CN106267241A

CN106267241A - 一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂及其应用

Info

Publication number: CN106267241A
Application number: CN201510368518.5A
Authority: CN
Inventors: 李茂萍; 王志刚; 冉海涛; 郑元义; 李攀; 张炜阳; 何坤燕
Original assignee: Chongqing Medical University
Current assignee: Chongqing Medical University
Priority date: 2015-06-26
Filing date: 2015-06-26
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2035-06-26
Also published as: CN106267241B

Abstract

本发明公开了一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。其结构由外到内依次为：位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体，配体通过连接分子与壳膜材料连接，壳膜材料将光吸收子和相变分子包裹在核心。其制备方法为先采用“五步法”将配体通过连接分子连接到壳膜材料上，即先制备靶向壳材；再采用特殊的双乳化法将光吸收子和相变分子包裹在纳米微球核心，并确保靶向配体位于纳米微球表面。体内外实验表面本光声造影剂可以和肿瘤细胞特性结合，发生相变。并有较强光声、超声和X线信号，可用于光声成像、超声成像和计算机断层成像造影剂。

Description

一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂及其应用

技术领域

本发明涉及一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂及其制备方法和应用，属影像学诊断和治疗用药物技术领域。

背景技术

肿瘤治疗的关键在早期诊断。超声、MRI、CT等常用的影像检测手段在肿瘤早期诊断中发挥着各自不同的优势。但无论那种成像技术，对于肿瘤而言，在其早期阶段发现其结构、代谢和生化信息的改变至关重要。随着各种造影剂的出现，各种成像技术对早期肿瘤的检出大幅提高，然而普通造影剂对肿瘤组织缺乏亲和力和特异性，在瘤组织不能有效驻留，只能在短暂的动脉相中对肿瘤组织产生一过性增强，因此对肿瘤仅能做出定性诊断，且诊断的特异性也欠佳。

目前，肿瘤的诊断和治疗需要非侵入性地对活体内肿瘤组织在分子及细胞水平的变异信息、生理和病理过程进行定性或定量的可视化观察。目前常用的各种成像技术和造影剂均达不到此要求。但新型分子影像技术和靶向分子造影剂的发展，为此目标的实现带来了可能。光声成像技术(photoacoustic tomography，PAT)是21世纪初发展起来的生物医学成像技术。它是采用脉冲激光照射到生物组织，组织因吸收光能量产生热，伴随热膨胀而产生超声波，这种现象称为光声效应[Guan J F，Shen Z H，Xu B Q et a l.Spectral analysis of the scatteringwave form of the laser-generated ultrasonic waves for detecting the crack in the material[J].LaserTechnology，2005，29(3)：287～290]，其产生的信号称为光声信号。利用光声效应，通过图像重建后，获得材料二维断层图像或者三维立体图像的一种新颖的成像方法称为光声成像[Yang J M，Favazza C，Chen R，et al.Simultaneous functional photoacoustic and ultrasonicendoscopy of internal organs in vivo[J].Nature Medicine，2012，18：1297～1302]。肿瘤组织和周围正常组织的光吸收差异至少5倍以上，不同生理状态的生物组织对光的吸收也大不相同，因此，与目前常用的成像技术比如超声、MRI、CT等比较，光声成像的重建图像对比度更高、分辨率更好，可以反映组织的结构、病变特特征，代谢状态、甚至神经活动。光声成像的成像模式可以归纳为“光吸收→诱导光声信号产生→外置的超声波检测→图像重建”，这种模式集合了光学成像的高选择性和超声成像的高分辨率的特点。目前光声成像的研究充满活力，其分辨率已达到220nm。

近年来，虽然PAT得到迅速发展，但深层组织成像和图像对比度的矛盾依旧突出。获取深处组织的高分辨率图像仍是需要解决的巨大难题[Kate O，Small E，Silberberg Y.Lookingaround corners and througn thin turbid Iayers in real time with scattered mcoherenthgnt[J].NaturePhotonics，2012，6：549～553]。研究发现，在组织血管中注入特殊的纳米颗粒，不但能增加PAT的深度和对比度，而且还可以实现组织的功能成像。虽然光声成像具有高分辨率，可实现单个细胞成像，但就单细胞而言由于正常细胞和肿瘤细胞的光吸收无明显差异，所以要实现细胞水平的肿瘤早期检测，还必须要引入外源造影剂。

虽然，光声造影剂已有报道，如中国专利(申请)第2014102138181、2013800385629、2010800437371号记载的，但或存在肿瘤特异性靶向不足，或存在光声成像用造影剂低敏感的问题，即造影剂的每分子吸收系数低。由此可见，开发新型的生物安全性高、灵敏性好的光声造影剂，特别是可与肿瘤细胞特异性结合的靶向光声造影剂，有望帮助PAT实现非侵入性地对活体内肿瘤组织在分子及细胞水平的变异信息、生理和病理过程进行定性或定量的可视化观察；有望解决光声成像的技术难题，促进光声成像技术的快速发展，早日应用于临床。

