JPH0586380B2 - - Google Patents
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- JPH0586380B2 JPH0586380B2 JP8590744A JP9074485A JPH0586380B2 JP H0586380 B2 JPH0586380 B2 JP H0586380B2 JP 8590744 A JP8590744 A JP 8590744A JP 9074485 A JP9074485 A JP 9074485A JP H0586380 B2 JPH0586380 B2 JP H0586380B2
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の利用分野
本発明はリン脂質小胞のようなミセル粒子と共
に常磁性物質を使用することによる核磁気共鳴
(NMR)イメージング(画像形成法)のコント
ラスト増強に係る。
従来技術
ヒトのNMRイメージングは主要な診断手段と
なりつつある。現状の分解能はX−線CTイメー
ジングに匹敵している。しかし、NMRの主たる
特徴的利点は、異なるNMR緩和時間(T1および
T2)に基づいて組織のタイプ間の違い(すなわ
ちコントラスト)を識別できるということであ
る。この核緩和時間にはMn()やGd()のよ
うな常磁性イオンまたは安定なフリーラジカルが
強い影響を与えることができるので、これらの物
質の、コントラストを更に強める能力を判定する
ため、特にこれらが、摘出した動物臓器および生
きたままの動物中の水分子内プロトンのT1値と
T2値を変えるか否かをテストするために、上記
の物質の探索が行なわれている。たとえば、
Mendonca Diasら、NMRイメージングにおけ
る常磁性造影剤の使用(The Use of
Paramagnetic Contrast Agents in NMR
Imaging),Absts.Soc.Mag.Res.Med.,1982,
103,104頁;Bradyら、局所性虚血症イヌ心臓の
プロトン核磁気共鳴イメージング:常磁性プロト
ンシグナル増強効果(Proton Nuclear
Magnetic Resonance Imaging of Regionally
Ischemic Canine Hearts:effects of
Paramagnetic Proton Signal Enhancement),
Radiology,1982,144,343−347頁;Brasch
ら、NMRイメージングにおけるコントラスト増
強に対するニトロキシドの安定なフリーラジカル
の評価(Evaluation of Nitroxide Stable Free
Radicals for Contrast Enhancement in NMR
Imaging),Absts.Soc.Mag.Res.Med.,1982,
25,26頁;Brasch,研究進行中:NMRイメージ
ングのコントラスト増強法および可能な応用
(Work in Progress:Methods of Contrast
Enhancement for NMR Imaging and
Potential Applications),Radiology,1983,
147,p.781−788;ならびに、Grossmanら、実験
的脳膿瘍のガドリニウム増強NMR像
(Gadolinium Enhanced NMR Images of
experimental Brain Abscess),J.Comput.Asst.
Tomogr.,1984,8,p.204−207。これらの報文
に示されているように、様々な常磁性物質によつ
てコントラストが増強される。
しかしながら、使えそうな有用な化合物は、そ
の常磁性物質の特性のため、最適の効果を得るの
に必要とされる濃度では毒性を示し得る。そし
て、医学的診断に首尾よく使用できる程毒性が十
分低い造影剤の発見は、この分野で最も重大かつ
困難な問題と考えられている(Mendonca Dias
ら、常磁性造影剤のNMRイメージングへの使用
(The Use of Paramagnetic Contrast Agents
in NMR Imaging),Absts.Soc.Mag.Res.Med.,
1982,105,106頁参照)。このような情況で企画
された本発明は、NMRイメージングの独得な要
求に答えるような特性をもつミセル粒子と常磁性
物質とを共に使用することによつてNMR造影剤
の毒性を低めかつその有用性を高めることを目的
とする。
考察すべき別の重要な問題は、小胞の如きミセ
ルが組織内で占める最大体積が一般に約0.1容量
%を超えないことである。このことは、極めて少
ない容量%のミセルで造影効果を生ぜしめる必要
があることを意味する。しかし乍らこの点では、
常磁性NMR造影剤は、造影剤が化学結合したか
捕獲されたかに関わり無く単に単位体積当りの数
に比例して信号又は減衰が得られる別のイメージ
ング方式で用いられる造影剤、例えばX線吸収
体、γ線放出体等とは根本的に異なつている。
NMRに於いて、造影剤(イオン又は安定なフリ
ーラジカル)は、自由電子スピンを包囲するバル
ク水中のプロトンの緩和速度を増加すべく作用す
る。この現象は、イオンを脱着する水の交換の早
さ又は有機フリーラジカル中の水の拡散の早さに
左右される。このような場合、正味の緩和速度は
遊離及び結合状態の水での加重平均である。
本発明の好ましい具体例に於ける如く常磁性物
質をリン脂質小胞で被包(内包)すると、常磁性
物質は、典型的には全体の0.1容量%未満の捕獲
水にしか結合しないと予想される。このような条
件では、小胞に被包された造影剤の存在によつて
NMR像の検出可能な変化は生じないであろう。
水が二重膜を通して十分な早さで交換される場合
にだけバルク水の緩和速度は促進される。アンド
ラスコ(Andrasko)等、「ジパルミトイルレシ
チン小胞中の脂質二重膜での高速水拡散のNMR
検査(NMR Study of Rapid water Diffusion
Across Lipid Bylayers in Dipalymitoyl
Lecithin Vesicles),Biochem.Biophys.Res.
Comm.1974,60813〜819頁参照。本発明ではこ
の問題を解決するために、最大のミセル安定度と
膜を通る水の適正な交換速度とを同時に達成する
ようなミセルと常磁性物質との配合物(調製物、
formulation)を提供する。
リン脂質小胞がある種の組織に集中すること、
従つて組織特異性により付加的増強効果が得られ
ることは知られている。例えばリン脂質小胞はマ
ウスの移植腫瘍に蓄積することが観察された。プ
ロフイツト(Proffitt)等、「細網内皮系統のリ
ポソーム阻止:単層小膜胞による改良腫瘍イメー
ジング(Liposomal Blockade of the
Reticuloendothelial System:Improved
Tumor Imaging with Small Unilamella
Vesicles」,サイエンス(Science),1983,220,
502〜505頁、及び、プロフイツト等、In−−
NTAを含むリポソームの腫瘍イメージングポテ
ンシヤル:マウスに於ける生体内分布(Tumor
−Imaging Potential of Liposomes Loaded
with In−−NTA:Biodistribution in
Mice)」、ジヤーナル・オブ・ニユークリア・メ
デイシン(Journal of Nuclear Medicine),
1983,24,45−51頁参照。
本発明は更に、ミセルを抗体に結合させて用い
るような用途に於ける造影剤担体としてのミセル
粒子の使用を包含する。従来は、マンガン標識抗
ミオシンモノクローナル抗体を用いると摘出心臓
のT1緩和時間が選択的に短縮されることが報告
されている。ブラデイ(Brady)等、「マンガン
標識モノクローナル抗体の使用による赤外心筋の
緩和時間の選択的短縮(Selective Decrease in
the Relaxation Times of Infrared
Myocardium with the Use of a Manganese
−Labelled Monoclonal Antibody),Soc.
