CN109453400A - 一种放射性碘标记金纳米材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种放射性碘标记金纳米材料及其制备方法和应用。该方法具体涉及通过氯胺T或Iodogen氧化法预处理Na131I,再与Au NRs进行混合。在100μCi/1 mg‑20 mCi/1 mg 131I/Au NRs的用量下，此标记方法对Au NRs的形貌没有明显影响。但与传统标记方法相比，此方法获得的131I标记Au NRs具有更好的体内放射化学稳定性，有利于活体应用。此外，此方法获得的131I标记Au NRs可以有效地增强放射性物质的肿瘤细胞递送，在肿瘤组织实现长时间滞留，可同时用于单光子发射计算机断层成像（SPECT）成像，放射性治疗及光热治疗的协同治疗。

Description

一种放射性碘标记金纳米材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于分子影像、纳米医学领域，涉及一种放射性碘标记金纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术
癌症是威胁人类健康和生命的主要疾病之一，发病率日益上升。目前，肿瘤治疗方法主要包括：手术治疗、放射治疗、化学治疗、磁热治疗、光热治疗、光动力治疗和免疫治疗等。体内成像技术为肿瘤治疗过程进展提供了重要信息。目前，较为常用的肿瘤诊断成像方法主要有：X-射线计算机断层扫描、超声成像、核磁共振成像、核医学成像技术（单光子发射计算机断层成像SPECT或正电子发射计算机断层成像PET）以及一些光学成像技术（如荧光成像，光声成像等）。相比于其他成像技术，核医学成像技术（SPECT/CT和PET/CT）具有灵敏度高、穿透深度深等优点，并且广泛应用在临床上肿瘤早期诊断，能较精准、直观地对所标记材料进行体内示踪，部分放射性核素（如64Cu，18Fe，131I等）具有较高的射线能量，起到肿瘤细胞放疗或者激发某些光敏纳米材料从而进行肿瘤的光动力治疗等协同治疗作用。其中，131I是较为常用的放射性核素之一，其半衰期为8.4天，能够发射γ射线（364 keV）可以用于核医学成像，同时发射β射线（192 keV）可以用于放射性治疗。但是，目前已报道的放射性碘标记技术面临的缺点是稳定性较差，容易从标记物上脱落下来，脱落的放射性碘不仅造成被标记材料的错误示踪，并且容易富集在正常组织（例如甲状腺、膀胱和脾脏）中，对正常组织造成损伤。
金纳米材料具有较好的稳定性、生物相容性，并且容易进行表面修饰，广泛应用在肿瘤成像治疗中。其中，Au NRs的由于其突出的表面等离子共振（Surface PlasmonResonance, SPR）效应，在近红外激光照射下能够将光能转换为热能，广泛应用在光热治疗中。此外，金纳米颗粒在射线辐射下的光电效应，使其能够增强对射线的吸收，增强肿瘤的放射性治疗效果。
目前，已经报道的Au NRs标记放射性碘的研究，主要集中在两种方法：表面修饰含有富电子芳香基团的表面配体，与131I进行亲核反应；以及将Na131I和金纳米材料简单混合，利用碘与金之间的吸附作用。但是,两者都存在一定缺点，其中引入含有富电子芳香基团的表面配体会对纳米材料自身的表面性质造成影响，进而影响其理化性质以及体内代谢。同时通过表面配体修饰标记放射性碘的纳米材料，制备过程较为复杂，成本较高，不利于后续进行临床转化。与上述方法相比，通过吸附方法标记放射性碘方法更加简便，更有利于大规模生产，但是该方法标记的放射性碘稳定性较差，在体内放射性碘脱落现象十分普遍，对放射性成像以及放疗都造成一定影响，因此也不适用于体内肿瘤治疗以及临床转化。因此，需要开发一种简单、高效、更加稳定的在金纳米材料上标记放射性碘的方法。
发明内容
解决的技术问题： 针对目前131I标记存在稳定性差、易脱碘等缺点，本发明提供一种放射性碘标记金纳米材料及其制备方法和应用，本发明利用氯胺T或Iodogen预处理Na131I并对Au NRs进行标记，通过该方法标记的131I的放射化学稳定性更高，不易脱碘，具有更良好的生物安全性。还通过标记后表面PEG修饰以及稳定性检测，以及其体内SPECT成像、放疗以及光热治疗抑制肿瘤生长的应用。
