(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マンガンが遊離の２価の陽イオン状態で含有され、投与時のマンガン濃度が５〜５０μｇ／ｍｌの範囲に制御されて、膀胱及び子宮の少なくともいずれかに直接投与されることを特徴とするＭＲＩ診断用造影組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、大腸、膀胱、子宮等の生体下部組織のＭＲＩ（磁気共鳴画像）診断用の造影効果に優れる造影剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＲＩ法は、生体中の水の存在状態を水素核の核磁気共鳴（ＮＭＲ）現象を使用して測定し、その状態の差異および分布を濃淡として画像化する技術である。これは、従来のＸ線ＣＴが基本的に解剖学的所見を得るだけのものであったのに対し、放射線被爆を伴わないこと、体内器官の働きや生理学的変化に関する所見を得ることができる等の特徴を有し、３次元画像処理技術の進展に伴い臨床用にも広く応用されるに至っている。
【０００３】
ＮＭＲ現象は、励起パルスが消滅した後、磁化ベクトルが元のｚ軸方向へ回復する２つの緩和時間、スピン−格子緩和時間Ｔ1 と、スピン−スピン緩和時間Ｔ2 で特徴づけることができる。前者は磁気モーメントの系（スピン系）の内部のエネルギー交換による緩和時間であり、後者はスピン系と外部の系（通常は格子振動）のエネルギー交換による緩和時間である。
【０００４】
ＭＲＩ法では、パルス列の適切な選択によりこれら２つのパラメータのいずれかに着目し、測定する組織に固有なＮＭＲパラメータのうち必要なものだけを取り出して画像を強調することが行われており、その画像はそれぞれＴ1 強調画像、Ｔ2 強調画像と呼ばれている。
たとえば、Ｔ1 強調画像では、生体内における水分子の運動の拘束され具合ににもとづき、拘束度が高くスピン−格子緩和時間Ｔ1 が短い部位では画像は白く（陽性の造影効果）、また拘束度が低くＴ1 が長い部位では黒く表現される。たとえば、通常の生体組織に含まれている水はほとんど自由水と呼ばれる状態にあるため、そのスピン−格子緩和時間Ｔ1 は長く、ＭＲＩ上では黒く表現される。
【０００５】
ところで、ＭＲＩ法においては組織病変の検出感度を高める手法として、造影剤を使用することが知られている。この場合の造影剤としては、Ｘ線画像診断におけるバリウムやヨウ素のようなＸ線吸収性物質とは造影機構が原理的に異なる物質、すなわち常磁性物質が用いられる。これは、例えばＴ1 強調画像における陽性造影剤の場合、不対電子を有する常磁性物質がその磁気モーメントに起因して局所磁場を僅かに増大させ、水のＴ1 が短くなり、画像のコントラストを変化させるからである。つまり、造影剤は自由水のスピン−格子緩和時間Ｔ1 を短縮し、自身はより白く表現されるのである。
【０００６】
常磁性物質としては、遷移金属、有機ラジカル、酸素、二酸化窒素を例示することができる。ただし、医療診断に用いるには生体安全性の高いものを選択する必要があり、たとえば上部消化管診断用の経口造影剤としては、特開平２−１９１２２９号公報に開示される鉄含有製剤、「診断と治療」８０，１６８（１９９２）に報告されるクエン酸鉄アンモニウム、あるいは特願平４−６９３７０号明細書で提案した食品素材に含まれる程度の微量のマンガン化合物等が知られている。
【０００７】
また、血管診断用の静脈注射造影剤としては、ＡＪＲ，１４２，６１９（１９８４）に報告されるガドリニウム・キレート化合物であるガドペンテト酸（分子式：Ｃ14Ｈ20ＧｄＮ3 Ｏ10Ｃ7 Ｈ17ＮＯ5 、分子量：７４２．７９）が実用化されている。さらに、特開昭６３−２８７７９１号公報には、マンガン（II) キレート造影剤、Ｍｎ−Ｎ，Ｎ’─ジピリドキシルエチレンジアミン−Ｎ，Ｎ’─二酢酸−５，５’−ビスリン酸が開示されているが、こちらは実用化されるには至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる造影剤を大腸、膀胱、子宮といった生体下部組織のＭＲＩ診断に適用することには種々の問題が生ずることが考えられ、これら生体下部組織用のＭＲＩ診断用造影剤は未だに報告されていない。
