CN109289050B - 一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109289050B CN109289050B CN201811354408.3A CN201811354408A CN109289050B CN 109289050 B CN109289050 B CN 109289050B CN 201811354408 A CN201811354408 A CN 201811354408A CN 109289050 B CN109289050 B CN 109289050B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- treatment agent
- ppy
- carboxyl
- composite
- polypyrrole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 title claims abstract description 120
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 title claims abstract description 111
- 238000011282 treatment Methods 0.000 title claims abstract description 110
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 97
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 title claims abstract description 83
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 title claims abstract description 50
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 claims description 82
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 72
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims description 63
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 59
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 38
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 31
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 30
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 22
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910001447 ferric ion Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 21
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 21
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 20
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 20
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 19
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 19
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 17
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 claims description 17
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Substances CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical group Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- DOYOPBSXEIZLRE-UHFFFAOYSA-N pyrrole-3-carboxylic acid Chemical compound OC(=O)C=1C=CNC=1 DOYOPBSXEIZLRE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000012304 carboxyl activating agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 7
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000032 diagnostic agent Substances 0.000 claims description 4
- 229940039227 diagnostic agent Drugs 0.000 claims description 4
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000007865 diluting Methods 0.000 claims description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 claims description 2
- 239000012216 imaging agent Substances 0.000 claims description 2
- 229940124597 therapeutic agent Drugs 0.000 claims 2
- 230000001659 chemokinetic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 21
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 14
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 13
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 12
- 238000002595 magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 10
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 8
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000013421 nuclear magnetic resonance imaging Methods 0.000 description 5
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 5
- 238000007626 photothermal therapy Methods 0.000 description 5
- 230000004614 tumor growth Effects 0.000 description 5
- 238000011729 BALB/c nude mouse Methods 0.000 description 4
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 4
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 4
