一種負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡及其制備方法

專利名稱：一種負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡及其制備方法
技術領域：
本發明涉及高分子化學和生物醫學工程領域，具體涉及一種負載液態氟碳的聚合
物納米超聲顯像囊泡及其制備方法。
背景技術：
超聲是最常用、也是最重要的影像學手段之一，它具有經濟、簡便、無輻射、可重復
多次檢查等優勢，臨床應用廣泛，容易普及。目前常用的超聲造影劑——微泡屬于血池顯像 劑，其直徑與紅細胞相近，達到了數微米，經靜脈注射入體內后，可通過肺循環到達全身組
織臟器的微循環，通過改變掃查對象界面的聲阻抗差，產生明顯的造影顯像效果，提高了超 聲對病灶的檢出能力和鑒別診斷能力。但由于普通造影劑屬于無組織特異性的全身性造影 劑，對特定病灶的診斷能力尚不足。 為了更好的實現病灶特異性成像，有必要采用顆粒更小的納米級超聲造影劑1) 粒徑達到納米級有利于減少腎臟排泄清除、網狀內皮系統吸收及吞噬細胞的識別，從而延 長其在體內的循環時間；2)可順利通過毛細血管內皮細胞間隙到達組織靶區，并可通過高 通透高滯留效應(enhanced permeability andretention effect, EPR效應)在病灶組織 中實現被動靶向富集；3)容易與特異性配體鏈接，選擇性與病灶特異性分子結合，實現主 動耙向成像。 現國內外研究的納米級超聲造影劑的主要分為納米級脂質體造影劑、納米級微泡 造影劑和納米級液態氟碳乳劑三類，但目前存在制作工藝不成熟，顆粒偏大，易被清除，體 內循環時間較短，不易進行表面修飾，回聲增強效果有限等不足。其中，納米級微泡造影劑 由于在組織內部引入氣體而可能產生不利影響，而納米級液態氟碳乳劑則由于表面活性劑 活化的不穩定，導致造影劑在體內高度稀釋和溫度較高的情況很容易發生失活及沉淀。
在高效納米載體中，脂質體囊泡作為一種生物膜載藥模型，歷來是重點的研究方 向之一并已部分地應用于臨床，但其具有靶向性差和無法實現可控釋放的致命缺陷。因此， 由兩親性嵌段共聚物發展出來的新型納米囊泡正在逐步興起并開始取代脂質體成為研究 和應用的焦點模型。雙親分子由于其特殊的溶解性質在溶液中會自發集成為分子有序結 構，其中一種表現為雙層構型。當這些雙層彎曲并封閉起來時就形成了一種新的構型。如 果這些雙親分子是兩親性的嵌段共聚物，則稱之為聚合物囊泡。其所用原料與膠束基本相 同。 相比于其他納米微粒，聚合物納米囊泡具有以下優勢1)制備過程簡單，利用兩 親性共聚物在水溶液中自組裝形成粒徑相對均一的納米微粒，并可包載不同的內容物；2) 粒徑小且可控，由于結構類似于細胞，具有更強的組織滲透性，且不易被清除；3)納米囊泡 的壁更厚而且可以調節，膜的通透性低，具有更好的穩定性和一定的伸縮性，在血液循環中 具有較長的半衰期；4)容易進行化學修飾和引入靶向基團，以延長循環時間及實現主動靶 向成像和治療。研究結果表明，納米囊泡在體內循環的半衰期是隱形脂質體囊泡的2倍以上，更有利于納米囊泡在病灶組織中的富集。 另一方面，液態氟碳類造影劑性能穩定、超聲回聲效果顯著，其最突出的優勢是其 可作為一種潛在的多功能造影劑，即不僅可以作為超聲造影劑，還可以作為CT、 MRI及核素 顯像造影劑。例如全氟辛溴，其沸點達到了 144 °C ，化學性質穩定，被包負后可望在體內實現 長效循環，進一步增強納米載體的被動聚集效應。

發明內容
本發明的目的在于根據現有超聲顯像試劑中存在的不足，提供一種納米級負載液 態氟碳的聚合物超聲顯像囊泡。 本發明另一 目的在于提供上述聚合物超聲顯像囊泡的制備方法。
本發明上述目的通過以下技術方案予以實現 —種負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡，由如下按質量份數計的組分制 成聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物l，液態氟碳類超聲顯像試劑2 40。
