(57)【要約】  水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までの緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、金属内包フラーレン化合物。
2011501761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までの緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、金属内包フラーレン化合物。
【請求項２】
陰性に荷電している、請求項１に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項３】
式（Ｉ）：
ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊
［式中、
Ａ及びＸは、元素の周期律表における同一の、又は異なる元素を表し、但し、Ａ及びＸの少なくとも１つは常磁性であり、
Ｃｍ＊は、置換されているＣｍを表し、
Ｃｍは、炭素原子をｍ個有するフラーレン分子を表し、
ｋは、１から３までの整数を表し、
ｎは、０から２までの整数を表し、但し、１≦ｋ＋ｎ≦３であり、
ｉは、０又は１の整数を表し、
ｍは、約６０から約２００までの偶数の整数を表す］
によって表され、
Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される原子によってＣｍに直接結合している１つ又は複数の基を含み、
金属内包フラーレン化合物は、Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）が、ＯＨ又はＣ（ＣＯＯＨ）２の少なくとも１つからなるＧｄ＠Ｃｍ＊ではない、
金属内包フラーレン化合物。
【請求項４】
水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１の緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項５】
Ａ及びＸの少なくとも１つが、希土類元素又は元素の周期律表におけるＩＩＩＢ族元素を表す、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項６】
Ａ及びＸの少なくとも１つが、スカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ジスプロシウム、テルビウム、及びイッテルビウムからなる群から選択される、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項７】
ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊が、Ｇｄ＠Ｃ６０＊、Ｇｄ＠Ｃ８２＊、又はＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０＊を表す、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項８】
Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）が、１つ又は複数の−Ｑ−ＺｊＧｐＤｒ：
［式中、Ｑは、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される原子を表し、Ｃｍに直接結合しており、Ｚ、Ｇ、及びＤは異なり、各々親水性部分を含み、各々Ｑに直接結合しており、ｊは、１から３までの整数を表し、ｐは、０から２までの整数を表し、ｒは、０から２までの整数を表し、但し、１≦ｐ＋ｊ＋ｒ≦３である］を含む、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項９】
親水性部分が１つ又は複数の酸素原子を含む、請求項８に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１０】
Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）が、＞Ｏ、ポリエチレングリコール部分、糖基、双性イオン基、アミノ酸基、及びこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの基を含む、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１１】
Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）が、式ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｈ−：［式中、ｈは、１から２０までの整数である］によって表されるポリエチレングリコール部分、完全メチル化シクロデキストリン、及びホスホコリン基からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１２】
アミノ酸基が、アラニン、アスパラギン、システイン、グルタミン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、アルギニン、ヒスチジン、及びリシンからなる群から選択される１つを表す、請求項１０に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１３】
Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）が、コレステロール、Ｌ−ＤＯＰＡ、トロパン又はその誘導体、テトラベナジン、ウルシオール、トランスフェリン、ｍｕｃ−１、抗体、サイトカイン、サッカライド、ポリサッカライド、グルタメート、及びアミノレブリン酸からなる群から選択される１つ又は複数の標的種をさらに含む、請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１４】
請求項３に記載の金属内包フラーレン化合物を含む組成物。
【請求項１５】
式（ＩＩ）：
ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊＊
［式中、
Ａ及びＸは、元素の周期律表における同一の、又は異なる元素を表し、但し、Ａ及びＸの少なくとも１つは常磁性であり、
Ｃｍ＊＊は、置換されているＣｍを表し、
Ｃｍは、炭素原子をｍ個有するフラーレンを表し、
ｋは、１から３までの整数を表し、
ｎは、０から２までの整数を表し、但し、１≦ｋ＋ｎ≦３であり、
ｉは、０又は１の整数を表し、
ｍは、約６０から約２００までの偶数の整数を表す］
によって表され、
Ｃｍ＊＊における置換基（単数又は複数）は、１つ又は複数のＺ’、及び場合により１つ又は複数のＱ’を含み、Ｚ’は親水性部分を含み、１つを超えるＺ’が存在する場合、Ｚ’は同一又は異なり、Ｑ’は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される元素によってＣｍに結合している基を表し、１つを超えるＱ’が存在する場合、Ｑ’は同一又は異なる、
金属内包フラーレン化合物。
【請求項１６】
水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までの緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、請求項１５に記載の化合物。
【請求項１７】
Ａ及びＸの少なくとも１つが、希土類元素又は元素の周期律表におけるＩＩＩＢ族元素を表す、請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１８】
Ａ及びＸの少なくとも１つが、スカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ジスプロシウム、テルビウム、及びイッテルビウムからなる群から選択される、請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項１９】
ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊＊が、Ｇｄ＠Ｃ６０＊＊、Ｇｄ＠Ｃ８２＊＊、又はＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０＊＊を表す、請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２０】
Ｚ’が、ポリエチレングリコール部分、糖基、双性イオン基、アミノ酸基、及びこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも１つの基を含む、請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２１】
Ｚ’が、式ＣＨ３（ＯＣＨ３ＣＨ２）ｈ−［式中、ｈは、１から２０までの整数である］によって表されるポリエチレングリコール部分、完全メチル化シクロデキストリン、及びホスホコリン基からなる群から選択される少なくとも１つを含む、請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２２】
アミノ酸基が、アラニン、アスパラギン、システイン、グルタミン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、アルギニン、ヒスチジン、及びリシンからなる群から選択される１つを表す、請求項２０に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２３】
Ｃｍ＊＊における置換基（単数又は複数）が、コレステロール、Ｌ−ＤＯＰＡ、トロパン又はその誘導体、テトラベナジン、ウルシオール、トランスフェリン、ｍｕｃ−１、抗体、サイトカイン、サッカライド、ポリサッカライド、グルタメート、及びアミノレブリン酸からなる群から選択される１つ又は複数の標的種をさらに含む、請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２４】
請求項１５に記載の金属内包フラーレン化合物を含む組成物。
【請求項２５】
式（ＩＩＩ）：
ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ’
［式中、
Ａ及びＸは、元素の周期律表における同一の、又は異なる元素を表し、但し、Ａ及びＸの少なくとも１つは常磁性であり、
Ｃｍ’は、１つ又は複数の欠損した炭素原子、及び／又はＣｍに由来する結合を有するフラーレンを表し、Ｃｍは場合により置換されていてもよく、
Ｃｍは、炭素原子をｍ個有するフラーレン分子を表し、
ｋは、１から３までの整数を表し、
ｎは、０から２までの整数を表し、但し、１≦ｋ＋ｎ≦３であり、
ｉは、０又は１の整数を表し、
ｍは、約６０から約２００までの偶数の整数を表す］
によって表される、金属内包フラーレン化合物。
【請求項２６】
水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までの緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、請求項２５に記載の化合物。
