CN107349429B

CN107349429B - 一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒及其制备和应用

Info

Publication number: CN107349429B
Application number: CN201710586279.XA
Authority: CN
Inventors: 邵敬伟; 郭燕; 许爱笑
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: CN107349429A

Abstract

本发明属于抗肿瘤转移化合物领域，具体涉及一种核酸适配体‑熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒及其制备和应用。本发明通过将抗癌活性药物熊果酸与氨基化的适配体在水和DMSO所组成的共溶性体系中通过酰胺键偶联，利用溶剂交换法制得无载体自组装纳米粒，得到治疗肿瘤转移的适配体和熊果酸偶联靶向药物，在肿瘤转移方面的效果显著性提升。

Description

一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒及其制备和应用

技术领域

本发明属于抗肿瘤转移化合物领域，具体涉及一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒及其制备和应用。

背景技术

肿瘤侵袭与转移是肿瘤细胞的恶性生物学行为，见于肿瘤发展的中后阶段。肿瘤侵袭也称为肿瘤直接扩散(direct spread)。瘤细胞不连续性播散，并在远隔部位生长的过程为转移(metastasis)。上述过程是一个复杂的、多步骤的过程，大致包括肿瘤细胞从原发肿瘤灶脱离；降解基底膜，向外浸润、迁移并粘附于血管内皮细胞；进入循环系统随着血流到达并停留于远处的血管壁；穿过血管侵入细胞外基质，最后在特定的组织或器官形成转移灶这样一个过程。

肿瘤转移过程牵涉到细胞脱落、浸润、迁移运行、着床、新生血管生成等，理论上讲，只要能够阻止上述一个或多个过程，就能抑制肿瘤转移。目前抗肿瘤转移药物的研究也是针对肿瘤转移的各个环节，寻找具有不同药理作用的受试物。研究较多的有抑制癌细胞粘附、抑制蛋白水解酶对基底膜降解、抑制癌细胞运动、抑制肿瘤新生血管形成、抗血管内凝聚以及抗信息传递的制剂等。

抗肿瘤和抗肿瘤转移是肿瘤治疗中不同的概念，抗肿瘤是指药物能够抑制肿瘤生长并能够起到肿瘤杀伤的作用，目前临床上常见的药物主要是一些放化疗药物，但是患者的存活率依然很低。抗肿瘤转移是指在肿瘤转移的过程，药物能够抑制肿瘤细胞的迁移、粘附或侵袭等步骤，起到抑制肿瘤转移的效果。肿瘤转移是恶性肿瘤的的一种重要生物学表征，是导致癌症患者死亡的首要因素。没有发生转移的恶性肿瘤的治疗预后很好；而发生转移的肿瘤细胞也大大增加了肿瘤复发的几率，降低了病人的生存率。据统计，在临床上约有90％的癌症患者死于肿瘤转移(Gupta and Massague，2006；Hanahan and Weinberg，2011)。肿瘤细胞侵袭转移是癌症导致患者死亡的重要原因，而肿瘤的侵袭和迁移是肿瘤转移的最重要的环节，抑制肿瘤细胞的转移，才能更好的预防患者的癌症复发和转移。然而目前上市药物中，抗肿瘤转移的药物种类较少。因此，肿瘤转移是肿瘤临床治疗实践中迫切需要解决的问题，也是当前研究的热点。

熊果酸是一种广泛存在于天然植物中的一种三萜类化合物，大量的研究发现，该物质具有抗癌、诱导癌细胞分化的作用，它不仅能够有效抑制细胞增殖分化，诱导其凋亡，而且小鼠体内实验也表明熊果酸具有增强免疫的功能。虽然有研究表明熊果酸具有抗血管生成的作用，但是由于其在抗肿瘤转移方面的效果不太理想，所以熊果酸在肿瘤转移方面的研究较少。

核酸适配体(aptamer)是一类寡核苷酸片段，包括核糖核酸(RNA)和单链脱氧核糖核酸(ssDNA)，可与不同的靶标分子高亲和力特异性结合。它可作用于蛋白质、金属离子、小分子化合物、细胞膜表面受体等靶标。较之抗体、多肽等较常见的靶向性配体，核酸适配体体积相对较小、免疫原性较低且易于体外筛选、性质稳定、易合成、易标记、分子量较小和目标分子广泛等优势。随着研究不断深入，以适配体靶向纳米递送系统在肿瘤治疗中将会有广阔的应用前景。

