CN113413472A - 一种高效、稳定、安全的核磁共振成像造影剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高效、稳定、安全的核磁共振成像造影剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于核磁共振造影剂领域，涉及一种T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其可用作治疗和诊断应用以及临床和生物医学研究应用，用于提高核磁共振病变组织与正常组织间的差别，增强信号对比度和提高软组织图像的分辨率，是一种高效、稳定、安全的核磁共振造影剂，基于Gd@Au核壳结构的纳米胶体由Gd@Au组成造影部分，若干Gd原子被紧密包覆在Au外壳内，Au外壳上搭载水溶性高分子或其他功能性生物分子，其具有合成简便，磁学/光学/药学性质高度灵活可调控、用量小，对比效果好，安全性高的特点，在核磁共振成像领域具有广阔的研究和应用前景。

Description

一种高效、稳定、安全的核磁共振成像造影剂及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于核磁共振造影剂领域，涉及一种T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，可用作治疗和诊断应用以及临床和生物医学研究应用。
背景技术
核磁共振成像技术具有可向任意方位断层扫描等技术灵活性，加以涵盖质子密度、弛豫、化学位移等多参数特征以及高空间分辨率和高对比度无辐射、无损伤等优势，普遍应用于临床医学，在临床诊断上具有十分重要的作用。但某些组织和肿瘤的弛豫时间相互重叠，成像质量差，明暗对比不清晰，容易导致误诊。为了提高病变组织与正常组织间的差别，增强信号对比度和提高软组织图像的分辨率，需要摄入核磁共振成像造影剂。目前，核磁共振成像造影剂可以分为T1 型和T2型，其中，T1型因能增强给药区域对比度而更具有诊断价值，是核磁共振成像造影剂的首选方案。
Gd元素因其具有稳定的电子组态和7个未成对电子，在减少水分子上氢核的自旋-晶格弛豫(T1弛豫)方面最为有效，但Gd是活泼的金属元素，因其化学性质无法直接给药，Gd3+离子组成的无机盐摄入后在人体内产生肾源性系统性纤维化(NSF)反应，因而也无法直接应用。现有基于Gd3+的造影剂，一般都是Gd3+的螯合物，在临床应用中存在着用量大，对比效果不理想，且在一定化学环境下有解离并释放Gd3+的风险。基于化学合成的Gd@Au核壳结构纳米胶体 (FGCA)，具有方法简便，磁学/光学/药学性质高度灵活可调控的特点。经过早期研究，其具有单颗粒弛豫率高，化学性质稳定，安全性高，用量较小等优势，在核磁共振成像领域具有广阔的研究和应用前景。
因此，发展一种用量小，对比效果好，安全性高的核磁共振成像造影剂是未来的发展趋势。
发明内容
有鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效、稳定、安全的核磁共振造影剂。
本发明的目的是通过如下措施来达到，基于解决如上问题的考虑，本发明提供了基于Gd@Au核壳结构的纳米胶体方案，其组成是，由 Gd@Au组成造影部分，若干Gd原子被紧密包覆在Au外壳内。Au 外壳上搭载水溶性高分子或其他功能性生物分子。
本发明提供了该Gd@Au的核壳结构，单个粒子包含的Gd原子数约达500个，每个Gd原子在400MHz磁场下也显示出18mM-1s-1的T1弛豫率，所有的Gd原子都包含在金元素的外壳内。
再一方面，本发明提供了上述造影剂在使用中的稳定性及安全性验证。实验证明只有王水可以导致金元素保护外壳溶解，氧化Gd元素并释放出Gd3+，在生理pH下，甚至一般强酸强碱性和氧化性条件下都保持稳定，不会释放出Gd3+，提高了该造影剂的安全性。
除此以外，本发明提供了本类型的核磁共振成像造影剂，可根据不同功能需要，进行较大调整，具备灵活机动性。包括改变磁性金属内核，以其他磁性金属元素替换Gd；改变金元素外壳厚度来提高造影剂的灵敏性；以及金元素本身的SERS性质；也可以使用功能性生物大分子附着在金元素表面，为该造影剂赋予新的生物药学功能。
与现有造影剂相比，本发明具备如下有益效果：
FGCA可作为一种高效、稳定、安全的核磁共振成像造影剂。
FGCA采取全化学合成，步骤简单，质量可控。
FGCA用量少，给药方便，毒副作用小。
FGCA具有稳定的化学组成，耐酸碱，耐空气，在生理条件下稳定，在高磁场强度下仍然表现出理论最大的T1和T2弛豫率。
Gd@Au纳米胶体造影剂所有组分皆可以其他元素或分子取代，其磁性内核大小，生物兼容性的金元素外壳厚度，以及金元素外壳上锚定的生物药学大分子皆可通过改变合成条件控制，具有高度的灵活性。
所述的基于Gd@Au核壳结构的纳米胶体核磁共振成像造影剂优选通过如下方法制备得到：
A)无水GdCl3及AuBr3溶于四氢呋喃中，形成特定浓度的溶液。
B)由锂、钠、钾、铷、铯其中任意两种，在充满惰性气体的手套箱中，常温下按照一定比例混合，得到特定化学计量比的液体碱金属合金。
C)还原剂溶液由混合步骤B)中所得的碱金属合金和冠醚，在四氢呋喃中混合均匀而得。
