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用于磁共振成像诊断肿瘤的基于氧化铁磁性纳米粒子的制剂的制备方法

技术摘要:
本发明涉及化学领域,更具体地,涉及合成基于氧化铁磁性纳米粒子的制剂的方法,所述氧化铁磁性纳米粒子可在医学中用作肿瘤的磁共振成像(MRI)的造影剂。该方法包括以特定模式制备乙酰丙酮铁(III)的苯甲醇溶液,然后用人血清白蛋白和/或牛血清白蛋白涂覆磁性纳米粒子,并  全部
背景技术:
通过本文公开的本发明所解决的技术课题是提供一种合成血清白蛋白稳定的白 蛋白磁性纳米粒子的方法,所述白蛋白磁性纳米粒子在肿瘤的MRI可视化中适合作为造影 剂。 5 CN 111601622 A 说 明 书 4/7 页 本文公开的本发明的技术结果是可以合成具有高达20nm的初始流体动力学尺寸 (在HSA/BSA稳定之前)的磁性纳米粒子和具有高达50nm的HSA/BSA稳定的纳米粒子(小球), 由于在初始磁性纳米粒子的合成过程中改变了乙酰丙酮铁(III)溶液在苯甲醇中沸腾的方 式,因此沸腾时间在4h内。沸腾超过4小时会导致磁性纳米粒子表面发生不可逆的老化过 程,从而阻碍其在水中的溶解和HSA在其表面的吸附。 使用本文要求保护的方法获得的制剂通过改善在MRI过程中注射入肿瘤中的制剂 的渗透性来提高肿瘤的MRI可视化效率。这使得能够有效地穿透肿瘤组织的有缺陷的血管 的孔。 通过使用MRI肿瘤诊断制剂合成方法来获得所述技术结果,该方法包括在浓度为 75-200g/l苯甲醇中制备乙酰丙酮铁(III)溶液,然后在惰性气流中加热至苯甲醇沸点4- 8h,并将所述溶液沸腾30min至4h,以得到悬浮液,冷却该悬浮液,用极性有机溶剂洗涤以获 得Fe3O4氧化铁纳米粒子,然后用人血清白蛋白和/或牛血清白蛋白包覆,通过与戊二醛的分 子间交联来稳定所得涂层。 为了用人血清白蛋白和/或牛血清白蛋白包覆,将纳米粒子溶于pH值为10-11的水 中至2-8mg/ml的浓度,然后在所得溶液中加入以1:1体积比的HSA和/或BSA(即HSA和/或BSA 浓度为4-16mg/ml的水溶液形式),并进行透析。 在通过分子间交联使涂层稳定之后,通过超滤和过滤灭菌再将溶液从副产物中清 除。可以使用孔径为100-300kDa的过滤器实现超滤。 在本发明的优选实施方案中,以恒定速率进行加热。 所述极性有机溶剂可以选自由水溶性脂族单原子醇、丙酮、酮类和腈组成的组。所 述水溶性脂族单原子醇可以选自由乙醇、甲醇或丙醇组成的组,所述酮类可以是例如丙酮 或丁酮-2,所述腈可以是例如乙腈。 洗涤溶液直至除去痕量苯甲醇。在本发明的具体实施方案中,可以按照至少等于 悬浮液体积的部分进行洗涤至少3个循环。另外可以通过离心沉降来实现洗涤。 使用本文要求保护的方法获得的制剂可以是溶液或冻干剂的形式。 对于肿瘤的MRI诊断,在以提供T1和T2加权的方式注射所述制剂之前,对物体(人 或动物)进行MRI研究,然后以铁浓度1-10mg/kg体重的量静脉内注射制剂,然后以提供T1和 T2的方式在制剂注射后2小时内再次进行MRI可视化,然后比较制剂注射前后在MR图像的可 视化区域中的强度。如果确定了低强度区域,则可以得出关于肿瘤存在的结论,并概述肿瘤 的范围。 本文要求保护的方法允许减少获得基于其的磁性纳米粒子和造影剂所需的时间, 即带有白蛋白的磁性纳米粒子,其由尺寸小于50nm的聚集体(纳米粒子)的存在所指定。这 简化了造影剂制造技术,特别是通过排除凝胶过滤阶段(与对应物技术相比)简化了造影剂 制造技术。与要求长达46小时的现有技术方法相比,本文要求保护的造影剂合成方法需要 5-6h至10h。此外,由于化学键合,在其他引用的著作中公开的技术不能提供与磁性纳米粒 子化学键合的稳定白蛋白混合物。本发明的另一个优点是,与其他已知的在肝脏中积累的 制剂不同(Majumdar  S,Zoghbi  SS,Gore  JC.