镧系配合物的制备、纯化及表征：用于磁共振成像对比剂的研究

摘要

我们展示了镧系金属配合物的金属化、纯化及表征方法。此处描述的配合物可与大分子偶联，从而通过磁共振成像实现对这些分子的示踪追踪。

摘要

基于聚氨基聚羧酸配体的化合物常用于螯合镧系金属离子，所形成的配合物可作为磁共振成像（MRI）的对比剂。许多市售配体特别适用于此目的，因其含有可实现快速、高纯度、高产率偶联的官能团，可通过胺反应性活化酯和异硫氰酸酯基团，或巯基反应性马来酰亚胺，将配体与大分子及生物分子进行偶联。尽管在生物偶联化学领域，此类配体的金属化反应被视为常规知识，但在选择金属起始原料时，必须考虑金属化操作步骤中的细微差异。此外，存在多种纯化与表征方法可供选择，而最有效方法的选取在一定程度上取决于所用起始原料的选择。这些细微差异在已发表的实验方案中常被忽略。本文旨在演示可用于MRI对比剂的镧系配合物的常见金属化、纯化及表征方法（图1）。我们期望本研究能够帮助生物医学科研人员更便捷地选择起始原料与纯化方法，从而将镧系金属配合物的合成反应纳入其常规使用的反应体系之中。

方案

1. 使用LnCl₃盐进行金属化

1. 将配体溶解于水中，配制成浓度为 30–265 mM 的溶液。本视频中使用的配体为 2-(4-异硫氰酸苯基)-二乙烯三胺五乙酸（p-SCN-Bn-DTPA），其浓度为 73 mM。
2. 加入 1 M NH₄OH 将配体溶液的 pH 值调节至 5.5–7.0 之间。本视频中使用了 0.2 mL 的 1 M NH₄OH 溶液。
3. 将 1–2 当量的 LnCl₃ 溶解于水中，配制成浓度为 5–1000 mM 的溶液。本视频中 EuCl₃ 和 GdCl₃ 的浓度均为 111 mM。通常使用过量金属以推动配位反应完全进行，从而简化后续纯化步骤。
4. 在搅拌条件下，将 LnCl₃ 溶液加入配体溶液中。
5. 加入 LnCl₃ 后，使用 0.2 M NH₄OH 将反应混合物的 pH 值调节至 5.5–7.0 之间。本视频中共使用了 0.5 mL 的 0.2 M NH₄OH 溶液。若配体含有对酸敏感的功能基团，建议在此步骤中多次调节 pH 值。注意：若溶液碱性过强，任何对碱敏感的功能基团（如异硫氰酸酯基团）将失活，无法用于后续偶联反应。
6. 通过 pH 测量监测反应进程。当 pH....

讨论

鉴于包含基于镧系元素的对比剂的出版物数量不断增加^4-14，在制备、纯化和表征这些产物时必须格外谨慎，以确保结果具有可重复性和可比性。由于镧系配合物具有顺磁性，以及可用于生物偶联的功能基团的敏感性，其纯化和表征通常被认为比有机分子更具挑战性。我们已描述了镧系配合物合成、纯化和表征的常用方法。然而，在选择这些方法之一时，必须考虑所研究的具体体系。

在配位反应中，可使用多种市售的金属盐，具体盐的选择取决于研究目的。例如，使用氯化物（或三氟甲磺酸盐或硝酸盐）盐的优势在于反应对温度的要求相对温和。然而，这些方法需要仔细监测pH值，并会产生盐类副产物。如果所研究的体系对pH变化特别敏感，则必须仔细监测并控制pH值。此外，如果盐类副产物会对所研究的体系造成不利影响，则必须将其去除或采用其他合成方法。使用镧系元素氢氧化物（或氧化物）作为起始原料时，由于这些物质的溶解度较低，必须采用较高的反应温度，但金属化反应的唯一副产物是水。该方法适用于难以脱盐的反应，但不适用于对温度敏感的体系。还值得指出的是，这些金属化反应在金属和配体的浓度方面具有极强的耐受性。第一部分列出的浓度范围涵盖.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
EuCl3∙6H2O	西格玛-奥德里奇	203254-5G
p-SCN-Bn-DTPA	Macrocyclics	B-305
氢氧化铵	EMD Millipore	AX1303-3
Spectra/Por 生物技术纤维素酯 (CE) 透析膜 - 分子截留量 500 D	费希尔科技	68-671-24
Millipore IC Millex-LG 滤器单元	费希尔科技	SLLG C13 NL
二甲酚橙四钠盐	Alfa Aesar	41379
乙酸	Fluka	49199
D2O	剑桥同位素实验室	DLM-4-25
纯水仪	ELGA	Purelab Ultra
高效液相色谱-质谱联用仪	岛津公司	LCMS-2010EV
弛豫时间分析仪	布鲁克公司	mq60 minispec
紫外-可见分光光度计	费希尔科技	20-624-00092
冷冻干燥机	费希尔科技	10-030-133
pH 计	Hanna Instruments	HI 221
荧光分光光度计	Horiba Instruments Inc	Fluoromax-4
Molecular Weight Calculator 版本 6.46，作者 Matthew Monr–，2009 年 10 月 17 日下载	http://ncrr.pnl.gov/software/	分子量计算器