基于聚膦腈纳米管的新型磁共振成像对比剂的合成与性能研究

Polyphosphazenes, which are one class of the important hybrid inorganic-organic polymers with a backbone of alternating phosphorus and nitrogen atoms and two side chains substituted by organic groups, have wide application prospects in chemical biomedicine because of their excellent thermal stability, biocompatibility and biodegradability. In particular, the polyphosphazene nanotubes synthesized by nanotechnology, have important theoretical research and practical application values in the field of nanobiomedical, due to their good biocompatibility and many active functional groups and combine sites on the surfaces which can be easily combined with biomolecules and metal ions. In this project, we will devote to preparing a kind of novel polymer nanotube contrast agents with excellent performances to solve the problems of the existing product such as high osmotic pressure, toxicity and bad target for organisms. The new polymer nanotube contrast agents are synthesized by combining phosphosphazene nanotubes with many paramagnetic transition metals and modified by chemical methods to enhance water solubility and targeted property. The characterization of structures and performances, the relationship between structures and performances, interaction mechanisms of contrast agents and cells, toxicity and toxicological characteristics will be studied.

聚膦腈是主链上以磷氮原子交替排列，侧链为有机取代基的一类新型有机无机杂化高分子，具有优异的光热稳定性、抗氧化性、耐辐射、耐低温、生物相容性及生物可降解性等，在生物医用材料领域有着重要的应用前景。通过纳米技术合成的聚膦腈纳米管，是一类新型的聚合物纳米管，由于其表面带有大量活性基团和多个配位位点，易于与生物活性分子结合，也易于与金属离子配位，且生物相容性佳，因而在纳米生物医学领域有着重要的研究和应用价值。本项目拟以聚膦腈纳米管为基体，与各种顺磁性金属离子进行配位，再用化学改性的方法增加水溶性和靶向性，制备一类性能优异的新型纳米磁共振成像对比剂，改善目前磁共振成像对比剂存在的问题，如：渗透压较高、靶向性差、毒副作用高等。并表征其结构和性能，研究结构与性能间的相互关系，研究其与细胞之间的相互作用机制，并进行毒性毒理和药物代谢研究，为医学领域提供一类新型的纳米管磁共振成像对比剂。

磁共振成像(MRI)是一种利用生物体不同组织在外磁场影响下产生不同磁共振信号来成像的先进医学影像诊断技术。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等。因此，磁共振成像是临床诊断中常用的检测手段之一。目前常用的Gd 配合物MRI 造影剂一般是小分子造影剂，其在体内渗透压较高，体内存在时间较短，易经肾脏代谢排出，且不具有组织或器官选择性。本课题利用聚膦腈这个具有独特的结构特点和化学合成特性及优异的生物相容性与生物可降解性的高分子基体，将聚膦腈纳米管与一些顺磁性金属离子结合，并利用化学改性的方法将水溶性壳聚糖接枝到聚膦腈纳米管上，增强水溶性，得到潜在的新型聚合物纳米管磁共振成像对比剂。研究结果表明，合成的高分子纳米管磁共振成像对比剂水溶性良好，分子结构稳定；弛豫率及体外成像研究结果表明，合成的众多产物中，PZSNT- Gd(III)的弛豫率为42.89 L/ (mmol*s )，为商用造影剂Gd-DTPA（弛豫率为3.64 L/ (mmol *s)）的12倍；PZSNT- Mn(II)的弛豫率为237.38 L/ (mmol*s )，为Gd-DTPA的65倍。大鼠体内的急毒实验证实了合成的高分子纳米管磁共振成像对比剂在体内的安全性。大鼠体内活体成像结果表明，钆基、锰基聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂在大鼠肾脏的成像效果明显，而铁基聚膦腈纳米管磁共振成像对比剂在大鼠肝脏的成像效果明显。以上研究结果有望为医学领域提供一类新型的临床高分子纳米管造影剂。