申请人在增加熊果酸靶向性研究中发现，抗癌活性药物熊果酸与适配体在水和DMSO所组成的共溶性体系中通过酰胺键偶联，利用溶剂交换法来制备无载体纳米粒，得到治疗肿瘤转移的适配体和熊果酸偶联靶向药物，在肿瘤转移方面的效果显著性提升。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒及其制备和应用。该无载体偶联物纳米粒极大提高了熊果酸在肿瘤转移方向治疗的效果，有效控制肿瘤的迁移，抑制肿瘤细胞粘附和侵袭，从而达到有效地防止和控制抗肿瘤转移的目的。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒的制备方法：将氨基化的核酸适配体和熊果酸在水和DMSO所组成的共溶性体系中通过酰胺键偶联，利用溶剂交换法制得无载体纳米粒。

所述核酸适配体为HER2适配体，其序列为5′-AAC CGC CCA AAT CCC TAA GAG TCTGCA CTT GTC ATT TTG TAT ATG TAT TTG GTT TTT GGC TCT CAC AGA CAC ACT ACA CACGCA CA-3′，86 bp；其来源于市售。该核酸适配体的序列还可以根据具体需要而进行选择。

所述的偶联物无载体自组装纳米粒的制备方法，包括以下步骤：

1）将一定量的熊果酸溶解于DMSO中，得溶液A；往溶液A中依次加入EDC和NHS，于室温搅拌一段时间制得溶液B；

2）在磁力搅拌条件下将氨基化的核酸适配体缓慢加入到溶液B中，于室温条件下避光搅拌反应16 h后，调pH至中性；然后将上述混合液置于截留分子量为1000的透析袋中，连续透析3天，透析得到的产物再置于截留分子量为25000的透析袋，连续透析3天，冷冻干燥后得到熊果酸-核酸适配体偶联物；

3）将熊果酸-核酸适配体偶联物溶于良性溶剂，得溶液C；将溶液C缓慢滴入至搅拌中的不良溶剂中，搅拌、超声后得溶液D；

4）将溶液D中的良性溶剂吹干，剩余物经冷冻干燥后即可得核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒。

更具体的，所述的偶联物无载体自组装纳米粒的制备方法，具体步骤为：

（1）精密称取熊果酸4.53mg，加入熊果酸量的5-20倍体积的DMSO搅拌溶解，直至熊果酸完全溶解，记为溶液A；往溶液A中依次加入3.6mg EDC和1.8mg NHS，于室温下搅拌1h左右将药物熊果酸进行活化，记为溶液B；

（2）将H₂N-HER2核酸适配体在磁力搅拌条件下缓慢加入到溶液B中，其浓度为1ng/mL-10ng/mL；于室温下避光搅拌反应16 h后，用1M NaOH调pH至中性；将上述混合液置于截留分子量为1000的透析袋中，之后透析袋放在含40wt%甲醇、pH为7.4的PBS缓冲液中连续透析3天，透析得到的产物再置于截留分子量为25000的透析袋在超纯水中连续透析3天，冷冻干燥后即得到熊果酸-核酸适配体偶联物（UA-Ap）；

（3）将UA-Ap溶于良性溶剂，记为溶液C；将溶液C缓慢滴入至搅拌中的不良溶剂中，搅拌1.5h-2h后，超声20min，记为溶液D；其中溶液C与不良溶剂的体积比为1:10-1:100，UA-Ap纳米粒在溶液D中的浓度为100μM-2000μM；

（4）将超声后的溶液D吹干，即可得所述的适配体和熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒（UA-Ap NPs）。

所述的良性溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酮、正丙醇、甲醇、吡啶、乙酸、二甲基亚砜一种或多种的混合，不良溶剂为磷酸盐缓冲液、水、生理盐水、葡萄糖溶液一种或多种的混合。

一种如上所述的制备方法制得的核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒，其粒径为120-180nm。