【請求項２７】
Ａ及びＸの少なくとも１つが、希土類元素又は元素の周期律表におけるＩＩＩＢ族元素を表す、請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２８】
Ａ及びＸの少なくとも１つが、スカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、ジスプロシウム、テルビウム、及びイッテルビウムからなる群から選択される、請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項２９】
ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ’が、Ｇｄ＠Ｃ６０’、Ｇｄ＠Ｃ８２’、又はＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０’を表す、請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項３０】
Ｃｍ’における置換基（単数又は複数）が、コレステロール、Ｌ−ＤＯＰＡ、トロパン又はその誘導体、テトラベナジン、ウルシオール、トランスフェリン、ｍｕｃ−１、抗体、サイトカイン、サッカライド、ポリサッカライド、グルタメート、及びアミノレブリン酸からなる群から選択される１つ又は複数の標的種をさらに含む、請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項３１】
Ｃｍ’が、
（ａ）Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される元素によってＣｍに直接結合している、１つ又は複数の基、並びに／或いは、
（ｂ）親水性部分を含む１つ又は複数の基
によって場合により置換されている、請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項３２】
Ｃｍ’が、酸素原子、及び−ＣＯＯＨ基からなる群から選択される少なくとも１つで置換されている、請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物。
【請求項３３】
請求項２５に記載の金属内包フラーレン化合物を含む組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、核磁気共鳴試験及びＭＲＩの分野において有用である化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）は、様々な医学的診断手順において用いることができる。一般に、ＭＲＩは、磁場における水プロトンの高周波（ＲＦ）放出の測定、及びその後の外部ＲＦパルスへの曝露に基づくものである。ＭＲＩの間に画像を構築する上で用いられるパラメータには、水プロトンが、ＲＦパルス後のそれらの平衡状態を緩和するのにかかる時間が含まれる。外部ＲＦパルス後の水プロトンの緩和は、Ｔ１及びＴ２と呼ばれる２つの成分パラメータを有する。常磁性の造影剤は、水プロトンの緩和能においてＴ１成分に影響を及ぼし、ＭＲＩ手順の間、コントラストを効果的に増強する。一方、強磁性の造影剤は、水プロトンの緩和能においてＴ２成分に影響を及ぼす。増強はバックグラウンドに比べてより明るい画像をもたらすので、多く適用に関してＴ１に影響を及ぼす薬剤が好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
磁性又は常磁性の性質を有し、近くのプロトンが短い緩和時間を有するのをもたらす元素、例えば様々な遷移金属を、ＭＲＩ手順の間のコントラストを増強するのに用いることができる。不対電子７個を有するガドリニウム（Ｇｄ）が、ＭＲＩの間に水の緩和能を増強するのにとりわけ効果的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
例示の実施形態は、水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までの緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、金属内包フラーレン化合物に対するものである。
【０００５】
具体的な例示の一実施形態は、式（Ｉ）：ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊
［式中、Ａ及びＸは、元素の周期律表における同一の、又は異なる元素を表し、但し、Ａ及びＸの少なくとも１つが常磁性であり、
Ｎは、窒素原子を表し、
Ｃｍ＊は、置換されているＣｍを表し、
Ｃｍは、炭素原子をｍ個有するフラーレンを表し、
ｋは、１から３までの整数を表し、
ｎは、０から２までの整数を表し、但し、１≦ｋ＋ｎ≦３であり、
ｉは、０又は１の整数を表し、
ｍは、約６０から約２００までの偶数の整数を表す］
によって表され、Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される少なくとも１つの原子によってＣｍに直接結合している１つ又は複数の基を含む、金属内包フラーレン化合物に対するものである。
【０００６】
別の例示の一実施形態は、式（ＩＩ）：ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊＊
［式中、Ｃｍ＊＊は、置換されているＣｍを表し、
Ｃｍ、Ａ、Ｘ、Ｎ、ｋ、ｎ、ｉ、及びｍは上記に記載したのと同じ意味を有する］
によって表され、
Ｃｍ＊＊における置換基（単数又は複数）は、１つ又は複数のＺ’、及び場合により１つ又は複数のＱ’を含み、Ｚ’は、親水性部分を含み、１つを超えるＺ’が存在する場合、Ｚ’は同一又は異なり、
Ｑ’は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される原子によってＣｍに結合している基を表し、１つを超えるＱ’が存在する場合、Ｑ’は同一又は異なる、金属内包フラーレン化合物に対するものである。
【０００７】
さらに別の例示の一実施形態は、式（ＩＩＩ）：ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ’
［式中、Ｃｍ’は、１つ若しくは複数の欠損した炭素原子、及び／又はＣｍに由来する結合を有する、場合により置換されているフラーレンを表し、Ｃｍ、Ａ、Ｘ、Ｎ、ｋ、ｎ、ｉ、及びｍは上記に記載したのと同じ意味を有する］
によって表される、金属内包フラーレン化合物に対するものである。
【０００８】
本明細書に記載するように、式（Ｉ）、（ＩＩ）、及び（ＩＩＩ）によって表される金属内包フラーレン化合物は、フラーレン誘導体自体にとって固有であり、大型の凝集によるものではない、比較的高い安定性及び緩和能を有することができる。これら金属内包フラーレン化合物は、ＭＲＩ造影剤、特に特定の部位を標的とする造影剤として有用であり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】完全メチル化β−シクロデキストリンの分子構造を示す図である。
【図２】ＰＭＣＤ−ＴＭＳ抱合体の提唱されている構造を示す図である。
【図３（ａ）】Ｃｍ’の一例のスティックモデルを示す図である。
【図３（ｂ）】小穴を示す、スティックモデルの空間充填モデルを示す図である。
【図４】凝集したＧｄ金属フラーレンの緩和能増強効果を説明することができる理論を示す図である。
【図５】式（Ｉ）又は（ＩＩ）によって表される分子の緩和能増強効果を説明する可能な一理論を示す図である。
【図６】Ｃ７０−モノエチレングリコールアミン（Ｃ７０−ＭＥＧ）、ハイドロカラロン（Ｈｙｄｒｏｃｈａｌａｒｏｎｅ）−１（Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０−ＭＥＧ）、及びハイドロカラロン−３のゲル電気泳動のデータを示す写真である。
【図７（ａ）】Ｄ２ＯにおけるＭＥＧ−ＴＦＡの１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図７（ｂ）】ＹＴＭＳプレ透析におけるＭＥＧ−ＴＦＡの１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図８】Ｄ２Ｏ中、透析後Ｙ  ハイドロカラロン−１の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルを示す図である。
【図９】金属内包フラーレンの置換及び重合化に対する反応を示す図である。
【図１０（ａ）】例示の金属内包フラーレンの２量体を示す図である。
【図１０（ｂ）】例示の金属内包フラーレンの３量体を示す図である。
【図１１】ＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３の、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃｍとの反応に対する一模式図を示す図である。
【図１２】Ｇｄ３Ｎ＠Ｃｍ［Ｎ（ＯＨ）（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３］４の例示の重合化反応の模式図を示す図である。
【図１３（ａ）】Ｃ７０−ＭＥＧのＩＲスペクトルを示す図である。
【図１３（ｂ）】ハイドロカラロン−３のＩＲスペクトルを示す図である。
【図１４】ハイドロカラロン−３の元素分析を示す図である。
【図１５（ａ）】ＧｄＴＭＳ−デシルアミンのＩＲスペクトルを示す図である。
【図１５（ｂ）】ハイドロカラロン−１のＩＲスペクトルを示す図である。
【図１６（ａ）】ハイドロカラロン−１のＩＲスペクトルを示す図である。
【図１６（ｂ）】ハイドロカラロン−３のＩＲスペクトルを示す図である。
【図１７】水中ハイドロカラロン−６のＵＶ／Ｖｉｓスペクトルを示す図である。
【図１８（ａ）】ハイドロカラロン−６のＴＧＡスペクトルを示す図である。
【図１８（ｂ）】非官能基化したＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０のＴＧＡスペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
多くの性質の中で造影剤の有用性に影響を及ぼすのは緩和能である。それによってＧｄベースの造影剤が水プロトンの緩和能に影響を及ぼすメカニズムが、研究の主題であった。Ｇｄによる緩和能の増強の度合は、水プロトンに対するＧｄの近接性、及びＧｄの近くにおける水の動力学の関数である。従来の化合物では、水プロトンの緩和能の増強に対するＧｄの影響は、Ｓｏｌｏｍｏｎ−Ｂｌｏｅｍｂｅｒｇｅｎ−Ｍｏｒｇａｎの等式によって記載されている。造影剤の緩和能に主に寄与する構成成分は、水の配位部位の数、ｑ、水がこの部位に結合したままでいる時間、τｍ、及び回転速度、τｒである。これらのパラメータは、造影剤中のＧｄの、水分子の内圏との相互作用に関連する。これらは、水和殻における水分子の外圏を通した、Ｇｄと水分子との間の相互作用でもあり得る。しかし、内圏の構成成分が優先するので、外圏の相互作用の寄与は測定するのが困難である。例えば、Ｍ．Ｂｏｔｔａ、Ｓｅｃｏｎｄ  Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ  Ｓｐｈｅｒｅ  Ｗａｔｅｒ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ａｎｄ  Ｒｅｌａｘｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ（ＩＩＩ）Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ：Ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ、Ｅｕｒ．Ｊ．Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、３９９〜４０７頁（２０００年）を参照されたい。
