CN101711881B - 含钆大分子磁共振血管造影剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含钆大分子磁共振血管造影剂及其制备方法。本发明的易降解钆(III)大分子磁共振血管造影剂，是钆配合物与无机双金属氢氧化物的插层复合物，平均粒径17-34nm。该造影剂是将易生物降解的双金属氢氧化物(LDHs)作为主体材料，通过插层反应实现含钆配合物与双金属氢氧化物的纳米复合，并由反相微乳体系控制无机大分子产物粒径在血管内造影剂要求范围内，其纵向弛豫效率r₁为7.5mM^-1s^-1，横向弛豫效率r₂为10mM^-1s^-1，比自由二乙三胺五乙酸钆(Gd-DTPA)分别提高了2倍和3倍，同时因双金属氢氧化物的缘故，该大分子复合物通过简单处理，可以降解成无机离子和小分子钆配合物，从而解决钆(III)大分子磁共振血管造影剂降解慢、钆清除困难的问题。

Description

含钆大分子磁共振血管造影剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁共振血管造影剂及其制备方法，特别是一种易降解的含钆大分子磁共振血管造影剂及其制备方法。

技术背景

磁共振血池造影剂(或称磁共振血管造影剂)是一类不易通过健康血管内壁，能稳定地缩短周围组织纵向弛豫时间(T₁)，并以能血管成像为特点的大分子物质，在辅助敏锐检测，获得有关组织癌变及心血管***疾病的信息方面具有巨大的潜力。除此以外，由于大分子复合物多具有弛豫效率明显增强的特点，意味着用大分子复合物作造影剂，在获得同等弛豫效率时可以使用更少的剂量。

大量的研究集中在设计含钆的大分子复合物血池造影剂方面。从最初的天然大分子衍生物类钆血池造影剂，如将配合物Gd-DTPA(二乙三胺五乙酸钆)与清蛋白通过共价键相连制备的大分子复合物(Invest.Radiol.22(1987)665-671)；到合成大分子类钆血池造影剂，如聚氨基酸、树枝状高聚物等与含钆的配合物键合而成的大分子复合物(Bioconjugate.Chem.1(1990)65-71，J.Magn.Reson.Imaging 4(1994)462-466)；再到以脂质体等胶体包覆钆配合物制备的大分子钆复合物(Radiology 171(1989)77-80)和近年来的靶向大分子钆复合物，如单克隆抗体与聚L赖氨酸-二乙三胺五乙酸钆(PLL-Gd-DTPA)的复合物(Invest.Radiol.28(1993)789-795)。每一步的发展都对含钆大分子物质作为血池造影剂的机理认识做出了巨大贡献。

但到目前为止，限制此类钆大分子造影剂进一步临床应用的最大问题在于，因钆的不完全清除而引起的蓄积毒性问题。如上述提到的第二代聚丙烯亚胺树枝状聚合物类钆血池造影剂，注入人体后14天仍有高达45％的残留(Invest.Radiol.38(2003)662-668)。除了钆蓄积问题，还有一些钆大分子复合物，其自身结构就能引起机体的毒性反应，如天然大分子衍生物的免疫毒性反应等(Invest.Radiol.26(1991)1035-1040)。

设计具有大分子复合物血管成像的特性，同时兼顾已通过临床批准的小分子钆配合物安全性的含钆大分子复合物，是含钆磁共振血池造影剂的发展方向。这方面，也有了一些初步的尝试，如可生物降解型聚合物造影剂等(Magn.Reson.Med.51(2004)27-34)。特别需要指出的是，近年来，有尝试采用生物相容性无机粒子制备含钆大分子复合物的，如将二乙三胺五乙酸钆与沸石或介孔硅复合，以显著增强钆配合物弛豫效率的(Chem.Eur.J.820025121-5131)，特别的也有人尝试了双金属氢氧化物(LDHs)与钆配合物的复合(Chem.Eur.J.13(2007)2824-2830)。

尽管上述无机复合物粒径还较大，不能满足血池造影剂对粒子尺寸的要求(尽管因为粒子电荷、构型、极性、亲脂亲油性的不同会有所不同，磁共振血池造影剂粒径一般需控制在6-50纳米)，但与以往不同的是，生物相容性无机粒子，其最大的优势在于能很好的解决钆大分子复合物的安全性问题。如无机物双金属氢氧化物，是具有低细胞毒性的生物相容性无机材料，可作为注射用药物的载体，最为重要的是已有报道证明双金属氢氧化物可以通过简单的处理，只要使环境酸度达到pH4-5时，就可以逐渐分解成镁(Mg)、铝(Al)等无机离子，而使原来的大分子物质得以降解。这有利于在测试结束后，将大分子物质快速代谢而排除体外，以减少钆的蓄积。

发明内容

本发明的目的之一在于提供了一种易降解的含钆大分子磁共振血管造影剂。

本发明的目的之二在于提供该血管造影剂的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含钆大分子磁共振血管造影剂，其特征在于该造影剂以层状无机双金属氢氧化物为主体材料，钆配合物与层状无机双金属氢氧化物经过插层反应形成的纳米复合物，其中钆的质量百分含量为0.17％～6.60％。

