專利名稱：腫瘤成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用超極化13C-丙酮酸鹽作為MR成像劑的腫瘤成像方法，該方法可以辨別腫瘤組織和健康組織。
核磁共振(MR)成像(MRI)已經(jīng)成為對內(nèi)科醫(yī)生特別有吸引力的成像技術(shù)，因為其允許以非入侵的方式獲得患者身體或其部分的圖像而沒有將患者和醫(yī)務(wù)人員暴露于潛在有害的輻射如X-射線。由于其高質(zhì)量的圖像，MRI是軟組織和器官的有利成像技術(shù)，且其可以區(qū)分正常組織和患病組織，例如腫瘤和損傷。
可以用或不用MR造影劑來進(jìn)行MR腫瘤成像。在沒有使用造影劑攝取MR圖像時，大小約1-2厘米和更大的腫瘤顯現(xiàn)地相當(dāng)清楚。然而，造影增強(qiáng)MRI能夠觀察到更小的組織改變，即，更小的待檢測的腫瘤，這使得造影增強(qiáng)MR成像成為早期腫瘤檢測和轉(zhuǎn)移檢測的有力工具。
幾種造影劑已經(jīng)用于MR腫瘤成像中。水溶性順磁金屬螯合物，例如釓螯合物，如OminiscanTM(Amersham Health)，是廣泛使用的MR造影劑。如果給予脈管系統(tǒng)中，由于它們的低分子量，它們將快速分布至胞內(nèi)空間中(即血液和間質(zhì))。它們還可以相對快速地從身體中清除。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)釓螯合物在提高轉(zhuǎn)移、小腫瘤的檢測率和提高腫瘤分類中特別有用，通過可以從中心壞死和從周圍水腫或肉眼可見的未涉及組織中區(qū)分出活的腫瘤組織(充分灌注的和/或削弱的血腦屏障)來實現(xiàn)后者(參見，例如，C.Claussen等，Neuroradiology 1985；164-171)。
另一方面，血池MR造影劑，例如超順磁氧化鐵顆粒，在脈管系統(tǒng)內(nèi)保持延長的時間。已經(jīng)證明它們對提高肝臟中的造影以及檢測毛細(xì)管滲透性異常非常有用，例如，腫瘤中“滲漏的”毛細(xì)管壁，例如作為血管生成的結(jié)果。
盡管上述造影劑毫無疑問的卓越特性，但它們的使用不是沒有任何風(fēng)險。盡管順磁金屬螯合復(fù)合物通常具有高穩(wěn)定性常數(shù)，但可能在給予后毒性金屬離子在體內(nèi)釋放。此外，這些種類的造影劑顯示出差的特異性。
WO-A-99/35508公開了MR研究患者的方法，使用高T1劑的超極化溶液作為MR成像劑。術(shù)語“超極化”意思是提高高T1劑中存在的NMR活性核的核極化，即，具有非零核自旋的核，優(yōu)選13C-或15N-核。提高NMR活性核的核極化時，這些核的激發(fā)核自旋狀態(tài)和基礎(chǔ)核自旋狀態(tài)之間的群體差異顯著提高，并因此將MR信號強(qiáng)度擴(kuò)大了百倍和更多倍。使用超極化的13C-和/或15N-富集的高T1劑時，本質(zhì)上沒有背景信號的干擾，因為13C和/或15N的天然豐度是可以忽略的，因此圖像對比度有利的高。公開了各種適用于超極化和隨后用作MR成像劑的可能高T1劑，包括但不限于，非內(nèi)源或內(nèi)源化合物如醋酸鹽、丙酮酸鹽、草酸鹽或葡萄糖酸鹽，糖類如葡萄糖或果糖，脲，酰胺，氨基酸如谷氨酸鹽、甘氨酸、半胱氨酸或天冬氨酸鹽，核苷酸，維生素如抗壞血酸，青霉素衍生物和磺胺。進(jìn)一步描述了正常代謝循環(huán)如檸檬酸循環(huán)中的中間產(chǎn)物，如富馬酸和丙酮酸，是用于代謝活動成像的優(yōu)選成像劑。
不得不強(qiáng)調(diào)的是由于松弛以及-給予患者體內(nèi)時-稀釋，超極化成像劑的信號衰減。因此生物流體(例如血液)中成像劑的T1值必須足夠長來確保試劑以高度超極化的狀態(tài)分布至患者體內(nèi)的目標(biāo)部位。
我們現(xiàn)在令人驚訝地發(fā)現(xiàn)了一種可以辨別腫瘤組織和健康組織的MR腫瘤成像方法，其中將超極化13C-丙酮酸鹽用作成像劑。
因此，本發(fā)明提供了用于辨別健康和腫瘤組織的方法，所述方法包括(a)從預(yù)先給予含有超極化13C-丙酮酸鹽組合物的患者獲得13C-丙酮酸鹽及其含有13C-的代謝物丙氨酸、乳酸鹽和任選碳酸氫鹽的直接13C-MR圖像，(b)任選將乳酸鹽信號針對丙酮酸鹽和/或丙氨酸的量做校正來獲得乳酸鹽相對于丙酮酸鹽和/或乳酸鹽相對于丙氨酸的加權(quán)圖像，其中通過最高的乳酸鹽信號和/或，如果進(jìn)行了步驟(b)中的校正，通過乳酸鹽相對于丙酮酸鹽和/或乳酸鹽相對于丙氨酸的高加權(quán)信號來鑒定所述13C-圖像中的腫瘤組織。
可以通過不同的方法(例如，WO-A-99/35508中所述的)來實現(xiàn)NMR活性13C-核的超極化，優(yōu)選的方法是來自惰性氣體、“強(qiáng)力”、旋轉(zhuǎn)冷卻核DNP的極化轉(zhuǎn)移。為了獲得超極化13C-丙酮酸鹽，優(yōu)選直接極化13C-丙酮酸鹽或極化13C-丙酮酸并將極化13C-丙酮酸轉(zhuǎn)化成極化13C-丙酮酸鹽，例如，通過使用堿的中和作用。
獲得超極化13C-丙酮酸鹽的優(yōu)選方式是來自超極化惰性氣體的極化轉(zhuǎn)移?？梢詫⒕哂蟹橇愫俗孕亩栊詺怏w超極化，即，將它們的極化提高超過平衡極化，例如，使用循環(huán)極化光。可以使用超極化惰性氣體，優(yōu)選He或Xe，來實現(xiàn)13C-核的超極化。還可以通過使用同位素富集的超極化惰性氣體優(yōu)選3He或129Xe來實現(xiàn)超極化。超極化氣體可以在氣相中，可以溶解于液體/溶劑中，或超極化氣體自身可以作為溶劑?；蛘?，可以將氣體冷凝至冷卻的固體表面上并以該形式使用，或使其升華。優(yōu)選將超極化氣體和待極化的化合物均勻混合。因此，如果13C-丙酮酸得到極化，其在室溫是液體，優(yōu)選將超極化氣體溶解于液體/溶劑中或作為溶劑。如果13C-丙酮酸鹽得到極化，優(yōu)選將超極化氣體溶解于也可以溶解丙酮酸鹽的液體/溶劑中。
另一種獲得超極化13C-丙酮酸鹽的優(yōu)選方式是通過非常低溫和高磁場下的熱力學(xué)平衡將極化給予NMR活性核。使用非常高磁場和非常低溫(強(qiáng)力)來實現(xiàn)與NMR分光計的運行磁場和溫度相比較的超極化。所用的磁場強(qiáng)度盡可能地高，合適地高于1T，優(yōu)選高于5T，更優(yōu)選15T，或更優(yōu)選且特別優(yōu)選20T或更高。溫度應(yīng)當(dāng)非常低，例如4.2K或更低，優(yōu)選1.5K或更低，更優(yōu)選1.0K或更低，特別優(yōu)選100mK或更低。
