DNP−NMR分光法分析用試薬

【課題】核偏極現象の消失の遅いDNP−NMR分光法分析用試薬を提供する。
【解決手段】1個以上の水素原子が結合している炭素原子を1個以上含有し、かつ当該炭素原子のそれぞれの上の水素原子の少なくとも一部が重水素で置換されている有機化合物を含むDNP−NMR分光法分析用試薬。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、DNP−NMR分光法分析用試薬に関する。
【背景技術】
【0002】
核磁気共鳴(NMR:Nuclear Magnetic Resonance)分光法は、例えばMRI診断法として医療分野でも応用されている重要な分光法であるが、赤外分光法、および紫外可視分光法等の分光法と比較して、測定感度が低いという問題がある。
近年、この問題を、超偏極技術によって克服する試みが行われている。
超偏極技術としては、例えば、129Xe、またはHe等の希ガスを用いる手法、パラ水素添加法、及び動的核偏極法(DNP)などが挙げられる。
【0003】
中でもDNP法は、13C核、15N核、29Si核の核磁気共鳴の感度を大幅に改善する技術として注目されている。
とりわけ13C核の検出では、S/N比で数千倍程度の感度の改善ができることが知られており、細胞内代謝のような迅速な生体内反応の検出、更には疾患の検出等への応用が期待されている。
しかし、感度の良い炭素種が四級炭素(例、ピルビン酸のカルボニル炭素)に限定されるために、細胞内糖代謝実験等への応用に使用できる試薬としては、[1−13C]−ピルビン酸のように代謝下流域の物質のみに限られる。
例えば、細胞内代謝実験のターゲットとして最も注目されている13C−グルコースはT1緩和時間が短く、これにより偏極の消失が極めて速いので、NMR測定時には大部分の偏極が消失してしまっている。また、偏極率も低い。これらの理由から、13C−グルコースはDNP−NMR分光法による測定には不向きであることが知られており、代替試薬として[2−13C]−フルクトースが注目されている(非特許文献1)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Kayvan R. Keshariら、J.AM.CHEM.SOC、2009年、131、p.17591−17596
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記したことから明らかなように、DNP−NMR分光法分析用試薬は、非常に限定されているのが、現状である。
従って、本発明は、多種多様なDNP−NMR分光法分析用試薬を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、前記の課題を解決を達成すべく、鋭意研究した結果、炭素原子に結合している水素を重水素で標識することによって、核偏極現象の消失を遅くできることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、下記の項に記載する側面等を提供するものである。
項1. 1個以上の水素原子が結合している炭素原子を1個以上含有し、かつ当該炭素原子のそれぞれの上の水素原子の少なくとも一部が重水素で置換されている有機化合物を含むDNP−NMR分光法分析用試薬。
項2. 前記炭素原子の少なくとも一部のそれぞれの上の水素原子の全てが重水素で置換されていることを特徴とする前記項1に記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項3. 前記炭素原子の全てのそれぞれの上の水素原子の全てが重水素で置換されていることを特徴とする前記項1に記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項4. 前記炭素原子の少なくとも一部が13Cに置換されていることを特徴とする前記項1〜3のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項5. 前記炭素原子の全てが13Cに置換されていることを特徴とする前記項1〜3のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項6. 前記有機化合物が代謝関連物質であることを特徴とする前記項1〜4のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項7. 前記有機化合物がグルコースであることを特徴とする前記項1〜4のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項8. 重水中で用いられる前記項1〜7のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項9. トレーサーまたは造影剤である前記項1〜8のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
項10. DNP−NMR分光法分析用試薬としての、1個以上の水素原子が結合している炭素原子を1個以上有し、かつ当該炭素原子のそれぞれの上の水素原子の少なくとも一部が重水素に置換されている有機化合物の使用。
【発明の効果】
