本发明属于高分子化学领域，涉及一种高分子核磁共振造影剂，具体涉及一种聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂及其制备方法和应用。
背景技术：
核磁共振成像(mri)在临床癌症和肿瘤诊断中应用广泛，据统计约有30％的癌症诊断需要mri，为了能更精确地分辨病变组织，mri造影剂是不可或缺的，低分子量的含钆配合物如钆喷酸葡胺(magnevist)和钆特酸葡胺(dotarem)等由于具有低毒性和高稳定性成为临床常用的造影剂；但是这些小分子造影剂具有体内循环时间短、弛豫率低、非特异性和用量大等缺点。因此研究开发能够克服上述缺点的新型mri造影剂十分必要。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂。
本发明的另一目的是提供一种聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂的制备方法。
本发明的另一目的是提供上述聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂作为核磁共振造影剂在临床肿瘤诊断中的应用。
本发明采用的技术方案为：
(一)聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂
本发明聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂，通过dtpa酸酐与聚hpma上羟基之间的酯化反应，将dtpa通过共价键接枝到聚hpma上，与gd3+鳌合得到线性高分子聚合物，其具体制备方法如下：
(1)聚hpma的制备：将n-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺用dmso和丙酮溶解，加入引发剂偶氮二异丁腈，氮气保护下于50-60℃反应20-24h，用丙酮和乙醚的混合液沉淀，过滤，用无水甲醇溶解沉淀物，最后用分子量为3000的超滤浓缩离心管离心，除去小分子即得聚hpma。其结构如下：
所述引发剂偶氮二异丁腈的用量为n-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺总质量的5％-10％；丙酮和乙醚的混合液中，丙酮和乙醚的体积比为7:3-7:1。
(2)聚hpma-dtpa的制备：将聚hpma和dtpa酸酐溶于dmso中，于0-30℃反应20-24h，用丙酮和乙醚的混合液沉淀，过滤，用无水甲醇溶解沉淀物，最后用截留分子量为3000的超滤浓缩离心管离心，除去小分子即得聚hpma-dtpa。其结构如下：
式中，x＝0-100mol％，y＝0-100mol％；
所述丙酮和乙醚的混合液中，丙酮和乙醚的体积比为7:3-7:1；所述聚hpma和dtpa酸酐的摩尔比为1:0-1:1。
(3)聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂的制备：将聚hpma-dtpa和gdcl3·6h2o溶解于蒸馏水中，搅拌待溶解完全后，用0.1moll-1的naoh溶液调节ph值到5.2-5.4，于0-30℃反应20-48h，保证钆离子成功配位，用蒸馏水透析36h后冷冻干燥，最后得目标高分子聚合物造影剂。其结构如下：
式中，x＝0-100mol％，y＝0-100mol％；所述调节ph值为5.2-5.4；聚合物数均分子量mn＝2.0-4.0×104，mw/mn＝1.33-1.81。
二、体外驰豫性能测试
将dtpa-gd和聚hpma-dtpa-gd分别溶解于0.1m的pbs中，制备成不同gd(iii)浓度的溶液(0.06875、0.1375、0.275、0.55和1.1mmoll-1)。使用7.0t小动物核磁共振扫描仪(bruker,switzerland)对样品进行自选-晶格驰豫时间(t1)加权成像的测试。参数设置为：te＝8ms；tr＝200、400、800、1500、3000和5500ms；视野(fov)＝250mm；层面厚度＝1mm；矩阵尺寸＝256×192。用不同浓度样品的纵向驰豫时间倒数[1/t1(s-1)]与gd(iii)浓度作图，其斜率为纵向弛豫率r1的值。
