可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种可生物降解的多聚HPMA‑Gd磁共振成像探针，将酶敏感的多肽GFLG插入多聚HPMA主链结构中；制备的聚合物分子量基本可控，分子量多分散系数(PDI)低；并通过与Gd(III)偶联得到线性化的HPMA‑DOTA‑Gd。该探针为高效率的具生物相容性的纳米级MRI磁共振成像探针，可用于临床肿瘤诊断以及辅助治疗。

Biodegradable poly HPMA Gd magnetic resonance imaging probe and preparation method thereof

The invention provides a biodegradable poly HPMA Gd magnetic resonance imaging probe, the polypeptide GFLG sensitive enzyme into the poly HPMA backbone structure; polymer molecular weight controllable preparation, molecular weight and polydispersity index (PDI) is low; and with Gd (III) to linear coupling the HPMA DOTA Gd. The probe is an efficient biocompatible nano MRI magnetic resonance imaging probe, which can be used for clinical tumor diagnosis and adjuvant therapy.

【技术实现步骤摘要】
可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针及其制备方法
本专利技术属于医学成像
，涉及一种高分子磁共振成像探针，具体涉及一种可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针。
技术介绍
由于核磁共振成像(MRI)具有高空间分辨率、3D图像信息及无放射性等优势，已成为目前有效的肿瘤非侵入性诊断方法。据不完全统计，临床上50％以上MRI肿瘤诊断需使用MRI磁共振成像探针。临床常用的MRI磁共振成像探针包括钆喷酸葡胺(Magnevist)和钆特酸葡胺(Dotarem)。然而，它们都属于小分子磁共振成像探针，存在敏感性低、非特异性、很快从体内清除等缺点；并且主要是通过被动扩散至肿瘤间质或组织间质中，导致很难达到满意的成像效果。因此，更优异的、能克服以上缺点的MRI磁共振成像探针具有很高的研究价值，而基于Gd(III)的纳米复合物在新型磁共振成像探针的研究中展示了巨大的潜力。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术构建了可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针，是一种高效率的具生物相容性的高分子MRI磁共振成像探针，可用于临床肿瘤诊断以及辅助治疗。本专利技术的技术方案如下：一种可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针，链结构如下：其中：m:n:o＝35～45:410～450:65～70；本专利技术设计并表征了具有较高分子量、可生物降解的多聚HPMA聚合物-Gd(III)偶合物的纳米体系，体系中C、B和A基团的排列顺序不定，R基团可连接C、B和A中的任意一个。多聚HPMA(N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺)能够结合多个小分子量Gd(III)共轭物(DOTA)从而大大提高弛豫效能，且具有无免疫性、无毒性、水溶性及良好的生物兼容性；同时，大分子量的纳米材料可以延长在血液中的循环时间，增加EPR(渗透滞留效应)被动靶向的能力，提高磁共振成像探针在肿瘤部位的聚集度，从而增加肿瘤部位的成像效果及治疗效果。精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(Arg-Gly-AspRGD)的环肽cRGDyK是一种特异性肿瘤靶向短肽，本专利技术通过引入带cRGDyK的R1基团对材料进行表面修饰，使其具有主动靶向功能。cRGDyK可以被αvβ3整合素特异性的识别和结合，而αvβ3在多种肿瘤细胞及肿瘤新生血管内皮细胞内的表达量明显升高，但在正常组织细胞中表达较低甚至不表达。尽管高分子量的HPMA共聚物可以提高磁共振成像探针在肿瘤部位的聚集，但是肾脏排泄阈值又要求其必须小于50kDa，否则将引起Gd中毒。由于HPMA主链不具有生物降解性，因此须在主链中引入可生物降解的基团。本专利技术设计构建了插入组织蛋白酶B底物GFLG多肽的HPMA聚合物，使其可以在溶酶体组织蛋白酶B存在的情况下被降解成小于50kDa的小片段。而溶酶体组织蛋白酶B作为一种溶酶体半胱氨酸蛋白酶在多种肿瘤及肿瘤血管内皮细胞具有高表达。相对于传统HPMA聚合物，本专利技术可降解的HPMA纳米药物递送系统表现出了更高的抗肿瘤效率及生物安全性。该磁共振成像探针的平均分子量为85-94KDa。该分子量在肿瘤微环境下，降解为分子量低于50kDa的片段，能兼顾抗肿瘤效果及生物安全性，保证降解后能够被清除出体内。优选地，其中，m:n:o＝40:443:66。为了保证水溶性的高分子具有一定的钆离子的含量(质量百分含量一般为3-10％)，可保证有效的磁共振成像。