另一種獲得超極化13C-丙酮酸鹽的優(yōu)選方式是旋轉(zhuǎn)冷卻法。該方法包括固體化合物或系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)冷卻極化的旋轉(zhuǎn)極化。將系統(tǒng)與合適的順次材料如約三或更大對稱軸的晶體形式的Ni2+、鑭系元素或錒系元素離子摻雜或均勻混合。設(shè)備比DNP需要的簡單，不需要均勻的磁場，因為沒有使用共振激發(fā)磁場。通過將樣品圍繞垂直于磁場方向的軸物理旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行該方法。該方法預(yù)先需要的是順磁物質(zhì)具有高度各向異性g-因素。作為樣品旋轉(zhuǎn)的結(jié)果，電子順磁共振引起與核旋轉(zhuǎn)的接觸，導(dǎo)致核旋轉(zhuǎn)溫度降低。進(jìn)行樣品旋轉(zhuǎn)直至核自旋極化達(dá)到新的平衡。
更優(yōu)選的實施方案中，使用DNP(動態(tài)核極化)方法來獲得超極化13C-丙酮酸鹽。通過稱為順磁劑或DNP劑的順磁化合物實現(xiàn)了樣品的極化。在DNP處理的過程中，通常以微波輻射的形式提供了能量，其最初激發(fā)了順磁劑。衰減至基態(tài)時，存在從順磁劑的未配對電子至樣品MNR活性核的極化轉(zhuǎn)移。通常，在DNP處理中使用中磁場或高磁場和非常低的溫度，例如，在液氦和約1T或以上的磁場中進(jìn)行DNP處理。或者，可以使用中磁場和獲得足夠極化增強(qiáng)的任何溫度。DNP技術(shù)例如描述于WO-A-98/58272和WO-A-01/96895中，其中兩篇都在此包括作為參考。為了通過DNP方法獲得超極化13C-丙酮酸鹽，可以將13C-丙酮酸鹽和/或13C-丙酮酸用作待極化的化合物。
本發(fā)明的方法中使用13C-丙酮酸和/或13C-丙酮酸鹽主要取決于DNP處理中所用的順磁劑。如果順磁劑在13C-丙酮酸中是可溶的，那么優(yōu)選使用13C-丙酮酸，且液體混合物優(yōu)選是順磁劑和13C-丙酮酸形成的液體溶液。如果順磁劑不溶于13C-丙酮酸中，那么使用13C-丙酮酸鹽和/或13C-丙酮酸和至少一種共溶劑來形成液體混合物，優(yōu)選液體溶液。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)DNP的成功且因此極化的水平取決于待極化的化合物和順磁劑的相互密切接觸。因此，共溶劑優(yōu)選是溶解順磁劑和13C-丙酮酸和/或13C-丙酮酸鹽兩者的共溶劑或共溶劑混合物。對于13C-丙酮酸鹽，優(yōu)選將水用作共溶劑。
此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)混合物冷卻/冷凍時形成玻璃而不是結(jié)晶樣品時，獲得較高的極化水平。再次，玻璃的形成允許順磁劑和待極化化合物的更密切接觸。13C-丙酮酸是良好的玻璃前體并因此優(yōu)選用于DNP處理中，只要自由基在13C-丙酮酸中是可溶的。13C-丙酮酸鹽是一種鹽，且13C-丙酮酸鹽的水溶液和順磁劑的液體混合物在冷凍時將形成結(jié)晶樣品。為了防止這，優(yōu)選加入更多的是良好玻璃前體的共溶劑如甘油、丙二醇或乙二醇。
因此，在一實施方案中，將13C-丙酮酸鹽溶解于水中來獲得水溶液，并加入順磁劑、甘油和任選的再一種共溶劑來形成液體混合物。在優(yōu)選的實施方案中，將13C-丙酮酸、順磁劑和共溶劑混合來形成液體混合物。最優(yōu)選的實施方案中，將13C-丙酮酸和順磁劑混合來形成液體混合物。通過本領(lǐng)域已知的幾種方法可完成混合物的充分混合，如攪拌、渦旋或超聲處理。
然后在進(jìn)行DNP處理之前將液體混合物冷凍。通過本領(lǐng)域已知的方法來完成液體混合物的冷卻/冷凍，例如，通過將液體混合物在液氮中冷凍或通過簡單地置于偏振器中，其中液氦將冷凍樣品。
如之前所述的，動態(tài)核極化(DNP)是一種極化方法，其中通過DNP劑，即順磁劑/化合物來實現(xiàn)待極化化合物的極化。
許多已知的順磁化合物可以用作DNP劑，例如，過渡金屬如鉻(V)離子、有機(jī)自由基如硝基氧自由基、三苯甲基自由基或磁性顆粒。這樣的DNP劑描述于例如WO-A-99/35508、WO-A-88/10419、WO-A-90/00904、WO-A-91/12024、WO-A-93/02711或WO-A-96/39367。
優(yōu)選實施方案中，將通式(I)的三苯甲基自由基用作順磁劑以通過DNP方法來獲得13C-丙酮酸鹽， 其中M表示氫或一當(dāng)量陽離子；且R1相同或不同并表示直鏈或支鏈的任選羥基化的C1-C6-烷基或-(CH2)n-X-R2基團(tuán)，其中n是1、2或3；X是O或S，且R2是直鏈或支鏈的，任選羥基化的C1-C4-烷基。
優(yōu)選的實施方案中，M表示氫或一當(dāng)量生理學(xué)上可耐受的陽離子。術(shù)語“生理學(xué)上可耐受的陽離子”表示人或非人動物活體可以耐受的陽離子。優(yōu)選，M表示氫或堿金屬、銨離子或有機(jī)胺離子，例如葡甲胺。最優(yōu)選，M表示氫或鈉。
再一優(yōu)選的實施方案中，R1相同或不同，優(yōu)選相同，并表示直鏈或支鏈的任選羥基化的C1-C4-烷基，最優(yōu)選甲基、乙基、異丙基、羥甲基或羥乙基。
再一優(yōu)選的實施方案中，R1相同或不同，優(yōu)選相同并表示-CH2-O-(C1-C3-烷基)、-(CH2)2-O-CH3、-(C1-C3-烷基)-O-CH3、-CH2-S-(C1-C3-烷基)、-(CH2)2-S-CH3、-(C1-C3-烷基)-S-CH3、-CH2-O-CH3、-CH2-O-C2H5、-CH2-O-C2H4OH、-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-S-CH3、-CH2-S-C2H5、-CH2-S-C2H4OH或-CH2-CH2-S-CH3，最優(yōu)選-CH2-CH2-O-CH3。
更優(yōu)選的實施方案中，M表示氫或鈉，且R1相同并表示-CH2-CH2-O-CH3。
