專利名稱:基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的磁共振成像造影劑及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及具有骨組織靶向性檢測的高效磁共振成像造影劑,本發(fā)明還涉及上述磁共振成像造影劑的制備方法。
背景技術(shù):
磁共振成像(MRI)技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展成為臨床醫(yī)療診斷中的一種常見手段,是診斷腫瘤最為有效的方法之一。為了增強(qiáng)病變組織與正常組織圖像之間的對比度和清晰度,需要選擇合適的造影增強(qiáng)劑來顯示解剖學(xué)特征。這些造影增強(qiáng)劑絕大多數(shù)是利用金屬離子的順磁特性。Gd3+因?yàn)榫哂袕?qiáng)順磁性,它的絡(luò)合物是目前應(yīng)用最廣泛和最有效的一類造影增強(qiáng)劑。最近的研究結(jié)果表明,Gd@C82(OH)40的MRI造影效率是臨床所用Gd-DTPA二乙烯三胺五醋酸,DTPA螯合物造影劑的20倍(Mikawa,M.,et al.,Bioconjugate Chemistry,2001.12(4)p.510-514)。此發(fā)現(xiàn)表明基于金屬富勒烯的水溶性衍生物可用于制作高效的MRI造影劑。然而,由于碳籠表面沒有修飾與生物體的某一特定組織有親和性的功能團(tuán),使得該物質(zhì)不具有靶向性檢測性功能,從而在相同的使用劑量下大大降低了檢測靈敏度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的高效磁共振成像造影劑。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述的基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的高效磁共振成像造影劑的制法。
對Gd-絡(luò)合物的表面進(jìn)行化學(xué)修飾制備對某一特定組織具有靶向性檢測的MRI造影劑的廣泛研究,啟發(fā)發(fā)明人對金屬富勒烯Gd@C82的籠外進(jìn)行對生物骨組織具有親和性的功能化修飾,制備針對骨組織靶向檢測的高效低毒MRI造影劑。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于表面修飾的磷脂基對骨組織有親和性,可以使該物質(zhì)在骨組織處富集,從而在使用很少的劑量下使得骨組織有明顯的對比度,實(shí)現(xiàn)骨組織病變的早期診斷。
本發(fā)明的基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的磁共振成像造影劑,為含Gd的金屬富勒烯的水溶性衍生物,該造影劑的分子表達(dá)式為Gd@C82Ox(OH)y(C(PO3Et2)2)10或GdaM3-aN@C80Ox(OH)y(C(PO3Et2)2)10或Gd2@C80Ox(OH)y(C(PO3Et2)2)10其中a=1、2或3;M=Sc或Er;x=2~8,y=12~16;Et為乙基;本發(fā)明提供的制備上述造影劑的方法,是利用含Gd的金屬富勒烯為原料,在NaH存在下直接與四乙基亞甲基二磷酸酯發(fā)生Bingel加成反應(yīng),而后再與OH-發(fā)生親核加成反應(yīng),來大規(guī)模合成籠外修飾磷脂基的金屬富勒烯水溶性衍生物,按以下步驟進(jìn)行(a)取摩爾當(dāng)量15至30倍于金屬富勒烯的四乙基亞甲基二磷酸酯溶于無水、非質(zhì)子化有機(jī)溶劑中(如無水甲苯溶液等);(b)優(yōu)選在室溫下(如15~30℃),將步驟(a)得到的溶液滴加到攪拌的含有NaH的金屬富勒烯的無水甲苯溶液中,其中所述NaH和四乙基亞甲基二磷酸酯的摩爾比為50~100∶1;所述的金屬富勒烯為Gd@C82、GdaM3-aN@C80(式中a=1、2或3;M=Sc或Er)或Gd2@C80。
所述的金屬富勒烯可分別按如下參考文獻(xiàn)制備Gd@C82制備文獻(xiàn)見Shu,C.Y.,et al.,Carbon,2006.44(3)p.496-500.
GdaM3-aN@C80制備文獻(xiàn)見Dorn,H.C.,et al.,Abstracts of Papers of theAmerican Chemical Society,1999.218p.U726-U726.