D)步骤C)中所得的还原剂溶液应具有足够的浓度以还原步骤A)中所得的金属盐溶液。
E)取出一定量的步骤A)取得的GdCl3的THF溶液，与步骤B)中所得的还原液同时加入带磁力搅拌的容器中。
F)上述溶液经搅拌一定时间后，再同时加入一定量的步骤A)中制得的AuBr3溶液以及步骤B)中制得的还原剂溶液。
G)将步骤F)中所得胶体的溶剂除去后，即得到Gd@Au纳米颗粒，将其加入含有水溶性高分子的溶液中，充分搅拌后离心并真空干燥即可得到所述MRI造影剂FGCA。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明的合成路线示意图；
图2是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA1 的STEM图片；
图3是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA1 的HAADF图片，包含Au及Gd元素；
图4是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA1 的HAADF图片，仅包含Gd元素；
图5是一个具体实施例中，样品FGCA1的X射线全程(3-80°)衍射图谱；
图6是一个具体实施例中，样品FGCA1的慢速扫描X射线衍射图谱；
图7是一个具体实施例中，样品FGCA1的T1弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图8是一个具体实施例中，样品FGCA1的T2弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图9是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA2 的透射电镜图；
图10是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA2 的HAADF图片，包含Au及Gd元素；
图11是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA2 的HAADF图片，仅包含Gd元素；
图12是一个具体实施例中，样品FGCA2的T1弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图13是一个具体实施例中，样品FGCA2的T2弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图14是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA3 的透射电镜图；
图15是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA3 的HAADF图片，包含Au及Gd元素；
图16是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA3 的HAADF图片，仅包含Gd元素；
图17是一个具体实施例中，样品FGCA3的T1弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图18是一个具体实施例中，样品FGCA3的T2弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图19是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA4 的透射电镜图；
图20是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA4 的HAADF图片，包含Au及Gd元素；
图21是一个具体实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA4 的HAADF图片，仅包含Gd元素；
图22是一个具体实施例中，样品FGCA2的T1弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图23是一个具体实施例中，样品FGCA2的T2弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图24是一个具体实施例中，PVP包覆的Eu@Au纳米颗粒样品FECA 的透射电镜图；
图25是一个具体实施例中，样品FECA的T1弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合；
图26是一个具体实施例中，样品FECA的T2弛豫率曲线。其中方块部分为在不同浓度下的弛豫率，实线是最小二乘法拟合。
以上图像只是本发明几个具体的实施案例，然而，展示这些图谱的目的并不是为了限定本发明范围；相反，本发明意图保留了本方案权利要求书中描述的其他等效的、对等的修改方式。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种基于Gd@Au核壳结构的纳米胶体核磁共振成像造影剂，本发明包括由Gd@Au组成造影部分，若干Gd原子被紧密包覆在Au外壳内。Au外壳上搭载水溶性高分子或其他功能性生物分子，整个过程的流程图如图1所示。
