Vo1.32 201】年6月 高等学校化学学报 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES No.6 14l2~】417 1 I标记海藻酸钠包裹明胶微球的 制备及性能评价 骆东辉 ,刘安妮 ,李明芳 ,马 宇 ,李 林 , 陈晓理 ,刘 黎 ,夏传琴 (1.IN)II大学化学学院,成都610064;2.四川大学华西医院,成都610041) 摘要建立了明胶微球和海藻酸钠(SA)包裹微球的制备方法,并通过实验比较了明胶微球和包裹微球的各 种特性,最后用氯胺T法将 I及” 1分别标记在微球上.结果表明,包裹微球对碘有更高的负载量和稳定 性;在相同条件下,包裹微球的降解时间比明胶微球的降解时间长;将标记后的明胶微球通过直接注射介入 到新西兰大白兔的肝脏,采用发射单光子计算机断层扫描仪(ECT)显像结果表明,在大白兔体内包裹微球 标记的” I比明胶微球标记的更稳定. 关键词明胶微球;” I;碘负载量;海藻酸钠;稳定性 0636.9;R730.55 文献标识码A 文章编号025l43790(2011)06—1412-06 中图分类号肝癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一,严重威胁人类健康¨“ .通过外科手术切除大的肿瘤 是最常用的治疗方法,但是术后存活率很低 ;近年来,局部内照射治疗已引起人们的关注 J.肝癌 的内照射治疗原理是基于肝脏的双重血供,放射性核素标记的微球通过注射进入肝动脉.内照射治疗 主要适用于不可切除的肝癌和控制在肝脏范围内的转移性肝癌 .内照射治疗可以使放射性微球主要 停留在肝癌组织内,较少分布在全身其它组织,因此放射性核素对正常组织的影响较小,可以使用较 大的剂量,对肝癌细胞起到长久的杀灭作用. 目前,帅Y玻璃和树脂微球、 1种子源是肝癌内照射治疗的主要选择.但是它们的最大缺点是其 制备材料不可降解.明胶具有良好的生物相容性与生物可降解性,而且降解产物无毒.明胶微球有很 好的栓塞效果且十分适合临床应用 .此外,明胶微球有大量的酪氨酸基团可结合放射性碘,所以采 用氯胺一T法能够实现碘的同位素对明胶微球的放射性标记 .但是标记碘同位素的明胶微球在生物体 内会出现脱碘效应.可通过在明胶微球表面包裹一种或几种更不易降解的材料来防止碘标记明胶微球 在生物体内脱碘¨ “ .海藻酸钠是一种具有良好的生物相容性、可降解性以及可提高机体免疫力的生 物材料,可用于碘标记明胶微球表面包裹处理¨ ” . 本文以明胶微球负载放射性碘,将海藻酸钠包裹在标记后的明胶微球表面以阻止碘的脱落和提高 其分子碘的稳定性.通过对比标记后明胶微球和包裹微球的特性发现,包裹微球在体外有更高的碘负 载量;发射单光子计算机断层扫描仪(ECT)显像结果表明,包裹的标记微球在大白兔体内有更好的稳 定性. 1 实验部分 1.1试剂与仪器 A型明胶(美国Sigma公司);液体石蜡(成都金山化学试剂有限公司);Span一80(重庆申渝化学试 剂厂);戊二醛(天津市科密欧化学试剂有限公司);海藻酸钠(青岛明月海藻集团). DJ1C增力电动搅拌器(江苏麦普龙仪器制造有限公司);DF.101S集热式恒温加热磁力搅拌器(河 收稿日期:2010-07-09. 基金项目:四川省科技支撑计划项目(批准号:2009SZ0184)资助. 联系人简介:夏传琴,女,博士,副教授,主要从事放射性药物及放射性废物处理研究.E-mail:xiachqin@163.corn No.6 骆东辉等:” I标记海藻酸钠包裹明胶微球的制备及性能评价 1413 南巩义宏华仪器设备有限公司);JEOL JSM 6390LV型扫描电镜(日本电子株式会社);傅里叶红外光 谱仪(安合盟科技发展有限公司);FJ一2021 放射免疫计数器(上海融坤检测设备有限公司);旋涡混 合器XW.80A(上海医科大学仪器厂);离心机(德国艾本德股份有限公司). 1.2实验过程 1.2.1 微球的制备 明胶微球的制备参照文献[14~19]方法,将6.0 mL 150 g/L明胶溶液缓慢滴加 到40 mL含有0.4 mL Span一80的液体石蜡中,在60 下搅拌30 min得乳状液.将乳状液转移至冰浴 中快速冷却到5℃以下,加入1.5 mL的戊二醛继续搅拌20 min得微球.用丙酮对微球脱水脱油,抽滤 后干燥得到明胶微球. 