CN110237272A - 适用于mri/nir-ii的双模态肿瘤成像纳米探针、制备方法及应用 - Google Patents
适用于mri/nir-ii的双模态肿瘤成像纳米探针、制备方法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及一种适用于MRI/NIR‑II的双模态肿瘤成像纳米探针、制备方法及应用，该双模态肿瘤成像纳米探针由去铁乳铁蛋白、Mn2+、PEG、CH1055组成，其中，去铁乳铁蛋白为载体，络合Mn2+并与PEG上的氨基和CH1055上的羧基偶联，分子之间通过醛基和氨基交联。本发明的为适用于MRI/NIR‑II的双模态肿瘤成像纳米探针为具有双模态成像的全新化合物，其荧光发射波长位于近红外二区，无毒，生物相容性好，易被生物体吸收和代谢，并且络合了锰离子，可以进行MR成像，成像效果清晰，经包载后，可用于肿瘤等不同疾病的检测成像。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学材料技术领域，具体涉及一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针、制备方法及应用。
背景技术
癌症(又称恶性肿瘤)严重威胁着人类健康。由于医疗技术水平的限制，目前缺乏对晚期癌症的有效治疗手段，所以癌症的早期诊断对患者来说尤为重要，若能尽早发现并及时采取治疗，可以显著提高癌症患者的存活率。非侵入式的活体动物荧光成像技术等分子影像技术的出现为癌症的早期诊断开拓了新的发展道路。
MRI具有无创性、空间分辨率高、软组织对比度好等优点，在临床上得到了广泛的应用，为肿瘤的早期生长提供了定性诊断。为了更好地显示正常组织与病理组织之间的差异，提高图像对比度，磁共振成像剂的研究仍在进行。MRI纳米分子探针主要分为两类：一种是产生T1正信号对比的顺磁分子探针，其中以顺磁痰(Gd3+)和锰离子(Mn2+)最为常见，如Gd-DTPA；另一种是基于氧化铁的磁性超顺磁性分子探针(SPIO)，产生强烈的T2负信号对比度。
生物组织在<700nm范围内有较强的自身荧光且有严重的光吸收，会严重干扰荧光成像效果。在近红外区(700～1600nm)生物组织光吸收或自身荧光强度都很小，近红外荧光成像技术受到越来越多的关注。近红外荧光分为近红外一区(700～1000nm)和近红外二区(1000～1600nm)。由于近红外二区(1000～1600nm)荧光对生物组织穿透能力比近红外一区更强，且成像信噪比和分辨率都更高(PNAS,2011,108,8943-8948)，近红外二区荧光成像更有希望在未来的活体成像、肿瘤早期诊断和手术导航等领域发挥重大作用。
一般的双模态成像材料合成复杂并且具有一定的毒性，最为关心的还有材料的成像效果和靶向作用效用。为了获得具有优异成像性的磁共振和近红外二区的成像探针，非常需要发展具有高灵敏度、高生物相容性、高发光亮度、光稳定性好、无毒且合成简便的更易于排泄的成像试剂。
发明内容
本发明的目的之一在于一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，无毒、成像效果好、靶向性好、生物相容性佳、稳定性高。
本发明的目的之二在于提供过一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，合成简便的，成功率高。
本发明的目的之三在于提供过一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的应用，将材料应用于肝癌和神经脑胶质瘤的磁共振和近红外二区成像研究。
实现本发明目的之一所采用的方案是：一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，由去铁乳铁蛋白、Mn2+、PEG、CH1055组成，其中，去铁乳铁蛋白为载体，络合Mn2+并与PEG上的氨基和CH1055上的羧基偶联，分子之间通过醛基和氨基交联。
优选地，所述双模态肿瘤成像纳米探针的粒径为150-170nm。
实现本发明目的之二所采用的方案是：一种所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取原料乳铁蛋白配置成一定浓度的水溶液，在15-25℃下用pH为2-6的酸溶液透析除去乳铁蛋白上的铁离子，冷冻干燥得到去铁乳铁蛋白Apo-Lf；
(2)将步骤(1)得到的Apo-Lf溶于一定量的锰盐和碳酸盐的混合溶液中，在20-30℃下搅拌至溶液变为悬浮液，然后用一定浓度的碳酸盐溶液和水分别透析除去杂质，冷冻干燥得到去铁加锰乳铁蛋白Lf-Mn2+；