一种如上所述的核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒在制备抗肿瘤转移药物中的应用。

本发明的优点在于：

1）本发明偶联物无载体自组装纳米粒极大提高了熊果酸在肿瘤转移方向治疗的效果，有效控制肿瘤的迁移，抑制肿瘤细胞粘附和侵袭，从而达到有效地防止和控制抗肿瘤转移的目的；

2）本发明的UA-Ap可通过Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7等荧光偶联标记Ap制成的无载体自组装纳米药物UA-Ap-Cy3~7，具有体内外成像功能；

3）本发明的UA-Ap无载体自组装纳米药物可通过跟异硫氰酸荧光素（FITC）、花菁染料（Cy3、Cy3.5、Cy5、Cy5.5、Cy7）、吲哚菁绿（ICG）等荧光染料共组装，具有体内成像功能，从而实现诊疗一体化；

4）本发明所制备的UA-Ap无载体自组装纳米药物制备过程简单、方便。

附图说明

图1为实施例1中UA-Ap无载体自组装纳米粒的粒径图；

图2为实施例1中UA-Ap无载体自组装纳米粒的电势图；

图3为实施例2中制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒，呈淡蓝色；

图4为实施例2中UA-Ap无载体自组装纳米粒的粒径图；

图5为实施例2中UA-Ap无载体自组装纳米粒的电势图；

图6为UA-Ap无载体自组装纳米粒对BT474肿瘤细胞的抗迁移作用；

图7为UA-Ap无载体自组装纳米粒对BT474肿瘤细胞的抗侵袭作用；

图8为UA-Ap无载体自组装纳米粒对BT474肿瘤细胞的抗粘附作用；

图9为UA-Ap无载体自组装纳米粒的BT474细胞荧光成像；

图10 为ICG@UA-Ap无载体自组装纳米粒的体内小动物成像。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案作进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1

一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒的制备方法，具体步骤为：

1）精密称取4.53mg熊果酸(UA)，加入20 mL 二甲基亚砜（DMSO）溶解，依次加入3.6mg EDC和1.8mg NHS，于室温25℃下搅拌1 h，得到活化的熊果酸溶液。

HER2适配体序列：5’-AAC CGC CCA AAT CCC TAA GAG TCT GCA CTT GTC ATT TTGTAT ATG TAT TTG GTT TTT GGC TCT CAC AGA CAC ACT ACA CAC GCA CA-3’，86 bp。

2）称取1.5ng氨基化的适配体溶解于纯化水中，磁力搅拌条件下缓慢加入至上述熊果酸溶液，于室温下避光反应16 h后，用1M NaOH调pH至中性；将上述混合液置于截留分子量为1000的透析袋中，之后透析袋放在含40wt%甲醇pH为7.4的PBS缓冲液中连续透析3天，透析得到的产物再置于截留分子量为25000的透析袋在超纯水中连续透析3天，冷冻干燥后即得到熊果酸适配体偶联物无载体自组装纳米粒（UA-Ap）。采用傅里叶红外光谱仪测定UA-Ap纯品红外吸收光谱。样品充分干燥，与溴化钾混合均匀压片，在4000cm-1~ 400 cm-1范围内扫描。

结果如下：

UA图谱发现有明显的-COOH基团特征峰V_O-H 3000cm^-1， V_C=O 1705 cm^-1；UA-Ap偶联物发现有特征峰1659cm^-1出现，判断为-CO-NH基团中V_C=O的吸收；当UA中-COOH基团与氨基化适配体中的-NH₂基团反应成酰胺，V_C=O的吸收向低频方向移动，这是因为-CO-NH存在共轭效应，证明了UA与Ap偶联成功。

3）准确称取2.25mg的UA-Ap粉末，溶于1ml二氯甲烷中，超声溶解，取100μL的二氯甲烷溶液，逐滴加入到1ml二次水中，滴加过程中进行涡旋，滴加时间为30s，然后超声，离心，上清液即得UA-Ap纳米粒。

将实施例1制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒，使用DLS检测粒径大小。本实施例制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒的粒径164纳米左右，其粒径图如图1所示；UA-Ap无载体自组装纳米粒的电势-19.0mv，如图2所示。

