Responsive Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging (MRI)

Abstract

ABSTRAKT Tato práce je zaměřena na syntézu nových makrocyklických ligandů s vyměnitelnými protony na koordinujících se skupinách a na přípravu komplexů těchto ligandů s vhodnými paramagnetickými ionty trojmocných lanthanoidů. Takové komplexy by mohly sloužit jako tzv. responzivní kontrastní látky pro tomografii magnetické rezonance (MRI) vhodné ke sledování změn okolních podmínek. V rámci této dizertační práce byly studovány kontrastní látky citlivé na změnu pH, které využívají přenosu saturace (PARAmagnetic Chemical Exchange Saturation Transfer; PARACEST) a mohly by tak sloužit ke sledování změn pH v tkáních. Informace o těchto změnách jsou důležité například pro diagnostiku nádorových onemocnění a/nebo pro volbu vhodného způsobu léčby. Byla připravena série komplexů makrocyklických ligandů s ionty trojmocných lanthanoidů s vyměnitelnými protony aminoskupin, které jsou koordinované k centrálnímu iontu kovu. U těchto komplexů byly podrobně studovány vlastnosti PARACEST. Kontrastní látky založené na výměně protonů z koordinovaných aminoskupin dosud nebyly v literatuře popsány. Bylo zjištěno, že tyto komplexy vykazují efekt PARACEST závislý na pH, a to při takových hodnotách pH, které odpovídají fyziologickým podmínkám. Tato studie ukázala, že komplexy s pendantním ramenem v podobě lineárního diaminu...

ABSTRACT This work is focused on the synthesis of a family of new macrocyclic ligands with exchangeable protons on coordinating groups that could potentially serve (after complexation with suitable paramagnetic lanthanide(III) ions) as responsive contrast agents (CAs) for magnetic resonance imaging (MRI). It is expected that measurement of extracellular pH should bring information for tumorous disease diagnoses and/or for suggesting the most efficient treatment. Therefore, our attention was focused on pH-dependent CAs based on a PARAmagnetic Chemical Exchange Saturation Transfer (PARACEST) mechanism capable of reporting pH changes in tissue. The PARACEST-related properties of a series of Ln(III) complexes with the CEST effect caused by amino groups coordinated to the central Ln(III) metal ions were investigated. Such a kind of PARACEST CA is new and has had no precedent in the literature. It was shown that these Ln(III) complexes produce a pH-sensitive PARACEST effect in the pH region relevant for living systems. The study brings proof-of-principle for utilization of complexes with a linear diamine pendant arm, i.e. complexes with two exchanging proton pools, for ratiometric pH determination by MRI independently on the probe concentration. In addition, to ensure a higher kinetic inertness of the...