关于PEG-Gd2O3纳米对比剂和Gd-DTPA的脑部钆沉积对比实验研究论文

SCI论文（www.lunwensci.com）:

摘要：以六水合硝酸钆和聚乙二醇二羧酸为原料一步合成PEG-Gd2O3纳米对比剂，制备得到的PEG-Gd2O3纳米对比剂磁共振信号较强，浓度为86.68 mg/L Gd。多次对小鼠尾静脉注射PEG-Gd2O3纳米对比剂和Gd-DTPA发现，PEG-Gd2O3纳米对比剂在小鼠小脑中沉积量更高。此外，随着注射次数的增加，钆沉积量也明显增多，提示了钆剂在脑部沉积的潜在危险。

关键词：PEG-Gd2O3纳米对比剂；Gd-DTPA；钆沉积

本文引用格式：陆佳莹,周佳伟,崔永征,等.关于PEG-Gd2O3纳米对比剂和Gd-DTPA的脑部钆沉积对比实验研究[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(71):246-247.

A Comparative Study of Gadolinium Deposition in the Brain between PEG-Gd2O3 Nano-contrast Agents and Gd-DTPA

LU Jia-ying1,ZHOU Jia-wei1,CUI Yong-zheng1,CHEN Ming-yue1,LI Jing-jing1,2*

(1.School of Medical Imaging,Xuzhou Medical University,Xuzhou Jiangsu;2.Department of Radiology,Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University,Xuzhou Jiangsu)

ABSTRACT:In this study,The PEG-Gd2O3 nano-contrast agents were synthesized in one step with Gadolinium nitrate hexahydrate and poly(ethyleneglycol)bis(carboxymethyl)ether.The prepared PEG-Gd2O3 nano-contrast agents presented good magnetic resonance imaging contrast enhancement ability with a concentration of 86.68 mg/L Gd.When the PEG-Gd2O3 nano-contrast agents and Gd-DTPA were injected into the mice by the tail vein for several times,the deposition amount of PEG-Gd2O3 nano-contrast agents was higher in the cerebellum of mice.In addition,with the increase of injection times,the amount of gadolinium deposition increased significantly,suggesting a potential danger of gadolinium agents in deposition in the cerebellum of mice.

KEY WORDS:PEG-Gd2O3 nano-contrast agent;Gd-DTPA;Gadolinium deposition

0引言

磁共振成像作为临床上常用的诊断辅助成像技术，具有较高的对比分辨率，其在借助造影剂的条件下能够提供更加精密的高质量解剖信息。含钆造影剂（Gadolinium-based contrast agents,GBCAs）作为磁共振成像的造影剂之一，被广泛用于增强各种内脏器官、血管和组织检查时的图像质量[1-3]。GBCAs由钆离子和其他分子螯合而成，这种螯合结构可以降低游离三价钆离子本身的毒性，同时改变其在体内的分布以确保图像对比度[4]。Gd-DTPA作为目前临床上最常用的含钆造影剂之一，较为安全有效，但也存在弛豫度低、体内循环时间短以及肾源性系统性纤维化等不良反应的缺点[5,6]。此外，研究人员还发现多次使用Gd-DTPA进行磁共振增强扫描后，患者脑部T1加权图像上出现异常高信号区域，以齿状核和苍白球处尤为显著，而这正与钆沉积有关[7,8]。

由于对Gd-DTPA在脑部沉积的忧虑，如何构建更为安全有效的造影剂便成为一大亟需解决的难题。近年来，随着纳米技术的迅速发展，纳米造影剂的优势逐渐凸显出来。其中，氧化钆纳米颗粒（Gd2O3 NPs）有较好的对比增强效应，在体内外成像方面均显示出明显优势。有研究发现，用聚乙二醇（Polyethylene glycol,PEG）包裹Gd2O3 NPs（PEG-Gd2O3 NPs）并搭载荧光抗癌药物可实现诊疗一体化[9]。经课题组前期研究发现，与Gd-DTPA相比，PEG-Gd2O3 NPs在血液中的半衰期显著延长，有利于临床血管造影成像。更重要的是，PEG-Gd2O3 NPs较高的T1弛豫率使其肿瘤区域对比度提高5-6倍。区别于Gd-DTPA通过肾脏排泄，PEG-Gd2O3 NPs主要在肝脏中清除，通过肝肾血清生化测定发现，PEG-Gd2O3 NPs对肝肾功能的影响均低于Gd-DTPA，组织学检查也未观察到明显的急性毒性行为[10]。

在本文中，我们将对PEG-Gd2O3 NPs与Gd-DTPA在小鼠脑部沉积进行多方面对比，进一步探究PEG-Gd2O3 NPs是否具有作为新型临床造影剂的安全性。

1实验部分

1.1实验试剂

六水合硝酸钆Gd(NO3)3·6H2O购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司，聚乙二醇二羧酸[poly(ethyleneglycol)bis(carboxymethyl)ether]购于Sigma公司，Gd-DTPA购于拜耳医药保健公司广州分公司，实验所用试剂均为分析纯。