- -1 carboxyl anion Chemical class 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 4
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical compound [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 4
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000000975 bioactive effect Effects 0.000 description 3
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 3
- 230000034994 death Effects 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000012221 photothermal agent Substances 0.000 description 3
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 3
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 3
- 206010006187 Breast cancer Diseases 0.000 description 2
- 208000026310 Breast neoplasm Diseases 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 2
- 241000699660 Mus musculus Species 0.000 description 2
- 239000006143 cell culture medium Substances 0.000 description 2
- 238000002648 combination therapy Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002077 nanosphere Substances 0.000 description 2
- 238000011580 nude mouse model Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000001959 radiotherapy Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N Gluconic acid Natural products OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000000973 chemotherapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002512 chemotherapy Methods 0.000 description 1
- 239000011246 composite particle Substances 0.000 description 1
- 230000002153 concerted effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 238000013399 early diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000003238 esophagus Anatomy 0.000 description 1
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 description 1
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 description 1
- 230000009036 growth inhibition Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000015 thermotherapy Methods 0.000 description 1
- 230000017423 tissue regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011269 treatment regimen Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
- A61K41/0052—Thermotherapy; Hyperthermia; Magnetic induction; Induction heating therapy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/0002—General or multifunctional contrast agents, e.g. chelated agents
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
- A61K49/08—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by the carrier
- A61K49/10—Organic compounds
- A61K49/12—Macromolecular compounds
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/06—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations
- A61K49/08—Nuclear magnetic resonance [NMR] contrast preparations; Magnetic resonance imaging [MRI] contrast preparations characterised by the carrier
- A61K49/10—Organic compounds
- A61K49/14—Peptides, e.g. proteins
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/22—Echographic preparations; Ultrasound imaging preparations ; Optoacoustic imaging preparations
- A61K49/222—Echographic preparations; Ultrasound imaging preparations ; Optoacoustic imaging preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, liposomes
- A61K49/225—Microparticles, microcapsules
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P35/00—Antineoplastic agents
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
Abstract
本发明涉及一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用，所述多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶。
Description
技术领域
本发明涉及一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用，属于纳米诊疗剂技术领域。
背景技术
癌症是临床医学的重大疾病，已经严重威胁人类生命安全，阻碍社会发展。相关报告显示，我国癌症新增病例数高居世界首位，在肝脏、胃、肺、食道等癌症中，我国的新增病例数和死亡病例数均居世界第1位。2015年，我国癌症新发病病例约为429万，年死亡病例约为281万，这意味着平均每天癌症确诊数为11759人，每分钟平均8人会被确诊为癌症。因而，亟需采取积极有效的防治措施遏制癌症的发展势头，并逐步实现对癌症的早发现、早诊断和早治疗，从而最大限度提高患者的生存质量。