光声成像是一门新型技术，光声造影剂的研究更是一个全新的领域。光声成像是以超声作为信息载体的非电离化的新兴医学成像方法。因而，光声造影剂的研究更多的借鉴了超声造影剂的成熟技术。

超声造影剂从发明到今天共经历了4个发展阶段(如下表示)。目前技术最成熟、临床使用最广泛的是第三代超声造影剂，其最大特点是包裹高分子量、低溶解度、低弥散度的(氟碳或氟硫气体等)惰性气体。我国仅批准了Sonovue^TM进口在临床使用。这代造影剂的最大特点是血池造影剂，在体内留存时间相对短，无特异性。

第四代造影剂为靶向微球超声造影剂，即使用偶连了各种特异性配体(如抗体、小分子物质、大分子蛋白、多肽、多糖等)的各类高分子壳膜材料(如聚乳酸及其共聚物、磷脂、聚乙二醇、壳聚糖等)包裹低溶解度低弥散度气体(如氟碳或氟硫气体)、液态氟碳、纳米金属等或携带药物、基因等具有治疗作用的造影剂。由于靶向超声造影剂上的配体与靶标上的相应受体特异性结合，可在疾病早期在细胞水平或分子水平对靶组织或器官特异性显像[王志刚.超声分子影像学研究进展[J].中国医学影像技术，2009，25(6)：921～924]。目前，第四代造影剂仍在探索阶段，尚无上市产品，但其发展潜力巨大。

靶向超声造影剂由三部分构成：一是作为壳膜的材料，二是与靶位连接的配体，三是壳膜上或壳膜内携带或包裹核心物质。

壳膜材料最常见的如聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA]、聚乳酸羟基乙酸共聚物、乳酸共聚物、乙烯基共聚物、聚氨基酸、聚酞胺、聚原酸酯、聚磷酸酯、环氧烷基共聚物、磷脂、表面活性剂、蛋白质、多糖等，近年来因PLGA具有良好的相容性，对其研究较多。

PLGA由乳酸和羟基乙酸两种单体随机聚合而成，具有良好的生物相容性、生物降解性且降解速度可控。在人体内可通过三羧酸循环降解为乳酸和羟基乙酸，并最终生成水和二氧化碳，毒副作用小。其良好的成囊和成膜性能，被广泛应用于制药、医用工程材料和现代化工业领域。在美国PLGA通过FDA认证，正式作为药用辅料收录进美国药典。国内主要用于缓释微球的研究。PLGA形成的纳米粒，通过制备过程中控制粒径大小，可使其粒径不超过100nm，从而透过血管内皮到达组织间隙，实现组织显影，同时，PLGA纳米粒具有EPR效应(The enhanced permeability and retentivityeffect，EPR)，可以显著减少网状内皮系统和肾脏的清除作用，延长在体内留存时间。

研究表明，肿瘤细胞膜表面或肿瘤供应血管表面存在着一些受体并在肿瘤组织中存在异常表达，与相应配体或配体类似物能特异结合。受体与配体的结合具有特异性、选择性、饱和性、亲合力强和生物效应明显的特点，为肿瘤的靶向诊治提供了靶向途径。很多肿瘤细胞表面高表达一些代谢型受体、营养型受体或白细胞分化抗原。常见的的代谢型受体有叶酸受体、胆酸受体、酪氨酸激酶、激素受体等；常见的白细胞分化抗原有CD20、CD52等。针对以上靶点的肿瘤分子靶向药物或抗体药均有上市。比如血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括伊马替尼(Imatinib)、舒尼替尼(Sunitinib)、索拉菲尼(Sorafenib)。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括吉非替尼(Gefitinib)、厄洛替尼(Erlotinib)。单抗药包括达利珠单抗(Daclizumab)、易普利姆玛(Ipilimumab)、贝伐单抗(Bevacizumab)、曲妥珠单抗、利妥昔单抗、西妥昔单抗、阿伦珠单抗、替伊莫单抗、阿仑单抗等。