上述的造影剂的平均粒径为17～34nm。

上述的层状无机双金属氢氧化物的结构通式为：[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O，其中M²⁺为：Mg²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺；M³⁺为：Al³⁺或Fe³⁺；A为金属M²⁺盐和M³⁺盐对应的阴离子形成的层间阴离子，n为A的电荷数，x为每摩尔层状双金属氢氧化物中M³⁺的摩尔分数，m为每摩尔层状双金属氢氧化物中层间结合水的数目。

上述的A为硝酸根离子或氯离子；n＝1～2，x＝0.15～0.35，m＝0.5～6。

上述的钆配合物为二乙三胺五乙酸钆([Gd(DTPA)]^2-)或1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四乙酸钆[Gd(DOTA)]^-。

一种制备上述的含钆大分子磁共振血管造影剂的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将可溶性金属M²⁺盐和M³⁺盐溶解在新沸放冷的高纯水中得到溶液A，并控制M²⁺、M³⁺和H₂O的摩尔比为(10～1)∶1∶(100～10)；

b.将碱溶于新沸放冷的高纯水中得到溶液B，并控制OH-和H₂O的摩尔比为1∶(100～10)；

c.将环己烷、非离子表面活性剂、正己醇和上述溶液A按20∶3∶3∶(6～1)的体积比混合配制成微乳液A，再将环己烷、非离子表面活性剂、正己醇和上述溶液B按20∶3∶3∶(6～1)的体积比混合配制成微乳液B；

d.按1∶1的体积比，将上述微乳液B逐滴滴加入上述微乳液A中，滴加完毕加热至30℃～100℃反应2小时～24小时，得到混合溶液；

e.将钆配合物与上述混合溶液按钆与三价金属盐的摩尔比Gd∶M³⁺＝(1～0.005)∶1的比例混合，继续反应2小时～24小时，得到含钆大分子磁共振血管造影剂；

以上各步反应均在惰性气氛下完成。

上述的钆配合物为：Gd-DTPA或Gd-DOTA。

上述的可溶性金属M²⁺盐和M³⁺盐为硝酸盐或氯化物，其中M²⁺为：Mg²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺；M³⁺为Al³⁺或Fe³⁺。

本发明的含钆大分子磁共振血管造影剂，是钆配合物与无机双金属氢氧化物的纳米复合物，平均粒径17-34nm，粒径分布可以满足磁共振血管造影剂6-50纳米的尺寸要求。纵向弛豫效率r₁为7.5mM^-1s^-1，横向弛豫效率r₂为10mM^-1s^-1，比自由钆配合物纵向弛豫效率和横向弛豫效率分别提高了2倍和3倍。同时因双金属氢氧化物的缘故，该大分子复合物通过简单处理，可以降解成无机离子和小分子钆配合物，从而解决钆大分子磁共振血管造影剂的钆蓄积问题。

本发明提供的制备易降解的含钆大分子血管造影剂的方法，是选用易生物降解的无机双金属氢氧化物为主体材料，通过插层反应实现含钆配合物与双金属氢氧化物(LDHs)的纳米复合，并由反相微乳体系控制无机大分子产物粒径在血管内造影剂要求范围内。

