中国新药与临床杂志（ChinJNewDrugsClinRem），2009年4月，第28卷第4期
［文章编号］1007－7669（2009）04－0268－05
生物素化全氟碳纳米颗粒荷载药物体外释放和磁共振影像观察
周兆熊
a
，张柏根
a
，张皓
a
，孙黎
b
，王晓珉
b
，张纪蔚
a
（上海交通大学医学院附属仁济医院a．血管外科；b．药剂科，上海200001）
［关键词］氟碳化合物；纳米粒子；血管内膜；磁共振成像；缓释
［摘要］目的制备生物素化全氟碳载药纳米颗粒，分析纳米载药的释放特点及其对磁共振信号强度的
影响。方法以全氟碳为纳米核心，通过高压均质方法，分别包被抗内膜增生药物地塞米松磷酸钠或醋
酸地塞米松，以及磁共振造影剂钆喷酸葡胺。采用扫描电镜和激光粒度分析仪检测纳米颗粒形态和粒径，
高效液相色谱仪测定纳米颗粒载药包封率和体外溶出情况，同时观察磁共振影像及波谱信号强度变化。
结果地塞米松磷酸钠和醋酸地塞米松全氟碳纳米粒径分别为（224±s6）和（236±9）nm。荷载亲水
性地塞米松磷酸钠药物的包封率为（66．4±1．0）％，并有一定突释现象，首日溶出比率为77．2％；荷载疏
水性醋酸地塞米松药物的包封率为（95．3±1．3）％，首日溶出比率为23．6％。全氟碳纳米颗粒荷载2种药
物体外溶出时间都超过1wk。全氟碳纳米颗粒携带顺磁性造影剂钆喷酸葡胺，可增加后者的信号强度约
16％。结论全氟碳纳米颗粒荷载药物具有较好的缓释性，并能增加磁共振造影剂的信号强度，提高磁共
振检测敏感性。
［中图分类号］R318［文献标志码］A
Sustainedreleaseofdrugloadedwithinbiotinylatedperfluorocarbon
nanoparticlesanduseinmagneticresonanceimaging
ZHOUZhao-xiong
a
，ZHANGBai-gen
a
，ZHANGHao
a
，SUNLi
b
，WANGXiao-min
b
，ZHANGJi-wei
a
（a．DepartmentofVascularSurgery；b．DepartmentofPharmacy，RenjiHospital，AffiliatedtoJiaotongUniversity
SchoolofMedicine，SHANGHAI200001，China）
［KEYWORDS］fluorocarbons；nanoparticles；tunicaintima；magneticresonanceimaging；sustainedrelease
［ABSTRACT］AIMToinvestigatetheinvitroreleaseprofileofloadingdrugsencapsulatedwithintheper-
fluorocarbon（PFC）nanoparticles（NPs）anditsabilityofenhancingmagneticresonanceimaging（MRI）．
METHODSDexamethasonesodiumphosphate（DxP）ordexamethasoneacetate（DxA），andgadopentetate
dimeglumine（Gd-DTPA）loadedwithinbiotinylatedPFCNPswereconstructedbyhighpressurehomogeneous
processingmethod．ThemorphologyandsizeofNPswereexaminedbyscanningelectronmicroscope（SEM）and
laserparticlesizeanalyzer．Drugloadingandinvitroreleasingwereassessedbyhighperformanceliquid
chromatography（HPLC）．MRIwasusedtoobservetheimagingandsignalintensityofcontrastwithintheNPs．
RESULTSTheparticlesizeofDxP-NPandDxA-NPwere（224±s6）and（236±9）nm，respectively．The
encapsulationefficiency（EE）ofDxP-NPwere（66．4±1．0）％，withanobviouslyburstingphenomenon，the
