CN113368263A - 一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用，该纳米探针具有良好的生物安全性和19F核磁共振成像效果，而129Xe在PFOB中具有很高的溶解性，能够检测到较强的129Xe信号，因此，该探针可同时作为129Xe MRI造影剂和19F MRI造影剂，具有良好的医学研究和应用前景。

Description

一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用
技术领域
本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用。
背景技术
随着人口的老龄化和快速增长，全球的癌症发病数和死亡数也正在快速增长。癌症将成为21世纪死亡的首要原因，并且将是世界各国提高预期寿命的最重要障碍。在全球185个国家或地区中，中国癌症发病、死亡情况位于中等偏上水平；胃癌、肺癌、肝癌等发病率和死亡率约占全球的一半。差距的根源在于，我国癌症患者早诊早治率低。目前，分子影像学是用于癌症诊断的主要手段，这些成像技术可以精准的对癌症进行早期、术前诊断，有助于癌症的早期发现和治疗，从而提高癌症患者的生存率及生活质量。
在诸多成像方式中，磁共振成像因无侵入、无辐射、高的组织穿透性和空间分辨率等优点而成为一种重要的疾病诊断手段。传统的磁共振信号源自于生物体内水中的质子，存在较强的背景信号干扰。而氟-19磁共振成像在体内无背景信号干扰成像、对比度高，并且19F元素拥有100％的天然丰度、仅次于质子的旋磁比，是一种具有临床应用潜力的新型磁共振成像技术。
氙-129磁共振成像是一种比较新的技术，它无毒无背景信号干扰。通过将氙气超极化以及与化学交换饱和转移技术相结合，可将成像灵敏度提高106倍，具有超高的灵敏度。129Xe是一种无毒无害的惰性气体，其可溶于多种溶剂，对化学环境敏感，化学位移变化范围大，并且可以与多种蛋白、磷脂、孢子等发生非特异性的相互作用，十分适合应用于生物医学领域。
129Xe/19F双核MRI成像系统兼具高灵敏度和高选择性，能够实现更为精准的肿瘤诊断和治疗。但是在目前的研究中，鲜少实现一种探针多种功能，一种造影剂既能作为19F的造影剂，也能作为129Xe的造影，且目前的129Xe造影剂合成复杂，成本较高。因此，发展一些合成简单，成本低廉的129Xe/19F双核MRI造影剂意义深远。
发明内容
基于上述现有技术，本发明提供了一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用，该探针，该纳米探针具有良好的生物安全性和19F核磁共振成像效果，而129Xe在PFOB中具有很高的溶解性，能够检测到较强的129Xe信号，因此，该探针可同时作为129Xe MRI造影剂和19F MRI造影剂，具有良好的医学研究和应用前景。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针在核磁共振检测中的应用。
进一步，所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针作为129Xe/19F双核MRI造影剂。
进一步，所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针为核壳结构，其以聚乳酸-羟基乙酸共聚物为外壳，以全氟溴辛烷为内核。
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
1、该探针以聚乳酸-羟基乙酸共聚物为外壳，全氟溴辛烷作为内核，外壳PLGA和内核PFOB均为FDA批准的具有良好生物安全性的药品，因而具有良好的生物安全性，可用于活体成像，而且该探针的制备方法简单，原料易得，成本相对较低。
2、该探针具有中空结构，能够保证装载较多的全氟溴辛烷，可获得较强的19F MRI成像效果。
3、该探针的外壳为PLGA，在聚合物形成过程中将PFOB包裹在壳内，严密的包裹能够保证内核PFOB不易外泄，同时PLGA良好的水溶性使得PFOB@PLGA在水中的分散性较好，PFOB中溶解的129Xe与水中的129Xe进行交换，适合129Xe CEST信号的探测。
4、该探针实现了将129Xe MRI和19F MRI集成到一种纳米探针，既可以129Xe MRI的造影剂又可以作为19F MRI的造影剂，是一种多功能探针。
5、该探针可通过高通透性和滞留效应到达肿瘤位置，实现对肿瘤的双核MRI成像，而129Xe/19F多核MRI成像系统兼具高灵敏度和高选择性，能够实现更为精准的肿瘤诊断和治疗。
附图说明
图1为实施例1制备的PFOB@PLGA的TEM图。
图2为实施例1制备的PFOB@PLGA的19F NMR图谱。
图3为实施例1制备的PFOB@PLGA在不同19F浓度下的19F MRI图像以及浓度与成像强度的关系。
图4为不同浓度PFOB@PLGA待测液的129Xe Hyper CEST图谱。
图5为实施例1制备的PFOB@PLGA的的129Xe MRI图像。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针采用乳化法进行制备，具体方法如下：
将50mg聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA，Mw 7000)溶于2mL二氯甲烷中，接着依次加入200μL全氟溴辛烷(PFOB)和4mL乳化剂5％(质量分数)PVA，然后超声乳化40min(功率130W)，超声乳化完成后滴入10mL超纯水中，室温下搅拌使二氯甲烷挥发，在4℃和转速14800rpm条件下离心10min，将所得的固体物用超纯水洗涤3次以上除PVA，得到所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针，记为PFOB@PLGA，超纯水分散后得母液，将母液在4℃下保存备用。
将本实施例制备的PFOB@PLGA用透射电子显微镜进行扫描，所得的TEM图如图1所示，由图1可知，所制得的PFOB@PLGA分散性好，粒径均一，显示出明显的核壳结构，核心为PFOB，外壳为PLGA。
