CN102940894A - 基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向ct造影剂的制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备方法，包括：以氨基末端的第二代聚酰胺-胺树状大分子为稳定剂，在水浴条件下制备金纳米颗粒；透析干燥处理后，在纳米颗粒表面树状大分子的氨基上共价键修饰靶向试剂叶酸，随后对树状大分子表面剩余的氨基进行全部乙酰化处理；将反应后的溶液进行透析，冷冻干燥处理得到终产品；对产品进行体外、体内CT造影性能进行评价。本发明该方法原料价格相对低廉，制备过程温和，简单易行，制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒具有良好的稳定性、水溶液分散性和生物相容性，具有增强的靶向肿瘤CT造影效果，具有潜在的靶向CT造影应用前景。

Description

基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备

技术领域

本发明属靶向CT造影剂的制备领域，特别涉及一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备。

背景技术

癌症（医学术语亦称恶性肿瘤），现在已直接或间接地影响许多人的生活，成为影响人类健康的头号杀手。因此，对癌症的防治和治疗成为各国生物医学领域研究者的关注对象。由于癌细胞具有局部浸润性和远处转移特性，晚期往往难以治疗和控制。因此，早期的诊断和治疗成为治愈癌症的关键。对于身体特定部位或组织的病变，研究者们认为不需要全身给药或是全身辐射治疗。因此，新型的治疗需要精确控制药物在特定部位释放，以及对药物行为进行持续监测。对医药发展的迫切需求使得多学科领域的研究偏向于制备能精确控制的材料。

纳米材料的出现，特别是具有靶向功能的纳米材料的发展，使得肿瘤部位的早期检测和诊断成为可能。由于肿瘤细胞具有不同于正常细胞的特性，其吞噬能力大为提高，可通过内吞作用内化纳米颗粒。同时，其细胞表面具有不同于正常细胞的受体，使得特异性靶向结合具有可能性。

CT技术因其优良的空间和密度分辨率而成为最为广泛的分子影像学手段之一，在临床上受到广泛的使用。为了提高造影效果，目前临床上多使用基于碘的小分子造影剂。这种造影剂存在体内循环时间短、不具备靶向性、及高浓度时的肾脏毒性等缺点。因此，开发新型的造影剂体系非常必要。至今，新型造影剂的开发更多关注的是无机纳米颗粒。

金纳米颗粒因其较高的X-射线吸收系数、良好的生物相容性，以及表面易修饰性等独特的性质和明显的优势正受到越来越广泛的关注。同时，纳米颗粒本身显示出的延长的体内循环时间进一步使肿瘤靶向造影成为可能。目前，关于具有靶向性能的CT造影剂的研究鲜有报道。Wang等[Wang,H.,et al.,Folic acid-modified dendrimer-entrapped goldnanoparticles as nanoprobes for targeted CT imaging of human lung adencarcinoma.Biometarials,2012.23(42):p.1-11.]以叶酸修饰的第五代聚酰胺-胺树状大分子为模板包裹金纳米颗粒，制备具有肺癌肿瘤模型靶向性能的靶向CT造影剂。但使用的高代数的树状大分子价格昂贵，从而限制了其应用。

树状大分子是一类商业化的、结构可精确控制的有机大分子，是一类比较常见的金属纳米颗粒的模板和稳定剂。目前研究多关注于高代数的树状大分子，其较多的内部空腔和丰富的表面基团可用于制备和稳定金属纳米颗粒。相比之下，低代数树状大分子用于制备金属纳米颗粒的研究鲜有报道。低代数树状大分子内部空腔少，表面基团也不够丰富，故制备金属纳米颗粒有一定的难度。但低代数树状大分子的价格相对低廉，结构更加精确可控等独特性质，也使其具有潜在的研究价值。鉴于此，本专利采用末端氨基的第二代聚酰胺-胺（PAMAM）树状大分子为金纳米颗粒的稳定剂，随后修饰叶酸赋予纳米颗粒靶向性能，研究该复合纳米颗粒的靶向CT造影效果。

检索国内外有关金纳米颗粒用于CT造影方面的文献和专利结果发现：在本发明完成之前，还没有发现基于第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备及其CT造影性能研究方面的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备，该方法原料价格相对低廉，制备过程温和，简单易行，制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒具有良好的稳定性、水溶液分散性和生物相容性，具有增强的靶向肿瘤CT造影效果，具有潜在的靶向CT造影应用前景。

本发明的一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备，包括：

（1）称取末端为氨基的第二代聚酰胺-胺树状大分子，配制浓度为5-15mg/mL的水溶液，预热，之后按照树状大分子/金摩尔投料比为1：3，加入氯金酸溶液，磁力搅拌反应3-4h，反应结束后，透析、冷冻干燥处理，得到氨基末端的树状大分子稳定的金纳米颗粒；