大鼠中超顺磁性氧化铁MR造影剂的药代动力 学(Pharmacokinetics  of  superparamagnetic  iron-oxide  MR  contrast  agents  in  the  rat)Invest  Radiol.1990;25:771-777),本发明要求保护的制剂在注射后数小时内通过肾 6 CN 111601622 A 说 明 书 5/7 页 脏排泄,因此本文避免了制剂注射的副作用。另外,本文要求保护的制剂以冻干物的形式在 储存期间稳定一年,并且可以在保留所有参数的同时重新悬浮。 附图简要说明 将通过附图进一步说明本发明,其中 图1显示了使用要求保护的方法获得的氧化铁纳米粒子的显微照片,其中所述显 微照片是在透射电子显微镜下获得的; 图2显示了在苯甲醇中沸腾30min后获得的磁性纳米粒子的流体动力学尺寸的数 据; 图3显示了在苯甲醇中沸腾1h后获得的磁性纳米粒子的流体动力学尺寸的数据; 图4显示了在苯甲醇中沸腾4h后获得的磁性纳米粒子的流体动力学尺寸的数据; 图5显示了在苯甲醇中沸腾20h后获得的磁性纳米粒子的流体动力学尺寸的数据; 图6显示了在注射基于使用所要求保护的方法获得的氧化铁磁性纳米粒子的制剂 之前大鼠C6中脑肿瘤的MRI图像(A)和在注射基于使用所要求保护的方法获得的氧化铁磁 性纳米粒子的制剂之后5min的大鼠C6中脑肿瘤的MRI图像; 图7显示了在注射基于使用所要求保护的方法获得的氧化铁磁性纳米粒子的制剂 之前肝脏RS-1的粘液癌的MRI图像(A)和在注射基于使用所要求保护的方法获得的氧化铁 磁性纳米粒子的制剂之后5min的肝脏RS-1的粘液癌的MRI图像; 图8显示了在注射基于使用所要求保护的方法获得的氧化铁磁性纳米粒子的制剂 之前小鼠乳腺癌的MRI图像(A)和在注射基于使用所要求保护的方法获得的氧化铁磁性纳 米粒子的制剂之后5min的小鼠乳腺癌的MRI图像(B)。 发明实施方式 优选地,实现获得用作在肿瘤的MRI诊断中的造影剂的Fe3O4氧化铁纳米粒子的方 法如下。 以下公开的是本发明的详细描述,其显示了组分含量的特定定量参数以及用于获 得磁性纳米粒子的方法和用于MRI诊断的制剂的参数;然而,该描述并不将本发明的可能实 施方案限制于本文中所指定的值/参数,仅旨在说明其实现提供所要求保护的结果的可能 性。 为了合成,制备浓度为75-200g/l的乙酰丙酮铁(III)的苯甲醇溶液。将浓度为75- 200g/l的乙酰丙酮铁(III)的苯甲醇溶液在惰性气流中加热到溶剂沸点4-8h,优选6h,再煮 沸30min至4h。将反应混合物冷却至室温,离心以从溶液中分离出纳米粒子残余物,用丙酮/ 乙醇或甲醇、或丙醇/乙腈洗涤,并在溶剂蒸发后获得氧化铁磁性纳米粒子。 将磁性纳米粒子(80±20mg)在20ml蒸馏水中稀释,加入500μl  1MNaOH以产生碱性 介质,并搅拌溶液以除去残余物。然后加入人血清白蛋白/牛血清白蛋白溶液(在20ml水中 160±50mg)。将所得混合物搅拌15min,随后用0.22-0.45孔径注射过滤器过滤除去大颗粒 聚集体。然后向混合物中加入500-1500μl的25%戊二醛水溶液。将反应混合物在持续搅拌 下培育10-60min,加入0.5-2ml  3M甘氨酸溶液,并进一步搅拌30min至2h。然后向反应混合 物中加入0.5-4ml  NaBH4(10mg/ml),培育30min至4h。 过剩的低分子量物质和游离的HSA分子可通过在磷酸盐/盐缓冲溶液中在离心过 滤器中洗涤除去,球形蛋白允许边缘为100-1000kDa。 7 CN 111601622 A 说 明 书 6/7 页 如上所述获得的纳米粒子将溶解在pH值为10-11的蒸馏水中,并且当用人血清白 蛋白覆盖时,它们形成由结晶磁性氧化铁核和人血清白蛋白壳组成的纳米粒子,其总尺寸 在40nm以内。 用动物进行胶质瘤或其他肿瘤实验设置进行实验。