近年来，光热治疗(PTT)作为一种新兴的癌症治疗方法因其具有疗效明显、毒副作用小等特点，而备受关注。PTT技术的关键在于开发出高效、稳定和安全的光热剂。聚吡咯(PPy)拥有优异的生物相容性，已被应用于药物传递、组织修复以及生物传感器等领域。另外，PPy具有较好的光热转换性能。在前期的研究中，我们提出了一种叶酸偶联的金纳米粒/聚吡咯/四氧化三铁多功能复合纳米诊疗剂的制备方法(中国专利 CN201410623958.6)。通过PPy可以吸收大量808nm近红外光，能高效地将光能转变为热能，并将热能集中在肿瘤位点，有效地将肿瘤细胞杀死。同时，由于复合纳米粒子中含有金纳米粒和超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4)等成分，将实现核磁共振成像(MRI)和光热成像相结合的高分辨率图像。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，相比于波长范围为750-1000nm的近红外一区(NIR-I)，波长范围为1000-1350nm 的近红外生物窗口II(NIR-II)由于发射波长更长，具有更大皮肤可承受光暴露能量上限，也可显著降低光在穿透生物组织时光散射及自荧光效应的影响，使探测深度更深、空间分辨率更高。关于PPy的PTT效果研究仍主要集中的NIR-I区，而在NIR-II区的研究则少之甚少。此外，单一治疗手段都有不同程度的副作用和局限性，故多学科和规范化的综合治疗成为癌症治疗的必然趋势。目前癌症的治疗策略中，化疗仍然是最常用的联合治疗手段之一。但是事实上，剧烈的毒副作用与较低的化疗治疗效果已成为癌症病人的主要死亡因素之一。
针对上述问题，本发明的目的在于拓展PPy在NIR-II区的光热潜能，并基于肿瘤微环境与正常组织不同，设计仅在肿瘤组织部位高选择性和高特异性的催化药物，从而达到减少正常组织伤害并高选择性杀死肿瘤细胞，实现高效精准治疗。
解决问题的手段：
在此，一方面，本发明提供一种复合多功能纳米诊疗剂，所述复合多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在所述羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶。
本发明中，四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂包括羧基聚吡咯、分散在聚吡咯中的四氧化三铁颗粒、及修饰于由羧基聚吡咯和四氧化三铁颗粒组成的基体外表面的葡萄糖氧化酶。上述复合多功能纳米诊疗剂中，PPy可以将NIR I(808nm)和NIR II(1064nm)激光的光能转化热能从而杀死肿瘤。同时，产生的热量还可使模板区域产生热弹性膨胀而产生超声波信号，经接收器处理实现对肿瘤区域的NIR I和NIR II的光声造影。此外，体系中Fe3O4具有T2模式MRI造影能力。因此，四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂具备MRI和NIR II区光声诊断肿瘤的性能，并可实现对肿瘤的光热-化学动力学的协同治疗。
所述四氧化三铁颗粒与所述羧基聚吡咯的质量比可以为1：(2～6)。
所述复合多功能纳米诊疗剂中，所述葡萄糖氧化酶的含量可以为5～15wt.％。
所述羧基聚吡咯的粒径可以为30～200nm，所述四氧化三铁颗粒的粒径可以为3～15nm。
较佳地，所述四氧化三铁颗粒以原位掺杂的形式分散在羧基聚吡咯中。所述葡萄糖氧化酶可以通过酰胺键将葡萄糖氧化酶中的氨基和羧基聚吡咯的酸基链接修饰于所述基体外表面。
所述复合多功能纳米诊疗剂在去离子水中的水动力学半径可以为80～200nm，优选 80～120，所述复合多功能纳米诊疗剂在生理盐水中的水动力学半径为100～250nm，优选 100～150。
另一方面，本发明提供一种上述复合多功能纳米诊疗剂的制备方法，包括：
将3-羧基吡咯单体和吡咯单体混合均匀，然后与含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液混合，冰浴搅拌，在0～10℃下避光静置，制得羧基聚吡咯纳米粒子分散液；
将所述羧基聚吡咯纳米粒子分散液用去离子水和乙醇稀释，于55～65℃搅拌回流反应 10～30分钟后，加入氨水溶液，于55～65℃持续搅拌反应10～30分钟，再次加入氨水溶液，反应10～30分钟，将得到的四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散在去离子水中，形成四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散液，通入保护性气体，1～10℃低温保存；以及
将所述四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散液与羧基活化剂混合，室温搅拌活化0.5～ 2小时后，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液，继续反应12～24小时，得到所述复合多功能纳米诊疗剂。
所述3-羧基吡咯单体与所述吡咯单体的质量比可以为1：(0.8～1.5)。
所述3-羧基吡咯单体与所述三价铁离子的摩尔比可以为1:(1～5)。
所述含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液中三价铁离子含量可以为2.5～4wt.％。聚乙烯醇溶液的浓度可以为5wt.％～10wt.％。所述聚乙烯醇溶液可以为聚乙烯醇水溶液。
所述羧基活化剂可以为质量比为(1～3):(0.5～1)的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。
保护性气体可以为氩气和氮气等。
含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液可以通过将三价铁盐与聚乙烯醇溶液混合得到。三价铁盐可以为三氯化铁、硫酸铁和硝酸铁等。
将所述羧基聚吡咯纳米粒子分散液用去离子水和乙醇稀释时，稀释前后的分散液的体积比可以为1:(5～20)；两次加入的氨水溶液与稀释后的分散液的体积比分别可以为1: (10～30)。氨水溶液的浓度可以为0.5～1wt.％。
较佳地，按照四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子、羧基活化剂和葡萄糖氧化酶的质量比为(5～20):(1.5～4.2):1的比例，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液。
又一方面，本发明还提供一种上述复合多功能纳米诊疗剂在制备成像剂中的应用，上述复合多功能纳米诊疗剂可用于肿瘤的核磁共振成像、NIR II区光声成像等。
又一方面，本发明还提供上述复合多功能纳米诊疗剂在制备肿瘤的光热和化学动力学协同治疗药物中的应用，上述复合多功能纳米诊疗剂可用于NIR II区光热和化学动力学协同治疗。
本发明中，一方面通过系统性地调控有机/无机杂化材料体系，开发PPy同时跨越NIR-I区和NIR-II区作为高效光热剂和光声造影剂的潜能，另一方面该纳米诊疗剂通过科学合理地组合生物活性酶和无机纳米酶，连锁且高效地进行生物酶催化反应和芬顿(Fenton)反应。首先，葡萄糖氧化酶(GOD)选择性地催化肿瘤内的葡萄糖生成过氧化氢(H2O2)与葡萄糖酸。H2O2作为下一步Fenton反应的底物，在酸性条件下被体系中的 Fe3O4催化生成高毒性的活性氧物种羟基自由基(OH·)，诱导肿瘤细胞凋亡，而不对正常的组织和器官造成损害。同时，PPy的光热效应可以加快芬顿反应，提高OH·的产生水平。此外，羧基PPy(PPy-COOH)基底和Fe3O4的原位掺杂分别赋予其NIR-II区光声成像 (PAI)和磁共振(MRI)成像导航的功能，最终实现MRI/PAI双模态导航下对肿瘤的高效协同治疗。
附图说明
图1是实施例1中Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的透射电镜(TEM) 照片；
图2示出实施例1中Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的元素分析能谱；
图3示出实施例1中Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂在水、生理盐水和细胞培养基中的粒径；