实施例2

准确称取2.25mg实施例1步骤2）制得的UA-Ap粉末，溶于1ml甲醇中，超声溶解，取100μL的甲醇溶液，逐滴加入到1ml二次水中，滴加过程中进行涡旋，滴加时间为30s，然后超声，离心，上清液即得UA-Ap无载体自组装纳米粒。

将实施例2制备的UA-Ap纳米粒，使用DLS检测粒径大小。本实施例制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒粒径159.9nm，如图3所示，电势-18.1mv如图4所示。

应用实施例1

将实施例1制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒药物抗肿瘤细胞迁移活性，通过细胞划痕来测定UA-Ap无载体自组装纳米粒对BT474细胞的迁移抑制作用，具体步骤为：

（1）取对数生长期状态良好的BT474细胞，经胰蛋白酶消化后，计数并调整细胞密度为8×10⁵个/mL，配成细胞悬液。于每孔150 µl接种到12孔板中，周围用NaCl封板，置于37℃，5% CO₂培养箱中培养24 h；

（2）第二天用枪头比着直尺，尽量垂至于孔板，枪头要垂直，每个孔划3天平行的直线；

（3） PBS洗细胞3次，去处划下的细胞，加入无血清培养基；

（4）按照相应的药物浓度加入药物（UA-Ap浓度含UA:10 μM）；

（5）放入37℃ 5% CO₂培养箱，培养，24h取样，拍照。

结果如图6所示，UA在该浓度下和空白组、UA和Ap混合物、UA-Ap纳米对比，UA+Ap混合物的抗肿瘤细胞迁移和单药没有显著性差异，UA-Ap纳米组有显著性提高了两药抗BT474细胞迁移效果。

应用实施例2

为了验证实施例1制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒的抗侵袭能力，利用Traswell实验验证UA-Ap无载体自组装纳米粒对BT474的抗侵袭能力，具体步骤如下：

Transwell 法测定不同肿瘤细胞的侵袭能力，用1 mg/mL 的 Matrigel 稀释液包被Transwell 小室底部膜的上室面，4 ℃风干。弃小室中残余液体，每孔加入50 μL 的 1%BSA 无血清培养液，于37 ℃放置1h。

取指数生长期的肿瘤细胞，消化离心，弃去上清液后用含0.1% BSA 的无血

清培养基重悬。调整细胞密度至1×10⁶/mL，吸取200 μL 加入Transwell 上室，

下室加入500 μL 含有20% FBS 及含有无载体自组装纳米药物（UA-Ap浓度含UA：10 μM）的培养基。37 ℃培养24 小时后，取出Transwell 小室用PBS 洗2 遍，用棉签擦去基质胶和上室内的细胞，用95%预冷的甲醇溶液中固定20 min，后用0.1%的结晶紫染色15min，弃去染色液，用PBS 清洗2 遍。室温晾干后于正置显微镜进行观察和拍照。随机选取8个不同的视野细胞拍照并计数，实验重复3 次。结果如图7所示，UA-Ap NPs增加HER2适配体靶向后，对BT474细胞具有显著的抗侵袭能力，UA 单药和UA+Ap混合物效果不明显。

应用实施例3

为了验证实施例1制备的UA-Ap无载体自组装纳米粒的抗粘附能力，利用细胞粘附实验验证UA-Ap无载体自组装纳米粒对BT474的抗粘附能力，具体步骤如下：

细胞粘附实验：将处于对数期的BT474细胞消化后接种于24孔板，待上述24孔板的内皮细胞长满孔板时，用PBS清洗两三次，然后加入含有内皮刺激因子IL-1β，浓度为1 ng/L的培养基，在37 ℃，5% CO₂的条件下孵育4 h，以此激活内皮细胞。

4h 后取出孔板，用PBS 清洗两三次后，取对数生长期肿瘤细胞，荧光标记后制成4×10⁵ / mL^-1 单细胞悬液，并加入不同浓度药物（UA-Ap浓度含UA:10 μM）的RPM-1640 培养液，每孔500 μL。37 ℃、5% CO₂ 孵育2h 后，PBS 轻洗3 遍，控干后加入无血清培养液500 μL。然后在荧光显微镜下进行拍照。

