CN108619532A - 一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物及其制备方法 - Google Patents

一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，属于纳米医药技术领域。本发明采用标记有荧光探针的CpG OND与多聚阳离子化合物组装形成的纳米粒子为内核，并在内核表面自组装经聚多巴胺表面改性的石墨烯量子点和光敏剂共聚产物作为外壳，并进一步在外壳上螯合MRI离子对比剂，形成核壳型纳米药物。本发明纳米药物不仅具有优异的光动力/光热抗癌效果，良好的免疫刺激效应，而且通过MRI成像对比剂和荧光探针还能够进行病灶显像，具有可视化特性，实现了无创实时追踪纳米药物的分布、吸收及代谢，进一步可用于预后检测。本发明纳米药物集联合治疗和多模成像诊断功能于一身，实现了肿瘤诊断治疗一体化，在肿瘤诊疗领域具有广阔的应用前景。

Description

一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物及其制备 方法
技术领域
本发明属于纳米医药技术领域，特别涉及一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物及其制备方法。
背景技术
恶性肿瘤因其高度的异质性、复杂的微环境等因素，是严重危害公众生命与健康的重大疾病，成为全球性的公共健康问题。目前，单一治疗方法，如手术切除、化疗、放疗等，疗效不佳且副作用大；使用多种治疗方法联合或协同杀伤肿瘤，是目前临床治疗的主流策略。与此同时，新兴的肿瘤疗法，如肿瘤光疗、免疫治疗等疗法相继出现，肿瘤疗法的发展以及联合使用为肿瘤的治疗提供了新希望。肿瘤光疗是利用激光激发光敏剂产生单线态氧，即光动力治疗(Photodynamic Therapy,PDT)，最终诱导肿瘤细胞凋亡，或者利用辐照光热材料将光能转为热能，即光热治疗(Photothermal Therapy,PTT)，最终直接杀死肿瘤细胞。因为肿瘤光疗具有高度的选择性、非侵袭性、副作用小等优点，使其对于浅表肿瘤治疗，诸如乳腺癌、乳腺术后的胸壁侵犯、恶性黑色素瘤及部分软组织肉瘤等类型肿瘤均具有较好疗效。然而，肿瘤光疗对于深部肿瘤或者转移肿瘤的治疗却束手无策。
现有研究发现，肿瘤光疗实际上也是一种免疫原性治疗方法，PTT或PDT在引起肿瘤组织不可逆损伤的同时，能够刺激机体释放各种炎症和急性响应调节因子，有效地刺激固有和获得性免疫系统，导致治疗部位大量聚集中性细胞、树突状细胞和其它炎症细胞，改变肿瘤微环境。然而，肿瘤光疗的独特免疫刺激效应常常较弱，无法有效地激发或调动机体的免疫系统，达到控制和杀灭肿瘤细胞的目的，也就无法直接应用于免疫治疗。因此，亟需与常规的免疫治疗试剂联合，在利用光疗高效杀灭原位肿瘤的同时，增强免疫刺激效应，进而联合体内免疫系统高效消灭转移细胞，预防肿瘤的复发。故而，发展机制互补的高效光疗/免疫联合治疗新模式，对于增强肿瘤疗效、对抗局部复发和转移具有重要意义，并且成为了当前肿瘤治疗的研究热点。
学者在致力于研究肿瘤治疗的同时也十分关注治疗效果的观测。由于肿瘤的诊断与治疗在传统临床应用中通常是两个相对独立的过程，诊断试剂和治疗治疗也需要分别使用，两次医疗过程间隔时间较长，这样容易贻误最佳的治疗时机，由此还存在诊治效率低下、副作用叠加等问题。近年来兴起了一种全新的医疗手段——诊断与治疗一体化。医学成像技术在癌症的诊断中扮演着十分重要的角色。现有技术中，荧光成像和磁共振成像已经广泛应用于临床。荧光成像作为一种价格低廉、实时高效的成像技术，能够在小动物整体水平上，获取纳米药物在其体内的分布与代谢情况，进而以此确定最佳治疗时机；同时也有助于获取纳米药物生物安全性的重要信息。磁共振成像(MRI)作为目前肿瘤早期诊断最有效的方法之一，相比其他成像方式，具有更高的空间分辨率和更清晰的软组织成像能力，不仅能够对生物体内脏器官进行快速无损检测，而且能够对疾病发病病理进行定量评估；不仅能够进行结构性成像，还能够对体内功能过程进行三维成像；基于MRI的成像原理，利用造影剂(如Gd类造影剂)能够增强MRI成像信号。因此，利用医学成像技术对治疗后病灶部分进行实时监测，实现成像引导的肿瘤精准治疗，为肿瘤治疗带来了新的希望。而发展影像导航的治疗模式，因人而异制定个性化的治疗方案，也无疑对于提高肿瘤治疗效果具有重要的现实意义。
