CN103055328A

CN103055328A - 一种可降解树枝状大分子磁共振造影剂及其制备方法

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Publication number: CN103055328A
Application number: CN2012105850925A
Authority: CN
Inventors: 唐建斌; 申有青; 李亭亭; 隋梅花
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103055328B

Abstract

本发明公开了一种可降解树枝状大分子磁共振造影剂及其制备方法。该造影剂以可生物降解的树枝状大分子为骨架，连接小分子钆螯合物，形成树枝状大分子磁共振造影剂。这种造影剂的弛豫率可达17.4mM^-1·s^-1，明显高于普通造影剂的弛豫率，它具有更好的MRI的造影效果，并且可以通过大分子造影剂的超通透和滞留效应富集在肿瘤组织中，提高MRI的灵敏度，提升早期癌症的诊断水平。另外，该造影剂能够在体内能酯酶的催化下水解逐步排除体外，避免由于钆在体内累积产生毒性。该造影剂制备方法，操作简单，易于控制，适于工业化大规模生产。

Description

一种可降解树枝状大分子磁共振造影剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁共振造影剂领域，具体涉及一种可降解树枝状大分子磁共振造影剂及其制备方法。

背景技术

核磁共振成像（MRI）作为一种重要的医学成像技术，目前已经广泛应用于人体的各组织器官的造影诊断中。通过使用造影剂的辅助成像，使得它对检测组织坏死、局部缺血和各种恶性病变及肿瘤等具有很高的分辨率，并且具有无毒、无放射性损伤且灵敏度高等一系列特点。

将金属螯合剂接在大分子骨架上，增加其体内循环时间和驰豫率，并可通过超通透和滞留（EPR）效应主动或被动地靶向癌组织，能够提高造影剂的造影效果（Kopecek,J.;Kopeckova,P.;Minko,T.;Lu,Z.R.;Peterson,C.M.,Water soluble polymers in tum or targeted delivery.Journal ofControlled Release 2001,74(1-3),147-158.）。中国专利申请CN200510029604.X中报道了以一种端醛基聚氧乙烯-二乙三胺五乙酸嵌段聚合物及其合成方法，制备出一种磁共振成像用的高分子造影剂，其制备工艺是，先将二异氰酸酯与端羟基的聚氧乙烯-二乙三胺五乙酸嵌段聚合物反应，制得端异氰酸酯基聚氧乙烯-二乙三胺五乙酸嵌段聚合物，再将制得的聚合物与羟基醛化合物反应，制得端醛基聚氧乙烯-二乙三胺五乙酸嵌段聚合物粗制品，最后提纯制得端醛基聚氧乙烯-二乙三胺五乙酸嵌段聚合物。中国专利ZL200610117654.8中报道了一种肝靶向性高分子磁共振成像造影剂及其合成方法，其以α,β-聚[(2-胺乙基)-L-天冬酰胺]为主链，以半乳糖为靶向基团，二乙三胺五乙酸/L-酪氨酸甲酯衍生物为Gd³⁺配体，合成了一种具有肝靶向性的、生物可降解的高分子磁共振成像造影剂；该造影剂的毒性较低，生物相容性好，驰豫率优于商用小分子造影剂；动物实验证明，与市售小分子造影剂相比，其在肝部组织增强作用为市售小分子造影剂（钆喷酸葡胺）的3倍；在肝部组织的停留时间大于24小时，比商用小分子造影剂在肝部停留时间长18小时。但是，这类线性高分子造影剂，存在分子量难以控制且分布较宽，造影效率低等缺点，限制了其临床应用（Hisata；Kobayasbi；Martin；W.Brecbbiel,Dwndrimer-based M acrom olecular MRI Contrast Agents:Characteristics andApplication.Molecular Imaging2003,2,1-10.）。

中国专利ZL200910100118.0中公开了一种聚酯树枝状大分子的合成方法，通过丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯（MAEA）和半胱胺交替反应得到一种聚酯树枝状大分子。此类聚酯树枝状大分子具有合成简单，分子量分布单一，而且能够在快速水解。如能拓展其应用将具有重要的意义。

