CN108543071A - 用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统及其应用 - Google Patents

用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统及其应用。以四氧化三铁为磁性配体，以介孔硅‑石墨烯纳米片为基础载体，通过亲水性聚合物聚乙二醇获得递药载体，所述递药载体与难溶性小分子化疗药物阿霉素形成介孔硅‑石墨烯纳米片‑四氧化三铁‑聚乙二醇/阿霉素递药系统。本发明可用于乳腺癌联合精准治疗(化疗和光热治疗联合)，能显著提高乳腺癌细胞的死亡率。与现有技术构建的递药系统比较，集合多种优势于一身，通过单一递药系统即可实现乳腺癌化疗和光热治疗的联合靶向治疗，能够降低全身毒副作用，优良的药物释放特性可避免重复繁琐给药，提高患者顺应性。

Description

用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统及其应用
技术领域
本发明涉及用于联合靶向治疗的递药系统，具体是一种用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统及其应用。
背景技术
现有资料显示，乳腺癌已成为女性最常见的恶性肿瘤，且是引起女性死亡的主要病因之一。目前临床的标准治疗是手术切除后联合化疗和放疗，但乳腺癌分型较多，每种分型的预后不同，导致术后放化疗效果不理想，预后较差且化疗副作用较大，很大程度上影响患者生存时间。其主要原因可能是目前的化疗尚缺乏精准靶向性，在肿瘤部位药量不足，全身毒副作用大，患者顺应性差。研究显示，石墨烯负载四氧化三铁在外力作用下具有导向性，且石墨烯自身产生的光热治疗具有创伤性低，化疗敏感性高的特点，可协同化疗提高抗肿瘤效果。因此，精准化疗联合光热治疗对乳腺癌的治疗是一种全新的手段。
为了提高疗效同时避免重复繁琐给药，临床实践中需要单一的给药系统能同时拥有精准化疗和光热治疗的功能。石墨烯纳米片具有生物相容性好、结构均一、价格低等优势，受到学者广泛关注。研究显示，石墨烯纳米片是一种良好的药物载体，可有效携带难溶性抗肿瘤药物、蛋白、各种离子、基因药物和生物成像剂等进入细胞。更为重要的是，石墨烯纳米片负载磁性离子在外力下具有导向性，且其本身是一种具有高近红外吸收的光敏剂，因此修饰后的石墨烯复合体可用于肿瘤的精准化疗和光热治疗。但是，石墨烯纳米片主要通过非共价结合如π-π相互作用吸附难溶性药物分子，载药量较低，限制了其在生物医药领域的应用。但表面较进行功能化修饰后，功能大大增强，近期有研究报道了一种新材料——介孔硅包封的石墨烯纳米片(GS)。目前该材料主要应用于吸附分离和传感器领域。
外力介导的主动精准技术是提高肿瘤蓄积、降低全身毒副作用的主要手段之一。作为一种典型的功能复合材料，纳米石墨烯-四氧化三铁（GO-IONP）纳米复合材料在生物医学领域引起广泛的关注。这是因为GO-IONP可以作为一种造影剂用于细胞标记和磁共振成像，还可以作为一种载体进行细胞内的药物输送。鉴于GO-IONP本身固有的磁学性质，RGO-IONP具有很好的肿瘤被动富集能力。在外磁力的作用下, RGO-IONP可携带治疗药物很好的聚集在肿瘤部位，进行高效的、低副作用的治疗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统及其应用，利用介孔硅球是一种研究较为成熟、难溶性化疗药物的载体的特点，将介孔硅与石墨烯纳米片表面连接，将两者的界面性质优点结合起来，结合介孔硅-石墨烯纳米片-四氧化三铁-聚乙二醇作为递药载体，具有以下理论优势：(1) 增大比表面积，提高载药量；(2) 提高石墨烯纳米片的亲水性，生理介质中更易于分散；(3) 使材料表面更易于功能化，且功能化修饰更均匀，成为一种优良的递药载体。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