Magn.Res.Med.,ワークス・イン・プログレス
(Works in Proqress),セカンド・アニユアル・
ミーテイング(Second Annual Meeting),
1983,10頁参照。しかし乍ら主として前記の如き
毒性等を考慮すると、このような抗体の実用化に
はかなりの制約がある。本発明では、ミセル粒子
の表面に抗体を付着させることによつて感度の向
上と特異性の維持とを達成した。抗体は細胞又は
組織のタイプに高度な特異性を与え、また、造影
剤担体たる付着小胞は、イオンが単独抗体に結合
した場合よりもNMRのコントラスト増強効果を
増幅する。
発明の要約
本発明の目的は、常磁性物質と組合せた単層小
膜胞(small unilamellar vesicle)の如きミセル
粒子の製剤を提供することである。典型的には常
磁性化合物が小胞に内包されている。小胞の表面
に抗体例えば抗ミシオン、抗フイブリンを任意に
付着させてもよく、又は小胞の表面に特定組織中
の特異的細胞受容体に対応する別の表面変態
(surface modifications)を任意に与えてもよ
い。
小胞の構成成分としては例えばジステアロイル
ホスフアチジルコリン(DSPC),ジパルミトイ
ルホスフアチジルコリン(DPPC),及び、ジミ
リストイルホスフアチジルコリン(DMPC)の
如きリン脂質がある。常磁性物質としては例え
ば、遷移金属、及び、周期律表のランタニド及び
アクチニド系列例えばGd(),Mn(),Cu
(),Cr(),Fe(),Fe(),Co(),Er
(),ニツケル()の塩,及び、これらのイオ
ンとジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)、エ
チレンジアミン四酢酸(EDTA)又はそれ以外
の配位子との錯体がある。別の常磁性化合物は有
機ニトロキシドの如き安定なフリーラジカルを含
む。
小胞に被包された形態の造影剤を製造するに
は、適当な手段例えば超音波処理、均質化処理、
キレート透析等を用い常磁性物質を含有する水性
媒体中で脂質小胞を形成し、次に、限外過、ゲ
ル過等の方法で外部物質を小胞から除去すると
よい。更に、例えば単位用量当りの緩和速度を最
大にするために、例えばポリ−L−リジンの如き
帯電高分子物質と配合して常磁性物質の内部溶液
を変性することも容易である。
詳細説明
定義と略記
本明細書中で用いられる場合、“ミセル粒子”
及び“ミセル”は両親媒性分子の凝集によつて生
起する粒子を意味する。本発明に於いて、好適な
両親媒性分子は生体脂質である。
“小胞”は、二重層膜を形成する脂質からしば
しば得られ、“リポソーム”と呼ばれる通常は球
形のミセルを意味する。これらの小胞を形成する
方法は現在ではもう当該分野に於いては非常に良
く知られているところのものである。
典型的には、これらの小胞は、例えばジステア
ロイルホスフアチジルコリンすなわちレシチンの
ようなリン脂質から調製されるが中性脂質のよう
な他の物質、あるいは正又は負に帯電した化合物
のような表面改質剤(surface modifier)をも含
み得る。それらの小胞を調製する際の技術方法に
よつて、小胞の外皮は単一の球状二重層の殻
(shell)(単一ラメラ小胞(a unilamellar
vesicle))であり得、又は小胞の外皮の内に複数
の層を含む(多重ラメラ小胞(multi−lamellar
vesicles))こともあり得る。
DSPC=ジステアロイル ホスフアチジルコリ
ン
Ch=コレステロール
DPPC=ジパルミトイル ホスフアチジルコリ
ン
DMPC=ジミリストイル ホスフアチジルコ
リン
DTPA=ジエチレントリアミンペンタ酢酸
EDTA=エチレンジアミンテトラ酢酸
SUV小単一ラメラ小胞(small unilamellar
vesicle)
ミセルの材料と調製法
脱イオン水又は4.0mM Na2HPO4,0.9重量%
NaC,PH7.4の緩衝液(PBS)中で常磁性化合
物の錯体を調製した。
ガドリニウム(Gd)()−クエン酸塩
9mlの脱イオン水に10.0μmolのGdC3.6H2
O(99.999%、アルドリツヒ製(Aldrich))を溶
解しそれに100molのクエン酸ナトリウム(分析
用試薬、マリンクロツト製(analytical
reagent,Mallinckrodt))を加え、この溶液の
PHを中性に調整し、秤量フラスコにて容量を10.0
mlに合わせて1.0mM Gd(),10.0mMクエン酸
の保存溶液を作成した。
マンガン(Mn)()−クエン酸塩
9mlの水に10.0μmolのMnC2・4H2O(ベーカ
ー分析(Baker analyzed))及び100μmolのクエ
ン酸ナトリウムを加え、この溶液を中性に調整
し、秤量フラスコにて10.0mlに容量を合わせて
1.0mM Mn(),10.0mMクエン酸の保存溶液を
作成した。
ガドリニウム(Gd)()−DTPA
10ml秤量フラスコにて2.10mmolのDTPAを最
小量の6NNaOH中に溶解し、2.0mmolGdC3・
6H2Oを加えPHを6NNaOHで7.4に合わせてから、
その溶液を該フラスコ中で10.0mlまで増量して
200mMGd()−210mMDTPAの保存溶液を作
成した。
ランタン(La)()−DTPA
LaC3・7H2O(99.999%、アルドリツヒ製)
を用いて、Gd()DTPA保存溶液に類似の方法
により200mMLa()−210mMDTPAの保存溶
液を作成した。
エルビウム(Er)()−EDTA
Gd()−DTPAに類似の方法によりこの保存
溶液を作成した。
ポリ−L−リジン−臭化水素
平均分子量25000及び4000の上記物質をシグ
マ・ケミカル・コーポレーシヨン(Sigma
Chemical Co.)から取得した。
コレステロール
98%のものをマリンクロツトから取得した。
DSPCはカルーバイオケム(Cal−Biochem)の
合成物質を用いた。
DSPC/コレステロール小胞に内包されたNMR
造影剤
16mgのDSPC及び4mgのコレステロールを2ml
のCHC3に溶解した。最終調製物に於ける脂質
を定量する目的でCHC3中の0.16mMコレステ
ロール〔u−14C)(56.5mCi/mmole)溶液を
10μ加えた。この脂質溶液を真空デシケーター
中で蒸発乾燥し、直ちに使用しない場合には、そ
の中で保存した。
200mMGd()−DTPA保存イオン錯体溶液
2.0mlを上記の乾燥脂質チユーブに加えることに
よつて小単一ラメラ小胞(SUV)を以下のよう
に作成した。この混合物は乾燥脂質チユーブに結
合して複合体を形成した。
これをマイクロチツプを取り付けたウルトラソ
ニツク・インコーポレーシヨン(Ultra sonics
Inc.)プローブを用いて56Wの出力レベルで超音
波処理した。このチユーブは水浴に一部分浸して
冷却した。また超音波中、N2ガスを試料の上に
充分量流入させて行つた。超音波処理を総計15分
あるいはそれ以上、試料溶液がわずかに乳白色を
呈するまで施した。
3mlのプラスチツク製円筒体にあらかじめ
PBSで膨潤したセフアデツクスG−50を載せそ
れを遠心して作成したカラムにこの溶液をかけ
て、小胞の外にある常磁性化合物をSUVから分
離した。すなわち、この小胞溶液を該円筒形カラ
ムの頂部に載せ、このカラムからの溶出液を収集
するように設置したガラス管と伴にこのカラムを
遠心した。次に、300μのPBSを使つてカラム
から小胞を溶出した。この操作を全部で3回繰り
返して、小胞外に自由に存在している試薬を減ら
しこれをPBSに置き換えた。
標準カクテルを用い該溶液の一部をとつて、シ
ンチレーシヨン計数器中で最終調製物中の小胞濃
度を測定した。レーザー粒子計測器モデル200(ニ
コム・インストラメンツ(Nicomp
Instruments))中で平均小胞径を測定した。全
試験に於いて、小胞径は600±100Åであつた。
NMR緩和時間の測定
特に指示がない限り、T1及びT2はインターフ
エイスを介してマイクロコンピユーター
(IBMPC)と接続したパルスNMR分光々度計を
用い20MHzで測定した。T1は反転−回復法
(inversion−recovery method)(フアラー テ
イー.シイー.(Farrar,T.C.),ベツカー イ
ー.デイー.(Becker,E.D.)、パスル アンド
フーリエ トランスフオーム NMR(Pulse
and Fourier Transform NMR)、1971年、アカ
デミツクプレス(Academic Press)、ニユーヨ
ーク)で測定し、T2はメイブーン(Meiboom)
及びギル(Gill)によつて改変された(メイブー
ン、エス.(Meiboom,S.),ギル デイー.
