（应用化学专业论文）lt99gtTcltmgtEIDP的合成与生物学评价.pdf

摘要 摘要 含咪唑环的双膦酸盐具有很高的亲骨性，典型的例证是广泛用于治疗肿瘤引起的高钙 血症、骨转移和骨质疏松症等方面疾病的哗来膦酸。2 一( 2 - 乙基一咪唑- 1 - 基) - 1 - 羟基乙烷 一1 ，卜双膦酸( e i d p ) 是唑来膦酸的衍生物，用咖锝标记的e i d p 有望成为较理想的骨显 像剂，国内外都未见其报道。因此，我们自行设计合成了唑来膦酸衍生物e i d p ，并决定用 啪锝标记e i d p 进行骨显像的研究，以探索9 9 t c m - e i d p 是否可能成为集显像与治疗于一体 的新型优秀的骨显像剂。 以2 乙基咪唑为原料，通过三步反应合成了目标产物e i d p 。以氯化亚锡为还原剂制备 了9 9 t c m e i d p ，并研究了s n c l 2 2 h 2 0 和e i d p 的用量以及溶液p h 值对9 9 t c m e i d p 放化纯 和标记率的影响。对9 9 t c m e i d p 进行了生物学性质研究，包括药代动力学、血浆蛋白结合 率、脂分配系数、小鼠生物分布和骨显像等，并与9 9 t c m _ m i d p 、9 9 t c m - z l 和9 9 t c m - m d p 进 行了比较。 目标产物及中间体均通过红外、质谱、元素分析及核磁共振确认结构。在p h 为2 7 、 e i d p 的用量大于3 0 m g 和s n c l 2 2 h 2 0 的用量大于5 0 9 9 时，室温反应1 0 m i n 即得放化纯和 标记率大于9 0 的9 9 t c m - e i d p ，标记后6 h 内放化纯度保持不变。9 9 t c m - e i d p 的血药代动力 学方程为c = 1 0 9 0 7 3 6 e 矗9 8 a + 8 4 9 5 6 e n 3 彻，血浆蛋白结合率为2 0 0 0 ，在p h 7 0 和7 4 时 的分配系数为0 0 0 1 1 和0 0 0 1 7 。小鼠体内生物分布表明，静脉注射后6 0 m i n 后，骨摄取达 2 3 7 6 i d g ，a m 骨，肌和a m 骨，血分别达到9 5 0 4 和3 3 9 4 ；兔骨显像表明，2 h 可获得清晰的骨显 像图，并且药物在肾脏中几乎清除。9 9 t c m - e i d p 的显像效果明显优于9 9 t c m - m i d p 、9 9 t c m _ z l ， 与9 9 t c m _ m d p 相当。9 9 t c m - e i d p 制备简便、稳定性好，是极具开发价值的优秀骨显像剂。 关键词：e i d p ，9 9 t c m - e i d p ，药代动力学，生物分布，兔骨显像 a b s t r a e t a b s t r a c t b i s p h o s p h o n a t e sw i t hai m i d a z o l er i n gh a v eh i g h e ra f f i n i t yf o rb o n em i n e r a l ，a n d z o l e d r o n a t ei sj u s tag o o de x a m p l ew h i c hi se x t e n s i v e l yu s e dc l i n i c a l l yf o rt h et r e a t m e n to f p a t i e n t s w i t h t u m o u r - i n d u c e d 、h y p e r c a l c a e m i a a n d o s t e o l y t i c b o n em e t a s t a s e s 2 - ( 2 - e t h y l i c i m i d a z o l 一1 一y 1 ) - 1 - h y d r o x y e t h a n e 一1 ，1 - d i p h o s p h o n i ca c i d ( e i d p ) t h a th a st h e s i m i l a rs t r u c t u r et oz o l e d r o n i c a c i d ，i s t h e r e f o r ec o n s i d e r e d p o t e n t i a l l y u s e f u la sa b o n e i m a g i n ga g e n ti fl a b e l e d 谢t h9 9 t e r n , w h i c hh a sn o tb e e nr e p o r t e di na n da b r o a d 9 9 t c m - e i d pw a st h e r e f o r ep r e p a r e df o rb o n ei m a g i n gi no r d e rt od e v e l o pan e we x c e l