专利名称：一种纳米磁共振成像造影剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米磁共振成像造影剂，尤其是涉及一种肝、脾部纳米磁共振成 像造影剂及其制备方法。
背景技术：
磁共振成像(MRI)技术现已发展成为临床医疗诊断中的一种常见手段，是诊断肿 瘤最为有效的方法之一。由于其是无创性的，而且病人不暴露于有潜在危害的辐射中，因 此，该技术越来越受到人们的青睐。为了增强病变组织和正常组织图像之间的对比度和清 晰度，需要选用合适的造影剂来显示解剖学特征。磁共振成像造影剂是一种通过静脉注射 到人体，能缩短成像时间，提高成像对比度和清晰度，显示组织器官功能状态的辅助成像的 医药学诊断试剂，它可方便诊疗过程，降低误诊率。至今，临床上约30% 40%的磁共振诊 断过程需要有磁共振成像造影剂的辅助，我国每年造影剂的销售额已超过一亿元。目前用于磁共振成像的造影剂从化学组成上可分为两大类过渡金属配合物顺磁 类型和超顺磁性纳米颗粒类型。过渡金属顺磁类小分子造影剂对大脑和中枢神经系统有良 好的阳性增强效果，但对体内的一些脏器如肝脏、肾脏 等的造影效果不够理想。超顺磁纳 米颗粒类型造影剂可弥补这一缺陷，且其化学毒性小，临床使用剂量低，有望于磁共振靶成 像，近年来广受关注。为了避免磁性纳米颗粒之间的聚集，提高其稳定性及生物相容性，需 要在颗粒的表面包覆生物相容性的大分子或聚合物。已报导过用于包覆磁性颗粒的大分子 有蛋白质 US4675173A1、US4849210A、CN1724076A，糖类 US5766572A、US2007116955A1，抗体 W02008063371A2，氨基酸US6207134B1，聚乙烯吡咯烧酮US2006204438A1等，还未见用腐殖 酸类物质修饰的磁性颗粒用于造影剂的报道。腐殖酸类物质是一类天然有机大分子，是由芳香族及其多种官能团构成的高分子 有机物，具有很好的生物相容性，生物活性好，来源广，价格低。而且，腐殖酸类物质含有多 种功能基团，便于和各种抗体进行耦联，有利于制备靶向试剂。因此，研究开发腐殖酸类物 质修饰的超顺磁纳米颗粒造影剂具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供经腐殖酸类物质修饰的超顺磁铁酸盐纳米晶磁共振成像 造影剂和相应的造影剂的制备方法。所述的纳米磁共振成像造影剂由外水相和分散于其中 的经腐殖酸类物质修饰的超顺磁铁酸盐纳米晶组成。所述的经腐殖酸类物质修饰的超顺磁 铁酸盐纳米晶采用化学共沉淀法合成。本造影剂突出的优点在于制备工艺简单、成本低 廉、化学稳定性好、生物相容性好、细胞毒性小、使用剂量小、时间窗口大、造影效果佳。实现本发明的发明目的是通过如下方式实现的所述的纳米磁共振成像造影剂由外水相和分散于其中的经腐殖酸类物质修饰的 超顺磁铁酸盐纳米晶组成。其技术特征在于，所述的外水相为生理盐水、葡萄糖注射液或超 纯水等适于注射用的缓冲溶液中的一种，其中优选生理盐水。所述的腐殖酸类物质为富里酸、富里酸盐、腐殖酸或腐殖酸盐中的一种，其中优选腐殖酸。所述的超顺磁铁酸盐纳米晶 为铁酸锰、铁酸钴、铁酸锌、铁酸镍、三氧化二铁或四氧化三铁中的一种，其中优选四氧化三 铁。所述的经腐殖酸类物质修饰的铁酸盐纳米晶由可溶性三价铁盐和可溶性二价金属盐在 腐殖酸类物质存在下，采用化学共沉淀法合成。所述的可溶性三价铁盐为硝酸铁、三氯化 铁、硫酸铁或柠檬酸铁中的一种，其中优选三氯化铁。所述的可溶性二价金属盐为硝酸锰、 硫酸锰、醋酸锰、氯化锰、硝酸钴、醋酸钴、氯化钴、硝酸锌、硫酸锌、醋酸锌、氯化锌、硝酸镍、 硫酸镍、醋酸镍、氯化镍、硫酸亚铁或氯化亚铁中的一种，其中优选硫酸亚铁。1.所述的纳米磁共振成像造影剂的制备步骤如下1)在带有搅拌装置、回流冷凝装置、温度控制装置和氮气或氩气保护的反应釜中， 加入质量百分比为0. 2% 5%的碱溶液；2)加入一定量的腐殖酸类物质，形成腐殖酸类物质质量百分比为0. 2%的 溶液；3)反应釜升温至70 100°C，通常加入0. 02 0. 5M的三价铁盐溶液和0. 01 0. 25M的二价金属盐溶液，其中三价铁盐与二价金属盐的摩尔比最好为2，腐殖酸类物质的 质量最好为三价铁盐的质量的10% 60% ；4)将反应釜通常在70 100°C保温反应1 4小时。冷却后将反应器中溶液离 心，用超纯水洗涤3 5遍，经硅胶层析柱过柱或采用半透膜渗析方法分离得到纯化的腐殖 酸类物质包覆的磁性纳米晶；5)将纯化后的腐殖酸类物质包覆的磁性纳米晶分散于可用于注射的缓冲溶液中， 配成0. 001 0. 