initialreleasingratewere77．2％，whiletheEEofDxA-NPwere（95．3±1．3）％，theinitialreleasingwere
[收稿日期]2008－11－23[接受日期]2009－01－19
[基金项目]上海市科学技术委员会科研计划项目（编号：0552nm024）
[通讯作者]张纪蔚（1953—），男，教授，主任医师，主要从事动脉重建再狭窄机理研究。E－mail：zhangjiwei001＠sina．com
268··
中国新药与临床杂志（ChinJNewDrugsClinRem），2009年4月，第28卷第4期
纳米载体具有药物靶向和控释特点已成为新
型药物输送系统研究的热点
[1]
。纳米颗粒载药方
式，采用特殊材料作为纳米核心，外层脂质中的
磷脂为表面活性剂，以保证纳米系统在循环中保
持形态和功能的稳定性
[2]
。同时，脂质层可作为载
药基质携带分子探针、治疗药物、影像检查造影
剂等发挥作用。全氟碳（perfluorocarbon，PFC）
结构与碳氢化合物相似，但所有氢原子被氟原子
替代，是一种超顺磁性材料。它无色无味，不导
电也不助燃，具有一定的挥发性，化学性质稳定，
体内代谢不会降解，没有毒性
[3]
。其很好的化学惰
性、较高的生物相容性和稳定性使之被用于人造
血液
[4]
、呼吸窘迫时液态肺灌洗治疗
[5]
和磁共振分
子影像造影剂
[6]
。
本研究拟采用全氟碳作为纳米颗粒核心，构
建生物素化全氟碳纳米载药系统，同时荷载治疗
药物（地塞米松磷酸钠或醋酸地塞米松）和造影
剂[钆喷酸葡胺（Gd-DTPA）]，探讨这种纳米载药
系统的表观特征，荷载治疗药物的离体缓释能力，
以及作为磁共振造影剂的影像检测能力。
材料和方法
材料和仪器全氟碳购自美国GatewaySpecialty
Chemicals公司。生物素化磷脂酰乙醇胺购自上海
华美生物试剂公司。胆固醇、卵磷脂、红花油购
自美国Sigma公司。地塞米松磷酸钠和醋酸地塞米
松购自上海通用药业，地塞米松磷酸钠和醋酸地
塞米松标准品购自中国药品生物制品检定所。Gd-
DTPA购自德国Schering公司。三氯甲烷为分析
纯，甲醇、三乙胺为色谱纯，均购自国药集团化
学试剂公司。
NS1001L型号高压均质机（意大利NiroSoavi
公司产品），VC-130BP超声细胞破碎仪（美国
Sonics公司产品），RotavaporR200旋转蒸发仪
（德国Bochi公司产品），380ZLS粒度分析仪（美
国NICOMP公司产品），Avanti3D低温高速离心
机（美国Beckman公司产品），240／740型高效液
相色谱仪（美国Waters公司产品），色谱柱
diamonsilC18（5μm，150mm×4．6mm），THC-D
台式恒温振荡器（太仓市实验仪器厂）。
高压均质方法制备全氟碳载药纳米颗粒精密称
取醋酸地塞米松药粉100mg或量取0．5％地塞米松
磷酸钠溶液4mL，分别加入胆固醇0．6g、卵磷脂
1．2g、生物素化磷脂酰乙醇胺20mg、Gd-DTPA
5mL和三氯甲烷30mL，通风橱内充分振荡溶解。
溶液在旋转蒸发仪内35℃真空水浴制成均匀药
膜，再分别加入全氟碳20mL和红花油1mL。细
胞破碎仪内超声振荡制成微乳，加去离子水定容
至100mL。置入高压均质机内，低压（0．7kPa）
循环3次，高压（1．5kPa）循环5次，制成全氟
碳载药纳米颗粒乳液
[7，8]
。
粒径分析和zeta电位测定取纳米颗粒乳液
100μL，稀释20倍，超声分散5min，制得分散
液。激光粒度仪进行纳米粒径和zeta电位测试。
条件为：HeNe激光波长633nm，电位梯度10V·
cm
－1
，散射角9°，测定温度20℃。
扫描电镜观察全氟碳载药纳米药物颗粒形态载
玻片超声清洗后，分别在异丙醇、甲醇和丙酮中
浸洗10min，3次。将纳米样品滴在玻片上，令其
自由扩散，室温干燥2h，然后将载药全氟碳纳米
样品置于负压（0．1×10
－6
kPa）中5min，充氩气
后喷金4次，每次间隔30s。扫描倍数2000至
28000倍。
线性实验精密称取地塞米松磷酸钠和醋酸地塞
米松标准品10mg，分别置入50mL容量瓶内。前
者用去离子水稀释，后者用甲醇稀释，定容至
50mL。精密移取标准品溶液，分别用流动相稀
释，地塞米松磷酸钠浓度分别为12．5、6．25、3．125