一种用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，包括递药载体和化疗药物；以四氧化三铁为磁性配体，以介孔硅-石墨烯纳米片(GS) 为基础载体，通过亲水性聚合物聚乙二醇(PEG)获得递药载体，所述递药载体与难溶性小分子化疗药物阿霉素(DOX) 形成介孔硅-石墨烯纳米片-四氧化三铁-聚乙二醇/阿霉素递药系统(GS-PEG-IONP/DOX)。
上述用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统的应用：在制备联合化疗和光热治疗乳腺癌的递药系统中的用途。具体的，所述的递药系统中，GS 表面覆盖介孔硅的石墨烯纳米片，所述GS 在近红外的强吸收性质进行光热治疗；所述的递药系统中，GS 表面介孔硅的吸附作用以及石墨烯纳米片的π-π相互作用高效负载DOX，进行化疗。
采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出优点在于：
设计了多功能的药物递释系统GS-PEG-IONP/DOX，通过单一的递药系统实现乳癌精准化疗与光热治疗的联合治疗，显著提高递药系统对乳腺癌细胞的杀伤作用。具体的：
(1) 对DOX 的载药量和包封率高，有利于化疗；
(2) 近红外吸收强，热转换效率高，有利于光热治疗；
(3) IONP的修饰赋予递药系统主动趋向乳腺癌病变位置的性质；
(4) 优良的药物释放特性，包括热触发释放、pH 敏感释放和缓释作用，有利于乳腺癌长期、低伤害性的治疗。
与现有技术构建的递药系统比较，本发明制备的递药系统集合多种优势于一身，使用单一递药系统可实现乳腺癌精准化疗和光热治疗的联合治疗，极大的降低全身毒副作用，优良的药物释放特性可避免重复繁琐给药，减少患者痛苦。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
所述的PEG修饰的递药载体由GS、PEG 和IONP通过共价方式连接，其中，按重量份数计，PEG 与GS 的投料比是1.5～3.5∶1，IONP与GS 的投料比是1～10∶1。
所述递药载体与化疗药物DOX 形成50～200纳米大小的递药系统。
所述的递药载体按下述方法制备：通过表面活性剂自组装法在石墨烯纳米片表面包被介孔硅，所得GS和PEG 以1∶1.5～3.5的投料比溶于pH值为8.0磷酸盐缓冲液中，室温搅拌反应2小时，两种分子中的基团特异性反应，生成GS-PEG，离心法除去未反应PEG 并更换为pH 值为7.0磷酸盐缓冲液；IONP以1～10∶1的投料比与GS-PEG 室温搅拌反应24小时后生成GS-PEG-IONP，离心法除去未反应的IONP，即得所述的递药载体。
所述的基础载体GS，所包被介孔硅占GS的含量是30％～40％，介孔孔径为2～4纳米。
所述的递药系统按下述方法制备：将DOX 的甲醇储备液加入制备的GS-PEG- IONP递药载体中，DOX和载体的投料比为2∶1，室温搅拌反应24小时，离心法除去未载入的DOX，氮气吹干，即得所述的递药系统。
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明。
本实施例给出的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统由聚乙二醇修饰的介孔硅-石墨烯纳米片-四氧化三铁递药载体和化疗药物构成，具体是：
采用源于四氧化三铁为磁性配体，介孔硅-石墨烯纳米片(简称GS) 为基础载体，通过亲水性聚合物聚乙二醇(简称PEG) 连接四氧化三铁构建递药载体；所获得的递药载体与难溶性小分子化疗药物阿霉素( 简称DOX) 形成50～200纳米大小的递药系统，即用于乳腺癌联合精准治疗的介孔硅-石墨烯纳米片-四氧化三铁-聚乙二醇/阿霉素(简称(GS-PEG-IONP/DOX)。
该介孔硅-石墨烯纳米片-四氧化三铁-聚乙二醇/阿霉素(GS-PEG-IONP/DOX)，可用于乳腺癌联合精准治疗(化疗和光热治疗联合)，能显著提高乳腺癌细胞的死亡率。
本实施例中，递药载体以GS、PEG 和IONP为组分，三者以共价方式连接制备PEG修饰的递药载体(简称GS-PEG-IONP)。其中，PEG 与GS 的投料比是1.5～3.5∶1，IONP与GS 的投料比是0.5 ～1∶1。