(Gill,D.)、核緩和時間測定のための改変スピン
エコー法(Modified Spin−Echo Method for
Measuring Nuclear Relaxation Times)、レ
ブ.サイ.インスト ラム.(Rev.Sci.
Instrum.)、1958年、29巻、p688−691)カー−パ
ーセル シークエンス(Carr−Purcell
sequence)(カー エイチ.ワイ.(Carr H.Y.)、
パーセル イー.エイチ.(Purcell,E.H.)、
NMR実験におけるフリー歳差運動に対する拡散
の影響(Effects of Diffusion on Free
Precession in NMR Experiments)、フイズ.
レブ.(Phys.Rev.)、1954年、94巻、p.630−633)
で測定した。単一指数関数回復(Single
cxponential recovery)に対するデータの最小二
乗ベスト フイツト(best fit)は自動的にコン
ピユータで行つた。報告されたT1及びT2の値は
プローブ温度38℃についてのものである。T1値
の実験的不確実性は±10%、再現性は±5%と概
算される。T2値は一般に±20%以内まで正確で
あり、その再現性は±5%までである。この精度
は本発明の効果を示すのに明らかに充分なもので
ある。T1値のいくつかはプラキス(Praxis)
NMR分光光度計を用いプローブ温度25℃、
10MHzで測定した。
動物実験
雄性バルブ/c(Balb/c)マウスの脇腹に皮
下的にEMT6腫瘍組織を移植し、10日間増殖させ
た。10日目に、マウスに小胞溶液又は対照バツフ
ア200μを静注した。間隔をおいてマウスを殺
し、腫瘍の切片を採取した。いくつかの実験では
肝臓及び脾臓の切片も採取した。組織をPBSで
洗い、軽く水気を吸い取り、計量し、空気の入ら
ないプラスチツクバツクで包んだ。水分の損失お
よびT1とT2の必然的な変化を最小限とするため
に、切片採取後1/2時間以内にNMR緩和を測定
した。
第1図は、添加した常磁性イオン濃度の関数と
して縦緩和速度(1/T1)をプロツトしたもの
である。保存溶液の一部をPBSバツフアに添加
した。90°−−90°法を用い10MHzでT1を測定し
た。プローブ温度は25℃であつた。Er−EDTA
の濃度はmM単位で、Mn−クエン酸塩の濃度は
μM単位で示す。
第2図は、種々の形で添加したGdイオンによ
る1/T1の変化を示している。指示された全イ
オン濃度が得られるように、水(Gd/クエン酸)
又はPBS(Gd/DTPA及び小胞中のGd/DTPA)
に保存溶液のアリコートを添加した。
第3図は、1/T1及び1/T2に対するカプセ
ル(小胞)内部の常磁性イオン錯体濃度の影響を
示している。封入されたPBS中Gd−DTPA濃度
を漸増させ、DSPC/コレステロール小胞を調製
した。全脂質最終濃度が8.3mg/mlとなるように、
PBSを用い脂質(小胞)濃度を全て調整した。
第4図は、マウスの組織及び腫瘍の緩和速度を
示している。DSPC/コレステロール小胞中の
200mM Gd−DTPA(10mg/ml脂質)(GdVES)、
DSPC/コレステロール小胞中200mM La−
DTPA(La VES)、PBS中2.0mM Gd−DTPA
(Gd BUF)又はPBS(BUF)を各々200μバル
ブ/Cマウスに注射した。16時間後にマウスを殺
し、組織切片を採取した。緩和時間は少なくとも
3匹の平均である。
第5図は、Gd−DTPA溶液の緩和速度に対し
てポリ−L−リジン添加が与える影響を示してい
る。H2O中の2.0mM Gd−DTPA2.0ml中に乾燥
重量を測定したポリ−L−リジンのアリコートを
溶解した。T1及びT2は明細書中に記載したよう
に測定した。
第6図は、マウスの腫瘍における1/T1の経
時変化を示している。内部に200mM Gd−
DTPAを含有する10mg/mlの脂質小胞製剤200μ
を、移植してから10日後のEMT6腫瘍を持つバ
ルブ/cマウスの尾に静注した。間隔をおいてマ
ウスを殺し、切片採取直後に腫瘍のT1を測定し
た。注射しなかつたもの(○)又はPBS中
2.0mMのGd−DTPA200μ(□)を対照とし
た。このグラフは3回の別々な実験を集めたもの
である。○及び□については、各点は1つの腫瘍
のT1を表わしている。△については、1つの腫
瘍で2又は3回T1値を測定したこともある。
以下に、図面のより詳細な説明を参照して本発
明の改良された結果について述べよう。第1図は
Er−EDTA及びMnクエン酸塩溶液の緩和速度を
示している、10MHz、25℃での1/T1値をイオ
ン濃度の関数としてプロツトする。マウス軟組織
の1/T1平均値をグラフに示す。Er−EDTAの
濃度はmMで、Mn−クエン酸塩の濃度はμMで示
している。PBS溶液に18mMのEr−EDTA錯体
を添加するとマウス組織の1/T1は2.4s-1まで増
加する。Mn−クエン酸塩錯体ではわずか
0.17mMで同じ緩和速度が得られる。Mnの弱い
錯体は強く錯化しているEr−EDTAに比し100倍
も緩和を増強する。このことはMnの水に対する
最高のアクセシビリテイと同様にMn()イオ
ンの本質的により強力な緩和能を反映している。
第2図はGd()の緩和効果を示している。
20MHzにおいてクエン酸GdをH2Oに添加する
と、1/T1は1.0mMにおいて8.1s-1の値まで増加
する。DTPAと錯体形成している場合は該イオ
ンは1/2の緩和効果を有する。この減少は、複合
体の増加した回転相関時間により部分的に平衡化
された、DTPA官能基によつて水結合部位が置
換されたことによるものである。DSPC−コレス
テロール小胞中にカプセル化されたGd−DTPA
錯体を含む溶液では、1/T1は依然総Gd−
DTPA1mMにおいて2.5s-1の値まで増加する。
単位イオン当り遊離Gd−DTPAよりも効果的で
ないとしても、該小胞は水緩和に対して依然とし
て実質的な効果を有している。
第3図は、内部常磁性イオン錯体濃度の、Gd
−DTPAカプセル化小胞の緩和速度に対する効
果を示している。小胞溶液の1/T1及び1/T2
は内部Gd−DTPA濃度150mMまで直線的に増加
している。
式 1/T1obsd=Pb/(T1b+τb)
+1/T1a
〔式中、bは小胞内部及びaは外部であり、
τbは内部水陽子の寿命、T1bは内部水の正味緩
和時間(常磁性剤により小さくされている)、及
びPbは小胞内部水の部分である〕によれば1/
T1は、T1の値がτbと同等あるいはそれ以下とな
るまで、常磁性イオン濃度に直線的に依存するこ
とを示している。第3図に示される結果により、
Gd−DTPA濃度150mMまで小胞内部T1は交換寿
命τbよりも大きいことが示されている。
マウスの組織及び腫瘍に対する緩和効果を第4
図に示す。常磁性剤あるいはコントロール(対
照)の注射後16時間において、Balb/cマウス
の肝臓、脾臓、腎臓及びEMT6腫瘍組織のT1値
を比較する。小胞カプセル化Gd−DTPAは、常
磁性ランタニドイオン錯体である小胞内La−
DTPA(脾臓)、あるいはPBSバツフアー及び
PBSバツフアープラス2.0mM Gd/DTPA(腫
瘍)のコントロールと比較して、脾臓とEMT6腫
瘍のT1の有意な減少をもたらした。Gd/DTPA
−小胞処理マウスの場合、薬剤を注射していない
コントロールと比較して、T1値は平均17%低い。
前記のデータにより、コントラストを増加させ
る最小のGd/DTPAあるいは他の常磁性種小胞
内部濃度を決定できる。腫瘍細胞膜通過陽子交換
速度、脂質小胞からの遊離Gd/DTPA洗浄排出
速度、及び巨大分子環境中の錯体の変化回転相関
時間といつた相互関係要因の複合があり、それが
T1陽子緩和速度の一助となり、従つてコントラ
ストが増加する。画像形成すべき特足臓器中の蓄
積小胞量はカプセル化常磁性材料の最小濃度を決
定する。本ネズミ腫瘍モデルに対しては、腫瘍容
量の約0.1%が小胞自体により占められると推測
された。
カプセル化する常磁性材料の量は変化し得る
が、使用する特異的材料及び上記の要因に依存し
て、一般的には常磁性材料は小胞中少なくとも約
50mMであろう。最大量は価格、毒性及び小胞形
成の面から決定されるが、通常はカプセル化濃度
約1Mを超えないであろう。
第5図はポリマーの添加により増加する緩和速
度を示している。Gd−DTPAの緩和効果は、正
電荷ポリマー即ちポリ−L−リジンの添加により
