Name: 制备及体外磁共振成像基于树状大分子造影剂的表征 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-04T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 27 s
Description: 学习制备基于树状大分子的钆造影剂并进行体外磁共振成像表征。该方法利用环状螯合剂配位顺磁性离子，可显著增强MRI信号，为生物医学成像提供高效工具。

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感谢马克斯·普朗克学会、土耳其国家教育部（向 S. G. 提供的博士生奖学金）以及德国学术交流服务中心（DAAD，向 T. S. 提供的博士生奖学金）的经费支持。

1. DCA 的制备

<ol>
	<li>单体单元 46 的合成
	<ol>
		<li>4-(4-硝基苯基)-2-(4,7,10-三-叔-丁氧羰基甲基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-基)丁酸 叔-丁酯 (2) 的合成。
		<ol>
			<li>将 (4,7-双-叔-丁氧羰基甲基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-基)乙酸 叔-丁酯 1 (1.00 g, 1.94 mmol) 溶于 N,N-二甲基甲酰胺 (DMF, 5 ml) 中，加入碳酸钾 (0.67 g, 4.86 mmol, 2.5 当量)，室温下搅拌混合物 45 分钟。 
			注：大环化合物 1 按照先前发表的方法7由 cyclen 和 叔-丁基溴乙酸酯制备。</li>
			<li>在 1 小时内分批加入 叔-丁基-2-溴-4-(4-硝基苯基)丁酸酯 (0.87 g, 2.53 mmol, 1.3 当量)。在相同反应条件下继续搅拌混合物 18 小时。 
			注：叔-丁基-2-溴-4-(4-硝基苯基)丁酸酯按照先前发表的方法8由 4-(4-硝基苯基)丁酸、亚硫酰氯和溴制备。</li>
			<li>通过 40–60 °C 下的球对球真空蒸馏除去 DMF9。</li>
			<li>通过柱层析 (硅胶，7% 甲醇/二氯甲烷) 纯化残留物，得到产物 2 为棕色无定形固体 (1.09 g, 72%)10。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>4-(4-氨基苯基)-2-(4,7,10-三-叔-丁氧羰基甲基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-基)丁酸 叔-丁酯 (3) 的合成。
		<ol>
			<li>将硝基苯衍生物 2 (1.00 g, 1.28 mmol) 溶于乙醇 (10 ml) 和甲醇中 7 N 氨溶液 (150 µl)。向溶液中加入活性炭负载钯作为催化剂 (Pd/C, 150 mg, 15 wt %)。</li>
			<li>在 Parr 氢化装置中，于氢气氛围 (2.5 bar) 下振荡非均相混合物 16 小时。</li>
			<li>通过将硅藻土悬浮于乙醇中并经烧结玻璃漏斗过滤，制备硅藻土滤饼。将步骤 1.1.2.2 中的悬浮液倾倒于已制备的滤饼上，通过过滤除去 Pd/C 催化剂。</li>
			<li>在旋转蒸发仪上通过温和蒸馏 (水浴温度 ~40 °C) 除去溶剂，得到化合物 3 为棕色无定形固体 (0.91 g, 95%)。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>4-(4-异硫氰酸苯基)-2-(4,7,10-三-叔-丁氧羰基甲基-1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1-基)丁酸 叔-丁酯 (4) 的合成。
		<ol>
			<li>向 3 (0.91 g, 1.22 mmol) 和三乙胺 (0.685 ml, 4.87 mmol, 4 当量) 在二氯甲烷 (15 ml) 中的混合物中加入硫光气 (0.124 ml, 1.58 mmol, 1.3 当量)。</li>
			<li>在室温下用磁力搅拌器剧烈搅拌反应混合物 16 小时。</li>
			<li>在旋转蒸发仪上通过温和蒸馏 (水浴温度 ~40 °C) 除去溶剂，然后通过柱层析 (硅胶，5% 甲醇/二氯甲烷) 纯化粗产物，得到产物 4 为浅棕色无定形固体 (0.51 g, 53%)。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>树状大分子 DCA 的合成
	<ol>
		<li>树状大分子 5 的合成。
		<ol>
			<li>取 G4-PAMAM 树状大分子 (667 mg, 甲醇中 10% 溶液, 4.67 µmol)，在旋转蒸发仪上通过温和蒸馏 (水浴温度 ~40 °C) 除去甲醇，将残留物溶于 DMF (4 ml) 中。</li>
			<li>加入三乙胺 (0.105 ml, 0.75 mmol, 160 当量)，60 °C 下搅拌 45 分钟，然后在 1 小时内分批加入异硫氰酸酯 4 (354 mg, 0.45 mmol, 相对于树状大分子表面氨基的 1.5 当量)。</li>
			<li>用磁力搅拌器在 45 °C 下搅拌反应混合物 48 小时。</li>
			<li>通过 40–60 °C 下的球对球真空蒸馏除去溶剂。</li>
			<li>使用疏水性凝胶过滤介质和甲醇作为洗脱液，通过尺寸排阻层析纯化残留物。装柱前，将过滤介质在甲醇中溶胀至少 3 小时 (室温下，每 1 g 粉末使用 >4 ml 甲醇)，不加压。通过重力分离收集 1 ml 流分。</li>
			<li>用薄层色谱 (TLC) 分析收集的流分。在 15% 甲醇/二氯甲烷中展开 TLC 板 (仅最极性的斑点位于基线处，来源于树状大分子产物)。在旋转蒸发仪上通过温和蒸馏 (水浴温度 ~40 °C) 蒸发收集的流分，得到产物 5 (270 mg, 91%)。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>树状大分子 6 的合成。
		<ol>
			<li>将受保护的树状大分子螯合剂 5 (270 mg, 4.23 µmol) 溶于甲酸 (5 ml) 中，60 °C 下搅拌 24 小时。</li>
			<li>在旋转蒸发仪上通过蒸馏 (~15 mbar 压力，水浴温度 ~40 °C) 除去甲酸，并将产物冷冻干燥 (压力 ~0.2 mbar)9，得到 6。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>树状大分子造影剂 (DCA) 的合成
		<ol>
			<li>将树状大分子螯合剂 6 (4.35 µmol) 溶于水中，并用 0.1 M 氢氧化钠调节 pH 至 7.0。</li>
			<li>将 GdCl3·6H2O (113 mg, 304 µmol) 溶于水 (1 ml) 中，并在 4 小时内逐滴加入螯合剂 6 的溶液中；使用 pH 计监测，用 0.05 M 氢氧化钠水溶液维持 pH 为 7.0。</li>
