CN110279857A

CN110279857A - 光动力和光热联合纳米治疗剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN110279857A
Application number: CN201910680141.5A
Authority: CN
Inventors: 刘湘梅; 刘志豪; 张京徽; 陈心梦; 赵强; 黄维; 刘淑娟
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2019-09-27

Abstract

本发明公开了一种光动力和光热联合纳米治疗剂及其制备方法和应用，该治疗剂包括作为载体和光热试剂的介孔空心普鲁士蓝、作为光动力试剂且具有光敏功能的自由基引发剂，所述自由基引发剂载入所述介孔空心普鲁士蓝的内部孔道，所述自由基引发剂通过相转化材料封装在孔道内。本发明制备工艺简单，成本低，具有良好的生物相容性。对近红外光有较强的吸收，较高的光热转换效率以及较高的自由基生成率，更深的肿瘤组织光穿透性，对氧气无依赖性，在肿瘤治疗方面有重要的应用前景。

Description

光动力和光热联合纳米治疗剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及一种纳米治疗剂及其制备方法和应用，尤其涉及一种近红外光触发的光动力和光热联合纳米治疗剂及其制备方法和应用，属于纳米材料制备技术和癌症治疗领域。

背景技术

癌症及其治疗是困扰人类已久的问题，由于传统的治疗方法如手术或化疗本身的缺陷（例如手术治疗难精准性切除，化疗副作用大等），术后往往会产生肿瘤细胞的复发、侵袭和转移。这迫使研究人员不断探索新的高效治疗方法或药物。

光热疗法是指利用各种致热源的热效应，将肿瘤区或全身加热至有效治疗温度，并维持一定时间，利用正常组织和肿瘤组织对温度耐受力的差异，达到既能灭杀肿瘤细胞，又不损伤正常组织的方法。近红外光具有更深的穿透能力和更大的功率耐受度，是组织透明的理想光学窗口，可以更好做到与体内的纳米材料产生光热效果。而光动力治疗是基于氧自由基的抗癌方式，已成为临床上有希望的治疗方法。然而，传统的光敏剂需要氧来产生活性氧进行治疗，且肿瘤组织中的环境为缺氧环境，这阻止了氧自由基的形成，极大的降低了治疗效果，所以传统的光敏剂的效果被大大降低。

而许多近红外吸收无机纳米材料已经显示出很大的希望，不仅可以光热消融肿瘤，还可以提高其他类型疗法的功效，但是不能生物降解，也不能在体内保留很长时间。目前纳米药物面临的主要挑战包括药物负载能力差，容易在血液循环中被快速清除，抗肿瘤效率低，复发风险高。

因此，目前亟需提供一种联合治疗纳米试剂，负载能力强，又能实现对肿瘤的高效治疗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的纳米治疗剂药物负载能力差、抗肿瘤效率低的不足，提供一种光动力和光热联合纳米治疗剂及其制备方法和应用，技术方案如下：

光动力和光热联合纳米治疗剂，包括作为载体和光热试剂的介孔空心普鲁士蓝、作为光动力试剂且具有光敏功能的自由基引发剂，自由基引发剂载入介孔空心普鲁士蓝的内部孔道，自由基引发剂通过相转化材料封装在孔道内。

进一步地，自由基引发剂为2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐。

进一步地，介孔空心普鲁士蓝与自由基引发剂的质量比为25:1~50:1，介孔空心普鲁士蓝与相转化材料的质量比为25:1~50:1。

进一步地，相转化材料为十四醇或者月桂酸，对温度有响应性，可阻止2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐提前释放，降低毒副作用。

一种光动力和光热联合纳米治疗剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、在超纯水中加入介孔空心普鲁士蓝超声分散，随后加入2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐，搅拌反应后，离心分离；

S2、将相转化材料溶解在乙醇中，加入到S1步骤中离心下来的固体中，并超声，继续搅拌，离心，洗涤；

S3、将牛血清蛋白水溶液加入到S2步骤中离心下来的固体中并超声分散，随后继续搅拌反应并离心，洗涤。

进一步地，介孔空心普鲁士蓝与2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐的质量比为25:1~50:1，介孔空心普鲁士蓝与相转化材料的质量比为25:1~50:1。

进一步地，介孔空心普鲁士蓝的浓度为2mg/ mL，牛血清蛋白水溶液的浓度为0.5~1 mmol/L。

进一步地，步骤S2中，相转化材料为十四醇或者月桂酸，对温度有响应性，可阻止2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐提前释放，降低毒副作用。

光动力和光热联合纳米治疗剂在制备光动力和光热联合治疗肿瘤疾病药物中的应用。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明中的光动力和光热联合纳米在近红外光照射下，普鲁士蓝可产生大量热量，用于光热治疗，同时产生的热量能熔化相转化试剂，同时加热自由基引发剂AIPH，释放出具有光毒性的自由基。

