CN105920611B - 一种多功能抗癌中药纳米载体及其应用 - Google Patents

一种多功能抗癌中药纳米载体及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能抗癌中药纳米载体及其应用，其中多功能抗癌中药纳米载体是铁基多孔金属有机框架包覆的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。该铁基多孔有机框架具有高效装载双氢青蒿素的能力；同时包覆在所述碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子表面的铁基多孔有机框架在肿瘤细胞微酸性环境下能降解，实现同步释放三价铁离子和双氢青蒿素，三价铁离子再进一步被细胞内铁还原酶还原成二价亚铁离子，二价亚铁离子将催化双氢青蒿素产生自由基，进而杀死肿瘤细胞。

Description

一种多功能抗癌中药纳米载体及其应用
一、技术领域
本发明涉及一种多功能抗癌中药纳米载体及其应用，属于抗癌药物载体技术领域。
二、背景技术
癌症是目前人类面临的最大疾病威胁之一，近30年来癌症发病率一直呈上升趋势，据世界卫生组织(WHO)报告，中国平均每年癌症新发病例约为220万，因癌症死亡人数约为160万。近20年来，中国癌症死亡率上升了近30％，居死亡原因之首。
化学治疗仍然是肿瘤治疗的主要手段之一，目前临床上广泛使用的抗癌药物绝大部分仍为人工合成的，这些药物在治疗癌症的同时均有很大的毒副作用。在天然植物中寻找具有抗癌活性的高效低毒药用物质，以期开发全新抗癌药物是药物学领域一项重要课题。
青蒿素是我国在世界上首先研制成功的一种抗疟新药，它是从我国民间用于治疗疟疾的草药青蒿中分离出来的有过氧基团的倍半萜内酯药物，是目前抵抗疟疾耐药性效果最好的药物。
青蒿素抗疟作用的分子机理主要在于其特殊的分子结构---内过氧键，在亚铁离子的作用下，内过氧键发生裂解产生大量的自由基，继而杀死疟原虫。也正因为如此，青蒿素及其类似物也被应用于癌症的治疗方面。近年来，有文献报道肿瘤细胞较正常组织细胞含有丰富的铁，青蒿素类化合物可以通过与亚铁离子结合产生自由基，导致肿瘤细胞关键组分(脂质，蛋白质，脱氧核糖核酸等)受到不可逆的损伤，藉此途径达到抗肿瘤的作用。但是肿瘤细胞中的Fe含量与红细胞中相比仍然比较低，因此需要额外给肿瘤细胞提供外源性铁，并使其与青蒿素类似物同时输送到肿瘤病灶，并在细胞内环境下释放，才有可能达到治疗癌症的目的。
虽然有文献报道青蒿素及其类似物能够治疗多种癌症，但这些结果均是将青蒿素类药物与含铁物质和癌细胞共同培养，或是先将癌细胞进行处理使其含有大量铁后再与青蒿素类药物培养得到的。此外，由于青蒿素类药物不溶于水，在聚氧乙烯蓖麻油等常用药物溶剂中溶解度也不大，导致其生物利用度很低，严重影响了其药效的发挥。
爱思唯尔生物材料杂志(Biomaterials，2015年，62卷，35～46页)报道了一种利用转铁蛋白-氧化石墨烯复合材料作为双氢青蒿素的纳米载药体，实现了同时疏运双氢青蒿素以及铁离子的方法。但是，该复合纳米载药体需要首先制备分散性很难控制的氧化石墨烯，再通过复杂方法嫁接转铁蛋白，不仅方法复杂、步骤繁琐，而且利用转铁蛋白提供铁源价格昂贵。
三、发明内容
有鉴于此，本发明旨在提供一种多功能抗癌中药纳米载体及其应用，能有效装载抗癌中药双氢青蒿素的同时又能向肿瘤细胞供应铁元素。
本发明多功能抗癌中药纳米载体，是通过如下方法制备得到的：
将碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子置于三氯化铁的乙醇溶液中，室温下浸泡20-30min，让碳层充分吸附三价铁离子，离心除去上清液之后再加入均苯三甲酸的乙醇溶液进行反应，反应结束后离心除去上清液，重复上述步骤包覆5-15次，得到多功能抗癌中药纳米载体——铁基多孔金属有机框架包覆的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。
其中碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子、三氯化铁与均苯三甲酸的质量比为(20-30)：(40-50)：(10-20)；
三氯化铁的乙醇溶液的浓度为1-5mmol/L；
均苯三甲酸的乙醇溶液的浓度为1-3mmol/L；
反应温度为50-80℃，反应时间为30-50min。
所述多功能抗癌中药纳米载体的尺寸为130-180nm。
其中碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子是按照以下方法制备得到的：
将二茂铁分散于丙酮中，加入质量浓度30％的过氧化氢水溶液，在密闭条件下于180-220℃反应48h，得到碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。
其中二茂铁、过氧化氢水溶液与丙酮的质量比为(2-4)：(10-20)：(200-300)。
本发明多功能抗癌中药纳米载体装载双氢青蒿素的过程如下：
向双氢青蒿素的丙酮溶液中加入本发明多功能抗癌中药纳米载体，超声分散均匀得到混合溶液；搅拌条件下向所述混合溶液中滴加去离子水，其中去离子水与丙酮质量比为5-10:1，滴加完后继续搅拌反应24小时完成装载双氢青蒿素的操作，丙酮挥发完全，去离子水洗涤并离心除去未装载的双氢青蒿素，在40℃真空干燥6h，得到载药粒子。