包裹微球的制备:将50 mg明胶微球加入1 mL 10 g/L海藻酸钠溶液中,在混合器上混合10 min 以使微球充分分散在溶液中.将其离心干燥,得到包裹微球. 1.2.2微球降解率和溶胀率微球降解率的测定参照文献[17]方法,将0.5 g微球和一定体积的0.2 mol/L PBS缓冲液(pH=7.4)装入透析袋中,然后放人装有PBS缓冲液的烧杯中,重复3次实验. 微球降解率公式: Mass loss= ㈩ 式中, 是微球放人缓冲液前的最初质量; 是微球从缓冲液取出并干燥后的质量. 微球溶胀率的测定参照文献[17]方法,将0.5 g微球放入一定体积的0.2 mol/L PBS缓冲溶液 (pH=7.4)中,重复3次实验. 微球溶胀率( )计算公式: R。= 。= (2)() 式中, 是溶胀除水后微球的质量;液 是微球最初的质量. 1.2.3放射性碘标记微球的制备 放射性碘标记明胶微球的制备:将50 mg明胶微球在190 L的 PBS缓冲溶液(pH:7.0)和10 的KI溶液中溶胀10 min,然后加入2.5 L的Na I.在室温下向 试管中加入200 L氯胺一T溶液(20 g/L),在搅拌下反应1 h后,用200 L的偏重亚硫酸钠溶 液(15 L)终止反应.将微球高速离心后取出,用生理盐水洗涤数次得到 I标记的明胶微球,重复 实验3次. 放射性碘标记包裹微球的制备:实验步骤同上,在第一次离心后取出上清液,向试管加入1.0 mL 10 L的海藻酸钠溶液,在震荡器上连续震荡10 min.将微球高速离心后取出,用生理盐水多次洗涤 得到 I标记的包裹微球,重复3次实验. 1.2.4碘标记微球的体外稳定性 分别将1.0 mL生理盐水缓慢沿试管壁加入装有50 mg I标记的 明胶微球和 I标记的包裹微球的试管中.分别在第1,2,3,4,5,6和7天时移走生理盐水,用 一计 数仪测量微球的放射性强度,重复实验3次. 1.2.5 碘标记微球的体内稳定性实验将新西兰大白兔随机分为A、B两组,每组各3只.取50 mg 明胶微球进行” I标记,用生理盐水洗涤7次后,制备成6份碘标记明胶微球.将微球分为两组,一组 用10 g/L海藻酸钠溶液进行包裹.将” I标记明胶微球为A组大白兔注射,将” I标记包裹微球为B 组大白兔注射,两组微球的质量大约50 mg,包裹后微球质量略大于包裹前微球质量.微球放射性活度 也大致相同,大约在(1.1-t-O.1)mCi.当大白兔注射碘标记微球后,分别于第1,8和16天对大白兔进 行全身ECT显像.通过对比ECT图像上的光点分布和亮度评估 I标记微球的稳定性. 2结果与讨论 2.1 SEM表征 图1(A)和(B)分别为明胶微球和包裹微球的SEM照片.可以看出,明胶微球呈良好的球形,包 裹前后60%以上的微球的粒径集中在(13.8 4-5) m之间;而包裹微球则没有明胶微球的光滑表面和 高等学校化学学报 规则球形,这是由于包裹了海藻盐所致.因为A型明胶的等电点在pH=7.5~9.0之间,在pH<7.5 的环境中,明胶微球表面带有正电荷,它可以与带负电的海藻盐结合使其包裹在微球表面. Fig.1 SEM images of gelatin(A)and wrapped microspheres(B) 2.2 FTIR分析 海藻酸钠所带的负电荷可与明胶的正电荷产生静电作用.图2为红外表征结果,海藻酸钠的 c00一H伸缩振动的波数为3388 cm (图2谱线6),明胶的N—H伸缩振动的波数为3439 CII1 (图2 谱线a).但在图2谱线c中峰值向低波数移动,在3442 cin 处形成了一个宽的红外吸收带,说明海藻 酸钠的羧基和明胶微球表面的氨基形成了氢键.海藻酸钠的C一0一C的伸缩振动波速由1098 cm 移 动到1236 cm一,表明海藻酸钠的醚键和明胶的氨基之间形成了氢键.综上,在明胶微球的表面已包裹 了海藻酸钠. Fig.2 IR spectra of gelatin(a),sodium alginate(b) and wrapped microspheres(C) Fig.3 Degradation of gelatin(a)and wrapped microspheres(b)in PBS(pH=7.4) 2.3微球的降解和溶胀 图3显示了明胶微球和包裹微球在32 d内的降解情况.在第32 d时,明胶微球的降解率为71%, 包裹微球的降解率为6l%. 