CN102631689B

CN102631689B - 一种用于诊疗的磁共振成像造影剂及其制备方法

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Publication number: CN102631689B
Application number: CN201210099804.2A
Authority: CN
Inventors: 杜建忠; 刘秋明; 任天斌
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN102631689A

Abstract

本发明属于高分子材料和医学工程领域，具体涉及一种用于诊疗的磁共振成像造影剂及其制备方法。由带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和药物自组装成包裹了药物的纳米球，并在其表面或膜层通过离子键或络合作用吸附金属离子，再通过化学方法原位生成磁性小颗粒得到可用于磁共振成像的纳米球。这种由聚合物和无机小粒子组成的磁性纳米球结构稳定，具有非常好的水溶性和分散性，生物相容性和生物降解性也很良好，不仅可以包裹大量的药物进行可控释放，还可以作为高灵敏度的磁共振成像造影剂，广泛应用于疾病的诊疗。

Description

一种用于诊疗的磁共振成像造影剂及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料和医学工程领域，具体涉及一种用于诊疗的磁共振成像造影剂及其制备方法。

背景技术

随着社会经济的发展以及人类生活习惯的改变，癌症的发病率和死亡率呈明显的上升趋势。目前全球有2460万癌症患者，每年几乎有700万人死于癌症，主要的癌症种类有:肺癌(约130万/年)、胃癌(约100万/年)、肝癌(约66万/年)、结肠癌(约66万/年)以及乳腺癌(约50万/年)。

“早发现”，“早诊断”进而“早治疗”已成为公认的提高癌症临床治疗效果的有力措施。癌症的早期诊断和准确的临床分析直接关系到治疗方案的选择及预后评估。在癌症的诊断与治疗上，人们已经研究和应用了许多方法，例如在诊断方面有临床诊断、理化诊断、手术诊断以及细胞和组织病理学诊断等，在治疗方面有中药治疗、手术治疗、放射治疗和化学治疗等。但就目前而言，各种疗法都无法将诊断与治疗有机结合起来，也很少有一种药物能够在治疗癌症的同时跟踪癌细胞的扩散运动从而对癌症进行实时诊断。于是，一种将化学治疗与物理诊断有机结合起来的方法应运而生。

作为癌症治疗三大手段（化疗、放疗和手术切割）中最常用的一种方法，化疗对于癌症的治疗及控制癌细胞的转移具有重要意义，但是化疗在给药的过程中广泛使用的低分子和大分子药物仍存在许多问题，例如很强的毒副作用，体内的分布缺乏选择性，生物利用度过低，水溶性较差，新陈代谢快，半衰期短等。正因为直接给药存在这些缺点，药物载体近年来被广泛研究。

磁性纳米粒子（MNP）是一类智能型的纳米材料。材料尺寸线度在纳米级，由于其独特的物理化学性质，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面与界面效应和宏观量子隧道效应等，使其在物理和化学等方面表现出与常规磁性材料不同的特殊性质。这种超顺磁性纳米粒子由于其超强的显影效果，能够作为显影剂用于癌症诊断当中的磁共振成像。超顺磁性纳米粒子可采用有机相合成的方法合成，如：共沉淀法、水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法、胶体粒子模板法多元醇还原法和置换法等等。

综上所述，磁性纳米粒子的研究具有重要意义，特别是在癌症诊断和治疗应用上具有其它诊断材料或药物载体无法替代的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于诊疗的磁共振成像造影剂及其制备方法。解决了现有技术中磁共振成像造影剂弛豫率低，并且无法将癌症诊断与治疗有机结合，不能有效清晰地诊断小病灶部位以及跟踪观察药物治疗效果等问题。

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供的技术方案是：

一种用于诊疗的磁共振成像造影剂，所述造影剂是由带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和药物自组装成包裹了药物的实心球或空心球，并在其表面或膜层通过离子键或络合作用吸附金属离子，再通过化学方法原位生成磁性小颗粒，得到同时负载了药物和磁性小颗粒的纳米球，即为用于诊疗的磁共振成像造影剂；该造影剂是直径为20～1000nm的纳米球，其中直径为1～30nm的磁性小颗粒附着在纳米球上，两亲性嵌段共聚物自组装形成的实心球或空心球直径为20～1000nm；造影剂可用于T₁成像或T₂成像，载药率为5%～60%，饱和磁化强度为2～100emu/g，磁共振成像的弛豫率为10～500mM^-1s^-1。

