指生物分子或者與其相關(guān)，包括蛋白質(zhì)、肽類、酶類、抗體及其片段、氨基酸類、擬肽類、核酸類、RNA、DNA、核苷、核苷酸、糖類、類糖原(glycomimetics)、類脂、磷脂類、激素類、代謝化合物、信號分子、神經(jīng)遞質(zhì)、維生素及其類似物或衍生物。在一些實施方案中，靶基團可以是合成分子或者與其相關(guān)，如聚合物或小分子。
適合的靶基團的具體實例包括靶向EGF受體的EGF、靶向代謝活性位點如腫瘤的葡萄糖、靶向FDOPA受體的FDOPA、靶向新血管組織的抗-B-FN抗體、靶向腫瘤組織的抗-CD20抗體、靶向葉酸鹽(folate)受體的葉酸鹽、靶向炎癥位點的唾液酸路易斯受體、靶向乳腺和前列腺損傷的類固醇激素類；靶向神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的全長或片斷的促生長素抑制素、鈴蟾肽和神經(jīng)降壓素受體結(jié)合分子；靶向肺癌的全長或片斷的縮膽囊素(CCK)受體的結(jié)合分子；靶向結(jié)腸直腸癌的全長或片斷的熱敏的菌紅素(ST)受體和癌胚抗原(CEA)的結(jié)合分子；二羥基吲哚羧酸和其他產(chǎn)生用于黑色素瘤生物合成中間體的黑色素；靶向脈管疾病的全長或片斷的整聯(lián)蛋白受體和動脈粥樣硬化斑塊結(jié)合分子；靶向腦損傷的全長或片斷的淀粉狀蛋白斑塊結(jié)合分子。
用于靶基團的合成聚合物的實例包括聚氨基酸、多元醇、多胺、多酸、寡核苷酸、aborols、樹狀聚體(dendrimers)和適體類。
診斷和放射性治療劑與生物分子的偶聯(lián)可以通過本領(lǐng)域熟知的方法完成，如Hnatowich等人，Radioactive Labeling of AntibodyA simple and efficientmethod.Science，1983，220，613-615；A.Pelegrin等人，Photoimmunodiagnosiswith antibody-fluorescein conjugatesin vitro and in vivo preclinical studies.Journal of Cellular Pharmacology，1992，3，141-145；及US 5,714,342中公開的方法。
例如，可以將芳基或烷基活化的羧酸與親核基團如伯胺或仲胺反應(yīng)。這樣的活化酯類包括例如N-羥基琥珀酰亞胺酯、磺基-N-羥基琥珀酰亞胺酯及酚酯類(如苯酚、對-硝基苯酚、四氟苯酚)。其他胺反應(yīng)基團包括芳基和烷基模擬物(imidate)及烷基或芳基異氰酸酯或異硫氰酸酯。生物分子上的巰基可以與馬來酰亞胺或α-鹵酰胺官能團反應(yīng)。含有天然存在或合成產(chǎn)生(例如通過共軛或來自氧化糖部分)的醛和酮的生物分子可以與芳基或烷基肼、芳基或烷基酰肼、烷基或芳基羥胺反應(yīng)。
使用用于腫瘤診斷成像的抗體和肽類成功將示蹤劑特異性靶向作用于腫瘤，已經(jīng)被本發(fā)明人和其它人員加以證實，例如S.A.Achilefu等人，Novelreceptor-targeted fluorescent contrast agents for in vivo tumor imaging，Investigative Radiology，2000，35(8)，479-485；B.Ballou等人，Tumor labeling invivo using cyanine-conjugated monoclonal antibodies.Cancer Immunology andImmunotherapy，1995，41，257-263；及K.Licha等人，New contrast agents foroptical imagingacid-cleavable conjugates of cyanine dyes with biomolecules.InBiomedical ImagingReporters，Dyes，and Instrumentation，D.J.Bornhop，C.Contag，和E.M.Sevick-Muraca(Eds.)，Proceedings of SPIE，1999，3600，29-35。
