Na多核磁共振分子成像探針及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種納米分子成像探針及其制備方法，特別涉及一種用于肺癌診斷及分型的多核磁共振分子成像探針及其制備方法。屬于醫學診斷技術領域。
【背景技術】
[0002]肺，位于胸腔內，是用來呼吸的內臟，是氣體交換的場所。肺癌是最常見的肺原發性惡性腫瘤，絕大多數肺癌起源于支氣管粘膜上皮，故亦稱支氣管肺癌。肺癌位置深在，處于含氣肺組織之中。以分子靶點(基因、蛋白)多態性及細胞表觀遺傳學差異為依據的腫瘤分子分型，直接關系到腫瘤分子靶向治療方案的選擇，可以減少盲目性，增加針對性。經呼吸道途徑遞送分子成像探針進行肺癌分子成像具有眾多優勢:①能夠通過呼吸系統使探針直接作用到肺部，可避免許多生物屏障對其的阻礙、降解、代謝等作用，給藥直接。可以直接進入肺癌微小病灶。②給藥方便，能隨時停止，避免探針注入過量。而且，③探針能夠透過黏膜下毛細血管直接進入體循環，避免胃腸道酶和酸的降解作用及肝首過效應。此外，④肺黏膜上的酶活性低，探針所攜載的生物分子或藥物等不易被降解破壞。而目前傳統的成像對比劑及分子成像探針主要是以靜脈注射型為主，因此，如能根據肺癌所在的解剖結構位置特點開發出可通過呼吸道途徑遞送的分子成像探針將為改變肺癌的診療現狀帶來希望。
[0003]磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)有極好的軟組織穿透力、軟組織對比分辨率高、可多參數成像、無需重建的任意斷面成像、無骨偽影、無放射線損傷，MRI對葉及葉以上支氣管管壁增厚及官腔狹窄可以做出明確診斷。對于CT平掃較難區分的腫塊和繼發性肺不張，MR在鑒別肺癌與繼發性改變方面有較大優勢。而對于較大結節或腫塊，MRI能較好的顯示病灶的形態學特征，對于病灶內部結構如空泡、空洞、細支氣管的顯示也與CT相仿，在判斷胸膜凹陷是否存在、位置、形態及內容物方面都明顯優于CT，重要的是MRI除常規掃描方法外，尚具備彌散成像、波譜分析、功能成像等技術可用于顯示病變的功能信息。綜上，MRI用于肺實質成像具有眾多優勢，MRI優秀的軟組織顯示能力，多序列以及功能成像的特點可以幫助更好的捕獲肺癌病變的組織學特性，但是在臨床實際檢查中，對于肺部疾病的診斷，往往傾向于使用PET、CT或PET-CT聯用，較少使用MRI，究其原因，以往因受肺實質質子密度低，呼吸運動及心臟搏動偽影等因素影響，早期僅局限于對縱膈淋巴結，胸壁和胸膜病變的研究，肺部成了磁共振成像的“禁區”。但是，隨著MRI成像技術的發展，快速成像序列的開發，聯合并行采集技術，呼吸和心電門控的應用，磁共振肺部成像質量得以穩定的提高，國內外研究已越來越關注MRI在肺實質成像方面的應用。但MRI的不足之處在于其檢測靈敏度低，因此，開發新型經呼吸道途徑遞送的MRI分子成像探針，直接作用于肺癌病灶，可提高MRI檢測靈敏性，充分發揮MRI的高分辨解剖學特性，將成為肺癌分子影像領域研究有力和強大的工具。
[0004]全氟化碳(Perf luorocarbon，PFC)是一種優異的MRI成像對比劑。F是位于氫后最適于MR成像的原子核，盡管其靈敏性相當于氫的83%，但生物體中大量氫質子的存在使得1H-MRI的本底信號高，而正常體內含氟成分很少，在體內研究中引進氟成像探針測定時無本底信號干擾，這使得19F-MRI技術靈敏度高并可直接測定目標組織或器官中的探針及其代謝產物水平，并能對代謝過程進行無損動態觀察。全氟化碳安全無毒，可被用作血液替代品，因此具有良好的安全性、高度的特異性(探針本身本底信號低)、適宜的半衰期，代謝途徑為通過肺排除體外，因此，適宜于肺部磁共振成像研究。特別地，全氟化碳沸點低，化學性質穩定，具有良好的呼吸氣體運載能力，每10mL PFC中O2的溶解量約為49?55mL，是血液溶解量的2倍;CO2溶解量為160?2 1mL。PFC對氣體溶解和釋放快，對O2、CO2的溶解和釋放時間分別是血紅蛋白的1/3和1/7 WFC的上述特性對改善氧合和肺內氣體交換具有直接的促進作用，顯示了其用作經呼吸道遞送成像對比劑和分子成像探針的良好潛力。
[0005]綜上，全氟化碳是一種出色的19F-MRI成像對比劑，其自身的物理化學性質顯示了它經呼吸道途徑遞送的巨大潛力，但是使用全氟化碳作為經呼吸道遞送納米分子成像探針用于肺癌病灶的檢出及分子分型在國際上還史無前例。開發出新型經呼吸道途徑遞送的肺癌成像對比劑和分子成像探針，將有望為肺癌精確成像和新型診療模式領域打開一個新的突破口，具有重大的理論和實際意義，極具臨床轉化價值。