かかる問題のひとつに、投与成分量の多さが挙げられる。
【０００９】
たとえば、上記クエン酸鉄アンモニウムを用いた臨床例では、数百ｍｇ（Ｆｅ：１００─２００ｍｇ／３００ｍｌ）の鉄、または鉄欠乏性貧血治療剤である溶液性ピロリン酸第二鉄シロップ（Ｆｅ  ６ｍｇ／ｍｌ）に含まれる約１００ｍｇの鉄が、Ｔ1 強調画像用の陽性造影剤として使用されている。しかし、これはかなりの多量である。しかも、鉄の状態は造影剤としての通常の使用状態である水溶液では不安定であり、その造影効果は経時変化する。そのため、上部消化管診断用に使用する場合ですら、溶解後すみやかに使用し、投与後２０分以内に撮影することが推奨されている。したがって、生体下部組織にかかる鉄化合物を造影効果が期待できる量にて投与することは、極めて困難であると言わざるを得ない。
【００１０】
同様に、静脈注射用のガドペンテト酸については、脳・脊髄造影、躯幹部・四肢造影時の投与量は、濃度０．５ｍｍｏｌ／ｍｌ濃度の溶液を用いた場合、０．２ｍｌ／ｋｇ（体重）とされている。ガドペンテト酸は、ガドリニウムを遊離のイオン状態で用いることにより生じ得る生体毒性を緩和するために、これをキレート化した化合物である。しかし、このキレート化により局所磁場の増大に寄与するガドリニウム原子上の不対電子と周囲の水との距離が大きくなり、緩和時間の短縮効果は遊離のカドリニウム・イオンに比べて大きく減少している。したがって、所望の造影効果を得るためには、ある程度高濃度の投与が必要となる。
【００１１】
このガドペンテト酸を生体下部組織に適用しようとする場合には、静脈注射と異なりこの投与量をなお一層増大させなければならず、経済的観点から実用的とは言い難い。
【００１２】
マンガンについては、特願平４−６９３７０号明細書で提案した上部消化管診断用の経口摂取造影剤を生体下部組織用に転用することも考えられる。しかし、生体下部組織への造影剤の投与は消化管を経由しない直接投与であるため、上記の経口摂取造影剤のように造影効果に直接関与しない味覚調整用の成分を含む必要はない。場合によっては、これら味覚調整用の成分が生体下部組織に不要な生理作用を与える可能性もある。
【００１３】
マンガンに注目した例では、実験的には高濃度のマンガン（ＭｎＣｌ2 ：６２０μｍｏｌ／ｋｇ，Ｍｎ換算で３４ｍｇ／ｋｇ）を経口投与し吸収されたマンガンの各臓器における造影効果に関する報告があるが、この研究は生体下部用の医療診断を目的とた造影目的ではないため、本発明の造影剤組成物と異なり低濃度溶液の投与ではない。
【００１４】
さらに別の問題として、Ｔ1 強調画像とＴ2 強調画像の画像信号の強度差に起因する診断精度の低下も解決しなければならない。
たとえば、日磁医誌、１１，１８２（１９９１）には、造影剤としての実用的濃度範囲において、クエン酸鉄アンモニウムが鉄含量の増大と共にＴ1 強調画像、Ｔ2 強調画像の双方に対して陽性造影効果を示すことが報告されている。しかし、かかる効果はＴ2 強調画像にとって診断上、いくつかの不利益をもたらす。その一つとして、生体組織のＴ2 強調画像における信号強度がＴ1 強調画像より低いため、投与された各臓器中の造影剤が高い信号強度を示すと、腹壁の呼吸性移動及び腸管の蠕動運動によるアーチファクト（偽像）の発生原因となり画質が悪くなることが挙げられる。また、Ｔ2 強調画像においては、一般に腫瘍病変などが白く抽出される特徴があるため、各臓器内の造影剤が白く表現されると実際の病変と紛らわしくなり、診断能が低下する恐れがある。
【００１５】
