釓基凹凸棒納米材料的制備范文

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近年來，臨床治療工作對于疾病的及時準確的診斷和病程的監控提出了更高的要求。由于無輻射、軟組織分辨率高的特點，使得磁共振成像(MRI)在醫學等生命科學領域得到廣泛的應用。隨著該技術日新月異的優化，其分辨率逐步提高，掃描時間逐漸縮短，對于微小病灶的檢測也更加準確。伴隨著納米科技的快速發展，以納米材料作造影劑或藥物載體，在疾病診斷和治療領域內的突破引起了廣泛關注，同時也帶來了新的機遇與挑戰。T1型造影劑目前主要是以過渡元素或鑭系金屬的離子為核心形成的螯合物，由于三價的釓(Gd)離子最外層有7個未成對的電子，具有極強的順磁性，已普遍作為醫學磁共振成像診斷的造影劑［6］。但是游離的Gd離子在體內有很高的毒性，因此，常常需要有機配體形成配合物來降低化學毒性，以作為穩定安全的臨床制劑。近幾年，各種釓基的納米結構造影劑因其極佳的穩定性、良好的生物相容性和優越的藥動學被陸續開發和報道出來。本研究基于納米級的凹凸棒(ATP)為模板，利用液相合成方法原位載負釓氧化物，制備出凹凸棒-氧化釓復合納米材料。以實驗兔為動物模型，主要考察該納米材料的體外成像以及在動物活體內的血管成像效果，探究材料在體內的循環代謝過程，從而為該新型納米制劑的進一步臨床研究提供依據。

一、材料

H7650透射電子顯微鏡(加速電壓為100kV，日本Hitachi公司);Super40場發射掃描電子顯微鏡(德國Zeiss公司)。硝酸釓六水合物(gadolinium(iii)nitrate，Gd(NO)3•6H2O，美國AlfaAesar公司);一縮二乙二醇(diethyleneglycol，DEG)、氫氧化鈉、乙醇、戊巴比妥(pentobarbital)購自中國上海國藥集團。實驗試劑均為分析純，在使用前未經進一步提純。凹凸棒由安徽國星生物化學有限公司贈送。普通級實驗用雌性新西蘭大白兔，購于金陵種兔場，生產許可證:Scxk(蘇)2012-0003。

二、方法

1納米材料ATP-Gd的合成100mgATP溶于15mLDEG中，超聲破碎20min，和902．5mg濃度為2mmol的Gd(NO3)3一起加入到50mL的單頸燒瓶中，600r•min－1攪拌過夜。新制2．5mmolNaOH(100mg溶于1mL水中，加入5mLDEG)，攪拌均勻。加入NaOH后，單頸燒瓶在油浴中加熱，同時磁子均勻攪拌。140℃加熱1．5h后，再升溫至180℃加熱4h。8000r•min－1離心20min，第1次離心后分散于20mL乙醇，第2次離心后分散于水中，用水離心2次，定容于10mL水中保存。同時取100μL制ICP樣，以確定材料內Gd元素的濃度。

2MRI檢測將納米顆粒膠體溶液配成濃度為1，0．75，0．5，0．25，0．125mmol•L－1的4mL體系溶液，裝于5mL離心管中。在MRI測試時，所有的樣品管均浸泡在水模標準液(NiSO4溶液)中。為了獲取較好的成像效果，在掃描中采用膝關節線圈，利用自旋回波序列(SE)對樣品進行掃描:重復時間(repetitiontime，TR)為400ms;回波時間(echotime，TE)為8.7ms;掃描視野(fieldofview，FOV)為240mm×240mm;采集矩陣(acquisitionmatrix)為256×233;層厚5mm。普通級實驗用新西蘭大白兔使用電子秤稱重。用3%的戊巴比妥，按照1mL•kg－1的劑量耳緣靜脈注射。若3min后兔子未處于深度麻醉狀態(可采用眨眼反射評估)，再以0．2mL•kg－1的劑量逐次增加麻藥量。大白兔采取仰臥位姿勢，四肢向兩側水平展開，并固定于自制的非金屬固定架上，在大白兔的前肢靜脈上預先留置1個留置針并連接充滿造影劑的注射器。掃描前首先把大白兔以頭先進的進床方式連同固定架放入頭、頸聯合線圈中，調整位置至線圈中央，打開掃描儀定位光標，將線圈的中心位置與定位光標重合，然后將掃描床移至磁體掃描孔洞的中心。首先掃描T2WI橫斷面、冠狀面和矢狀面的圖像，主要的掃描參數為:T2W:TR3500ms，TE:102ms;FOV:155mm×180mm;Matrix:276×320;層厚3mm。然后使用三維擾相梯度回波序列(FLASH3D)掃描大白兔頭頸部及胸腹部血管，主要的掃描參數為:TR3．6ms，TE:1．65ms;FOV:210mm×280mm;Matrix:288×512;層厚0．7mm。在注射造影劑前先期掃描1次作為蒙片，隨后從前肢皮下靜脈注射材料(劑量為10mg•kg－1，流速為1mL•s－1)，材料注射完成后以相同流率團注等量生理鹽水沖管，同時開始再次以相同參數的FLASH3D序列掃描，最后對造影前后的圖像采用減影處理并導入三維工作站進行最大強度投影(MIP)，得到大白兔血管的三維影像。3統計學分析數據處理采用OriginPro7．5軟件分析，數據均以平均值±標準差(x珋±s)表示。