综上所述，如何发展、构建光疗和免疫联合治疗和多模成像功能于一体的高效、安全、稳定的多功能纳米体系成为了未来的发展趋势，同样也成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于现有技术需求，本发明的目的在于提供一种集多模成像诊断与联合治疗功能于一体的纳米药物，实现了肿瘤原位可视化治疗。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一方面本发明提供一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述核壳型纳米药物的内核包括：多聚阳离子化合物，以及与多聚阳离子化合物通过静电作用结合的免疫佐剂寡核苷酸，所述免疫佐剂寡核苷酸上标记有荧光探针；所述核壳型纳米药物的外壳包括：表面螯合有MRI成像对比剂的亲水性外壳，所述亲水性外壳包括经聚多巴胺改性而具负电性的光疗药物，所述光疗药物是由石墨烯量子点与光敏剂共聚而成；多聚阳离子化合物与聚多巴胺之间通过静电组装形成核壳结构。
进一步地，本发明中多聚阳离子化合物包括但不限于多聚赖氨酸、聚丙烯胺和线性或支化聚乙烯亚胺中任意一种。
进一步地，本发明中免疫佐剂寡核苷酸优选为非甲基化胞嘧啶-鸟嘌呤低聚核苷酸(CpG ODN)，CpG ODN能够模拟非甲基化CpG二核苷酸片段的免疫刺激活性。当其被树突状细胞(DC)、B细胞、单核细胞、巨噬细胞等靶细胞内化后，会与Toll样受体9(TLR-9)结合，有效增强相应细胞的活性和促进多种细胞因子的分泌，诱导免疫应答，进而在抵抗机体肿瘤方面发挥免疫佐剂的作用。
作为优选方式，本发明中CpG ODN部分硫化，即部分具有硫代磷酸酯键，能够耐受核酸酶——DNase酶；具体包括：A型CpG ODN、B型CpG ODN、C型CpG ODN和P型CpG ODN，优选为含有20～24个碱基对，其中：A型CpG ODN，包括CpG ODN1585，CpG ODN2216和CpGODN2336，B型CpG ODN中包括CpG ODN1668，CpG ODN1826，CpG ODN2006，CpG ODN2007，CpGODN7909，CpG ODN BW006和CpG ODN D-SL 01；C型CpG ODN中包括CpG ODN2395，CpG ODNM362和CpG ODN SL 03；P型CpG ODN包括CpG ODN21798。本发明免疫佐剂寡核苷酸优选为CpG ODN 1826。
进一步地，本发明中荧光探针包括有机荧光分子，诸如吲哚菁绿(IndocyanineGreen,ICG)、近红外荧光染料花菁类(Cy3、Cy7),二烃基羰花青(Dialkylcarbocyaninefliiorophores,Dil)。
进一步地，本发明中采用纳米石墨烯量子点(GQD)作为载体实现光敏剂负载，所述纳米石墨烯量子点包括但不限于：纳米氧化石墨烯量子点、N杂化石墨烯量子点。
作为优选方式，选择含有活性羧基的光敏剂与氨基化纳米石墨烯量子点，或者选择含有活性氨基的光敏剂与羧基化纳米石墨烯量子点，所选光敏剂与纳米石墨烯量子点之间通过酰胺反应形成共聚物。光敏剂与纳米石墨烯量子点发生能量转移反应，从而增强纳米石墨烯量子点的光热转换能力，使得纳米石墨烯量子点作为光热剂实现光热治疗。
更进一步地，本发明中采用聚多巴胺对光敏剂与纳米石墨烯量子点形成共聚物进行表面修饰，在赋予共聚物水溶性和负电性的同时，由于聚多巴胺本身作为一种光热剂，能够协同纳米石墨烯量子点进行光热治疗。
进一步地，本发明中MRI离子成像对比剂包括但不限于Gd3+、Mn2+、Fe2+，优选为Gd3+。
作为优选方式，为进一步为螯合MRI离子成像对比剂提供反应位点，本发明中光敏剂可以选择以卟吩核为母体化合物，并且带有活性羧基的有机芳香型光敏剂，诸如血卟啉、二氢卟吩(Ce6)、原卟啉PpIX、华卟啉钠(Sinoporphyrin sodium)，优选为Ce6。进一步地，本发明中MRI离子成像对比剂包括但不限于Gd3+、Mn2+、Fe2+，优选为Gd3+。
另一方面,本发明提供一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：内核的制备；
将多聚阳离子与标记有荧光探针的CpG ODN溶解于水中进行混合，得到混合溶液经反应使得混合溶液中标记有荧光探针的CpG ODN与多聚阳离子静电组装形成纳米粒子，得到分散有内核粒子的溶液；
