CN103520741B - 一种靶向核磁造影剂制备方法 - Google Patents

一种靶向核磁造影剂制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了靶向核磁造影剂及其制备方法，该造影剂为一种叶酸（FA）通过氨基-聚乙二醇-羧基(NH2-PEG-COOH)接枝的壳聚糖（CS）包覆的四氧化三铁（Fe3O4）复合磁性纳米粒子，方法：将活化好的FA和NH2-PEG-COOH在DMSO溶剂环境下通过二环己基碳二亚胺（DCC）的交联、透析、冻干、得到FA-PEG-COOH复合物；再将FA-PEG-COOH复合物加入CS包覆好的四氧化三铁溶液中，交联、透析得功能化的FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子，交联剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）。这种多功能的复合磁性纳米粒制剂为类球形，粒径在水环境下是100-250nm之间分布，电位为+20mV，稳定性好，靶向性强，影像增强效果优。

Description

一种靶向核磁造影剂制备方法
技术领域
本发明涉及纳米粒子的功能化修饰，特别是涉及一种超顺磁性的Fe3O4表面功能化修饰及其制备方法。
背景技术
CS作为一天然多聚糖，其优点是生物相容性好、低毒、可降解，不引起过敏反应，对Fe3O4进行包裹后可以有效地提高其生物相容性和稳定性。另外，Fe3O4是一种超顺磁性材料，具有在MRI下成像的能力和交变磁场下产热能力。采用Fe3O4磁流体作为磁感应热疗介质无需借助其他检测手段就可实时监控肿瘤体积。壳聚糖修饰的磁性Fe3O4纳米粒子作为新一代的水溶性磁流体，表面上大量的氨基活性基团，可与许多配体、抗体、药物连接、集肿瘤诊断与治疗于一体，使肿瘤治疗更安全有效。
聚乙二醇（PEG）功能化修饰磁性纳米粒子，能够增加磁性纳米粒子的生物相容性，减少REs吞噬量与蛋白质吸附，改善特殊细胞吸收及其靶向性。叶酸修饰的PEG不仅保持了FA原有的特性，更是增加了靶向性。
磁性纳米粒子由于具有巨大的比表面能和磁粒之间的吸引力，磁粒存在永久性的聚集作用。且表面未加修饰的磁性纳米粒子表面无功能基团，也容易被空气中的氧气所氧化，这些都限制了磁性纳米粒子的应用，所以必须用合适的表面修饰剂对其表面进行修饰，防止团聚，提高其生物相容性，赋予磁性粒子功能基团，增加其主动靶向等功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超顺磁性的Fe3O4表面功能化修饰，首先用CS对Fe3O4磁性纳米粒子进行包覆，形成核壳结构，然后用FA-PEG-COOH对CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子进一步修饰得到具有靶向和长循环、超顺磁性的复合磁性纳米粒子。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种靶向核磁造影剂，其特征在于：其为FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子。
其中，纳米粒子的水合平均粒径为180-250nm。
其中，纳米粒子的饱和磁化强度为28-31emu/g。
一种靶向核磁造影剂的制备方法，包括如下步骤：
1）首先将适量FA溶于DMSO中，然后加入交联剂DCC、NHS得活化的FA，过滤除沉淀；然后精确称取一定量NH2-PEG-COOH溶于活化好的叶酸的DMSO溶液中，其中，FA与NH2-PEG-COOH的摩尔比是10-20:1；在惰性气体保护下反应4-10h，加入5-10倍体积的丙酮离心除沉淀，透析得到FA-PEG-COOH复合物，冻干以备用；
2）将分散好的Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到CS溶液中，逐步分别滴加无水乙醇、交联剂戊二醛、充分反应后加足量硼氢化钠，再用盐酸除去过量的硼氢化钠，最后透析后得到CS包覆的Fe3O4纳米粒子溶液；
3）称取一定量的FA-PEG-COOH复合物冻干品加到CS包覆的Fe3O4纳米粒子的溶液中，用交联剂EDC和NHS交联、透析得FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子。
在本发明的较佳实施例中，步骤（1）FA溶于DMSO中配制成质量体积比为0.1-1mg/ml的溶液。
在本发明的较佳实施例中，步骤（1），DCC、NHS的加入量为，与FA的质量比为1-2：1-2：1-2。
在本发明的较佳实施例中，其中，较佳地，FA与NH2-PEG-COOH摩尔比为15～10:1；最佳地，FA与NH2-PEG-COOH的摩尔比是15:1。
在本发明的较佳实施例中，步骤（2），将分散好的Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到CS溶液中，两者的质量范围为1:5-8。
在本发明的较佳实施例中，步骤（2），无水乙醇、交联剂戊二醛的加入量与溶液体积比的范围分别为1:5-10和1：2000-3000。
在本发明的较佳实施例中，FA-PEG-COOH复合物冻干品与CS包覆的Fe3O4纳米粒子的溶液的添加比例范围为质量比1:1-5，交联剂EDC和NHS的添加量与FA-PEG-COOH复合物冻干品的范围比都为质量比1:1-2。
本发明以低居里点磁性纳米材料（Fe3O4）为磁性核结构，低分子量的CS提供功能化基团氨基与FA-PEG-COOH的羧基交联得FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子，其中，
一、壳聚糖：CS
a).化学名：β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖
b).英文名称:Chitosan
c).中文名称:壳聚糖
d).结构式：
二、叶酸：FA
a).化学名：蝶酰谷氨酸
b).英文名称:Folicacid
c).中文名称:叶酸
d).结构式：
三、氨基-聚乙二醇-羧基：NH2-PEG-COOH
a).化学名：蝶酰谷氨酸
b).英文名称:Amine-PEG-Carboxyl
c).中文名称:氨基-聚乙二醇-羧基
d).结构式：
本发明中，NH2-PEG-COOH的分子量为2000-4000Da；
步骤（1）中，交联剂为DCC（二环己基碳二亚胺）和NHS（N-羟基琥珀酰亚胺）；
步骤（3）中，交联剂为EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）和NHS；
本发明的有益效果表现在：FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子具有良好的稳定性，如图4，优异的靶向性和长循环效应，如图8，Fe3O4在表面修饰后仍表现出超顺磁性，如图6。
附图说明
图1为实施例1中所制备的Fe3O4磁性纳米粒子，即Fe3O4磁性纳米粒子的透射电镜图(a)、水合直径大小(b)和分散在水溶液中光学照片。
图2为实施例2中所制备的CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子，即CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子的透射电镜图(c)、水合直径大小(d)和分散在水溶液中光学照片。
图3为实施例3中所制备的FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子，即FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子的透射电镜图(e)、水合直径大小(f)和分散在水溶液中光学照片。