如上所述，X可以偶聯(lián)至橋接稠合環(huán)系(BFR)的橋頭。通過把X置于橋頭(例如圖4)，可以獲得具有緩慢代謝和穩(wěn)定的碳-放射性同位素結(jié)合的化合物；SN2取代目前不再可能，否則由于產(chǎn)生高應(yīng)力體系而防礙消除。陽離子的形成也是相當(dāng)困難的，其可以從下表1的結(jié)果中推出(PE Eaton(1992)CubaneAusgangsverbindungen für die Chemie der neunziger Jahre und desnchsten Jahrhunderts Angew.Chem.1447-1462)，因此水解也是不太可能的。
本發(fā)明的原理可以用于標記任何生物學(xué)活性化合物，所述生物活性化合物可以直接或通過離去基團偶聯(lián)至橋接稠合環(huán)系。在上述應(yīng)用中，WAY-衍生物被描述為這種生物學(xué)活性化合物的實例；然而，應(yīng)當(dāng)注意本發(fā)明的教導(dǎo)可以適用于廣泛的其他生物學(xué)活性化合物。
Y可以直接或通過使用連接基團L偶聯(lián)至BFR。在一些實施方案中，L可以是-O(CO)-、-NH(CO)-、-NH-、-O(CH2)n-、-NH(CH2)n-、-NH(CO)NH-或-NH(CS)NH-。
橋接稠合環(huán)系(BFR)可以是僅有碳原子的橋接稠合環(huán)系或是其中至少一個碳原子已經(jīng)被雜原子(例如-O-、-N-、-S-、-Se-)取代的橋接稠合環(huán)系。BFR在非橋頭的原子上可以具有多種取代基；所述取代基也落入本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范疇。例如，在一些實施方案中，BFR可以是金剛烷、二環(huán)辛烷、降冰片烷或立方烷。在一些實施方案中，BFR可以是二環(huán)辛烷、降冰片烷或立方烷。在一些實施方案中，BFR是立方烷。
標記(使用X)本發(fā)明化合物可以使用放射活性鹵素(即放射性鹵素)完成。例如，在一些實施方案中，放射性鹵素是18F、123/124/131I、76/77/82Br或211At。當(dāng)X是用于標記的離去基團時，其可以是任何適宜的離去基團。例如，在一些實施方案中，X選自-OH、-OSO2R、-Br、-I、-Sn(烷基)3、-Pb(烷基)3和-CH2OSO2R(作為-CH218F的前體)的離去基團，其中R適合選自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
本發(fā)明的一個示例性化合物是WAY100635的衍生物，其中環(huán)己基被龐大的結(jié)構(gòu)代替，特別是如圖5所示的橋接稠合環(huán)系。在一特別有利的實施方案中，橋接稠合環(huán)系是立方烷。不但具有X而且還具有靶基團Y如直接或間接偶合至橋頭的WAY100634的好處是，得到的放射性藥物具有對稱的元素，因此(因為使用立方烷的案例)可以避免加入額外的手性中心。
合成本發(fā)明化合物的示例性方法如流程圖1(圖10)所示。盡管立方烷是示例性的橋接稠合環(huán)系，但是應(yīng)該注意，立方烷可以用該方法中其他實施方案中的其他橋接結(jié)構(gòu)代替。如所示的那樣，溴代脫羧-或碘代-脫羧生成橋頭鹵代化合物。酰氯的皂化、制備以及與藥物的偶聯(lián)(實施例附圖中的WAY-100634)是直接的，并且可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的方式完成。