以上の問題点を勘案すると、理想的な造影剤としては、遷移金属元素を遊離のイオン状態で含んでおり、かつＴ1 強調画像では白く表現され（陽性造影効果）、他方、Ｔ2 強調画像では逆に灰〜黒色に表現される（陰性造影効果）ことにより、各臓器及び病巣が識別可能とするものが望ましい。本発明の目的とするところは、かかるＭＲＩ診断用造影組成物を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の目的を達するために鋭意検討を行う過程で、まず遷移金属元素に再び着目し、微量の摂取であれば生体に対して毒物にならないとの新しい観点に立って、膨大な数の常磁性物質についてスクリーニングを行った。さらに、造影効果が最も期待される遷移金属元素の存在状態は遊離のイオンであるとの原点に帰り、生体毒性が微弱であるなら遷移金属イオンを遊離の状態で使用することによりその造影に関与する成分の使用量を最少量にすることができるとの基本方針を立てた。この結果、微量であればむしろ生体にとって必要な無機成分であり、通常の食品にも含有されている量のマンガンに改めて注目した。
【００１７】
そこで予備検討として、マンガンのＭＲＩ造影効果の濃度依存性について調べた。すなわち、濃度の異なる塩化マンガン水溶液を加えて試料を作成し、ＭＲＩ装置によりＴ1 およびＴ2 強調画像のそれぞれの輝度（陰陽度）を実測した結果、従来より言われているように（特願平４─６９３７０）マンガン含量の増加と共にスピン−格子緩和時間Ｔ1 が短くなる傾向（陽性効果）については再現された。他方、スピン−スピン緩和時間Ｔ2 強調画像では、マンガンの添加量が増大するとやがてＭＲＩの輝度が低下する、すなわち陰性効果を示す傾向が確認された。すなわち、マンガンは極めて少量でスピン−格子緩和時間Ｔ1 の短縮効果による陽性効果を示すが、さらに濃度が高くなると逆に陰性傾向を示す。
【００１８】
本発明における造影剤組成物の主成分としてのマンガン濃度は、上記した結果および後記するところから、使用時の溶液中のマンガン濃度が５〜５０μｇ／ｍｌ好ましくは２０〜３０μｇ／ｍｌとなるように調製するのが好適であることが判明した。したがって本発明は係る消化管造影用組成物を製造するには、マンガン化合物及び／又はマンガン含有物を有効成分として、常法にしたがって造影剤として調製すればよい。
【００１９】
遊離状態のマンガンイオンを得るためには、塩化マンガン、硫酸マンガン、その他の無機又は有機のマンガン化合物が使用できるが、使用状態で遊離のイオン状態であることが必要であるので、マンガンの遊離イオン状態を阻害するキレート化合物との併用は避けるべきである。なお、マンガンイオンの状態は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ）法で得られるＥＳＲスペクトログラムの波形により知ることができる。
【００２０】
また本発明において更に特記すべきは、マンガンを遊離のイオン状態で使用することによってマンガン量は極く微量で十分所期の目的を達成しうることを新規に発見したことであり、マンガン成分としてマンガン含有物も自由に使用できることである。マンガン含有物としては、天然由来及び人工物由来を問わずマンガンを所定量含有する物質であればすべての物質が使用可能である。例えばマンガン含有食品、特にマンガンに富んだ食品をそのままマンガン源として利用することもできる。したがって、安全上の問題は完全に解消され、この点においても本発明はまさに画期的である。
【００２１】
わが国ではマンガンに関する所要量に相当するものは設定されていないが、米国における推奨所要量は２．５〜５．０ｍｇとなっている。通常食餌からのマンガンの摂取源は、穀類、野菜及び豆類などの植物性食品が大部分を占めるが、その中でも特にお茶の葉の含有率が高く、１，９４８ｐｐｍまた抹茶の例では１，４３２ｐｐｍの濃度含有しているものもある。食餌からのマンガン１日摂取量は約２〜６ｍｇである。マンガンの生体内吸収率については、放射線マンガンを使ったラットでの経口投与の場合、その吸収率は３〜４％とされている。また、54Ｍｎを添加したホエー（乳清）をヒトに摂取させた際の体内残留率を調べた結果では、そのマンガンの吸収率は数％であり、最高でも１５％であったと報告されている。腸管におけるマンガンの吸収機構の詳細はいまだ明確にされていないが、ラットを用いた実験では早期に飽和に達する能動輸送機構が小腸に存在することが判っている。この能動輸送には、マンガンと特異的に結合するタンパク質が関与している。