(3)在无水无氧环境下，将一定量的PEG溶于DMF中，依次加入一定量的EDCI、NHS、所述步骤(2)得到的Lf-Mn2+、DIPEA室温搅拌至溶液为乳浊液，用水透析得到Lf-Mn2+-PEG乳浊液；
(4)在无水无氧环境下，将一定量的CH1055溶于DMF，然后依次加入一定量的HBTU、所述步骤(3)得到的Lf-Mn2+-PEG、DIPEA进行酰胺缩合反应，反应结束后用水透析反应溶液得到蓝色澄清透明的溶液，冷冻干燥得到Lf-Mn2+-PEG-CH1055；
(5)将Lf-Mn2+-PEG-CH1055加水配置成一定浓度的水溶液，避光超声，然后加入一定量的乙醇和戊二醛，搅拌，离心，得到包载的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs，即为所述适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针。
优选地，所述步骤(1)中，乳铁蛋白的浓度为50-80mg/mL。
优选地，所述步骤(2)中，去铁乳铁蛋白和Mn2+的浓度比为1-2:3-6，碳酸盐浓度为0.05M-0.3M。
优选地，所述步骤(3)中，采用一端为氨基分子量为2000-5000的PEG，PEG溶于DMF的浓度为50-80mg/mL，EDCI的浓度为0.5-1mg/mL，NHS的浓度为0.8-1.6mg/mL，Lf-Mn2+的浓度为40-50mg/mL，DIPEA的浓度为15-20μL/mL。
优选地，所述步骤(4)中，CH1055的浓度为0.002-0.003mol/mL，HBTU的浓度为0.5-1mg/mL，Lf-Mn2+-PEG的浓度为50-65mg/mL，DIPEA与Lf-Mn2+-PEG的摩尔比为20-30:1-2。
优选地，所述步骤(5)中，Lf-Mn2+-PEG-CH1055的浓度为10-30mg//mL，乙醇的浓度为1-3mL/ml，戊二醛的浓度为15-35μL/ml，滴定乙醇的速度为1-3min/mL，戊二醛的浓度为5-15％。
优选地，所述步骤(1)-(5)中，透析取分子量为大于10000的产物。
实现本发明目的之三所采用的技术方案是：一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的应用，其特征在于：将所述纳米探针应用于脑胶质瘤、肝癌的诊断。
本发明的为适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针为具有双模态成像的全新化合物，其荧光发射波长位于近红外二区，无毒，生物相容性好，易被生物体吸收和代谢，并且络合了锰离子，可以进行MR成像，成像效果清晰，经包载后，可用于肿瘤等不同疾病的检测成像。
本发明的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，由市售的乳铁蛋白经过去铁加锰，形成具有MR成像效果的锰乳铁蛋白，随后在NHS、EDCI和DIPEA的作用下接入PEG，最后在HBTU与DIPEA的作用下和CH1055分子相结合，形成具有MR与荧光成像的双模态成像纳米材料。
本发明的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，直接以乳铁蛋白为靶向基团，将锰离子与CH1055分子结合在上面，在生物医学成像实验中发现该探针成像效果非常好，具有广阔的应用前景。
本发明的制备方法合成路线简单，反应效率高，收率高，具有较高的工业应用前景。
本发明的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针可以用于癌症诊断与肿瘤成像的纳米探针材料，并成功地将材料应用于肝癌和神经脑胶质瘤的磁共振和近红外二区成像研究。
附图说明
图1为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的结构示意图；其中，为乳铁蛋白，为锰离子，为CH1055分子，为PEG，为铁离子；
图2为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的合成过程的结构示意图；
图3为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的TEM图；
图4为本发明的Lf、Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的红外吸收光谱图；
图5为本发明的Lf、Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的紫外光谱图；
图6为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的粒径分布图；