[0006]本發明顛覆傳統的利用氫質子(單核)成像的磁共振成像對比劑，設計出一種全新的、經呼吸道遞送的1H-19F-23Na(多核)磁共振納米分子成像探針，提出將1H、19F、23Na三種與人體活動息息相關的元素整合到一起，成像時不但具備各自的優勢，更能利用這種多核分子成像探針，多角度分析疾病，達到多核同步動態MRI成像目的。
[0007]因為1H質子擁有很高的磁敏感性并且大量的存在于人體組織內，比較容易獲取高質量的解剖圖像，所以被當做磁共振的首選質子。通過后續的研究，人們發現能夠進行核磁共振成像的不僅只有1H質子，例如19F，31P等自旋量子數為1/2的原子也具備進行核磁共振成像的能力。
[0008]以下簡單介紹19F，23Na這兩種原子核成像的優勢:
[0009]19F核的特性以及在磁共振研究中的優點:
[0010](I)19F核的自旋量子數是1/2，在自然界的豐度100%，19F核在匪R中具有很高的靈敏度，是1H靈敏度的83 %，具有較強的偶極稱合作用。。
[0011](2)在天然蛋白質中沒有19F核的存在，因此沒有背景信號的干擾，對在活體情況下分析蛋白質復合物具有重要意義。
[0012](3)受順磁特性的影響，19F對局部的范德華力和電場作用力非常敏感。同時，19F的化學位移對周圍環境非常敏感，H2O和D2O的不同介質條件，能夠使19F的化學位移發生變化。
[0013](4)19F的化學位移范圍比1H要寬100倍，加上19F核的高靈敏度使得19F在一維譜中具有很好的分辨率。
[0014](5)—維19F譜可用于研究低濃度蛋白質，比多維1H譜的采樣時間短得多。
[0015](6)較寬的化學位移有助于研究蛋白質的動力學，因為頻域譜被拓展到很寬的范圍，有利于檢測弱的結合作用、折疊過程、酶的動力學和構象變化以及相關的物理和熱力學特性。
[0016](7)加入順磁物質能夠增加19F化學位移對微環境的敏性感。水溶性或疏水性的順磁探針可以用于研究拓撲學信息，如溶劑暴露和疏水性分析。
[0017](8) 19F的摻入對蛋白質的結構擾動很小，19F的范德華半徑只比1H大20%。
[0018]23Na核的特性以及在NMR研究中的優點:
[0019]23Na是活體組織第二高MR信號，然而自由Na+只能得到在MRS觀察到自由離子所引起的一條線，幾乎不能提供什么信息。另外，強大的23Na共振允許進行快速的MR成像。能夠觀察到細胞內/外弛豫時間的差異，目前臨床上可以根據這一差異分析鈉-鉀栗的相關信息。23Na-MRI的成像原理是根據鈉分布影像來顯示蛋白多糖崩解，由于鈉大量存在于活體組織中，故鈉成像在腦組織和軟骨組織中廣泛使用。粘蛋白多糖的丟失導致FCD降低，從而釋放Na+，可以用Donnan equilibrium法計算。23Na-MRI可以應用于軟骨病變的監測。但是鈉成像需要較高場強，現多在3-4T的設備上完成，需要特殊的空間傳輸和接收線圈，用較長掃描時間來獲得足夠高SNR。
[0020]無論是1H,還是19F，23Na都有其診斷疾病的側重點和獨特優勢。本發明設計出來的1H-19F-23Na多核磁共振分子成像探針，擁有這些原子核的單核檢測的優勢，在此基礎上還能夠進行多核成像，為疾病診斷提供豐富的多維信息。
【發明內容】
[0021]本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種經呼吸道遞送納米1H-19F-23Na多核磁共振分子成像探針及其制備方法。
[0022]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術手段:
[0023]本發明中經呼吸道途徑遞送的多核磁共振分子成像探針為核殼型結構，尺寸為納米級，表面為負電性，白色乳液狀液體。
[0024]首先制備脂質表面活性劑混合物，所述表面活性劑可以包括雞蛋卵磷脂，DPPE，DPPG，DPPC等等，為了提尚此納米探針的多功能特性，還可以在所述的表面活性劑的表面整合Gd，以及用于光學成像的組件，例如各種熒光染料。準確稱量這些脂質表面活性劑，用氯仿或者氯仿與甲醇的混合溶劑進行溶解，將溶解的表面活性劑通過旋轉蒸發儀蒸干，之后在40°C真空烘箱中過夜烘干。通過機械分散或超聲震蕩的方式分散于一定量的水中，然后加入鈉鹽，全氟化碳物質，甘油，在高壓勻質機中混合4min，去除掉未有效包覆的表面活性劑及其他組分后制成1H-19F-23Na多核磁共振分子成像探針。1H-19F-23Na多核磁共振分子成像探針中的每一種原子核都有其在生理診斷方面獨特的優勢。
[0025]具體的，本發明的一種經呼吸道遞送的納米1H-19F-23Na多核磁共振分子成像探針，是通過以下方法制備得到的:
[0026](I)將一種或幾種表面活性劑均勻混合，用氯仿或者氯仿與甲醇的混合溶劑進行溶解，將溶解的表面活性劑通過旋轉蒸發儀蒸干，之后在40°C真空烘箱中過夜烘干，最后通過機械分散或超聲震蕩的