（2）称取氨基末端的树状大分子稳定的金纳米颗粒，配制颗粒浓度为5-15mg/mL的二甲基亚砜溶液。以叶酸摩尔数5-10倍的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐活化叶酸3-5h；按照叶酸与树状大分子摩尔比为1.5：1，加入已活化的叶酸溶液。磁力搅拌反应1-4天后，加入树状大分子末端氨基摩尔数6-12倍的三乙胺，搅拌10-30min；之后加入树状大分子末端氨基摩尔数5-10倍的乙酸酐，进行乙酰化反应，搅拌反应12-36h；随后透析和冷冻干燥，得到乙酰化后的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒。

所述步骤（1）中的预热温度为50-70℃，时间为20-30分钟。

所诉步骤（2）中的制备得到的产品为靶向CT造影剂，应用于裸大鼠肿瘤模型靶向CT造影。

配制活性元素（金、碘）摩尔浓度为0.1mol/L的样品，以碘海醇作为对照，以叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒为靶向CT造影剂进行体外X-射线衰减性能测试和裸大鼠肿瘤模型体内CT造影性能评价。

使用NMR（核磁共振）、UV-Vis（紫外可见光谱）、TEM（透射电子显微镜）、CT机表征本发明获得的树状大分子稳定的金纳米颗粒的结果分别如下：

（1）NMR测试结果

¹H NMR图谱表明树状大分子表面基团的类型以及数量。参照说明书附图1。附图1a中出现在6-9ppm间的峰为叶酸的质子峰，表明叶酸成功修饰于树状大分子表面。附图1b中出现在1.87ppm处的化学位移峰为乙酰基中甲基的特征峰。由此可证明树状大分子表面的剩余氨基已通过乙酰化反应被转化为了乙酰基。

（2）UV-Vis测试结果

UV-Vis测试结果表明：本发明中制备得到的纳米颗粒在525nm左右出现了明显的吸收峰。参照说明书附图2。这是金纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）峰，表明本发明中成功制备得到了金纳米颗粒。所得纳米颗粒在不同pH（5-8）和温度（4-50℃）条件下具有良好的稳定性。参照说明书附图3。

（3）TEM测试结果

TEM测试结果显示了金纳米颗粒的尺寸及尺寸分布。参照说明书附图4。乙酰化前金纳米颗粒的平均尺寸为5.6nm，；乙酰化后平均尺寸为6.5nm。乙酰化后，金纳米颗粒的尺寸略有增大。

（4）细胞毒性试验结果

细胞毒性试验结果表明在200-3000nM范围内，乙酰化后的纳米颗粒显示良好的细胞相容性，与乙酰化前的产品相比有明显的提高。参照说明书附图5。

（5）体外X-射线衰减性能测试结果

体外X-射线衰减性能测试结果表明，叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒与传统造影剂碘海醇相比，表现出优于碘海醇的X-射线衰减系数。参照说明书附图6。与细胞共培养后，对细胞显示出优于未修饰叶酸纳米颗粒的CT增强造影作用。参照说明书附图7。

（6）体内CT造影测试结果

体内CT造影测试结果表明，叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒与未修饰叶酸纳米颗粒相比，表现出增强的靶向肿瘤造影效果。参见说明书附图8和图9。

本发明通过水热合成法制备金纳米颗粒，随后修饰靶向试剂叶酸。所得产品具有良好的稳定性和靶向肿瘤CT造影效果。

以第二代聚酰胺-胺树状大分子为稳定剂，通过水热合成法及表面修饰制备具有靶向CT造影功能的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒，本发明涉及了三个基本原理：

（1）聚酰胺-胺树状大分子末端氨基具有弱还原性，可以还原合成纳米金颗粒，其还原性在加热条件下有所增强。

（2）水热合成法简单、易操作，不需要外加其它还原剂，绿色环保。

（3）叶酸的修饰赋予纳米颗粒靶向特性。

有益效果

（1）本发明的制备原料价格相对低廉，制备过程温和，具有扩大规模生产的可能性；

（2）本发明方法制备的金纳米颗粒具有良好的稳定性和生物相容性；

（3）制备得到的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒具有增强的靶向肿瘤CT造影效果，为新型靶向造影剂的开发打下了良好的实验基础。

附图说明

图1为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒乙酰化前（a）、后（b）的¹H NMR谱图；

图2为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒乙酰化前后的UV-Vis谱图；

图3为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒在不同pH（5-8）（a）和温度（4-50℃）（b）条件下的UV-Vis图谱；

图4为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒TEM图片，以及相应的尺寸分布图。其中，乙酰化前（a，b）、乙酰化后（c，d）；

