一种改性葡聚糖、T1加权铁基造影剂及其制备方法和应用

本发明涉及生物医药领域，尤其涉及一种改性葡聚糖、t1加权铁基造影剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、磁共振成像技术(magnetic resonance imaging，mri)相较于目前临床上使用的计算机x线断层扫描成像技术(computed tomography，ct)、正电子发射计算机断层显像技术(positron emission tomography/computed tomography，pet-ct)和超声成像技术(ultrasound，us)，兼具无电离辐射、无放射性辐射、成像分辨率高的优点，能对人体各器官进行无创和高对比度的清晰成像，已成为当代临床诊断中最有力的检测手段之一。为了提高磁共振成像中组织间的对比度，磁共振造影剂则经常被用于临床增强造影。按照磁共振造影剂的作用原理，可以将其分为纵向弛豫造影剂(t1加权造影剂)和横向弛豫造影剂(t2加权造影剂)。t1加权造影剂主要加速纵向弛豫并在t1加权图像中产生“亮”对比效果，t2加权造影剂主要增加横向弛豫速率并产生“暗”对比效果。

2、目前，临床上经常使用的磁共振t1加权造影剂主要是基于钆的小分子螯合物，如：钆特酸(gd-dota)，钆喷酸葡胺(gd-dtpa)，钆塞酸二钠(gd-eob-dtpa)和钆二酰胺(gd-dtpa-bma)等。钆元素作为镧系稀土重金属，其离子具有较高的生物毒性，因此基于大极性分子螯合的临床钆剂在使用过程中也具有较高的使用风险。研究表明，钆基造影剂在使用过程中会泄露少量钆离子，具有较高的不良反应率，大量使用存在代谢组织纤维化的风险。临床上钆基造影剂对有严重肾损害、癫痫、低血压、哮喘及其他变态反应性呼吸道疾病患者及有过敏倾向者慎用。

3、为了克服这一局限性，研究报道已经使用多种方式制备新型的非钆基磁共振t1加权造影剂，如铁基、锰基、铜基造影剂等。目前，基于铁基的磁共振造影剂以被广泛报道，然而采用铁元素制备的t1加权造影剂其成像性能难以超过钆剂，且其制备方法复杂、难以量产及临床转化。至今仍未有任何一款纯t1加权铁基造影剂应用于临床t1加权磁共振造影。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂的制备方法，该t1加权铁基造影剂的内部为超小尺寸的氧化铁纳米颗粒，其外部修饰了一层改性葡聚糖模板材料。该制备t1加权铁基造影剂具有临床钆剂t1加权造影效果，且在血管造影优于临床的临床钆剂t1加权造影剂。

2、为了实现本发明的上述目的，采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种改性葡聚糖，所述改性葡聚糖的结构如通式(i)：

4、

5、在所述通式(i)中，代表葡聚糖主链；-oh代表葡聚糖分子中的羟基；m代表0～10；n代表0～10。

6、进一步地，所述葡聚糖主链的分子量为1000～100000 da，且所述葡聚糖主链中1％～100％的羟基通过化学反应改性为含有二羧基结构的聚合物。因通式(i)中所述改性葡聚糖分子中含有二羧基结构，其二羧基结构具有较高的稳定氧化铁纳米颗粒的功能。

7、第二方面，本发明提供一种改性葡聚糖的制备方法，该制备方法包括：(1)葡聚糖中的羟基与含有烯烃双键的二元羧酸、二元酰卤或二元羧酸酐于极性溶剂中发生酯化反应，生成含烯烃双键的羧基葡聚糖衍生物；(2)将所述含烯烃双键的羧基葡聚糖衍生物与含巯基的一元羧酸通过巯基-烯点击反应，生成具有二元羧酸官能团的所述改性葡聚糖。

8、进一步地，在所述步骤(1)中，所述二元羧酸、二元酰卤或二元羧酸酐与葡聚糖中羟基基团的摩尔比为0.01～2；所述极性溶剂为二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide，dmso)、n,n-二甲基甲酰胺(dimethyl formamide，dmf)、水中的一种；反应温度为60℃～80℃，反应时间为6h～48h；在所述步骤(2)中，反应过程中通过氮气保护，反应温度为25℃～60℃，反应时间为6h～24h。

9、进一步地，该制备方法具体包括：按照马来酸酐与葡聚糖中羟基基团摩尔比为1:1的比例，将马来酸酐与葡聚糖溶于二甲基亚砜中60℃搅拌反应12h，得到反应液；将所述反应液滴入10倍体积乙酸乙酯溶液，析出沉淀，过滤干燥，得到含烯烃双键的羧基葡聚糖衍生物；将含烯烃双键的羧基葡聚糖衍生物与巯基丙酸置于25℃水浴搅拌，氮气保护并反应12h，得到反应产物；将所述反应产物通过透析方法除去小分子的巯基丙酸，冷冻干燥，得到白色粉末状的所述改性葡聚糖。