本发明提出的用于诊疗的磁共振成像造影剂及其制备方法，具体步骤如下：

（1）将合成的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和需要包覆的药物溶解在有机溶剂当中，控制两亲性嵌段共聚物浓度为0.1～100mg/mL，完全溶解后装入透析袋中，在去离子水中透析4～100h，每0.5～10h换一次水，透析袋中最终产物为两亲性嵌段共聚物组装成的包裹了药物的实心球或空心球；

（2）将含有金属离子的溶液加入到步骤(1)所得的包裹了药物的实心球或空心球溶液当中，搅拌过夜，通过化学方法得到棕色溶液，即为载药的磁共振成像造影剂。

本发明中，步骤（1）中所述的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物主要是通过原子转移自由基聚合（ATRP），可逆加成-断裂链转移聚合（RAFT），点击化学或者开环聚合（ROP）中的一种或两种方法聚合而成。其中聚合物带有的特殊基团包括羧基（-COOH）、胺基（-NH₂, -NH-, -N=）或叠氮（-N₃=）中的一种或两种及以上。

本发明中，步骤（1）中所述的聚合物组装成的实心球或空心球可以是胶束、囊泡、微球或核壳结构纳米粒子中的一种或两种及以上。

本发明中，步骤(1)中所述的有机溶剂为四氢呋喃、二甲亚砜、甲醇、二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、甲苯或丙酮中的一种或两种及以上。

本发明中，步骤（1）中所述的药物可以是阿霉素、紫杉醇、柔红霉素、阿霉素、表阿霉素、吡喃阿霉素、长春花碱、长春新碱、喜树碱、环磷酰胺，异环磷酰胺、甲氨碟呤、5-氟脲嘧啶、阿糖胞苷、阿巴瑞克、阿柔比星、达沙替尼或盐酸厄洛替尼等中的一种或两种以上。

本发明中，步骤（2）中使用的金属离子选自银离子、铁离子、锰离子、锌离子、铜离子、钴离子、镍离子、铬离子或金离子中的一种或两种及以上。

本发明中，步骤（2）中制备磁性小颗粒使用的化学方法可以是共沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、空气氧化法、微波超声法或微乳液法中的一种或两种及以上。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

（1）在空心球或实心球表面原位生成磁性小颗粒。利用两亲性嵌段共聚物上的特殊基团，直接在聚合物组装成的纳米球上通过化学方法原位生成磁性小颗粒。

（2）良好的水溶性及分散性。通过以聚合物组装成的纳米粒子为模板制得的磁共振成像造影剂粒径小，分布均匀，具有超顺磁性，并且在水溶液当中溶解性非常好，分散均匀，不易团聚，保存时间长。

（3）可同时用于疾病的诊断及治疗。通过合成两亲性嵌段共聚物，在水环境中自组装形成纳米球，同时将磁性小颗粒引入其中，从而制得可包裹药物的磁性纳米球，这种具有特殊功能的磁性纳米球将诊断用的造影剂和治疗的药物置于一个平台上，不仅可以作为药物载体用于装载大量亲水或疏水性药物，还可以作为医用诊断材料用于跟踪观察疾病的发展及治疗效果。

附图说明

图1为实施例1中原位生成磁性小颗粒前纳米球的TEM图。

图2为实施例1中引入磁性小颗粒的纳米球的TEM图。其中：(a)为低放大倍数的TEM图，(b)为高放大倍数的TEM图，黑色小颗粒即为磁性小颗粒。

图3为实施例1中纵向弛豫时间与铁离子浓度之间的关系图，其弛豫率为165.2mM^-1s^-1。

图4为实施例1中磁性纳米球的T₂磁共振成像图。当磁性纳米球注射入人体病灶部位用于疾病诊断时，通过其在磁场作用下显现出的造影效果，可以观察病灶部位的病变情况，从而达到诊断的目的。

