一种用于多功能造影的超分子纳米聚合物的制备,其构筑单元以桥联三聚b-环糊精为主体,以聚乙二醇修饰的金属锰卟啉为客体,通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体;所制备用于多功能造影的超分子纳米聚合物用于靶向MCF7癌细胞成像和靶向KB癌细胞成像。本发明的优点是:该超分子纳米聚合物的制备方法,基于桥联三聚b-环糊精和水溶性金属卟啉二元超分子组装构筑,工艺简单,组分之间具有较强的键合能力;制备的超分子纳米聚合物自身可以有效的增强水的弛豫度,可作为磁共振成像造影剂,同时其天然环糊精为多功能化提供了位点,可以实现按需制备的要求,在医疗用造影剂领域有着广阔的应用前景。
1.一种用于多功能造影的超分子纳米聚合物的制备方法,其特征在于:构筑单元以桥联三聚β-环糊精为主体,以聚乙二醇修饰的金属锰卟啉为客体,通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体,制备步骤如下:1)将6-叠氮基-6-脱氧-β-环糊精和6-叠氮基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精在氩气保护下,依次加入溶解了4,4",4”-(乙基-1,1,1-)三[(丙基-2-炔基-1-氧)苯]和碘化亚铜的二甲基甲酰胺溶剂中,在18-65°C温度下搅拌12-72小时,旋蒸除去溶剂,将剩余固体用透析袋提纯,得到白色桥联三聚β-环糊精固体;2)将上述制得的桥联三聚β-环糊精和锰卟啉溶解于水中并均匀混合,再加入抗坏血酸钠即可制得超分子纳米聚合物;所述6-叠氮基-6-脱氧-β-环糊精、6-叠氮基-6-脱氧-全甲基化β-环糊精、4,4",4”-(乙基-1,1,1-)三[(丙基-2-炔基-1-氧)苯]、碘化亚铜与二甲基甲酰胺溶剂的用量比为1mol:2mol:1mol:1mol:50L。
2.根据权利要求1所述用于多功能造影的超分子纳米聚合物的制备方法,其特征在于:所述桥联三聚β-环糊精、锰卟啉和抗坏血酸钠在水中的浓度分别为
0.04mmol/L、0.06mmol/L和9.90mmol/L。技术领域
本发明属于纳米超分子材料,特别是一种用于多功能造影的超分子纳米聚合物的制备和应用。
背景技术
X射线计算机断层成像(X-raycomputedtomography,CT)、正电子发射断层显像(positronemissiontomography,PET)、单光子发射计算机断层成像(singlephotonemissionCT,SPECT)、光谱成像(?uorescenceimaging)和磁共振成像(MagneticResonanceImaging)是现今常用的医用成像技术。不同的成像技术有着各自的优缺点和适用范围。例如,光谱成像具有高敏感性和高时间分辨率,但是穿透性和空间分辨率一直限制其的进一步应用;磁共振成像具有无电离辐射性(放射线)损害、无骨性伪影、能多方向(横断、冠状、矢状切面等)和多参数成像、高度的软组织分辨能力、无需使用对比剂即可显示血管结构等独特的优点,但是磁共振成像检测的缺点是灵敏度较低、检测时间长和检测费用昂贵。同时,单一的成像技术无法满足日趋提高的医疗诊断的需求。为满足更加复杂的成像,将不同的成像技术结合,制备多功能造影剂,对于疾病的诊断和治疗用着巨大的意义。超分子聚合物是一种利用超分子作用力(疏水亲水相互作用、静电作用、氢键、主客体包结作用等)的组装得到的聚合物。与传统的高分子聚合物相比,它具有合成简单、生物兼容性好、刺激响应特性和自修复等独特的优点。在超分子化学的研究中,环糊精是一类非常重要的主体化合物,是由D-(+)-吡喃葡萄糖通过α-1,4-糖苷键首尾相连形成的半天然化合物。天然环糊精倾向于包结金刚烷类客体,因为它们之间较好的尺寸匹配效应;甲基化环糊精较天然环糊精可以更好的包结卟啉客体,从而形成稳定的超分子络合物。利用超分子化学构筑超分子纳米聚合物,可简化合成,易于实施,一方面甲基化环糊精与卟啉作为超分子聚合物骨架,同时提供了磁共振成像的能力;另一方面,天然环糊精为实现多功能化提供了位点,使得超分子聚合物可以靶向癌细胞和光谱成像。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术分析,提供一种用于多功能造影的超分子纳米聚合物的制备和应用,该超分子纳米聚合物的制备工艺简单,组分之间具有较强的键合能力,超分子纳米聚合物自身可有效增强水的弛豫度,作为磁共振成像造影剂可用于靶向癌细胞成像。