发明内容

本发明针对普通树枝状大分子造影剂的不可降解和毒性问题，提供了一种可降解的树枝状大分子磁共振造影剂及其制备方法，采用聚酯树枝状大分子与钆金属螯合物键合，得到可降解的树枝状大分子磁共振造影剂，操作简便，适于工业化生产。

一种可降解树枝状大分子磁共振造影剂，是以聚酯树枝状大分子为骨架，外围末端基团连接钆的螯合物，结构如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，m、n、a和b均为0；

或者，m为12，n、a和b均为0；

或者，m为12，n为24，a和b均为0；

或者，m为12，n为24，a为48，b为0；

或者，m为12，n为24，a为48，b为96；

A为

结构单元；

X为

结构单元。

本发明可降解树枝状大分子磁共振造影剂的基本骨架为生物降解的树枝状大分子，连接小分子钆螯合物，这种结构的造影剂的弛豫率明显高于普通造影剂的弛豫率，具有更好的MRI的造影效果，并且可以通过大分子造影剂的超通透和滞留效应富集在肿瘤组织中，提高MRI的灵敏度，提升早期癌症的诊断水平。另外，该造影剂能够在体内水解逐步排出体外，避免由于钆在体内累积产生毒性。

所述的可降解树枝状大分子磁共振造影剂的制备方法，包括：

将带双键的聚酯树枝状大分子与半胱胺反应，得到第一代带胺基的树枝状大分子，或者将带双键的聚酯树枝状大分子依次与半胱胺和丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯重复反应1-4次，分别得到第二代至第五代带胺基的树枝状大分子，再将第一代至第五代带胺基的树枝状大分子与经N,N-二环己基碳二亚胺（DCC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化的外围键接螯合物反应，得到树枝状大分子配体，然后将该树枝状大分子配体与三乙酸钆络合，得到可降解树枝状大分子磁共振造影剂；

所述的带双键的聚酯树枝状大分子的结构如式G1所示：

所述的外围键接螯合物为二乙三胺五乙酸（DTPA）。

所述的带双键的聚酯树枝状大分子的制备方法包括：将三(2-氨基乙基)胺和丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯（MAEA）反应，得到带双键的聚酯树枝状大分子。具体可参照中国专利ZL200910100118.0中的方法合成得到。所述的带双键的聚酯树枝状大分子可以为1-6代的任意代数的聚合物，即分子量可在1200-45000变化，合成的树枝状大分子分子中含有大量的酯键。

优选地，三(2-氨基乙基)胺和丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯在50℃±5℃油浴反应48h±2h。

经N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺活化的外围键接螯合物的制备包括：将N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺分别溶于乙腈中，冰浴滴加入二乙三胺五乙酸乙腈溶液中反应，过滤除去N,N-二环己基碳二亚胺，除去乙腈，剩余物溶于二甲基亚砜，制得活化的外围键接螯合物。

优选地，冰浴滴加入二乙三胺五乙酸乙腈溶液中于18℃-35℃反应8h-10h。

优选地，第一代至第五代带胺基的树枝状大分子与经N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺活化的外围键接螯合物于18℃-35℃反应12h-15h。

所述的可降解树枝状大分子磁共振造影剂具有很好的造影剂性能，能够作为核磁共振成像造影剂或用于制备核磁共振成像造影剂。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明可降解树枝状大分子磁共振成像造影剂以可生物降解的树枝状大分子为骨架，连接小分子钆螯合物，这种结构的造影剂的弛豫率可达17.4mM^-1·s^-1，明显高于普通造影剂的弛豫率，具有更好的MRI的造影效果，并且可以通过大分子造影剂的超通透和滞留效应富集在肿瘤组织中，提高MRI的灵敏度，提升早期癌症的诊断水平。另外，该造影剂能够在体内或体内酯酶的催化下水解逐步排出体外，避免由于钆在体内累积产生毒性。

