CN104069087B - 一种用于微波肿瘤增敏治疗的微胶囊及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于微波肿瘤治疗的微胶囊，微胶囊的直径为1‑20μm，微胶囊的壳层厚为0.4‑4μm；其芯材为微波升温材料，所述微胶囊的壳材料为明胶或明胶与壳聚糖的复合材料。本发明制备的微胶囊具有很好的微波升温效果，呈规则的球形，中空度高，粒径分布窄，粒度可控。且本发明工艺简单，生成效率高，易实现大规模生产。在微波的诱导下，微胶囊中的无机盐离子通过振动产生热量，在较短的时间通过释放能量能使组织温度升高到43℃以上，达到消除肿瘤或者癌细胞的目的。在壳层材料中含有大量的氨基，赋予其具有吸附分离、催化、药物可控释放等功能。由于明胶和壳聚糖具有很好的生物相容性和可降解材料，在临床应用具有很好的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域。更具体地，涉及一种用于微波肿瘤增敏治疗的微胶囊及其制备方法和应用。
背景技术
癌症已经成为人类死亡的主要原因。在癌症的治疗之中，最主要的问题就是如何在杀死癌细胞的同时减少对正常组织的损伤。目前癌症的治疗方式较多，如：手术切除、放疗、化疗、射频、生物治疗等，各种治疗方式对患者的免疫状态都有一定影响。微波消融作为热消融的一种，目前已经逐渐成为一种主流的实体肿瘤的治疗方法。由于医用微波本身的物理特性及组织的血供等特点的局限性，目前微波消融临床应用研究的一个主要研究方向是如何增加消融范围，从而扩大适应症。微波靶向热疗的主要目的是利于热种子材料的微波加热效应，使肿瘤组织在较短的时间里快速升温至43℃，凝固性坏死，以达到消除肿瘤的目的。虽然有诸多材料体系，如二氧化碳纳米管(IEEE Trans.Biomed.Eng.2010,57,1831–1834)和氧化铁系列(Med.Phys.2010,37,4193–4200)的材料在肿瘤组织微波加热显示出巨大的优势并产生大量的热以杀死癌细胞，但是对其在体内的生物相容性和疗效并没有明确的结论。
申请号为201210585729.0的中国专利，公开了一种基于微波肿瘤热疗的纳米热种子材料及其制备方法。其组分是及其质量百分比为：50-80％的六方晶系的钡铁氧体，5-15％的氧化镁，1-5％的氧化钛和余量的氧化硅组成。制备上述纳米热种子材料的方法：首先制备六方晶系钡铁氧体纳米粉体、氧化镁粉体、氧化钛粉体、氧化硅粉体利用高能球磨充分分散，然后装入到石墨模具中在热压中烧结，烧结后的复合纳米材料经机械粉碎后，利用高能球磨细化为纳米级粉体。该纳米热种子材料在肿瘤热疗的微波频段内具有较强的微波热效应，可以应用于肿瘤的微波热疗。但是该材料的体内的生物相容性并未解决。
明胶具有良好的生物相容性、可生物降解性，并且是一种有效的保护胶体，可以阻止晶体或离子的聚集，是制备微胶囊的一种重要的壁材。明胶是由多种氨基酸组成的线性高分子，既含羧基又含氨基，广泛应用于生物医药领域。壳聚糖是地球上最丰富的天然聚合物之一，具有良好的生物相容性、生物降解性和降解产物无毒性等特点。
而采用明胶类和明胶与壳聚糖复合物微胶囊包裹无机溶液，在肿瘤治疗的微波频段内具有较强的微波热效应，可以用于微波热疗还未见报道。
发明内容
本发明要解决的第一个技术问题是提供一种用于微波肿瘤增敏治疗的微胶囊，该胶囊具有很好的生物相容性，对人体无毒副作用。
本发明要解决的第二个技术问题是提供一种用于微波肿瘤增敏治疗的微胶囊的制备方法。该方法制备的微胶囊呈规则的球形，中空度高，粒径分布窄，粒度可控。且本发明工艺简单，生成效率高，易实现大规模生产。
本发明要解决的第三个技术问题是提供微胶囊在微波热疗中的应用。
为解决上述第一个技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种用于微波肿瘤治疗的微胶囊，所述微胶囊的直径为1-20μm，所述微胶囊的壳层厚为0.4-4μm；所述微胶囊在微波照射下，在1-10分钟内升温至43-70℃。
2、根据权利要求1所述的微胶囊，其特征在于：所述微胶囊的芯材为微波升温材料，所述微胶囊的壳材料为明胶或明胶与壳聚糖的复合材料。
优选地，所述微波升温材料选自NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、FeCl2和FeCl3中的一种或几种。
为解决上述第二个技术问题，本发明采用下述技术方案：
用于微波肿瘤治疗的胶囊的制备方法包括如下步骤：
1)将明胶溶解于无机盐溶液形成水相；再将油和乳化剂搅拌混合均匀形成油相；将水相加入油相，搅拌乳化，得乳化液A；
2)将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，得到溶液B；
3)将步骤2)得到的溶液B加入到步骤1)得到的乳化液A中，恒温反应0-1小时；
4)向步骤1)得到的乳化液A中加入交联剂进行固化或向步骤3)得到的混合溶液中加入交联剂进行固化,得到所述用于微波肿瘤治疗的胶囊；
5)所述用于微波肿瘤治疗的胶囊的直径为1-20μm，所述胶囊的壳后为0.4-4μm。