【００２２】
これらの知見からマンガンは能動輸送により生体膜を通過するものと考えられ、マンガンの過剰摂取による毒性の発現を予防するとともに、マンガン含有量の低い食品からはこれを有効に摂取しているものと思われる。また、その際のマンガンの吸収部位は小腸上部とされているため、生体下部組織では消化・吸収の影響は少ないことが予測され、マンガンによる造影効果は持続するものと推定される。
【００２３】
なお、マンガン中毒の報告例は極めて少なく、慢性マンガン中毒としては、塗装従事者あるいはマンガン鉱山で働く労働者の例に見られる程度である。ただし、その場合のマンガンは、酸化物のダストの形で肺を通じて体内に入った例である。また経口的なマンガン中毒は発生したという報告はほとんどない。これはマンガンの腸管吸収率が低いことも一つ原因になっているものと考えられる。非常に稀な例として井戸水のマンガンが原因と考えられている例もあるので、これらマンガンの吸収率及びその量はそのマンガンの存在形態とも関係していることも考えられている。
【００２４】
【作用】
一般に、常磁性金属イオンによる緩和時間短縮効果は、水の水素核が約５  以内に接近したときに常磁性金属イオンの電子スピンと水の水素核の核スピンが一定の時間磁気的に相互作用し、その後その水分子が並進拡散運動により常磁性金属イオンから離れて周囲の他の水分子と入れ替わることによって起こる。遊離状態の２価マンガンイオンの周囲には、６個の水分子が接近する（６配位）ことができる。かかる緩和理論からも明らかなように、水に対するＴ1 短縮効果はこれら遷移金属が遊離のイオン状態であるときに最も大きくなる。
【００２５】
特に、限定された領域濃度、すなわち５〜５０μｍ／ｍｌのマンガンは、ＭＲＩのＴ1 強調画像においては陽性造影剤、Ｔ2 強調画像においては陰性造影剤として働くので、Ｔ2 強調画像にもとづく腫瘍病変診断に悪影響を及ぼす虞れがない。
【００２６】
また、本造影組成物の有効成分であるマンガンの吸収部位は、上部消化管にあり、またその吸収機構は早期に飽和する能動輸送と考えられている。したがって、生体下部への直接投与では、消化および吸収の影響をほとんど受けることがない。また、有効成分の濃度が極めて低いため、生体下部組織に対する刺激を最小限とした状態で生体下部組織用の造影剤として使用することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果にもとづいて説明する。
【００２８】
まず、予備実験として、ＥＳＲ（電子スピン共鳴）法によるマンガンイオンの存在状態の確認を行った。このスペクトル測定法は、マイクロ波周波数領域において電子スピンの磁気モーメントに起因するスピン共鳴を観測するものであり、そのスペクトルの微細構造の分析から、周囲の環境中における測定対象物質の存在状態を推定することができる。本発明の場合は測定対象物質であるマンガンイオンが常磁性体であるから、電子常磁性共鳴の測定となる。
【００２９】
マンガンイオンの存在状態の確認
まず、生体下部用の造影剤として塩化マンガン水溶液を調整し、ＥＳＲスペクトル測定装置（日本電子社製、ＦＥ−１Ｘ（Ｘ−バンド））を用いて分析した。このときのＥＳＲスペクトルを、図１に示す。
比較のため、塩化マンガン水溶液について同様に得られたＥＳＲスペクトルを図３に示す。塩化マンガン水溶液は、低濃度領域ではほぼ完全に遊離の２価の陽イオンを生成していることが知られている。このイオンは磁気モーメントの大きい５個の不対電子を持ち、図示されるように、６本のピークを有する特有の微細構造を示す。
