CN105214102B

CN105214102B - 一种超分子复合光热试剂及其在光热治疗和近红外成像方面的应用

Info

Publication number: CN105214102B
Application number: CN201510695849.XA
Authority: CN
Inventors: 梁瑞政; 李春阳; 卫敏
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2018-10-23
Anticipated expiration: 2035-10-22
Also published as: CN105214102A

Abstract

本发明公开了属于肿瘤治疗及成像药物制备技术领域的一种超分子复合光热试剂及其在光热治疗和近红外成像方面的应用。本发明基于吲哚菁绿自身热稳定性及水溶性差等特点采用甲醇‑水混合溶剂的低温共沉淀合成法将有机光热试剂吲哚菁绿，十二烷基磺酸钠共插层于水滑石层间，通过调变吲哚菁绿与十二烷基磺酸钠的比例，得到了吲哚菁绿以高分散形式存在的复合纳米光热试剂，将其应用于肿瘤治疗及近红外成像研究，有良好的效果。同时采用相同的合成方法将吲哚菁绿，十二烷基磺酸钠和靶向分子叶酸共插层入水滑石层间，进一步增强了治疗和近红外成像的效果。本发明制备的超分子复合光热试剂在8μg/ml的浓度下1.1W/cm²808nm近红外光照射12min，癌细胞的存活率普遍低于15％。

Description

一种超分子复合光热试剂及其在光热治疗和近红外成像方面的应用

技术领域

本发明属于肿瘤治疗及成像药物制备技术领域，具体涉及一种超分子复合光热试剂及其制备方法，并研究其在肿瘤光热治疗，多功能靶向及近红外成像方面的运用。

背景技术

癌症已经成为全球死亡的首要原因，严重威胁人类健康。目前癌症的治疗方法主要有手术切除，放射疗法，化学疗法，中医治疗等方法，虽然都有一定的治疗效果，但是治疗具有一定风险，容易复发根治困难，副作用较大，或是病人需要忍受巨大痛苦。光热治疗技术是一种新兴的无副作用的治疗技术。这种技术是利用一类具有良好光热转换效率的光热试剂在近红外光的照射下，将一部分能量以热量形式释放。将这种材料应用于肿瘤治疗，配合局部近红外光照射，可以使肿瘤部位局部升温，温度升高至42℃以上时，可以有效地杀死肿瘤细胞。而对于正常细胞，升温比肿瘤细胞低3-7℃，从而避免了光热治疗过程中对正常细胞的伤害。光热治疗与传统治疗方法相比，具有以下优势：(1)作为一种非侵入式的治疗手段，毒、副作用低，光敏剂本身没有器官毒性。(2)可以到达一些手术无法到达的部位，且应用近红外光照组织穿透力大。(3)简便易行，患者几乎无不适感，无风险，适用于各种人群。光热治疗既可以作为主要治疗方式，也可以作为协同治疗方式，在治疗膀胱、食道、头颈部、脑部、肺部、前列腺、腹腔内腔、胸腺和皮肤的癌症或恶性肿瘤方面得到运用。

光热试剂是光热治疗的主要因素，而有机纳米光热转换材料由于具有吸收范围可控，可生物降解等优点，受到研究者的广泛关注。吲哚菁绿是是一种良好的有机光热试剂，吸收范围600-850nm，它具有摩尔消光系数高、荧光量子产率和光热转换效率高，熔点低以及最大吸收波长可调谐范围大等特点，是美国食品药物监督局(FDA)唯一批准用于临床的近红外造影剂。具有光热，光声和光动力响应。但是吲哚菁绿具有浓度依赖的聚集，较差的稳定性，非特异性的蛋白结合以及缺少靶向，因此在生物体内会快速降解，半衰期只有2-4min等缺点，限制了其在肿瘤治疗方面的进一步应用。

为了解决以上问题，研究者将吲哚菁绿负载到纳米载体上，如聚合物胶束，脂质体，蛋白质等。但是这些载体普遍存在稳定性及结构可控性差、多功能化复杂等缺点。水滑石(LDHs)又被称为双羟基复合金属氧化物，是一类应用很广泛的阴离子型无机层状材料，其是由二维尺寸的层板沿第三维有序排列而形成的晶体，二价和三价金属氢氧化物相互间高度分散并以共价键构成主体层板，且富含正电荷；层间阴离子均匀分布，以静电作用力平衡主体层板电荷，使晶体呈电中性。由于LDHs的特殊结构，决定了其主体层板金属离子及层间阴离子的可调控性，利用插层组装手段可将各种功能客体插入水滑石层间，层间阴离子的均匀分布来匹配主体层板电荷，使得层间阴离子可有序均匀分散排列于层间，得到性能优良的插层结构复合材料。

