1、Vo137 2016年1月 高等学校化学学报 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES No1 155160 温度和 doi：107503cjcu20150663 pH敏感高分子含钆核磁共振成像 造影剂的合成及性能 刘瑞清 ，梁爽 ，江存 ，徐祖顺 ，徐海波 (1湖北大学有机化工新材料湖北省协同创新中心，武汉430062； 2华中科技大学同济医学院协和医院放射科，武汉430030) 摘要 以_异丙基丙烯酰胺为温度敏感单体，以甲基丙烯酸为pH敏感单体，与三丙烯酸菲洛啉钆进行无皂 乳液聚合，一步合成了具有温度和pH敏感的高分子含钆核磁共振成像(MRI)造影剂
2、(TPRPP)动态光散射 测试结果表明，TPRPP的粒径随温度或pH值的变化而发生较大的改变体外MRI测试结果表明，TPRPP的 横向弛豫时间( )的加权弛豫率约为113 L(mmol8)，为临床造影剂Magnevist的26倍体内MRI结 果表明，TPRPP在肝和脾中具有明显的正增强效果研究结果表明，TPRPP是一种优异的多功能MRI造影 剂，具有极大的临床研究价值 关键词 温度和pH敏感高分子；核磁共振成像；无皂乳液聚合；钆造影剂 中图分类号0633 文献标志码A 近年来，核磁共振成像(MRI)在临床诊断中应用广泛，尤其在癌症和肿瘤的检测上具有独特的优 势为了能更精确地分辨病变组织，造影剂
3、是不可或缺的目前，低分子量的含钆配合物如Magne vist，Omniscan和D0tarem等由于具有低毒性和高稳定性成为临床仅有的一类MRI造影剂但此类 造影剂具有体内循环时间短、弛豫率低和用量大等缺点 功能高分子改f生的含钆MRI造影剂不仅能 有效地克服上述小分子造影剂的缺点，同时还能赋予其特殊的功能，如pH敏感性 、靶向性 和载 药性 等其中，环境敏感高分子改性的含钆MRI造影剂由于在药物的可控释放中具有重要的应用而 受到广泛关注由于病变组织具有较低的pH值和较高的温度 ，可作为有效的控制条件来调控药物 的释放，因而pH或温度敏感高分子含钆MRI造影剂备受关注 目前，合成pH或温度敏感
4、高分 子含钆MRI造影剂的方法主要是先合成能与钆离子配位的高分子，再与钆离子配位形成高分子含钆 MRI造影剂 1 这类合成方法至少需要经过两步反应，比较繁琐；此外，直接配位在高分子上的 钆离子容易脱离母体，使合成的pH或温度敏感高分子含钆MRI造影剂具有潜在的生物毒性 “J 如果先将钆离子和不饱和单体反应生成含钆的单体，再与pH或温度敏感单体共聚合，既能减少合成 步骤，又可以使钆离子在聚合中固定在高分子网络中，对钆离子进行多重固定，减小了钆离子脱离高 分子母体的机率由此可见，开发一种简单易行且能一步合成温度和pH敏感的高分子含钆MRI造影 剂的聚合方法具有重要意义和迫切需要 本文以异丙基丙烯酰
5、胺(NIPAM)为温度敏感单体，甲基丙烯酸(MAA)为pH敏感单体，与三丙 烯酸菲洛啉钆Gd(AA) phenH O进行无皂乳液聚合，一步合成了具有温度和pH敏感的含钆高分 子MRI造影剂(TPRPP)，研究了TPRPP的pH和温度敏感性、稳定性、生物毒性及MRI造影性能，结 果表明，TPRPP可作为一种温度和pH敏感的MRI造影剂本文的合成方法简单易行，便于实施，简 化了传统方法的合成步骤，使钆在聚合过程中结合在高分子中，有利于降低高分子的生物毒性；在合 成过程中以水作为介质，具有低毒性和环境友好的特点 收稿日期：2015_08-2O网络出版日期：2015-12-20 基金项目：国家自然科学
6、基金(批准号：51273058，81171386，81372369)资助 联系人简介：徐祖顺，男，教授，主要从事功能高分子研究Email：zushunxuhubueducn 徐海波，男，教授，主要从事核磁共振成像研究Email：xuhaibol 120hotmailcorn No1 刘瑞清等：温度和pH敏感高分子含钆核磁共振成像造影剂的合成及性能 157 的条件下培养24 h；然后加入不同浓度的TPRPP继续培养24 h，向每个孔板中加入5 L新鲜MTr试 剂(5 mgmL)，于37 clC继续培养4 h；摇床振荡后移除上清液，并用磷酸盐(PBS)缓冲液反复洗涤，加 入200 二甲亚砜后摇匀，
7、用酶标仪测定570 nm处的吸光值(OD)相对细胞活性(Cell viabiity，) 用下式计算： Cell viability()=(OD IedOD。 1)x lO0 式中，OD 。 为TPRPP培养后的吸光值；OD。 为培养液的吸光值 15体外弛豫率测试 将TPRPP稀释至钆离子浓度为0025，005，01，02和04 mmoL后，移至96孔板中，置于临 床Siemens Magnetom Trio 30 T MR成像仪中扫描，测得不同浓度的横向弛豫时间(T1)仪器参数为： 扫描视野10 emx10 em；回波时间( )：9 ms；矩阵大小：128128；层厚为3 mm重复时间( )为