根据文献[19]报道,明胶微球的降解主要是水解,在实验初期明胶吸水膨胀,随着时间的延长产 生胶解现象,而海藻酸钠的包裹可以减少明胶微球对外界水的吸附速度.另外,明胶的侧链基团有很 高的化学活性,在实验条件下较容易降解,而用海藻酸钠包裹微球表面使得微球上的侧链不易与外界 环境接触,从而使降解速度降低. 通过对比微球在溶液中的溶胀率发现,包裹微球的溶胀率(1.37)要小于明胶微球的溶胀率 (1.51).这是由明胶和海藻酸钠的结构决定的,根据文献[20]报道,一部分水会与明胶微球相结合形 成难以除去的水.而海藻酸钠包裹在明胶微球表面后可避免明胶微球大量地与外界水结合,从而降低 了溶胀率. 2.4放射性碘标记微球 首先选择明胶作为放射性碘标记微球的制备材料.因为明胶的酪氨酸残基可以标记上碘,同时由 于微球表面的孔效应可以吸附碘,所以微球对碘的负载可以分为化学标记和物理吸附. 由图4可见,通过生理盐水对微球的7次洗涤可使明胶微球的碘负载量从63%下降到20%左右, No.6 骆东辉等:” I标记海藻酸钠包裹明胶微球的制备及性能评价 而包裹微球的碘负载量从63%下降到36%左右.这是因为蛋白微球自身的脱碘引起的,实验结果显示 包裹微球最终比明胶微球对碘的负载量高,说明包裹着微球的海藻酸钠可以部分阻止 I从明胶微球 脱落. 宝 三 0 量 三 鲁 Times of washing Tlmc/d Fig.4 Iodine loading of gelatin(a)and wrapped micro- Fig.5 Iodine loading of I labelled with gelatin(a) spheres(b)VS.the times of washing and wrapped microspheres(b)at different time 2.5体外稳定性实验 将标记后的包裹微球和明胶微球分成相同的7组,同时浸泡在37 下的0.01 mol/L PBS溶液中, 然后测其在不同时间的放射性. 图5为标记微球在7 d内脱碘速率的动力学实验结果.可见,标记微球在第3 d时脱碘速率达到平 衡.明胶微球对碘的负载量在第7天下降大约25%,而包裹微球对碘的负载量下降大约10%.由于海 藻酸钠包裹在微球表面,可以阻止 I从微球上脱落,使得碘标记包裹微球比碘标记明胶微球有更好 的体外稳定性. 2.6” I标记明胶微球和包裹微球的体内稳定性 生物体内的甲状腺组织对游离的碘同位素 I(T =8 d)有很强的吸收能力,因此可以通过监测 放射性碘核素在体内的分布情况来反映标记微球在体内的脱碘情况.实验通过ECT显像监测游离 l (T =8 d)在甲状腺、膀胱和肝脏的分布情况.需要说明的是:随着” I的衰变,光斑的亮度会逐渐降 低;所有图片中均未在膀胱位置出现光斑,可能是因为大白兔在ECT显像时膀胱空虚,使得膀胱中的 放射性强度不足以显像所致. 图6和图7分别显示了碘标记明胶微球和碘标记包裹微球在注射到大白兔肝脏后的不同时间点 I在大白兔体内肝脏和甲状腺的分布情况.在注射后第1 d,几乎所有的 1都集中在肝脏部位,在 甲状腺处未发现代表 I富集的光斑.在第8天的ECT图片中,图(6)在甲状腺位置出现代表 I富 集的光斑,但图7中仍未见明显甲状腺位置的光斑.此结果说明碘标记明胶微球上的 I已经脱落入 血并被甲状腺吸收,而包裹后的微球则无此现象.在第16天图6中甲状腺位置的光斑变得更亮更大, 而在图7的甲状腺位置则未观察到光斑.以上结果表明,” I标记的包裹微球在体内脱碘较少,有更好 Fig.6 ECT images of I labelled with microspheres in rabbits at different time (A)1 d;(B)8 d;(C)16 d. 1416 高等学校化学学报 V01.32 的稳定性 Fig.7 ECT images of ’I labelled with wrapping microspheres in rabbits at different time (A)1 d;(B)8 d;(C)16 d. 3 结 论 研究了海藻酸钠包裹前后碘标记微球性质的变化,通过对明胶微球的包裹,既实现了微球对碘负 载量的增加也增大了碘标记的稳定性,从而使 I可更好地集中在体内注射部位.本方法达到了用海 藻酸钠包裹碘标记明胶微球以起到抑制碘的脱落的作用,其有望推动可降解放射性核素微球在肝癌内 照射领域取代无法降解的玻璃核素微球和金属种子源. 