l e n t b o n e i m a g i n ga g e n t e i d pw a ss y n t h e s i z e db yt h r e es t e p sf r o mt h er a wm a t e r i a l2 - e t h y l i c i m i d a z 0 1 哪t c m e i d pw a sp r e p a r e d b y t h er e d u c t i o no f 9 9 t c m - p e r t e c h n e t a t e i nt h e p r e s e n c e o f s n c l 2 2 h 2 0 t h ee f f e c t so ft h ea m o u n t so fs n c l 2 2 h 2 0a n de i d pa n dp hv a l u eo nt h e r a d i o c h e m i c a lp u r i t ya n dl a b e l i n g y i e l do f9 9 t c me i d pw e r ei n v e s t i g a t e d m e a n t i m e ，s o m e p r o p e r t i e ss u c ha ss h a p ec h a r a c t e r , e i d pp u r i t y , p hv a l u e ，l a b e l i n gm e t h o da n dy i e l d ，s t a b i l i t y w e r ec o n t r o l l e d s o m e b i o l o g i c a l c h a r a c t e r s i n c l u d i n gp h a r m a c o k i n e t i c s ，p l a s m ap r o t e i n b i n d i n gr a t i o ，p a r t i t i o nc o e f f i c i e n t s ，b i o d i s t r i b u t i o na n db o n es c a nw e r es t u d i e d ；a l s oa c o m p a r i s o na m o n g9 9 t c m e i d p , 9 9 t c m _ m i d p9 9 t c m z la n d9 9 t c m - m d pw a sm a d e e i d pa n di n t e r m e d i a t e sw e r ea l li d e n t i f i e db yi r ，e l e m e n t a r ya n a l y s i s ，m sa n dh n m r w h e nt h ea m o u n t so fe i d pa n ds n c l 2 2 h 2 0w e r em o r et h a n3 0 m ga n d 5 0 p g ，r e s p e c t i v e l y ；t h e p hv a l u ew a sb e t w e e n2a n d7 ，a n dt h el a b e l i n gr e a c t i o nc o n t i n u e df o r 10 m i n ，b o t h r a d i o c h e m i c a lp u r i t ya n dl a b e l i n gy i e l do f9 9 t c m e i d pw e r eo v e r9 0 a n dr e m a i n e dw i t h i n6 h o u r s t h ep h a r m a c o k i n e t i c e q u a t i o nw a sc = 1 0 9 0 7 3 6 e 。6 9 8 甜+ 8 4 9 5 6 e m 3 7 吼t h ep l a s m a p r o t e i nb i n d i n gr a t ea n dp a r t i t i o nc o e f f i c i e n t sw e r e2 0 0 0 a n d0 0 011 ( p h 7 o ) ，0 0 017 ( p h 7 4 ) t h er e s u l t so fb i o d i s t r i b u t i o na n db o n es c a ns h o w e dt h a tt h eb o n eu p t a k ew a su pt o 2 3 7 6 i d ga t6 0 m i na f t e ri n j e c t i o no f9 9 t c m - e i d p , b o n e t o m u s c l ea n db o n e t o b l o o du p t a k e r a t i o sw e r e9 5 0 