靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針、其制備方法及由該探針標(biāo)記的間充質(zhì)干細(xì)胞的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，特別涉及靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針，所 述的多肽分子影像探針能夠增強(qiáng)磁共振加權(quán)成像對比度。
【背景技術(shù)】
[0002] 干細(xì)胞是一類具有自我更新能力和多向分化潛能的細(xì)胞群體，它們可以通過對稱 性分裂維持自身細(xì)胞群的數(shù)量，也可以進(jìn)一步分化成為不同的組織細(xì)胞，從而構(gòu)成機(jī)體各 種復(fù)雜的組織和器官。自我更新和分化是干細(xì)胞的兩個主要特征。干細(xì)胞再生醫(yī)療的基本 思路是通過誘導(dǎo)移植體內(nèi)的干細(xì)胞定向分化，實現(xiàn)對受損組織和器官的再生修復(fù)。在干細(xì) 胞研究中，實時跟蹤干細(xì)胞移植體內(nèi)后的存活、迀移和歸巢、定向分化等生理行為，對干細(xì) 胞進(jìn)行準(zhǔn)確的組織生物學(xué)分布示蹤，并區(qū)分內(nèi)外源干細(xì)胞、自我更新產(chǎn)生的干細(xì)胞及分化 產(chǎn)生的功能細(xì)胞，從而深入認(rèn)識干細(xì)胞在體內(nèi)的迀移、繁殖、分化與分裂等生理過程，無論 對干細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)研究，還是在臨床上進(jìn)行療效觀察和功能恢復(fù)的評估，都具有非常重 要的意義。
[0003] 磁共振影像是研究干細(xì)胞體內(nèi)維持與分化過程的重要技術(shù)手段，對人們認(rèn)識干細(xì) 胞在體內(nèi)的迀移、繁殖、分化與分裂等過程具有不可替代的作用。磁共振影像技術(shù)是一項在 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用的無創(chuàng)傷檢測技術(shù)，已有30多年的發(fā)展 和應(yīng)用歷史，帶來了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。特別是在臨床診斷和生物醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究等領(lǐng) 域中，磁共振影像技術(shù)是最有潛力的非損傷活體影像技術(shù)，它是研究生物組織或活體的形 態(tài)、生理、病理以及功能的必不可少的影像學(xué)工具。
[0004] 磁共振影像是基于不同生物組織中水質(zhì)子的自旋磁矩在均勻磁場中有序排列過 程形成的磁矩受到特定的微波激發(fā)后，其縱向弛豫時間0\)或橫向弛豫時間（T 2)可能存在 差異，導(dǎo)致回波的信號強(qiáng)度不同在影像中形成的對比度差異實現(xiàn)對生物體的細(xì)胞、組織和 器官的結(jié)構(gòu)和功能成像。當(dāng)不同組織的影像對比度接近時，還可以通過引入造影劑來改變 特定組織如腫瘤組織中的水質(zhì)子的馳豫時間，實現(xiàn)對該特定組織的成像，因此，磁共振造影 劑是磁共振影像技術(shù)研究和應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。
[0005] 磁共振造影劑按照其功能可以分為?\造影劑和Τ 2造影劑兩類。Τ 1造影劑以Gd絡(luò) 合物為代表，主要通過顯著改變水質(zhì)子的縱向弛豫時間從而改變!\加權(quán)成像的對比度實現(xiàn) 造影功能，Gd絡(luò)合物造影劑通常在?\加權(quán)像下產(chǎn)生亮信號。T i造影劑在臨床醫(yī)學(xué)中已經(jīng) 得到了廣泛的應(yīng)用，目前臨床應(yīng)用的Gd絡(luò)合物造影劑可以分為兩類：一類是有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的 D0TA及其衍生物，一類是無環(huán)結(jié)構(gòu)的DTPA及其衍生物。這兩類小分子造影劑由于化學(xué)結(jié)構(gòu) 明確穩(wěn)定，可以通過化學(xué)方法精確控制與靶向分子偶聯(lián)的過程和結(jié)果，因此作為分子影像 探針具有很高的可靠性。但是，Gd絡(luò)合物造影劑面臨的一個關(guān)鍵問題是其弛豫率遠(yuǎn)低于T 2 型造影劑超順磁氧化鐵納米粒子的弛豫率，如商業(yè)化小分子造影劑Gd-DTPA和Gd-DOTA的 縱向弛豫率^一般在3-5mM S \而商業(yè)化超順磁氧化鐵納米造影劑的橫向弛豫率r2-般 高出1-2個數(shù)量級（100~200^^ 4。因此，為了獲得足夠的組織對比度，需要較大的劑 量，導(dǎo)致對金屬Gd離子在體內(nèi)可能帶來的安全問題的關(guān)切。
[0006] 分子影像探針是現(xiàn)代生物影像技術(shù)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，該技術(shù)的核心是具有細(xì) 胞靶向功能的不同種類和大小的分子探針，包括蛋白、抗體、多肽、化學(xué)小分子等。其中，靶 向多肽分子近年來越來越引起人們的重視，特別是在腫瘤的靶向診斷和治療研究中得到了 廣泛深入的研究?？贵w蛋白分子量大，需要連接多個造影劑粒子或分子才能獲得足夠的影 像對比度，這往往又影響它們與受體的結(jié)合效率，而多肽分子結(jié)構(gòu)簡單明確，與造影劑粒子 或分子偶聯(lián)后不會影響其與細(xì)胞結(jié)合的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針，所述多肽分 子影像探針能夠增強(qiáng)！\和1~ 2磁共振加權(quán)成像對比度，該分子探針包括：靶向間充質(zhì)干細(xì)胞 的多肽分子和造影單元，所述造影單元是金屬Gd絡(luò)合物。
[0008] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，所述多肽分子為由20個以下的氨基 酸所組成的直鏈或環(huán)形結(jié)構(gòu)，其中每個氨基酸相互獨(dú)立地為D型或L型，優(yōu)選 Glu-Pro-Leu-Gln-Leu-Lys-Met (EM7)或 Cys (二硫鍵）-Ser-Thr-Asn-Pro-Lys-Val-Leu-Cy s (二硫鍵）（CC9)。
