專利名稱：包括熒光染料和mri造影劑的雙功能造影劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般性地涉及醫(yī)學診斷成像領域。更具體地，本發(fā)明涉及設計和合成雙功能造影劑(bifunctional contrast agent)以及使用該造影劑在活生物體內獲得生物化學活性的高分辨率的體內圖像的方法，可操作該造影劑用于磁共振成像(″MRI″)和光學成像(optical imaging)。
背景技術：
磁共振成像(″MRI″)作為醫(yī)學診斷技術在20年前建立，其能夠提供關于人體的高分辨率解剖信息，并且一直用于檢測多種疾病。MRI使用核磁共振的原理產(chǎn)生身體圖像。MRI能夠從任何角度和/或方向，在相對短的時間內，產(chǎn)生身體任何部分的薄截面圖像(thin-section images)，而無需對身體的外科侵害。MRI也能夠在身體的任何橫截面中產(chǎn)生生物化學化合物的“地圖”。
MRI可能存在于人體中，因為人體內充滿了小的生物磁體-對于MRI用途最重要的是氫原子的核，也稱作質子。當患者置于MRI裝置中時，他們的身體處于比地球磁場強30,000倍的穩(wěn)定磁場中。MRI用無線電波激勵身體，以改變質子的穩(wěn)態(tài)取向，使得質子在一個方向中或另一個方向中沿磁場排列。然后，MRI停止無線電波，并且在選定頻率“收聽”身體的電磁傳輸。使用傳輸?shù)男盘枠嫿ㄉ眢w內部的圖像，使用與用于開發(fā)計算機化X射線軸向分層造影掃描儀(CAT掃描儀)的原理相似的原理。因為組織和腫瘤的核磁弛豫時間不同，在MRI構建的圖像中可以顯現(xiàn)畸變。
持續(xù)光學成像以作為診斷模式更可接受，因為其不將患者暴露于電離輻射中。光學成像基于檢測正常和腫瘤組織在吸收、散射和/或熒光中的不同。一類光學成像包括近紅外熒光(“NIRF”)成像。通常，在NIRF成像中，具有限定帶寬的濾過的光或激光用作激發(fā)光(excitation light)的光源。激發(fā)光經(jīng)過身體傳輸，當其碰到NIRF分子或光學成像劑時，吸收了激發(fā)光。然后熒光分子(即光學成像劑)發(fā)射光譜不同于激發(fā)光(即它們是不同波長的光)的可檢測光。通常，可通過NIRF成像檢測的光具有大約600-1200nm的波長。光學成像劑使目標(target)背景比例增加幾個數(shù)量級，由此能夠獲得目標區(qū)域更好的可見度和分辨率?？梢栽O計光學成像劑以使其僅僅在特定事件存在時(即在預定酶存在時)下發(fā)射可檢測光。光學成像，例如NIRF成像，顯示了用于檢測身體中功能或代謝變化的光明前途，例如某些蛋白質或酶的過量生產(chǎn)。這是有用的，因為大部分疾病在解剖學變化發(fā)生前誘發(fā)體內早期的功能或代謝變化。檢測這些代謝變化的能力有助于疾病的早期檢測、診斷和治療，由此提高了患者恢復和/或治愈的機會。
造影劑通常與MRI和/或光學成像結合使用以改善和/或增強從人體獲得的圖像。造影劑是導入身體中以改變兩組織之間對比度的化學物質。通常，MRI造影劑包括磁性探針，設計該探針以通過影響接近MRI造影劑的水分子中質子弛豫速率，而增強給定圖像。這種在MRI造影劑附近的組織的T1(自旋-晶格弛豫時間)和T2(自旋-自旋弛豫時間)的選擇性改變通過MRI改變了可見的組織的對比度。通常，光學造影劑包括染料，設計該染料在用外部輻射激發(fā)時發(fā)光。然后通過光學成像器件檢測這種發(fā)射的光。
一般通過靜脈注射進其循環(huán)系統(tǒng)，給人們施用造影劑，以便能夠顯現(xiàn)人體的脈管系統(tǒng)(vasculature)、胞外空間和/或胞內空間中的畸變。一些造影劑可以留在人們的脈管系統(tǒng)中并增亮脈管系統(tǒng)。其它造影劑可以穿透血管壁并通過不同的機理，例如與受體粘合，增亮胞外空間或胞內空間中的畸變。在將造影劑注入組織中后，造影劑的濃度先增加，然后隨著造影劑從組織中消除而開始減小。通常，以此種方式獲得對比度的提高，因為與另一組織相比，一個組織具有更高的親和性或血管供應。例如，與周圍組織相比，大部分腫瘤具有更高的MRI造影劑吸收，這是因為腫瘤的增加的血管供應和/或血管壁滲透性，通過MRI引起較短的T1和更大的信號改變。