和1．56mg·L
－1
；醋酸地塞米松浓度分别为56、28、
14、7、3．5和1．75mg·L
－1
。两者各取20μL溶液
注入液相色谱仪，记录峰面积，以峰面积A对药
物浓度ρ（mg·L
－1
）进行线性回归分析。
HPLC检测色谱条件参照文献[9]：色谱柱
diamonsilC18，地塞米松磷酸钠和醋酸地塞米松检
测波长均为240nm。地塞米松磷酸钠流动相：甲
醇－三乙胺－0．02mol·L
－1
磷酸二氢钾（70∶2∶28，
V∶V∶V，pH3．0）。醋酸地塞米松流动相：甲醇－
23．6％．BothofthetwoNPscouldreleasepersistedoveroneweek．TheNPsloadingGd-DTPAcouldenhancethe
signalintensityofGd-DTPAabout16％detectedbyMRI．CONCLUSIONPFCNPsloadedwithhydrophilic
drughaverelativelyhighencapsulationefficiencyandsustainedreleasepattern．ContrastloadedwithinNPscould
enhancethesignalintensitydetectedbyMRI．
269··
中国新药与临床杂志（ChinJNewDrugsClinRem），2009年4月，第28卷第4期
去离子水（74∶26，V∶V）。流动相速度均为
1mL·min
－1
，检测温度37℃。
全氟碳纳米荷载治疗药物包封率（EE）测定取
纳米样品100μL，加入甲醇900μL，充分振荡溶
解，HPLC检测得出纳米药物总量（E
1
）。取纳米
样品1mL置入微量离心管，64000×g离心1h，
取上清液，HPLC检测得游离药物总量（E
2
）。纳
米药物包封率EE＝（E
1
－E
2
）／E
1
。HPLC检测同
上。
全氟碳载药纳米颗粒药物溶出实验半透膜
Membera-cell（分子截留量14000），置于2％（W／
V）碳酸氢钠和1mmol·L
－1
EDTA（pH8．0）溶液中
煮沸10min，再用蒸馏水漂洗10min后置入
1mmol·L
－1
EDTA（pH8．0）煮沸10min，冷却至
4℃浸没存放。精密量取载有地塞米松磷酸钠或醋
酸地塞米松的纳米颗粒乳液5mL置入半透膜中，
两端锁扣夹紧。半透膜放入浓度为0．5g·L
－1
人体
清蛋白生理盐水200mL中，恒温摇床设定为
20℃，每分钟振荡60次。在设定时间内提取溶液
标本，并补充等量溶液，溶液标本－20℃冻存。实
验重复3次。HPLC检测同上。
磁共振影像及和波谱信号强度检测取10个直径
为10cm的聚丙烯培养皿，分别加入2％琼脂糖溶
液20mL。10个培养皿2个一组分成5组，分别
加入Gd-DTPA5μL、全氟碳20μL、Gd-DTPA
5μL＋全氟碳20μL、生素化全氟碳纳米颗粒乳
液100μL[20％（V／V）全氟碳，5％（V／V）Gd-
DTPA]和无任何药物（空白对照）。10个培养皿
同时采用Philips3．0T磁共振检测，参数为：TR
500ms，TE10ms。影像观察同时记录波谱信号强
度。
统计学方法采用SPSS10．0统计软件，所有数据
用x±s表示。对数据进行正态分布检验，两变
量差异采用单因素方差分析。以0．05为检验水准，
P＜0．05认为差异显著。
结果
地塞米松磷酸钠和醋酸地塞米松全氟碳载药纳米
颗粒表征分析结果地塞米松磷酸钠全氟碳载药
纳米颗粒成球状，大小较为均匀；醋酸地塞米松
全氟碳载药纳米颗粒表面光整，没有药物结晶。
见图1。
地塞米松磷酸钠和醋酸地塞米松全氟碳载药
纳米颗粒的纳米粒径均成单峰样正态分布，平均
粒径分别为（224±s6）和（236±9）nm。见图
2。地塞米松磷酸钠与醋酸地塞米松全氟碳纳米粒
径相似，差异不显著（P＞0．05）。但醋酸地塞米
松全氟碳纳米颗粒的zeta电位高1倍，有较高的
系统稳定性，结果见表1。
全氟碳纳米荷载治疗药物包封率检测结果地塞
米松磷酸钠标准品在1．56～12．5mg·L
－1
范围内，
浓度与峰面积成线性关系（r
2
＝0．9994），回归方
图1电镜扫描显示全氟碳载药纳米颗粒的表征A：地
塞米松磷酸钠全氟碳纳米颗粒（×10000）；B：醋酸地塞米松全氟
碳纳米颗粒（×280000）
图2激光粒度仪分析全氟碳载药纳米颗粒粒径分布
