CN102614533A

CN102614533A - 一种水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法及其应用

Info

Publication number: CN102614533A
Application number: CN2012100868405A
Authority: CN
Inventors: 贾能勤; 季玉玄
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法及其应用，它经聚合物功修饰的超顺磁性水溶性氧化锰磁共振造影剂。即首先将油酸锰和十八烯混合均匀通过高温热分解法制备了超顺磁性油性氧化锰纳米粒子，然后油-水转相将油溶性的氧化锰转变为水溶性的氧化锰，最后通过表面聚合物包裹，制成水溶性氧化锰纳米粒子。水溶性氧化锰纳米粒子作为一种新型的核磁共振造影剂转染于体外培养的K652癌细胞，显示了其增强MRI成像效果。通过小鼠尾静脉注射，对其进行MRI成像效果分析，显示了很好的MRI增强效果。这种水溶性的氧化锰纳米粒子具有很好的弛豫效率，可以明显缩短组织的T1弛豫时间，提高成像的对比度。

Description

一种水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种磁共振造影剂的制备方法，具体为一种水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法，以及这种造影剂的应用。

背景技术

磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)是继CT之后医学影像诊断技术的又一大发展。利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。磁共振成像具有组织分辨率高、成像参数多、使用安全等突出优点，可对人体各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系，对病灶能更好地进行定位定性，对全身各系统疾病的诊断，尤其是早期肿瘤的诊断和基础研究方面有着巨大的价值和应用潜力。虽然MRI有以上诸多优点，但经过大量临床病例显示，在良、恶肿瘤组织与正常组织之间，往往信号强度相差不大，达不到诊断的目的。为了改变病变局部的信号强度，提高MRI诊断的敏感性和特异性，医学检测中通常应用MRI造影剂来实现。因此，研制高灵敏度和良好生物相容性的MRI造影剂具有重要意义。

磁共振造影剂可用来缩短质子的弛豫时间，间接地改变质子所产生的信号强度、提高成像对比度和清晰度，更好的对器官的病变进行诊断。按照造影剂中以缩短T1弛豫时间为主(使磁共振信号增加)或以缩短T2弛豫时间为主(使磁共振信号下降)，可将磁共振造影剂分为T1弛豫增强造影或T2弛豫增强造影。一般作为药物应用于人体的MRI造影剂除了要满足药物的一些基本要求，具有生物相容性，水溶性好和自身有好的稳定性外，还要有高的弛豫率，毒副作用低和在体内有适当的存留时间。

由于Mn²⁺有5个未成对电子，自旋磁矩比较大，电场对称，弛豫效率高等特点，锰材料引起了科学研究者的广泛关注。而氧化锰纳米粒子就是近年来发展起来的一种新型的T1弛豫增强造影剂。它具有很强的弛豫增强时间，只需要很小的剂量就可以在正常的肝脏，肾脏和病变间产生明显的变化。绝大多数氧化锰是球形的纳米粒子，粒径较小。由于其粒径小，分散均一等特点，这种造影剂经静脉给药后易于直接进入细胞，不会直接被体内的单核巨噬细胞吞噬，在较大程度上维持了造影剂的效果。而应用于人体的造影剂要求生物相容性，水溶性好，而且自身稳定性要好，基于以上要求，制备一种具有高弛豫效率、生物相容性，水溶性好，自身稳定的造影剂是很必要的。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种方法简单，快速、成本低的水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法。

本发明的另一个目的是提供这种磁共振造影剂的应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法，具体步骤为：

1)油酸锰的制备

将7.5-8g的氯化锰和24.0-24.5g的油酸钠加入到由140mL乙醇、水和正己醇组成的混合液中，在70℃条件下搅拌过夜；得到的溶液转移到分液漏斗中，用去离子水洗几次，得到上层暗红色有机物，将有机物转移到烧瓶中，蒸馏除去正己醇，得到深红色油酸锰固体；

2)油性氧化锰的制备

称量1-1.5g油酸锰固体置于三颈烧瓶中，向三颈烧瓶中加入10g的十八烯溶液，使得油酸锰完全溶解在十八烯中，在70℃条件下抽1h真空除去水和空气；然后将混合物搅拌加热至300℃，在此温度下反应1-2h，将反应物冷却至室温，加入正己烷分散反应物，然后再加入丙酮溶液，得到沉淀物，通过离心，充分洗涤后，得到棕褐色的油性氧化锰；

