CN102784397B

CN102784397B - 用锂皂石粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐抗癌药物的方法

Info

Publication number: CN102784397B
Application number: CN201210277499.1A
Authority: CN
Inventors: 史向阳; 吴一伦; 王世革
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-08-06
Also published as: CN102784397A

Abstract

本发明涉及一种用锂皂石粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐抗癌药物的方法，包括：（1）配制锂皂石的水溶液，并与阿霉素盐酸盐的水溶液混合，然后搅拌得到混合溶液；其中阿霉素盐酸盐的水溶液中阿霉素盐酸盐的浓度为2mg/mL，锂皂石的水溶液中锂皂石的浓度为2-8mg/mL；（2）离心分离上述混合溶液，吸出上清液，并用超纯水洗涤沉淀，最后即得到负载有阿霉素盐酸盐的锂皂石。本发明的条件温和，工艺简单，产品易于操作分离，本发明所得到的LAP/DOX能够有效控制DOX的释放，LAP/DOX的抗癌活性较纯DOX有了明显的提高，应用前景广阔。

Description

用锂皂石粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐抗癌药物的方法

技术领域

本发明属于粘土纳米颗粒负载药物的制备领域，特别涉及一种用锂皂石（Laponite，LAP）粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐（Doxorubicine，DOX）抗癌药物的方法。

背景技术

在使用化学药物治疗肿瘤的过程中，抗癌药物无法区别对待癌变组织细胞与健康细胞，导致了化学疗法对机体损伤很大。首先，抗肿瘤药物随血液循环向全身组织细胞无差别或小差别的分布，会导致全身毒副作用，且大大限制了允许给药的最大剂量。其次，药物在不同组织细胞的广泛分布则要求相对大的给药量，这不仅仅会造成药物的浪费，并且还会带来毒副作用。此外，一些小分子的抗癌药物，如阿霉素盐酸盐（Doxorubicine，DOX），由于其本身分子较小，其在高通透性的癌变组织中的快速消散也是亟待解决的问题。使用纳米颗粒作为药物载体负载抗肿瘤药物，是纳米技术与现代医学的一次结合。粘土类纳米颗粒不仅具有良好的生物相容性，并且对药物负载能力高，控制释放能力好，被认为是作为调节给药的非常有用的材料。在药物的控制和/或靶向释放，以及提高药物在病变部位的聚集，均有着值得期待的前景。

锂皂石（Laponite，LAP）是一种含镁、锂、硅的层状粘土矿物，其晶体结构为三八面体型，可以离子交换的方法将小分子药物包裹在锂皂石的层状结构内，得到LAP/药物纳米粒子。

查找相关的文献和专利发现，以LAP作为载体负载抗癌药物DOX，并进一步研究其抗癌活性的研究尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用锂皂石（Laponite，LAP）粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐（Doxorubicine，DOX）抗癌药物的方法，该方法条件温和，工艺简单，产品易于操作分离，所得到的LAP/DOX能够有效控制DOX的释放，LAP/DOX的抗癌活性较纯DOX有了明显的提高，应用前景广阔。

本发明的一种用锂皂石粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐抗癌药物的方法，包括：

（1）配制锂皂石的水溶液，并与阿霉素盐酸盐的水溶液混合，然后搅拌使LAP充分负载DOX，得到混合溶液；其中阿霉素盐酸盐的水溶液中阿霉素盐酸盐的浓度为2mg/mL，锂皂石的水溶液中锂皂石的浓度为2-8mg/mL；

（2）离心分离上述混合溶液，吸出上清液，并用超纯水洗涤沉淀，最后即得到DOX/LAP沉淀物（负载有阿霉素盐酸盐的锂皂石）。

本发明中采用的LAP为商品化的LAP，DOX为商品化的DOX。

步骤（1）中所述的锂皂石的水溶液与阿霉素盐酸盐的水溶液的体积比为1:1。

步骤（1）中所述的锂皂石的水溶液中锂皂石的浓度为2mg/mL、4mg/mL、6mg/mL或8mg/mL。

步骤（1）中所述的搅拌为磁力搅拌，搅拌的速率为100-150r/min，搅拌的时间为18-24h。

步骤（2）中所述的离心的速率为8000-10000r/min，离心的时间为5-10min。

步骤（2）中所述的洗涤中洗涤次数为2-3次。

步骤（2）中得到的负载有阿霉素盐酸盐的锂皂石中锂皂石对阿霉素盐酸盐的最佳药物负载效率为98.3±0.77%，此时步骤（1）中锂皂石的水溶液中锂皂石的浓度为3mg/mL。

