一种多聚糖基纳米粒子造影剂及其制备方法与流程

本发明涉及医药学造影剂领域，更确切地说是一种多聚糖基纳米粒子造影剂及其制备方法。

背景技术：

近年来临床淋巴水肿的治疗发展较慢，主要原因之一是缺乏理想的淋巴系统检查方法。采用同位素造影剂的淋巴闪烁造影的分辨率低，难以清晰地显现淋巴结和淋巴管的形态和结构。注射碘油的直接淋巴造影虽然对淋巴管和淋巴结有较高的分辨率，但因可能发生肺栓塞等严重并发症和检查本身对淋巴管造成的刨伤已基本被弃用，且以上两种检查都不能对淋巴系统作动态性的观察。20世纪90年代磁共振成像(mri)被用于淋巴循环障碍疾病的诊断，其优点是高分辨率能生成清晰的淋巴系统三维图像且无放射性。近期陆续有mr淋巴造影诊断淋巴系统的恶性肿瘤的研究报道，其中多为静脉注射造影剂。我们自2007年10月至2008年10月采用皮内注射钆贝葡胺mr淋巴造影对30例慢性肢体淋巴水肿进行检查，为诊断淋巴循环障碍疾病提供了形态和功能兼备的方法。

淋巴系统除了发挥其正常的生理作用外，也为肿瘤的转移提供了便利。肿瘤发生淋巴道转移时，最早接触扩散的肿瘤细胞的一批淋巴结称为前哨淋巴结(slns)。如果前哨淋巴结没有检出肿瘤转移灶，则远处其他的淋巴结出现转移病灶的概率很低。所以前哨淋巴结的活检可以帮助临床医生评估淋巴结状态并制定有效的治疗计划，而准确的sln示踪则是实现sln活检的必要先决条件。

目前临床常用蓝色染料法以及使用放射性核素进行的淋巴闪烁显像法或者是综合利用以上这两者来进行sln显影。比如局部注射99mtc标记的的胶质和/或活体染料，之后利用核医学设备或直视下判断sln的位置。但这些方法有其固有的缺点：蓝色染料只能帮助医生在直视下定位淋巴结，无法用于术前定位。另外，其分子量小扩散速度快且在体内分布无选择性，可能会使得区分sln与第二甚至第三级淋巴结变得困难，还有可能污染手术视野。淋巴闪烁显像的敏感性高但空间分辨率很低，而且使用放射核素会导致患者、医护人员等的辐射暴露及潜在的安全问题。另外，核素的使用和制备还需要复杂的设备，在许多场所中无法进行。

相比之下，mri作为一种能提供术前定位的非侵入性检查手段，而且其对于软组织有很强的空间分辨率和敏感性。mri对比剂主要包括以钆剂(gd)以及超顺磁性氧化铁(spio)为代表的两大类，分别为t1对比阳性增强剂和t2对比阴性增强剂。相比而言，前者更为经济，而且后者作为阴性对比剂无法显影淋巴管。然而临床常用的钆对比剂是低分子量的钆螯合物，例如dtpa-gd等。由于其分子量小，无选择性，在体内消除较快，导致其背景噪声大，显影窗口短，另外由于弛豫率低，剂量需求大，有引起慢性肾病等远期毒性反应的风险。许多不同的载体被创造出来包裹及运输钆螯合物，包括高分子囊泡、树突状高分子、脂质体或微胶粒。在这些例子中，有些展现了很好的mri敏感性，例如钆修饰的脂质体或微胶粒；有些成功延长了其在循环系统中的存活时间，以此扩大了显影窗口，例如接载钆的树突状大分子。然而目前大部分钆的载体，诸如脂质体和微胶粒，在生物环境中的稳定性欠佳，而诸如接载钆的树突状大分子这类载体的应用则因为其排泄较慢可能导致有毒金属离子从螯合物释放而出导致毒性反应而受限。因此目前仍有研制生物安全性高且能有选择性地显影sln的mri对比剂的必要。

纳米粒子由于粒径小，有较大的比表面积方便钆剂负载，而用纳米载体负载钆螯合物后会帮助提升其作为mri对比剂的弛豫值，提高显影效率，降低显影所需剂量。同时，应用自组装一步法制备纳米颗粒其粒径是可以调控的，这也有助于制备粒径适合靶向进入淋巴管的纳米颗粒，增加纳米颗粒选择性积聚于sln的可能性。

