CN104984367B - 一种产气光声成像造影剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型产气光声成像造影剂及其制备方法，属于临床医学领域。一种新型产气光声成像造影剂，所述光声造影剂包括溶液、微球和气体，所述溶液为碳酸氢铵饱和溶液，包裹于所述微球之内；所述微球为脂质体微球，所述脂质体微球球壁的配方为：聚乙二醇‑二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰磷脂酰胆碱、胆固醇；本发明具有如下优点：采用碳酸氢铵饱和溶液，不仅安全、有效并降低了生产成本；可用于浅表组织的光声成像；生产的微球低温保存；膜材无毒性，无副作用；微球粒径小、性能稳定，成像效果好；不影响全身或某一系统的血流动力学。

Description

一种产气光声成像造影剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种产气光声成像造影剂及其制备方法，属于临床医学领域。

背景技术

光声成像21世纪发展起来的新兴成像技术，主要应用于物理、化学等领域。随着科学技术的不断发展，光声成像的研究也取得了显著进步，并开始应用于生物医学领域。光声成像是利用光声效应，通过生物体对光吸收率的不同，从而导致产生的声波差异，达到区分测试物的不同组织结构和功能的目的，它结合了超声的高穿透力和光学的高对比度特性，因此比目前的纯超声具有更高的对比度和分辨率。光声成像的物理基础——光声效应是当短脉冲激光照射生物组织时，组织内的吸收体吸收了光能之后发生局部的升温，促使组织发生热弹性膨胀，产生超声波的过程，在组织体表面附近被换能器接受，即为光声信号。因此，吸收体是产生光声信号的关键物质。

吸收体包括内源性吸收体和外源性吸收体。内源性吸收体为机体自身组织、结构、成分，如血红蛋白、软组织。血红蛋白浓度的大小，组织血氧饱和度的高低，均会影响组织的光吸收能力，从而改变光声信号的强度。另一方面由于激光较强的散射效应，导致光强和光声信噪比随着生物组织的深度呈现指数级衰减，为了克服这些困难，用于光声成像增强光声信号的造影剂成为发展趋势。通过造影剂改变局部组织的声学和光学特性，提高图像的对比度和分辨率，改善图像质量，增强光声成像的成像效果，即外源性吸收体。目前国内外用于研究的外源性吸光体材料主要有重金属纳米金、荧光染料吲哚菁绿、碳纳米管等，但是应用这些材料产生光声信号的微球制备的研究尚局限于实验室内，主要是因为这些材料对机体有害，副作用大，无法顺利从机体完全排除，且价格非常昂贵，因此需要寻找一种安全、价廉、无副作用的材料作为外源性对比剂用于光声成像。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中的造影剂对机体有害，无法顺利从机体完全排除，价格非常昂贵的问题，提供一种安全、价廉、无副作用的新型产气光声造影剂及其制备方法用于光声成像技术。

为解决上述技术问题，采用的技术方案是：

一种产气光声成像造影剂，包括溶液、微球和气体，所述溶液为包裹于所述微球内的碳酸氢铵饱和溶液；所述微球为脂质体微球，所述脂质体微球球壁的原料配方为：聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(DSPE-PEG)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、胆固醇；所述气体为：碳酸氢铵分解产生的CO₂；所述溶液的原料配方为：1g碳酸氢铵溶于5ml双蒸水中。

进一步的，所述脂质体微球的球壁中各个成分的重量份数为：聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺1份、二棕榈酰磷脂酰胆碱10份、胆固醇1份。

一种制备产气光声成像造影剂的方法，制备方法包括以下步骤：

步骤一：磷脂溶解：磷脂类成分和胆固醇加入到三氯甲烷中，摇动致充分溶解，形成磷脂与三氯甲烷的混合溶液；

步骤二：制备磷脂膜：将所述步骤一得到的混合液放置在旋转蒸发仪上旋转，转速为：40～80r/min，时间为：40～60min，温度：35～55℃得到磷脂膜；

步骤三：制备脂质体微球：将所述步骤二得到的磷脂膜加入所述碳酸氢铵饱和溶液，摇动、振动，使其充分混合成球，即得到所述脂质体微球；

步骤四：得到光声造影剂：将所述步骤三得到的脂质体微球经脂质体挤出仪挤出，放入透析液中透析，再经射线消毒后得到所述光声造影剂。

进一步的，所述步骤一中磷脂类成分选自氢化磷脂、合成磷脂及其聚乙二醇修饰衍生物中的一种或几种。

进一步的，所述磷脂类成分为聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰磷脂酰胆碱。

进一步的，聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺的加入量为1mg，二棕榈酰磷脂酰胆碱的加入量为10mg，胆固醇的加入量为1mg，三氯甲烷的体积为10ml。

