CN104189924B

CN104189924B - 一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂及其制备方法

Info

Publication number: CN104189924B
Application number: CN201410482231.0A
Authority: CN
Inventors: 高锦豪; 王俪蓉
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: CN104189924A

Abstract

一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂及其制备方法，涉及磁共振造影剂。所述以碳基材料为支架的磁共振造影剂，是以碳基材料为支架，在支架上偶联至少1个顺磁性小分子。将碳基材料羧酸衍生物溶于DMF溶液中，加入EDC·HCl和NHS，反应后得碳基材料羧酸活化酯溶液；将Tris‑t‑DOTA‑NH₂加入到碳基材料羧酸活化酯溶液中超声反应，得到Tris‑t‑DOTA修饰的碳基材料羧酸酯；用三氟乙酸脱去Tris‑t‑DOTA修饰的碳基材料羧酸酯中的三个叔丁基后，再溶于水，然后加入GdCl₃·6H₂O反应后，得到碳基材料磁共振造影剂。可实现T₁弛豫协同增强的效果，可有效提高磁共振造影剂的弛豫率。

Description

一种以碳基材料为支架的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，尤其是涉及一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂及其制备方法。

背景技术

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)由于其具有无创性、无射线，提供软组织高分辨率的三维图像等优点，已经在生物医学等领域得到迅速的发展和广泛的应用。但是，在临床诊断中，磁共振成像技术在很多情况下对病变组织与正常组织的对比度并不明显，其中45％以上的诊断需要用到磁共振造影剂(Wilson,L.J.NatureNanotech.2010,5,815)。造影剂是一种可提高成像对比度和清晰度的成像增强对比剂。造影剂能改变体内局部组织中水质子的弛豫时间，提高正常与患病部位的成像对比度，从而显示体内器官的功能状态。目前临床最常用以及应用最为广泛的MRI造影剂主要是钆基螯合剂(P.Caravan,Chem.Soc.Rev,2006,35：512)。钆离子能够与周围的水质子发生偶极相互作用，降低水质子的T₁弛豫时间，增加磁共振成像的灵敏性。由于钆离子具有毒性，线型或环状的螯合配体将钆离子的毒性降低到最小，同时在一定程度上也减小了钆离子的弛豫效能。这类小分子造影剂弛豫率低、靶向性差、血液循环时间和在组织内的驻留时间较短，导致成像窗口时间缩短，信噪比降低等缺点影响了其成像质量和在临床上的应用。

目前，处于研究阶段的磁共振造影剂有很多，但大多数离临床应用还有一定距离，需要进一步的研究与开发。在今后造影剂的研究中，合成具有高弛豫率和组织或器官靶向性的造影剂，减少用药剂量，降低造影剂的毒性和降低制备成本是造影剂的主要发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供以碳基材料为支架连接多个顺磁性配合物协同增强弛豫效能，可有效提高磁共振造影剂弛豫率的一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂及其制备方法。

所述以碳基材料为支架的磁共振造影剂，是以碳基材料为支架，在支架上偶联至少1个顺磁性小分子，其结构式如下：

其中，标记M表示顺磁性金属离子。

所述碳基材料可选自C₆₀、C₇₀、C₈₀、石墨烯、碳纳米管等中的一种。

所述顺磁性小分子可选自Gd-DOTA、Gd-DTPA、Mn-DPDP等中的一种；所述顺磁性小分子的数量可为1～50个。

所述顺磁性金属离子可选自Gd³⁺、Mn²⁺、Fe²⁺、Dy³⁺等中的一种。

所述以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳基材料羧酸衍生物溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，加入EDC·HCl(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，室温下反应，得到碳基材料羧酸活化酯溶液；

2)将Tris-t-DOTA-NH₂(三叔丁基-2,2’,2”-(10-(2-((2-氨乙基)氨基)-2-乙氧基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-乙酸酯))加入到步骤1)所得的碳基材料羧酸活化酯溶液中超声反应5～6h，得到Tris-t-DOTA修饰的碳基材料羧酸酯；

3)用三氟乙酸脱去Tris-t-DOTA修饰的碳基材料羧酸酯中的三个叔丁基后，再溶于水，然后加入GdCl₃·6H₂O反应后，得到碳基材料磁共振造影剂。

在步骤1)中，所述碳基材料羧酸衍生物、EDC·HCl、NHS的摩尔比可为1∶(10～20)∶(10～20)；所述反应是在冰浴条件下超声反应0.5～1h。

在步骤2)中，所述Tris-t-DOTA-NH₂与碳基材料羧酸活化酯溶液的比例范围可为(5～15)∶1；所述超声反应的时间可为5～6h；最好将得到的产物Tris-t-DOTA修饰的碳基材料羧酸酯再采用TLC跟踪反应，用硅胶柱除去未反应的碳基材料。

在步骤3)中，所述GdCl₃·6H₂O与碳基材料羧酸活化酯溶液的摩尔比可为(10～20)∶1；所述反应的时间可为3～4h；最好将得到的产物碳基材料磁共振造影剂再用透析袋透析掉未偶联上或者偶联上个数比较少的碳基材料支架和多余的钆离子。

与现有技术比较，本发明具有如下突出优点：

本发明提出以碳基材料为支架，在支架上连接多个顺磁性配合物，从而可实现T₁弛豫协同增强的效果，可有效提高磁共振造影剂的弛豫率。相比于临床使用的T₁造影剂，这类碳基磁共振造影剂的弛豫率可提高近10倍。

