肿瘤的早期诊断对于病变组织的控制与治疗具有极为重要的意义。磁共振成像(MRI)作为一种体内成像技术,具有高时间、空间分辨率,非侵入性和无电离辐射等优点,已广泛应用于临床肿瘤诊断。由于病变组织与正常组织在磁共振(MR)信号上的差异有限,MRI在肿瘤诊断上的灵敏度较低,因此通常借助MRI造影剂来增强病灶的MR信号。目前,临床上广泛使用的钆基MRI造影剂均为小分子,其存在弛豫率(r1)低,体内循环时间短,成像时间窗口短以及无肿瘤靶向特异性等缺点,无法满足肿瘤早期精准诊断的要求。将小分子钆配合物修饰到大分子载体上所构建的大分子造影剂,能明显增加旋转相关时间(τR),从而有效提高r1。此外,由于分子尺寸的增大,血液循环时间相应得到增加,同时,利用肿瘤的高通透性及滞留效应(EPR),大分子造影剂能在肿瘤部位富集,从而有效增强病灶的MR信号。通过修饰靶向分子,靶向型大分子造影剂能进一步增强肿瘤部位的MRI效果。基于上述考虑,以及对于大分子聚合物载体优异生物相容性的要求,本论文以聚缩水甘油为生物相容性大分子载体的基础,构建了包括线性聚合物、超支化聚合物、聚合物胶束以及球状大分子在内的几种肿瘤靶向型钆基大分子MRI造影剂,并详细研究了其MRI的相关性能,主要内容包括以下五个部分:1.通过线性聚缩水甘油的羟基活性位点,连接钆配合物与叶酸(FA)靶向分子,构建肿瘤靶向型线性大分子MRI造影剂。使用聚乙二醇甲醚(mPEG)引发聚合线性聚缩水甘油得到mPEG-PG,然后将部分羟基修饰成叠氮基团,并通过“点击化学”反应连接末端为炔基的赖氨酸树形分子(alkynyl-G2)。最后利用氨基基团修饰上钆-二乙烯五胺乙酸(Gd-DTPA)与FA分子。相比商用小分子MRI造影剂Gd-DTPA,该大分子造影剂的r1升高到7.04mM-1s-1,同时无明显细胞与体内毒性。此外,该大分子造影剂表现出很明显的细胞与肿瘤靶向性,体内成像可增强肿瘤部位的造影对比度,并提供较长的成像时间窗口。2.以聚ε-己内酯(PCL)为内核,以修饰有钆配合物与FA分子的聚缩水甘油和聚乙二醇(PEG)为壳,设计具有肿瘤靶向功能的混合胶束型MRI造影剂。用短链mPEG引发聚合乙氧基乙基缩水甘油醚(EEGE)得到mPEG-PEEGE,再利用末端的羟基引发聚合ε-己内酯(ε-CL)生成两嵌段共聚物mPEG-PEEGE-b-PCL,去保护后得到mPEG-PG-b-PCL。聚缩水甘油嵌段经部分修饰为叠氮基团后与炔基修饰的钆配体(alkynyl-DOTA(Gd))反应,得到修饰有钆配合物的两嵌段共聚物mPEG-PG(DOTA(Gd))-b-PCL。另外,用炔基功能化的聚乙二醇(alkynyl-PEG)引发聚合ε-CL获得两嵌段共聚物alkynyl-PEG-b-PCL,并与修饰有叠氮基团的叶酸(N3-FA)反应得到末端带有靶向基团的两嵌段共聚物FA-PEG-b-PCL。最终,这两种两嵌段共聚物在水相中通过自组装形成粒径为85nm左右的混合型胶束。该大分子MRI造影剂在0.5 T下的r1为14.01 mM-1s-1,并展现出低细胞毒性,同时对肿瘤细胞和肿瘤组织具有优异的靶向特异性。此外,体内肿瘤MRI表现出很强的正造影效果。3.将钆配合物与FA靶向分子同时修饰到基于聚缩水甘油的三嵌段共聚物上,通过自组装得到具有靶向功能的胶束型MRI造影剂。首先,利用短链PEG引发聚合EEGE得到线性双羟基聚合物OH-PEEGE-OH,然后再次引发聚合ε-CL得到三嵌段共聚物PCL-PEEGE-PCL,脱保护后得到中间为聚缩水甘油的三嵌段共聚物PCL-PG-PCL。随后,将聚缩水甘油嵌段的部分羟基修饰为叠氮基团,炔基修饰的钆配合物(alkynyl-DOTA(Gd))与FA分子(alkynyl-FA)通过“点击化学”反应连接到聚缩水甘油上。最后,该三嵌段共聚物通过水相中的自组装形成粒径为250nm左右的胶束型造影剂,0.5T下的r1为14.71 mM-N-1s-1。该胶束型造影剂具有明显的肿瘤细胞和肿瘤组织靶向特异性,且无明显的细胞毒性,同时,体内MRI在肿瘤部位展现了良好的造影效果,能清楚区分肿瘤边缘区域。4.一锅法制备超支化聚缩水甘油,利用“点击化学”反应在外围修饰钆配合物与FA分子,以简单高效的方式构建肿瘤靶向型大分子MRI造影剂。利用短链PEG,以缓慢滴加的方式引发聚合缩水甘油,得到一定分子量的超支化聚缩水甘油。通过外围羟基的叠氮化修饰,并与炔基修饰的钆配合物和FA分子同时发生点击反应,高效制备了基于聚缩水甘油的靶向型大分子造影剂hPG-PEG-hPG-g-DOTA(Gd)+FA。该大分子造影剂具有比小分子造影剂更高的r1(9.59mM-1s-1),无明显细胞毒性与体内组织毒性,对肿瘤细胞与肿瘤组织具有显著靶向特异性。体内肿瘤MRI评估表明,该大分子造影剂能在肿瘤部位提供长时间高对比度的造影效果。5.利用可生物降解的双硫键将钆配合物连接到球状的聚缩水甘油大分子上,并在表层修饰FA分子,构建可生物降解的靶向型大分子MRI造影剂。首先,以金刚烷甲醇引发聚合得到线性聚缩水甘油Ad-PG,并将部分羟基修饰上末端为炔基中间含有双硫键的连接子,通过“点击化学”反应与叠氮修饰的钆配合物(N3-DOTA(Gd))连接,得到Ad-PG-g-s-s-DOTA(Gd),同时制备末端修饰有叶酸靶向分子的线性聚缩水甘油Ad-PG-FA。然后,以外围修饰有β-环糊精的聚酰胺-胺(PAMAM)树形分子为内核,通过简单高效的主客体组装,将一定比例的Ad-PG-g-DOTA(Gd)与Ad-PG-FA同时连接到树形分子的表面,成功得到基于聚缩水甘油的可生物降解的大分子MRI造影剂用于靶向肿瘤成像。该大分子MRI造影剂的r1为8.39mM-1s-1,细胞实验与体内器官组织分析表明其无明显生物毒性,对肿瘤细胞和肿瘤组织展现出优异靶向性。而且,通过双硫键的断裂,钆配合物可从载体上脱离,表现出生物可降解性。此外,体内肿瘤组织造影成像能快速清晰地分辨出肿瘤组织,造影成像完成后Gd3+离子能相对快速地从体内代谢排出。