其中双氢青蒿素、多功能抗癌中药纳米载体与丙酮的质量比为(0.04-0.1)：(0.05-0.1)：(7-8)。
滴加速度控制在0.1-1mL/min。
装载反应的温度为37℃。
装载反应时的搅拌速度为1000r/min。
与现有技术相比，本发明提供了一种铁基多孔金属有机框架包覆的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米药物载体，它能大量装载双氢青蒿素，在外加磁力的诱导下，最大量地被输送到肿瘤病灶。随后纳米载药体被肿瘤细胞内吞并进入到核内体和溶酶体，同时外层的铁基多孔金属有机框架对酸性环境具有分解响应性，在酸性环境下，载药体能同步释放出双氢青蒿素和三价铁离子，三价铁离子被细胞内铁还原酶进一步还原为二价亚铁离子，进而催化双氢青蒿素中的过氧桥键产生自由基，破坏肿瘤细胞的脂质，蛋白质，脱氧核糖核酸，进而最终杀死肿瘤细胞。
四、附图说明
图1为本发明方法示意图。
图2为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体的X射线衍射图谱；
图3为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体的拉曼光谱图；
图4为本发明实施例提供的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子放大200000倍的透射电镜照片；
图5为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体(包覆5次)放大150000倍的透射电镜照片；
图6为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体(包覆10次)放大150000倍的透射电镜照片；
图7为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体(包覆15次)放大120000倍的透射电镜照片；
图8为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体的磁滞回线；
图9为本发明实施例制备的多功能抗癌中药纳米载体装载双氢青蒿素的红外光谱图；
图10为本发明实施例制备的载药粒子进行活体治疗实验后离体解剖小鼠肿瘤的相机照片；
图11为本发明实施例制备的载药粒子进行活体治疗过程中肿瘤体积变化随着疗程的关系图；
图12为本发明实施例制备的载药粒子进行活体治疗过程中小鼠体重变化随着疗程的关系图。
五、具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：
1、将0.3g二茂铁溶解于30mL丙酮中，超声分散后逐滴加入1.5mL质量浓度为30％的过氧化氢水溶液，1000r/min的速度磁力搅拌30min后，得到混合溶液；将所述混合溶液转移至40mL高压釜中，密闭条件下加热至210℃，保温反应48h，反应结束后冷却至室温，得到黑色粉末；将所述黑色粉末分别用丙酮和乙醇清洗3次，在40℃真空烘箱中干燥6h，得到碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。
对步骤1制备的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子进行电镜扫描，结果见图4。图4为本发明实施例制备的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子放大200000倍的透射电镜照片，由图4可知，得到的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子为具有核壳结构的均匀球体，直径在100nm左右，内部核为多个粒径小于20nm的纳米粒子组成的团簇。
2、多功能抗癌中药纳米载体的制备过程
将步骤1制备的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子置于7.5mL浓度为3mmol/L的三氯化铁乙醇溶液中，室温下浸泡30min，让碳层充分吸附三价铁离子。离心除去上清液之后，加入7.5mL浓度为2mmol/L的均苯三甲酸的乙醇溶液，60℃下反应30min，反应结束后离心除去上清液，重复上述步骤包覆5-15次，得到多功能抗癌中药纳米载体——铁基多孔金属有机框架包覆的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。
对本发明多功能抗癌中药纳米载体进行X射线衍射分析，结果参见图2。由图2可知，其衍射峰与四氧化三铁的衍射峰相似，同时还有铁基多孔金属有机框架的衍射峰，说明得到的产物为铁基多孔金属有机框架包覆的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。
对本发明多功能抗癌中药纳米载体进行拉曼光谱分析，结果参见图3。由图3可知，1587cm-1和1380cm-1处有sp2杂化的碳的峰，说明得到的产物中间有碳层。
图5为本发明多功能抗癌中药纳米载体(包覆5次)放大150000倍的透射电镜照片，由图5可知，包覆5次后得到的产物为具有核壳结构的均匀球体，直径为130nm。
图6为本发明多功能抗癌中药纳米载体(包覆10次)放大150000倍的透射电镜照片，由图6可知，包覆10次后得到的产物为具有核壳结构的均匀球体，直径为160nm。