【００３０】
図１が図３に極めて類似していることから、本発明の造影剤組成物の使用状態におけるマンガンの状態は、２価の陽イオンであることが確認された。
【００３１】
次に、２価マンガンイオンがタンパクと共存した場合のＥＳＲスペクトルの変化を調べるため、ゲルクロマトグラフィを行った。
まず、２０％脱脂粉乳溶液と５×１０-2Ｍ塩化マンガン水溶液の３：２混合液をゲルクロマトグラフィで展開した。各溶出画分のマンガン濃度とタンパク濃度は、それぞれ原子吸光法と２８０ｎｍにおける吸光度による測定した。得られたクロマトグラムを、図２に示す。
【００３２】
ここで、高いマンガン濃度とタンパク濃度を示した第３６溶出画分および第２６溶出画分について、ＥＳＲスペクトルを測定した。低分子量側の第３６溶出画分の測定結果を図４、高分子量側の第２６溶出画分の測定結果を図５に示す。なお、対照の塩化マンガン水溶液のＥＳＲスペクトルは、前出の図３に示したとおりである。
【００３３】
これらＥＳＲスペクトルの波形より、塩化マンガン水溶液（図３）、低分子画分の第３６溶出画分（図４）、高分子画分の第２６溶出画分（図５）の順で大きくマンガンイオンの運動が束縛されていることがわかる。
一般にタンパク質中のミネラル、すなわちＬｉ+ 、Ｎａ+ 、Ｋ+ 、Ａｇ+ 、Ｃｓ+ 、Ｍｇ2+、Ｃａ2+、Ｍｎ2+、Ｃｕ2+、Ｚｎ2+等のイオンは、酸素原子、窒素原子および硫黄原子をもつ親水性原子団の殻に囲まれ、さらにこの親水性原子団の殻は炭素原子をもつ大きな疎水性原子団の殻に被覆されていると考えられている。高分子画分ほどマンガンイオンの運動が束縛されていることを示す本実験の結果は、この考え方を良く支持している。
【００３４】
更なる比較のために、高分子とマンガンイオンの結合状態にその化学構造が詳細に研究されている例として、グロブリン属タンパクの一種、コンカナバリンＡ中に存在する２価マンガンイオンのＥＳＲスペクトルを図６に示す。
コンカナバリンＡは四量体として存在し、１サブユニット当たり４個の２価マンガンイオンを含み、その２価マンガンイオンはタンパク質を構成するアミノ酸、すなわちＧｌｕ−８、Ａｓｐ−１０、Ａｓｐ−１９、Ｈｉｓ−２４をそれぞれ配位子として結合していることが知られている。図６にみられる波形の異方性から、この場合のマンガンは塩化マンガン水溶液中のような完全な遊離イオン状態ではなく、高分子骨格に束縛されていることがわかる。
【００３５】
Ｔ1 強調画像、Ｔ2 強調画像の輝度変化に対するマンガン濃度の影響
上述のように、本発明を適用して調整した造影剤におけるマンガンの存在状態が２価の陽イオンであることが確認されたので、次に種々の濃度の塩化マンガン水溶液について、Ｔ1 強調画像およびＴ2 強調画像の輝度を測定した。
ＭＲＩ装置としてはＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製、ＳＩＧＮＡ（パフォマンス  プラス  １．５Ｔ）を用い、スピンエコー法によりＴ1 強調画像（繰り返し時間５００ｍｓｅｃ、エコー時間２０ｍｓｅｃ）およびＴ2 強調画像（繰り返し時間２０００ｍｓｅｃ、エコー時間７０ｍｓｅｃ）の撮像を行った。
【００３６】
なお、比較のため、鉄を主成分とする造影剤の水溶液の蒸留水を用いて同様の測定を行った。結果を表１に示す。なお、この表の数値は、蒸留水を用いた場合の輝度を１００とした場合の相対値である。
【００３７】
【表１】
0003729514.tif 000002
【００３８】
この結果より、マンガン濃度が１５μｇ／ｍｌのとき、Ｔ1 強調画像の輝度が極大値となり、画像が最も白くなる陽性効果が現れた。また、このとき同時にＴ2 強調画像については画像が灰〜黒色となり、陰性効果が現れた。
