CN105085617B - 一种用于纳米pet显像剂的化合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明的用于纳米PET显像剂的化合物,为结构式(Ⅰ)所示的化合物A。所述化合物A为小分子,在弗林蛋白酶的作用下,发生缩合反应形成聚合大分子,对血管、细胞渗透性较好,摄取率较高,可主动靶向成像区域,在肿瘤区域自组装成纳米粒子,成像灵敏度高、成像效果好,且制备简单,反应条件温和,可应用于高表达弗林蛋白酶的肿瘤PET显像。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料领域,具体涉及一种用于纳米PET显像剂的化合物及其制备方法与应用。
背景技术
正电子断层显像(positron emission tomography,PET)是目前诊断肿瘤的技术中常用的手段之一,主要是利用11C、13N、15O或18F等放射性核素标记的生物活性物质(如:葡萄糖、氨基酸、脂肪、抗体等)作为显像剂,通过显像剂在代谢中聚集与分布的呈像,来获知生命代谢活动的情况,从而达到诊断的目的。正电子断层显像不仅可快速获得多层面的断层影像、实现三维全身扫描、获得三维定量结果,还可以从分子水平动态观察到代谢物或药物在生物体内的生理变化,其性能远优于其他医学显像技术,可以在早期准确地诊断肿瘤、指导治疗和监测疗效。
在PET显像剂中,由于纳米材料通常具有大的表面积和表面积体积比,可以作为载体来装载大量的化学显像剂以有效地提高生物组织局部的显像剂浓度,并且纳米材料具有较长的循环半衰期,可保证足够长的成像时间用以研究疾病的病理过程、评价药物的代谢途径等,因此,出现了纳米材料与PET显像的融合技术。但是,单纯的采用纳米颗粒作为基础,对其进行包被和表面修饰连接PET显像核素,在体外完成显像剂的制备,然后注入活体内用于体内显像,不仅在制备纳米PET显像剂上具有较高的技术难度,需要在严格的反应条件下,经过复杂的合成制得,而且这些纳米PET显像剂在用于体内显像时,还会由于其较大的粒子尺寸以及对血管或细胞的低渗透性,造成的摄取率低以及靶向性低、成像灵敏度低的问题,无法得到理想的成像效果。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是现有技术中的纳米PET显像剂制备困难、在生物体内摄取率低、靶向性低的问题,进而提供一种制备简单、摄取率高、具有较高的肿瘤细胞靶向性的用于纳米PET显像剂的化合物。
本发明所要解决的第二个技术问题是现有技术中的纳米PET显像剂成像效果不理想的问题,进而提供一种成像效果良好的纳米PET显像剂。
本发明的用于纳米PET显像剂的化合物A,具有结构式(Ⅰ)所示的结构(即18F-FB-CBT-KCRRVR)。所述化合物A为纳米PET显像剂中的功能性成分。
所述化合物A是弗林蛋白酶控制性自组装纳米PET显像剂。弗林蛋白酶(furin),是真核生物细胞中一种重要的内切蛋白酶,在癌细胞中高度表达,是癌细胞一些特有的酶的前酶,可以识别剪切多种蛋白质,如生长因子、血清蛋白、基质金属蛋白酶、受体、病毒囊膜蛋白和细菌外毒素等。
所述化合物A的CBT-KCRRVR(2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽)部分中,精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽段为可被肿瘤高表达的弗林酶特异性识别剪切的部分;半胱氨酸(Cysteine)和2-氰基-6-氨基苯并噻唑(CBT)为缩合形成纳米粒子的功能性部分;赖氨酸为CBT和Cysteine连接的连接基团,其α-氨基和羧基分别与Cysteine的羧基和CBT的氨基连接,且可利于F-18的标记,其ε-氨基上可连接对氟苯甲酸(18(19)F-FBA),进而生成所述化合物A或所述化合物B。
所述化合物A的CBT-KCRRVR肽段,被高表达弗林酶的肿瘤细胞识别摄取进入肿瘤细胞后,其精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸部分被弗林酶剪切,叔丁基双硫键保护的巯基端被细胞内的glutathione(GSH)还原),产生自由的Cysteine片断,从而和另一分子的CBT发生分子间缩合反应并自组装成纳米粒子。所述化合物A形成纳米粒子的过程如下所示:
本发明的用于纳米PET显像剂的化合物B,具有结构式(Ⅱ)所示的结构(即FB-CBT-KCRRVR)。所述的化合物B可应用于制备纳米PET显像剂的纳米促发剂。
本发明的纳米PET显像剂,包括结构式(Ⅰ)所示的化合物A。优选的,还包括不含标记元素氟-18的结构式(Ⅱ)所示的化合物B。更为优选的,所述化合物A与化合物B的用量关系为每1Ci所述化合物A中加入的所述化合物B的量为1-8mmol。
