CN101002951A - 一种超顺磁性磁共振造影剂及其制备方法 - Google Patents

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一种超顺磁性磁共振造影剂及其制备方法，它涉及一种磁共振造影剂及其制备方法。本发明解决了现有造影剂合成工艺复杂、制造成本高、粒径较大、结晶度低、饱和磁化强度小、MRI成像效果差、表面包覆层的厚度不均的问题。它是表面包覆有多元醇分子的四氧化三铁纳米粒子，粒子的直径为1～20纳米。超顺磁性造影剂由含铁化合物在多元醇溶液中经高温反应、冷却、沉淀、分离、分散于水溶液并过滤除菌制得的。本发明造影剂具有结晶度高、饱和磁化强度大、MRI成像效果好、粒子直径小、表面包覆层薄而均匀的优点。本发明的方法具有操作简单，容易控制，反应效率高，原料易得，成本低廉，易于实现大规模工业化生产的优点。

Description

一种超顺磁性磁共振造影剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁共振造影剂及其制备方法。
背景技术
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是一种20世纪80年代以后发展起来的最重要的先进医学影像技术，具有分辨率高、成像参数多、使用安全等突出优点，在医学诊断和基础研究方面有着巨大的应用潜力。最初在常规疾病的临床诊断中，人们并未认识到使用磁共振成像造影剂的必要性。后来人们发现某些不同组织或良恶性肿瘤的弛豫时间相互重叠，使MRI诊断难以鉴别，因此需要使用成像造影剂来提高MRI诊断的敏感性和特异性。造影剂是用来缩短成像时间、提高成像对比度和清晰度的一种成像增强对比剂，它能够改变局部组织中水质子的弛豫速率，提高正常与患病部位的成像对比度从而显示体内器官的功能与状态。MRI造影剂主要有顺磁性造影剂和超顺磁性造影剂两大类。超顺磁性造影剂主要由表面的包覆有生物相容性聚合物的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒构成。超顺磁性造影剂的磁距远远大于顺磁性物质，弛豫效能高，可通过尺寸选择或特异性表面分子修饰实现对特定组织的靶向，并有独特的跨膜机理，可实现细胞内分子靶向。超顺磁性造影剂的血液半衰期、体内分布状态与其粒子的大小和表面状态有直接的关系。粒径较小的造影剂具有较长的血液循环时间，并且具有穿过血管壁、细胞间隙、细胞膜、血脑屏障等各种生理屏障的能力。目前已经许可上市和正在临床实验的超顺磁性造影剂绝大多数由四氧化三铁颗粒核心和外面包覆的一层葡聚糖高聚物组成，粒径约为25～40纳米。但是这类造影剂合成工艺复杂、制造成本高、粒径较大、结晶度低、饱和磁化强度小、MRI成像效果差表面包覆层的厚度不均，并且无粒径小于20纳米的造影剂的报导。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有造影剂合成工艺复杂、制造成本高、粒径较大、结晶度低、饱和磁化强度小、MRI成像效果差、表面包覆层的厚度不均的问题，提供一种超顺磁性磁共振造影剂及其制备方法。本发明的超顺磁性磁共振造影剂是表面包覆有多元醇分子的四氧化三铁纳米粒子，粒子的平均直径为1～20纳米。多元醇分子是乙二醇分子、丙二醇分子、异丙二醇分子、丙三醇分子、二甘醇分子、三甘醇分子、四甘醇分子或分子量M≤4000的聚乙二醇分子。
本发明方法的步骤如下：a、在每毫升的多元醇溶液中加入1～1000mg的含铁化合物；b、在惰性气体保护条件下搅拌反应液，同时将反应液以1～10℃/分钟的速度加热到150～350℃，然后保温回流10分钟～12小时；c、经步骤b处理后的溶液冷却至室温；d、向经步骤c处理后的溶液中加入去离子水稀释，再加入2％～10％稀释溶液重量的无机盐，溶液絮凝沉淀；e、用磁铁将经步骤d处理后的沉淀物聚集分离；f、将步骤e重复3～5次；g、将步骤f分离的沉淀物分散于水溶液中形成稳定的分散体系，分散液再用0.22微米滤膜过滤除菌；即得到超顺磁性磁共振造影剂。
本发明通过含铁化合物在多元醇溶液中高温反应的方法原位合成出一种用于MRI成像的新型的超顺磁性造影剂。在反应过程中含铁化合物在高温条件下成核、长大成四氧化三铁纳米粒子，液态多元醇即是高沸点溶剂，又是还原剂；同时它还能吸附在纳米粒子的表面起到稳定剂的作用，控制粒子的大小与形状并防止粒子之间相互团聚。
本发明的超顺磁性造影剂的表面覆盖有一层带有羟基的多元醇分子构成的亲水结构，使其具有良好的水溶性和生物相容性，有利于避开网状内皮系统，实现长循环及在肿瘤部位的累积与成像。
本发明与现有技术相比具有以下显著的优点：(1)反应操作简单，容易控制，反应效率高，原料易得，成本低廉，易于实现大规模工业化生产；(2)氧化铁纳米粒子的大小均匀可控，有良好的可重复性，能为科学研究与临床应用带来巨大的方便。(3)所得超顺磁性造影剂的结晶度高、饱和磁化强度大(最大可达80emu/g)、MRI成像效果好。(4)超顺磁性造影剂的粒径小于20纳米，在体内的循环时间长，可穿过各种生理屏障(如血脑屏障等)。(5)表面包覆层薄而均匀。
本发明的造影剂均可显著降低MRI的T2信号。
本发明造影剂具有结晶度高、饱和磁化强度大、MRI成像效果好、粒子直径为1～20纳米、表面包覆层薄而均匀的优点。本发明的方法具有操作简单，容易控制，反应效率高，原料易得，成本低廉，易于实现大规模工业化生产的优点。
附图说明
图1是具体实施方式二十一得到的造影剂的透射电镜(TEM)照片；图2是具体实施方式二十三得到的造影剂的透射电镜(TEM)照片；图3是具体实施方式二十一和二十三得到的造影剂的磁化曲线图，其中的曲线a表示具体实施方式二十一得到的造影剂的磁化曲线，其中的曲线b表示具体实施方式二十三得到的造影剂的磁化曲线；图4是具体实施方式二十一的造影剂的红外特征光谱图；图5是具体方式二十一得到的造影剂的特征光电子能谱图(O 1s)。图6是具体实施方式二十一得到的造影剂MTT细胞毒性分析结果图，其中-■-表示肿瘤细胞9L的细胞存活率与造影剂浓度的关系曲线，-●-表示细胞U251的细胞存活率与造影剂浓度的关系曲线，-▲-表示细胞C6的细胞存活率与造影剂浓度的关系曲线，--表示正常神经元细胞的细胞存活率与造影剂浓度的关系曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式中超顺磁性磁共振造影剂是表面包覆有多元醇分子的四氧化三铁纳米粒子，粒子的直径为1～20纳米。