本实施例中，按下述方法制备递药载体：
通过表面活性剂自组装法在石墨烯纳米片表面包被介孔硅，所得GS和PEG以1∶1.5～3.5的投料比溶pH值为8.0磷酸盐缓冲液中，室温搅拌反应2小时，两种分子中含有的基团发生特异性反应，生成GS-PEG，离心法除去未反应的PEG并更换为pH值为7.0磷酸盐缓冲液。之后，IONP以1～10∶1的投料比与GS-PEG(以GS的质量计算) 室温搅拌反应24小时后生成GS-PEG-IONP，离心法除去未反应的IONP，即得。
本实施例中，按下述方法制备递药系统：
将DOX的甲醇储备液(1mg/ ml) 加入上述制备的GS-PEG- IONP递药载体中，DOX 和载体(以GS的质量计算) 的投料比为2∶1，室温搅拌反应24 小时，离心法除去未载入的DOX，氮气吹干，即得。
本实施例中，基础递药载体GS，所包被介孔硅占GS的含量是30％～40％，介孔孔径为2～4纳米。
采用红外光谱技术对本实施例制备的递药载体及其制备过程的中间产物进行结构鉴定，结果显示，在GS 成功制备的同时，氧化石墨烯表面的C＝O振动(1725cm-1)和C-O振动(1382cm-1) 减弱或消失，说明GS 中石墨烯是还原型的。同时，在2921cm-1和2853cm-1处产生C-H 的反对称伸缩振动和对称伸缩振动，以及在1083cm-1和791cm-1处产生Si-O-Si的反对称伸缩振动和对称伸缩振动，说明氨基化介孔硅的形成。C-H 键的反对称和对称伸缩振动的加强(2921cm-1和2853cm-1) 以及不饱和C-H 键的伸缩振动(3050-3300cm-1)、苯环C-C键伸缩振动(1540cm-1)、C-H 键(1452cm-1) 以及羧基的O-H 键(1380cm-1) 弯曲振动等的出现，都说明PEG 和IONP成功修饰到GS 上，即GS-PEG 和GS-PEG- IONP合成成功。
采用透射电镜观察递药载体的表面形态，结果显示，单纯的氧化石墨烯纳米片在50～250 纳米左右。还原、细化并在表面覆盖介孔硅后，大部分GS纳米片的尺寸在50 ～150纳米左右，纳米片上介孔清晰可见，孔径约为2.5 纳米，并且其孔道垂直于石墨烯纳米片表面，孔道深度在25 纳米左右。
采用紫外-可见分光光度法测定氧化石墨烯、GS、GS-PEG 和GS-PEG-IONP的吸收光谱，结果显示，GS-PEG-IONP在800～850 纳米的近红外窗具有最高的吸收。
采用808 纳米的激光器和精密热电偶测定GS-PEG-IONP 的光热效应，结果显示固定溶液浓度时，溶液温度随着能量强度增加而增加，固定能量强度时，溶液温度随着溶液浓度增加而增加。
采用3.0T超导核磁测定GS-PEG-IONP 的超顺磁性效应，结果显示在外界磁力的引导下时，溶液浓度随着所受外界磁场的时间增加而增加，溶液浓度在肿瘤区域的分布显著高于未受磁力区域的浓度。
采用抗肿瘤化疗药物DOX 为模型药物，构建GS-PEG IONP 包载DOX 的递药系统(简称GS-PEG- IONP /DOX)，采用荧光光谱法检测GS-PEG- IONP /DOX 的载药量和包封率。结果显示，以GS 的质量计算，GS-PEG- IONP的载药量为1.36±0.21μg DOX/μg GS，包封率为61.45±8.69％。
考察不同pH 条件和是否近红外光照时递药系统中DOX 的累积释放情况，结果显示，GS-PEG- IONP /DOX 中DOX 的释放呈pH 敏感性。pH降低，DOX的释放增加，近红外光照可明显提高同等条件下GS-PEG- IONP /DOX 中DOX 的累积释放量，在pH5.0 时，近红外光照组24小时的DOX 累积释放量(16％) 约是无光照组(5.6％) 的3倍左右，表明近红外光照可显著提高递药系统中DOX 的释放，从而增加化疗的敏感性。另外，从结果可知，DOX 的释放缓慢，具有显著好的缓释效果。