图4示出实施例2中Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的核磁成像效果(上图示出不同Fe元素浓度的诊疗剂溶液的MR成像，下图示出MRI性能与Fe元素浓度的关系)；
图5示出实施例3中Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的NIR I和NIR II光声成像效果(图5上图示出不同Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂浓度的光声成像，下图示出Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂浓度和NIR I区、NIR II区均信号值的关系)；
图6(a)和图6(b)分别示出实施例4中不同浓度Fe3O4@PPy@GOD的多功能复合纳米诊疗剂分散液在功率为1.0W/cm2的NIR I区(808nm)和NIR II区(1064nm)激光辐射下液体温度随辐照时间的变化图；
图7(a)示出实施例4中在NIR I区(808nm)和NIR II区(1064nm)功率密度为 1.0W/cm2近红外激光照射下，荷瘤Balb/C裸鼠经尾静脉注射100μL生理盐水、混合了 Fe3O4@PPy-COOH的生理盐水、或混合了Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的生理盐水的热成像照片；图7(b)示出与图7(a)相对应实施例2中荷瘤鼠在注射生理盐水、混合了Fe3O4@PPy-COOH的生理盐水、或混合了Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的生理盐水后，在NIR I区(808nm)和NIR II区(1064nm)功率密度为1.0 W/cm2近红外激光照射下，肿瘤区域的温度变化情况；
图8实施例5中经不同治疗后裸鼠的肿瘤体积随时间的变化关系(图中的“对照组”、“808nm”、“GOD”、“1064nm”、“Fe3O4@PPy”、“Fe3O4@PPy+808nm”、“Fe3O4@PPy +1064nm”、“Fe3O4@PPy@GOD”、“Fe3O4@PPy@GOD+808nm”、“Fe3O4@PPy@GOD +1064nm”分别表示空白对照、近红外I区808nm激光照射组、近红外II区1064nm激光照射组、仅注射Fe3O4@PPy生理盐水分散液组、注射Fe3O4@PPy生理盐水分散液后近红外 I区808nm激光照射组、注射Fe3O4@PPy生理盐水分散液后近红外II区1064nm激光照射组、仅注射Fe3O4@PPy@GOD生理盐水分散液组、注射Fe3O4@PPy@GOD生理盐水分散液后近红外I区808nm激光照射组、注射Fe3O4@PPy@GOD生理盐水分散液后近红外II区 1064nm激光照射组)。
具体实施方式
以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
本发明涉及一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂的制备方法和应用。更具体地涉及将四氧化三铁、聚吡咯和生物活性的葡萄糖氧化酶有机组合起来，具有磁靶向性、光声成像、核磁共振成像、光热和化学动力学联合治疗的多功能性。可用于人体或者其他哺乳动物肿瘤或癌症的诊断和高效治疗。所述多功能纳米诊疗剂是由四氧化三铁和羧基聚吡咯组成的复合纳米粒子作为基体，选用葡萄糖氧化酶进行表面修饰后，得到粒径为80～200纳米的复合粒子。本发明所制备的多功能复合纳米诊疗剂具有肿瘤靶向性强、成像效果好以及疗效显著等优点，可用于人或者其他哺乳动物的肿瘤或癌症的光热治疗和化学动力学治疗的联合治疗，也可对病变组织进行光声和核磁共振成像诊断，对发展多模态影像介导的肿瘤热疗和化学动力学协同治疗的材料具有重要意义。
本发明的四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂(可简称为“Fe3O4@PPy@GOD复合多功能诊疗剂”或“Fe3O4@PPy@GOD”)可以包括：羧基聚吡咯 (PPy-COOH)、分散于PPy-COOH上的四氧化三铁(Fe3O4)颗粒及外面表面的葡萄糖氧化酶(GOD)的修饰，葡萄糖氧化酶修饰于由羧基聚吡咯和四氧化三铁颗粒组成的基体外表面。Fe3O4纳米粒子与PPy-COOH的质量比可以为1：(2～6)，优选1：(2～4)。Fe3O4纳米粒子与PPy-COOH的质量比为1：(2～6)时，具有磁性的同时也同时兼具材料的分散性。 GOD的含量可以为5～15wt.％，该含量范围内可高效开启葡萄糖的连锁催化效应的。
以下，示意性说明本发明的四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法。
首先，将3-羧基吡咯单体(Py-COOH)和吡咯单体(Py)混合均匀，然后与含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液混合，冰浴搅拌，在0～10℃下避光静置，从而实现三价铁离子介导的聚吡咯聚合，避免光和高温的影响。由此，制得PPy-COOH纳米粒子溶液。3-羧基吡咯单体与吡咯单体的质量比可以为1：(0.8～1.5)，该含量范围既可以实现聚吡咯的羧基修饰，同时不会因为3-羧基吡咯的过多引入而影响吡咯的光热性能。3-羧基吡咯单体与三价铁离子的摩尔比可以为1:(1～5)。
含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液中三价铁离子含量可以为2.5～4wt.％。聚乙烯醇溶液可以使用浓度为5wt.％～10wt.％的聚乙烯醇溶液。所述聚乙烯醇溶液可以为聚乙烯醇水溶液。含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液可以通过将三价铁盐与聚乙烯醇溶液混合得到。三价铁盐可以为三氯化铁、硫酸铁和硝酸铁等。在一个示例中，将Py-COOH和Py按质量比为1： (0.8～1.5)的比例混合均匀，缓慢加入到含有2.5～4％Fe3+的浓度为5wt.％～10wt.％的聚乙烯醇溶液中，冰浴搅拌，4℃避光静置，反应结束制得PPy-COOH纳米粒子溶液。其中，“缓慢加入”是指逐滴加入，速率约为20μL/s。
接着，将PPy-COOH纳米粒子溶液用去离子水和乙醇稀释，从而将纳米粒子分散，避免浓度过大而团聚。将PPy-COOH纳米粒子分溶液用去离子水和乙醇稀释时，稀释前后的溶液的体积比可以为1:(5～20)。去离子水和乙醇稀释的体积比可以为(8～12)：(1～5)。在一个示例中，取制备的PPy-COOH纳米粒子溶液加入到圆底烧瓶中，加入8～12mL去离子水和1～5mL无水乙醇，搅拌均匀。
接着，将稀释后的PPy-COOH纳米粒子溶液于55～65℃搅拌回流反应10～30分钟后，加入氨水溶液，于55～65℃持续搅拌反应10～30分钟，再次加入氨水溶液，反应 10～30分钟，反应结束。由此，得到Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子。两次加入的氨水溶液的浓度各自可以为0.5～1wt.％。两次加入的氨水溶液的体积比可以为(0.5～1)：(0.5～1)。两次加入的氨水溶液与稀释后的溶液的体积比分别可以为1:(10～30)。两次加入的氨水溶液的浓度可以相同，也可以不同。可采用油浴锅进行加热。反应过程中可以通入氩气、氮气等惰性气体进行气体保护。
在一个示例中，搅拌回流反应10～30min后，快速加入浓度为0.5～1％的氨水溶液，55～65℃持续搅拌反应10～30min，再快速加入浓度为0.5～1％的氨水溶液，反应结束。其中，“快速加入”是指注射速率至少为1mL/s。
可以通过离心洗涤得到Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子(可简称为“Fe3O4@PPy-COOH”)。可以将得到的Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子分散在去离子水中，形成一定浓度的Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子溶液，通入保护性气体，1～10℃低温保存。保护性气体可以为氩气和氮气等。Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子溶液浓度可以为5～40mg/mL。该Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子中，Fe3O4纳米粒子以原位掺杂的形式分散在PPy- COOH中。PPy-COOH的粒径为30～200nm，Fe3O4纳米粒子的粒径为3～15nm。