増加させ得る。第5図は平均分子量(MW)
25000のポリ−L−リジンをH2O中2.0mM Gd−
DTPA溶液に加えた結果を示している。緩和速
度1/T1の40%の増加が得られ、1/T2におい
ては30%の増加であつた。ポリ−L−リジン添加
効果の、3mg/ml以上の平衡状態(プラトー)は
“弱結合”状態を示す。この平衡化はまた、緩和
速度の増加が粘度の増加によるものではないこと
を示しており、それは全ての濃度範囲におけるポ
リ−Lysの添加において効果は直線的だからであ
る。これより小さい分子量のポリ−L−Lysは重
量ベースで効果が小さくなる。Gd−DTPAは正
電荷ポリ−Lysに逆に結合する負電荷錯体であ
る。大きなサイズ、従つて巨大分子のゆつくりと
した回転(tumbling)は常磁性イオンの緩和を
より効果的にした。この結果は、同時にカプセル
化されたGd−DTPA及びポリ−Lys、あるいは
何等かの同様な正電荷巨大分子により、Gd単位
イオン当りの効果の増大、従つて調製物の正味毒
性の減少を計るために使用できる。経時における
EMT6腫瘍に対する緩和効果を第6図に示す。小
胞にカプセル化されたGd−DTPAの最大効果は
薬剤の注射後3−4時間後に達成される。4時間
目における平均効果は注射後16時間目にほぼ等し
く、これは、腫瘍による取り込み速度が循環によ
る損失に一致するという定常状態が得られるとい
うことを示唆している。
Balb/cマウスの皮下に移植したEMT6腫瘍
への緩和効果についての、第6図のデータに対し
て使用したものより高い投与量において3つの異
なるリポソーム形成を試験した。マウスに薬剤を
静脈内注射して、その後一定時間を置いて屠殺し
た。腫瘍及び肝臓T1値を動物の屠殺後1/2時間以
内に測定した。腫瘍に関する結果を第表に、肝
臓に関するものを第表に示す。バツフアーのみ
を投与された動物は、960±41ms(n=25)の平
均腫瘍T1値及び392±31ms(n=24)の平均肝臓
T1値を有していた。注射後24時間において、
1:1DSPC/CHOL調製物に対し、腫瘍緩和時
間は665±28ms(n=4)まで減少し、それ等の
動物の肝臓は370±13ms(n=4)の平均T1値を
有していた。腫瘍におけるT1の44%の変化は肝
臓におけるもの(6%)よりも実質的に大きい。
一般に用いられている種々のリポソーム製剤を
使用すると小胞投与量の大部分が肝臓(及び脾
臓)に蓄積される。本発明の特定製剤は少なくと
もNMR緩和時間に関する効果においては腫瘍に
対する特異性が!?かに高い、従つて本発明の小胞
封入常磁性錯体はNMRイメージング用造影剤の
必要条件を満たす、即ち選択した組織でのT1値
を低下せしめる。この場合、造影剤導入前の腫瘍
の元来長いT1(平均960ms)はNMRイメージに
おいて腫瘍を黒く残すことになるが、造影剤を注
入すると腫瘍がスキヤン内により明かるく現われ
る。
【表】
【表】
NMRイメージング用造影剤が極めて有用であ
るためには、これは最小限の毒性で最大限の1/
T1増加をもたらしかつ組織の種類に対する特異
性を備えなければならない。本発明はこれらの特
徴を与えることができる。高分子集合体はGd−
DTPA溶液の1/T1及び1/T2に対する添加ポ
リLysの効果によつて示されるように(第5図参
照)、単位イオン当りの緩和効果を増大させ得る。
通常有毒な常磁性イオンは該イオンの循環を阻止
する高分子集合体中で強キレートと会合させると
(例えば小胞に封入)毒性が低下する。NMR緩
和はH2Oプロトンの前記イオンへのアクセス
(接近)が最大になるように小胞を調製すれば促
進される。これは封入Gd−DTPAの強い緩和効
果によつて達成された(第2図参照)。組織に対
する特異性は、生物学的認識プロセスによつて高
分子が特定位置に分布されるようにするミセル集
合体の複合性(complex nature)によつて得ら
れる。リン脂質小胞の場合これは組織緩和速度へ
の示差的影響(第4図、表及び参照)と、溶
液中で遊離したGd−DTPAのほぼ同等の総濃度
と対比した小胞封入Gd−DTPAの腫瘍緩和に対
する特異的効果(第4図及び第6図参照)とによ
つて立証される。
組織に対する特異性を得るには抗体を小胞に結
合し得ると述べた(細胞に対するリポソームの免
疫特異的標的設定(Immunospecific Targeting
of Liposomes to Cells)、バイオケミストリー
(Biochemstry),1981年,20,4229−4238ページ
に記載のマーチン(Martin)等によるこの開示
は本明細書に参考として包含される)。アンチミ
オシンは心筋梗塞のNMRイメージングを可能に
する。更に最近ではサイエンス(Science),1983
年,222,1129−1131ページに記載のフイ(Hui)
等の論文ヒト フイブリンに結合されるがフイブ
リノーゲンには結合されない合成フイブリン様ペ
プチド結合に対するモノクローン抗体
(Monoclonal Antibodies to a Synthetic
Fibrin−Like Peptide Bind to Human Fibrin
but not Fibrinogen)でアンチフイブリンの製
造が報告された。この抗体はフイブリンが形成さ
れた血液凝塊部に集中すると予想される。アンチ
フイブリンに結合した小胞剤キヤリヤは血管内の
凝塊とトロンビンとを映す(イメージング)ため
のNMRコントラストを与え得る。しかしながら
小胞の生体内分布を変えることが知られている細
胞識別用表面修飾は他にも存在する。例えば、小
胞表面に結合した炭水化物受容体類似物は小胞を
標的とすることが判明した。(マウク(Mauk)
他著、脂質小胞標的:マウス白血球に対する炭水
化物受容体類似物の特異性(Targeting of
Lipid Vesicles:Specificity of Carbohydrate
Receptor Analogues for Leukocytes in
Mice),Proc.Nat′l.Acad.Sci.,USA 77,4430
−4434(1980年)マウク他著小胞標的:皮下注射
によるマウス白血球の定時放出(Vesicle
Targeting:Timed Release for Leukocytes in
Mice by Subcutaneous Injection,サイエンス
207,309−311(1980年))。このような表面修飾に
よる標的設定は常磁性イオンの生体内分布を変え
るのに直接使用できる。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to contrast enhancement in nuclear magnetic resonance (NMR) imaging by the use of paramagnetic materials in conjunction with micellar particles such as phospholipid vesicles. Prior Art Human NMR imaging is becoming a major diagnostic tool. Current resolution is comparable to X-ray CT imaging. However, the main characteristic advantage of NMR is that the different NMR relaxation times (T 1 and
This means that differences (i.e., contrasts) between tissue types can be identified based on T 2 ). Since this nuclear relaxation time can be strongly influenced by paramagnetic ions such as Mn () and Gd () or stable free radicals, in order to determine the ability of these materials to further enhance contrast, we These are the T1 values of protons in water molecules in excised animal organs and living animals.