参[1 [2 [3 考文 献 989 Lambert B.,Van de Wiele C..Eur.J.Nue1.Med.Mo1.Imag.[J],2005 32:980—_Thomas M.B.,Zhu A.X..J.Clin.Onco1.[J],2005.23:2892--2899 Mu P.Y.,Jiang X lJ.,Chen J.,Wang J.C.,He Q.,Zhu Y.J.,Jin M. J.,Li F.J..Radioana1.Nue1.Chem.[J],2007,272 669— 71 F.,Zhang R P.,Dai X.L,Min X.F.,Xu J.Y.,Hu W.Q.,Yin D.Z.,Zhou W.,Xie H.,Wang Y.X.,et a1..Nucl Med Bio1.[J],2000,27:347—352 Boucber E.,Garin E.,Guylligomarch A.,Olivi ̄D.,Boodjema K.,Raoul J.C..Radiother.Oneo1.[J],2007,82:76~82 Nalesnik M.A.,Federle M.,Buck D.,Fontes P.,Cart B.I..Hum.Pathol__J],2009,40:125—134 Konda A.,Savin M.A.,Cappell M.S.,Dully M.C..Gastrointest.Endosc.[J],2009,70:561—567 Nitta N.,Ohta S.,Tanaka T.,Takazakura R.,Natagani Y.,Kono N.,Sonoda A.,Seko A.,Furukawa A.,Takahashi M.et a1.. ,Eur.J.Radio1.[J],2008,67:536—540 [9] s ananda K.N.,Lakshmi B,Jagadeesb R.V.,Puttaswamy,Mahendra K.N..App1.Cata1.A:Gen.[J],2007,326(2):202— 2l2 [10] Song S.H_,Jung K.H.,Paik J.Y.,Koh B.H.,Bae J.S.,Choe Y.S.,Lee K.H.,Kim B.T..Nuc1.Med.Bio1.[J],2005, 32:845—85O WU Ya—Qing(吴雅卿),QIAN Jun(钱隽),ZHU Jian—Hua(朱建华).Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2008, 29f 10):1959一】962 [12] George M.,Abraham T.E..J.Contro1.Release『J],2006,114:1—14 [13] Gao C.M.,Liu M.Z.,Chen J.,Zhang X..J.Polym.Degrad.Stabil.[J],2009,94:l4O5—14lO [14] Co ̄esi R.,Esposito E.,Osti M.,Squarzoni G.,Menegatti E.153一l60 ,Davis S.S.,Nastruzzi C..Eur.J.Pharm.Biopharm.[J],1999,47: [15] Fan H.B,Zhang C.L.,Li_J_,Bj L,,Qin L ,Wu H.,Hu Y Y. Biomacromoleeules[J],2008,9:927—-934 [16] Wang J.,Tabata Y.,Morimoto K..J.Contro1.Release[J],2006,113:31—37 [17] Chen F.M.,Zhao Y.M.,Wu H,,Deng Z.H.,Wang Q.T.,Zhou W.,Liu Q.,Dong G.Y.,Li K.,wu Z.F.,et a1..J.Con. tro1.Release[J],2006,114:209--222 [18] Wang F.,Liu P.,Jiang D.,Liu C.B.,Zhang F.C.,Chen X..Chem.Res.Chinese Universities[J],2008,24(2):196—199 [19] WANG