图5为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒的细胞毒性试验结果；

图6为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒与碘海醇的体外X-射线衰减性能比较；

图7为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒与未修饰叶酸的纳米颗粒的体外细胞CT值比较；

图8为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒（a）与未修饰叶酸的纳米颗粒（b）对裸大鼠肿瘤模型靶向CT造影图片比较；

图9为本发明制备的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒与未修饰叶酸的纳米颗粒静脉注射后的肿瘤部位CT值。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

取HAuCl₄30mg，溶于蒸馏水中，磁力震荡使之充分溶解均匀，配制成浓度为30mg/mL的溶液。取第二代聚酰胺-胺树状大分子（G2.NH₂）150.00mg，溶于15mL蒸馏水中，磁力震荡使之充分溶解均匀。将该溶液置于60℃水浴中预热20min。取HAuCl₄溶液1.897mL，加入预热好的树状大分子溶液中。温度维持在60℃，磁力搅拌反应3.0h。反应结束后，对所得溶液进行蒸馏水（6次，2L/次）透析。然后进行冷冻干燥处理，得到乙酰化前的树状大分子稳定的金纳米颗粒，-20℃保存。

实施例2

称取叶酸20.05mg，溶于5mL二甲基亚砜中。磁力搅拌中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐溶液（3.483mL，12.50mg/mL），搅拌反应3.0h。取实施例1制备的乙酰化前的树状大分子稳定的金纳米颗粒100.00mg，溶于10mL二甲基亚砜溶液中。随后，加入活化好的叶酸溶液7.282mL，磁力搅拌反应3d。反应结束后，对所得溶液进行透析，蒸馏水（6次，2L/次）。然后进行冷冻干燥处理，得到乙酰化前的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒，-20℃保存。

¹H NMR谱图结果显示6-9ppm间出现了叶酸的质子峰，表明叶酸成功修饰于树状大分子表面。（附图1a）。UV-Vis测试结果表明：谱图中出现的吸收峰位于525nm左右（附图2）。这表明金纳米颗粒的成功制备。TEM测试结果表明：制备得到的金纳米颗粒的尺寸分布为5.6±1.9nm（附图4）。

实施例3

取实施例2制备好的叶酸修饰的乙酰化前的树状大分子稳定的金纳米颗粒80.30mg，溶于8mL蒸馏水中。加入三乙胺0.245mL，搅拌0.5h。之后，加入乙酸酐0.139mL，搅拌反应24h。反应结束后，用PBS缓冲液（3次，2L/次）和蒸馏水（3次，2L/次）对反应混和液进行透析。然后进行冷冻干燥处理，得到叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒，-20℃保存。

¹H NMR谱图结果显示乙酰化反应后出现了乙酰甲基的峰（1.87ppm），表明乙酰化反应的成功进行（附图1）。UV-Vis测试结果表明：谱图中出现的吸收峰位于525nm左右（附图2）。这表明乙酰化后，金纳米颗粒的尺寸没有发生明显的改变。TEM测试结果表明：制备得到的金纳米颗粒的尺寸分布为6.5±2.7nm（附图4）。叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒具有良好的单分散性，未出现团聚现象。

实施例4

取实施例3制备得到的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒，配制为0.5mg/mL的水溶液。之后，以0.1M的盐酸或氢氧化钠调节其pH值（5.0、6.0、7.0、8.0）。室温放置20min后，进行紫外测试。

取实施例3制备得到的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒，配制为0.5mg/mL的水溶液。之后，放置于不同温度条件（4、室温20、37、50℃）下。稳定半小时后，进行紫外测试。

该产品在不同pH（5-8）和温度（4-50℃）条件下的紫外图谱没有发生明显的偏移和改变，表明其具有良好的稳定性（附图3）。

实施例5

取实施例2制备得到的乙酰化前和实施例3制备的乙酰化后的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒各5.24mg和5.05mg，用无菌PBS缓冲液配置成60000nM的母液。之后梯度稀释为2000，5000，10000，20000，30000nM的样品溶液。

取培养好的KB细胞种于96孔板中，按照1万细胞/孔的密度接种，每孔体积200μL。培养过夜后，加入上述各稀释梯度的样品，与细胞共培养24h。每个梯度用培养液稀释10倍，即每孔终浓度分别为200，500，1000，2000，3000nM。每个梯度做5个平行孔，以PBS缓冲液作为空白对照。随后用MTT法检测细胞活力。每孔加MTT溶液（5mg/mL）20μL，37℃孵化4h。之后除去孔中液体，加入二甲亚砜溶液200μL。摇床混匀20min。之后用酶标仪检测570nm处吸光度值。

MTT测试结果显示，乙酰化前的产品在试验浓度范围内，显示出一定的细胞毒性。同样以PBS作为空白对照，乙酰化后的产品在此范围内均不显示出细胞毒性。表明乙酰化能显著提高纳米颗粒的细胞相容性（附图5）。