发明内容

基于吲哚菁绿在光热治疗方面的广泛运用，以及水滑石类层状化合物的结构和功能的可调控性，本发明提出以水滑石为主体，有机光热试剂吲哚菁绿为客体，通过插层组装制备无机有机超分子复合结构纳米材料的新型光热试剂，避免了有机光热试剂浓度依赖性聚集的缺点，改善吲哚菁绿的性能缺陷，实现增强光热治疗及近红外成像效果的目的。

本发明基于吲哚菁绿自身热稳定性及水溶性差等特点采用甲醇-水混合溶剂的低温共沉淀合成法将有机光热试剂吲哚菁绿，十二烷基磺酸钠共插层于水滑石层间，通过调变吲哚菁绿与十二烷基磺酸钠的比例，得到了吲哚菁绿以高分散形式存在的复合纳米光热试剂，将其应用于肿瘤治疗及近红外成像研究，有良好的效果。同时采用相同的合成方法将吲哚菁绿，十二烷基磺酸钠和靶向分子叶酸共插层入水滑石层间，进一步增强了治疗和近红外成像的效果。

利用LDHs层间阴离子的可调控特点，将吲哚菁绿插入到LDHs层间，得到插层复合物。将其用于光热治疗的光热试剂，具有如下优势：(1)由于主客体相互作用增加有机光热试剂的稳定性，延长半衰期，通过改善其分散状态从而提高材料的光热转换效率。(2)水滑石基质增加了有机光热试剂的水溶性及生物相容性，增加了药物的渗透保留效率，进一步修饰靶向分子或基团的复合光热试剂对肿瘤细胞具有主动靶向，从而增加了治疗和成像选择性。(3)LDHs纳米材料本身作为载体，粒径大小在30-150nm可调，可以被细胞通过内吞作用摄取，粒径在较小范围均匀分布，本身带正电可以保证其在水中可以以胶体形式稳定存在数月时间。

本发明所述的超分子复合光热试剂的具体制备步骤如下：

(1)配制可溶二价金属盐和可溶三价金属盐的混合盐溶液，可溶二价金属盐和可溶三价金属盐的摩尔比为1:2-1:4，可溶二价金属盐的浓度为0.05mol/L-0.5mol/L；

(2)配制十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1-3:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比为1:99-10:90，吲哚菁绿的浓度为1mmol/L-10mmol/L；

(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)配制的溶液混合，然后将浓度为0.1mol/L-0.5mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8-9；然后控制水浴温度50-60℃，机械搅拌36-48小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于60-65℃烘箱中烘干，即得超分子复合光热试剂。

本发明所述的叶酸修饰的超分子复合光热试剂的具体制备步骤如下：

(2)配制十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1-3:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比为1:99-10:90，吲哚菁绿的1mmol/L-10mmol/L；

(3)将叶酸分散到二次蒸馏水中，并加入NaOH溶液调节至叶酸恰好完全溶解，叶酸的浓度为0.01-0.1mol/L，叶酸与可溶三价金属盐的摩尔比为1:10-1:2；

(4)在氮气保护下，将步骤(1)、(2)和(3)配制的溶液混合，然后将浓度为0.1mol/L-0.5mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8-9；然后控制水浴温度50-60℃，机械搅拌36-48小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于60-65℃烘箱中烘干，即得叶酸修饰的超分子复合光热试剂。

所述的可溶二价金属盐选自硝酸镁、氯化镁、硫酸镁、硝酸锌、氯化锌、硫酸锌；所述可溶三价金属盐选自硝酸铝、氯化铝、硫酸铝。

将上述制备的超分子复合光热试剂作为肿瘤光热治疗及近红外成像试剂的应用。超分子复合光热试剂用量0.02-10μg/10⁴cell(每10⁴个细胞的用药量)，光能量密度0.5-1.5W/cm²，808nm近红外光照2min-15min。

将上述制备的叶酸修饰的超分子复合光热试剂作为肿瘤光热治疗及近红外成像试剂的应用。叶酸修饰的超分子复合光热试剂用量0.02-10μg/10⁴cell，0.5-1.5W/cm²，808nm近红外光照2min-15min。

