临床安全高效磁共振成像对比剂的研发精选课件.ppt

1、临床安全高效磁共振成像对比剂的研发临床安全高效磁共振成像对比剂的研发 报告人：黄报告人：黄 燕燕 （导师：张岐）（导师：张岐）2019-12-19 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 报报 告告 提提 纲纲磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况1进一步的研究计划进一步的研究计划32我们目前开展的工作与研究小结我们目前开展的工作与研究小结1.磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况v 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是一种利用生物体不同组织在外磁

2、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磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况生物化学生物化学

3、化学化学临床医学临床医学放射医学放射医学肿瘤学肿瘤学 神经系统科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 磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况 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。磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况 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

4、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。磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况 进程进程纳米纳米Wu P C,Bioconjugate ChemJ.

5、2019,19(10):1972-1979 DOI:10.1021/bc800092w非离子化非离子化Silvio Aime,J Med ChemJ,2000,43(21):4017-4024 DOI:10.1021/jm000983aRocklage S M,Inorg ChemJ.1989,28:477-485Matsumoto K.,Magnetic Resonance ImagingJ.2019 doi:10.1016Joshua M.Bryson,Bioconjugate ChemJ.2019,19(8):1505-1509磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简

6、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磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况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磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况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磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况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磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况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磁共振成像(MRI

7、)对比剂的发展简况对比剂的发展简况 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。磁共振成像磁共振成像(MRI)对比剂的发展简况对比剂的发展简况 因此新发展的安全型因此新发展的安全型 MRI对比剂应尽可能保证金属不在对比剂应尽可能保证金属不在体内

8、泄漏，还须在成像后及时体内泄漏，还须在成像后及时并尽可能彻底排除体外。并尽可能彻底排除体外。马根维显马根维显壳聚糖壳聚糖无毒无毒生物相容性生物相容性生物活性生物活性 渗透压高渗透压高 对比时间短对比时间短 毒性毒性(肾源性系统纤维化肾源性系统纤维化)结合结合NNOGdOOONOOOOOOOHHOHONH2HOH2COnOOH3COCHNHOCH2OH0.250.751234561234562.我们目前开展的工作与研究小结我们目前开展的工作与研究小结合成路线示意图合成路线示意图(n-x)+(n-y)=nOOOHOOOOOONH2OOHOONNNOOOONHHNOOOOHOMn-xn-zn-yON

9、H2OOHHOOOOHOOOHHOONHOOn-xn-yn-zNNCCAc2ODTPAAOOHOHOCOHONCCOOOHOHNNCCOOCOHONCCOOOODMSO,DMAPPy,55-60CDTPADTPAAOOOHHOONH2nNNNHOHNOOOHOOOOHOMO红红 外外高效液相色谱高效液相色谱磁共振成像磁共振成像目标产物结构表征目标产物结构表征核磁共振核磁共振电感耦合等离电感耦合等离子体原子发射子体原子发射平均分子量的测定平均分子量的测定标标 样样LogM=a+bTR平均分子量的测定平均分子量的测定 CS6,CS8 和 CS11 的平均保留时间分别为26.4,26.2 和25.9

10、 min,分子量分布指数较窄,分别为:1.08,1.11,1.30。CSn(n=6,8,11)的高效液相色谱的高效液相色谱平均分子量的测定平均分子量的测定CSn(n=6,8,11)与与CSn-DTPA分子量的比较分子量的比较配合物名称N含量(%)C含量(%)H含量(%)Gd-DTPA-CS115.50 34.545.82 Gd-DTPA-CS85.1033.265.62Gd-DTPA-CS65.1332.605.32元素分析元素分析 Gd-DTPA-Glu 5.83 33.63 6.38ICP 测测 Gd3+含量含量配合物名称Gd3+含量(%)Gd-DTPA-CS114.58Gd-DTPA-C

11、S8 5.61Gd-DTPA-CS6 5.88Gd-DTPA-Glu 16.96 Gd-DTPA 与 CSn 的结合比例约为1:1。Gd-DTPA-CSn的结构表征的结构表征 IR 和 13C NMR 的结果表明 CSn 与DTPA通过酰 胺键（-CONH-）成功相连。170.6CONH179.60-176.9COO-NNNCCCCOH ON HOO Hn-xC OO HOO HO HOOOH ON HOO Hn-yO(n-x)+(n-y)=n弛豫率的测定弛豫率的测定 Gd-DTPA-CS11 11.9 mM-1s-1Gd-DTPA-CS8 10.4 mM-1s-1Gd-DTPA-CS6 7.

12、6 mM-1s-1相关系数相关系数 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。聚合度聚合度 弛豫率弛豫率Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS8Gd-DTPA-CS11 线性拟合线性拟合 配合物名称配合物名称弛豫率弛豫率r1(mM-1s-1)Gd-DTPA-Glu5.20Gd-DTPA-CS67.60Gd-DTPA-CS810.4Gd-DTPA-CS11 11.9 Gd-DTPA(Magnevist)3.64弛豫率的测定弛豫率的测定HigherLow 体外成像体外成像 MSE S%Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS11Gd-DTPA-CS8G

13、d-DTPA-CS8Gd-DTPA-CS11Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS11Gd-DTPA-CS6Gd-DTPA-CS8S%=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大鼠肾脏的体内成像(在武汉物数所完成在武汉物数所完成)注射药剂后注射药剂后1 1小时小时注射药剂前注射药剂前注射药剂后注射药剂后2 2小时小时注射Gd-DTPA(0.0800.002mmol/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(0.0200.002mmol/kg Gd3+)后，大鼠肾脏的磁共振信号强度增强情形，对比度明显增加

14、。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。马根维显马根维显Gd-DTPA-CS11 大鼠肝脏的体内成像大鼠肝脏的体内成像(在武汉物数所完成在武汉物数所完成)注射药剂后注射药剂后1 1小时小时注射药剂前注射药剂前注射药剂后注射药剂后2 2小时小时注射Gd-DTPA(0.0800.002mmol/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(0.0200.002mmol/kg Gd3+)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。马根维显马根维显Gd-DTPA-CS11Gd3+在小鼠体

15、内的残留情况在小鼠体内的残留情况3.1 合成系列 nNOCS6、8、11-DTPA-Gd 化合物3.3.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nNOCS 6、8、11-DTPA-Mn 的弛豫效

16、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。进一步的研究计划进一步的研究计划LOGO致致 谢谢v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（国家自然科学基金（No 20871061，2009.01-2019.12）v高分子材料和生物医用材料的制备及性能研究，国家高分子材料和生物医用材料的制备及性能研究，国家973计计划前期研究专项（划前期研究专项（No 2019CB617500，2019.03-2019.06）v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，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（国家自然科学基金（No 20762019，2019.01-2019.12）v临床安全高效临床安全高效MRI对比剂与对比剂与MIP诊断剂的研发，江苏省社会诊断剂的研发，江苏省社会发展科技支撑计划（发展科技支撑计划（No SBE 201977304,2019.08-2019.12）v海南大学奖励基金海南大学奖励基金(No hd09xm07/24)v海南省自然科学基金海南省自然科学基金(No 209001)共同资助请各位专家老师批评指正！