5M的可直接静脉注射的磁共振成像造影剂。产物经高分辨透射电镜，动态光散射表征，粒径在15 30纳米之间，平均直径18 纳米(见附图1)。振动样品磁强计表征纳米晶为超顺磁材料，饱和磁化强度为77emu/ g(见附图2)。造影剂可稳定存放2年以上。2.所述的纳米磁共振成像造影剂的性能评价2. 1所述的纳米磁共振成像造影剂的生物安全性能评价2. 1. 1纳米磁共振造影剂的细胞毒性实验将猪肾细胞(PK15)与纳米磁共振造影剂共孵育24小时，并设计对照组，光镜下细 胞形态学观察，在细胞培养状态下，用倒置显微镜观察细胞生长状况及形态学变化，TUNEL 法检测细胞凋亡百分率，研究显示所述纳米磁共振造影剂对猪肾细胞的生存状态无明显影 响。将鼠巨噬细胞与纳米磁共振造影剂共孵育24小时，并设计对照组，MACS阳性分选 标记的细胞，计数标记细胞的百分数，HE及普鲁士蓝染色，光镜观察标记细胞的形态学变化 及铁染色情况，研究显示所述纳米磁共振成像造影剂可以对90 %的鼠巨噬细胞进行成功标记。2. 1. 2纳米磁共振成像造影剂的急性毒性试验以小鼠为实验对象，试验方法纳米磁共振成像造影剂采用单次静脉注射固定剂量方法进行实验。选择2、20、200和2000 μ moL/kg四个固定剂量。实验前后观察动物的一 般生命活动。研究显示2和20 μ moL/kg剂量时，动物无明显急性毒性反应；200 μ moL/kg剂量时，部分动物心率、脉搏及呼吸加快；2000 μ moL/kg剂量时，部分动物死亡。2. 1. 3纳米磁共振成像造影剂的生物相容性试验将实验动物兔随机分为实验组A、实验组B、阳性对照组和空白对照组，实验组A经静脉注射四氧化三铁纳米颗粒造影剂，实验组B注射所述纳米磁共振成像造影剂，阳性 对照组注射传统磁共振造影剂(马根维显钆的螯合物)，空白对照组动物注射生理盐水， 各组动物观察8月后处死，取肝脏、心脏、肾脏、淋巴结和肺、脑组织作病理检查。放免法或 ELASA方法检测血标本的的浓度，作为一般了解组织纤维化(特别是肝组织)的程度。组 织标本进行纤维染色了解组织纤维化情况，了解组织内有无炎性细胞聚集。RT-PCR方法在 mRNA水平检测I型胶原、III型胶原、IV型胶原及其前体的表达水平，检测组织细胞的凋亡 水平。研究显示所述纳米磁共振造影剂生物相容性好，肝脏无明显炎症细胞浸润，未能检测 到纤维化指标的异常，造影剂对细胞凋亡无影响。2. 2纳米磁共振成像造影显像效能评价2. 2. 1纳米磁共振成像造影剂小鼠增强MR扫描研究SD大鼠先行MR平扫，T2WI正常肝脏组织显示清楚，信号较均一(见附图3a)。选择 2、20、200 μ moL/kg三个剂量经尾静脉注射给正常SD大鼠进行增强MR扫描，显示20 μ mol/ kg剂量能明显降低肝脏T2WI信号值(见附图3b)，该剂量无明显毒性反应，适合作为肝脏 增强扫描的最佳剂量。2. 2. 2纳米磁共振成像造影剂增强RM扫描对菏VX2瘤兔的研究选择20ymoL/kg剂量经尾静脉注射给菏VX2瘤兔进行增强MR扫描，显示 20 μ moL/kg剂量能明显降低正常肝脏T2WI信号值，肿瘤区T2WI信号值无明显变化，微小肿 瘤(小于Icm)的边界均显示清楚，提高了病灶与正常组织的成像对比，可用于早期诊断肝、 脾组织的微小肿瘤等病变。
图1实施例3制备的造影剂的高分辨透射电镜图。图2实施例3制备的造影剂的磁滞回线图。图3a实施例3制备的造影剂的大鼠平扫T2WI成像图。图3b实施例3制备的造影剂的大鼠增强T2WI成像图。
具体实施例实施例1 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口 烧瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有 4mmoL硫酸铁和2mmoL醋酸锰的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离 心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经半透膜渗析方法分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 005M的腐殖酸包覆的铁酸锰磁共振成像造影剂。