一般地，MRI造影劑屬于兩類中的一類(1)順磁性金屬離子，例如釓(Gd)的絡合體，或(2)被覆的鐵納米顆粒。由于游離金屬離子對身體有毒，它們通常與其它分子或離子絡合，以防止它們與身體內的分子絡合，由此減輕它們的毒性。一些典型的MRI造影劑包括但不限于Gd-EDTA、Gd-DTPA、Gd-DOTA、Gd-BOPTA、Gd-DOPTA、Gd-DTPA-BMA(釓雙胺)、ferumoxsil、ferumoxide和ferumoxtran。
另一類MRI造影劑-稱作“靈敏”造影劑-包括通過身體的生理學或腫瘤的性質激活的造影劑，即通過pH、溫度和/或特定酶或離子的存在激活的試劑。MRI靈敏造影劑的一些實例包括但不限于對體內鈣濃度敏感的造影劑，或對pH敏感的那些造影劑。
“靈敏”光學造影劑近來用于體內以監(jiān)視人體內的酶活性。這些靈敏造影劑僅僅在特定蛋白酶存在下產(chǎn)生對比度。因為蛋白酶是涉及多種疾病過程的關鍵因素，將造影劑或探針加工成為特定酶的能力應該最終使得人們能夠檢測用于各種病理狀況的標志酶的表達水平。該方法能夠提供用于通過光學成像研究皮膚表面附近的病理學的所有必須信息。然而，因為低的定位信息是光學成像的特征，可能需要一種或多種額外的模式(modality)用于診斷在身體的更深處的病理學。
造影劑不僅僅是有用的，而且通常是需要的，以便使某些疾病的存在可檢測。例如，在MRI中對比度(例如T1、T2和/或質子密度)的機理有些受限制，使得某些疾病在外生造影劑不存在時通過MRI仍然檢測不到。這是因為在一些疾病中不添加造影劑沒有影響影響對比度的參數(shù)。因此，結合使用造影劑和MRI對于檢測一些附加病理狀況提供了優(yōu)異的敏感性，由此使得一些疾病能夠檢測，這些疾病僅僅通過MRI是不可檢測的。例如，在造影劑存在下，MRI對于檢測乳腺腫瘤具有非常高的靈敏度，但是對于檢測癌組織卻具有非常低的特異性。通過MRI識別癌組織的特異性也很低，這是因為多種病理學，例如新血管的補充(recruitment)和生產(chǎn)，特征在于與癌組織的那些標記相似的標記。
雖然MRI和光學成像都提供有用信息，它們都不能獨立地提供有助于所有疾病的早期診斷的所有信息。如前所述，大部分疾病在解剖學變化發(fā)生前誘發(fā)身體內的早期功能或代謝變化。雖然這些代謝變化幾乎不能通過現(xiàn)有的MRI技術檢測，光學成像顯示了能夠檢測這些變化的光明前景。然而，當考慮例如乳房成像等應用時，光學成像自身受可獲得的空間分辨率的極大限制。粗略地說來，光學圖像的空間分辨率為源與檢測器之間的距離的大約1/3，這可轉變?yōu)橛糜谠?cm乳房上定位小病變的大約3cm精度。通過光學成像定位病理學的不精確被證明是不可克服的缺點，導致其它有前景的診斷技術不能被使用。然而，已知一起使用MRI和光學成像以獲得更完全的解剖學和功能信息是有利的，從而有助于疾病的早期檢測。事實上，光學成像和MRI彼此本質上是相匹配的，并且已經(jīng)同時獲得了乳房的MRI和光學圖像。然而，目前不存在單一雙功能造影劑，該造影劑包括用于增強解剖信息的總是活化的(always-activated)磁共振成分和用于增強功能信息的可活化的光學成分。
許多造影劑和/或檢測劑是已知的。然而，許多僅僅是單官能的，而不是雙功能的。有關單官能的造影劑的現(xiàn)有技術沒有啟示可以使用單一檢測劑同時從兩種不同模式獲得圖像。雖然一些雙功能的檢測劑是已知的，它們沒有一種包括總是活化的第一和可活化的第二成分，該第二成分僅僅在預定事件存在時發(fā)出可檢測的信號(即僅僅在特定酶存在時發(fā)出可檢測光)。此外，有關雙功能造影劑的現(xiàn)有技術都沒有披露或暗示使用可活化的光學成像成分，也沒有披露或暗示組合磁共振成像劑和可活化的光學成像成分。
因此，需要可以用于進一步有助于疾病的早期檢測的系統(tǒng)和方法。還需要使活生物體中生物化學活性高分辨率定位的系統(tǒng)和方法。還需要可以以兩種不同的模式同時利用的雙功能造影劑。仍然需要可同時在MRI和光學成像中利用的雙功能造影劑。還需要雙功能造影劑，其包括用于獲得增強的解剖信息的總是活化的第一成分，和用于獲得增強的功能信息的可活化的第二成分。最后，需要雙功能造影劑，其中一種成分為可活化的成分，其僅僅在預定事件存在時是可活化的。