【0008】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は、偏極の消失が遅く、かつ化合物として多様な構造を有し得るので、細胞内代謝のような迅速な生体内反応の検出、更には疾患の検出等への応用などにおける、種々のDNP−NMR分光法分析に好適に使用できる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本明細書中で用いられる化合物名は、特に記載の無い限り、同位元素で置換又は標識された化合物を包含することを意図して用いられる。「標識され」とは、化合物のある位置の同位体比が、天然存在比に比べて多いことを意味する。同位体で標識された化合物は、ある構成原子が同位体で置換された化合物(以下、同位体置換化合物と称する場合がある)と、その同位体の存在比が天然存在比である化合物(以下、天然化合物と称する場合がある)との混合物であり、標識された化合物を含有することは、すなわち、ある構成原子が同位体置換化合物を含有することを包含する。
本明細書中、水素原子とは、特に記載の無い限り、Hおよびその同位体(例、H(重水素))を意味する。
水素原子における、Hの存在比は、99.985%であり、Hの天然存在比は、0.015%である。
本明細書中、炭素原子とは、特に記載の無い限り、12Cおよびその同位体(例、13C)を意味する。
炭素原子における、12Cの存在比は98.90%であり、13Cの天然存在比は1.10%である。
【0010】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は、1個以上の水素原子が結合している炭素原子を1個以上含有し、かつ当該炭素原子のそれぞれの上の水素原子の少なくとも一部が重水素に置換されている有機化合物を含む。
【0011】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は、このような重水素置換有機化合物に加えて、同位体元素のみにおいて当該重水素置換有機化合物と異なる化合物、特にその天然化合物を含有してもよい。
【0012】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬中の置換有機化合物の量は、核偏極現象の消失をより遅くする観点からは、置換有機化合物と天然化合物との合計量に基づいて、好ましくは20重量%以上、より好ましくは50重量%以上、更に好ましくは90重量%以上、特に好ましくはほぼ100重量%である。
【0013】
核偏極現象の消失をより遅くする観点からは、概して、有機化合物において、(全炭素原子に結合している全重水素原子の数)/(全炭素原子に結合している全水素原子の数)の比率が高いことが好ましい。
【0014】
具体的には、核偏極現象の消失をより遅くする観点からは、前記有機化合物中の任意の1個の炭素に焦点を絞り、それに結合している水素原子について考える場合、(炭素原子に結合している重水素原子の数)/(炭素原子に結合している水素原子の数)の比率が高いことが好ましく、この比率が100%であることが特に好ましい。言い換えれば、前記炭素原子の少なくとも一部のそれぞれの上の水素原子の全てが重水素原子で置換されていることが好ましい。ことが好ましい。
【0015】
更に、核偏極現象の消失をより遅くする観点からは、1個以上の水素原子が結合している炭素原子の集団について考える場合、その上の水素原子の全てが重水素原子で置換されている炭素原子の割合が高いことが更に好ましく、前記水素原子の全てのそれぞれの上の水素原子の全てが重水素原子で置換されていることが、最も好ましい。言い換えれば、炭素原子に結合している全ての水素が重水素で置換されてることが、最も好ましい。
【0016】
1個以上の重水素原子が結合している炭素原子においては、13Cで置換されていなくてもよく、置換されていてもよいが、感度をより高くする観点からは、13Cで置換されていることが好ましい。更に、13Cに置換されている炭素原子の割合が高いことが好ましく、全ての炭素原子が13Cに置換されていることが特に好ましい。
【0017】
ここで、1個の炭素原子に焦点を絞って考えた場合、感度をより高くする観点からは、隣接する炭素原子の数が少ない炭素原子を置換することが、効果的である。
【0018】
前記有機化合物としては、代謝関連物質が好ましい。
なかでも、解糖系またはトリカルボン酸サイクルの基質または中間体等が好ましく、解糖系の上流の基質または中間体がより好ましく、グルコースが特に好ましい。
このような化合物としては、糖、アミノ酸、ペプチド、有機酸、アシル化合物、および脂肪酸等が挙げられる。
前記有機化合物の分子量は、特に限定されないが、通常、50〜1000程度である。
【0019】
前記有機化合物として具体的には、例えば、1,2,3,4,5,6,6’−重水素化D−グルコース(D−Glc−C−d7)、炭素−13ユニラベル化1,2,3,4,5,6,6’−重水素化D−グルコース(U−13−D−Glc−C−d)、およびD−[3−13C,3,3,3−3]ピルビン酸等が挙げられる。
【0020】
前記有機化合物は、フリー体であってもよく、生理学的に許容される塩であってもよい。また、前記有機化合物は、水和物等の溶媒和物であってもよい。
【0021】