Yi-Juan(王忆娟),LIU Shou—xin(刘守信),FANG Yu(房喻),HUANG Sba(黄沙),JIN Yan(金岩),JIANG Yu(姜-T-). No.6 骆东辉等:” I标记海藻酸钠包裹明胶微球的制备及性能评价 l4l7 Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J],2007,28(9):l776—1780 [2O] WANG Li—Jun(王利军),XIN Zhong—Yin(辛中印),WEI Rut-Yah(魏锐艳),ZHANG Xin—Shen(张新申).Leather Science And Engi neefing(皮革科学与工程)[J],2004,14:45__48 Preparation and Bio-Evaluation of Iodine Labelling Gelatin Microspheres and the Coating Microspheres with Sodium Alginate LUO Dong.Hut ,LIU An,Ni ,LI Ming.Fang ,MA Yu ,LI Lin , CHEN Xiao—Li ,LIU Li ,XIA Chuan—Qin (1.College of Chemistry,Sichuan University,Chengdu 610064,China; 2.West China Hospital,Sichuan University,Chengdu 610041,China) Abstract This paper describes a method to prepare the gelatin microspheres and the wrapped microspheres with sodium alginate(SA).The microspheres were labeled with iodine一131 and iodine一125 by Chloramine—T method followed by injecting into the liver of rabbits.The characteristic comparisons of the gelatin micro— spheres and the wrapped microspheres were made and the results indicated that the wrapped microspheres had a more iodine loadingcapacity and better stability than those of gelatin microspheres.It also appeared that the degradation rate of wrapped microspheres was slower than that of the gelatin microspheres in physical condi‘ tion.As a matter of fact the stability of iodine.13 1 in gelatin microspheres in the rabbits was evidenced by the ECT visualization:no visible radio-speck at the position of thyroid gland was observed by injecting the wrapped microspheres,while the noticeable radio—speck of thyroid gland was observed at the same site by injection of the gelatin microspheres,which proved that I in wrapped gelatin microsphere had better stability than in the gelatin microspheres. Keywords Gelatin microspheres; Iodine;Iodine loading;Sodium alginate;Stability (Ed.:H,J,K)