新型聚合物纳米造影剂的合成及体内磁共振成像研究_孙天赐.pdf

第 卷 第期 年月合 肥 工 业 大 学 学 报（自 然 科 学 版）（）收稿日期：；修回日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）作者简介：孙天赐（），男，安徽阜阳人，合肥工业大学硕士生；何涛（），男，安徽合肥人，博士，合肥工业大学教授，博士生导师，通信作者，：新型聚合物纳米造影剂的合成及体内磁共振成像研究孙天赐，杨怀，闫旭，方蔚伟，张培松，何涛（合肥工业大学 化学与化工学院，安徽 合肥 ；武警安徽省总队医院 普外三科，安徽 合肥 ）摘要：文章采用可逆加成断裂链转移聚合（，）方法，聚合得到以疏水性共聚物链段作为内核，亲水性共聚物链段作为支链的两亲性聚合物纳米颗粒，与氯化钆（）六水合物进 行 螯 合 反 应 后 合 成 了 一 种 新 型 的 支 化 结 构 聚 合 物 磁 共 振 成 像（，）纳米造影剂（）。安全性试验结果表明，（）具有良好的生物安全性。体外 测试结果表明：（）的弛豫率为（），高于临床造影剂 （）；（）具有显著的 造影增强效果。研究结果表明（）是一种优异的 造影剂，具有临床转化的潜力。关键词：聚合物纳米；磁共振成像（）；纳米造影剂；生物安全性；临床转化中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，（）（）（）（）（）（），（）（）（）：；（）；磁共振成像（，）无辐射、安全性高、软组织分辨能力较强，在临床影像医学肿瘤检测上应用广泛。通常需要使用造影剂（）进行高分辨的影像学诊断。临床上一般用低分子量的钆（）类 鳌 合 物 造 影 剂 来 提 升 磁 共 振 信 号，如 、等，但这些造影剂具有体内循环时间短、弛豫率低、用药量大等缺点。近年来，为了克服现有造影剂的缺点，纳米技术被广泛应用于 造影剂的研究中，相关研究表明尺寸小于 的纳米造影剂具有较低的细胞摄取水平以及更长的体内滞留时间。两亲性聚合物纳米颗粒是良好的药物传递载体，将钆融入聚合物纳米中制备的纳米造影剂有良好的弛豫性能。两亲性聚合物纳米颗粒一般基于树枝状聚合物、星状聚合物等结构，或者是由两亲性共聚物自组装得到。但是树枝状聚合物、星状聚合物纳米合成步骤繁琐，提纯困难；由两亲性共聚物自组装得到的聚合物纳米结构不稳定。因此，制备合成过程简单、无需自组装的两亲性聚合物纳米载体具有重要的科研和利用价值。本文直接合成不需要自组装的两亲性支化共聚物纳米颗粒，并用于合成纳米造影剂。采用可逆加 成断 裂 链 转 移 聚 合（，）方法，以疏水性单体甲基丙烯酸正丁酯（）与 交 联 剂 乙 二 醇 二 甲 基 丙 烯 酸 酯（）共聚物链段作为疏水性内核，亲水性单体寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯（）与含，四氮杂环十二烷，三乙酸三叔丁酯（）结构的单体共聚物链段作为亲水性支链形成两亲性支化聚合物纳米颗粒（），与氯化钆（）六水合物（）进行螯合反应后合成了一种新型的 纳米造影剂（）；研究了（）生物安全性以及 造影性能，结果表明：（）具有良好的生物安全性以及显著的 造影增强效果；（）纳米颗粒由单个支化聚合物纳米颗粒（）螯合 构成，无需自组装，合成方法简单，可大量制备，有临床转化的潜力。实验部分主要试剂与仪器氰基（苯基碳硫硫基硫代）戊酸琥珀酰亚胺酯（）购于 ；寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯（，为 ）、甲基丙烯酸羟乙酯（）、溴乙酸（）、甲基丙烯酸正丁酯（）、，四氮杂环十二烷，三乙酸叔丁醇乙酯（）、乙二醇二甲基丙烯酸 酯（），均 购 于 ；三 氟 乙 酸（）、氯化钆（）六水合物（）、二氯甲烷（）、乙腈、甲醇、，二甲基甲酰胺（），均购于国药集团。采用安捷伦 型核磁共振仪进行核磁 共 振 氢 谱（，）测试；采用马尔文 型激光粒度分析仪进行动态光散射（，）测试；采用日本 型场发射透射电子显微镜（，）分析样品形貌结构。实验过程聚合物纳米造影剂的合成聚合物纳米造影剂的合成过程如图所示。将（）与 （）溶解在 中，反应，通过纯化得到产物 。将 （）与 （）溶解在 乙腈中，反应，通过纯化得到产物 。链 转 移 剂 （），单体 （）、（），引发剂 （）在反应管中溶解于 ，随后在无氧条件下 反应。反应结束后，减压除去溶剂，粗产 物 在 甲 醇 中 沉 降次，干 燥 得 到 共 聚 物（）。将 （，），单 体（），引发剂 （），交联剂 （）溶解于 中，液氮冷冻脱气，下反应。反应结束后，减压除去溶剂，粗产物在甲醇中沉降次，干燥得到支化共聚物纳米颗粒 （）。上述 支 化 聚 合 物 （）与 （）溶解在 中，下反应，切断 链段中的叔丁基。反应结束后，粗产物去除溶剂，用 复溶，随后在冰的 正 己 烷 中 沉 降，真 空 干 燥 后 得 到 产 物（），简称（）。