[0009] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，所述造影單元選自Gd-DOTA，Gd-HP-D03A， Gd-D03A-butrol，Gd-DTPA-BMA，Gd-DTPA，Gd-DTPA-BMEA，Gd-BOPTA，Gd-EOB-DTPA 或其組合。
[0010] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，每個所述的多肽分子直接或通過樹枝狀分子、 樹枝狀分子結(jié)構(gòu)單元優(yōu)選賴氨酸與所述的Gd絡(luò)合物結(jié)合。
[0011] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中每個所述的多肽分子通過樹枝狀分子與所述的 Gd絡(luò)合物1或2或3或4個結(jié)合。
[0012] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中所述的多肽分子與樹枝狀分子之間嵌入有間隔 子，所述的樹枝狀分子與Gd絡(luò)合物之間嵌入有連接子。
[0013] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，所述的間隔子和連接子選自直鏈狀的氨基酸， 優(yōu)選NH 2 (CH2) pC00H，NH2 (CH2CH20) qCH2C00H，其中p是0~12的整數(shù)，q是0~4的整數(shù)。當(dāng) P = 〇時，代表沒有間隔子或連接子。
[0014] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，每個所述的多肽分子通過其碳端或氮端與樹枝 狀分子連接；所述Gd絡(luò)合物通過其羧基或氨基與樹枝狀分子連接，所述羧基選自乙?；?丙?；蚨□；?，所述氨基選自乙胺基、丙胺基或丁胺基。
[0015] 本發(fā)明還提供一種靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針的合成方法，其特征在 于：使用交叉保護(hù)脫保護(hù)策略的固相合成方法依次合成帶有或不帶有間隔子的靶向間充質(zhì) 干細(xì)胞的多肽分子、帶有或不帶有間隔子或連接子的樹枝狀分子、和帶有或不帶有間隔子 的造影單元，連接革E向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子和造影單元。
[0016] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針的合成 方法，其特征在于：將所述的靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子、造影單元和/或樹枝狀分子中 的一個單元的羧基轉(zhuǎn)化成活潑酯與另一單元的氨基、巰基或羥基進(jìn)行偶聯(lián)；或者通過點(diǎn)擊 化學(xué)（click chemistry)連接多肽分子和造影單元。
[0017] 本發(fā)明還提供一種間充質(zhì)干細(xì)胞，其特征在于：所述的間充質(zhì)干細(xì)胞被靶向該細(xì) 胞的多肽分子影像探針?biāo)鶚?biāo)記。
[0018] 在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式中，利用所述的多肽分子影像探針引入間充質(zhì)干細(xì) 胞中的Gd濃度低于5X 109Gd/細(xì)胞時，磁共振?\加權(quán)成像對比度得以增強(qiáng)；利用所述的多 肽分子影像探針引入間充質(zhì)干細(xì)胞中的Gd濃度高于5 X 109Gd/細(xì)胞時，磁共振1~2加權(quán)成像 對比度得以增強(qiáng)。
[0019] 本發(fā)明提供了一種靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針，該多肽探針對間充質(zhì) 干細(xì)胞具有高度的親和力和靶向特異性，能對間充質(zhì)干細(xì)胞精準(zhǔn)定位。本發(fā)明創(chuàng)新地將靶 向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽探針與造影單元進(jìn)行偶聯(lián)，發(fā)現(xiàn)能夠顯著增強(qiáng)磁共振加權(quán)成像對比 度。更重要的是本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞中的Gd濃度低于5X 109Gd/細(xì)胞時，磁共振?\ 加權(quán)成像對比度得以增強(qiáng)；Gd濃度高于5Χ 109Gd/細(xì)胞時，磁共振Τ2加權(quán)成像對比度得以 增強(qiáng)，一種造影劑在兩個濃度即可完成!\和Τ 2加權(quán)成像，而不必使用兩種造影劑，這是一個 首創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)。另外，本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)不需要較大的造影劑劑量也能獲得足夠的組織對比度， 大大減少了金屬Gd離子在體內(nèi)可能帶來的安全問題。
【附圖說明】
[0020] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本發(fā)明提供的一種靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明提供的可用于增強(qiáng)磁共振成像對比度的造影單元金屬Gd絡(luò)合物的 結(jié)構(gòu)圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明提供的一種具體的多肽分子影像探針結(jié)構(gòu)示意圖，其中利用 Gd-DOTA作為造影單元，多肽Glu-Pro-Leu-Gln-Leu-Lys-Met (EM7)通過氨基與樹枝狀分子 連接，Gd-DOTA通過羧基與樹枝狀分子連接。樹枝狀分子的結(jié)構(gòu)單元個數(shù)k可以是0~4的 整數(shù)；連接子的個數(shù)m、η可以是0~4的整數(shù)。
[0024] 圖4為本發(fā)明實施例使用的一種靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針 Gd-D0TA-EM7,造影單元為Gd-DOTA，ΕΜ7通過氨基與NH2 (CH2) 5C00H連接，Gd-DOTA通過羧基 與 NH2(CH2)5C00H 連接。
[0025] 圖5為本發(fā)明實施例1使用的一種靶向間充質(zhì)干細(xì)胞的多肽分子影像探針 (Gd-DOTA) 2-EM