4 a n d3 3 9 4 ，r e s p e c t i v e l y t h ec l e a rb o n ei m a g ew a so b t a i n e da t1 2 0 m i na f t e r i n j e c t i o no f9 9 t c m - e i d pa n dc l e a r a n c ei nr e n a lw a sv i s i b l e t h eb o n e - i m a g i n go f9 9 t c m e i d pi s s u p e r i o rt o9 9 t c m _ m i d p 、9 9 t c m _ z la n di sc o r r e s p o n dt o9 9 t c m _ m d p t h e p r e p a r a t i o no f9 9 t c m e i d pi sc o n v e n i e n ta n d9 9 t c m e i d ph a sg o o ds t a b i l i t y , w h i c h e x p r e s st h a t 明t c m e i d pi sa ne x c e l l e n tb o n e - i m a g i n ga g e n ta n di sw o r t hd e v e l o p i n g k e yw o r d s ：e i d p , 9 9 t c me i d p , p h a r m a c o k i n e t i c s ，b i o d i s t r i b u t i o n ，b o n e i m a g i n u 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是誉人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 期：压访7 枷 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：生圈墼 导师签名： e l 期：洲7 弓 第l 章绪论 1 1 概述 第1 章绪论 近年来，随着显像设备的进步和骨显像检查技术的提高，放射性核素骨显像的临床 应用越来越广泛。除在诊断和鉴别诊断骨的良、恶性病变能力上进一步增强外，在骨科疾 病的早期诊断上具有更重要价值，能在影像学诊断之前检测出成骨细胞活力的改变，为骨 肿瘤、骨愈合、骨髓炎、应力性骨折、关节炎等疾病的早期诊断提供有价值的临床依据， 因此骨显像几乎占日常临床核医学影像诊断工作总量的三分之一左右，也使骨显像在核 医学和综合影像学领域的地位进一步巩固和提高【l 圳。据世界卫生组织报告，目前全球 每年新发癌症患者有1 0 0 0 万，每年癌症患者有6 6 0 万死亡。在未来2 5 年内共有3 亿新 癌症患者，且有1 亿人死于癌症。1 9 9 7 年以来，我国城镇居民癌症死亡率已超过脑血管 疾病而跃居首位，癌症死亡占全部死因的2 2 以上。由于任何器官的恶性肿瘤都可以通 过血液循环或淋巴系统发生骨转移，约5 0 的癌症患者伴有骨转移而形成的骨肿瘤，其 中乳腺癌、肺癌、前列腺癌的骨转移率最高，约7 0 , - - , 8 5 发生骨转移【3 】。因此，放射性 核素显像技术将发挥着越来越重要的作用。在放射性核素显像检查中，骨显像剂起着十 分重要的作用，特别是在疾病诊断的准确性、灵敏性和特异性方面，起着不可替代的作 用。 在骨良恶性疾病诊断中，常用的实验室血清酶学检查，不仅不能估计骨病变累及的 范围及预后，而且也难于提供早期诊断的资料。传统x 射线检查虽然分辩率高，特异性 强，但由于其诊断的基础是骨的无机盐含量减少或增加到一定程度时，才能在x 线检查 中表现为明显的异常影像，而此时骨疾病已经比较晚期，其敏感性较低。放射性核素骨 显像的显像基础是利用某些放射性核素或者其标记化合物能够通过离子交换或者表面 吸附等方式参与骨基质代谢来实现，因此能够在x 线检查或血清酶试验出现异常前更早 显示骨病变的存在，具有较高的敏感性。它可以更全面地了解病变累及范围，对治疗方 案的确立和预后评价具有更切实的价值。 骨显像效果的好坏关键在于骨显像剂的选择。二膦酸盐类具有较好的亲骨性【4 】而成 为骨显像药物的理想配体；而9 9 t c m 作为医学示踪剂具有其他核素无法比拟的优越性1 5 j ， 即9 9 t c m 半衰期短，y 射线能量适中，价格低廉，是最适合用于骨显像的放射性核素【6 。1 1 。 目前临床上最广泛使用的骨显像剂是9 9 t c m 标亚甲基二膦酸盐( 9 9 t e m - m d p ) 。因此，设 计开发新的9 9 t c m 放射性药物，尤其是对社会产生重大影响的9 9 t c m 骨显像药物，对推动 其在核医学中的应用具有重要意义。 江南大学硕： ：学位论文 1 2 放射性核素骨显像原理 骨骼组织由无机盐和有机成份组成。无机盐成份中无定形磷占4 5 ，其余均为羟基 磷灰石 c a l o ( p 0 4 ) 6 ( o h ) 2 结晶，每个分子晶体体积约为5 0 1 0 。