磁共振智能分子影像探针的设计合成及性能研究

发布时间：2020-09-12 13:56

　　背景磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)是近年来迅速发展的医学影像技术,多用于临床疾病的诊断。其中,MRI造影剂是这一技术的重要组成部分,它主要是通过缩短体内局部质子的弛豫时间,来加快水中质子的弛豫速率,进而增强正常与患病组织的信号对比度,增强成像的效果。因此,研究弛豫性能高、低毒并具有特异性的造影剂成为当前的主要发展趋势。细菌感染是引发许多疾病、死亡的重要原因。抗生素的滥用导致了大量耐药菌的出现,细菌感染诊断成为抑制抗生素滥用最直接有效的方法。而传统的检测方法很难区分细菌感染和无菌炎症。MRI成像技术的出现,使其具有了灵敏度高、低毒、非侵入的特点,通过诊断细菌感染,有效减少细菌耐药性的发生,为细菌感染的诊断提供检测平台和理论依据。当前,针对细菌的MRI造影剂少有报道,细菌感染MRI造影剂将有望为细菌感染诊断开启崭新的天地。目的本论文针对细菌感染MRI造影剂的研究,开展了两方面的研究工作:(1)构建合成具有细菌靶向性的MRI探针分子;(2)构建合成硝基还原酶(NTR)激活型MRI探针分子。方法和结果1.本论文通过将氨基糖苷类抗生素-新霉素(Neomycin)与Gd-DOTA(FDA批准的T_1加权MRI造影剂)相结合,并引入亲脂性基团linker改善细菌细胞膜穿透能力,首次研发出一种基于钆(Gd)的细菌特异性靶向MRI造影剂Gd-DOTA-linker-Neo,能达到穿膜并能够靶向细菌成像的目的,对细菌感染实现靶向性成像。与临床常用的MRI造影剂Gd-DOTA(r_1=3.9 mM~ 11 s~(-1))相比,探针Gd-DOTA-linker-Neo的r_1为4.1 mM~( 1)s~(-1),弛豫性能相当;探针在金黄色葡萄球菌中的弛豫速率(R_(1,cell))约为Gd-DOTA的10倍,在大肠杆菌中约为Gd-DOTA的5倍,而在正常细胞中无成像增强效果;更重要的是,在小鼠成像中,预标记探针的细菌表现出明显的MRI信号增强效果,与预标记Gd-DOTA的细菌相比,预标记探针部位的信号强度在注射后增加了53%(***P0.001),且在4小时内强度逐渐降低,表明其在体内对细菌感染的高分辨率成像有很大的潜力。2.本论文将对硝基苄基团(PNB,NTR作用位点)与Gd-DOTA相结合,设计合成出一种新型NTR激活MRI造影剂Gd-DOTA-PNB。该探针被NTR激活后,PNB基团首先被还原成氨基,然后通过多米诺反应自身消除,最终生成Gd-DOTA,使弛豫率增加,成像增强;与探针Gd-DOTA-PNB(r_1=3.1 mM~ 11 s~(-1))相比,Gd-DOTA的r_1为3.6 mM~( 1)s~(-1),增加了15%;在大肠杆菌及缺氧肿瘤细胞中,探针的信号强度增加了8%,表明该探针可作为一种MRI增强造影剂来检测NTR的活性。结论本文首次合成了两种细菌特异性MRI探针,其中靶向性探针对细菌具有良好的靶向作用,且对革兰氏阳性及阴性菌均有不同程度的成像增强,可作为潜在的细菌感染诊断剂;酶激活型探针具有一定的成像增强效果,能够用来检测细菌中NTR的活性,为细菌感染的诊断提供了基础。
【学位单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R914
【部分图文】：

单酰胺,微管蛋白,诊断试剂,秋水仙碱

2011 年，Sukerkar 和同事[8]利用三唑的形成创造了一系列带有孕酮的 MRI 造影剂（图1.1 b），用来定位癌细胞表面的受体。Kalber 等人[9]通过单酰胺将秋水仙碱基团连接到DOTA 上（图 1.1 c），进而开发出一种血管治疗诊断试剂，这种试剂能够和微管蛋白相结合，因此可用于破坏卵巢癌中的微管蛋白。Stasiuk 等人[10]报道了一种 Gd-DOTA-单酰胺共轭结合在 cFLFLFK 肽上，可以作为 FPR1 拮抗剂用于治疗白细胞炎症反应（r1为

磁共振,造影剂,葡糖苷酸酶,水解酶

磁共振智能分子影像探针的设计合成及性能研究影剂的弛豫性能大大增加，MRI 成像对比度增强。因此研究酶激活型 M于实现体内特定酶活性和分布的无损伤性检测，进而利于临床疾病的诊ade 课题组[13,14]最先合成出一类酶激活造影剂，即通过β-半乳糖修饰的e 类化合物，在β-半乳糖水解酶（GAL）存在时，β-半乳糖基团被水解子参与配位，使得弛豫率有了较大的提高（图 1.2 a）。临床上可利用该 GAL 的活性，进而用于肾小管早期损伤的诊断。Chen 等[15]报道了一种敏感的造影剂[Gd(DOTA-FPβGu)]（图 1.2 b），其结构是由 Gd 配合物和物（β-D-葡糖醛酸）两部分构成。β-葡糖苷酸酶是一类关键的溶酶体酶中过表达。在β-葡糖苷酸酶和人血清白蛋白（HSA）存在时，其弛豫效弛豫率的改变与β-葡糖苷酸酶的浓度有关。另外，该造影剂在动物肿瘤，能被用于肿瘤组织中β-葡糖苷酸酶活性的检测，从而有效诊断和治疗

酯酶,造影剂,机制,谷氨酸

图 1.3 酯酶激活造影剂的作用机制Aswendt 等[17]设计合成出一种对神经元中的谷氨酸脱羧酶（GAD）敏感的 MRI 造影剂 Gd-DO3A-GAD（图 1.4）。当 GAD 存在时，结构中已和 Gd 配位的谷氨酸基团被裂解，进而 Gd 能与水分子发生配位，弛豫率增加。另外，谷氨酸基团被酶裂解后能够

【参考文献】