结果如图8所示，UA-Ap 无载体自组装纳米药物对BT474细胞具有显著的抗粘附能力，UA和UA+Ap 混合物效果不明显。

应用实施例4

为了证明适配体偶联物具有荧光成像的功能，所用适配体偶联物为UA-Ap-3’-NH₂，利用共聚焦显微镜观察UA-Ap无载体自组装纳米粒的荧光成像功能，具体步骤如下：

（1）2mg的UA-Ap-3’-NH₂溶解在1mlDMSO中，搅拌，0.1mgCy5.5-NHS加入到上述溶液中，在室温下轻轻搅拌14h，加入100 μL 5%的乙酸停止反应，溶液置于截留分子量为25000的透析袋中并在超纯水中连续透析3天，冷冻干燥后即得到UA-Ap-Cy5.5，按照实施例4的方法制备成Cy5.5标记的UA-Ap无载体自组装纳米粒；

（2）取对数生长期状态良好的BT474细胞，经胰蛋白酶消化后，计数并调整细胞密度为8×10⁵个/mL，配成细胞悬液。于每孔150 µl接种到12孔板中，周围用NaCl封板，置于37℃，5% CO₂培养箱中培养24h；

（3）24h后，吸出12孔板中原培养液，加入含UA-Ap-Cy5.5纳米粒的新鲜培养基150µl，置于37 ℃， 5% CO₂培养箱中培养3h，细胞用0.9%的NaCl洗涤三遍，然后加入500µl的多聚甲醛固定10min，然后细胞核被DAPI染色15min，细胞用0.9%的NaCl洗涤三遍，最后被固定的细胞用共聚焦显微镜观察。

其结果如图9，本发明的适配体通过荧光修饰后UA-Ap-Cy5.5无载体自组装纳米粒，具有成像功能。

应用实施例5

取荧光染料ICG，浓度为5×10^-5M，在搅拌的条件下，加入实施例2中的UA-Ap无载体自组装纳米溶液中，轻轻搅拌3h，即得ICG@UA-Ap纳米药物；所制备的ICG@UA-Ap无载体自组装纳米药物具有体内成像功能，具体步骤如下：

将制备的ICG@UA-Ap无载体自组装纳米药物冻干后，用NaCl配成溶液，尾静脉注射已种BT474细胞的裸鼠体内，其用量为2.0mg/kg，用小动物成像仪拍摄体内荧光成像，其结果如图10所示，证明ICG@UA-Ap无载体自组装纳米药物在体内具有成像功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

SEQUENCE LISTING

<110> 福州大学

<120> 一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒及其制备和应用

<130> 1

<160> 1

<170> PatentIn version 3.3

<210> 1

<211> 86

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 1

aaccgcccaa atccctaaga gtctgcactt gtcattttgt atatgtattt ggtttttggc 60

tctcacagac acactacaca cgcaca 86

Claims

1.一种核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒在制备抗肿瘤转移药物中的应用，其特征在于：将氨基化的核酸适配体和熊果酸在水和DMSO所组成的共溶性体系中通过酰胺键偶联，利用溶剂交换法制得无载体自组装纳米粒，粒径为120-180nm；

所述的核酸适配体为HER2适配体，其序列为5′-AAC CGC CCA AAT CCC TAA GAG TCTGCA CTT GTC ATT TTG TAT ATG TAT TTG GTT TTT GGC TCT CAC AGA CAC ACT ACA CACGCA CA-3′；

核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒的制备方法包括以下步骤：

4）将溶液D中的良性溶剂吹干，剩余物经冷冻干燥后即可得核酸适配体-熊果酸的偶联物无载体自组装纳米粒；

步骤3）中，所述的良性溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酮、正丙醇、甲醇、吡啶、乙酸和二甲基亚砜中的一种或多种的混合；所述的不良溶剂为磷酸盐缓冲液、水、生理盐水和葡萄糖溶液一种或多种的混合；

步骤3）中，搅拌的时间为1.5h-2h，超声的时间为20min；

步骤3）中，溶液C与不良溶剂的体积比为：1:10-1:100，熊果酸-核酸适配体偶联物在溶液D中的浓度为100μM-2000μM。