为了使动物中的胶质瘤可视 化,将动物置于MRI装置中,并以T2或T2*加权模式进行MR扫描。然后给动物静脉内注射HSA 稳定的磁性纳米粒子溶液。注入的磁性纳米粒子剂量具有减少铁浓度为12,010mg/kg。在 Bruker  Clinscan  7T断层扫描仪上进行MRI扫描。静脉注射后0-24h以T2或T2*加权模式进 行MRI扫描。 使用直径小于50nm的纳米粒子进行MRI诊断的优势在于,由于纳米粒子(小球)的 尺寸较小,在血液中纳米粒子(小球)循环的时间增加,从而可以在不增加注射剂量的情况 下实现高效可视化。此外,由于促血管生成因子的过表达(hyperexpression)导致血管网络 加速生长,因此肿瘤血管具有较高的穿透性和保留能力。血管中形成的孔的尺寸为50- 200nm,只有直径小于50nm的纳米粒子才能有效地穿过这些孔进入肿瘤组织。 实施例1.Fe3O4磁性纳米粒子的合成。 在搅拌的同时,将10.5g乙酰丙酮铁(III)和220g苯甲醇加热至50-70℃1h。加热速 率为25℃/h。反应混合物温度达到沸点后30min停止加热。将反应混合物冷却至室温并加入 90ml丙酮,并通过在900g下离心19min使纳米粒子沉降。 实施例2-5.Fe3O4磁性纳米粒子的合成。 如以上实施例1中所述合成磁性纳米粒子,不同之处在于用甲醇、乙醇、丙醇、丁 醇-2或乙腈代替丙酮。 实施例6.HSA/BSA包覆的Fe3O4磁性纳米粒子的合成。 20氧化铁磁性纳米粒子中加入5ml蒸馏水,调节至pH值为11并搅拌直至完全溶解。 然后在相同的pH值下加入5ml浓度为8mg/ml的HSA/BSA水溶液。将得到的混合物在室温不断 搅拌下培育15min,并通过0.2-0.5μm的孔滤器过滤。向分别具有4mg/ml和2mg/ml浓度的蛋 白质和Fe3 的20mg所得溶液中加入250μl的1M碱,然后逐滴加如230μl的25%戊二醛水溶液。 将所得混合物在搅拌下培育15min,然后加入250μl的3M甘氨酸水溶液(pH9.2)并培育1h。然 后向该溶液中加入332μl硼氢化钠的10mg/ml磷酸盐/盐缓冲溶液,并培育2h,然后将反应混 合物用缓冲溶液洗涤并测量铁浓度。 实施例7.大鼠C6实验性脑肿瘤的MRI可视化。 用具有胶质瘤C6或另一类型肿瘤的实验模型的动物进行实验。为了在动物中可视 化胶质瘤,将动物放置在MRI装置中,并使用以下参数在T2*加权模式下进行MR扫描:TE/TR =19/50ms,切割厚度0.5mm,FOV=30mm,分辨率256/176。然后给动物静脉内注射HSA稳定的 磁性纳米粒子溶液。注射磁性纳米粒子剂量中铁离子浓度减至为5mg/kg。MRI扫描是在 Bruker  Clinscan  7T断层扫描仪上进行。静脉注射后5min以T2*加权模式进行MRI扫描,参 数如下:TE/TR=19/50ms,切割厚度0.5mm,FOV=30mm,分辨率256/176。 在根据实施例1-5的实验过程中获得的纳米粒子的尺寸在10nm以内(图1)。 沸腾时间的增加导致纳米粒子的尺寸从7.5nm逐渐增加到50nm(图2-5)。 此外,在将磁性纳米粒子注射到具有实验性肿瘤的动物中后,随后的MRI可视化允 许可视化多种类型的肿瘤,包括小鼠4T1中的脑胶质母细胞瘤C6、肝脏RS-1的粘液癌和乳腺 8 CN 111601622 A 说 明 书 7/7 页 腺癌(图6-8)。 9 CN 111601622 A 说 明 书 附 图 1/4 页 图1 图2 10 CN 111601622 A 说 明 书 附 图 2/4 页 图3 图4 11 CN 111601622 A 说 明 书 附 图 3/4 页 图5 图6 12 CN 111601622 A 说 明 书 附 图 4/4 页 图7 图8 13
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