但目前针对叶酸受体尚无药物上市。与大分子抗体比，叶酸分子质量小、人体免疫原性低；达靶点时间短、血液清除速度快、易于修饰和穿透肿瘤细胞[Moore J L.The significanceof folic acid for epilepsy patients[J].Epilepsy Behav，2005，7(2)：172～181]^[、与叶酸受体有高亲和力(Kd＝10-10mol/L))。因而叶酸导向的靶向系统已成为肿瘤诊断和治疗领域的研究热点[WangA Z，Gu F，ZhangLF，eta.l Biofunctionalized targeted nano-particles for therapeuticapplications[J].ExpertOpin Biol Ther，2008，8(8)：1063～1070]。叶酸(FA)是人体所必需的一种B族维生素。叶酸受体(foiate receptor，FR)在正常组织低表达或不表达，但在多数恶性肿瘤细胞过度表达，FRα主要在上皮细胞系肿瘤(如卵巢癌、结直肠癌、子宫内膜癌、睾丸癌、脑瘤、肺腺癌等)中高水平表达。虽然在正常细胞中FR可选择性的表达在细胞表面但是其呈极性分布，血液循环中的靶向制剂不能接近该受体，亦不能进入正常细胞，而恶性肿瘤细胞中FR分布失去极性，血液循环中的靶向制剂可接触该受体。因而具有良好的肿瘤组织特异性。由于叶酸结构的特殊性——其末端具有两个-COOH(羧基)，使其很难自由地通过细胞膜，而主要通过FR介导的胞吞作用进入细胞内。因此，通过以叶酸介导的靶向纳米微球可通过同样的方式，即FR介导的胞吞作用进入细胞内，从而达到靶向肿瘤的目的。

液态氟碳是一种多功能影像学造影剂，有低毒理学、低危险度、强压力抵抗力的特点，具有多模态成像潜能，在CT和MRI领域均有研究和应用，同时还具有“光吸收子”的特性。常见的液态氟碳包括液态氟碳是指包括全氟戊烷、全氟乙烷、全氟丙烷、全氟己烷、全氟庚烷、、全氟辛烷、全氟壬烷、全氟溴辛烷、全氟碘辛烷或全氟萘烷。由于液态氟碳具有声透过性，如单独使用其超声显影效果不佳。包裹液态氟碳所形成纳米微粒，可穿过血管内皮，到达组织间隙聚集显像，但往往到达组织浓度较低，增强超声显影效果不如常用的微泡造影剂。只有大量聚集于病灶后，才会在靶区产生明显增强的回声信号，使信噪比大大提高。为了提高造影剂在肿瘤或其他组织的聚集浓度，靶向是非常好的策略；再利用液态氟碳的可相变的特性，通过超声、光等外界条件促发液态氟碳在聚集局部产生相变，有望达到显著增强超声显影的目的，且通过其相变的腔化作用达到治疗的目的，成为较理想的血管外显影的造影剂。

虽然液态氟碳具有“光吸收子”的特性，但它吸收光的作用弱于传统的光吸收对比剂。因而，要研究叶酸靶向相变载金高分子超声及光声造影剂，必须要引入新的“光吸收子”。常见的“光吸收子”有金纳米材料(金纳米粒子、金纳米棒、金纳米笼、金纳米球、包覆有二氧化硅壳层的金纳米棒、)、碳纳米材料(单壁碳纳米管等)以及具有红外吸收的一些染料(如吲哚青绿、印度墨水以及亚甲基蓝等)。

纳米金颗粒(GNP)是一种良好的“光吸收子”，由于具有良好的生物相容性、表面易于修饰、对X射线有较高的吸收等性质，已经被广泛的研究以用于癌症的早期检测，而且可以用于CT成像。其对光的吸收比传统的光吸收对比剂(如吲哚青绿)要强1000000倍左右，具有形态及尺寸可控、温和的表面化学性质以及良好的生物相容性等特点，且能通过增强的渗透保留效应大量累积在肿瘤部位，间接达到靶向肿瘤的目的。加上其独特的表面等离子共振效应(surface plasmon resonance，SPR)，使其在肿瘤成像以及治疗等方面引起广泛关注。SPR的效应表现为剧烈的光吸收和强烈的光散射以及显著增强电磁场。因此GNP非常适合作为光声成像的光吸收子。夏幼南等人[Yang X，Skrabalak S E，L₁Z Y，et al.Photoacoustictomography of a rat cerebral cortex in vivo with Au nanocages as an optical contrast agent[J].Nanoletters，2007，7(12)：3798～3802]以GNP为造影剂对大鼠大脑皮层血管进行了PAT，检测到皮层血管的光吸收增强了81％。此外，Strohm[Strohm E，Rui M，Gorelikov I，et al.Vaporization ofperfluorocarbon droplets using optical irradimion[J].Biomedical optics express，2011，2(6)：1432～1442]研究发现，通过光吸收材料(如金、氧化铁或碳)，激光也能促进液态氟碳微球发生相变。

因而，本发明的目的是以新型材料为包裹载体，连接靶向肿瘤的配体，以液态氟碳和光吸收子为内核。通过包裹或携载了不同物理性质的材料，使各种材料在纳米粒子里发挥各自的优势。本发明不仅提供一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂，而且提供了制备方法和应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。另外，本发明还提供了其制备方法和应用等。

