CN103877597B

CN103877597B - 聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂及其制备方法

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Publication number: CN103877597B
Application number: CN201410101613.4A
Authority: CN
Inventors: 朱巍; 周盛源; 吴振凯; 陈雄生; 贾连顺
Original assignee: Second Military Medical University SMMU
Current assignee: Second Military Medical University SMMU
Priority date: 2014-03-19
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: CN103877597A

Abstract

本发明属于医学成像造影剂领域。本发明提供了一种聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂及其制备方法，本发明首先修饰钆离子螯合剂DTPA于PEI表面，制备PEI‑DPTA；其次聚乙二醇化修饰复合材料，制备PEI‑DTPA‑mPEG；最后螯合钆离子制备PEI‑DTPA(Gd III)‑mPEG，并将PEI表面剩余氨基乙酰化。本发明获得的聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂实现了小鼠的体内MR血管，肾脏成像，以及肿瘤组织的被动靶向MR成像检测，应用前景广阔。

Description

聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂及其制备方法

技术领域：

本发明属于医学成像造影剂领域，特别涉及一种基于聚乙二醇化聚乙烯亚胺的高分子磁共振成像造影剂及其制备方法。

背景技术：

磁共振成像（MR）利用磁共振现象从人体中获得电磁信号从而重建出人体信息，它是断层成像的一种（唐晓英，刘志文，刘伟峰，吴祈耀，磁共振成像技术及设备发展策略，科学导报，2008，26(9)，90-92；王君，刘嘉，功能性磁共振成像的应用和发展前景，现代仪器，2008，01，6-10）。该成像技术具有无侵入性，并可以得到任何方向的组织断层图像，三维体图像，因而广泛应用于临床疾病监测。但是要实现疾病检测信息的高灵敏度，以及图像的高清晰度，还需磁共振成像造影剂的辅助才能完成（肖研，吴亦洁，章文军，李晓晶，裴奉奎，磁共振成像造影剂的研究进展，分析化学，2011，05，757-764）。磁共振成像造影剂是一些顺磁性和超顺磁性物质，它们通过内外界弛豫效应和磁化率效应间接地改变组织的信号强度，从而提高正常与患病部位的成像对比度，展示体内器官的功能状态。磁共振造影剂增强类型可分为阳性和阴性造影剂二大类，阳性造影剂以缩短T₁弛豫时间为主，为T₁弛豫增强剂，阴性造影剂以缩短T₂弛豫时间为主，为T₂弛豫增强剂。

目前应用于临床应用的磁共振造影剂主要是低分子量的T₁钆造影剂，而这些小分子磁共振造影剂能快速扩散到细胞外基质，因此在血液循环和组织中的驻留时间较短，且信噪比较小，没有靶向性，弛豫效能较低，因而影响了其成像质量和在临床上的应用（柳盈盈，范田园，磁共振钆造影剂纳米制剂的研究进展，中国新药杂志，2013，22（7），787-792）。为解决这个问题，今年来的许多研究都致力于研究在血液循环中停留的时间长并具有靶向性的磁共振造影剂。随着纳米技术的不断发展，各种功能化大分子及纳米颗粒应运而生，并在生物医学领域有着广泛的应用。各类聚合物材料不仅具有血液循环时间长，而且可以进行各种功能化修饰，实现其组织特异性，以完成特定的造影效果。聚合物大分子材料在体内的降解及排泄比小分子慢，因而在血管内的停留时间较长，是负载钆离子螯合物用于MR成像的优良材料。

