CN105153481A - 一种荧光超分子纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

一种荧光超分子纳米粒子，其构筑单元以四苯乙烯四桥联β环糊精为主体，以透明质酸金刚烷为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体；其制备方法是：将四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷溶解于水中并均匀混合，制得荧光超分子纳米粒子溶液；所述荧光超分子纳米粒子用于将抗癌药阿霉素负载到超分子纳米粒子中。本发明的优点是：该荧光超分子纳米粒子制备方法简便，主、客体原料用量少，对药物的负载率高，有良好的主动靶向性；用于负载抗癌药阿霉素且负载后的阿霉素对癌细胞的杀伤作用较之单纯的阿霉素有明显增强，而对正常细胞的毒害作用较之单纯的阿霉素有明显下降，在抗癌药物负载和靶向释放领域具有广阔的应用前景。

Description

一种荧光超分子纳米粒子及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纳米超分子材料技术领域，特别是一种荧光超分子纳米粒子及其制备方法和应用。

背景技术

利用纳米科技实现癌症的靶向治疗，对于人类健康发展有着巨大的潜力。因此，构筑靶向载药传输体系来特异性的杀死癌细胞而不影响正常细胞是一件非常重要的事情，参见：K.Wang,D.S.Guo,X.Wang,Y.Liu.ACSnano.2011,5,2880-2894。由于透明质酸具有一些优秀的特质，如低毒性、生物兼容性、生物可降解性、高稳定性、良好的水溶性并且易于化学修饰，最重要的是基于癌细胞表面过表达的透明质酸受体的靶向性，利用透明质酸来构筑靶向载药传输体系是一个十分热门的研究课题，参见：A.Singh,M.Corvelli,S.A.Unterman,K.A.Wepasnick,P.McDonnell,J.H.Elisseeff.NatureMater.2014,13,988-995；(2)K.Y.Choi,H.Y.Yoon,J.-H.Kim,S.M.Bae,R.-W.Park,Y.-M.Kang,I.-S.Kim,I.C.Kwon,K.Choi,S.Y.Jeong,K.Kim,J.H.Park.ACSnano.2011,5,8591-8599；(3)Y.M.Zhang,Y.Cao,Y.Yang,J.-T.Chen,Y.Liu.Chem.Comm.2014,50,13066-13069。近年来人们通过努力已经构筑了一些基于透明质酸的纳米粒子，但存在着化学修饰过程太过烦琐或者所构筑粒子太疏松导致药物易于泄露等问题。

自2001年一类由于分子内阻转而具有聚集诱导发光特质的分子被报道以来，四苯乙烯及其衍生物因其易于合成并易于进一步化学修饰脱颖而出，参见：J.Luo,Z.Xie,J.W.Lam,L.Cheng,H.Chen,C.Qiu,B.Z.Tang.Chem.Comm.2001,18,1740-1741。很多四苯乙烯衍生物都可以通过π～π相互作用形成紧致的纳米粒子，并且出现荧光的大幅度增强，参见：G.Liang,J.W.Lam,W.Qin,J.Li,N.Xie,B.Z.Tang.Chem.Comm.2014,50,1725-1727。

由于以超分子手段构筑的纳米颗粒是通过多重弱的可逆的相互作用的协同作用而形成的，因此利用主客体相互作用构筑纳米平台受到了人们广泛的关注。到现在为止，以π～π相互作用、氢键等非共价键相互作用已经被科研工作者运用的淋漓尽致，而以主客体相互作用来搭建的纳米平台的报道还并不多。在众多大环分子中，环糊精因为其良好的水溶性和生物兼容性尤为突出，更重要的是环糊精是一种可以通过简单的酶反应制得的半天然产物，有着适中的空腔尺寸可以在水相中选择性的键合客体分子，参见：Y.H.Zhang,Y.Chen,Y.-M.Zhang,Y.Yang,J.-T.Chen,Y.Liu.Sci.Rep.2014,4.7471-7476.(2)N.Li,Y.Chen,Y.-M.Zhang,Y.Yang,Y.Su,J.-T.Chen,Y.Liu.Sci.Rep.2014,4,4164-4170.(3)Y.Yang,Y.-M.Zhang,Y.Chen,D.Zhao,J.-T.Chen,Y.Liu.Chem.Eur.J.2012,14,4208-4215。因此通过环糊精与合适客体构筑的纳米粒子在生物技术和药物领域有着广泛的应用前景。

目前，利用抗癌药物对癌症患者进行治疗过程中抗癌药物在杀伤癌细胞的同时对人体正常细胞也有很大的毒害作用，因此制备生物兼容的纳米载体材料对抗癌药进行负载、运输和靶向释放以此来减少抗癌药对于正常细胞的毒害作用或者提高抗癌药对癌细胞的杀伤效果在日常生活中具有巨大的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术分析和存在问题，提供荧光超分子纳米粒子及其制备方法和应用，该超分子纳米粒子系基于四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷的二元超分子组装的可降解纳米粒子，首先四苯乙烯桥联了四个β环糊精可以和修饰在透明质酸上的金刚烷通过主客体相互作用键合，有效的形成紧致的纳米粒子，其次四苯乙烯提供了疏水的微环境有利于阿霉素的负载而透明质酸的缠绕可以有效的防止药物泄露，而透明质酸骨架的存在可以识别过量表达透明质酸的癌细胞使得纳米粒子具有靶向性，负载后的阿霉素对癌细胞的杀伤作用较之单纯的阿霉素有明显的上升，而其对正常细胞的毒害作用较之单纯的阿霉素有明显的下降。