图5为实施例1中包裹了阿霉素药物的纳米球在pH为7.4的磷酸缓冲溶液中的缓释曲线图。当囊泡到达靶向病灶部位时，缓慢释放药物阿霉素，杀死癌细胞，达到治疗的目的。

具体实施方式

下面通过实施例进一步说明本发明。

实施例1

以一端溴化的聚乙二醇单甲基醚（PEO-Br）为引发剂，溴化亚铜（CuBr）为催化剂，PMDETA为配体，无水甲醇为溶剂，与引发剂的摩尔比为80︰1的丙烯酸叔丁酯（tBA）作为单体，通过原子转移自由基聚合（ATRP）反应得到两嵌段聚合物PEO-b-PtBA，在催化剂（TFA）作用下部分水解PtBA链段，得到带有羧基（-COOH）的两亲性嵌段共聚物PEO-b-P(AA-stat-tBA)。

将合成的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和需要包覆的药物如阿霉素溶解在有机溶剂THF中，聚合物浓度为10mg/mL，完全溶解后装入透析袋中，在去离子水中透析3天，每隔24h换一次水，透析袋中最终产物为聚合物组装成的包裹了药物的纳米囊泡。

将含有金属离子二价铁和三价铁的溶液加入到透析好的胶束溶液中，搅拌过夜，逐滴滴加pH=10~13的碱性溶液NaOH，60^oC条件下反应2h，得到棕色溶液即为载药的可用于磁共振T₂成像的囊泡造影剂。

如图1所示，两亲性嵌段共聚物组装成的纳米囊泡形貌清晰可见，粒径在120nm左右，呈空心结构，均匀分散。

如图2所示，磁性纳米囊泡结构清晰，可见到其空心内腔，膜层由衬度较大的磁性小颗粒组成。

如图3所示，纵向弛豫时间与铁离子浓度呈线性关系，其斜率即弛豫率为165.2mM^-1s^-1。

如图4所示，磁共振成像图的信号强度随着铁离子浓度加大而逐渐变弱。当磁性纳米球注射入人体病灶部位用于疾病诊断时，通过其在磁场作用下显现出的造影效果，可以观察病灶部位的病变情况，从而达到诊断的目的。

如图5所示，包裹了阿霉素药物的纳米囊泡在pH为7.4的磷酸缓冲溶液中缓慢释放药物。当囊泡到达靶向病灶部位时，缓慢释放药物阿霉素，杀死癌细胞，达到治疗的目的。

实施例2

以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，乙腈为溶剂，与引发剂摩尔比为80︰20︰1的二乙烯基苯（DVB）和甲基丙烯酸（MAA）作为单体，在70^oC条件下进行反应得到纳米微球PMAA-DVB，将含有金属离子二价铁溶液加入微球溶液中，搅拌过夜，再加入NaOH溶液，加热到60^oC，逐滴滴加过量H₂O₂，搅拌6h后透析至pH为中性。得到的棕色溶液即为可用于磁共振T₁成像的微球造影剂。

实施例3

以一端溴化的聚乙二醇单甲基醚（PEO-Br）为引发剂，溴化亚铜（CuBr）为催化剂，PMDETA为配体，无水甲醇为溶剂，与引发剂的摩尔比为160︰25︰1的丙烯酸叔丁酯（tBA）和丙烯酸（AA）作为单体进行ATRP反应得到带有羧基（-COOH）的两亲性嵌段聚合物PEO-b-P（tBA-stat-AA）。

将合成的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和需要包覆的药物紫杉醇溶解在有机溶剂DMSO中，聚合物浓度为0.8mg/mL，完全溶解后装入透析袋中，在去离子水中透析5h，每0.5h换一次水，透析袋中最终产物为聚合物组装成的包裹了药物的纳米囊泡。

将含有金属离子二价铁、三价铁和锰离子的溶液加入到透析好的囊泡溶液中，搅拌过夜，逐滴滴加碱性溶液氨水，反应6h，得到棕色溶液即为载药的可用于磁共振T₂成像的囊泡造影剂。

实施例4

以一端溴化的聚乙二醇单甲基醚（PEO-Br）为引发剂，溴化亚铜（CuBr）为催化剂，PMDETA为配体，无水甲醇为溶剂，与引发剂摩尔比为30︰1的2-（二乙氨基）甲基丙烯酸乙酯（DEA）为单体进行ATRP反应得到带有胺基的两亲性嵌段聚合物PEO-b-PDEA。