2 5 m 3 ，每克晶体的总面积 可达3 0 0 m 2 ，成年人全身所有的骨骼中的晶体总面积可达3 1 0 6m 2 。所以全身的骨骼如一 个离子交换柱，晶体好似交换树脂，能与之相接触的体液中可交换的离子或化合物发生 离子交换或化学吸附。当骨骼病损时，病损区的骨骼可随血液供应多少、成骨旺盛或低 下出现成骨或溶骨两种变化。在成骨损伤的新骨形成处可以同时沉淀较多的晶体，这些 晶体表面可吸附像9 9 t c m - m d p 一类的显像剂，使之在骨显像上表现为放射性聚集的“热 区；而溶骨部位在骨显像上则表现为放射性缺损的“冷区”。因此当局部骨骼有病损时 ( 如肿瘤、炎症、骨折等) 所引起的局部血流量和或骨盐代谢及成骨过程的改变，均可 在相应的骨显像上显示局部放射性异常，据此可对各种骨骼疾病作出诊断和明确定位 0 1 。 1 3 理想骨显像剂的条件 放射性核素诊断药物( 或称骨显像剂) 对骨转移诊断方面有着独特的优势性，与其 他诊断手段相比，它能对病变进行更为早期的确诊，为病人争取更多的宝贵治疗时间。 作为理想的骨显像剂来说，必须具备以下条件：( 1 ) 为骨无机相羟基磷灰石晶体吸附， 标记化合物简单、价廉、稳定性好。( 2 ) 定位特异性强，骨损坏部位放射性溶度高，骨 外组织和骨髓的含量低。( 3 ) 对外周和骨髓的损害很轻。( 4 ) 所用核素具有能量适中y 射线。( 5 ) 所用放射性核素要有合适的半衰期，核素半衰期一般为几小时。包括9 9 t c m 和稀土放射性元素在内，有一系列发射高能y 射线的核素先后用于骨诊断。9 9 t c m 是最 适合用于骨显像的放射性核素【1 1 。1 2 j 。目前临床上使用的骨显像剂主要集中在9 9 t c m 的含 磷( 膦) 配体配合物，尤其是双膦酸配合物上。双膦酸配合物被骨摄取的原因尚在研究 当中，一般认为与双膦酸配体有关。 1 4 影响骨显像质量的因素 1 4 1 骨显像剂的选择 理想的骨显像剂是取得良好显像效果的前提。除本章( 1 3 理想骨显像剂的条件) 中的条件以外，好的骨显像剂还应具备与人体相适应的生物性能，包括较低的血浆蛋白 结合率，如结合率低则血本底低，显像质量好。9 9 t c m 标记的多磷酸盐注入体内后2 h 有 7 5 与蛋白质结合；而相同时间下9 9 t c m - m d p 与蛋白质的结合率约为1 0 ，1 8 f 与蛋白 质的结合率是1 5 。由于9 9 t e m - m d p 或9 9 t c m - h m d p 与蛋白的结合率低，并迅速通过 2 第l 章绪论 肾排泄而从软组织和血池中被清除，因而是比其他化合物更令人满意的骨显像剂。还 有配体的脂溶性，通常用分配系数来确定。骨显像剂配体的分配系数一般不能太大，因 为希望被骨骼吸收，而骨骼中有相当数量的无机盐成分；但是也不能太小，因为脂溶性 太差，难于穿透细胞膜作用于细胞。 1 4 2 临床因素 1 4 2 1 注射技术 显像剂要单独注射，不能与别的药混合。静脉注射显像剂力求完全迅速进入体内。 由于放射性滞留可使胸壁反射性增高，影响结果判断，故静脉注射时应选择较好的血管， 以保证显像剂完全经静脉进入体内：较常用的是肘窝静脉注射，如患者上肢骨有症状时， 应选择健侧注入显像剂。 1 4 2 2 饮水量及时间的控制 饮水时剐1 3 j 最好控制在显像前1 5 h ，尽量避免临显像前饮水，以免胃内容物过多导致 放射性减低或在显像过程中膀胱迅速充盈，影响图像质量。前列腺病及排尿困难的患者 饮水不宜超过5 0 0m l ，以免出现尿潴留影响骨瓮显像。 1 4 2 3 扫描速度 扫描速度关系到全身骨显像的图像质量和工作效率。速度太快导致计数低，图像质量 差；太慢候诊时间长，患者难以耐受，且工作效率低；所以应针对不同的仪器选择合适 的扫描速度。 1 5 双膦酸盐类药物的发展 双膦酸类化合物最初是作为去污剂和电镀络合剂的工业产品，后来用于牙科除垢。 如今，它已经广泛应用于诊断和治疗钙及骨代谢疾病，主要有以下3 个领域1 1 4 j ：( 1 ) 基 于其对骨矿物尤其是对新骨形成部位的亲和性，各种双膦酸盐类化合物的9 9 t o m 衍生物 已被广泛用于代谢性和肿瘤性骨疾病的诊断，如9 9 t o m 一亚甲基二膦酸。( 2 ) 基于其抑 制钙磷结晶形成而用于代谢治疗异位钙化和骨化，如氯屈膦酸二钠。( 3 ) 用于治疗骨吸 收增加的疾病( 包括变形性骨炎、高钙血症、溶骨性骨转移和骨质疏松) ，如因卡膦酸二 钠、唑来膦酸( z o l e d r o n i c a c i d ，z l ) 。 直到2 0 世纪6 0 年代末，科学家们才发现它有治疗骨转移方面疾病的潜力【l 引。该类 药物开始治疗各种骨骼疾病，如恶性高钙血症、异位钙化、变形性骨炎如p a g e t s 病等， 达到了较好的疗效。7 0 年代初，双膦酸盐用于骨质疏松症的治疗。8 0 年代逐渐成为一 类重要的防治骨质疏松症的药物，包括绝经后骨质疏松症，激素诱发骨质疏松症，废用 性骨质疏松症等，此外，关于双膦酸盐确定和潜有的临床适应症还包括复合性骨髓瘤、 甲状旁腺机能亢进、类风湿关节炎、痛性骨营养不良、骨纤维异常增生等【l 酬。 