技术方案：一种放射性碘标记金纳米材料的制备方法，该方法包括如下步骤：步骤一、采用氯胺T或氯甘脲(Iodogen)氧化Na131I；步骤二、将氧化后的Na131I标记Au NRs。
进一步优选，该方法包括如下步骤：
步骤一、取氯胺T水溶液或氯甘脲，加入 Na131I，涡旋振荡混合反应得到氧化后的Na131I溶液；
步骤二、取Au NRs加入上述氧化后的Na131I溶液，振荡反应，然后离心、收集沉淀、清洗，得到Na131I标记Au NRs。
再进一步优选，该方法包括如下步骤：
步骤一、取0.1-0.5 mL浓度为0.3 mg·mL-1氯胺T水溶液或20μg氯甘脲，加入0.05-1.0mCi Na131I，涡旋振荡混合反应30秒，得到氧化后的Na131I溶液；
步骤二、取1 mL浓度为 0.05-5 mg∙mL-1的Au NRs加入上述氧化后的Na131I溶液，振荡反应1-4小时，然后离心、收集沉淀、清洗，得到Na131I标记Au NRs。
本发明还提供了一种放射性碘标记金纳米材料，采用上述的方法制备得到。
本发明还提供了一种放射性碘标记金纳米材料在制备131I-Au NRs-PEG中的应用。
上述一种放射性碘标记金纳米材料在制备131I-Au NRs-PEG中的应用，具体为：将所述Na131I标记Au NRs分散在去离子水中，然后加入PEG聚合物，震荡反应3-10 小时后离心、收集沉淀、洗涤，得到131I-Au NRs-PEG。
其中，上述PEG聚合物的分子量范围为0.5-5 kDa；所述的PEG聚合物为HS-PEG、HS-PEG-COOH或HS-PEG-NH2；所述反应体系中Au NRs与PEG分子的摩尔比为1:（1-10）。
上述131I-Au NRs-PEG在制备肿瘤示踪剂中的应用。
上述131I-Au NRs-PEG在制备治疗肿瘤的药物中的应用。
上述131I-Au NRs-PEG在筛选治疗肿瘤药物中的应用
有益效果：（1）本发明所用原料简单易得，标记过程操作简单，时间较短，无高温、高压等特殊要求。 （2）本发明标记方法对Au NRs的固有形貌和光学性质无影响。（3）本发明标记方法大大提高放射性碘标记Au NRs体内外放射化学稳定性，基本解决了现有碘标记Au材料的脱碘现象，24小时内未明显放射性碘脱落及甲状腺信号增强，使得碘标记Au NRs在肿瘤等疾病的多模态诊疗一体化中的应用将更为广泛。（4）本发明标记方法可以有效提高放射性碘的肿瘤滞留性，通过光热治疗和放疗的协同治疗提高肿瘤的治疗效果。
附图说明
图1为实施例1制得的 131I标记前后Au NRs的紫外-可见光吸收光谱图（a）和透射电子显微镜图（b）；
图2 为实施例1与对照例1制得的131I标记的Au NRs 的体外（a）和体内（b）稳定性实验效果示意图；
图3为实施例1制得的 131I-Au NRs-PEG通过瘤内注射后在荷瘤小鼠体内不同时间点SPECT图；
图4为实施例1制得的 131I-AuNRs-PEG通过瘤内注射后在荷瘤小鼠体内的治疗效果示意图。
具体实施方式
实施例1
向0.1 mL氯胺T水溶液（浓度为0.3 mg·mL-1）中加入5 μL Na131I （放射性剂量为0.05mCi），涡旋振荡混合反应30 秒，加入1 mL 浓度为1 mg∙mL-1的Au NRs，室温条件下，振荡反应1小时。10000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤三次。将反应得到的131I-Au NPs分散在5mL去离子水中，加入HS-PEG（分子量为5 kDa），与131I-Au NPs的摩尔比为2:1，继续震荡反应5小时，10000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤三次，制得131I-Au NPs-PEG。
实施例2
