CN111363822A - 包含血液稳定性纳米颗粒的溶液、其制备方法及miRNA标志物的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米颗粒溶液,其包含具有血液稳定性的聚合物胶束纳米颗粒,特别是修饰有功能分子例如核苷酸序列的纳米颗粒。本发明还提供制备所述纳米颗粒溶液的方法,以及利用所述纳米颗粒溶液检测微小RNA(miRNA)标志物的方法。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料和医用纳米探针领域,具体涉及一种纳米颗粒溶液,其包含具有血液稳定性的聚合物胶束纳米颗粒,特别是修饰有功能分子例如核苷酸序列的纳米颗粒。本发明还涉及制备所述纳米颗粒溶液的方法,以及利用所述纳米颗粒溶液检测微小RNA(miRNA)标志物的方法。
背景技术
由于其独特的物理化学性能,纳米材料在医学领域中,尤其是在药物递送、医学检测、生物传感、医用材料改性等方面具有良好的应用前景。
在纳米材料的生物医学诊断应用中,会采用纳米颗粒来检测疾病标志物,通过比较检测前后纳米颗粒的荧光、颜色、聚集状态等变化对疾病进行诊断。其中,以生物可降解聚合物和天然磷脂等为原料的纳米颗粒因具有良好的生物相容性和循环稳定性,已被广泛用于药物运输和生物传感应用中。
对癌症患者进行早期筛查、早期确诊并进行治疗,能够显著提高患者治疗生存率,对癌症临床治疗具有重要意义。癌细胞的特征性分泌物及特异性抗原的单克隆抗体因具有检测方法便捷、检测灵敏度高等优点,已被用于临床的早期癌症筛查。然而,肿瘤分泌物检测受个体差异性影响较大,而癌细胞单克隆抗体检测存在检测成本高、干扰因素多、检测稳定性差等缺点,也限制了其临床应用。
miRNA是长度为20-24个核苷酸的非编码单链RNA分子,通过调控基因的翻译过程来调控基因表达。其中,能够调控癌细胞无限增殖、免疫逃逸、细胞迁移和血管生成等过程的miRNA正逐渐成为癌症检测和治疗的特定。另外,miRNA具有高度的特异性、序列保守等特点,是实现癌症超早期、超灵敏体外诊断的潜在选择。
现有的癌症早期诊断技术存在检测特异性差、检测结果不稳定、检测成本高等缺点,难以在癌症早期筛查中普及。另一方面,传统的miRNA检测手段主要为Northern杂交、微阵点分析和荧光定量PCR,这些检测手段耗时耗力、过程复杂、处理技术要求高、成本高,无法满足临床癌症早期筛查的要求。
借助高稳定性和安全性的纳米材料实现快速高效的miRNA检测,具有重要的应用和研究意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种制备方法简单、血液稳定性高、生物安全性良好的聚合物胶束纳米颗粒溶液,通过在颗粒表面交联特定的核苷酸序列捕获特异性miRNA,该纳米颗粒捕获miRNA后会导致阿霉素分子的荧光淬灭,从而检出血液样本中的miRNA。本发明的纳米颗粒溶液和检测方法可促进miRNA检测技术更加便捷和高效,适用于对多种疾病尤其是癌症标志物的超早期、超灵敏体外检测。
本发明包括以下方面:
根据本发明的第一方面,提供了一种纳米颗粒溶液,所述纳米颗粒溶液包含具有血液稳定性的聚合物胶束纳米颗粒,所述纳米颗粒含有质量比为20:1~5:1的聚乙交酯丙交酯-聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-COOH)和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇嵌段共聚物(DSPE-PEG-COOH);在另一实施方案中,所述纳米颗粒由质量比为20:1~5:1的聚乙交酯丙交酯-聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-COOH)和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇嵌段共聚物(DSPE-PEG-COOH)组成。
优选地,本发明的纳米颗粒溶液所含的纳米颗粒表面结合有功能分子,例如可与特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列、可靶向肿瘤细胞的靶向性分子、可与特异性抗原结合的抗体等。
优选地,本发明的纳米颗粒溶液所含的纳米颗粒的粒径大小为30~200nm,表面电荷为-20~-50mV。
优选地,在本发明的纳米颗粒溶液中,纳米颗粒表面结合的功能分子为可与特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列。在所述核苷酸序列与特定miRNA标志物互补配对形成核苷酸双链后,阿霉素分子可嵌合至所述核苷酸双链,进而导致嵌合的阿霉素分子在荧光强度检测中发生荧光淬灭。更优选的是,所述核苷酸序列为可通过化学交联法与所述纳米颗粒表面羧基结合的5′端氨基化的DNA单链。
在本发明的实施方案中,所述miRNA标志物包括:癌症miRNA标志物,如miR-96-5p、miRNA-23b、miRNA-31、miRNA-21、miRNA-152、miRNA-451;类风湿性关节炎特征性miRNA,如miRNA-16、miRNA-155;肺结核特征性miRNA,如miRNA-150。
根据本发明的第二方面,提供了使用本发明第一方面所述的纳米颗粒溶液检测样品中特定miRNA标志物的方法,该方法包括以下步骤:
(1)取微量样品(<0.1mL)加至纳米颗粒溶液中,混合均匀并在常温静置10~60min,所述纳米颗粒溶液中的纳米颗粒表面结合有可与所述特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列;
(2)向(1)所得混合溶液加入10~100μM阿霉素分子,混合均匀;
(3)检测(2)所得混合溶液中的阿霉素荧光强度,与阴性对照组相比,若阿霉素分子的荧光强度明显减弱或消失则检测结果为阳性,若荧光强度不变则检测结果为阴性。在体外细胞实验中,可用等量PBS代替样品配制混合溶液作为阴性对照。在人血检测实验中,可将健康人血液样本作为阴性对照。