本发明中锂皂石对阿霉素盐酸盐的最佳药物负载效率的测定方法如下：

（1）用Lambda25紫外-可见分光光度计测量预先配制好的一系列浓度的DOX水溶液在480nm波长处的吸光值，绘制浓度-吸光度标准曲线；

（2）配制一系列不同浓度LAP水溶液（2，4，6和8mg/mL），并分别与2mg/mL的DOX水溶液混合，辅以磁力搅拌，使LAP充分负载DOX；其中搅拌速率为100-150r/min，搅拌时间为18-24h；

（3）离心、分离步骤（2）中的混合溶液，吸出上清液，并用超纯水洗涤沉淀，将洗涤液与上清液混合；其中离心速率为8000-10000r/min，离心时间为5-10min，洗涤次数为2-3次；

（4）利用Lambda25紫外-可见分光光度计测量步骤（3）中混合液在480nm处吸光值，根据标准曲线计算上清液中剩余的DOX浓度，进而得出药物的负载量，找到具有最佳药物负载效率时LAP的浓度为3mg/mL，LAP对DOX的最佳药物负载效率为98.3±0.77%；

（5）室温下避光保存步骤（3）中的DOX/LAP沉淀物，备用。

将上述步骤（5）后的载药DOX/LAP纳米颗粒和纯DOX与贴壁的KB细胞置于5%CO₂，37°C条件下培养2h，利用流式细胞仪分析并比较KB细胞对DOX/LAP和纯DOX的吞噬效果；并通过四唑盐比色试验（MTT）法对比DOX/LAP纳米颗粒及纯DOX对KB细胞的抑制作用，计算两者对KB细胞抑制成活的IC₅₀值。

上述得到的结果为DOX/LAP纳米颗粒及纯DOX对KB细胞抑制成活的IC₅₀值分别为291±12.1和541±6.6nM。

本发明使用傅里叶变换红外光谱（FITR）、X-射线衍射（XRD）等表征手段验证本发明方法的可行性。材料的抗肿瘤能力评价则通过体外释放实验、MTT实验、相差显微镜观察、细胞吞噬来表征。具体测试结果如下：

（1）通过改变LAP的浓度，优化其对DOX的负载效率

如表1所示，LAP对DOX的负载效率随着LAP浓度的增加而增加；当LAP的浓度为3mg/mL时，LAP对DOX的负载达到最优值，为98.3±0.77%。

表1.不同浓度LAP对DOX（终浓度为1mg/mL）负载效率的影响。

^a负载效率(%)=M_t/M₀×100%,M_t和M₀分别表示被负载的DOX的质量和DOX的原始质量。

（2）傅里叶变换红外光谱（FTIR）测试结果

在附图1所示的DOX的FTIR图谱中，3520cm^-1处的O-H伸缩振动峰，3310cm^-1处的N-H伸缩振动峰和2930cm^-1处的C-H伸缩振动峰，1610cm^-1处和1580cm^-1处的N-H弯曲振动峰，以及1410cm^-1处的C=O伸缩振动峰，均为DOX药物分子的特征吸收峰；而在LAP/DOX的FTIR图谱中，1610cm^-1和1580cm^-1处也可以检测到N-H弯曲振动峰，以及在1410cm^-1处的C=O伸缩振动峰，证明DOX分子已经成功的上载。