其中，所述聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物的結構中，聚乙二醇段的數均分 子量為1. 0 3. OKD，聚丙交酯段的數均分子量為8. 0 45. 0KD。 作為一種優選方案，本發明負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡中，所述液 態氟碳類超聲顯像試劑優選為全氟辛溴。 本發明所設計的納米囊泡由聚乙二醇(Polyethyeneglycol，可簡寫為PEG)與聚 丙交酯(poly(D，L-lactic acid)，可簡寫為PDLLA)的兩親性共聚物(可簡寫為PEG-PDLLA) 制成。其中疏水的PDLLA段具有良好的鏈柔順性、生物相容性和生物可降解性；親水的PEG 段能夠延長整個藥物載體的血液循環時間，以避免被網狀內皮組織系統排泄出去。在自組 裝過程中，PDLLA段自發地形成囊泡的疏水性外殼，PEG段位于該殼的內外表面，其外殼可 包負疏水性的液態氟碳類超聲顯像試劑——全氟辛溴。 本發明負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡的制備方法包括如下步驟以聚 乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物為原料，通過超聲雙乳化法來包覆液態氟碳類超聲顯像 試劑，得到負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡。 上述制備方法中，所述聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物的制備方法如下用 聚乙二醇在辛酸亞錫的催化下引發單體丙交酯或己內酯的開環聚合，得到聚乙二醇和聚丙 交酯的兩親性共聚物。 作為一種優選方案，本發明制備方法包括如下步驟將1重量份共聚物與2 40
重量份的液態氟碳共溶于10體積的四氯化碳中，在超聲作用下于冰浴中滴加1體積
0. 0 5. Owt^的聚乙烯醇水溶液，然后將該乳化液在超聲作用下分散至200體積0. 5wt^聚
乙烯醇水溶液中，即得負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡。其中，最好對超聲結束后
的乳化液進行長時間攪拌，以除去其中的四氯化碳。如需濃縮，則可采用旋轉蒸發儀進行減
壓蒸餾，除去多余的水，最終濃度及濃縮倍數視初始體積和最終體積而定。 本發明中可靶向化的負載全氟辛溴的聚合物納米超聲顯像囊泡的研究得到了國
家自然科學基金面上項目(30870717)的支持。 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果 (1)該囊泡由聚乙二醇與聚丙交酯的兩親性共聚物制成，PEG作為親水段能夠延長囊泡的血液循環時間，而聚丙交酯作為疏水段則具有優良的生物相容性和降解性；
(2)該囊泡在水中非常穩定，平均粒徑為200 800nm，有利于囊泡在人體內的被動 聚集； (3)該囊泡能夠在PEG末端進行化學修飾以鏈接靶向配體，從而實現該顯像試劑 的靶向效果、提高顯像試劑的局部濃度并提高顯像效果等； (4)全氟辛溴被包負進該納米囊泡后能夠顯著提高其在水中的穩定性并提高了 超聲回聲特性，相對于表面活性劑活化的液態氟碳造影劑所需濃度更低、顯像效果更好；同
時，由于在囊泡外殼中的包負更加分散，進一步提高了全氟辛溴的回聲特性，相對于同濃度 PFOB的納米膠束載體顯像效果更加明顯。


