一种双模式纳米造影剂及其制备方法和应用

本发明涉及纳米材料技术和医学工程领域，具体涉及一种双模式纳米造影剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、精准的早期发现和诊断是减少肿瘤病死率的有效手段，这往往需要灵敏和准确的成像技术作为支撑。磁共振成像(magnetic resonance imaging,mri)是医学领域中一种非侵入性的强大诊断技术，在肿瘤诊断中发挥着十分重要的作用。为了提高mri准确性，临床上超过40％的磁共振成像需要应用mri造影剂(mri contrast agents,mri cas)来提高mri的灵敏度和图像对比度。目前，临床使用mri造影剂主要是小分子量的钆(iii)鳌合物造影剂，如gd-dtpa，gd-topa等。但由于体内滞留时间短，器官靶向性差，无法对肿瘤组织进行特异性增强成像，以及肝肾毒副作用等严重影响其临床应用。因此，开发新型的具有高效性、生物亲和性及肿瘤靶向性的非钆(iii)类核磁共振造影剂是目前mri分子影像探针的发展方向。水溶性小分子螯合物锰(iii)卟啉(manganese porphyrin,mn(iii)p)作为一类“肿瘤靶向性”mri探针分子，在非钆(iii)类mri造影剂的研究领域中备受关注。

2、荧光成像(fluorescence imaging,fi)具有高时空分辨率、高灵敏度和操作便捷的优势，被广泛应用于分子、细胞、器官的检查以及辅助临床手术。卟啉(porphyrin,p)具有高荧光量子产率、较大的strokes位移、低毒性等特征，是一种广泛应用于生物医药领域的荧光探针。然而，由于光子散射和生物组织的光衰减，单一荧光成像往往受到穿透深度的限制，仅能应用到人体表面或近表面成像，很难满足高灵敏度、高空间分辨率的效果，无法满足临床对于诊断信息精确度的要求。

3、由于mri可提供fi不具备的3d解剖信息，而fi提供了mri所缺乏的实时、敏感和选择性生化信息，因此，mri和fi的局限性存在高度互补。通过复合mri和fi的功能到单一纳米结构的载体中能够有效地克服上述方法的局限性。mri/fi双模式成像纳米探针作为提高疾病诊断准确率的重要手段己成为医疗诊断和分子成像领域中的研究热点。例如，中国专利cn103845741a公开了一种基于介孔二氧化硅双模式荧光/磁共振成像造影剂及制备方法，以介孔二氧化硅为载体，通过同时连接荧光分子和钆鳌合物得到具有荧光磁共振双模式造影剂。但该方法存在制备过程相对复杂、荧光分子易发生荧光淬灭、且材料不能在水溶液中长期稳定存在等缺点。中国专利cn106902360a公开了一种磁共振、荧光双显影纳米凝胶探针及其制备方法，将纳米凝胶分别与核磁显影分子及荧光分子偶联制备磁共振、荧光双显影功能化的纳米材料。但其中的荧光分子甲基菁染料易发生光漂白现象，极大地限制了其进一步应用。

4、因此，制备一种合成方法简便、生物相容性好、水分散性优异、光化学性质稳定并兼具荧光和磁共振双重成像特性的纳米材料显得尤为重要。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供了一种双模式纳米造影剂及其制备方法和应用。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂，其特征在于，所述双模式纳米造影剂以牛血清白蛋白纳米粒为载体，通过硫脲键分别将卟啉和锰(iii)卟啉联接至牛血清白蛋白纳米粒表面。

3、进一步地，卟啉的负载量为7％～18％，锰(iii)卟啉的负载量为40％～60％。

4、进一步地，所述卟啉选用5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)卟啉，所述锰(iii)卟啉选用锰(iii)卟啉为5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉。

5、进一步地，通过牛血清白蛋白纳米粒表面残留的氨基分别与5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)卟啉、5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉中的异硫氰基反应形成硫脲键，将5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)卟啉、5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉同时负载至牛血清白蛋白纳米粒表面。

6、进一步地，所述双模式纳米造影剂为类球形颗粒，平均水合粒径为102～153nm，表面zeta电位为-29～-19mv。

7、第二方面，本发明实施例提供了一种用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂的制备方法，所述制备方法具体包括：

8、配置浓度为1～5mg/ml的牛血清白蛋白纳米粒混悬液；

9、配置浓度为5～15mg/ml的5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸苯基)卟啉溶液；

10、配置浓度为5～15mg/ml的5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉溶液；

11、将5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸苯基)卟啉溶液逐滴滴加至牛血清白蛋白纳米粒混悬液中，充分反应；然后将5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉溶液逐滴滴加至反应液中，继续充分反应；其中，牛血清白蛋白纳米粒、5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸苯基)卟啉、5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉的投料质量比为1:0.1～0.3:2～4.5；

12、对反应液进行离心至上清液澄清透明；

13、收集离心后的沉淀，采用蒸馏水溶解后进超声分散得到得到纳米粒均匀分散的荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂。

14、进一步地，所述牛血清白蛋白纳米粒混悬液的浓度优选为2.5mg/ml；所述5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸苯基)卟啉溶液的浓度优选为10mg/ml；所述5-(4-异硫氰基苯基)-10,15,20-三(4-磺酸基苯基)锰(iii)卟啉溶液的浓度优选为15mg/ml。

15、进一步地，离心的转速为15000～18000rpm，离心的时间为30min。

16、进一步地，超声分散的功率为180w，超声分散的时间为1～5min。

17、第三方面，本发明实施例提供了一种双模式纳米造影剂在荧光成像和磁共振成像中的应用。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

19、(1)本发明制备的用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂，具有原料易得、操作方法简单、产率高、制备成本低等优势，可适应大规模商业生产。

20、(2)本发明制备的用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂，采用荧光量子产率高、光化学性质稳定的卟啉分子，可克服光漂白的缺点。其近红外荧光发射特性具有组织穿透能力强和自体荧光干扰小等优点。

21、(3)本发明制备的用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂，利用顺磁能力强的三价锰离子(mn3+)进行造影，而mn3+为动物体内内源性金属离子，安全无毒，因此可极大降低造影剂的毒副作用。

22、(4)本发明制备的用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂，牛血清白蛋白纳米粒可荷载更多的顺磁中心mn3+，且具有较大的流体力学半径，可显著缩短周围水分子的纵向弛豫时间t1，提高弛豫效率。

23、(5)本发明制备的用于荧光成像和磁共振成像的双模式纳米造影剂，兼具荧光成像和磁共振成像诊断功能，生物相容性好，分散性和稳定性优，粒径适宜。可通过epr效应在肿瘤部位富集，精准、特异性的显示原位肿瘤病灶，有助于辅助临床提高诊断的精准性，在医学成像领域具有广阔的研究和应用前景。