3 江南人学硕1 ：学位论文 自1 9 6 8 年f l e i s e h 等人【1 7 j 发现双膦酸盐类化合物的亲骨作用以来，双膦酸盐类药物 已经经历了三代产品，结构式如图1 3 所示。第一代研究始于上世纪6 0 年代后期，其结 构中侧链为直链烷基或有卤素取代，氯屈膦酸二钠【l8 】( c l o d r o n a t e ) ( 芬兰l e i r a s 药厂生 产，1 9 8 6 年首次上市，商品名为b o n e f o s ) 和依替膦酸二钠【l9 】( e t i d r o n a t e ) ( 七十年代于 美国上市，现收载于美国药典) 为其代表，其有效剂量与中毒剂量的差距即安全范围狭 窄；第二代药物于侧链中引入末端氨基，如帕米膦酸二钠【2 0 】( p a m i d r o n a t e ) ( 瑞士 c i b a - g e i g y 公司开发，1 9 8 9 年首次上市，商品名为a r e d i a ) ，阿仑膦酸钠【2 l 】( a l e n d r o n a t e ) ( 美国m e r c k 公司丌发，商品名为f o s m a x ) 、伊本膦酸钠【2 2 】( i b a n d r o n a t e ) 和奥帕膦酸 钠( o l p a d r o n a t e ) 。第三代于上世纪8 0 年代丌发，其结构具有环状侧链，包括替鲁膦 酸二钠【2 3 1 ( t i l u d r o n a t e ) ，因卡膦酸二钠【2 4 1 ( y m 一1 7 5 ) ，利塞膦酸二钠【2 5 1 ( r i s e d r o n a t e ) 和唑来膦酸钠1 2 6 j ( z o l e d r o n a t e ) ( 瑞士诺华公司开发，2 0 0 0 年首次在加拿大上市，商品 名z o m e t a ) 。据报道【27 。，在治疗患有乳腺癌的病人中，用4 m g 唑来膦酸钠比用9 0 m g 帕 米膦酸钠减少并发症的效果更显著。另外，在安全及有效性上，唑来膦酸是第一个能保 证长期有效和安全的双膦酸1 2 引。随着科研的不断深入，临床观察也将进一步提高。唑来 膦酸虽然是目前综合效果最好的双膦酸，但也有它自身的不足。比较发现，阿仑膦酸能 提高骨量，显著降低骨质疏松性骨折发生率，是目前骨质疏松症治疗的重要选择：利塞 膦酸二钠安全有效，但在降低脊柱以外骨折发生率方面有待进一步提高。可见，每一种 药物都有其优缺点，应扬长避短开发新一代药品。 o 亍i尸 三歹p l _ i 。c l u 几 甲h 2 o i c h 2 ) 7 i厂“。 o i p - y - 守o h d o h 0 i - i h oo h p a m i d r o n a t e 4 o 丫h 3 尸 ：歹p 一0 亍_ 蔫。h u 几 y h 2 h o p 矿 o 亏p f 一守o h 0 0 ih 0 hhh h 第1 章绪论 彳h 2 h o 彳h 2 a l o 一p 一彳一弋oi h o oho 。h i b a n d r o n a t e c i n a 0 1 0 = p 一 ? h o o n a 一每o ：i o h t i l u d r o n a t e n a o o = = = p f h o r i s c d r o n a t e 1 6 骨显像剂药物的发展 n ( c h 3 ) 2 i 宁h 2i h o h 亍一多 l 0 _ p c i 一弋oi h o o h0 h o l p a d r o n a t e o i h o n i h 伽h o i 孑一c - 胃 n z o l e d r o n a t e 图1 1 双膦酸盐化合物结构式 p 0 3 h 2 o h p 0 3 h 2 骨良性及恶性病变的治疗有赖于早期诊断，x 线、c t 摄片具有分辨率高、骨解剖结 构清晰等优点，但缺点是灵敏度较差，对某些骨病变不能早期诊断。而放射性核素骨显 像却能较早地反映骨骼的病理变化达到早期诊断的目的，将能被骨质浓聚的放射性核素 或标记的化合物( 骨显像剂) 引入体内，然后从体外显像，可显示骨骼的形态、血供和 代谢情况，并可定出病变的部位。在这当中，骨显像剂起着很关键的作用。 大约在两百多年前，人类就开始用骨显像对骨代谢进行研究了。1 7 3 6 年b e l c h i e rj 报告了用茜草染料可以玷污新形成的骨，这为研究骨的再塑提供了一种有用的方法。然 后直到2 0 世纪3 0 年代，人工生成的放射性核素3 2 p 问世，才使用放射性骨显像进行骨 的研究成为可能。1 9 3 5 年，c h i e w i t z0 2 9 j 等人首次用3 2 p 进行了骨定位的代谢和清除 hc c 妒n i ch 严胃 9 缸 z 江南大学硕：l ：学位论文 研究，它标志着一种新技术的诞生。但在4 0 年代和5 0 年代早期的研究中，大多数放射 性核素只发射纯1 3 粒子，无法进行体外探查。