所述化合物A的制备方法,包括以下步骤:将2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽(CBT-KCRRVR)与N-琥珀酰亚胺-4-[18F]氟苯甲酸酯(18F-SFB)用溶剂溶解,形成反应液,在10-100℃下反应至得到所述化合物A,即可。
本领域技术人员可根据原料的溶解等性质选取溶剂,优选的,所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或多种。
进一步的,还包括采用缓冲液调节所述反应液的pH值为4-10的步骤。
当然,所述缓冲液只要可以实现将反应液的pH值调节至所需范围内即可,优选的,所述缓冲液为磷酸盐缓冲液、碳酸盐缓冲液、醋酸盐缓冲液、邻苯二甲酸盐缓冲液、枸橼酸盐缓冲液、氨-氯化铵缓冲液中的一种或多种。
优选的,所述N-琥珀酰亚胺-4-[18F]氟苯甲酸酯(18F-SFB)的放射性活度为0.1mCi-1Ci。
在所述反应液中,所述2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽(CBT-KCRRVR)的浓度为0.001-5mmol/L。
所述化合物B的制备方法,包括以下步骤:将2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽(CBT-KCRRVR)与N-琥珀酰亚胺-4-[19F]氟苯甲酸酯(SFB)用溶剂溶解,形成混合液,在10-100℃下反应至得到化合物B,即可。
进一步的,在所述混合液中,所述2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽(CBT-KCRRVR)的浓度为0.05-5mmol/L;所述N-琥珀酰亚胺-4-[19F]氟苯甲酸酯(SFB)的浓度为1-100mmol/L。
所述化合物A与化合物B的制备过程如下所示:
本发明的纳米PET显像剂的制备方法,包括以下步骤:将所述的化合物A与生理盐水或葡萄糖溶液混合,即得。
进一步的,将所述的化合物A、所述的所述化合物B溶解于生理盐水或葡萄糖溶液中,即得。
本发明的上述技术方案,相比现有技术具有以下优点:
(1)本发明的所述化合物A为小分子,在弗林蛋白酶的作用下,发生缩合反应形成聚合大分子。小分子亲水性较好,对血管、细胞渗透性较好,摄取率较高,且在弗林蛋白酶的作用下,可主动靶向成像区域,在肿瘤区域自组装成纳米粒子,使18F在该处聚集,提高了生物组织局部的浓度,具有较高的肿瘤靶向性,成像灵敏度高、成像效果好,避免了直接采用大分子造成的摄取率低、靶向性差的问题。
(2)本发明的所述化合物A,采用18F-FB作为作为显像的标记部分,18F-SFB具有标记条件温和、收率稳定等优点,更为重要的是,18F-FB与赖氨酸的ε-氨基的连接在生物体内较为稳定,自组装的过程中也能保持稳固的连接,进而可保证所述化合物A在主动靶向成像区域时,18F的位置可客观的显示出肿瘤的位置,保证成像结果的客观。另外,采用18F-FB显像的标记部分,可通过CBT-KCRRVR与18F-SFB的酰化反应较易制备得到。
(3)本发明所述的纳米PET显像剂还包括不含标记元素氟-18的所述化合物B,18F-FB-CBT-KCRRVR作为PET显像剂可被弗林蛋白酶高表达的肿瘤摄取,FB-CBT-KCRRVR也可被摄取,在肿瘤细胞内被剪切并自组装缩合形成纳米粒子,经实验表明,化合物B的加入可提高显像剂的化学量,作为纳米促发剂,大大提高了成像灵敏度且延长了成像时间,增强了18F-FB-CBT-KCRRVR的显像效果。
(4)本发明所述的用于纳米PET显像剂的化合物A及所述化合物B制备方法,采用2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽与N-琥珀酰亚胺-4-[18F]氟苯甲酸酯或N-琥珀酰亚胺-4-[19F]氟苯甲酸酯进行酰化反应制得,克服了现有技术的纳米PET显像剂制备困难的缺陷,操作简单,反应条件温和,易于制备。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解,下面根据本发明的具体实施例并结合附图,对本发明作进一步详细的说明,其中
图1为实施例1中合成的FB-CBT-KCRRVR的核磁共振氢谱图;
图2为实施例1中合成的FB-CBT-KCRRVR的320nm紫外吸收的HPLC图;
图3为实施例5中18F-FB-CBT-KCRRVR合成的放射性HPLC图谱;
图4为实施例14中化合物FB-CBT-KCRRVR体外缩合形成纳米粒子的透射电子显微镜表征;
图5为实施例15中的microPET扫描图谱;
图6为实施例16中的microPET扫描图谱。
具体实施方式
实施例1:FB-CBT-KCRRVR的合成