具体而言，在第一方面，本发明提供了如式I所示的一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。

从左到右依次表示纳米微球从外到内的不同结构，其中：

P表示位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体；

L表示连接分子，连接P和X；

X表示壳膜材料；

Y表示由壳膜材料包裹在核心的相变分子；

Z表示由壳膜材料包裹在核心的光吸收子。

在本文中，结构式具有本领域技术人员所理解的意义，这不完全相同于严格的化学式。

本发明中的P是指位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体，包括而不限于代谢型受体和营养型受体抑制剂以及抗体。代谢型受体抑制剂包括而不限于叶酸、酪氨酸激酶抑制剂、胆酸、激素类。营养型受体抑制剂是指包括而不限于低密度脂蛋白、转铁蛋白。本发明优选叶酸作为肿瘤靶向配体。

酪氨酸激酶抑制剂包括血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂和表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂。血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括而不限于伊马替尼、舒尼替尼、索拉菲尼。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括而不限于吉非替尼、厄洛替尼。以上药物可以通过商业化获得也可以自己合成。

本发明中的抗体是指完整的抗体分子(含V区和C区)和含有V区的抗体片段。本发明优选完整的抗体分子，包括而不限于达利珠单抗、易普利姆玛、贝伐单抗、曲妥珠单抗、利妥昔单抗、西妥昔单抗、阿伦珠单抗、替伊莫单抗、阿仑单抗。以上药物可以通过商业化获得也可以自己重组表达。

本发明中L表示连接分子，常见的有聚乙二醇(PEG)、聚左旋赖氨酸(PLL)、多聚乳酸(PLA)、各种氨基酸如脯氨酸、色氨酸(TPG)等。本发明优选聚乙二醇(PEG)，其分子量为100～10000道尔顿。更优选直链PEG，分子量3500道尔顿。

本发明中的聚乙二醇，其结构简式为A-PEG-B。A和B表示分别连接配体和壳膜材料的功能基团。A和B可以是相同的功能基团，也可以是不同的功能基团。A和B可以是包括而不限于氨基、羧基、羟基中、醛基、琥珀酰亚胺基、马来酰亚胺基的任何一种。本发明中优选NH₂-PEG-NH₂、NH₂-PEG-OH，进一步优选NH₂-PEG-NH₂。

本发明中的壳膜材料是指生物大分子和磷脂。生物大分子包括而不限于聚乳酸羟基乙酸共聚物(PLGA)、乳酸共聚物、乙烯基共聚物、聚氨基酸、聚酞胺、聚原酸酯、聚磷酸酯、环氧烷基共聚物。磷脂是指包括而不限于二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(DSPE)、二硬硬脂酰基磷脂酰甘油(DSPG)、二月桂酰磷脂酰甘油(DLPG)、二肉豆蔻酰磷脂酰甘油(DMPG)、1，2-棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG)、二油酰磷脂酰甘油(DOPG)、1-棕榈酰基-2-油酰基磷脂酰甘油(POPG)、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)、1，2-双棕榈酰基-3-磷脂酰胆碱甘油酯(DPPC)、二月桂酰基卵磷脂(DLPC)、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)。本发明优选PLGA和DSPE。

本发明中的聚乳酸羟基乙酸共聚物，分子量为5000～40000道尔顿，摩尔比为50∶50、60∶40、75∶25、90∶10。本发明优选分子量25000道尔顿，摩尔比为50∶50。

本发明中Y表示由壳膜材料包裹在核心的相变分子，其相变分子是指液态氟碳。液态氟碳包括而不限于全氟戊烷(Perfluoropentane，PFP)、全氟乙烷、全氟丙烷、全氟己烷(Perfluorohexane，PFH)、全氟庚烷、、全氟辛烷、全氟壬烷、全氟溴辛烷、全氟碘辛烷或全氟萘烷。本发明优选PFP和PFH。更进一步优选PFP。

本发明中Z表示由壳膜材料包裹在核心的光吸收子，其光吸收子是指包括金纳米粒子(GNP)、金纳米棒、金纳米笼、金纳米球、包覆有二氧化硅壳层的金纳米棒、单壁碳纳米管、吲哚青绿、印度墨水以及亚甲基蓝。本发明优选GNP。

需要进一步说明的是Y和Z可以是包裹在核心，也可以是镶嵌在壳膜里。本发明优选包裹在核心。

本发明的另一方面提供了一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂的制备方法。

目前，靶向纳米微粒的制备多采用先制备微泡再偶联各种特异性配体。由于纳米微粒一旦形成后，即处于混悬状态(即不溶状态)。在此种状态下，无论是靠电荷吸附、还是通过非共价或共价修饰，特别是共价连接，偶联率均较低。这种方法制备的靶向纳米微粒常常靶向效果较差。因而本发明首先采用五步法合成肿瘤靶向壳材，再采用特殊的双乳化法将靶向壳材包裹相变分子和光吸收子获得多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。