步骤B：壳层的制备；
B1：将光敏剂溶解于二甲基亚砜，所述光敏剂为含有活性羧基的光敏剂，再向其中继续加入1-(3-二甲氨基丙)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺进行活化处理；然后加入氨基化石墨烯量子点，通过酰胺反应使得溶液中的石墨烯量子点与光敏剂形成共聚物，反应完成后进行透析处理，得到光疗药物溶液；
B2：对步骤B1制得的光疗药物进行表面改性，使得溶液中光疗药物表面修饰有聚多巴胺，得到分散有表面改性光疗药物的溶液；
步骤C：内核和壳层的组装；
将步骤A得到的分散有内核粒子的溶液与步骤B得到分散有表面改性光疗药物的溶液相混合，得到混合溶液；经反应使得所述混合溶液中多聚阳离子化合物与聚多巴胺之间进行静电组装形成核壳型结构纳米复合物；经分离、清洗操作去除杂质，得到分散有所述核壳型纳米复合物的溶液；
步骤D：成像探针的鳌合；
将步骤C得到的分散有所述核壳型纳米复合物的溶液与MRI成像对比剂溶液相混合，得到混合溶液，经反应使得所述混合溶液中核壳型纳米复合物表面鳌合MRI成像对比剂，形成以标记有荧光探针的免疫佐剂寡核苷酸与多聚阳离子化合物组装而成纳米粒子为内核，以经聚多巴胺表面改性且鳌合有MRI成像对比剂的光疗药物为外壳的核壳型纳米药物，经分离、清洗操作去除杂质，得到分散有所述核壳型纳米药物的溶液。
进一步地，本发明中步骤A中反应温度为5～25℃，反应时间为0.5～5小时。
进一步地，本发明中步骤A中多聚阳离子化合物与CpG ODN的质量之比为1∶1～10∶1。
作为优选方式，本发明中步骤A将混合溶液置于摇床进行反应。
进一步地，本发明中多聚阳离子包括但不限于多聚赖氨酸、聚丙烯胺、线性或支化聚乙烯亚胺。
进一步地，本发明中免疫佐剂寡核苷酸优选为非甲基化胞嘧啶-鸟嘌呤低聚核苷酸(CpG ODN)，CpG ODN能够模拟非甲基化CpG二核苷酸片段的免疫刺激活性。当其被树突状细胞(DC)、B细胞、单核细胞、巨噬细胞等靶细胞内化后，会与Toll样受体9(TLR-9)结合，有效增强相应细胞的活性和促进多种细胞因子的分泌，诱导免疫应答，进而在抵抗机体肿瘤方面发挥免疫佐剂的作用。
作为优选方式，本发明中CpG ODN部分硫化，即部分具有硫代磷酸酯键，能够耐受核酸酶——DNase酶；具体包括：A型CpG ODN、B型CpG ODN、C型CpG ODN和P型CpG ODN，优选为含有20～24个碱基对，其中：A型CpG ODN，包括CpG ODN1585，CpG ODN2216和CpGODN2336，B型CpG ODN中包括CpG ODN1668，CpG ODN1826，CpG ODN2006，CpG ODN2007，CpGODN7909，CpG ODN BW006和CpG ODN D-SL 01；C型CpG ODN中包括CpG ODN2395，CpG ODNM362和CpG ODN SL 03；P型CpG ODN包括CpG ODN21798。本发明免疫佐剂寡核苷酸优选为CpG ODN 1826。
进一步地，本发明中荧光探针包括有机荧光分子，诸如吲哚菁绿(indocyaninegreen,ICG)、近红外荧光染料花菁类(Cy3、Cy7),二烃基羰花青(dialkylcarbocyaninefliiorophores,Dil)。
进一步地，本发明中步骤B1中活化处理的温度为5～25℃，反应时间为0.5～6小时。
进一步地，本发明中步骤B1中酰胺反应的温度为5～25℃，反应时间为12～24小时。
进一步地，本发明中采用纳米石墨烯量子点(GQD)作为载体实现光敏剂负载，所述纳米石墨烯量子点包括但不限于：纳米氧化石墨烯量子点、N杂化石墨烯量子点。
作为优选方式，选择含有活性羧基的光敏剂与氨基化纳米石墨烯量子点，或者选择含有活性氨基的光敏剂与羧基化纳米石墨烯量子点，所选光敏剂与纳米石墨烯量子点之间通过酰胺反应形成共聚物。光敏剂与纳米石墨烯量子点发生能量转移反应，从而增强纳米石墨烯量子点的光热转换能力，使得纳米石墨烯量子点作为光热剂实现光热治疗。
更进一步地，本发明中采用聚多巴胺对光敏剂与纳米石墨烯量子点形成共聚物进行表面修饰，在赋予共聚物水溶性和负电性的同时，由于聚多巴胺本身作为一种光热剂，能够协同纳米石墨烯量子点进行光热治疗。
进一步地，本发明中MRI离子成像对比剂包括但不限于Gd3+、Mn2+、Fe2+，优选为Gd3+。
