CN104288792A

CN104288792A - 具有超声造影和光热治疗性能的制剂、其制备方法与应用

Info

Publication number: CN104288792A
Application number: CN201410600718.4A
Authority: CN
Inventors: 邢占文; 陈瑶; 刘卫卫
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN104288792B

Abstract

本发明涉及生物医用材料领域，具体涉及一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂、其制备方法及应用。首先以模板法制备空心SiO₂球，然后采用表面引晶、化学还原的方法在其表面包覆金纳米壳，最后通过真空冷冻干燥去除水分，充填气体，得到一种超声影像指引的光热诊疗一体化制剂。含有气体的空心SiO₂球对临床诊断用超声具有良好的响应，外层包覆的金纳米壳能够将吸收的近红外激光的光能转化为热能，用于杀死恶性肿瘤细胞。该发明将超声诊断和光热治疗制剂合二为一，通过超声造影检查锁定病变部位，然后施以激光辐照，进行超声影像指导下的光热治疗，减少了病人痛苦的同时并提高了治疗效率。

Description

具有超声造影和光热治疗性能的制剂、其制备方法与应用

技术领域

本发明属于医用制剂领域，具体涉及一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂、其制备方法与应用。

背景技术

肿瘤诊断是肿瘤治疗的前提，选择合适的诊断制剂，将肿瘤可视化，精确定位肿瘤及其扩散范围，对于肿瘤治疗具有重要意义。目前临床上常用的医学影像诊断手段中，超声诊断以其突出的许多优点，如直观、无辐射、价格便宜、可实时显像以及适用于床旁等，在肿瘤的诊断中具有举足轻重的地位。

超声造影剂是一类能够显著增强超声散射信号的诊断试剂，通常是直径为几百纳米至几十微米的包膜微气泡，大多数情况下微泡的成膜材料包括白蛋白、表面活性剂、脂质和高分子材料等，它们用来形成保护层阻止微泡内的气体向外部弥散，同时防止微泡间的融合。泡内气体通常是空气、氮气、二氧化碳、氟碳气体、氟硫气体等。超声造影剂的出现，弥补了常规超声诊断的缺陷与不足，区别正常组织与病变组织不同的血流灌注，显著增加两者之间的影像对比度，从而为疾病的诊断和治疗提供更多的依据。超声造影剂除了作为诊断药剂外，也在不断地向其他领域发展，比如促进血栓溶解、栓塞治疗肿瘤、促进基因转染和药物体内运输定点释放等方向得到了广泛的研究并展现出广阔而诱人的应用前景。

另一方面，近红外激光诱导的肿瘤光热治疗引起了人们的广泛关注，这种治疗方法是利用特殊的光热转换材料对近红外光的吸收，并将吸收的光能转化为热量，使肿瘤部位温度升高，从而诱导细胞凋亡或对细胞产生直接致死效应的一种治疗方法。由于近红外光具有良好的组织渗透性，同时富集在肿瘤部位的光敏材料具有的强烈的近红外吸收，所以，光热治疗能够对肿瘤组织进行定点清除并且对正常组织具有较低的毒副作用，这使光热治疗有望发展成理想的替代传统癌症治疗手段的肿瘤治疗方法。

中国专利申请CN102614534A公开了一种基于金纳米壳包覆高分子微囊的治疗诊断制剂及其制备方法，该发明采用双乳溶剂挥发法制备高分子微囊，而后在其表面进行金纳米壳包覆，得到一种光热诊疗一体化制剂。该发明存在如下缺点：(1) 双乳溶剂挥发法制备高分子微囊时会残留有机溶剂，影响其进一步应用；(2) 制备过程繁琐，所得微囊粒径分布较宽，与临床用超声探头频率不能有效吻合。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂及其制备方法；得到的具有超声造影和光热治疗性能的制剂同时具有超声造影成像和光热治疗功能，可用于超声影像指引的光热治疗。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂，该制剂为核壳结构，内核为空心SiO₂球，外壳为金纳米壳；所述空心SiO₂球的内径为200～3000nm，SiO₂壳厚度为10～100 nm；所述金纳米壳厚度为1～200 nm。

上述技术方案中，所述空心SiO₂球内部包裹空气、氮气、氧气、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一种或几种的组合物。

本发明还公开了一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）以直径为200～3000 nm的高分子微球为模板，加入去离子水和异丙醇的混合溶剂得到混合液，再加入氨水调节pH值至8～11，然后加入正硅酸乙酯，水解30～60 min，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，反应3～6 h，取沉淀得到表面氨基化的核壳结构微球；去除模板，得到表面氨基化的空心SiO₂球；