（3）X-射线衍射（XRD）测试结果

通过对衍射图谱（附图2、表2）的比较和分析，除了001晶面以外，LAP的其他各晶面的位置以及晶面间距在负载药物前后没有明显改变。而001晶面的晶面距离明显增大（从增加到），这主要是因为DOX分子插入到了LAP晶体的001晶面之间，形成了LAP-DOX-LAP的夹层结构而使晶面间距增加所致。此外，LAP/DOX在20°到30°之间出现了一系列新的DOX晶体的衍射峰，也证明了DOX已经成功负载到了LAP的片层结构中。

表2.LAP和LAP/DOX各晶面的位置以及晶面间距

^a晶面间距：其中λ为所用铜靶的波长θ为衍射半角，即衍射峰所对的θ角度。

（4）体外释放实验

由附图3的体外累积释放曲线可以明显看出，LAP/DOX在pH=5.4的弱酸性环境中释放速度比其在pH=7.4的中性环境中快。随着时间的增加，LAP/DOX在pH=5.4的弱酸性环境中释放近乎线性增长；9天之后LAP/DOX的累积释放量达到30%。一般情况下，健康体细胞的微环境中pH值为中性，而肿瘤细胞则为酸性。图3说明，在正常部位，DOX从LAP/DOX体系中的释放速度较慢，而在肿瘤部位可以更快的释放出来，进而达到对正常细胞损害较小的情况下、有效地抑制癌细胞的恶性增殖的效果。

（5）MTT试验

附图4为MTT试验结果。图4表明，当DOX浓度高于0.2μM时，LAP/DOX即可以有效的抑制KB细胞的增殖；而对于纯DOX，当浓度高于0.25μM时也可以有效抑制KB细胞增殖。根据图4可以计算出LAP/DOX和DOX对KB细胞的IC₅₀分别为291±12.1和541±6.6nM，说明在体外培养的条件下，LAP/DOX能更加高效地杀死KB细胞。

（6）相差显微镜观察结果

为了更直观地观察在不同浓度的药物环境中KB细胞的形态，在加入MTT之前，还通过相差显微镜观察了与LAP/DOX在体外共培养24h之后的细胞形态。如图5所示，（a）显示的是经PBS溶液处理后的KB细胞形貌，（b）-（f）为经过不同浓度的LAP/DOX处理后的KB细胞形貌，从（b）到（f）LAP/DOX浓度依次增加，分别为b：0.2μM、c：0.4μM、d：0.6μM、e：0.8μM和f：1.0μM。比较图（a）可以看出，随着LAP-DOX浓度增加，KB细胞活细胞的数量明显下降，且明显处于被抑制状态，与MTT实验数据一致。

（7）细胞吞噬实验

本发明还利用流式细胞仪对KB细胞吞噬药物之后产生的荧光效果进行了监测。分析图6可以发现当DOX浓度为0.5μM时，培养2h之后KB细胞对药物产生明显的吞噬，进而由于DOX的自身荧光而使细胞产生荧光。通过对比DOX与LAP/DOX两组数据可得，KB对LAP/DOX的吞噬效果明显优于纯DOX（p<0.01）。只有当药物被癌细胞吞噬后才能发挥对癌细胞的抑制和杀伤效果，综合MTT分析的结果，可以证明本发明报道的LAP/DOX可以明显地改善DOX的抗癌活性，具有更广泛的应用前景。

有益效果

本发明的条件温和，工艺简单，产品易于操作分离，所得到的LAP/DOX能够有效控制DOX的释放，LAP/DOX的抗癌活性较纯DOX有了明显的提高，应用前景广阔。

附图说明

图1为LAP、DOX和LAP/DOX的红外光谱图；

图2为LAP、DOX和LAP/DOX的XRD图谱；

图3为体外当pH为5.4或7.4时，DOX从LAP/DOX中的累积释放曲线；

图4为MTT比色法测试得到的KB细胞经PBS缓冲液（对照，对应于图4a和b中DOX的浓度为0）、LAP/DOX或纯DOX处理24h后的细胞活力（图4a和b中横坐标对应DOX的浓度）；

图5为流式细胞术测试得到经PBS缓冲液（对照）、DOX和LAP-DOX处理2h后，KB细胞对DOX的吞噬情况（纵坐标为细胞内吞DOX后的荧光强度，与吞噬量成正比，**p<0.01）；