			<li>在室温下用磁力搅拌器搅拌混合物 24 小时。</li>
			<li>在 4 小时内分批向溶液中加入乙二胺四乙酸 (EDTA, 158 mg, 426 µmol)，以去除过量的 Gd(III)，同时用 0.05 M 氢氧化钠水溶液维持 pH 为 7.0。在室温下继续搅拌混合物 24 小时。</li>
			<li>进行尺寸排阻层析以去除大部分 GdEDTA 和过量的 EDTA。使用在水中溶胀的亲水性凝胶过滤介质装柱。将混合物浓缩至适当体积后上样，用去离子水洗脱，不加压。</li>
			<li>使用 3 kDa 离心过滤装置在 1,800 x g 离心力下离心样品 30 分钟，以去除 GdEDTA 和 EDTA 残留。重复此步骤 (约五次)，直至滤液中检测不到 EDTA 和 GdEDTA。将样品转移至烧瓶中，蒸发溶剂，然后冷冻干燥，得到浅白色最终产物 DCA (186 mg, 71%)。 
			注：通过 ESI-MS 检测 EDTA 和 GdEDTA 的缺失。</li>
			<li>使用二甲苯橙试验确认游离 Gd(III) 离子的缺失。将滤液 (0.5 ml) 溶于醋酸盐缓冲溶液 (pH 5.8) 中。加入数滴二甲苯橙溶液，观察颜色变化 (黄色或紫色分别表示溶液中无或有游离 Gd(III) 离子)11。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 体外 树状大分子产物的表征
<ol>
	<li>估算与PAMAM树状大分子偶联的大环DOTA单元数量（树状大分子负载DOTA类大环的数量）
	<ol>
		<li>采用1H NMR（核磁共振波谱法）进行估算。 
		注意：该方法适用于树状大分子5和6，但不适用于DCA。
		<ol>
			<li>记录1H NMR谱图12。</li>
			<li>分别对芳香区和两个独立的脂肪族区域（1. 树状大分子和大环质子的脂肪族信号；2. t-Bu基团的信号）进行积分，或仅对树状大分子5和6的脂肪族区域进行积分。 
			注意：在树状大分子6中，脂肪族区域没有来自t-Bu基团的独立信号，因为这些基团已被水解。</li>
			<li>使用公式1或公式2估算大环单元的数量（n），其中R为积分比值（公式1中为脂肪族/芳香族，公式2中为脂肪族-树状大分子/脂肪族-t-Bu），Hdend为树状大分子中的质子数，HAr为芳香质子数，HtBu为t-Bu基团中的质子数，Hmac为一个大环中的质子数。 
			注意：树状大分子5可使用公式1或公式2，而树状大分子6只能使用公式1。由于可交换质子（如胺、酰胺、硫脲或羧酸盐上的质子）通常被氘取代，因此在计算中未予考虑。此处使用Hdend = 1,128（对于5）或1,000（对于6），HAr = 4，Hmac = 27。 
			<img alt="公式 1" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq1.jpg" /> (1) 
			<img alt="公式 2" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq2.jpg" /> (2)</li>
		</ol>
		</li>
		<li>通过元素分析中氮与硫的比值进行估算。
		<ol>
			<li>对固态树状大分子样品（本研究中为DCA）进行元素分析。</li>
			<li>使用公式3估算大环单元的数量（n），其中R为测定的%N与%S的比值，Ndend或Sdend为树状大分子中氮或硫原子的数量，Nmac或Smac为一个大环单元中氮或硫原子的数量。 
			注意：因子2.29由硫和氮的原子质量比得出。本研究中使用Ndend = 250，Sdend = 2，Nmac = 5，Smac = 1。 
			<img alt="公式 3" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq3.jpg" /> (3)</li>
		</ol>
		</li>
		<li>采用基质辅助激光解吸/电离飞行时间（MALDI-TOF）进行估算。
		<ol>
			<li>进行MALDI-TOF质谱分析13。</li>
			<li>根据公式4计算大环单元的数量（n），其中Mz为观测到的质量（m/z），z为物种的电荷，Mdend为树状大分子部分的质量，Mmac为一个大环单元的质量。 
			注意：本研究中使用Mdend = 14,306，Mmac = 719。 
			<img alt="公式 4" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq4.jpg" /> (4)</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>DCA浓度（[DCA]）的测定：体相磁化率测量（BMS）
	<ol>
		<li>将DCA（5–10 mg）溶解于水（360 µl）中的塑料小瓶中（[DCA] ~5–10 mM）。 
		注意：[DCA]应控制在5–10 mM范围内，以避免在样品浓度>15 mM时，t-BuOH共振峰与水在δ = 4.7 ppm处的共振峰重叠。</li>
		<li>向DCA水溶液中加入60 µl D2O:t-BuOH混合液（2:1 v/v），并用涡旋混合器混合所得溶液（420 µl）。</li>
		<li>将400 µl样品转移至外层NMR管中，并将含有t-BuOH:H2O混合液（10:90 v/v）的同轴NMR插入管放入样品管中。</li>
		<li>记录1H NMR谱图，并测量内层和外层NMR管中t-BuOH共振信号之间的频率偏移（参考）12。</li>
		<li>使用公式5确定[DCA]，其中T为绝对温度，Δχ为记录的偏移量，µeff为镧系离子的有效磁矩（Gd(III)的µeff = 7.9414），s为依赖于样品形状及其在磁场中位置的常数（分别为球形、圆柱体平行于磁场、圆柱体垂直于磁场时的0、1/3和1/6）。 
		注意：由于加入了D2O:t-BuOH溶液（60 µl），所计算得到的[DCA]值需校正至原始浓度。 
		<img alt="公式 5" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq5.jpg" /> (5)</li>
	</ol>
	</li>
	<li>动态光散射（DLS）测量
	<ol>
		<li>在4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸（HEPES）缓冲液（25 mM，pH 7.4）中制备经过滤（0.2 µm聚四氟乙烯/PTFE滤膜）的DCA溶液（每Gd(III) 0.75 mM），并将其转移至DLS测量用比色皿中。</li>
		<li>将比色皿放入DLS仪器中，并设置以下参数：重复5次，每次扫描15次（1次扫描=12秒，折射率=1.345，吸光度=1%），扫描之间无延迟，记录前进行30秒温度平衡。</li>
