CN108743977B - 一种无重金属离子卟啉化合物造影剂及其在磁共振成像中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无重金属离子卟啉化合物作为造影剂在磁共振成像中的应用，针对磁共振成像灵敏度较低导致临床观测正常组织和病变部位的对比不明显、诊断困难，以及含重金属离子造影剂易加重病人肝肾代谢负担等问题，本发明通过注射无重金属离子卟啉化合物，利用化学交换饱和转移磁共振成像技术探测卟啉化合物的信号，最终达到降低背景信号，提高磁共振成像的灵敏度，具有实用意义和临床价值。

Description

一种无重金属离子卟啉化合物造影剂及其在磁共振成像中的 应用

技术领域

本发明属于磁共振造影剂及其生物环境检测技术领域，具体涉及一种无重金属离子卟啉化合物造影剂及其在磁共振成像中的应用。

背景技术

磁共振成像(Magnetic resonance imaging，MRI)方法具有较高的空间分辨率、无辐射损伤的安全性等特性，已经广泛的应用于临床医学诊断中。对于磁共振灵敏度较低导致临床发现某些不同组织或肿瘤组织的对比不明显、诊断困难等问题，目前临床用的造影剂主要通过改变组织局部弛豫特性，提高成像对比度，从而提高诊断的准确性。这类造影剂往往需要使用高剂量的重金属离子，例如，钆离子(gadolinium ions，Gd³⁺)，铁离子(Ironions，Fe³⁺)，锰离子(Manganese ions，Mn³⁺)等，而重金属离子的介入会加重病人肝肾代谢负担，尤其不适用于肝肾功能障碍的病人。因此，迫切需要发展一种无金属离子的造影剂。

化学交换饱和转移(Chemical exchange saturation transfer,CEST)是一类新型的MRI成像机制(J.Magn.Reson.2000,143,79–87)。其成像原理是利用选择性的饱和脉冲对特定化学位移的可交换质子进行预饱和，随着被饱和的质子与周围的水质子之间的化学交换，饱和转移到自由水上从而降低自由水的信号强度，因此通过检测水的信号变化可间接反映这种物质的信息。与目前临床使用的T1，T2造影剂相比，CEST成像不需要借助于顺磁性的Gd³⁺、Fe³⁺或者Mn³⁺等重金属离子，只需要抗磁性的可交换质子就可以实现磁共振成像。一些分子，例如糖蛋白(Nat.Comm.2015,6,6719)，葡萄糖(Magn.Reson.Med.2012,68,1764–1773)，糖原(Proc.Natl.Acad.Sci.USA2007,104,4359–4364)，肌醇(J.Neurosci.Methods2013,212,87–93)，谷氨酸(Nat.Med.2012,18,302–306)，多肽(Magn.Reson.Med.2008,60,803–812)等都含有大量的可交换质子，均可以用于CEST成像。这些分子上可交换质子的磁共振信号都处于0～4ppm内，探测这一区域内的信号通常会遇到强烈的背景信号的干扰。胸腺核苷酸衍生物也有着很好的交换速率和化学位移(5ppm)，并且在不损失特异性的情况下能实现对小鼠脑内单纯疱疹病毒1型胸苷激酶(herpes simplex virus type-1 thymidinekinase，HSV)突变基因的检测(J.Am.Chem.Soc.2013,135,1617–1624)。碘比醇中含有可交换的酰胺质子，其磁共振信号在5.6ppm，并且对酸很敏感。基于这一性质发展的碘比醇比例CEST方法可以来测量pH值，并用于肾损伤模型的磁共振成像(Magn.Reson.Med.2005，53，830–834；J.Am.Chem.Soc.2014,136,14333-14336)。水杨酸也可以作为造影剂实现对肾脏进行成像，其磁共振信号在相对于水低场9.3ppm处，远离了水和其它内源性质子信号区域，提高了MRI的信噪比和灵敏度(Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,8116–8119)。目前在这一研究领域，大部分可交换质子都位于相对水的低场区域(低场就是相对于水的化学位移值比较大，一般为正值)，而高场区域(高场指的是相对于水的化学位移值比较小，一般为负值)的信号未见报道。

发明内容

本发明在于克服现有技术的不足，目的是在于提供一种无重金属离子卟啉化合物造影剂及其在磁共振成像中的应用，本发明创造性的选择无重金属离子卟啉化合物作为造影剂，获得了-8到-13.5ppm高场范围内的CEST磁共振信号，不易受到背景信号的干扰，有适用于活体肿瘤微环境检测的前景。