本实施例中,FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将0.018mmol的前体物质CBT-KCRRVR溶于5mL的磷酸盐缓冲液中,再向其中加入0.11mmol的SFB的5mL丙酮溶液,调节pH值为7.2,在50℃下反应8小时,即得。
将上述反应得到的溶液采用HPLC分离产物,以添加了0.1V%三氟乙酸的乙腈和水的混合溶剂为流动相,通过C18色谱柱(5μm,10mm×250mm)进行梯度洗脱,乙腈比例在30分钟内从30%上升到70%,保持洗脱液的流速为3mL/min,收集产品,冷冻干燥得产品0.012mmol,产品收率为67%。
对上述得到的产品采用核磁共振和质谱进行结构确证,其结果为:1HNMR(d4-CD3OD,300MHz):8.63(s,1H),8.10(d,J=9.0Hz,1H),7.70-7.85(m,3H),7.11(t,2H),4.57-4.67(m,1H),4.44-4.53(m,1H),4.24-4.38(m,3H),4.12(d,J=7.1Hz,1H),3.33-3.43(m,2H),3.01-3.24(br,9H),2.01(s,3H),1.42-1.96(br,18H),1.30(s,9H),0.94(d,6H),ESIMS[(M+H)+]:1226.56。其核磁共振氢谱图如图1所示。
将产品进样HPLC,检测其在320nm的紫外吸收峰,出峰时间为15.90分钟,检测纯度为98%,其HPLC图如图2所示。
实施例2:FB-CBT-KCRRVR的合成
本实施例中,FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将0.005mmol的前体物质CBT-KCRRVR溶于5mL的水中,再向其中加入0.08mmol的SFB的5mL二甲基甲酰胺溶液,采用0.01M的碳酸钠缓冲液调节反应液的pH值为8.0,在40℃下反应5小时,即得。
采用与实施例1相同的方法HPLC分离产物,得到产品0.0037mmol,产品收率为74%。
实施例3:FB-CBT-KCRRVR的合成
本实施例中,FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将0.0005mmol的前体物质CBT-KCRRVR溶于5mL的水中,再向其中加入0.01mmol的SFB的5mL乙腈溶液,在10℃下反应24小时,即得。
采用与实施例1相同的方法HPLC分离产物,得到产品0.00026mmol,
产品收率为52%。
实施例4:FB-CBT-KCRRVR的合成
本实施例中,FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将0.05mmol的前体物质CBT-KCRRVR溶于5mL的水中,再向其中加入1mmol的SFB的5mL四氢呋喃溶液,采用枸橼酸盐缓冲液调节反应液的pH值为8.0,在100℃下反应0.3小时,即得。
采用与实施例1相同的方法HPLC分离产物,得到产品0.022mmol,产品收率为44%。
实施例5:18F-FB-CBT-KCRRVR的放射性合成
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将9.1×10-5mmol的标记前体物质CBT-KCRRVR溶于150μL的磷酸盐缓冲液中,再向其中加入20μL的18F-SFB的乙腈溶液(放射性活度为20mCi),调节反应液的pH值至7.2,在50℃下反应30min,即得。
将上述反应得到的溶液采用放射性HPLC分离产物,以添加了0.1V%三氟乙酸的乙腈和水的混合溶剂为流动相,通过C18色谱柱(5μm,10mm×250mm)进行梯度洗脱,乙腈比例在30分钟内从30%上升到70%,保持洗脱液的流速为3mL/min,收集产品,其HPLC图谱如图3所示,15.90分钟的放射性峰为18F-FB-CBT-KCRRVR的出峰时间,收集该处的产品。采用氮吹仪吹干溶剂,得到产品5mCi,衰变校正后的放化收率为36.5%。
实施例6:18F-FB-CBT-KCRRVR的放射性合成
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将4.5×10-5mmol的标记前体物质CBT-KCRRVR溶于150μL的二甲基甲酰胺溶液中,再向其中加入20μL的18F-SFB的丙酮溶液(放射性活度为10mCi),用0.01M的醋酸钠缓冲液调节反应液的pH值至4.0,在40℃下反应20min,即得。
采用与实施例5相同的方法HPLC分离产物,得到产品0.5mCi,衰变校正后的放化收率为6.9%。
实施例7:18F-FB-CBT-KCRRVR的放射性合成
