CN110051632B - 一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统及其制备方法和应用 - Google Patents

一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统，涉及抗肿瘤药物技术领域，本发明所述的纳米载药系统由外到内依次修饰有过氧化氢酶、分枝状金纳米球壳和纳米脂质体，所述纳米脂质体内包覆有化疗药物和近红外光敏剂。本发明提供的纳米载药系统一方面修饰了过氧化氢酶，用以增加肿瘤组织周围的氧含量，克服了肿瘤组织及其周围缺氧对光动力治疗疗效的限制；另一方面针对单一治疗模式的局限性、抗肿瘤效果不佳的问题，本发明采用化疗和光动力治疗联用的方式，多种治疗模式下的相互促进能够更高效、更深层地消除肿瘤细胞，提高了抗肿瘤效果。

Description

一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及抗肿瘤药物技术领域，尤其涉及一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统及其制备方法和应用。
背景技术
目前传统的肿瘤化疗存在靶向性差、毒副作用大、治疗机制单一、治疗效果差等难题。在肿瘤特异性微环境(高过氧化氢、弱酸性、乏氧等)中，纳米药物载体可将光、超声和磁场等时空可控的能量转化为肿瘤的治疗因子，产生多种生物效应。
光动力治疗是利用光动力效应进行疾病诊断与治疗的一项新技术，是一种由氧分子参与的伴随生物效应的光敏化反应，其过程是特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致肿瘤细胞受损乃至死亡，在现代肿瘤治疗中具有广泛的应用。
然而，研究发现，肿瘤组织及周边是一种极度缺氧的环境，而氧含量的不足极大地限制了光动力治疗的治疗效果。同时，常用的光敏剂需要可见光进行激发，而人体组织在可将光波长范围内有较强的吸收，因此可见光穿透组织的能力较低，导致了光动力治疗中治疗深度的不足。所以，目前迫切需要一种能够有效应对肿瘤组织及周边缺氧环境的光动力治疗手段。
发明内容
本发明为了克服现有光动力治疗方法因肿瘤组织及周边缺氧环境导致的治疗效果不佳的缺陷，提供了一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统及其制备方法和应用。本发明提供的纳米载药系统通过增加氧含量而改善缺氧环境以及近红外光(650～900nm)激发的方式，从而增强光动力治疗的治疗效果。另外，针对单一的治疗模式存在很多局限性、无法完成对肿瘤细胞彻底的杀伤，本发明采用化疗和热动力联用的手段，多种治疗模式下的相互促进能够更高效、更深层地消除肿瘤细胞。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统，由外到内依次修饰有过氧化氢酶、分枝状金纳米球壳和纳米脂质体，所述纳米脂质体内包覆有化疗药物和近红外光敏剂。
优选的，所述化疗药物包括紫杉醇、齐墩果酸、白藜芦醇和喜树碱中的一种或多种。
优选的，所述近红外光敏剂包括吲哚菁绿、IR780和二氢卟吩e6中的一种或多种。
本发明还提供了上述技术方案所述纳米载药系统的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米脂质材料和化疗药物溶于有机溶剂中，逐滴加入含有近红外光敏剂的溶液中，搅拌，得到包覆有化疗药物和近红外光敏剂的纳米脂质体；
(2)通过晶种生长法在步骤(1)所得纳米脂质体表面修饰一层分枝状金纳米球壳，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体；
(3)将步骤(2)所得纳米脂质体与过氧化氢酶混合，孵育，过氧化氢酶修饰在分枝状金纳米球壳表面，得到增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统。
优选的，步骤(1)中，所述纳米脂质材料包括胆固醇、大豆卵磷脂、神经酰胺、二硬脂酰磷脂酰胆碱和二棕榈酰磷脂酰胆碱中的一种或多种。
优选的，步骤(1)中，所述有机溶液选自无水乙醇、乙醚或氯仿。
优选的，步骤(1)中，所述纳米脂质材料与化疗药物的质量比为30～60:1～3；所述含有近红外光敏剂的溶液中，近红外光敏剂的含量为0.5～1.0mg/ml。
优选的，步骤(2)中，所述晶种生长法包括以下步骤：
将金纳米颗粒溶液与步骤(1)所得纳米脂质体混合，再向混合物中加入氯化金溶液和盐酸羟胺，孵育8～10h，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体。
优选的，所述金纳米颗粒溶液的浓度为0.5～1.0mM，氯化金溶液的浓度为1.5～2.0mM，盐酸羟胺的浓度为100～200mM。