發(fā)明內容
由此，通過本發(fā)明的實施方式，克服了現(xiàn)存造影劑和使用它們的方法的上述缺點。本發(fā)明的實施方式提供有助于疾病的早期檢測的系統(tǒng)和方法。這些系統(tǒng)和方法使活生物體中生物化學活性定位的高分辨率的體內成像。本發(fā)明的實施方式可以包括雙功能造影劑，該造影劑能夠同時用于兩種不同的模式。一種實施方式包括雙功能造影劑，該造影劑能夠同時用于MRI和光學成像中。這些雙功能造影劑的實施方式可以包括用于獲得增強的解剖信息的總是活化的第一成分和用于獲得增強的功能信息的可活化的第二成分。在這些實施方式中，這些雙功能造影劑可包括一種可活化的成分，該成分僅僅在預定事件存在時是可活化的。
本發(fā)明涉及雙功能造影劑或探針，和使用該雙功能造影劑或探針的方法。本發(fā)明的一種實施方式包括可以同時用于MRI和光學成像二者的雙功能造影劑或探針。在這些實施方式中，這些雙功能造影劑包括磁共振成分和光學成像成分。在這些實施方式中，光學成像成分包括一種染料分子和猝滅劑。在其它實施方式中，光學成像成分包括兩種染料分子。在其它實施方式中，光學成像成分包括多種染料分子和多種猝滅劑。
根據(jù)上面列出的需要，本發(fā)明的實施方式提供雙功能檢測劑，各自包括至少一種共價鍵合到至少一種磁共振造影劑的可活化的光學造影劑或染料。在一種實施方式中，雙功能檢測劑包括共價鍵合到光學染料和猝滅劑分子二者的磁共振造影劑，其中連接染料和猝滅劑使得當用一定波長的光激發(fā)雙功能檢測劑時，猝滅劑有效吸收發(fā)出的光，以便減少被光學檢測器檢測到的光量。磁共振造影劑可包括螯合的釓絡合物(即Gd-DTPA或Gd-DOTA)、涂覆的鐵氧化物納米顆粒等?？梢栽O計連接體(linker)以便通過化學鍵或通過空間(space)獲得染料和猝滅劑分子的緊密接近(closeproximity)。此外，可設計連接體以使，作為一些生物學或信號過程(即酶裂解)的結果，損害了染料和猝滅劑的接近(即染料和猝滅劑之間的距離增加)，由此發(fā)出光并被光學成像器件檢測到。
本發(fā)明的一種實施方式提供雙功能檢測劑，其設計為使得能夠同時進行目標區(qū)域的MRI和光學成像，由此同時獲得解剖學和功能(即代謝)信息。通過MRI和磁共振造影劑獲得解剖信息，同時通過光學成像和光學染料和/或猝滅劑獲得功能/代謝信息。在本發(fā)明的實施方式中，設計磁共振造影劑以便總是處于“打開”的(即總是活化的和/或可檢測的)，同時設計光學造影劑以便僅僅當染料不再與猝滅分子緊密接近時處于“打開”，(即造影劑是可活化的，以便當特定波長的光活化或激發(fā)光學造影劑且特定酶的存在引起染料和猝滅分子之間的裂解時，為“打開”的或活化的或可檢測的)。如果用合適波長的光激發(fā)造影劑，造影劑中的染料將吸收激發(fā)光并再發(fā)出輻射。只要染料和猝滅劑是彼此緊密接近的，這種再發(fā)出的輻射/光將被猝滅劑吸收，所以沒有顯著部分的再發(fā)出的光被光學檢測器接受到。此時，認為光學造影劑處于“關”。然而，如果染料和猝滅劑彼此分離(即因為裂解、斷鍵或構像變化)，染料仍然將吸收激發(fā)光，并將再發(fā)出波長稍有不同的輻射。這種再發(fā)出的輻射/光將不會被猝滅劑吸收，因為染料和猝滅劑離得太遠，并且因此該光將被光學檢測器檢測到。此時，認為光學造影劑處于“開”。
本發(fā)明的一個方面涉及該雙功能試劑的共定位。這種共定位是可能的，因為磁共振造影劑和光學造影劑/染料是共價鍵合在一起的。本發(fā)明的實施方式的另一方面是磁共振成分和光學成分也是共價鍵合到猝滅劑分子上的，由于其與染料緊密接近，有效吸收激發(fā)的光學造影劑發(fā)出的光。本發(fā)明的另一方面是磁共振造影劑和光學染料保持共價鍵合，同時生物學信號過程(即酶裂解)減小猝滅劑分子的緊密接近，由此活化光學造影劑并將其“打開”?？苫罨墓鈱W造影劑產(chǎn)生的光學信號直接與生物學信號過程相關，由此使得可以檢測功能信息。