本发明的技术方案：

一种荧光超分子纳米粒子，其构筑单元以四苯乙烯四桥联β环糊精为主体，以透明质酸金刚烷为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体，主客体构筑单元的结构如下：

主体

客体

一种所述荧光超分子纳米粒子制备方法，将四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷溶解于水中并均匀混合，制得荧光超分子纳米粒子溶液，所述四苯乙烯四桥联β环糊精与透明质酸金刚烷的用量比按照环糊精和金刚烷单元的摩尔比为1：1，四苯乙烯四桥联β环糊精的浓度为6x10^-5mol/L。

一种所述荧光超分子纳米粒子的应用，将抗癌药阿霉素负载到超分子纳米粒子中。

本发明的优点是：该基于四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷的二元超分子组装构筑的荧光超分子纳米粒子，制备方法简便，主、客体原料用量少，对药物的负载率高；该荧光超分子纳米粒子的透明质酸骨架可以特异性的结合癌细胞表面过表达的透明质酸受体，赋予了该载体良好的主动靶向性；该荧光超分子纳米粒子可以负载抗癌药阿霉素且负载后的阿霉素对癌细胞的杀伤作用较之单纯的阿霉素有明显增强，而其对正常细胞的毒害作用较之单纯的阿霉素有明显下降，其在抗癌药物负载、运输和靶向释放领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为四苯乙烯四桥联β环糊精的核磁氢谱。

图2为不同浓度四苯乙烯四桥联β环糊精的紫外吸收光谱谱图(内插图为紫外吸收随四苯乙烯四桥联β环糊精浓度变化的线性拟合曲线)。

图3为不同浓度四苯乙烯四桥联β环糊精的荧光发射光谱谱图。

图4为自下而上分别为四苯乙烯四桥联β环糊精,四苯乙烯四桥联β环糊精、金刚烷甲酸钠和透明质酸混合物，四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷混合物的荧光发射光谱谱图。

图5为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的透射电子显微镜图像。

图6为四苯乙烯四桥联β环糊精和的动态激光光散射图。

图7为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的ξ电位图。

图8为自下而上分别为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的紫外吸收光谱谱图。

图9为负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体在磷酸缓冲和醋酸缓冲中的药物释放曲线。

图10自左向右分别为NIH3T3细胞(正常细胞)在阿霉素，四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体溶液中进行孵化48小时后的相对细胞存活率对比图。

图11为自左向右分别为MCF-7细胞(癌细胞)在阿霉素，四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，以及过量透明质酸和负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体溶液中进行孵化48小时后的相对细胞存活率对比图。

具体实施方式

实施例1：

一种荧光超分子纳米粒子，其构筑单元以四苯乙烯四桥联β环糊精为主体，以透明质酸金刚烷为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体，主客体构筑单元的结构如下所示。

主体

客体

所述荧光超分子纳米粒子制备方法，将四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷溶解于水中并均匀混合，制得荧光超分子纳米粒子溶液，步骤如下：

1)四苯乙烯四桥联β环糊精的合成：

氩气保护下，将60mg四炔丙基修饰四苯乙烯、530mg叠氮功能化的β环糊精和1000mg碘化亚铜加入20mLN,N-二甲基甲酰胺溶液中，将得到的混合溶液于60℃条件下搅拌72h，旋干后用硅胶柱色谱分离以除去过量的碘化亚铜，色谱分离液为乙醇、氨水和水的体积比6：3：1的混合液，将所得固体加水溶解后置于透析袋中，所得固体与水的用量比为20mg：1mL，透析5天，每天更换透析袋外液，其中所用透析袋截留分子量为3500g/mol，透析袋外液与透析袋内水的体积比为20:1，将透析袋内液于-20℃冰箱内冷冻后放入冻干机冻干，制得淡黄色固体四苯乙烯四桥联β环糊精，产率70％。

图1为四苯乙烯四桥联β环糊精的核磁氢谱。图中表明：¹HNMR(400MHz,DMSO):δ8.15(s,4H),6.87(dd,J＝31.9,8.0Hz,16H),5.95–5.57(m,64H),5.23–4.27(m,84H),4.06–3.48ppm(m,111H)。

图2为不同浓度四苯乙烯四桥联β环糊精的紫外吸收光谱谱图(内插图为紫外吸收随四苯乙烯四桥联β环糊精浓度变化的线性拟合曲线)。图中表明：四苯乙烯四桥联β环糊精在1μmol到10μmol范围内的紫外-可见吸收光谱图没有出现新峰并且最大吸收的变化符合郎勃-比尔定律，说明在该范围内该化合物没有发生自聚集。

