一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂。其结构由外到内依次为：位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体，配体通过连接分子与壳膜材料连接，壳膜材料将光吸收子和相变分子包裹在核心。其制备方法为先采用“五步法”将配体通过连接分子连接到壳膜材料上，即先制备靶向壳材；再采用特殊的双乳化法将光吸收子和相变分子包裹在纳米微球核心，并确保靶向配体位于纳米微球表面。体内外实验表面本光声造影剂可以和肿瘤细胞特性结合，发生相变。并有较强光声、超声和X线信号，可用于光声成像、超声成像和计算机断层成像造影剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂及其制备方法和应用，属影像学诊断和治疗用药物

技术介绍
肿瘤治疗的关键在早期诊断。超声、MRI、CT等常用的影像检测手段在肿瘤早期诊断中发挥着各自不同的优势。但无论那种成像技术，对于肿瘤而言，在其早期阶段发现其结构、代谢和生化信息的改变至关重要。随着各种造影剂的出现，各种成像技术对早期肿瘤的检出大幅提高，然而普通造影剂对肿瘤组织缺乏亲和力和特异性，在瘤组织不能有效驻留，只能在短暂的动脉相中对肿瘤组织产生一过性增强，因此对肿瘤仅能做出定性诊断，且诊断的特异性也欠佳。目前，肿瘤的诊断和治疗需要非侵入性地对活体内肿瘤组织在分子及细胞水平的变异信息、生理和病理过程进行定性或定量的可视化观察。目前常用的各种成像技术和造影剂均达不到此要求。但新型分子影像技术和靶向分子造影剂的发展，为此目标的实现带来了可能。光声成像技术(photoacoustictomography，PAT)是21世纪初发展起来的生物医学成像技术。它是采用脉冲激光照射到生物组织，组织因吸收光能量产生热，伴随热膨胀而产生超声波，这种现象称为光声效应[GuanJF，ShenZH，XuBQetal.Spectralanalysisofthescatteringwaveformofthelaser-generatedultrasonicwavesfordetectingthecrackinthematerial[J].LaserTechnology，2005，29(3)：287～290]，其产生的信号称为光声信号。利用光声效应，通过图像重建后，获得材料二维断层图像或者三维立体图像的一种新颖的成像方法称为光声成像[YangJM，FavazzaC，ChenR，etal.Simultaneousfunctionalphotoacousticandultrasonicendoscopyofinternalorgansinvivo[J].NatureMedicine，2012，18：1297～1302]。肿瘤组织和周围正常组织的光吸收差异至少5倍以上，不同生理状态的生物组织对光的吸收也大不相同，因此，与目前常用的成像技术比如超声、MRI、CT等比较，光声成像的重建图像对比度更高、分辨率更好，可以反映组织的结构、病变特特征，代谢状态、甚至神经活动。光声成像的成像模式可以归纳为“光吸收→诱导光声信号产生→外置的超声波检测→图像重建”，这种模式集合了光学成像的高选择性和超声成像的高分辨率的特点。目前光声成像的研究充满活力，其分辨率已达到220nm。近年来，虽然PAT得到迅速发展，但深层组织成像和图像对比度的矛盾依旧突出。获取深处组织的高分辨率图像仍是需要解决的巨大难题[KateO，SmallE，SilberbergY.LookingaroundcornersandthrougnthinturbidIayersinrealtimewithscatteredmcoherenthgnt[J].NaturePhotonics，2012，6：549～553]。研究发现，在组织血管中注入特殊的纳米颗粒，不但能增加PAT的深度和对比度，而且还可以实现组织的功能成像。虽然光声成像具有高分辨率，可实现单个细胞成像，但就单细胞而言由于正常细胞和肿瘤细胞的光吸收无明显差异，所以要实现细胞水平的肿瘤早期检测，还必须要引入外源造影剂。虽然，光声造影剂已有报道，如中国专利(申请)第2014102138181、2013800385629、2010800437371号记载的，但或存在肿瘤特异性靶向不足，或存在光声成像用造影剂低敏感的问题，即造影剂的每分子吸收系数低。由此可见，开发新型的生物安全性高、灵敏性好的光声造影剂，特别是可与肿瘤细胞特异性结合的靶向光声造影剂，有望帮助PAT实现非侵入性地对活体内肿瘤组织在分子及细胞水平的变异信息、生理和病理过程进行定性或定量的可视化观察；有望解决光声成像的技术难题，促进光声成像技术的快速发展，早日应用于临床。光声成像是一门新型技术，光声造影剂的研究更是一个全新的领域。光声成像是以超声作为信息载体的非电离化的新兴医学成像方法。因而，光声造影剂的研究更多的借鉴了超声造影剂的成熟技术。超声造影剂从专利技术到今天共经历了4个发展阶段(如下表示)。目前技术最成熟、临床使用最广泛的是第三代超声造影剂，其最大特点是包裹高分子量、低溶解度、低弥散度的(氟碳或氟硫气体等)惰性气体。我国仅批准了SonovueTM进口在临床使用。这代造影剂的最大特点是血池造影剂，在体内留存时间相对短，无特异性。第四代造影剂为靶向微球超声造影剂，即使用偶连了各种特异性配体(如抗体、小分子物质、大分子蛋白、多肽、多糖等)的各类高分子壳膜材料(如聚乳酸及其共聚物、磷脂、聚乙二醇、壳聚糖等)包裹低溶解度低弥散度气体(如氟碳或氟硫气体)、液态氟碳、纳米金属等或携带药物、基因等具有治疗作用的造影剂。