目前有报道用靶向肽连接聚酰胺胺树状大分子负载钆离子螯合物（Han等，Peptide-conjugated polyamidoamine dendrimer as a nanoscaletumor-targeted T1magnetic resonance imaging contrast agent，Biomaterials，32（2011），2989-2998）实现肿瘤靶向MR成像，但是由于聚酰胺胺树状大分子结构复杂，难以大量生产，价格昂贵，因而限制了其广泛的推广与应用。另外，Shiraishi等人以聚乙二醇聚赖氨酸嵌段共聚物负载钆离子螯合剂（Shiraishi et al，Polyion complex micelle MRI contrast agents frompoly(ethylene glycol)-b-poly(l-lysine)block copolymers having Gd-DOTA;preparations and their control of T1-relaxivities and blood circulationcharacteristics，Journal of Controlled Release,2010,148，160-167）用于MR成像，但是嵌段共聚物合成方法复杂，且血液循环时间较短。因此寻找价廉易得，制备方便的高分子载体材料仍然是制备MR造影剂，并促进其临床推广的一个重要途径。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用高分子载体材料负载钆离子螯合物作为磁共振成像造影剂，以达到较长的血液循环时间进行组织和肿瘤被动靶向成像。

本发明采用的主要技术方案是，利用聚乙二醇化聚乙烯亚胺作为高分子载体材料，通过共价接枝将小分子钆离子螯合剂连接在其表面，达到较长的血液循环时间进行组织和肿瘤被动靶向成像方面。该技术方案目前国内外尚无文献报道。而且聚乙烯亚胺由于其合成工艺简单而可以在工业生产中大量得到，并得到了广泛的应用，因此是制备高分子MR造影剂的优良载体材料，本发明再通过聚乙二醇化修饰可以显著提高其生物相容性和血液循环时间，满足成像要求；本发明的制备过程为常温常压、易于操作、具有很好的实用价值。

本发明的第一方面，是提供了一种聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂，该磁共振成像造影剂是以聚乙二醇化修饰的聚乙烯亚胺作为高分子载体材料，通过共价接枝将钆离子螯合剂连接在其表面，再螯合钆离子。

所述的钆离子螯合剂是二乙三胺五乙酸（DTPA）。

所述的共价接枝，即通过二乙三胺五乙酸环酸酐与聚乙烯亚胺表面氨基反应形成稳定的酰胺键，实现共价负载。

本发明的第二方面，是提供了一种聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

A、修饰钆离子螯合剂二乙三胺五乙酸（DTPA）于聚乙烯亚胺（PEI）表面，制备PEI-DPTA；

B、聚乙二醇（mPEG）化修饰复合材料，制备PEI-DTPA-mPEG；

C、螯合钆离子(Gd III)，制备PEI-DTPA(Gd III)-mPEG，并将PEI表面剩余氨基乙酰化。

所述的步骤A具体为：将80-120mg的聚乙烯亚胺（PEI）溶解在40-60mL的水中，并逐滴加入6-9mL含有57.1-85.7mg二乙三胺五乙酸环酸酐（cDTPAA）的水溶液，在室温下搅拌反应6-12h得到PEI-DTPA的水溶液；透析反应液，最后将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA；

所述的步骤B具体为：将160-240mg的mPEG-NHS溶解在16-24mL的水中，逐滴加入到步骤A制备的PEI-DTPA（68.6-102.9mg）的水溶液中，搅拌反应12-24h，将反应液透析，最后将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA-mPEG；

所述的步骤C具体为：在步骤B制备的PEI-DTPA-mPEG(114.3-171.5mg)的水溶液中加入10.5-15.8mg的三氯化钆，在室温下搅拌反应2-4h后得到PEI-DTPA(Gd III)-mPEG水溶液，再加入60-90μL三乙胺搅拌20-40min，最后加入40-60μL乙酸酐，搅拌反应12-24h，然后进行透析，冷冻干燥，得到聚乙二醇化聚乙烯亚胺的高分子磁共振成像造影剂PEI-DTPA(GdIII)-mPEG。

所述步骤A中PEI和cDTPAA的质量比为1:0.7-1.0。

所述步骤A中透析的具体工艺为：采用透析袋先在pH为7.4的PBS缓冲液中透析，再在蒸馏水中透析。反应除了可以在纯水中进行外，还可以在PBS缓冲液，二甲基亚砜，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺等极性溶剂中反应。