实施例2 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧 瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g富里酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有4mmoL 柠檬酸铁和2mmoL硝酸钴的超纯水溶液，80°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离心分 离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于超纯水中，配成0. 05M的富里酸包覆的铁酸钴磁共振成像造影剂。实施例3 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的500mL三口烧 瓶中，加入250mL超纯水，2g腐殖酸，2g氢氧化钠，升温至100°C，立即加入25mL溶有20mmoL 三氯化铁和IOmmoL氯化亚铁的超纯水溶液，100°C回流反应2小时后降温至室温，产物经离 心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于葡萄糖注射液中，配成 0. 05M的腐殖酸包覆的四氧化三铁磁共振成像造影剂。实施例4 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的500mL三口烧 瓶中，加入250mL超纯水，2g富里酸，2g氢氧化钠，升温至100°C，立即加入25mL溶有20mmoL 柠檬酸铁和IOmmoL硫酸亚铁的超纯水溶液，100°C回流反应2小时后降温至室温，产物经离 心分离，用超纯水洗涤3 5遍后，分散于250mL辛醚中，加热至250°C，空气中250°C保温 2小时，冷却至室温，离心分离，用无水乙醇和超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯 化后，分散于生理盐水中，配成0. 05M的富里酸包覆的三氧化二铁磁共振成像造影剂。实施例5 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧 瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸，IOmL浓氨水，升温至70 V，立即加入5mL溶有4mmoL 三氯化铁和2mmoL硝酸锌的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离心分 离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成0. 05M的 腐殖酸包覆的铁酸 锌磁共振成像造影剂。实施例6 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的250mL三口烧 瓶中，加入IOOmL超纯水，0. 6g富里酸钾，20mL浓氨水，升温至85°C，立即加入IOmL溶有 8mmoL三氯化铁和4mmoL硫酸锌的超纯水溶液，85°C保温反应1小时后降温至室温，产物经 离心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 05M的富里酸包覆的铁酸锌磁共振成像造影剂。实施例7 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的250mL三口烧 瓶中，加入IOOmL超纯水，0. 6g腐殖酸钾，20mL浓氨水，升温至85°C，立即加入IOmL溶有 8mmoL三氯化铁和4mmoL硝酸镍的超纯水溶液，85°C保温反应1小时后降温至室温，产物经 离心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 05M的腐殖酸包覆的铁酸镍磁共振成像造影剂。实施例8 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧 瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有4mmoL 硫酸铁和2mmoL硝酸锰的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离心分 离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成0. 002M 的腐殖酸包覆的铁酸锰磁共振成像造影剂。