具体实施方式二：本实施方式中多元醇分子是乙二醇分子、丙二醇分子、异丙二醇分子、丙三醇分子、二甘醇分子、三甘醇分子、四甘醇分子或分子量M≤4000的聚乙二醇分子。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式中超顺磁性磁共振造影剂粒子的直径为4～10纳米。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式中超顺磁性磁共振造影剂粒子的直径为6纳米。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式中超顺磁性磁共振造影剂粒子的直径为9纳米。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式方法的步骤如下：：a、在每毫升的多元醇溶液中加入1～1000mg的含铁化合物；b、在惰性气体保护条件下搅拌反应液，同时将反应液以1～10℃/分钟的速度加热到150～350℃，然后保温回流10分钟～12小时；c、经步骤b处理后的溶液冷却至室温；d、向经步骤c处理后的溶液中加入去离子水稀释，再加入2％～10％稀释溶液重量的无机盐，溶液絮凝沉淀；e、用磁铁将经步骤d处理后的沉淀物聚集分离；f、将步骤e重复3～5次；g、将步骤f分离的沉淀物分散于水溶液中形成稳定的分散体系，分散液再用0.22微米滤膜过滤除菌；即得到超顺磁性磁共振造影剂。
具体实施方式七：本实施方式在步骤a中在每毫升的多元醇溶液中加入60mg的含铁化合物。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式在步骤a中在每毫升的多元醇溶液中加入100mg的含铁化合物。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式九：本实施方式中在步骤a中多元醇溶剂为乙二醇、丙二二醇、异丙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇或分子量M≤4000的聚乙二醇。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十：本实施方式中在步骤a中多元醇溶剂为三甘醇。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十一：本实施方式中在步骤b中加热到200～300℃。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十二：本实施方式中在步骤b中加热到200℃。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十三：本实施方式中在步骤b中加热到260℃。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十四：本实施方式中在步骤b中保温回流1～10小时。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十五：本实施方式中在步骤b中保温回流2小时。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十六：本实施方式中在步骤b中保温回流3小时。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十七：本实施方式在步骤b中含铁化合物为有机含铁化合物或无机含铁化合物；有机含铁化合物为三乙酰丙酮铁、二乙酰丙酮铁、辛酸铁、草酸铁、乙酸铁，无机含铁化合物为氯化铁、氯化亚铁、氢氧化铁或氢氧化亚铁。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十八：本实施方式在步骤b中含铁化合物为三乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式十九：本实施方式在步骤d中无机盐为氯化钠。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十：本实施方式在步骤g中水溶液为超纯水、生理盐水或葡萄糖水溶液。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式二十一：本实施方式制备方法步骤如下：a、在25毫升三甘醇溶液中加入1400毫克Fe(acac)3；b、在惰性气体保护条件下搅拌反应液，同时将反应液以1～10℃/分钟的速度加热到278℃，并保温回流30分钟；c、停止加热，将反应后的溶液冷却至室温；d、向经上述处理后的溶液中加入去离子水稀释，再加入50毫克氯化钠，溶液絮凝沉淀；e、用磁铁将经步骤d处理后沉淀物聚集分离；f、将步骤e重复多次；g、将步骤f分离的沉淀物分散于水溶液中形成稳定的分散体系，分散液再用0.22微米滤膜过滤除菌；即得到超顺磁性磁共振造影剂。
参见图1，由透射电镜(TEM)分析可知，粒子的直径平均为6纳米。参见图3中a曲线，产品的饱和磁化强度为61.8emu/g。
通过以下实验验证本发明的效果。
(1)取1毫克具体实施方式二十一得到的干燥产品与100毫克溴化钾混合研磨压片，参见图4的红外吸收光谱图，分析红外吸收光谱图可知样品表面吸附大量三甘醇分子。
(2)取50毫克具体实施方式二十一得到的干燥产品，参见图5的X光电子能谱图(XPS)，分析X光电子能谱图可知样品表面含有大量羟基。
(3)参见图6，取具体实施方式二十一得到的浓度为1～200微克/毫升造影剂与肿瘤细胞9L、U251、C6及正常神经元细胞共同培养12小时后，经MTT细胞毒性分析，结果表明在该浓度范围内造影剂对细胞存活率没有影响，具有良好的生物相容性。
具体实施方式二十二：本实施方式在步骤a中在25毫升三甘醇溶液中加入350毫克Fe(acac)3。其它与具体实施方式二十一相同。
参见图2，由透射电镜(TEM)分析可知，粒子的平均自径在9纳米左右。参见图3中b曲线，样品的饱和磁化强度为74.3emu/g。
具体实施方式二十三：本实施方式在步骤a中在25毫升四甘醇溶液中加入700毫克Fe(acac)3；在步骤b中在惰性气体保护条件下搅拌反应液，同时将反应液以1～10℃/分钟的速度加热到315℃，并回流30分钟。其它与具体实施方式二十一相同。
本实施方式得到的粒子的直径平均为12纳米。
具体实施方式二十四：本实施方式在步骤a中在25毫升三甘醇溶液中加入540毫克FeCl3·6H2O和240毫克NaOH。其它与具体实施方式二十一相同。
本实施方式得到的粒子的直径平均为14纳米。