具体来讲，“五步法”为①活化壳膜上的羧基(-COOH)，比如PLGA或磷脂上的羧基。本发明优选PLGA，即合成PLGA-NHS：PLGA和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)偶联活化羧基，PLGA-COOH+NHS→PLGA-NHS。②合成单氨基保护的NH₂-PEG-BOC：NH₂-PEG-NH₂与二碳酸二叔丁酯(BOC)反应，NH₂-PEG-NH₂+BOC→NH2-PEG-NH-BOC；③将单氨基保护的PEG与活化后的壳膜连接，如与PLGA或磷脂连接。本发明优选为PLGA-PEG-NH-BOC合成：NH₂-PEG-NH-BOC和PLGA偶联，NH₂-PEG-NH-BOC+PLGA-NHS→PLGA-PEG-NH-BOC；④氨基脱保护，优选PLGA-PEG-NH₂合成：用三氟乙酸(TFA)与BOC置换，氨基脱保护，PLGA-PEG-NH-BOC+TFA→PLGA-PEG-NH₂；⑤将配体(叶酸、索拉菲尼等血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂；吉非替尼等表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制；以及贝伐单抗、曲妥珠单抗等抗体类似药)与PEG的另一个氨基(即脱掉BOC的氨基)连接获得肿瘤靶向壳膜材料的合成。本发明中配体优选叶酸。即PLGA-PEG-FA的合成：PLGA-PEG-NH₂和叶酸偶联，PLGA-PEG-NH₂+FA→PLGA-PEG-FA。本发明在五步法合成肿瘤靶向壳材过程中，还分别采用了甲醇和乙醚低温沉淀、分子筛离心、反向层析分离等方法纯化，最终获得98％以上的靶向壳膜材料。关于合成步骤中的具体投料详见实例1。

获得靶向壳膜材料后，将其溶于一定体积的有机溶剂中。本发明优选二氯甲烷、三氯甲烷和二甲亚砜。更优选二氯甲烷。将一定量的液态氟碳和光吸收子加入溶解有壳膜材料的溶液中，冰盐水浴中声振，得到纳米微球。由于液态氟碳非脂溶性非水溶性的特性，本发明人按常规双乳化法获得的纳米微球，配体均被包裹到微球内侧，无法与肿瘤细胞上相应的受体结合，即不具有靶向性。本发明人经过潜心研究，优化了包裹方法：先将未连接配体的壳膜材料包裹液态氟碳和光吸收子得到初乳液，再将初乳液加入溶解有一定量的靶向壳膜材料中，剧烈震荡，加入再缓慢加入PVA，冰盐水浴中声震，磁力搅拌充分挥发有机溶剂。得到粒径为260nm左右纳米微球。经体内外实验证明该微球可以和肿瘤细胞膜上的特异性受体结合，具有特异靶向性。并能检测到光声、超声以及X线信号。表明本发明人成功获得了一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。本发明人将优选配体叶酸，优选壳膜材料PLGA，以及优选液态氟碳PFP和优选光吸收子GNP在实例中详细公开一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂的制备方法。

本发明的第三方面提供了一种组合物，该组合物包括所述的造影剂以及一种药学可接受的稀释剂或载体。在本文中，“药学上可接受的稀释剂或载体”指适于与人或动物的组织接触而且无过多的毒性、刺激或变态反应等。药学上可接受的释剂或载体是本领域熟知的。本发明的造影剂可以单独使用，也可以以药学上可接受的稀释剂或载体使用。

本发明的第四方面提供了组合物作为一种诊断剂、一种治疗剂或这二者的用途。所述用途，其中该诊断成像或成像辅助应用为光声成像(PAT)、超声成像(Ultrasonic Imaging)、计算机断层成像(CT)、单光子发射计算机断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)、PAT辅助应用、Ultrasonic Imaging辅助应用、CT辅助应用、SPECT辅助应用或PET辅助应用。本发明优选光声成像、超声成像。

为了便于理解，以下将通过具体的实施例对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，这些描述仅仅是示例性的描述，并不构成对本发明范围的限制，即不意味着本发明必须依赖下述才能实施。依据本说明书的论述，本发明的许多变化、改变对所属领域技术人员来说都是显而易见的。对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。另外，本发明引用了公开文献，这些文献是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本文进行参考，就好像它们的全文已经在本文中重复叙述过一样。