作为优选方式，为进一步为螯合MRI离子成像对比剂提供反应位点，本发明中光敏剂可以选择以卟吩核为母体化合物，并且带有活性羧基的有机芳香型光敏剂，诸如血卟啉、二氢卟吩(Ce6)、原卟啉PpIX、华卟啉钠(Sinoporphyrin sodium)，优选为Ce6。
进一步地，本发明中步骤B1中透析处理的操作具体为：依次采用超纯水、95％乙醇、DMSO、超纯水对溶液分别透析24～36小时。
进一步地，所述步骤B2中表面改性的操作具体为：将盐酸多巴胺与步骤B1制得的光疗药物混合于Tris-HCl缓冲液中，然后搅拌进行反应，反应结束后对溶液进行超滤清洗，得到表面改性光疗药物溶液。
作为优选方式，本发明中步骤B2中Tris-HCl缓冲液的pH为8.5，浓度为0.05M。
作为优选方式，本发明中步骤B2中盐酸多巴胺与步骤B1制得的光疗药物混合在冰浴条件下进行。
进一步地，本发明中步骤B2中搅拌反应的温度为5～25℃，反应时间为6～12小时。
进一步地，本发明中步骤C中混合溶液中内核粒子与表面改性光疗药物的质量之比为1∶1～10∶1。
根据本发明实施例，本发明中步骤C中混合采用超声处理3～10分钟。
进一步地，本发明中步骤C中反应温度为5～25℃，反应时间为0.5～3小时。
作为优选方式，本发明中步骤C将混合溶液置于摇床进行反应。
进一步地，本发明中步骤D的反应温度为5～25℃，反应时间为24～36小时。
进一步地，本发明中步骤D中混合溶液中核壳型纳米复合物与MRI成像对比剂的物质的量之比为1∶2～4∶1。
进一步地，本发明中MRI离子成像对比剂包括但不限于Gd3+、Mn2+、Fe2+，优选为Gd3+。
进一步地，本发明中MRI离子成像对比剂溶液的浓度为0.5～2mg/mL。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明基于静电组装原理构建核壳型纳米药物，利用多聚阳离子化合物的正电性，一方面通过静电作用与标记有荧光探针的免疫佐剂寡核苷酸组装形成纳米粒子作为纳米药物内核，另一方面通过静电作用力与表面修饰聚多巴胺的光疗药物壳层组装形成核壳型复合物，进一步利用聚多巴胺上活跃的邻苯二酚上羟基官能团为MRI成像对比剂提供螯合位点。根据实施例可看出，运用本发明纳米药物在光刺激下能够进行PTT和PDT治疗，并且与免疫佐剂寡核苷酸联合具有协同作用，能够激发机体免疫抗肿瘤效应，形成机制互补的联合疗法，有利于延迟肿瘤细胞对药物的适应性，满足临床对肿瘤联合治疗的需求；本发明纳米药物不仅具有优异的抗肿瘤效果，良好的免疫刺激效应，而且MRI成像对比剂和荧光探针的负载能够实现病灶显像，通过体内荧光成像和MRI成像，能够实现无创、实时追踪纳米药物的分布、吸收及代谢，使得肿瘤原位治疗具有可视化特性，适用于预后检测。此外，本发明纳米药物的制备方法原料易得，方法简单易行，制得负载有光疗与免疫治疗药物的同时偶联多模成像探针的核壳型纳米药物。本发明纳米药物集联合治疗和多模成像诊断功能于一身，实现了肿瘤诊断治疗一体化，在肿瘤诊疗领域具有应用广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明核壳型纳米药物的结构示意图。
图2为本发明纳米药物内核粒子表征图，其中图(a)为扫描电镜图，图(b)为动态光散射结果图。
图3为本发明纳米药物壳层制备过程中石墨烯量子点(简称为GQD)、石墨烯量子点与光敏剂形成共聚物(简称为GQD-Ce6)、经聚多巴胺改性的石墨烯量子点与光敏剂共聚物(简称为GCpD)的表征图，其中图(a)至(c)依次为GQD、GQD-Ce6、GCpD的原子力显微镜形貌；图(d)至(f)为图(a)至(c)中标记处所对应的高度变化。
图4为本发明纳米药物的表征图，其中图(a)为动态光散射结果图，图(b)为扫描电镜图。
图5为本发明纳米药物琼脂糖凝胶电泳结果图，其中图(a)为纳米药物与DNase I酶不同孵育时间的结果图，图(b)为不同纳米粒子对纳米药物中CpG ODN的保护作用结果图。
图6为本发明纳米药物的在超纯水和1640完全培养基的粒径变化图。
图7为本发明纳米药物的体外光热和光动力性质实验结果图。
图8为本发明纳米药物的荧光成像强度图。
图9为本发明纳米药物的MRI成像强度图，图(a)和图(b)依次为纳米药物和对照组(临床MRI造影剂DTPA-Gd)的T1-MRI信号强度与浓度的关系图，图(c)为1/T1(s-1)与Gd浓度关系图。