本发明的有益效果在于：

1.本发明的复合超分子光热试剂制备方法简单，重复性好，易于操作，实现了对癌细胞的抑制作用及近红外成像。该复合光热试剂适用于对各类肿瘤细胞的抑制作用，活性高而稳定

2.本发明以水滑石作为载体，具有良好的生物相容性，尺寸可控，水滑石独特的二维限域作用能够将插层进入其间的吲哚菁绿充分的分散，增加吲哚菁绿的稳定性及水溶性，延长试剂半衰期，并且具有更高的光热转化效率。

3.采用本发明的应用于对肿瘤细胞的抑制，光热治疗的性能得到明显的提高。在8μg/ml的浓度下1.1W/cm² 808nm近红外光照射12min，癌细胞的存活率普遍低于15％。

4.本发明的复合超分子光热试剂易于多功能化，可以修饰多种靶向基团，如叶酸类靶向分子，抗体，基因等，进一步增加治疗和成像效果。

附图说明

图1：实施例1制备的超分子复合光热试剂的SEM图及粒径分布。

图2：实施例1制备的不同插层比例的超分子复合光热试剂的紫外吸收曲线。

图3：实施例1制备的不同插层比例的超分子复合光热试剂的光热转换曲线。

图4：实施例3和4制备的超分子复合光热试剂和叶酸修饰的超分子复合光热试剂，在不同近红外光照时间，不同给药浓度及不同药物种类的光热治疗细胞成活率柱形图。

图5：实施例3和4制备的超分子复合光热试剂和叶酸修饰的超分子复合光热试剂的光照后对肿瘤细胞的PI染色荧光图。

图6：实施例5和6制备的超分子复合光热试剂和叶酸修饰的超分子复合光热试剂的近红外成像图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1：

(1)配制硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为1:2，硝酸镁的浓度为0.1mol/L；

(2)配制不同比例的十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比分别为1：99，2：98，3：97，5：95，10：90，吲哚菁绿的浓度为2mmol/L；

(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)配制的溶液混合，然后将浓度为0.2mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8；然后控制水浴温度55℃，机械搅拌36小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于65℃烘箱中烘干，即得超分子复合光热试剂。

将制得的超分子复合光热试剂在近红外光照下测试其光热转换效率。近红外光波长808nm，光能量密度1.1W/cm²，光照时间8min，温度记录时间间隔30s，测试不同比例超分子复合光热试剂的光热转换效率。同时结合不同插层比例的超分子复合光热试剂的分散性筛选出最佳的插层比例为2％。

实施例2：

(2)配制十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比为2：98，吲哚菁绿的浓度为2mmol/L；

(3)将叶酸分散到二次蒸馏水中，并加入浓度为0.2mol/L NaOH溶液调节至叶酸恰好完全溶解，叶酸的浓度为0.02mol/L，叶酸与可溶三价金属盐的摩尔比为1:5；

(4)在氮气保护下，将步骤(1)、(2)和(3)配制的溶液混合，然后将浓度为0.2mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8；然后控制水浴温度55℃，机械搅拌36小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于65℃烘箱中烘干，即得叶酸修饰的超分子复合光热试剂。

将制得的叶酸修饰的超分子复合光热试剂在近红外光照下测试其光热转换效率。近红外光波长808nm，光能量密度1.1W/cm²，光照时间8min，温度记录时间间隔30s，测试不同比例的叶酸修饰的超分子复合光热试剂的光热转换效率。

实施例3：

(1)配制硝酸镁和硝酸铝的混合盐溶液，硝酸镁和硝酸铝的摩尔比为1:3，硝酸镁的浓度为0.1mol/L；

(2)配制不同比例的十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为3:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比分别为1：99，2：98，3：97，5：95，10：90，吲哚菁绿的浓度为5mmol/L；

(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)配制的溶液混合，然后将浓度为0.2mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为9；然后控制水浴温度55℃，机械搅拌36小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于65℃烘箱中烘干，即得超分子复合光热试剂。

将制得的超分子复合光热试剂加入到培养好的肿瘤细胞中，肿瘤细胞的个数为每孔10⁴个。首先筛选出最佳的近红外光照时间及给药浓度，其次按照这个光照时间和给药浓度比较不同给药组的光热治疗效果。

实施例4：

(2)配制十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比为2：98，吲哚菁绿的浓10mmol/L；