附图说明

图1为实施例一产物的X-ray衍射图。其中曲线a为双金属氢氧化物Mg₂Al(OH)₆NO₃，曲线b为实施例一产物含钆大分子血管造影剂

图2为本发明含钆大分子血管造影剂的TEM图。其中(a)为实施例一的产物，(b)为实施例二的产物，(c)为实施例四的产物。

图3为发明含钆大分子血管造影剂的纵向弛豫效率r₁图，其中曲线a为实施例一的产物，曲线b为实施例三的产物。

图4为发明含钆大分子血管造影剂的横向弛豫效率r₂图。其中曲线a为实施例一的产物，曲线b为实施例三的产物。

具体实施方式

实施例一：小分子钆配合物为二乙三胺五乙酸钆(Gd-DTPA)，双金属氢氧化物为Mg₂Al(OH)₆NO₃。

a.将15.42g Mg(NO₃)₂·6H₂O和7.48g Al(NO₃)₃·9H₂O溶于50mL新沸高纯水，配成溶液A，

b.将5.25g NaNO₃和9.2mL NH₃·H₂O溶于50mL新沸高纯水配成溶液B；

c.取1.5mL溶液A加入含有壬基酚聚氧乙烯醚的有机相，其中有机相中各物质体积比固定为环己烷∶壬基酚聚氧乙烯醚∶正己醇20∶3∶3。

d.取1.5mL溶液B和1.5mL2.0M氨水加入等体积的上述有机相；

e.将含有溶液B的微乳液逐滴滴加入含有溶液A的微乳液中，滴加完毕加热至80℃反应8h。

f.将钆与铝摩尔比0.5∶1的Na₂[Gd(dtpa)H₂O]溶液1.5mL滴加入上述反应体系中，离子交换8h。以上所有反应均在N₂保护且伴随磁力搅拌下完成。

g.反应结束后，4000转每分钟离心，对所得溶胶样的物质反复洗涤数遍，干燥，密封保存。

X-ray衍射测试结果，参见图1，相对纯Mg₂Al(OH)₆NO₃图1(a)，实施例一产物图1(b)，(003)衍射峰从2θ＝10°向小角度偏移至2θ＝6.0°，随着双金属氢氧化物层间的NO₃ ^-被[Gd(dtpa)H₂O]^2-取代，层间距由0.85纳米增加到产物含钆大分子血管造影剂的1.46纳米。产物含钆大分子血管造影剂的粒径由TEM电镜测试照片，参见图2(a)，可以直观得看到，产物含钆大分子血管造影剂的粒径分布在25纳米左右，符合磁共振血池造影剂对粒子尺寸需在6-50纳米的要求。对新鲜制备的含钆大分子血管造影剂测试其纵向弛豫时间T₁和横向弛豫时间T₂(图3曲线a和图4曲线a)，当[Gd(dtpa)H₂O]^2-含量为0.7mM时，室温、磁场强度4.7T下，其纵向弛豫率r₁≈7.6mM^-1s^-1和横向弛豫率r₂≈17mM^-1s^-1，比同等测试条件下自由[Gd(dtpa)H₂O]^2-(r₁＝3.2mM^-1s^-1，r₂＝3.7mM^-1s^-1)，r₁和r₂分别提高了2倍和3倍。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，所不同的是，步骤c、d、f各步骤所加水溶液总体积增加到实施例一的2倍，即在将Na₂[Gd(dtpa)H₂O]溶液加入后，反应体系中各物质体积比，环己烷∶壬基酚聚氧乙烯醚∶正己醇∶水溶液由20∶3∶3∶3增加到20∶3∶3∶6。图2(b)中TEM照片可以看到，实施例二产物复合物粒径增加到48纳米，粒径较大。纵向弛豫效率4.0mM^-1s^-1，横向弛豫效率5.5mM^-1s^-1。

实施例三：本实施例与实施例一基本相同，所不同的是，步骤f调整为加入钆与铝摩尔比1∶1的Na₂[Gd(dtpa)H₂O]溶液，即钆加入量是实施例一的2倍，产物复合物中钆的载入量由实施例一的Gd％＝5.41％，增加到Gd％＝5.94％，但纵向弛豫效率相对实施例一有所下降，为5.9mM^-1s^-1，参见图3曲线b；图4曲线b为其横向弛豫效率。

实施例四：本实施例与实施例一基本相同，所不同的是，步骤f调整为加入钆与铝摩尔比0.4∶1的Na₂[Gd(dtpa)H₂O]溶液。产物钆载入百分比为5.19％，纵向弛豫效率6.9mM^-1s^-1，比实施例一7.6mM^-1s^-1小，产物粒径分布17纳米左右，见图2(c)。

Claims (3)

1.一种含钆大分子磁共振血管造影剂，其特征在于，该造影剂以层状无机双金属氢氧化物为主体材料，钆配合物与层状无机双金属氢氧化物经过插层反应形成的纳米复合物，其中钆的质量百分含量为0.17％～6.60％；所述的造影剂的平均粒径为17～34nm；所述的层状无机双金属氢氧化物的结构通式为：[M²⁺ _1-xM³⁺ _x(OH)₂]A^n- _x/n·mH₂O，其中M²⁺为：Mg²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺；M³⁺为：Al³⁺或Fe³⁺；A为金属M²⁺盐和M³⁺盐对应的阴离子形成的层间阴离子，n为A的电荷数，x为每摩尔层状双金属氢氧化物中M³⁺的摩尔分数，m为每摩尔层状双金属氢氧化物中层间结合水的数目；所述的层状无机双金属氢氧化物中，A为硝酸根离子或氯离子；n＝1～2，x＝0.15～0.35，m＝0.5～6；所述的钆配合物为：二乙三胺五乙酸钆或1，4，7，10-四氮杂环十二烷-1，4，7，10-四乙酸钆。

2.一种制备根据权利要求1所述的含钆大分子磁共振血管造影剂的方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

a.将可溶性金属M²⁺盐和M³⁺盐溶解在新沸放冷的高纯水中得到溶液A，并控制M²⁺、M³⁺和H₂O的摩尔比为(10～1)∶1∶(100～10)；

b.将碱溶于新沸放冷的高纯水中得到溶液B，并控制OH^-和H₂O的摩尔比为1∶(100～10)；

c.将环己烷、非离子表面活性剂、正己醇和上述溶液A按20∶3∶3∶(6～1)的体积比混合配制成微乳液A，再将环己烷、非离子表面活性剂、正己醇和上述溶液B按20∶3∶3∶(6～1)的体积比混合配制成微乳液B；

d.按1∶1的体积比，将上述微乳液B逐滴滴加入上述微乳液A中，滴加完毕加热至30℃～100℃反应2小时～24小时，得到混合溶液；

e.将钆配合物与上述混合溶液按钆与三价金属盐的摩尔比Gd∶M³⁺＝(1～0.005)∶1的比例混合，继续反应2小时～24小时，得到含钆大分子磁共振血管造影剂；

以上各步反应均在惰性气氛下完成。

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