为了解决上述问题，本发明采取的技术方案为：

一种无重金属离子卟啉化合物作为磁共振成像中造影剂的应用。

一种无重金属离子卟啉化合物作为造影剂在磁共振成像中的应用。

优选的，所述无重金属离子卟啉化合物为选自尿卟啉I、粪卟啉I、四羧基苯基卟啉、4-磺基苯基卟啉四钠盐、二氢卟酚e6或血卟啉中的一种或多种。

具体的，所述无重金属离子卟啉化合物作为造影剂在磁共振成像中的应用包括如下步骤：

(1)选取无重金属离子卟啉化合物；

(2)配置无重金属离子卟啉化合物溶液，并调节其pH值；

(3)选取合适体重的实验老鼠，将麻醉老鼠后固定于动物床上，然后送入MRI仪，并用呼吸监控观测老鼠呼吸频率；

(4)对MRI仪进行快速调谐、匀场、对频、调节增益、采集定位像；

(5)采集T1，T2成像，选择合适的层和层厚，老鼠肾部的轮廓清晰可见并突出肾盏部分，图像信噪比较高；

(6)对老鼠肾脏部位进行CEST成像采集；

(7)由于CEST成像采集过程中会伴随老鼠的呼吸运动产生的B0场偏移，必须校正B0场；利用强度为0.5μT的连续波采集化学位移-1.6～1.6ppm范围内的WASSR成像；

(8)对老鼠尾静脉注射作为磁共振造影剂的无重金属离子卟啉化合物溶液；

(9)保持老鼠位置不动，对相同肾脏部位做CEST成像采集；

(10)由于CEST成像采集过程中会伴随老鼠的呼吸运动产生的B0场偏移，必须校正B0场；利用强度为0.5μT的连续波采集化学位移-1.6～1.6ppm范围内的WASSR成像；

(11)使用Matlab程序进行数据处理和图像重建。

与现有技术相比，本发明具有以下的明显有益效果：

(1)传统CEST磁共振信号都在低场范围内，且大部分都处于0～4ppm，造成了CEST成像灵敏度较低，而本发明所用的无重金属离子卟啉化合物CEST信号处于高场-8到-13.5ppm，解决了CEST成像灵敏度低的问题，不易受到体内的背景信号的干扰，并且对酸性敏感，有适用于活体肿瘤微环境检测的潜力；

(2)该造影剂不需要用顺磁性重金属离子(如Gd³⁺，Fe³⁺，Mn²⁺等)就可以实现对肾脏的造影，避免了加重对肝肾功能的负担。

附图说明

图1为本发明无重金属离子卟啉化合物作为造影剂在磁共振成像中应用的具体流程步骤；

图2为本发明实施例1小鼠注射前和注射79分钟之后的肾脏部位CEST成像及T1成像的叠加图；

图3为本发明实施例1小鼠注射前和注射79分钟后左肾的CEST信号对比图。

具体实施方式

下面以具体实施例子，进一步阐述本发明。下述实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例所采用的主要试剂以及材料来源如下：

尿卟啉I，粪卟啉I(西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司产品)；四羧基苯基卟啉，4-磺基苯基卟啉四钠盐和二氢卟酚e6(百灵威科技有限公司产品)；血卟啉(上海瀚鸿科技股份有限公司产品)。

如无特殊说明，以上试剂均是分析纯级别，直接使用，未经过进一步的纯化。

所用PBS均为10mM磷酸缓冲液，水为去离子水，小鼠为巴比西(BALB/c)雄鼠体重20～25g。

实施例1

一种无重金属离子卟啉化合物作为造影剂在磁共振成像中的应用，包括如下步骤：

步骤1、选取四羧基苯基卟啉；

步骤2、称取95mg四羧基苯基卟啉，溶解于1mL去离子水中，然后用盐酸溶液(hydrochloric acid，HCl solution)或者氢氧化钠溶液(Sodium hydroxide，NaOHsolution)调节pH值至7，浓度为0.125mol/L的MRI造影剂；

步骤3、取体重20～25g的小鼠，用体积比为2～3％异氟烷(Isoflurane)/氧(Oxygen，O₂)气体麻醉放置于动物床上的老鼠，使其呈俯卧位，肾脏部位处于线圈的中心部位，用胶带固定后送入MRI仪，并用呼吸监控跟踪器呼吸频率，通过异氟烷量将呼吸频率控制在20次/min左右；