图7为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的Zeta电位图；
图8为本发明的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs对于HepG2、U87、L929的细胞毒性结果图；
图9为本发明的Lf、Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的体外MR与荧光成像图；其中，9a为体外MR成像图，9b为荧光成像图；
图10为本发明的Lf-Mn2+-PEG与Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的磁弛豫速率曲线；
图11为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针在小鼠皮下神经脑胶质瘤(a)、皮下肝癌(b)及原位胶质瘤(c)的体内荧光成像图；
图12为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针在小鼠皮下肝癌(a)、皮下神经脑胶质瘤(b)及原位胶质瘤(c)的MR成像图；
图13为本发明的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs对于U87MG(a)与HepG2(b)不同器官的NIR-II荧光图像；
图14为本发明的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs处理小鼠72h内血液中Mn2+浓度(a)以及48h后心肝脾肺肾中Mn2+浓度(b)图；
图15为本发明的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs处理小鼠48h后心肝脾肺肾的组织切片。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，由去铁乳铁蛋白、Mn2+、PEG、CH1055组成，其中，去铁乳铁蛋白为载体，络合Mn2+并与PEG上的氨基和CH1055上的羧基偶联，分子之间通过醛基和氨基交联。
图1为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的结构示意图；其中，为乳铁蛋白，为锰离子，为CH1055分子，为PEG，为铁离子；图2为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的合成过程的结构示意图。
所述双模态肿瘤成像纳米探针的粒径为150-170nm。
实施例2
一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取原料乳铁蛋白配置成一定浓度的水溶液，在15℃下用pH为2的酸溶液透析除去乳铁蛋白上的铁离子，冷冻干燥得到去铁乳铁蛋白Apo-Lf；
(2)将步骤(1)得到的Apo-Lf溶于一定量的锰盐和碳酸盐的混合溶液中，在20℃下搅拌至溶液变为悬浮液，然后用一定浓度的碳酸盐溶液和水分别透析除去杂质，冷冻干燥得到去铁加锰乳铁蛋白Lf-Mn2+；
(3)在无水无氧环境下，将一定量的PEG溶于DMF中，依次加入一定量的EDCI、NHS、所述步骤(2)得到的Lf-Mn2+、DIPEA室温搅拌至溶液为乳浊液，用水透析得到Lf-Mn2+-PEG乳浊液；
(4)在无水无氧环境下，将一定量的CH1055溶于DMF，然后依次加入一定量的HBTU、所述步骤(3)得到的Lf-Mn2+-PEG、DIPEA进行酰胺缩合反应，反应结束后用水透析反应溶液得到蓝色澄清透明的溶液，冷冻干燥得到Lf-Mn2+-PEG-CH1055；
(5)将Lf-Mn2+-PEG-CH1055加水配置成一定浓度的水溶液，避光超声，然后加入一定量的乙醇和戊二醛，搅拌，离心，得到包载的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs，即为所述适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针。
所述步骤(1)中，乳铁蛋白的浓度为80mg/mL。
所述步骤(2)中，去铁乳铁蛋白和Mn2+的浓度比为1:3，碳酸盐浓度为0.05M。
所述步骤(3)中，采用一端为氨基分子量为2000的PEG，PEG溶于DMF的浓度为80mg/mL，EDCI的浓度为1mg/mL，NHS的浓度为1.6mg/mL，Lf-Mn2+的浓度为50mg/mL，DIPEA的浓度为20μL/mL。
所述步骤(4)中，CH1055的浓度为0.003mol/mL，HBTU的浓度为1mg/mL，Lf-Mn2+-PEG的浓度为65mg/mL，DIPEA与Lf-Mn2+-PEG的摩尔比为10:1。