所述步骤B中PEI-DTPA和分子量为5000的mPEG-NHS的质量比为1:2-5。

所述步骤B中透析的具体工艺为：采用透析袋先在pH为7.4的PBS缓冲液中透析，再在蒸馏水中透析。反应除了可以在纯水中进行外，还可以在PBS缓冲液，二甲基亚砜，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺等极性溶剂中反应。

所述步骤C中的PEI-DTPA-mPEG和三氯化钆的质量比为1:0.1-0.2。

所述步骤C中的PEI-DTPA-mPEG和三乙胺的质量比为1:1-3。

所述步骤C中的PEI-DTPA-mPEG和乙酸酐的质量比为1:1-3。

所述步骤C中透析具体工艺为采用透析袋先在pH为7.4的PBS缓冲液中透析，再在蒸馏水中透析。反应除了可以在纯水中进行外，还可以在PBS缓冲液，二甲基亚砜，二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺等极性溶剂中反应。

本发明的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG不仅可以显著提高血管和组织成像质量，还可以实现肿瘤组织被动靶向成像。因此本发明的制备方法将拓展基于聚合物高分子的MR成像造影剂在临床医学上的应用范围。

本发明中将cDTPAA接枝到PEI表面，cDTPAA采用在快速搅拌下逐滴滴加的方式加入到PEI溶液中，以保证PEI接枝cDTPAA的均一性。

本发明中使用采用价廉易得的PEI为主体材料，mPEG-NHS作为聚乙醇化修饰试剂，提高PEI的生物相容性并延长其血液循环时间有效。另外利用乙酰化反应中和PEI表面剩余氨基，以降低其表面电势，从而进一步提高材料的生物相容性并延长其血液循环时间有效，以达到较好的血池MR成像和肿瘤被动靶向成像效果。

为对基于聚乙二醇化聚乙烯亚胺的高分子磁共振成像造影剂的生物相容性评价及体外、体内MR成像效果研究，进行了¹H NMR测试，MTT测试（细胞活力分析），药代动力学研究，体内血池成像以及体内肿瘤被动靶向MR成像研究：

（1）¹H NMR测试结果

以¹H NMR测试表征cDTPAA对PEI的修饰，PEI的特征峰在2.2-3.0ppm出现，而在3.0-3.25ppm之间的特征峰为DTPA亚甲基结构所有，表明已经成功将DTPA接枝在PEI表面合成得到PEI-DTPA，参见图2a；以¹HNMR测试表征聚乙二醇化（PEG）以及乙酰化对PEI-DTPA的修饰，PEG的特征峰在3.4-3.6ppm出现，而在1.7-2.0ppm之间的特征峰为乙酰基中甲基结构所有，表明已经成功将PEI-DTPA进行聚乙二醇化（PEG）以及乙酰化修饰得到PEI-DTPA-mPEG(不含有钆离子)，参见图2b。

（2）MRI测试结果

MRI测试结果表明所制备的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG材料的MR成像性能。图3a为样品的MR成像灰度图片，从图中可以看出，PEI-DTPA(GdIII)-mPEG和临床用造影剂Gd-DTPA（钆喷葡胺）都随着钆离子浓度的增高而图像变亮，显示出浓度依赖性。但是在同一钆离子浓度，所制备的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG材料的亮度要高于钆喷葡胺，这表明我们制备的材料比钆喷葡胺具有更好的MR成像性能。图3b为样品PEI-DTPA(GdIII)-mPEG和钆喷葡胺的r₁弛豫率。从计算可以得出，与Gd-DTPA（钆喷葡胺）相比，分子量聚乙二醇修饰后的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG驰豫率从3.4mM^-1s-¹提高到4.2mM^-1s^-1，展示出更好的MR成像性能，可用于体内MR成像研究。