8、 300，400，500，600，800，1000，1500和2000 ms弛豫率(r )由横向弛豫时间 的倒数对钆离子浓度 进行线性拟合得到 16体内MRI测试 将250 g的SpragueDawley大鼠用10的三氯乙醚麻醉剂麻醉(40 mgkg)，尾静脉注射TPRPP (约005 mmoGdkg)，置于30 T Siemens Magnetom Trio上扫描分别收集0，15，30，60，120和360 rain时7T1加权图像仪器参数rETR=10044，平均值6动物实验在国家动物保护机构和湖北大学 动物使用委员会的允许下进行 2结果与讨论 21 TPRPP的合成 图1谱线0，b和C分
9、别为Gd(AA)3phenH 0，TPRPP。和TPRPP的红外光谱图1谱线6和c 中，3400和3300 em 处的吸收峰分别为PMAA的 0一H和PNIPAM的NH键的伸缩振动吸收峰； 2973，2925和2883 cm 处为PMAA，PNIPAM和 PSt碳链的骨架伸缩振动吸收峰 ；1578和1545 cm 处的吸收峰为PMAA中0一c一0的伸缩振动 吸收峰；1386和1367 em 处的吸收峰则属于 PNIPAM中异丙基的特征吸收峰 坞 ；3033和702 em 处为PSt中苯环的伸缩振动和弯曲振动峰可 见MAA，NIPAM和St同时参与了聚合反应对比 Fig1 FTIR spectr
10、a of ca(AA)，phenH：o(口)， 图1谱线口，6和c可以看出，在谱线n和c中都出TPRPP (西)and TPRPP(c) 现了GdN在550 cm 处的特征吸收峰 ，但谱线b中没有此吸收峰，说明Gd(AA) phenH 0也 参与了聚合反应ICP测试结果表明，TPRPP乳液(固含量约1)中钆含量为09 mgL，进一步证实 Cd(AA)3phenH O参与了聚合反应 22 TPRPP的形貌和尺寸分析 图2为TPRPP。和TPRPP的TEM照片可以看出，TPRPP 和TPRPP呈单分散的球形结构，粒径 约为200 nm在25时，DLS测得TPRPP1和TPRPP的平均水合粒径(Dh
11、)分别为2574和2670 nm， 单分散指数(PDI)均小于01，说明TPRPP 和TPRPP具有单分散性，与TEM结果吻合TEM测得的 粒径小于DLS测得的粒径，这是由于在TPRPP 和TPRPP中，亲水性高分子含量较大，在水合体系中 产生部分溶胀，从而具有较大的尺寸 23 TPlu)P的温度和pH敏感性 用DLS测试温度在2543之间变化时TPRPP粒径的变化由图3(A)可知，TPRPP的D 随温 度的升高而减小，D 从2670 nm减小至2188 nm，共减小约50 nm这是因为，温度敏感性的本质是 高分子链间或链内的氢键相互作用，当温度高于11PRPP的低临界转变温度(LSCT，约为
12、33 cI=)时， 160 高等学校化学学报 VolJ 37 1O 11 12 13j 14 15 16 17 Wu X，Wang Z，Zhu D，Zong S，Yang L，Zhong Y，Cui Y，ACS App1MaterInterfaces，2013，5(21)，10895-10903 Davies GL，Kramberger I，Davis JJ，ChemCommun(Camb)，2013，49(84)，9704-O721 Nwe K，Huang CH，Tsourkas A， MedChem，2013，56(2O)，7862-7869 Kim KS，Park W，Hu J，Bae
13、YH，Na K，Biomaterials，2014，35(1)，337_343 Kono K，Nakashima S，Kokuryo D，Aoki I，Shimomoto H_，Aoshima S，Maruyama K，Yuba E，Kojima C，Harada A， Ishizaka Y，Biomaterials，2011，32(5)，13871395 Liu QM，Zhu H_Z，Qin JY，Dong HQ，Du JZ，Biomacromolecules，2014，15(5)，1586-1592 Liu QM，Chen S，Chen J，Du JZ，Macromolecules，201
14、5，48(3)，739 49 Shuhendler AJ，Staruch R，Oakden W，Gordijo CR，Rauth AM，Stanisz GJ，Chopra R，Wu XY， Contro1 Release，2012，157(3)，478484 Shalviri A，Fohz WD，Cai P，Rauth AM，Wu xY， Contro1Re&ase，2013，167(1)，112O Li X，Qian Y，Liu T，Hu X，Zhang G，You Y，Liu S，Biomaterials，2011，32(27)，6595-6605 xu ZS，Liu RQ，Liang S