向0.1 mL氯胺T水溶液（浓度为0.3 mg·mL-1）中加入5 μL Na131I （放射性剂量为0.5mCi），涡旋振荡混合反应30 秒，加入1 mL 浓度为1 mg∙mL-1的Au NRs，室温条件下，振荡反应1小时。10000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤三次。将反应得到的131I-Au NPs分散在5mL去离子水中，加入HS-PEG（分子量为3 kDa），与131I-Au NPs的摩尔比为1:1，继续震荡反应5小时，10000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤三次，制得131I-Au NPs-PEG。
实施例3
取20 μg氯甘脲（Iodogen）溶于氯仿溶液，然后将氯甘脲氯仿溶液移入到玻璃管中后吹干除去氯仿溶液，接着加入5 μL Na131I （放射性剂量为0.5 mCi），涡旋振荡混合反应30秒，加入1 mL 浓度为2 mg∙mL-1的Au NRs，室温条件下，振荡反应1小时。10000 rpm离心10分钟，去离子水洗涤三次。将反应得到的131I-Au NPs分散在5 mL去离子水中，加入HS-PEG（分子量为5 kDa），与131I-Au NPs的摩尔比为1:1，继续震荡反应5小时，10000 rpm离心10分钟，去离子水洗涤三次，制得131I-Au NPs-PEG。
实施例4
取20μg氯甘脲（Iodogen）溶于氯仿溶液，然后将氯甘脲氯仿溶液移入到玻璃管中后吹干除去氯仿溶液，接着加入5 μL Na131I （放射性剂量为1mCi），涡旋振荡混合反应30 秒，加入1 mL 浓度为2 mg∙mL-1的Au NRs，室温条件下，振荡反应1小时。10000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤三次。将反应得到的131I-Au NPs分散在5 mL去离子水中，加入HS-PEG（分子量为0.5 kDa），与131I-Au NPs的摩尔比为10:1，继续震荡反应10小时，10000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤三次，制得131I-Au NPs-PEG。
对照例1
将1 mL浓度为2 mg∙mL-1的Au NRs与5 μL Na131I (0.5 mCi)混合, 在室温下搅拌1 h,8000 rpm离心10 分钟，去离子水洗涤3次。
对实施例1制备所得Au NR及其131I-Au NPs-PEG进行光谱分析和电镜扫描，如图1所示。从图1a和1b中分别可以看出此131I标记方法对Au NRs 的紫外-可见吸收性质和形貌没有影响。
对上述实施例1制得的131I-Au NPs-PEG与对照例1进行稳定性检测
体外稳定性测定：将实施例几制得的131I-Au NRs-PEG与对照例1（传统方法）制得的131I-Au NRs-PEG分别置于细胞培养液，37 ℃下放置24 小时，Radio-TLC检测标记物放化纯度的变化。从图2a中可以看出，用本发明所述方法标记的131I 相较传统标记方法能够在细胞培养液中具有更优越的放射化学稳定性，发生较少的碘脱落。
体内稳定性测定：将实施例1131I-Au NPs-PEG与对照例1制得（传统方法）制得的131I-Au NRs-PEG，分别经0.22 μm滤膜过滤后，取约150 μCi 经正常小鼠尾静脉注射，通过SPECT监测体内放射性信号分布，测定给药24小时后的主要器官组织中的放射性活度摄取。从图2b中可以看出，传统标记方法标记的131I 会产生明显的放射性碘脱落，游离的131I聚集在甲状腺及膀胱。而本发明标记的131I没有泄漏到甲状腺及膀胱，展示出正常Au NRs的肝脏吞噬性。由此可见，本发明方法标记的131I在体内具有良好的放射化学稳定性。
131I-Au NPs-PEG的活体诊疗应用