本发明还提供了前述技术方案所述纳米载药系统在制备抗肿瘤药物中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明所述纳米载药系统的表面修饰有过氧化氢酶，能够分解肿瘤组织处积累的大量过氧化氢而产生氧气，解决光动力法抗肿瘤的治疗效果受到肿瘤组织及其周边缺氧环境的制约问题，同时增强了光动力治疗方法的抗肿瘤效果。
2、本发明所述的纳米载药系统具有良好的生物相容性，表现出极高的生物安全性。
3、本发明所述纳米载药系统中包含了化疗药物和光敏剂，实现了化疗和光动力治疗的联用，显示出了极高的抗肿瘤活性。
4、本发明所述纳米载药系统的制备方法简单，安全无毒、无害，绿色环保。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的抗肿瘤纳米药物的TEM图；
图2为本发明实施例2获得的抗肿瘤纳米药物的粒径分布图；
图3为本发明实施例3获得的抗肿瘤纳米药物的能谱图；
图4为本发明实施例1获得的抗肿瘤纳米药物的时间温度曲线图；
图5为本发明实施例2获得的抗肿瘤纳米药物的活性氧产生曲线图；
图6为本发明实施例3获得的抗肿瘤纳米药物的紫杉醇释放曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统，由外到内依次修饰有过氧化氢酶、分枝状金纳米球壳和纳米脂质体，所述纳米脂质体内包覆有化疗药物和近红外光敏剂。本发明所述纳米载药系统的粒径在120～180nm，在近红外光下所述纳米载药系统中的近红外光敏剂被激发，迅速升温至50～70℃，温度升高使得纳米载药系统瓦解，释放纳米脂质体内的紫杉醇；另一方面，所述纳米载药系统进入肿瘤微环境后，过氧化氢酶分解肿瘤微环境积蓄的大量过氧化氢，释放氧气，为光动力治疗提供充足的氧气环境。
在本发明中，所述化疗药物包括但不限于紫杉醇、齐墩果酸、白藜芦醇和喜树碱中的一种或多种。本发明所述的纳米载药系统中，化疗药物的含量优选为5～15μg/ml，更优选为10μg/ml。
在本发明中，所述近红外光敏剂包括但不限于吲哚菁绿、IR780和二氢卟吩e6中的一种或多种。本发明所述的纳米载药系统中，近红外光敏剂的含量优选为100～200μg/mL，更优选为200μg/mL。本发明中包被的光敏剂应选用近红外光区光敏剂，因为组织对近红外光的吸收较小，所以通常利用近红外光作为激发光敏剂的光源，对机体伤害小，更为安全。
在本发明中，所述分枝状金纳米球壳完全包裹在脂质体表面。在本发明中，所述纳米载药系统中的过氧化氢酶含量优选的在50～120μg/ml，更优选为100μg/ml。分枝状金纳米球壳基于其局域表面等离子共振效应，能够在近红外光照射下将光能转换为热能，由于肿瘤细胞对热量的耐受程度较差，从而能够应用于光热肿瘤治疗，同时温度能够使脂质体瓦解，从而达到光响应型药物释放。
本发明还提供了上述技术方案所述纳米载药系统的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米脂质材料和化疗药物溶于有机溶剂中，逐滴加入含有近红外光敏剂的溶液中，搅拌，得到包覆有化疗药物和近红外光敏剂的纳米脂质体；
(2)通过晶种生长法在步骤(1)所得纳米脂质体表面修饰一层分枝状金纳米球壳，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体；
(3)将步骤(2)所得纳米脂质体与过氧化氢酶混合，孵育，过氧化氢酶修饰在分枝状金纳米球壳表面，得到增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统。
本发明将纳米脂质材料和化疗药物溶于有机溶剂中，逐滴加入含有近红外光敏剂的溶液中，搅拌，得到包覆有化疗药物和近红外光敏剂的纳米脂质体。
在本发明中，所述纳米脂质体材料包括但不限于胆固醇、大豆卵磷脂、神经酰胺、二硬脂酰磷脂酰胆碱和二棕榈酰磷脂酰胆碱中的一种或多种。在本发明中，所述有机溶液选自无水乙醇、乙醚或氯仿。在本发明中，所述纳米脂质材料与化疗药物的质量比优选为30～60:1～3，更优选为33～55:2。在本发明中，所述有机溶剂的体积与纳米脂质体材料和化疗药物的总质量之比优选为3～5ml:31～63mg，更优选为4ml:42mg。
在本发明中，所述含有近红外光敏剂的溶液，其溶剂优选为蒸馏水；所述溶液中，近红外光敏剂的浓度优选为0.5～1.0mg/ml，更优选为0.6～0.8mg/ml。
在本发明中，所述搅拌的时间优选为1～2h，更优选为1.5h。在本发明中，所述搅拌优选为磁力搅拌。在本发明中，所述搅拌的转速优选为50～100rpm，更优选为75rpm。在本发明中，所述搅拌时的温度优选为24～26℃。