15、，Jiang C，Wang X，The Synthesand Application of a Polymerizable Gadolinium Complex， CN 104672258A，2015-06-03(徐祖顺，刘瑞清，梁爽，江存，汪鑫一种含双键水溶性钆配合物及其合成方法和应用， CN 104672258A，2015-06-03) Peng J，Qi T，Liao J，Fan M，Luo F，Li H，Qian z，Nanoscale，2012，4(8)，2694-2704 Zhu HE，Tao J，Wang WH，Zhou YJ，Li PH，Li Z，Yan K，Wu SL，Yeu
16、ng KW，Xu ZS，Xu HB，Chu PK，Biomaterials，2013，34(9)，2296-2306 DingX，Sun Z，ZhangW，PengY，Chart ASC，Li P，ColloidPolymSci，2000，278，459463 Niu SY，Jin J，Jin XL，YangZZ，Solid State Sciences，2000，4，1lO31106 Chan A，Orme RP，Fricker RA，Roach P，AdvDrugDelivRev，2013，65(4)，497_5l4 Kharlampieva E，Sukhishvil SA，Macromo
17、lecules，2003，36，9950-9956 Rahane SB，Floyd JA，Metters AT，Kilbey SM，AdvFunctMater，2008，18(8)，1232-1240 Villaraza AJ，Bumb A，Brechbiel MW，ChemRev，2010，110(5)，2921-2959 Shen C，New EJ，GarrOpinChemBio1，2013，17(2)，l58166 Synthesis and Proporties Contained Polymeric of Temperature and pH-sensitive and Gadoli
18、nium Magnetic Resonance Imaging Contrast Agent LIU Ruiqing ，LIANG Shuang ，JIANG Cun ，XU Zushunh，XU Haibo (1Hubei Collaborative Innovation Center for Advanced Organic Chemical Materials；Ministry of Education Key Laboratoryforthe Green Preparation andApplication ofFunctionalMaterials，Hubei University，
19、Wuhan 430062，China； 2Department ofRadiology，Union Hospital，Tongii Medical College，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430030，China) Abstract Paramagnetic，temperature and pHsensitive polymeric particles were prepared with Nisopropylac rylamide，methacrylic acid，styrene，and polymerizabl
20、e Gd(AA)3 phenH2 O using emulsifierfree emulsion polymerization techniqueDynamic light scattering result shows that the diameter of the polymeric particles changes by about 60 nm as a result of variations in either the temperature or pH，indicating that the particles age pH and temperaturesensitiveTh
21、e Tlweighted relaxivity values at 3 T are about 1 13 L(mmols) which is 26 times higher than clinical Magnevistn vivo MR imaging reveals that the TPRPPs can be effectively imaged in the liver and spleen，suggesting that they are excellent magnetic resonance imaging agents Keywords Temperature and pH-sensitive polymer；Magnetic resonance imaging(MRI)；Emulsifier-flee emulsion polymerization；Gadolinium contrast agent (Ed：W，Z) 十Supposed by the National Natural Science Foundation of China(Nos51273058，81 171386，81372369) 加
