CN102961765A - 一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法，其构筑单元以diPMCD为主体，以锰卟啉为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体，其制备方法是：将6-异硫氰基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精和乙二胺在氩气保护下溶于乙腈中，室温下搅拌过夜，旋蒸除去溶剂，将剩余固体用柱层析提纯，得白色diPMCD固体；将上述diPMCD和锰卟啉溶解于水中并均匀混合，再加入抗坏血酸钠即可制得目标物。本发明的优点是：该超分子纳米纤维的制备方法简单，组分之间具有较强的键合能力；该超分子纳米纤维可以有效的在小鼠体内成像，其在磁共振成像造影剂领域有着广阔的应用前景并且提供了一种新的制备造影剂的方法。

Description

一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法

【技术领域】

本发明属于纳米超分子材料，特别是一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法。

【背景技术】

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging）是近年来一种新型的高科技影像学检查方法，采用非创伤性放射的方式获得整个生命体的空间和时间解析三维（3D）影像。这种新的诊断技术虽然从20世纪80年代初才应用于临床医学，但由于具有无电离辐射性（放射线）损害、无骨性伪影、能多方向（横断、冠状、矢状切面等）和多参数成像、高度的软组织分辨能力、无需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点，目前已成为诊断和监测一些疾病的主要手段，参见：1）C.H.Polman,S.C.Reingold,G.Edan,M.Filippi,H.-P.Hartung,L.Kappos,F.D.Lublin,M.Metz Luanne,H.F.McFarland,P.W.O'Connor,M.Sandberg-Wollheim,A.J.Thompson,B.G.Weinshenker,J.S.Wolinsky.Ann.Neurol.2005,58,840-846；2）C.H.Polman,J.S.Wolinsky，S.C.Reingold.Mult.Scler.2005,11,5-12。但是磁共振成像检测的缺点是灵敏度较低、检测时间长和检测费用昂贵，因此需要辅助使用磁共振造影剂，以提升和扩展磁共振成像在分子成像领域的应用，参见：E.Terreno,D.D.Castelli,A.Viale,S.Aime.Chem.Rev.2010,110，3019-3042。

纳米结构是指那些定义在一到几百纳米之间且至少具有一维尺度的微观结构。由于其展现出的独特和优越的性质，以及在多方面优于宏观结构的应用，正在受到科学家的越来越多的关注，参见：1）Handbook of Nanostructured Materialsand Nanotechnology,Academic Press，New York 2000；2）A.Thiaville,J.Miltat.Science 1999,284,1939。正是因为在介观物理和构筑纳米器件方面展示出的独一无二的应用价值，在纳米结构这一广泛研究领域中，对一维（1D）纳米结构（线、棒、带、管）的研究一直处于核心地位，参见：1）Z.L.Wang.Adv.Mater.2000,12,1295；2）J.Hu,T.W.Odom,C.M.Lieber.Acc.Chem.Res.1999,32,435；3）Aspecial issue in MRS Bull.1999,24,20-49。

超分子自组装是构筑一维纳米器件的最主要方法之一。由于分子之间存在着广泛的非共价键力，包括疏水亲水相互作用、静电作用、氢键、微相分离和形状效应等，因此可以彼此间自发地组织形成高度规整的超分子结构并显示超出单体单纯累加所具有的功能，参见：1）H-J.Scheider.Angew.Chem.Int.Ed.2009,48,3924-3977；2）D.M.Vriezema,M.C.Aragonès,J.A.A.W.Elemans,J.J.L.M.Cornelissen,A.E.Rowan,R.J.M.Nolte.Chem.Rev.2005,105,1445-1489。以环糊精为代表的大环主体与客体分子的包结配位相互作用通常是在生物兼容的水介质中进行的，而这一介质对于其它非共价键相互作用并非十分有利。