本发明中的光动力和光热联合纳米治疗剂能实现对肿瘤的高效治疗。而且该纳米治疗剂制备工艺简单，成本低，具有良好的生物相容性，在近红外区有较强的吸收，较高的光热转换效率以及较高的自由基生成率，更深的肿瘤组织光穿透性，对氧气无依赖性，可解决传统试剂在肿瘤乏氧环境中治疗效果差的局限，负载量大，治疗效果好，副反应小、适用范围广等技术优势，在肿瘤的靶向治疗方面有着重要的应用前景。

附图说明

图1是实施例1中制备的纳米普鲁士蓝介孔纳米粒子负载AIPH前和负载后用月桂酸封装后的透射电镜结果图(TEM图)；

图2是实施例2中制备的纳米普鲁士蓝介孔纳米粒子负载AIPH前和负载后用月桂酸封装后的透射电镜结果图（TEM图）；

图3是实施例3中制备的纳米普鲁士蓝介孔纳米粒子负载AIPH前和负载后用十四醇封装后的透射电镜结果图(TEM图)；

图4是实施例4中制备的纳米普鲁士蓝介孔纳米粒子负载AIPH前和负载后用十四醇封装后的粒径数量分布图(DLS图)；

图5 是对实施例4中的纳米治疗剂的紫外吸收光谱；

图6 是对实施例4中的纳米治疗剂在激光照射下温度变化曲线；

图7是对实施例4中的纳米治疗剂在激光照射下自由基的释放效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1~图7所示，光动力和光热联合纳米治疗剂，包括作为载体和光热试剂的介孔空心普鲁士蓝、作为光动力试剂且具有光敏功能的自由基引发剂，自由基引发剂载入介孔空心普鲁士蓝的内部孔道，自由基引发剂通过相转化材料封装在孔道内，自由基引发剂为2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐。

具体地，介孔空心普鲁士蓝与自由基引发剂的质量比为25:1~50:1，介孔空心普鲁士蓝与相转化材料的质量比为25:1~50:1。

具体地，相转化材料为十四醇或者月桂酸，对温度有响应性，可阻止2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐提前释放，降低毒副作用。

本发明具有近红外光触发光热转化功能和释放自由基的功能。在近红外光照射下，普鲁士蓝可产生大量热量，用于光热治疗，同时产生的热量能熔化相转化试剂同时加热自由基引发剂AIPH，释放出具有光毒性的自由基。

相关术语：牛血清蛋白（Bovine serum albumin，BSA）；相转化材料（phase changematerial ，PCM）；介孔空心普鲁士蓝（简称HMPB）；自由基引发剂2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐（简称AIPH），为一种自由基型光动力试剂。

光动力和光热联合纳米治疗剂的制备方法，结合具体实施例进行详细说明：

实施例1：

在1mL超纯水中加入2 mgHMPB超声分散，随后加入0.05 g AIPH，搅拌反应3h后，离心分离；称取0.05 g 月桂酸，溶解在1 mL乙醇溶液中，加入到离心下来的固体中，并超声5次，每次30 s，继续搅拌2h，然后离心，并用乙醇离心洗涤一次来除掉表面的十四醇。

随后配置0.5 mg/mL的BSA水溶液5 mL，加入到离心下来的固体中并超声分散，随后继续搅拌反应3 h并离心，用乙醇洗涤2次，干燥后得到样品，负载前和负载后的纳米粒子形貌的TEM图如图1所示，从图中可以看出，负载后粒子的孔道和表面明显有变化，说明材料已经成功被负载到介孔普鲁士蓝纳米粒中。

实施例2：

在1mL超纯水中加入2mgHMPB超声分散，随后加入0.1 g AIPH，搅拌反应3h后，离心分离；称取0.1 g 月桂酸，溶解在1 mL乙醇溶液中，加入到离心下来的固体中，并超声（每次30s，5次），继续搅拌2 h，然后离心，并用乙醇离心洗涤一次来除掉表面的月桂酸。

随后配置1 mg/mL的BSA水溶液5 mL，加入到离心下来的固体中并超声分散，随后继续搅拌反应3 h并离心，用乙醇洗涤2次，干燥后得到样品，负载前和负载后的纳米粒子形貌的TEM图如图2所示，从图中可以看出，负载后粒子的孔道和表面明显有变化，说明材料已经成功被负载到介孔普鲁士蓝纳米粒子中。

实施例3：

在1mL超纯水中加入2mgHMPB超声分散，随后加入0.05 g AIPH，搅拌反应3h后，离心分离；称取0.05 g 十四醇，溶解在1 mL乙醇溶液中，加入到离心下来的固体中，并超声（每次30 s，5次），继续搅拌2 h，然后离心，并用乙醇离心洗涤一次来除掉表面的十四醇。