本发明的有益效果为：本发明所制备的聚合物造影剂，具有较高的分子量，其中金属螯合剂dtpa通过其酸酐和聚hpma中羟基之间的酯化反应，直接连接到聚合物上，聚合物中多个hpma单元可以结合多个小分子的dtpa，从而与多个金属gd离子形成配位，提高了造影剂的驰豫效率，所制备的聚合物造影剂生物相容性良好、无毒性；较大的分子量延长了该聚合物造影剂在血液中的循环时间，提高了其在肿瘤部位的聚集程度，增加了epr被动靶向能力，增加了肿瘤部位的成像效果；所制备的聚合物造影剂的分子量低于肾阈值(50kda)，可以顺利的排出体外；体外核磁共振测试结果表明结合20mol％dtpa的聚合物的纵向弛豫时间(t1)的加权弛豫率r1为6.84mm-1s-1，高于目前临床使用的核磁共振造影剂，可以用于临床上肿瘤诊断试剂。
附图说明
图1为聚hpma和dtpa酸酐的摩尔比为5:1时制备的聚hpma-dtpa聚合物的核磁共振氢谱；
图2为聚hpma和dtpa酸酐的摩尔比为5:1时制备的聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂的热重图谱；
图3为聚hpma和dtpa酸酐的摩尔比为5:1时制备的聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂在不同浓度时的纵向弛豫率；
图4为聚hpma和dtpa酸酐的摩尔比为5:1时制备的聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂在不同浓度时的t1加权成像图谱。
图1中通过核磁共振氢谱分析可以得出，化学位移在3.70ppm和2.81ppm会出现hpma上的特征峰-ch-(和-oh相连)和-ch2(和-nh-相连)，化学位移在3.72ppm有化合物dtpa，说明用上述方法得到的产物与前面本申请的结构一致。
图2中通过空气气氛中的热失重分析可以得出，聚合物中gd(iii)的含量为19.8％，说明用上述方法得到的产物与前面本申请的结构一致。
图3中通过不同浓度的造影剂的驰豫时间测定可以得出，聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂的弛豫率为6.84mm-1s-1。
图4中通过不同浓度的造影剂的t1加权成像测定可以得出，造影剂图像的明亮程度随着浓度的增大而增加。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明聚hpma-dtpa-gd聚合物造影剂的制备方法及结构表征作进一步的说明。
实施例1
(1)聚hpma的制备：称取hpma(0.14g,1.00mmol)加入到shleck瓶中，用0.5ml的dmso加热溶解，再加入0.5ml的丙酮，搅拌直至溶解，待冷却至室温时加入0.007g(5％,wt)偶氮二异丁腈(aibn)，抽真空充氮气循环3-5次，密封后保持温度在50℃，反应20小时。用丙酮和乙醚的混合液(丙酮和乙醚体积比为7:1)沉淀，过滤后用1ml的无水甲醇溶解沉淀，用分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，除去小分子，得到聚hpma0.085g，产率60％。
(2)聚hpma-dtpa的制备：称取聚hpma(0.143g)加入到shleck瓶中，用0.5ml的dmso加热溶解，称取dtpa的酸酐(0.036g,0.1mmol,10mol％)加入到shleck瓶中，搅拌直至溶解，抽真空充氮气循环3-5次，密封后保持温度在0℃，反应20小时。用丙酮和乙醚的混合液(体积比为7:1)沉淀，过滤后用1ml的无水甲醇溶解沉淀，用分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，除去小分子，得到聚hpma-dtpa0.131g，产率73％。
(3)聚hpma-dtpa-gd的制备：称取聚hpma-dtpa(0.2g)加入到shleck瓶中，用10.0ml的去离子水加热溶解，称取gdcl3·6h2o(0.104g,0.27mmol,20mol％)加入到shleck瓶中，搅拌直至溶解，用0.1moll-1naoh调节ph值到5.2，密封后保持温度在0℃，反应20小时后，将反应液倒入透析袋中，用蒸馏水透析36h后冷冻干燥，得白色聚hpma-dtpa-gd0.212g，产率70％。
mn＝2.2×104，mw/mn＝1.38.1h-nmr(400mhz,d2o,δ,ppm):3.68(ch3ch(oh)ch2nh–ofhpma),3.06(ch3ch(oh)ch2nh–ofhpma),1.33–1.80(–ch2–ofpolymerbackbone),0.59–0.98(–ch3)。