可以如WO-A-91/12024、WO-A-96/39367、WO97/09633和WO-A-98/39277中詳細(xì)描述的來合成通式(I)的三苯甲基自由基。簡而言之，通過將三摩爾當(dāng)量的金屬酸鹽化的單體芳基化合物和一摩爾當(dāng)量合適保護(hù)的羧酸衍生物反應(yīng)來形成三聚中間產(chǎn)物。將這種中間產(chǎn)物金屬酸鹽化并隨后與例如二氧化碳反應(yīng)來形成三-羧酸三苯基甲醇，在進(jìn)一步的步驟中，用強(qiáng)酸處理來產(chǎn)生三芳甲基陽離子。然后將該陽離子還原形成穩(wěn)定的三苯甲基自由基。
含有13C-丙酮酸鹽和/或13C-丙酮酸和任選溶劑的液體組合物優(yōu)選含有5至100mM通式(I)的三苯甲基自由基，更優(yōu)選10至20mM，特別優(yōu)選12至18mM，最優(yōu)選13至17mM。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用較高含量的自由基時，用于DNP處理中的極化增強(qiáng)時間較短，然而，獲得的極化水平較低。因此，必須將這兩種影響彼此平衡。
DNP技術(shù)例如描述于WO-A-98/58272和WO-A-01/95895中，在此包括兩者作為參考。通常，在DNP過程中使用中磁場或高磁場和非常低的溫度，例如，在液氦和約1T或以上的磁場中進(jìn)行DNP處理?；蛘?，可以使用中磁場和獲得足夠極化增強(qiáng)的任何溫度。本發(fā)明方法的優(yōu)選實施方案中，在液氦和約1T或以上的磁場中進(jìn)行DNP處理。合適的極化設(shè)備例如描述于WO-A-02/37132中。優(yōu)選的實施方案中，極化設(shè)備包括低溫恒溫器和極化裝置，例如通過導(dǎo)波器連接微波源的微波室，微波源處于由磁場產(chǎn)生裝置如超導(dǎo)磁鐵圍繞的中心孔中?？状怪毕蛳卵由熘林辽俪瑢?dǎo)磁鐵附近的P區(qū)域水平，其中磁場強(qiáng)度足夠高，例如1至25T，用于13C核極化的進(jìn)行。樣品孔優(yōu)選是可密封的并可以抽成低壓，例如約1mbar或更低的氣壓。在孔的內(nèi)部可以包含引入樣品(即，含有順磁劑和13C-丙酮酸鹽和/或13C-丙酮酸的混合物)的裝置，如可移動的運送樣品的管子，這管子可以從孔的頂部向下插入?yún)^(qū)域P中的微波室內(nèi)部。通過液氦將區(qū)域P冷卻至足夠低的溫度來用于進(jìn)行極化，優(yōu)選約0.1至100K的溫度，更優(yōu)選0.5至10K，最優(yōu)選1至5K。樣品引入裝置優(yōu)選在其上端是可密封的，以任何合適的方式來保持孔中的部分真空。樣品保持容器，如保持樣品的杯子，可以可移動地裝配于樣品引入裝置下端的內(nèi)部。保持樣品的容器優(yōu)選由具有低特異性熱容和良好保持低溫特性的輕質(zhì)材料構(gòu)成，例如，KelF(聚氯三氟乙烯)或PEEK(聚醚醚酮)。樣品容器可以保持一種或多種待極化的樣品。
將樣品插入樣品保持容器中，浸入液氦中并用微波照射，優(yōu)選200mW的約94GHz頻率?？梢酝ㄟ^獲得微波照射過程中樣品的固態(tài)13C-NMR信號來監(jiān)控極化水平，因此優(yōu)選使用含有極化元件的裝置來獲得步驟b)中固態(tài)13C-NMR譜。通常，在顯示13C-NMR信號對時間的圖中獲得飽和曲線。因此，可以測定什么時候達(dá)到了最佳的極化水平。
如果通過需要樣品處于固態(tài)的方法來進(jìn)行超極化，例如，通過DNP方法，必須將固體樣品轉(zhuǎn)化成液態(tài)來用于本發(fā)明的方法中。將固體極化混合物溶解，例如WO-A-02/37312中所述的，或熔化，例如WO-A-02/36005中所述的。優(yōu)選固體超極化樣品的溶解，更優(yōu)選溶解于緩沖劑中，優(yōu)選生理學(xué)上可耐受的緩沖劑，來獲得液體組合物。本申請內(nèi)容中的術(shù)語“緩沖劑”表示一種或多種緩沖劑，即，也可以是緩沖劑的混合物。
優(yōu)選的緩沖劑是生理學(xué)上可耐受的緩沖劑，更優(yōu)選在約pH7至8范圍內(nèi)緩沖的緩沖劑，例如磷酸鹽緩沖劑(KH2PO4/NaHPO4)、ACES、PIPES、咪唑/HCl、BES、MOPS、HEPES、TES、TRIS、HEPPS或TRICIN。更優(yōu)選的緩沖劑是磷酸鹽緩沖劑和TRIS，最優(yōu)選的是TRIS。另一實施方案中，使用多于一種的上述優(yōu)選緩沖劑，即，緩沖劑的混合物。
將13C-丙酮酸用作待極化的化合物時，溶解還包括13C丙酮酸至13C-丙酮酸鹽的轉(zhuǎn)化。為了完成此，將13C-丙酮酸與堿反應(yīng)。一實施方案中，將13C-丙酮酸與堿反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化成13C-丙酮酸鹽并隨后加入緩沖劑。另一個優(yōu)選的實施方案中，將緩沖劑和堿混合于一種溶液中并將該溶液加入13C-丙酮酸中，將其溶解并同時將其轉(zhuǎn)化成13C-丙酮酸鹽。優(yōu)選的實施方案中，堿是NaOH、Na2CO3或NaHCO3的水溶液，最優(yōu)選的堿是NaOH。特別優(yōu)選的實施方案中，將含有TRIS緩沖劑的NaOH溶液用于溶解13C-丙酮酸并將其轉(zhuǎn)化成13C-丙酮酸的鈉鹽。
另一個優(yōu)選的實施方案中，緩沖劑或-其中適用的-混合的緩沖劑/堿溶液進(jìn)一步包括一種或多種能夠結(jié)合或復(fù)合游離順磁離子的化合物，例如，螯合劑，如DTPA或EDTA。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)游離的順磁離子可以引起超極化化合物T1的縮短，優(yōu)選將其避免。
優(yōu)選使用WO-A-02/37132中所公開的方法和/或裝置來進(jìn)行溶解。如果通過DNP方法來進(jìn)行超極化，可以使用溶解部件，其與偏振器在物理上隔開或是包含偏振器和溶解部件的裝置的一部分。優(yōu)選的實施方案中，在升高的磁場進(jìn)行溶解來改善松馳和保持最大的超極化。盡管以上的測量，應(yīng)當(dāng)避免場結(jié)點，且低磁場可以導(dǎo)致松馳。
如果通過DNP方法進(jìn)行超極化，優(yōu)選從含有13C-丙酮酸鹽的溶液中除去順磁劑和/或其反應(yīng)產(chǎn)物?？梢圆糠帧⑦B續(xù)或理想地完全去除順磁劑和/或反應(yīng)產(chǎn)物，優(yōu)選全部去除。例如通式(I)的三苯甲基自由基的反應(yīng)產(chǎn)物可以是酯，其在丙酮酸與含有羥基的通式(I)的自由基反應(yīng)時形成?？捎糜诔ロ槾艅┖?或其反應(yīng)產(chǎn)物的方法是本領(lǐng)域已知的。通常，方法的可適用取決于順磁劑和/或其反應(yīng)產(chǎn)物的性質(zhì)。極化后固體樣品溶解時，自由基可能沉淀并可以通過過濾將其容易地從液體組合物中分離出來。如果雌性顆粒用作順磁劑，這些可以也可以通過過濾容易地去除。如果沒有發(fā)生沉淀，可以通過色譜分離技術(shù)例如液相色譜如反相或離子交換色譜或通過萃取來除去順磁劑。