随后配置0.5 mg/mL的BSA水溶液5 mL，加入到离心下来的固体中并超声分散，随后继续搅拌反应3 h并离心，用乙醇洗涤2次，干燥后得到样品，负载前和负载后的纳米粒子形貌的TEM图如图3所示，从图中可以看出，负载后粒子的孔道和表面明显有变化，说明材料已经成功被负载到介孔普鲁士蓝纳米粒子中。

实施例4：

在1mL超纯水中加入2mg HMPB超声分散，随后加入0.1 g AIPH，搅拌反应3h后，离心分离；称取0.1 g 十四醇，溶解在1 mL乙醇溶液中，加入到离心下来的固体中，并超声（每次30s，5次），继续搅拌2 h，然后离心，并用乙醇离心洗涤一次来除掉表面的十四醇。

随后配置1 mg/mL的BSA水溶液5 mL，加入到离心下来的固体中并超声分散，随后继续搅拌反应3 h并离心，用乙醇洗涤2次，干燥后得到样品，负载前和负载后的纳米粒子形貌的DLS图如图4所示。横坐标为不同粒径范围，纵坐标为数量百分数, 通过对比图4左和图4右两张图的粒径，可以看出，负载后水合粒径有一定的增大，进一步表明十四醇成功被负载介孔普鲁士蓝中。

光动力和光热联纳米治疗剂的性能测试：

紫外吸收光谱：将实施例4中得到的负载有AIPH的纳米复合治疗剂分散在水中，测试其紫外吸收光谱，如图5所示，图中分别为空心普鲁士蓝的吸收光谱，AIPH的吸收光谱以及负载完AIPH后经十四醇封装的纳米治疗剂的紫外吸收光谱，横坐标为吸收波长，纵坐标为吸收强度。从图中可以看出普鲁士蓝在700 nm 附近有很强的吸收光谱，该区域的近红外光具有更深的组织穿透深度，同时从负载后的光谱可以看出，AIPH被成功的修饰到了介孔空心普鲁士蓝上面。

光热效果实验：测试实施例4中所得到的纳米治疗剂光热效果：浓度为200 μg/mL的纳米治疗机水溶液1 mL，使用激光（808 nm，1 W/cm²）照射，并通过光热相机记录温度，温度随时间变化结果如图6所示，横坐标为激光照射时间，纵坐标为温度变化。从实验结果看出，经激光照射后，溶液的温度迅速上升，证明该材料具有较高的光热转化效率。

自由基释放检测：将实施例4中所得到的纳米治疗剂配置浓度为200 μg/mL的水溶液，并加入自由基捕获试剂ABTS,随后用激光照射水溶液，并每隔5 min测试一次溶液的紫外吸收光谱，其自由基释放效果如图7所示，横坐标为吸收波长，纵坐标为吸收强度。从图7中可以看出，经激光照射后，600 nm~800nm波段的吸收峰迅速升高，证明确实产生了大量自由基的产生，具有较高的自由基生产率。

本发明中的光动力和光热联合纳米治疗剂采用普鲁士蓝为载体，既具有很好的生物相容性，又能实现对肿瘤的高效治疗。而且该纳米治疗剂制备工艺简单，成本低，具有良好的生物相容性，对近红外光有较强的吸收，在近红外区有较强的吸收，较高的光热转换效率以及较高的自由基生成率，更深的肿瘤组织光穿透性，对氧气无依赖性，可解决传统试剂在肿瘤乏氧环境中治疗效果差的局限，负载量大，治疗效果好，副反应小、适用范围广等技术优势，在肿瘤的靶向治疗方面有着重要的应用前景。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.光动力和光热联合纳米治疗剂，其特征在于，包括作为载体和光热试剂的介孔空心普鲁士蓝、作为光动力试剂且具有光敏功能的自由基引发剂，所述自由基引发剂载入所述介孔空心普鲁士蓝的内部孔道，所述自由基引发剂通过相转化材料封装在孔道内。

2.根据权利要求1所述的光动力和光热联合纳米治疗剂，其特征在于，所述自由基引发剂为2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐。

3.根据权利要求1所述的光动力和光热联合纳米治疗剂，其特征在于，所述介孔空心普鲁士蓝与自由基引发剂的质量比为25:1~50:1，所述介孔空心普鲁士蓝与相转化材料的质量比为25:1~50:1。

4.根据权利要求1所述的光动力和光热联合纳米治疗剂，其特征在于，所述相转化材料为十四醇或者月桂酸。

5.一种光动力和光热联合纳米治疗剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述介孔空心普鲁士蓝与2,2-氮杂双（2-咪唑啉）二盐酸盐的质量比为25:1~50:1，所述介孔空心普鲁士蓝与相转化材料的质量比为25:1~50:1。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述介孔空心普鲁士蓝的浓度为2mg/mL，所述牛血清蛋白水溶液的浓度为0.5~1 mmol/L。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述相转化材料为十四醇或者月桂酸。

9.权利要求1至4中任一项所述的光动力和光热联合纳米治疗剂在制备光动力和光热联合治疗肿瘤疾病药物中的应用。