图A：地塞米松磷酸钠全氟碳纳米颗粒；B醋酸地塞米松
全氟碳纳米颗粒
270··
中国新药与临床杂志（ChinJNewDrugsClinRem），2009年4月，第28卷第4期
程为：ρ＝4．264×10
－5
A－0．0306；醋酸地塞米
标准品在1．75～56mg·L
－1
范围内，浓度与峰面积
成线性关系（r
2
＝0．9991），回归方程为：ρ＝
2．2416×10
－5
A－0．005789。HPLC检测全氟碳纳
米荷载治疗药物的峰面积，对照标准品测定所得
回归方程，并根据包封率测定公式，得到荷载治
疗药物包封率。地塞米松磷酸钠纳米颗粒的包封
率为（66．4±1．0）％，醋酸地塞米松纳米颗粒的
包封率为（95．3±1．3）％。
全氟碳纳米颗粒荷载治疗药物体外溶出实验结
果地塞米松磷酸钠全氟碳纳米早期突释现象明
显，首日药物释放比率为77．2％。由于地塞米松磷
酸钠在释放环境中有一定降解，因此累积释放比
率有一定下降，但1wk后仍有约10％药物未完全
释放。醋酸地塞米松全氟碳纳米颗粒早期突释程
度较轻，约为23．6％，以后逐日释放比率接近线性
关系，有较好的缓释特性。见图3。
磁共振影像及和波谱信号强度检测结果磁共振
影像观察结果见图4A。单纯全氟碳（第5、6条
带）没有影像增强作用，影像效果与空白对照组
（第1、2条带）相似。单纯Gd-DTPA组（第3、4
条带）与Gd-DTPA＋全氟碳组（第9、10条带）
影像效果接近。全氟碳载药纳米颗粒（第7、8条
带），成像信号均匀，有明显影像增强效果。
磁共振记录各造影剂波谱信号相对强度（均
值）见图4B，依次为：空白对照组630，Gd-
DTPA1375，全氟碳590，全氟碳载药纳米颗粒
1600，Gd-DTPA＋全氟碳1385。全氟碳载药纳
米颗粒信号强度是对照组的2．5倍，比单纯Gd-
DTPA信号强度增加16％。
讨论
本研究中的全氟碳纳米颗粒采用高压均质制
图3地塞米松磷酸钠和醋酸地塞米松全氟碳纳米颗粒体外
溶出情况
图4磁共振影像及波谱信号强度检测结果A为磁共振观察各造影剂图像，从上至下第1、2条带为空白对照，第3、4条带是钆
喷酸葡胺，第5、6条带是全氟碳，第7、8条带是全氟碳载药纳米颗粒，第9、10条带是钆喷酸葡胺＋全氟碳；B为磁共振造影剂信号强度
波谱图，排列次序从左至右与左图影像观察上下次序相同，横坐标为间隔距离（mm）
271··
中国新药与临床杂志（ChinJNewDrugsClinRem），2009年4月，第28卷第4期
备方法，在高压（1．4kPa）下将微粉化药物和表
面活性剂溶液通过孔隙挤出，局部产生气穴和爆
裂，以使药物微粉进一步崩碎。经多次循环，可
得到粒径在100～1000nm之间的纳米颗粒。本
研究制备的全氟碳纳米颗粒，无论是荷载地塞米
松磷酸钠或醋酸地塞米松，平均粒径都小于
250nm，两者无显著差异（P＞0．05）。SONG等
[10]
和FLACKE等
[11]
研究发现，纳米载体药物输送系
统，如果粒径小于300nm，则更容易透过血管内
膜，对于抑制血管平滑肌细胞的靶向治疗有很大
帮助。
本研究发现，全氟碳纳米颗粒体系中，水溶
性地塞米松磷酸钠药物包封率比脂溶性醋酸地塞
米松低，两者差异显著（P＜0．05）。全氟碳纳米
颗粒表面的脂质层可促进醋酸地塞米松溶解，药
物即使离开纳米表面还能重新被吸附。相反，地
塞米松磷酸钠在脂质中溶解度低，一旦离开纳米
表面，溶液中的表面活性剂就会占据，因此纳米
颗粒乳液中有较多的游离药物。药物包封率和化
学性质决定了纳米荷载药物的溶出特性。水溶性
药物如地塞米松磷酸钠，在纳米颗粒中保留能力
较低，1d约有70％药物溶出。醋酸地塞米松全氟
碳纳米颗粒早期突释程度较轻，以后逐日溶出比
率接近线性关系。以上实验表明，全氟碳纳米颗
粒荷载水溶性药物有较明显突释现象，有利于需
要首剂加强的药物治疗，而荷载脂溶性药物，可
以保持较长的药物溶出时间，有利于提高药物的
生物利用效率。
磁共振分子影像造影剂应具有非常高的信噪
比，能分辨极低浓度（如纳摩尔或皮摩尔）的生
物标记
[12]
。本实验选用全氟碳作为纳米载体，因为
全氟碳是一种超顺磁性材料，可增加顺磁性造影
剂，如钆剂的信号强度。研究结果发现，液态全
氟碳波谱信号强度与空白对照组基本相同，说明
全氟碳本身没有顺磁作用，但制备成纳米颗粒携
带钆剂等顺磁物质后，可明显增加后者的信号强
度（约16％）。液态全氟碳与钆剂简单混合，并不
