Высокорелаксивные комплексы гадолиния

Высокорелаксивные комплексы гадолиния

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Заявленное техническое решение относится к областям химии и медицинской диагностики и может быть использовано для создания композиций на основе растворов комплексов гадолиния с высокой релаксационной эффективностью, применяемых в качестве контрастных препаратов для повышения контрастности изображений живых объектов (в медицине - кровеносной системы, внутренних органов, выявления патологий и т.п.) и неживых объектов (в химической технологии - анализ образцов полимеров, катализаторов и т.д.) с использованием магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Способность комплексов гадолиния выступать в качестве контрастных агентов обусловлена тем, что в их водных растворах скорость ядерной магнитной релаксации протонов молекул воды значительно ускоряется [Попель А.А. Магнитно-релаксационный метод анализа неорганических веществ. М.: Химия, 1978, 224 с.]. Для количественной характеристики данного явления используют величину релаксационной эффективности, равной отношению парамагнитной составляющей измеренной скорости релаксации к концентрации парамагнитных частиц, ее вызывающих. Гадолиний не входит в биохимический цикл человека и является высокотоксичным элементом. Поэтому для снижения вредного воздействия препаратов гадолиния на организм необходимо уменьшать вводимые дозы, а чтобы при этом получались контрастные МРТ-изображения - необходимо повышать релаксационную эффективность комплексных соединений, составляющих основу контрастного агента. Согласно теоретическим представлениям в водных растворах возможно достижение величин релаксационной эффективности до 100000-120000 л/моль·с в расчете на один парамагнитный ион [Caravan P., Ellison J.J., McMurry T.J., Lauffer R.B. Gadolinium(III) Chelates as MRI Contrast Agents: Structure, Dynamics, and Applications // Chem. Rev. 1999. V.99. P.2293-2352]. Таким образом, разработка контрастных агентов с релаксационной эффективностью, приближающейся к данным величинам, позволит значительно снизить применяемые дозы и, соответственно, уменьшить токсическую нагрузку на организм.

Известен контрастный препарат для МРТ на основе комплексного соединения гадолиния с диэтилентриаминпентауксусной кислотой (формула представлена фиг. 1) [Пат. РФ 2150961. Магнитно-резонансная контрастная композиция]. К недостаткам данного препарата следует отнести низкую величину его релаксационной эффективности (7500 л/моль·с), что приводит к необходимости использования высоких доз препарата, которые оказывают токсическое действие на организм человека.

Известен комплекс гадолиния с каликсареновым лигандом, имеющим по нижнему ободку две ацетамидные и две этиленаминодикарбоксильные группы (формула представлена фиг. 2), который образуется при смешении растворов соли гадолиния и лиганда [Aime S., Barge A., Botta M., Casnati A., Fragai M., Luchinat C., Ungaro R. A Calix[4]arene Gd(III) Complex Endowed with High Stability, Relaxivity, and Binding Affinity to Serum Albumin // Angewandte Chemie. International Edition. 2001. V.40, № 24. P.4737-4739]. Недостатком данного комплекса является низкая релаксационная эффективность комплекса (9600 л/моль·с в области рН 4-9).

Низкая релаксационная эффективность известных комплексов гадолиния обусловлена следующей совокупностью факторов: малым количеством молекул воды в первой координационной сфере иона гадолиния в результате координации его с лигандом, сохранением быстрого вращения комплекса вследствие малого размера и низкой молекулярной массы лиганда.

Увеличение релаксационной эффективности комплексов гадолиния достигается повышением молекулярной массы лигандов. Известны контрастные вещества для МРТ на основе гадолиниевых комплексов ряда каскадных полимеров [Пат. РФ 2197495. Комплексы каскадных полимеров, содержащее их диагностическое контрастное средство и промежуточные соединения]. Например, 36-мерный каскадный N-(5-DО3А-ил-4-оксо-3-азагексаноил)полиамид образует с гадолинием комплекс, имеющий в воде значение релаксационной эффективности, равное 17500 л/моль·с. Недостатками данных веществ являются сложность и многостадийность синтеза (включая реакцию гидрирования на палладиевом катализаторе), а также недостаточно высокая релаксационная эффективность (17000-18000 л/моль·с).

Другим путем увеличения релаксационной эффективности комплексов гадолиния является повышение их молекулярной массы и замедление вращения за счет самоассоциации в растворе, достигаемой использованием лигандов с алкильными или перфторалкильными заместителями.

