CN109125728A - 基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,包括细胞(如红细胞、中性粒细胞等)包裹磁性纳米颗粒的制备技术,克服血脑屏障技术以及结合梯度磁场定位及治疗技术,细胞包裹磁性纳米颗粒的制备技术包括低渗稀释和等压密封等;克服血脑屏障技术由类似瑞加德松等A2a腺苷受体激动剂药物为主;梯度磁场运用了电磁效应的原理,由位于铁芯上的数匝线圈通以电流而产生。该技术的磁性细胞具有良好的磁性和生物相容性,通过结合梯度磁场的聚焦性,可以实现其在体内的精确靶向和长时间滞留,通过打开血脑屏障可将磁性纳米颗粒定位在特定脑区,结合脉冲磁场可以在脑部产生反应,实现精准的将其载入。
Description
技术领域
本发明属于纳米技术与医学相结合技术领域,具体的,本发明涉及一种基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法, 即用载入Fe3O4磁性纳米颗粒的细胞,通过梯度磁场进行定位,克服血脑屏障,进而靶向运输到特定脑区的技术。
背景技术
磁性纳米颗粒(MNPs,简称磁珠)具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点。其中,小尺寸效应使其表现出良好的磁响应性和超顺磁性,可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热;表面效应表现在其高的比表面积,从而表现出很高的表面活性,使其易于表面修饰及生物应用。近年来,由于其独特的理化性质和应用潜能而受到广泛关注,目前磁性纳米颗粒已成功应用于诸多领域。磁性纳米颗粒具有分离速度快、效率高、操作简单、易实现功能化、易实现自动化及不影响分离物质的活性等优越的物理化学性质和生物相容性。
药物靶向得到越来越的关注,许多磁性载体被试图在血管内实现精确靶向,如纳米粒、微球、微气泡和细胞等。尽管在纳米递送系统上面已经有诸多治疗方式被开发出来,包括磁性纳米颗粒、微球、微泡、脂质体等在内。但是,上述材料仍存在明显的缺陷,即它们的生物相容性有待改善且会对机体造成毒副作用。而生物细胞作为靶向载体与之相比具备诸多优势,如良好的生物相容性、生物安全性且易自行降解。因此,细胞膜或囊泡作为药物载体以及包括红细胞、间充质干细胞、神经干细胞、肿瘤细胞以及巨噬细胞等在内的细胞都具有极大的潜力。其中,红细胞凭借其良好的生物相容性、优异的包封率以及参与全身循环等优势渐渐成为生物医学领域的研究热点。
抑郁症是一种常见的精神障碍,以情绪或心境低落为主要特征。目前,全球约3.2亿人遭受抑郁困扰,其中至少16%的人会终身伴随抑郁症。作为一种无创的物理治疗方式,磁场已被发现具有活化神经细胞及环路的作用。但是因为磁场随距离快速衰减,通常磁刺激只对浅表皮层有刺激作用,并且强度较大,不易精确控制,从而限制了这种技术的广泛应用。
本发明首先采用本实验室已非常成熟可靠的技术,利用低渗稀释和等压密封的方式通过控制温度、酸碱度和水浴的温度、时间等细胞外界环境因素对制备磁性红细胞进行调整,通过调整磁性颗粒浓度来提高磁化红细胞的磁响应程度。利用磁化红细胞本身的某些物理以及化学性质利用梯度磁场来远程控制磁化红细胞在特定位置的聚集,通过克服血脑屏障以及施加交变磁场在体内产生新的治疗形式。经测试,所制备的磁性细胞,将为磁性颗粒进入脑组织治疗技术打下坚实的基础,并为其实际应用提供保证。
发明内容
技术问题:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种无创、一体化的运输磁性颗粒进入脑组织技术平台,利用梯度磁场磁聚焦性质,将磁性细胞精准定位在相应脑区的血管,通过瑞加德松等A2a腺苷受体激动剂,在梯度磁场的牵引下克服血脑屏障进入脑组织,可以实现利用脉冲磁场治疗脑部相关疾病的目的。
本发明提供的第一个目的是将细胞运载技术与纳米技术结合,建立一种新型的靶向运输磁性颗粒的方法,解决现有开颅注射纳米颗粒入脑的高风险性,高创伤性的问题。
本发明要解决的第二个问题是提供一种克服血脑屏障使得磁性颗粒从脑区相应血管进入脑组织的方法,不但能够对机体造成很少的创伤,还能够实现进入脑区的目的。