进一步的，所述步骤二中的转速为60r/min，时间为50min，温度为45℃。

进一步的，所述步骤三中的所述碳酸氢铵饱和溶液的温度为4℃，手摇法、声震仪共同作用。

进一步的，所述透析液为5％葡萄糖溶液。

碳酸氢铵是一种白色粉末状的化合物，1985年被美国食品和药物管理局列为一种公认安全物质。它常作为食品添加剂，安全性大，且价格低廉。其分解产物为水、氨气和二氧化碳，无残渣，均为人体正常代谢产物，经呼吸系统、消化系统、泌尿系统等全部从机体排除。其来源容易、安全、成本低，将其用于光声成像造影剂具有广阔的应用前景。

脂质体作为成膜和成囊的壳膜材，生物相容性好、弹性好、可降解、无毒，已被广泛用于生物医学领域。本发明将薄膜水化法与挤出法并用制备脂质体包裹的碳酸氢铵溶液的微球造影剂用于光声成像。

针对目前超声诊断仪在浅表组织造影中的微泡造影诊断价值不高的问题，采用光声成像仪结合本发明造影剂，并以激光促使其分解，在浅表组织成像，提高了对浅表组织病变的诊断价值，为临床医学领域增添又一新的诊断手段。

本发明替换了现有技术的不足，对人体无害，且本发明新型产气光声成像造影剂具有产气的特性，产出的气体为CO₂能为人体正常代谢并排出人体，具有健康无残留的优点。

本发明的有效果为：

①采用碳酸氢铵饱和溶液，来源容易、安全、成本低，将其用于光声成像造影剂具有广阔的应用前景；

②可用于浅表组织的光声成像，有效解决了超声诊断仪在浅表组织造影中诊断价值不高的问题；

③生产的微球低温保存，保存条件容易实现，为光声造影剂的广泛的使用提供了基础；

④膜材无毒性，无副作用，不影响全身或某一系统的血流动力学；

⑤微球粒径小、性能稳定，成像效果好。

附图说明

图1为本发明电镜下观察微球造影剂的透射电镜低倍显示图。

图2为本发明电镜下观察微球造影剂的透射电镜高倍显示图。

图3为本发明电镜下观察微球造影剂的扫描电镜显示图。

图4为本发明微球粒径分布图。

图5为本发明微球Zeta电位分布图。

图6为微球在皮下肿瘤局部光声信号图：图6A：造影剂注射前皮下肿瘤超声二维模式图；图6B：造影剂注射前皮下肿瘤光声模式图；图6C：造影剂注射前皮下肿瘤超声二维与光声模式重叠图；图6D：造影剂注射后皮下肿瘤超声二维模式图；图6E：造影剂注射后皮下肿瘤超声光声模式图；图6F：造影剂注射后皮下肿瘤超声二维与光声模式重叠图。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明，而不是限制本发明的范围。

实施例1制备光声成像造影剂

1、主要材料的选择：聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(DSPE-PEG)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、胆固醇、碳酸氢铵(NH₄HCO₃)。

2、光声成像造影剂的制备：采用薄膜水化法和挤出法制备碳酸氢铵脂质微球，脂质体微球内为碳酸氢铵饱和溶液，外包脂质，然后通过透析法去除脂质体外的碳酸氢铵，从而得到脂质体微球。

3、制备步骤：

先将10mgDPPC、1mgDSPE-PEG、1mg胆固醇溶于10ml三氯甲烷中，待充分溶解达到清澈透明程度后，置于旋转蒸发仪上旋转，温度45℃，时间50min，转速60r/min，接着将此得到的磷脂膜加入4℃的碳酸氢铵饱和溶液5ml，手摇后经过声振仪，声振仪的功率100W，振3S间隔5S，共振30S，成球，之后通过脂质体挤出仪，分别经过800nm、400nm、200nm孔径滤膜，每种孔径各挤8次，然后放入等摩尔浓度葡萄糖透析液(葡萄糖含量5％)中透析，最后经射线消毒后，得到光声造影剂。

实施例2制备光声成像造影剂

1、主要材料的选择：聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(DSPE-PEG)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、胆固醇、碳酸氢铵(NH₄HCO₃)。

2、光声成像造影剂的制备：采用薄膜水化法和挤出法制备碳酸氢铵脂质微球(内为碳酸氢铵饱和溶液，外包脂质)，然后通过透析法去除脂质体外的碳酸氢铵，从而得到脂质体微球。

3、制备步骤：

步骤一：磷脂溶解：1mgDSPE-PEG、10mgDPPC和1mg胆固醇加入到10ml三氯甲烷中，手摇动致充分溶解，形成清澈的磷脂与三氯甲烷的混合溶液；

步骤二：制备磷脂膜：将所述步骤一得到的混合液放置在旋转蒸发仪上旋转，转速为：40r/min，时间为：40min，温度：35℃得到磷脂膜；

步骤三：制备脂质体微球：将所述步骤二得到的磷脂膜加入所述5℃碳酸氢铵饱和溶液6ml，手摇后经过声振仪，声震仪的功率为120W，振4S间隔6S，共振40S，即得到所述脂质体微球；