能明显改善磁共振信号强度，钆剂必须与超顺磁
性物质紧密结合，才能提高磁共振检测灵敏度。
本研究的最终目标是制备一种具有靶向治疗
和分子影像功能的纳米药物载体。因此，在这个
纳米载体系统中，荷载的药物包括有抗内膜增生
药物地塞米松磷酸钠或醋酸地塞米松，以及磁共
振造影剂Gd-DTPA和能借助生物素－亲和素系统
与生物素化抗体连接的磷脂酰乙醇胺。本实验通
过高压均质法制备的生物素化全氟碳载药纳米颗
粒，表观特征符合设计要求，全氟碳纳米荷载药
物具有较好的缓释性，并可以增加磁共振造影剂
的信号强度，提高磁共振检测敏感性，这些结果
为进一步的体内研究提供了依据。
［参考文献］
［1］毛世瑞，毕殿洲．固脂纳米粒药物释放系统的研究进展[J]．沈
阳药科大学学报，2002，19（6）：455－460．
［2］RIESSJG．Understandingthefundamentalsofperfluorocarbons
andperfluorocarbonemulsionsrelevanttoinvivooxygendelivery
[J]．ArtifCellsBloodSubstitImmobilBiotechnol，2005，33
（1）：47－63．
［3］MULDERWJ，STRIJKERSGJ，GRIFFIOENAW，etal．A
liposomalsystemforcontrast-enhancedmagneticresonance
imagingofmoleculartargets[J]．BioconjugChem，2004，15（4）：
799－806．
［4］HAMILTONMC，PEEKGJ，DUXAE．Partialliquidventilation
[J]．PediatrRadiol，2005，35（11）：1152－1156．
［5］LANZAGM，WINTERP，CARUTHERSS，etal．Novel
paramagneticcontrastagentsformolecularimagingandtargeted
drugdelivery[J]．CurrPharmBiotechnol，2004，5（6）：495－507．
［6］LANZAGM，WALLACEKD，SCOTTMJ，etal．Anovelsite-
targetedultrasoniccontrastagentwithbroadbiomedical
application[J]．Circulation，1996，94（12）：3334－3340．
［7］LANZAGM，YUX，WINTERPM．Targetedantiproliferative
drugdeliverytovascularsmoothmusclecellswithamagnetic
resonanceimagingnanoparticlecontrastagent[J]．Circulation，
2002，106（22）：2842－2847．
［8］国家药典委员会．中华人民共和国药典；二部[S]．北京：化学
工业出版社，2005：185，842．
［9］GUZMANLA，LABHASETWARV，SONGC．etal．Local
intraluminalinfusionofbiodegradablepolymericnanoparticles．A
novelapproachforprolongeddrugdeliveryafterballoon
angioplasty[J]．Circulation，1996，94（6）：1441－1448．
［10］SONGC，LABHASETWARV，MURPHYH．etal．Formulation
andcharacterizationofbiodegradablenanoparticlesfor
intravascularlocaldrugdelivery[J]．JControlledRelease，1997，
43（2）：197－212．
［11］FLACKES，FISCHERS，SCOTTMJ，etal．AnovelMRI
contrastagentformolecularimagingoffibrin：implicationsfor
detectingvulnerableplaques[J]．Circulation，2001，104（11）：
1280－1285．
272··
|
|