當(dāng)測試具有作為BFR-X部分的碘代二環(huán)辛基、碘代金剛烷基、碘代降冰片基(iodonorbornyl)和碘代立方烷基的化合物對于人5-HT1A的親和力(實施例5)時，發(fā)現(xiàn)具有最高親和力的是碘代立方烷基-WAY，其仍然屬于亞納摩爾的范圍(參見圖6)。
據(jù)發(fā)現(xiàn)，在同位素交換(123I交換I)和非同位素交換(123I交換Br)中，示蹤劑包括立方烷的標記收率是顯著且令人吃驚地高于包括其他橋接稠合環(huán)結(jié)構(gòu)的示蹤劑。例如，下表2匯總了采用實施例2所述的標記實驗獲得的實驗結(jié)果，顯示了在使用三氟甲磺酸Cu(II)(Cu(II)trilate)作為催化劑的無水條件下，碘代立方烷衍生物(4)的收率令人驚奇地高(相對于其他衍生物)。還發(fā)現(xiàn)上述令人吃驚的結(jié)果(即含有立方烷的示蹤劑的標記收率)適用于基于抗體的示蹤劑(實施例7，收率83％)和化合物(4-溴代立方烷-1-基)-乙腈(實施例8，收率98％)的標記。
圖7顯示了如何得到無水溶液(AH Braker等人.(2002)Adsorption ofradioiodine on platinuma fast and simple column method to obtainconcentrated and pure radioiodide in either water or anhydrous solvents Appl.Radiat.Isot.57，475-482；and JDM Herscheid，F(xiàn)P Moet Process for thepurification and concentration of radioiodide isotopes PCT/US00/01824)。簡而言之，將靶點收獲溶液酸化，在鉑-填充的微型柱上捕獲碘-123。通過用丙酮沖洗除去水，然后通過用洗脫劑(在此情況下是乙腈)和氫氣脈沖洗脫，可以少量回收放射性碘。
發(fā)現(xiàn)橋頭標記的碘化合物是非常穩(wěn)定的。其在溶液中保持超過6個月而不分解。在體內(nèi)沒有觀察到甲狀腺攝取，這表明沒有形成游離碘。進一步通過使用人肝細胞的穩(wěn)定試驗證實不存在脫碘作用(參見實施例4)。
本發(fā)明第二方面涉及含有橋接稠合環(huán)系的標記化合物。這些化合物可用于標記靶向分子以提供新的藥物(例如放射性藥物如示蹤劑)。本發(fā)明第二方面的化合物的特征在于通式M-BFR-X，其中BFR和X如上定義，M是直接與BFR偶聯(lián)或者通過適宜的連接基團間接與BFR偶聯(lián)的離去基團。在一些實施方案中，M可以是弱堿性的，例如選自-OH-、-NH2-、-F-、-Cl-、-Br-、-I-、-TosO-、-OSO2R、-Sn(烷基)3、-Pb(烷基)3和-CH2OSO2R的陰離子基團，其中R可以選自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3、-(C6H4)NO2、羧酸、能夠提供或是活化酯基團的伯胺和仲胺如N-羥基琥珀酰亞胺酯、磺基-N-羥基琥珀酰亞胺酯及酚酯(例如，苯酚、對硝基苯酚、四氟苯酚)、胺反應(yīng)基團如芳基和烷基模擬物及烷基或芳基異氰酸酯或異硫氰酸酯、巰基、馬來酰亞胺或α-鹵酰胺官能團、芳基或烷基肼、芳基或烷基?；?，及烷基或芳基羥胺。在第二方面的一些實施方案中，連接基團(如果存在的話)可以是直鏈或支鏈的、飽和或非飽和的任選取代且含有1-20個碳的芳基或烷基。例如，在一些情況下，第二方面的連接基團可以表示為-(CH2)n-，其中n可以是1-20(例如1-5、1-7、1-10等)。
使用第二方面的標記化合物標記得到的藥物例如單克隆抗體、肽類、受體的配體等可用于診斷或治療。應(yīng)用取決于使用的放射性同位素。