10、第二方面，本发明提供一种以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂，该t1加权铁基造影剂包括氧化铁纳米颗粒和如上述的改性葡聚糖；其中，所述氧化铁纳米颗粒被所述改性葡聚糖包裹于内，且所述氧化铁纳米颗粒与改性葡聚糖之间通过化学螯合键连接。

11、第三方面，本发明提供一种t1加权铁基造影剂的制备方法，该制备方法包括：将所述改性葡聚糖溶于水溶液中搅拌，之后按照二价铁离子与总铁元素占比例为0％～100％的比例将铁离子溶液加入所述改性葡聚糖溶液中，得到第一反应溶液；将所述第一反应溶液置于25℃～90℃恒温水浴中搅拌反应10min～60min，得到第二反应溶液；之后用无机碱调节所述第二反应溶液的ph至8～12，搅拌反应结束后，除去所述第二反应溶液中过量的所述无机碱，得到所述t1加权铁基造影剂；其中，总铁元素为二价铁离子与三价铁离子之和。

12、进一步地，该制备方法具体包括：将所述改性葡聚糖溶于水溶液中37℃恒温水浴搅拌，之后按照二价铁离子与三价铁离子摩尔比例为50％的比例将铁离子溶液加入所述改性葡聚糖溶液；将溶液置于37℃恒温水浴500转/分钟快速搅拌，之后用浓度为1m氢氧化钠溶液以2.5ml/s的流速将反应溶液ph至9；搅拌反应30min后，除去过量的氢氧化钠，最终制备得到以改性葡聚糖为模板制备的铁基磁共振造影剂。

13、进一步地，所述氧化铁纳米颗粒的粒径范围为2nm～10nm；调节ph使用的无机碱优选氢氧化钠、氢氧化钾的水溶液；除去溶液中过量无机碱的方法为透析或盐酸稀溶液酸碱中和。

14、第四方面，本发明提供如上述的t1加权铁基造影剂在磁共振中的血池造影和临床磁共振中t1加权增强造影以及作为临床补铁剂的应用。

15、本发明的效果如下：

16、1、本发明制备的t1加权铁基造影剂，其内部为超小的氧化铁纳米颗粒，外部修饰了一层改性葡聚糖分子。所制备的t1加权铁基造影剂相较于临床上常用的t1加权钆基磁共振造影剂具有更高的生物安全性，而且该制备所用到的原料为铁元素以及葡聚糖相较于临床使用的大环配合物螯合的钆剂，其制备过程绿色、便捷、无污染且造价低廉。

17、2、本发明采用的以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂可用于磁共振中t1加权组织增强造影以及t1加权血管增强造影。实施案例一中制备的以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂在磁共振t1加权造影性能上已经与临床上使用的gd-dtpa相当，且尤其在wister大鼠、新西兰兔和比格犬血管造影过程中其效果要优于临床上使用的gd-dtpa。

18、3、本发明制备的以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂，在3.0t及以下的磁场下其t1加权光圈亮度要强于gd-dtpa。目前，国内医院普遍使用的磁共振均为3.0t及以下磁共振设备，因此该造影剂具有较大的临床普遍适用性。

19、4、本发明制备的以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂，其粒径可控制在10nm以下，由此采用该方法制备的纳米造影剂可通过肾脏以及肝胆代谢出体外，因此具有更低的生物毒副作用。

20、5、本发明制备的以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂与目前常见的高温热裂解方法制备的t1加权铁基造影剂相比，采用本方法制备的造影剂不需要油相转水相的复杂步骤，且制备的t1加权铁基造影剂其纳米颗粒水溶性、溶液中稳定性以及抗生物大分子非特异性吸附更高，因此相较传统高温热裂解制备方法本发明制备的t1加权铁基造影剂更有利于临床应用。

21、6、本发明制备以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂与目前常见的高温热裂解方法制备的铁基磁共振造影剂相比，采用该方法制备的t1加权铁基造影剂其氧化铁纳米颗粒内部结晶性要弱于采用高温热裂解方法制备的t1加权铁基造影剂，较低的氧化铁纳米颗粒的结晶性更利于氧化铁纳米颗粒t1加权磁共振造影。

22、7、目前，已报道的t1加权型氧化铁制备的磁共振纳米颗粒在磁共振造影性能上极少能够强于临床钆基，且临床上仍未有任何一款氧化铁基磁共振用于临床t1加权增强造影，然而本发明以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂在磁共振增强造影效果要强于临床钆基造影剂。因此该发明专利制备的一种以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂具有显著创新优势以及临床转化优势。

23、8、本发明制备以改性葡聚糖为模板制备的t1加权铁基造影剂其表面修饰大量二羧基结构，丰富的羧基官能团有利于通过与氨基的偶联反应赋予磁共振造影剂相应的靶向性和响应性功能，这些是其他氧化铁基磁共振纳米颗粒难以实现的。