因為通式(I)的三苯甲基自由基具有特征性的UV/可見吸收光譜，可以使用UV/可見吸收測量作為檢測去除后液體組合物中存在的方法。為了獲得定量結(jié)果，即，溶解的超極化樣品中存在的自由基濃度，可以校準(zhǔn)光學(xué)分光計，使得從液體組合物樣品在特定波長的吸收得到樣品中相應(yīng)的自由基濃度。
用于本發(fā)明方法中的13C-丙酮酸鹽和/或優(yōu)選用于通過DNP方法獲得超極化13C-丙酮酸鹽的13C-丙酮酸的同位素富集優(yōu)選是至少75％，更優(yōu)選至少80％，特別優(yōu)選至少90％，最優(yōu)選超過90％的同位素富集。理想地，富集是100％?？梢栽贑1-位置(此后稱為13C1-丙酮酸和13C1-丙酮酸鹽)、C2-位置(此后稱為13C2-丙酮酸和13C2-丙酮酸鹽)、C3位置(此后稱為13C3-丙酮酸和13C3-丙酮酸鹽)、C1-和C2-位置(此后稱為13C1，2-丙酮酸和13C1，2-丙酮酸鹽)、C1-和C3-位置(此后稱為13C1，3-丙酮酸和13C1，3-丙酮酸鹽)、C2-和C3-位置(此后稱為13C2，3-丙酮酸和13C2，3-丙酮酸鹽)或在C1-、C2-和C3-位置(此后稱為13C1，2，3-丙酮酸和13C1，2，3-丙酮酸鹽)同位素富集13C-丙酮酸和/或13C-丙酮酸鹽；C1-位置是優(yōu)選的。
幾種合成13C1-丙酮酸和13C1-丙酮酸鹽的方法是本領(lǐng)域已知的。簡而言之，Seebach等，Journal of Organic Chemistry 40(2)，1975，231-237描述了依賴于含羰基原料如S，S-乙縮醛例如1，3-二噻烷或2-甲基-1，3-二噻烷的保護(hù)和激活的合成途徑。將二噻烷金屬酸鹽化并與含甲基的化合物和/或13CO2反應(yīng)。使用該參考文獻(xiàn)中列出的合適同位素富集的13C-成分，可以獲得13C1-丙酮酸鹽、13C2-丙酮酸鹽或13C1，2-丙酮酸鹽。隨后使用文獻(xiàn)中所述的常規(guī)方法來釋放羰基官能。一種不同的合成途徑從醋酸開始，其首先轉(zhuǎn)化成溴乙酰，然后與Cu13CN反應(yīng)。將獲得的腈通過酰胺轉(zhuǎn)化成丙酮酸(參見，例如，S.H.Anker等，J.Biol.Chem.176(1948)，1333或J.E.Thirkettle，Chem Commun.(1997)，1025)。此外，可以通過將可購得的13C-丙酮酸鹽質(zhì)子化獲得13C-丙酮酸，例如，通過US專利6,232,497中所述的方法。
為了用于本發(fā)明的方法中，作為適于給予活的人或非人動物體的組合物來提供超極化13C1-丙酮酸鹽。組合物優(yōu)選包括如上所述的緩沖劑或緩沖劑混合物。組合物可以進(jìn)一步包括常規(guī)的藥物學(xué)上可接受的載體、賦形劑和制劑輔助劑。因此，組合物可以例如包括穩(wěn)定劑、滲透壓調(diào)節(jié)劑、增溶劑等。
丙酮酸鹽是內(nèi)源化合物，人體非常耐受，甚至在高濃度。作為檸檬酸循環(huán)中的前體，丙酮酸鹽在人體內(nèi)起著重要的代謝作用。丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化成不同的化合物轉(zhuǎn)氨作用形成丙氨酸，通過氧化性脫羧化作用，丙酮酸鹽轉(zhuǎn)化成乙酰-CoA和碳酸氫鹽，丙酮酸鹽的還原形成乳酸鹽及其羧化形成草酰乙酸鹽。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超極化13C-丙酮酸鹽至超極化13C-乳酸鹽、超極化13C-碳酸氫鹽(只在13C1-丙酮酸鹽、13C1，2-丙酮酸鹽或13C1，2，3-丙酮酸鹽的情況中)和超極化13C-丙氨酸的轉(zhuǎn)化可以用于使用體內(nèi)MR成像來辨別腫瘤組織和健康組織。這是令人驚訝的，因為本領(lǐng)域技術(shù)人員必須記住的是超極化化合物的T1由于松弛和稀釋而退化。13C-丙酮酸鹽在37℃人體全血中具有約42s的T1松弛，然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超極化13C-丙酮酸至超極化13C-乳酸鹽、超極化13C-碳酸氫鹽和超極化13C-丙氨酸的轉(zhuǎn)化足夠快以允許檢測13C-丙酮酸鹽母體化合物及其代謝物的信號。丙氨酸、碳酸氫鹽和乳酸鹽的含量取決于研究下的組織代謝狀態(tài)。超極化13C-乳酸鹽、超極化13C-碳酸氫鹽和超極化13C-丙氨酸的MR信號強(qiáng)度與檢測時這些化合物的含量和剩余的極化水平程度相關(guān)，因此通過使用非入侵性MR成像監(jiān)控超極化13C-丙酮酸鹽至超極化13C-乳酸鹽、超極化13C-碳酸氫鹽和超極化13C-丙氨酸的轉(zhuǎn)換可以研究人或非人動物體中的體內(nèi)代謝過程。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由不同丙酮酸鹽代謝物引起的MR信號振幅根據(jù)組織類型而改變。由丙氨酸、乳酸鹽、碳酸氫鹽和丙酮酸鹽形成的獨特代謝峰模式可以用作檢測下組織代謝狀態(tài)的指印，并因此可以區(qū)分健康組織和腫瘤組織。這使得根據(jù)本發(fā)明的組合物對于體內(nèi)MR腫瘤成像是極好的試劑。
通常，將檢測的主體例如患者或動物置于MR磁鐵中。放置專用的13C-MR RF-線圈來覆蓋目標(biāo)部位。
將含有超極化13C-丙酮酸鹽的組合物非腸道給藥，優(yōu)選靜脈內(nèi)、動脈內(nèi)或直接給予目標(biāo)部位或器官。根據(jù)本發(fā)明的組合物的劑量和濃度將取決于各種因素，如毒性、器官靶向能力和給藥途徑。通常，組合物的給藥濃度高達(dá)1mmol丙酮酸鹽每kg體重，優(yōu)選0.01至0.5mmol/kg，更優(yōu)選0.1至0.3mmol/kg。給藥速率優(yōu)選低于10ml/s，更優(yōu)選低于6ml/min，最優(yōu)選5ml/s至0.1ml/s。給藥后低于400s，優(yōu)選低于120s，更優(yōu)選給藥后低于60s，特別優(yōu)選給藥后20至50s，最優(yōu)選給藥后30至40s，應(yīng)用以結(jié)合頻率和空間選擇性方式編碼目標(biāo)體積的MR成像程序。這將形成13C-乳酸鹽、13C-丙氨酸和13C-丙酮酸鹽的代謝圖像，更優(yōu)選13C-乳酸鹽、13C-丙氨酸、13C-碳酸氫鹽和13C-丙酮酸鹽的代謝圖像。在相同的時間段內(nèi)，可以獲取用或不用質(zhì)子MRI造影劑的質(zhì)子圖像來獲得解剖和/或灌注信息。