本發(fā)明具有與使用目前的磁共振造影劑的解剖學成像相關的所有優(yōu)勢，而且同時使得能夠通過光學成像獲得功能信息。本發(fā)明的雙功能MRI/光學成像造影劑使得同時獲得高分辨率解剖學和功能信息成為可能。優(yōu)選地，僅僅在特定事件存在時(即，僅當特定酶存在于人體內并且特定波長的光激發(fā)光學造影劑時)活化這些造影劑的光學成分。
本發(fā)明的實施方式包括雙功能檢測劑，其包括磁共振成像成分和可活化的光學成像成分，優(yōu)選地彼此共價鍵合。在一種實施方式中，在單一的雙功能檢測劑中含有磁共振成像成分和光學成像成分。本發(fā)明的雙功能檢測劑使得能夠獲得活生物體的磁共振圖像和光學圖像，優(yōu)選同時獲得。在一種實施方式中，僅僅在預定波長的光存在以及預定事件存在時，例如在預定酶存在時，和/或當在熒光活化部位發(fā)生酶裂解時，活化可活化的光學成像成分。在一種實施方式中，本發(fā)明的磁共振成像成分可被連續(xù)活化，并且包括順磁性材料例如螯合的釓絡合物；順磁性離子的螯合物，該順磁性離子例如銪(Eu)、鏑(Dy)、鋱(Tb)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、或鐿(Yb)；涂覆的鐵納米顆粒；等。本發(fā)明的可活化的光學成像成分包括至少一種光學染料，并且還可以包括至少一種猝滅劑(其也可以為染料)。本發(fā)明的磁共振成像成分使得能夠獲得增強的解剖信息，同時可活化的光學成像成分使得能夠獲得增強的功能/代謝信息。此處，“增強”指通過使用雙功能造影劑獲得的圖像或信息的質量比通過不使用造影劑獲得的圖像或信息的質量高。
本發(fā)明的實施方式包括雙功能檢測劑，其包括能夠增強活生物體內解剖信息的第一成分和能夠增強活生物體內功能/代謝信息的可活化的第二成分。在本發(fā)明的實施方式中，第一和第二成分都包含在單一的雙功能檢測劑中。在這些實施方式中，同時獲得增強的解剖信息和增強的功能信息。在一實施方式中，第一成分總是活化或“打開”的，而可活化的第二成分僅僅在預定事件存在時是活化的或“打開”的，該預定事件例如在預定波長的光存在時并且(1)在預定的酶存在時，(2)當在熒光活化部位發(fā)生酶裂解時，(3)當溫度超過或低于預定值時，或(4)當pH超過或低于預定值時。增強的解剖信息可通過計算機化斷層顯像、正電子成像術或磁共振成像獲得。增強的功能信息可以通過近紅外熒光成像(near-infrared fluorescence imaging)獲得。
本發(fā)明的實施方式也包括獲得生物體內生物化學活性的高分辨率的、體內成像的方法，包括以下步驟將本發(fā)明的雙功能檢測劑給藥于生物體；獲得活生物體解剖信息的圖像和獲得生物體功能/代謝信息的圖像。這些圖像可以同時獲得。在一實施方式中，靜脈內給藥雙功能檢測劑，但是也可以用任何其它合適的方式，例如口服或肌內給藥。在這些實施方式中，可以通過計算機化斷層顯像、正電子成像術或磁共振成像獲得解剖信息的圖像。在這些實施方式中，可以通過光學成像獲得功能信息的圖像。
本發(fā)明的實施方式也包括用于獲得體內生物化學活性的高分辨率、體內成像的系統(tǒng)。一種包括第一成像器件和第二成像器件，該第一成像器件能夠檢測雙功能檢測劑的第一成像成分，以獲得活生物體的解剖信息的圖像；該第二成像器件能夠檢測雙功能檢測劑的可活化的第二成像成分，以獲得活生物體的功能/代謝信息圖像。第一成像器件和第二成像器件可以同時使用，并且雙功能檢測劑的可活化的第二成像成分可僅僅在預定事件存在時被活化。第一成像器件可包括磁共振成像器件、計算機化斷層顯像器件或正電子成像術器件。第二成像器件可包括光學成像器件。在一實施方式中，第一成像器件包括磁共振成像器件且第二成像器件包括光學成像器件。在這些實施方式中，第一成像器件和第二成像器件可同時使用。
在下面的描述過程中，本發(fā)明的其它特點、方面和優(yōu)勢對于本領域普通技術人員將變得更明顯，其中參考解釋本發(fā)明的一些優(yōu)選形式的附圖，并且其中在整個附圖中相同的標記表示相同的部件。


圖1A-1E顯示根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式合成雙功能檢測劑；圖2A-2D顯示根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式合成雙功能檢測劑；和圖3A-3D顯示根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施方式合成雙功能檢測劑。
