新型靶向性磁共振成像造影剂的合成及性质研究

磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)以其分辨率高、对人体无电离辐射损伤、多参数成像等优点而得到迅速发展和广泛应用。目前，MRI已从单一形态学向分子影像学的深度发展，对医学临床和医学研究产生了巨大影响。为了提高病变部位与正常组织间信号的对比度，约30%~40%的诊断需要使用磁共振成像造影剂。它是一类能缩短成像时间、提高成像对比度和清晰度、显示组织器官功能状态的诊断用药。下一代磁共振成像造影剂的设计目标将集中在对特定组织或器官具有选择性或靶向性、高弛豫性能和减少用药剂量等方面。本论文在此领域的研究内容可归纳如下： (1) 以多糖为载体的MRI造影剂 设计合成了阿拉伯半乳聚糖修饰的Gd-DTPA配合物(Gd-DTPA-CMAG-An)和葡聚糖修饰的Gd-DTPA配合物(Gd-DTPA-CMDn-Cyst)。通过体外弛豫时间测试和体内磁共振成像实验研究了Gd-DTPA-CMAG-An弛豫性能、器官选择性、体内滞留时间和代谢情况，结合体外稳定性综合评价了其应用于临床的可能性。研究结果表明，Gd-DTPA-CMAG-An配合物在水溶液中弛豫性能为Gd-DTPA的1.4倍左右，Gd-DTPA-CMAG-A2对肝脏信号的增强效果是Gd-DTPA的2.0倍左右，并且能在较长时间内产生良好稳定的增强效果。这与肝脏表面的去唾液酸糖蛋白受体的专一性识别有关。Gd-DTPA-CMAG-A2良好的肝脏选择性和肾脏代谢能力，有望成为有前景的肝脏选择性造影剂。通过小鼠MRI实验初步评价了Gd-DTPA-CMDn-Cyst配合物造影剂对血管信号的增强作用。Gd-DTPA-CMD4-Cyst对血管产生了良好的增强效果，并且能在较长时间内对血管产生良好稳定的增强，从而有充分的时间优化成像窗口获得理想的成像效果。但造影剂在体内的分布和代谢是一个非常复杂的过程，Gd-DTPA-CMD4-Cyst在血液中的滞留情况及能否用于血管造影仍需进一步的实验证实。 (2) MnNaY 型分子筛作为胃肠道MRI造影剂 离子交换法制备了Mn2+交换的NaY分子筛MnNaY，从对造影剂的一般要求出发，对其酸性水溶液中的稳定性和离子交换选择性、体外弛豫性能和体内成像等方面进行研究，并对器官的选择性及体内滞留时间和代谢情况进行了分析，从而对其应用于临床的可能性进行了探讨。研究结果表明，MnNaY悬浮液能长时间在较低的酸性条件下保持良好的稳定性，其弛豫效率高于目前临床所用造影剂Gd-DTPA，随Mn2+的含量在NaY分子筛中的增加(3.2%~5.2%)，弛豫效率反而降低。MnNaY (3.2% Mn)对胃部具有良好的增强效果，并且能在较长时间内产生良好稳定的增强效果，有利于获得理想的成像效果。它是一种比较好的潜在口服胃肠道造影剂。 (3) 甘草酸为载体的MRI造影剂 合成了甘草酸为载体的配合物GL-(A-Gd-DTPA)3，对其体外弛豫性能和体内成像等方面进行了研究，结果表明，其在水中的弛豫效率约为目前临床所用造影剂Gd-DTPA的1.4倍，体内成像表明它能在较长时间内对大鼠肝脏产生良好稳定的增强效果，这是由于肝(实质)细胞膜表面存在GL和GA受体，Gd-DTPA 以GL为载体后具有良好的趋肝性与肝细胞靶向性。 (4) 中性的Gd-DTPA双酰胺衍生物 合成了两种中性的Gd-DTPA双酰胺衍生物Gd-DTPA-BBA和Gd-DTPA-BtBA，其弛豫效率与Gd-DTPA相近，对肝脏和肾脏具有较好的增强效果，由于这两种配合物均为电中性化合物，这样配合物溶液的渗透压值与血液的渗透压值较接近，可能更易为生物体所接受。

