CN110101857B - 一种铜基光热控释纳米粒子及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铜基光热控释纳米粒子及其制备方法。所述铜基光热控释纳米粒子是以铜基光热材料为光热核，外围包覆载药壳，其中，载药壳表面修饰癌细胞靶向基团，孔道中负载控释开关。所述纳米控释材料合成简单，操作方便，尺寸均一可控。本发明提供的铜基光热控释纳米粒子光热转化效率高、光照稳定性好；具有肿瘤靶向性能，能够在肿瘤部位高效富集；由于控释开关的存在，能够实现运输过程中零泄露，并且可以通过近红外光控制药物释放；通过光热‑化疗联合疗法有效治疗癌症，且治疗效果明显优于单一疗法，在癌症治疗方面具有良好应用前景。

Description

一种铜基光热控释纳米粒子及制备方法
技术领域
本发明属于生物医药与纳米科学技术领域，具体涉及一种铜基光热控释纳米粒子及制备方法。
技术背景
近年来，癌症发病率和死亡率居高不下，严重威胁人类健康。现阶段临床治疗癌症的手段依然是以单一的化疗为主，存在着耐药性、毒副作用、治疗效率低等问题。为解决上述问题，光热治疗、光动力治疗、基因治疗等新型治疗方式逐渐发展并取得了系列成果。然而，在临床应用中，单一的治疗方式对癌症治疗效果差，难以彻底消除肿瘤。因此，联合治疗必然是未来癌症治疗的发展方向。
光热治疗作为新型癌症治疗方式，具有深度组织穿透性和低毒副作用等优点。将光热、化疗两种治疗方式联合，热疗所提供的高温能够降低癌细胞的耐药性，有效改善治疗效果。但是，已经公开用于联合治疗的载体，存在制备复杂、光热转换效率低、稳定性差等缺陷。目前，迫切需要开发合成简单，性能优异的光热材料用于光热治疗。硒化铜纳米粒子作为新型光热试剂，具有光热转效率高，光热稳定性好等优点，引起国内外研究者的广泛关注。因此，为了提高癌症治疗效果，基于硒化铜纳米粒子开发一种纳米控释材料用于光热-化疗联合治疗具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种铜基光热控释纳米粒子及制备方法。所述纳米粒子可应用于药物可控释放或癌症的光热-化疗联合治疗，实现了叶酸靶向识别癌细胞，运输过程中零泄露及近红外光控制药物释放，通过光热-化疗联合治疗一体化极大的提高癌症治疗效果。
本发明的技术方案如下：
一种铜基光热控释纳米粒子，具有铜基光热材料核与载药壳复合的核壳结构，其中，所述载药壳表面修饰癌细胞靶向官能团，且所述载药壳孔道中含有控释开关和化疗药物，其中控释开关用来封装化疗药物。
优选的，所述载药壳由多孔材料构成，所述控释开关包括温敏材料。
进一步的，所述多孔材料包括二氧化硅或碳材料中的至少一种，所述温敏材料包括月桂酸、十四醇或PDMAEMA中的至少一种。
进一步的，所述癌细胞靶向官能团包括叶酸、RGD、细胞穿膜肽癌细胞靶向基团，所述化疗药物为盐酸阿霉素或喜树碱。
一种铜基光热控释纳米粒子的制备方法，包括以下步骤:
1)光热核制备：称取1-100mg硒粉或硫粉，加入1-20mL溶剂，作为前驱体；称取20-200mg铜盐，加入20mL溶剂，升温至200-240℃；迅速注入制备好的前驱体，继续加热1-2h；用冰水淬冷，加入大量乙醇，离心收集沉淀物，即为光热核；
2)包覆载药壳：称取10-20mg步骤1)的光热核，分散于二氯甲烷或乙醇，超声至溶液澄清；将100-400mg的造孔剂溶于10-30mL水中，超声至溶液澄清透明，然后加热至40-60℃；滴加上述光热核溶液，保持温度不变继续搅拌，滴加0.5-2mL的硅源或碳源，继续保持2-4h；体系自然冷却，离心得到浅灰色沉淀，即得到成功包覆载药壳的纳米粒子；
3)靶向修饰：取20-60mg步骤2)中的纳米粒子，分散于溶剂二氯甲烷或乙醇中，加入5-10mg靶向基团，常温搅拌24-36h，离心收集；
