基于碘帕醇脂质衍生物的造影剂及其制备方法与用途与流程

申请单位：北京大学

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，涉及非离子型X-射线造影剂，更具体地讲，涉及一类结构新颖的含碘帕醇基团的脂质衍生物及其中间体的制备方法，以及其作为功能材料应用于造影剂和各类载体当中的用途。

技术背景

计算机断层扫描(CT)是一种具有高空间和时间分辨率的成像模式。CT能用于分辨组织的能力是基于这样的基础：不同的组织提供不同程度的X射线衰减，其中衰减系数取决于组织中构成元素的原子序数和电子密度。骨骼、脂肪、空气和水之间在吸收上的显著差异能产生解剖结构的高对比度图像。但是在没有造影剂的情况下，不是所有组织都得到充分地鉴别，而使用具有一定靶向性的、不透射线的造影剂则能大大改善CT造影的效果。目前，最广泛使用基于碘的造影剂，由于碘密度高而具有较好的X-射线吸收能力，从而显示出优异的对比增强效果。当X-射线到达包含在造影剂中的碘时，X-射线被吸收而在CT图上显示为白色，因此被诊断的组织或者器官表现为亮白色。

自上世纪50年代第一个碘造影剂——泛影酸问世以来，已有十多种含碘造影剂作为诊断试剂广泛应用于临床。据报道，全球每年使用造影剂的患者约五千万例[Curr.0pin.Allergy Clin Immunol,2002(2):333-339]。但该类低分子量的CT造影剂存在的最大问题是其在体内容易迅速外渗和清除，其血液选择性增强的时间是非常短暂的。为了解决这一问题，科研人员已经用微米或纳米级粒子作为载体包载CT造影剂，并用于CT造影的研究[Invest Radiol 1993；28:1028-1032；Acta Radiot 1996；37:63-68.]，但其尺寸仍然比较大(0.25-3.50微米)，容易被体内的吞噬系统快速清除。近年来，纳米粒子包载CT造影剂的研究也在开展中，但它们内载的造影剂在循环过程中往往过早释放和泄漏，从而导致成像效果不佳。在实际应用中，理想的血池造影剂材料需要具备三个方面的基本属性：(1)材料的尺寸必须大于毛细血管的孔径(>10nm)，(2)载体材料必须能够抵御吞噬系统的清除，(3)造影剂应当牢固地包载于载体的内部。

基于以上考虑，本发明设计合成了一类新型碘帕醇脂质衍生物，其有两个方面的特点，一方面是该类脂质分子结构中同时含有疏水性的脂肪链和亲水性的碘帕醇基团，在水溶液中能自组装形成纳米粒子结构，而且脂肪链和碘帕醇之间通过可降解的酯键连接，进一步提高其生物相容性；另一方面是该类物质分子结构中共价键连碘帕醇功能基团，这在提高纳米粒子中碘帕醇含量的同时，还可有效避免粒子循环过程中造影剂过早释放和泄漏的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一类基于碘帕醇的脂质衍生物。

本发明的另一目的是提供上述含碘帕醇功能基团的脂质衍生物及其中间体的制备方法。本发明的目的还在于提供上述含碘帕醇功能基团脂质衍生物的用途，该类物质可作为纳米功能材料应用于造影剂和各类载体当中。

本发明所述的基于碘帕醇的脂质衍生物的结构式如下：

所述的脂质衍生物结构具有三个部分，包括疏水性脂肪链，连接基团和碘帕醇基团；其中，n代表脂肪链的数目，选自1和2；y＝1-24；X代表能够连接碘帕醇基团和疏水性脂肪链的任意基团。

当n＝1时，该化合物结构中的连接基团X为当n＝2时，该化合物结构中的连接基团X为

本发明的制备路线如下所示：

其中，n代表脂肪链的数目，选自1和2；y＝1-24；X代表能够连接碘帕醇基团和疏水性脂肪链的任意基团。当n＝1时，该化合物结构中的连接基团X为当n＝2时，该化合物结构中的连接基团X为

化合物1的制备方法参照已申请专利(申请号:200910073423.5)

本发明的方法具体描述如下：

(1)在非质子性有机溶剂中，化合物1和化合物2在浓硫酸催化下在90-120℃温度下反应24-48小时，可得化合物3；化合物1,化合物2和浓硫酸的摩尔比例20:1-3:0.05-0.1；所述的非质子性有机溶剂为苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿、二甲亚砜(DMSO)、N,N-二甲基乙酰胺(DMA)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)；

(2)在非质子性有机溶剂中，化合物3和氯化亚砜在70-100℃反应24-72小时，可得化合物4；化合物3和氯化亚砜的摩尔比例1:3-10；所述的非质子性有机溶剂为苯、甲苯、DMA或DMF；

(3)在非质子性有机溶剂中，氮气保护下，化合物4和化合物5在25-75℃反应48-72小时，然后减压蒸馏除去溶剂，硅胶柱层析可得化合物6；化合物4和化合物5的摩尔比例是1:1-1.5；所述的非质子性有机溶剂为苯，甲苯，DMA或DMF；

(4)在非质子性有机溶剂中，氮气保护下，化合物6，三乙胺和化合物7在25-60℃反应48-72小时，可得化合物8；化合物6,三乙胺和化合物7的摩尔比例1.5-2:3-4:2.2-5；所述的非质子性有机溶剂为苯，甲苯，DMA或DMF。