图10为本发明纳米药物光疗抗肿瘤实验结果，图(a)和图(b)分别为光照5min和10min的肿瘤细胞存活率。
图11为本发明纳米药物及其他纳米粒子无光条件下对RAW264.7的免疫刺激结果图。
图12为本发明纳米药物体外光致免疫刺激实验对RAW264.7的免疫刺激结果图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例和说明书附图对本发明技术方案及具体实验操作进行清楚、完整的叙述，以使得本领域技术人员能够理解。
实施例1：
一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，如图1所示，其特征在于：一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述核壳型纳米药物的内核包括：多聚阳离子化合物，以及与多聚阳离子化合物通过静电吸引作用结合的免疫佐剂寡核苷酸，所述免疫佐剂寡核苷酸上标记有荧光探针；所述核壳型纳米药物的外壳包括：亲水性外壳，以及与亲水性外壳表面螯合的MRI成像对比剂，所述亲水性外壳包括经聚多巴胺改性具有负电性的光疗药物，所述光疗药物是由氨基化石墨烯量子点与含羧基的光敏剂共聚而成；多聚阳离子化合物与聚多巴胺之间通过静电组装形成核壳结构。
下面详细说明所述核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于，主要包括如下四个步骤：
步骤A：合成内核粒子；
多聚阳离子化合物，本实施例选用多聚赖氨酸(PLL)，分子量范围为30000～70000Da，优选为分子量为50000Da，分子量的单位为道尔顿(Da)，与标记有荧光探针的免疫佐剂寡核苷酸，本实施例选用CpG ODN-Cy3，利用PLL的正电性与CpG ODN-Cy3上基团的负电性之间的静电力进行组装形成PLL/CpG纳米粒子(简称为P/L纳米核)；
具体操作如下：将33μg的CpG ODN-Cy3溶于374μL超纯水中，分别与体积为33μL，66μL，165μL，330μL的PLL溶液(浓度为1.0mg/mL)混合均匀后置于摇床，室温反应1小时，得到P/C纳米核，置于4℃条件下保存待用；
经琼脂糖凝胶电泳实验证明，当PLL与CpG ODN的质量比为2：1时，CpG被PLL完全吸附，如图2所示，P/C纳米核的动态光粒径约为149nm，表面电位为41.2mV。
步骤B：合成表面改性光疗药物；
采用纳米石墨烯量子点(GQD)作为纳米载体负载光敏剂，具体是通过将GQD与光敏剂形成共聚物来实现，并在形成共聚物的基础上，在共聚物表面聚合多巴胺，形成稳定的表面带负电荷的水溶性共聚物，本实施例选择含有羧基的Ce6，以及氨基化GQD，氨基化GQD与含有羧基的Ce6通过酰胺反应形成Ce6-GQD共聚物；
具体操作如下：在4mL浓度为5mg/mL分散有Ce6的二甲基亚砜(DMSO)溶液中加入20mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)与12mg N-羟基丁二酰亚胺(NHS)，低速室温搅拌1小时，活化Ce6，然后在其溶液中逐滴滴入2mL浓度为4mg/mL的GQD溶液,室温搅拌(400rpm)反应过夜；反应结束后将样品转移进入1kD透析袋，按顺序依次采用超纯水、95％乙醇、DMSO、超纯水各自透析24小时，透析完成后将透析袋中样品移入试管，用超纯水定容至8mL，得到GQD浓度为1mg/mL的GQD-Ce6溶液；
然后在冰浴条件下向4mL浓度为1mg/mL的GQD-Ce6共聚物溶液中加入2mg盐酸多巴胺，500rpm搅拌15min，使溶液混合均匀，接着加入1mL配置好的Tris-HCl缓冲液(0.05M,pH＝8.5)，室温搅拌反应6小时；反应结束后样品转入10kD超滤管，于6000rpm条件下离心分离15分钟，然后使用超纯水清洗3次，再用超纯水定容至4mL，得到GQD浓度为1mg/mL的GQD-Ce6-pDA(简称为GCpD)溶液。
如图3所示，制备得到的GCpD的粒径约为30nm，粒子厚度由单层GQD厚度约1nm增厚至约4nm，zeta电位为-40.50mV。
步骤C：组装形成核壳型P/C@GCpD；