(3)将叶酸分散到二次蒸馏水中，并加入NaOH溶液调节至叶酸恰好完全溶解，叶酸的浓度为0.02mol/L，叶酸与可溶三价金属盐的1:5；

(4)在氮气保护下，将步骤(1)、(2)和(3)配制的溶液混合，然后将浓度为0.2mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为9；然后控制水浴温度55℃，机械搅拌36小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于65℃烘箱中烘干，即得叶酸修饰的超分子复合光热试剂。

将制得的叶酸修饰的超分子复合光热试剂加入到培养好的肿瘤细胞中，肿瘤细胞的个数为每孔10⁴个。首先筛选出最佳的近红外光照时间及给药浓度，其次按照这个光照时间和给药浓度比较不同给药组的光热治疗效果。与实施例3制备的超分子复合光热试剂相比，相同条件下，叶酸修饰的超分子复合光热试剂的光热治疗效果最佳，达到细胞成活率14.8％。

实施例5：

(1)配制硝酸锌和硝酸铝的混合盐溶液，硝酸锌和硝酸铝的摩尔比为1:2，硝酸锌的浓度为0.1mol/L；

(2)配制不同比例的十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比分别为1：99，2：98，3：97，5：95，10：90，吲哚菁绿的浓度为10mmol/L；

(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)配制的溶液混合，然后将浓度0.2mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8.5；然后控制水浴温度55℃，机械搅拌36小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于65℃烘箱中烘干，即得超分子复合光热试剂。

将制得的超分子复合光热试剂以最佳的给药浓度加入到培养好肿瘤细胞的六孔板中，肿瘤细胞的个数为每孔5×10⁵个。三小时后吸出培养基，PBS清洗3遍。激光共聚焦显微镜考察复合光热试剂的近红外成像性能。

实施例6：

(2)配制十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的混合溶液，超声均匀分散；十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔数之和等于步骤(1)中可溶三价金属盐的摩尔数，溶剂为甲醇和水的混合溶剂，甲醇和水的体积比为1:1，十二烷基磺酸钠与吲哚菁绿的摩尔比为2：98，吲哚菁绿的浓度为10mmol/L；

(3)将叶酸分散到二次蒸馏水中，并加入NaOH溶液调节至叶酸恰好完全溶解，叶酸的浓度为0.02mol/L，叶酸与可溶三价金属盐的摩尔比为1:5；

(4)在氮气保护下，将步骤(1)、(2)和(3)配制的溶液混合，然后将浓度为0.2mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8.5；然后控制水浴温度55℃，机械搅拌36小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于65℃烘箱中烘干，即得叶酸修饰的超分子复合光热试剂。

将制得的叶酸修饰的超分子复合光热试剂以最佳的给药浓度加入到培养好肿瘤细胞的六孔板中，肿瘤细胞的个数为每孔5×10⁵个。三小时后吸出培养基，PBS清洗3遍。激光共聚焦显微镜考察复合光热试剂的近红外成像性能。

Claims

1.一种超分子复合光热试剂的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：

(3)在氮气保护下，将步骤(1)和步骤(2)配制的溶液混合，然后将浓度为0.1mol/L-0.5mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8-9；然后控制水浴温度50-60℃，机械搅拌36-48小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于60-65℃烘箱中烘干，即得超分子复合光热试剂；

2.根据权利要求1所述的方法制备得到的超分子复合光热试剂在制备肿瘤光热治疗及近红外成像试剂中的应用，其特征在于，所述的超分子复合光热试剂用量为0.02-10μg/10⁴cell，光能量密度0.5-1.5W/cm²，808nm近红外光照2min-15min。

3.一种叶酸修饰的超分子复合光热试剂的制备方法，其特征在于，其具体制备步骤如下：

(4)在氮气保护下，将步骤(1)、(2)和(3)配制的溶液混合，然后将浓度为0.1mol/L-0.5mol/L的NaOH溶液逐滴滴入至pH为8-9；然后控制水浴温度50-60℃，机械搅拌36-48小时；反应完成后，过滤得沉淀，去离子水离心清洗，最后置于60-65℃烘箱中烘干，即得叶酸修饰的超分子复合光热试剂；

4.根据权利要求3所述的方法制备得到的叶酸修饰的超分子复合光热试剂在制备肿瘤光热治疗及近红外成像试剂中的应用，其特征在于，所述的叶酸修饰的超分子复合光热试剂用量为0.02-10μg/10⁴cell，光能量密度0.5-1.5W/cm²，808nm近红外光照2min-15min。