發(fā)明詳述為了促進對本發(fā)明的理解，將參考如圖1A-3D中和用于描述該圖的特定語言說明的本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式。此處使用的術語是描述的目的，而不是限制。此處披露的特定結構和功能的詳細內容不解釋為對本發(fā)明的限制，而僅僅是權利要求的基礎，作為用于教導本領域普通技術人員多樣地使用本發(fā)明的代表性基礎。在描述的檢測劑和使用該監(jiān)測劑的方法的任何改變和變化，以及此處描述的本發(fā)明的原理的這種進一步應用，這些通常都是本領域普通技術人員能夠想到的，都被考慮在本發(fā)明的精神內。
本發(fā)明的實施方式包括雙功能檢測劑，其同時充當MRI造影劑和任選的可檢測的試劑或染料。這些雙功能檢測劑有助于檢測與組織內生物化學變化有關的生理學變化，其可指示組織異常、心血管疾病、血栓形成、癌等。此處使用的術語“MRI造影劑”或“磁共振造影劑”指可以用于增強MRI圖像的分子。MRI造影劑通常包括與螯合劑連接的順磁性金屬離子。此處使用的“順磁性金屬離子”指平行或反向平行于磁場方向，以與磁場成一定比例的程度磁化的金屬離子。通常，順磁性金屬離子為具有不成對電子的金屬離子。適當?shù)捻槾判噪x子的一些非限制的實例包括錳(Mn)、鐠(Pr)、釹(ND)、釤(Sm)、銪(Eu)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)和釓(Gd)。此處使用的“任選的可檢測的試劑”、“任選的可檢測的染料”、“光學造影劑”和/或“光學染料”指光致發(fā)光化合物(即用光激發(fā)后會發(fā)出可檢測的能量的化合物)。光學染料可以為熒光的。
在這些實施方式中，本發(fā)明的雙功能檢測劑包括磁共振成分和光學成像成分。磁共振成分包括造影劑，其優(yōu)選總是活化的或“打開的”，以便能夠總是檢測到該試劑的定位。合適的磁共振造影劑包括但不限于一種或多種順磁性螯合體，例如Gd-DTPA、Gd-DOTA、涂覆的鐵納米顆粒等。光學成像成分包括可活化的造影劑或染料，其僅僅在特定事件存在時被活化。當活化或“打開”光學成像成分時，發(fā)射可檢測光。當未活化光學成像成分或未處于“開”時，沒有明顯部分的再發(fā)出的光被光學檢測器檢測到。例如，光學成像成分可以在以下事件存在時活化或“打開”存在一定波長的光，和(1)存在特定的生物化學標記，(2)熒光活化部位的酶裂解，(3)當溫度增加或降低時，或(4)當pH升高或降低時。本發(fā)明的可活化光學成像成分的生物化學標記的一些非限定實例包括基質金屬蛋白酶(matrixmetalloproteinases)、半胱氨酸和絲氨酸蛋白酶，或其它生物化學標記，這些標記在病理狀況下傾向于優(yōu)先被過表達。合適的光學成像造影劑包括但不限于包括下列染料或這些染料的改性形式的化合物Cy5、Cy5.5、Cy7、IRD41、IRD700、NIR-1、LaJolla Blue、IR780、Indocyanine Green(ICG)、Alexa Fluor染料等。
在一種實施方式中，雙功能檢測劑包括共價鍵合到光學染料和猝滅劑分子的磁共振造影劑。在其它實施方式中，雙功能檢測劑包括共價鍵合到至少兩種光學染料的磁共振造影劑。在另一實施方式中，雙功能檢測劑包括共價鍵合到多種光學染料和多種猝滅劑分子的磁共振造影劑。
光學成像成分的染料和/或猝滅劑的位置通常彼此緊密接近，例如彼此隔開小于100埃。此外，在一些實施方式中，用于光學成像成分的染料當從身體外部以適當激發(fā)頻率激發(fā)時發(fā)出稍微偏向光譜紅光部分的光。通常，當光學成像成分未被活化或“打開”時，染料或染料和猝滅劑彼此緊密接近，使得發(fā)出的光被再吸收，因此不能被光學檢測器檢測到。在這些實施方式中，當損害了或增加了染料之間的間隔或染料和猝滅劑之間的間隔，活化或“打開”光學成像成分，由此使得發(fā)出可以被光學檢測器檢測到的光。可以設計光學成像成分，以僅僅由于一些生物學或信號過程而損害或增加染料之間的間隔或染料和猝滅劑之間的間隔。該生物學或信號過程的一些非限制實例包括某些酶或體內生物化學變化的存在，已精確設計該光學成像成分以對其進行檢測；組織溫度的變化；或組織局部pH的變化。該生物學或信號過程的存在引起鍵斷裂或構像變化，由此損害或增加染料之間的間隔或染料和猝滅劑之間的間隔，并發(fā)出可檢測光。