具体操作如下：将440μL P/C溶液，加入220μL超纯水稀释，在超声条件下，滴加165μL GCpD溶液，得到混合溶液，混合溶液GQD与CpG ODN的质量比为5∶1，超声3min充分混合均匀，然后置于摇床于室温反应1h，得到P/C@GCpD溶液，将样品转入30kD超滤管，室温下于5000rpm条件下离心分离10min、超纯水清洗3次，除去多余杂质，超纯水定容至825μL，得到P/C@GCpD溶液；
步骤D：螯合形成P/C@GCpD(Gd)；
在所述P/C@GCpD溶液，加入51.6μL配置好的GdCl3·6H2O溶液，得到混合溶液，混合溶液中Gd与Ce6的物质的量比为2∶1，充分混合均匀后室温静置过夜；采用10kD超滤管，室温下于5000rpm条件下离心分离15min、超纯水清洗上述样品3次，除去多余GdCl3，使用超纯水将溶液定容为825μL，得到GQD浓度为200μg/mL的P/C@GCpD(Gd)溶液，置于4℃条件下保存待用。
当GQD与CpG的质量比为5∶1，Gd与Ce6的摩尔比为2∶1，P/C@GCpD(Gd)的纳米粒子呈球形(如图4所示)。动态光散射测得粒径约188nm，粒径均一、分散指数PDI为0.10，表面电位为-13.6mV。
实施例2：
纳米药物的稳定性实验：
如图5所示，图(a)为本发明纳米药物与DNase I酶不同孵育时间，图(b)为不同纳米粒子对CpG的保护作用，其中M为Maker，1为自由CpG，2为CpG+DNase I酶，3为P/C+DNase I酶+肝素钠，4为P/C+肝素钠+DNase I酶，5为P/C@GCpD(Gd)+DNase I酶+肝素钠，6为P/C@GCpD(Gd)+肝素钠+DNase I酶。
通过琼脂糖凝胶电泳实验，表明本发明的P/C@GCpD(Gd)纳米粒子能够保护CpG免于被酶降解，相对于自由CpG，本发明的P/C@GCpD(Gd)粒子能够在一定程度上提高CpG的体内循环时间。
如图6所示，图(a)和图(b)分别为本发明的P/C@GCpD(Gd)在超纯水和完全培养基中72h内粒径和PDI的变化图，从图(a)中看出，本发明的P/C@GCpD(Gd)在超纯水中72h内粒径和PDI均未发生明显变化，在完全培养基中粒径由约189nm上升至约210nm，PDI约为0.39，这可能是由于在培养基中的纳米粒子吸附了一些蛋白质或其他小分子所造成的，但纳米粒子在72h内基本保持稳定。
实施例3：
纳米药物的体外光热和光动力性质实验：
如图7所示，在660nm激光激发下(1W/cm2,10分钟)，通过红外热像仪和热电偶测得本发明纳米药物P/C@GCpD(Gd)具有良好的光热升温效果；通过单线态氧探针SOSG测得P/C@GCpD(Gd)具有较高的单线态氧产率，可用于光动力实验。
实施例4：
纳米药物的体外荧光成像实验:
将CpG ODN-Cy3与本发明纳米药物P/C@GCpD(Gd)样品溶液分别用超纯水将浓度调整为GQD≈80、40、20、10、5、0μg/mL(对应CpG浓度≈16、8、4、2、1、0μg/mL)，各吸取500μL于1.5mL离心管中；
将各样品整齐放置于荧光成像仪中，检测Cy3荧光强度(激发波长550nm，发射波长570nm)，得到如图8所示各样品体外荧光成像图像，P/C(Cy3)@GCpD(Gd)仍然具有较强的荧光成像信号，可用于后期细胞或动物实验。
实施例5：
纳米药物的体外MRI成像实验：
配置2％琼脂糖溶液，放入微波炉中加热充分溶解后，取500μL琼脂糖溶液与500μL临床MRI造影剂钆喷酸葡胺(DTPA-Gd)、本发明的P/C@GCpD(Gd)，调节最终Gd3+浓度为0.13、0.06、0.03、0.01、0mM)于1.5mL离心管中，在80℃条件下混合均匀，置于室温下冷却凝固，得到1％琼脂糖样品；
将各组样品固定整齐放入MRI成像仪中，调节参数(T1测试:IR序列,SFO1＝22.106MHz,P1＝16.20us，P2＝32.80us，SW＝200KHz，RG1＝20，DRG1＝3，PRG＝3，TW＝25000ms，NTI＝30，NS＝2)，检测得到如图9所示各样品T1-MRI成像图像，并根据弛豫时间计算得出样品弛豫率。
从图9中可看出，实验组P/C@GCpD(Gd)与DTPA-Gd对照组T1加权成像信号强度均随着Gd浓度增加而增加；在相同Gd浓度下，纳米粒子成像信号优于DTPA-Gd对照组。定量分析结果显示各组本发明的P/C@GCpD(Gd)灰度信号强度均高于DTPA-Gd，其弛豫率分别为42.56与11.10mM-1s-1(纳米粒子约为DTPA-Gd的3.8倍)，证明了纳米粒子具有优异的MRI成像造影性能。