本发明可降解树枝状大分子磁共振成像造影剂制备方法，操作简单，易于控制，适于工业化大规模生产。

附图说明

图1为对比例1中DTPA-Gd及实施例1-5中各代树枝状大分子磁共振造影剂弛豫率与时间的关系；

图2为树枝状大分子磁共振造影剂增强肿瘤磁共振成像图，其中，A：DTPA-Gd，B:G2-DTPA-Gd，C:G5-DTPA-Gd，blank表示空白；

图3为实施例1中第一代树枝状大分子配体的¹H-NMR图；

图4为实施例2中第二代树枝状大分子配体的¹H-NMR图；

图5为实施例3中第三代树枝状大分子配体的¹H-NMR图；

图6为实施例4中第四代树枝状大分子配体的¹H-NMR图；

图7为实施例5中第五代树枝状大分子配体的¹H-NMR图；

图8为实施例5中造影剂G5-DTPA-Gd的水解曲线图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。本发明提供一些具体实施例，但本发明不受这些具体实施例的限制。

实施例1第一代树枝状大分子造影剂的合成

合成的过程含三个步骤：（1）DTPA的活化；（2）树枝状大分子配体的合成；（3）树枝状大分子造影剂的合成。

（1）DTPA的活化

NHS（2.108g）和DCC（3.78g）分别溶于40mL、60mL乙腈中，冰浴滴加入DTPA（12.005g）乙腈溶液中。室温反应8h。过滤除去DCC，旋蒸除去乙腈，产物溶于30mL二甲基亚砜（DMSO），制得DTPA-NHS溶液。

（2）树枝状大分子配体的合成

结构式如式Ⅱ所示的三(2-氨基乙基)胺（0.2g，1.37mmol）和式Ⅲ所示的MAEA（2g，10.94mmol），50℃油浴反应48h，得结构式第一代聚酯树枝状大分子G1。

将第一代聚酯树枝状大分子G₁（0.3g，0.24mmol）和半胱胺（0.133g，1.728mmol）溶于1.3mL DMSO中，室温反应1.5h，再加入21.2mL已制得的DTPA-NHS溶液（含8.64mmol DTPA-NHS），室温反应12h。甲醇沉淀，得到第一代树枝状大分子配体产物G1-DTPA。该产物的¹H-NMR表征见图3。

（3）树枝状大分子造影剂的合成

将制得的第一代树枝状大分子配体G1-DTPA（0.227g）溶于1.12mL0.2mol/L Gd(OOCH₃)₃（三乙酸钆）水溶液中，室温搅拌2h。用超滤膜离心管（3000NMWL）离心除去游离的Gd³⁺离子，冻干得到树枝状大分子造影剂产物，记作G1-DTPA-Gd。

G1-DTPA-Gd中，代表

实施例2第二代树枝状大分子造影剂的合成

（1）DTPA的活化

NHS（2.108g）和DCC（3.78g）分别溶于40mL、60mL乙腈中，冰浴滴加入DTPA（12.005g）乙腈溶液中。室温反应8h。过滤除去DCC，旋蒸除去乙腈，产物溶于30mL DMSO，制得DTPA-NHS溶液。

（2）树枝状大分子配体的合成

将第一代聚酯树枝状大分子G1（1.5100g，1.2mmol，半胱胺（0.6376g，8.28mmol）和MAEA（9.14g，49.68mmol），溶于7mL DMSO中，室温反应24h，50℃油浴反应48h，得第二代聚酯树枝状大分子G2。

将第二代聚酯树枝状大分子G2（0.3082g，0.07653mmol）和半胱胺（0.0849g，1.102mmol）溶于2mL DMSO中，室温反应1.5h，再加入12.7mL已制得的DTPA-NHS溶液，室温反应12h。甲醇沉淀，得到第二代树枝状大分子配体产物G2-DTPA。该产物的¹H-NMR表征见图4。

（3）树枝状大分子造影剂的合成

将制得的第二代树枝状大分子配体G2-DTPA（0.1g）溶于4.14mL0.2mol/L Gd(OOCH₃)₃水溶液中，室温搅拌2h。用超滤膜离心管（3000NMWL）离心除去游离的Gd³⁺离子，冻干得到树枝状大分子造影剂产物，记作G2-DTPA-Gd。