【００１１】
Ｇｄ及び多くの他の知られている緩和能増強元素は毒性であるので、これらが有害作用を引き起こし得る部位からこれらを隔離するある構造中に捕捉する場合にのみ用いることができる。Ｇｄベースの造影剤を調合するための現在の技術は、Ｇｄがイオン結合又は静電気相互作用によってキレート内で荷電している基によって結合している場合、キレートに頼っている。現在販売されている数々のこのような製品は、様々な線状のキレート及び大環状のキレートを使用している。しかし、ガドリニウムのキレートに対する結合は永久的ではない。ガドリニウムは、患者から排出される前にキレートから解離し得る。幾人かの患者、特に糸球体ろ過速度の障害のある患者で用いた場合、Ｇｄキレートは、腎性全身性線維症（ＮＳＦ）（「ガドリニウム中毒」）と呼ばれる潜在的に致死的な疾患を引き起こし得ることを、最近の証明は示唆している。Ｇｒｏｂｎｅｒ，Ｔ、「ガドリニウム−腎性線維化性皮膚症及び腎性全身性線維症発症の特異的な誘因（Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ−Ａ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｔｒｉｇｇｅｒ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｎｅｐｈｒｏｇｅｎｉｃ  Ｆｉｂｒｏｓｉｎｇ  Ｄｅｒｍｏｐａｔｈ  ａｎｄ  Ｎｅｐｈｒｏｇｅｎｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｉｃ  Ｆｉｂｒｏｓｉｓ）」、Ｎｅｐｈｒｏｌ．Ｄｉａｌ  Ｔｒａｎｓｐｌａｎｔ、２１巻、１１０４〜０８頁（２００６年）を参照されたい。
【００１２】
さらに、現在入手可能な造影剤の緩和能は比較的低く、約４から８ｍＭ−１・Ｓ−１の間の範囲である。緩和能の低い造影剤を利用した場合、望ましいレベルのコントラストを達成するためにより高濃度の造影剤を導入する必要がある。一般に、許容できるレベルのコントラストを達成するために比較的少量のＧｄが必要とされるので、緩和能が２０ｍＭ−１・Ｓ−１を超える薬剤が好ましい。
【００１３】
標的に関する具体的な解剖学的詳細を明らかにするために特定の標的に蓄積するようにデザインされた造影剤に、緩和能がより高い薬剤が特に好ましい。緩和能が比較的高い造影剤を用いる場合、薬剤の濃度が低いと、バックグラウンドのノイズを超えて検出可能である十分なシグナルが生成される。
【００１４】
Ｇｄを含む内包フラーレン（「金属フラーレン」の１タイプ）が、Ｇｄ原子がフラーレン内に封入されている場合、造影剤としてＧｄを導入するための代替の技術としてやはり研究されている。例えば、国際公開第２００５／０９７８０７号を参照されたい。金属内包フラーレンは、フラーレンの炭素ケージが生理学的条件下で壊れることができない共有結合によって一緒に保持されており、そのようなものとして封入されたＧｄ原子（単数又は複数）がフラーレンケージから逸脱し組織と相互作用するのが防がれ得るので、より安全であることが推定される。
【００１５】
フラーレンは、炭素の第３の同素体であり、水に不溶性である。したがって、金属内包フラーレンを生物学的ツールとして効果的に用いるために、これらの表面を、例えばフラーレンを可溶性にする基を付加することによって、修飾することが必要である。例えば、米国特許第５，６４８，５２３号を参照されたい。
【００１６】
数人の研究者たちは、Ｇｄ又は他の原子を含む金属内包フラーレンは、フラーレンケージ上の炭素原子に複数のヒドロキシル基を付着することによって水溶性にすることができると報告している。例えば、米国特許第６，４７１，９４２号、米国特許出願公開第２００４／００５４１５１号、Ｍｉｋａｗａら、「ＭＲＩ造影剤に最高の緩和能を有する常磁性水溶性金属フラーレン（Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｌｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｒｅｌａｘｉｖｉｔｙ  ｆｏｒ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇ．Ｃｈｅｍ．、１２巻、５１０〜４頁（２００１年）、並びにＦａｔｏｕｒｏｓら、「新しい金属内包フラーレンナノ粒子のｉｎ  ｖｉｔｒｏ及びｉｎ  ｖｉｖｏ画像化研究（Ｉｎ  Ｖｉｔｒｏ  ａｎｄ  Ｉｎ  Ｖｉｖｏ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｎｅｗ  Ｅｎｄｏｈｅｄｒａｌ  Ｍｅｔａｌｌｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、２４０巻、７５６〜７６４頁、（２００６年）を参照されたい。
【００１７】
金属フラーレンの緩和能は、ケージ内にＧｄなどの金属を包含することでそれに対して水分子がＧｄ原子（単数又は複数）に接近することができる近接を制限するので、劣るであろうと当初は考えられていた。したがって、常磁性Ｇｄの水プロトンへの移動のメカニズムに対する内圏の構成成分は存在しない。Ｇｄ原子上の磁場の影響は、Ｒ−６に比例して降下すると考えられている（ＲはＧｄ原子と水分子の間の距離である）。例えば、Ｋｕｍａｒら、「核磁気共鳴画像法造影剤としてのランタンの大環状ポリアミノカルボキシレート複合体（Ｍａｃｒｏｃｙｃｌｉｃ  Ｐｏｌｙａｍｉｎｏｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ  Ｃｏｍｐｌｅｘｅｓ  ｏｆ  Ｌａｎｔｈａｎｉｄｅｓ  ａｓ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、６５巻、５１５〜５２０頁（１９９３年）を参照されたい。
【００１８】
驚くべきことに、ポリヒドロキシル化金属フラーレンでは比較的高い緩和能が観察された。例えば、Ｂｏｌｓｋａｒら、「第１の可溶性Ｍ＠Ｃ６０誘導体は金属フラーレンへの接近の増強をもたらし、ＭＲＩ造影剤としてＧｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＣＯＯＨ）２］１０のｉｎ  ｖｉｖｏの評価を可能にする（Ｆｉｒｓｔ  Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｍ＠Ｃ６０  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ  Ｐｒｏｖｉｄｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ａｃｃｅｓｓ  ｔｏ  Ｍｅｔａｌｌｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  ａｎｄ  Ｐｅｒｍｉｔ  Ｉｎ  Ｖｉｖｏ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＣＯＯＨ）２］１０  ａｓ  ａ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔ）」、Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．、１２５巻、５４７１〜７８頁、（２００３年）、Ｍｉｋａｗａら、「ＭＲＩ造影剤に最高の緩和能を有する常磁性水溶性金属フラーレン（Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｍｅｔａｌｌｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｈｉｇｈｅｓｔ  Ｒｅｌａｘｉｖｉｔｙ  ｆｏｒ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇ．Ｃｈｅｍ．、１２巻、５１０〜４頁（２００１年）、Ｔｏｔｈら、「水溶性ガドフラーレン：高緩和能、ｐＨ反応性のＭＲＩ造影剤に向かって（Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｇａｄｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ：  Ｔｏｗａｒｄ  Ｈｉｇｈ−Ｒｅｌａｘｉｖｉｔｙ，  ｐＨ  Ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２７巻、７９９〜８０５頁（２００５年）、Ｆａｔｏｕｒｏｓら、「新しい金属内包フラーレンナノ粒子のｉｎ  ｖｉｔｒｏ及びｉｎ  ｖｉｖｏ画像化研究（Ｉｎ  Ｖｉｔｒｏ  ａｎｄ  Ｉｎ  Ｖｉｖｏ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ａ  Ｎｅｗ  Ｅｎｄｏｈｅｄｒａｌ  Ｍｅｔａｌｌｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」、Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ、２４０巻、７５６〜７６４頁、（２００６年）、並びに国際公開第２００５／０９７８０７号を参照されたい。
【００１９】
しかし、１７Ｏ緩和能測定を用いたＧｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｎのコントラストの挙動の最近の徹底的な研究は、水中で観察されるポリヒドロキシル化ガドフラーレンの高緩和能は、Ｇｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｎを脱凝集させる溶質が存在する場合に実質的に変更されることを示していた。例えば、Ｌａｕｓら、「Ｇｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｘ及びＧｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＯＯＯＨ）２］１０の水溶液中に塩を加えることによるガドフラーレン凝集物の破壊（Ｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇ  Ｇａｄｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅ  Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ  ｂｙ  Ｓａｌｔ  Ａｄｄｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｘ  ａｎｄ  Ｇｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＯＯＯＨ）２］１０）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２７巻、９３６８〜６９頁、（２００５年）、並びにＬａｕｓら、「水溶性ガドフラーレンに対する常磁性緩和現象の理解（Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｆｏｒ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｇａｄｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．、１１１巻、５６３３〜３９頁（２００７年）を参照されたい。