四氢呋喃是本发明种使用的主要溶剂，在合成之前，采用冻结-- 除气操作，先除去其中的气体杂质，之后在KNa合金种搅拌直至溶液变色为紫罗兰色。然后溶剂真空转移，在氮气填充的手套箱中保存。之后，GdCl3及AuBr3以上述四氢呋喃溶剂，形成指定浓度的溶液。
在以下具体的实施例中，PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒样品FGCA1由以下方法制备。KNa和18-冠醚-6溶解于提纯过的四氢呋喃中，形成100mL还原剂溶液，以KNa穴醚螯合物计浓度2.50mM。无水GdCl3及无水AuBr3分别溶解于100mL四氢呋喃，形成浓度为 1.00mM及1.25mM的溶液。将GdCl3溶液及还原剂溶液在2分钟内加入磁力搅拌中的容器，搅拌2分钟后，再用6分钟以内的时间同时加入之前配制的AuBr3溶液及还原剂溶液。得到的Gd@Au胶体加入含有聚乙烯吡咯烷酮(PVP K-30,150mg)的溶液，静置过夜。之后有深紫色的固体沉降在容器底部，以离心机分离后真空干燥。
所得样品的TEM图如图2所示，为均匀的球形纳米颗粒，对其粒径进行测量，平均直径为3.12nm。对该样品进行HAADF测试，结果如图3及图4所示。由图3可知，该样品区域的纳米颗粒，Au 覆盖于颗粒表面，而Gd在该区域几乎没有出现，表面该金元素外壳有效覆盖了内部的Gd内核。当Au元素被屏蔽时，如图4所示，Gd 元素也出现于该选定区域的纳米颗粒上，表明该样品的确具有声明的核壳结构。对该样品进行X射线粉末衍射测试，结果如图5所示。据分析，测试所得峰皆属于Gd或Au，没有Gd氧化物的峰存在。图6 显示的是样品FGCA1从15°到30°的慢速X射线扫描，从谱图中找到了属于钆的(010)和(011)晶面的峰，确认了单质钆的存在。然而这些峰相对较弱，因为表面覆盖了金和聚乙烯吡咯烷酮之故。
为测试该样品在空气及非氧化性酸中的稳定性，将该样品分别在所述的介质中放置30天，测试其质量变化及元素摩尔比，结果如表 1-3所示。由于在合成中，Gd与Au的摩尔比固定为4：5，因此Gd 在样品中的摩尔比皆在44.5％左右，测试结果与理论值相符合。样品在空气中的质量变化见表2。由结果可知，在空气中放置长达30天，样品的质量没有发生明显变化，至少可以表明，样品在空气中不会被氧化。样品在非氧化性酸中不同时间内的质量及元素摩尔比如表4所示。其中，非氧化性酸溶液为1mol/L的盐酸，硫酸及硝酸溶液。由结果可见，样品在非氧化性酸中皆保持稳定的化学组成，质量及元素组成并未明显增减，尤其是Gd的含量未见明显变化，表明该造影剂可以有效避免Gd氧化或溶解造成泄露对人体造成肾源性系统性纤维化的危害。
为测试样品的胶体稳定性及在模拟人体环境下的稳定性，将样品分散在PBS(磷酸盐缓冲溶液)中，经过7天，该样品未发现明显沉淀，溶液中纳米颗粒的水合半径如表4所示，从3.2nm增加到7.0nm，未发现粒径大幅度增加等问题，表明该造影剂在模拟人体pH及盐浓度的环境下仍然是稳定的。
图7和图8分别是样品在400MHz磁场下的T1和T2弛豫率曲线。在25℃，样品FGCA1的T1和T2弛豫率分别为17.31和23.21 mM-1s-1。这些弛豫率数值与它们在400MHz磁场下的理论值非常接近。弛豫率比值R2/R1为1.34，接近于1，表明PVP包覆的Gd@Au 纳米颗粒适用于T1型核磁共振成像对比剂。
表1
样品名称 Gd％ Au％
FGCA1 43.6 56.4
FGCA2 45.1 54.9
FGCA3 44.2 55.8
FGCA4 41.5 58.5
表2
Figure RE-GDA0003219087890000071
表3
Figure RE-GDA0003219087890000081
*注：非氧化性酸溶液指1mol/L的盐酸，硫酸及硝酸溶液。
表4
Figure RE-GDA0003219087890000082
样品FGCA2、FGCA3和FGCA4由相似方法合成而来，其相应的合成条件详见表5。在这些合成中，使用了不同浓度的GdCl3及AuBr3溶液，其滴加速率也采取了2分钟到6分钟之间的不同数值。
表5
Figure RE-GDA0003219087890000091
实施例2
样品FGCA-2采取了与FGCA-1同样的合成方法，其合成期间的参数如表6所示。样品的TEM图如图9所示，为球形纳米颗粒。其平均直径为3.25nm。对该样品进行HAADF测试，结果如图10及图 11所示。由图10可知，该样品区域的纳米颗粒，Au覆盖于颗粒表面，而Gd在该区域几乎没有出现，表面该金元素外壳有效覆盖了内部的Gd内核。当Au元素被屏蔽时，如图11所示，Gd元素也出现于该选定区域的纳米颗粒上，表明该样品的确具有声明的核壳结构。该样品XRD测试结果表明没有Gd氧化物的存在。该样品初始元素组成，在空气中质量变化，在非氧化性酸中质量及元素组成，以及水合半径分别见表1-4。由结果可知，该样品在空气，非氧化性酸以及PBS 中皆具有较强的稳定性。