接着，将一定浓度的Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子溶液与羧基活化剂混合，室温搅拌活化0.5～2小时后，向反应体系中加入GOD溶液，继续反应12～24小时。由此，得到Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂。羧基活化剂为质量比为(1～3)：(0.5～1)的 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。GOD溶液可以为GOD水溶液，浓度可以为0.5～5mg/mL。
可以在Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子溶液与羧基活化剂混合后，将pH值调至 7～9，从而利于羧基负离子进攻缩合试剂，利于GOD的连接。可以按照Fe3O4@PPy-COOH 复合纳米粒子、羧基活化剂和葡萄糖氧化酶的质量比为(5～20):(1.5～4.2):1的比例，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液，该比例范围可实现葡萄糖氧化酶介导的连锁催化芬顿反应的进行。羧基活化剂采用EDC、NHS的情况下，Fe3O4@PPy-COOH、EDC、NHS和 GOD的质量比可以为5～20:1～3:0.5～1.2:1。
可以通过离心洗涤得到Fe3O4@PPy@GOD。可以将其分散在磷酸盐缓冲液(PBS) 中，0～10℃(例如4℃)保存待用。
由上述方法制备的Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂中，Fe3O4纳米粒子与PPy-COOH的质量比为1：(2～6)，优选为1：(2～4)。GOD的含量可以为5～15％。本发明 Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂为纳米尺寸。PPy-COOH的粒径为30～200nm，所述Fe3O4纳米粒子的粒径为3～15nm。该多功能纳米诊疗剂在去离子水中的水动力学半径可以为80～200nm，优选80～150nm，所述多功能纳米诊疗剂在生理盐水中的水动力学半径为100～250nm。因此，Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂具有较好的胶体稳定性。
Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂中，PPy可以将NIR I(808nm)和NIR II(1064nm)激光的光能转化热能从而杀死肿瘤。同时，产生的热量还可使模板区域产生热弹性膨胀而产生超声波信号，经接收器处理实现对肿瘤区域的NIR I和NIR II的光声造影。此外，体系中Fe3O4具有T2模式MRI造影能力。GOD的引入则赋予了 Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂的协同催化的性能。因此，Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂具备MRI和NIR II区光声诊断肿瘤的性能，并可实现对肿瘤的光热-化学动力学的协同治疗。
在本发明中，一方面通过系统性地调控有机/无机杂化材料体系，开发出的PPy作为高效光热剂可同时跨越NIR-I和近红外生物窗口II(1000-1350nm)区，另一方面通过组合生物活性酶和无机纳米酶，高效地开启连锁生物酶催化反应和芬顿反应产生OH·杀死肿瘤细胞。迄今为止，本领域尚未开发基于PPy能够同步实现PTT和CDT协同治疗的诊疗剂，而本发明填补了这一空白。本发明的制备方法具有本发明设备装置简单，操作简便，有助于工业化生产。
本发明还提供上述基于Fe3O4@PPy@GOD的多功能复合纳米诊疗剂在用于肿瘤的核磁共振成像、NIR II区光声成像、NIR II区光热和化学动力学协同治疗等的应用。
在一个实施方式中，将本发明所述的Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂分散于生理盐水注射液中，取100uL注射到荷4T1乳腺癌肿瘤模型的Balb/c裸鼠的肿瘤内。通过功率密度为1W/cm2、波长为NIR I(808nm)或NIR II(1064nm)的近红外激光照射肿瘤10分钟。实验结果表明，仅注射生理盐水组中荷瘤鼠鼠肿瘤增长明显(如图8)。注射含Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂的生理盐水的组与注射含Fe3O4@PPy- COOH纳米粒子的生理盐水的组予以激光照射可以有效抑制小鼠的肿瘤生长。NIR II区激光照射的效果要优于NIR I区激光照射，但Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂对肿瘤的生长抑制更加明显，这一实验结果表明NIR II区的功能开发和化学动力学协同治疗的引入能够显著提高放疗的疗效。
本发明的优点：
本发明涉及的实验装置简易，操作简单，制备周期快，有利于大批量生产；
本发明制备的多功能复合纳米诊疗剂具备NIR II光热治疗，核磁成像，NIR II光声成像等特点，可实现肿瘤的诊疗一体化；
本发明制备的多功能复合纳米诊疗剂，磁靶向性强，针对性高，能有望提高肿瘤的治疗效果；
本发明制备的多功能复合纳米诊疗剂具有生物相容性好，稳定性高，灵敏性强等特点。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1：
首先，将3-羧基吡咯单体(Py-COOH)和吡咯单体(Py)按质量比为1：1的比例混合均匀，缓慢加入到含有3.5％三价铁离子的浓度为8％的聚乙烯醇溶液中，冰浴搅拌，4℃避光静置，反应结束制得PPy-COOH纳米粒子溶液，混合时Py-COOH与三价铁离子的摩尔比为1：2。取制备的PPy-COOH纳米粒子溶液加入到圆底烧瓶中，加入10mL去离子水和 3mL无水乙醇，搅拌均匀。置于60℃的油浴锅中，搅拌回流反应20min后，快速加入 1mL浓度为1％的氨水溶液，60℃持续搅拌反应30min，再快速加入1mL浓度为1 ％的氨水溶液，反应30分钟，气体保护结束反应。离心洗涤得到Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子，将其分散在去离子水中，氩气保护，4℃低温保存。取一定浓度的Fe3O4@PPy- COOH溶液，称取1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入其中，室温搅拌活化0.5h后，向反应体系中加入GOD溶液，其中 Fe3O4@PPy-COOH、EDC、NHS和GOD的质量比为10:1:0.5:1。继续反应12h，离心洗涤得到Fe3O4@PPy@GOD，将其分散在PBS中，4℃保存待用。制得的Fe3O4@PPy@GOD中，羧基聚吡咯的粒径为60nm，四氧化三铁颗粒的粒径为5nm，Fe3O4@PPy@GOD在去离子水中的水动力学半径为100nm，在生理盐水中的水动力学半径为120nm。
图1为本实施例Fe3O4@PPy@GOD复合纳米诊疗剂的TEM图片。从图1可以看出，Fe3O4纳米颗粒分散于球形PPy-COOH纳米球上且结合紧密，外表面均匀包覆一层 GOD。
图2为本实施例Fe3O4@PPy@GOD复合纳米诊疗剂的Fe、N、C和O元素的分布图，表明各组分间的有机结合。
图3为是本实施例Fe3O4@PPy@GOD的多功能复合纳米诊疗剂在水、生理盐水和细胞培养基中的粒径分布，可以看出粒子具有很好的稳定性和分散性，可以长期保存。
实施例2
材料自身的磁共振成像性能：将Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂配成Fe元素浓度分别为1.4、0.7、0.35、0.18和0.09μM的溶液，分别置于1.5mL的玻璃小瓶中，使用核磁成像系统进行MR成像实验。计算T1、T2弛豫时间。从元素浓度的升高图4中可以看出，随着Fe元素浓度的升高，MR图片呈变暗趋势，说明其MRI性能与Fe元素浓度相关，在实验浓度范围内与Fe元素浓度显示出了良好的线性关系，显示出了良好的核磁造影性能，表明在磁共振造影成像方面的具有良好的应用前景。
实施例3