直到研究者开始用裂变中释放y 光子的 放射性核素进行研究时，体外骨显像才成为可能。 2 0 世纪5 0 年代后期和6 0 年代，经常用作骨显像剂的放射性核素是8 5 s r ，8 7 s r ， 1 8 f 【3 0 。3 2 】。8 5 s r 是第一个用于骨体外显像的显像剂，但其半衰期长( 6 5 d ) ，y 射线能量高 ( 5 1 4 k e y ) ，辐射剂量高，故不是理想的骨显像剂。盯s r 的y 射线能量较低( 3 8 8 k e y ) ， 半衰期短( 2 8 h ) ，适用于显像，但血液清除慢，血和软组织本底高，对比度差，且扫 描前必须排便，必要时行清洁灌肠术；盯s r 的另一个缺点是价格昂贵，这些都限制了它 的临床应用。博f 的半衰期为1 8 h ，以正电子发射方式衰变，其湮没辐射光子的能量为 5 11 k e y ，骨软组织比值较高，显像质量好，但1 8 f 需加速器生产，价格昂贵，半衰期短， 运输和使用都不方便，y 射线能量过高，不适宜y 照相，故目前使用不多。 最成功用于骨显像的放射性核素是咖锝 9 9 t c m 。自1 9 7 1 年s u b r a m a n i a n 报道【3 3 1 用9 9 t c m 标记三聚磷酸盐用作骨显像剂以来，迄今已有多种磷( 膦) 酸化合物骨显像剂 用于临床。它们的化学结构以含p o p 键，p c p 键，p 。n p 键和p c - n 键等而不同， 现在以含有p c p 键膦酸化合物应用最为广泛，结构式如图1 2 ： 七三 o = p 一6 一f ：一o h 占2o h 图1 2 双膦酸盐基本结构 第一个成功的9 9 t c m 标记磷酸盐化合物为9 9 t c m - p y p ( 图1 3 ) ，它是带p - o - p 键的 无机物，口服给药无效，注射又会被磷酸酶迅速水解，而且在血和软组织中的清除较慢， 这可能是因为它与血中的蛋白有较高的结合，影响了骨的摄取。1 9 7 2 年，p e r e z 等【3 4 j 报 道了卜羟乙基二膦酸( h e d p )( 图1 3 ) 与9 9 t c m 的络合，首次将焦磷酸中的p 一0 p 键 用p c p 键替代 即氧原子( o ) 用碳原子( c ) 替换 获得的9 9 t c m 标记的双膦酸盐；1 9 7 3 年，s u b r a m a n i a n 等人制备【3 5 】出了9 9 t c m 一亚甲基二膦酸盐( m d p ) ；1 9 8 0 年，b e v a n 等 人【3 6 】制备出了9 9 t c m 一亚甲基羟基二膦酸盐( h m d p ) 。经研究发现，二膦酸盐中有p - c - p 结构，在体内比多磷酸更为稳定，这或许与它们在体内的水解作用有关；同时它们又具 有骨摄取高且迅速、血液和软组织清除快的优点，尤其9 9 t c m - m d p ，该化合物稳定性好、 骨吸收高、血清除快、毒性低，是目前最常用的骨显像剂。2 0 0 2 年，m a k o t o 等人【3 7 】报 道了新型骨显像剂9 9 t c m 一因卡膦酸二钠( i n c a d r o n a t e ) ，初步研究结果表明， 鲫t c m - i n c a d r o n a t e 在动物软组织中摄取较低，在骨中有高的摄取( 2 h 为3 2 2 士0 6 8 i d g 组织) ，相同时间下，咖t c m d p 和9 9 t c m _ h m d p 在骨中的摄取值分别为1 4 8 4 i d g 和 2 5 7 9 i d g ，因此，9 9 t c m _ i n c a d r o n a t e 有望成为新的骨显像剂。 6 第l 章绪论 9 9 t c m 化合物在体内与蛋白质和红细胞的结合率是影响骨显像质量的重要因素之 一，如结合率低则血本底低，显像质量好。9 9 t c m 标记的磷( 膦) 酸盐骨显像剂通过静 脉注入体内后，迅速分布至全身，在注射后2 h ，注入的9 9 t c m 标记的多磷酸盐有7 5 与 蛋白质结合，而9 9 t c m - m d p 与蛋白质的结合率约为1 0 ，1 8 f 与蛋白质的结合率是1 5 ，注射后3 h ，焦磷酸盐和多磷酸盐全血放射性占8 ，h m d p 为5 ，m d p 仅为3 。注射后4 h ，3 0 的焦磷酸盐和多磷酸盐被结合于红细胞，而1 8 f ，9 9 t c m - m d p 或 9 9 t c m h m d p 没有明显的红细胞结合，这些制剂的亲脂性比其他的磷酸盐低，这就是它 们在软组织包括红细胞和肌肉中滞留低的原因。由于9 9 t c m - m d p 或9 9 t o m _ h m d p 与蛋白 的结合率低，并迅速通过肾排泄而从软组织和血池中被清除，因而是比其他化合物更令 人满意的骨显像剂。 9 9 t o m _ m d p 和9 9 t c m h m d p 等是目前临床上常用的骨显像剂，研究表明，有机二 膦酸中p c p 结构较p o p 结构在动物体内血清除快【3 引，图1 3 是人们已经实验和正在 实验的一些9 9 t c m 配合物的配体结构。