一种新型的医用核磁共振-光学成像双模态酶响应分子探针的设计与合成

Medical imaging is the most important foundation of modern clinical diagnosis. It relies on selective and/or responsive imaging agents optimized for a special imaging modality, such as magnetic resonance imaging (MRI), optical imaging, ultrasonography, tomography, etc. The main goal is to develop high spatial resolution and detective depth responsive multimodal contrast agents (CAs). However, this type of CAs usually possesses complicated structures, which could produce multiple biological, chemical and physical signals. They are unstable during the chemical synthetic procedure. A 1,4,7,10-Tetraazacyclododecane-1,4,7-triacetic acid (DO3A)-amino-pyridine lanthanide complex was found active in magnetic resonance and luminescence field. This project plans to: ①synthesize -gal-DO3A-amino-pridine ligand for 12 lanthanide metals, develop the optimized synthetic strategy to protect the unstable -galactose group; ②investigate how the position of amine produces an effect on magnetic resonance and luminescent properties, reveal the structure-function relationship; ③analyze signal contrast after the enzymatic activation, filter the high active molecules. This project not only aims at design and synthesis a new MRI-Optical imaging dimodal enzyme responsive contrast agent, but also provides the scientific principles for amelioration of CAs capacity and improves the medical imaging technology. Thus, the project has great meaning in acceleration of the Chinese health industry.

医学成像是医学诊断的最重要基础。发展高空间分辨率、高探测深度、高特异性多模态分子探针是目前设研究的主要目标。然而有特异性响应的靶向多模态分子探针结构复杂，不仅在设计时需要融合多种生物、化学、物理基团，在化学合成过程中也不易控制。本项目通过前期研究发现将1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸（DO3A）的氨基取代吡啶衍生物与镧系元素配合，可以同时得到核磁共振和光学信号。在此基础上开展研究：1.合成半乳糖-DO3A-氨基取代吡啶配体，寻找靶向基团不降解的合成策略；2.探索不同氨基取代位同系物的核磁共振、光学性质，揭示分子结构与物理性质的关系；3.研究半乳糖苷酶反应后目标分子核磁共振、光学性质的变化，筛选高活性的分子。研究不仅将设计与合成一种新型的核磁共振-光学双模态酶响应分子探针，为改良分子探针性能提供科学依据，也对提高医学成像技术水平，加快发展我国健康产业有着重大意义。

医学成像是医学诊断的最重要基础。发展高空间分辨率、高探测深度、高特异性多模态分子探针是目前设研究的主要目标。然而有特异性响应的靶向多模态分子探针结构复杂，不仅在设计时需要融合多种生物、化学、物理基团，在化学合成过程中也不易控制。本项目通过前期研究发现将1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7-三乙酸（DO3A）的氨基取代吡啶衍生物与镧系元素配合，可以同时得到核磁共振和光学信号。在此基础上开展研究：1.合成半乳糖-DO3A-氨基取代吡啶配体，寻找靶向基团不降解的合成策略；2.提出半乳糖-DO3A-氨基吡啶无法进行酶激活，不产生响应信号的基理假设；3.改良并合成了9大类共计26种模型分子探针，并对所有模型分子进行了理化分析，验证所设计的分子探针系统的作用机理；4.筛选高活性结构，合成了3类酶响应型分子，并对3-氨基吡啶配合物分子进行了酶动力学研究，证实了本理论的可行性。研究不仅将设计与合成一种新型的核磁共振-光学双模态酶响应分子探针体系，为改良分子探针性能提供科学依据，也对提高医学成像技术水平，加快发展我国健康产业有着重大意义。