附图说明

图1为本发明实施例所述以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备流程图。

图2为本发明实施例所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂与对照组在1.5T磁场下测得的纵向弛豫时间的倒数1/T₁对不同Gd浓度作图。在图2中，横坐标为钆离子的浓度(mmol/L)；纵坐标为测得的纵向弛豫时间的倒数(s^-1)。线条a表示Gd-DTPA在1.5T磁场下水质子弛豫率r₁＝3.16mmol/L；线条b表示C₆₀-(Gd-DOTA)_n在1.5T磁场下弛豫率r₁＝29.18mmol/L。

图3为本发明实施所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂与对照组在1#～5#:0.2；0.1；0.05；0.025；0.0125mM(溶液中Gd³⁺离子浓度)和纯水(H₂O)的体外T₁加权像对比图(1.5T自旋-回波序列TR＝50ms,T＝310K)。

具体实施方式

本发明所述以碳基材料为支架的磁共振造影剂的结构是以碳基材料为支架，在支架上偶联至少1个顺磁性小分子。所述碳基材料可为C₆₀、C₇₀、C₈₀、石墨烯、碳纳米管等；所述顺磁性小分子可为Gd-DOTA,Gd-DTPA，Mn-DPDP等；所述顺磁性小分子的数量可为1～50个。

作为对照，以临床使用的钆喷酸葡胺注射液，商品名为马根维显(Gd-DTPA，Magnevist)为对照，配制一系列浓度的水溶液，在1.5T磁场条件下(310K)测得纵向弛豫时间T₁和体外T₁加权成像(见图2和图3)。

下面制备以C₆₀为支架的C₆₀-(DOTA-Gd)_n(n＝4～5)，步骤如下(参见图1)：

(a)取40mg富勒烯羧酸衍生物(C₆₀[C(COOH)₂]_n(n＝5))溶于5mLDMF中，超声溶解；加入30mgNHS和50mgEDC·HCl(C₆₀[C(COOH)₂]_n与EDC、NHS的摩尔比为1∶15∶15)，冰浴条件下，超声0.5h，得到富勒烯羧酸活化酯。

(b)将200mg Tris-t-DOTA-NH₂加入到上述富勒烯羧酸活化酯溶液中，室温下超声3～5h，TLC跟踪反应进展状况。

(c)将步骤(b)步得到的产物用5mL三氟乙酸脱保护，过夜搅拌，用油泵抽，尽可能除尽三氟乙酸。

(d)用10～20mLHPLC级去离子水溶解步骤(c)得到的产物，用1M NaOH调节pH值到7，加入120～200mg GdCl₃·6H₂O，用1M NaOH调节pH值到6左右，超声5h。之后用Mw＝2000的透析袋透析4天，直到水中再无氯离子存在(硝酸银检测)，得到含有产物C₆₀-(DOTA-Gd)_n(n＝4～5)的透析液。

(e)将步骤(d)中的透析液用冷冻干燥机冻干，得到C₆₀-(DOTA-Gd)_n(n＝4～5)的粉末。

(f)将粉末溶于适量水中，然后测ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱)来确定溶液中钆离子的浓度。然后在1.5T的磁场条件下(310K)测得纵向弛豫时间T₁(参见图2)和体外T₁加权对比图(参见图3)。

由图2得到，C₆₀-(DOTA-Gd)_n(n＝4～5)的纵向弛豫率r₁为29.18mM^-1s^-1,是临床上用的Gd-DTPA的近10倍。这证明C₆₀-(DOTA-Gd)_n(n＝4～5)的弛豫效能有很明显提高。由图3可以看出，实施例1制备的C₆₀-(DOTA-Gd)_n(n＝4～5)有明显的成像效果。

Claims

1.一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂，其特征在于，以碳基材料为支架，在支架

上偶联至少1个顺磁性小分子，其结构式如下：

其中，标记M表示顺磁性金属离子；

所述碳基材料为富勒烯；所述顺磁性小分子为Gd-DOTA，数量在1～50个可控范围。

2.如权利要求1所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将碳基材料羧酸衍生物溶于DMF（N, N-二甲基甲酰胺）溶液中，加入EDC·HCl(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)和NHS（N-羟基琥珀酰亚胺），室温下反应，得到碳基材料羧酸活化酯溶液；

2）将Tris-t-DOTA-NH₂(三叔丁基-2,2’,2”-(10-(2-((2-氨乙基)氨基)-2-乙氧基)-1,4, 7, 10-四氮杂环十二烷-1, 4,7-乙酸酯))加入到步骤1）所得的碳基材料羧酸活化酯溶液中超声反应，得到Tris-t-DOTA直接修饰的碳基材料羧酸酯；

3）用三氟乙酸脱去Tris-t-DOTA修饰的碳基材料羧酸酯中的三个叔丁基后，再溶于水，然后加入GdCl₃·6H₂O反应后，得到碳基材料磁共振造影剂。

3.如权利要求2所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，在步骤1）中，所述碳基材料羧酸衍生物、EDC·HCl、NHS的摩尔比为1∶(10～20)∶(10～20)；所述反应是在冰浴条件下超声反应0.5～1h。

4.如权利要求2所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，在步骤2）中，所述Tris-t-DOTA-NH₂与所述碳基材料羧酸活化酯溶液的摩尔比为 (5～15)∶1；所述超声反应的时间为5～6h。

5.如权利要求2所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，将步骤2）得到的产物Tris-t-DOTA修饰的碳基材料羧酸酯再采用TLC跟踪反应，用硅胶柱除去未反应的碳基材料。

6.如权利要求2所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，在步骤3）中，所述GdCl₃·6H₂O与碳基材料羧酸活化酯溶液的摩尔比为 (10～20)∶1；所述反应的时间为3～4h。

7.如权利要求2所述一种以碳基材料为支架的磁共振造影剂的制备方法，其特征在于，将步骤3）得到的产物碳基材料磁共振造影剂再用透析袋透析掉未偶联上或者偶联上个数比较少的碳基材料支架和多余的顺磁性金属离子。