从这些分子结构和图1 2 通式可以看出，通过调 整r i 和r 2 可以获得不同种类的显像剂。通常r l 较短，一般为o h ，一c 1 或一h ，与p c p 一起被称为“骨钩 ( b o n eh o o k ) ，与双膦酸盐和矿化的骨基质结合，也是双膦酸盐和钙 盐结合所必需的结构，r 1 若为o h 可增强骨钩与钙盐的结合；若r l 为一c 1 或h ，或取 消r l 时则结合力减弱。现认为r 1 主要参予双膦酸盐与骨矿化基质结合的作用。r 2 与其 生物效力有关，是生物活性部分。r 2 的分子上出现杂原子取代时，其抗骨吸收作用明显 增强，因为杂原子可增加脂溶性，使药物生物活性发生变化。c l o d r o n a t e 、t i l u d r o n a t e 、 c i m a d r o n a t e 分别含c l 、s 、n 杂原子，其抗骨重吸收作用强度是e t i d r o n a t e 的1 0 、1 0 、1 0 0 倍。对于分子量增加的配体，在分子中添加具有孤对电子的有强配位能力的n 原子是提 高其9 9 t c m 配合物稳定性的有效办法，同时，由于n 原子的引入，配合物亲酯性将有所 降低，这些都会使配合物的骨摄取提高、软组织摄取降低、血清除加快；有人认为叨t c m 一 双膦酸盐配合物呈电负性，能与骨表面的羟基磷灰石中呈电正性的钙离子有较强的吸附 作用，通过调整r 1 和r 2 ，提高9 9 t c m 配合物的电负性，会使骨摄取提高，骨显像更清 晰【3 9 枷】。据此，有人将r 1 变为- n h 2 ，r 2 变为一c h 3 ，合成了二膦酸配体a e d p ( 胺乙烷1 ， 1 二膦酸) ，初步研究表明，其配合物9 9 t c m - a e d p 3 7 】在骨显像上有较好的应用前景。 此外，还有人将通式中的r l 定为h ，r 2 定为c h 2 c h 2 一c h 2 - n h 2 ，合成了配体a b p 【4 u ( 1 一 羟基4 胺1 ，1 二膦酸丁烷) ，其9 9 t c m 配合物也表现出较好的应用前景。现在，9 9 t c m 标 记的骨显像药物的研究重点正朝着含有n 原子的胺基膦酸类配体化合物方向发展。 7 江南人学硕士学位论文 吕嗡 念譬蒜 r = o9 9 m t c p y p r = c h 2 9 9 m t c m d p r = c h o h9 9 m t c h m d p r = c ( o h ) c h 39 9 m t c - h e d p r = h c n h r 、9 9 m i n c a d r o n a t e 一， r 气念n 9 9 m t c - z l r = 、o h c h 3 9 9 m t c - z l m 崮 9 h r = 一芍仍。一叱 第4 章”廿e d p 的生物学性质目究目类物的较 从表4 9 明显看出，”t c m e i d p 的脂分配系数比9 9 t c 4 m i d p 低3 个数量级，说明 9 9 t c 一e i d p 的脂溶性较”t c mm i d p 差，也应证了表4 6 中软组织对9 9 t c m 。e i d p 的摄取 较少，骨与软组织的比值较高的结果。 4 4 2 4 骨显像比较 如图415 所示，5 r a i n 时”t c 一e i d p 和”t c 。一m i d p 的显像都不是很理想，虽然骨 骼已较明显，但是本底很高，肝脏显影很厉害也应证了表46 中的分布数据；3 0 r a i n 时，”t c 一e i d p 的显像图上，脊柱显像很清楚，关节处有很高的放射性浓聚，肋骨也略 微可见，肝脏的显影较5 m i n 时减淡很多；而此时的9 9 t c “一m i d p 图上，本底还是很高， 看不到肋骨的显影，显像质量不理想。1 2 0 r a i n 时，9 一一e i d p 显示出良好的显像结果， 脊柱清晰关节突出，肋骨分明，本底很低，肝脏略有显影；而”t c 。一m i d p 在动物身 上的本底还较明显，显像效果不如9 9 t o “e i d p 。总之不同时间点9 c m - e i d p 的显像 都优于”t c 一m i d p ，这也与表4 6 的结果是吻合的。 c ”t c = - m i d p 注入后3 0 m i nd ”t c 。e i d p 注八后3 m i n _ 南上学目l 学论女 g ”t c - m i d p 注八后1 2 0 r a i nh ”t c 。一e i d p 注八后1 2 0 m 缸 囤4 1 5 不同时间”t c 。一m i d p 和”t c 。e i d p 的显像对比囤 4 4 3 c “一e i d p 与辨t t 。z l 的比较 z l 即2 一( 咪唑1 一基) 卜羟基乙烷一1 ，1 二膦酸是目前临床试验中作用虽强的双麟酸 盐化合物5 ”，结构如图41 6 。它们都是唑来膦酸的衍生物，分子结构中都带有具有亲骨 性的咪唑环因此都被用来尝试开发成新型的骨显像剂。 