造影剂的八角铁氧化物纳米颗粒的制作方法
【技术领域】
[0001] 磁共振成像(MRI)由于是非侵入性的以及能够产生具有高空间和时间分辨率的图 像而在分子成像和临床诊断中具有极其重要的作用(Laurent，S.等，Chem. Rev. 108，2064-2110(2008) ;Tassa，C.等，Ac c.Chem. Res. 44,842-852(2011); Corot，C ·等，Adv · Drug Deliv.Rev. 58,1471-1504(2006))。约35%的临床MR扫描需要造影剂以提高灵敏度和诊断 准确度(Major，J · L.等，Acc · Chem. Res · 42,893-903(2009))。例如，超顺磁性铁氧化物 (SPI0)纳米颗粒是最常见的T2造影剂，例如Feridex?和Resovist?,特别是用于成像和检测 正常组织中的病灶时(Weissleder，R.等，Radiology 175,489-493( 1990);Bulte，J.W.M. 等，NMR Biomed.17,484-499(2004);Harisinghani，M.G.等，N.Engl.J.Med.348,2491-2495 (2003) ;Gao，J.H.等，Acc.Chem.Res.42,1097-1107(2009))〇
[0002] 但是，在临床使用中，目前可用的T2造影剂(例如Feridex?和Resovist?)具有多个 缺陷。因为其在本质上是阴性造影剂，在低信号区域如血液汇集(blood pooling)、钙化和 金属沉积中可能发现假阳性诊断（Terreno，E.等，Chem.Rev. 110,3019-3042(2010);Kim, Β·Η·等，J Am.Chem.Soc.133，12624-12631(2011);Lee，N.等，Chem.Soc.Rev.41,2575-2589 (20 12 ))。特别地，市售^造影剂表现出差的结晶度和相对低的弛豫率（Lee，N .等， Proc.Natl.AcacLSci .USA. 108,2662-2667(2011))。因此，目前 MRI中的限制是造影剂相对 低的灵敏度（Ananta，J · S ·等，Nat Nano techno 1.5,815-821(2010); Ghosh，D.等，Nat Nanotechnol. 7,677-682(2012)。因此，对具有高弛豫率实现高性能MRI的新的T2造影剂存 在尚未得到满足的需求。
【发明内容】
[0003] 前述需求通过本发明得以满足。
[0004] 本发明提供了纳米颗粒，其包含具有八个三角双锥臂（trigonal bipyramidal arm)的八角(octapod)铁氧化物。
[0005] 本发明还提供了包封纳米颗粒，其包含纳米颗粒和包封剂（encapsulating agent)，所述纳米颗粒包含具有八个三角双锥臂的八角铁氧化物。
[0006] 本发明还提供制备包含具有八个三角双锥臂的八角铁氧化物的纳米颗粒的方法， 其所述方法包括加热羧酸铁、羧酸、氯盐和溶剂的混合物。
[0007] 本发明还提供了对哺乳动物中的组织成像的方法，其包括向所述哺乳动物施用包 含具有八个三角双锥臂的八角铁氧化物的纳米颗粒，以及获得所述组织的磁共振图像。
[0008] 本发明包含八角铁氧化物的纳米颗粒表现出超高的^值。例如，棱长30nm的包含 八角铁氧化物的纳米颗粒表现出约679.3 ± 的Γ2值，其为具有类似几何体积的球形 铁氧化物纳米颗粒的r2值的约5.4倍大。超高的〇值可能是由于独特磁芯大幅增加的有效半 径和强局部场不均匀性。与球形铁氧化物纳米颗粒相比，这些八角铁氧化物纳米颗粒是用 于体内MRI和小肿瘤检测的更有效的T 2造影剂，其对于在临床中高灵敏度地在早期阶段准 确检测癌症具有极大前景。
【附图说明】
[0009]图1A和1B描绘了根据本发明一个实施方案的不同放大率下的八角铁氧化物纳米 颗粒的透射电子显微镜(TEM)图像。图1A中的插图描绘了提出的铁氧化物纳米结构的凹多 面体模型。
[0010]图1C描绘了根据本发明一个实施方案的八角铁氧化物纳米颗粒的高分辨率TEM图 像。横越纳米颗粒的均匀的晶格条纹对应于Fe3〇4 (220)。
[0011] 图1D描绘了根据本发明一个实施方案的相对于电子束倾斜不同角度的八角铁氧 化物纳米颗粒的TEM图像。插图表示不同倾斜角下铁氧化物纳米结构的模型。
[0012] 图2描绘了根据本发明一个实施方案的分沿着[100]、[111]和[110]方向取向的单 个八角铁氧化物纳米颗粒的高分别率TEM图像(a、d、g)、选定区电子衍射(SEAD)图像(b、e、 h)和几何模型。
[0013]图3描绘了根据本发明一个实施方案的八角铁氧化物纳米颗粒的X射线衍射(XRD) 图像。
[0014]图4描绘了根据本发明一个实施方案通过使0.86毫摩尔油酸铁与0mg(a)、2mg (0.034毫摩尔）（b)、5mg(0.085毫摩尔）（c)和10mg(0.17毫摩尔）（d)氯化钠反应获得的铁氧 化物纳米颗粒的??Μ图像。