使用通常所說的光譜成像程序來獲得目標(biāo)體積的編碼，例如T.R.Brown等，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 79，3523-3526(1982)；A.A.Maudsley，等，J.Magn.Res 51，147-152(1983)所述的。光譜成像數(shù)據(jù)包含多個體積元素，其中每個元素含有全部13C-MR譜。13C-丙酮酸鹽及其13C-代謝物在13C-MR譜中全部具有它們獨特的位置，且它們的共振頻率可以用于鑒定它們。處于共振頻率的峰的積分各自與13C-丙酮酸鹽及其13C-代謝物的含量直接相關(guān)。如L.Vanhamme等，J Magn Reson 129，35-43(1997)中所述的，使用例如時間結(jié)構(gòu)域適合程序估算13C-丙酮酸鹽和各自13C-代謝物的含量時，可以產(chǎn)生對于13C-丙酮酸鹽和各種13C-代謝物的圖像，其中彩色編碼或灰色編碼表示所測量的13C-丙酮酸鹽和各種13C-代謝物的含量。
盡管光譜成像方法已經(jīng)證明了它們在使用各種各樣的MR核，例如，1H、31P、23Na產(chǎn)生代謝圖像中的價值，但全部編碼光譜圖像需要的副本含量使得這種方法不太適于超極化13C。在整個MR數(shù)據(jù)獲取過程中必須小心地確保超極化13C-信號是可獲得的。以降低信號至噪聲為代價，通過減小每個相編碼步驟中所用的RF-脈沖角可以獲得這。矩陣尺度越大，需要越多的相編碼步驟和越長的掃描時間。
基于P.C.Lauterbur(Nature，242，190-191，(1973)和P.Mansfield(J.Phys.C.6，L422-L426(1973))初創(chuàng)工作的成像方法，意味著在數(shù)據(jù)獲取過程中施用讀出梯度，將允許較高的信號至噪聲圖像或相等的較高空間分辨率圖像。然而，這些成像方法的基礎(chǔ)形式對于13C-丙酮酸鹽及其13C-代謝物不能產(chǎn)生分開的圖像，而是含有13C-丙酮酸鹽及其所有13C-代謝物的圖像，即，不可能鑒定特定的代謝物。
優(yōu)選的實施方案中，使用多回波來編碼頻率信息的成像程序。可以產(chǎn)生分開的水和脂肪1H-圖像的程序例如描述于G.Glover，J MagnReson Imaging 1991；1521-530和S.B.Reeder等，MRM 51 35-45(2004)。因為待檢測的代謝物及其MR頻率是已知的，以上參考文獻(xiàn)中討論的方法可以用來獲取13C-丙酮酸鹽、13C丙氨酸和13C乳酸鹽的直接圖像，優(yōu)選13C丙酮酸鹽、13C丙氨酸、13C乳酸鹽和13C碳酸氫鹽的直接圖像。該方法使得更有效地使用超極化13C-MR信號，獲得與傳統(tǒng)光譜成像技術(shù)相比較更好的信號質(zhì)量，更高的空間分辨率和更快的獲取時間。
腫瘤組織的特征通常在于提高的灌注和較高的代謝活性。由于較高的代謝需要和/或離毛細(xì)管較大的距離不能獲得足夠的可以提供維持能量體內(nèi)平衡需要能量的物質(zhì)，細(xì)胞誘導(dǎo)了遞增的脈管床、血管形成過程。在這個部位中，細(xì)胞具有產(chǎn)生足夠能量的問題，預(yù)期代謝模式的顯著改變。具有維持能量體內(nèi)平衡問題的組織將該改變能量代謝，這特別地導(dǎo)致了提高的乳酸鹽產(chǎn)生。令人驚訝地，在可獲得的短MR成像時間窗口內(nèi)使用超極化13C-丙酮酸鹽使得這種代謝改變成為可見的，即，使用腫瘤部位中的高13C-乳酸鹽信號來區(qū)分腫瘤和健康組織。因為灌注在腫瘤組織中是不均勻的，優(yōu)選將13C-乳酸鹽信號做相同部位中可獲得丙酮酸鹽含量(13C-丙酮酸鹽信號)的校正。通過這種校正，獲得乳酸鹽相對于丙酮酸鹽的加權(quán)圖像。這將允許強(qiáng)調(diào)相對于丙酮酸鹽信號具有相對高乳酸鹽信號組織中的部位并因此提高腫瘤組織和健康組織之間的辨別。
為了對丙酮酸鹽信號校正，將各個單個圖像中的乳酸鹽和丙酮酸鹽圖像都?xì)w一化至最大值。其次，將歸一化的乳酸鹽圖像乘以倒轉(zhuǎn)的丙酮酸鹽圖像，例如，對于每個像素將圖像中的最大丙酮酸鹽信號減去丙酮酸鹽水平。最后一步，將上述操作中獲得的中間產(chǎn)物結(jié)果乘以初始乳酸鹽圖像。
為了強(qiáng)調(diào)代謝改變的部位，可以將高13C-乳酸鹽信號結(jié)合降低的13C-丙氨酸信號用于和上一段落中所述的相似操作中，借此獲得乳酸鹽相對于丙氨酸的加權(quán)圖像。令人驚訝地，通過這種校正還提高了腫瘤部位的鑒定，即，腫瘤組織和健康組織的區(qū)分。為了對丙氨酸信號校正，將各個單個圖中的乳酸鹽和丙氨酸圖像歸一化至最大值。其次，將歸一化的乳酸鹽圖像乘以倒轉(zhuǎn)的丙氨酸圖像，例如，對于每個像素將圖像中的最大丙氨酸信號減去丙氨酸水平。最后一步，將以上操作中獲得的中間產(chǎn)物結(jié)果乘以初始乳酸鹽圖像。以相似的方式，還可以將13C-碳酸氫鹽信號包括于分析中。此外，可以將用或不用質(zhì)子MRI造影劑獲得的質(zhì)子圖像包括于分析中來獲得解剖和/或灌注信息。
另一個優(yōu)選的實施方案中，重復(fù)給藥含有超極化13C-丙酮酸的組合物，因此可以動態(tài)研究。這是組合物與其它MR成像劑相比較的再一優(yōu)勢，由于其它MR成像劑在患者體內(nèi)相對長的循環(huán)，不允許這樣的動態(tài)研究。
根據(jù)本發(fā)明的組合物進(jìn)一步用作體內(nèi)MR腫瘤分級的成像劑。如之前段落中所述的相同代謝圖像和/或代謝比例圖像可以用于該目的，合適的cut off分類限定取決于腫瘤大小和代謝活性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于體內(nèi)MR腫瘤治療監(jiān)控，例如，通過監(jiān)控治療性抗腫瘤劑治療和/或化療或結(jié)合任何類型的干預(yù)技術(shù)時腫瘤代謝模式的直接改變，用或不用任何種類的消融，即化學(xué)消融結(jié)合無線電頻率、微波或超聲。
