临床安全高效磁共振成像对比剂的研发--报告人：黄燕（导师：张岐）

临床安全高效磁共振成像对比剂的研发报告人：黄燕（导师：张岐）2010-12-19江苏大学化学化工学院海南大学省精细化工重点实验室全国新药项目评估与注册审评及技术转移专题研讨会报告提纲磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况1进一步的研究计划32我们目前开展的工作与研究小结1.磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)是一种利用生物体不同组织在外磁场影响下产生不同磁共振信号来成像的医学影像技术。MRI具有很多优点，如：无电离辐射、可实现多核与多参数成像、无需改变体位便可实行任意方位层面的扫描、较高的空间分辨率和对比度、能反映被检组织水质子周围环境并获取相关生理生化信息。因此，MRI技术成为临床最有效的诊断手段之一。为确保临床诊断的准确性，30％以上的MRI需要磁共振成像对比剂(简称对比剂或称造影剂)来提高图像对比度，全球含钆金属离子(Gd3+)对比剂年销量在30吨以上，系高附加值医药产品。Aab肝癌患者肝部横断面磁共振成像图：（a）未使用造影剂（b）使用造影剂磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况生物化学化学临床医学放射医学肿瘤学神经系统科学合理体内渗透压高效弛豫率低毒性靶向性适当保留时间结构稳定性磁共振成像对比剂磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况为了提高脑肿瘤的磁共振信号强度，Gd-DTPA（马根维显）在经过药理学和毒理学等各方面的研究之后，于1983年首次应用于临床。Gd-DTPA能够提高大脑和中枢神经系统的成像效果，从而提供了重要的临床诊断信息。磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况Gd-DTPA作为早期临床使用的第一类钆基(Gd3+)MRI对比剂的代表，曾被誉为理想MRI探针，随着马根维显越来越广泛的临床使用，研究发现钆基造影剂会对生物体肾小管造成直接损害，随后研究进一步证实钆基MRI对比剂会引起肾细胞纤维化。众多学者提出了多种纤维化致病机理，其中由于患者使用钆基造影剂之后钆离子在细胞内的残留，进而引起铁离子的沉积，在体内还原性代谢物的作用下产生活性氧，进一步攻击器官细胞组织，细胞组织则应激对答采取细胞纤维化保护自身进一步损伤的学说最为信服。目前一些发达国家已禁止马根维显等钆基造影剂的临床使用。这意味着对MRI成像对比剂的体内安全性提出了新的要求。磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况进程纳米WuPC,BioconjugateChem[J].2008,19(10):1972-1979DOI:10.1021/bc800092w非离子化SilvioAime,JMedChem[J],2000,43(21):4017-4024DOI:10.1021/jm000983aRocklageSM,InorgChem[J].1989,28:477-485MatsumotoK.,MagneticResonanceImaging[J].2007doi:10.1016JoshuaM.Bryson,BioconjugateChem[J].2008,19(8):1505-1509磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况利用脂质体自组装拼合DSPC、马根维显功能成像探针，以抗体做靶向物质磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况利用了类似容器的铁蛋白生物笼将相应的功能成像探针拼合其内，外接靶向物质磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况利用了脂质体自组装包裹量子点、氧化铁拼合多功能成像探针纳米颗粒物质磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况利用了基因工程直接在细胞内产生多功能成像探针物质磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况利用了类似容器的病毒体生物笼将相应的功能成像探针拼合其内，外接靶向物质磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况目前取得临床批号的MRI对比剂还有含铁和锰金属离子及其氧化物的试剂，尽管铁和锰是生命体的微量元素，但含量过高破坏体内平衡后也必然引起相应的毒性。这类造影剂在成像过程中没有足够的结构稳定性，在生物体内易引起金属离子的泄露。如奈科明公司生产的泰乐影(Mn-DPDP)，已经发现该对比剂会引起引起恶心、呕吐、血压升高等明显的不良副作用，实验证实是由于Mn-DPDP中锰离子的泄露所造成，应用前景不会太乐观。磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况因此新发展的安全型MRI对比剂应尽可能保证金属不在体内泄漏，还须在成像后及时并尽可能彻底排除体外。马根维显壳聚糖无毒生物相容性生物活性渗透压高对比时间短毒性(肾源性系统纤维化)结合NNOGdOOONOOOOOOOHHOHONH2HOH2COnOOH3COCHNHOCH2OH0.250.751234561'2'3'4'5'6'2.我们目前开展的工作与研究小结合成路线示意图(n-x)+(n-y)=nOOOHOOOOOONH2OOHOONNNOOOONHHNOOOOHOMn-xn-zn-yONH2OOHHOOOOHOOOHHOONHOOn-xn-yn-zNNCCAc2ODTPAAOOHOHOCOHONCCOOOHOHNNCCOOCOHONCCOOOODMSO,DMAPPy,55-60°CDTPADTPAAOOOHHOONH2nNNNHOHNOOOHOOOOHOMO分子量结构分析金属离子含量弛豫率,体外成像体内成像红外高效液相色谱磁共振成像目标产物结构表征核磁共振电感耦合等离子体原子发射元素分析平均分子量的测定标样LogM=a+bTR平均分子量的测定•CS6,CS8和CS11的平均保留时间分别为26.4,26.2和25.9min,分子量分布指数较窄,分别为:1.08,1.11,1.30。