本發(fā)明也包括獲得活生物體內生物化學活性的高分辨率的、體內成像的方法。一種方法包括使用一種模式(即MRI)估計檢測劑的定位，同時使用第二模式(即光學成像)估計生物學活性的水平。另一方法包括獲得活生物體的解剖信息的圖像并獲得活生物體的功能信息的圖像，其中雙功能檢測劑存在于活生物體中。在該實施方式中，雙功能檢測劑包括能夠增強活生物體的解剖信息的第一成分，和能夠增強活生物體功能信息的可活化的第二成分，并且該可活化的第二成分僅僅在預定事件存在時被活化。本發(fā)明的雙功能檢測劑可以以任何適當?shù)姆绞浇o藥，優(yōu)選通過靜脈注射給藥。
本發(fā)明的雙功能檢測劑使得能夠通過兩種不同的模式同時獲得解剖學和功能信息兩者。在本發(fā)明的實施方式中，第一模式(即磁共振成像)提供高分辨率的解剖信息，由該信息可以確定檢測劑的精確的解剖學定位。在本發(fā)明的實施方式中，第二模式(即光學成像)提供功能或代謝信息。與目前存在的方法相比，這種解剖學和功能信息的組合使得更容易和更早期地診斷和治療疾病，由此提高了患者恢復和/或被治愈的機會。
在一實施方式中，雙功能檢測劑可包括聚合物或共聚物，該聚合物或共聚物選擇性地用光學染料#1、光學染料#2和MRI造影劑接枝和/或封端。這些試劑的一些非限定實例包括 其中
可為聚合物(即多肽)或共聚物(即多肽/pNA共聚物)，并且-----表示共價鍵合到聚合物或共聚物的部分(即氨基酸或pNA側鏈)。光學染料包括市售的染料，例如Cy7Q(染料#1)和Cy5.5(染料#2)。MRI造影劑共價鍵合到聚合物或共聚物，且優(yōu)選為螯合的釓絡合物，例如Gd-(DTPA)?？梢允褂酶鞣N可替換的光學染料和磁性造影劑，而不偏離本發(fā)明的范圍，重要該光學染料僅僅在預定事件存在時是可活化的的在其它實施方式中，雙功能檢測劑可包括 可如圖1A-1E所示合成發(fā)明的一種雙功能檢測劑，并在下面更詳細的說明。首先，可以使用各種連接體和固相載體或樹脂，通過標準Fmoc化學的固相合成，合成聚合物例如多肽Fmoc-N-Gly-Pro-Leu-Gly-Val-Arg(Pmc)-Gly-Lys(Aloc)-Gly-Asp(OBut)-C-連接體-樹脂。可以在聚合物中使用任何適當?shù)陌被嵝蛄??？梢詮墓烫庂徺IFmoc保護的氨基酸和固相載體，并且如果需要可以用肽合成儀自動合成肽。用市售的聚苯乙烯樹脂在C末端開始肽的合成。用酸-敏感的保護基團叔丁基酯(OBut)保護天冬氨酸上的羧酸基團。用正交保護基團(orthogonalprotecting group)烯丙氧基羰基(Aloc)保護賴氨酸側鏈上的氨基。用酸-敏感的保護基團例如2，2，4，6，7-五甲基-二氫苯并呋喃-5-磺酰(Pmc)保護精氨酸氨基酸上的胍基(guandinium group)，生成 用鈀絡合物例如鈀四-三苯基膦(Pd(PPh3)4)、乙酸和三丁基錫烷處理保護的10鏈節(jié)(mer)肽除去Aloc保護基團，并留下游離胺以生成
然后用胺-反應性的Cy5.5 NHS酯處理該化合物生成 用DMF中的20％哌啶使N-末端脫保護，除去Fmoc基團，并生成游離胺 用胺-反應性的Cy7Q NHS酯處理該化合物生成 然后在適當清除劑存在下，酸，例如三氟乙酸可以用于從固相載體斷開染料-肽共軛物，同時精氨酸氨基酸和天冬氨酸氨基酸被脫保護，生成 然后用適當?shù)幕罨瘎?，例如二琥珀酰亞胺碳酸鹽處理該化合物，活化羧酸并生成 然后用對對-氨基芐基-DTPA-五(叔丁基)酯處理該化合物以生成