材料自身的光声成像性能：将Fe3O4@PPy@GOD的多功能复合纳米诊疗剂配成浓度分别为24、12、6和3mg/mL的溶液。注射入内径约为1mm的透明塑料细管中，使用小动物光声成像系统进行光声成像实验。得到图像后，选择成像的区域计算光声信号值，得材料的光声信号值。从图5可以看出，随着材料浓度的升高，光声造影信号值呈上升趋势，说明其光声造影性能与浓度相关，在实验浓度范围内与Fe3O4@PPy@GOD的多功能复合纳米诊疗剂浓度和NIRI区、NIR II区均信号值显示出了良好的线性关系，在光声造影成像方面的具有良好的应用前景。
实施例4
将Fe3O4@PPy@GOD的多功能复合纳米诊疗剂分散于装有1mL蒸馏水的玻璃比色皿中，得诊疗剂的浓度为800、400、200、100、50和25μg/mL的悬浮液，取蒸馏水作为对照。分别用功率密度为1.0W/cm2的NIR I(808nm)和NIR II(1064nm)波长的近红外激光照射，通过红外相机记录水温随时间的变化。为检测材料的光热稳定性，重复照射材料次，记录每次照射后水的温度变化值。
取荷瘤裸鼠(肿瘤直径约为0.6-1cm)，分别通过尾静脉注射100μL的 Fe3O4@PPy@GOD纳米粒的生理盐水分散液和生理盐水。然后，分别用NIR I(808nm) 和NIR II(1064nm)波长的近红外激光(功率密度为1.0W/cm2)照射肿瘤部位，通过红外相机记录肿瘤温度随时间的变化情况。由图5可以看出，在非常低的浓度下， Fe3O4@PPy@GOD纳米粒可以有效吸收NIR I(808nm)和NIR II(1064nm)的近红外光，并以热量的形式转换，进而其光热性能。
图6(a)和图6(b)为功率密度为1.0W/cm2的NIR I和NIR II近红外激光照射下，浓度分别为800、400、200和100μg/mL的Fe3O4@PPy@GOD纳米诊疗剂分散液水温的变化情况。很明显，相同功率密度的激光照射下，Fe3O4@PPy@GOD纳米诊疗剂能更加有效地进行光热转换而升高水温。蒸馏水不具备光热转换的能力，而经过10分钟照射后，NIR II(1064nm)照射的Fe3O4@PPy@GOD纳米粒可以使蒸馏水温度升高至62℃。而在相同浓度下，NIR I(808nm)照射的Fe3O4@PPy光热转换能力略低于NIR I区。此外， Fe3O4@PPy@GOD纳米粒显示出了良好的热稳定性。
图7(a)示出实施例4中在NIR I区(808nm)和NIR II区(1064nm)功率密度为1.0W/cm2近红外激光照射下，荷瘤Balb/C裸鼠经尾静脉注射100μL生理盐水、混合了Fe3O4@PPy-COOH的生理盐水、或混合了Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的生理盐水的热成像照片；图7(b)示出实施例2中荷瘤鼠在注射生理盐水、混合了 Fe3O4@PPy-COOH的生理盐水、或混合了Fe3O4@PPy@GOD多功能复合纳米诊疗剂的生理盐水后，在NIR I区(808nm)和NIR II区(1064nm)功率密度为1.0W/cm2近红外激光照射下，肿瘤区域的温度变化情况。同样地，生理盐水在荷瘤鼠体内仍不具备光热转换能力，而Fe3O4@PPy@GOD则可以有效地升高肿瘤区域的温度，特别值得一提的是，NIR II(1064nm)激光照射10分钟后肿瘤区域温度即可以升高至60℃，而NIR I(808 nm)激光照射10分钟温度升至50℃，进一步证明了Fe3O4@PPy@GOD纳米诊疗剂在 NIR II区有很好的光热转换能力。
实施例5
将Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂分散于生理盐水注射液中，取100uL通过尾静脉注射到荷4T1乳腺癌肿瘤模型Balb/c裸鼠内。通过功率密度为1W/cm2、波长为 NIR I(808nm)或NIR II(1064nm)的近红外激光照射肿瘤10分钟。实验结果表明，注射Fe3O4@PPy和Fe3O4@PPy@GOD纳米粒子荷瘤鼠肿瘤体积的增长受到明显抑制。而同等条件下仅注射生理盐水组中荷瘤鼠肿瘤增长明显。同一功率激光照射下，NIR II(1064 nm)比NIR I(808nm)的治疗效果更佳。值得注意的是，Fe3O4@PPy@GOD复合多功能纳米诊疗剂组比Fe3O4@PPy-COOH组可以更加彻底抑制小鼠的肿瘤生长，这一实验结果表明NIR II区的功能开发以及化学动力学协同治疗的引入能够显著提高放疗的疗效。
本发明工艺简单，产品易制备；GOD的引入赋予了纳米诊疗剂连锁催化性能；Fe3O4@PPy@GOD纳米诊疗剂同时拥有NIR I区和NIR II区光声和MR成像的功效；此外，Fe3O4@PPy@GOD纳米诊疗剂在NIR II有很好的吸收，可同步实现肿瘤的光热-化学动力学协同治疗，对发展可准确诊断并实现肿瘤的新型光热协同治疗的材料具有重要意义。
实施例6
首先，将3-羧基吡咯单体(Py-COOH)和吡咯单体(Py)按质量比为1：1.5的比例混合均匀，缓慢加入到含有3.5％三价铁离子的浓度为8％的聚乙烯醇溶液中，冰浴搅拌，4℃避光静置，反应结束制得PPy-COOH纳米粒子溶液，混合时Py-COOH与三价铁离子的摩尔比为1：5。取制备的PPy-COOH纳米粒子溶液加入到圆底烧瓶中，加入10mL去离子水和 3mL无水乙醇，搅拌均匀。置于60℃的油浴锅中，搅拌回流反应20min后，快速加入 1mL浓度为1％的氨水溶液，60℃持续搅拌反应30min，再快速加入1mL浓度为1 ％的氨水溶液，反应30分钟，结束反应。离心洗涤得到Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子，将其分散在去离子水中，氩气保护，4℃低温保存。取一定浓度的Fe3O4@PPy-COOH 溶液，称取1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺 (NHS)加入其中，室温搅拌活化30分钟后，向反应体系中加入GOD溶液，其中Fe3O4@PPy-COOH、EDC、NHS和GOD的质量比为20:3:1.2:1。继续反应12h，离心洗涤得到Fe3O4@PPy@GOD，将其分散在PBS中，4℃保存待用。制得的Fe3O4@PPy@GOD 中，羧基聚吡咯的粒径为180nm，四氧化三铁颗粒的粒径为15nm，Fe3O4@PPy@GOD在去离子水中的水动力学半径为200nm，在生理盐水中的水动力学半径为250nm。
实施例7
首先，将3-羧基吡咯单体(Py-COOH)和吡咯单体(Py)按质量比为1：1.2的比例混合均匀，缓慢加入到含有3.5％三价铁离子的浓度为8％的聚乙烯醇溶液中，冰浴搅拌，4℃避光静置，反应结束制得PPy-COOH纳米粒子溶液，混合时Py-COOH与三价铁离子的摩尔比为1：2.5。取制备的PPy-COOH纳米粒子溶液加入到圆底烧瓶中，加入10mL去离子水和 3mL无水乙醇，搅拌均匀。置于60℃的油浴锅中，搅拌回流反应20min后，快速加入 1mL浓度为1％的氨水溶液，60℃持续搅拌反应20min，再快速加入1mL浓度为1 ％的氨水溶液，反应20分钟，结束反应。离心洗涤得到Fe3O4@PPy-COOH复合纳米粒子，将其分散在去离子水中，氩气保护，4℃低温保存。取一定浓度的Fe3O4@PPy-COOH 溶液，称取1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺 (NHS)加入其中，室温搅拌活化20分钟后，向反应体系中加入GOD溶液，其中 Fe3O4@PPy-COOH、EDC、NHS和GOD的质量比为12.5:1.5:0.8:1。继续反应12h，离心洗涤得到Fe3O4@PPy@GOD，将其分散在PBS中，4℃保存待用。制得的Fe3O4@PPy@GOD 中，羧基聚吡咯的粒径为110nm，四氧化三铁颗粒的粒径为9nm，Fe3O4@PPy@GOD在去离子水中的水动力学半径为140nm，在生理盐水中的水动力学半径为180nm。
Claims (8)
1.一种复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述复合多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在所述羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶；所述复合多功能纳米诊疗剂的制备方法包括：将3-羧基吡咯单体和吡咯单体混合均匀，然后与含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液混合，冰浴搅拌，在0～10 ℃下避光静置，制得羧基聚吡咯纳米粒子分散液；所述3-羧基吡咯单体与所述吡咯单体的质量比为1：（0.8～1.5）；所述3-羧基吡咯单体与所述三价铁离子的摩尔比为1:（1～5）；