Claims (10)

1、一种超顺磁性磁共振造影剂，其特征在于超顺磁性磁共振造影剂是表面包覆有多元醇分子的四氧化三铁纳米粒子，粒子的直径为1～20纳米。
2、根据权利要求1所述的一种超顺磁性磁共振造影剂，其特征在于多元醇分子是乙二醇分子、丙二醇分子、异丙二醇分子、丙三醇分子、二甘醇分子、三甘醇分子、四甘醇分子或分子量M≤4000的聚乙二醇分子。
3、根据权利要求1所述的一种超顺磁性磁共振造影剂，其特征在于超顺磁性磁共振造影剂粒子的直径为6纳米。
4、根据权利要求1所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：a、在每毫升的多元醇溶液中加入1～1000mg的含铁化合物；b、在惰性气体保护条件下搅拌反应液，同时将反应液以1～10℃/分钟的速度加热到150～350℃，然后保温回流10分钟～12小时；c、经步骤b处理后的溶液冷却至室温；d、向经步骤c处理后的溶液中加入去离子水稀释，再加入2％～10％稀释溶液重量的无机盐，溶液絮凝沉淀；e、用磁铁将经步骤d处理后的沉淀物聚集分离；f、将步骤e重复3～5次；g、将步骤f分离的沉淀物分散于水溶液中形成稳定的分散体系，分散液再用0.22微米滤膜过滤除菌；即得到超顺磁性磁共振造影剂。
5、根据权利要求4所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于在步骤a中多元醇溶剂为乙二醇、丙二醇、异丙二醇、丙三醇、二甘醇、三甘醇、四甘醇或分子量M≤4000的聚乙二醇。
6、根据权利要求4所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于在步骤a中多元醇溶剂为三甘醇。
7、根据权利要求4所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于在步骤b中含铁化合物为有机含铁化合物或无机含铁化合物；有机含铁化合物为三乙酰丙酮铁、二乙酰丙酮铁、辛酸铁、草酸铁、乙酸铁，无机含铁化合物为氯化铁、氯化亚铁、氢氧化铁或氢氧化亚铁。
8、根据权利要求4所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于在步骤b中含铁化合物为三乙酰丙酮铁。
9、根据权利要求4所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于在步骤d中无机盐为氯化钠或磷酸钠。
10、根据权利要求4所述的一种超顺磁性磁共振造影剂的制备方法，其特征在于在步骤g中水溶液为超纯水、生理盐水或葡萄糖水溶液。
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