对该样品在400MHz磁场下进行了弛豫率测试，图12和图13 分别是样品的T1和T2弛豫率曲线。在25℃，样品FGCA-2的T1和 T2弛豫率如表6所示，分别为17.03和25.57mM-1s-1。这些弛豫率数值与它们在400MHz磁场下的理论值非常接近。弛豫率比值R2/R1 为1.50，接近于1，表明PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒适用于T1型核磁共振成像对比剂。
表6
Figure RE-GDA0003219087890000092
Figure RE-GDA0003219087890000101
实施例3
样品FGCA-3采取了与FGCA-1同样的合成方法，其合成期间的参数如表6所示。样品的TEM图如图14所示，为球形纳米颗粒。其平均直径为3.65nm。对该样品进行HAADF测试，结果如图15及图 16所示。由图15可知，该样品区域的纳米颗粒，Au覆盖于颗粒表面，而Gd在该区域几乎没有出现，表面该金元素外壳有效覆盖了内部的Gd内核。当Au元素被屏蔽时，如图16所示，Gd元素也出现于该选定区域的纳米颗粒上，表明该样品的确具有声明的核壳结构。该样品XRD测试结果表明没有Gd氧化物的存在。该样品初始元素组成，在空气中质量变化，在非氧化性酸中质量及元素组成，以及水合半径分别见表1-4。由结果可知，该样品在空气，非氧化性酸以及PBS 中皆具有较强的稳定性。
对该样品在400MHz磁场下进行了弛豫率测试，图17和图18分别是样品的T1和T2弛豫率曲线。在25℃，样品FGCA-3的T1和 T2弛豫率如表6所示，分别为15.88和17.88mM-1s-1。这些弛豫率数值与它们在400MHz磁场下的理论值非常接近。弛豫率比值R2/R1 为1.13，接近于1，表明PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒适用于T1型核磁共振成像对比剂。
实施例4
样品FGCA-4采取了与FGCA-1同样的合成方法，其合成期间的参数如表6所示。样品的TEM图如图19所示，为球形纳米颗粒。其平均直径为3.86nm。对该样品进行HAADF测试，结果如图20及图21所示。由图20可知，该样品区域的纳米颗粒，Au覆盖于颗粒表面，而Gd在该区域几乎没有出现，表面该金元素外壳有效覆盖了内部的Gd内核。当Au元素被屏蔽时，如图21所示，Gd元素也出现于该选定区域的纳米颗粒上，表明该样品的确具有声明的核壳结构。该样品XRD测试结果表明没有Gd氧化物的存在。该样品初始元素组成，在空气中质量变化，在非氧化性酸中质量及元素组成，以及水合半径分别见表1-4。由结果可知，该样品在空气，非氧化性酸以及PBS 中皆具有较强的稳定性。
对该样品在400MHz磁场下进行了弛豫率测试，图22和图23分别是样品的T1和T2弛豫率曲线。在25℃，样品FGCA-4的T1和 T2弛豫率如表6所示，分别为14.73和15.14mM-1s-1。这些弛豫率数值与它们在400MHz磁场下的理论值非常接近。弛豫率比值R2/R1 为1.02，非常接近于1，表明PVP包覆的Gd@Au纳米颗粒适用于 T1型核磁共振成像对比剂。
对比例1
由PVP进行表面修饰的Eu@Au纳米颗粒(FECA)可由如下途径合成而来。KNa和18-冠醚-6溶解于提纯过的四氢呋喃中，形成100mL 还原剂溶液，以KNa穴醚螯合物计浓度2.50mM。无水EuI2及无水 AuBr3分别溶解于100mL四氢呋喃，形成浓度为1.00mM及1.25mM 的溶液。将EuI2溶液及还原剂溶液在2分钟内加入磁力搅拌中的容器，搅拌2分钟后，再用6分钟以内的时间同时加入之前配制的AuBr3溶液及还原剂溶液。得到的Eu@Au胶体加入含有聚乙烯吡咯烷酮 (PVP K-30,150mg)的溶液，静置过夜。之后有深紫色的固体沉降在容器底部，以离心机分离后真空干燥。
所得样品的TEM图如图24所示，为均匀的球形纳米颗粒，对其粒径进行测量，平均直径为3.47nm。对该样品进行X射线粉末衍射测试，所得峰经辨认皆属于Eu或Au，没有Eu氧化物的峰存在。为测试该样品在空气及非氧化性酸中的稳定性，将该样品分别在所述的介质中放置30天，测试其质量变化及元素摩尔比。该样品经测试，其初始元素组成为Eu％：Au％＝45.6:56.4％由于在合成中，Eu与 Au的摩尔比为4：5，因此Eu在样品中的摩尔比应在44.5％左右，测试结果与理论值相符合。样品在空气中的质量变化见表7。由结果可知，在空气中放置长达30天，样品的质量没有发生明显变化，至少可以表明，样品在空气中不会被氧化。样品在非氧化性酸中不同时间内的质量及元素摩尔比如表8所示。其中，非氧化性酸溶液为1 mol/L的盐酸，硫酸及硝酸溶液。由结果可见，样品在非氧化性酸中皆保持稳定的化学组成，质量及元素组成并未明显增减，尤其是Eu 的含量未见明显变化，表明该造影剂可以有效避免Eu氧化或溶解造成泄露对人体造成肾源性系统性纤维化的危害。
为测试样品的胶体稳定性及在模拟人体环境下的稳定性，将样品分散在PBS(磷酸盐缓冲溶液)中，经过7天，该样品未发现明显沉淀，溶液中纳米颗粒的水合半径从3.5nm增加到7.6nm，未发现粒径大幅度增加等问题，表明该造影剂在模拟人体pH及盐浓度的环境下仍然是稳定的。