同时，调节o值，保证cRGDyK的含量(质量百分含量大于10％)，以便提高其肿瘤靶向性。本专利技术首先通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合，将酶敏感的多肽甘氨酸-苯丙氨酸-亮氨酸-甘氨酸(GFLG)插入多聚HPMA主链结构中；并通过与Gd(III)偶联，合成线性化的HPMA-DOTA-Gd。在此基础之上，引入多肽cRGDyK使其成为具有潜在主动肿瘤靶向性的MRI磁共振成像探针HPMA-DOTA-Gd-cRGD。本专利技术多聚HPMA-Gd磁共振成像探针的制备方法，当R1＝SH时，包括以下步骤：多聚HPMA-Gd偶联物(pHPMA-DOTA-Gd)的合成：1)将HPMA、MA-DOTA、pTEMA和CTA-GFLGK-CTA溶于含有VA044的去离子水/甲醇混合溶液，置于氩气中充溢40-60分钟，然后搅拌反应；溶液用液氮淬灭后经丙酮沉淀，析出吡啶二硫改性产物pHPMA-DOTA。优选地，去离子水与甲醇以4：1的体积比混合得到步骤1)中的混合溶液。进一步优选地，所述混合溶液中含引发剂VA044，VA044的浓度是链转移剂CTA-GFLGK-CTA的1/3-1/5当量。为1/3当量时，聚合反应可快速完成，且分子量和PDI可获得有效控制。通过RAFT聚合(RAFTpolymerization；可逆加成-断裂链转移聚合)制备的聚合物分子量基本可控，分子量多分散系数(PDI)低。2)在氮气保护条件下，将吡啶二硫改性产物pHPMA-DOTA溶于去离子水中，加入DTT搅拌反应，获得中间产物；将中间产物与GdCl3·6H2O溶于蒸馏水中，搅拌反应后，调节pH值，再室温搅拌反应后，获得pHPMA-DOTA-Gd产物。通过快速蛋白色谱柱提出，洗脱剂为水与甲醇以7：3的混合液，通过去离子水透析和冷冻干燥获得中间产物；优选地，所述步骤2)调节pH值至5.2-5.4，保证钆离子的配位，同时保证短肽的稳定性。本专利技术还提供了多聚HPMA-Gd磁共振成像探针的另一种制备方法，当R1不为SH时，pHPMA-DOTA-Gd-cRGD的合成包括以下步骤：取pHPMA-DOTA-Gd溶于去离子水中，同时加入吡啶二硫改性修饰的cRGD，反应后通过快速蛋白柱分离和透析提纯，获得pHPMA-DOTA-Gd-cRGD。本专利技术的优势在于：1、本专利技术设计并表征了具有较高分子量、可生物降解的多聚HPMA聚合物-Gd(III)偶合物的纳米体系，聚合物主链由亲水和疏水嵌段构成，并在主链中心引入酶敏感短肽GFLGK。Gd(III)通过可降解两亲性嵌段HPMA聚合物-Gd(III)偶联物的方式自组装形成纳米粒子来进行递送。多聚HPMA能够结合多个小分子量Gd(III)共轭物(DOTA)从而大大提高弛豫效能，且具有无免疫性、无毒性、水溶性及良好的生物兼容性；同时，大分子量的纳米材料可以延长在血液中的循环时间，增加EPR被动靶向的能力，提高磁共振成像探针在肿瘤部位的聚集度，从而增加肿瘤部位的成像效果及治疗效果。2、本专利技术通过引入带cRGDyK的R1基团对材料进行表面修饰，使其具有主动靶向功能；在主链中引入可生物降解的GFLGK多肽基团，使其可以在溶酶体组织蛋白酶B存在的情况下被降解成小于50kDa的小片段，兼具高效率的肿瘤靶向性及生物相容性的纳米级MRI磁共振成像探针，适用于临床肿瘤诊断以及辅助治疗等。3、本专利技术的制备方法设计并通过RAFT和“点击”化学构建了功能化的pHPMA-DOTA-Gd和pHPMA-DOTA-Gd-cRGD共轭物。首先通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合，将酶敏感的多肽甘氨酸-苯丙氨酸-亮氨酸-甘氨酸(GFLG)插入多聚HPMA主链结构中；制备的聚合物分子量基本可控，分子量多分散系数(PDI)低；并通过与Gd(III)偶联，合成线性化的HPMA-DOTA-Gd。在此基础之上，引入多肽cRGDyK使其成为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可生物降解的多聚HPMA‑Gd磁共振成像探针，其特征在于，链结构如下：

【技术特征摘要】
1.一种可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针，其特征在于，链结构如下：其中：m:n:o＝35～45:410～450:65～70；2.根据权利要求1所述的可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针，其特征在于，该磁共振成像探针的平均分子量为85-94KDa。3.根据权利要求2所述的可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针，其特征在于，其中，m:n:o＝40:443:66。4.根据权利要求1所述可生物降解的多聚HPMA-Gd磁共振成像探针的制备方法，其特征在于，当R1＝SH时，包括以下步骤：1)将HPMA、MA-DOTA、pTEMA和CTA-GFLGK-CTA溶于含有VA044的去离子水/甲醇混合溶液，置于氩气中充溢40-60分钟，然后搅拌反应；溶液用液氮淬灭后经丙酮沉淀，析出吡啶二硫改性产物pHPMA-DOTA；2)在氮气保护条件下，将吡啶二硫改性产物pHPMA-DOTA溶于去离子水中，加入DTT搅拌反应，获得中间产物；将中间产物与GdCl3·6H2O溶于蒸馏水...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗奎，龚启勇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51