通常通過以干擾蛋白質(zhì)代謝、脂質(zhì)代謝或能量代謝的方式準(zhǔn)備患者或動物，可以影響和改進(jìn)根據(jù)本發(fā)明方法的腫瘤MR成像。獲得這的方式是本領(lǐng)域已知的，例如，通過禁食(例如，過夜)、葡萄糖輸注等。
優(yōu)選的實施方案中，將根據(jù)本發(fā)明的方法用于腦腫瘤、乳房腫瘤、結(jié)腸/結(jié)直腸腫瘤、肺腫瘤、腎臟腫瘤、頭頸部腫瘤、肌肉腫瘤、胃腫瘤、食道腫瘤、卵巢腫瘤、胰腺腫瘤和前列腺腫瘤的體內(nèi)MR腫瘤成像、腫瘤監(jiān)控和腫瘤分級。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法對于體內(nèi)MR前列腺腫瘤成像，即前列腺腫瘤診斷和/或前列腺腫瘤分級和/或前列腺腫瘤治療監(jiān)控特別有用。
當(dāng)患有尿道疼痛或不適的男性去看醫(yī)生時，懷疑是前列腺癌。如果男性超過50歲，進(jìn)行前列腺特異性抗原(PSA)測試?；谏叩腜SA和/或異常數(shù)碼直腸檢測(DRE)來懷疑前列腺癌。如果PSA測試是陽性的，請患者去看專家(泌尿科醫(yī)師)，使用超聲波指導(dǎo)的活體檢查來診斷。每年在US和歐洲進(jìn)行的兩百萬活體檢查程序中，各自6個中的5個和3個中的2個是陰性的。在早期檢測時，這些患者的五年存活率是100％。因為前列腺癌是最常見的癌癥，是男性癌癥死亡的第二大誘因，對能夠在早期檢測前列腺腫瘤且可以幫助降低活體檢測程序數(shù)量的診斷前列腺腫瘤的方法存在強(qiáng)烈的醫(yī)學(xué)需要。
前列腺的13C-成像需要收發(fā)兩用體積13C-RF-線圈，優(yōu)選，使用結(jié)合只接受直腸內(nèi)RF-線圈MR的發(fā)送體積13C-RF-線圈，更優(yōu)選，使用發(fā)射-接受相陣列體積13C-RF-線圈結(jié)合只接受直腸內(nèi)13C-RF-線圈的MR。特別優(yōu)選的線圈使得在13C-成像后可以獲取1H-前列腺圖像。
實施例實施例1三(8-羧基-2，2，6，6-(四(甲氧基)苯并-[1，2-4，5’]雙-(1，3)二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽的合成將根據(jù)WO-A1-98/39277的實施例7合成的10g(70mmol)三(8-羧基-2，2，6，6-(四(甲氧基)苯并-[1，2-4，5’]雙-(1，3)二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽在氬氣氛下懸浮于280ml二甲基乙酰胺中。將氫化鈉(2.75g)接著甲基碘(5.2ml)加入并使輕微放熱的反應(yīng)進(jìn)行1小，34℃水浴60分鐘。重復(fù)兩次加入氫化鈉和甲基碘，各自化合物的含量相同，在最后一次加入后，將混合物在室溫攪拌68小時，然后倒入500ml水中。使用40ml 1M NaOH(水溶液)將pH調(diào)節(jié)至pH＞13，并將混合物在環(huán)境溫度下攪拌15小時來水解所形成的甲酯。然后使用50ml 2M HCl(鹽酸)將混合物酸化至約2的pH，并用乙酸乙酯提取3次(500ml和2×200ml)。將合并的有機(jī)相通過Na2SO4干燥，然后蒸發(fā)至干。通過制備性HPLC使用乙腈/水作為洗脫劑來純化粗產(chǎn)物(24g)。將收集的級分蒸發(fā)來除去乙腈。用乙酸乙酯提取剩余的水相，并將有機(jī)相通過Na2SO4干燥，然后蒸發(fā)至干。將水(200ml)加入殘余物中，并用0.1M NaOH(aq)將pH小心地調(diào)節(jié)至7，殘余物在該過程中緩慢溶解。中和后，將水溶液冷凍干燥。
實施例2使用13C-丙酮酸和實施例1的三苯甲基自由基通過DNP方法生產(chǎn)含有超極化13C-丙酮酸鹽的組合物通過將5.0mg實施例1的自由基溶解于13C1-丙酮酸(164μl)中來制得20mM溶液。將樣品混合至均勻，并將等份溶液(41mg)置于樣品杯中，插入DNP偏振器中。
將樣品在微波(93.950GHz)照射下的3.35T磁場中1.2K的DNP條件下極化。2小時后，停止極化，并使用根據(jù)WO-A-02/37132的溶解裝置將樣品溶解于氫氧化鈉和三(羥甲基)-氨基甲烷(TRIS)的等份溶液中來提供超極化13C1-丙酮酸鈉的中性溶液。用13C-NMR快速分析溶解的樣品來評定極化，獲得19.0％的13C極化。
實施例3使用13C-丙酮酸和實施例1的三苯甲基自由基通過DNP方法生產(chǎn)含有超極化13C-丙酮酸鹽的組合物通過將實施例1的自由基(209.1mg)溶解于13C1-丙酮酸(553mg)和未標(biāo)記丙酮酸(10.505g)的混合物中來制得15mM溶液。將樣品混合至均勻并將等份溶液(2.015g)置于樣品杯中，插入DNP偏振器中。
將樣品在微波(93.950GHz)照射下的3.35T磁場中1.2K的DNP條件下極化。4小時后，停止極化，并使用根據(jù)WO-A-02/37132的溶解裝置將樣品溶解于氫氧化鈉和三(羥甲基)-氨基甲烷(TRIS)的等份溶液中來提供超極化13C1-丙酮酸鈉的中性溶液，100mM TRIS緩沖劑中總丙酮酸鹽濃度為0.5M。在使用溶解裝置的系列中，連接色譜柱。柱子由Varian供應(yīng)的含有疏水性包裝材料(Bondesil-C18，400UMPart#12213012)的筒構(gòu)成。迫使溶解的樣品通過選擇性吸附自由基的柱子。用13C-NMR快速分析濾過的溶液來評定極化，獲得16.5％的極化。隨后用UV分光光度計在469nm分析剩余自由基濃度并決定低于0.1μM的檢測極限。
實施例4使用13C-丙酮酸和三(8-羧基-2，2，6，6-(四(羥乙氧基)甲基-苯并[1，2-d4，5’-d’]雙(1，3)二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽通過DNP方法生產(chǎn)超極化13C-丙酮酸鹽如WO-A-97/09633的實施例29中所述的合成三(8-羧基-2，2，6，6-(四(羥乙氧基)甲基-苯并[1，2-d4，5’-d’]-雙-(1，3)-二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽。