		<li>导出采集的数据，并通过绘制群体百分比（%）随粒径（流体动力学直径）变化的曲线，获得粒径分布直方图。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>纵向和横向弛豫率的测定 
	注意：类似程序此前已有报道，使用弛豫时间分析仪15；本程序使用300 MHz NMR谱仪配合Topspin软件完成。
	<ol>
		<li>从DCA储备样品（见第2.2节）配制一系列DCA溶液，溶剂为H2O:D2O（500 µl，H2O中含10% D2O），[DCA] = 2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和5.0 mM，[HEPES] = 25 mM。</li>
		<li>将450 µl溶液转移至NMR管中，并放入仪器。</li>
		<li>优化采集参数（90°激发脉冲持续时间（p1）和照射频率偏移（O1）），然后分别使用反转恢复（IR）和Car-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列进行T1和T2实验。</li>
		<li>T1和T2弛豫时间的测定。
		<ol>
			<li>选择记录的测量数据，在F2维处理二维谱图，并进行交互式相位校正。</li>
			<li>在分析/T1/T2弛豫窗口中选择适当的切片（强度最大的峰），对其积分并将该区域导出至弛豫模块。</li>
			<li>选择合适的拟合函数（IR和CPMG实验分别使用invrec或uxnmrt2），以获得T1或T2弛豫时间。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>对所有剩余[DCA]溶液重复步骤2.4.4.2–2.4.4.4。</li>
		<li>根据获得的T1值计算弛豫速率（R1和R2）（R1,2=1/T1,2）。</li>
		<li>绘制R1和R2（sec-1）随Gd(III)浓度（mM）变化的曲线。</li>
		<li>根据拟合直线的斜率确定纵向和横向弛豫率r1和r2（mM-1 sec-1），如公式6所定义，其中Ri,obs为无顺磁性物质存在时水的纵向（i=1）或横向（i=2）抗磁弛豫速率，[Gd]为实验中使用的Gd(III)浓度。 
		<img alt="公式 6" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq6.jpg" /> (6)</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 体外 MRI；DCA与GdDOTA的比较
<ol>
	<li>管状体模的制备
	<ol>
		<li>制备 DCA 的水溶液（4 x 350 &#181;l）和 GdDOTA（4 × 350 &#181;l）以及水样（4 × 350 &#181;l用于两组实验中对比剂浓度的计算：（3.1.1.1）以 Gd(III) 为基准，或（3.1.1.2）以分子为基准。
		<ol>
			<li>制备两份DCA样品和两份GdDOTA 分别制备含 Gd(III) 浓度为 0.5 和 1.0 mM 的样品。此外，准备两份水样（作为对照管）。</li>
			<li>制备两份 DCA 样品（每 Gd(III) 2.5 和 5.0 mM，或每树枝状分子 0.05 和 0.1 mM）、两份 GdDOTA 样品（0.25、0.5 mM）以及两份水样品（对照管）。 
			注意：应使用 HEPES 缓冲液（pH 7.4）稀释经 BMS 方法（见第 2.2 节）测定浓度的 DCA 和 GdDOTA 储备液，以配制适当的 DCA 和 GdDOTA 浓度。为简化计算，假设每个树状大分子分子中平均含有 50 个大环单元（n = 50）。因此，DCA 与 GdDOTA 的摩尔比为 1:5（按分子数计算）。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将样品放入 300 &#181;l 塑料离心管，避免溶液中产生气泡。 
		注意：塑料管的尺寸取决于所用射频线圈的类型和大小（此处以体积线圈为例）。</li>
		<li>将样品放入注射器（60 ml 容量）中，加入 1 mM GdDOTA 充满 溶液，并将其放入扫描仪中。 
		注意：将样品置于 GdDOTA 水溶液中，以避免磁化率差异效应（在不同磁化率物质界面附近出现的磁场强度变化）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>参数优化与成像
	<ol>
		<li>使用解剖扫描（Localizer/Tripilot）将装有样品的注射器置于磁体的等中心位置。</li>
		<li>按下交通灯按钮（调整扫描），对整个容积进行匀场（磁场均匀性调整）以及中心频率（O1接收增益（RG）以及发射增益（TX0 和 TX1）。</li>
		<li>对于 T1加权（T1w成像时，选择快速低角度激发（FLASH）方法。</li>
		<li>使用定位扫描，针对扫描仪中垂直放置（注射器水平）的样本选择冠状面切片。</li>
		<li>使用公式7优化对比度噪声比（CNR）的采集参数16，其中 &#945; = 翻转角， TE = 回波时间， TR = 重复时间，以及 T1,A, T1，B = 的 T1 样本A的时间（T1,A）和样本 B（T1，B）其信噪比（CNR）应最大化（这一点同样适用于 T2 次数： T2，A 和 T2,B). 
		注意： T1 和 T2 弛豫时间应设置为根据纵向和横向弛豫率测量结果（第2.4节）所得的数值，同时 TE, TR，以及 &#945; 应从CNR优化计算中获得。 
		<img alt="方程 7" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq7.jpg" /> (7)</li>
		<li>使用上一步（3.2.5）中获得的参数采集图像。</li>
		<li>计算信噪比（SNR）。
		<ol>
			<li>加载已获取的 T1w 图像（扫描）进入 图像显示 &amp;#38; 处理窗口，然后点击 定义感兴趣区域 （感兴趣区域）。</li>
			<li>选择一个圆形感兴趣区域（ROI），并在样品位置和背景处分别绘制。随后，点击 显示 以获得平均信号振幅（S信号）以及背景的标准差（S噪声).</li>
			<li>对DCA、GdDOTA和水样重复步骤3.2.7.2。</li>
			<li>使用公式计算信噪比：SNR = S信号 / S噪声.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>按照稍作修改的步骤进行 T2-加权（T2w) 采用快速自旋回波增强（RARE）方法进行成像。为优化信噪比（CNR）的采集参数，请使用公式8。 
		<img alt="方程 8" src="/files/ftp_upload/54776/54776eq8.jpg" /> (8)</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