将所述羧基聚吡咯纳米粒子分散液用去离子水和乙醇稀释，于 55～65 ℃搅拌回流反应 10～30 分钟后，加入氨水溶液，于55～65 ℃持续搅拌反应 10～30分钟，再次加入氨水溶液，反应10～30分钟，将得到的四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散在去离子水中，形成四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散液，通入保护性气体，1～10 ℃ 低温保存；以及将所述四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散液与羧基活化剂混合，室温搅拌活化0.5～2 小时后，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液，继续反应12～24小时，得到所述复合多功能纳米诊疗剂。
2.根据权利要求1所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述四氧化三铁颗粒与所述羧基聚吡咯的质量比为1：（2～6）；所述复合多功能纳米诊疗剂中，所述葡萄糖氧化酶的含量为 5～15 wt.%。
3.根据权利要求1所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述羧基聚吡咯的粒径为30～200 nm，所述四氧化三铁颗粒的粒径为3～15 nm。
4.根据权利要求1所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述复合多功能纳米诊疗剂在去离子水中的水动力学半径为80～200 nm，所述复合多功能纳米诊疗剂在生理盐水中的水动力学半径为100～250 nm。
5.根据权利要求1所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，按照四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子、羧基活化剂和葡萄糖氧化酶的质量比为（5～20）:（1.5～4.2）:1的比例，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液。
6.根据权利要求1所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述羧基活化剂为质量比为（1～3）:（0.5～1）的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。
7.一种权利要求1至6中任一项所述的复合多功能纳米诊疗剂在制备成像剂中的应用。
8.一种权利要求1至6中任一项所述的复合多功能纳米诊疗剂在制备肿瘤的光热和化学动力学协同治疗药物中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811354408.3A CN109289050B (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811354408.3A CN109289050B (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109289050A CN109289050A (zh) | 2019-02-01 |
| CN109289050B true CN109289050B (zh) | 2021-03-16 |
Family
ID=65143041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811354408.3A Active CN109289050B (zh) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109289050B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110882216A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-03-17 | 扬州大学 | 一种肿瘤靶向复合纳米酶材料及其制备方法和应用 |
| CN111072959B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-12-09 | 蚌埠医学院 | 聚吡咯衍生物及其制备方法和应用 |
| CN112957457B (zh) * | 2021-02-05 | 2022-05-17 | 山东大学 | 一种促进糖尿病伤口愈合的级联类酶纳米系统及其制备方法和应用 |
| CN113230402B (zh) * | 2021-05-20 | 2022-06-21 | 厦门大学 | 一种聚吡咯纳米片及其制备方法与应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104096243A (zh) * | 2013-04-08 | 2014-10-15 | 北京大学 | 聚吡咯纳米粒子作为光声成像造影剂的新用途 |
| CN104436193A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-03-25 | 东华大学 | 一种叶酸偶联的金纳米棒/聚吡咯/四氧化三铁多功能复合纳米诊疗剂的制备方法 |
| CN104689346A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-06-10 | 厦门稀土材料研究所 | 用于肿瘤mri/ct成像和光热治疗的多功能纳米探针及应用 |
| CN106178004A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-07 | 国家纳米科学中心 | 一种磁性纳米诊疗剂及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-11-14 CN CN201811354408.3A patent/CN109289050B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104096243A (zh) * | 2013-04-08 | 2014-10-15 | 北京大学 | 聚吡咯纳米粒子作为光声成像造影剂的新用途 |
| CN104436193A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-03-25 | 东华大学 | 一种叶酸偶联的金纳米棒/聚吡咯/四氧化三铁多功能复合纳米诊疗剂的制备方法 |
| CN104689346A (zh) * | 2015-02-14 | 2015-06-10 | 厦门稀土材料研究所 | 用于肿瘤mri/ct成像和光热治疗的多功能纳米探针及应用 |
| CN106178004A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-07 | 国家纳米科学中心 | 一种磁性纳米诊疗剂及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Minfeng Huo et al."Tumor-selective catalytic nanomedicine by nanocatalyst delivery".《NATURE COMMUNICATIONS》.2017,第8卷(第357期), * |
| Wei Feng et al."Au/Polypyrrole@Fe3O4 Nanocomposites for MR/CT Dual-Modal Imaging Guided-Photothermal Therapy: An in Vitro Study".《ACS Appl. Mater. Interfaces》.2015,第7卷 * |
| Wei Feng et al."Nanocatalysts-Augmented and Photothermal-Enhanced Tumor-Specific Sequential Nanocatalytic Therapy in Both NIR-I and NIR-II Biowindows".《Adv. Mater》.2018,第31卷 * |