图6为经（a）PBS缓冲液（对照）、（b-f）LAP/DOX处理24h后的KB细胞的倒置相差显微镜图片（DOX的浓度分别为：b：0.2μM、c：0.4μM、d：0.6μM、e：0.8μM和f：1.0μM）。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将5mL质量浓度分别为6mg/mL和2mg/mL的LAP超纯水溶液与DOX超纯水溶液等体积混合，室温下磁力搅拌反应24h。反应结束后，将反应得到的悬浮液经离心（8000rpm，5min）、洗涤（蒸馏水洗涤2次）、分离沉淀后，得到LAP-DOX纳米颗粒。利用Lambda25紫外-可见分光光度计测量上清液及洗液混合液在480nm处吸光值，根据标准曲线计算未包裹的DOX浓度，进而得出此时LAP对DOX的负载量，为98.3±0.77%。

在附图1所示LAP/DOX的FTIR图谱中，1610cm^-1和1580cm^-1处可以检测到N-H弯曲振动峰，以及在1410cm^-1处的C=O伸缩振动峰，这些均为DOX的特征振动峰，证明DOX分子已经成功的上载。XRD测试结果（附图2、表2）表明，仅001晶面的晶面距离明显增大（从增加到），这主要是因为DOX分子插入到了LAP晶体的001晶面之间，形成了LAP-DOX-LAP的夹层结构而使晶面间距增加所致。此外，LAP/DOX在20°到30°之间出现了一系列新的DOX晶体的衍射峰，也证明了DOX已经成功负载到了LAP的片层结构中。

实施例2

将5mL质量浓度分别为2mg/mL和2mg/mL的LAP超纯水溶液与DOX超纯水溶液等体积混合，室温下磁力搅拌反应24h，反应结束。将反应得到的悬浮液经离心（8000rpm，5min）、洗涤（蒸馏水洗涤2次）、分离沉淀后，得到LAP-DOX纳米颗粒。利用Lambda25紫外-可见分光光度计测量上清液及洗液混合液在480nm处吸光值，根据标准曲线计算上清液中剩余的DOX浓度，进而得出此时LAP对DOX的负载量，为72.4±0.89%。FTIR和XRD的表征结果进一步证明LAP可以成功的实现对DOX的负载。

实施例3

将LAP/DOX分别用pH=7.4和pH=5.4的缓冲液溶解成浓度1mg/mL（LAP/DOX的浓度）的溶液，取1mL放入透析袋中固定，置于含有9mL对应缓冲液的容器中，放在37°C摇床中振荡。开始的12h内每隔2h取一次样，以后每隔24h取一次样。每次取样时取透析袋外液体1mL，测量其480nm处吸光度值，并再向透析袋外加入对应的缓冲溶液1mL。用此方法得到LAP/DOX粘土纳米颗粒的体外释放曲线，如附图3所示。由图3可以明显看出，LAP/DOX在pH=5.4的环境中释放率比pH=7.4的中性环境中高，并且随着时间的增加，累计释放率成近乎线性增长。一般情况下，健康体细胞的微环境中pH值为中性，而肿瘤细胞则为酸性。图3说明，在正常部位，DOX从LAP/DOX体系中的释放速度较慢，而在肿瘤部位可以更快的释放出来，进而达到对正常细胞损害较小的情况下、有效地抑制癌细胞的恶性增殖的效果。

实施例4

收集对数生长期KB细胞，按照8000细胞每孔的密度接种在96孔细胞培养板上，置于5%CO₂，37°C条件下孵育24h。弃掉培养基后，每孔更换90μL培养基，并添加10μL含LAP/DOX或纯DOX的PBS或纯PBS（对照组）。将细胞培养板继续放置在5%CO₂，37°C继续孵育24h。按照10μL每孔的浓度加入MTT溶液（5mg/mL），避光环境下37°C恒温培养4h。倒掉培养液，每孔加入100μL二甲基亚砜（DMSO），置37°C摇床上避光溶解20min，使MTT甲臜完全溶解。在酶联免疫检测仪上检测各孔在570nm处的吸光值，以此衡量不同浓度的材料对KB细胞的抑制情况，如附图4所示。图4表明，当DOX浓度高于0.2μM时，LAP/DOX即可以有效的抑制KB细胞的增殖；而对于纯DOX，当浓度高于0.25μM时也可以有效抑制KB细胞增殖。根据图4可以计算出LAP/DOX和DOX对KB细胞的IC₅₀分别为291±12.1和541±6.6nM，说明在体外培养的条件下，LAP/DOX能更加高效地杀死KB细胞。