树枝状 MRI 对比剂的制备需要适当选择单体单元（即， Gd(III)的螯合剂）。它们可降低这种顺磁性离子的毒性，迄今为止，已有多种无环和大环类螯合剂被用于此目的1-3在这些螯合剂中，大环类 DOTA 型螯合剂具有最高的热力学稳定性和动力学惰性，因此是制备惰性 MRI 对比剂的首选1,18此外，它们容易发生多种合成转化，从而生成双功能螯合剂，可与多种功能分子连接。例如， 靶向载体或纳米载体，同时仍形成稳定的 Gd(III) 配合物19为此，本实验中所述的DOTA型单体单元由DO3A制备而来。叔叔丁酯，一种常见且易得的前体，以及4-(4-硝基苯基)丁酸的溴化衍生物。该分子源自DOTA，具有与Gd(III)配位相似的结构。合成修饰旨在使该螯合剂易于与多种功能分子和载体发生偶联反应。具体而言，制备得到的DOTA修饰分子仍保留四个可用于与Gd(III)配位形成惰性配合物的羧基，同时含有一个正交的硝基苯基团，该基团经转化后可将螯合剂连接至树状大分子表面。该方法还允许灵活选择正交反应性基团例如， NH2...

磁共振成像（MRI）是一种强大且非电离的成像技术，因其无创性以及优异的固有软组织对比度，被广泛应用于生物医学研究和临床诊断。最常用的MRI方法利用来自水质子的信号，根据水信号密度的差异，提供高分辨率图像和组织内部的详细信息。通过使用对比剂（CAs），可进一步提高MRI实验的信号强度和特异性。这些对比剂为顺磁性或超顺磁性物质，分别影响纵向（T1）和横向（T2）弛豫时间1,2。
镧系金属离子钆与多氨基多羧酸配体形成的配合物是最常用的T1对比剂。钆(III)可缩短水质子的T1弛豫时间，从而在磁共振成像（MRI）实验中增强信号对比度3。然而，游离的钆离子具有毒性，其离子半径与钙(II)相近，会严重干扰细胞中依赖钙的信号传导过程。因此，需使用开链或大环螯合剂来中和其毒性。迄今为止已开发出多种多齿配体，形成了具有高热力学稳定性和动力学惰性的钆(III)配合物1。其中，基于12元氮杂大环cyclen、特别是其四羧酸衍生物DOTA（1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸）的配合物是此类对比剂中研究最深入且应用最广泛的一类。
然而，GdDOTA类造影剂是低分子量体系，具有一些缺点，例如对比度效率较低且经肾脏快速排泄。大分子和多价态造影剂可能是解决这些问题的良好方案4。由于造影剂的生物分布主要由其尺寸决定，大分子造影剂在组织中的滞留时间显著延长。同样重要的是，这些试剂的多价态特性可导致单体磁共振探针（例如，GdDOTA配合物）的局部浓度升高，从而显著增强所获得的磁共振信号和测量质量。
树状大分子是制备用于磁共振成像（MRI）的多价造影剂（CAs）最受青睐的骨架之一4,5。这些具有明确尺寸的高度支化大分子，其表面易于进行多种偶联反应。在本研究中，我们报道了一种基于第四代（G4）聚酰胺-胺（PAMAM）树状大分子与类似GdDOTA的螯合物（DCA）偶联而成的MRI用树状大分子造影剂的制备、纯化及表征方法。我们描述了反应性DOTA衍生物的合成及其与PAMAM树状大分子的偶联过程。在与Gd(III)形成配合物后，对DCA进行了标准的理化表征。最后，通过MRI实验验证了DCA相较于小分子量造影剂能够产生对比度更强的磁共振图像。