【００２０】
換言すると、ポリヒドロキシル化ガドフラーレンの比較的高い緩和能は、ポリヒドロキシル化ガドフラーレンの大型の凝集物が存在することによる。例えば、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）バッファー溶液で処理した時、又はヒト血清などの生体液に付加した時に凝集物が除去される場合、ポリヒドロキシル化ガドフラーレンの緩和能は無視できるようになる。例えば、Ｌａｕｓら、「Ｇｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｘ及びＧｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＯＯＯＨ）２］１０の水溶液中に塩を加えることによるガドフラーレン凝集物の破壊（Ｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇ  Ｇａｄｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅ  Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ  ｂｙ  Ｓａｌｔ  Ａｄｄｉｔｉｏｎ  ｉｎ  Ａｑｕｅｏｕｓ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｘ  ａｎｄ  Ｇｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＯＯＯＨ）２］１０）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２巻、９３６８〜６９頁（２００５年）、並びにＬａｕｓら、「水溶性ガドフラーレンの常磁性現象の理解（Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｐａｒａｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｆｏｒ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｇａｄｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ）」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．、１１１巻、５６３３〜３９頁、（２００７年）を参照されたい。少なくともこの理由から、これらのポリヒドロキシル化ガドフラーレンは、生物学的応用においてＭＲＩ造影剤として望ましくない。
【００２１】
本明細書で用いられる「金属内包フラーレン化合物」の語は、その分子及びそれらの凝集物中に１つの金属内包フラーレンを有する化合物を包含し、相互に共有結合した金属内包フラーレンモノマー単位及びそれらの凝集物を２つ又はそれを超えて有する化合物を包含する。とりわけ、相互に共有結合した金属内包フラーレンモノマー単位を２つ又はそれを超えて有する化合物には、２量体、３量体、オリゴマー、ポリマーなどが含まれてよい。モノマー単位の結合様式は特に制限されない。例えば、式Ａ−Ｂによって表される２つのモノマーの２量体は、式Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ（頭−尾）、Ａ−Ｂ−Ｂ−Ａ（尾−尾）、Ｂ−Ａ−Ａ−Ｂ（頭−頭）、
【化１】
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（頭−頭及び尾−尾）などによって表すことができる。さらに、これらの化合物は個々に存在してもよく、又はそれらの組合せであってもよい。金属内包フラーレン化合物は荷電していてよく、したがってカウンターバランシングイオン（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｉｏｎ）であってよい。一実施形態において、金属内包フラーレン化合物は、１つ又は複数の陰性の荷電を有していてよい。対抗する陽イオンは、媒体中に存在するあらゆる正に荷電している種であってよい。陽イオンの具体的な例には、それだけには限定されないが、Ｈ＋、反応において用いられるプロトン化アミン試薬、例えばプロトン化ＭＥＧ、及びトリズマ（すなわち、ｔｒｉｓ−（ヒドロキシメチル）アミノメタン）をその後の反応で用いる場合は、プロトン化トリズマが含まれ得る。
【００２２】
本明細書で用いられる「金属内包フラーレン」の語は、１つ又は複数の金属原子がフラーレンケージ網状構造内に封入されているフラーレンを意味する。元素に認められた記号、及び元素の数を意味する下付き数字を、本明細書で用いる。一般に、記号＠の右側の元素は全て、フラーレンケージ網状構造の部分であり、記号＠の左に列挙する元素は全て、フラーレンケージ内に含まれている。例えば、Ｓｃ３Ｎ＠Ｃ８０の表示のもとでは、Ｓｃ３Ｎの三金属窒化物がＣ８０フラーレンケージ内に位置する。
【００２３】
本明細書で用いられる「ＴＲＩＭＥＴＡＳＰＨＥＲＥ（登録商標）」（ＴＭＳ）の語は、フラーレンケージ中に三金属窒化物化合物を含む金属内包フラーレンのファミリーのメンバーを意味する。例えば、ＧｄＴＭＳは、Ｇｄ含有ＴＲＩＭＥＴＡＳＰＨＥＲＥ（登録商標）を意味する。適切なＴＲＩＭＥＴＡＳＰＨＥＲＥ（登録商標）には、米国特許第６，３０３，７６０号、及び第６，４７１，９４２号、並びに米国特許出願公開第２００４／００５４１５１号において論じられているものが含まれる。
【００２４】
本明細書で用いられる「緩和能」の語は、緩和プロセスに対する時間を短縮し、したがって濃度１ｍＭ（ミリモル）の金属フラーレン分子の緩和速度を増大する常磁性複合体の有効性の尺度である。緩和能の値が大きいことは、通常、造影剤としての常磁性複合体のｉｎ  ｖｉｖｏの性能がより良好であることを反映するものである。
【００２５】
本明細書で用いられる「分散液」の語は、分散相及び連続相である別々の２相を含む不均一な混合物を意味する。本明細書において記載する分散相は、連続相にわたって分布する金属内包フラーレンの粒子又は凝集物からできている。
【００２６】
本明細書で用いられる「流体力学的半径」の語は、所与の構造として等価な流体力学的性質を有する球体の半径を意味する。
【００２７】
本明細書で用いられる「凝集物」の語は、実体又は塊を形成する単位又は粒子の収集物を意味する。
【００２８】
金属内包フラーレン化合物
本開示は、水中で約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までの緩和能を有し、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する、金属内包フラーレン化合物を記載するものである。
【００２９】
一実施形態において、金属内包フラーレン化合物は、１つ又は複数の陰性の荷電を有する。
【００３０】
一実施形態において、金属内包フラーレン化合物は、式（Ｉ）：ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊によって表される。
【００３１】
式（Ｉ）において、Ａ及びＸは、元素の周期律表における同一の、又は異なる元素を表し、但し、Ａ及びＸの少なくとも１つは常磁性である。一実施形態において、Ａ及びＸの少なくとも１つは、１つ又は複数の不対電子を有する元素を表す。好ましい一実施形態において、Ａ及びＸの少なくとも１つは、希土類元素、元素の周期律表におけるＩＩＩＢ族元素などを表す。適切な希土類元素及びＩＩＩＢ族元素の例には、それだけには限定されないが、スカンジウム（Ｓｃ）、エルビウム（Ｅｒ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、テルビウム（Ｔｂ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）が含まれ得る。Ｎは窒素原子を表す。
【００３２】
さらに、ｋは１から３までの整数を表し、ｎは０から２までの整数を表し、ｉは０又は１の整数を表す。好ましくはｋ＋ｎが１、２、又は３である。
【００３３】
Ｃｍ＊は、１つ又は複数の置換基によって置換されているフラーレンＣｍを表し、ｍは整数、とりわけ約６０から約２００までの偶数を表す。一実施形態において、ｍは、６０、６８、７０、７４、７８、８０、８２、９０、９２、９４などである。さらに、ｉが０である場合、ｍは好ましくは約６０から約８２までの整数である。
【００３４】
一実施形態において、Ｃｍ＊における置換基は、電気陰性度が比較的高い原子によってＣｍに直接結合している１つ又は複数の基を含むことができる。好ましくは、電気陰性度が比較的高い原子は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される。しかし、式（Ｉ）によって表される化合物は、Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）がＯＨ又はＣ（ＣＯＯＨ）２の少なくとも１つからなるＧｄ＠Ｃｍ＊を含まず、とりわけ上記で言及したＧｄ＠Ｃ６０（ＯＨ）ｎ、Ｇｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＣＯＯＨ）２］ｎ、Ｇｄ＠Ｃ８２（ＯＨ）ｎ、及びＧｄ＠Ｃ８２［Ｃ（ＣＯＯＨ）２］ｎを含まない。
【００３５】
さらなる一実施形態において、Ｃｍ＊における置換基（単数又は複数）は、−Ｑ−ＺｊＧｐＤｒによって表される。Ｑは、Ｎ、Ｏ、Ｓ、及びＰからなる群から選択される原子を表す。Ｚ、Ｇ、及びＤは異なり、各々親水性部分を含む。さらに、Ｚ、Ｇ、及びＤは、各々ＱによってＣｍに結合している。さらに、ｊは１から３までの整数を表し、ｐは０から２までの整数を表し、ｒは０から２までの整数を表す。好ましくは１≦ｐ＋ｊ＋ｒ≦３である。本明細書で用いられる「に結合している」及び「に付着している」の句は、単結合、又は二重結合及び三重結合などの多重結合のいずれかによる共有結合を意味する。二重結合又は三重結合が存在する場合、これは、隣接していても又はいなくても一端で１つ、２つ、又は３つの原子間で形成され、隣接していても又はいなくても他端で１つ、２つ、又は３つの原子間で形成され得る。
【００３６】
一実施形態において、Ｚ、Ｇ、及び／又はＤにおける親水性部分が、１つ又は複数の酸素原子を含むのが好ましい。
【００３７】