圖1 3分別是實施例3中負載不同體積全氟辛溴的聚合物納米囊泡的動態光散 射粒徑分布柱狀圖。其中，圖1、圖2和圖3分別對應的全氟戊烷體積為0. 05ml、0. lml和 0. 2ml，其粒徑分布位于400 500nm之間； 圖4是負載0. 2ml PFOB的納米囊泡的透射電子顯微鏡圖片。其中白色的微小圓 球體為PFOB液滴，被均勻包負于為淺灰色球狀囊泡的外殼內部； 圖5 7分別是實施例4中負載不同體積PFOB的聚合物納米囊泡的體外超聲顯像 圖片。其中，圖5、圖6和圖7分別對應的全氟辛溴體積為0. 025ml、0. 05ml和0. lml，均有 明顯的超聲顯像效果； 圖8是實施例4中負載相同體積PFOB的聚合物納米囊泡與膠束的超聲顯像灰度 值比較，囊泡的顯像效果更為明顯； 圖9是實施例5中經濃縮12倍后負載0. 2ml PFOB的聚合物納米囊泡在兔子皮下 注射的超聲顯像圖片，其顯像效果明顯； 圖10是實施例5中經濃縮12倍后負載0. 2ml PFOB的聚合物納米囊泡在兔子心 室注射的超聲顯像圖片，其顯像效果明顯。
具體實施例方式
以下結合實施例來進一步解釋本發明，但實施例并不對本發明做任何形式的限 定。 本發明基于兩親性共聚物PEG-PDLLA的納米囊泡被用于負載全氟辛溴，所得囊泡
的粒徑采用動態光散射來測定，并通過動物皮下和心室注射試驗來評價這一納米級超聲顯
像試劑，即插入超聲探頭以對注射器中相同體積的超聲顯像囊泡溶液進行顯像，并以兔子
為試驗對象，在皮下與心室即時注射并顯像。 實施例1 1.聚合物納米超聲顯像囊泡載體材料PEG-PDLLA的制備 氬氣保護下將0. 2g端羥基PEG(分子量在1. 0 3. OKg/mol)在50。C左右真空干燥 數小時后冷卻至室溫，然后注入1. 6 2. 4g干燥的丙交酯和少量辛酸亞錫。室溫下真空干燥 一小時后加入無水甲苯20ml，在12(TC回流12 24h聚合。反應結束后，在無水乙醚中進行 重沉淀，過濾后再用二氯甲烷溶解，于無水乙醚中進行二次重沉淀，經過濾和真空干燥得到
5純樣品。 2.負載全氟辛溴的聚合物納米超聲顯像囊泡的制備 將10mg共聚物(PEG-PDLLA)分別與0. 05 、0. 1和0. 2ml全氟辛溴共溶于8ml四氯 化碳中，在超聲作用下于冰浴中分散于20ml 2wt^聚乙烯醇水溶液中，經長時間攪拌揮發， 除去溶劑四氯化碳即得。 實施例2負載全氟辛溴的聚合物納米超聲顯像囊泡大小及形態的測試
所得囊泡的粒徑大小采用動態光散射系統進行測量，其形態則通過透射電子顯微 鏡來觀察確定，測試結果見圖1至4。圖1(0. 05ml PFOB)、圖2(0. lmlPFOB)和圖3(0. 2ml PFOB)分別為對應PFOB濃度囊泡的動態光散射粒徑分布柱狀圖。可以看出，負載全氟辛 溴的聚合物納米囊泡的粒徑分布較窄，主要位于40(T500nm，為納米級。圖4為負載0. 2ml PFOB納米囊泡的透射電子顯微鏡圖片，從圖中可以明顯地看出兩親性聚合物在水溶液中自 組裝成粒徑較為均勻的具有中心膜壁的"空心球"，其中白色的微小圓球體為PFOB液滴，被 均勻包負于"空心球"的外殼內部。 實施例3負載全氟辛溴的聚合物納米超聲顯像囊泡體外超聲顯像試驗 用2ml注射器吸滿制得的超聲顯像囊泡溶液，置于恒溫水浴中并將超聲探頭置入
進行顯像，分別記錄其超聲顯像圖像，并與相同PFOB濃度的納米膠束的注射器內部區域灰
度值進行比較，測試結果見圖5至8。圖5至7顯示了不同PFOB濃度的聚合物納米囊泡的
超聲顯像圖像:0. 05ml PFOB(圖5) 、0. 05ml PFOB(圖6)和0. lml PFOB(圖7)。從中可以
看到，負載全氟辛溴的聚合物納米囊泡在體外有明顯的顯像效果，其顯像效果隨PFOB的濃
度的提高而提高。圖8顯示了相同PF0B濃度下膠束與囊泡的超聲顯像灰度值。很明顯，該
負載全氟辛溴的聚合物納米囊泡的超聲顯像效果更佳。 實施例4負載全氟辛溴的聚合物納米超聲顯像囊泡動物皮下及心室注射顯像試 驗 用2ml注射器吸滿經濃縮12倍后的負載0. 2ml PFOB的超聲顯像囊泡溶液并注射 于試驗動物——兔子的皮下及心室，進行即時超聲顯像觀察，測試結果分別見圖9和圖10。 可以清楚地看到，圖9上部皮下間隔組織區域內注射進入的納米囊泡有明顯的超聲顯像效 果，圖10中納米囊泡在注射進入心室內部后也表現出了較強的超聲顯像效果。
以上測試結果表明，所得囊泡的粒徑為400 500nm，為納米級，超聲顯像試劑全 氟辛溴被均勻地包負于該囊泡的外殼內部。體外顯像實驗表明，該負載全氟辛溴的聚合物 納米囊泡性能穩定，可進行體內的長效循環，而且該囊泡具有比相同PFOB濃度下的納米膠 束更為明顯的超聲顯像效果，其顯像效果隨PFOB濃度的提高而提高。動物皮下和心室注射 顯像實驗表明，該納米囊泡經濃縮后在皮下和心室均具有較好的超聲顯像效果。
