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多肽T1型造影剂的制备及其用于间充质干细胞磁共振成像的研究认领

作者：

曹利敏

学位授予单位：

中国科学院大学

摘要：

干细胞再生医疗在临床上具有非常广阔的应用前景。实时对移植体内后的干细胞的存活状态、迁移和归巢情况、定向分化能力等进行监测，对干细胞再生医疗研究具有特别重要的意义。磁共振影像技术由于具有高空间分辨率和软组织对比度且无电离辐射风险，被认为是最有潜力的技术，被广泛应用于研究干细胞在体内的一系列生理行为。在过去十多年的研究中，大部分采用的是基于超顺磁氧化铁纳米粒子的T2型商业造影剂对干细胞进行标记，在高场条件下已经可以实现体外单细胞、体内百个细胞的影像灵敏度。但是，这种基于SPIO纳米粒子的内吞标记技术只能提供细胞在体内的迁移信息，它无法告诉人们标记的细胞进入体内后仍然是活细胞，抑或已经死亡或者部分死亡，而且影像信息的分析面临各种因素的挑战。本文通过设计合成间充质干细胞特异性结合的靶向分子磁共振造影剂来探索研究区分干细胞存活状态的方法。主要研究内容包括：　　⑴以1，4，7，10-四氮杂环十二烷盐酸盐为起始原料，通过选择性保护-官能团化-去保护技术合成出了DOTA的双官能团配体DOTA-(tBu)3和DOTA-(tBu)3-NHS。它们可作为与多肽分子偶联的中间体，在固相合成中与多肽分子发生偶联。我们选择了几种不同的多肽，通过固相合成技术获得了具有不同序列的多肽-DOTA探针分子(DOTA-EM7、DOTA-CC9、DOTA-TAT)。在pH5～6，室温条件下我们将多肽-DOTA与金属钆离子络合，制备了三种能标记间充质干细胞的T1磁共振造影剂Gd-DOTA-多肽。　　⑵在11.7 T磁共振微成像系统上，我们研究了上述三种Gd-DOTA-多肽分子探针和作为参考的商业T1造影剂多它灵(Dotarem)对其水溶液和标记细胞的弛豫性能的影响，并对不同孵育浓度下分子探针标记的间充质干细胞进行了T1加权成像和T2加权成像。结果发现，不同序列结构的多肽与间充质干细胞结合后，相应的分子探针对细胞的纵向弛豫时间/速率和横向弛豫时间/速率的影响存在很大差异。Gd-DOTA-CC9具有最大的标记效率，但T1加权成像增强效果不明显;Gd-DOTA-EM7具有最小的标记效率，但T1加权成像增强效果却非常明显;Gd-DOTA-TAT标记效率与Gd-DOTA-CC9相近，而T1加权成像增强效果与 Gd-DOTA-EM7相似。不同分子探针对弛豫过程的影响不同是影像对比度存在显著差异的根源，这从磁共振影像的物理基础上对影像结果给出了合理的解释。我们的结果表明，细胞T1加权像对比度的增强不仅取决于细胞内Gd浓度，更重要的是Gd-DOTA-多肽对T1弛豫速率和T2弛豫速率的影响。在此基础上，我们进一步对利用Gd-DOTA-EM7区分干细胞的存活状态进行了初步探索。　　⑶研究中发现，Gd-DOTA-EM7的T1加权成像增强效果最好，但细胞摄取量比较小，我们进一步考虑设计制备将EM7和Gd-DOTA共同链接到树枝状大分子上的分子探针。我们以三（2-氨基乙基）胺为核，以具有不同保护基的赖氨酸(Boc-L-Lys(Boc)-OH、Boc-L-Lys(Cbz)-OH、Cbz-L-Lys(Cbz)-OH)为枝化单元，采用“发散合成法”通过官能团保护策略，合成了表面具有不同比例保护基的3代肽类树枝状大分子(G1-6Boc、G2-6Boc-6Cbz、G2-12Boc、G2.5-6Boc-12Cbz、G3-12Boc-12Cbz、G3-24Boc)。　　⑷设计合成了具有单反应活性官能团的DOTAmono-NHS，与Ag2S量子点连接、络合钆离子后，成功制备了双模成像分子探针，获得了具有良好单分散性的Gd-DOTA-Ag2S量子点。在11.7 T磁共振微成像系统上，研究了Gd-DOTA-Ag2S量子点水溶液的弛豫性能，其纵向弛豫率比多它灵提高了32％。在对肿瘤小鼠模型进行磁共振成像研究中，我们发现Gd-DOTA-Ag2S量子点会在肿瘤区域富集，注射3小时后就可以明显的看到肿瘤区域信号增强现象，可以清晰地分辨出肿瘤区域的大体轮廓。

摘要译文

关键词：

磁共振成像; 多肽造影剂; 固相合成; 药物化学

学位年度：

2014

学位类型：

博士

学科专业：

物理化学

导师：

邓宗武

中图分类号：

R981[诊断药物];R914[药物化学]

学科分类号：

100603[中西医结合药学];100707[临床药学];100701[药物化学];100705[微生物与生物技术药物学]