前記有機化合物は、放射性同位体を製造するための、公知の化学的方法および/または生物的方法(例、酵素を用いる方法)によって合成することができるが、一部の化合物は、市販品にて入手できる。
【0022】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は、偏極の消失が遅いので、トレーサーまたは造影剤として、細胞内代謝のような迅速な生体内反応の検出、更には疾患の検出等への応用などにおける、種々のDNP−NMR分光法分析に好適に使用できる。
【0023】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は[1−13C]−ピルビン酸等の従来のDNP−NMR分光法分析用試薬と同様に、トレーサーまたは造影剤などとして、用いることができる。すなわち、例えば、本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬を動物(例、ヒト、サル、ネコ、ブタ、ウマ、ウシ、マウス、ラット、モルモット、イヌ、ウサギなどの哺乳動物)に投与するか、またはこのような動物に由来する組織、細胞もしくは酵素に接触させ、その結果得られる被検体物をDNP−NMR分光法分析に付することができる。
ここで、本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は、化合物として多様な構造を有し得るので、従来のDNP−NMR分光法分析用試薬に比べて、広範な目的に対してそれぞれ適当な本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬を選択して使用することができる。
【0024】
DNP−NMR分光法分析は、[1−13C]−ピルビン酸等の従来のDNP−NMR分光法分析用試薬と同様に、常法に従って行えばよい。
具体的には、例えば、被検体物をトリチルラジカル(例、OX63)のような偏極誘発剤とともに、水およびガラス化剤(例、グリセロール)の混合物中に投入し、冷却してガラス化し、次いで、マイクロウエーブを照射して、核偏極を誘起させる。その後、キレート剤(例、エチレンジアミン4酢酸)を含有する水を加えて昇温および溶解させ、次いでNMR装置に移送して分析する。
このような核偏極の操作は市販の装置を使用して行うことができる。
【0025】
ここで、常法において用いられる水に換えて重水を用いることにより、更に偏極の消失を遅くすることができる。
【実施例】
【0026】
以下、実施例によって、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0027】
実施例1
サンプルとして1,2,3,4,5,6,6’−重水素化D−グルコース(D−[1,2,3,4,5,6,6−]グルコース)(D−Glc−C−d) 10mg、偏極誘発剤OX63を水40μLおよびガラス化剤としてのグリセロール20μLの混合物に可溶化し、オックスフォード・インストゥルメント社製in vitro NMR用核偏極装置HyperSense(商品名)(3.35T)において、3.5ミリバール(mbar)圧力下1.4ケルビン(K)に冷却し、周波数93.988ギガヘルツ(GHz)出力100ミリワット(mW)のマイクロウエーブを1時間照射し核偏極を誘起した。189℃10バール(bar)に加熱昇温した0.025%エチレンジアミン4酢酸を含む水3mLを加えて、サンプル固体を溶解させ、300MHz NMR装置に移送した。60度パルス(5.6マイクロ秒)を照射する13C NMRスペクトル1スキャン測定を120回行い、シグナル強度の減衰を観測した。対象としてD−グルコース(D−Glc) 10mg、1−重水素化D−グルコース(D−[1−]グルコース)(D−Glc−1−d) 10mg、2−重水素化D−グルコース(D−[2−]グルコース)(D−Glc−2−d) 10mg、6,6−重水素化D−グルコース(D−[6,6−]グルコース)(D−Glc−6,6−d) 10mgを同じ実験を行った場合に約5秒後にシグナルが観測されなくなるのに対して、D−Glc−C−dでは20秒程度までシグナルが観測された。
【0028】
実施例2
サンプルとして炭素−13ユニラベル化1,2,3,4,5,6,6’−重水素化D−グルコース(D−[U−13C,1,2,3,4,5,6,6−]グルコース)(U−13−D−Glc−C−d) 1mg、偏極誘発剤OX63を水13μLおよびガラス化剤としてのグリセロール7μLの混合物に可溶化し、オックスフォード・インストゥルメント社製in vitro NMR用核偏極装置HyperSense(商品名)(3.35T)において、3.5ミリバール(mbar)圧力下1.4ケルビン(K)に冷却し、周波数93.988ギガヘルツ(GHz)出力100ミリワット(mW)のマイクロウエーブを1時間照射し核偏極を誘起した。189℃、10バール(bar)に加熱昇温した0.025%エチレンジアミン4酢酸を含む水3mLを加えて、サンプル固体を溶解させ、300MHz NMR装置に移送した。60度パルス(5.6マイクロ秒)を照射する13C NMRスペクトル1スキャン測定を120回行い、シグナル強度の減衰を観測した。対照として炭素−13ユニラベル化D−グルコース(U−13−D−Glc)(D−[U−13C]グルコース) 1mgを同じ実験を行った場合に5秒後にシグナルが観測されなくなるのに対して、U−13−D−Glc−C−dでは40秒程度までシグナルが観測された。