4)药物负载：将1-5mg的化疗药物与10-20mg的控释开关混合，加热溶解控释开关，加入5mg步骤3)的纳米粒子；在保持加热并搅拌2-5h，反应结束，离心收集沉淀物质，即为所要制备的控释纳米粒子。
优选的，步骤1)中，铜盐为乙酰丙酮铜或氯化铜，溶剂包括油酸、油胺、十八烯或卞醚中的至少一种。
优选的，步骤2)中，造孔剂包括十六烷基三甲基溴化铵、F127、P123或单宁酸其中的至少一种；硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；碳源为乙酸钠或壳聚糖。
进一步的，所述控释开关包括月桂酸、十四醇或PDMAEMA中的至少一种，所述靶向基团包括叶酸、RGD、细胞穿膜肽癌细胞靶向基团，所述化疗药物为盐酸阿霉素或喜树碱。
本发明具有如下有益效果：
1)本发明的制备方法，制备工艺过程简单、反应条件安全、易于调控。
2)本发明的光热核具有近红外吸收(700-850nm)，较高的光热转换效率(42.8％)及光照稳定性。
3)本发明用于癌症光热-化疗的纳米控释材料，粒径均一可控(尺寸为30-100nm)，在水中具有良好的分散性。
4)本发明铜基光热控释纳米粒子，能够实现药物在体循环中的零泄露，并且在近红外光刺激下的可控药物释放。
5)本发明铜基光热控释纳米粒子，能够实现光热-化疗联合治疗杀死癌细胞，并且治疗效果显著优于单一的热疗或化疗。
附图说明
图1是合成铜基光热控释纳米粒子的制备流程图。
图2是实施例步骤1、2、3中纳米粒子的透射电子显微镜图片。
图3是实施例步骤1、2、3中纳米粒子的在水溶液中的(A)尺寸及(B)Zeta电位。
图4是实施例步骤3中铜基光热控释纳米粒子的光热性能图谱，(A)升温图像，(B)升温曲线，(C)光热转化效率，(D)稳定性；(E)不同温度和pH的响应及(F)光热响应的药物控释性能。
图5是不同治疗组的荷瘤小鼠肿瘤治疗效果，(A)肿瘤体积随治疗时间的变化曲线，(B)治疗结束后肿瘤体积。
图6是治疗结束后各组荷瘤小鼠照片。
图7是铜基光热控释纳米粒子的光热治疗示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合对本发明提供的铜基光热控释纳米粒子及制备方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
本发明提供的铜基光热控释纳米粒子，是以铜基光热材料为光热核，外围包覆载药壳(二氧化硅、碳材料等多孔材料)的核壳结构，其中，载药壳表面修饰癌细胞靶向官能团，壳中负载控释开关(月桂酸、十四醇、PDMAEMA等温敏材料)用来封装化疗药物。
铜基光热控释纳米粒子的制备方法包括以下步骤:
1)光热核制备：称取1-100mg硒粉或硫粉，加入1-20mL溶剂，作为前驱体。称取20-200mg铜盐，加入20mL溶剂，升温至200-240℃。迅速注入制备好的前驱体，继续加热1-2h。用冰水淬冷，加入大量乙醇，离心收集沉淀物，即为光热核。
其中，铜盐可以为乙酰丙酮铜或氯化铜。溶剂为油酸、油胺、十八烯、卞醚中的一种或几种。
2)包覆载药壳：称取10-20mg步骤1)的光热核，分散于二氯甲烷或乙醇，超声至溶液澄清，保存备用。将100-400mg的造孔剂溶于10-30mL水中，超声至溶液澄清透明，然后加热至40-60℃。滴加上述光热核溶液，保持温度不变继续搅拌，滴加0.5-2mL的硅源或碳源，继续保持2-4h。体系自然冷却，离心得到浅灰色沉淀，即成功包覆载药壳。
其中，造孔剂为十六烷基三甲基溴化铵、F127、P123、单宁酸其中的一种或几种。硅源可为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯等；碳源可为乙酸钠、壳聚糖等。
3)靶向修饰：取20-60mg步骤2)中的纳米粒子，分散于溶剂二氯甲烷或乙醇中，加入5-10mg靶向基团，常温搅拌24-36h，离心收集。