（2）通过静电吸附的方式，在步骤（1）得到的表面氨基化的空心SiO₂球表面修饰金纳米粒子；以金纳米粒子为晶种，通过还原剂还原氯金酸得到金纳米壳包覆的空心SiO₂球；

（3）将步骤（2）得到的金纳米壳包覆的空心SiO₂球分散于去离子水中，液氮骤冷，真空冷冻干燥，最后充入气体，即得到具有超声造影和光热治疗性能的制剂。

上述技术方案中，步骤（1）中，所述高分子微球为聚苯乙烯微球、三聚氰胺甲醛微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚丙烯酸微球、聚乙交酯微球、聚丙交酯微球、聚乙交酯丙交酯共聚物微球或聚己内酯微球；所述去离子水和异丙醇的体积比为1∶1～10；所述混合液中，高分子微球的质量浓度为0.01%～0.1%。

上述技术方案中，步骤（1）中，去除模板的具体步骤为将得到的表面氨基化的核壳结构微球分散于有机溶剂中，在40～120℃萃取6～12 h，去除模板；所述有机溶剂为四氢呋喃、正己烷、环己烷、石油醚、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氯化碳、甲苯、二乙醚、乙腈、二甲基亚砜、苯胺或者吡啶。

上述技术方案中，步骤（2）中，金纳米粒子表面带有负电荷，直径为0.1～20 nm。使得金纳米粒子表面带有负电荷属于现有技术，比如可以用柠檬酸修饰金纳米粒子。

上述技术方案中，步骤（2）中，还原剂为甲醛、盐酸羟胺、硼氢化钠、甲醇、肼、次磷酸钠、四羟甲基氯磷中的一种或几种的组合物。

上述技术方案中，步骤（3）中，充入的气体为空气、氮气、氧气、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一种或几种的组合物。

上述技术方案中，步骤（3）中，将分散有金纳米壳包覆的空心SiO₂球的去离子水溶液置入试剂瓶中，液氮骤冷后，置入冷冻干燥机中进行真空冷冻干燥，最后向冷冻干燥机中充入气体，对试剂瓶压盖密封，即得到具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备。冷冻干燥机为现有技术，自带压盖系统、抽真空系统、进气系统。

本发明公开的具有超声造影和光热治疗性能的制剂内部为包裹气体的空心结构，对超声波具有良好的响应，可用于临床超声造影成像；包覆于空心SiO₂表面的金纳米壳经近红外激光照射，可将近红外激光光能转化为热能，高效低度杀死肿瘤细胞；因此可以把超声成像与光热治疗两个过程合二为一，在超声成像确定病灶后施以激光辐照，节省成本，增加效率；所以本发明还公开了上述具有超声造影和光热治疗性能的制剂在超声造影和光热治疗中的应用。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:

1．本发明首次以无机SiO₂为空心结构支撑材料，表面包裹金纳米壳，成功得到了具有超声造影和光热治疗性能的制剂；制备过程简单、快速；所的产品稳定，差别小。

2．本发明公开的具有超声造影和光热治疗性能的制剂为中空结构，同时具有超声造影成像和光热治疗功能，可用于超声影像指引的光热治疗。

3．本发明利用SiO₂为空心结构支撑材料，属于无机材料，结构稳定，力学性能较优，比糖类、脂质体、蛋白质或者高分子聚合物材料构成的空心结构具有更好的生物相容性和机械稳定性，而且SiO₂尺寸均一，且可根据临床超声频率进行定制；表面包覆的金纳米壳具有较高的反应活性，可实现与靶向分子的偶联。

4．本发明公开的具有超声造影和光热治疗性能的制剂选择金纳米壳作为光热转换材料具有很大的优势：成本低廉、毒性低，独特的表面等离子体增强效应使光热转换效率明显提高。

5．本发明公开的方法适用范围广，原料易得，无污染，制备条件温和；并且所得产品同时具有超声造影成像和光热治疗的功能，应用前景广。

附图说明

图1为实施例1制备的空心SiO₂球和金纳米壳包覆的空心SiO₂球的扫描电镜照片。

图2为实施例1制备的金纳米壳包覆的空心SiO₂球悬液的紫外—可见吸收光谱。

图3为实施例2制备的金纳米壳包覆的空心SiO₂球悬液在近红外激光辐照下温度升高曲线。

图4为实施例2制得的具有超声造影和光热治疗性能的制剂体内超声造影成像图。

图5为实施例2制得的具有超声造影和光热治疗性能的制剂体内经激光辐照红外热成像图片。

图6为实施例2制得的具有超声造影和光热治疗性能的制剂对人肝癌细胞的杀伤效果图。

具体实施方式

下面结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实施例1：一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 移取0.25 mL聚苯乙烯微球水混悬液（590 nm，5wt%）分散至7 mL去离子水和30 mL异丙醇组成的混合溶剂中，水浴超声5 min，加入氨水调节pH值至10.8，加入0.2 mL正硅酸乙酯，搅拌水解30 min，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷0.02 mL继续反应3 h，去离子水和乙醇交替离心洗涤三次即得到表面氨基化的核壳结构微球；