在超分子化学的研究中，环糊精是一类非常重要的主体化合物。未经化学修饰的环糊精是由淀粉在环糊精糖基转移酶的作用下降解得到的，由D-(+)-吡喃葡萄糖通过α-1,4-糖苷键首尾相连形成的半天然化合物。由于环糊精具有疏水的空腔和亲水的表面，可作为主体化合物与无机、有机和生物分子结合生成主/客体或超分子配合物，并可作为一种优良的酶底物相互作用模型被应用于多个科学技术领域，参见：1）J.Szejtli.Chem.Rev.1998,98,1743-1753；2）W.Saenger,J.Jacob,K.Gessler,T.Steiner,D.Hoffmann,H.Sanbe,K.Koizumi,S.M.Smith,T.Takaha.Chem.Rev.1998,98,1787-1802。为了改善环糊精自身性质的局限，一系列以环糊精为基础的衍生物不断被合成出来。其中，甲基化环糊精是一类在天然环糊精基础上将羟基烷基化的化合物，参见：1）S.Tomas,S.Wolfram.Angew.Chem.Int.Ed.1998,37,3404；2）K.Harata.Chem.Rev.1998,98,1803。由于环糊精的葡萄糖单元上的羟基发生了不同程度的取代，因此甲基化环糊精同天然环糊精相比，性质发生了一些明显的变化。比如空腔扩展，参见：Stefan,I.;Frieder W.L,D.Starch 1996,48,225-232、柔性增加，参见：R.C.Mino,A.B.Susan,T.M.Welcome,M.D.Pamela.Chem.Commun.2004,2216-2217，而且无论是在有机相还是水相中，甲基化环糊精的溶解度一般都明显优于天然环糊精。此外，仍旧疏水的空腔使甲基化环糊精对客体分子仍具有键合能力，参见：R.I.Gelb,L.M.Schwartz.J.Inclusion Phenom.Mol.Recognit.Chem.1989,7,537-543。特别是，一旦环糊精葡萄糖单元上的羟基全部被取代形成所谓的全甲基化环糊精，其空腔尺寸，疏水区域，对客体键合能力与天然环糊精相比则将发生更为显著的变化。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述技术分析，提供一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法，该制备方法工艺简单、易于实施，制备的超分子纳米纤维中组分之间具有较强的键合能力。

本发明的技术方案：

一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法，其构筑单元以桥联全甲基化β-环糊精为主体（diPMCD），以聚乙二醇修饰的金属卟啉（锰卟啉）为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体，其制备方法步骤如下：

1）将6-异硫氰基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精和乙二胺在氩气保护下溶于乙腈溶剂中，在18-25℃温度下搅拌8-12小时，旋蒸除去溶剂，将剩余固体用柱层析提纯，得白色diPMCD固体，所述6-异硫氰基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精、乙二胺与乙腈溶剂的用量比为2mol∶1mol∶50L；

2）将上述制得的diPMCD和锰卟啉溶解于水中并均匀混合，再加入抗坏血酸钠即可制得超分子纳米纤维，所述diPMCD、锰卟啉和抗坏血酸钠在水中的浓度的浓度分别为0.05mmol、0.05mmol和9.90mmol。

本发明的优点是：该超分子纳米纤维的制备方法，基于全甲基化β-环糊精和水溶性金属卟啉二元超分子组装构筑的纳米超分子纤维，制备方法简单，组分之间具有较强的键合能力；该超分子纳米纤维可以有效的在小鼠体内成像，其在磁共振成像造影剂领域有着广阔的应用前景并且提供了一种新的制备造影剂的方法。