本發(fā)明診斷和治療方法中涉及的步驟至少是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的。這些診斷和治療方法在此公開之前未知的部分，是在所述的診斷和治療方法中使用本發(fā)明的一種或多種化合物。至少在一些實施方案中，本發(fā)明的治療方法和診斷方法之間的差異是給予病人的化合物中包含特定的同位素。例如，123I-標記分子可用于診斷過程，而131I-標記的分子可用于治療操作。
進行本發(fā)明的診斷過程的一種方法，可以包括向患者施用有效量的式Y(jié)-L-BFR-X化合物，其中BFR、L、Y和X根據(jù)本發(fā)明第一個方面所述。在多數(shù)情況下，通常優(yōu)選施用至患者的化合物為藥學(xué)上可接受的制劑(例如化合物在生物學(xué)上可適用的賦形劑中)。例如，胃腸外給藥的藥學(xué)上可接受的制劑可以包括化合物的無菌水性溶液或懸浮液。本發(fā)明藥學(xué)上可接受的制劑可以含有一種或多種藥學(xué)上可接受的緩沖劑、乳化劑、表面活性劑及任選的電解質(zhì)如氯化鈉。本領(lǐng)域眾所周知，腸內(nèi)給藥制劑可以變化很大。一般來說，這樣的制劑是液體，其中在水性溶液或混懸液中包含有效量的本發(fā)明化合物。這種腸內(nèi)制劑可以任選包含一種或多種緩沖劑、表面活性劑、乳化劑、觸變劑等?？诜o藥制劑可以包括調(diào)味劑和增強其感官性質(zhì)的其他成分。局部遞送的制劑可以含有液體或半固體賦形劑，以協(xié)助本發(fā)明的化合物制劑的滲透。本發(fā)明化合物可以噴霧劑形式遞送。在診斷方法的優(yōu)選實施方案中，在進行PET或SPECT成像前，允許本發(fā)明化合物蓄積在感興趣的部位(例如特定組織)。
本發(fā)明的一些化合物可以用作治療劑。在本發(fā)明一示例性治療方法中，可以同以上進行診斷過程所述相同的方式向患者施用有效量的式Y(jié)-L-BFR-X化合物。對于用于治療方法的化合物而言，BFR、L、Y和X如本發(fā)明第一方面所述。
本發(fā)明化合物可以配制成診斷或治療化合物，用于腸內(nèi)、胃腸外、局部、氣霧劑、吸入或皮膚給藥。局部或皮膚遞送的本發(fā)明化合物可以包括氣霧劑制劑、乳膏、凝膠、溶液等。本發(fā)明化合物優(yōu)選以有效獲得預(yù)期診斷或治療效果的劑量給藥。所述劑量可以根據(jù)制劑中采用的特定化合物、檢查的器官或組織、臨床操作中使用的設(shè)備、獲得治療的有效性等變化而變化。本發(fā)明的制劑可以含有有效量的化合物，以及適合所需給藥類型的常規(guī)藥用載體和/或賦形劑。這些制劑還可以包含一種或多種穩(wěn)定劑和/或皮膚滲透增強劑。
本發(fā)明另一方面涉及本發(fā)明化合物“無放射性的(cold)”形式的應(yīng)用。在這些式Y(jié)-L-BFR-X化合物中，X不是放射性核素而是其無放射性形式(例如非-放射性的I、F、Br)。
盡管參照示例性的WAY-衍生物公開了本發(fā)明的各種特征，但是本發(fā)明還適于其他藥物。已經(jīng)含有BFR的藥物實例如圖9所示。這些化合物本身是已知的，但是沒有以標記形式公開。
本發(fā)明將在以下的實施例中進一步闡明。這些實施例僅用于示例性說明的目的，決不意欲以任何方式限制本發(fā)明。
實施例1 橋頭溴化和碘化的WAY衍生物的合成 橋頭WAY-衍生物的合成按照流程圖1所述進行(圖10)。