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将3.5×10-7mmol的标记前体物质CBT-KCRRVR溶于150μL的甲醇溶液中,再向其中加入20μL的18F-SFB的水溶液(放射性活度为500mCi),采用氨-氯化铵缓冲液150μL,调节反应液的pH值至10,在10℃下反应40min,即得。
采用与实施例5相同的方法HPLC分离产物,4mCi,衰变校正后的放化收率为1.2%。
实施例8:18F-FB-CBT-KCRRVR的放射性合成
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将8.5×10-4mmol的标记前体物质CBT-KCRRVR溶于150μL的四氢呋喃溶液中,再向其中加入20μL的18F-SFB的四氢呋喃溶液(放射性活度为0.1mCi),在100℃下反应10min,即得。
采用与实施例5相同的方法HPLC分离产物,0.01mCi,衰变校正后的放化收率为12.9%。
实施例9:18F-FB-CBT-KCRRVR的放射性合成
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR的制备方法具体如下:
将5×10-5mmol的标记前体物质CBT-KCRRVR溶于150μL的乙醇溶液中,再向其中加入20μL的18F-SFB的乙醇溶液(放射性活度为1mCi),采用邻苯二甲酸盐缓冲液150μL,调节反应液的pH值为6.0,在20℃下反应25min,即得。
采用与实施例5相同的方法HPLC分离产物,0.05mCi,衰变校正后的放化收率为7.5%。
实施例10:18F-FB-CBT-KCRRVR的纳米PET显像剂的制备
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR的纳米PET显像剂的制备方法具体如下:
将5×10-5mmol的标记前体物质CBT-KCRRVR溶于150μL的二甲基甲酰胺溶液中,再向其中加入20μL的18F-SFB的乙醇溶液(放射性活度为1Ci),采用枸橼酸盐缓冲液150μL,调节反应液的pH值为7.0,在80℃下反应30min,即得18F-FB-CBT-KCRRVR。采用与实施例5相同的方法HPLC分离产物,得到产品40mCi,衰变校正后的放化收率为6%,将其与生理盐水40ml混合,制为注射剂即可。
实施例11:18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的纳米PET显像剂的制备
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的纳米PET显像剂的制备方法具体如下:
取2×10-3mmol的实施例1中制备得到的FB-CBT-KCRRVR,以及2mCi的实施例5中制备得到的18F-FB-CBT-KCRRVR,溶解于2ml的生理盐水中,制为注射剂即可。
实施例12:18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的纳米PET显像剂的制备
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的纳米PET显像剂的制备方法具体如下:
取1.6×10-3mmol的实施例2中制备得到的FB-CBT-KCRRVR以及0.4mCi的实施例6中制备得到的18F-FB-CBT-KCRRVR,溶解于0.4ml的生理盐水中,混合均匀,制为注射剂即可。
实施例13:18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的纳米PET显像剂的制备
本实施例中,18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的纳米PET显像剂的制备方法具体如下:
取1.6×10-2mmol的实施例4中制备得到的FB-CBT-KCRRVR以及2mCi的实施例7中制备得到的18F-FB-CBT-KCRRVR,溶解于2ml的葡萄糖溶液中,混合均匀,制为注射剂即可。
实施例14:FB-CBT-KCRRVR的纳米自组装缩合
为验证本发明的纳米PET显像剂的自组装缩合反应,进行体外FB-CBT-KCRRVR的纳米自组装缩合实验,具体方法如下:
将100μmol/L的FB-CBT-KCRRVR,加入总体积为100μL的工作溶液中(含HEPES(羟乙基哌嗪乙硫磺酸)100mmol/L,TCEP(三(2-羧乙基)膦)1mmol/L,CaCl21mmol/L),加入1nmol/U的furin后,37℃孵育4小时,FB-CBT-KCRRVR发生缩合反应,自组装成纳米粒子。
采用透射电子显微镜(TEM)进行表征,如图4所示是本实施例中制备形成的纳米粒子的透射电子显微镜(TEM)表征,纳米粒子的平均尺寸是182±70nm。由此可知,本发明的纳米PET显像剂在弗林蛋白酶的作用下,将自组装成纳米粒子。