实施例3第三代树枝状大分子造影剂的合成

（1）DTPA的活化

NHS（2.108g）和DCC（3.78g）分别溶于40mL、60mL乙腈中，冰浴滴加入DTPA（12.005g）乙腈溶液中。室温反应8h。过滤除去DCC，旋蒸除去乙腈，产物溶于30mLDMSO，制得DTPA-NHS溶液。

（2）树枝状大分子配体的合成

将第二代聚酯树枝状大分子G2（1.0755g，0.2725mmol），半胱胺（0.2882g，3.7605mmol）和MAEA（2.4221g，13.1618mmol），溶于5mL DMSO中，室温反应24h，50℃油浴反应48h，得第三代聚酯树枝状大分子G3。

将第三代聚酯树枝状大分子G3（0.4g，0.0292mmol）和半胱胺（0.0648g，0.841mmol）溶于2mL DMSO中，室温反应1.5h，再加入8.61mL已制得的DTPA-NHS溶液（含3.504mmol DTPA-NHS），室温反应12h。甲醇沉淀，得到第三代树枝状大分子配体产物G3-DTPA。该产物的¹H-NMR表征见图5。

（3）树枝状大分子造影剂的合成

将制得的第三代树枝状大分子配体G3-DTPA（0.05580g）溶于0.348mL 0.2mol/L Gd(OOCH₃)₃水溶液中，室温搅拌2h。用超滤膜离心管（3000NMWL）离心除去游离的Gd³⁺离子，冻干得到树枝状大分子造影剂产物，记作G3-DTPA-Gd。

实施例4第四代树枝状大分子造影剂的合成

（1）DTPA的活化

（2）树枝状大分子配体的合成

将第三代聚酯树枝状大分子G3（0.8041g，0、0864mmol），半胱胺（0.192g，2.488mmol）和MAEA（1.37g，7.464mmol），溶于5mL DMSO中，室温反应24h，50℃油浴反应48h，得第四代聚酯树枝状大分子G4。

将第四代聚酯树枝状大分子G4（0.3g，0.0123mmol）和半胱胺（0.0546g，0.709mmol）溶于2mL DMSO中，室温反应1.5h，再加入8.7mL已制得的DTPA-NHS溶液，室温反应12h。甲醇沉淀，得到第四代树枝状大分子配体产物G4-DTPA。该产物的¹H-NMR表征见图6。

（3）树枝状大分子造影剂的合成

将制得的第四代树枝状大分子配体G4-DTPA（0.2140g）溶于0.83mL0.2mol/L Gd(OOCH₃)₃水溶液中，室温搅拌2h。用超滤膜离心管（3000NMWL）离心除去游离的Gd³⁺离子，冻干得到树枝状大分子造影剂产物，记作G4-DTPA-Gd。

实施例5第五代树枝状大分子造影剂的合成

（1）DTPA的活化

（2）树枝状大分子配体的合成

将第四代聚酯树枝状大分子G4（0.3073g，0.0123mmol），半胱胺（0.0546g，0.709mmol）和MAEA（0.3932g，2.125mmol），溶于5mLDMSO中，室温反应24h，50℃油浴反应48h，得第五代聚酯树枝状大分子G5。

将第五代聚酯树枝状大分子G5（0.3g，0.00656mmol）和半胱胺（0.756g，0.0582mmol）溶于2mL DMSO中，室温反应1.5h，再加入12.37mL已制得的DTPA-NHS溶液，室温反应12h。甲醇沉淀，得到第五代树枝状大分子配体产物G5-DTPA。该产物的¹H-NMR表征见图7。

（3）树枝状大分子造影剂的合成

将制得的第五代树枝状大分子配体G5-DTPA（0.4195g）溶于2.74mL0.2mmol/L Gd(OOCH₃)₃水溶液中，室温搅拌2h。用超滤膜离心管（3000NMWL）离心除去游离的Gd³⁺离子，冻干得到树枝状大分子造影剂产物，记作G5-DTPA-Gd。