本发明的技术方案:一种用于多功能造影的超分子纳米聚合物的制备,其构筑单元以桥联三聚b-环糊精(trisCD)为主体,以聚乙二醇修饰的金属锰卟啉为客体,通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体,制备步骤如下:1)将6-叠氮基-6-脱氧-b-环糊精和6-叠氮基-6-脱氧-全甲基化b-环糊精在氩气保护下,依次加入溶解了4,4",4""-(乙基-1,1,1-)三[(丙基-2-炔基-1-氧)苯]和碘化亚铜的二甲基甲酰胺溶剂中,在18-65°C温度下搅拌12-72小时,旋蒸除去溶剂,将剩余固体用透析袋提纯,得到白色桥联三聚b-环糊精(trisCD)固体;2)将上述制得的桥联三聚b-环糊精(trisCD)和锰卟啉溶解于水中并均匀混合,再加入抗坏血酸钠即可制得超分子纳米聚合物。所述6-叠氮基-6-脱氧-b-环糊精、6-叠氮基-6-脱氧-全甲基化b-环糊精、4,4",4""-(乙基-1,1,1-)三[(丙基-2-炔基-1-氧)苯]、碘化亚铜与二甲基甲酰胺溶剂的用量比为1mol:2mol:1mol:1mol:50L。所述桥联三聚b-环糊精(trisCD)、锰卟啉和抗坏血酸钠在水中的浓度分别为0.04mmol/L、0.06mmol/L和9.90mmol/L。一种所制备用于多功能造影的超分子纳米聚合物的应用,作为磁共振成像造影剂用于靶向MCF7癌细胞成像和靶向KB癌细胞成像。本发明的优点是:该超分子纳米聚合物的制备方法,基于桥联三聚b-环糊精和水溶性金属卟啉二元超分子组装构筑,工艺简单,组分之间具有较强的键合能力;制备的超分子纳米聚合物自身可以有效的增强水的弛豫度,可作为磁共振成像造影剂,同时其天然环糊精为多功能化提供了位点,可以实现按需制备的要求,在医疗用造影剂领域有着广阔的应用前景。【附图说明】图1为该超分子纳米聚合物的超分子组装体的构筑结构示意图。图2为在锰卟啉溶液中不断加入trisCD的紫外光谱变化图。图3为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图。图4为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物的原子力显微镜图像。图5为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物的透射电子显微镜图像。图6为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物的动态光散射图。图7为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物对于NIH3T3细胞(正常细胞)生存率实验结果图。图8为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物的磁共振实验T1加权图像。图9为锰卟啉和trisCD的超分子纳米聚合物的弛豫度曲线。图10为金刚烷修饰的Cy5和超分子纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图。图11为金刚烷修饰的叶酸和超分子纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图。图12为用于靶向MCF7癌细胞的多功能超分子纳米聚合物造影剂对MCF7的荧光共聚焦图像。图13为金刚烷修饰的生物素和超分子纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图。图14为用于靶向KB癌细胞的多功能超分子纳米聚合物造影剂对KB的荧光共聚焦图像。【具体实施方式】下面的实施例将对本发明予以进一步的说明,但并不因此而限制本发明。实施例:一种用于超分子纳米聚合物的制备方法,包括如下步骤:1)将2.3g6-叠氮基-6-脱氧-b-环糊精和1g的6-叠氮基-6-脱氧-全甲基化b-环糊精在氩气保护下,依次加入溶解了2.1g4,4",4""-(乙基-1,1,1-)三((丙基-2-炔基-1-氧)苯)和5g碘化亚铜的100mL二甲基甲酰胺溶剂中,在25°C温度下搅拌24小时,旋蒸除去溶剂,将剩余固体用透析袋提纯,得白色trisCD固体,产率60%。