图25和图26分别是样品在400MHz磁场下的T1和T2弛豫率曲线。在25℃，样品FECA的T1和T2弛豫率分别为14.14和23.21 mM-1s-1。弛豫率比值R2/R1为1.64，接近于1，表明PVP包覆的 Eu@Au纳米颗粒适用于T1型核磁共振成像对比剂。
表7
样品放置于空气中的天数 样品质量(mg)
0 38.1
1 38.5
7 38.9
15 38.6
30 39.2
表8
Figure RE-GDA0003219087890000131
实施例5
本发明体外药理学研究：
FGCA因其顺磁性，可以减少水质子(亦即氢原子核)的T1弛豫时间和T2(弛豫时间。T1和T2皆依赖于造影剂浓度，其倒数r1， r2，称为弛豫率。弛豫率表现为单位浓度的弛豫速率的变化，是浓度 (mmol/L)与弛豫速率(S-1)的线性曲线(线性回归)的斜率。在体外实验中，测量FGCA的r1及r2弛豫率。
实验设计：在浓度为0，0.25，0.50，0.75，1.00mmol/L的FGCA (浓度以其中所含的Gd计)浓度下，测量FGCA在去离子水和血浆 (猪和牛的)弛豫时间，以研究该造影剂的弛豫率。其中，测试温度为40℃，磁场可在0.47-9.4T之间选取。
研究FGCA在大鼠体内注射后，不同病变(脑梗死，脑肿瘤，肝肿瘤，以及肌内肿瘤)的核磁共振成像。为确定FGCA在磁共振成像中的适用性，并评估将伽多布特罗的剂量从0.1mmol Gd/kg增加到0.3mmol Gd/kg的效果，使用2.0T磁场的T1加权磁共振成像显示包括脑梗死和脑、肝和肌肉肿瘤在内的病变。给雌性大鼠静脉注射 FGCA(0.1mmolGd/kg)，20分钟后第二次给药(0.3mmolGd/kg)。给药前和给药后1分钟产生图像。
通过提高造影剂浓度，应可观测到病变部位可视性的明显提升。以0.1、0.3和0.5mmol/kg的累积剂量静脉注射FGCA，研究剂量对雌性Wistar-Han大鼠右后腿Novikoff氏肝癌的增强作用。使用2T成像仪，分别在使用造影剂前和使用造影剂后1分钟获得T1加权像。分析剂量对病变部位可视化程度的提升。
实施例6
本发明安全药理学研究：
1、药理学与生化特性：测定FGCA的分配系数、血浆蛋白结合、抑制溶菌酶或组胺释放的程度、激活血清补体或抑制溶血的能力。
补体激活：为了用造影剂测定血清补体激活，将明胶-七肽缓冲液(GHB)中含高浓度FGCA的水溶液与比格犬100μl血清孵育。
溶血抑制作用：溶血抑制作用的测定方法与血清补体活化相似。
2、作用于中央神经系统：观察FGCA对小鼠和大鼠中枢神经系统的影响。用小鼠Irwin试验研究单次静脉注射FGCA对小鼠一般行为的影响。单次给药的FGCA用于确定FGCA是否对小鼠的电击惊厥产生抑制作用。使用FGCA进行了两项验证性研究，以确定FGCA 的促排卵作用。
FGCA在小鼠单次静脉注射Irwin试验中的神经趋化作用
具体地，Irwin试验的目的是确定单次静脉注射FGCA后小鼠的急性神经趋化作用。6组小鼠分别静脉注射2.5、5和10mmol Gd/kg 的FGCA或Magnevist(参比物)。一组对照动物接受相应体积的生理盐水。给药后30分钟、4小时和24小时观察动物的营养、神经和行为影响的体征和症状。
FGCA对单次静脉注射致小鼠最大电休克性惊厥的影响
对5组小鼠静脉注射FGCA或Magnevist(参比物)，剂量为2.5 和5mmol Gd/kg，对照组小鼠静脉注射生理盐水。每只动物在接受伽多布特罗、马格尼维斯或生理盐水5分钟后，通过角膜电极接受电流为16毫安、800伏、持续0.2秒。应用电击后立即观察动物是否出现强直性和阵挛性惊厥或死亡。
FGCA对小鼠单次静脉注射戊四唑所致惊厥的影响
本研究旨在探讨单次静脉注射FGCA对戊四氮诱发阵挛性癫痫阈值剂量的影响。采用4组(n＝6-7只小鼠/治疗组)，以1、2.5和5mmol Gd/kg(或分别为预期人体剂量的0.8x、2.1x和4.1x)的剂量，通过尾静脉以1ml/min的速度静脉注射FGCA。用生理盐水作为容量控制。在用受试物或生理盐水预处理后，立即以0.2毫升/分钟的速率静脉注射戊四氮(PTZ；15毫克/毫升)。记录每只动物从开始输注到第一次阵挛发作的PTZ输注时间(秒)。为每只动物计算诱发阵挛性癫痫发作所需的输入PTZ剂量，即PTZ阈值剂量。测定各组的平均PTZ阈值±S.D。采用单因素方差分析对数据进行统计分析，并与生理盐水治疗组进行Dunnett检验比较。统计显著性为5％。
脑内途径注射FGCA的神经耐受性
轻度麻醉大鼠准备进行枕下穿刺。将FGCA用Ringer溶液稀释至浓度为15、45、75和135mmol/l，通过枕部穿刺给药，剂量为80μl。为了评估ED50，观察动物是否存在神经功能缺陷，并通过握力和翻正反射进行测试，注射后15分钟、3小时和24小时，在个别动物因摇晃动物而受到应激后，出现运动协调不足或致痫性抽筋。用概率单位分析对数据进行统计学评价。
3、作用于心血管系统
体外心血管系统研究：应用全细胞膜片钳技术，以稳定转染人 hERG(Ether-a-go-go)钾通道的中国仓鼠卵巢(CHO)细胞为材料，研究了FGCA对人钾通道的影响。