本方面所要解决的第三个技术问题是利用进入脑区的细胞结合交变磁场治疗抑郁症等相关脑部疾病。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)磁化细胞的制备(以磁化红细胞为例);
2)磁化细胞在梯度磁场下的远程控制;
3)血脑屏障的开启;
4)磁性细胞克服血脑屏障进入特定脑区实施治疗。
进一步的,在本发明中,步骤1)中,血液的采集与保存;采用合适浓度的低渗溶液和MNPs溶液加入混合液中使红细胞处于低渗稀释环境;采用合适浓度重封溶液使红细胞外界环境恢复为等渗,使红细胞的重封;加入合适浓度的PBS,分散红细胞后离心去除游离的MNPs和渗出的血红蛋白等物质,获得磁化红细胞。
进一步的,在本发明中,将采集到的本体红细胞保存于血液保存液中,加入大体积的冰生理盐水,根据个体差异和周龄对离心洗涤的转速和时间作适当的调整。所述MNPs为Fe3O4@DMSA;所述血液保存液组成为枸缘酸钠,枸橼酸,葡萄糖,磷酸二氢钠,腺嘌呤;所述低渗溶液组成为磷酸钠,碳酸氢钠;所述重封溶液组成为磷酸钠,腺嘌呤,肌苷,丙酮酸钠,氯化钠,葡萄糖。
进一步的,在本发明中,步骤2)中,通过静脉注射将制备完成的磁化细胞溶液注射到体内。提前打开梯度磁场的控制电流开关,调节电流,控制梯度磁场聚焦处的磁感应强度。注射完成以后,立刻移置于梯度磁场中,其中梯度磁场的尖端聚焦于靶向部位。
进一步的,在本发明中,所述梯度磁场是位于铁芯上的数匝线圈通以电流而产生,梯度磁场运用了电磁效应的原理,产生的次级磁场附加在主磁场上可以对其进行调节。在梯度磁场中,磁感应强度的值和磁感线的方向都会随空间位移而变化。磁场会在铁芯的笔形尖端处被聚焦。在笔形尖端以外的地方磁场会迅速衰减,在笔形尖端处的磁场强度达到了最大值。
进一步的,在本发明中,步骤3)中,打开血脑屏障的方法是在磁性红细胞被梯度磁场定位在脑区血管相关位置时注射瑞加德松等A2a腺苷受体激动剂。
进一步的,在本发明中,所述瑞加德松是首个A2a腺苷受体激动剂,可通过激活A2a腺苷受体,促进冠脉舒张和增加冠脉血流量, 2011年 Carman等对大鼠的实验研究表明腺苷受体激动剂可以增加血脑屏障的通透性,并且这种通透性的变化具有时间、剂量依赖性。
进一步的,在本发明中,步骤4)中,打开血脑屏障后,利用梯度磁场牵引磁性红细胞进入大脑的特定脑组织,通过采取脉冲磁场的刺激方法,使磁性纳米颗粒在脑组织中产生一定效应,达到治疗抑郁症等相关疾病的目的。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点如下:
1)突破现有脑部送药的技术瓶颈,本发明具有快捷,简便,局效,微创,安全,操作简单的特点。
2)综合利用细胞载药的技术,将磁性纳米颗粒应用其中,作为一种靶向运输的方法,具有高的生物相容性、生物可降解性,并且无毒副作用,参与全身血液循环,装载磁性颗粒量大,对机体具有弱的抗原性的特点。
3)利用瑞加德松等A2a腺苷受体激动剂的生化性质,实现了磁性纳米颗粒从血管进入脑组织的目的。
4)综合利用细胞载药技术以及磁场定位技术,降低对硬件设备要求,适用于各种层级的医疗服务平台,尤其是边远地区及经济欠发达缺少开颅技术的地区的基层卫生部门。
附图说明
图1本专利主要工作示意图;
图2为本发明中磁化红细胞粒的表征图;其中:(a)光镜观察普通红细胞 (b)光镜观察磁化红细胞 (c) 激光共聚焦显微镜暗场环境 (d) 激光共聚焦显微镜 (e) 扫描电子显微镜 (f) 透射电子显微镜;
图3为磁化红细胞在小鼠脑部的磁靶向;
图4为纳米颗粒在梯度磁场定位下的染色切片(从中可以看出纳米颗粒在不加瑞加德松等A2a腺苷受体激动剂以及施加脉冲磁场的情况下可以少部分扩散出血管)。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,进一步阐明本发明,应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示为本发明的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法的流程图(以小鼠作为实验对象,红细胞作为载体)。第一步取小鼠的血液,通过加入血液保存液进行封存;第二步通过低渗稀释和等压密封法将Fe3O4@DMSA装入红细胞进而制备成磁化红细胞;第三步通过静脉注射进体内;第四步放入梯度磁场进行磁化红细胞定位;第五步将磁化红细胞定位到相应脑区血管后注射瑞加德松,保持磁场;第六步外加交变磁场治疗抑郁症等脑部疾病。