步骤4、快速进行调谐，匀场，对频，调节增益，采集定位像，选择合适的层；

步骤5、采集T₁，T₂成像，选择合适的层和层厚(3mm)；

步骤6、在12～-12ppm区间每隔0.2ppm做CEST成像。典型的采样参数：层厚3mm，重复时间TR＝5s，回波时间TE＝6.4ms,采样矩形阵matrix size＝128*96，加速因子rarefactor＝8，饱和照射功率ω₁＝5.4μT，饱和照射时间t＝3s；

步骤7、在1.6～-1.6ppm区间每隔0.15ppm做B₀场校正。校正参数：层厚3mm，重复时间TR＝5s，回波时间TE＝6.4ms，采样矩形阵matrix size＝128*96，加速因子rare factor＝8，饱和照射功率ω₁＝0.5μT，饱和照射时间t＝0.3s；

步骤8、对小鼠用注射泵缓慢注射配制的0.1mL四羧基苯基卟啉溶液，注射速度控制在0.02毫升每分钟，注意其呼吸频率；

步骤9、在12～-12ppm区间每隔0.2ppm做CEST成像。采样参数：层厚(3mm)，重复时间TR＝5s，回波时间TE＝6.4ms,采样矩形阵matrix size＝128*96，加速因子rare factor＝8，饱和照射功率ω₁＝5.4μT，饱和照射时间t＝3s；

步骤10、在1.6～-1.6ppm区间每隔0.15ppm做B₀场校正。校正参数：层厚(3mm)，重复时间TR＝5s，回波时间TE＝6.4ms，采样矩形阵matrix size＝128*96，加速因子rarefactor＝8，饱和照射功率ω₁＝0.5μT，饱和照射时间t＝0.3s；

步骤11、使用Matlab程序进行数据处理和图像重建，CEST信号用磁化传递率不对称参数(magnetization transfer ratio asymmetry parameter，MTR_asym)衡量结果；MTR_asym＝(S^-Δω-S^+Δω)/S₀，其中，S^-Δω是在-Δω处施加饱和脉冲时水的信号，S^+Δω是在+Δω处施加饱和脉冲时水的信号，S₀是不施加饱和脉冲时水的信号。

实验结果：

图2是注射前以及注射卟啉79分钟后在化学位移-10ppm处的肾脏部位CEST成像和T1成像的叠加图，其中T1成像是对小鼠肾脏的定位，CEST图反应了注射前后无重金属离子卟啉对化学位移-10ppm处小鼠肾脏部位CEST的影响，从而得出无重金属离子卟啉在肾脏部位的分布。图3是注射前和注射79分钟后在化学位移0～-12ppm区间左肾的CEST信号对比图，反应了注射前后无重金属离子卟啉对化学位移0～-12ppm处小鼠肾脏部位CEST的影响。对比注射前小鼠肾脏部位的MTR_asym曲线，注射后在化学位移-10ppm出小鼠肾脏部位MTR_asym为2％，分布在肾脏的肾皮质部分，并且远离较大内源性信号(0～6ppm)的范围。说明无重金属离子卟啉化合物的CEST信号在-10ppm处可以有效的减少背景信号，提高了MRI的灵敏度。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种无重金属离子卟啉化合物在制备磁共振成像造影剂中的应用，其特征在于，所述无重金属离子卟啉化合物为四羧基苯基卟啉，所述磁共振成像类型为CEST成像。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选取无重金属离子卟啉化合物；

(2)配置无重金属离子卟啉化合物溶液，并调节其pH值；

(3)选取合适体重的实验老鼠，将麻醉老鼠后固定于动物床上，然后送入MRI仪，并用呼吸监控观测老鼠呼吸频率；

(4)对MRI仪进行快速调谐、匀场、对频、调节增益、采集定位像；

(5)采集T1，T2成像，选择合适的层和层厚，老鼠肾部的轮廓清晰可见并突出肾盏部分，图像信噪比较高；

(6)对老鼠肾脏部位进行CEST成像采集；

(7)由于CEST成像采集过程中会伴随老鼠的呼吸运动产生的B0场偏移，必须校正B0场；利用强度为0.5μT的连续波采集化学位移-1.6～1.6ppm范围内的WASSR成像；

(8)对老鼠尾静脉注射作为磁共振造影剂的无重金属离子卟啉化合物溶液；

(9)保持老鼠位置不动，对肾脏相同部位做CEST成像采集；

(10)由于CEST成像采集过程中会伴随老鼠的呼吸运动产生的B0场偏移，必须校正B0场；利用强度为0.5μT的连续波采集化学位移-1.6～1.6ppm范围内的WASSR成像；

(11)使用Matlab程序进行数据处理和图像重建。

Images