【摘要】：腫瘤成像是腫瘤診斷過程中重要技術手段。目前常用的人體腫瘤成像技術中,磁共振成像(MRI)因無輻射、無創(chuàng)傷和軟組織分辨率高等優(yōu)點被廣泛應用,為腫瘤診斷技術的進步提供了巨大的幫助。但是MRI對腫瘤的成像靈敏度不夠理想,需要使用造影劑提高腫瘤成像的對比度。目前臨床上使用的大多數造影劑為小分子釓配合物,其結構簡單,安全性好,但弛豫率低,清除速度過快,缺乏腫瘤靶向性,無法滿足腫瘤臨床診斷的要求。因此,目前亟需發(fā)展高弛豫率、長循環(huán)和腫瘤靶向的新型造影劑,提高MRI診斷腫瘤的靈敏度。將納米載體與MRI造影劑相結合能夠提高造影劑的馳豫和靶向性能。在各類納米載體中,樹枝狀大分子具有結構明確、分布均一、表面基團多等優(yōu)點,是一種理想的納米載體材料。但是,目前樹枝狀大分子存在合成復雜、生物相容性差和缺乏抗蛋白吸附能力易被網狀內皮系統(tǒng)清除等問題,限制了它們作為生物載體材料的應用。據此本文以多官能團化合物環(huán)糊精為核,構建了兩種新型的聚甘油樹枝狀大分子和內部羥基化的樹枝狀大分子,解決了高分子量樹枝狀大分子合成困難的問題,并通過引入避免非特異性黏附的兩性離子和腫瘤靶向基團,獲得了腫瘤靶向的樹枝狀大分子造影劑。首先,論文以β-環(huán)糊精為核、鹵代丙烯為單體,通過交替進行的Willaims和Sharpless反應合成了1-4代聚甘油樹枝狀大分子CPGD,并利用1H NMR、凝膠n蟯干綴蚆ALTI-TOF-MS對其結構進行了表征。該樹枝狀大分子以甘油醚為結構單元結構穩(wěn)定,生物相容性好。與小分子為核的聚甘油樹枝狀大分子相比,樹枝狀大分子的分子量從原來最高的5.1kDa增加到18.9 kDa,表面功能團從原來的48個增加到168個。通過帶雙鍵基團的樹枝狀大分子與不同帶巰基團的化合物反應,合成了表面帶羥基、胺基、羧基和兩性離子等不同基團的樹枝狀大分子,研究了不同表面基團對并對其的毒性、與蛋白的相互作用、細胞內吞以及器官分布的影響,發(fā)現表面帶有氨基的CPGD毒性過大,生物相容性差,帶羧基的GPGD在腫瘤中分布多,但細胞毒性較大且不易進入細胞,G3-OH進細胞速度快,但排出過快,而帶兩性離子CPGD在正常pH7.4下不與蛋白相互作用,在腫瘤的酸性pH下會與蛋白相互作用,而通過內吞作用較快的進入細胞,且能夠從酸性的溶酶體逃逸,具有更好腫瘤藥物/造影劑輸送性能。然后,論文在兩性離子的聚甘油樹枝狀大分子表面引入造影劑分子,獲得的聚甘油樹枝狀大分子造影劑。該造影劑的馳豫率隨大分子的代數增加而逐代增大,CPGD-G3-DOTA-Gd的弛豫率為14.3mM~(-1)s~(-1),約為Magnevist的3.3倍。兩性離子修飾的聚甘油樹枝狀大分子造影劑能夠顯著降低細胞內吞,可以作為細胞外造影劑較少造影劑在體內的殘留。ICR白鼠的活體成像證明了這種造影劑有很好的血池造影能力,相對Magnevist可以在較長的時間內維持對血池的增強效果,同時對血管豐富器官也有較好的增強效果,其中高代數的樹枝狀大分子造影劑相較于低代數具有更長的體內循環(huán)時間和更好的造影效果,而且造影劑幾乎沒有長期的治療,能夠避免造影劑滯留和代謝造成的系統(tǒng)毒性。除此之外,論文在聚甘油樹枝狀大分子造影劑的表面通過PEG鏈接引入了腫瘤厭氧靶向基團,獲得了腫瘤靶向的樹枝狀大分子造影劑,其弛豫率為Magnevist的6.9倍,并能夠在腫瘤的缺氧區(qū)域富集,顯著增強腫瘤與正常區(qū)域的對比。最后,為了避免樹枝狀大分子表面引入造影劑破壞樹枝狀大分子兩性離子性質。論文還以環(huán)糊精為核,通過交替進行"amine-epoxy"的開環(huán)反應和"thiol-allyl"反應合成了一種內部羥基化的樹枝狀大分子,并利用~1H NMR、凝膠滲透色譜對其結構進行了表征。同時,在這種樹枝狀大分子的內部連接造影劑,而在其表面引入兩性離子與腫瘤靶向的苯磺胺基團,獲得了一種新型的腫瘤靶向樹枝狀大分子造影劑。其中,兩性離子能夠避免非特異性蛋白粘附和細胞內吞,而表面的腫瘤靶向基團能夠介導腫瘤細胞特異性內吞樹枝狀大分子造影劑,提高造影劑的腫瘤靶向性能。該造影劑的粒徑約為6.2nm,馳豫速率11.3mM~(-1)s~(-1),約為Magnevist的2.7倍。細胞實驗表明該造影劑具有腫瘤厭氧靶向性能,動物實驗表明該腫瘤靶向樹枝狀大分子造影劑顯著增強腫瘤的磁共振成像,并能夠快速的通過腎臟排出體外,無明顯的系統(tǒng)毒性,是一種理想的腫瘤靶向型造影劑。
[Abstract]:Tumor imaging is an important technique in the diagnosis of tumor. At present, the magnetic resonance imaging (MRI) is widely used in the imaging technology of human body tumor, which has the advantages of no radiation, no wound and high resolution of soft tissue, and provides great help for the progress of the diagnosis technology of the tumor. However, the imaging sensitivity of the MRI to the tumor is not ideal, and the contrast of the tumor imaging need to be enhanced using the contrast agent. At present, most of the contrast agent used clinically is a small molecular weight complex, the structure is simple, the safety is good, the relaxation rate is low, the clearing speed is too fast, the tumor targeting property is short, and the requirement of the clinical diagnosis of the tumor can not be met. Therefore, it is urgent to develop a new contrast agent with high relaxation rate, long circulation and tumor targeting, and to improve the sensitivity of MRI to the diagnosis of tumor. The combination of the nano-carrier and the MRI contrast agent can improve the relaxation and the targeting performance of the contrast agent. In various kinds of nano-carriers, the dendritic macromolecule has the advantages of clear structure, uniform distribution and many surface groups, and is an ideal nano-carrier material. However, the present dendrimers have the problems of complex synthesis, poor biocompatibility and lack of anti-protein adsorption ability, which are easy to be removed by the reticuloendothelial system, and the application of them as the biological carrier material is limited. By using the multi-functional compound cyclodextrin as a core, two novel polyglycerol dendritic macromolecules and internally hydroxylated dendritic macromolecules are constructed, and the problem of difficult synthesis of the high molecular weight dendritic macromolecules is solved, and through the introduction of the zwitterionic and tumor targeting groups which avoid non-specific adhesion, the tumor-targeted dendritic macromolecular contrast agent is obtained. First, a 1-4 generation of polyglycerol dendrimer CPGD was synthesized by the alternate Willis and Sharpless reaction, and 1H NMR and gel n were used as the monomer to synthesize the 1-4-generation polyglycerol dendrimer CPGD. The structure of ALTI-TOF-MS was characterized. The