（3）MTT细胞相容性分析

用KB细胞来研究PEI-DTPA(Gd III)和PEI-DTPA(Gd III)-mPEG的细胞相容性。将不同Gd浓度（0，10，25，50，100μM）的PEI-DTPA(Gd III)和PEI-DTPA(Gd III)-mPEG与KB细胞共培养24h后，用MTT法检测细胞的活力，参见图4。从图中可以看出，相对于用PBS处理的对照KB细胞，PEI-DTPA(Gd III)复合物对KB细胞具有很大的毒性（p<0.05）。这是因为PEI表面大量的氨基使得其具有很高的正电性，从而展示出较强的细胞毒性。但是聚乙二醇化修饰的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG没有毒性，表明聚乙二醇化和乙酰化作用可以显著提高材料的细胞相容性，可以用于体内成像研究。

（4）药代动力学研究

为了研究材料PEI-DTPA(Gd III)-mPEG在体内药代动力学性质，首先通过尾静脉注射150μL纳米材料的生理盐水溶液（[Gd]=0.02M），然后用ICP-OES测量在注射后不同时间点（0.5，1，2，4，8，12，24和36h）中Gd元素在血液中的含量（图5）。从图中可看出，Gd元素在注射后0.5h在血液中含量最高（每克组织中Gd元素含量为35.72μg），并且随着时间的增长，血液中钆含量逐渐降低，在4h时降至一半（每克组织中Gd元素含量为17.62μg）。注射后36小时后,血液中仅有极微量的Gd元素（每克组织中Gd元素含量为1.36μg）,表明材料可以在血液中循环一段时间，随着时间的延长可以基本从血液中清除排泄出去。

（5）PEI-DTPA(Gd III)-mPEG小鼠体内MR成像

将150μL PEI-DTPA(Gd III)-mPEG（[Gd]=0.02M）尾部静脉注射进体重为24g的小鼠体内，分别在注射前和注射后0.5，1.5，3，12小时通过MR扫描检测得到的图片（图6），从图中能够清楚地看到小鼠的腹腔静脉和肾脏，且腹腔静脉成像时间可达3h，证明本方法合成的PEI-DTPA(GdIII)-mPEG具有较好的MR成像效果和较长的血液循环时间。

（6）体内组织分布研究

为了研究材料PEI-DTPA(Gd III)-mPEG在体内的分布情况，首先通过尾静脉注射150μL纳米材料的生理盐水溶液（[Gd]=0.02M），然后用ICP-OES测量在注射后不同时间点（0.5h、2h、12h、24h、48h和96h）中Gd元素在各个重要器官中的含量（图7）。从图中可看出，Gd元素在心脏中分布随着注射时间的延长逐渐降低，可能是随着注射时间的延长，血液中材料含量逐渐降低，从而使得其在心脏中的含量降低。而在肝脏和脾脏中的Gd元素含量呈现先升高后降低，表明和大多数纳米材料一样，它们通过血液循环进入肝脏和脾脏，然后再随着时间的延长被代谢出去。肺部的Gd元素含量较低（每克组织中Gd元素含量小于25μg）表明材料尺寸较小，不会在肺部聚集。肾脏中Gd元素也呈现降低的趋势，说明材料可以通过泌尿系统排出体外。而且96小时后，Gd元素在这五个主要器官中的含量都较低（每克组织中Gd元素含量小于25μg），这些结果表明所制备的材料能在小鼠体内正常的代谢清除，且不显示毒性。

（7）PEI-DTPA(Gd III)-mPEG裸鼠体内肿瘤MR成像

将150μL PEI-DTPA(Gd III)-mPEG（[Gd]=0.02M）尾部静脉注射进体重为23g的荷瘤裸鼠体内，分别在注射前和注射后1，3，6小时通过MR扫描检测得到肿瘤部位的图片（图8），从图中能够清楚地看到裸鼠肿瘤部位的信号增强效果，且肿瘤亮度随着时间的延长逐渐增强。证明本方法合成的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG可以通过EPR效应富集在肿瘤部位，实现肿瘤组织的被动靶向成像检测。