将合成的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和需要包覆的药物喜树碱溶解在有机溶剂THF中，聚合物浓度为1mg/mL，完全溶解后装入透析袋中，在去离子水中透析10h，每2h换一次水，透析袋中最终产物为聚合物组装成的包裹了药物的纳米胶束。

将含有金属离子二价铁、三价铁和锌离子的溶液加入到透析好的胶束溶液中，搅拌过夜，逐滴滴加pH=13的碱性溶液NaOH，反应2h，得到棕色溶液即为载药的可用于磁共振T₂成像的胶束造影剂。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于诊疗的磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于所述造影剂是由带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和药物自组装成包裹了药物的实心球或空心球，并在其表面或膜层通过离子键或络合作用吸附金属离子，再通过化学方法原位生成磁性小颗粒，得到同时负载了药物和磁性小颗粒的纳米球，即为用于诊疗的磁共振成像造影剂；该造影剂是直径为20～1000nm的纳米球，其中直径为1～30nm的磁性小颗粒附着在纳米球上，两亲性嵌段共聚物自组装形成的实心球或空心球直径为20～1000nm；造影剂用于T1 成像或T2 成像，载药率为5%～60%，饱和磁化强度为2～100emu/g，磁共振成像的弛豫率为10～500mM^-1s^-1；所述的聚合物组装成的空心球或实心球是胶束、囊泡或微球中的一种或两种及以上；制备方法具体步骤如下：

(1)诊疗胶束的制备：以一端溴化的聚乙二醇单甲基醚为引发剂，溴化亚铜为催化剂，PMDETA 为配体，无水甲醇为溶剂，与引发剂摩尔比为30 ︰ 1 的2-（二乙氨基）甲基丙烯酸乙酯为单体进行ATRP 反应得到带有胺基的两亲性嵌段聚合物PEO-b-PDEA；将合成的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和需要包覆的药物喜树碱溶解在有机溶剂THF中，聚合物浓度为1mg/mL，完全溶解后装入透析袋中，在去离子水中透析10h，每2h换一次水，透析袋中最终产物为聚合物组装成的包裹了药物的纳米胶束；将含有金属离子二价铁、三价铁和锌离子的溶液加入到透析好的胶束溶液中，搅拌过夜，逐滴滴加pH=13的碱性溶液NaOH，反应2h，得到棕色溶液即为载药的可用于磁共振T₂成像的胶束造影剂；

（2）诊疗囊泡的制备：以一端溴化的聚乙二醇单甲基醚为引发剂，溴化亚铜为催化剂，PMDETA为配体，无水甲醇为溶剂，与引发剂的摩尔比为160 ︰ 25 ︰ 1的丙烯酸叔丁酯和丙烯酸作为单体进行ATRP 反应得到带有羧基的两亲性嵌段聚合物PEO-b -P（t BA-stat -AA）；将合成的带有特殊基团的两亲性嵌段共聚物和需要包覆的药物紫杉醇溶解在有机溶剂DMSO中，聚合物浓度为0.8mg/mL，完全溶解后装入透析袋中，在去离子水中透析5h，每0.5h换一次水，透析袋中最终产物为聚合物组装成的包裹了药物的纳米囊泡；将含有金属离子二价铁、三价铁和锰离子的溶液加入到透析好的囊泡溶液中，搅拌过夜，逐滴滴加碱性溶液氨水，反应6h，得到棕色溶液即为载药的可用于磁共振T₂成像的囊泡造影剂；

（3）诊疗微球的制备：以偶氮二异丁腈为引发剂，乙腈为溶剂，与引发剂摩尔比为80 ︰ 20 ︰ 1的二乙烯基苯和甲基丙烯酸作为单体，在70^oC 条件下进行反应得到纳米微球PMAA-DVB，将含有金属离子二价铁溶液加入微球溶液中，搅拌过夜，再加入NaOH溶液，加热到60^oC，逐滴滴加过量H₂O₂，搅拌6h后透析至pH为中性；得到的棕色溶液即为可用于磁共振T₁成像的微球造影剂。