实施例9 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧 瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有4mmoL 硫酸铁和2mmoL硫酸锰的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离心分 离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成0. 05M的 腐殖酸包覆的铁酸锰磁共振成像造影剂。实施例10 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的500mL三口烧 瓶中，加入250mL超纯水，2g腐殖酸，2g氢氧化钠，升温至100°C，立即加入25mL溶有20mmoL三氯化铁和IOmmoL氯化锰的超纯水溶液，100°C回流反应2小时后降温至室温，产物经离心 分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于葡萄糖注射液中，配成 0. 05M的腐殖酸包覆的铁酸锰磁共振成像造影剂。实施例11 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧 瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g富里酸钠，IOmL浓氨水，升温至80°C，立即加入5mL溶有4mmoL 硫酸铁和2mmoL氯化钴的超纯水溶液，80°C保温反应3小时后降温至室温，产物经离心分 离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于超纯水中，配成0. 05M的富 里酸包覆的铁酸钴磁共振成像造影剂。实施例12 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口 烧瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有 4mmoL硫酸铁和2mmoL醋酸钴的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离 心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经半透膜渗析方法分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 005M的腐殖酸包覆的铁酸钴磁共振成像造影剂。实施例13 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的250mL三口 烧瓶中，加入IOOmL超纯水，0. 6g富里酸钾，20mL浓氨水，升温至85°C，立即加入IOmL溶有 8mmoL三氯化铁和4mmoL醋酸锌的超纯水溶液，85°C保温反应2小时后降温至室温，产物经 离心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 05M的富里酸包覆的铁酸锌磁共振成像造影剂。实施例14:在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的250mL三口 烧瓶中，加入IOOmL超纯水，0. 6g富里酸钾，20mL浓氨水，升温至85°C，立即加入IOmL溶有 8mmoL三氯化铁和4mmoL氯化锌的超纯水溶液，85°C保温反应3小时后降温至室温，产物经 离心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 05M的富里酸包覆的铁酸锌磁共振成像造影剂。实施例15 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的250mL三口 烧瓶中，加入IOOmL超纯水，0. 6g腐殖酸钾，20mL浓氨水，升温至85°C，立即加入IOmL溶有 8mmoL硝酸铁和4mmoL氯化镍的超纯水溶液，85 °C保温反应1小时后降温至室温，产物经 离心分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 05M的腐殖酸包覆的铁酸镍磁共振成像造影剂。实施例16 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧 瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有4mmoL 硝酸铁和2mmoL硫酸镍的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离心分 离，用超纯水洗涤3 5遍，再经硅胶层析柱分离纯化后，分散于生理盐水中，配成0. 