4)药物负载：将1-5mg的化疗药物与10-20mg的控释开关混合，加热溶解控释开关，加入5mg步骤3)的纳米粒子。在保持加热并搅拌2-5h，反应结束，离心收集沉淀物质，即为所述的控释纳米粒子。
上述铜基光热控释纳米粒子可用于药物可控释放治疗。
实施例
1)Cu2-xSe光热核的制备：
称取12mg硒粉，加入2mL十八烯和0.16mL三辛基膦，超声至硒粉完全溶解，溶液变为澄清透明，作为硒的前驱体，密封备用。在20mL十八烯中，加入40mg乙酰丙酮铜并升温至220℃保持10min。用注射器，注入制备好的硒前驱体，保持温度不变，继续加热30min。反应结束，用冰水淬冷，加入大量乙醇，离心收集沉淀物，得到灰绿色粉末状物质。再用正己烷反复洗涤数次，烘干，得到最终Cu2-xSe纳米粒子，质量为50mg。
2)Cu2-xSe@MSNs纳米载体的制备：
将步骤1)中的Cu2-xSe纳米粒子称取10mg，用1mL的二氯甲烷溶解，备用。将400mg十六烷基三甲基溴化铵溶于20mL水，然后加热至60℃，保持10min。在磁力搅拌下，滴加上述Cu2-xSe溶液和20mg三乙醇胺，继续搅拌20min，缓慢滴加0.5mL正硅酸乙酯，继续保持3h。体系自然冷却，离心得到浅灰色沉淀。将沉淀物质溶解于10mL二甲基亚砜，加入10mg叶酸和5mg 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，室温避光搅拌18h，透析冻干，即可得到Cu2-xSe@MSNs纳米载体，质量为150mg。
3)控释粒子Cu2-xSe@MSNs-TPDOX的制备：
以三苯基膦-盐酸阿霉素(TPDOX)为模型药，制备Cu2-xSe@MSNs-TPDOX。将5mg的TPDOX与20mg的月桂酸混合，加热至月桂酸溶解，加入5mg实施例2中的Cu2-xSe@MSNs。在保持加热并搅拌2h，反应结束，立即冰浴，短时间内离心收集沉淀物质，即为最终的光热-化疗纳米粒子Cu2-xSe@MSNs-TPDOX，质量为14mg。
试验例1：Cu2-xSe@MSNs-TPDOX光热升温性能
分别取2mL不同浓度的Cu2-xSe@MSNs-TPDOX水溶液(50,100,200,400μg/mL)用功率为1W/cm2的808nm激光照射10min。使用红外相机监测升温过程，绘制升温曲线，用纯水为空白对照组。从图4A和4B可以看出，Cu2-xSe@MSNs-TPDOX具有良好的光热升温效果，在400μg/mL的浓度下，能够升温至60℃；Cu2-xSe@MSNs-TPDOX光热-化疗体系可以达到42.8％的光热转化效率，如4C所示。
试验例2：Cu2-xSe@MSNs-TPDOX的药物控释性能
采用透析袋法模拟的方法模拟药物释放过程，测得释放曲线，以为未光照组为对照。取10mg的光热-化疗纳米粒子Cu2-xSe@MSNs-TPDOX，分散在3mL去离子水中，封装在透析袋内(截留分子量3KDa)，然后将整个体系浸在27mL去离子水中。在一定时间点对实验组用功率为1W/cm2的808nm激光照射10min。每隔一定时间取1mL此透析溶液并补充等体积释放介质溶液。采用光谱吸收的法测定TPDOX的含量，根据下列公式计算样品中TPDOX的释放量：
Figure BDA0002035084730000071
其中：
Q：TPDOX释放百分率
V0：释放介质的总体积(mL)
CT：每个时间点测定的释放介质中的TPDOX浓度(mg/mL)
V：每次取样的体积(mL)
W：体系中TPDOX质量(mg)
根据图4E和图4F可知，存在月桂酸相变开关的体系具有良好的温度响应释放效应；整个体系不受环境pH影响，减少了治疗中药物提前泄露的风险，保证了在病变部位的靶向释放，降低药物毒副作用。
试验例3：Cu2-xSe@MSNs-TPDOX的治疗效果