通過用三氟乙酸處理而脫保護雙功能的配體的羧酸基團，除去叔丁基以生成 最后，通過用GdCl3處理將釓螯合到DTPA的羧酸基團，并調節(jié)pH以生成本發(fā)明的雙功能檢測劑 該實施方式的最后的化學結構示于圖1E中。在該實施方式中，選擇Cy5.5，這是因為其與血紅素、去氧血紅素、組織、水等具有最小的干擾。Cy5.5吸收約673nm的光，并發(fā)射約692nm的光。選擇Cy7Q作為“暗”染料，這是因為其不發(fā)射光，其僅僅吸收Cy5.5發(fā)出的光，只要Cy5.5和Cy7Q的距離小于約100埃(即，如果氨基酸的排列仍然保持完好)。當Cy7Q和Cy5.5彼此緊密接近(即，彼此在約100埃內)時，Cy7Q充當猝滅劑。然而，當預定事件存在時(即，存在某些酶時)，氨基酸鏈在氨基酸殘基間斷裂，由此活化該化合物的光學成像成分，使得發(fā)出光學可檢測的光。選擇Gd-(DTPA)作為總是“打開”的磁共振造影劑。
圖2A-2D顯示本發(fā)明另一雙功能檢測劑的合成，并且該特定實施方式的最終化學結構顯示于圖2D中?？赏ㄟ^與圖1A-1E所描述的方法相似的方法合成該實施方式。
圖3A-3D顯示合成本發(fā)明另一雙功能檢測劑，并且該特定實施方式的最終化學結構顯示于圖3D。該實施方式也可以通過與圖1A-1E描述的方法相似的方法合成。
雖然上面已經(jīng)描述了用于同時組合使用MRI/光學成像系統(tǒng)的雙功能檢測劑，應該理解可以設計雙功能檢測劑用于同時在可替換的組合成像系統(tǒng)中使用，而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，用于在計算機化斷層顯像(CT)和光學成像中同時使用的雙功能檢測劑，或用于在正電子成像術(PET)和光學成像中同時使用的雙功能檢測劑也在本發(fā)明的范圍內，只要該CT/PET造影劑總是“打開”的或活化的，并且光學成像成分僅僅在特定的預定事件存在時是可活化的。其它可與光學成像結合的診斷成像技術包括基于X射線的技術、超聲、基于放射性物質(例如閃爍照相和SPECT)的診斷技術等。
上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施方式。然而，應該認識到這些實施方式僅僅是本發(fā)明不同的實施方式的原理的示意。對于本領域普通技術人員來說，各種改進和修改將是顯而易見的，并且不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明意圖覆蓋屬于附屬權利要求及其等價物范圍內的所有適當?shù)母倪M和改變。
權利要求
1.一種雙功能檢測劑，其包括磁共振成像成分；和可活化的光學成像成分，其中磁共振成像成分和光學成像成分含在單一雙功能檢測劑中，并且其中可活化的光學成像成分僅僅在預定事件存在時被活化。
2.權利要求1的雙功能檢測劑，其中磁共振成像成分包括順磁性材料和超順磁性材料中的至少一種。
3.權利要求2的雙功能檢測劑，其中順磁性材料包括以下中的至少一種螯合的釓絡合物、順磁性離子的螯合物和被覆的鐵納米顆粒。
4.權利要求3的雙功能檢測劑，其中順磁性離子包括以下中的至少一種錳(Mn)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)和镥(Lu)。
5.權利要求2的雙功能檢測劑，其中超順磁性材料包括超順磁性離子的螯合物。
6.權利要求5的雙功能檢測劑，其中超順磁性離子包括以下中的至少一種錳(Mn)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)和镥(Lu)。
7.權利要求1的雙功能檢測劑，其中可活化的光學成像成分包括至少一種光學染料。
8.權利要求7的雙功能檢測劑，其中可活化的光學成像成分還包括至少一種猝滅劑。
9.權利要求1的雙功能檢測劑，其中磁共振成像成分共價鍵合到可活化的光學成像成分。
10.權利要求1的雙功能檢測劑，其中預定事件包括存在預定波長的光和以下中的至少一種存在預定的酶、在熒光活化部位酶裂解、當溫度超過預定值時、當溫度低于預定值時、當pH超過預定值時和當pH低于預定值時。
11.權利要求1的雙功能檢測劑，其中磁共振成像成分總是活化的。
12.權利要求1的雙功能檢測劑，其中磁共振成像成分能夠使增強的解剖信息從活生物體獲得。
13.權利要求1的雙功能檢測劑，其中可活化的光學成像成分能夠使增強的功能信息從生物體獲得。
14.權利要求13的雙功能檢測劑，其中功能信息包括代謝信息。
