[发明专利]一种金属有机骨架纳米粒子在超灵敏磁共振成像中的应用

说明书

本发明公开了一种金属有机骨架纳米粒子在超灵敏磁共振成像中的应用，通过调控有机骨架的结构得到一系列不同孔结构的金属有机骨架纳米粒子，以它们作为超级化氙‑129(¹²⁹Xe)的载体，即可获得一系列化学位移可区分的超级化¹²⁹Xe谱学和成像信号，为超灵敏磁共振成像提供了多种合成简单、性质优良的造影剂，有望应用于生物医药领域。

技术领域

本发明属于磁共振成像技术领域，具体涉及一种金属有机骨架纳米粒子在超灵敏磁共振成像中的应用。

背景技术

核磁共振成像(MRI)是基于核磁共振现象的一种影像技术，它没有电离辐射、无侵入性、组织穿透性和空间分辨率高，已作为一种常规检测技术在临床上广泛应用。然而，传统基于¹H核检测的MRI灵敏度较低，因为在室温热平衡状态下，只有十万分之一的信号原子能够被直接检测到。通常，被检测物浓度需达到毫摩尔(mM)级才能进行MRI，这极大限制了MRI在分子影像等新兴领域的发展。

超级化氙-129磁共振影像(¹²⁹Xe MRI)为解决以上问题提供了一种全新的技术手段。超级化技术通过自旋交换光泵，将光子的角动量传递给¹²⁹Xe原子，使¹²⁹Xe原子的自旋处于同一方向。相较于热平衡态，超级化技术将磁共振的灵敏度提高了五万倍以上。也就是说，通过超级化技术，1/2的超级化¹²⁹Xe原子能够被磁共振技术直接探测到。正是由于灵敏度有了极大的提升，弥补肺部空腔质子密度低不能成像的不足，超级化¹²⁹Xe MRI点亮了传统磁共振盲区——肺部。¹²⁹Xe具有良好的脂溶性和化学位移敏感性，可用于定量可视化评估肺部疾病患者的通气功能、微结构和气血交换功能的改变。然而，¹²⁹Xe为化学惰性原子，很难与特定的小分子、蛋白质或RNA等结合。

为赋予¹²⁹Xe靶向性，研究人员开发了一系列可以捕获¹²⁹Xe的“笼子”，并通过笼子上连接的靶向性基团实现了¹²⁹Xe MRI的选择性成像。¹²⁹Xe进入“笼子”之后，由于化学环境的改变，会得到一个与血液和组织中的自由¹²⁹Xe原子不同的磁共振信号。微乳、蛋白质、树状大分子等纳米结构的粒子中都有可以供¹²⁹Xe栖身的空间，但所得到的¹²⁹Xe磁共振信号宽，难以相互区分。穴番是一种内径约为的超分子，它的内孔恰好可供一个Xe原子进入，能得到一个很强的磁共振信号。然而，穴番价格昂贵、合成困难，且不溶于水，生物兼容性差，很难应用于分子探针领域。迄今为止，仍未找到一种合适的“笼子”供¹²⁹Xe栖身，也还没有任何关于¹²⁹Xe分子探针在动物活体水平的报道。因此，只有开发合适的“笼子”，才能使¹²⁹Xe磁共振这种无放射性、无侵入性、无深度限制的超灵敏成像新技术更好的为生物医学服务。

金属有机骨架(Metal organic frameworks,MOF)是一种由无机金属中心与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，已在气体分离、能量存储、药物递释和生物成像等领域中得到广泛的研究。与其他多孔材料相比，MOF的孔结构可通过设计起始金属中心和有机配体得到精确地控制。若能通过精确设计和控制得到与“穴番”类似的孔结构，则能解决Xe笼子信号差和获取难得问题。此外，¹²⁹Xe原子对周围环境十分敏感：传统¹H NMR的化学位移谱宽度约为20ppm，而¹²⁹Xe的化学位移谱宽度则超过5000ppm。因此，若有多个¹²⁹Xe磁共振信号，它们将会更加容易被区分，成像信噪比也会更好。

发明内容