实施例15:18F-FB-CBT-KCRRVR的microPET显像
为验证本发明的纳米PET显像剂的成像效果,采用以下方法进行18F-FB-CBT-KCRRVR的microPET显像:
取高表达弗林蛋白酶的MDA-MB-468肿瘤细胞(ATCC)接种于裸鼠腋下,6周后成瘤。将带瘤裸鼠麻醉后转移至microPET扫描床,通过尾静脉注射实施例10中制备的18F-FB-CBT-KCRRVR生理盐水溶液0.1mL,采集不同时间点的扫描数据。
如图5所示为本实施例的microPET扫描图谱,结果显示,注射后肿瘤MDA-MB-468有一定的显像效果,10、30、60、120、240、360分钟的每克组织放射性占注入量的百分比(单位:%ID/g)分别为0.89、1.18、0.65、0.3、0.17、0.16。
实施例16:18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的microPET显像
为验证本发明的纳米PET显像剂的成像效果,采用以下方法进行18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR混合物的microPET显像:
按照实施例15中的方法构建MDA-MB-468肿瘤的动物模型,将裸鼠麻醉后转移至microPET扫描床,通过尾静脉注射实施例12中制备的18F-FB-CBT-KCRRVR和FB-CBT-KCRRVR的混合物0.1ml,采集不同时间点的扫描数据。
如图6所示为本实施例的microPET扫描图谱,结果显示,注射后MDA-MB-468肿瘤细胞对18F-FB-CBT-KCRRVR的摄取值比单独用18F-FB-CBT-KCRRVR有很大的提高,10、30、60、120、240、360分钟的每克组织放射性占注入量的百分比(单位:%ID/g)分别为1.85、4.42、4.17、3.58、2.79、2.03。
由此可知,FB-CBT-KCRRVR的加入大大提高了PET成像的灵敏度,且具有较长的成像时间。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种纳米PET显像剂,其特征在于,每1Ci化合物A中加入的化合物B的量为1-8mmol;
所述的化合物A具有结构式(Ⅰ)所示的结构,
所述的化合物B具有结构式(Ⅱ)所示的结构,
2.根据权利要求1所述的纳米PET显像剂,其特征在于,所述化合物A的制备方法,包括以下步骤:将2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽、N-琥珀酰亚胺-4-[18F]氟苯甲酸酯用溶剂溶解,形成反应液,在10-100℃下反应至得到所述化合物A,即可。
3.根据权利要求2所述的纳米PET显像剂,其特征在于,所述溶剂为水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃中的一种或多种。
4.根据权利要求2或3所述的纳米PET显像剂,其特征在于,还包括采用缓冲液调节所述反应液的pH值为4-10的步骤。
5.根据权利要求4所述的纳米PET显像剂,其特征在于,所述缓冲液为磷酸盐缓冲液、碳酸盐缓冲液、醋酸盐缓冲液、邻苯二甲酸盐缓冲液、枸橼酸盐缓冲液、氨-氯化铵缓冲液中的一种或多种。
6.根据权利要求2或3所述的纳米PET显像剂,其特征在于,所述N-琥珀酰亚胺-4-[18F]氟苯甲酸酯的放射性活度为0.1mCi-1Ci。
7.根据权利要求2或3所述的纳米PET显像剂,其特征在于,在所述反应液中,所述2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽的浓度为0.001-5mmol/L。
8.根据权利要求1所述的纳米PET显像剂,其特征在于,所述化合物B的制备方法,包括以下步骤:将2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽、N-琥珀酰亚胺-4-[19F]氟苯甲酸酯用溶剂溶解,形成混合液,在10-100℃下反应至得到化合物B,即可。
9.根据权利要求8所述的纳米PET显像剂,其特征在于,在所述混合液中,所述2-氰基-6-氨基苯并噻唑-赖氨酸-半胱氨酸-精氨酸-精氨酸-缬氨酸-精氨酸肽的浓度为0.05-5mmol/L;所述N-琥珀酰亚胺-4-[19F]氟苯甲酸酯的浓度为1-100mmol/L。
10.一种制备权利要求1所述的纳米PET显像剂的方法,其特征在于,包括以下步骤:将权利要求1中所述的化合物A、权利要求1中所述的化合物B溶解于生理盐水或葡萄糖溶液中,即得。
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