现代NMR技术在生物医学中的应用－－稀土对大鼠代谢产物的影响及磁共振造影剂性质的研究

近年来，随着脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪灵敏度的提高及计算机技术的进步，使NMR技术在生物领域的应用有了飞速的发展。论文应用NMR技术研究了稀土化合物（硝酸镧）对大鼠体内代谢产物的影响。对Wistar种大鼠按不同剂量给药（灌胃和腹腔注射两种方式）后的尿液和血清中的代谢物质的~1H NMR谱数据进行研究，并结合血清、尿液中生化指标的检测结果，指出稀土作用后大鼠肾脏的肾小管及肝脏线粒体均受到一定程度的损害，随稀土摄入量的增多，损害程度越严重。并提出代谢物中尿素、Suc、Kg、Cit、DMA、DMG、TMAO和氨基酸等可以作为肾脏受损伤的NMR markers，而乙醇、Lac和Tau可作为肝脏受损伤的NMR markers。实验中最小剂量为0.05 mg La(NO_3)_3/kg体重，仍有机体受损的NMR信号，说明稀土的安全剂量小于这一数值。在临床磁共振成像中，造影剂是医学诊断中的一种重要辅助试剂。本文采用NMR水弛豫分析法研究了GdDTPA及Gd(cycle-DTPA-1,2-PN)、Gd(DTPA－BIN)在水溶液和BSA溶液中的弛豫性质，为研究顺磁性金属配合物与蛋白质间相互作用情况提供了有效方法；对配体cycle-DTPA-1,2-pn、DTPA－BIN做了~1H NMR滴定研究，得出其质子解离过程和解离常数，并采用半经验量化计算方法计算了两种配体的质子化过程，得到了与~1H NMR滴定一致的结果。结果表明将NMR实验和量化计算方法结合，是考察复杂配体热力学稳定性的有效方法。

核磁共振技术在生物医学及临床评价中的应用--磁共振成像造影剂及稀土的生物效应研究

近年来，随着高场傅里叶变换核磁共振波谱仪灵敏度的提高、分辨率的增加、化学位移的扩展、多脉冲实验技术的发展以及计算机技术的不断进步，使NMR技术和MRI技术在生物和医学领域的应用有了飞速的发展。论文工作围绕新型MRI造影剂的研制和稀土对动物体液代谢产物的影响及作用，进行了较系统的研究。合成了四种稀土配合物：K_(11)[Gd(PW_(11)o_(39)]_2]、K_9GdW_(10)O_(36)、Gd_2(P_2W_(18)O_(62)、K_(15)[(GdO)_3(PW_9O_(34)_2]和四种中性的多竣多胺类稀土配合物：Gd(DTPA-BDEA）、Gd(DTPA-BDMA)、Gd(DTPA-BIN)和Gd(cyclic-DTPA-1,2-pn),从对造影剂临床应用的一般要求出发，对其进行了表征和溶解性、稳定性及体外的弛豫实验，指出它们是潜在的较好的MRI造影剂。在此基础上，通过大鼠体内的MRI实验考察了／又种造影剂侯选化合物的体内弛豫效率、选择性及体内滞留时间和代谢情况，并与目前临床普遍运用的造影剂GdDTPA进行了比较。并结合动物急性毒性实验(LD_(50)测定）对其进行综合评价，且对其应用于临床的可能性进行了探讨。结果表明，K_(11)[Gd(PW_(11)O_(39)_2]、K_9GdW_(10)O_(36)、K_(15)[GdO)_3(PW_9O_(34)_2]和Gd(DTPA-BDMA), Gd(DTPA-BIN), Gd(cyclic-DTPA-1,2-pn)是良好的具有肝脏选择性的MRI造影剂，K_(15)[(GdO_3(PW_9O_(34)_2]、Gd(cyclic-DTPA-1,2-pn)Gd(DTPA-BDMA)具有良好的肾脏代谢性能，另外KgGdW10036有可能对病理状态的诊断有一定的作用。首次运用高分辨'H NMR技术，检测了大鼠长期服用不同剂量硝酸斓(0,0.05, 0.2, 2.0, 10, 20 mg/kg体重）和农用稀土微肥常乐(La203: 30.48%, Ce02: 54.67,Pr6011: 6.05%, Nd203: 8.8%) (0, 0.1, 0.2, 2.0, 10, 20 mg/kg体重）后血清及尿液中的代谢物如柠檬酸、酮体、肌酸酚、二甲胺、二甲基甘氨酸、TMAO、氨基酸和乳酸、唬拍酸、牛磺酸等的浓度、物种的变化，并用ICP-MS法测定了长期口服常乐后大鼠各组织及脏器中的稀土含量，并结合一些生化指标的测试，对稀土在体内与细胞、组织和器官的作用机理及在动物体内的积累、排泄和远期毒性进行了有意义的探讨。结果表明，高剂量稀土在体内长期作用，可能导致动物肝脏和肾脏特定部位（如肾小管、'肾乳头、肝脏线粒体）受到选择性的损伤，且损害程度与剂量成正比关系。并发现，不同的稀土离子在体内有不同的作用方式，不同的稀土离子在体内有不同的代谢和累积速率，而且动物对稀土的毒性可能有一个适应过程。低剂量稀土对代谢没有明显影响，并建议了一个较安全剂量，但仍需对稀土的农用安全性进行进一步研究。