Известны комплексы гадолиния с перфторалкилсодержащими лигандами [Пат. РФ 2242477. Перфторалкилсодержащие соединения, способ их получения (варианты) и фармацевтическое средство, содержащее указанные соединения]. Максимальное значение релаксационной эффективности достигалось с использованием 10-[2-гидрокси-4-аза-5-оксо-7-аза-7-(перфтороктилсульфонил)-нонил]-1,4,7-трис(карбоксиметил)-1,4,7,10-тетраазациклододеканом) в качестве лиганда для гадолиния и составило 41000 л/моль·с. Для других комплексов релаксационная эффективность была намного ниже и колебалась в пределах 5200-31500 л/моль·с. Недостатками данного аналога являются длительность и многоступенчатость синтеза лигандов, необходимость стадии синтеза, выделения и очистки гадолиниевых комплексов, и их недостаточно высокая релаксационная эффективность.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа по наибольшему количеству совпадающих признаков и достигаемому техническому результату, является комплекс гадолиния с лигандом, представляющим собой холестериновое производное диэтилентриаминпентауксусной кислоты (соединение (1), формула комплекса изображена на фиг.3) [Lattuada L., Lux G. Synthesis of Gd-DTPA-cholesterol: a new lipophilic gadolinium complex as a potential MRI contrast agent // Tetrahedron Letters. 2003. V.44. P.3893-3895], который в воде имеет релаксационную эффективность 27200 л/моль·с, а в присутствии фосфолипида и неионного ПАВ - 25000 л/моль·с. Сущность технического решения, предложенного в прототипе, состоит в том, что используемый лиганд является липофильным соединением, комплекс которого с гадолинием самоассоциирует в воде и солюбилизируется мицеллами неионного ПАВ, в результате чего проявляет релаксационную эффективность более высокую, чем комплекс с диэтилентриаминпентауксусной кислотой. Недостатками данного комплекса являются сложность и многостадийность синтеза лиганда 1, необходимость синтеза комплекса соединения 1 с гадолинием, недостаточно высокая релаксационная эффективность, уменьшение релаксационной эффективности в присутствии ПАВ, что приводит к снижению технологичности при использовании, повышению затрат, усилению токсической нагрузки на организм в результате применения высоких доз препарата.

Технической задачей заявленного технического решения является разработка композиции(й) на основе растворов комплексов гадолиния, обладающих следующей совокупностью параметров:

- высокой (выше 30000 л/моль·с) релаксационной эффективностью, обеспечивающей понижение токсической нагрузки на организм,

- высокой технологичностью и доступностью исходных веществ при получении лиганда,

- не требующих стадий синтеза комплекса.

Заявленное техническое решение устраняет недостатки, присущие наиболее близкому аналогу, и обеспечивает реализацию поставленной задачи за счет использования тиакаликсареновых комплексов гадолиния(III), обладающих совокупностью таких параметров, как высокая (выше 30000 л/моль·с) релаксационная эффективность, обеспечивающая понижение токсической нагрузки на организм; высокая технологичность и доступность исходных веществ при получении лиганда; отсутствие необходимости стадии синтеза комплекса.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что высокорелаксивные растворы комплексов гадолиния для создания композиций, применяемых в качестве контрастных препаратов для магнитно-резонансной томографии, образующиеся при смешении растворов простой соли гадолиния и лиганда, характеризуются тем, что в качестве лиганда используют стереоизомеры конус и частичный конус производных тиакаликс[4]арена (соединение 2, поясняется фиг.4), при необходимости раствор может содержать неионное ПАВ.

Заявленное техническое решение представляет собой высокорелаксивные растворы комплексов гадолиния для создания композиций, применяемых в качестве контрастных препаратов для магнитно-резонансной томографии, образующиеся при смешении растворов простой соли гадолиния и лиганда (соединение 2, поясняется фиг.4), характеризующееся тем, что заявленные препараты со стереоизомерами конус и частичный конус производных тиакаликс[4]арена (соединения 2б-2и) в качестве лигандов в воде и водных растворах неионного ПАВ Brij-35 обладают высокими (более 30000 л/моль·с) значениями релаксационной эффективности. Препараты количественно получаются смешением растворов соли гадолиния, ПАВ и лиганда, не требуют стадии синтеза комплекса и проявляют высокие значения релаксационной эффективности.

Препараты формируются растворением навески каликсарена 2 в воде при добавлении необходимого количества щелочи, эквивалентного числу кислотных групп в составе лиганда. Затем добавляется раствор соли гадолиния (нитрат, хлорид или другую водорастворимую соль) в той же концентрации, что и каликсарен. В результате при измерении обнаруживали высокие значения релаксационной эффективности. Однако из таких растворов в течение нескольких часов выпадают осадки комплексов гадолиния, что приводит к резкому падению измеренной скорости релаксации. Для получения стабильных прозрачных растворов комплексов гадолиния с каликсаренами 2б-2и, сохраняющих постоянство высоких значений релаксационной эффективности в течение суток и более, было достаточно добавить неионное ПАВ Brij-35 до концентрации не менее 2 ммоль/л.

Заявленное техническое решение поясняется фиг.4, которая представляет формулу тиакаликсаренового лиганда 2, где Х - n-трет-бутильный радикал, R - хелатирующий заместитель из числа приведенных в табл. 1.