所述步骤(5)中，Lf-Mn2+-PEG-CH1055的浓度为30mg//mL，乙醇的浓度为3mL/ml，戊二醛的浓度为35μL/ml，滴定乙醇的速度为3min/mL，戊二醛的浓度为15％。
所述步骤(1)-(5)中，透析取分子量为大于10000的产物。
实施例3
一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取原料乳铁蛋白配置成一定浓度的水溶液，在25℃下用pH为6的酸溶液透析除去乳铁蛋白上的铁离子，冷冻干燥得到去铁乳铁蛋白Apo-Lf；
(2)将步骤(1)得到的Apo-Lf溶于一定量的锰盐和碳酸盐的混合溶液中，在30℃下搅拌至溶液变为悬浮液，然后用一定浓度的碳酸盐溶液和水分别透析除去杂质，冷冻干燥得到去铁加锰乳铁蛋白Lf-Mn2+；
(3)在无水无氧环境下，将一定量的PEG溶于DMF中，依次加入一定量的EDCI、NHS、所述步骤(2)得到的Lf-Mn2+、DIPEA室温搅拌至溶液为乳浊液，用水透析得到Lf-Mn2+-PEG乳浊液；
(4)在无水无氧环境下，将一定量的CH1055溶于DMF，然后依次加入一定量的HBTU、所述步骤(3)得到的Lf-Mn2+-PEG、DIPEA进行酰胺缩合反应，反应结束后用水透析反应溶液得到蓝色澄清透明的溶液，冷冻干燥得到Lf-Mn2+-PEG-CH1055；
(5)将Lf-Mn2+-PEG-CH1055加水配置成一定浓度的水溶液，避光超声，然后加入一定量的乙醇和戊二醛，搅拌，离心，得到包载的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs，即为所述适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针。
所述步骤(1)中，乳铁蛋白的浓度为50mg/mL。
所述步骤(2)中，去铁乳铁蛋白和Mn2+的浓度比为1:6，碳酸盐浓度为0.3M。
所述步骤(3)中，采用一端为氨基分子量为5000的PEG，PEG溶于DMF的浓度为50mg/mL，EDCI的浓度为0.5mg/mL，NHS的浓度为0.8mg/mL，Lf-Mn2+的浓度为40mg/mL，DIPEA的浓度为15μL/mL。
所述步骤(4)中，CH1055的浓度为0.002-0.003mol/mL，HBTU的浓度为0.5mg/mL，Lf-Mn2+-PEG的浓度为50mg/mL，DIPEA与Lf-Mn2+-PEG的摩尔比为30:1。
所述步骤(5)中，Lf-Mn2+-PEG-CH1055的浓度为10mg//mL，乙醇的浓度为1mL/ml，戊二醛的浓度为15μL/ml，滴定乙醇的速度为1min/mL，戊二醛的浓度为5％。
所述步骤(1)-(5)中，透析取分子量为大于10000的产物。
实施例4
一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)取原料乳铁蛋白配置成一定浓度的水溶液，在20℃下用pH为4的酸溶液透析除去乳铁蛋白上的铁离子，冷冻干燥得到去铁乳铁蛋白Apo-Lf；
(2)将步骤(1)得到的Apo-Lf溶于一定量的锰盐和碳酸盐的混合溶液中，在25℃下搅拌至溶液变为悬浮液，然后用一定浓度的碳酸盐溶液和水分别透析除去杂质，冷冻干燥得到去铁加锰乳铁蛋白Lf-Mn2+；
(3)在无水无氧环境下，将一定量的PEG溶于DMF中，依次加入一定量的EDCI、NHS、所述步骤(2)得到的Lf-Mn2+、DIPEA室温搅拌至溶液为乳浊液，用水透析得到Lf-Mn2+-PEG乳浊液；
(4)在无水无氧环境下，将一定量的CH1055溶于DMF，然后依次加入一定量的HBTU、所述步骤(3)得到的Lf-Mn2+-PEG、DIPEA进行酰胺缩合反应，反应结束后用水透析反应溶液得到蓝色澄清透明的溶液，冷冻干燥得到Lf-Mn2+-PEG-CH1055；
(5)将Lf-Mn2+-PEG-CH1055加水配置成一定浓度的水溶液，避光超声，然后加入一定量的乙醇和戊二醛，搅拌，离心，得到包载的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs，即为所述适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针。
所述步骤(1)中，乳铁蛋白的浓度为70mg/mL。
所述步骤(2)中，去铁乳铁蛋白和Mn2+的浓度比为1:3，碳酸盐浓度为0.2M。
所述步骤(3)中，采用一端为氨基分子量为4000的PEG，PEG溶于DMF的浓度为65mg/mL，EDCI的浓度为0.8mg/mL，NHS的浓度为1.2mg/mL，Lf-Mn2+的浓度为45mg/mL，DIPEA的浓度为18μL/mL。