具体的过程方法如下,包括以下步骤:
1)磁化细胞的制备(以磁化红细胞为例);血液的采集与保存,将采集到的本人红细胞保存于血液保存液中,加入大体积的冰生理盐水,根据个体差异和周龄对离心洗涤的转速和时间作适当的调整。采用合适浓度的低渗溶液和MNPs溶液加入混合液中使红细胞处于低渗稀释环境;采用合适浓度重封溶液使红细胞外界环境恢复为等渗,使红细胞的重封;加入合适浓度的PBS,分散红细胞后离心去除游离的MNPs和渗出的血红蛋白等物质,获得磁化红细胞。所述MNPs为Fe3O4@DMSA;所述血液保存液组成为枸缘酸钠,枸橼酸,葡萄糖,磷酸二氢钠,腺嘌呤;所述低渗溶液组成为磷酸钠,碳酸氢钠;所述重封溶液组成为磷酸钠,腺嘌呤,肌苷,丙酮酸钠,氯化钠,葡萄糖。
2)磁化细胞在梯度磁场下的远程控制:通过静脉注射将制备完成的磁化细胞溶液注射到体内。提前打开梯度磁场的控制电流开关,调节电流,控制梯度磁场聚焦处的磁感应强度。注射完成以后,立刻移置于梯度磁场中,其中梯度磁场的尖端聚焦于靶向部位。所述梯度磁场是位于铁芯上的数匝线圈通以电流而产生,梯度磁场运用了电磁效应的原理,产生的次级磁场附加在主磁场上可以对其进行调节。在梯度磁场中,磁感应强度的值和磁感线的方向都会随空间位移而变化。磁场会在铁芯的笔形尖端处被聚焦。在笔形尖端以外的地方磁场会迅速衰减,在笔形尖端处的磁场强度达到了最大值。
3)血脑屏障的开启:打开血脑屏障的方法是在磁性红细胞被梯度磁场定位在脑区血管相关位置时注射瑞加德松等A2a腺苷受体激动剂。所述瑞加德松是首个A2a腺苷受体激动剂,可通过激活A2a腺苷受体,促进冠脉舒张和增加冠脉血流量,2011年 Carman等对大鼠的实验研究表明腺苷受体激动剂可以增加血脑屏障的通透性,并且这种通透性的变化具有时间、剂量依赖性。
4)磁性细胞克服血脑屏障进入脑区实施治疗:打开血脑屏障后,利用梯度磁场牵引磁性红细胞进入大脑的特定脑组织,通过采取脉冲磁场的刺激方法,使磁性纳米颗粒在脑组织中产生一定效应,达到治疗抑郁症等相关疾病的目的。
如图2、图3、图4所示,以下特定的实施例旨在更详细地描述本发明,这些实施例的目的在于解释本发明,而不应理解为限定本发明的范围。
实施例1:Fe3O4磁化红细胞的制备(以小鼠实验为例)
Fe3O4磁化红细胞的制备参照本实验室已有的成熟方法进行,所制备的磁性红细胞具有装载量大,磁化程度大的特点。
具体实验过程如下所述。
1) 眼静脉采集0.1 mL的血细胞,并保存于事先准备好的血液保存液中防止凝结;
2)低渗稀释:在低渗溶液加入红细胞溶液后,红细胞的体积由于发生溶胀而变大,适宜浓度的低渗溶液保证了红细胞不会发生破裂。然后细胞膜上伴随允许大分子通过的孔道出现。随后将150 uL的MNPs溶液加入混合液中,磁性颗粒便会通过自由扩散的方式由孔道进入细胞内部。
3)红细胞的重封:待MNPs被红细胞装载完成以后,向溶液中加入重封溶液使红细胞外界环境恢复为等渗,红细胞的形状复原,细胞膜上的孔道随之关闭。向磁化红细胞溶液中加入PBS,分散红细胞后离心去除游离的MNPs和渗出的血红蛋白等物质,获得制备完成的磁化红细胞。
实施例2:磁化红细胞在磁场作用下的聚集(以小鼠实验为例)
尾静脉注射磁化红细胞:首先将小鼠放置于固定器中,并使得小鼠的尾巴从固定器后面的小孔中露出来。之后用左手拇指和食指将尾巴拽直并保持紧绷状态,用蘸酒精的棉球轻轻擦拭尾巴并润湿使得尾静脉膨胀至清晰可见。接下来,将小鼠尾巴放置于食指上方,并用大拇指和中指对其进行固定,右手持1 mL 注射器等待进针。注射时左手需拉住尾巴,进针位置一般选择距离尾尖1/4或1/3处进针,此处皮肤较薄,可以看出血管的位置。注射前可通过回针观察有无回血来判断注射器的针尖是否扎入尾静脉内,有回血代表针尖已插入静脉内,慢慢推动注射器将样品打入小鼠体内。注射结束后,用酒精棉球按住小鼠注射部位进行止血。