优选地，步骤1)所述明胶的分子量为5-15万；所述无机盐溶液的浓度为0.1-1mol/L；所述搅拌的转速为700-1200r/min。
优选地，步骤1)所述无机盐选自NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、FeCl2和FeCl3中的一种或几种；所述油选自大豆油、花生油、石蜡、正辛烷和异辛烷中的一种或几种；所述乳化剂选自Span80、Span85、Span60、乙二醇脂肪酸脂和聚氧乙烯单月桂酸脂中的一种或几种。
优选地，步骤2)所述壳聚糖的脱乙酰度是50-90％；步骤2)中加入壳聚糖后调节pH值为5.5-6.5，可用NaOH溶液调节。
优选地，步骤4)所述固化在冰水浴中进行；步骤4)所述交联剂选自戊二醛、甲醛、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-异丙基咪唑、四氣邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、三聚氰胺、聚乙二醇、二乙烯苯中的一种或几种。
为解决上述第三个技术问题，本发明采用下述技术方案：
用于微波肿瘤治疗的微胶囊在微波热疗中的应用，将微胶囊分散在不同浓度的生理盐水中，配置不同的浓度，在微波仪器照射下进行微波升温表征，用光纤温度仪测量其温度变化。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明制备的微胶囊具有很好的生物相容性、生物降解性和降解产物无毒性等特点。
(2)在功率较低微波照射下，微胶囊中的离子通过振动产生热量，在较短的时间内能够快速升温到43℃以上，达到消除肿瘤或者癌细胞的目的，在临床应用具有很好的发展前景(见图4中1-5号曲线)。由于壳层材料中含有大量的氨基，赋予其吸附分离、催化、药物可控释放等功能。
(3)本发明制备中空微胶囊包裹无机盐离子，如图1所示，图1中1为胶囊壁，2为阴离子，3为阳离子；本发明的制备方法简单，生产效率高，可以根据实际需要来调控微胶囊的尺寸。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明微波升温微胶囊的断面图；
图2示出制备的明胶微胶囊的光学显微镜图；
图3示出制备的微胶囊的尺寸分布图；
图4示出制备的明胶微胶囊的断面的扫描电镜图；
图5示出制备的微胶囊微波升温图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
明胶微胶囊包裹NaCl的制备
在50℃下，先将0.6g明胶溶于0.7mol/L，5mL NaCl溶液中，在700r/min下搅拌形成水相。将正辛烷50mL、司班80乳化剂1mL，在700r/min下搅拌混合均匀形成油相，将水相逐滴加入到油相中，在700r/min的条件下进行乳化10min。将反应液置于含有冰水浴中，加入0.5mL，50％戊二醛，在搅拌下交联固化60min。反应结束后，分别用异丙醇、水和酒精清洗三次，烘干得到微胶囊，所制得的微胶囊的尺寸在12微米左右，见图2、3和4。
微波升温实验：
将50mg微胶囊分散在1mL的生理盐水中，用1.8Wcm-2的微波仪器照射3min，用光纤测量其微波升温效果，测得其微波升温效果见图5中曲线1，比水高16.5℃，比生理盐水高5.8℃。
实施例2
明胶微胶囊包裹NaCl的制备
在50℃下，先将0.1g明胶溶于0.1mol/L，10mLNaCl溶液中，在1200r/min下搅拌形成水相。将大豆油50mL、乳化剂1mL，在1200r/min下搅拌混合均匀形成油相，将水相逐滴加入到油相中，在1200r/min的条件下进行乳化10min。将反应液置于含有冰水浴中，加入0.1mL的二甲胺基丙胺，在搅拌下交联固化90min。反应结束后，分别用异丙醇、水和酒精清洗三次，烘干得到微胶囊，所制得的微胶囊的尺寸在1微米左右。
微波升温实验：
将50mg微胶囊分散在1mL的生理盐水中，用1.8Wcm-2的微波仪器照射3min，用光纤测量其微波升温效果，测得其微波升温效果见图5中曲线2，比水高14.8℃，比生理盐水高5.1℃。
实施例3
明胶微胶囊包裹NaCl的制备
在50℃下，先将1.0g明胶溶于1mol/L，5mL的NaCl溶液中，在900r/min下搅拌形成水相。将大豆油25mL、乳化剂0.05mL，在900r/min下搅拌混合均匀形成油相，将水相逐滴加入到油相中，在900r/min的条件下进行乳化10min。将反应液置于含有冰水浴中，加入0.5mL，50％甲醛，在搅拌下交联固化60min。反应结束后，分别用异丙醇、水和酒精清洗三次，烘干得到微胶囊，所制得的微胶囊的尺寸在20微米左右。
微波升温实验：
将50mg微胶囊分散在1mL的生理盐水中，用1.8Wcm-2的微波仪器照射3min，用光纤测量其微波升温效果，测得其微波升温效果测得其微波升温效果见图5中曲线3，比水高14.9℃，比生理盐水高5.2℃。
实施例4
明胶-壳聚糖微胶囊包裹NaCl的制备
(1)乳化：在50℃下，先将0.3g明胶溶于0.7M，5mL NaCl溶液中，在1200r/min下搅拌形成水相。将石蜡50mL、乳化剂1mL，在1200r/min下搅拌混合均匀形成油相，将水相逐滴加入到油相中，在1200r/min的条件下进行乳化10min。