The above substances are being searched to test whether they alter T 2 values. for example,
Mendonca Dias et al., The Use of Paramagnetic Contrast Agents in NMR Imaging
Paramagnetic Contrast Agents in NMR
Imaging), Absts.Soc.Mag.Res.Med., 1982,
pp. 103, 104; Brady et al., Proton nuclear magnetic resonance imaging of canine hearts with focal ischemia: paramagnetic proton signal enhancement effect (Proton Nuclear
Magnetic Resonance Imaging of Regionally
Ischemic Canine Hearts: effects of
Paramagnetic Proton Signal Enhancement),
Radiology, 1982, 144, pp. 343-347; Brasch
Evaluation of Nitroxide Stable Free Radicals for Contrast Enhancement in NMR Imaging
Radicals for Contrast Enhancement in NMR
Imaging), Absts.Soc.Mag.Res.Med., 1982,
pp. 25, 26; Brasch, Work in Progress: Methods of Contrast for NMR Imaging and Possible Applications
Enhancement for NMR Imaging and
Potential Applications), Radiology, 1983,
147, p. 781-788; and Grossman et al., Gadolinium Enhanced NMR Images of Experimental Brain Abscess.
experimental Brain Abscess), J.Comput.Asst.
Tomogr., 1984, 8, p.204-207. As shown in these papers, contrast is enhanced by various paramagnetic materials. However, potentially useful compounds, due to their paramagnetic properties, can be toxic at the concentrations required for optimal efficacy. And the discovery of contrast agents that are sufficiently low in toxicity to be successfully used in medical diagnosis is considered the most critical and difficult problem in the field (Mendonca Dias
et al., The Use of Paramagnetic Contrast Agents for NMR Imaging
in NMR Imaging), Absts.Soc.Mag.Res.Med.,
1982, pp. 105, 106). The present invention, conceived under these circumstances, aims to reduce the toxicity of NMR contrast agents and improve their usefulness by using paramagnetic substances and micellar particles together, which have properties that meet the unique requirements of NMR imaging. The purpose is to enhance sexuality. Another important issue to consider is that the maximum volume that micelles, such as vesicles, occupy within a tissue generally does not exceed about 0.1% by volume. This means that it is necessary to produce the contrast effect with a very small volume % of micelles. However, in this respect,
Paramagnetic NMR contrast agents are contrast agents used in other imaging modalities, e.g. They are fundamentally different from bodies, gamma ray emitters, etc.
In NMR, contrast agents (ions or stable free radicals) act to increase the relaxation rate of protons in the bulk water surrounding the free electron spins. This phenomenon depends on the rate of exchange of water desorbing ions or the rate of diffusion of water in organic free radicals. In such cases, the net relaxation rate is a weighted average of free and bound water. When paramagnetic materials are encapsulated in phospholipid vesicles, as in a preferred embodiment of the invention, it is expected that the paramagnetic materials will typically bind less than 0.1% by volume of the total trapped water. be done. Under these conditions, the presence of contrast agent encapsulated in the vesicles
No detectable changes in the NMR image will occur.
The relaxation rate of bulk water is accelerated only if water is exchanged quickly enough through the double membrane. Andrasko et al., “NMR of fast water diffusion in lipid bilayer membranes in dipalmitoyl lecithin vesicles.
Test (NMR Study of Rapid water Diffusion)
Across Lipid Bylayers in Dipalymitoyl
Lecithin Vesicles), Biochem.Biophys.Res.
See Comm. 1974, 60 pp. 813-819. The present invention seeks to solve this problem by creating a formulation of micelles and paramagnetic substances that simultaneously achieves maximum micelle stability and an adequate rate of water exchange through the membrane.
formulation). concentration of phospholipid vesicles in certain tissues;
It is therefore known that tissue specificity can provide additional enhancement effects. For example, phospholipid vesicles were observed to accumulate in transplanted tumors in mice. Proffitt et al., “Liposomal Blockade of the Reticuloendothelial Lineage: Improved Tumor Imaging with Unilamellar Vesicles”
Reticuloendothelial System:Improved
Tumor Imaging with Small Unilamella
"Vesicles", Science, 1983, 220 ,
pp. 502-505, and Prof. et al., In.
Tumor imaging potential of liposomes containing NTA: biodistribution in mice (Tumor
−Imaging Potential of Liposomes Loaded
with In−−NTA: Biodistribution in
Mice,” Journal of Nuclear Medicine,
See 1983, 24 , pp. 45-51. The present invention further encompasses the use of the micellar particles as a contrast agent carrier in applications such as those in which the micelles are used in conjunction with antibodies. Previously, it has been reported that the use of a manganese-labeled anti-myosin monoclonal antibody selectively shortens the T 1 relaxation time of isolated hearts. Brady et al., “Selective Decrease in Infrared Myocardial Relaxation Time by Using Manganese-Labeled Monoclonal Antibodies.”
the Relaxation Times of Infrared
Myocardium with the Use of a Manganese
-Labeled Monoclonal Antibody), Soc.
Magn.Res.Med., Works in Proqress, Second Annual
Meeting (Second Annual Meeting),
See 1983, p. 10. However, there are considerable restrictions on the practical use of such antibodies, mainly considering the toxicity as described above. In the present invention, improved sensitivity and maintenance of specificity were achieved by attaching antibodies to the surface of micelle particles. Antibodies confer a high degree of specificity to cell or tissue types, and the contrast agent carrier, the attached vesicle, amplifies the contrast-enhancing effect of NMR compared to when ions are bound to antibodies alone. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a formulation of micellar particles, such as small unilamellar vesicles, in combination with a paramagnetic material. Typically, paramagnetic compounds are encapsulated in vesicles. The surface of the vesicles may optionally be attached with antibodies such as anti-misions, anti-fibrin, or other surface modifications that correspond to specific cell receptors in particular tissues. You may give. Components of vesicles include phospholipids such as distearoylphosphatidylcholine (DSPC), dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), and dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC). Examples of paramagnetic substances include transition metals and the lanthanide and actinide series of the periodic table, such as Gd(), Mn(), Cu
(), Cr(), Fe(), Fe(), Co(), Er
(), nickel (), and complexes of these ions with diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), or other ligands. Other paramagnetic compounds contain stable free radicals such as organic nitroxides. To produce the contrast agent in the form of vesicles, suitable means such as ultrasound treatment, homogenization treatment,
Lipid vesicles may be formed in an aqueous medium containing a paramagnetic substance using chelate dialysis or the like, and then external substances may be removed from the vesicles by ultrafiltration, gel filtration, or the like. Additionally, it is easy to modify the internal solution of paramagnetic materials by incorporating them with charged polymeric materials, such as poly-L-lysine, for example, to maximize the rate of relaxation per unit dose. Detailed Description Definitions and Abbreviations As used herein, “micellar particles”
and "micelle" means particles resulting from the aggregation of amphiphilic molecules. In the present invention, preferred amphiphilic molecules are biological lipids. "Vesicles" refers to micelles, usually spherical, often derived from lipids that form bilayer membranes and called "liposomes." The methods for forming these vesicles are now very well known in the art. Typically, these vesicles are prepared from phospholipids, such as distearoylphosphatidylcholine or lecithin, but may also contain other substances such as neutral lipids, or positively or negatively charged compounds. Surface modifiers may also be included. Depending on the technical method used to prepare these vesicles, the envelope of the vesicles forms a single spherical bilayer shell (a unilamellar vesicle).
vesicle) or can contain multiple layers within the vesicle envelope (multi-lamellar vesicle)
vesicles)). DSPC = distearoyl phosphatidylcholine Ch = cholesterol DPPC = dipalmitoyl phosphatidylcholine DMPC = dimyristoyl phosphatidylcholine DTPA = diethylenetriaminepentaacetic acid EDTA = ethylenediaminetetraacetic acid SUV small unilamellar
vesicle) Micelle materials and preparation method Deionized water or 4.0mM Na 2 HPO 4 , 0.9% by weight
Complexes of paramagnetic compounds were prepared in NaC, pH 7.4 buffer (PBS). Gadolinium (Gd) ()-citrate 10.0 μmol GdC 3 in 9 ml deionized water. 6H 2
O (99.999%, Aldrich) was dissolved and added with 100 mol of sodium citrate (analytical reagent, Mallinckrodt).