新型选择性磁共振成像造影剂的设计、合成及性质

近年来，随着磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA）、功能磁共振成像（fuectional MRI）、灌注磁共振成像中erfusion MRI）、扩散加权磁共振成像（diffusion weigllted MRI）等新M班技术的发展和在临床诊断应用中的普及，磁共振成像造影剂的研究和开发已经成为一个日益重要的研究领域。其中大分子造影剂由于具有弛豫效率高、在血池中停留时间长及可能的组织、器官选择性等特点更是受到MRI造影剂研究者的广泛关注。论文工作围绕新型MRI造影剂的研制进行了较系统的研究，主要实验结果归纳如下：（1）以天然多糖为载体的M斑造影剂设计合成了四种天然多糖修饰的Gd-DTPA配合物：AG-（Gd-DTPA）n、PQPS-（Gd-DTPA）n、GAPS-（Gd-DTPA）n和EAPS-（Gd-DTPA）。通过体外弛豫时间测试和体内磁共振成像实验研究其弛豫性能、器官选择性、体内滞留时间和代谢情况，结合体外稳定性和溶血性综合评价了其应用于临床的可能性。研究结果表明，不同类型多糖Gd-DTPA配合物在水溶液中弛豫性能相近，为Gd-DTPA的1.5-2.0倍，对肝脏信号的增强效果是Gd-DTPA的3.0倍左右，并且能在较长时间内产生稳定良好的增强效果。肝脏信号的增强效果随多糖Gd-DTPA配合物分子量的增加基本呈现出升高趋势，表明分子量影响其肝脏分布，分子量越大越易于在肝脏积累。其中，AG-（GdDTPA）n表现出了良好的肝脏选择性和肾脏代谢性能，有望成为有前景的肝脏选择性造影剂。而EAPS-（Gd-DTPA）n在肾脏中的代谢速率较慢，这一特性在磁共振血管造影及灌注磁共振成像的研究中极有帮助。（2）稀土杂多配合物M班造影剂设计合成了三种夹心型稀土杂多配合物：K13［Gd（Siw11O39）］、K11H6［Gd3O3（SiWgO34）2］及K17［Gd（PZW17O61）2］，通过体外弛豫性能、稳定性、溶血性及体内急性毒性、磁共振成像实验，对其体外体内的增强效果和安全性进行了较全面的评价。K13［Gd（SIWllO39）2］和K17〔Gd（PZwl7o61）2］在水溶液中的弛豫效率略高于Gd-DTPA，而K11H6［Gd3O3（SiW9O34）2］在水溶液中的弛豫效率是Gd-DTPA的3.5倍左右。磁共振成像实验表明：K13［Gd（SIWll。动2］、K11H6［Gd3O3（siwgo34）2」和K17［Gd（P ZwI7o61）2］对肝脏产生的增强效果分别为Gd-DTPA的1.5、2.5和3.5倍左右，对肾脏的增强效果不及Gd-DTPA。通过与磷钨杂多配合物的比较发现，具有相同构型的稀土杂多配合物对肝脏和肾脏产生的增强效果相近，肝脏信号增强的顺序为Gd（凡wl7）2＞Gd3（XW9）2＞Gd（XW11）2，肾脏信号增强的顺序为Gd3（XW9）2≈Gd（XW11）2＞Gd（X2W17）2。总体来说，稀土杂多配合物在体内的分布和代谢是由其构型、离子大小、所带负电荷等因素决定的，受结构中的杂原子影响不大。