<table><tbody><tr><td>环四氮杂烷</td><td>CheMatech</td><td>C002</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;叔&lt;/em&gt;丁基溴乙酸酯&amp;nbsp;</td><td>Alfa Aesar</td><td>A14917</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;N,N&lt;/em&gt;-二甲基甲酰胺</td><td>Fluka</td><td>40248</td><td></td></tr><tr><td>碳酸钾</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>209619</td><td></td></tr><tr><td>4-(4-硝基苯基)丁酸</td><td>Aldrich</td><td>335339</td><td></td></tr><tr><td>亚硫酰氯&amp;nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>382662500</td><td>注：腐蚀性物质；吸入有毒</td></tr><tr><td>溴</td><td>Acros Organics</td><td>402841000</td><td>注：引起严重皮肤灼伤，吸入可致死&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>乙醚</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>硫酸钠</td><td>Acros Organics</td><td>196640010</td><td></td></tr><tr><td>氯仿&amp;nbsp;</td><td>VWR Chemicals</td><td>22711.29</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;叔&lt;/em&gt;丁基 2,2,2-三氯乙酰亚胺酯</td><td>Aldrich</td><td>364789</td><td>注：易燃物质；对皮肤和眼睛有刺激性</td></tr><tr><td>三氟化硼乙醚络合物</td><td>Acros Organics</td><td>174560250</td><td>48% BF&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;。注：易燃物质；引起皮肤灼伤，吸入可致死</td></tr><tr><td>碳酸氢钠</td><td>Acros Organics</td><td>424270010</td><td></td></tr><tr><td>乙酸乙酯</td><td>任意来源</td><td></td><td>用于柱层析</td></tr><tr><td>&lt;em&gt;正&lt;/em&gt;己烷</td><td>任意来源</td><td></td><td>用于柱层析</td></tr><tr><td>球对球（Kugelrohr）蒸馏装置</td><td>B&amp;uuml;chi</td><td></td><td>型号：玻璃烘箱 B-585</td></tr><tr><td>硅胶</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>P090.2</td><td></td></tr><tr><td>甲醇</td><td>任意来源</td><td></td><td>用于柱层析</td></tr><tr><td>二氯甲烷&amp;nbsp;</td><td>任意来源</td><td></td><td>用于柱层析</td></tr><tr><td>乙醇</td><td>VWR Chemicals</td><td>20821.296</td><td></td></tr><tr><td>氨</td><td>Acros Organics</td><td>428381000</td><td>甲醇中 7 N 溶液</td></tr><tr><td>钯</td><td>Aldrich</td><td>643181</td><td>15% 湿品</td></tr><tr><td>氢化装置 PARR</td><td>PARR Instrument Company</td><td></td><td></td></tr><tr><td>硅藻土 503</td><td>Aldrich</td><td>22151</td><td></td></tr><tr><td>烧结玻璃漏斗</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>硫光气</td><td>Aldrich</td><td>115150</td><td>注：对皮肤有刺激性；吸入有毒</td></tr><tr><td>三乙胺</td><td>Alfa Aesar</td><td>A12646</td><td></td></tr><tr><td>二氯甲烷&amp;nbsp;</td><td>Acros Organics</td><td>348460010</td><td>超干燥&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>磁力搅拌器</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PAMAM G4 树状大分子</td><td>Andrews ChemService</td><td>AuCS - 297</td><td>甲醇中 10% 重量浓度溶液</td></tr><tr><td>脂溶性 Sephadex LH-20</td><td>Sigma</td><td>LH20100</td><td></td></tr><tr><td>薄层层析板</td><td>Merck Millipore</td><td>1.05554.0001</td><td></td></tr><tr><td>甲酸</td><td>VWR Chemicals</td><td>20318.297</td><td></td></tr><tr><td>冻干机&amp;nbsp;</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>六水合氯化钆(III)</td><td>Aldrich</td><td>G7532</td><td></td></tr><tr><td>氢氧化钠</td><td>Acros Organics</td><td>134070010</td><td></td></tr><tr><td>pH 计</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>乙二胺四乙酸二钠盐二水合物</td><td>Aldrich</td><td>E5134</td><td></td></tr><tr><td>质谱仪（ESI）</td><td>Agilent</td><td></td><td>离子阱 SL 1100&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>乙酸盐缓冲液</td><td>任意来源</td><td></td><td>pH 5.8</td></tr><tr><td>二甲酚橙</td><td>Aldrich</td><td>52097</td><td>乙酸盐缓冲液中 20 &amp;mu;M</td></tr><tr><td>亲水性 Sephadex G-15</td><td>GE Healthcare</td><td>17-0020-01</td><td></td></tr><tr><td>Amicon Ultra-15 离心过滤装置</td><td>Merck Millipore</td><td>UFC900324</td><td>Ultracel-3 膜（截留分子量 3000）</td></tr><tr><td>离心机</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>核磁共振波谱仪&amp;nbsp;</td><td>Bruker</td><td></td><td>Avance III 300 MHz</td></tr><tr><td>Topspin</td><td>Bruker</td><td></td><td>版本 2.1</td></tr><tr><td>元素分析仪</td><td>EuroVector SpA</td><td></td><td>EuroEA 3000 元素分析仪&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>MALDI-ToF 质谱仪</td><td>Applied Biosystems</td><td></td><td>Voyager-STR</td></tr><tr><td>重水</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>6672.3</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;叔&lt;/em&gt;丁醇</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>AE16.1</td><td></td></tr><tr><td>涡旋混合器</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Norell 核磁管</td><td>Deutero GmbH</td><td>507-HP-7</td><td></td></tr><tr><td>核磁同轴管</td><td>Deutero GmbH</td><td>coaxialb-5-7</td><td></td></tr><tr><td>动态光散射仪</td><td>Malvern</td><td></td><td>Zetasizer Nano ZS</td></tr><tr><td>0.20 &amp;mu;m PTFE 滤膜&amp;nbsp;</td><td>Carl Roth GmbH</td><td>KC94.1</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Fisher BioReagents</td><td>BP310</td><td></td></tr><tr><td>塑料管瓶</td><td>任意来源</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dotarem</td><td>Guerbet</td><td></td><td>NDC 67684-2000-1</td></tr><tr><td>MRI 扫描仪</td><td>Bruker</td><td></td><td>BioSpec 70/30 USR 磁体（7 T）。注：与高磁场相关的潜在危险</td></tr><tr><td>射频线圈</td><td>Bruker</td><td></td><td>双频体积线圈（RF RES 300 1H/19F 075/040 LIN/LIN TR）</td></tr><tr><td>Paravision（软件）</td><td>Bruker</td><td></td><td>版本 5.1</td></tr></tbody></table>