Add reagent, Mallinckrodt)) to this solution.
Adjust the pH to neutral and bring the volume to 10.0 using a weighing flask.
A stock solution of 1.0mM Gd() and 10.0mM citric acid was prepared according to the volume of the sample. Manganese (Mn) ()-citrate Add 10.0 μmol of MnC 2 4H 2 O (Baker analyzed) and 100 μmol of sodium citrate to 9 ml of water, adjust the solution to neutrality, and weigh. Adjust the volume to 10.0ml in a flask.
A stock solution of 1.0mM Mn() and 10.0mM citric acid was prepared. Gadolinium (Gd) () - DTPA Dissolve 2.10 mmol DTPA in the minimum amount of 6NNaOH in a 10 ml weighing flask and add 2.0 mmol GdC 3 .
Add 6H 2 O and adjust the pH to 7.4 with 6NNaOH, then
The solution was increased to 10.0 ml in the flask.
A stock solution of 200mMGd()-210mMDTPA was prepared. Lanthanum (La) () - DTPA LaC 3・7H 2 O (99.999%, manufactured by Aldrich)
A stock solution of 200mMLa()-210mMDTPA was prepared using a method similar to the Gd()DTPA stock solution. This stock solution was made in a similar manner to Erbium (Er)()-EDTA Gd()-DTPA. Poly-L-lysine-hydrogen bromide The above substances with average molecular weights of 25,000 and 4,000 were purchased from Sigma Chemical Corporation (Sigma
Chemical Co.). The one containing 98% cholesterol was obtained from Mallinckrodt.
DSPC was a synthetic material from Cal-Biochem. DSPC/NMR encapsulated in cholesterol vesicles
Contrast agent: 2 ml of 16 mg DSPC and 4 mg cholesterol
of CHC3 . A 0.16mM cholesterol [u- 14C ] (56.5mCi/mmole) solution in CHC3 was used to quantify lipids in the final preparation.
Added 10μ. The lipid solution was evaporated to dryness in a vacuum desiccator and stored therein if not used immediately. 200mMGd()-DTPA preserved ion complex solution
Small unilamellar vesicles (SUVs) were created as follows by adding 2.0 ml to the above dry lipid tube. This mixture was bound to the dry lipid tube to form a complex. Ultrasonics Inc., which has a microchip attached to this
Inc.) probe at a power level of 56 W. The tube was cooled by partially immersing it in a water bath. Also, during the ultrasound, a sufficient amount of N 2 gas was flowed over the sample. Sonication was applied for a total of 15 minutes or more until the sample solution appeared slightly opalescent. Pre-pour into a 3ml plastic cylinder.
This solution was applied to a column prepared by mounting Cephadex G-50 swollen with PBS and centrifuging it to separate paramagnetic compounds outside the vesicles from the SUV. Briefly, the vesicle solution was placed on top of the cylindrical column and the column was centrifuged with a glass tube placed to collect the eluate from the column. Vesicles were then eluted from the column using 300μ PBS. This operation was repeated a total of three times to reduce the reagent freely present outside the vesicles and replace it with PBS. The vesicle concentration in the final preparation was measured in a scintillation counter by aliquoting the solution using a standard cocktail. Laser Particle Counter Model 200 (Nicomp Instruments)
The average vesicle diameter was measured in a 100-μm-sized vesicle (Instruments). In all experiments, the vesicle diameter was 600±100 Å. Measurement of NMR Relaxation Times Unless otherwise specified, T 1 and T 2 were measured at 20 MHz using a pulsed NMR spectrophotometer connected via an interface to a microcomputer (IBMPC). T 1 is an inversion-recovery method (Farrar, TC), Becker, ED, pulse and Fourier transform NMR (Pulse
and Fourier Transform NMR), 1971, Academic Press, New York), T 2 was measured at Meiboom.
and Gill (Meiboom, S.), Gill D.
(Gill, D.), Modified Spin-Echo Method for nuclear relaxation time measurements.
Measuring Nuclear Relaxation Times), Rev. Sai. Instrument. (Rev.Sci.
Instrum.), 1958, Vol. 29, p688-691) Carr-Purcell Sequence
sequence) (Carr HY),
Purcell E. H. (Purcell, E.H.)
Effects of Diffusion on Free Precession in NMR Experiments
Precession in NMR Experiments), Fiz.
Rev. (Phys.Rev.), 1954, vol. 94, p.630−633)
It was measured with Single exponential recovery
A least squares best fit of the data to cxponential recovery was automatically performed on the computer. The reported T 1 and T 2 values are for a probe temperature of 38°C. The experimental uncertainty of the T1 value is estimated to be ±10% and the reproducibility to be ±5%. T2 values are generally accurate to within ±20%, and their reproducibility is up to ±5%. This accuracy is clearly sufficient to demonstrate the effectiveness of the present invention. Some of the T 1 values are Praxis
Probe temperature 25℃ using NMR spectrophotometer.
Measured at 10MHz. Animal Experiments EMT6 tumor tissue was implanted subcutaneously into the flank of male Balb/c mice and allowed to grow for 10 days. On day 10, mice were injected intravenously with 200μ of vesicle solution or control buffer. At intervals, mice were sacrificed and tumor sections were collected. Liver and spleen sections were also taken in some experiments. Tissues were washed with PBS, blotted dry, weighed, and wrapped in airtight plastic bags. NMR relaxation was measured within 1/2 hour after sectioning to minimize water loss and consequential changes in T 1 and T 2 . FIG. 1 is a plot of longitudinal relaxation rate (1/T 1 ) as a function of added paramagnetic ion concentration. A portion of the stock solution was added to the PBS buffer. T 1 was measured at 10 MHz using the 90°−−90° method. Probe temperature was 25°C. Er−EDTA
The concentrations of Mn-citrate are given in μM and the concentrations of Mn-citrate are given in μM. FIG. 2 shows the change in 1/T 1 due to Gd ions added in various forms. water (Gd/citric acid) to obtain the indicated total ion concentration.
or PBS (Gd/DTPA and Gd/DTPA in vesicles)
An aliquot of the stock solution was added to. Figure 3 shows the influence of the paramagnetic ion complex concentration inside the capsule (vesicle) on 1/T 1 and 1/T 2 . DSPC/cholesterol vesicles were prepared by increasing the concentration of Gd-DTPA in encapsulated PBS. The final total lipid concentration was 8.3 mg/ml.
All lipid (vesicle) concentrations were adjusted using PBS. Figure 4 shows the relaxation rate of mouse tissues and tumors. DSPC/cholesterol in vesicles
200mM Gd-DTPA (10mg/ml lipid) (GdVES),
200mM La− in DSPC/cholesterol vesicles
DTPA (La VES), 2.0mM Gd−DTPA in PBS
(Gd BUF) or PBS (BUF) were each injected into 200μ Bulb/C mice. Mice were sacrificed 16 hours later and tissue sections were collected. Relaxation times are the average of at least 3 animals. FIG. 5 shows the effect of poly-L-lysine addition on the relaxation rate of the Gd-DTPA solution. An aliquot of poly-L-lysine measured by dry weight was dissolved in 2.0 ml of 2.0 mM Gd-DTPA in H2O . T 1 and T 2 were measured as described in the specification. FIG. 6 shows the time course of 1/T 1 in mouse tumors. 200mM Gd− inside
200μ of 10mg/ml lipid vesicle formulation containing DTPA
was intravenously injected into the tail of EMT6 tumor-bearing Valve/c mice 10 days after transplantation. Mice were sacrificed at intervals and tumor T1 was measured immediately after sectioning. Not injected (○) or in PBS
200μ (□) of 2.0mM Gd-DTPA was used as a control. This graph is a collection of three separate experiments. For ○ and □, each point represents T 1 of one tumor. For △, the T 1 value was measured two or three times for one tumor. In the following, the improved results of the invention will be described with reference to a more detailed description of the drawings. Figure 1 is
The 1/T 1 values at 10 MHz and 25° C. are plotted as a function of ion concentration, showing the relaxation rates of Er-EDTA and Mn citrate solutions. The average value of 1/T 1 for mouse soft tissue is shown in the graph. Concentrations of Er-EDTA are given in mM and concentrations of Mn-citrate are given in μM. When 18mM Er-EDTA complex is added to PBS solution, 1/ T1 of mouse tissue increases to 2.4s -1 . In the Mn-citrate complex, only a small amount
The same relaxation rate is obtained at 0.17mM. Weak complexes of Mn enhance relaxation by a factor of 100 compared to strongly complexed Er-EDTA. This reflects the inherently stronger relaxivity of Mn() ions as well as the highest accessibility of Mn to water. Figure 2 shows the relaxation effect of Gd().