所述步骤(4)中，CH1055的浓度为0.0025mol/mL，HBTU的浓度为0.8mg/mL，Lf-Mn2+-PEG的浓度为58mg/mL，DIPEA与Lf-Mn2+-PEG的摩尔比为15:1。
所述步骤(5)中，Lf-Mn2+-PEG-CH1055的浓度为20mg//mL，乙醇的浓度为2mL/ml，戊二醛的浓度为25μL/ml，滴定乙醇的速度为2min/mL，戊二醛的浓度为10％。
所述步骤(1)-(5)中，透析取分子量为大于10000的产物。
实施例5
一种所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，包括以下步骤：
(1)进行去铁乳铁蛋白的制备(Apo-Lf)：取原料乳铁蛋白，溶于一级水中，用柠檬酸溶液以及14000透析袋透析24h，再用一级水透析24h，控制其pH＝4，T＝20℃，透析后冷冻干燥，冻干得到纯白色的粉末去铁乳铁蛋白，此时的Apo-Lf是溶于水中的；
(2)将Mn2+与Apo-Lf络合：将Apo-Lf溶于一级水中，另外准备MnCl2和NaHCO3，溶于一级水中，使Apo-Lf浓度：Mn2+浓度＝1:3，在30℃下搅拌12h至溶液变为悬浮液，用NaHCO3溶液透析24h，再用一级水透析24h，除去杂质，最后冷冻干燥，得到去铁加锰乳铁蛋白Lf-Mn2+；
(3)由于去掉了铁离子加入了锰离子，此时的Lf-Mn2+为含有黄色颗粒的悬浊液，为了增加其水溶性，将PEG与Lf-Mn2+进行反应：首先取圆底烧瓶，抽无水无氧，将PEG溶于DMF中，加入EDCI，室温反应20min，再加入NHS，反应30min后，加入Lf-Mn2+，之后加入DIPEA室温搅拌24h；之后用14000的透析袋透析24h，得到Lf-Mn2+-PEG乳浊液，冻干得到固体Lf-Mn2+-PEG；
(4)制备纳米材料Lf-Mn2+-PEG-CH1055：将CH1055上的羧基与Lf-Mn2+-PEG中的氨基进行酰胺缩合反应，取圆底烧瓶，抽无水无氧，加入溶于DMF中的小分子染料CH1055，加入HBTU反应10min，然后将Lf-Mn2+-PEG5000加入其中，之后加入DIPEA进行酰胺缩合反应，反应进行24h，然后用14000的透析袋透析24h，得到蓝色澄清透明的溶液，冻干得到Lf-Mn2+-PEG-CH1055；
(5)纳米乳铁蛋白的包载：Lf-Mn2+-PEG-CH1055加入2mL一级水，避光超声，加入乙醇、戊二醛，过夜，之后离心，得到包载的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs。
步骤(1)与步骤(2)中柠檬酸溶液和NaHCO3溶液浓度都为0.1M；原料乳铁蛋白溶于水后浓度为50mg/mL，步骤(2)中Apo-Lf浓度：Mn2+浓度＝1:3，所进行计算的是质量浓度。
步骤(3)所述的PEG为一端氨基一端甲氧基的分子量为5000的PEG，PEG溶于水后浓度为50mg/mL，摩尔比Lf-Mn2+：PEG＝1：50，EDCI的浓度为1mg/mL，NHS的浓度为1.6mg/mL，Lf-Mn2+的浓度为50mg/mL，DIPEA的浓度为20μL/mL。
步骤(4)中CH1055的浓度为0.003mol/mL，HBTU的浓度为1mg/mL，Lf-Mn2+-PEG的浓度为50mg/mL，DIPEA与Lf-Mn2+-PEG的摩尔比为20:1，
步骤(5)中，Lf-Mn2+-PEG-CH1055的浓度为30mg//mL，乙醇的浓度为1mL/ml，戊二醛的浓度为30μL/ml，滴定乙醇的速度为1min/mL，戊二醛的浓度为8％。
图2为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的合成过程的结构示意图。
图3为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的TEM图，从图中可以看出本发明的双模态肿瘤成像纳米探针材料具有均匀的纳米形态。
图4为本发明的Lf、Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的红外吸收光谱图；图5为本发明的Lf、Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的紫外光谱图；从图4和5可以看出，本发明的纳米探针材料中乳铁蛋白结构并没有被破坏，并且成功偶联了CH1055。
图6为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的粒径分布图，图7为本发明的双模态肿瘤成像纳米探针的Zeta电位图；从图6和7中可以看出本发明的纳米探针材料具有良好的稳定性，在水中具有很好的分散性和均匀性。
性能测试
1、乳铁蛋白Lf、本发明去铁乳铁蛋白Apo-Lf中铁离子含量。