图4为实施例3中所制备的FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子的稳定性实验图，即FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子在不同pH的磷酸盐缓冲溶液中的水合直径和多分散指数（PDI）变化。
图5为实施例1和3中所制备的Fe3O4磁性纳米粒子、CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子和FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子的XRD的对比图。其中，最右边，由上至下的线条分别为Fe3O4NPs，FA-PEG-CS包覆的Fe3O4NPs，CS包覆的Fe3O4NPs。
图6为实施例1和3中所制备的Fe3O4磁性纳米粒子、CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子和FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子的磁力曲线对比图。
图7为实施例4中CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子（a）和FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子(b)的激光共聚焦图，右图为前两张图的叠加图。
图8为实施例4中FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子注射入小鼠体内后，在肿瘤部位的核磁共振图像，前者为空白组，后者为实验组（参数说明：TR（重复时间）=200ms，TE（回波时间）=4.5ms（左图）和9ms（右图），FlipAngle（翻转角）=20度，FOV（成像视野）=50mm*50mm，SliceThickness（层厚）=1mm，DataMatrix（采样点数）=256*256，成像面为Coronal（冠状面））。
具体实施方式
本发明的突出的实质性特点和积极效果可从下述实施实例中得以体现，但是它们并不对本发明作任何限制。
实施例1Fe3O4纳米粒子的制备
称取4.73gFeCl3·6H2O和2.78gFeSO4·7H2O粉末溶解在100mL的蒸馏水中，用机械搅拌器剧烈搅拌，接着在氮气保护下缓慢滴加质量分数25%的氨水30mL，PH维持在10。得到沉淀物在80℃下熟化，分裂提纯得到Fe3O4磁性纳米粒子。
利用本法制备的磁性纳米粒子TEM观察为球形，水合平均粒径约为100nm，饱和磁化强度为约为70emu/g。
实施例2：一种靶向核磁造影剂即CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子制备方法
40mL(1mg/mL)Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到100mL（2mg/mL）CS溶液中，逐步分别滴加50mL的无水乙醇和200μL的交联剂GA，反应4h后加还原剂0.2g硼氢化钠，透析后得到CS包覆的Fe3O4纳米粒子溶液；
利用本法制备的复合磁性纳米粒子TEM观察为球形，水合平均粒径约为190nm，饱和磁化强度为约为52emu/g。
实施例3：一种靶向核磁造影剂即FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子制备方法。
称取5mg的FA溶于10mL的DMSO中，加入交联剂5mg的DCC、5mg的NHS在氮气保护下活化12h，用0.22um有机过滤膜出去沉淀；然后精确称取10mg的NH2-PEG-COOH溶于活化好的FA的DMSO溶液中，在氮气保护下反应6h，加入丙酮离心除沉淀，最后透析得到FA-PEG-COOH复合物,冻干备用。
B、接着，40mL(1mg/mL)Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到100mL（3mg/mL）CS溶液中，逐步分别滴加50mL的无水乙醇和200μL的交联剂GA，反应4h后加还原剂0.2g硼氢化钠，透析后得到CS包覆的Fe3O4纳米粒子溶液；
C、最后，称取25mgFA-PEG-COOH复合物冻干品加到50mL(2mg/mL)CS包覆的Fe3O4纳米粒子的溶液中，加入20mgEDC、20mgNHS进行交联、透析得FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子。
利用本法制备的复合磁性纳米粒子TEM观察为球形，水合平均粒径约为250nm，饱和磁化强度为约为38emu/g。
实施例4：一种靶向核磁造影剂即FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子制备方法。
称取5mg的FA溶于10mL的DMSO中，加入交联剂5mg的DCC、5mg的NHS在氮气保护下活化1h，用0.22um有机过滤膜出去沉淀；然后精确称取10mg的NH2-PEG-COOH溶于活化好的FA的DMSO溶液中，在氮气保护下反应6h，加入丙酮离心除沉淀，最后透析得到FA-PEG-COOH复合物,冻干备用。
B、接着，40mL(1mg/mL)Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到100mL（2mg/mL）CS溶液中，逐步分别滴加50mL的无水乙醇和200μL的交联剂GA，反应4h后加还原剂硼氢化钠，再用盐酸除去过量的硼氢化钠，透析后得到CS包覆的Fe3O4纳米粒子溶液；
C、最后，称取25mgFA-PEG-COOH复合物冻干品加到50mL(2mg/mL)CS包覆的Fe3O4纳米粒子的溶液中，加入20mgEDC、20mgNHS进行交联、透析得FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子。
利用本法制备的复合磁性纳米粒子TEM观察为球形，水合平均粒径约为215nm，饱和磁化强度为约为29emu/g。
D、将得到的FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子进行海拉细胞靶向性能实验：首先，海拉细胞种植于14孔板37℃培养12h；再用罗丹明标记0.2mL(0.1mg/mL)FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子加入细胞中培养12h；接着，用冷的PBS缓冲液洗去未进细胞的纳米粒子后用75%的乙醇固定20分钟；此后，用冷的PBS缓冲液再洗两次后再用苯基吲哚（DAPI）对细胞核进行染色30分钟，最后用PBS冲洗后在激光共聚焦显微镜下观察。
E、将得到的FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子作为核磁共振显影剂的小鼠的实验：首先将未注射复合纳米粒子的小鼠作为空白组，拍摄核磁共振图像；接着将200μl的FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子通过尾静脉注射入小鼠体内，经过6小时后再次进行小鼠肿瘤部位拍摄核磁共振图像。通过对比前后图像，可以明显地看到FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子在小鼠肿瘤部位具有显影作用。