多糖是一类具有良好生物相容性的天然大分子，在自然界中广泛易得且可降解，具有羟基或氨基等官能团，可以进行化学改性或进一步修饰，备受研究者青睐。通过多糖可以制备得到多种纳米粒子，具有良好的生物相容性、生物降解性以及其他生物功能，使之成为制造含钆纳米核磁共振对比剂粒子的良好前体。

目前存在的钆-葡聚糖基纳米凝胶仅用于正常淋巴结的检测的诊断，并未在恶性肿瘤前哨淋巴结活检显像与定位方面进行应用，并且钆-葡聚糖基纳米凝胶制备方法并无详细操作步骤和具体配备剂量的说明，而且在前哨淋巴结活检方面目前并无应用的报道和研究。

技术实现要素：

本发明的目的本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种钆-多聚糖基纳米粒子在制备淋巴水肿的淋巴通路核磁共振示踪剂的应用。

本发明采用以下技术方案：

多聚糖基纳米粒子造影剂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一，将葡聚糖溶于水制备得到葡聚糖水溶液，浓度为10-50mg/ml；

步骤二，将引发剂硝酸铈铵溶于硝酸制备得到引发剂水溶液；

步骤三，将水溶性交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺溶于水制备得到交联剂水溶液；

步骤四，在惰性气体保护下，向所述葡聚糖水溶液中加入所述引发剂水溶液引发自由基，均匀搅拌，调节ph值为酸性，反应5min，然后加入所述丙烯酸单体，反应30min，形成接枝共聚物，然后加入所述交联剂水溶液，反应4-24h，然后进行透析或离心除去未反应的葡聚糖、单体及交联剂，得到多聚糖基丙烯酸纳米载体水溶液；

步骤五，将所述多聚糖基聚丙烯酸纳米载体水溶液，在恒温条件下，逐滴滴加小分子钆螯合物或者荧光分子，常温下搅拌，避光反应24-48h，反应结束后透析纯化，最后得到多糖基纳米粒子造影剂。

步骤四中所述多聚糖基聚丙烯酸纳米载体具有交联结构。

多聚糖基纳米造影剂的粒径可通过单体丙烯酸的比例、葡聚糖的分子量及比例、及交联剂的比例来调控，最终使造影剂的粒径在50-300nm范围内。

制备得到多聚糖基纳米mri显影剂的纵向弛豫率是商业钆喷酸葡胺注射液纵向弛豫率的5-25倍。

步骤五中所述钆螯合物为二乙烯三胺五乙酸钆、乙二氨四乙酸钆、1,2-环已二胺四乙酸钆、三乙烯四胺六乙酸钆、1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四羧酸钆、2-[4,7,10-三(羧甲基)-1,4,7,10-四氮杂环十二-1-基]乙酸钆、10-(2-羟基丙基)-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸钆、硫酸钆、硝酸钆、碳酸钆、三(四甲基环戊二烯)钆、三(环戊二烯)化钆、草酸钆和三(2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮酸)钆中的任一种。

步骤五中所述荧光分子包括fitc、cy系列荧光分子、尼罗红中的任一种。

本发明的优点是：可以有效的避免造影剂进入血管，降低了mr示踪剂的背景噪声，提高了淋巴通路示踪的特异性和示踪的时限性，同时又提高的mr对比剂的弛豫率，有效的降低了mr示踪剂产生的生物毒性。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的产品结构图谱，其中：a：氢谱bc：未负载钆纳米粒子电镜图及平均粒径de：负载钆纳米粒子电镜图及平均粒径fg：负载钆纳米粒子弛豫值。

图3是本发明体内效果验证实验结果，a：纳米粒子体内显影slnb-d：美兰验证sln位置，确认核磁显影准确性。

图4是本发明的显影效果随时间变化图。

图5是本发明中ab：mtt法测量发现其对人体细胞增殖无明显影响；cd：透射电镜发现其在细胞内经由溶酶体分解代谢图。

图6是本发明对大鼠体重、行为、血生化指标、主要脏器细胞形态等无明显影响图，其中，a：对大鼠体重无影响b：对主要脏器细胞形态等无影响c：对血生化指标无影响。

具体实施方式

下面进一步阐述本发明的具体实施方式：

1)将葡聚糖溶于水制成葡聚糖(dex)溶液；

2)将硝酸铈铵溶于水溶剂制成硝酸铈铵水溶液；

3)在惰性气体保护和均匀搅拌下，向步骤1)制得的葡聚糖溶液中加入由步骤2)制得的硝酸铈铵溶液，并用酸调节ph值，然后继续搅拌一段时间，使葡聚糖产生足够多的自由基；