權利要求
一種負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡，其特征在于由如下按質量份數計的組分制成聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物1，液態氟碳類超聲顯像試劑2~40。
2. 根據權利要求1所述負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡，其特征在于所述聚 乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物的結構中，聚乙二醇段的數均分子量為1. 0 3. OKD，聚丙 交酯段的數均分子量為8. 0 45. OKD。
3. 根據權利要求1所述負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡，其特征在于所述液 態氟碳類超聲顯像試劑為全氟辛溴。
4. 權利要求廣3中任意一條權利要求所述的負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊 泡的制備方法，其特征在于所述方法包括如下步驟以聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚 物為原料，通過超聲雙乳化法來包覆液態氟碳類超聲顯像試劑，得到負載液態氟碳的聚合 物納米超聲顯像囊泡。
5. 根據權利要求4所述的負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡的制備方法，其 特征在于所述聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物的制備方法如下用聚乙二醇在辛酸亞 錫的催化下引發單體丙交酯或己內酯的開環聚合，得到聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚 物。
6 根據權利要求4所述的負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡的制備方法，其特 征在于包括如下步驟將1重量份共聚物與2 40重量份的液態氟碳共溶于10體積的四氯 化碳中，在超聲作用下于冰浴中滴加1體積0. 0 5. Owt^的聚乙烯醇水溶液，然后將該乳化 液在超聲作用下分散至200體積0. 5wt^聚乙烯醇水溶液中，除去油相溶劑四氯化碳后即 得負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡。
7. 根據權利要求6所述的負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡的制備方法，其特 征在于對超聲作用后的乳化液進行攪拌以除去其中的四氯化碳。
全文摘要
本發明公開了一種負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡及其制備方法。本發明負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡由如下按質量份數計的組分組成聚乙二醇和聚丙交酯的兩親性共聚物1，液態氟碳類超聲顯像試劑2~40。本發明負載液態氟碳的聚合物納米超聲顯像囊泡為納米級，粒徑分布較窄，在水中性能穩定，具有顯著的體外超聲顯像效果，經濃縮后在動物皮下和心臟內部顯像明顯，可望進一步應用于體內及其它組織器官，在診斷領域有重大的研究價值和應用前景。
文檔編號A61K49/22GK101773675SQ20101012173
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月5日 優先權日2010年3月5日
發明者帥心濤, 李皓, 鄭榮琴 申請人:中山大學