3)水溶性氧化锰的制备

称取0.5-1.0mg的氧化锰，加入1mL的氯仿，分散均匀于离心管中。在涡旋条件下，将0.2g/mL的十六烷基三甲基溴化铵溶液逐滴加入离心管中，得到浑浊的棕色溶液，除去氯仿，得到澄清的棕色氧化锰溶液；按体积比1∶1将PSS逐滴加入氧化锰溶液中，搅拌反应4h，离心处理，重新分散在去离子水中；再按体积比1∶1将PVP溶液加入到的氧化锰溶液中，搅拌过夜；最后离心处理，收集氧化锰粒子，分散在磷酸缓冲液中备用。

本发明设计了一种经聚合物功修饰的超顺磁性水溶性氧化锰磁共振造影剂。即首先将油酸锰和十八烯混合均匀通过高温热分解法制备了超顺磁性油性氧化锰纳米粒子，然后油-水转相将油溶性的氧化锰转变为水溶性的氧化锰，最后通过表面聚合物包裹，制成水溶性氧化锰纳米粒子。水溶性氧化锰纳米粒子作为一种新型的核磁共振造影剂转染于体外培养的K652癌细胞，显示了其增强MRI成像效果。通过小鼠尾静脉注射，对其进行MRI成像效果分析，显示了很好的MRI增强效果。这种水溶性的氧化锰纳米粒子具有很好的弛豫效率，可以明显缩短组织的T1弛豫时间，提高成像的对比度。

本发明通过：

1、将油酸锰与十八烯混合均匀，通过高温热分解法制备油溶性的氧化锰纳米粒子，制备的纳米粒子粒径小，大小均一，分散均匀，而且有很高的产率。

2、利用表面活性剂通过油-水转相将油溶性的氧化锰纳米粒子转换成水溶性的纳米粒子，转换之后，粒子的大小保持不变，分散均一。为了降低氧化锰纳米粒子的毒性，增加其生物相容性，在其表面进行聚合物的进一步修饰。通过静电吸附层层组装技术将聚合物组装到粒子表面，然后通过聚合物自身成膜作用在纳米粒子表面形成一层稳定的薄膜，增强其稳定性，水溶性和生物相容性。制备氧化锰纳米粒子在去离子水，磷酸缓冲液，生理盐水，细胞培养液，乙醇中均能很好分散且稳定存在。

3、将制备的氧化锰纳米粒子溶液加入到对数生长期的K562细胞中继续培养6h后，与未加入纳米粒子的空白的K562细胞相比较，用医用磁共振仪进行扫描检测到明显的T₁信号增强。

4、将制备的水溶性氧化锰纳米粒子通过尾静脉注射注射到小鼠体内，观察小鼠的肝脏，肾脏，脑部等器官的T1变化，发现各器官在不同时间有不同的T1信号增强。

本发明的造影剂制备方法简单，快速、成本低。上述水溶性氧化锰纳米粒子具有毒性小、水溶性好、生物相容性、弛豫效率高等特点。针对不同的生物体系以水溶性氧化锰纳米粒子作为造影剂为肿瘤及疾病的诊断尝试了一种新途径。

附图说明

图1为本发明不同阶段的TEM；其中：图1A为油性氧化锰；图1B为CTAB修饰的氧化锰；图1C为水溶性氧化锰；

图2为水溶性氧化锰纳米粒子在不同溶液中稳定性；其中：图2A为乙醇；图2B为去离子水；图2C为磷酸缓冲液；图2D为0.9％的生理盐水；图2E为1640细胞培养液；

图3为MTT法测试水溶性氧化锰纳米粒子的生物相容性。

图4为不同物质的MRI图像；其中，图4a为去离子水；图4b为K562细胞；图4c为与氧化锰纳米粒子孵育的K562细胞；图4d为氧化锰纳米粒子；

图5为小鼠肾脏和脑部不同时间的MRI图像；其中：图5A为小鼠肾脏不同时间的MRI图像；图5B为小鼠脑部不同时间的MRI图像。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。