实施例6：
纳米药物的光疗抗肿瘤实验：
将消化后的EMT-6细胞接种于96孔板中，细胞密度为1.0×104/孔，培养24小时使其贴壁，去掉培养基；用培养基将不同样品稀释为GQD＝20μg/mL、Ce6＝5μg/mL、CpG ODN＝4μg/mL的培养液，每孔加入200μL上述培养液，设置空白对照组，各组重复三个孔，放入恒温培养箱继续培养6h使粒子内吞；去掉细胞培养液，用无菌PBS缓冲液将各孔清洗3次，每孔换入100μL新鲜培养基，在660nm激光激发条件(1W/cm2，10min)，放入恒温培养箱继续培养24小时；每孔加入100μL CCK8工作液，将细胞板置于培养箱中继续培养45min；将细胞孔板置于酶标仪中，检测450nm处的吸光度(OD值)，按照公式：存活率＝(OD实验组-OD空白组)/(OD对照组-OD空白组)计算细胞存活率。
从图10所示，与自由Ce6相比(EMT-6细胞存活率约55％)，本发明的P/C@GCpD(Gd)在光照条件下，具有更高的肿瘤细胞杀伤效率(EMT-6细胞存活率约30％)，这主要是由于Ce6修饰在纳米粒子上后能够更好地被肿瘤细胞内吞，增加了细胞内药物浓度，另一方面，聚多巴胺层的修饰，增强了GQD的光吸收能力，因而增强了药物的光热升温作用，光疗效果更为显著。
实施例7：
纳米药物对RAW264.7细胞的免疫刺激作用实验：
将CpG、P/C、GCpD、乱序CpG粒子组(简称为P/G@GCpD(Gd))、本发明纳米药物P/C@GCpD(Gd)这几种不同的纳米粒子基于培养液共孵育，各样品中的物质浓度对应如下：GQD＝20μg/mL、Ce6＝5μg/mL、CpG＝4μg/mL，然后与小鼠单核巨噬细胞RAW264.7细胞孵育，在不同时间点(8小时检测TNF-α、18小时检测IL-10、24小时检测IL-6)吸出孔板中上清液(根据具体情况需要使用标准品稀释液进行稀释，使检测到的吸光度≤1)进行酶联免疫试剂盒检测，根据检测到的各组样品吸光度，对照标准曲线及稀释倍数计算样品中相应细胞因子浓度。如图11所示结果表明：含有CpG的粒子组(P/C、本发明纳米药物P/C@GCpD(Gd))能够显著促进RAW264.7细胞分泌TNF-α、IL-6等促炎因子，并且本发明纳米药物P/C@GCpD(Gd)的CpG刺激作用强于自由CpG，一方面是由于纳米粒子对CpG结构起到了保护作用，另一方面纳米粒子增强了细胞对CpG的摄取；而乱序CpG粒子组(P/G@GCpD(Gd))则没有表现出明显的免疫刺激作用，进一步说明免疫效应是由免疫佐剂CpG刺激免疫细胞形成的。此外，各实验组均没有造成抑炎因子IL-10分泌的显著增加。
实施例8：
纳米药物的体外光致免疫刺激作用实验：
通过本领域公知的Transwell实验，将EMT-6细胞、RAW264.7细胞分别接种于Transwell细胞板(24孔板，孔径5μm)中，细胞密度分别为1×104与4×104个/孔。将细胞板放入恒温箱培养24h待细胞贴壁后，将EMT-6细胞孔中培养基换为含有不同纳米粒子(对应的GQD浓度＝20μg/mL)的细胞培养液，实验分组为：Control(空白对照，仅RAW264.7细胞)、Blank(RAW264.7+EMT6细胞，无纳米粒子)、P/G@GCpD(Gd)、P/G@GCpD(Gd)+光照、本发明的P/C@GCpD(Gd)、本发明的P/C@GCpD(Gd)+光照共6组。光照组EMT-6细胞在内吞6小时后于660nm、1W/cm2条件下光照10min，光照完成后将细胞室置于RAW264.7细胞孔上层，共孵育24小时；孵育完成后移开上层EMT-6细胞室，吸取RAW264.7细胞孔中上清液通过酶联免疫试剂盒检测TNF-α及IL-6含量。
如图12结果表明：与单一的光疗组或免疫佐剂组相比，本发明的P/C@GCpD(Gd)+光照组具有显著增强的细胞因子分泌量，表明光疗联合免疫佐剂后能够起到联合免疫增强作用。

Claims (10)

1.一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述核壳型纳米药物的内核包括：多聚阳离子化合物，以及与多聚阳离子化合物通过静电作用结合的免疫佐剂寡合苷酸，所述免疫佐剂寡合苷酸上标记有荧光探针；所述核壳型纳米药物的外壳包括：表面螯合有MRI成像对比剂的亲水性外壳，所述亲水性外壳包括经聚多巴胺改性而具负电性的光疗药物，所述光疗药物由石墨烯量子点与光敏剂共聚而形成；多聚阳离子化合物与聚多巴胺之间通过静电组装形成核壳结构。