附图说明

图1、PLGA-PEG-FA核磁共振图谱(¹H-NMR)：峰4、7、8、9、10、11、12为叶酸特征峰，峰2和3为PEG特征峰，峰1、5、6为PLGA特征峰。

图2、GNP/PFP/PLGA-PEG-FA纳米粒扫描电镜图。

图3、GNP/PFP/PLGA-PEG-FA纳米粒透射电镜图。

图4、GNP/PFP/PLGA-PEG-FA与FR的结合呈“S”型曲线。

图5、体外激光辐照前GNP/PFP/PLGA-PEG-FA的超声造影表现：左图为超声基波模式，右图为造影模式。

图6、体外激光辐照后GNP/PFP/PLGA-PEG-FA的超声造影表现：左图为超声基波模式，右图为造影模式。

图7、体外激光辐照后GNP/PFP/PLGA-PEG-FA的超声显影表现和光声显影表现：左图为超声显影，右图为光声显影。

图8、体内SKOV3裸鼠荷瘤模型静脉注射GN P/PFP/PLGA-PEG-FA光声造影剂后的超声和光声显像：左图为超声显影，右图为光声显影。

具体实施方式

下面实施例将以制备叶酸靶向相变型载金PLGA纳米微球光声造影剂对本发明作进一步详细、完整地说明。如未特别指明之处，可参考本领域技术人员所熟悉的《有机合成》、《分子克隆实验指南》、《细胞实验指南》等书籍和SFDA的动物实验规范和指引以及所用的试剂和设备的使用说明。其中，如未特别指明，所用的试剂和设备均可通过商业渠道购买。

实例1叶酸靶向聚乳酸羟基乙酸的制备(PLGA-PEG-FA)

1、实验方法

①PLGA-COOH和NHS偶联合成PLGA-NHS：取0.04MM PLGA-COOH溶解在4mlDCM中，取0.4MM NHS和0.3MM DCC溶解在2ml DCM中，两者混合，放置在摇床中慢速摇匀过夜，加入80ML冰甲醇和乙醚混合溶液(甲醇和乙醚体积比1∶1)摇匀，4℃冰箱静置过夜，见有大量沉淀出现时，离心收集沉淀，真空干燥，即获得PLGA-NHS。

②合成单氨基保护的NH2-PEG-NH-BOC：双氨基PEG溶解在50ml NaHCO3，pH7.50，终浓度为1mg/ml；二碳酸二叔丁酯(BOC试剂)溶解在10ml DMSO，终浓度为0.1mg/ml。按PEG和BOC质量比为5∶1混合，室温搅拌反应过夜。BOC后上层析柱15Q分离纯化，得到单氨基保护的NH2-PEG-BOC。

③PLGA-PEG-NH-BOC合成：取0.02MM PLGA-NHS溶解在20ml DCM中，依次加入0.05MM NH2-PEG-NH-BOC和0.4MM N，N-二异丙基乙胺(DIEA)，放置在摇床中慢速摇匀过夜，加入80ml冰甲醇和乙醚混合溶液(甲醇和乙醚体积比1∶1)，4℃冰箱静置过夜，见有大量沉淀出现时，离心收集沉淀，真空干燥。即获得PLGA-PEG-NH-BOC。

④PLGA-PEG-NH2合成：取PLGA-PEG-NH-BOC 250mg溶解在25ml 100％三氟乙酸(TFA)，脱保护30分钟后加入50倍双蒸水(DDW)终止反应，终止反应后的脱保护溶液上反相纯化，得到PLGA-PEG-NH2单体，纯度为98％。再加入５倍体积的冰甲醇和乙醚混合溶液(甲醇和乙醚体积比1∶1)，4℃冰箱静置过夜。见有大量沉淀出现时，离心收集沉淀，真空干燥。即获得PLGA-PEG-NH2干粉。

⑤PLGA-PEG-FA的合成：分别取100mg的PLGA-PEG-NH2和叶酸(FA)溶解于50ml100％二甲亚砜(DMSO)，终浓度2mg/ml。二者混匀后加入6MM DCC，放置在摇床中慢速摇匀过夜，加入5倍体积冰甲醇和乙醚混合溶液(甲醇和乙醚体积比1∶1)摇匀，4℃冰箱静置过夜。见有大量沉淀出现时，离心收集沉淀，真空干燥，即获得PLGA-PEG-FA。将PLGA-PEG-FA用100％二甲亚砜复溶，用10KD的分子筛10000转/分离心，去离心液，再加入二氯甲烷复溶，上反相纯化。加入5倍体积冰甲醇和乙醚混合溶液(甲醇和乙醚体积比1∶1)摇匀，4℃冰箱静置过夜。见有大量沉淀出现时，离心收集沉淀，真空干燥，即获得PLGA-PEG-FA保存备用。

2、实验结果

通过“五步法”，制备获得纯度在98％以上的PLGA-PEG-FA干粉。经氢谱鉴定，结构正确。如附图1所示。

基本参照以上制备方法，用磷脂(如本发明权利要求书中所述各种磷脂)替代PLGA，可以制备获得磷脂-PEG-FA。

基本参照以上制备方法，用本发明权利要求书中所述各种酪氨酸激酶抑制剂和/或抗体替代叶酸，可以制备获得PLGA/磷脂-PEG-酪氨酸激酶抑制剂和/或PLGA/磷脂-PEG-抗体。本发明权利要求书中所述各种酪氨酸激酶抑制剂和抗体可以通过商业途径够得，也可以是直接合成或重组表达。

实例2叶酸靶向相变载金高分多功能多模态光声造影剂的制备(GNP/PFP/PLGA-PEG-FA和GNP/PFH/PLGA-PEG-FA)