dendritic macromolecule has the advantages of stable structure and good biocompatibility by using the glycerol ether as a structural unit. The molecular weight of the dendrimer increased from 5.1kDa to 18.9 kDa, and the surface functional group increased from 48 to 168. The dendrimers with different groups of hydroxyl group, amino group, alicyclic group and zwitterionic group are synthesized through the reaction of the dendrimer with the double-bond group and the compound of the different groups of polar groups, and the toxicity of the groups on the surface and the interaction with the protein is studied. The effect of the endocytosis and the distribution of the organ found that the CPGD with the amino group on the surface was too toxic and the bio-compatibility was poor. The GGD with the donor base was more widely distributed in the tumor, but the cytotoxicity was large and it was not easy to enter the cell. and the zwitterionic CPGD does not interact with the protein under normal pH 7.4, and interacts with the protein under the acidic pH of the tumor, and can escape from the acid lysosomes and has better tumor drug/ contrast agent delivery performance. then, a contrast agent molecule is introduced on the surface of the zwitterionic polyglycerol dendrimer, and the obtained polyglycerol dendrimer contrast agent is obtained. The relaxation rate of CPGD-G3-DOTA-Gd is 14. 3mM ~ (-1) s ~ (-1), which is about 3. 3 times of Magnitude. The zwitterionic modified polyglycerol dendrimer contrast agent can obviously reduce the endocytosis of the cells and can be used as the residual of the contrast agent of the extracellular contrast agent in the body. The in vivo imaging of ICR mice has proved that the contrast agent has a good blood pool contrast ability, and the relative Magnitude can maintain the enhancement effect on the blood pool in a long time, and also has better enhancement effect on the blood vessel-rich organs, wherein the high-algebra dendrimer contrast agent phase has a longer in-vivo circulation time and better contrast effect than the low-algebra, and the contrast agent has little long-term treatment, so that the systemic toxicity caused by the retention and the metabolism of the contrast agent can be avoided. In addition, on the surface of the polyglycerol dendrimer contrast agent, the tumor anaerobic targeting group is introduced through the PEG link, the tumor-targeted dendritic macromolecular contrast agent is obtained, the relaxation rate is 6-9 times of the Magnitude, and can be enriched in the hypoxic region of the tumor, and the contrast between the tumor and the normal region is obviously enhanced. in that end, to avoid the introduction of contrast agent on the surface of the dendrimer to destroy the zwitterionic property of the dendrimer. In this paper, a kind of internally hydroxylated dendrimer was synthesized by the open-loop reaction and the "thiol-allyl" reaction of the "amine-epoxy", and the structure of the dendrimer was characterized by ~ 1H NMR and gel permeation chromatography. At the same time, the contrast agent is connected to the inside of the dendritic macromolecule, and a zwitterionic and tumor-targeted sulfanilamide group is introduced on the surface of the dendrimer, so that a novel tumor targeting dendritic macromolecular contrast agent is obtained. in which, the zwitterionic can avoid the non-specific protein adhesion and the endocytosis, and the tumor targeting group on the surface can mediate the tumor cell specific endocytosis of the dendritic macromolecular contrast agent and improve the tumor targeting performance of the contrast agent. The particle size of the contrast agent is about 6.2nm, the relaxation rate is 11. 3mM-(-1) s-(-1), which is about 2.7 times of Magnitude. The cell experiment shows that the contrast agent has the tumor anaerobic targeting performance, and the animal experiment shows that the tumor targeted dendritic macromolecular contrast agent obviously enhances the magnetic resonance imaging of the tumor and can be quickly discharged out of the body through the kidney without obvious systemic toxicity, is an ideal tumor-targeting contrast agent.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ421.7

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