Таблица 1Состав использованных тиакаликсареновых лигандов
Соединение	Изомер	R
2а	конус	Н
2б	конус	-СН2СОО-
2в	частичный конус	-СН2СОО-
2г	альтернат	-СН2СОО-
2д	конус	-CH2CONHCH2COO-
2е	частичный конус	-СН2СОNНСН2СОО-
2ж	альтернат	-CH2CONHCH2COO-
2з	конус	-CH2CON(CH2COO-)2
2и	альтернат	-CH2CON(CH2COO-)2

Техническая задача решается за счет использования систем, состоящих из соли гадолиния(III), лигандов, представляющих собой производные n-трет-бутилтиакаликс[4]арена, имеющих на нижнем ободе заместители из числа перечисленных в табл.1.

Наиболее эффективным вариантом реализации предложенного технического решения с точки зрения заявителя служит следующий пример.

Пример 1. 0.1 ммоль каликсарена 2б растворяли в 100 мл воды при добавлении 0.4 ммоль щелочи NaOH. К полученному раствору добавляли 0.1 ммоль соли нитрата гадолиния. При необходимости в раствор образовавшегося комплекса добавляли неионное ПАВ Brij-35 до концентрации 10 ммоль/л.

Измерение величины релаксационной эффективности проводили на приборе Minispec mq20 фирмы "Bruker" (поле 0.47 Тл) при 25°С. В табл.2 приведены значения релаксационной эффективности комплексов гадолиния с лигандами 2б-2и и для лиганда 1 из прототипа.

Таблица 2

Величины релаксационной эффективности (л/моль·с) растворов комплексов гадолиния с лигандом (1) (прототип) и со стереоизомерами тиакаликсареновых лигандов 2б-2и в воде и растворах неионного ПАВ Brij-35 (10 ммоль/л).

Среда	2б	2в	2 г	2д	2е	2ж	2з	2и	1
вода	36000(5-7)	38000(5-7)	21000(6)	40000(4-8)	43000(4-7)	22000(5.5-6.5)	45000(6-8)	39000(5)	27200(7.8)
раствор ПАВ	60000(4-8.5)	75000(4.5-8.5)	24000(5.5-6.5)	59000(3.5-8.5)	55000(4.5-7)	27000(5-7)	72000(3.5-9.5)	28000(4-6)	25000(7.8)
Примечание. В скобках даны значения или интервалы рН, в которых достигаются указанные значения параметра

Таким образом, заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что не требуется специального синтеза комплексов гадолиния и их выделения из растворов, при этом для комплексов с лигандами 2б, 2в, 2д, 2е, 2з получены значения релаксивности значительно выше 30000 л/моль·с (табл.2).

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как в результате исследований не обнаружены технические решения, обладающие совокупностью заявленных признаков, приводящих к реализации поставленной цели.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как для специалиста в заявленной области техники не являются очевидными полученные технические результаты, а именно: 1) высокая релаксационная эффективность водных растворов комплексов гадолиния с тиакаликсаренами 2 (как следует из известных сведений о комплексах гадолиния с каликсаренами по примеру аналога [Aime S., Barge A., Botta M., Casnati A., Fragai M., Luchinat C., Ungaro R. A Calix[4]arene Gd(III) Complex Endowed with High Stability, Relaxivity, and Binding Affinity to Serum Albumin // Angewandte Chemie. International Edition. 2001. V.40, N 24. P.4737-4739.]); 2) значительное увеличение релаксационной эффективности комплексов гадолиния при добавлении в их раствор неионного ПАВ (как следует из известных сведений о снижении релаксационной эффективности комплексов гадолиния в присутствии неионного ПАВ по примеру прототипа [Lattuada L., Lux G. Synthesis of Gd-DTPA-cholesterol: a new lipophilic gadolinium complex as a potential MRI contrast agent // Tetrahedron Letters. 2003. V.44. P.3893-3895]). Кроме этого, заявленное техническое решение позволяет решить существующую до настоящего времени актуальную, трудноразрешимую и противоречивую проблему в области медицинской диагностики, а именно создание высокорелаксивных контрастных препаратов для МРТ, которые при значительно меньшей концентрации позволяют достичь необходимого уровня контрастности МРТ изображений, при одновременном отсутствии необходимости синтеза этих препаратов, что является дополнительным доказательством неочевидности заявленного технического решения.

Заявленное техническое решение может быть реализовано на любом специализированном предприятии с использованием стандартных материалов, технологических приемов и оборудования, что доказывает соответствие заявленного технического решения критерию «промышленная применимость».

Высокорелаксивные растворы комплексов гадолиния для создания композиций, применяемых в качестве контрастных препаратов для магнитно-резонансной томографии, образующиеся при смешении растворов простой соли гадолиния и лиганда, отличающиеся тем, что в качестве лиганда используют стереоизомеры конус и частичный конус производных тиакаликс [4] арена формулы (где Х - n-трет-бутильный радикал, R - хелатирующий заместитель из числа -СН₂СОO^-, -CH₂CONHCH₂COO^-, -CH₂CON(CH₂COO^-)₂), при необходимости, раствор может содержать неионное ПАВ.