Ｃｍ＊における適切な置換基の例には、それだけには限定されないが、＞Ｏ（エポキシド）、ポリエチレングリコール部分、糖基、双性イオン基、アミノ酸基、及びこれらの誘導体が含まれ得る。１つを超えるアミノ酸サブユニットを含む基などの短いペプチドも、Ｃｍ＊における置換基として用いられ得る。
【００３８】
ポリエチレングリコール部分として、ｈが１又は複数である、式ＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｈ−によって表されるポリエチレングリコール基が、好ましくは用いられ得る。より好ましくは、ｈは１から２０までの整数を表す。
【００３９】
適切な糖基の例には、それだけには限定されないが、完全メチル化シクロデキストリン（ＰＭＣＤ）が含まれ得る。以下に例示するＰＭＣＤは、図１において例示するように、金属内包フラーレンに近接する水分子に結合するのに適する部位を提供することができる、容易に入手できる高度に水溶性の化合物である。
【００４０】
ＰＭＣＤが、ＧｄＴＭＳなどの金属内包フラーレンのフラーレン環に共有結合している場合、ＰＭＣＤ分子及びＴＭＳにおける酸素原子間に少なくとも１つの結合が形成される。ＰＭＣＤ−ＧｄＴＭＳ抱合体の可能な構造を図２に示し、この場合ｍは、α−、β−、又はγ−シクロデキストリンに対して、それぞれ６、７、又は８であり得る。
【００４１】
少なくとも１つ、おそらくは２つのＰＭＣＤが、各フラーレンケージ上に結合している。さらに、ＰＭＣＤ分子におけるＣＤ基は、ＧｄＴＭＳ単位と相互作用して、それによってＧｄＴＭＳ単位を囲む球体を部分的に封入し得る。
【００４２】
ＰＭＣＤはフラーレン表面に十分な湿潤をもたらすことができ、したがってその水溶性を改善することができる。フラーレンケージ内の常磁性金属の磁気モーメントは大量の水に移され得、それによってコントラスト効果をもたらす。しかし、メチル基のないシクロデキストリンは、大型の凝集物を形成する傾向があり、好ましくない。
【００４３】
適切な双性イオン基の例には、それだけには限定されないが、ホスホコリン基が含まれ得る。
【００４４】
適切なアミノ酸基の例には、それだけには限定されないが、アラニン、アスパラギン、システイン、グルタミン、グリシン、イソロイシン、ロイシン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、アスパラギン、アスパラギン酸、グルタミン、グルタミン酸、アルギニン、ヒスチジン、リシン、及びこれらの組合せが含まれ得る。
【００４５】
別の一実施形態において、Ｃｍ＊における置換基は、酸素連結、窒素連結、Ｎ−ヒドロキシアミノ連結、イオウ連結、硫酸塩連結、リン酸塩連結、又はホスホエステル連結によってＣｍに結合している１つ又は複数の親水性部分を含むことができる。
【００４６】
本明細書において、式（ＩＩ）：ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊＊によって表される金属内包フラーレンも記載する。
【００４７】
式（ＩＩ）において、Ｃｍ、Ａ、Ｘ、Ｎ、ｋ、ｎ、ｉ、及びｍは、式（Ｉ）に関して本明細書において記載したのと同じ意味を有する。
【００４８】
Ｃｍ＊＊は、１つ又は複数の置換基によって置換されているＣｍを表す。Ｃｍ＊＊における置換基は、１つ又は複数のＺ’及び場合により１つ又は複数のＱ’を含むことができる。Ｚ’は親水性部分含有基を表す。Ｃｍ＊＊において１つを超えるＺ’が存在する場合、Ｚ’は同一又は異なっていてよい。Ｑ’は、相対的に電気陰性の原子によってＣｍに結合している基、好ましくはＮ、Ｏ、Ｓ、Ｐなどの原子を表す。さらに、Ｃｍ＊＊において１つを超えるＱ’が存在する場合、Ｑ’は同一でも、異なっていてもよい。
【００４９】
一実施形態において、Ｚ’に対する親水性部分は、好ましくは１つ又は複数の酸素原子を含むことができる。
【００５０】
Ｃｍ＊＊における適切な置換基Ｚ’の例には、それだけには限定されないが、式（Ｉ）に関して本明細書において記載した、ポリエチレングリコール部分、糖基、双性イオン基、アミノ酸基、及びこれらの誘導体、並びに短いペプチドが含まれ得る。
【００５１】
別の一実施形態において、Ｃｍ＊＊における置換基Ｑ’は、酸素連結、窒素連結、Ｎ−ヒドロキシアミノ連結、イオウ連結、硫酸塩連結、リン酸塩連結、又はホスホエステル連結によってＣｍに結合している基を表すことができる。
【００５２】
本明細書において、式（ＩＩＩ）：ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ’によって表される金属内包フラーレン化合物をさらに記載する。
【００５３】
式（ＩＩＩ）において、Ｃｍ’は、１つ又は複数の欠損した炭素原子、及び／又はＣｍに由来する結合を有する、場合により置換されているフラーレンを表し、したがってフラーレンケージ上に１つ又は複数の「穴」を有する。好ましくは、フラーレンケージ上の穴は、水分子の通過を許すことができ、ケージ網状構造の内側に封入された金属構成成分の通過を許さない寸法を有する。Ｃｍ、Ａ、Ｘ、Ｎ、ｋ、ｎ、ｉ、及びｍは、式（Ｉ）に関して本明細書において記載したのと同じ意味を有する。
【００５４】
一般に、Ｃｍ’は、主に５員及び６員の炭素環からなるおよそ球状の骨格を有する。Ｃｍ’上の置換基（単数又は複数）は、存在する場合は、式（Ｉ）において上記Ｃｍ＊に対して記載した置換基から、並びにＺ’及びＱ’は式（ＩＩ）において上記Ｃｍ＊＊に対して記載した置換基から選択することができる。一実施形態において、Ｃｍ’は、＞Ｏ及び／又は−ＣＯＯＨの１つ又は複数によって置換されている。図３（ａ）は、Ｃｍ’の一例のスティックモデルを図示したものであり、図３（ｂ）は小穴を示すその空間充填モデルである。
【００５５】
さらなる一実施形態において、ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊、ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊＊、及びＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ’は、それぞれＧｄ＠Ｃ６０＊、Ｇｄ＠Ｃ８２＊、又はＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０＊、Ｇｄ＠Ｃ６０＊＊、Ｇｄ＠Ｃ８２＊＊、又はＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０＊＊、及びＧｄ＠Ｃ６０’、Ｇｄ＠Ｃ８２’、又はＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０’を表すことができる。
【００５６】
本明細書において記載するように、式（Ｉ）のＣｍ＊における置換基、式（ＩＩ）のＣｍ＊＊における置換基、及び式（ＩＩＩ）のＣｍ’における置換基は、フラーレンケージに直接共有結合している、塩素などのハロゲン原子を１つ又は複数さらに含むことができる。
【００５７】
式（Ｉ）、（ＩＩ）、及び（ＩＩＩ）によって表される金属内包フラーレン化合物は、好ましくは約３０ｍＭ−１・Ｓ−１から約３００ｍＭ−１・Ｓ−１までを超える、より好ましくは４０ｍＭ−１・Ｓ−１を超える、最も好ましくは６０ｍＭ−１・Ｓ−１を超える、水中の緩和能を有する。本明細書で用いられる「約」の語は、±３０％、好ましくは±２０％、±１０％、±５％、±２％、又は±１％の偏差を意味することがある。本明細書で用いられる「水」の語は、いかなるさらなる構成成分が実質的にない水を意味する。一実施形態において、脱イオン（ＤＩ）水を用いることができる。
【００５８】
金属内包フラーレン化合物の緩和能は、その凝集物粒子のサイズに強力に依存する。流体力学的半径又は粒子の直径の平均は、媒体における粒子の凝集度を反映する。例えば、Ｌｏｎ  Ｗｉｌｓｏｎは、「第１の可溶性Ｍ＠Ｃ６０誘導体は金属フラーレンに対するアクセスの増強をもたらし、ＭＲＩ造影剤としてＧｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＣＯＯＨ）２］１０のｉｎ  ｖｉｖｏの評価を可能にする（Ｆｉｒｓｔ  Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｍ＠Ｃ６０  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ  Ｐｒｏｖｉｄｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ａｃｃｅｓｓ  ｔｏ  Ｍｅｔａｌｌｏｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ  ａｎｄ  Ｐｅｒｍｉｔ  ｉｎ  Ｖｉｖａ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇｄ＠Ｃ６０［Ｃ（ＣＯＯＨ）２］１０  ａｓ  ａ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔ）」、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１２５巻、５４７１〜７８頁、（２００３年）は、ポリ（ＯＨ）修飾したＧｄ＠Ｃ６０は、その流体力学的直径（ＤＨ）が約６００ｎｍである場合、８０ｍＭ−１・Ｓ−１の緩和能を有すると報告した。しかし、ＤＨが１００ｎｍに低減した場合、緩和能は１０ｍＭ−１・Ｓ−１未満に低下する。個々の金属内包フラーレン分子は、約２ｎｍから約３ｎｍの直径を有すると考えられている。
【００５９】
動的光散乱試験は、これらのガドフラーレンの高い緩和能は、サイズが数百ｎｍである凝集物によることを示した。しかし、凝集物は生体液中で速やかに解離し、高緩和能は失われる。
【００６０】
理論によって拘泥しようとするものではないが、金属フラーレン凝集物が高緩和能であることについての一つの可能な説明は、水分子が凝集物の間隙中に閉じ込められ、その凝集物の回転速度はより遅く、これがＧｄなどの常磁性金属と水プロトンとの間のカップリングメカニズム、とりわけ回転相関時間τｒに影響を及ぼすということである。
【００６１】
回転時間がより遅いということは、緩和能を改善する手がかりであると考えられていた。例えば、Ｍａｅｃｋｅら、「共有結合した巨大分子ＭＲＩ造影剤に対する新規な前駆物質の合成及び物理化学的キャラクタリゼーション（Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｆｏｒ  Ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ  Ｂｏｕｎｄ  Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ＭＲＩ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．、４巻、３４１〜７頁、（１９９９年）を参照されたい。しかし、緩和能を示したその後の様々な製剤実験の研究からの結果は、高緩和能を得るための手がかりはＧｄの回転相関時間であるという仮説と不一致であることが見出された。例えば、Ｒａｙｍｏｎｄら、「次世代の高緩和能Ｇｄ  ＭＲＩ薬剤（Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，  Ｈｉｇｈ  Ｒｅｌａｘｉｖｉｔｙ  Ｇｄ  ＭＲＩ  Ａｇｅｎｔｓ）」、Ｂｉｏｃｏｎｊｕｇａｔｅ  Ｃｈｅｍ．、１６巻、３〜８頁、（２００５年）を参照されたい。