(2)复凝聚反应：将恒温水浴调到40℃，在搅拌的条件下将壳聚糖溶液(0.024g/mL)，加入到上述溶液中，用质量份数是10％的NaOH溶液将pH值调至5.5-6.5，恒温反应30min。
(3)交联反应：将反应液置于含有冰水浴中，加入5mL，50％二叔丁基过氧化物，在搅拌下交联固化75min。
(4)清洗：反应结束后，清洗，得到微胶囊，所制得的微胶囊的尺寸在12微米左右。
微波升温实验：
将50mg微胶囊分散在1mL的生理盐水中，用1.8Wcm-2的微波仪器照射3min，用光纤测量其微波升温效果，测得其微波升温效果见图5中曲线4，比水高16.6℃，比生理盐水高5.9℃。
实施例5
明胶-壳聚糖微胶囊包裹NaCl的制备
(1)乳化：在50℃下，先将0.3g明胶溶于0.7M，5mL NaCl溶液中，在1200r/min下搅拌形成水相。将花生油50mL、Span85乳化剂1mL，在1200r/min下搅拌混合均匀形成油相，将水相逐滴加入到油相中，在1200r/min的条件下进行乳化10min。
(2)复凝聚反应：将恒温水浴调到40℃，在搅拌的条件下将壳聚糖溶液(0.2g/mL)，加入到上述溶液中，用质量份数是10％的NaOH溶液将pH值调至5.5-6.5，恒温反应30min。
(3)交联反应：将反应液置于含有冰水浴中，加入少量过氧化苯甲酰交联(10mL，25％)，在搅拌下交联固化90min。
(4)清洗：反应结束后，清洗，得到微胶囊，所制得的微胶囊的尺寸在18微米左右。
微波升温实验：
将50mg微胶囊分散在1mL的生理盐水中，用1.8Wcm-2的微波仪器照射3min，用光纤测量其微波升温效果，测得其微波升温效果见图5中曲线5，比水高15.2℃，比生理盐水高5.5℃。
实施例6-10
同实施例1，其不同之处仅在于，加入的NaCl溶液分别用KCl、CaCl2、MgCl2、FeCl2、FeCl3中的一种或几种代替。
实施例11-15
同实施例4，其不同之处仅在于，加入的NaCl溶液分别用KCl、CaCl2、MgCl2、FeCl2、FeCl3中的一种或几种代替。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种用于微波肿瘤增敏治疗的微胶囊，其特征在于：所述微胶囊的直径为1-20μ m，所述微胶囊的壳层厚为0.4-4μm；所述微胶囊在微波照射下，在1-10分钟内升温至43-70℃；
所述微胶囊的芯材为微波升温材料，所述微胶囊的壳材料为明胶或明胶与壳聚糖的复合材料；
所述微波升温材料选自NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、FeCl2和FeCl3中的一种或几种。
2.如权利要求1所述的用于微波肿瘤增敏治疗的微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将明胶溶解于微波升温材料溶液形成水相；再将油和乳化剂搅拌混合均匀形成油相；将水相加入油相，搅拌乳化，得乳化液A；
2)将壳聚糖溶解在乙酸溶液中，得到溶液B；
3)将步骤2)得到的溶液B加入到步骤1)得到的乳化液A中，恒温反应0-1小时；
4)向步骤1)得到的乳化液A中加入交联剂进行固化或向步骤3)得到的混合溶液中加入交联剂进行固化，得到所述用于微波肿瘤治疗的微胶囊；
5)所述用于微波肿瘤治疗的微胶囊的直径为1-20μm，所述微胶囊的壳层厚为0.4-4μm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)所述明胶的分子量为5-15万；所述微波升温材料溶液的浓度为0.1-1mol/L；所述搅拌的转速为700-1200r/min。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤1)所述微波升温材料选自NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、FeCl2和FeCl3中的一种或几种；所述油选自大豆油、花生油、石蜡、正辛烷和异辛烷中的一种或几种；所述乳化剂选自Span80、Span85、Span60、乙二醇脂肪酸脂和聚氧乙烯单月桂酸脂中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤2)所述壳聚糖的脱乙酰度是50-90%；步骤2)中加入壳聚糖后调节pH值为5.5-6.5。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤4)所述固化在冰水浴中进行；步骤4)所述交联剂选自戊二醛、甲醛、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2-乙基-4甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-异丙基咪唑、六氢邻苯二甲酸酐、三亚乙基四胺、二甲胺基丙胺、二乙胺基丙胺、三聚氰胺、聚乙二醇、二乙烯苯中的一种或几种。
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