将 （）溶 解 在 异 丙 醇 中，将 （，）溶解在 乙酸铵中后与上述溶液混合，下反应。反应结束后，混合溶液在水中透析，干燥后用复溶，随后在冰的正己烷中沉降，真空干燥后得到纳米造影剂（）。合肥工业大学学报（自然科学版）第 卷图聚合物纳米造影剂的合成过程细胞安全性测试细胞安全性的测试采用标准的（，二甲基噻唑），二苯基四氮唑溴盐（）法。将小鼠乳腺癌细胞（）以 个孔接种于含有细胞培养基的 孔板中，然后加入不同浓度 的（），在、环境下共培养。采用 洗涤细胞次，再在每个孔板中加入 （），于 继续培养。接着去除上清液，加入 二甲 亚 砜 后 摇 匀，用 分 光 光 度 酶 标 仪（，）测定 处的吸光度，相对细胞活性计算公式为：相对细胞活性（），其中：为（）共培养后的吸光度；为培养液的吸光度值。生物安全性测试将 只新西兰小鼠（雄性，）分为组：一组通过尾静脉注射（）作为实验组；另一组不做任何处理作为对照组。将组小鼠在相同的环境下培育，通过观察组小鼠的生 理 状 况 来 评 估（）的 生 物 安全性。体外弛豫率的测定将（）溶液以及 注射液各稀释至含 浓度为 、的水溶液，移至离心管中并置于临床 成像仪中扫描，测得不同浓度的纵向弛豫时间，仪器参数为：回波时间为；重复时间为、。弛豫率由纵向弛豫时间的倒数对 浓度进行线性拟合得到。体内 测试用 的水合氯醛麻醉 的小鼠后，尾静脉 注 射（）水 溶 液（约 ），置 于 临 床 成像仪中扫描。分别收集、时的加权图像。结果与讨论（）的合成聚合 物 纳 米（）的 谱 图 如图所示。从图可以看出，链段中各单体的主要氢质子 的 化 学 位 移 有 处 表 示 链段上叔丁基的质子峰；处表示聚合物主链上甲基的质子峰；处表示聚合物主链上亚甲基的质子峰；、处表第期孙天赐，等：新型聚合物纳米造影剂的合成及体内磁共振成像研究示 链段上亚甲基的质子峰；处归属于 链 段 上 末 端 甲 基 的 质 子 峰；，处表示链段上亚甲基的质子峰；处为 链段末端甲基的质子峰，表明聚合物纳米（）的成功合成。图聚合物纳米（）的 谱图（）的形貌和尺寸分析对鳌合钆后的（）纳米颗粒水溶液进行形貌和尺寸分析，如图所示。图（）纳米颗粒水溶液形貌和尺寸从图 可 以 看 出，纳 米 颗 粒 的 尺 寸 在 左右，呈单分散状态且形貌比较均一。从图 可以看出，纳米颗粒的尺寸在 左右，且分布均匀。一个（）纳米颗粒由单个超支化聚合物纳米颗粒（）螯合若干 构成，无需自组装，因此呈单分散状态且形貌比较均一。能稳定鳌合在纳米颗粒内部，不 易 泄 露，因 此 相 对 于 小 分 子 造 影 剂，（）具有更好的稳定性。均一的纳米尺寸能够提高（）的细胞摄取性，延长其在体内的循环时间。（）的安全性分析（）的细胞安全性用 法进行衡量，如图所示。图（）的细胞安全性 法衡量从图 可以看出，当（）的质量浓度大于 时，细胞相对细胞活性仍然高于，表明（）具有很高的细胞安全性。从图 可以看出，在相同环境下培养 内，注射（）的小鼠与未处理的正常小鼠体质量没出现明显差别。在实验过程中，组小鼠生理状况良好，全部存活，表明（）具有良好的生物安全性。（）的体外弛豫率（）的 体 外加 权 图 像 和（）、的弛豫率拟合图如图所示。图（）的体外加权图像和弛豫率拟合图体外 成像结果表明（）有显著的 增强效果；（）的弛豫率为（），比临床造影剂 （约 （）的 高，表 明（）弛豫性能更强，从而能够在一定程度上 降 低 用 药 量，有 良 好 的 临 床 应 用 前 景。合肥工业大学学报（自然科学版）第 卷（）中亲水的 和内部交联纳米结构能够有效地提高造影剂的水交换速率，进而提高弛豫率 。（）的体内 成像为进一步验证（）在体内的造影增强 效 果，采 用 尾 静 脉 注 射 法 将（）注射到已长出肿瘤的老鼠体内，在不同时间点对老鼠的肿瘤部位进行 扫描。不同时间点的加权图像如图所示。从图可以看出，在注射（）后肿瘤部位明显变亮，后仍然具有明显的造影效果，表明（）具有很好的 造影功能。图肿瘤鼠在注射（）后体内加权图像结论本文通过可逆加成断裂链转移聚合方法合成了一种不需要复杂自组装的两亲性支化共聚物纳米颗粒（），以 该 共 聚 物 作 为 基 体 鳌 合 ，制备了一种新型的聚合物 纳米造影剂（）并对其性能进行表征。其结构与尺寸测试结果表明，（）纳米结构稳定；细胞安全性以及生物安全性测试结果表明，（）具有良好的生物安全性；体外弛豫率测试结果表明，（）具有很好的 造影增强效果。（）的合成方法简单，可大量制备，相比于临床造影剂有更好的弛豫性能以及稳定性，同时体内循环时间更长、用药量更低，有向临床转化的潜力。参考文献 ，（）：刘瑞清，梁爽，江存，等 含钆温度敏感高分子核磁共振成像（）造影剂的制备及研究高分子学报，（）：，（）：，（）：，（），：，（）：，（）：，（），（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：（责任编辑张镅）第期孙天赐，等：新型聚合物纳米造影剂的合成及体内磁共振成像研究