通過將三(8-羧基-2，2，6，6-(四(羥乙氧基)甲基-苯并[1，2-d4，5’-d’]-雙-(1，3)二硫雜環(huán)戊烯-4-基)甲基鈉鹽溶解于13C1-丙酮酸(83.1mg)中來制得20mM溶液。將樣品混合至均勻，置于樣品杯中并插入DNP偏振器中。將樣品在微波(93.950GHz)照射下的3.35T磁場中1.2K的DNP條件下極化。使用Varian Inova-200 NMR分光計獲得樣品的13C-NMR信號。從熱平衡13C-NMR信號和增強(qiáng)的NMR信號的測量計算DNP增強(qiáng)。獲得16％的13C極化。
實施例5使用含有超極化13C-丙酮酸鹽的組合物作為成像劑的腫瘤成像5.1腫瘤動物模型和腫瘤制備R3230AC是可以維持于雌性Fischer 344大鼠中的大鼠乳腺癌。為了建立動物腫瘤模型，將含有R32030細(xì)胞的RPMI 1640、10％FBS和10％DMSO的冷凍小瓶在37℃快速融化。此后，將細(xì)胞溶液轉(zhuǎn)移至FBS中并加入遞增體積的RPMI 1640。最后，將細(xì)胞懸浮液轉(zhuǎn)移至25cm2的生長燒瓶中并放入37℃，5％CO2的培養(yǎng)箱中。每隔一天更換生長培養(yǎng)基。在大鼠感染的那天，通過機(jī)械力或通過胰蛋白酶來進(jìn)行細(xì)胞的去除。使用缺少鈣和鎂的磷酸鹽緩沖液洗滌細(xì)胞。加入胰蛋白酶(0.02％EDTA中的0.05％胰蛋白酶)2-5分鐘。然后，加入5mlFBS并將細(xì)胞轉(zhuǎn)移至含有RPMI 1640的燒杯中，RPMI 1640含有FCS和抗生素(100IU/ml青霉素、100IU/ml鏈霉素和2..5g/ml兩性霉素B)。將細(xì)胞溶液離心并將細(xì)胞沉淀物重懸浮于20ml含有FCS和抗生素的RPMI 1640中，并重復(fù)離心和重懸浮。然后將細(xì)胞等分至小瓶中，含有4×106個細(xì)胞/ml RPMI 1640。為了獲得供體腫瘤，將雌性Fishcher344大鼠(Cherles River，180-200g)麻醉并將0.3ml細(xì)胞懸浮液皮下注射至兩側(cè)的腹股溝部位中。15和22天后，如F.A.Burgener等，InvestRadiol 22/6(1987)，472-478；S.Saini等，J.Magn.Reson.129/1(1997)，35-43中所述的制得腫瘤塊。在受體雌性Fischer大鼠的腹部形成兩個切口。將腫瘤塊插入每個袋中并將切口縫合。在腫瘤移植后的12-14天將大鼠成像。
5.2大鼠準(zhǔn)備和質(zhì)子MR成像使用異氟烷(2-3％)將稱重的大鼠麻醉并保持在加熱的桌子上來確保約37℃的體溫。將導(dǎo)管引入尾靜脈中并進(jìn)入左頸總動脈中。將大鼠轉(zhuǎn)移至MR儀并置于通過循環(huán)FC-104 Fluorinert加熱至約37℃的自制墊子上。這種液體在1H-和13C-MR成像中沒有引起背景信號。以0.4L/min的速率通過長管將1-2％異氟烷傳送至開放的呼吸系統(tǒng)來繼續(xù)麻醉。通過T-管將動脈管連接壓力記錄儀和傳送鹽水的泵(速率0.15L/min)來防止導(dǎo)管堵塞。將大鼠置于大鼠MR線圈中(RapidBiomedical，Germany)并使用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子MR成像程序成像來獲得解剖信息和測定腫瘤的位置。
5.313C-MR成像基于通過MR系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)子頻率，根據(jù)以下等式來計算13C1-丙氨酸的MR頻率頻率13C1-丙氨酸＝0.25144×[(系統(tǒng)頻率質(zhì)子×1.00021)-0.000397708]將計算的頻率置于13C1-丙氨酸共振產(chǎn)生引起的MR信號，13C1-乳酸鹽在左邊和13C1-丙酮酸鹽共振在13C1-丙氨酸的右邊。運行未定位的MR程序來確保13C-MR線圈和系統(tǒng)MR頻率已經(jīng)得到正確地設(shè)定。放置13C-圖像位置來覆蓋腫瘤(切片厚度10mm，平面像素大小5×5m2)。在重建階段中，將圖像數(shù)據(jù)補(bǔ)零來形成2.5×2.5×10mm3分辨率。在12s的時間段過程中以10ml/kg的劑量注射TRIS緩沖劑中的13C1-丙酮酸鹽(90mM)，以最小體積2ml注射至尾靜脈中，注射開始后30s(即，注射結(jié)束后18s)，開始化學(xué)位移13C-MR程序。
5.4 MR成像數(shù)據(jù)的分析MR成像形成含有16×16元素的矩陣，其中每個元素或三維像素/像素含有13C-MR譜。在重建階段中，將矩陣補(bǔ)零至32×32，這是一種幫助提高空間分辨率的數(shù)學(xué)操作。待分析的數(shù)據(jù)集包含1024個譜，輸出成Dicom格式(DICOM是National Electrical ManufactureAssociation(國家電機(jī)制造協(xié)會)為了關(guān)于醫(yī)學(xué)信息數(shù)字通信的標(biāo)準(zhǔn)出版物登記的商標(biāo))用于進(jìn)一步分析。這些譜中約一半不含有MR信號，因為這些三維像素的位置在動物外部。動物內(nèi)部的定位揭示了具有高丙酮酸鹽信號和可忽略不計的乳酸鹽和丙氨酸信號的三維像素(血池)，而其他三維像素顯示出約相等強(qiáng)度的丙酮酸鹽、丙氨酸和乳酸鹽。
使用時間域擬合程序估算丙酮酸鹽、丙氨酸和乳酸鹽的振幅，其包括以下的零級相在數(shù)據(jù)集中是恒定的，第一級相是1.4ms，允許時間域中的線寬或阻尼可以在0.5至3倍之間改變，整個數(shù)據(jù)集的平均線寬對于每種代謝物是獨立地，且關(guān)于整個數(shù)據(jù)集對于必須通過使用者來鑒定的最高峰建立的平均頻率，允許頻率在兩個方向改變20Hz。
記錄矩陣中的乳酸鹽、丙氨酸和丙酮酸鹽振幅，并再次取樣來配合質(zhì)子解剖MR圖像的分辨率。將13C-MR圖像投影在解剖圖像上，使用自動化程序來獲得與操作者無關(guān)的結(jié)果。將該結(jié)果展示于包含大鼠腫瘤解剖質(zhì)子圖像的圖像組中，將丙酮酸鹽、乳酸鹽和丙氨酸的代謝13C-圖像投影在解剖圖像上，圖像顯示每個像素a)([乳酸鹽]norm×([丙酮酸鹽]max-[丙酮酸鹽]norm)×[乳酸鹽]和b)([乳酸鹽]norm×([丙氨酸]max-[丙氨酸]norm)×[乳酸鹽]其中術(shù)語“[……]norm”表示歸一化振幅，即與代謝圖像中最高值成比例的振幅，[乳酸鹽]表示計算出的振幅。