【００６２】
いかなる理論によって拘泥しようとするものではないが、金属内包フラーレン凝集物において観察される高緩和能は、凝集物を通した水分散速度が遅いことによる可能性があると考えられている。詳しくは、図４の図解において示すように、凝集物は、実際は多孔性のクラスターであり、遊離の水分子に比べて水分子の拡散を著しく妨害することができる、そこを通したチャンネルを有している。
【００６３】
水分子の拡散が遅い結果として、水プロトンは、金属フラーレンケージにおいてＧｄなどの金属に非常に接近して存在する長い期間を有し、高緩和能をもたらす。
【００６４】
本明細書において記載するように、金属内包フラーレンは、金属フラーレンに直接結合することによって、又はＮ、Ｏ、Ｓ、及びＰなどの比較的電気陰性の原子によって、１つ又は複数の親水性部分を含有する置換基で修飾され得る。
【００６５】
いかなる理論によって拘泥しようとするものではないが、（置換基（単数又は複数）を有する）式（Ｉ）、（ＩＩ）、及び（ＩＩＩ）によって表される金属内包フラーレン化合物が、水分子との相互作用するための構成要素は４つ存在すると考えられる。第１に、フラーレンケージ及び／又は隣接の原子に直接結合している電気陰性の原子は、例えば、水素結合又は他の静電気的相互作用によって水分子と相互作用することができ、それによって水分子をフラーレンケージ及びその中に封入されている金属原子（単数又は複数）に近づける。第２に、図５の図解において示すように、水和殻がフラーレンケージＣｍに付着している親水性部分によって形成され得、そこを通して水分子が分散してフラーレンケージ上の付着点に到達しなければならない。第３に、フラーレンケージ上の枝はさらなる立体障害をもたらすことができ、それによってフラーレンケージ近傍の水分子の拡散をさらに妨害する。第４に、例えば式（ＩＩＩ）において、フラーレンケージに１つ又は複数の穴がある場合、曝露されたガドリニウムが水分子と直接相互作用することができる（図３（ｂ））。
【００６６】
式（ＩＩＩ）に関して、水分子はフラーレンケージ上の穴を通過し、ケージ内部に入ることも可能である。これらの水分子は、穴を通ってケージの出口を見つけるまでフラーレンケージ内部に少なくとも一時的に捕捉されている。さらに、フラーレンケージ内部の水分子は、その中の金属とさらに相互作用することができ、又は配位結合することさえある。このような場合には、捕捉された水分子がフラーレンケージから拡散して出るのが妨げられることがある。
【００６７】
水分子を水和殻中に閉じ込めることによって、及び／又は水分子の拡散を妨害することによって、或いはフラーレンケージ内では、長期間、フラーレンケージ内の水分子と常磁性金属原子（単数又は複数）の間の相互作用をもたらし、それによってτｍを最適化することが可能である。したがって、本明細書に記載する金属内包フラーレン化合物は、単に大型の凝集物に起因するのではない、比較的高い固有の緩和能を表すことができる。
【００６８】
フラーレンケージに直接結合しているヒドロキシル基を多く有する金属フラーレンは、比較的大型の凝集物を形成する傾向がある。したがって、好ましい一実施形態において、式（Ｉ）のＣｍ＊における置換基、式（ＩＩ）のＣｍ＊＊における置換基、及び式（ＩＩＩ）のＣｍ’における置換基は、フラーレンケージに直接共有結合している多くのヒドロキシル基を含まない。
【００６９】
式（Ｉ）、（ＩＩ）、及び（ＩＩＩ）の金属内包フラーレン化合物は、好ましくは、平均約２０ｎｍ未満の流体力学的半径を有する実体と水中で分散液を形成する。凝集物と異なり、これらの化合物は生体液中で「解離」しない。
【００７０】
式（Ｉ）、（ＩＩ）、及び（ＩＩＩ）の金属内包フラーレン化合物は比較的高い緩和能を有し、ＭＲＩ手順において脈管構造系の視覚化を含めた画質の改善をもたらすことができる。
【００７１】
さらに、これらの金属内包フラーレン化合物は、優れた化学的安定性を有することができる。一般に、フラーレンケージは、空中で温度約２５０℃未満では、又は９５℃の７０％硝酸などの濃熱硝酸に曝されなければ分解しない。
【００７２】
さらに、ＭＲＩ手順において金属内包フラーレンを用いる場合、ガドリニウムなどの封入される金属は閉鎖されているカーボンケージ中に安定に取り囲まれており、したがって対象の組織に入り、望ましくない作用をもたらすために相互作用することが妨げられる。（Ｃｍ’（式（ＩＩＩ））における穴は、Ｇｄが逸脱するほど十分大きくない。）したがってこれらの金属内包フラーレン化合物を、腎機能の損傷を有する患者を含めた全ての患者において用いることができる。
【００７３】
さらに、化合物における強固なフラーレンケージは、その安全性を低下させることなく、例えば、金属内包フラーレンを取り囲む水和殻を実現することができるものなど、望ましい機能性又は性質を有する付加物の付加を可能にすることができる。
【００７４】
さらに、生物学的環境におけるそれらの比較的高い安定性及び緩和能の増強により、本明細書に記載する金属内包フラーレン化合物を標的画像において用いることもできる。例えば、フラーレンケージが強剛性であり、フラーレンケージ上に潜在的な付着部位が多数あることにより、τｍを増大することができる基の他に標的部分の付着が可能になる。これらの金属内包フラーレン化合物は、特定の部位を標的にするＭＲＩ造影剤を構築するためのモジュールとして働くことができる。例えば、１つ又は複数の標的種を、式（Ｉ）、（ＩＩ）、及び（ＩＩＩ）によって表されるものなど、金属内包フラーレン化合物のフラーレンケージに付加的に付着してもよい。適切な標的部分の例には、それだけには限定されないが、コレステロール、Ｌ−３，４−ジヒドロキシフェニルアラニン（Ｌ−ＤＯＰＡ）、トロパン又はその誘導体、テトラベナジン、ウルシオール、トランスフェリン、ｍｕｃ−１、抗体（ポリクローナル又はモノクローナル）、サイトカイン、サッカライド（例えば、グルコース、マンノース、及びリボース）又はポリサッカライド、グルタメート、並びにアミノレブリン酸が含まれ得る。
【００７５】
１つ又は複数の標的部分を有する金属内包フラーレン造影剤を含むこれらの標的薬剤は、好ましくは、特異的な部位に選択的に蓄積して、これらの部位に対する詳しい解剖学的情報を提供する。この取組みは、ある種の疾患の診断及びマネージメントにおける実質的な改善をもたらし得る。
【００７６】
好ましい実施形態において、本明細書に記載する金属内包フラーレン造影剤の水和殻は、金属内包フラーレン化合物の溶解性を増強することができ、重篤な毒性の問題を有し得る大型の凝集物の形成の防止を助けることができる。
【００７７】
本明細書に記載する金属内包フラーレン造影剤は、水及び／又は他の有機溶媒、例えばエーテル中の溶解性が比較的高いことがある。例えば、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０／ＮＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３付加物（「ハイドロカラロン−１」）の水における溶解性は約１００ｍｇ／ｍＬである。この数字は、知られているフラーレン及びそれらの誘導体に対する最高値を大まかに２桁上回る。一実施形態において、本明細書に記載するフラーレン誘導体の水の溶解性は、約４０ｍｇ／ｍＬを超える。さらに、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０／ＮＨ２（ＣＨ２）１１ＣＨ３付加物のエーテル中の溶解性は約１０ｍｇ／ｍＬを超える。
【００７８】
水溶性の改善により、本明細書に記載する金属内包フラーレン誘導体は生物系とより適合性になり、したがってこれらはＭＲＩ造影剤として潜在的に有用になる。
【００７９】
溶解性の増大はフラーレンケージ上の付着に起因し得ると考えられる。さらに、ケージ上に荷電が存在することは、水溶性の増大の説明にもなり得る。例えば、ゲル電気泳動実験は、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０／ＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３付加物（「ハイドロカラロン−３」）が負の荷電を有することを示している（図６）。
【００８０】
具体的に、図６は、陰極（下）に向かって移動する、Ｃ７０−モノエチレングリコールアミン（Ｃ７０−ＭＥＧ）（左）、ハイドロカラロン−１（Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０−ＭＥＧ）（中央）、及びハイドロカラロン−３（右）のゲル電気泳動結果を示すものである。ゲル電気泳動は、Ｎｏｖｅｘ（登録商標）Ｔｒｉｓ−グリシンポリアクリルアミドゲル化学（Ｎｏｖｅｘ（登録商標）１０％のＴｒｉｓ−Ｇｌｙｃｉｎｅ  Ｇｅｌ  １．０ｍｍ、１０ウェル）にしたがって行った。Ｎｏｖｅｘ（登録商標）Ｔｒｉｓ−グリシンポリアクリルアミドゲル化学は、Ｌａｅｍｍｌｉシステム（１）に基づき、プレキャスト（ｐｒｅ−ｃａｓｔ）フォーマットにおける最大の性能に対して少々修飾した。これらのゲルはＳＤＳを含まず、したがって天然タンパク質及び変性タンパク質の両方を正確に分離するのに用いることができる。Ｎｏｖｅｘ（登録商標）Ｔｒｉｓ−Ｇｌｙｃｉｎｅ  Ｇｅｌは、高純度の、厳しく品質管理された試薬：Ｔｒｉｓ塩基、ＨＣｌ、アクリルアミド、ビスアクリルアミド、ＴＥＭＥＤ、ＡＰＳ、及び高純水で作られている。これらはＳＤＳを含まない。ＳＤＳなしのＴｒｉｓ−Ｇｌｙｃｉｎｅ  Ｒｕｎｎｉｎｇ  Ｂｕｆｆｅｒをバッファーとして用いる。試験試料を、各試料２５μＬを、１ウェルあたりグリセロール５μＬと合わせることによって調製する。電流を＠５０ボルト（２０分）負荷し、次いで一旦負荷したら１２０ボルト（３０分）に増大する。
【００８１】
図７（ａ）及び（ｂ）は、Ｄ２Ｏ中ＭＥＧ−ＴＥＡ、及び反応混合物中ＹＴＭＳ−ＭＥＧを有するＭＥＧ−Ｈ＋の存在を示すＹＴＭＳ−ＭＥＧプレ透析の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。図８は、透析によってＭＥＧ−Ｈ＋が除去されているＤ２Ｏ中Ｙ  ハイドロカラロン−１の透析後の１Ｈ  ＮＭＲスペクトルである。
【００８２】
金属内包フラーレン化合物の調製
ＡｋＸｎＮ＠Ｃｍ金属フラーレンを、Ｋｒａｔｓｃｈｍｅｒ−Ｈｕｆｆｍａｎジェネレータを用いるなど、あらゆる適切な方法によって調製することができる。Ｋｒａｔｓｃｈｍｅｒ−Ｈｕｆｆｍａｎジェネレータは、典型的には、容易に排気され、ヘリウムなどの不活性ガスの制御された圧力で荷電され得る反応チャンバーを有する。ジェネレータは、反応チャンバー内に電極を２つ保有し、アーク放電を生成するための電極を横切って電荷を適用することができる。国際公開第２００５／０９７８０７号は、Ｋｒａｔｓｃｈｍｅｒ−Ｈｕｆｆｍａｎジェネレータを用いたプロセスの詳しい記載を提供している。
【００８３】