第4 章睁r c m - e i d p 的生物学性质研究及歹同类物的比较 e i d p 图4 1 6e i d p 和z l 结构 4 4 3 1 小鼠分布比较 彭o o o h n 介n c h 2 占一o h u 船h 表4 1 0 孵t c - e i d p 和孵t c m z l i 豁i 在小鼠体内的生物分布( i d ，g ) 从表4 1 0 的生物分布结果看，9 9 t c m - e i d p 和9 9 t c m - z l 在除肾脏、骨部位以外的所 有器官的分布都比较低( 9 9 t c m - z l 在肝脏的分布除外) ，绝大部分药物均有较高摄取的 肝脏，注射9 9 t c m - z l l 5 、6 0 、1 2 0 m i n 后，其分布达到3 9 4 2 、4 8 1 4 、3 3 8 6 i d g ；但 9 9 t c m - e i d p 在肝脏的分布很低，在注射1 5 、6 0 、1 2 0 m i n 后，其分布只有0 6 1 、0 3 4 、0 2 1 i d g 。啊t c m - e i d p 在血中的放射性清除迅速，与1 5 m i n 时的结果相比，2 h 的血中放 射性清除率分别超过了6 6 ，而明t c m - z l 的血中放射性清除率只有1 5 ，说明 9 9 t c m - e i d p 这种快速清除能力将十分有助于降低本底，提高显像的质量。 9 9 t c m - z l 标记物在肝、肾分布均较高，说明9 9 t c m - z l 通过肝脏代谢的同时也有肾脏 4 9 h o 州 拳r 辩 h 3 c j 一 c 卜 犬u 江南大学硕上学位论文 的排泄，卵t c m - e i d p 主要通过肾脏来排泄。相对于通过肝脏代谢来说，肾脏排泄是一种 较好的途径，尤其对放射性药物来说更适合。大量的放射性迅速随尿液排出体外，不仅 可以在短时间内获得较好的显像，更可以减少对正常组织的不必要照射，尤其是将大大 减少肝脏的放射性损伤【5 4 】。 9 9 t e m - e i d p 和9 9 t e m - z l 在骨部位分布较高，从表4 1 0 可以看出，注射后1 5 m i n 时， 朔t c m - e i d p 在骨骼中就有很明显的浓集，在6 0 m i n 时达到峰值2 3 7 6 i d g ；9 9 t c m z l 在骨中的分布在9 7 8 1 0 4 i d g 之间。在临床应用中，为了获得清晰的图像常采取延长 时间再显像，这就需要注射较大剂量的9 9 t c m - z l ，同时病人也需要等候较长的时间，也 增加了医院的管理。本实验的初步结果表明，9 9 t e m - e i d p 有望缩短注射与显像之间的时 间。 从表4 1 0 可明显看出，各软组织对药物的摄取除了肌肉与血每个时间点都是 9 9 t e r n - e l 大于9 9 t c m - e i d p ，一方面可能本身9 9 t c m - z l 被脏器的摄取率较高，另一方面可 能是清除速度比较慢。 图4 1 7 和4 1 8 更直观地描述了骨与肌肉和血地比值，在图4 1 7 中可以看到 9 9 t c m - e i d p 的骨与肌肉的比值远高于9 9 t c m - z l ，在图4 1 8 中可以看到，1 5 m i n 时，9 9 t c l l l z l 的骨与血比略高于9 9 t c m - e i d p ，而6 0 、1 2 0 m i n 时却明显低于9 9 t c m - e i d p ，这个数值是 衡量骨显像质量优劣的重要理论依据，因为在骨与肌肉、血的比值大，说明药物在骨中 摄取高，而在相应的软组织中摄取就低，即显像的本底低，显像质量好。 8 0 o o j g 旦 罂4 0 o 0 彭黝9 9 m t c e i d p 9 9 m t c z l 。_ 1 56 01 2 0 p o s ti n j e c t i o n m i n 图4 1 7 骨与肌肉摄取比随时间的变化 5 0 第4 章睁r c m - e i d p 的生物学性质研究及与同类物的比较 5 0 4 0 鼍3 0 o 皿 。 罂2 0 o 10 0 l56 01 2 0 p o s ti n je c t i o n mi n 图4 1 8 骨与血摄取比随时间的变化 4 432 药代动力学比较 药代动力学参数和血药清除曲线也是影响骨显像质量的一个重要因素。血药清除 快，本底低，有利于得到良好的显像图，对人体正常器官的放射性损害持续的时间也短； 反之，既不利于得到理想的显像效果还造成长时间高剂量的放射性照射。 虽然9 9 t c m - e i d p 和9 9 t c m - z l 的生物分布有所不同，但从图4 1 9 来看，随着时间的 增加血液中药物的清除都有一个急剧下降的趋势，这就表明9 9 t c m - e i d p 和鲫t c m - z l 的 血液清除速度都较快。0 6 0 m i n ，9 9 t c m - e i d p 的血液清除速度略快于9 9 t c m - z l ；6 0 1 2 0 r a i n ， 鲫t c m - e i