本发明充分利用PEI分子表面众多的反应活性功能基团，通过共价键修饰钆离子螯合剂DTPA，通过聚乙二醇化修饰和乙酰化作用，不仅提高其生物相容性，还赋予聚合物分子MR成像性能。通过MR成像分子钆离子的负载，可以实现动物模型的体内MR血管及主要器官成像。由于材料具有较长的血液循环时间，可以实现肿瘤组织的被动靶向MR成像检测。

有益效果

（1）本发明制备过程简单，所有材料价廉易得，实验条件为常温常压，易于操作，所采用的制备程序可用于制备其它基于高分子聚合物的造影剂分子探针，具有很好的实用价值；

（2）本发明实现了动物模型的体内MR血管及主要器官成像；同时可以利用其较长的血液循环时间实现肿瘤部位的MR成像检测，应用前景广阔；

附图说明：

图1为本发明制备的基于聚乙二醇化聚乙烯亚胺的高分子磁共振成像造影剂结构（a）及合成路线（b）示意图；

图2为本发明制备的PEI-DTPA（a）和PEI-DTPA-mPEG（b）的¹H NMR图谱；图3为临床用造影剂钆喷葡胺和本发明制备的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG在不同Gd(III)浓度的T₁成像图片(a)和T₁弛豫时间的倒数随钆浓度变化的线性关系图(b)；

图4为本发明制备的PEI-DTPA和PEI-DTPA-mPEG在不同Gd³⁺浓度处理的KB细胞活力的MTT分析；

图5为尾静脉注射150μL PEI-DTPA(Gd III)-mPEG后，所制备材料中Gd元素在小鼠体内药代动力学图谱；

图6为尾静脉注射0.15mL PEI-DTPA(Gd III)-mPEG不同时间后，小鼠体内MR成像效果图，从左至右依次为注射前，注射后0.5，1.5，3，12h；

图7为尾静脉注射150μL本发明制备的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG进入小鼠后，所制备材料中Gd元素在不同时间点（0.5h、2h、12h、24h、48h和96h）在小鼠主要器官（心、肝、脾、肺和肾）的组织分布；

图8为尾静脉注射150μL本发明制备的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG不同时间后，荷瘤裸鼠肿瘤部位MR成像效果图，从左至右依次为注射前，注射后1，3，6h；白色圆圈指示肿瘤的位置。

具体实施方式：

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1：

如图1所示，制备PEI-DTPA(Gd III)-mPEG。

将80mg的PEI（支链状，Mw=25,000，购自Sigma-Aldrich）溶解在40mL的水中，在搅拌状态下，逐滴加入6mL含57.1mg的cDTPAA（购自Sigma-Aldrich）的水溶液，在室温下搅拌反应12h得到PEI-DTPA的水溶液；透析反应液，最后将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA（108mg，白色固体）；

称取制备的PEI-DTPA68.6mg，溶解在15mL水中，然后将160mg的mPEG-NHS（分子量5000，购自上海西宝生物有限公司）溶解在16mL的水中，在磁力搅拌下逐滴加入到PEI-DTPA的水溶液中，并在室温条件下搅拌反应15h，最后将反应液透析，并将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA-mPEG（212mg，白色固体）；

称取PEI-DTPA-mPEG114.3mg，溶解在20mL水中，然后将10.5mg的三氯化钆（购自国药集团化学试剂有限公司）溶解在4mL的水中，在磁力搅拌下逐滴加入到PEI-DTPA-mPEG的水溶液中，并在室温条件下搅拌反应3h，得到PEI-DTPA(Gd III)-mPEG水溶液，再在快速搅拌状态下加入60μL三乙胺，然后搅拌30min，最后逐滴滴加40μL乙酸酐，搅拌反应18h，通过透析法将过量的反应物以及反应副产物除去，最后将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA(Gd III)-mPEG（129mg，白色固体）。