| Xu Wang et al."Ultrathin Polypyrrole Nanosheets via Space-Confined Synthesis for Efficient Photothermal Therapy in the Second Near-Infrared Window".《Nano Lett》.2018,第18卷 * |
| Zhengpeng Yang et al."Potentiometric glucose biosensor based on core–shell Fe3O4–enzyme–polypyrrole nanoparticles".《Biosensors andBioelectronics》.2013,第51卷 * |
| 洪沙沙 等."透明质酸修饰的四氧化三铁@聚吡咯靶向药物载体的研究".《2015年第十四届全国应用化学年会论文集（下）》.2015, * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109289050A (zh) | 2019-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Upconverted metal–organic framework janus architecture for near-infrared and ultrasound co-enhanced high performance tumor therapy | |
| CN109289050B (zh) | 一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 | |
| Chen et al. | NIR-II light activated photodynamic therapy with protein-capped gold nanoclusters | |
| CN108434462B (zh) | 一种介孔聚多巴胺负载羰基锰的多功能纳米诊疗剂及其制备方法与应用 | |
| CN109771442B (zh) | 一种增敏肿瘤放疗的复合纳米颗粒及其制备方法和应用 | |
| Liu et al. | Core-shell metal-organic frameworks with fluorescence switch to trigger an enhanced photodynamic therapy | |
| Feng et al. | Multifunctional UCNPs@ MnSiO 3@ gC 3 N 4 nanoplatform: improved ROS generation and reduced glutathione levels for highly efficient photodynamic therapy | |
| CN109364245B (zh) | 一种聚多巴胺纳米诊疗剂及其制备方法 | |
| Feng et al. | Development of an Au-anchored Fe Single-atom nanozyme for biocatalysis and enhanced tumor photothermal therapy | |
| CN108939072A (zh) | 一种用于肿瘤光动力治疗的纳米载体及其制备方法 | |
| CN111450270A (zh) | 基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 | |
| Liu et al. | Precision photothermal therapy and photoacoustic imaging by in situ activatable thermoplasmonics | |
| Yu et al. | Reductant‐free synthesis of MnO2 nanosheet‐decorated hybrid nanoplatform for magnetic resonance imaging‐monitored tumor microenvironment‐responsive chemodynamic therapy and near‐infrared‐mediated photodynamic therapy | |
| Xu et al. | Yolk-shell Fe3O4@ Carbon@ Platinum-Chlorin e6 nanozyme for MRI-assisted synergistic catalytic-photodynamic-photothermal tumor therapy | |
| CN103055312A (zh) | 四氧化三铁作为光热敏感材料的应用 | |
| Zhang et al. | Dual modal imaging-guided drug delivery system for combined chemo-photothermal melanoma therapy | |
| CN113577306B (zh) | 一种双靶向、pH刺激响应的纳米粒子的制备及其在肿瘤诊疗中的应用 | |
| Guan et al. | Iron oxide-based enzyme mimic nanocomposite for dual-modality imaging guided chemical phototherapy and anti-tumor immunity against immune cold triple-negative breast cancer | |
| Luo et al. | CuS NP-based nanocomposite with photothermal and augmented-photodynamic activity for magnetic resonance imaging-guided tumor synergistic therapy | |
| CN112336858B (zh) | 一种铋-锰基复合颗粒及其制备方法和应用 | |
| Shi et al. | Endo/exo-genous dual-stimuli responsive gold nanotetrapod-based nanoprobe for magnetic resonance imaging and enhanced multimodal therapeutics by amplifying· OH generation | |
| Chu et al. | Manganese amplifies photoinduced ROS in toluidine blue carbon dots to boost MRI guided chemo/photodynamic therapy | |
| Shao et al. | Mn-doped single atom nanozyme composited Au for enhancing enzymatic and photothermal therapy | |
| CN110755640B (zh) | 一种金铂复合纳米诊疗剂的制备方法及应用 | |
| CN113786485B (zh) | 一种Bi基纳米复合材料及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220706 Address after: 215400 No.6 Liangfu Road, Taicang City, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Jiangsu Institute of advanced inorganic materials Address before: 200050 No. 1295 Dingxi Road, Shanghai, Changning District Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF CERAMICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
|
| TR01 | Transfer of patent right |