实施例6

取实施例3制备得到的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒，以蒸馏水为溶剂，配制金浓度为0.1M的母液。之后梯度稀释出0.08，0.06，0.04，0.02，0.01和0.005M的样品。同时，以临床用碘海醇为对照材料，以蒸馏水稀释出相应碘浓度的样品。之后，对这两组材料进行CT成像测试。

CT成像测试结果显示，在试验浓度范围内，叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒表现出明显优于碘海醇的X-射线衰减系数，具有较好的CT造影应用潜力（附图6）。

实施例7

取培养好的KB细胞种于6孔板中，按照150万细胞/孔的密度接种，每孔体积2.5mL。培养过夜后，加入上述实施例5中各稀释梯度的样品，与细胞共培养3h。同时，以对比例1中未修饰叶酸的树状大分子稳定的金纳米颗粒为对照，配制相应的浓度梯度。每个梯度稀释10倍，即每孔终浓度分别为200，500，1000，2000，3000nM。之后PBS洗三次，胰酶消化，分散于0.1mL PBS缓冲液中，进行CT成像测试。

CT成像测试结果显示，与对比例1中制备的未修饰叶酸的树状大分子稳定的金纳米颗粒相比，叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒更易被KB细胞吞噬，使CT值有更为明显的提高（附图7）。这主要是由于KB细胞表面具有较高的叶酸受体表达，因而叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒可特异性靶向CT造影。

实施例8

取裸大鼠两只，建立KB肿瘤模型。对裸大鼠腋下接种培养好的KB细胞，每只接种约700万个KB细胞。三周后，肿瘤可见，体积约1.3cm³。

取实施例3制备得到的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒220mg，分散于无菌PBS缓冲液中，制备得到金浓度为0.1M的溶液。取大鼠一只（约120g），按照每千克体重0.47mmol金的剂量，尾静脉注射造影剂，进行肿瘤模型靶向CT成像实验。间隔时间点CT扫描。对扫描图片测量各主要器官的CT值。以对比例中未修饰叶酸的树状大分子稳定的金纳米颗粒为对照，注射金的剂量保持一致。

肿瘤模型靶向CT成像实验结果显示，未修饰叶酸的纳米颗粒在30min内显示逐渐增加的肿瘤造影效果，随后效果持平。相比之下，叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒的增加趋势更为明显，一直持续到60min。随后，造影效果持平至90min。120min时，二者造影效果均略有降低。结果表明，叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒可通过靶向作用，特异性的持续进入肿瘤部位，提供更为明显的肿瘤部位CT造影效果。总之，本发明制备的产品在体内可持续被肿瘤组织吞噬，表现出优于非靶向材料的靶向CT造影效果。

对比例1

取实施例1中制备的未经透析的树状大分子稳定的金纳米颗粒溶液（G2.NH₂，37.24mg），冷却至室温。加入三乙胺0.154mL，搅拌0.5h。之后，加入乙酸酐0.087mL，搅拌反应24h。反应结束后，用PBS缓冲液（3次，2L/次）和蒸馏水（3次，2L/次）对反应混和液进行透析，然后进行冷冻干燥处理，得到未修饰叶酸的树状大分子稳定的金纳米颗粒，-20℃保存，将作为对照材料用于细胞和动物实验。

Claims (3)

1.一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备，包括：

（1）称取末端为氨基的第二代聚酰胺-胺树状大分子，配制浓度为5-15mg/mL的水溶液，预热，之后按照树状大分子/金摩尔投料比为1：3，加入氯金酸溶液，磁力搅拌反应3-4h，反应结束后，透析、冷冻干燥处理，得到氨基末端的树状大分子稳定的金纳米颗粒；

（2）称取氨基末端的树状大分子稳定的金纳米颗粒，配制颗粒浓度为5-15mg/mL的二甲基亚砜溶液；以叶酸摩尔数5-10倍的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐活化叶酸3-5h；按照叶酸与树状大分子摩尔比为1.5：1，加入已活化的叶酸溶液。磁力搅拌反应1-4天后，加入树状大分子末端氨基摩尔数6-12倍的三乙胺，搅拌10-30min；之后加入树状大分子末端氨基摩尔数5-10倍的乙酸酐，进行乙酰化反应，搅拌反应12-36h；随后透析和冷冻干燥，得到乙酰化后的叶酸修饰的树状大分子稳定的金纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备，其特征在于：所述步骤（1）中的预热温度为50-70℃，时间为20-30分钟。

3.根据权利要求1所述的一种基于叶酸修饰的第二代聚酰胺-胺树状大分子稳定的金纳米颗粒的靶向CT造影剂的制备，其特征在于：所诉步骤（2）中的制备得到的产品为靶向CT造影剂，应用于裸大鼠肿瘤模型靶向CT造影。

Images