产物PEI-DTPA和PEI-DTPA-mPEG(不含有钆离子)的¹H NMR图谱如图2所示，PEI的特征峰在2.2-3.0ppm出现，而在3.0-3.25ppm之间的特征峰为DTPA亚甲基结构所有，表明已经成功将DTPA接枝在PEI表面合成得到PEI-DTPA，参见图2a；聚乙二醇化（PEG）以及乙酰化修饰后，PEG的特征峰在3.4-3.6ppm出现，而在1.7-2.0ppm之间的特征峰为乙酰基中甲基结构所有，表明已经成功将PEI-DTPA进行聚乙二醇化（PEG）以及乙酰化修饰得到PEI-DTPA-mPEG(不含有钆离子)，参见图2b。

所制备材料的表面电势见表1，表面修饰DTPA并螯合钆离子之后PEI的表面电势由48.4±6.96变为52.59±7.28，呈现略微的升高。而PEI-DTPA经过聚乙二醇化修饰然后螯合钆并乙酰化得到的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG具有较低的表面电势（3.98±1.62），呈现电中性，表明聚乙二醇化修饰和乙酰化修饰可以显著降低PEI的表面电势。

表1：各材料表面电势

样品	表面电势(mV)pH7.4
		PEI	48.4±6.96
PEI-DTPA(Gd III)	52.59±7.28
		PEI-DTPA(Gd III)-mPEG	3.98±1.62

实施例2：

制备PEI-DTPA(Gd III)-mPEG。

其余如实施例1所示，所述的步骤A中：将120mg的聚乙烯亚胺（PEI）溶解在60mL的水中，并逐滴加入9mL含有85.7mgcDTPAA的水溶液；

所述的步骤B中：将240mg的mPEG-NHS溶解在24mL的水中，逐滴加入到步骤A制备的102.9mg的PEI-DTPA的水溶液中；

所述的步骤C中：在步骤B制备的171.5mg的PEI-DTPA-mPEG的水溶液中加入15.8mg的三氯化钆，在室温下搅拌反应4h后得到PEI-DTPA(GdIII)-mPEG水溶液，再加入90μL三乙胺搅拌40min，最后加入60μL乙酸酐，搅拌反应24h，然后进行透析，冷冻干燥，得到聚乙二醇化聚乙烯亚胺的高分子磁共振成像造影剂PEI-DTPA(Gd III)-mPEG。

实施例3：

以体外MR测试的T₁值来检验实施例1合成的材料PEI-DTPA(GdIII)-mPEG以及临床用MR造影剂钆喷葡胺的MR成像效果。

取实例1样品PEI-DTPA(Gd III)-mPEG16.84mg溶解在4.8mL的超纯水中配制钆浓度为1.0mM的溶液，再分别稀释到钆浓度为0.8，0.6，0.4，0.2，0.1mM的溶液各1.5mL；取临床用钆喷葡胺配置同样浓度作为对比。用临床用3.0T MR测试仪测试各个样品的T₁值并得出1/T₁的值与钆浓度的线性关系。附图3(a)为样品的T₁成像图片。附图3（b）为样品PEI-DTPA(Gd III)-mPEG和钆喷葡胺的T₁弛豫时间的倒数随钆浓度变化的线性关系图。从图3（a）中可以看出样品PEI-DTPA(Gd III)-mPEG和钆喷葡胺都显示出随着钆离子浓度的增高，T₁信号逐渐变强。在图3（b）中PEI-DTPA(Gd III)-mPEG和钆喷葡胺的浓度和1/T₁值线性关系良好，且样品PEI-DTPA(Gd III)-mPEG的纵向驰豫率（r₁）为4.2mM^-1s^-1，大于钆喷葡胺的r₁（3.4mM^-1s^-1），说明制备的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG具有较好的成像弛豫率，可以更好的应用于MR成像，取得较好的造影效果。