夹心型锰杂多配合物作为磁共振成像造影剂的研究

以两种夹心型锰杂多配合物K10[Mn4(PW9O34)2]·22H2O和Na16[Mn4(H2O)2(P2W15O56)2]·53H2O作为研究对象,采用元素分析和红外光谱对其结构进行了表征,测试其在水中、牛血清白蛋白及运铁蛋白溶液中的弛豫效率,并进行了大鼠活体成像实验.结果表明,这两种锰杂多配合物的弛豫效率高于或接近于目前临床常用的造影剂Gd-DTPA,对肝脏和肾脏MRI信号具有良好的增强效果,是比较好的潜在磁共振成像造影剂候选化合物.

Mn~(2+)-NaY型分子筛作为口服胃肠道MRI造影剂的研究

用离子交换法制备了Mn2+交换的NaY分子筛MnNaY,用红外光谱(IR)和X射线粉末衍射(XRD)等方法进行了表征.研究了Mn2+含量为3.2%的样品在酸性水溶液中的稳定性和离子交换选择性.弛豫时间测量和体内磁共振成像实验表明其弛豫效率变化范围为4.9～9.7mmol·L·s-1,高于目前临床所用造影剂Gd-DTPA,对胃部MRI信号具有良好的增强效果.它是比较好的潜在口服胃肠道造影剂.

Arabinogalactan as a carrier for contrast agent in magnetic resonance imaging

Arabinogalactan-Gd-DTPA was synthesized by the reaction of diethylenetriaminepenta-acetic acid (DTPA) bisanhydride with polysaccharide in dry DMSO and characterized by FTIR, elemental analysis and ICP-AES. Its stability was investigated by competition with Ca2+, EDTA, DTPA. The t(1)-relaxivity is 8.06 mmol(-1) . L . s(-1) in D2O, 8.48 mmol(-1) . L . s(-1) in 0.725 mmol . L-1 BSA, respectively. t(1)-weighted MR imaging of rat kidney and liver showed a remarkable enhancement post injection of Arabinogalactan-Gd-DTPA. The results indicate that the arabinogalactan-Gd-DTPA is a potential contrast agent for MRI.

An evaluation of gadolinium polyoxornetalates as possible MRI contrast agent

Two gadolinium polyoxometalates, K9GdW10O36 and K-11 [Gd(PW11O39)(2)], have been evaluated both in vivo and in vitro as candidates for tissue-specific MRI contrast agents. T-1-relaxivities of 6.89 mM(-1) . s(-1) for K9GdW10O36 and 5.27 mM(-1) . s(-1) for K-11[Gd(PW11O39)(2)] are slightly higher than that of the commercial MRI contrast agent (Gd-DTPA). Both compounds bind with bovine serum albumin and human serum transferrin and favorable liver-specific contrast enhancement in in vivo MRI with Sprague-Dawley rats after i.v. administration has been demonstrated. Imaging studies demonstrate that the two agents have a long residence time, showing MR signal enhancement in the liver for more than 40 min, longer than commercially available contrast agents. In vivo and in vitro assays showed that GdW10 and Gd(PW11)(2) are promising liver-specific MRI contrast agents and GdW10 may be used in the diagnosis of the pathological state. However, with the higher acute toxicity, the two gadolinium polyoxometalates need to be modified and studied further before clinical use.