4)向步骤3)的体系中加入丙烯酸(aa)单体，并搅拌一段时间，使单体聚合形成聚合物，并与葡聚糖通过自组装力形成纳米聚集体系；

5)向步骤4)的体系中加入双丙烯酰胺(mba)交联剂，固定之前所形成的纳米聚集体系，以提高体系的稳定性，一段时间后终止反应，得到含葡聚糖基纳米粒子的溶液；

6)将步骤5)所得溶液中的杂质去除；

7)将步骤6)提纯后的纳米粒子冷冻干燥，制得葡聚糖基纳米粒子；

8)将步骤7)制得的葡聚糖基纳米粒子溶于水制成含葡聚糖基纳米粒子的溶液；

9)将钆剂逐滴加入步骤8)制得的溶液，持续轻柔搅拌24小时；

10)将步骤9)所得溶液中的杂质去除；

11)将步骤10)提纯后的纳米粒子冷冻干燥，制得负载钆剂的葡聚糖基纳米粒子。

优选地，所述惰性气体为氮气或氩气。

优选地，所述ph值的范围为1-2。

其制备方法如图1所示。

物理参数：

1)在该葡聚糖基纳米粒子的氢谱中观察到范围在3.0–5.0ppm的质子信号，这说明该粒子以葡聚糖为基础；同时，观察到范围在1.0–2.0ppm的质子信号，这说明该粒子包含多聚丙烯酸链(paa)；

2)通过透射电镜及动态光散射测量技术测得葡聚糖基纳米粒子平均粒径为147.8nm，粒径分散指数为0.256；负载钆剂后的葡聚糖基纳米粒子平均粒径244.8nm，粒径分散指数为0.250；说明合成得到的粒子粒径均一，而据文献表明该粒径大小倾向于靶向进入淋巴管；

3)icp法测定含钆葡聚糖基纳米粒子内的钆负载率为28.6wt％，钆剂的负载利用了凝胶上面的羧基与gd之间的络合作用；

4)3天后再测gd的负载率是25.3％，gd释放11.5％，相对释放率比较低，这说明稳定性好；

5)含钆葡聚糖基纳米粒子的纵向弛豫率55.65mm-1·s-1，而纵向弛豫率代表了该对比剂减少核磁共振纵向弛豫时间的能力，越高则同等钆剂的前提下显影质量越好。目前商业显影剂如gd-dtpa,纵向弛豫率约为3.12–4.8mm-1·s-1，只有该粒子的十分之一。

得到的产品结构表征如图2所示。

效果验证：

1)在细胞实验中通过mtt法测量发现其对人体细胞增殖无明显影响；

2)通过透射电镜发现其在细胞内经由溶酶体分解代谢；如图5所示。

3)在大鼠下肢前哨淋巴结显影实验中，经由下肢足垫注射浓度为20mm的含钆葡聚糖纳米粒子100微升，在15分钟后即可靶向显影该区域的前哨淋巴结(腘窝淋巴结)，持续约2小时，而血管无信号增强，如图4所示；

4)经验证在一个月内对大鼠体重、行为、血生化指标、主要脏器细胞形态等无明显影响，生物安全性良好，如图6所示。

mri对比剂主要包括以钆剂(gd)以及超顺磁性氧化铁(spio)为代表的两大类，分别为t1对比阳性增强剂和t2对比阴性增强剂。相比而言，前者更为经济，而且后者作为阴性对比剂无法显影淋巴管。然而临床常用的钆对比剂是低分子量的钆螯合物，例如dtpa-gd等。由于其分子量小，无选择性，在体内消除较快，导致其背景噪声大，显影窗口短，另外由于弛豫率低，剂量需求大，有引起慢性肾病等远期毒性反应的风险。多糖基纳米粒子是一类具有良好生物相容性的聚合物，在自然界中广泛易得且可降解；又由于粒径小，有较大的比表面积方便钆剂负载，而用纳米载体负载钆螯合物后会帮助提升其作为mri对比剂的弛豫值，提高显影效率，降低显影所需剂量。同时，应用自组装一步法制备纳米颗粒其粒径是可以调控的，这也有助于制备粒径适合靶向进入淋巴管的纳米颗粒，增加纳米颗粒选择性积聚于淋巴道的可能性。因此钆-多聚糖纳米粒子提升了钆在mri对比剂中的优势作用，同时也利用了多聚糖纳米粒子粒径可控的特性，能够通过核磁共振特异性性的示踪淋巴水肿患肢的包括淋巴结和淋巴管在内的淋巴通路。通过钆-多聚糖纳米粒子核磁共振示踪剂进行淋巴通路显影时，可以有效的避免造影剂进入血管，降低了mr示踪剂的背景噪声，提高了淋巴通路示踪的特异性和示踪的时限性，同时又提高的mr对比剂的弛豫率，有效的降低了mr示踪剂产生的生物毒性。