15.一種雙功能檢測劑，包括能夠在活生物體內增強解剖信息的第一成分；和能夠在活生物體內增強功能信息的可活化的第二成分，其中第一和第二成分含在單一的雙功能檢測劑中，并且其中可活化的第二成分僅僅在預定事件存在時被活化。
16.權利要求15的雙功能檢測劑，其中第一成分總是活化的。
17.權利要求15的雙功能檢測劑，其中功能信息包括代謝信息。
18.權利要求15的雙功能檢測劑，其中通過計算機化斷層現(xiàn)像、正電子成像術、和磁共振成像中的至少一種獲得增強的解剖信息。
19.權利要求15的雙功能檢測劑，其中通過近紅外熒光成像獲得增強的功能信息。
20.權利要求15的雙功能檢測劑，其中預定情況包括存在預定波長的光和以下中的至少一種存在預定的酶、在熒光活化部位酶裂解、當溫度超過預定值時、當溫度低于預定值時、當pH超過預定值時和當pH低于預定值時。
21.一種獲得活生物體中生物化學活性的高分辨率、生物體內成像的方法，包括以下步驟獲得活生物體的解剖信息的圖像；和獲得活生物體的功能信息的圖像，其中在活生物體內存在雙功能檢測劑，其中雙功能檢測劑包括能夠增強活生物體的解剖信息的第一成分和能夠增強活生物體的功能信息的可活化的第二成分，并且其中可活化的第二成分僅僅在預定事件存在時被活化。
22.權利要求21的方法，其中功能信息包括代謝信息。
23.權利要求21的方法，其中在獲得步驟進行前將雙功能檢測劑給藥于生物體。
24.權利要求23的方法，其中雙功能檢測劑以靜脈內、口服和肌內中的至少一種方式給藥。
25.權利要求21的方法，其中通過計算機化斷層現(xiàn)像、正電子成像術和磁共振成像中的一種獲得活生物體的解剖信息的圖像。
26.權利要求21的方法，其中通過光學成像獲得活生物體的功能信息的圖像。
27.權利要求21的方法，其中同時進行獲得步驟。
28.一種雙功能檢測劑，包括
29.一種雙功能檢測劑，包括
30.一種雙功能檢測劑，包括
31.一種用于獲得活生物體內生物化學活性的高分辨率、體內圖像的系統(tǒng)，包括第一成像器件，其能夠檢測雙功能檢測劑的第一成像成分，以獲得活生物體的解剖信息的圖像；和第二成像器件，其能夠檢測雙功能檢測劑的可活化的第二成像成分，以獲得活生物體的功能信息的圖像，其中第一成像器件和第二成像器件能夠同時使用，并且其中雙功能檢測劑的可活化的第二成像成分僅僅在預定事件存在時被活化。
32.權利要求31的系統(tǒng)，其中功能信息包括代謝信息。
33.權利要求31的系統(tǒng)，其中第一成像器件包括以下中的至少一種磁共振成像器件、計算機化斷層顯像器件和正電子成像術器件。
34.權利要求31的系統(tǒng)，其中第二成像器件包括光學成像器件。
35.權利要求31的系統(tǒng)，其中第一成像器件和第二成像器件同時使用。
36.權利要求31的系統(tǒng)，其中第一成像器件包括磁共振成像器件并且第二成像器件包括光學成像器件。
37.權利要求36的系統(tǒng)，其中第一成像器件和第二成像器件同時使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于提供活生物體內生物化學活性的高分辨率、體內成像的雙功能檢測劑。使用這些雙功能檢測劑的方法可以包括將其給藥于活生物體，然后使用一種模式(即MRI)估計檢測劑的定位，同時使用第二模式(即光學成像)估計生物化學活性的水平。一種雙功能檢測劑包括磁共振成分和光學成像成分。該磁共振成分包括總是活化或“打開”的造影劑。該光學成像成分包括可活化的造影劑或染料，該可活化的造影劑或染料僅僅在特定事件存在時被活化或“打開”。例如，該光學成像成分可以被以下事件活化存在預定波長的光，和(1)存在特定的生物化學標記，(2)酶裂解，或(3)周圍介質的溫度或pH改變。這些雙功能檢測劑使得能夠同時獲得解剖學和功能/代謝信息。
文檔編號A61K49/00GK1684710SQ03822648
公開日2005年10月19日 申請日期2003年8月11日 優(yōu)先權日2002年9月23日
發(fā)明者利娜·漢卡, 莫漢·M·阿馬拉滕加, 德尼塞·K·威克特, 帕里托什·達瓦爾, 內迪姆·艾沙克, 費薩爾·A·斯尤德, 布魯斯·F·約翰遜, 埃米·C·威廉斯 申請人:通用電氣公司