靶向磁共振成像造影劑的合成及其在癌癥早期診斷中的應用.pdf

1、核磁共振成像(MRI)是一種非侵害性的診斷方法,用于臨床醫(yī)學上評估人體解剖結構和組織或器官的功能。最近,MRI的一些新應用,如在基因表達成像上,在體內(nèi)藥物傳遞的實時評價等方面引起了研究者的極大興趣。MRI技術有其獨特的優(yōu)點如分辨率高、無放射性輻射、長效成像等。但是,當用來監(jiān)測微小組織的病灶、分子活動或者細胞活動時靈敏度并不高。通過采用順磁性小分子造影劑Gd-DTPA或者Gd-DOTA等可以幫助提高成像的靈敏度和對比度。這是因為小分子造影

2、劑可以縮短水質(zhì)子的縱向弛豫時間(T1),使T1加權成像的圖像亮度提高。Gd-DTPA和Gd-DOTA等幾種小分子MRI造影劑已經(jīng)得到了美國食品和藥品管理局的批準,并且被廣泛應用在臨床腫瘤的診斷中。然而,這些小分子造影劑存在嚴重的問題,例如血液半衰期短、弛豫率低、對器官或組織缺少靶向特異性等,因此無法對早期腫瘤進行診斷,這就限制了它們的應用。為了使用MRI造影劑對腫瘤進行早期診斷,研究人員一直努力開發(fā)大分子造影劑,如通過將DTPA或其他小

3、分子配體與高分子載體鏈接可制備大分子造影劑。高分子如聚乙二醇、右旋糖酐、聚賴氨酸、聚谷氨酸、聚酰胺、α,β-聚[(2-氨乙基)-L-天冬酰胺]、可生物降解聚合物、樹狀聚合物以及大分子膠束等已被用作造影劑的大分子載體。與小分子造影劑相比,大分子MRI造影劑顯示出前所未有的優(yōu)點,如對比度的增強、敏感度的提高、診斷成像時間的延長等。另外,通過將靶向基團如葉酸、抗體或小分子肽鏈接到造影劑上,還可以制備對腫瘤組織有特異性的靶向造影劑,特別適用于腫

4、瘤早期診斷。
　　 本論文制備了兩種靶向MRI造影劑用于腫瘤的早期診斷:一是以樹狀大分子PAMAM為核心的FA-PEG-PAMAM-Gd肺痛靶向MRI大分子造影劑;另一種是具有肝癌靶向功能的Pep-PEG-g-PAA-(DTTA-Gd)聚合物膠束MRI造影劑。
　　 在第一種造影劑的制備過程中沒有使用小分子配體。因為考慮到小分子配體的使用將增加制造成本,從而影響其批量應用。FA-PEG-PAMAM-Gd大分子MRI造影劑

5、是以含32個端羧基的PAMAM-COOH為核,用聚乙二醇-葉酸(聚乙二醇的分子量分別為1000,2000和4000 Da)修飾端羧基,然后再與釓離子絡合形成的大分子螯合物。大分予配體FA-PEG-PAMAM-COOH的結構通過核磁共振、紅外以及質(zhì)譜進行表征；FA-PEG-PAMAM-Gd造影劑中釓含量通過ICP-AES測定。大分子造影劑的粒徑通過透射電鏡表征大約在70 nm左右,這意味著它們對腫瘤具有被動靶向性。與小分子商用造影劑相比,

6、FA-PEG-PAMAM-Gd表現(xiàn)出較低的毒性和高弛豫率。因該造影劑以葉酸為靶向基團,為此我們評價了其對A549實體腫瘤的靶向性。另外,也評價了該造影劑的毒性以及對小鼠體內(nèi)各器官,如心臟、肝臟、腎臟的MRI增強效果。使用Siemens TimTri MRI掃描儀跟蹤其代謝過程。結果表明FA-PEG-PAMAM-Gd造影劑的最低檢測濃度比小分子造影劑低15倍左右,弛豫率比小分子造影劑高10倍左右。FA-PEG4k-PAMAM-Gd的MRI

7、影像顯示出長效腫瘤信號增強效果,可以很好的顯現(xiàn)5毫米左右的A549實體腫瘤。FA-PEG4k-PAMAM-Gd樹狀大分子MRI造影劑對KB細胞和A549細胞高度富集,將來可用于分子靶向造影。
　　 然而,MRI造影劑的最大風險在于從配體中游離出的釓離子。游離的釓離子將引起腎源性系統(tǒng)纖維化或者急性金屬中毒。臨床上對造影劑的安全性要求較高。聚合物膠束MRI造影劑可在體內(nèi)分散成共聚物分子,這些共聚物分子經(jīng)過一段時間可以經(jīng)腎臟等途徑完全

8、排出體外,所以此類造影劑的毒性較低,安全性較好。研究還發(fā)現(xiàn),聚合物膠束MRI造影劑在靶向腫瘤的特定時間內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)先的動力學性能,而且在血液中的穩(wěn)定性很好。
　　 基于聚合物膠束MRI造影劑的優(yōu)點,本論文合成了第二種造影劑,其合成步驟簡述如下:MAL-PEG-NH2(PEG分子量為2000 Da,MAL是6-(馬來酰亞胺基)己酸琥珀酰亞胺酯的英文縮寫)和疊氮丙胺分別連續(xù)開環(huán)聚天冬酰亞胺(PSI)得到MAL-PEG-g-PAA-N3

9、接枝共聚物。然后再利用DTTA的炔基衍生物DTTA-der與MAL-PEG-g-PAA-N3發(fā)生Click反應得到共聚物MAL-PEG-g-PAA-DTTA,脫除DTTA-der上羧基的叔丁酯保護基團就得到大分子配體MAL-PEG-g-PAA-DTTA-COOH。該配體再與靶向基團.小分子肽(Pep)進行反應得到含有靶向基團的大分子配體Pep-PEG-g-PAA-DTTA-COOH。目標產(chǎn)物Pep-PEG-g-PAA-(DTTA-Gd)

10、聚合物膠束足通過Pep-PEG-g-PAA-DTTA-COOH和釓離子絡合反應得到。然后通過熒光光譜驗證其膠束的形成;通過測量粒徑大小驗證其粒徑的納米尺度；透射電鏡試驗結果表明該螯合物呈殼核狀球形膠束結構,粒徑在50-80 nm之間,分布窄,意味著它們將具有腫瘤被動靶向性。隨著PEG接枝量的增加,Pep-PEG-g-PAA-(DTTA-Gd)納米膠束粒徑呈增大趨勢。與小分子造影劑Gd-DTPA相比,Pep-PEG-g-PAA-(DTTA