实施例1

多聚糖基纳米粒子结合钆离子制备淋巴系统特异性mr造影剂

室温条件下，将2.500g(6.26×10-5mol)葡聚糖溶于50ml水制成葡聚糖(dex)溶液备用(浓度为50mg/ml)；将1.210g或2.21×10-3mol硝酸铈铵溶于1.25ml0.1m硝酸溶剂制成硝酸铈铵水溶液备用；0.230g或1.49×10-3mol双丙烯酰胺(mba)交联剂溶解在10ml去离子水中，在氮气的保护和均匀搅拌下，向葡聚糖溶液中加入硝酸铈铵溶液，并用酸调节ph值，然后继续搅拌一段时间，使葡聚糖产生足够多的自由基；在此体系中加入1.072g，1.49×10^-2mol丙烯酸(aa)单体，并搅拌一段时间，使单体聚合形成聚合物，并与葡聚糖通过自组装力形成纳米聚集体系；再向其中加入双丙烯酰胺(mba)交联剂，固定之前所形成的纳米聚集体系，以提高体系的稳定性，一段时间后终止反应，得到含葡聚糖基纳米粒子的溶液；将所得的溶液透析去除杂质，提纯后的纳米粒子冷冻干燥，值得葡聚糖基纳米粒子储存备用；需要配置淋巴系统mr造影剂时，再将之前制得的葡聚糖基纳米粒子溶于水制成1mg/ml葡聚糖基纳米粒子水溶液40ml，再将购置的15ml商业钆离子注射液(gd-dtpa)逐滴加入其中，持续轻柔搅拌24小时后，通过透析的方法去除溶液中的杂质，提纯后的纳米粒子冷冻干燥，制得负载钆剂的葡聚糖基纳米粒子。

实施例1得到的纳米粒子在水溶液中分散性好，保存稳定性好，常温下其流体力学直径在245nm，纵向弛豫率为55.6mm-1·s-1，约是商业钆离子注射液的10-20倍(目前商业显影剂如gd-dtpa,纵向弛豫率约为3.12–4.8mm-1·s-1)。

实施例2

多聚糖基纳米粒子结合荧光分子fitc制备淋巴系统特异性绿色荧光造影剂

室温条件下，将2.500g(6.26×10^-5mol)葡聚糖溶于水制成葡聚糖(dex)溶液备用(浓度为50mg/ml)；将1.210g或2.21×10-3mol硝酸铈铵溶于水溶剂制成硝酸铈铵水溶液备用；0.230g或1.49×10^-3mol双丙烯酰胺(mba)交联剂溶于水，在氮气的保护和均匀搅拌下，向葡聚糖溶液中加入硝酸铈铵溶液，并用酸调节ph值，然后继续搅拌一段时间，使葡聚糖产生足够多的自由基；在此体系中加入1.072g，1.49×10-²mol丙烯酸(aa)单体，并搅拌一段时间，使单体聚合形成聚合物，并与葡聚糖通过自组装力形成纳米聚集体系；再向其中加入双丙烯酰胺(mba)交联剂，固定之前所形成的纳米聚集体系，以提高体系的稳定性，一段时间后终止反应，得到含葡聚糖基纳米粒子的溶液；将所得的溶液透析去除杂质，提纯后的纳米粒子冷冻干燥，值得葡聚糖基纳米粒子储存备用；需要配置淋巴系统mr造影剂时，再将之前制得的葡聚糖基纳米粒子溶于水制成1mg/ml葡聚糖基纳米粒子水溶液20ml，再将1ml含有20μgcy5.5的dmso溶液逐滴加入其中，持续轻柔搅拌，避光反应24小时后，通过透析的方法去除溶液中的杂质，提纯后的纳米粒子冷冻干燥，制得负载荧光剂cy5.5的葡聚糖基纳米粒子。