本实施例制备的递药载体或递药系统与乳腺癌MCF-7细胞孵育30 分钟，共聚焦显微镜定性观察结果显示，在浓度为50μg/ml( 以GS 质量计算) 时，精准化疗和光热治疗联合治疗组(GS-PEG-IONP /DOX+NIR组) 的肿瘤细胞死亡高于单纯的精准化疗组(GS-PEG-IONP/DOX 组) 或单纯的化疗组(GS-PEG /DOX 组) 以及单纯的光热治疗组(GS-PEG-IONP+NIR 组)；单纯的精准化疗组(GS-PEG- IONP/DOX 组) 肿瘤细胞死亡高于单纯的化疗组(GS-PEG /DOX 组)，提示联合精准治疗可显著的杀灭肿瘤细胞。此外，单纯GS-PEG- IONP组未检测到明显细胞毒性。
本实施例所制备的具有顺磁性石墨烯纳米片递药系统，可用于肝癌、肺癌、肠癌、头颈癌、卵巢癌、恶性肾细胞癌等实体肿瘤的精准化疗和光热联合向治疗。
以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书的内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (9)

1.一种用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，包括递药载体和化疗药物；其特征在于：以四氧化三铁为磁性配体，以介孔硅-石墨烯纳米片(GS) 为基础载体，通过亲水性聚合物聚乙二醇(PEG)获得递药载体，所述递药载体与难溶性小分子化疗药物阿霉素(DOX) 形成介孔硅-石墨烯纳米片-四氧化三铁-聚乙二醇/阿霉素递药系统(GS-PEG-IONP/DOX)。
2.根据权利要求1 所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，其特征在于，所述的PEG修饰的递药载体由GS、PEG 和IONP通过共价方式连接，其中，按重量份数计，PEG 与GS的投料比是1.5～3.5∶1，IONP与GS 的投料比是1～10∶1。
3.根据权利要求1所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，其特征在于，所述递药载体与化疗药物DOX 形成50～200纳米大小的递药系统。
4.根据权利要求1 所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，其特征在于：所述的递药载体按下述方法制备：通过表面活性剂自组装法在石墨烯纳米片表面包被介孔硅，所得GS和PEG 以1∶1.5～3.5的投料比溶于pH值为8.0磷酸盐缓冲液中，室温搅拌反应2小时，两种分子中的基团特异性反应，生成GS-PEG，离心法除去未反应PEG 并更换为pH 值为7.0磷酸盐缓冲液；IONP以1～10∶1的投料比与GS-PEG 室温搅拌反应24小时后生成GS-PEG-IONP，离心法除去未反应的IONP，即得所述的递药载体。
5.根据权利要求1 所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，其特征在于，所述的基础载体GS，所包被介孔硅占GS的含量是30％～40％，介孔孔径为2～4纳米。
6.根据权利要求1 所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统，其特征在于，所述的递药系统按下述方法制备：将DOX 的甲醇储备液加入制备的GS-PEG- IONP递药载体中，DOX和载体的投料比为2∶1，室温搅拌反应24小时，离心法除去未载入的DOX，氮气吹干，即得所述的递药系统。
7.一种如权利要求1所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统的应用，其特征在于，在制备联合化疗和光热治疗乳腺癌的递药系统中的用途。
8.根据权利要求7所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统的应用，其特征在于，所述的递药系统中，GS 表面覆盖介孔硅的石墨烯纳米片，所述GS 在近红外的强吸收性质进行光热治疗。
9.根据权利要求7所述的用于乳腺癌联合精准治疗的递药系统的应用，其特征在于，所述的递药系统中，GS 表面介孔硅的吸附作用以及石墨烯纳米片的π-π相互作用高效负载DOX，进行化疗。
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