Claims (8)

1.一种靶向核磁造影剂，其特征在于：其为FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子，其中，CS包覆Fe3O4，FA-PEG和包覆在Fe3O4外的CS偶联；
首先用CS对Fe3O4磁性纳米粒子进行包覆，形成核壳结构，然后用FA-PEG-COOH对CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子进一步修饰得到具有靶向和长循环、超顺磁性的复合磁性纳米粒子；
其中，纳米粒子的水合平均粒径为180-250nm；
纳米粒子的饱和磁化强度为28-31emu/g。
2.一种靶向核磁造影剂的制备方法，包括如下步骤：
1)首先将适量FA溶于DMSO中，然后加入交联剂DCC、NHS得活化的FA，过滤除沉淀；然后精确称取一定量NH2-PEG-COOH溶于活化好的叶酸的DMSO溶液中，其中，FA与NH2-PEG-COOH的摩尔比是10-20:1；在惰性气体保护下反应4-10h，加入5-10倍体积的丙酮离心除沉淀，透析得到FA-PEG-COOH复合物，冻干以备用；
2)将分散好的Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到CS溶液中，逐步分别滴加无水乙醇、交联剂戊二醛、充分反应后加足量硼氢化钠，再用盐酸除去过量的硼氢化钠，最后透析后得到CS包覆的Fe3O4纳米粒子溶液；
3)称取一定量的FA-PEG-COOH复合物冻干品加到CS包覆的Fe3O4纳米粒子的溶液中，用交联剂EDC和NHS交联、透析得FA-PEG-CS包覆的Fe3O4复合磁性纳米粒子。
3.如权利要求2所述的一种靶向核磁造影剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，FA溶于DMSO中配制成质量体积比为0.1-1mg/ml的溶液。
4.如权利要求2所述的一种靶向核磁造影剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，DCC、NHS的加入量为，与FA的质量比为1-2：1-2：1-2。
5.如权利要求2所述的一种靶向核磁造影剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，FA与NH2-PEG-COOH的摩尔比是15:1。
6.如权利要求2所述的一种靶向核磁造影剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，将分散好的Fe3O4纳米粒子逐渐滴加到CS溶液中，两者的质量范围为1:5-8。
7.如权利要求2所述的一种靶向核磁造影剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，无水乙醇、交联剂戊二醛的加入量与溶液体积比的范围分别为1:5-10和1：2000-3000。
8.如权利要求2所述的一种靶向核磁造影剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，FA-PEG-COOH复合物冻干品与CS包覆的Fe3O4纳米粒子的溶液的添加比例范围为质量比1:1-5，交联剂EDC和NHS的添加量与FA-PEG-COOH复合物冻干品的范围比都为质量比1:1-2。
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