步骤四：得到光声造影剂：将所述步骤三得到的脂质体微球通过脂质体挤出仪，分别经过850nm、450nm、250nm孔径滤膜，每种孔径各挤9次，然后放入等摩尔浓度葡萄糖透析液透析，其中葡萄糖含量为5％，再经射线消毒后得到所述光声造影剂。

实施例3制备光声成像造影剂

1、主要材料的选择：聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(DSPE-PEG)、二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、胆固醇、碳酸氢铵(NH₄HCO₃)

2、光声成像造影剂的制备：采用薄膜水化法和挤出法制备碳酸氢铵脂质微球(内为碳酸氢铵饱和溶液，外包脂质)，然后通过透析法去除脂质体外的碳酸氢铵，从而得到脂质体微球。

3、制备步骤：

步骤一：磷脂溶解：1mgDSPE-PEG、10mgDPPC和1mg胆固醇加入到10ml三氯甲烷中，手摇动致充分溶解，形成清澈的磷脂与三氯甲烷的混合溶液；

步骤二：制备磷脂膜：将所述步骤一得到的混合液放置在旋转蒸发仪上旋转，转速为：80r/min，时间为：6min，温度：55℃得到磷脂膜；

步骤三：制备脂质体微球：将所述步骤二得到的磷脂膜加入所述5℃碳酸氢铵饱和溶液6ml，手摇后经过声振仪，声震仪的功率为150W，振5S间隔7S，共振50S，即得到所述脂质体微球；

步骤四：得到光声造影剂：将所述步骤三得到的脂质体微球通过脂质体挤出仪，分别经过830nm、430nm、230nm孔径滤膜，每种孔径各挤7次，然后放入等摩尔浓度葡萄糖透析液透析，其中葡萄糖含量为6％，再经射线消毒后得到所述光声造影剂。

实施例4影像学特点观察

将上述实施例1制备的造影剂注入小鼠静脉内，在光声成像仪下观察其增强皮下肿瘤的声像学特点。结果可见注射前皮下肿瘤内回声均匀等回声，自身成分光声信号极少；注射后皮下肿瘤内回声较注射前增强，光声信号明显增多，且分布范围增大。

由图1～图3可知，图1中可见微球分布、大小均匀；图2中透射电镜高倍显示单个微球，外层透明层为双分子磷脂膜，其内颜色较深为膜内包裹的碳酸氢铵溶液；图3中扫描电镜显示微球分布、大小均匀，表面光滑。

由图4～图5可知，图4中横坐标为粒径大小，纵坐标为所测粒径在该范围内的密度，即红色线起点至终点距离越窄，那么所测微球的粒径就越接近，本法测得微球粒径大小为232.5±58.76nm；图5中横坐标为电位大小，纵坐标为所测微球在所测电位的总数，在所测电位范围内微球数量，本法所测电位大小为-0.935±0.31mv。

由图6可知，图6A显示廇内为均匀等回声；图6B显示廇内可见极少许红色光声信号，为机体自身成分光声信号；图6C更清楚显示廇内的自身成分光声信号分布；图6D显示廇内回声较注射前增强；图6E显示廇内红色光声信号明显较注射前增多，分布范围增大；图6F清楚显示廇内注射后的光声信号。

本文虽然已经给出了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (2)

1.一种制备产气光声成像造影剂的方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

步骤一：磷脂溶解：磷脂类成分和胆固醇加入到三氯甲烷中，摇动致充分溶解，形成磷脂与三氯甲烷的混合溶液；

步骤二：制备磷脂膜：将所述步骤一得到的混合液放置在旋转蒸发仪上旋转，转速为：40～80r/min，时间为：40～60min，温度：35～55℃得到磷脂膜；

步骤三：制备脂质体微球：将所述步骤二得到的磷脂膜加入所述碳酸氢铵饱和溶液，手摇后经过声振仪进行振动，使其充分混合成球，即得到所述脂质体微球；所述碳酸氢铵饱和溶液的温度为4℃；

步骤四：得到光声造影剂：将所述步骤三得到的脂质体微球经脂质体挤出仪挤出，放入透析液中透析，再经射线消毒后得到所述光声造影剂；

聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺的加入量为1mg，二棕榈酰磷脂酰胆碱的加入量为10mg，胆固醇的加入量为1mg，三氯甲烷的体积为10ml；

所述透析液为5％葡萄糖溶液；

所述磷脂类成分为聚乙二醇-二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰磷脂酰胆碱。

2.如权利要求1所述的一种制备产气光声成像造影剂的方法，其特征在于，所述步骤二中的转速为60r/min，时间为50min，温度为45℃。