金属-多酚网络纳米粒子的一步流动合成与[68Ga]Ga放射性标记用于体内PET示踪

《Nanoscale》：One-step flow synthesis and [68Ga]Ga radiolabelling of metal phenolic network nanoparticles for in vivo PET trackingOpen Access

　　

金属-多酚网络（metal-phenolic network, MPN）纳米颗粒因其多样的结合相互作用而作为药物递送载体日益受到青睐，同时由于其固有的配位放射性金属能力，其在正电子发射断层成像（positron emission tomography, PET）中的应用也受到越来越多的关注。尽管这种能力仅在诸如⁸⁹Zr和⁶⁴Cu等长寿命放射性核素中得到证实，但由于所需合成时间较长，短寿命放射性核素的应用仍未得到探索。将放射性核素快速掺入流动合成中可缓解这一障碍，从而实现这些纳米材料用于PET成像的一步法简便合成。研究人员在此报道了使用称为多入口涡流混合器（multi-inlet vortex mixer, MIVM）的流动混合装置合成MPN基纳米颗粒（67 ± 1 nm）。该颗粒结构由[⁶⁸Ga]Ga掺杂的Fe(iii)–单宁酸（tannic acid, TA）金属-多酚网络核心组成，核心包封药物分子雷帕霉素，聚合物壳层由经多巴胺修饰的透明质酸（hyaluronic acid modified with dopamine, HAd）构成（即FRITH-MPNPs）。采用[⁶⁸Ga]Ga³⁺实施了合成后放射性标记方法，获得了高放射化学产率（>68%）、纯度（>96%）和人血清稳定性（>97%），证明了这些系统作为PET成像剂的潜力。为了将放射性标记更稳定地掺入核心，研究人员提出了一种新方法，即将放射性金属直接掺入流动合成中，从而通过一步法构建PET成像引导的药物递送剂。与通过合成后放射性标记方法标记的[⁶⁸Ga]Ga-FRITH-MPNPs（68%）相比，通过流动方法放射性标记的[⁶⁸Ga]Ga-FRITH-MPNPs具有更高的放射化学产率（84%），因为该方法既可占据颗粒核心内的结合位点，又可修饰表面。此外，通过流动方法放射性标记的[⁶⁸Ga]Ga-FRITH-MPNPs保持高放射化学纯度（97%）和血清稳定性（97%）。研究人员使用DLS、TEM、通过HPLC测定的包封效率、ICP-MS、PXRD和zeta电位对这些放射性标记颗粒进行了表征，并与未标记的FRITH-MPNPs进行比较，结果表明放射性标记不会显著影响结构。[⁶⁸Ga]Ga-FRITH-MPNPs对J774a.1巨噬细胞的体外细胞毒性可忽略不计。在健康小鼠中的PET成像显示体内高稳定性。总体而言，本研究证明，称为[⁶⁸Ga]Ga-FRITH-MPNPs的MPN基纳米颗粒可通过流动方法有效合成并同时进行放射性标记，并可通过PET/CT成像，未来可用于免疫系统靶向。

纳米颗粒作为诊疗一体化平台受到广泛关注，而金属-多酚网络（MPN）是由金属离子与酚类配体配位形成的超分子交联网络，具有高生物相容性、可功能化及可包封疏水药物等优势。然而，要实现PET成像，纳米颗粒需标记放射性核素。现有策略多为合成后孵育，这可能导致表面化学改变，影响靶向与释放；且已有研究多采用长寿命核素（如⁸⁹Zr、⁶⁴Cu），短寿命核素因合成耗时长而较少探索。因此，开发一种一步法快速合成并放射性标记MPN纳米颗粒的方法具有重要意义。研究人员利用多入口涡流混合器（MIVM）实现了这一目标。该研究构建了名为FRITH-MPNPs的纳米颗粒，其核心为Fe(iii)-单宁酸（TA）金属-多酚网络，包封药物雷帕霉素，壳层为多巴胺修饰的透明质酸（HAd）。通过MIVM流动混合器，以40 mL/min流速在一步内完成合成与[⁶⁸Ga]Ga³⁺标记。与合成后标记（产率68.0±5.2%）相比，流动标记产率提高至83.6±4.7%，且纯度和血清稳定性均超过97%。多种表征（DLS、TEM、HPLC、ICP-MS、PXRD、zeta电位）显示标记前后颗粒性质相近。体外细胞毒性研究在J774a.1巨噬细胞上显示无明显毒性。体内PET/CT成像显示，注射后颗粒主要在肝、脾和骨髓积聚，未见肾排泄和骨摄取，证明标记在体内高度稳定。论文发表在《Nanoscale》。

关键技术方法：研究人员利用CAD设计和CNC加工制作PMMA多入口涡流混合器（MIVM），通过注射泵控制流速进行湍流混合，一步合成并标记；比较了合成后孵育与流动直接掺入两种标记方法，用尺寸排阻柱和超滤离心测定产率、纯度和血清稳定性；采用DLS、TEM、HPLC、ICP-MS、PXRD和zeta电位表征颗粒性质；体外毒性用WST-8法在J774a.1巨噬细胞系评估；体内使用健康雌性BALB/c小鼠（8–10周，20 g，Charles River UK）进行PET/CT成像和离体生物分布分析。

研究结果如下：

**MIVM的开发与FRITH-MPNPs的优化合成**：通过CAD设计和CNC加工，成功制作四入口MIVM。以40 mL/min流速混合各组分，得到紫色悬浮液，表明形成了MPN配位网络。

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