【0029】
実施例3
サンプルとしてU−13−D−Glc−C−d 1mg、偏極誘発剤OX63を重水13μLおよびガラス化剤としてのグリセロール7μLの混合物に可溶化し、オックスフォード・インストゥルメント社製in vitro NMR用核偏極装置HyperSense(商品名)(3.35T)において、3.5ミリバール(mbar)圧力下1.4ケルビン(K)に冷却し、周波数93.988ギガヘルツ(GHz)出力100ミリワット(mW)のマイクロウエーブを1時間照射し核偏極を誘起した。189℃、10バール(bar)に加熱昇温した0.025%エチレンジアミン4酢酸を含む重水3mLを加えて、サンプル固体を溶解させ、300MHz NMR装置に移送した。60度パルス(5.6マイクロ秒)を照射する13C NMRスペクトル1スキャン測定を120回行い、シグナル強度の減衰を観測した。U−13−D−Glc−C−dでは50秒程度までシグナルが観測され、2の実験よりもシグナルの減衰が抑制された。
【0030】
実施例4
サンプルとして3−炭素−13ラベル化3,3,3−重水素化ピルビン酸ナトリウム(D−[3−13C,3,3,3−3]ピルビン酸ナトリウム) 1mg、偏極誘発剤OX63を水13μLおよびガラス化剤としてのグリセロール7μLの混合物に可溶化し、オックスフォード・インストゥルメント社製in vitro NMR用核偏極装置HyperSense(商品名)(3.35T)において、3.5ミリバール(mbar)圧力下1.4ケルビン(K)に冷却し、周波数93.988ギガヘルツ(GHz)出力100ミリワット(mW)のマイクロウエーブを1時間照射し核偏極を誘起した。189℃、10バール(bar)に加熱昇温した0.025%エチレンジアミン4酢酸を含む水3mLを加えて、サンプル固体を溶解させ、300MHz NMR装置に移送した。60度パルス(5.6マイクロ秒)を照射する13C NMRスペクトル1スキャン測定を60回行い、シグナル強度の減衰を観測した。対照としてピルビン酸ナトリウム10mgを同じ実験を行った場合には、3位の炭素シグナルが5秒後に観測されなくなるのに対して、D−[3−13C,3,3,3−3]ピルビン酸ナトリウムでは60秒以上シグナルが観測された。
【産業上の利用可能性】
【0031】
本発明のDNP−NMR分光法分析用試薬は、偏極の消失が遅く、かつ化合物として多様な構造を有し得るので、トレーサーまたは造影剤として、細胞内代謝のような迅速な生体内反応の検出、更には疾患の検出等への応用などにおける、種々のDNP−NMR分光法分析に好適に使用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
1個以上の水素原子が結合している炭素原子を1個以上含有し、かつ当該炭素原子のそれぞれの上の水素原子の少なくとも一部が重水素で置換されている有機化合物を含むDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項2】
前記炭素原子の少なくとも一部のそれぞれの上の水素原子の全てが重水素で置換されていることを特徴とする請求項1に記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項3】
前記炭素原子の全てのそれぞれの上の水素原子の全てが重水素で置換されていることを特徴とする請求項1に記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項4】
前記炭素原子の少なくとも一部が13Cに置換されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項5】
前記炭素原子の全てが13Cに置換されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項6】
前記有機化合物が代謝関連物質であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項7】
前記有機化合物がグルコースであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項8】
重水中で用いられる請求項1〜7のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項9】
トレーサーまたは造影剤である請求項1〜8のいずれかに記載のDNP−NMR分光法分析用試薬。
【請求項10】
DNP−NMR分光法分析用試薬としての、1個以上の水素原子が結合している炭素原子を1個以上有し、かつ当該炭素原子のそれぞれの上の水素原子の少なくとも一部が重水素に置換されている有機化合物の使用。

【公開番号】特開2012−220269(P2012−220269A)
【公開日】平成24年11月12日(2012.11.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−84375(P2011−84375)
【出願日】平成23年4月6日(2011.4.6)
【出願人】(504174180)国立大学法人高知大学 (174)
【出願人】(504145342)国立大学法人九州大学 (960)