制备与 体外 用于磁共振成像的树状大分子对比剂的表征

Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

钆(III)与开链或大环螯合剂形成的顺磁性配合物是磁共振成像（MRI）中最常用的对比剂（CAs）。其作用是提高组织中水水质子的弛豫速率，从而增强MR图像的对比度以及MRI测量的特异性。目前临床批准使用的对比剂均为小分子量物质，可在体内快速清除。利用树状大分子作为顺磁性螯合剂的载体，有望在未来开发出更高效的MRI对比剂方面发挥重要作用。具体而言，顺磁性物种局部浓度的提高可导致更高的信号对比度。此外，由于其较高的分子量和尺寸，此类对比剂在组织中的滞留时间更长。本文展示了一种基于聚酰胺-胺（PAMAM）树状大分子并携带单一大环DOTA型螯合剂（DOTA — 1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸）的高分子MRI对比剂的简便制备方法。通过利用异硫氰酸酯（NCS）基团与PAMAM树状大分子表面氨基之间的反应形成硫脲键桥接螯合单元。所得树状大分子产物通过核磁共振波谱、质谱和元素分析进行纯化与表征。最后，记录了高分辨率MR图像，并比较了所制备的树状大分子对比剂与市售单体对比剂所产生的信号对比度。

样品的制备 DCA 包括两个阶段：1）单体 DOTA 型螯合剂的合成（图1）以及2）将螯合剂与G4 PAMAM树状大分子偶联，并随后制备树状大分子Gd(III)配合物（图2）。在第一阶段，制备了一种基于环烯的 DOTA 型螯合剂，该螯合剂含有四个羧酸基团和一个适用于进一步合成修饰的正交基团。该制备从 1 (DO3A-tert-丁酯7，随后用烷基化剂处理 tert2-溴-4-(4-硝基苯基)丁酸叔丁酯8 提供DOTA衍生物 2. 钯催化氢化还原了芳香硝基团 2 以得到苯胺 3. 转化过程的 3 与硫光气反应生成异硫氰酸酯 4，此前曾用作制备树枝状造影剂的胺反应性试剂17.<...

本方案描述了一种树状磁共振成像（MRI）对比剂的制备与表征方法，该对比剂携带基于环烯的巨环螯合物，可配位顺磁性钆离子。通过一系列MRI实验 体外与市售的单体类似物相比，该试剂产生了增强的MRI信号。

钆(III)与开链或大环螯合剂形成的顺磁性配合物是磁共振成像中最常用的对比剂（CAs）...