[0015]图 5 描绘了通过使油酸铁与（a)无盐、（b)NaCl、（c)KBr、（d)NaF、（eW_^_P(f) NaOH反应获得的铁氧化物纳米颗粒的TEM图像。
[0016] 图6描绘了根据本发明一个实施方案通过将氯化钠替换成(a)十六烷基三甲基氯 化铵、（b)十六烷基三甲基溴化铵、（c )KC1和(d)KBr获得的铁氧化物纳米颗粒的TEM图像。
[0017] 图7描绘了根据本发明一个实施方案通过在氯化钠的存在下使油酸铁反应(a)0.5 小时、(b) 1小时、（c) 2小时和(d) 2.5小时获得的铁氧化物纳米颗粒的TEM图像。
[0018] 图8描绘了根据本发明一个实施方案的八角铁氧化物纳米颗粒的X射线光电子能 谱(XPS)。实线表示拟合曲线。
[0019] 图9描绘了八角铁氧化物纳米颗粒的模型，其示出了结合至表面的用点表示的氯 离子。
[0020] 图10描绘了根据本发明一个实施方案的与球形铁氧化物颗粒相比八角铁氧化物 纳米颗粒的有效直径。
[0021] 图11描绘了根据本发明一个实施方案的八角-30、球形-16、八角-20和球形-10颗 粒的M-Η(磁滞）曲线。
[0022]图12A和12B描绘了根据本发明一个实施方案的八角铁氧化物纳米颗粒的真实几 何模型和简化几何模型。
[0023] 图12C描绘了对应于覆盖整个八角纳米颗粒的模拟球体的R(半径)和对应于与所 述八角纳米颗粒具有相等几何体积的球形纳米颗粒的r (半径)的示意图。
[0024] 图13描绘了根据本发明一个实施方案作为铁浓度的函数的八角-30、球形-16、八 角-20和球形-10颗粒的T2加权模型图像(T2_weighted phantom image)。
[0025] 图14描绘了根据本发明一个实施方案的在用于细胞毒性的MTT检测中作为浓度的 函数的八角铁氧化物纳米颗粒的细胞生存力数据。
[0026] 图15描绘了根据本发明一个实施方案以lmg Fe/kg小鼠体重的剂量静脉内注射八 角-30和球形-16后不同时间点的BALB/c小鼠肝脏的T2加权的MRI图像。
[0027] 图16描绘了根据本发明一个实施方案在静脉内注射八角-30和球形-16后不同时 间点的BALB/c小鼠肝脏切片的普鲁士蓝染色。
[0028] 图17描绘了根据本发明一个实施方案在静脉内注射八角-30和球形-16后通过电 感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测量的BALB/c小鼠肝脏的肝脏对铁氧化物的摄取。
[0029]图18描绘了根据本发明一个实施方案在静脉内注射八角-30和球形-16后不同时 间点的BALB/c小鼠肝脏的MRI图像。八角-30和球形-16分别以0.5mg Fe/kg小鼠体重和lmg Fe/kg小鼠体重的剂量施用。
[0030] 图19描绘了根据本发明一个实施方案在静脉内注射八角-30和球形-16后不同时 间点的具有ifepG2肿瘤的BALB/c小鼠肝脏的MRI图像。
【具体实施方式】
[0031] 本发明提供了纳米颗粒，其包含具有八个三角双锥臂的八角铁氧化物。
[0032]在某些实施方案中，八角铁氧化物包含Fe3〇4单元。在某些优选实施方案中，八角铁 氧化物包含磁铁矿。在某些优选实施方案中，八角铁氧化物具有反尖晶石晶体结构。
[0033]如本领域中已知的，尖晶石是式A2+B23+04h的矿石。磁铁矿是式Fe 2+Fe23+042-的尖晶 石。
[0034] 在任意上述实施方案中，纳米颗粒包含八角铁氧化物和氯离子。在某些实施方案 中，氯离子与八角铁氧化物表面上的Fe(III)离子螯合。在某些实施方案中，氯离子与暴露 在八角铁氧化物表面的[311]面上的Fe(III)离子螯合。
[0035] 在任意上述实施方案中，八角铁氧化物包含由[311]高指数面界定并且具有14个 面和24条棱的凹多面体几何结构。在上述某些实施方案中，八角铁氧化物的平均棱长为约 15nm 至约 40nm，例如约 15nm、约 20nm、约 25nm、30nm、35nm 或40nm。
[0036] 本发明还提供了制备包含具有八个三角双锥臂的八角铁氧化物的纳米颗粒的方 法，所述方法包括加热羧酸铁、羧酸、氯盐和溶剂的混合物。在某些实施方案中，所述方法还 包括从混合物中分离纳米颗粒的步骤。可以使用任何合适的技术分离纳米颗粒。例如，可以 将混合物冷却到室温并且通过向反应混合物中添加合适的非溶剂如异丙醇来从反应混合 物中沉淀出纳米颗粒。
[0037] 羧酸铁是羧酸的铁盐，优选长链脂肪酸，例如C8-C2Q羧酸。在某些优选实施方案中， 羧酸铁是油酸铁。在某些优选实施方案中，羧酸是油酸。
[0038] 在某些优选实施方案中，氯盐是有机或无机氯盐，例如金属氯盐如氯化钠或氯化 钾，或者有机氯盐如四烷基氯化铵。当氯盐是四烷基氯化铵时，所述四烷基氯化铵可以是任 意合适的四烷基氯化铵。四烷基基团可以是相同的或不同的，例如，烷基可