实施例4：

用MTT实验来研究所制备的PEI-DTPA(Gd III)和PEI-DTPA(GdIII)-mPEG的细胞毒性。

收集对数期人口腔上皮癌细胞（KB细胞），加入到96孔细胞培养板中，每孔加入200μL含细胞的RPMI1640培养基使细胞密度至0.6×10⁴/孔；然后在细胞培养箱（5%CO₂，37℃）中孵育24小时，倒掉培养基并加入180μL新鲜培养基，再加入含有不同浓度的PEI-DTPA(Gd III)和PEI-DTPA(GdIII)-mPEG的20μL PBS缓冲液(钆离子浓度分别为0，10，25，50，100μM)，以验证材料对KB细胞生长的影响。所有的试验组均设5个孔为一个平行组；在培养箱中孵育24h后，每孔加入20μL的MTT溶液（5mg/mL），培养4h后，小心吸去孔内培养液，在每孔加入200μL DMSO，置摇床上避光振荡15min，然后在酶联免疫检测仪570nm处测量各孔的MTT甲臜溶液吸光值。统计学分析借助于ANOVA方法实施。在所有的评估中，认为P<0.05时，样品之间的差异具有统计学显著性。分析结果以细胞存活率来显示PEI-DTPA(Gd III)和PEI-DTPA(Gd III)-mPEG对KB细胞的毒性作用。MTT法检测处理后细胞的活力，参见附图4。从图中可以看出，相对于未处理的KB细胞，PEI-DTPA(Gd III)-mPEG在钆离子浓度高达100μM时对KB细胞都不产生毒性，表现出良好的生物相容性；而聚乙二醇化和乙酰化修饰之前的材料PEI-DTPA(Gd III)在钆离子浓度达到10μM时就对KB细胞产生毒性（p<0.001）。

实施例5：

将150μL实施例1中得到的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG的生理盐水溶液（[Gd]=0.02M）通过尾静脉注射进体重为22-25g的小鼠体内，分别在注射后注射后不同时间点（0.5，1，2，4，8，12，24和36h）采用摘眼球取血约0.5g（每个时间点5只小鼠作为一组平行样本）。

然后加入2mL王水消化，并稀释到5mL，最后用ICP-OES测量各个样品的Gd元素含量（图5）。从图中可看出，Gd元素在注射后0.5h在血液中含量最高（每克组织中Gd元素含量为35.72μg），并且随着时间的增长，血液中钆含量逐渐降低，在4h时降至一半（每克组织中Gd元素含量为17.62μg）。注射后36小时后,血液中仅有极微量的Gd元素（每克组织中Gd元素含量为1.36μg）,表明材料基本从血液中清除排泄出去。

实施例6：

将150μL实施例1中得到的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG的生理盐水溶液（[Gd]=0.02M）通过尾静脉注射进体重为23g的小鼠体内，注射前和注射后0.5，1.5，3，12h对其通过MR扫描检测得到小鼠腹腔静脉的图片（图6），从图中可以看出，与注射前的MR图片相比，注射后小鼠腹腔静脉和肾脏的MR信号有明显的增强，且血管亮度可以维持到3h，证明本方法合成的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG具有较好的MR成像效果和较长的血液循环时间，可以用作MR成像造影剂。

实施例7：

将150μL实施例1中得到的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG的生理盐水溶液（[Gd]=0.02M）通过尾静脉注射进体重为22-25g的小鼠体内，然后在注射后不同时间点（0.5、2、12、24、48和96h）将小鼠处死，并取出心脏，肝脏，脾脏，肺和肾脏器官（每个时间点5只小鼠作为一组平行样本），加入2mL王水消化过夜，然后稀释到5mL，并用ICP-OES测量各个器官中Gd元素含量（图7）。