一、实验药品

油酸钠、油酸、十八烯、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、氯仿、聚苯磺酸钠(PSS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)

二、油酸锰的制备

将7.5-8g的氯化锰和24.0-24.5g的油酸钠加入到由140mL乙醇、水和正己醇组成的混合液中，在70℃条件下搅拌过夜。得到的溶液转移到分液漏斗中，用去离子水洗几次，得到上层暗红色有机物，将有机物转移到烧瓶中，蒸馏除去正己醇，得到深红色油酸锰固体。

三、油性氧化锰的制备

称量1-1.5g油酸锰固体置于三颈烧瓶中，向三颈烧瓶中加入10g的十八烯溶液，使得油酸锰完全溶解在十八烯中，在70℃条件下抽1h真空除去水和空气；然后将混合物搅拌加热至300℃，在此温度下反应1-2h，将反应物冷却至室温，加入正己烷分散反应物，然后再加入丙酮溶液，得到沉淀物，通过离心，充分洗涤后，得到棕褐色的油性氧化锰。

四、水溶性氧化锰的制备

由图2可以看出经过数天后还能均匀分散，保持稳定。

五、K562细胞的培养

K562细胞株购自中科院上海细胞库。K562细胞在含10％小牛血清的1640培养基，37℃5％CO₂饱和温度下培养。实验选用对数生长期细胞。

六、水溶性氧化锰纳米粒子细胞毒性测试

取对数生长期的k562细胞，计数，均匀接种细胞于96孔细胞培养板，每孔加细胞悬液200μL(含5000～6000个细胞)，每个浓度组设六个复孔，加入不同浓度梯度(0，5，10，25，50，100，150mg/L)的水溶性氧化锰纳米粒子，置于37℃5％CO₂饱和温度下培养24h后，每孔加入20μLMTT溶液继续孵育4h后终止培养，每孔加入150μLDMSO，震荡10min，使MTT蓝紫色结晶完全溶解，用酶联免疫检测仪于495nm处检测各孔的吸光值(OD值)，并以未接种细胞只加培养基孔的吸光值为空白对照调零，取六孔平均值，得到细胞存活率与样品浓度的关系(如图3)。从图3中可以看出水溶性氧化锰纳米粒子具有良好的生物相容性，适用于生物体系中。

七、水溶性氧化锰纳米粒子造影剂作用于K562细胞后T1信号增强的测定

将一定浓度的水溶性氧化锰纳米粒子加入对数期生长的K562细胞中，继续培养6h，离心收集，用PBS缓冲液洗三次，用0.5％琼脂糖均匀分散。取未经任何处理的对数生长期的K562细胞，作为阴性对照。将相同浓度的氧化锰纳米粒子用0.5％琼脂糖均匀分散，作为对照。临床磁共振诊断仪在3.0T下分别检测其T1信号增强强度。从图4可以看出，与未经任何处理的K562细胞相比，加入氧化锰纳米粒子培养的K562细胞具有明显的T1信号增强。由此说明水溶性氧化锰纳米粒子可以作为一种很好磁共振造影剂，用于病变组织的磁共振成像诊断。

八、水溶性氧化锰纳米粒子作用于体内后T1信号增强检测

取平行试验组小鼠6只，麻醉，临床磁共振诊断仪在3.0T下检测其T1信号，然后通过尾静脉注射一定量的氧化锰纳米粒子溶液，观察30min，1h，2h，4h，16h，27h的T1信号变化(如图5)。通过观察，注入纳米粒子之后，小鼠的肾脏，脑部随着时间的变化其T1信号值也在不断的变化，说明水溶性氧化锰纳米粒子可以作为一种很好的磁共振造影剂应用于成像诊断。由图5A可以看出随着时间的增长，肾脏的T1信号逐渐增；由图5B可以看出在4h的时候T1信号达到最大值。

Claims

1.水溶性氧化锰磁共振造影剂的制备方法，具体步骤为：

1)油酸锰的制备

2)油性氧化锰的制备

3)水溶性氧化锰的制备

2.根据权利要求1所述制备方法得到的水溶性氧化锰磁共振造影剂，其特征在于：应用于制备肿瘤及疾病的诊断过程中的造影剂。