由二甲基二羧酸酯起始，其可商購得到或通過文獻方法(EW Della和JTsanaktsidis(1985)Synthesis of bridgehead-bridgehead substitutedbicycloalkanes Aust.J.Chem.，38，1705-18)合成，通過受控皂化作用(R Priefer等人，(2002)Effective synthetic routes to cubylcarbinol derivatives Synthesis，2671-2673)得到一元羧酸1。使用氧化汞(a，b，c)(NJ Bunce(1972)A mercurysalt pathway for the degradation of carboxylic acids to alkyl halides usinghalogen and mercuric oxide J.Org.Chem.37，664-669)或碘苯二乙酸(d)(RPriefer(2002)同上)進行溴代-脫羧或碘代-脫羧反應(yīng)，得到橋頭鹵化的化合物2。
隨后與NaOH在甲醇中皂化、使用SO2Cl2制備酰氯并偶聯(lián)至WAY-100634可以進一步使用直接化學(xué)法進行(參見AA Wilson等人(1968)Derivatives of WAY 100635 as potential imaging agents for 5-HT1A receptorssyntheses，radiosyntheses，and in vitro and in vivo evaluation Nucl.Med.Biol.，25，769-776)。
實施例2 制備放射標記的[123I]碘代立方烷-WAY 將2mg根據(jù)實施例1制得的溴代立方烷-WAY前體和0.1mg三氟甲磺酸Cu(II)溶解于100μl無水含[123I]-碘的乙腈中。該混合物在封閉的管形瓶中、在140℃下加熱30分鐘，得到60-80％的標記收率。
隨后，產(chǎn)物經(jīng)HPLC分離，在C-18 SepPak上捕獲，在500微升乙醇中回收。然后，用檸檬酸緩沖液稀釋，過濾滅菌?？偤铣蓵r間大約是2.5小時，總收率是40％。在第二天測量的放射化學(xué)純度是99.5％，并且特異性活性高于7.5TBq/微摩爾。在UV色譜中沒有檢測到前體或其他微量化合物。
實施例3 水對于標記收率的影響 為了測定水對于[123I]碘代立方烷-WAY標記收率的影響，增加水量高至10％，加入至實施例2所述的反應(yīng)混合物中。圖8顯示水顯著地降低了標記收率。
實施例4 穩(wěn)定性測試 發(fā)現(xiàn)[123I]碘代立方烷-WAY在溶液和人血漿中至少24小時內(nèi)是完全穩(wěn)定的。在人肝細胞中觀察到，酰胺鍵緩慢水解(t1/2＝75分鐘)，但是不存在脫碘。將其與MPPF對照(參見圖3)，發(fā)現(xiàn)后者半衰期為大約15分鐘，且具有高的脫氟率。
簡言之，將冷凍保存的人肝細胞快速解凍，用細胞培養(yǎng)基緩慢稀釋。洗滌后，調(diào)節(jié)細胞濃度至1百萬/mL。加入[123I]碘代立方烷-WAY(50MBq)或[18F]MPPF(50MBq)。15、60和150分鐘后，采集200微升樣品，加入至200微升甲醇中，超聲處理并離心。上清液中的代謝產(chǎn)物通過HPLC分析。結(jié)果如下表4中所示。
實施例5 親和力測試 在競爭結(jié)合分析(n＝4/示蹤劑)中，使用[3H]8-OH-DPAT(Perkin Elmer，Boston，USA)為參照，測定候選的5-HT1A受體示蹤劑的相對結(jié)合親和力。來自表達人類重組人5-HT1A受體亞型的HEK-293 EBNA-細胞的細胞膜懸浮液由Perkin Elmer(Boston，USA)獲得。最初混懸液的蛋白質(zhì)濃度是36.8mg/mL。
將這些稀釋后的膜(倍數(shù)1∶20)的等分部分在黑暗中、37℃的微量培養(yǎng)板中孵育120分鐘。使用200μL進行測定，其中含有20μL稀釋后的膜、穩(wěn)定濃度的[3H]8-OH-DPAT和增加濃度的候選示蹤劑(范圍是10-12至10-5)。孵育緩沖液含有50mM TRIS-HCl和5mM MgSO4(25℃下pH至7.4)。
[3H]8-OH-DPAT以1.1nM的最終濃度使用。用于5-HT1A受體亞型的[3H]8-OH-DPAT的平衡解離常數(shù)(KD)(nM)通過制造商得到(2.4nM)。使用濃度為10μM的5-羥色胺(5-HT，血清素)作為競爭劑，測定非特異性結(jié)合。