FGCA、Gadobutrol、Omniscan、Prohance和
Figure RE-GDA0003219087890000151
对hERG介导钾电流的电生理测试
实验方法：用膜片钳技术检测CHO细胞在0.1hz频率下激活的全细胞钾电流。在10、30和100mmol/L下测试FGCA、Gadobutrol、 Omniscan、Prohance或Imeron。
在单独的研究中，将每种浓度的试验化合物添加到细胞外缓冲液中，用于培养CHO细胞6分钟。
用特非那定作为抑制hERG通道的阳性对照。
甘露醇诱导高渗条件对稳定转染CHO细胞记录的HERG介导钾电流影响
本研究采用全细胞膜片钳技术，利用稳定表达HERG基因的 CHO细胞。以0.1hz的频率激活浮动CHO细胞中的钾电流，并在室温下在载体(浴液)存在下记录<10分钟(预处理阶段)，然后在浴液中添加D-甘露醇制备载体或高渗溶液观察<15分钟(治疗阶段)。清洗载体或D-甘露醇后，记录<10分钟的电流，以测试治疗效果的可逆性。向浴液中添加浓度为38、108、208或308mmol/L的D-甘露醇，对应于标称渗透压分别为330、400、500或600mmol/L。使用标准镀液(标称渗透压为292mOsm/L)作为阴性对照，以解释测量过程中电流振幅的自发变化。实验结束时，将溶解在1μmol/L溶液中的特异性HERG通道阻滞剂ZK 344354(E-4031)作为阳性对照品，以证实外向电流是由HERG相关钾通道引起的。
1mmol/L FGCA对离体豚鼠乳头肌心脏动作电位的影响
从刚切除的雄性豚鼠心脏中取出的乳头肌，在35℃下，用95％O2： 5％CO2中的酪氨酸溶液以5ml/min的速度进行超负荷处理，在0.3Hz、 1Hz和3Hz下进行电起搏(通过银电极)，并用3m KCl填充玻璃微移液管注入，以监测膜电位。
对于每个实验，在0.5、5.0和50mmol/l下研究受试物质，并在培养30分钟后进行试验。在对照组的超灌中添加相应体积的生理盐水。肌肉暴露于FGCA(1mmol/L)或Imeron 400(1.05mmol/L)30-35 分钟，以DL-索他洛尔(100μmol/L；15分钟暴露)为阳性对照。测试参数包括30％，60％和90％复极时的动作电位持续时间(APD30， APD60和APD90)；上行程(Vmax)、上行程幅度(AP-AMP)和舒张膜电位(MP)的最大上升率。每组评估肌肉(n＝6)。
体内心血管系统研究：
FGCA对遥测清醒比格犬心血管的影响
治疗组4只雄性遥测犬。在开始研究之前，只使用限制性技术，使狗适应给药程序。每只狗同时也是自己的对照物。在治疗第1天、第2天、第6天和第9天，通过人工输注的方式向动物静脉注射递增剂量的药物，每只狗接受载体或FGCA。
Figure RE-GDA0003219087890000171
对照组动物接受2.5ml/kg生理盐水。对照品和供试品通过静脉导管以0.1-2.5ml/kg的输注速率手动输注，如上表所示。给药前后连续测量的参数为收缩压(SBP)、舒张压(DBP)、心率(HR)和导联 II心电图变量，即PR间期、RR间期、QRS间期和QT间期。
平均动脉血压(MAP)、QTcF、QTcQ按上述方法计算。采用重复测量的单因素方差分析和Dunnett事后检验进行统计学分析， p<0.05。用于比较的时间点为-15、-1、0.5、1、2.5、5、10、20、30、 45、60、120、240和360分钟，这些时间点的导联II心电图生成的数据是该时间点至少15个数据复合体的平均值。
4、心血管和呼吸系统研究
FGCA对异丙酚麻醉兔单次静脉输注后呼吸功能的影响
采用丙泊酚麻醉的雄性新西兰白兔(n＝8/治疗组)，分为4个治疗组，分别给予FGCA(或生理盐水载体)和1个载体对照组。
以30ml/kg剂量经股静脉输注两剂gadobutrol(0.5和 2.5mmol-Gd/kg)，0.1mmol/kg剂量经股静脉注射。
以2.5ml/kg生理盐水为对照。
气管导管通过压差传感器和气速计连接至放大器，以记录呼吸流量，并由此得出呼吸频率(RF)和潮气量(TV)。
食道压力作为胸膜内压力的测量值。
数据收集从30分钟前开始，在此期间记录研究参数(呼吸流量、呼吸频率、食道压力和血压)。
开始输液后60分钟内收集所有数据(立即，0.5、1、2、3、4、 5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55和60分钟)。
数据表示为平均值±标准差或平均预测值的百分比。通过 Tukey-Kramer试验比较所有治疗组的预测值。
参考剂量如下：
Figure RE-GDA0003219087890000181
5、对肾脏系统的作用
FGCA单次静脉给药对大鼠肾功能的影响
将FGCA(0.1、0.5和2.5mmol Gd/kg)作为单次体内给药给雄性大鼠，以确定其对肾功能的影响。参考设计如下：
Figure RE-GDA0003219087890000182
Figure RE-GDA0003219087890000191
测定尿量、尿电解质(Na+、K+和Cl-)、Na+/K+比值、血清和尿液渗透压、渗透压清除率、血清和尿液肌酐浓度、肌酐排泄率、肌酸清除率、N-乙酰β-葡萄糖胺(NAG)排泄率、总蛋白和血清尿素氮 (BUN)。