【附图说明】

图1为该超分子纳米纤维超分子组装体的构筑结构示意图。

图2为在锰卟啉溶液中不断加入diPMCD的紫外光谱变化图。

图3为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维的ROSEY二维核磁谱图。

图4为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维的原子力显微镜图像。

图5为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维的透射电子显微镜图像。

图6为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维的动态光散射图。

图7为氯化锰、锰卟啉以及锰卟啉和diPMCD的纳米纤维分别和NIH3T3细胞（正常细胞）进行孵化后连续记录三天的各组细胞的数量对比图。

图8为氯化锰、锰卟啉以及锰卟啉和diPMCD的纳米纤维分别和NIH3T3细胞（正常细胞）进行孵化72小时后活细胞的形态图。

图9为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维的磁共振实验T1加权图像。

图10为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维的弛豫度曲线。

图11为锰卟啉和diPMCD的纳米纤维在裸鼠体内的磁共振T1加权图像。

【具体实施方式】

实施例：

一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

1）将630mg 6-异硫氰基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精和13mg乙二胺在氩气保护下溶于10mL乙腈溶剂中，在22℃温度下搅拌10小时，旋蒸除去溶剂，剩余固体用柱层析提纯，得300mg白色diPMCD固体，产率51%。

1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.54(s,2H),6.28(s,2H),5.13(d,J=10.4Hz,10H),5.01(s,2H),4.94(s,2H),4.20–3.04(m,208H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ182.63,99.88,99.08,98.98,98.82,82.29,82.10,81.92,81.76,81.63,81.10,80.41,80.24,80.13,77.26,71.70,71.44,71.07,71.00,70.90,70.83,70.01,61.64,61.54,61.41,61.36,61.32,59.41,59.24,59.11,59.04,58.86,58.71,58.65,58.53,58.39,43.95,42.97.HRMS(MALDI):m/z:[M+Na]+calcd for C₁₂₈H₂₂₆N₄O₆₈S₂Na⁺2994.3638;found:2994.3680.

2）将上述制得的15mg diPMCD和12.5mg锰卟啉溶解于100mL水中并均匀混合，再加入200mg抗坏血酸钠即可制得超分子纳米纤维。

图1为该超分子纳米纤维超分子组装体的构筑结构示意图。

该超分子纳米纤维的粒径和形貌分别通过紫外光谱、核磁光谱、原子力显微镜、透射电子显微镜和动态光散射所表征，如图2、图3、图4、图5、图6所示。

该超分子纳米纤维的体外和体内磁共振实验：

1）将氯化锰、锰卟啉以及纳米纤维分别与NIH3T3细胞（正常细胞）进行孵化，连续记录三天各组细胞的数量，如图7所示，图中表明，纳米纤维的细胞毒性远远低于参照化合物氯化锰的细胞毒性；纳米纤维的细胞毒性低于参锰卟啉的细胞毒性。

2）在3特斯拉磁共振扫描仪扫描下，纳米纤维的T1加权图像如图9所示.如图10所示，纳米纤维的弛豫度通过线性拟合得到，为16.88毫摩尔每升每秒。

3）如图11所示，纳米纤维通过尾静脉注射到裸鼠体内，在3特斯拉磁共振扫描仪扫描下，该纳米纤维可以使得小鼠的血管、肾脏和膀胱组织得到有效的图像增强。

Claims (1)

1.一种用于磁共振成像造影的超分子纳米纤维的制备方法，其特征在于：构筑单元以桥联全甲基化β-环糊精为主体（diPMCD），以聚乙二醇修饰的金属卟啉（锰卟啉）为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体，其制备方法步骤如下：

1）将6-异硫氰基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精和乙二胺在氩气保护下溶于乙腈溶剂中，在18-25℃温度下搅拌8-12小时，旋蒸除去溶剂，将剩余固体用柱层析提纯，得白色diPMCD固体，所述6-异硫氰基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精、乙二胺与乙腈溶剂的用量比为2mol：1mol：50L；

2）将上述制得的diPMCD和锰卟啉溶解于水中并均匀混合，再加入抗坏血酸钠即可制得超分子纳米纤维，所述diPMCD、锰卟啉和抗坏血酸钠在水中的浓度的浓度分别为0.05mmol、0.05mmol和9.90mmol。

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