2.如权利要求1所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述多聚阳离子化合物包括多聚赖氨酸、聚丙烯胺、和线性聚乙烯亚胺或者支化聚乙烯亚胺中任意一种。
3.如权利要求1所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述免疫佐剂寡核苷酸为部分硫化的CpG ODN。
4.如权利要求1所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述荧光探针包括有机荧光分子。
5.如权利要求1所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物，其特征在于：所述光敏剂是以卟吩核为母体化合物的有机芳香型光敏剂。
6.一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：内核的制备；
将多聚阳离子与标记有荧光探针的CpG ODN溶解于水中进行混合，得到混合溶液经反应使得混合溶液中标记有荧光探针的CpG ODN与多聚阳离子静电组装形成纳米粒子，得到分散有内核粒子的溶液；
步骤B：壳层的制备；
B1：将光敏剂溶解于二甲基亚砜，所述光敏剂为含有活性羧基的光敏剂，再向其中继续加入1-(3-二甲氨基丙)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺进行活化处理；然后加入氨基化石墨烯量子点，通过酰胺反应使得溶液中的石墨烯量子点与光敏剂形成共聚物，反应完成后进行透析处理，得到光疗药物溶液；
B2：对步骤B1制得的光疗药物进行表面改性，使得溶液中光疗药物表面修饰有聚多巴胺，得到分散有表面改性光疗药物的溶液；
步骤C：内核和壳层的组装；
将步骤A得到的分散有内核粒子的溶液与步骤B得到分散有表面改性光疗药物的溶液相混合，得到混合溶液；经反应使得所述混合溶液中多聚阳离子化合物与聚多巴胺之间进行静电组装形成核壳型结构纳米复合物；经分离、清洗操作去除杂质，得到分散有所述核壳型纳米复合物的溶液；
步骤D：成像探针的鳌合；
将步骤C得到的分散有所述核壳型纳米复合物的溶液与MRI成像对比剂溶液相混合，得到混合溶液，经反应使得所述混合溶液中核壳型纳米复合物表面鳌合MRI成像对比剂，形成以标记有荧光探针的免疫佐剂寡核苷酸与多聚阳离子化合物组装而成纳米粒子为内核，以经聚多巴胺表面改性且鳌合有MRI成像对比剂的光疗药物为外壳的核壳型纳米药物，经分离、清洗操作去除杂质，得到分散有所述核壳型纳米药物的溶液。
7.如权利要求6所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于：所述步骤A中反应温度为5～25℃，反应时间为0.5～5小时，多聚阳离子化合物与CpG ODN的质量之比为1∶1～10∶1。
8.如权利要求6所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于：所述步骤B1中活化处理的温度为5～25℃，反应时间为0.5～6小时；步骤B1中酰胺反应的温度为5～25℃，反应时间为12～24小时；所述步骤B2中表面改性的操作具体为：将盐酸多巴胺与步骤B1制得的光疗药物混合于Tris-HCl缓冲液中，然后搅拌进行反应，反应结束后对溶液进行超滤清洗，得到表面改性光疗药物溶液，所述步骤B2中反应的温度为5～25℃，反应时间为6～12小时。
9.如权利要求6所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于：所述步骤C中混合溶液中内核粒子与表面改性光疗药物的质量之比为1∶1～10∶1；步骤C中反应温度为5～25℃，反应时间为0.5～3小时。
10.如权利要求6所述的一种用于肿瘤原位可视化治疗的核壳型纳米药物的制备方法，其特征在于：所述步骤D中MRI离子成像对比剂溶液的浓度为0.5～2mg/mL，所述步骤D中混合溶液中核壳型纳米复合物与MRI成像对比剂的物质的量之比为1∶2～4∶1；所述步骤D中反应温度为5～25℃，反应时间为24～36小时。
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