由于靶向超声造影剂上的配体与靶标上的相应受体特异性结合，可在疾病早期在细胞水平或分子水平对靶组织或器官特异性显像[王志刚.超声分子影像学研究进展[J].中国医学影像技术，2009，25(6)：921～924]。目前，第四代造影剂仍在探索阶段，尚无上市产品，但其发展潜力巨大。靶向超声造影剂由三部分构成：一是作为壳膜的材料，二是与靶位连接的配体，三是壳膜上或壳膜内携带或包裹核心物质。壳膜材料最常见的如聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolicacid)，PLGA]、聚乳酸羟基乙酸共聚物、乳酸共聚物、乙烯基共聚物、聚氨基酸、聚酞胺、聚原酸酯、聚磷酸酯、环氧烷基共聚物、磷脂、表面活性剂、蛋白质、多糖等，近年来因PLGA具有良好的相容性，对其研究较多。PLGA由乳酸和羟基乙酸两种单体随机聚合而成，具有良好的生物相容性、生物降解性且降解速度可控。在人体内可通过三羧酸循环降解为乳酸和羟基乙酸，并最终生成水和二氧化碳，毒副作用小。其良好的成囊和成膜性能，被广泛应用于制药、医用工程材料和现代化工业领域。在美国PLGA通过FDA认证，正式作为药用辅料收录进美国药典。国内主要用于缓释微球的研究。PLGA形成的纳米粒，通过制备过程中控制粒径大小，可使其粒径不超过100nm，从而透过血管内皮到达组织间隙，实现组织显影，同时，PLGA纳米粒具有EPR效应(Theenhancedpermeabilityandretentivityeffect，EPR)，可以显著减少网状内皮系统和肾脏的清除作用，延长在体内留存时间。研究表明，肿瘤细胞膜表面或肿瘤供应血管表面存在着一些受体并在肿瘤组织中存在异常表达，与相应配体或配体类似物能特异结合。受体与配体的结合具有特异性、选择性、饱和性、亲合力强和生物效应明显的特点，为肿瘤的靶向诊治提供了靶向途径。很多肿瘤细胞表面高表达一些代谢型受体、营养型受体或白细胞分化抗原。常见的的代谢型受体有叶酸受体、胆酸受体、酪氨酸激酶、激素受体等；常见的白细胞分化抗原有CD20、CD52等。针对以上靶点的肿瘤分子靶向药物或抗体药均有上市。比如血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括伊马替尼(Imat本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂，其特征在于结构如式I：从左到右依次表示纳米微球从外到内的不同结构，其中：P表示位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体；L表示连接分子，连接P和X；X表示壳膜材料；Y表示由壳膜材料包裹在核心的相变分子；Z表示由壳膜材料包裹在核心的光吸收子。

【技术特征摘要】
1.一种多功能多模态肿瘤特异性靶向相变型纳米微球光声造影剂，其特征在于结构如式I：从左到右依次表示纳米微球从外到内的不同结构，其中：P表示位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体；L表示连接分子，连接P和X；X表示壳膜材料；Y表示由壳膜材料包裹在核心的相变分子；Z表示由壳膜材料包裹在核心的光吸收子。2.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其中位于纳米微球表面的与肿瘤细胞膜表面受体特异结合的配体是指代谢型受体和营养型受体抑制剂以及抗体。3.权利要求2所述的代谢型受体抑制剂是指叶酸、酪氨酸激酶抑制剂、胆酸、激素类。4.权利要求3所述的酪氨酸激酶抑制剂是指血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂和表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂。5.权利要求4所述的血小板衍生生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括而不限于伊马替尼、舒尼替尼、索拉菲尼。表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂包括而不限于吉非替尼、厄洛替尼。6.权利要求2所述的营养型受体抑制剂是指包括而不限于低密度脂蛋白、转铁蛋白。7.权利要求2所述的抗体是指完整的抗体分子(含V区和C区)和含有V区的抗体片段。8.权利要求7所述的抗体分子是指包括而不限于包括达利珠单抗、易普利姆玛、贝伐单抗、曲妥珠单抗、利妥昔单抗、西妥昔单抗、阿伦珠单抗、替伊莫单抗、阿仑单抗。9.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其连接分子是指聚乙二醇(PEG)，其分子量为100～10000道尔顿。10.权利要求1所述的聚乙二醇，其结构简式为A-PEG-B。A和B表示分别连接配体和壳膜材料的功能基团。A和B可以是相同的功能基团，也可以是不同的功能基团。A和B可以是氨基、羧基、羟基、醛基、琥珀酰亚胺基、马来酰亚胺基中的任何一种。11.权利要求1所述的多功能多模态肿瘤靶向相变型纳米微球光声造影剂，其壳膜材料是指生物大分子和磷脂。12.权利要求11所述的生物大分子包括而不限于聚乳酸羟基乙酸共聚物、乳酸共聚物、乙烯基共聚物、聚氨基酸、聚酞胺、聚原酸酯、聚磷酸酯、环氧烷基共聚物。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李茂萍，王志刚，冉海涛，郑元义，李攀，张炜阳，何坤燕，
申请(专利权)人：重庆医科大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50