取实施例1制得的标记的131I-Au NRs-PEG（放射性剂量为50 μCi）注射至体积为100mm3的MCF-7荷瘤小鼠的肿瘤中。并对其不同时间点进行SPECT成像，记录其信号强度。MCF-7肿瘤协同治疗进行如下分组处理：空白对照组、游离Na131I、Au NRs-PEG+808 nm激光照射组、131I-Au NRs-PEG以及131I-Au NRs-PEG+808 nm激光照射组，并记录肿瘤体积。通过SPECT成像（图3）可以看出此专利方法标记的131I-Au NRs-PEG在注射24 小时后能够有效地滞留在肿瘤组织中， 未发生任何的放射性碘泄露。通过对比不同治疗组的体内肿瘤抑制效果（图4），可以看出同时用于放疗和光热治疗的131I-Au NRs-PEG+808 nm激光照射组的肿瘤抑制效率最高，在治疗14 天后肿瘤无复发迹象。说明本专利涉及构建的131I-Au NRs-PEG纳米载体是一种高效的SPECT成像指导的光热疗和放疗协同治疗的多功能纳米材料。
上述试验采用的设备分别为：用JEOL 1200EX获得透射电子显微镜(TEM)图像,用微型扫描仪(B-MS-1000F,BioScan,USA)测定放射化学稳定性。放射性测量用自动伽玛计数器（WIZARD 2480，Perkin Elmer，美国）。SPECT/CT成像由nanoScan-SPECT/CT临床前扫描仪（MeDeSo，匈牙利）进行。用808nm近红外激光进行近红外激光诱导PTT，用FLIR A×5相机（FLIR系统公司，Wilsonville，OR）获得实时热成像。

Claims (10)

1.一种放射性碘标记金纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：步骤一、采用氯胺T或氯甘脲氧化Na131I；步骤二、将氧化后的Na131I标记Au NRs。
2.根据权利要求1所述的一种放射性碘标记金纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、取氯胺T水溶液或氯甘脲，加入Na131I，涡旋振荡混合反应得到氧化后的Na131I溶液；步骤二、取Au NRs加入上述氧化后的Na131I溶液，振荡反应，然后离心、收集沉淀、清洗，得到Na131I标记Au NRs。
3.根据权利要求2所述的一种放射性碘标记金纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、取0.1-0.5mL浓度为0.3mg·mL-1氯胺T水溶液或20μg氯甘脲，加入0.05-1.0 mCi Na131I，涡旋振荡混合反应30 秒，得到氧化后的Na131I溶液；步骤二、取1 mL浓度为0.05-5 mg∙mL-1的Au NRs加入上述氧化后的Na131I溶液，振荡反应1-4小时，然后离心、收集沉淀、清洗，得到Na131I标记Au NRs。
4.权利要求1-3任一所述方法制得的放射性碘标记金纳米材料。
5.权利要求4所述放射性碘标记金纳米材料在制备131I-Au NRs-PEG中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于制备步骤为：将Na131I标记Au NRs分散在去离子水中，然后加入PEG聚合物，震荡反应3-10 小时后离心、收集沉淀、洗涤，得到131I-AuNRs-PEG。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述PEG聚合物的分子量范围为0.5-5 kDa；所述的PEG聚合物为HS-PEG、HS-PEG-COOH或HS-PEG-NH2；所述反应体系中Au NRs与PEG分子的摩尔比为1:（1-10）。
8.权利要求5所述131I-Au NRs-PEG在制备肿瘤示踪剂中的应用。
9.权利要求5所述131I-Au NRs-PEG在制备治疗肿瘤的药物中的应用。
10.权利要求5所述131I-Au NRs-PEG在筛选治疗肿瘤药物中的应用。
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