本实验的总体目标是展示一种树枝状顺磁性螯合物的制备与表征方法，该螯合物可用作磁共振成像的对比剂，并通过成像实验验证其性能。该方法有助于回答磁共振成像对比剂领域中的关键问题，例如树枝状对比剂的性质及其效能。该技术的主要优势在于能够便捷地制备出高效且具有高蛋白含量的磁共振成像对比剂，从而确保其易于表征。该方法可进一步拓展至树状大分子MRI造影剂的结构修饰与功能优化，这对于潜在的体内应用具有重要意义。由于树状大分子造影剂具有较高的分子量，导致其在组织中滞留时间延长，并显著增强MRI信号，因此该方法在生物医学研究与诊断成像领域具有广泛的应用前景。首先，将一克大环前体DO3A三丁酯溶解于五毫升DMF中。加入0.67克碳酸钾，室温下搅拌45分钟。随后，在1小时内分批加入0.87克2-溴-4-(4-硝基苯基)丁酸叔丁酯，继续搅拌反应混合物18小时。然后，在40至60摄氏度下通过短程真空蒸馏除去DMF。用硅胶柱层析纯化残留物，得到环状固体。将一克该固体溶解于10毫升乙醇和150微升甲醇中七当量氨溶液的混合液中。加入150毫克负载在活性炭上的钯，并将反应瓶安装至氢化反应器中。在2.5 bar氢气氛围下振荡混合物16小时。将硅藻土的乙醇悬浮液倒入烧结玻璃漏斗中。将反应混合物通过硅藻土过滤，以除去钯碳催化剂。使用旋转蒸发仪除去滤液中的溶剂。将所得固体溶于15毫升二氯甲烷和四当量的三乙胺中。向其中加入1.3当量的硫光气，在室温下搅拌反应混合物16小时。使用旋转蒸发仪除去反应混合物中的溶剂，并通过硅胶柱色谱法纯化残余物，得到浅棕色固体状的DOTA型单体。取10%的甲醇溶液中的G4 PAMAM树状大分子，通过在40°C下旋转蒸发除去溶剂，得到66.7毫克。将树状大分子溶解于4毫升DMF中。向树状大分子溶液中加入0.105毫升三乙胺，在60°C下搅拌45分钟。然后在一小时内分批加入354毫克单体。在45°C下继续搅拌48小时。通过球对球真空蒸馏除去溶剂。将疏水性凝胶过滤介质在甲醇中室温下涡旋震荡三小时，以装填尺寸排阻色谱柱。使用甲醇作为洗脱液，收集每份一毫升的馏分。通过薄层色谱法分析各馏分。在旋转蒸发仪上除去含有保护型树枝状螯合剂的馏分中的溶剂。对该化合物进行核磁共振氢谱（1H NMR）测定，并对芳香区和脂肪区信号进行积分。根据积分结果，确定偶联到G4 PAMAM树枝状聚合物上的保护型DOTA类大环配体的数量。为了脱保护产物，将固体溶于5毫升甲酸中，在60摄氏度下搅拌混合物36小时。使用旋转蒸发仪除去甲酸。将从旋转蒸发仪中得到的残余物冷冻干燥，以获得树状大分子螯合剂。利用质子核磁共振（NMR）确定与树状大分子连接的巨环单元数量。将冻干的螯合剂溶于水中，使用 0.1 摩尔的氢氧化钠调节溶液 pH 至 7.0。在四小时内，将113毫克三氯化钆溶于1毫升水的溶液逐滴加入螯合剂溶液中。 periodically 用0.05摩尔氢氧化钠调节pH至7.0。室温下搅拌混合物24小时。然后，在四小时内分批加入 158 毫克 EDTA，并根据需要将 pH 值调回 7.0。在室温下继续搅拌 24 小时。使用在水中溶胀的亲水性凝胶过滤介质装填尺寸排阻色谱柱。浓缩反应混合物，将混合物上柱，并用去离子水洗脱。将纯化后的样品置于3 kDa离心过滤装置中，在1,800 × g条件下离心30分钟。重复过滤约五次，以去除过量的钆和EDTA。使用二甲酚橙试验确认滤液中无游离钆离子。去除过滤后样品中的挥发性物质，并将残留物冷冻干燥，得到树状大分子对比剂。将DCA溶于水，配制浓度为5至10毫摩尔/升的储备液。为确定精确的 DCA 浓度，首先将 360 微升的储备溶液与 60 微升的 D2O 及叔丁醇标准溶液混合。取 400 微升样品置于外层 NMR 管中。将含有叔丁醇和水参考溶液的同轴 NMR 插入管放入样品管内。获取样品溶液和参比溶液中叔丁醇信号的质子核磁共振谱，并测量两者之间的化学位移频率差。根据所示公式计算DCA浓度，校正样品中添加的叔丁醇的影响。以相同方法测定 commercially available GdDOTA 溶液的浓度。将DCA和GdDOTA溶液分别置于HEPES缓冲液中，水对照样品置于水中，分装于两组塑料小瓶中。盖紧瓶盖，确保无气泡产生。取一支60毫升注射器，水平装入0.01和0.02毫摩尔的DCA样品、0.5和1.0毫摩尔的GdDOTA样品各一份，以及水对照样品两份。使用第二个60毫升注射器加载第二组样品，重复此操作。用1毫摩尔的GdDOTA溶液填充每个注射器，并盖紧注射器前端。将其中一个注射器水平放置于磁共振成像仪中，使样品相对于扫描仪呈垂直状态。将注射器滑入扫描仪中心。选择解剖扫描以将注射器定位在磁体的等中心位置。然后按下交通灯按钮，调整初始扫描参数并开始扫描。选择快速/慢速角度激发成像方法进行T1加权成像，或选择弛豫增强快速采集方法进行T2加权成像。使用定位扫描选取冠状面切片以对垂直排列的样本进行成像。优化对比度与噪声的采集参数，并采集图像。使用圆形 ROI 确定背景及每个样本的平均信号强度和标准差，计算信噪比。核磁共振（NMR）、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）和元素分析表明，平均有 49 个大环单元与 G4 PAMAM 树状大分子发生偶联。还通过核磁共振（NMR）测定了DCA溶液的浓度及其纵向和横向弛豫时间。将所得的弛豫率值与一种 commercially available 且临床使用的 GdDOTA 单体进行了比较。同时，也将 DCA 的性能与 GdDOTA 单体进行了对比。两组溶液的钆浓度相似，由偶联的大环单元数量决定；另两组溶液的分子浓度相似。在钆浓度相似的T1加权成像实验中，DCA的信噪比较GdDOTA略高。当溶液的分子浓度相同时，DCA的信噪比约为GdDOTA的三倍。在T2加权成像实验中，两种浓度条件下DCA的信噪比均显著低于GdDOTA，尤其在较高DCA浓度下更为明显。观看本视频后，您应能够充分理解如何制备经过纯化和表征的树状大分子MRI对比剂。通过该方法，可通过修饰分子结构单元，便捷地制备和分析不同类型的树状大分子及纳米级MRI对比剂。掌握该技术后，从事磁共振成像造影剂开发的研究人员应能够制备一系列特异性探针，用于开展当代分子影像学中具有重要意义的多种功能研究。