Gd2@C80制備文獻(xiàn)見Lu,X.,et al.,Carbon,2005.43(7)p.1546-1549(c)優(yōu)選在室溫下(如15~30℃),將步驟(b)得到的混合物溶液攪拌1~3h,然后邊攪拌邊滴加去離子水直至無氣泡產(chǎn)生,繼續(xù)攪拌后(優(yōu)選12~24h),靜置分液,棄除無色甲苯層,將得到的棕色水層進(jìn)行濃縮,優(yōu)選將棕色水層用有機(jī)溶劑洗滌后再濃縮,所述有機(jī)溶劑為分析純甲苯等。用葡聚糖凝膠做固定相,去離子水做流動(dòng)相,收集pH=6~7的棕色色帶即為本發(fā)明的基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的磁共振成像造影劑。
為提高金屬富勒烯的純度,最好預(yù)先對金屬富勒烯進(jìn)行提純,提純可用常用的方法,如通過直流電弧放電法制備含有金屬富勒烯的碳炱,用二硫化碳(CS2)、二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯等有機(jī)溶劑提取結(jié)合高效液相色譜分離提純得到高純度的金屬富勒烯的甲苯溶液,然后用該甲苯溶液進(jìn)行反應(yīng)制備本發(fā)明的磁共振成像造影劑。
與其它現(xiàn)有技術(shù)比較,本發(fā)明具有以下特點(diǎn)1.本發(fā)明利用磷脂基功能團(tuán)具有趨骨性的特點(diǎn)來修飾富勒烯造影劑,使其成為靶向性造影劑。
2.本發(fā)明制備的基于金屬富勒烯的新型MRI造影劑(EMF-TEMDP)造影效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)臨床所用的Gd-DTPA。
3.本發(fā)明巧妙利用四乙基亞甲基二磷酸酯具有活性氫的特性在NaH存在下與缺電子的Gd@C82發(fā)生Bingel加成反應(yīng)這一特點(diǎn),在室溫下經(jīng)過一步反應(yīng)大量制得含有磷脂基的Gd@C82的衍生物,因而具有簡單經(jīng)濟(jì)、操作方便和便于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
4.本發(fā)明不需加分離中間產(chǎn)物,有效地利用水溶液中的OH-直接與中間物質(zhì)發(fā)生親核加成反應(yīng),制備出水溶性好的高效MRI顯影劑,在很大程度上簡化了合成步驟,降低了經(jīng)濟(jì)成本。
5.本發(fā)明中合成的靶向性造影劑,由于碳籠的存在,有效地保護(hù)了有毒的Gd3+離子,防止了其在生理?xiàng)l件下的泄漏,從而大大降低了其毒性。
圖1.本發(fā)明實(shí)施例1基于金屬富勒烯Gd@C82的籠外修飾磷脂基的磁共振成像造影劑的制備過程示意圖。
圖2.本發(fā)明實(shí)施例1所制備的修飾有磷脂基的水溶性金屬富勒烯Gd@C82衍生物(Gd-TEMDP)結(jié)構(gòu)示意圖(為簡化起見,省略掉OH-)。
圖3A.本發(fā)明對照例1用反轉(zhuǎn)-恢復(fù)序列測得的縱向弛豫時(shí)間的倒數(shù)1/T1對不同Gd濃度作圖。
圖3B.本發(fā)明實(shí)施例1反轉(zhuǎn)-恢復(fù)序列測得的縱向弛豫時(shí)間的倒數(shù)1/T1對不同Gd濃度作圖。
圖4.本發(fā)明實(shí)施例1中Gd@C82O2(OH)16(C(PO3Et2)2)10(Gd-TEMDP)、和對照例1中的臨床使用造影劑Gd-DTPA在同一濃度下和純水的體外T1加權(quán)像對比圖(Gd濃度為4μM,1.5T自旋—回波序列TR/TE=800ms/15ms,F(xiàn)OV=17.1×22.8cm2,T=24℃)。
圖5.實(shí)施例1 Gd-TEMDP的紅外光譜圖。
圖6.實(shí)施例1 Gd-TEMDP在重水中的31P-NMR譜。