CSn(n=6,8,11)的高效液相色谱平均分子量的测定CSn(n=6,8,11)与CSn-DTPA分子量的比较配合物名称N含量(%)C含量(%)H含量(%)Gd-DTPA-CS115.5034.545.82Gd-DTPA-CS85.1033.265.62Gd-DTPA-CS65.1332.605.32元素分析Gd-DTPA-Glu5.8333.636.38ICP测Gd3+含量配合物名称Gd3+含量(%)Gd-DTPA-CS114.58Gd-DTPA-CS85.61Gd-DTPA-CS65.88Gd-DTPA-Glu16.96Gd-DTPA与CSn的结合比例约为1:1。Gd-DTPA-CSn的结构表征IR和13CNMR的结果表明CSn与DTPA通过酰胺键（-CONH-）成功相连。170.6CONH179.60-176.9COO-NNNCCCCOHONHOOHn-xCOOHOOHOHOOOHONHOOHn-yO(n-x)+(n-y)=n弛豫率的测定Gd-DTPA-CS1111.9mM-1·s-1Gd-DTPA-CS810.4mM-1·s-1Gd-DTPA-CS67.6mM-1·s-1相关系数0.99在我们所研究的范围内，随着CS聚合度的增加，其相应配合物的弛豫率逐渐提高。聚合度弛豫率Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS8Gd-DTPA-CS11线性拟合配合物名称弛豫率r1(mM-1·s-1)Gd-DTPA-Glu5.20Gd-DTPA-CS67.60Gd-DTPA-CS810.4Gd-DTPA-CS1111.9Gd-DTPA(Magnevist)3.64弛豫率的测定HigherLow体外成像MSEΔS%Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS11Gd-DTPA-CS8Gd-DTPA-CS8Gd-DTPA-CS11Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS11Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS8ΔS%=顺磁性物质的信号强度/无顺磁性物质的信号强度×100-100大鼠肾脏的体内成像(在武汉物数所完成)注射药剂后1小时注射药剂前注射药剂后2小时注射Gd-DTPA(0.080±0.002mmol/kgGd3+)后，大鼠肾脏的磁共振信号强度增强情形，对比度增加。注射Gd-DTPA-CS11(0.020±0.002mmol/kgGd3+)后，大鼠肾脏的磁共振信号强度增强情形，对比度明显增加。即在减少到1/4钆量的条件下，同样达到清晰的对比成像效果。马根维显Gd-DTPA-CS11大鼠肝脏的体内成像(在武汉物数所完成)注射药剂后1小时注射药剂前注射药剂后2小时注射Gd-DTPA(0.080±0.002mmol/kgGd3+)后，大鼠肝脏的磁共振信号强度增强情形，同时对比效果增强。注射Gd-DTPA-CS11(0.020±0.002mmol/kgGd3+)后，大鼠肝脏的对比度增加情形。即在减少到1/4钆量的条件下，也达到清晰的对比成像效果。马根维显Gd-DTPA-CS11Gd3+在小鼠体内的残留情况3.781.130.0284Gd-DTPA含量(%)ppm残留量(mg)药剂0.9560.2870.00717Gd-DTPA-GLU0.6920.2080.00519Gd-DTPA-CS80.5710.1710.00428Gd-DTPA-CS113.781.130.0284Gd-DTPA含量(%)ppm残留量(mg)药剂0.9560.2870.00717Gd-DTPA-GLU0.6920.2080.00519Gd-DTPA-CS80.5710.1710.00428Gd-DTPA-CS11表2注射各药剂后一个月小鼠体内Gd(Ⅲ)的总残留量Table2ThewholeGd(Ⅲ)residueinratsafteramonth3.781.130.0284Gd-DTPA含量(%)ppm残留量(mg)药剂0.9560.2870.00717Gd-DTPA-GLU0.6920.2080.00519Gd-DTPA-CS80.5710.1710.00428Gd-DTPA-CS113.781.130.0284Gd-DTPA含量(%)ppm残留量(mg)药剂0.9560.2870.00717Gd-DTPA-GLU0.6920.2080.00519Gd-DTPA-CS80.5710.1710.00428Gd-DTPA-CS11表2注射各药剂后一个月小鼠体内Gd(Ⅲ)的总残留量Table2ThewholeGd(Ⅲ)residueinratsafteramonth3.1合成系列nNOCS6、8、11-DTPA-Gd化合物3.进一步的研究计划进一步的研究计划进一步的研究计划同时含有荧光示踪作用的磁共振成像对比剂便于生物医学上的活体细胞示踪研究进一步的研究计划3.2合成系列nNOCS6、8、11-DTPA-Mn化合物这部分设计的目标产物有机部分与计划1相同，只是改用过渡金属锰(Mn)离子替代了稀土元素钆(Gd)离子,不同点在于：锰离子是体内微量元素，而钆离子对生命体来说是外来金属。如果能极大提高nNOCS6、8、11-DTPA-Mn的弛豫效率，即成像清晰度足够时锰金属用量在生命体允许范围内，则在临床上是一种完全无毒的MRI对比剂了，这是目前从事这一领域研究人员追寻的目标。进一步的研究计划LOGO致谢利用低聚糖修饰的磁共振成像功能配合物合成与性能研究,国家自然科学基金（No20871061，2009.01-2011.12）高分子材料和生物医用材料的制备及性能研究，国家973计划前期研究专项（No2008CB617500，2008.03-2010.06）低聚糖及衍生物与生物大分子相互作用时的尺度效应研究，国家自然科学基金（No20762003，2008.01-2008.12）临床安全高效MRI对比剂与MIP诊断剂的研发，江苏省社会发展科技支撑计划（NoSBE201077304,2010.08-2013.12）海南大学奖励基金(Nohd09xm07/24)海南省自然科学基金(No209001)共同资助请各位专家老师批评指正！