实施例2得到的纳米粒子在水溶液中分散性好，保存稳定性好，常温下其流体力学直径在198nm，测得其近红外吸收波长为675nm左右，发射波长为695nm，发射荧光效果好。

实施例3

多聚糖基纳米粒子的粒径可控性

造影剂的粒径主要通过多糖基纳米粒子来调控，多糖基纳米粒子的粒径可通过单体丙烯酸的比例、葡聚糖的分子量及比例、及交联剂的比例来调控，最终使造影剂的粒径在50-300nm范围内。单体丙烯酸与葡聚糖的物质的量比例控制在0.25-2之间，单体丙烯酸与交联剂的物质的量比例控制在之间5-20之间，葡聚糖的分子量控制在40000-80000之间。

实施例4

多聚糖基纳米粒子的细胞毒性

取实施例1中多聚糖基纳米粒子钆剂结合物按照0.5ug/ml的浓度加入淋巴管内皮细胞培养基egm-2-mv中，与淋巴管内皮共培养24小时、48小时和72小时后，结果显示淋巴管内皮细胞活性和数量和纯培养的对照组相比都无明显的改变，说明多聚糖基纳米粒子钆剂结合物具有良好的生物相容性，细胞毒性小。

实施例5

多聚糖基纳米粒子的生物安全性

动物实验结果显示，取实施例1中相当于人体局部注射用量10倍与100倍的多聚糖基纳米粒子钆剂结合物注射于无菌级小鼠(共20只每组4只blab/c小鼠北京华阜康生物技术有限公司)后肢足垫皮下，观察30天后和注射生理盐水的对照组比较后未发现体重和行为学有显著改变，同时对其血液肝肾功能检测只发现肝功能谷丙转氨酶和谷草转氨酶在注射后24小时有一过性升高，30天后对其肝脏、肾脏、心脏和脾脏进行病理学检测，和注射生理盐水的对照组相比并未发现显著改变，说明了多聚糖基纳米粒子为载体的淋巴系统特异性造影剂在生物安全性方面是安全的。

实施例6

多聚糖基纳米粒子的示踪淋巴系统的精准性

分别将实施例2中10ul多聚糖基纳米粒子钆剂结合物分别注射于20只无菌级小鼠的后肢足垫皮下，用荧光解剖显微镜注射特异性示踪剂的小鼠是否有淋巴系统显像的情况出现，将注射了特异性示踪剂多聚糖基纳米粒子钆剂结合物并且已经利用荧光脉管显像仪明确定位淋巴结位置的10只小鼠的后肢足垫皮下注射10ul淋巴结标准示踪剂美蓝，注射后即刻在解剖显微镜下检测定位后的淋巴结位置并用显像仪进行小鼠上肢腋窝淋巴结显像，结果显示美蓝定位的淋巴结位置与多聚糖基纳米粒子钆剂结合物定位的前哨淋巴结位置一致，荧光成像的图像与光镜成像的淋巴结的位置也一致，与此同时，我们也按照上述的方法将其注射在小鼠淋巴水肿的下肢模型中，发现荧光成像的图像和光镜成像的淋巴管位置也是一致的，同时血管中并无任何荧光显像。说明特异性示踪剂多聚糖基纳米粒子钆剂结合物淋巴系统mr特异性造影剂与美蓝示踪剂一样能够准确定位淋巴系统，如图3所示。

实施例7

多聚糖基纳米粒子的示踪淋巴系统的时限性

健康的sd大鼠1只，体重为400g。用水合氯醛1ml肌肉注射麻醉后，将其固定在鼠板上，进行mri平扫。相应参数：3dfasttof-spgrce-mra序列扫描,flipangle30°,te1.6ms,tr4.5ms,视野280×280mm,矩阵360×224,层厚1.0mm,slah70,nex2。然后于左后肢第一、二、三趾蹼处皮下注射多聚糖基纳米粒子钆剂复合物0.1ml(20mm/l),进行3d增强扫描。增强扫描序列的相关参数与平扫时一致，每隔15分钟扫描一次，总共扫描5次。结果显示，注射造影剂之前的双侧腘窝淋巴结无显影，定位淋巴结困难。皮下注射多聚糖基纳米粒子钆剂复合物15min后，双侧一级淋巴管和淋巴结信号迅速强化。120min后双侧淋巴结仍显影清晰，而血管无信号增强。动物解剖过程中发现的染色淋巴结位置形状与mr造影实验一致。表明多聚糖基纳米粒子具有长时限特异性显影淋巴系统的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。