基于ZIF-8的两种磁共振造影剂的制备和应用研究

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磁共振成像(MRI)作为一种检测重大疾病的诊断技术,具有无电离辐射和高空间分辨率等优点,从而能够成为现代医学诊断的有力工具。但由于MRI仍然存在低灵敏度的问题,临床检测中往往会使用外源性磁共振造影剂来增加成像对比度。磁共振造影剂的种类众多,因此其分类方式也比较多样,而最常见的就是分为纵向弛豫磁共振造影剂和横向弛豫磁共振造影剂。目前临床上最常用的一种纵向弛豫(T1)磁共振造影剂是Gd基造影剂,但Gd螯合物却始终存在着弛豫率低的缺点,因此提高Gd基磁共振造影剂的纵向弛豫率(r1)是一项十分值得研究的课题。相比来说,Fe3O4纳米粒子常常会作为横向弛豫(T2)磁共振造影剂被人们知晓,目前设计出的一些Fe基T2磁共振造影剂也已经具备了较高的横向弛豫率(r2)。尽管如此,针对基于Fe3O4而设计合成的纳米粒子而言,更多材料的磁共振造影效果还是停留在单纯T2成像的层面,其成像模式单一化依旧是丞待解决的问题。为了解决上述磁共振造影剂存在的两个问题,本论文提供了两种基于金属有机框架ZIF-8的磁共振造影剂。在实验合成过程中,它们均以ZIF-8为框架运用一步法自组装得到。第一种为Gd-DTPA@ZIF-8纳米粒子,作为一种T1成像的磁共振造影剂,其在0.5 T磁场下的r1值是商用Gd-DTPA的6倍,成功解决了Gd基磁共振造影剂弛豫率低的缺点。Gd-DTPA@ZIF-8纳米粒子的稳定性较好,且通过细胞实验证明其具有良好的生物相容性。根据溶液实验结果,Gd-DTPA@ZIF-8的T1弛豫率是商业造影剂Gd-DTPA的六倍。在肿瘤内原位注射Gd-DTPA@ZIF-8纳米粒子后,肿瘤部位的T1磁共振成像效果显著增强。因此,Gd-DTPA@ZIF-8纳米颗粒能够有效地提高MRI对肿瘤的诊断。第二种为Fe3O4-Mn-ZIF-8纳米粒子,它可以在谷胱甘肽(GSH)和氢离子(H+)的触发下开启T1-T2双模态磁共振成像,成功解决了Fe基磁共振造影剂成像单一的问题。通过相应的溶液实验证明了在中性和无谷胱甘肽条件下,Fe3O4-Mn-ZIF-8纳米颗粒结构完好,此时由于Fe3O4和Mn2+距离较近,它们之间的相互作用使得纳米粒子的T1和T2成像均受到一定的抑制。而在微酸性和低浓度的谷胱甘肽条件下,Fe3O4-Mn-ZIF-8纳米颗粒会发生解体,随后释放出Fe3O4和Mn2+,两者之间的距离增大后,相互作用减小,因此T1和T2成像效果又重新恢复。同时,我们开展了荷瘤小鼠体内磁共振成像实验,该实验证明了Fe3O4-Mn-ZIF-8纳米颗粒在小鼠的肿瘤部位也存在这种从猝灭到重新激活的磁共振成像效果。因此,在小鼠的肿瘤部位通过智能响应从而激活T1-T2双模态磁共振成像的Fe3O4-Mn-ZIF-8造影剂极其有效地提高了实验对肿瘤的诊断。在论文中我们还具体介绍了MRI的背景及理论,总结了磁共振造影剂的研究进展。同时也介绍了金属有机框架的特点和研究进展等。针对本论文所解决的实际问题,论文的研究意义以及主要的研究内容等均进行了详细阐述。总之,本论文中合成的两种纳米粒子作为磁共振造影剂是具有一定优势的。
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