好適な一方法において、金属酸化物とグラファイトとの混合物を、グラファイト又は他の炭素源の典型的には中空にしたロッド中に充填する。金属酸化物は、フラーレンケージ中に封入すべき金属を含んでいる。好ましくは、金属酸化物は、例えば、Ｅｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｍ２Ｏ３、Ｙｂ２Ｏ３、他の常磁性元素の酸化物などの、希土類金属又はその３価の形態のＩＩＩＢ族金属の酸化物を含むことができる。これらの金属酸化物は、個々に、又はそれらの組合せで用いることができる。金属酸化物とグラファイトとの混合物は、グラファイトの量をベースにして約２０重量％から約５０重量％までの金属酸化物を含んでいてよい。典型的には、グラファイト充填に対して４７％の金属酸化物は、所望の三金属窒化物内包金属フラーレンを生成する。
【００８４】
１つを超えるタイプの金属をフラーレンケージ中に封入しようとする場合、中空にしたグラファイトロッドを、金属酸化物とグラファイトとの混合物と一緒に充填することができる。各金属酸化物の相対的含量は、約２０重量％から５０重量％までであってよい。所望により、フラーレンの形成を増強するために少量の銅を混合物に加えてもよい。一実施形態において、約９重量％から約１６重量％までの量の銅を加えることができる。
【００８５】
金属酸化物、グラファイト、及び任意選択で銅の混合物を充填したグラファイトロッドを、次いで、反応チャンバー中に搭載し、Ｋｒａｔｓｃｈｍｅｒ−Ｈｕｆｆｍａｎジェネレータ中に配置することができる。反応チャンバー中のガスを排気し、ヘリウム及び少量の窒素ガスで置き換える。典型的には、約３００ｍｌ／分から約２４２５０ｍｌ／分までのヘリウム、及び２０ｍｌ／分から約１０００ｍｌ／分までの窒素ガスの範囲の動的大気圏を利用することができる。ヘリウム対窒素の比率は変化してよい。三金属窒化物金属内包フラーレンは、広範囲の比率のヘリウム対窒素に対して生成され得るが、金属フラーレンの収率は、窒素の量がヘリウムの量に接近すると低減する傾向にあることがある。典型的には、ヘリウム対窒素の比率は約１５から約３０までの範囲であってよい。
【００８６】
窒素含有ガスは、三金属内包金属フラーレンにおける窒素の供給源として好ましい。他の窒素源には、それだけには限定されないが、窒化炭素が含まれ得る。或いは、又はさらに、金属窒化物を、封入されるべき金属及び窒素の両方の供給源として用いてもよい。
【００８７】
金属フラーレンの形成は、典型的には、アーク放電を引き起こすことによって、例えば電極を横切って電荷を適用することによって実行され得る。アーク放電はグラファイトロッドを消耗し、煤煙と一般に呼ばれる炭素生成物の混合物を産生する。煤煙内には、三金属窒化物金属内包フラーレンを含めた、広範囲のフラーレンがある。所望の三金属窒化物金属内包フラーレン及び他のフラーレンを、一般に、オルトキシレン、二硫化炭素、オルトジクロロベンゼン、又はトルエンなどの好適な溶媒での抽出によって、得られた混合物から単離することができる。
【００８８】
抽出物は、好ましくは、例えばヌッチェフィルターを通してろ過して、残留の不溶性材料を除去し、次いで多段階のバッチ化学プロセスによって精製してフラーレンを除去し、それによって所望の、純度レベル８５％又はそれを超える三金属窒化物金属内包フラーレンを得ることができる。純度をより高めるために、さらなるクロマトグラフィーのプロセスを利用して９８％を超える純度レベルをもたらすことができる。
【００８９】
式ＡｋＸｎ＠Ｃｍによって表される金属内包フラーレンを、反応器に窒素種を加えない他は上記に記載したのと同様の条件を用いて調製することができる。
【００９０】
金属内包フラーレンの反応
金属内包フラーレン化合物のフラーレンケージに置換基を共有的に付着するための方法は、置換基の性質に応じて変化してよい。
【００９１】
本発明者らは、ＴＲＩＭＥＴＡＳＰＨＥＲＥ（登録商標）分子を官能基化するための非常に好ましい経路を提供する新しいタイプの反応を発見した。反応は、１級アミン及び過酸化物から産生された独特の活性化窒素中心のラジカル種をベースにしている。
【００９２】
本明細書で用いられる「ハイドロカラロン」の語は、フラーレン、過酸化物、及びアミンの反応に起因する化合物のクラスを意味する。ハイドロカラロン−１、ハイドロカラロン−３、及びハイドロカラロン−６は、アミンとしてそれぞれモノエチレングリコール（ＭＥＧ）、トリエチレングリコール、及びヘキサエチレングリコールを用いることによって得た化合物を意味する。
【００９３】
いかなる理論によって拘泥しようとするものではないが、一つの可能なメカニズムは、トルエン又はキシレンなどの有機溶媒中ブタノンペルオキシドなどの過酸化物の１級アミンとの反応は、長時間ではなく、少なくとも数分の安定性を有するＲＮ（ＯＨ）・反応中間物の形成をもたらすことであると考えられている。ＴＲＩＭＥＴＡＳＰＨＥＲＥ（登録商標）の存在下、ＲＮ（ＯＨ）・はフラーレンケージ上のベンゼン環と速やかに反応し、フラーレンラジカルを形成し、これは次に、反応混合物中に存在する他のラジカル種又は非ラジカル種と反応することがある。フラーレンラジカルは、内部的に再編成を受けることもある。一代替において、フラーレンラジカルはフラーレンケージ上の１つ又は複数の結合の切断を受けることがある。
【００９４】
得られた置換されているフラーレン分子は、存在するラジカル種と繰返し反応し、それによって多置換フラーレン分子、ポリマー、又は両方を形成することがある。さらなる置換が、置換されたフラーレンのあらゆるポジションで、例えば、フラーレンケージ上の炭素原子、又はその枝上のあらゆる部位で生じることがある。図９は、このプロセスの例示の反応模式図を示す。
【００９５】
さらに、図１０（ａ）及び（ｂ）は、頭−頭様式における、例示の金属内包フラーレン２量体及び３量体をそれぞれ示す。
【００９６】
さらに、ＲＮ（ＯＨ）・中間体は再編成又は他のメカニズムを経験してＲ（ＮＨ）Ｏ・中間体を生成することがあり、これはフラーレンケージ上のベンゼン環と反応し、ＲＮ（ＯＨ）・中間体と同様の様式においてフラーレンラジカルを形成することがある。得られたフラーレンラジカルは、次に、上記に記載したラジカル反応を経験し、エポキシドを形成し、又はフラーレンケージ上の１つ又は複数の結合の切断をもたらすことがある。
【００９７】
置換反応は、好ましくは１級アミンで行われる。２級アミン又は３級アミンは、一般に対応する生成物を生成しない。さらに、過酸化物がブタノン過酸化物を含むのが好ましい。ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、及びクメンヒドロペルオキシドなどの他の適切なラジカル開始剤も用いることができる。
【００９８】
一般に、このような反応において、アミン化合物及び過酸化物を、過量の金属内包フラーレン化合物において、例えば、約１：１５：３０の重量比のフラーレン：アミン：過酸化物において用いることができる。反応溶媒がオルトジクロロベンゼンを含まないのが好ましい。
【００９９】
親水性部分含有置換基が望ましい場合は、１つ又は複数の親水性部分を含む１級アミン化合物を用いることができる。
【０１００】
用いられる１級アミンは非常に多様であってよく、アルキルアミン、アミノ酸、ポリエーテルなどを含んでいてよい。適切な１級アミン化合物の例には、それだけには限定されないが、ｈが１又はそれを超える整数、好ましくは１から２０であるＮＨ２（ＣＨ２）ｈＣＨ３及びＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｈＣＨ３が含まれる。具体的には、１級アミン化合物は、Ｒがエチル、プロピル、ヘキシル、ドデシル、−（ＣＨ２）４−ＮＨ２、−（ＣＨ２）１０−ＮＨＢｏｃ、−（ＣＨ２）２−ＣＯＯＨ、−ＣＨ（ＣＯＯＣＨ２ＣＨ３）（ＣＨ２）２Ｐｈ、−ＣＨ２−１８−クラウン−６、−グリム−ＯＨ、−グリム−ＯＣＨ３、−グリム−ＮＨＢｏｃ、−トリグリム−ＯＨ、−トリグリム−ＯＣＨ３、−トリグリム−ＮＨＢｏｃ、−ヘキサグリム−ＯＨ、−ヘキサグリム−ＯＣＨ３、及び−ヘキサグリム−ＮＨＢｏｃである式ＲＮＨ２によって表すことができる。
【０１０１】
図１１は、ＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３のＧｄ３Ｎ＠Ｃｍとの１つの具体的な反応を示すものである。この具体的な模式図は、複数の置換されているフラーレン（ａ）及び頭−頭様式（ｂ）、尾−尾様式（ｃ）、頭−尾様式（ｄ）、並びに頭−頭及び尾−尾様式（ｅ）における様々な２量体の形成を例示的に記載している。反応混合物はフラーレン３量体及び他のポリマーも含んでいることがある。
【０１０２】
得られた置換反応生成物が、−Ｎ（ＯＨ）Ｒ付加生成物、−ＯＮＨＲ付加生成物、−ＯＮ＝ＣＨＲ付加生成物、−ＮＨＲ付加生成物、又はこれらの生成物の２つ若しくはそれを超える混合物を含むことがあるのは可能である。
【０１０３】
具体的な一例において、Ｙ３Ｎ＠Ｃ８０のＣＨ３（ＣＨ２）５１３ＣＨ２ＮＨ２との反応において得られた１３Ｃ同位体濃縮生成物を試験した。シリカクロマトグラフィーによる精製後、１３Ｃ  ＮＭＲスペクトルにおいて、生成物は、δ１４０、６５、及び３９ｐｐｍに３本のピークを示した。ＤＥＰＴ  ＮＭＲは、δ１４０ｐｐｍのピークは水素原子を１つ保有するが、δ６５及び３９ｐｐｍのピークは水素原子を２個保有することをさらに示している。このように、δ１４０ｐｐｍのピークはＣＨ＝Ｎに対応し、これはＩＲスペクトルにおける１６００ｃｍ−１の伸縮とやはり一致する。さらにδ６５ｐｐｍのピークはＣＨ２−Ｎ（ＯＨ）に対応し、これはＩＲスペクトルにおける１４５１〜１４５６ｃｍ−１の伸縮とやはり一致する。
【０１０４】
図１２は、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃｍ［Ｎ（ＯＨ）（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３］ｎの例示の重合化反応模式図を示す。この模式図は、頭−頭及び尾−尾様式の具体的な２量体中間体の形成を示している。
【０１０５】
糖などのヒドロキシル基含有分子を、インサイチュー産生した金属フラーレンラジカル、ラジカル陽イオン、又はラジカル陰イオンで処理して、フラーレンケージとヒドロキシル含有分子との間にＣ−Ｏ結合（単数又は複数）を形成することができる。
【０１０６】
さらに、Ｃ、Ｏ、Ｓ、及びＰ連結を、ラジカル化学を用いて実現することもできる。すなわち、予め産生されたＣ、Ｏ、Ｓ、及びＰラジカルを金属フラーレンと容易に反応させて、それぞれＣ−Ｃ、Ｃ−Ｏ、Ｃ−Ｓ、及びＣ−Ｐ結合を形成させることができる。炭素ラジカルは、それだけには限定されないが、グリニャード試薬とＣｕ（Ｉ）Ｂｒとの反応から産生されたものなど、フリーラジカル又はラジカル同等物であってよい。
【０１０７】
炭素連結は、それだけには限定されないが、シクロプロパン化（「Ｂｉｎｇｅｌ反応」）、ジアゾ付加、ピロリジン付加（「Ｐｒａｔｏ反応」）、求核性炭素反応（炭素リチウム塩の負荷など）、［４＋２］付加環化（例えば、「Ｄｉｅｌｓ−Ａｌｄｅｒ反応」）、［３＋２］付加環化、及びカルベン付加などの確立されているフラーレン化学を用いて、やはり作成してもよい。
【０１０８】
本明細書において記載するように、反応混合物において、各金属内包フラーレンケージ上の置換基及び穴のタイプ及び／又は数は、置換基及び反応条件の性質に応じて、ある程度変化することができる。したがって、あらゆる特定の反応が、フラーレンケージ上に様々なタイプ及び／又は数の置換基及び／又は穴を有する金属内包フラーレン化合物の混合物を産生することができる。