在孵育期后，通過GF/C玻璃纖維濾膜(將濾膜加至微量培養(yǎng)板中，并預(yù)先用0.5％聚乙烯亞胺(Sigma-Aldrich，Munich，Germany)浸泡)真空過濾快速中止反應(yīng)，然后用冰冷TRIS-HCl緩沖液洗滌濾膜5次。向各孔中加入25μL閃爍液(MicroScintTM，Perkin Elmer，Boston，USA)，然后微量培養(yǎng)板在液體閃爍計數(shù)器(Topcount，Packard)下計數(shù)。
對于各候選示蹤劑而言，對5-HT1A受體的抑制常數(shù)(Ki)由EC50，用非線性回歸曲線擬合，使用計算機程序Graphpad Prism(version 3.02)計算得到。受體亞型的計算基于[3H]8-OH-DPAT的KD。
結(jié)果如圖6所示。發(fā)現(xiàn)對碘-立方烷基-WAY最高親和力。
實施例6 生物分布 將[123I]碘代立方烷-WAY(15MBq)注射入雄性Wistar大鼠(n＝4)的鼠尾靜脈，這些大鼠有或沒有使用預(yù)先劑量的未標記WAY-100635阻斷HT1A受體。在45分鐘時，通過頸部脫臼處死p.i.大鼠，取出感興趣的組織，放射性計數(shù)。
表3顯示，盡管小腦中的攝取仍然相對較高，導(dǎo)致皮質(zhì)和海馬出現(xiàn)低比例，但阻斷研究明顯實現(xiàn)了血清素-1A豐富區(qū)域的降低，所有比例恢復(fù)到一致。此外，在甲狀腺中沒有發(fā)現(xiàn)放射性吸收。
實施例7 標記單克隆抗體 將4-溴代立方烷羧酸甲酯(1.5mg)、三氟甲磺酸Cu(II)(0.01mg)和N，N-二甲基哌嗪(0.1mg)加入至含nca[123I]碘(750MBq)的150微升乙腈溶液中?；旌衔镌诜忾]的管形瓶中、140℃下加熱40分鐘。通過HPLC由前體中分離出[123I]-4-碘代立方烷羧酸甲酯(620MBq，83％放射化學(xué)收率)，水解，隨后使用水溶性碳二亞胺(EDAC)轉(zhuǎn)化成四氟苯基酯。將活性酯(500MBq)在C-18SepPak上捕獲，然后用0.5mL乙腈洗脫。
把上述TFP-酯加入至單克隆抗體西妥昔單抗(1mg)的緩沖(pH＝9.2)溶液中，使用LR Perk等人(J.Nucl.Med.(2005)46，1898-1906)所述的方法，得到60-80％的標記收率。
實施例8 [123I]-(4-碘代立方烷-1-基)-乙腈的合成 向nca[123I]碘化物(100MBq)的150微升乙腈溶液中加入(4-溴代立方烷-1-基)-乙腈(1.5mg)、三氟甲磺酸Cu(II)(0.01mg)和N，N-二甲基哌嗪(0.1mg)。上述混合物在封閉的管形瓶中、140℃下加熱40分鐘，得到近似定量(98％)收率的[123I]-(4-碘代立方烷-1-基)-乙腈。
表1 相對水解速率 表2
表3 大鼠[123I]立方烷-WAY的腦吸收 1)注射[123I]立方烷-WAY之前1分鐘，用0.4mg的WAY-100635阻斷。
2)在45分鐘時，百分比注射劑量*(乘以)體重/每克組織 3)比例是指指定組織的吸收除以小腦的吸收。
表4
權(quán)利要求
1.具有下述通式的化合物
Y-L-BFR-X
其中
BFR是非金剛烷稠合環(huán)系的橋接稠合環(huán)系；
Y是靶基團；
L任選存在，且是偶聯(lián)Y和BFR的連接基團；和
X是鹵素、任選用18F標記的CH2F基團、或者是用于標記的官能團，其中X與BFR的橋頭原子偶聯(lián)。
2.權(quán)利要求1的化合物，其中X選自123/124/131I和76/77/82Br。
3.權(quán)利要求1的化合物，其中X是123I。
4.權(quán)利要求1的化合物，其中X是-OH、-Br或-I。
5.具有下述通式的化合物
Y-L-BFR-X