1.2实验仪器

采用智能恒温磁力搅拌器（ZNCL-S,上海）制备PEG-Gd2O3 NPs，利用旋转蒸发器（RE-52AA,上海）对PEG-Gd2O3 NPs进行浓缩。小鼠脑部Gd沉积测定仪器为电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-MS，安捷伦ICP-OES730和ICP-MS7700），实验所用水均来自Mill-Q系统。

1.3PEG-Gd2O3 NPs制备

0.4062g六水合硝酸钆溶解于10mL PEG，将溶液加热至90-100℃，继续加热至140℃维持1小时，再加热至180℃维持4小时。冷却至室温后，将溶液用超纯水（1:1000）透析除去游离的Gd3+和过量的PEG，再利用旋转蒸发器进行浓缩。

1.4实验动物分组及给药

取雌性昆明小鼠，重20-25g，自由进食和进水，随机分为6组，每组三只，小鼠尾静脉注射Gd-DTPA，根据临床儿童造影剂给量（0.1mmol/kg Gd）。PEG-Gd2O3纳米对比剂给量为15mol/kg Gd，主要考虑到其弛豫率为Gd-DTPA弛豫率的6.9倍（29.0 vs 4.2 s-1.mM-1 Gd），生理盐水均为0.9%氯化钠注射液，注射剂量与PEG-Gd2O3 NPs组相同。

（1）生理盐水组：每周注射两次，连续三周；
（2）PEG-Gd2O3 NPs组：每周注射两次，连续三周；
（3）Gd-DTPA组：每周注射两次，连续三周；
（4）生理盐水组：每周注射四次，连续三周；
（5）PEG-Gd2O3 NPs组：每周注射四次，连续三周；
（6）Gd-DTPA组：每周注射四次，连续三周。

1.5小鼠脑部Gd沉积的测定

分组解剖取小鼠小脑，准确称取样品，加入1mL HNO3和1mL H2O2进行微波消解，将溶解后的样品溶液转移至10mL容量瓶中，加入0.1mL 1.0g/mL Cs内标溶液与超纯水配制的1%的HNO3稀释至刻度，混匀，利用ICP-MS测定其浓度。

2结果与分析

2.1PEG-Gd2O3 NPs的信号及浓度测定

图1为磁共振下PEG-Gd2O3 NPs信号图，信号值为192.88，与纯水2089.1相比，其信号较强。此外，利用ICP-MS测定PEG-Gd2O3 NPs浓度为86.68 mg/L Gd。






2.2小鼠脑部Gd沉积结果分析

如下表1所示，在2次/周，连续注射三周的情况下，与生理盐水组相比，注射PEG-Gd2O3 NPs组和Gd-DTPA组的小鼠小脑Gd沉积量相对增多，此外，PEG-Gd2O3 NPs组Gd沉积量也明显高于注射Gd-DTPA的小鼠，该现象在表2中也同样被发现，结果表明，无论注射次数的多少，在同等条件下，Gd-DTPA组脑部Gd沉积量均明显低于PEG-Gd2O3 NPs组。此外，通过结合表1、2来看，小鼠小脑Gd沉积量也与注射次数有关，随着注射次数的增加，小鼠小脑Gd沉积量也随之增加。

为了进一步观察注射次数与Gd沉积量的相关性，课题组在前期研究基础上又试验了4次/周，共注射四周的PEG-Gd2O3 NPs组小鼠，结果发现该组小鼠小脑Gd沉积平均浓度为0.633mg/kg，进一步证实了注射次数与小鼠小脑Gd沉积量呈正相关。（表3）



3讨论

在课题组前期研究的基础上，我们利用六水合硝酸钆和PEG一步合成PEG-Gd2O3 NPs，在同等实验环境下，其与Gd-DTPA在小鼠小脑中的沉积量有所差异。通过研究发现，在注射次数不同的试验组中，PEG-Gd2O3 NPs在小鼠小脑中的沉积量均高于Gd-DTPA组，且随着注射次数的增加，其沉积量也随之有所增长。

目前Gd在脑中的沉积机制尚未明确，但我们发现注射四周（四次/周）组小鼠在一个月后解剖取小脑测Gd时，其与未放置一个月组相比（0.633 vs 0.12 mg/kg），小脑中Gd沉积量有所下降，这与国外文献报道的脑中具有Gd清除的潜在机制相符，但具体清除过程和机制尚不明确。

本实验初步证明PEG-Gd2O3 NPs相比于临床常用造影剂Gd-DTPA，其在脑中Gd沉积量较多，且可能存在脑中Gd的潜在清除，但因目前实验数据较少，可能存在误差，注射器精确度等问题，结果仍有待进一步完善。虽然目前Gd在脑部沉积对人体产生的危害仍未明确，但可以肯定的是，Gd在脑中的沉积量与潜在清除将会是各类型GBCAs在临床使用时的一大考虑因素。

参考文献

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