【０１０９】
例えば、キシレン中、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０の、メチルエーテルオリゴエチレングリコールアミン、すなわちｎが１、３、６、及び１１であるＣＨ３（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎＣＨ３との反応において、得られるＧｄ３Ｎ＠Ｃ８０付加物の数は、鎖長を、ｎ＝１では６〜１２、ｎ＝６では３〜６に増大すると低減する。この依存性は、反応が自己制御的であることを示し得る。生成物はキシレン中に可溶性ではなく、十分に極性になると沈澱し、それによって反応の停止が引き起こされる。
【０１１０】
１つを超えるタイプの置換基を有する金属フラーレン化合物が望ましい場合、置換の順序は変化してよく、当業者であれば最適化することができる。例えば、式（ＩＩ）、すなわちＣｍ＊＊における置換基がＺ’及びＱ’両方を含む、ＡｋＸｎＮｉ＠Ｃｍ＊＊によって表される化合物を調製する場合、Ｚ’を対応する金属内包フラーレンに最初に導入し、その後Ｑ’を導入してもよく、又はその反対でもよい。
【０１１１】
本発明を、具体的な以下の実施例によってさらに説明するが、これは本発明を限定するものではない。
【実施例】
【０１１２】
特定しなければ、市販の材料は全て、本明細書においてさらなる精製なしに用いた。重量及び温度を含めた測定値は全て、補正なしであった。
【０１１３】
測定−緩和能
永久磁場がプロトン磁気周波数約２３ＭＨｚに相当する約０．５５Ｔである、Ｍａｒａｎ  Ｕｌｔｒａベンチトップ緩和計（Ｏｘｆｏｒｄ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＵＫ）を用いて緩和能を測定した。測定温度を４０℃一定に保った。
【０１１４】
測定−平均流体力学的半径
流体力学的半径を、動的光散乱を用いて市販の機器（Ｍａｌｖｅｒｎ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓからのＺｅｔａｓｉｚｅｒ  Ｎａｎｏ−Ｓ９０）で測定した。
【０１１５】
（例１）−ＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３を用いた内包ガドフラーレン化合物の調製
Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０（１０ｍｇ）をキシレン中（４．０ｍＬ）に採取した。ＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）３ＣＨ３（２５０ｍｇ）及びブタノンペルオキシド（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールジイソブチレート中３１％の市販溶液１５００ｍｇ）を加えた。混合物を超音波処理し（３０秒）、次いで７５℃で６０分振盪した。この時間の間に沈殿物が形成した。反応混合物を冷却し、キシレンをデカントした。残渣の油状沈殿物をトルエン（５ｍＬ×２）及びジエチルエーテル（５ｍＬ×２）で洗浄した。次いで、生成物をＤＩ水（１０ｍＬ）中に溶解し、５０℃のオーブンで７日間焼いた。次いで、これを１０００ＭＷＣＯチュービングで、１０ｍＭトリズマ（Ｔｒｉｚｍａ）アセテート（ｐＨ＝７．２）に対して３日間透析した（３バッファーを各３Ｉ交換）。この材料の緩和能（ｒ１）は９０ｍＭ−１Ｓ−１と測定された。粒子サイズは、ＤＬＳを用いて１０ｎｍ未満と決定された。得られた溶液の緩和能を、Ｔ１測定値を得ることによって測定し、次いで試料を９００℃で灰化した。白色の灰を、４時間かけて濃ＨＣｌ中に溶解した。得られた溶液のＴ１を測定し、検量線と比較し、それによってＧｄの濃度を決定した。
【０１１６】
さらに、動的光散乱によって観察される凝集物は存在しなかった。
【０１１７】
図１３（ａ）及び１３（ｂ）は、Ｃ７０−ＭＥＧ及びハイドロカラロン−３（低ペルオキシド調製物）のＩＲスペクトルであり、約１４５２ｃｍ−１にヒドロキシルアミンに関連するピークが示されている。
【０１１８】
ハイドロカラロン−３の元素分析は、式Ｃ１６４Ｈ１９２Ｏ４８Ｎ１３Ｇｄ３を有する、１２個のペンダント基を有する生成物を示している（図１４）。ＴＲＩＭＥＴＡＳＰＨＥＲＥ（登録商標）の元素分析において、ケージの不完全燃焼が根強い問題であることが注目される。例えば、純粋な、非官能基化材料の試料、例えばＳｃ３Ｎ＠Ｃ８０は、ルーチン的に低い炭素分析をもたらす。これは、ＴＧＡにおいて反映されるように、間違いなく、これらの材料の安定性が高いことによる。
【０１１９】
（例２）−ＮＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ３を用いた内包ガドフラーレン化合物の調製
キシレン（７ｍＬ）中Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０（ＧｄＴＭＳ）（２．８ｍｇ）の溶液に、メトキシエチルアミン（５２ｍｇ）及びブタノンペルオキシド（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールジイソブチレート中３１％の溶液１１０ｍｇ）を加えた。反応混合物を１６時間撹拌し、次いで水で２回抽出した（それぞれ５ｍＬ及び２ｍＬ）。次いで、水抽出物を、１０００ＭＷＣＯチュービングを通して、トリズマアセテート（１０ｍＭ）に対して透析した。水性抽出物を合わせたものは、約９０ｍＭ−１・Ｓ−１の緩和能を表した。
【０１２０】
図１５（ａ）及び１５（ｂ）は、非エーテルのアミン生成物中Ｃ−Ｏ伸縮（約１１００ｃｍ−１）を示すＧｄＴＭＳ−デシルアミン及びハイドロカラロン−１のＩＲスペクトルである。ＧｄＴＭＳ−デシルアミンはエーテル可溶性であり、ハイドロカラロン−１は水溶性であることが注目される。
【０１２１】
図１６（ａ）及び１６（ｂ）は、ハイドロカラロン−１及びハイドロカラロン−３のＩＲスペクトルである。
【０１２２】
（例３）−ＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）６ＣＨ３を用いた内包ガドフラーレン化合物の調製
例２において記載したのと同じ様式で、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０（４ｍｇ）及びＮＨ２（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）６ＣＨ３（６０ｍｇ）をキシレン（１２ｍＬ）中、超音波処理しながら溶解した。得られた溶液に、ブタノンペルオキシド（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールジイソブチレート中３１％の溶液１２０ｍｇ）を加えた。反応混合物を室温で１６時間撹拌し、その間に沈殿物が形成された。次いで、得られた混合物を水で３回抽出した（各回３〜４ｍＬ）。水性抽出物を合わせたものを、１０００ＭＷＣＯチュービングで透析した。得られた溶液は、上記に記載した灰化法によって測定して、１８０ｍＭ−１・Ｓ−１の緩和能を表した。
【０１２３】
図１７は、水中ハイドロカラロン−６のＵＶ／ＵＶｉｓである。
【０１２４】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、重量減少対温度を示す、ハイドロカラロン−６及び非官能基化Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０のＴＧＡである。図１８（ｂ）は、非官能基化ＴＭＳは、２００℃付近で分解し始め、４００℃で完全に分解するが、ハイドロカラロン誘導体のケージは６００℃付近まで分解しないことを示している。６００℃付近での急速な重量減少は、Ｇｄ２Ｏ３である最終質量に対する重量減少前の質量に基づき、フラーレンケージの分解によると考えられている。
【０１２５】
（例４）−ＧｄＴＭＳ−グルコサミンの調製
テトラ−Ｏ−アセチルグルコサミン（６０ｍｇ）、Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０（２．５ｍｇ）、及びブタノンペルオキシド（２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオールジイソブチレート中３１％の市販溶液１１５ｍｇ）をキシレン（７ｍＬ）中で合わせた。得られた溶液を１６時間撹拌した。真空中でキシレンを除去した後、残部をＭｅＯＨ：Ｈ２Ｏ（１０ｍｌ：１５ｍＬ）混合液中に溶解した。得られた混合液に、飽和ＮａＯＨ溶液（２ｍＬ）を加えた。この溶液を室温で２日間放置し、１ｍＬに濃縮してメタノールを除去し、水で５ｍＬに希釈した。０．２ミクロンシリンジフィルターを通してろ過した後、溶液を１０００ＭＷＣＯチュービングで透析し、緩和能を測定した（Ｒ１＝５ｍＭ−１・Ｓ−１（出発材料が１００％変換され、１００％抽出されたと仮定して））。約２０分間、６０℃に加熱した後、Ｒ１は８ｍＭ−１・Ｓ−１に上昇した。
【０１２６】
（例５）−対照実験
アミノエーテルとペルオキシドとの反応によって、緩和能が測定可能ではない無色の生成物がもたらされた。さらに、アミノエーテル、ペルオキシド、及びＣ６０の反応により、無視できる緩和能を有する黄色フラーレン生成物が得られた。
【０１２７】
（例６）−ＧｄＴＭＳ［ＰＭＣＤ］の調製
Ｇｄ３Ｎ＠Ｃ８０（５．０ｍｇ）を、不活性な窒素雰囲気下、無水ＤＭＦ（５．０ｍＬ）中に懸濁した。得られた懸濁液を激しく撹拌し、引き続き過量の超過酸化カリウム粉末（８．０ｍｇ）で処理した。引き続き、上記の懸濁液に８−クラウン−６  １０．０ｍｇを加えた。反応が進行するにしたがい、ＧｄＴＭＳは徐々に溶解して暗色溶液を形成した。反応混合物をさらなる３０分間かき混ぜ、次いでＰＭＣＤ（完全メチル化β−シクロデキストリン、１０等量）を加えた。１〜２時間激しく撹拌した後、真空下で溶媒を除去した。残渣を脱イオン水（５．０ｍＬ）中に溶解した。得られた着色した水溶液を、０．４５マイクロメートルシリンジフィルターを通してろ過し、その後ＳＥＰＨＡＤＥＸ  Ｇ−２５フラッシュカラム精製及び／又は透析にかけた。
【０１２８】
ＧｄＴＭＳ［ＰＭＣＤ］生成物は、ＤＩ水中約３５から４０ｍＭ−１・Ｓ−１の緩和能を示し、血清中の典型的な粒子サイズは約２０ｎｍから約９０ｎｍであった。
【０１２９】
様々な実施形態を、特定の実施形態を参照して記載してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく変形及び修飾を行うことができる。このような変形及び修飾は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の権限及び範囲内であるとみなされる。
【０１３０】
上記に記載した参照は全て、個々の参照が各々、その全文において参照によって本明細書に組み入れられることが具体的且つ個別に指摘されたのと同程度に、本明細書においてその全文が参照によって組み入れられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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