取化合物Lf、Apo-Lf 50mg，分别加入3ml高氯酸和2ml硝酸，等全部溶解后，升温到80℃，等溶液变为无色之后，升温到260℃，待溶液全部蒸发之后，加入5ml稀硝酸定溶。ICP-AAS测定得到铁离子含量为分别为0.6536mg/g、0.1303mg/g。
2、Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs中锰离子含量测定。
取化合物Lf-Mn2+-PEG、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs各50mg，分别加入3ml高氯酸和2ml硝酸，等全部溶解后，升温到80℃，等溶液变为无色之后，升温到260℃，待溶液全部蒸发之后，加入5ml稀硝酸定溶。ICP-AAS测定得到锰离子含量为分别为206.6mg/g、160.5mg/g。
3、Lf，Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG以及Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs体外MR与荧光成像效果。
分别进行了Lf，Apo-Lf、Lf-Mn2+-PEG以及Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的离体荧光成像和磁共振荧光成像实验。分别取了0、0.1、0.25、0.5、0.75、1mg/mL的各材料浓度，如图9a中，可以看出，Lf，Apo-Lf的离体MRI信号强度与纯水并无差异，而加入锰离子后，Lf-Mn2+-PEG和Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs都随着材料内锰离子含量的增加其MRI信号逐渐加强。对于离体的荧光成像，图9b中，由于Lf，Apo-Lf，Lf-Mn2+-PEG中并没有荧光分子，所以只有Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs随着浓度增加，荧光强度增强。
图10中，在水为介质，场强为7T，温度为25℃的磁共振成像中探究了在锰离子含量为0到2mM的Lf-Mn2+-PEG与Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的弛豫速率曲线，由曲线可以看出，Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs的弛豫速率为0.2024M-1s-1，Lf-Mn2+-PEG的弛豫速率为0.2094M-1s-1，弛豫速率代表着造影剂成像效果的好坏，在相同条件下，曲线斜率越大弛豫速率越大，那么结果说明本发明的纳米材料具有核磁共振成像效果，并且看出接入荧光探针后，MRI离体信号没有明显衰弱，其弛豫速率相差不大。体外MR采用T1加权成像，TSE T1轴向序列使用以下参数：FOV＝20mm，片厚＝5mm，Tr＝500ms，Te＝11ms，FA＝180。
4、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs对于细胞毒性图。
采用标准MTT法测定体外细胞毒性。待细胞长满后，取活化好的细胞培养基悬浮液，用PBS洗三次，加入1mL胰酶消化，后加入1mL培养基终止消化，将U87MG、HepG2、L929细胞分别接种在96孔板中，使细胞浓度至每孔约6000个，加入100μL DMEM培养基，放入含有5％CO2、37℃恒温培养箱中培养24h。待细胞约长满孔面积的80％后，将加入的培养基除去，向每个孔中添加100μL以培养基为溶剂的浓度为0、0.25、0.5、1.5和2mg/mL的Mn2+-Lf-PEG-CH1055NPs溶液，左右轻轻摇晃，置于含有5％CO2，37℃恒温培养箱中培养24小时。吸去上清液，然后向每个孔中添加100μL10％MTT溶液(PBS缓冲液中为5mg/ml)，在37℃下培养4h。然后弃去MTT，每孔加入150μL DMSO来溶解细胞内的紫色甲赞晶体。置于摇床上平摇10min后，用酶标仪检测测量490nm处的吸光度，计算细胞生长的活力。以空白浓度为0的孔为对照，按照下面的公式分别计算不同Mn2+-Lf-PEG-CH1055NPs浓度作用于人脑胶质瘤细胞U87MG、肝癌细胞HepG2以及正常成纤维细胞L929时的细胞抑制率。
抑制率(％)＝(对照组吸光值－实验组吸光值)/对照组吸光值×100％
存活率(％)＝1－抑制率(％)，结果如图8所示，由图8可以看出，本发明的Mn2+-Lf-PEG-CH1055NPs细胞存活率均在80％以上，进一步也证实了本发明的Mn2+-Lf-PEG-CH1055NPs是安全低毒甚至无毒的，可以被生物体所接受。
5、Lf-Mn2+-PEG-CH1055肿瘤荧光成像效果。
将Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs材料取1mg，溶于PBS缓冲液之中，得到了澄清的蓝色溶液，然后进行30min超声，使其更加分散均匀，然后通过尾静脉注射进入模型小鼠体内、将小鼠麻醉进行荧光成像观察。由图11a中看到，对于小鼠皮下神经脑胶质瘤的成像，分别为注射Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs后2、4、8、12、24、48h的成像图(1000LP，3.5W，80ms)，从图11a中可以看出，在两小时后，纳米探针材料开始在肿瘤、肺部以及肝肾等部位富集，之后随着时间增加，荧光强度开始增强，一直到24h都没有衰减，而在肺中逐渐消失。而由图11a也可以看出，本发明的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs对于神经脑胶质瘤有非常好的靶向作用，并且成像效果清晰。同样在图11b中，对于小鼠皮下肝癌模型的成像，分别为注射Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs后2、4、8、12、24、48h的成像图(1000LP，3.5W，80ms)，可以看到在2h后纳米探针材料开始在肿瘤部位与肝肾部位慢慢富集，在24h达到最大，48h开始有一点点衰减。本发明的纳米探针材料对于肝癌与神经脑胶质瘤都有很好靶向性。图11c为原位胶质瘤荧光成像图，搜集12h、24h、48h的原位脑胶质瘤成像图，成像参数为3.5W，80ms，1000LP，从图11c中可以看出，本发明的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs在裸鼠原位神经脑胶质瘤上具有明显的成像效果，能够很好的在肿瘤处富集并且清楚的看到肿瘤信号。材料开始的时候在肺部聚集，24h以后衰减。本发明的纳米探针材料在快速诊断肿瘤方面以及特异性诊断肿瘤方面都具有很好的应用前景。
6、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs肿瘤MR成像效果。
对于体内MRI，造模两种肿瘤模型-----U87，HepG2。采用T1加权成像，TSE T1轴向序列使用以下参数：FOV＝40mm，片厚＝10mm，Tr＝1000ms，Te＝8.6ms，FA＝180。在小鼠麻醉的状态下，录取了肿瘤部位的MR成像图。从图12可以看出，在MRI中，验证了小鼠皮下肝癌与皮下胶质瘤荧光1、2、4、6、8、9h的成像图，从整图和局部图可以看出，Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs材料在MRI小鼠皮下肝癌与皮下神经脑胶质瘤成像中(图12a，12b)，在6h内逐渐变亮，然后慢慢缓慢的变暗。在第6h对比1h的图，能够清晰的看到肿瘤更加的明亮，对比度也较高。并且肌肉组织与肿瘤组织的对比度较高，随着时间的增加，其对比度更加清晰。从图12c中可知，原位胶质瘤MR成像图中可以清晰的看到原位脑肿瘤，本发明的纳米探针材料可以准确的靶向定位在肿瘤部位，为以后的脑部MR成像增强剂的研发提供了坚实的基础。
7、Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs肿瘤MR成像效果。
生物材料的毒性和相容性是非常重要的。发明人评估了本发明的双模态肿瘤成像纳米探针Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs在U87MG和HepG2肿瘤移植物主要器官中的生物分布研究，在肝脏、肾脏和脾脏中观察到高荧光信号积累(图13a和13b)，这与NIR-II荧光探针经常在网状内皮系统(RES)的器官中严重积累的研究结果一致。为了进一步研究Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs在小鼠体内的药代动力学和生物分布。分别于0.25、0.5、1、3、6、12、24、48和72h采集血液，用电感耦合等离子体原子吸收光谱法(ICP-AAS)测定血液中Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs浓度，由图14a可以看出，本发明的纳米探针材料中离子能够在血液中和大部分器官中得到代谢，不会产生生物毒性，有良好的生物相容性。在小鼠体内注射不同浓度的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs后48h(n＝3/组)收集小鼠主要脏器，进一步定量Mn2+在体内的生物分布，从图14b中可以看出，48小时后，大部分器官中的Mn2+离子明显减少，表明Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs有效清除。