对比例1

除了不使用第一代聚酯树枝状大分子，其余操作同实施例1，得到普通造影剂产物，记作DTPA-Gd。

本发明可降解树枝状大分子磁共振成像（MRI）造影剂以可生物降解的树枝状大分子为骨架，连接小分子钆螯合物，形成树枝状大分子磁共振造影剂。本发明造影剂的弛豫速度（即弛豫率）与时间的关系见图1，通过核磁共振实验发现，以第五代为例，本发明造影剂的弛豫率为17.4mM^-1·s^-1（mmol^-1·s^-1），明显高于普通造影剂的弛豫率，具有更好的MRI的造影效果，从图1可看出本发明1-5代可降解树枝状大分子磁共振造影剂的弛豫率均高于普通造影剂的弛豫率，表明本发明可降解树枝状大分子磁共振造影剂具有更好的MRI的造影效果；同时，实验还发现本发明造影剂能够很好地增强肿瘤成像（见图2），增强效果为G5-DTPA-Gd＞G2-DTPA-Gd＞DTPA-Gd。另外，本发明造影剂G5-DTPA-Gd能够在pH=7的体内环境中水解，也可以在pH=7、酯酶的催化下水解，如图8所示，因此能够通过降解排出体外，避免由于钆在体内累积产生毒性。

本发明中，由于采用的聚酯树枝状大分子带有双键，能够与半胱氨反应得到带胺基的树枝状大分子，与活化后的DTPA反应得到树枝状大分子配体，再与Gd离子络合，得到树枝状大分子磁共振成像造影剂，根据该反应机理，本发明任意结构的带有双键的聚酯树枝状大分子均不会影响该反应的进行，因此本发明任意结构的带有双键的聚酯树枝状大分子均可按照本发明所述的方法合成对应结构的造影剂，这些结构的造影剂均具有较高的弛豫率、更好的MRI的造影效果、能够很好地增强肿瘤成像且能够在酯酶的催化下水解。

本发明制备方法中参数的变化并不影响树枝状大分子磁共振成像造影剂的制备，因此本发明制备方法中任意参数的组合均可实现树枝状大分子磁共振成像造影剂的制备。在此不再赘述。

Claims

1.一种可降解树枝状大分子磁共振造影剂，其特征在于，是以聚酯树枝状大分子为骨架，外围末端基团连接钆的螯合物，结构如式Ⅰ所示：

式Ⅰ中，m、n、a和b均为0；

或者，m为12，n、a和b均为0；

或者，m为12，n为24，a和b均为0；

或者，m为12，n为24，a为48，b为0；

或者，m为12，n为24，a为48，b为96；

A为

结构单元；

X为

结构单元。

2.根据权利要求1所述的可降解树枝状大分子磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，包括：

将带双键的聚酯树枝状大分子与半胱胺反应，得到第一代带胺基的树枝状大分子，或者将带双键的聚酯树枝状大分子依次与半胱胺和丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯重复反应1-4次，分别得到第二代至第五代带胺基的树枝状大分子，再将第一代至第五代带胺基的树枝状大分子与经N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺活化的外围键接螯合物反应，得到树枝状大分子配体，然后将该树枝状大分子配体与三乙酸钆络合，得到可降解树枝状大分子磁共振造影剂；

所述的带双键的聚酯树枝状大分子的结构如式G1所示：

所述的外围键接螯合物为二乙三胺五乙酸。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的带双键的聚酯树枝状大分子的制备方法包括：将三(2-氨基乙基)胺和丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯反应，得到带双键的聚酯树枝状大分子。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，三(2-氨基乙基)胺和丙烯酰氧基甲基丙酸乙酯在50℃±5℃油浴反应48h±2h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，经N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺活化的外围键接螯合物的制备包括：将N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺分别溶于乙腈中，冰浴滴加入二乙三胺五乙酸乙腈溶液中反应，过滤除去N,N-二环己基碳二亚胺，除去乙腈，剩余物溶于二甲基亚砜，制得活化的外围键接螯合物。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，冰浴滴加入二乙三胺五乙酸乙腈溶液中于18℃-35℃反应8h-10h。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，第一代至第五代带胺基的树枝状大分子与经N,N-二环己基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺活化的外围键接螯合物于18℃-35℃反应12h-15h。

8.根据权利要求1所述的可降解树枝状大分子磁共振造影剂的应用，其特征在于，所述的可降解树枝状大分子磁共振造影剂在作为或制备核磁共振成像造影剂中的应用。