得到包覆有化疗药物和近红外光敏剂的纳米脂质体后，本发明通过晶种生长法在所述纳米脂质体表面修饰一层分枝状金纳米球壳，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体。具体的，所述晶种生长法优选的包括以下步骤：将金纳米颗粒溶液与包覆有化疗药物和近红外光敏剂的纳米脂质体混合，再向混合物中加入氯化金溶液和盐酸羟胺，孵育8～10h，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体。
在本发明中，所述金纳米颗粒溶液的浓度优选为0.5～1.0mM。在本发明中，所述金纳米颗粒溶液的制备方法优选的包括以下步骤：向0.5～1.0mM的氯化金溶液中加入200～250mM硼氢化钠溶液，剧烈震荡后，得到金纳米颗粒溶液。氯化金溶液与硼氢化钠溶液的体积比优选为1000～2000:5～10。
在本发明中，所述添加至混合物中的氯金酸溶液浓度优选为1.5～2.0mM。在本发明中，所述盐酸羟胺溶液的浓度优选为100～200mM。在本发明中，所述混合物、氯金酸溶液和盐酸羟胺溶液的体积比优选为4～5:3～5:1～2。
在本发明中，所述孵育时的温度优选为24～26℃。在本发明中，所述孵育的时间优选为9h。
得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体后，本发明将分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体与过氧化氢酶混合，孵育，过氧化氢酶修饰在分枝状金纳米球壳表面，得到增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统。
在本发明中，所述过氧化氢酶是以溶液形式混合，过氧化氢酶溶液中过氧化氢酶的浓度优选为50～100μg/mL。在本发明中，所述分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体与过氧化氢酶的质量比优选为9～11：09～1.1，更优选为10:1。在本发明中，所述孵育的时间优选为2～4h。在本发明中，所述孵育的温度优选为24～26℃。
本发明还提供了前述技术方案所述纳米载药系统在制备抗肿瘤药物中的应用。利用本发明提供的纳米载药系统可以提高光动力治疗的抗肿瘤疗效，化疗药物与光动力治疗联用的方式可进一步提升抗肿瘤治疗效果。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将3mg胆固醇(购于天津市大茂化学仪器供应站)，30mg大豆卵磷脂(购于沈阳天峰生物有限公司)以及1mg紫杉醇(购于上海源叶生物有限公司)溶解于3mL无水乙醇中，超声使其溶解，并将其逐滴滴入8mL浓度为0.5mg/mL吲哚菁绿溶液中，磁力搅拌1小时，得到紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体。在1.0mL的0.5mM的氯化金溶液中加入5μL的200mM硼氢化钠溶液，剧烈摇晃，制得金纳米颗粒溶液；将各400μL的金纳米颗粒溶液与紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体混合，加入300μL的1.5mM的氯化金溶液与30μL的100mM盐酸羟胺，孵育8小时，得到分枝状金球壳修饰的紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体；将75μg/ml的过氧化氢酶溶液加入于制得的分枝状金球壳修饰的紫杉醇纳米脂质体中，孵育2小时，离心纯化，得到最终的纳米药物。
应用透射电子显微镜对该抗肿瘤纳米药物的形貌进行表征，如图1所示，粒径在150nm左右。应用808nm红外激光发射器对该抗肿瘤纳米药物的光热转换性能进行表征，如图4所示，在5分钟1.5W cm-2强度的激光照射下，该纳米药物温度升高近60℃，表现出极佳的光热转换能力。
实施例2
将4mg胆固醇(购于天津市大茂化学仪器供应站)，40mg大豆卵磷脂(购于沈阳天峰生物有限公司)以及3mg紫杉醇(购于上海源叶生物有限公司)溶解于5mL无水乙醇中，超声使其溶解，并将其逐滴滴入9mL浓度为0.75mg/mL吲哚菁绿溶液中，磁力搅拌1.5小时，得到紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体；在1.5mL的0.75mM的氯化金溶液中加入7.5μL的225mM硼氢化钠溶液，剧烈摇晃，制得金纳米颗粒溶液；将各450μL的金纳米颗粒溶液与紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体混合，加入400μL的1.75mM的氯化金溶液与40μL的150mM盐酸羟胺，孵育9小时，得到分枝状金球壳修饰的紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体；将过氧化氢酶加入于制得的分枝状金球壳修饰的紫杉醇纳米脂质体中，孵育3小时，离心纯化，得到最终的纳米药物。