其中
BFR是橋接稠合環(huán)系；
Y是靶基團；
L任選存在，且是偶聯(lián)Y和BFR的連接基團；和
X與BFR的橋頭原子偶聯(lián)，且選自
非溴和非碘的鹵素；
CH2F基團，任選用18F標記；和
-CH2OSO2R、-OSO2R、-Sn(烷基)3和-Pb(烷基)3，其中R選自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
6.權(quán)利要求5的化合物，其中BFR選自金剛烷、二環(huán)辛烷、降冰片烷和立方烷。
7.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中BFR選自二環(huán)辛烷、降冰片烷和立方烷。
8.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中BFR是立方烷。
9.權(quán)利要求1和5-8中任意一項的化合物，其中X是非放射性的。
10.權(quán)利要求1和5-8中任意一項的化合物，其中X是放射性的。
11.權(quán)利要求10的化合物，其中X是18F或2111At。
12.權(quán)利要求1和5-8中任意一項的化合物，其中X選自-OSO2R、-Sn(烷基)3和-Pb(烷基)3，且其中R選自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
13.權(quán)利要求1和5-8中任意一項的化合物，其中X是CH2F基團，任選用18F標記。
14.權(quán)利要求1和5-8中任意一項的化合物，其中X是-CH2OSO2R，且其中R選自-CH3、-CF3、-(C6H4)CH3和-(C6H4)NO2。
15.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中L存在，且選自-O(CO)-、-NH(CO)-、-NH-、-O(CH2)n-、-NH(CH2)n-、-NH(CO)NH--和-NH(CS)NH-。
16.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中BFR是只具有碳原子骨架的橋接稠合環(huán)系。
17.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中BFR是含有至少一個雜原子的橋接稠合環(huán)系。
18.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中Y選自抗體、被細胞吸收的分子、以及對受體或細胞具有親和力的化學(xué)或生物學(xué)結(jié)構(gòu)。
19.前述權(quán)利要求中任意一項的化合物，其中化合物是WAY-100635的衍生物。
20.用于標記藥物的化合物，其中化合物具有下述通式
M-BFR-X，其中BFR和X同權(quán)利要求1-17中任意一項定義，M是直接或通過連接基團間接與BFR偶聯(lián)的基團，其中M能夠?qū)崿F(xiàn)將權(quán)利要求1-17中任意一項所述的Y與BFR直接或間接偶聯(lián)。
21.權(quán)利要求1-19中任意一項的化合物，用于醫(yī)藥診斷和醫(yī)藥治療中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有下述通式的化合物Y-L-BFR-X，其中BFR是橋接稠合環(huán)系；Y是靶基團；L任選存在，且是偶聯(lián)Y和BFR的連接基團；和X是鹵素(例如放射性鹵素)或用于標記的官能團。
文檔編號A61K51/04GK101111270SQ200680003886
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者雅各布斯·D·M·赫謝德, 朱斯特·維比克 申請人:馬林克羅特公司