所有数据均用平均标准差表示。采用Dunnett检验进行统计学分析，显著性水平为5％。
实施例7
本发明的毒理学研究：
1、单次给药毒理学研究
大鼠单次给药毒理学研究
实验设计参数：
剂量 0，2.0，6.0，20.0mmol/Gd/kg
给药频率 单剂量
给药途径 静脉注射，速率0.4ml/min
剂量容积 对应于如上剂量，分别为0，2.0，6.0，20.0ml/kg
配方/载体 FGCA,0.9％wt生理盐水
实验设计：
Figure RE-GDA0003219087890000192
Figure RE-GDA0003219087890000201
通过临床检查、死亡率、食物和水消耗、体重和眼底检查对单剂量毒性进行评价。同时进行血液学、尿液分析、生化和凝血、尸检和组织病理学检查。
比格犬单次给药毒理学研究
实验设计参数：
剂量 0，0.3，1.7，10.0mmol/Gd/kg
给药频率 单剂量
给药途径 静脉注射，速率8ml/min
剂量容积 对应于如上剂量，分别为0，0.3，1.7，10.0ml/kg
配方/载体 FGCA,0.9％wt生理盐水
物种 比格犬
数量/性别/组数 每组雌雄各5只
年龄(实验初始) 雄性：10个月，雌性：10个月
体重 雄性：6.9-8.9kg，雌性6.2-8.9kg。
卫星组 无
实验设计：
Figure RE-GDA0003219087890000202
通过临床检查、死亡率、食物和水消耗、体重和眼底检查对单剂量毒性进行评价。同时进行血液学、尿液分析、生化和凝血、尸检和组织病理学检查。
2、多次给药毒理学研究
大鼠多次给药毒理学研究
实验设计参数：
剂量 0，1.0，2.0，5.0mmol/Gd/kg
给药频率 每天1次，每周5次，共4周
给药途径 静脉
剂量容积 10ml/kg(组1，4，5，6)，2ml/kg(组2)，5ml/kg(组2)
配方/载体 FGCA,0.9％wt生理盐水
物种 大鼠
数量/性别/组数 4组，每组雌雄各10只
年龄(实验初始) 9-11周
体重 雄性：195-256g，雌性159-205g。
卫星组 无
剂量倍数
低剂量 中剂量 高剂量
剂量(mmol Gd/kg) 1 2.5 5
剂量倍数(相对于体表面积) 1.62x 4.1x 8.1x
实验设计：
Figure RE-GDA0003219087890000211
Figure RE-GDA0003219087890000221
通过临床检查、死亡率、食物和水消耗、体重和眼底检查对单剂量毒性进行评价。同时进行血液学、尿液分析、生化和凝血、尸检和组织病理学检查。
比格犬多次给药毒理学研究
实验设计参数：
剂量 0，0.3，1.0，3.0mmol/Gd/kg
给药频率 每天1次，4周(28-31天)
给药途径 静脉注射，速率9ml/min
剂量容积 1-3ml
配方/载体 FGCA,0.9％wt生理盐水
物种 比格犬
数量/性别/组数 每组雌雄各3-5只
年龄(实验初始) 雄性：11个月，雌性：10个月
体重 雄性：9.2-11.7kg，雌性7.2-9.9kg。
卫星组 无
实验设计：
Figure RE-GDA0003219087890000222
Figure RE-GDA0003219087890000231
通过临床检查、死亡率、食物和水消耗、体重和眼底检查对单剂量毒性进行评价。同时进行血液学、尿液分析、生化和凝血、尸检和组织病理学检查。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明，不限制该发明仅为所述的具体实施方式。

Claims (12)

1.一种T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，该核磁共振成像造影剂结构基于Gd@Au的核壳结构，其中所述核壳结构包括磁性金属内核Gd及其他磁性金属替换物，外壳为金属Au，Au金属壳表面以水溶性生物大分子修饰。
2.根据权利要求1所述的一种T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，优选通过如下方法制备得到：
A)KNa和18-冠醚-6在提纯后的四氢呋喃中溶解，形成一定浓度的还原剂溶液；
B)无水GdCl3溶解于四氢呋喃中，以形成特定浓度的溶液；
C)无水AuBr3溶解于四氢呋喃中，以形成特定浓度的溶液；
D)GdCl3溶液以一定滴加时间加入到步骤A)所述还原剂溶液中，并搅拌一定时间；
E)AuBr3溶液以一定滴加时间加入到上述溶液中；
F)步骤E)中所得溶液加入到含有含有水溶性高分子的水溶液中，放置过夜以形成功能化的RE@Au纳米颗粒的粉末；
G)上述粉末经离心处理后在空气中干燥。
3.根据权利要求2所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，其步骤A)的KNa及18-冠醚-6，其浓度范围为2.0-8.0mmol/L。
4.根据权利要求2所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，其步骤B)GdCl3的浓度为1.0-4.0mol/L。