(2) 将步骤(1) 制得的核壳结构微球转移至80℃的四氢呋喃热溶剂中，搅拌8 h，去离子水离心洗涤三次得到表面氨基化的空心SiO₂球；

(3) 将柠檬酸根修饰的金纳米粒子加入到步骤(2)得到的表面氨基化的空心SiO₂球中，涡旋分散，磁力搅拌10 min，去离子水离心洗涤3次，得到表面吸附有金纳米粒子的空心SiO₂球；

(4) 向步骤(3)得到的表面吸附有金纳米粒子的空心SiO₂球中加入36 mL HAuCl₄ (0.01wt%)溶液，涡旋分散，磁力搅拌，逐滴加入40 mmol/L盐酸羟胺1.5 mL，继续磁力搅拌30 min，然后去离子离心洗涤3次，即得金纳米壳包覆的空心SiO₂球；

(5) 将步骤(4) 得到的金纳米壳包覆的空心SiO₂球分散于去离子水中，液氮骤冷，真空冷冻干燥48h，充入全氟丙烷气体，压盖密封，即得到一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂。

图1为上述表面氨基化的空心SiO₂球和金纳米壳包覆的空心SiO₂球的扫描电镜照片。图1a是空心SiO₂球的扫描电镜照片，从部分破裂的SiO₂球可以推断本发明得到的SiO₂为空心结构；图1b是金纳米壳包覆的空心SiO₂球的扫描电镜照片，从图中可以看出样品呈均一规则球形，表面较未包覆金纳米壳的SiO₂球更为粗糙，说明在SiO₂表面形成了金纳米壳。

图2为上述金纳米壳包覆的空心SiO₂球悬液的紫外—可见吸收光谱。在700~900nm这一近红外区域出现了宽峰，说明在空心SiO₂球表面形成了金纳米壳，可用于近红外激光介导的光热治疗。

实施例2：一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，包括以下步骤：

(1) 移取0.5 mL聚苯乙烯微球混悬液（1200 nm，2.5wt%）分散至7 mL去离子水和30 mL异丙醇组成的混合溶剂中，水浴超声5 min，加入氨水调节pH值至11.0，加入0.4 mL正硅酸乙酯，搅拌水解30 min，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷0.1 mL继续反应3 h，去离子水和乙醇交替离心洗涤三次即得到表面氨基化的核壳结构微球；

(4) 金纳米壳包覆的空心SiO₂球的制备。称取25 mg碳酸钾，溶解于100 mL去离子水中，搅拌10 min之后，向其中加入1.5 mL 1%的氯金酸溶液，所得混合溶液避光放置一天后使用。将步骤(3)制得的表面吸附有金纳米粒子的空心SiO₂球分散至100 mL上述溶液中，磁力搅拌，快速加入200 μL的37%的甲醛水溶液，溶液先由淡粉红色变成蓝紫色，最后变成稳定的墨绿色，去离子水离心洗涤3次，即得到金纳米壳包覆的空心SiO₂球；

图3为上述金纳米壳包覆的空心SiO₂球悬液在近红外激光辐照下温度升高曲线。将制备的金纳米壳包覆的空心SiO₂球分散至生理盐水中配制成0.125 mg/mL和1 mg/mL的浓度，以空白生理盐水作为对照，施以近红外激光辐照（808 nm，2W），用温度传感器测量悬液温度变化情况。从图中看出，含有金纳米壳包覆的空心SiO₂球的悬液经过近红外激光辐照后（5 min），温度分别提高了20℃（0.125 mg/mL）和40℃（1 mg/mL），而生理盐水在同样条件下没有明显的升温效果。