因该探针的129Xe的信号与溶解在PFOB中的量息息相关，且该探针19F MRI成像效果与核心PFOB的19F元素正相关，因此后续试验通过19F浓度对该探针进行定量分析。
将本实施例制备的PFOB@PLGA进行19F NMR图谱分析检测，加入三氟乙醇作为内标确定样品19F浓度，所得的19F NMR图谱如图2所示，对图2进行分析可知，谱峰为PFOB的特征峰，说明本实施例制备的纳米探针内核为全氟溴辛烷(PFOB)。
试验一、本发明的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的19F NMR试验
试验方法：
将实施例1制备的纳米探针PFOB@PLGA用超纯水分散后所得的母液在BrukerAscend WB 500MHz谱仪上进行19F NMR试验，所用的氘代试剂为重水(D2O)，化学位移用ppm表示，三氟乙醇作为内标(-76ppm)。由内标化合物特征峰面积与PFOB@PLGA中-83ppm处的特征峰面积的比值即可计算出样品溶液浓度。用反转恢复法测量纵向弛豫时间T1，采用自旋回波法测量横向弛豫时间T2。
试验结果：
实施例1制备的纳米探针PFOB@PLGA在-83ppm处的特征峰的T1弛豫时间1.112s，T2弛豫时间1.051s，而PFOB标准品在-83ppm处的特征峰T1弛豫时间1.112s，T2弛豫时间885.6ms，由此可见，与PFOB相比，实施例1制备的纳米探针PFOB@PLGA的内核PFOB的特征峰19F信号的T1不变，T2值有一定增加，由此说明，本发明的纳米探针PFOB@PLGA适用于19F MRI成像。
试验二、本发明的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的19F MRI试验
试验方法：
通过试验一所得的19F NMR谱图，根据内标物的浓度以及内标物与PFOB@PLGA在(-83.2ppm)特征峰的面积比，计算得到母液中F元素浓度为60mM，将母液与超纯水按照一定比例混合，稀释得到F元素浓度为60mM、30mM、15mM、7.5mM、3.8mM、1.9mM、0.94mM的待测液，将上述不同浓度的PFOB@PLGA纳米探针的19F MRI成像。19F MR图像通过RARE方法获得，参数如下：TR＝4000ms,TE＝3ms；FOV＝4.5×4.5cm,30mm slice thickness；4min 16s of dataacquisition；RARE factor＝4；matrix size＝32×32；16averages。
试验结果：
实施例1制备的纳米探针的19F MRI信号强度与19F元素的浓度成正比，如图3所示，有助于通过19F MRI信号强度定位局部的19F元素浓度，为后续活体定位肿瘤提供了可能。
试验三、本发明的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的129Xe Hyper CEST试验
试验方法：
1、用超纯水与实施例1母液混合，按照比例稀释得到不同浓度的待测液，先后测试19F元素浓度为7mM、6mM、4mM、3mM、1.5mM的待测液；
2、打开超极化129Xe的极化装置，加热30min使温度到达160℃，打开激光器，连接好装有待测液的核磁样品管，放入核磁共振谱仪中，核磁样品管中温度控制在25℃，调谐，匀场，通入超极化129Xe气体，进行信号采集，饱和照射功率6.5μT，照射时间5s。129Xe CEST图谱的采集化学位移范围60-220ppm，其中，60-100ppm范围内每隔5ppm采集一个点，100-110ppm范围内每隔2ppm采集一个点，110-190ppm范围内每隔5ppm采集一个点，190-200ppm范围内每隔2ppm采集一个点，200-220ppm范围内每隔5ppm采集一个点。
试验结果：
不同浓度纳米探针PFOB@PLGA待测液的129Xe Hyper CEST图谱如图4所示，从图4可以看出，129Xe在实施例1制备的纳米探针PFOB@PLGA中性质稳定，化学位移稳定在106ppm处，不会出现因PFOB@PLGA纳米探针的浓度不同，化学位移出现漂移的情况。而且，实施例1制备的纳米探针PFOB@PLGA展现出超高的129Xe灵敏度，在1.5mM浓度下仍可检测到较强CEST信号。
试验四、本发明的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的129Xe MRI试验
试验方法：
1、实施例1合成PFOB@PLGA后通过19F NMR内标法确定母液中19F元素浓度，用超纯水稀释到19F元素浓度4mM后进行后续的测试；
2、打开超极化129Xe的极化装置，加热30min使温度到达160℃，打开激光器，连接好核磁样品管，放入核磁共振谱仪中，将样品温度控制在25℃，调谐，匀场，通入超极化129Xe气体，进行信号采集，饱和照射功率6.5μT，照射时间5s，在化学位移106ppm处进行成像。
试验结果：
实施例1制备的纳米探针PFOB@PLGA在化学位移106ppm处的磁共振成像MRI如图5所示，由图5可以看出，所采集的图像较亮，由此说明，本发明的纳米探针PFOB@PLGA在较低的浓度下，就可以获得较强的129Xe CEST信号，本发明的纳米探针PFOB@PLGA有较好的129XeMRI成像效果。

Claims (3)

1.一种基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针在核磁共振检测中的应用。
2.根据权利要求1所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用，其特征在于：所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针作为129Xe/19F双核MRI造影剂。
3.根据权利要求1所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针的应用，其特征在于：所述的基于全氟溴辛烷的聚合物纳米探针为核壳结构，其以聚乳酸-羟基乙酸共聚物为外壳，以全氟溴辛烷为内核。
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