05M的 腐殖酸包覆的铁酸镍磁共振成像造影剂。实施例17 在一个带有机械搅拌，回流冷凝管，控温仪和氩气保护的IOOmL三口烧瓶中，加入50mL超纯水，0. 3g腐殖酸钠，IOmL浓氨水，升温至70°C，立即加入5mL溶有4mmoL 柠檬酸铁和2mmoL醋酸镍的超纯水溶液，70°C保温反应2小时后降温至室温，产物经离心 分离，用超纯水洗涤3 5遍，再经半透膜渗析方法分离纯化后，分散于生理盐水中，配成 0. 005M的腐殖酸包覆的铁酸镍磁共振成像造影剂。
权利要求
一种纳米磁共振成像造影剂，其特征在于造影剂由外水相和分散在其中的经腐殖酸类物质修饰的超顺磁铁酸盐纳米晶组成。
2.根据权利要求1所述的纳米磁共振成像造影剂，其特征在于，外水相为适宜于注射 的缓冲溶液，为生理盐水、葡萄糖注射液或超纯水中的一种，其中优选生理盐水。
3.根据权利要求1所述的纳米磁共振成像造影剂，其特征在于，腐殖酸类物质为一类 由芳香族及其多种官能团构成的天然高分子有机物，包括富里酸、富里酸盐、腐殖酸或腐殖 酸盐中的一种，其中优选腐殖酸。
4.根据权利要求1所述的纳米磁共振成像造影剂，其特征在于，超顺磁铁酸盐纳米晶 为铁酸锰、铁酸钴、铁酸锌、铁酸镍、四氧化三铁或三氧化二铁纳米晶中的一种，其中优选四 氧化三铁纳米晶。
5.根据权利要求1 4所述的任意一种纳米磁共振成像造影剂的制备方法a.在反应釜中，加入质量百分比为0.2% 5%的碱溶液；b.加入一定量的腐殖酸类物质，形成腐殖酸类物质质量百分比为0. 2%的溶液；c.反应釜升温至70 100°C，加入可溶性三价铁盐和可溶性二价金属盐溶液；d.将反应釜在70 100°C保温反应，冷却后将反应器中溶液离心、洗涤、分离得到纯化 的腐殖酸类物质包覆的磁性纳米晶；e.将纯化后的腐殖酸类物质包覆的磁性纳米晶分散于外水相中，配成0.001 0. 5M的 造影剂注射液。
6.根据权利要求5所述的纳米磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，可溶性三 价铁盐为硝酸铁、三氯化铁、硫酸铁或柠檬酸铁中的一种，其中优选三氯化铁；所述的可溶 性二价金属盐为硝酸锰、硫酸锰、醋酸锰、氯化锰、硝酸钴、醋酸钴、氯化钴、硝酸锌、硫酸锌、 醋酸锌、氯化锌、硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍、硫酸亚铁或氯化亚铁中的一种，其中优选 硫酸亚铁。
7.根据权利要求5所述的纳米磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，步骤c中可 溶性三价铁盐为0. 02 0. 5M ；可溶性二价金属盐溶液为0. 01 0. 25M。
8.根据权利要求5所述的纳米磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，步骤c中 三价铁盐与二价金属盐的摩尔比为2，腐殖酸类物质的质量为三价铁盐的质量的10% 60%。
9.根据权利要求5所述的纳米磁共振成像造影剂的制备方法，其特征在于，步骤d中采 用硅胶层析柱过柱或采用半透膜渗析方法分离得到纯化的腐殖酸类物质包覆的磁性纳米品。
10.根据权利要求1 4所述的任意一种纳米磁共振成像造影剂在人体和/或动物的 肝、脾部磁共振成像造影中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种纳米磁共振成像造影剂及其制备方法。造影剂由外水相和分散于其中的经腐殖酸类物质修饰的超顺磁铁酸盐纳米晶组成。超顺磁铁酸盐纳米晶采用化学共沉淀法合成，粒径15～30纳米。纳米晶经纯化后分散于外水相中，得到可静脉注射的造影剂。造影剂可稳定两年以上。该造影剂毒性低，生物相容性好，在血液中的半衰期达30～60分钟，时间窗口大，且饱和磁化强度大。该造影剂经静脉注射，被肝、脾组织内的网状内皮系统吸收，聚集在肝、脾组织内，缩短T2驰豫时间。在T2像中，正常肝、脾组织的信号明显降低，而肿瘤或病变组织的信号无明显变化，提高病灶与正常组织的成像对比，可用于早期诊断肝、脾组织的微小肿瘤等病变。
文档编号A61K49/06GK101829339SQ20091004281
公开日2010年9月15日 申请日期2009年3月9日 优先权日2009年3月9日
发明者万强, 周建大, 周春姣, 容鹏飞, 张声旺, 张文杰, 王维, 邹炳锁 申请人:湖南大学