1、实验方法

①各取25mgPLGA+3mg纳米金+3ml二氯甲烷至完全溶解；

②分别加入200ulPFP或PFH；

③在冰盐水浴中声振100W，1min。至此，得到初乳液；

④另各取75mg靶向壳材PLGA-PEG-FA，分别加入2ml二氯甲烷溶解，得到溶液；

⑤向初乳液内加入步骤4中得到的溶液后，剧烈震荡2.5min；

⑥在持续的搅拌下，分别缓慢加入3ml的5％PVA溶液，冰盐水浴中声振75W，2min；

⑦室温下磁力搅拌4h，使二氯甲烷尽量充分挥发；

⑧分别将其转入离心管中，5000rpm，离心5分钟后收集沉淀；

⑨多次加入双蒸水重悬，洗涤、离心，以去除有机溶剂，得到沉淀即为(GNP/PFP/PLGA-PEG-FA)及(GNP/PFH/PLGA-PEG-FA)纳米粒，加入双蒸水重悬，调整纳米微球浓度为3.6x10¹⁵个/ml后置于4℃冰箱中保存备用。

2、实验结果

扫描电镜对GNP/PFP/PLGA-PEG-FA纳米粒进行形态学观察；呈球形，形态规则，分散度好(见附图2)。透射电镜观察GNP/PFP/PLGA-PEG-FA亦呈球形，并可见棕黑色纳米金呈不规则团片状颗粒样不均匀地分布于纳米粒上内(见附图3)。粒径为(268.1±90.87)nm，符合纳米微球标准。

基本参照以上制备方法，用磷脂-PEG-FA或PLGA/磷脂-PEG-酪氨酸激酶抑制剂或PLGA/磷脂-PEG-抗体替代PLGA-PEG-FA，用本发明权利要求书中所述其他液态氟碳替代PFP、PFH，用其他光吸收子替代GNP可以制备类似多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。

实例3GNP/PFP/PLGA-PEG-FA体外肿瘤细胞特异性靶向研究

以高表达叶酸受体的人卵巢癌细胞(SKOV3细胞)为实验材料。取对数生长期的SKOV3细胞，将调整好浓度的SKOV3细胞悬液200μl加入6只EP管，每管细胞个数为1.6万个，将用FITC标记的GNP/PFP/PLGA-PEG-FA(用GNP/PFP/PLGA-PEG-FA-FITC表示)稀释为2×104个/ml、4×104个/ml、8×104个/ml、16×104个/ml、32×104个/ml五个不同浓度，每管加入50μl。剩下1管加入50μl的FITC做阴性对照外，37℃孵育30min后。离心，去上清，PBS重新悬浮后2小时内上流式细胞仪检测阳性细胞。当SKOV3细胞细胞中加入FITC后孵育后，流式细胞未检测到带FITC荧光的阳性细胞，随着加入GNP/PFP/PLGA-PEG-FA光声造影剂量的增加，阳性细胞数大幅增加，当加入的量到达一定浓度时(16×104个/ml)，已到达饱和(接近100％)，阳性细胞数不再随造影剂浓度增加(见下表)，GNP/PFP/PLGA-PEG-FA与FR的结合呈“S”型曲线(附图4)，符合受体和配体结合规律。提示GNP/PFP/PLGA-PEG-FA光声造影剂能与肿瘤细胞膜上的叶酸受体特异性结合。

实例4激光体外促发GNP/PFP/PLGA-PEG-FA相变增强超声显像和光声显像

取GNP/PFP/PLGA-PEG-FA 1ml置入用1％琼脂糖凝胶制成的孔洞中。采用激光垂直于孔洞内的液面辐照，激光仪采用能量为200mj，作用时间为1min。诊断超声仪或光声成像仪从孔洞的另一侧壁观察，扫查平面与孔洞长轴垂直。观察激光辐照GNP/PFP/PLGA-PEG-FA后，超声显像的基波与谐波模式声像图改变以及检测光声信号。

激光辐照前，超声谐波模式声像图信号较弱，如附图5所示。激光辐照后，超声谐波模式声像图信号显著增强，见附图6。提示激光辐照激发GNP/PFP/PLGA-PEG-FA相变后可显著增强超声显像。

激光辐照后，光声信号显著增强。见附图7。

实例5GNP/PFP/PLGA-PEG-FA多种条件激发体内相变增强超声显像和光声成像

常规建立SKOV3裸鼠荷瘤模型。饲养2-3周后，如果目测背部可见1-2cm包块，超声下测量肿瘤大小范围1-2cm，即判断荷瘤成模。

成模后，裸鼠尾静脉注射0.2ml浓度为3.6×1015个/ml的GNP/PFP/PLGA-PEG-FA。分别在注射后采用低强度聚焦超声、高强度聚焦超声以及激光辐照肿瘤组织及其周围正常组织。分别采用超声造影模式和光声成像仪检测。