实施例5

收集对数生长期KB细胞，按照8000细胞每孔的密度接种在96孔细胞培养板上，置于5%CO₂，37°C条件下孵育24h。弃掉培养基后，每孔更换90μL培养基，并添加10μL含LAP/DOX或纯DOX的PBS或纯PBS（对照组）。将细胞培养板继续放置在5%CO₂，37°C继续孵育24h。孵育结束后，弃掉培养基，并用PBS洗涤3次，然后置于相差显微镜下（Leica DM IL LED，德国）观察其微形貌，进一步验证负载DOX后LAP/DOX对KB细胞的抑制作用。如图5所示，（a）显示的是经PBS溶液处理后的KB细胞形貌，（b）-（f）为经过不同浓度的LAP/DOX处理后的KB细胞形貌，从（b）到（f）LAP/DOX浓度依次增加，DOX浓度分别为b：0.2μM、c：0.4μM、d：0.6μM、e：0.8μM和f：1.0μM。比较图（a）可以看出，随着LAP-DOX浓度增加，KB细胞活细胞的数量明显下降，且明显处于被抑制状态，与MTT实验数据一致。

实施例6

收集对数期KB细胞，按照10⁵个细胞每孔的密度接种在24孔细胞培养板上，置于5%CO₂，37°C条件下孵育24h。弃掉培养基后，每孔更换900μL培养基，并添加100μL含LAP/DOX（DOX的浓度为5μM）或纯DOX（浓度为5μM）的PBS或PBS（对照组）。继续置于5%CO₂，37°C条件下孵育2h。倒去培养基，用PBS洗涤3次，加入100μL胰酶消化约3min后，立即加入1mL左右PBS吹打并收集细胞，转移到10mL离心管中1000rpm离心5分钟，继续用1mL PBS重悬。以荧光分辨率作为参数，将滤网过滤重悬的细胞液作为样品加入到流式细胞仪中进行检测，得到细胞对药物的吞噬结果，如图6所示。分析图6可以发现当DOX浓度为0.5μM时，培养2h之后KB细胞对药物产生明显的吞噬，进而由于DOX的自身荧光而使细胞产生荧光。通过对比DOX与LAP/DOX两组数据可得，KB对LAP/DOX的吞噬效果明显优于纯DOX（p<0.01）。只有当药物被癌细胞吞噬后才能发挥对癌细胞的抑制和杀伤效果，综合MTT分析的结果，可以证明本发明报道的LAP/DOX可以明显地改善DOX的抗癌活性，具有更广泛的应用前景。

Claims

1.一种用锂皂石粘土纳米颗粒负载阿霉素盐酸盐抗癌药物的方法，包括：

(1)配制锂皂石的水溶液，并与阿霉素盐酸盐的水溶液混合，然后搅拌得到混合溶液；其中阿霉素盐酸盐的水溶液中阿霉素盐酸盐的浓度为2mg/mL，锂皂石的水溶液中锂皂石的浓度为6mg/mL；其中锂皂石的水溶液与阿霉素盐酸盐的水溶液的体积比为1:1；搅拌为磁力搅拌，搅拌的速率为100-150r/min，搅拌的时间为18-24h；

(2)离心分离上述混合溶液，吸出上清液，并用超纯水洗涤沉淀，最后即得到负载有阿霉素盐酸盐的锂皂石；其中离心的速率为8000-10000r/min，离心的时间为5-10min；洗涤中洗涤次数为2-3次；

步骤(2)中得到的负载有阿霉素盐酸盐的锂皂石中锂皂石对阿霉素盐酸盐的药物负载效率为98.3±0.77％。