圖7.實(shí)施例1 Gd-TEMDP中不同價(jià)態(tài)的C1s鍵合能實(shí)驗(yàn)曲線和擬合曲線。
圖8.實(shí)施例1 Gd-TEMDP中不同價(jià)態(tài)的O1s鍵合能實(shí)驗(yàn)曲線和擬合曲線。
具體實(shí)施例方式
對照例1作為對照,所用的臨床使用的馬根維顯(Gd-DTPA,Magnevist)為釓噴酸葡胺注射液(德國先靈公司生產(chǎn),先靈藥業(yè)有限公司分包裝。進(jìn)口藥品注冊證號H20030138,批準(zhǔn)文號國藥準(zhǔn)字J20030062),分別配制一系列濃度的水溶液,用翻轉(zhuǎn)—恢復(fù)序列測得縱向弛豫時(shí)間T1,而后用其倒數(shù)對濃度作圖,得到表征其水質(zhì)子弛豫率大小的重要參數(shù)R1值3.18mM-1s-1。
實(shí)施例1把1g NaH加到Gd@C82(5mg)的無水甲苯溶液(25mL)中,邊攪拌邊滴加四乙基亞甲基二磷酸酯(10μL)的無水甲苯溶液(0.5mL),25℃下攪拌1h后,往混合液中緩慢滴加去離子水(50mL),繼續(xù)在25℃下攪拌24h,直至甲苯層完全褪色。棕色水層用分析純甲苯洗滌三次后減壓濃縮,用葡聚糖凝膠G-25做固定相,用去離子水作洗脫劑,收集pH=6~7的棕色組分即為本發(fā)明制備的含有趨骨性功能團(tuán)磷脂基的Gd@C82的水溶性衍生物Gd@C82O2(OH)16(C(PO3Et2)2)10(Gd-TEMDP)。
圖1描述了基于金屬富勒烯Gd@C82的籠外修飾磷脂基的磁共振成像造影劑的制備過程。
(a)通過直流電弧放電法制備含有金屬富勒烯Gd@C82的碳炱,用CS2,DMF,甲苯等有機(jī)溶劑提取結(jié)合高效液相色譜分離提純得到高純度的金屬富勒烯Gd@C82的甲苯溶液(A)。
(b)取摩爾當(dāng)量15倍于A的四乙基亞甲基二磷酸酯溶于適量無水甲苯溶液中(B)。
(c)在室溫下,往A溶液中加摩爾當(dāng)量50倍于四乙基亞甲基二磷酸酯的NaH,然后將溶液B滴加到攪拌的溶液A中即得到混和物溶液C。
(d)將得到的混和物溶液C在室溫?cái)嚢?h,然后邊攪拌邊緩慢地滴加去離子水直至無氣泡產(chǎn)生,繼續(xù)攪拌24h后,靜置分液,棄除無色甲苯層,將得到的棕色水層進(jìn)行濃縮。用葡聚糖凝膠做固定相,去離子水做流動(dòng)相,收集pH=6~7的棕色色帶即為本發(fā)明的籠外修飾有磷脂基的水溶性金屬富勒烯Gd@C82衍生物(Gd-TEMDP)。
由圖3B得到新制備含有磷脂基的MRI造影劑(Gd-TEMDP)的縱向弛豫率R1為58.0mM-1s-1。由圖3A和圖3B得到的縱向弛豫率R1比較可知,我們制備的新型造影劑的造影效率是臨床使用Gd-DTPA的近20倍。
圖4說明該物質(zhì)的造影效果明顯優(yōu)于臨床所用的Gd-DTPA。
圖5FT-IR光譜在3427cm-1處的強(qiáng)的吸收峰歸屬為O-H的伸縮振動(dòng),在2979,2930cm-1處的弱吸收峰歸屬為C-H的伸縮振動(dòng)。在1616,1392,1205和1048cm-1處的尖的吸收峰歸屬為C=C的伸縮振動(dòng)、O-H的彎曲振動(dòng)、磷脂基中的P=O的伸縮振動(dòng)和C-OH的伸縮振動(dòng)。在527cm-1的弱吸收歸屬為C82的骨架振動(dòng)峰。揭示了所修飾的官能團(tuán)的存在。
圖6中Gd-TEMDP在重水中的31P-NMR譜只在δ16.45ppm處出現(xiàn)了一個(gè)單峰,說明該物質(zhì)中只有一種化學(xué)環(huán)境的P。
由圖7可知
由圖8可知
根據(jù)新鮮制備Gd-TEMDP的XPS譜中的C1s、O1s和P2p的原子比和各種元素不同化學(xué)態(tài)的含量比可以推測出該物質(zhì)的平均分子式為Gd@C82O2(OH)16(C(PO3Et2)2)10。