¹HNMR(400MHz,D₂O)δ8.11(s,3H),7.33–6.49(m,12H),5.46–4.84(m,27H),4.63–2.61(m,246H),2.02(s,3H).¹³CNMR(100MHz,D₂O)δ156.0,154.1,146.4,143.5,140.8,140.5,129.1,126.3,118.2,118.1,114.8,102.2,97.3,83.3,82.3,82.0,81.5,81.0,80.5,80.1,79.1,78.4,77.6,77.4,73.2,72.0,71.4,70.7,70.4,69.7,62.8,61.6,61.3,61.1,60.6,60.0,59.6,59.5,59.0,58.7,58.3,58.1,51.4,32.6,30.6,29.5.HRMS(MALDI):m/z:[M+Na]⁺calcdforC₁₉₅H₃₁₁O₁₀₅N₉Na⁺4481.9166;found:4481.9357.2)将上述制得的15mgtrisCD和10mg锰卟啉溶解于100mL水中并均匀混合,再加入200mg抗坏血酸钠即可制得超分子纳米聚合物。图1为超分子纳米聚合物的超分子组装体的构筑结构示意图。图2为在锰卟啉溶液中不断加入trisCD的紫外光谱变化图,图中表明:甲基化环糊精可以有效的包结锰卟啉,形成超分子聚合物。图3为锰卟啉和trisCD的纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图,图中表明:甲基化环糊精与锰卟啉的吡咯环有强烈的相关,从而说明甲基化环糊精和锰卟啉之间的强烈的键合,再一次证实甲基化环糊精可以有效的包结锰卟啉。图4为锰卟啉和trisCD的纳米聚合物的原子力显微镜图像,图中显示:纳米聚合物形成线性结构,具有超分子聚合物的特点。图5为锰卟啉和trisCD的纳米聚合物的透射电子显微镜图像,纳米聚合物形成线性结构,具有超分子聚合物的特点。图6为锰卟啉和trisCD的纳米聚合物的动态光散射图,图中表明:该超分子纳米聚集体具有较大的粒径。所制备的超分子纳米聚合物,作为磁共振成像造影剂用于靶向MCF7癌细胞成像和靶向KB癌细胞成像。该超分子纳米聚合物的体外磁共振实验:1)用MTT法,测定48小时后不同浓度的该纳米聚集体对于NIH3T3细胞(正常细胞)生存率的影响,如图7所示,图中表明:不同浓度的纳米聚合物对于细胞没有显著毒性。2)在3特斯拉磁共振扫描仪扫描下,该纳米聚集体的T1加权图像如图8所示,图中显示:该超分子纳米聚合物可以有效的提高水的弛豫能力。图9为锰卟啉和trisCD的纳米聚集体的弛豫度曲线,图中表明:该纳米聚合物的弛豫度通过线性拟合实现,为22.21毫摩尔/升·秒。该超分子纳米聚合物用于靶向MCF7癌细胞成像,造影剂的制备方法如下:将15mgtrisCD、10mg锰卟啉、1mg金刚烷修饰的Cy5和1mg金刚烷修饰的叶酸溶解于100mL水中并均匀混合,再加入200mg抗坏血酸钠即可制得用于靶向MCF7癌细胞的多功能超分子纳米聚合物造影剂。图10和图11为金刚烷修饰的Cy5和金刚烷修饰的叶酸和超分子纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图,图中表明:环糊精与金刚烷的有强烈的相关,从而说明甲基化环糊精和金刚烷之间的强烈的键合,证实了荧光基团和靶向剂分子成功的引入到了超分子纳米聚合物。图12为用于靶向MCF7癌细胞的多功能超分子纳米聚合物造影剂对MCF7的荧光共聚焦图像,图中表明,该造影剂通过叶酸受体介导的模式靶向MCF7细胞,同时可以实现光谱成像的功能。该超分子纳米聚合物用于靶向KB癌细胞成像,造影剂的制备方法如下:将15mgtrisCD、10mg锰卟啉、1mg金刚烷修饰的Cy5和1mg金刚烷修饰的生物素溶解于100mL水中并均匀混合,再加入200mg抗坏血酸钠即可制得用于靶向KB癌细胞的多功能超分子纳米聚合物造影剂。图13为金刚烷修饰的生物素和超分子纳米聚合物的ROSEY二维核磁谱图,图中表明:环糊精与金刚烷的有强烈的相关,从而说明甲基化环糊精和金刚烷之间的强烈的键合,证实了靶向剂分子成功的引入到了超分子纳米聚合物。图14为用于靶向KB癌细胞的多功能超分子纳米聚合物造影剂对KB的荧光共聚焦图像,图中表明,该造影剂通过生物素受体介导的模式靶向KB细胞,同时可以实现光谱成像的功能。