图7为本发明多功能抗癌中药纳米载体(包覆15次)放大120000倍的透射电镜照片，由图7可知，包覆15次后得到的产物为具有核壳结构的均匀球体，直径为180nm。
测量本发明多功能抗癌中药纳米载体的磁滞回线，结果参见图8。由图8分析可知，得到的产物的饱和磁场强度为21.2emu/g，在室温下没有矫顽力，呈现超顺磁性。
实施例2：
向双氢青蒿素的丙酮溶液中加入本发明多功能抗癌中药纳米载体(包覆15次)，超声分散均匀得到混合溶液；搅拌条件下向所述混合溶液中滴加5mL去离子水，滴加速度控制在0.1-1mL/min，滴加完后于37℃继续搅拌反应24小时，搅拌速度为1000r/min，丙酮挥发完全，去离子水洗涤并离心除去未装载的双氢青蒿素，在40℃真空干燥6h，得到载药粒子。
其中双氢青蒿素、多功能抗癌中药纳米载体与丙酮的质量比为(0.04-0.1)：(0.05-0.1)：(7-8)。
对载药粒子进行红外光谱分析，结果参见图9。由图9可知，3400cm-1处和1626cm-1处的峰表明得到的产物表面存在羧基，800cm-1-1200cm-1以及1737cm-1属于双氢青蒿素的特征峰，说明双氢青蒿素被成功装载到铁基多孔金属有机框架包覆的碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子中。
实施例3：
分别向11.15mg双氢青蒿素、25mg实施例3制备的载药粒子中加入5mL生理盐水，超声分散均匀。
将28只接种HeLa癌细胞肿瘤的BALB/c雌性裸鼠随机分成四组，每组7只，第一组老鼠通过尾静脉注射生理盐水作为对照组，第二组老鼠通过尾静脉注射双氢青蒿素，第三组老鼠通过尾静脉注射载药粒子，第四组老鼠通过尾静脉注射载药粒子同时通过在肿瘤处外加0.1-0.2T的磁铁对载药粒子进行富集。每次注射量均为100μL，每三天注射一次，每次注射前对小鼠肿瘤体积进行测量，同时对小鼠体重进行记录。
治疗25天后，对所有小鼠进行肿瘤剥离，如图10所示，对照组、双氢青蒿素组、载药粒子组以及载药粒子加外加磁场组的肿瘤体积依次递减。
对四组老鼠肿瘤进行统计分析，如图11所示，结果表明对照组肿瘤体积是起始体积的27倍左右；双氢青蒿素组肿瘤体积是起始体积的10倍左右；载药粒子组肿瘤体积是起始体积的5倍左右；载药粒子加上外加磁场组肿瘤体积仅为起始体积的2倍左右。说明载药粒子能有效地将双氢青蒿素输送到肿瘤部位，同时在外加磁场的作用下，有更多的载药粒子富集到肿瘤部位，取得更好的肿瘤治疗效果。
对每组的老鼠体重进行统计分析，如图12所示，各组老鼠体重都有所增加，说明治疗过程中小鼠并未出现食欲不振等现象，显示了载药粒子具有良好的生物相容性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种多功能抗癌中药纳米载体，其特征在于是通过如下方法制备得到的：
将碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子置于三氯化铁的乙醇溶液中，室温下浸泡20-30min，让碳层充分吸附三价铁离子，离心除去上清液之后再加入均苯三甲酸的乙醇溶液进行反应，反应温度为50-80℃，反应时间为30-50min；反应结束后离心除去上清液，重复上述步骤包覆5-15次，得到多功能抗癌中药纳米载体；
碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子、三氯化铁与均苯三甲酸的质量比为(20-30)：(40-50)：(10-20)；
所述碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子是按照以下方法制备得到的：
将二茂铁分散于丙酮中，加入质量浓度30％的过氧化氢水溶液，在密闭条件下于180-220℃反应48h，得到碳包超顺磁性四氧化三铁纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的多功能抗癌中药纳米载体，其特征在于：
三氯化铁的乙醇溶液的浓度为1-5mmol/L；
均苯三甲酸的乙醇溶液的浓度为1-3mmol/L。
3.根据权利要求1所述的多功能抗癌中药纳米载体，其特征在于：
所述多功能抗癌中药纳米载体的尺寸为130-180nm。
4.根据权利要求1所述的多功能抗癌中药纳米载体，其特征在于
二茂铁、过氧化氢水溶液与丙酮的质量比为(2-4)：(10-20)：(200-300)。
5.一种权利要求1所述的多功能抗癌中药纳米载体的应用，其特征在于：
向双氢青蒿素的丙酮溶液中加入多功能抗癌中药纳米载体，超声分散均匀得到混合溶液；搅拌条件下向所述混合溶液中滴加去离子水，其中去离子水与丙酮质量比为5-10：1，滴加完后继续搅拌反应24小时完成装载双氢青蒿素的操作，丙酮挥发完全，去离子水洗涤并离心除去未装载的双氢青蒿素，在40℃真空干燥6h，得到载药粒子；
其中双氢青蒿素、多功能抗癌中药纳米载体与丙酮的质量比为(0.04-0.1)：(0.05-0.1)：(7-8)。
6.根据权利要求5所述的多功能抗癌中药纳米载体的应用，其特征在于：
滴加去离子水的滴速控制在0.1-1mL/min。
7.根据权利要求5所述的多功能抗癌中药纳米载体的应用，其特征在于：
装载反应的温度为37℃。
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