实施例2
(1)聚hpma的制备：称取hpma(0.14g,1.00mmol)加入到shleck瓶中，用0.5ml的dmso加热溶解，再加入0.5ml的丙酮，搅拌直至溶解，待冷却至室温时加入0.014g(10％,wt)偶氮二异丁腈(aibn)，抽真空充氮气循环3-5次，密封后保持温度在55℃，反应22小时。用丙酮和乙醚的混合液(丙酮和乙醚体积比为7:2)沉淀，过滤后用1ml的无水甲醇溶解沉淀，用分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，除去小分子，得到聚hpma0.070g，产率50％。
(2)聚hpma-dtpa的制备：称取聚hpma(0.143g)加入到shleck瓶中，用0.5ml的dmso加热溶解，称取dtpa的酸酐(0.072g,0.2mmol,20mol％)加入到shleck瓶中，搅拌直至溶解，抽真空充氮气循环3-5次，密封后保持温度在10℃，反应22小时。用丙酮和乙醚的混合液(体积比为7:2)沉淀，过滤后用1ml的无水甲醇溶解沉淀，用分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，除去小分子，得到聚合物0.161g，产率75％。
(3)聚hpma-dtpa-gd的制备：称取聚hpma-dtpa(0.1g)加入到shleck瓶中，用10.0ml的去离子水加热溶解，称取gdcl3·6h2o(0.052g,0.14mmol,20mol％)加入到shleck瓶中，搅拌直至溶解，用0.1moll-1naoh调节ph值到5.3，密封后保持温度在25℃，反应42小时后，将反应液倒入透析袋中，用蒸馏水透析36h后冷冻干燥，得白色聚hpma-dtpa-gd0.099g，产率60％。
mn＝3.2×104,mw/mn＝1.534.1h-nmr(400mhz,d2o,δ,ppm):δ3.8(–ch2–ofdtpa),3.68(ch3ch(oh)ch2nh–ofhpma),3.06(ch3ch(oh)ch2nh–ofhpma),1.33–1.80(–ch2–ofpolymerbackbone),0.59–0.98(–ch3)。
实施例3
(1)聚hpma的制备：称取hpma(0.14g,1.00mmol)加入到shleck瓶中，用0.5ml的dmso加热溶解，再加入0.5ml的丙酮，搅拌直至溶解，待冷却至室温时加入0.011g(8％,wt)偶氮二异丁腈(aibn)，抽真空充氮气循环3-5次，密封后保持温度在55℃，反应22小时。用丙酮和乙醚的混合液(丙酮和乙醚体积比为7:2)沉淀，过滤后用1ml的无水甲醇溶解沉淀，用分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，除去小分子，得到聚hpma0.075g，产率54％。
(2)聚(hpma)-dtpa的制备：称取聚hpma(0.143g)加入到shleck瓶中，用0.5ml的dmso加热溶解，称取dtpa的酸酐(0.144g,0.4mmol,40mol％)加入到shleck瓶中，搅拌直至溶解，抽真空充氮气循环3-5次，密封后保持温度在30℃，反应24小时。用丙酮和乙醚的混合液(体积比为7:3)沉淀，过滤后用1ml的无水甲醇溶解沉淀，用分子量为3000的超滤浓缩离心管进行离心，除去小分子，得到聚合物0.20g，产率70％。
(3)聚hpma-dtpa-gd的制备：称取聚hpma-dtpa(0.3g)加入到shleck瓶中，用10.0ml的去离子水加热溶解，称取gdcl3·6h2o(0.156g,0.41mmol,20mol％)加入到shleck瓶中，搅拌直至溶解，用0.1moll-1naoh调节ph值到5.4，密封后保持温度在30℃，反应48小时后，将反应液倒入透析袋中，用蒸馏水透析36h后冷冻干燥，得白色聚hpma-dtpa-gd0.32g，产率71％。
mn＝3.8×104,mw/mn＝1.81.1h-nmr(400mhz,d2o,δ,ppm):δ3.8(–ch2–ofdtpa),3.68(-ch3ch(oh)ch2nh–ofhpma),3.06(ch3ch(oh)ch2nh–ofhpma),1.33–1.80(–ch2–ofpolymerbackbone),0.59–0.98(–ch3)。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。