When Gd citrate is added to H2O at 20MHz, 1/ T1 increases to a value of 8.1s -1 at 1.0mM. When complexed with DTPA, the ion has a relaxing effect of 1/2. This decrease is due to the replacement of water binding sites by DTPA functional groups, which is partially equilibrated by the increased rotational correlation time of the complex. DSPC-Gd-DTPA encapsulated in cholesterol vesicles
In solutions containing the complex, 1/T 1 is still the total Gd−
Increases to a value of 2.5s -1 at 1mM DTPA.
The vesicles still have a substantial effect on water relaxation, even if less effective than free Gd-DTPA per unit ion. Figure 3 shows the internal paramagnetic ion complex concentration, Gd
- shows the effect on the relaxation rate of DTPA encapsulated vesicles. 1/T 1 and 1/T 2 of vesicle solution
increases linearly up to an internal Gd-DTPA concentration of 150 mM. Formula 1/T 1 obsd=Pb/(T 1 b+τb) +1/T 1 a [where b is inside the vesicle and a is outside,
τb is the lifetime of the internal water proton, T 1 b is the net relaxation time of the internal water (reduced by the paramagnetic agent), and Pb is the fraction of the vesicle internal water.
T 1 is shown to be linearly dependent on the paramagnetic ion concentration until the value of T 1 is equal to or less than τb. According to the results shown in Figure 3,
It has been shown that the vesicle internal T 1 is larger than the exchange lifetime τ up to a Gd-DTPA concentration of 150 mM. The fourth study showed the alleviating effect on tissues and tumors in mice.
As shown in the figure. The T 1 values of liver, spleen, kidney and EMT6 tumor tissues of Balb/c mice are compared 16 hours after injection of paramagnetic agent or control. Vesicle-encapsulated Gd-DTPA is a paramagnetic lanthanide ion complex containing intravesicular La-
DTPA (spleen) or PBS buffer and
PBS buffer plus 2.0mM Gd/DTPA (tumor) resulted in a significant decrease in T1 of spleen and EMT6 tumors compared to control. Gd/DTPA
- T1 values are on average 17% lower in vesicle-treated mice compared to controls without drug injection. With the above data, it is possible to determine the minimum concentration of Gd/DTPA or other paramagnetic species inside the vesicle that will increase contrast. There is a complex of interrelated factors such as the rate of proton exchange across the tumor cell membrane, the rate of free Gd/DTPA washout from lipid vesicles, and the changing rotational correlation time of the complex in the macromolecular environment.
T 1 helps the proton relaxation rate and thus increases the contrast. The amount of accumulated vesicles in the parapod organ to be imaged determines the minimum concentration of encapsulated paramagnetic material. For the present murine tumor model, it was estimated that approximately 0.1% of the tumor volume was accounted for by the vesicles themselves. The amount of paramagnetic material encapsulated can vary, but depending on the specific material used and the factors listed above, generally the paramagnetic material is present in the vesicle at least about
It would be 50mM. The maximum amount will be determined by considerations of cost, toxicity, and vesicle formation, but will usually not exceed an encapsulation concentration of about 1M. Figure 5 shows the rate of relaxation increasing with the addition of polymer. The relaxation effect of Gd-DTPA can be increased by the addition of a positively charged polymer, namely poly-L-lysine. Figure 5 shows average molecular weight (MW)
25000 poly-L-lysine in 2.0mM Gd-
The results are shown when added to DTPA solution. A 40% increase in relaxation rate 1/T 1 was obtained, and a 30% increase in 1/T 2 . An equilibrium state (plateau) of the effect of adding poly-L-lysine of 3 mg/ml or more indicates a "weak binding" state. This equilibration also shows that the increase in relaxation rate is not due to an increase in viscosity, since the effect is linear for poly-Lys addition over the entire concentration range. Poly-L-Lys having a molecular weight smaller than this is less effective on a weight basis. Gd-DTPA is a negatively charged complex that binds inversely to positively charged poly-Lys. The large size, and therefore the slow tumbling of the macromolecules, made the relaxation of paramagnetic ions more effective. This result suggests that simultaneous encapsulation of Gd-DTPA and poly-Lys, or any similar positively charged macromolecule, increases the effectiveness per Gd unit ion and thus reduces the net toxicity of the preparation. Can be used for over time
The alleviating effect on EMT6 tumors is shown in Figure 6. The maximum effect of Gd-DTPA encapsulated in vesicles is achieved 3-4 hours after injection of the drug. The average effect at 4 hours was approximately equal to 16 hours post-injection, suggesting that a steady state is achieved in which the rate of uptake by the tumor matches the loss through circulation. Three different liposome formations were tested at higher doses than those used for the data in Figure 6 for palliative effects on subcutaneously implanted EMT6 tumors in Balb/c mice. Mice were injected intravenously with the drug and then sacrificed after a certain period of time. Tumor and liver T 1 values were measured within 1/2 hour after animal sacrifice. The results regarding tumors are shown in Table 1, and the results regarding liver are shown in Table 1. Animals receiving buffer alone had a mean tumor T1 value of 960±41ms (n=25) and a mean liver T1 value of 392±31ms (n=24).
It had a T 1 value. 24 hours after injection,
For the 1:1 DSPC/CHOL preparation, tumor relaxation time was reduced to 665 ± 28 ms (n = 4), and the livers of these animals had a mean T 1 value of 370 ± 13 ms (n = 4). Ta. The 44% change in T1 in the tumor is substantially greater than that in the liver (6%). With the various commonly used liposome formulations, the majority of the vesicle dose is accumulated in the liver (and spleen). The specific formulation of the present invention has extremely high specificity for tumors, at least in terms of the effect on NMR relaxation time! Therefore, the vesicle-encapsulated paramagnetic complex of the present invention satisfies the requirements for a contrast agent for NMR imaging, i.e., it is selected as a contrast agent for NMR imaging. decreases the T 1 value in the affected tissue. In this case, the tumor's inherently long T 1 (average 960 ms) before contrast agent injection leaves the tumor black in the NMR image, but when the contrast agent is injected, the tumor appears brighter in the scan. [Table] [Table] For a contrast agent for NMR imaging to be extremely useful, it must have minimal toxicity and maximum 1/2
It must provide an increase in T 1 and be specific to tissue type. The present invention can provide these features. The polymer aggregate is Gd−
As shown by the effect of added polyLys on 1/T 1 and 1/T 2 of the DTPA solution (see Figure 5), the relaxation effect per unit ion can be increased.