5.根据权利要求2所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，其步骤C)AuBr3的浓度为1.25-5.00mol/L。
6.根据权利要求2所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，其步骤D)中含GdCl3水溶液滴加时间为2-6分钟。
7.根据权利要求2所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，其步骤E)中含AuBr3水溶液滴加时间为2-6分钟。
8.根据权利要求1所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，金元素外壳厚度可调整。
9.根据权利要求1所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，可使用水溶性高分子和/或功能性生物大分子附着在金元素表面。
10.根据权利要求1所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，优选金元素表面水溶性高分子不限于但包括聚吡咯(PPy)，聚多巴胺(PDA)，巯基化聚乙二醇(HS-PEG)，透明质酸(HA)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，壳聚糖等。
11.根据权利要求1所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，其特征在于，在核磁共振包括单颗粒弛豫率高、理论用量小、给药区域对比度增强的一种或多种。
12.根据权利要求1—2任一项所述的T1增强核磁共振纳米胶体造影剂，在核磁共振造影剂领域中的应用。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100254911A1 (en) * 2007-08-28 2010-10-07 University Of Florida Research Foundation Inc. Multimodal nanoparticles for non-invasive bio-imaging
KR101389062B1 (ko) * 2012-11-06 2014-04-25 경북대학교 산학협력단 폴리머-실리카 코팅된 금-가돌리늄 나노입자 및 이를 포함하는 ct/mri 이중 모드 조영제
CN108743978A (zh) * 2018-06-15 2018-11-06 江西师范大学 一种金@钆基配位聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用
US20190336620A1 (en) * 2017-01-27 2019-11-07 Universite Paris Nord Nanomaterial and method of production of a nanomaterial for medical applications, such as mri or sers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100254911A1 (en) * 2007-08-28 2010-10-07 University Of Florida Research Foundation Inc. Multimodal nanoparticles for non-invasive bio-imaging
KR101389062B1 (ko) * 2012-11-06 2014-04-25 경북대학교 산학협력단 폴리머-실리카 코팅된 금-가돌리늄 나노입자 및 이를 포함하는 ct/mri 이중 모드 조영제
US20190336620A1 (en) * 2017-01-27 2019-11-07 Universite Paris Nord Nanomaterial and method of production of a nanomaterial for medical applications, such as mri or sers
CN108743978A (zh) * 2018-06-15 2018-11-06 江西师范大学 一种金@钆基配位聚合物纳米复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MINGZHANG 等: "Gadolinum-gold core-shell nanocrystals: Potential contrast agents for molecular MRI with high T1 relaxivity", 《JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS》 *

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