以阿拉伯半乳聚糖为载体的磁共振成像造影剂的研究

合成了阿拉伯半乳聚糖修饰的 DTPA钆配合物 ,用红外光谱、元素分析、 ICP-AES等手段进行了表征 ,用竞争性方法研究了其在水溶液中的稳定性 ,测试了其在水中及 BSA溶液中的弛豫性能 ,并进行了体内成像实验 .结果表明 ,其弛豫效率是目前临床所用造影剂 Gd-DTPA的 1 .5～ 2 .0倍 ,对肝脏和肾脏 MRI信号具有良好的增强效果 ,是比较好的潜在磁共振成像造影剂

电中性的GdDTPA双酰胺衍生物作为MRI造影剂

1988年德国卫生局批准(NMG)_2[Gd(DTPA)·H_2O]可作为 MRI 造影剂临床应用(商品名为 Magnevist),NMG 为 N-甲基葡萄糖胺根。从药物动力学角度看,Gd(DTPA)具有弛豫性强、毒性小、细胞外分布、不通过正常的血脑屏障、迅速由肾脏排出、在人体内结构稳定、具有高溶解度等特征。Gd(DTPA)对中枢神经系统病变增强效果良好,但是组织分布无特异性,对腹部器官如肝脏、脾脏的成像效果较差。为了改善其器官选择性,而且使生物体更易接受,减少毒副作用,人们在电中性的 GdDTPA 衍生物方面作了许多努力。

钆-二乙三胺五乙酸与牛血清白蛋白作用的核磁共振研究

采用核磁共振弛豫分析法研究了造影剂母体化合物钆-二乙三胺五乙酸（Gd-DTPA）在水溶液和牛血清白蛋白溶液中的诱导弛像增强性质。Gd-DTPA络合物在水溶液中弛豫效率为5．25mmol-1·L·s-1，并发现牛血清白蛋白分子可非共价地结合Gd－DTPA络合物，这种非共价结合体的旋转相关时间明显长于自由络合物，使Gd-DTPA在蛋白质溶液中弛豫效率增高。本文结果表明该方法可以用来研究顺磁性金属络合物与蛋白质之间的相互作用情况。

稀土杂多配合物的合成、表征及其稳定性、弛豫性质

以N_9GdW_(10)O_(36)和K_(11)[Gd(PW_(11)O_(39)_2]作为研究对象,根据元素分析,红外光谱及差热-热重分析进行表征,对两种稀土杂多配合物的稳定性、溶解性进行了研究,并测试了其在水中及BSA溶液中的弛豫性能.其弛豫效率略高于目前临床所用的造影剂Gd-DTPA结果表明,这两种稀土杂多配合物均是比较好的潜在的磁共振成像造影剂

EFFECTS OF METAL-IONS ON THE CONFORMATION OF POLAR HEADGROUP OF SPHINGOMYELIN BILAYER

With the wide application of rare earth in agriculture, medicament, especially the application of Gd-DTPA as nuclear magnetic resonance image reagent in clinical practice([1]), the studies on the toxicology in biological body, as well as the study on the use as informative probes instead of divalent calcium ion in biological and biochemical research have attracted intensive concern([2]). Phospholipids bilayers have served as a model of biomembrane in the last two decades. The effects of metal ions on the conformation of polar headgroup of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) bilayers have been reported([3]). Sphingomyelin is major component of several biological tissues such as brain and nerve cells and has identical polar headgroup to DPPC. The interaction of metal ions with sphingomyelin bilayer remains nonrevealed. This note presents the results of the study on this aspect.

M(NTEA)配合物的NMR研究(M=La，Y，Lu和Ca)

近年,水溶性非离子化的稀土配合物由于可用作潜在的NMR造影剂而受到重视,特别是热力学和动力学均稳定的Gd(Hp-DO3A)和Gd(DTPA-BMA)已应用于临床医学诊断。前文报导了新螯合剂—氨三乙氧基乙酸(NTEA)的合成及其La配台物单晶的结构分析。

钆对二棕榈酰磷脂酰胆碱脂质体相变性质的影响

随着稀土在农业、药物等方面的应用日益广泛,特别是钆的二乙三胺五乙酸配合物(Gd-DTPA)已被临床应用于核磁共振成像的造影剂等,因此研究稀土在生物体内的作用机理,已成为当前极感兴趣的课题,虽然有关稀土的宏观毒理学已有不少报道,但是研究稀土对生物膜的影响报道很少,钆对生物膜的作用尚未见报道,稀土离子和钙离子在体内的竞争亦是人们关心的问题,本文采用差示扫描量热(DSC)、激光拉曼技术研究了钆离子及Gd-DTPA等对人工膜二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)脂质体相变性质的影响,并观察了Gd~(3+)对人工膜上结合钙的取代作用。