Normally toxic paramagnetic ions are rendered less toxic when associated with strong chelates (eg, encapsulated in vesicles) in polymeric assemblies that prevent circulation of the ions. NMR relaxation is facilitated by preparing the vesicles to maximize access of H 2 O protons to the ions. This was achieved due to the strong relaxation effect of the encapsulated Gd-DTPA (see Figure 2). Tissue specificity is achieved through the complex nature of the micelle assembly, which allows macromolecules to be distributed to specific locations through biological recognition processes. In the case of phospholipid vesicles, this is due to the differential impact on tissue relaxation rates (see Figure 4, Table and Reference) and the approximately equivalent total concentration of free Gd-DTPA in solution compared to vesicle-encapsulated Gd-DTPA. (See Figures 4 and 6). He stated that antibodies can be attached to vesicles to obtain tissue specificity (Immunospecific targeting of liposomes to cells).
of Liposomes to Cells, Biochemstry, 1981, 20, pages 4229-4238 (this disclosure is incorporated herein by reference). Antimyosin enables NMR imaging of myocardial infarction. More recently, Science, 1983
Hui, 222, pages 1129-1131
monoclonal antibodies to a synthetic fibrin-like peptide bond that binds to human fibrin but not to fibrinogen.
Fibrin−Like Peptide Bind to Human Fibrin
but not Fibrinogen), production of antifibrin was reported. This antibody is expected to be concentrated in blood clots where fibrin is formed. Vesicular agent carriers bound to antifibrin can provide NMR contrast for imaging clots and thrombin within blood vessels. However, there are other surface modifications for cell identification that are known to alter the biodistribution of vesicles. For example, carbohydrate receptor analogs bound to the vesicle surface have been found to target vesicles. (Mauk)
et al., Lipid vesicle targeting: specificity of carbohydrate receptor analogs for murine leukocytes.
Lipid Vesicles: Specificity of Carbohydrate
Receptor Analogues for Leukocytes in
Mice), Proc.Nat′l.Acad.Sci., USA 77, 4430
-4434 (1980) Vesicle Targeting: Timed Release of Mouse Leukocytes by Subcutaneous Injection (Vesicle
Targeting: Timed Release for Leukocytes in
Mice by Subcutaneous Injection, Science
207, 309–311 (1980)). Targeting through such surface modifications can be directly used to alter the biodistribution of paramagnetic ions.
第1図は常磁性イオン濃度の関数として縦緩和
速度を示したものであり、第2図は種々の形で添
加したGdイオンの関数として縦緩和速度を示し
たものであり、第3図はカプセル化常磁性イオン
錯体濃度の関数として縦軸に1/T1及び1/T2
を示したものであり、第4図は希土類/DTPA
錯体注射後のマウスの器官の緩和時間を示したも
のであり、第5図はポリ−リジン添加量の関数と
して縦緩和速度を示したものであり、第6図は
EMT6腫瘍における1/T1の経時変化を示した
ものである。
Figure 1 shows the longitudinal relaxation rate as a function of paramagnetic ion concentration, Figure 2 shows the longitudinal relaxation rate as a function of Gd ions added in various forms, and Figure 3 shows the longitudinal relaxation rate as a function of the paramagnetic ion concentration. 1/T 1 and 1/T 2 on the vertical axis as a function of the encapsulated paramagnetic ion complex concentration.
Figure 4 shows rare earth/DTPA
Figure 5 shows the relaxation time of mouse organs after injection of the complex; Figure 5 shows the longitudinal relaxation rate as a function of the amount of poly-lysine added; Figure 6 shows the
This figure shows the time course of 1/T 1 in EMT 6 tumors.
Claims (1)
て、小胞及びこれに内包される常磁性物質から成
り、前記小胞が、組織スキヤン用のコントラスト
を提供するために、小胞二重層を通しての適当な
水プロトン交換が可能なように、及び組織スキヤ
ン用に該小胞が生体内に分配されるだけの十分な
時間の小胞安定性を促進する促進剤と共に調製さ
れていることを特徴とする前記造影剤。 2 前記小胞がコレステロールと共に調製されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記
載の造影剤。 3 前記ミセル粒子に抗体、炭水化物、その他の
細胞認識標的剤が結合されており、特異的に標的
を認識することを特徴とする特許請求の範囲第1
項又は第2項のいずれかに記載の造影剤。 4 前記常磁性物質が少なくとも約50mMの濃度
で存在することを特徴とする特許請求の範囲第1
項〜第3項のいずれかに記載の造影剤。 5 前記常磁性物質が約50mM〜約1Mの濃度で
存在することを特徴とする特許請求の範囲第1項
〜第4項のいずれかに記載の造影剤。 6 前記常磁性物質が遷移金属または周期律表の
ランタニドもしくはアクチニド系列の塩であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第5項の
いずれかに記載の造影剤。 7 前記常磁性物質が、マンガン、銅、ガドリニ
ウム、エルビウム、クロム、鉄、コバルトおよび
ニツケルから選択された常磁性イオンの塩である
ことを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の
造影剤。 8 前記常磁性物質が常磁性イオンとキレートと
の常磁性化合物であることを特徴とする特許請求
の範囲第6項又は第7項のいずれかに記載の造影
剤。 9 前記常磁性物質が安定なフリーラジカルを含
む常磁性化合物であることを特徴とする特許請求
の範囲第1項〜第5項のいずれかに記載の造影
剤。 10 前記常磁性物質に荷電ポリマーが付加され
てこの物質の効率が増大していることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項〜第9項のいずれかに記
載の造影剤。 11 前記荷電ポリマーがポリ−L−リジンであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第10項に記
載の造影剤。 12 前記常磁性物質がキレートと会合した常磁
性イオンであることを特徴とする特許請求の範囲
第1項〜第5項のいずれかに記載の造影剤。 13 前記常磁性物質がGd−DTPAであること
を特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の造
影剤。 14 スキヤンされる組織が腫瘍組織であること
を特徴とする特許請求の範囲第1項〜第13項の
いずれかに記載の造影剤。 15 前記常磁性物質が前記小胞の表面に結合さ
れたキレート化剤と会合していることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項〜第14項のいずれかに
記載の造影剤。[Scope of Claims] 1. A nuclear magnetic resonance contrast agent for tissue scanning, comprising a vesicle and a paramagnetic substance contained therein, in order for the vesicle to provide contrast for tissue scanning, The vesicles are prepared with promoters to allow for adequate water proton exchange across the vesicle bilayer and to promote vesicle stability for a sufficient period of time for the vesicles to be distributed in vivo for tissue scanning. The contrast agent characterized in that: 2. The contrast agent according to claim 1, characterized in that the vesicles are prepared together with cholesterol. 3. Claim 1, wherein an antibody, carbohydrate, or other cell recognition targeting agent is bound to the micelle particles, and specifically recognizes a target.
2. The contrast agent according to any one of paragraphs 1 and 2. 4. Claim 1, wherein said paramagnetic substance is present in a concentration of at least about 50mM.
The contrast agent according to any one of Items 1 to 3. 5. A contrast agent according to any of claims 1 to 4, wherein the paramagnetic substance is present at a concentration of about 50 mM to about 1M. 6. The contrast agent according to any one of claims 1 to 5, wherein the paramagnetic substance is a transition metal or a salt of the lanthanide or actinide series of the periodic table. 7. The contrast agent according to claim 6, wherein the paramagnetic substance is a salt of paramagnetic ions selected from manganese, copper, gadolinium, erbium, chromium, iron, cobalt and nickel. . 8. The contrast agent according to claim 6 or 7, wherein the paramagnetic substance is a paramagnetic compound of a paramagnetic ion and a chelate. 9. The contrast agent according to any one of claims 1 to 5, wherein the paramagnetic substance is a paramagnetic compound containing stable free radicals. 10. A contrast agent according to any one of claims 1 to 9, characterized in that a charged polymer is added to the paramagnetic material to increase the efficiency of this material. 11. The contrast agent according to claim 10, wherein the charged polymer is poly-L-lysine. 12. The contrast agent according to any one of claims 1 to 5, wherein the paramagnetic substance is a paramagnetic ion associated with a chelate. 13. The contrast agent according to claim 10, wherein the paramagnetic substance is Gd-DTPA. 14. The contrast agent according to any one of claims 1 to 13, wherein the tissue to be scanned is a tumor tissue. 15. The contrast agent according to any one of claims 1 to 14, wherein the paramagnetic substance is associated with a chelating agent bound to the surface of the vesicle.
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1985
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