肿瘤周围正常组织在低强度聚焦超声、高强度聚焦超声以及激光辐照前后，超声信号均较弱，无明显改变。而肿瘤组织在辐照后，超声信号显著增强。提示GNP/PFP/PLGA-PEG-FA在肿瘤组织富集，辐照后产生了相变，增强了超声显影。见附图8。

辐照前后，肿瘤周围正常组织光声信号均较弱。辐照前，肿瘤组织可以检测到较强光声信号，但辐照后，光声信号显著增强。提示相变可以增强光声信号。见附图8。

Claims

1.一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂，其特征在于结构如式I：

从左到右依次表示纳米微球从外到内的不同结构，其中：

L表示连接分子，连接P和X；

X表示壳膜材料；

Y表示由壳膜材料包裹在核心的相变分子；

Z表示由壳膜材料包裹在核心的光吸收子。

2.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其中位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体是指代谢型受体和营养型受体抑制剂以及抗体。

3.权利要求2所述的代谢型受体抑制剂是指叶酸、酪氨酸激酶抑制剂、胆酸、激素类。

4.权利要求3所述的酪氨酸激酶抑制剂是指血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂和表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂。

5.权利要求4所述的血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括而不限于伊马替尼、舒尼替尼、索拉菲尼。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括而不限于吉非替尼、厄洛替尼。

6.权利要求2所述的营养型受体抑制剂是指包括而不限于低密度脂蛋白、转铁蛋白。

7.权利要求2所述的抗体是指完整的抗体分子(含V区和C区)和含有V区的抗体片段。

8.权利要求7所述的抗体分子是指包括而不限于包括达利珠单抗、易普利姆玛、贝伐单抗、曲妥珠单抗、利妥昔单抗、西妥昔单抗、阿伦珠单抗、替伊莫单抗、阿仑单抗。

9.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其连接分子是指聚乙二醇(PEG)，其分子量为100～10000道尔顿。

10.权利要求1所述的聚乙二醇，其结构简式为A-PEG-B。

A和B表示分别连接配体和壳膜材料的功能基团。A和B可以是相同的功能基团，也可以是不同的功能基团。A和B可以是氨基、羧基、羟基、醛基、琥珀酰亚胺基、马来酰亚胺基中的任何一种。

11.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其壳膜材料是指生物大分子和磷脂。

12.权利要求11所述的生物大分子包括而不限于聚乳酸羟基乙酸共聚物、乳酸共聚物、乙烯基共聚物、聚氨基酸、聚酞胺、聚原酸酯、聚磷酸酯、环氧烷基共聚物。

13.权利要求12所述的聚乳酸羟基乙酸共聚物，分子量为5000～40000道尔顿，摩尔比为50∶50、60∶40、75∶25、90∶10。

14.权利要求11所述的磷脂是指包括而不限于二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺(DSPE)、二硬硬脂酰基磷脂酰甘油(DSPG)、二月桂酰磷脂酰甘油(DLPG)、二肉豆蔻酰磷脂酰甘油(DMPG)、1，2-棕榈酰磷脂酰甘油(DPPG)、二油酰磷脂酰甘油(DOPG)、1-棕榈酰基-2-油酰基磷脂酰甘油(POPG)、二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)、1，2-双棕榈酰基-3-磷脂酰胆碱甘油酯(DPPC)、二月桂酰基卵磷脂(DLPC)、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺(DPPE)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)。

15.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其相变分子是指液态氟碳。

16.权利要求15所述的液态氟碳是指包括而不限于全氟戊烷、全氟乙烷、全氟丙烷、全氟己烷、全氟庚烷、、全氟辛烷、全氟壬烷、全氟溴辛烷、全氟碘辛烷或全氟萘烷。

17.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其光吸收子是指包括而不限于金纳米粒子、金纳米棒、金纳米笼、金纳米球、包覆有二氧化硅壳层的金纳米棒、单壁碳纳米管、吲哚青绿、印度墨水以及亚甲基蓝。

18.一种组合物，该组合物包括根据权利要求1至17中任一项所述的光声造影剂以及一种药学可接受的稀释剂或载体。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的光声造影剂或根据权利要求18所述的组合物作为一种诊断剂、一种治疗剂或这二者的用途。

20.根据权利要求1至17中任一项所述的光声造影剂在制造适合用于诊断成像或成像辅助应用中的化合物和/或药物的用途。

21.根据权利要求20所述的用途，其中该诊断成像或成像辅助应用是光声成像(PAT)、超声成像(Ultrasonic Imaging)、计算机断层成像(CT)、单光子发射计算机断层成像(SPECT)、正电子发射断层成像(PET)、PAT辅助应用、Ultrasonic Imaging辅助应用、CT辅助应用、SPECT辅助应用或PET辅助应用。