三、結果

1ATP-Gd納米材料的形貌表征采用電子顯微鏡觀察水相法合成制備的納米級ATP-Gd的形貌。從掃描電子顯微鏡(SEM)照片(圖1)可以看到，材料的尺寸較為均一，長度為200～800nm，直徑為40nm左右;透射電子顯微鏡(TEM)照片(圖2)進一步表明該納米材料分散性良好，能辨析出以凹凸棒為模板的負載結構，且未見有團聚現象。

2材料的生物安全性分析

以醫用生理鹽水(normalsaline，NS)及普通純化水(distilledwater)為陰陽對照組，考察該材料對血液樣本的溶血現象。結果見圖3，ATP-Gd無溶血作用，這為材料在靜脈注射等后續臨床操作和臨床應用中打下了堅實的理論基礎。3體外MRI為評估納米級ATP-Gd在3．0T強度的磁場下造影成像的性能和效果，本實驗測定了該納米材料在水溶液中的成像效果(圖4a)，并計算了其弛豫率的大小(圖4b)。在3．0T的磁場條件下，隨著釓離子濃度的降低，材料在水溶液中的T1成像效果具有逐漸變暗變弱的趨勢。對材料縱向弛豫率的測定及后續計算可知，材料的r1為3．03mmol•L－1•s－1，與商品化的釓噴酸葡胺(同樣條件下測得r1值為3．88mmol•L－1•s－1)成像性能類似。證明該材料可作為良好的T1磁成像造影劑。4體內MRA成像掃描大白兔的MRA效果如圖5所示。血管增強效果明顯，且局部小血管顯示清晰。說明材料具有非常優異的微小病灶成像的潛質。該材料在體內注射15min后已無明顯的血管增強效果，表明此時該材料已經基本從血管中被清除。

四、討論

納米材料現已成為超聲成像、MRI、CT、核醫學等一系列影像診斷學科上的一股生力軍，是今后臨床醫學和生命科學的重點研究和依賴對象。用納米制劑造影劑替代目前的離子型造影劑，可以減少其對血管內皮細胞和血腦屏障造成的損害，避免形成血栓和血栓性炎癥，降低產生的毒性。這種非離子型的納米級造影劑對血腦屏障的影響也極少，并可獲得更加清晰、更高對比的影像。磁共振血管造影(MRA)與其他血管成像的方法相比，它無輻射危害、無創傷、少有嚴重造影劑過敏反應，現已廣泛應用于臨床。對比增強MRA(CE-MRA)掃描克服了時間飛躍法(TOF)MRA掃描時間長的缺點，也避免了血管扭曲、湍流及慢血流等所致的信號喪失，因而無流動偽影，不存在自旋失相位和飽和效應而導致的對血管狹窄的過度評價，大大提高了診斷正確率。本實驗通過對材料在體外成像及活體體內成像的研究，逐步驗證了材料增強對比的能力，證明納米級的ATP-Gd材料可作為一種潛在的MRI的診斷工具，并為該類材料在臨床方面的研究應用做了良好的鋪墊。在后繼的研究中，筆者還將對納米制劑造影劑對體內病變模型的成像效果進行探討。

作者：徐運軍 金勤玉 楊冬梅 單位：安徽省立醫院影像科