图3为不同浓度四苯乙烯四桥联β环糊精的荧光发射光谱谱图。图中表明：四苯乙烯四桥联β环糊精在1μmol到60μmol范围内的荧光发射光谱图也没有出现新峰，同样证明化合物在该范围内没有发生自聚集。

2)将四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷溶解于水中并均匀混合，制得荧光超分子纳米粒子溶液，所述四苯乙烯四桥联β环糊精与透明质酸金刚烷的用量比按照环糊精和金刚烷单元的摩尔比为1：1，四苯乙烯四桥联β环糊精的浓度为6x10^-5mol/L。

图4为自下而上分别为四苯乙烯四桥联β环糊精,四苯乙烯四桥联β环糊精、金刚烷甲酸钠和透明质酸混合物，四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷混合物的荧光发射光谱谱图。图中表明：纳米粒子的荧光发射较同浓度单一四苯乙烯四桥联β环糊精以及四苯乙烯四桥联β环糊精、金刚烷甲酸钠和透明质酸的混合物有明显增强，可以归因于四苯乙烯四桥联β环糊精中的环糊精单元和透明质酸金刚烷中的金刚烷单元的键合进一步限制了四苯乙烯单元中苯环的旋转，导致旋转限制发光增强。

图5为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的透射电子显微镜图像。图中表明四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷形成了约50nm的球形粒子，该尺寸适合纳米粒子通过细胞内吞作用进入细胞。

图6为四苯乙烯四桥联β环糊精和的动态激光光散射图。图中表明纳米粒子的水合动力学直径约150nm，该尺寸适合纳米粒子进入细胞。

图7为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的电位图。图中表明该纳米粒子溶液的电位为-25mV，荧光纳米粒子的表面显负电性，有利于其的血液循环。

所制备的基于四苯乙烯四桥联β环糊精的超分子纳米粒子的应用，将抗癌药阿霉素负载到超分子纳米粒子中，方法如下：

1)在氯仿溶液中将盐酸阿霉素的盐酸用三乙胺游离掉之后缓慢滴加入四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷溶解于水中后混合均匀后得到的溶液中，搅拌至有机溶剂挥发殆尽，用800nm的水膜过滤得到超分子纳米粒子。检测表明：超分子囊泡对阿霉素的包封率和负载率分别为41.7％和9.9％，图8为自下而上分别为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的紫外吸收光谱谱图。图中表明：超分子纳米粒子对阿霉素的成功负载由紫外吸收光谱变化所证实。将负载阿霉素的超分子纳米粒子分别溶于醋酸缓冲和磷酸缓冲溶液，用3500的透析袋透析。图8为自下而上分别为四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体的紫外吸收光谱谱图。图中表明：在醋酸缓冲溶液中药物释放更快更充分，阿霉素的体外释放由荧光发射光谱随时间的变化所证实。

2)将阿霉素、未负载阿霉素的超分子纳米粒子和负载阿霉素的超分子纳米粒子分别与NIH3T3细胞(正常细胞)进行孵化48h后，利用MTT法检测各组活细胞的相对数量，图10自左向右分别为NIH3T3细胞(正常细胞)在阿霉素，四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体溶液中进行孵化48小时后的相对细胞存活率对比图，图中表明：未负载阿霉素的超分子纳米粒子的细胞毒性远远低于抗癌药阿霉素的细胞毒性；而被超分子纳米粒子负载的阿霉素对正常细胞的毒害作用较之单纯的阿霉素也有明显的下降。

3)将阿霉素、未负载阿霉素的超分子纳米粒子、负载阿霉素的超分子纳米粒子和加入过量透明质酸的负载阿霉素的超分子纳米粒子分别与MCF-7细胞(癌细胞)进行孵化48h后，利用MTT法检测各组活细胞的相对数量，图11为自左向右分别为MCF-7细胞(癌细胞)在阿霉素，四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体，以及过量透明质酸和负载了阿霉素的四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷组装体溶液中进行孵化48小时后的相对细胞存活率对比图。图中表明：被超分子纳米粒子负载的阿霉素对癌细胞的杀伤作用较之单纯的阿霉素有明显增强。这是由于透明质酸骨架的存在可以识别过量表达透明质酸的癌细胞使得纳米粒子具有靶向性。

Claims (3)

1.一种荧光超分子纳米粒子，其特征在于：构筑单元以四苯乙烯四桥联β环糊精为主体，以透明质酸金刚烷为客体，通过主-客体包结配位相互作用构筑超分子组装体，主客体构筑单元的结构如下所示。

2.一种如权利要求1所述荧光超分子纳米粒子制备方法，其特征在于：将四苯乙烯四桥联β环糊精和透明质酸金刚烷溶解于水中并均匀混合，制得荧光超分子纳米粒子溶液，所述四苯乙烯四桥联β环糊精与透明质酸金刚烷的用量比按照环糊精和金刚烷单元的摩尔比为1：1，四苯乙烯四桥联β环糊精的浓度为6x10^-5mol/L。

3.一种如权利要求1所述荧光超分子纳米粒子的应用，其特征在于：将抗癌药阿霉素负载到超分子纳米粒子中。