將區(qū)分代謝13C-MR圖像中腫瘤組織和健康組織的成功結(jié)果定義為腫瘤部位中最高的乳酸鹽信號或腫瘤部位中乳酸鹽相對于丙酮酸鹽的高加權(quán)比和相同像素位置中乳酸鹽相對于丙氨酸的高加權(quán)比。
5.5生物分析目測腫瘤部位來檢測出血的信號。將腫瘤從大鼠體內(nèi)釋放出來，稱重并切成兩半。目測腫瘤內(nèi)部來測定均勻、壞死和出血。將腫瘤組織存儲于4％福爾馬林中。
如果符合以下標(biāo)準(zhǔn)就認(rèn)為帶有腫瘤的大鼠適于評價腫瘤重量＞100mg，在腫瘤內(nèi)部沒有可見的壞死或孢囊，在MR研究時體溫高于35℃且平均動脈血壓高于60mmHg。
5.6結(jié)果將18只大鼠中總共30個不同的腫瘤成像。1只大鼠和3個腫瘤不符合前一段落5.5中所述的生物標(biāo)準(zhǔn)。剩余的17只大鼠中的26個腫瘤是均勻的并具有結(jié)實的非壞死內(nèi)部。注射時的13C1-丙酮酸鹽平均極化是21.2±2.9％(平均±SD)，和pH是8.08±0.14(平均±SD)。


圖1顯示了一只成像大鼠的典型系列圖像，(1)質(zhì)子參照圖像，其中箭頭表示腫瘤位置，(2)13C-丙酮酸鹽圖像，(3)13C-乳酸鹽圖像，(4)13C-丙氨酸圖像，(5)對13C-丙酮酸鹽校準(zhǔn)的13C-乳酸鹽圖像和(6)對13C-丙氨酸校準(zhǔn)的13C-乳酸鹽圖像。將圖像(2)至(6)與質(zhì)子參照圖像融合。
圖2顯示了相同系列的圖像，然而，圖像(2)至(6)沒有與解剖質(zhì)子圖像融合。
結(jié)果，由于高代謝活性，通過高丙酮酸鹽信號(2)來表示腫瘤位置。然而，乳酸鹽信號(3)最終鑒定了腫瘤的正確位置。丙氨酸在骨骼肌中是可見的，但不存在于腫瘤組織中(4)。丙酮酸鹽和丙氨酸校準(zhǔn)的乳酸鹽圖像(5)和(6)對于腫瘤也形成了極好的造影。
因此證明了通過高乳酸鹽信號、高的對丙酮酸校準(zhǔn)的乳酸鹽信號和高的對丙氨酸校準(zhǔn)的乳酸鹽信號來顯示代謝圖像中的腫瘤位置。
代謝13C-MR圖像的分析揭示了腫瘤部位中的代謝造影·對于乳酸鹽信號，26個腫瘤中24個·對于丙酮酸鹽校準(zhǔn)的乳酸鹽信號，26個腫瘤中26個(5.5，a)·對于丙氨酸校準(zhǔn)的乳酸鹽信號，26個腫瘤中26個(5.5，b)對于該研究的總體成功比例為26個中26個，或100％。
使用該研究，證明了使用在可以使化合物及其代謝物成像的時間段內(nèi)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域(腫瘤)的超極化13C1-丙酮酸鹽可以鑒定腫瘤。
權(quán)利要求
1.用于辨別健康和腫瘤組織的方法，所述方法包括(a)從預(yù)先給予含有超極化13C-丙酮酸鹽的組合物的患者獲得13C-丙酮酸鹽及其含有13C-的代謝物丙氨酸、乳酸鹽和任選碳酸氫鹽的直接13C-MR圖像，(b)任選將乳酸鹽信號針對丙酮酸鹽和/或丙氨酸的量做校正來獲得乳酸鹽相對于丙酮酸鹽和/或乳酸鹽相對于丙氨酸的加權(quán)圖像，其中通過最高的乳酸鹽信號和/或，如果進(jìn)行了步驟(b)中的校正，通過乳酸鹽相對于丙酮酸鹽和/或乳酸鹽相對于丙氨酸的高加權(quán)信號來鑒定所述13C-圖像中的腫瘤組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過DNP方法超極化13C-丙酮酸和/或13C-丙酮酸鹽來獲得超極化13C-丙酮酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中含有13C-丙酮酸鹽的組合物進(jìn)一步含有一種或多種緩沖劑，該緩沖劑選自磷酸鹽緩沖劑(KH2PO4/Na2HPO4)、ACES、PIPES、咪唑/HCl、BES、MOPS、HEPES、TES、TRIS、HEPPS和TRICIN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的方法，其中在步驟a)中將利用多回波來編碼頻率信息的成像程序用于獲取直接13C-圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的方法，其中在給予含有13C-丙酮酸鹽的組合物后少于400s時獲取步驟a)中的直接13C-圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的方法，其中另外獲取用或不用質(zhì)子MRI造影劑的質(zhì)子圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的方法，其中步驟b)進(jìn)一步包括將乳酸鹽信號針對碳酸氫鹽的量做校正來獲得乳酸鹽相對于碳酸氫鹽的加權(quán)圖像，且其中如果已經(jīng)進(jìn)行了步驟b)中的校正，通過最高的乳酸鹽信號，通過乳酸鹽相對于丙酮酸鹽和/或乳酸鹽相對于丙氨酸和/或乳酸鹽相對于碳酸氫鹽的高加權(quán)信號來鑒定所述13C圖像中的腫瘤組織。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的方法，其中步驟b)是強(qiáng)制性的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中通過以下來進(jìn)行所述校正(i)將各個單獨圖像中的乳酸鹽和丙酮酸鹽和/或丙氨酸和/或碳酸氫鹽圖像歸一化至最大值(ii)將歸一化的乳酸鹽圖像乘以倒轉(zhuǎn)的丙酮酸和/或丙氨酸和/或碳酸氫鹽圖像；和(iii)將步驟(ii)的結(jié)果乘以初始乳酸鹽圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9的方法，其中腫瘤是腦瘤、乳房腫瘤、結(jié)腸腫瘤、肺腫瘤、腎臟腫瘤、頭頸部腫瘤、肌肉腫瘤、卵巢腫瘤、胃腫瘤、前列腺腫瘤、食道腫瘤或前列腺腫瘤。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的方法用于體內(nèi)MR腫瘤治療監(jiān)控和/或腫瘤分級。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用超極化
文檔編號A61K49/06GK101031811SQ200580033184
公開日2007年9月5日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者M·薩寧, R·I·詹德特 申請人:通用電氣醫(yī)療集團(tuán)股份有限公司