ここで、造影剤には、隣接する各臓器あるいは組織を識別し、しかも自身の高輝度によるＴ2 強調画像への妨害作用を低減する性能が求められる。この点を考慮すると、造影剤として好適な機能が発揮されるマンガンの濃度範囲は、Ｔ1 強調画像については陽性、Ｔ2 強調画像については陰性の造影効果が現れる５〜５０μｍ／ｍｌである。特に、Ｔ1 強調画像における輝度をやや抑えながらＴ2 強調画像における妨害を低減させる観点からは、２０〜３０μｇ／ｍｌの濃度範囲が最適であることが判明した。
【００３９】
糖類の添加による効果
本発明により製造した造影組成物は、主成分である遊離の２価のマンガンイオンに加え、その効果を維持、助長させる目的で各種糖類を含んでいても良い。
ここでは、マンガン濃度２０〜３０μｇ／ｍｌの造影組成物にオリゴ糖、還元麦芽糖水飴、アルギン酸ナトリウム、デキストラン、ソルビトールのいずれかを添加し、後述の表２に示されるような各造影組成物を調整した。これら造影組成物の各２００ｍｌを、人体の胴体の断層撮影を想定した円筒形のポリエチレン容器（直径６ｃｍ，高さ９ｃｍ）に入れ、横倒し状態にてバンドで固定し、スピンエコー法によりＴ1 強調画像とＴ2 強調画像を撮像し、画像の輝度を測定した。使用したＭＲＩ装置および各画像の撮像条件は、前述のとおりである。
【００４０】
また、オリゴ糖とアルギン酸ナトリウムを添加した造影組成物の一部については、ビーグル犬を用いた生体撮像も行った。この場合、腸管洗浄後の大腸、または排尿後の膀胱に造影剤を注入し、同様の測定を行った。
結果を表２に示す。なお、この表の数値は、蒸留水のＭＲＩの輝度の値を１００とした場合の相対値である。
【００４１】
【表２】
0003729514.tif 000003
【００４２】
この結果より、大腸および膀胱内における造影組成物の輝度は、ポリエチレン容器内における輝度と大差なく、大腸および膀胱の抽出を含む生体下部組織との識別が極めて明瞭となった。このことは、大腸および膀胱内ではこれら造影剤組成物がほとんど消化、吸収または希釈されず、造影効果が良好に維持されることを示している。また、生体下部用の造影剤組成物の開発においては、生体外における実験でその効果を十分評価できることも判明した。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば遊離状態の２価のマンガンイオンを使用することにより、極く微量のマンガン使用量で、Ｔ1 強調画像において非常に優れた陽性造影効果を得ることができる。さらに、マンガン濃度を最適範囲に選択することにより、Ｔ2 強調画像への妨害を低減し、診断精度を向上させることができる。また、本発明の造影組成物の投与形式は生体下部組織への直接投与であるため、消化、吸収、希釈の影響を受けることがほとんどなく、この意味からも造影剤の使用量を最低限に抑えて生体安全性を高めることができる。
【００４４】
なお、微量のマンガンは本来生体にとって必須栄養素であり、その過剰症は特殊な例を除き報告されていない。本発明の造影組成物で用いられるマンガン量は、茶水等の通常の食品における含有量と同レベルであり、かかる低濃度にて実用上有効な造影効果が示されることは、まさに画期的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したＭＲＩ診断用造影組成物のＥＳＲスペクトルである。
【図２】脱脂粉乳溶液に塩化マンガン水溶液を加えて展開したときのゲルクロマトグラムを各溶出画分のマンガン濃度とタンパク濃度で示す特性図である。
【図３】塩化マンガン水溶液のＥＳＲスペクトルである。
【図４】図２のゲルクロマトグラムの第３６溶出画分のＥＳＲスペクトルである。
【図５】図２のゲルクロマトグラムの第２６溶出画分のＥＳＲスペクトルである。
【図６】コンカナバリンＡ水溶液のＥＳＲスペクトルである。
【図１】
0003729514.tif 000004
【図２】
0003729514.tif 000005
【図３】
0003729514.tif 000006
【図４】
0003729514.tif 000007
【図５】
0003729514.tif 000008
【図６】
0003729514.tif 000009