2)实验开始前首先用2%的戊巴比妥钠溶液通过腹腔注射对小鼠进行麻醉,以方便后续的实验操作和磁场作用(磁场作用完成,在观察时可以通过异氟烷进行对其进行气麻)。然后通过尾静脉注射将制备完成的磁化红细胞溶液(pH7.4)含MNPs(0.421 mg/mL)注射到小鼠体内,注射量为300 μL。实验中需提前打开梯度磁场的控制电流开关,并且将电流调节到0.5-1 A,这时测得梯度磁场聚焦处的磁感应强度约为400-800 mT。在尾静脉注射以后,实验组小鼠被立刻移置于梯度磁场中,其中梯度磁场的尖端聚焦于小鼠的靶向部位;同时将对照组的小鼠放置于无磁场的环境中。在完成磁场作用以后,关闭电磁场。
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本发明的保护范围。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段,还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)磁化细胞的制备;
2)磁化细胞在梯度磁场下的远程控制;
3)血脑屏障的开启;
4)磁性细胞克服血脑屏障进入脑区。
2.根据权利要求1所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:步骤1)中,磁化细胞的制备为磁化红细胞的制备。
3.根据权利要求1所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:步骤1)中,血液的采集与保存;采用低渗溶液和MNPs溶液加入混合液中使细胞处于低渗稀释环境;采用重封溶液使细胞外界环境恢复为等渗,使细胞重封;加入PBS,分散细胞后离心去除游离的MNPs和渗出的血红蛋白,获得磁化细胞。
4.根据权利要求3所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:将采集到的细胞保存于血液保存液中,加入冰生理盐水,根据个体差异和周龄对离心洗涤的转速和时间作调整;所述MNPs为Fe3O4@DMSA;所述血液保存液组成为枸缘酸钠、枸橼酸、葡萄糖、磷酸二氢钠、腺嘌呤;所述低渗溶液组成为磷酸钠、碳酸氢钠;所述重封溶液组成为磷酸钠、腺嘌呤、肌苷、丙酮酸钠、氯化钠、葡萄糖。
5.根据权利要求1所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:步骤2)中,通过静脉注射将制备完成的磁化细胞溶液注射到体内,提前打开梯度磁场的控制电流开关,调节电流,控制梯度磁场聚焦处的磁感应强度,注射完成以后,立刻移置于梯度磁场中,其中梯度磁场的尖端聚焦于靶向部位。
6.根据权利要求5所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:所述梯度磁场是位于铁芯上的数匝线圈通以电流而产生,梯度磁场运用了电磁效应的原理,产生的次级磁场附加在主磁场上对其进行调节,在梯度磁场中,磁感应强度的值和磁感线的方向都会随空间位移而变化,磁场会在铁芯的笔形尖端处被聚焦,在笔形尖端以外的地方磁场会迅速衰减,在笔形尖端处的磁场强度达到了最大值。
7.根据权利要求1所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:步骤3)中,打开血脑屏障的方法是在磁性细胞被梯度磁场定位在脑区血管相关位置时注射A2a腺苷受体激动剂。
8.根据权利要求7所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:所述A2a腺苷受体激动剂采用瑞加德松。
9.根据权利要求1所述的基于细胞载药技术控制磁性纳米颗粒无创入脑的方法,其特征在于:步骤4)中,打开血脑屏障后,利用梯度磁场牵引磁性细胞进入大脑的特定脑组织,通过采取脉冲磁场的刺激方法,使磁性纳米颗粒在脑组织中产生效应。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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