图4为上述具有超声造影和光热治疗性能的制剂体内超声造影成像图。以新西兰大白兔为实验对象，于兔左耳经耳缘静脉建立外周静脉通道，在导管的末端连接三通管，其中一个通道用于注射本发明制备的诊疗一体化制剂，一个通道尾随生理盐水。新西兰大白兔用3%的戊巴比妥钠静脉注射麻醉（30 mg/kg i.p.），并辅以0.2%肝素钠抗凝血。待兔完全麻醉后，以背卧的姿势固定在兔床上，右腹部毛发用脱毛膏小心脱除，对兔肾脏进行未注射造影剂的超声检查，记录基础状态下的图像。将本发明制备的诊疗一体化制剂（0.5 mg/mL,100 μL）经兔耳缘静脉团注，即刻尾随2.0 mL生理盐水冲洗管道，在脉冲反向谐波模式下实时动态观察并记录兔肾脏回声强度增强情况。从图中可以看出，未注射诊疗一体化制剂时（图4a），在视野中几乎看不到任何回声信号；注射诊疗一体化制剂数秒钟内（图4b），肾脏得到充分的灌注，肾脏边界显影清晰，从皮质到髓质的充盈过程也清晰可见。

图5为上述具有超声造影和光热治疗性能的制剂体内经激光辐照红外热成像图片。将生理盐水及0.25 mg/mL本发明制备的诊疗一体化制剂注射到裸鼠皮下，施以近红外激光辐照（808 nm，2W），用红外热像仪监测照射区域温度变化情况。从图中可以看出，注射有生理盐水的部位，经激光辐照后温度未见明显升高；而注射本发明制备的诊疗一体化制剂的部位，经2 mn的激光辐照，温度从26.8℃升高至54.8℃，温度升幅显著。

图6为上述具有超声造影和光热治疗性能的制剂对人肝癌细胞（HEPG2）的杀伤效果图。体外培养HEPG2细胞，将本发明制备的诊疗一体化制剂用培养基分散，配制成浓度为0.25 mg/mL的悬液，向孔板中加入2 mL悬液，与细胞共同孵育3 h后，使用近红外激光器（808 nm，2W）在孔板底部从下往上进行2 min照射，照射完毕再孵育1 h，进行染色处理，使用荧光显微镜拍照并记录。从图中可以看出，近红外激光辐照位置HEPG2细胞几乎完全死亡，没有辐照到的位置细胞存活良好，证明金纳米壳包覆的空心SiO₂球只有在近红外激光辐照的介导下才具有光热杀死HEPG2细胞的功能。

Claims

1.一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂，其特征在于：该制剂为核壳结构，内核为空心SiO₂球，外壳为金纳米壳；所述空心SiO₂球的内径为200～3000nm，SiO₂壳厚度为10～100 nm；所述金纳米壳厚度为1～200 nm。

2.根据权利要求1所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂，其特征在于：所述空心SiO₂球内部包裹空气、氮气、氧气、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一种或几种的组合物。

3.一种具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于: 步骤（1）中，所述高分子微球为聚苯乙烯微球、三聚氰胺甲醛微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚丙烯酸微球、聚乙交酯微球、聚丙交酯微球、聚乙交酯丙交酯共聚物微球或聚己内酯微球；所述去离子水和异丙醇的体积比为1∶1～10；所述混合液中，高分子微球的质量浓度为0.01%～0.1%。

5.根据权利要求3所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于: 步骤（1）中，去除模板的具体步骤为将得到的表面氨基化的核壳结构微球分散于有机溶剂中，在40～120℃萃取6～12 h，去除模板；所述有机溶剂为四氢呋喃、正己烷、环己烷、石油醚、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氯化碳、甲苯、二乙醚、乙腈、二甲基亚砜、苯胺或者吡啶。

6.根据权利要求3所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于: 步骤（2）中，所述金纳米粒子直径为0.1～20 nm；所述金纳米粒子带负电荷。

7.根据权利要求3所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于: 步骤（2）中，还原剂为甲醛、盐酸羟胺、硼氢化钠、甲醇、肼、次磷酸钠、四羟甲基氯磷中的一种或几种的组合物。

8.根据权利要求3所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于: 步骤（3）中，充入的气体为空气、氮气、氧气、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一种或几种的组合物。

9.根据权利要求3所述具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备方法，其特征在于:步骤（3）中，将分散有金纳米壳包覆的空心SiO₂球的去离子水溶液置入试剂瓶中，液氮骤冷后，置入冷冻干燥机中进行真空冷冻干燥，最后向冷冻干燥机中充入气体，对试剂瓶压盖密封，即得到具有超声造影和光热治疗性能的制剂的制备。

10. 权利要求1或者2所述的具有超声造影和光热治疗性能的制剂在超声造影和光热治疗中的应用。