本发明的方法所涉及的原料廉价，反应条件温和，具有较强的可操作性。所合成的含碘帕醇功能基团的新型脂质衍生物，可应用于医学、生物化学、材料科学等领域。

附图说明

图1a是具体实施例5制备的碘帕醇脂质纳米粒子水溶液的外观图，图1b是商品化碘帕醇的水溶液外观；图2是具体实施例5制备的碘帕醇脂质纳米粒子的透射电子显微镜图；图3是具体实施例6中测试的不同含碘量纳米粒子的CT成像图，以商品化碘帕醇水溶液作为对照；图4是具体实施例7中测试的不同含碘量纳米粒子的CT数值对其浓度所做的拟合曲线，以商品化碘帕醇水溶液作为对照；图5是本发明最终碘帕醇脂质的化学结构式。

具体实施方式

下面将详细地描述参照本发明的实例，但本领域技术人员将会理解，以下实例仅用来说明本发明，而不是限制本发明的范围。

以下实施例中y＝11,n＝1。

实施例1

将20mmol的化合物1溶解于70mL的甲苯中,再依次加入1.2mmol的化合物2和0.1mmol的浓硫酸，105℃下搅拌48小时，旋干溶剂，所得粗产物经柱层析分离提纯得化合物3,产率53.5％.C₂₁H₄₀O₄¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ:0.88(t,3H,CH₃),1.26-1.31(m,28H,CH₂),1.49(t,3H,CH₃),1.64(t,2H,CH₂),2.35(t,2H,CH₂),5.01-5.03(m,1H,CH).质谱MS理论值:356.29，实验值[M]⁺:357.3.

实施例2

在氮气保护下，将1mmol的化合物3溶解于50mL的无水甲苯中,再缓慢滴加入5mmol的二氯亚砜，80℃下搅拌36小时，旋干溶剂，所得粗产物经石油醚/丙酮混合溶剂重结晶提纯得化合物4,产率65.2％.C₂₁H₃₉ClO₃¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ:0.88(t,3H,CH₃),1.26-1.32(m,28H,CH₂),1.47(t,3H,CH₃),1.62-1.65(m,2H,CH₂),2.35(t,2H,CH₂),5.00-5.04(m,1H,CH).MS理论值:374.99,实验值[M]⁺:375.8.

实施例3

在氮气保护下，将1mmol的化合物4与1.3mmol的化合物5混合后，溶解于40mL的DMA中，50℃下搅拌60小时，减压蒸干溶剂，所得粗产物经柱层析分离提纯得化合物6,产率75％.C₂₉H₄₀Cl₂I₃NO₅¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ:0.88(t,3H,CH₃),1.26-1.32(m,28H,CH₂),1.53(t,3H,CH₃),1.63-1.65(m,2H,CH₂),2.36(t,2H,CH₂),5.07-5.10(m,1H,CH).MS理论值:934.25,实验值[M]⁺:935.1.

实施例4

在氮气保护下，将1mmol的化合物6溶解于50mL的DMA中，再依次加入2mmol的三乙胺和2.5mmol的化合物7，50℃下搅拌48小时，减压蒸干溶剂，所得粗产物经柱层析分离提纯得化合物8,产率45.4％.C₃₅H₅₆I₃N₃O₉¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ:0.88(t,3H,CH₃),1.25-1.31(m,28H,CH₂),1.53-1.54(m,3H,CH₃),1.63-1.64(m,2H,CH₂),2.35(t,2H,CH₂),3.75-3.79(m,10H,2HOCH₂CHCH₂),5.07-5.09(m,1H,CH).MS理论值:1043.55,实验值[M]⁺:1044.4.

实施例5

将4mg的化合物8置于20mL的圆底烧瓶中，加入5mL氯仿溶解，然后减压缓慢旋蒸使其在烧瓶内壁形成薄膜，35℃真空干燥箱中干燥以完全除去氯仿；再往形成薄膜的烧瓶中加入一定体积的去离子水使最终溶液浓度为1mmol/L。用探头式超声仪超声10min得到有一定浑浊度的溶液，室温下放置12小时即可得到相应纳米粒子的水溶液。溶液外观如附图1所示，从图中可以看出碘帕醇纳米粒子(图1a)在水中分散良好，呈现半透明状态，而对照样品商品化碘帕醇(图1b)的水溶液则呈现完全透明状态。纳米粒子的尺寸和形态进一步通过透射电子显微镜观察，可见纳米粒子的尺寸在30-50nm之间，呈球形结构，具体如附图2所示。

实施例6

按具体实施例5制备一系列不同含碘量的碘帕醇纳米粒子的水溶液(9.0，4.5，2.25,1.125,0.5625,0.28125mg/mL)，通过小动物CT成像系统测试各浓度纳米粒子对X射线的吸收情况，由仪器软件转化可直接获取不同浓度纳米粒子的CT成像图片，具体如附图3所示。从图中可以看出，随着纳米粒子浓度的增加，CT图片逐渐变亮，实验中以商品化碘帕醇作为对照，随着含碘量增加，商品化碘帕醇的CT图片也是逐渐增亮，而对比同等含碘量的纳米粒子和商品化碘帕醇成像图片，我们可以清楚看到，本发明碘帕醇脂质衍生物形成的纳米粒子具有更好的CT成像效果。

实施例7

根据实施例6所获取的CT成像图片，利用小动物成像系统的软件对图片亮度进行定量化处理，结果如附图4所示。从图中可以看到，本发明的脂质所制备的碘帕醇脂质纳米粒子的CT成像数值对浓度的拟合曲线方程为Y＝37.50X-5.75(R＝0.99984)，而商品化碘帕醇的拟合曲线方程为Y＝26.50X-4.93(R＝0.99864)，从该定量化结果可进一步证实本发明的碘帕醇脂质纳米粒子具有较好的CT成像能力。