用BALB/c荷瘤小鼠对Cu2-xSe@MSNs-TPDOX的活体治疗效果进行评价。当小鼠肿瘤体积到达200mm3后，通过尾静脉对小鼠注射不同的试剂并且分成六组(每组四只小鼠)：(1)PBS+光照组(2)TPDOX+光照组(3)Cu2-xSe@MSNs+光照组(4)Cu2-xSe@MSNs-TPDOX+光照组。其中光照组在注射药品后12小时采用功率为1W/cm2的808nm的激光对肿瘤部位照射10min。每两天使用游标卡尺测量肿瘤的尺寸并计算其体积，得到肿瘤体积随时间的变化曲线。
肿瘤治疗结果如图5A、5B及图6所示，在20天的治疗过程中，Cu2-xSe@MSNs-TPDOX+光照组中的小鼠肿瘤生长明显得到抑制，而其他对照组中小鼠肿瘤体积持续增长。这表明纳米粒子的热疗-化疗联合治疗可以有效抑制肿瘤生长。
本发明提供的铜基光热控释纳米粒子光热转化效率高、光照稳定性好；具有肿瘤靶向性能，能够在肿瘤部位高效富集；由于控释开关的存在，能够实现运输过程中零泄露，并且可以通过近红外光控制药物释放；通过光热-化疗联合疗法有效治疗癌症，且治疗效果明显优于单一疗法，在癌症治疗方面具有良好应用前景。上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种铜基光热控释纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述的铜基光热控释纳米粒子具有铜基光热材料核与载药壳复合的核壳结构，其中，所述载药壳表面修饰癌细胞靶向官能团，且所述载药壳孔道中含有控释开关和化疗药物，其中控释开关用来封装化疗药物；
所述制备方法包括以下步骤:
1) 光热核制备：称取1-100 mg 硒粉或硫粉，加入1-20 mL溶剂，作为前驱体；称取20-200 mg铜盐，加入20 mL溶剂，升温至200-240℃ ；迅速注入制备好的前驱体，继续加热1-2h；用冰水淬冷，加入大量乙醇，离心收集沉淀物，即为光热核；
2) 包覆载药壳：称取10-20 mg步骤1)的光热核，分散于二氯甲烷或乙醇，超声至溶液澄清；将100-400 mg的造孔剂溶于10-30 mL水中，超声至溶液澄清透明，然后加热至40-60℃ ；滴加上述光热核溶液，保持温度不变继续搅拌，滴加0.5-2 mL的硅源，所述的硅源为正硅酸甲酯或正硅酸乙酯，继续保持2-4 h；体系自然冷却，离心得到浅灰色沉淀，即得到成功包覆载药壳的纳米粒子；
3) 靶向修饰：取20-60 mg步骤2）中的纳米粒子，分散于溶剂二氯甲烷或乙醇中，加入5-10 mg靶向基团，所述靶向基团为叶酸，常温搅拌24-36 h，离心收集；
4) 药物负载：将1-5 mg的化疗药物与10-20 mg的控释开关混合，加热溶解控释开关，所述控释开关为月桂酸或十四醇，加入5 mg步骤3）的纳米粒子；在保持加热并搅拌2-5 h，反应结束，离心收集沉淀物质，即为所要制备的控释纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的铜基光热控释纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤1）中，铜盐为乙酰丙酮铜或氯化铜，溶剂包括油酸、油胺、十八烯或卞醚中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的铜基光热控释纳米粒子的制备方法，其特征在于，步骤2）中，造孔剂包括十六烷基三甲基溴化铵、F127、P123或单宁酸其中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的铜基光热控释纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述化疗药物为盐酸阿霉素或喜树碱。
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