应用激光粒度仪对该抗肿瘤纳米药物的粒径分布进行表征，如图2所示，从该图可以得出，该纳米药物的粒径分布在150nm左右。对该药物产生活性氧的性能进行检测，利用DPBF探针吸光度的下降来获得活性氧的产生情况，如图5所示，在808nm激光的照射下，DPBF的吸光度有着明显的下降，说明该纳米药物有较好的产生活性氧的能力。
实施例3
将5mg胆固醇(购于天津市大茂化学仪器供应站)，50mg大豆卵磷脂(购于沈阳天峰生物有限公司)以及2mg紫杉醇(购于上海源叶生物有限公司)溶解于4mL无水乙醇中，超声使其溶解，并将其逐滴滴入10mL浓度为1.0mg/mL吲哚菁绿溶液中，磁力搅拌2小时，得到紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体；在2mL的1.0mM的氯化金溶液中加入10μL的250mM硼氢化钠溶液，剧烈摇晃，制得金纳米颗粒溶液；将各500μL的金纳米颗粒溶液与紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体混合，加入500μL的2mM的氯化金溶液与50μL的200mM盐酸羟胺，孵育10小时，得到分枝状金球壳修饰的紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体；将过氧化氢酶加入于制得的分枝状金球壳修饰的紫杉醇纳米脂质体中，孵育4小时，离心纯化，得到最终的纳米药物。
应用能谱仪对该纳米药物的元素组成进行表征，如图3所示，能谱中存在C、Cu、Au元素，其中C和Cu元素来自于碳膜覆盖的铜网，Au来自于金球壳，说明了分枝状金球壳对紫杉醇吲哚菁绿纳米脂质体的成功修饰。对该纳米药物的紫杉醇的释放能力进行表征，如图6所示，从该图中可以得到，在激光的照射下，温度升高使药物载体瓦解，释放紫杉醇，表现出较好的紫杉醇光响应释放能力。
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。

Claims (10)

1.一种增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统，其特征在于，由外到内依次修饰有过氧化氢酶、分枝状金纳米球壳和纳米脂质体，所述纳米脂质体内包覆有化疗药物和近红外光敏剂。
2.根据权利要求1所述的纳米载药系统，其特征在于，所述化疗药物包括紫杉醇、齐墩果酸、白藜芦醇和喜树碱中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的纳米载药系统，其特征在于，所述近红外光敏剂包括吲哚菁绿、IR780和二氢卟吩e6中的一种或多种。
4.权利要求1～3任意一项所述纳米载药系统的制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米脂质材料和化疗药物溶于有机溶剂中，逐滴加入含有近红外光敏剂的溶液中，搅拌，得到包覆有化疗药物和近红外光敏剂的纳米脂质体；
(2)通过晶种生长法在步骤(1)所得纳米脂质体表面修饰一层分枝状金纳米球壳，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体；
(3)将步骤(2)所得纳米脂质体与过氧化氢酶混合，孵育，过氧化氢酶修饰在分枝状金纳米球壳表面，得到增强型光动力抗肿瘤纳米载药系统。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米脂质材料包括胆固醇、大豆卵磷脂、神经酰胺、二硬脂酰磷脂酰胆碱和二棕榈酰磷脂酰胆碱中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶液选自无水乙醇、乙醚或氯仿。
7.根据权利要求4～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米脂质材料与化疗药物的质量比为30～60:1～3；所述含有近红外光敏剂的溶液中，近红外光敏剂的含量为0.5～1.0mg/ml。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述晶种生长法包括以下步骤：
将金纳米颗粒溶液与步骤(1)所得纳米脂质体混合，再向混合物中加入氯化金溶液和盐酸羟胺，孵育8～10h，得到分枝状金纳米球壳修饰的纳米脂质体。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述金纳米颗粒溶液的浓度为0.5～1.0mM，氯化金溶液的浓度为1.5～2.0mM，盐酸羟胺的浓度为100～200mM。
10.权利要求1～3任意一项所述纳米载药系统在制备抗肿瘤药物中的应用。
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