总的来说，Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs在体内表现出优异的生物相容性和安全性，并没有明显的毒性，组织切片也说明本发明的纳米探针材料无毒(图15)。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，其特征在于：由去铁乳铁蛋白、Mn2+、PEG、CH1055组成，其中，去铁乳铁蛋白为载体，络合Mn2+并与PEG上的氨基和CH1055上的羧基偶联，分子之间通过醛基和氨基交联。
2.根据权利要求1所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针，其特征在于：所述双模态肿瘤成像纳米探针的粒径为150-170nm。
3.一种如权利要求1或2所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取原料乳铁蛋白配置成一定浓度的水溶液，在15-25℃下用pH为2-6的酸溶液透析除去乳铁蛋白上的铁离子，冷冻干燥得到去铁乳铁蛋白Apo-Lf；
(2)将步骤(1)得到的Apo-Lf溶于一定量的锰盐和碳酸盐的混合溶液中，在20-30℃下搅拌至溶液变为悬浮液，然后用一定浓度的碳酸盐溶液和水分别透析除去杂质，冷冻干燥得到去铁加锰乳铁蛋白Lf-Mn2+；
(3)在无水无氧环境下，将一定量的PEG溶于DMF中，依次加入一定量的EDCI、NHS、所述步骤(2)得到的Lf-Mn2+、DIPEA室温搅拌至溶液为乳浊液，用水透析得到Lf-Mn2+-PEG乳浊液；
(4)在无水无氧环境下，将一定量的CH1055溶于DMF，然后依次加入一定量的HBTU、所述步骤(3)得到的Lf-Mn2+-PEG、DIPEA进行酰胺缩合反应，反应结束后用水透析反应溶液得到蓝色澄清透明的溶液，冷冻干燥得到Lf-Mn2+-PEG-CH1055；
(5)将Lf-Mn2+-PEG-CH1055加水配置成一定浓度的水溶液，避光超声，然后加入一定量的乙醇和戊二醛，搅拌，离心，得到包载的Lf-Mn2+-PEG-CH1055NPs，即为所述适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针。
4.根据权利要求3所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，乳铁蛋白的浓度为50-80mg/mL。
5.根据权利要求3所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，去铁乳铁蛋白和Mn2+的浓度比为1-2:3-6，碳酸盐浓度为0.05M-0.3M。
6.根据权利要求3所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用一端为氨基分子量为2000-5000的PEG，PEG溶于DMF的浓度为50-80mg/mL，EDCI的浓度为0.5-1mg/mL，NHS的浓度为0.8-1.6mg/mL，Lf-Mn2+的浓度为40-50mg/mL，DIPEA的浓度为15-20μL/mL。
7.根据权利要求3所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，CH1055的浓度为0.002-0.003mol/mL，HBTU的浓度为0.5-1mg/mL，Lf-Mn2+-PEG的浓度为50-65mg/mL，DIPEA与Lf-Mn2+-PEG的摩尔比为20-30:1-2。
8.根据权利要求3所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中，Lf-Mn2+-PEG-CH1055的浓度为10-30mg//mL，乙醇的浓度为1-3mL/ml，戊二醛的浓度为15-35μL/ml，滴定乙醇的速度为1-3min/mL，戊二醛的浓度为5-15％。
9.根据权利要求3所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)-(5)中，透析取分子量为大于10000的产物。
10.一种如权利要求1或2所述的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针或权利要求3-9任一项所述的制备方法制备的适用于MRI/NIR-II的双模态肿瘤成像纳米探针的应用，其特征在于：将所述纳米探针应用于脑胶质瘤、肝癌的诊断。
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