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制备及<em&gt;体外</em&gt;磁共振成像基于树状大分子造影剂的表征

在本视频中，我们展示了如何使用氯化锰（MnCl2）标记人类胚胎干细胞（hESC），当细胞处于生物活性状态时，氯化锰可通过电压门控钙通道进入细胞。此外，我们还展示了将MnCl2作为细胞磁共振成像（MRI）对比剂，用于评估hESC的体外存活能力。...

体外标记人胚胎干细胞用于磁共振成像

用于评估纳米颗粒在细胞内生物分布的生物成像方法，适用于纳米制剂化合物的治疗和诊断监测。通过组织学共定位分析，本文所述方法具有高灵敏度和特异性。这些方法为从啮齿类动物到人类的应用提供了转化路径。...

用于诊断与治疗监测的纳米材料注册生物成像

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。...

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

早期检测凋亡可识别多种疾病中的高风险细胞群体。本文展示了一种将早期凋亡检测蛋白（Annexin...

一种的合成 在体 可被 MRI 检测的凋亡探针

近年来，利用磁共振成像（MRI）进行细胞示踪受到了广泛关注。本实验方案描述了使用富含氟（19F）的颗粒对树突状细胞进行标记、将标记后的细胞体内应用，以及通过19F/1H...

监测树突状细胞迁移的19F / 1H磁共振成像方法

荧光传感器是生命科学中的有力工具。本文介绍了一种合成和使用基于树状大分子的荧光传感器以测定活细胞内pH值的方法...

合成、细胞递送及 在体 树状大分子基pH传感器的应用

在小鼠前列腺癌模型中，利用靶向肿瘤间质中凝结的血浆蛋白的小肽类磁共振成像（MRI）对比剂，展示磁共振癌症分子成像技术。...

利用小分子CLT1肽靶向对比剂进行前列腺癌的MR分子成像

我们描述了一种在小鼠模型中使用MRI进行体内细胞示踪的通用方案，其中细胞经过体外标记。本文包括典型的细胞标记、图像采集、处理与定量分析流程。...

in vivo 19F MRI 细胞示踪

本方案描述了生物功能化普鲁士蓝纳米颗粒的合成及其作为多模态分子成像探针的应用。该纳米颗粒具有核-壳结构，其中位于纳米颗粒核心内的钆或锰离子可产生磁共振成像（MRI）对比效应。生物功能化外壳则包含用于荧光成像的荧光团以及用于分子靶向的靶向配体。...

用于多模态分子成像应用的生物功能化普鲁士蓝纳米颗粒

本论文描述了一种利用PEI/MNP载体高效、非病毒性地将miR递送至内皮细胞并实现其磁化的方法。因此，该方法除了可实现遗传修饰外，还可实现磁性细胞导向和磁共振成像（MRI）检测。该技术可用于改善治疗性细胞产品的特性。...

制备与 体外 磁化miR修饰内皮细胞的表征

血脑屏障是胶质母细胞瘤治疗药物递送的重大障碍，而该疾病目前尚无治愈手段。本文报道了一种体内成像引导的氧化铁治疗性纳米平台，该平台凭借其尺寸可绕过这一生理屏障，并在肿瘤部位富集。...

纳米颗粒递送寡核苷酸载荷在多形性胶质母细胞瘤动物模型中的应用

学习制备基于树状大分子的钆造影剂并进行体外磁共振成像表征。该方法利用环状螯合剂配位顺磁性离子，可显著增强MRI信号，为生物医学成像提供高效工具。

制备与体外用于磁共振成像的树状大分子对比剂的表征

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制备与 体外 用于磁共振成像的树状大分子对比剂的表征

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