从图中可看出，Gd元素在心脏中分布随着注射时间的延长逐渐降低，可能是随着注射时间的延长，血液中材料含量逐渐降低，从而使得其在心脏中的含量降低。而在肝脏和脾脏中的Gd元素含量呈现先升高后降低，表明和大多数纳米材料一样，它们通过血液循环进入肝脏和脾脏，然后再随着时间的延长被代谢出去。肺部的Gd元素含量较低（每克组织中Gd元素含量小于25μg）表明材料尺寸较小，不会在肺部聚集。肾脏中Gd元素也呈现降低的趋势，说明材料可以通过泌尿系统排出体外。而且96小时后，Gd元素在这五个主要器官中的含量都较低（每克组织中Gd元素含量小于25μg），这些结果表明所制备的材料能在小鼠体内正常的代谢清除，且不显示毒性。实施例8：

将150μL实施例1中得到的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG的生理盐水溶液（[Gd]=0.02M）通过尾静脉注射进体重为23g的荷瘤裸鼠体内，分别于注射前和注射后1，3，6h对其通过MR扫描检测得到其肿瘤部位的图像（图8），从图中可以看出，与注射前的MR图片相比，注射后裸鼠肿瘤部位的MR信号有明显的增强，且其亮度在6小时达到最高的成像对比效果。证明本方法合成的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG可以通过EPR效应聚集到肿瘤部位，有效的实现肿瘤组织的被动靶向MR成像检测。

证明本方法合成的PEI-DTPA(Gd III)-mPEG有望用于临床MR成像进行肿瘤的早期检测。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

A、通过共价接枝将二乙三胺五乙酸连接在聚乙烯亚胺表面，制备PEI-DPTA：将聚乙烯亚胺溶解在水中，并逐滴加入cDTPAA的水溶液，在室温下搅拌反应6-12h得到PEI-DTPA的水溶液；透析反应液，最后将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA；其中PEI和cDTPAA的质量比为1:0.7-1.0；

B、聚乙二醇化修饰步骤A获得的复合材料，制备PEI-DTPA-mPEG：将mPEG-NHS溶解在水中，逐滴加入到步骤A制备的PEI-DTPA的水溶液中，搅拌反应12-24h，将反应液透析，最后将产物的水溶液冷冻干燥得到PEI-DTPA-mPEG；其中PEI-DTPA和mPEG-NHS的质量比为1:2-5；

C、螯合钆离子，制备PEI-DTPA(Gd III)-mPEG，并将PEI表面剩余氨基乙酰化。

2.根据权利要求1所述的聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤C具体为：在步骤B制备的PEI-DTPA-mPEG的水溶液中加入三氯化钆，在室温下搅拌反应2-4h后得到PEI-DTPA(Gd III)-mPEG水溶液，再加入三乙胺搅拌20-40min，最后加入乙酸酐，搅拌反应12-24h，然后进行透析，冷冻干燥，得到聚乙二醇化聚乙烯亚胺的高分子磁共振成像造影剂PEI-DTPA(Gd III)-mPEG；

其中的PEI-DTPA-mPEG和三氯化钆的质量比为1:0.1-0.2；

其中的PEI-DTPA-mPEG和三乙胺的质量比为1:1-3；

其中的PEI-DTPA-mPEG和乙酸酐的质量比为1:1-3。

3.根据权利要求1或2所述的聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A中透析的具体工艺为：采用透析袋先在pH为7.4的PBS缓冲液中透析，再在蒸馏水中透析。

4.根据权利要求1或2所述的聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述步骤B中mPEG-NHS的分子量为5000。

5.根据权利要求1或2所述的聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述步骤B中透析的具体工艺为：采用透析袋先在pH为7.4的PBS缓冲液中透析，再在蒸馏水中透析。

6.根据权利要求2所述的聚乙二醇化聚乙烯亚胺高分子磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，所述步骤C中透析具体工艺为：采用透析袋先在pH为7.4的PBS缓冲液中透析，再在蒸馏水中透析。