根據(jù)方程式1所示,B在NaH存在下可與A發(fā)生Bingel加成反應(yīng)。加水后,過量的NaH會生成NaOH,OH-與中間產(chǎn)物進(jìn)一步發(fā)生親核加成反應(yīng)生成水溶性物質(zhì),從而導(dǎo)致黃綠色的Gd@C82的甲苯溶液逐漸變成無色,而下面的水層變成棕色。
實(shí)施例2用經(jīng)過提純的含Gd的TNT型金屬富勒烯,如Gd2ScN@C80(約10mg)配制成甲苯溶液,在NaH存在下與四乙基亞甲基二磷酸酯亦可發(fā)生Bingel加成反應(yīng),30℃下攪拌2h,其余條件同實(shí)施例1。
實(shí)施例3用經(jīng)過提純的另一種具有造影效果的含Gd金屬富勒烯Gd2@C80(約5mg)配制成甲苯溶液,在NaH存在下與四乙基亞甲基二磷酸酯亦可發(fā)生Bingel加成反應(yīng),23℃下攪拌2h,其余條件同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的磁共振成像造影劑,其特征是該造影劑的分子表達(dá)式為Gd@C82Ox(OH)y(C(PO3Et2)2)10或GdaM3-aN@C80Ox(OH)y(C(PO3Et2)2)10或Gd2@C80Ox(OH)y(C(PO3Et2)2)10其中a=1、2或3;M=Sc或Er;x=2~8,y=12~16;Et為乙基。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述磁共振成像造影劑的制法,按以下步驟進(jìn)行(a)取摩爾當(dāng)量15至30倍于金屬富勒烯的四乙基亞甲基二磷酸酯溶于無水、非質(zhì)子化有機(jī)溶劑中;(b)將步驟(a)得到的溶液滴加到攪拌的含有NaH的金屬富勒烯的無水甲苯溶液中;所述的金屬富勒烯為Gd@C82、GdaM3-aN@C80或Gd2@C80,其中a=1、2或3;M=Sc或Er;(c)將步驟(b)得到的混合物溶液攪拌1~3小時(shí),然后邊攪拌邊滴加去離子水直至無氣泡產(chǎn)生,繼續(xù)攪拌后,靜置分液,棄除無色甲苯層,將得到的棕色水層進(jìn)行濃縮;用葡聚糖凝膠做固定相,去離子水做流動(dòng)相,收集pH=6~7的棕色色帶即為基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的磁共振成像造影劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制法,其特征是步驟(a)中所述無水、非質(zhì)子化有機(jī)溶劑為無水甲苯溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制法,其特征是步驟(b)中所述NaH和四乙基亞甲基二磷酸酯的摩爾比為50~100∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制法,其特征是步驟(b)中所述金屬富勒烯用二硫化碳、二甲基甲酰胺或甲苯提純。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制法,其特征是步驟(c)中所述棕色水層用有機(jī)溶劑洗滌后再濃縮。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制法,其特征是所述有機(jī)溶劑為分析純甲苯。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于金屬富勒烯的具有骨組織靶向性檢測的高效磁共振成像造影劑及其制法,其分子表達(dá)式為Gd@C
文檔編號A61K49/06GK101062421SQ20061001177
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者王春儒, 舒春英 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所