在本发明的实施方案中,所述miRNA标志物包括:癌症miRNA标志物,如miR-96-5p、miRNA-23b、miRNA-31、miRNA-21、miRNA-152、miRNA-451;类风湿性关节炎特征性miRNA,如miRNA-16、miRNA-155;肺结核特征性miRNA,如miRNA-150。
根据本发明的第三方面,提供了本发明第一方面所述的纳米颗粒溶液在制备疾病检测试剂中的用途,所述疾病包括癌症、类风湿性关节炎、肺结核等。
根据本发明的第四方面,提供了一种用于制备纳米颗粒溶液的方法,其包括以下步骤:
(1)在第一溶液中使聚乙交酯丙交酯-聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-COOH)和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇嵌段共聚物(DSPE-PEG-COOH)以20:1~5:1的质量比混合;
(2)将步骤(1)的混合物逐滴加入4%乙醇水溶液中,同时以60~150W的功率进行超声混合,促使PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH进行自组装,获得聚合物胶束溶液;
(3)向所述聚合物胶束溶液中相继加入1-(3-二1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS),通过化学交联法将可与特定miRNA标志物互补配对形成核苷酸双链的5′端氨基化的DNA单链结合到胶束表面上,其中加入的EDC和NHS与溶液中聚合物的摩尔比分别在5:1~30:1范围内;
(4)使用截留分子量为10~100kD的透析袋,以透析法除去游离分子杂质,得到纯化的纳米颗粒溶液。
在进一步的实施方案中,所述第一溶液为氯仿、乙腈或二甲基亚砜。
本发明所用的术语“聚合物胶束”具有聚合物和纳米材料领域的常用含义,通常是指具有两亲性片段的聚合物在溶液体系中形成的胶束结构。在本发明的背景下,“聚合物胶束”、“聚合物纳米胶束”、“聚合物胶束纳米颗粒”、“纳米粒子”、“纳米颗粒”等术语可互换使用。
本发明还包括上述实施方案的任意组合。对实施方案中各成分、要素、步骤的等同替代也被本发明所涵盖。
与现有技术相比,本发明的优势至少在于:
1.本发明所述纳米颗粒溶液制备成本低、制备方法简单、体系血液稳定性优良,且具有极高的检测特异性和灵敏度。
2.本发明对miRNA的荧光定量检测方法具有检测成本低、临床操作简单、检测结果准确灵敏、可实现批量化和自动化检测等优点。
3.本发明可针对不同疾病尤其是癌症的miRNA标志物进行个性化设计和制备,有助于对癌症的高灵敏度和超早期的精准体外诊断。
4.本发明所述的含有聚乙交酯丙交酯-聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-COOH)和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇嵌段共聚物(DSPE-PEG-COOH)的聚合物胶束纳米颗粒,可按需用各种功能分子修饰(例如可与特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列、可靶向肿瘤细胞的靶向性分子、可与特异性抗原结合的抗体等),实现多种医用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明纳米颗粒的粒径分布图;
图2为本发明纳米颗粒的透射电镜图;
图3为不同PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH质量比对纳米颗粒粒径和多聚分散度的影响;
图4为DSPE-PEG-COOH对纳米颗粒的粒径稳定性的影响;
图5为阴性对照与结直肠癌上清液检测后的荧光强度值比较;
图6为阿霉素荧光光谱。
具体实施方式
本发明制备实施例1
将10mg的PLGA-PEG-COOH(美国Creative PEGworks公司,货号DLG-5k20k21)和1mg的DSPE-PEG-COOH(美国Avanti Polar lipids公司,货号880135)溶解于2mL氯仿中并混合均匀;将氯仿溶液逐滴加入4%乙醇水溶液中,边滴加边使用细胞超声破碎仪以20kHz的频率和90W的功率持续超声5min,促使两种嵌段共聚物进行自组装并促进氯仿溶液挥发,得到聚合物胶束溶液。
相继加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)(德国Merck sigma公司,货号E6383)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)(德国Merck sigma公司,货号130672)(请加入EDC和NHS用量),将定制合成的结直肠癌标志物miR-96-5p对应cDNA(序列5′-GGGAGCTCATAGGCCGGCCCCTGGCTGCAGATG-3′)的5′端氨基化互补DNA单链(购自上海生工生物公司)通过EDC/NHS化学交联至胶束表面的羧基上。使用截留分子量为10kD的透析袋透析混合溶液8h,期间更换透析液3次,即得纯化的纳米颗粒。粒度分析仪检测该纳米颗粒的粒径大小为98.6nm(图1),表面电位为-28.4mV,透射电镜结果表明纳米颗粒呈球形单分散(图2)。
本发明制备实施例2
参照本发明制备实施例1制备纳米颗粒溶液,不同之处在于:PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH的质量比为5:1;自组装过程中以60W功率进行超声处理;偶联使用截留分子量为20kD的透析袋进行透析。
本发明制备实施例3
参照本发明制备实施例1制备纳米颗粒溶液,不同之处在于:PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH的质量比为20:1;自组装过程中以130W功率进行超声处理;偶联使用截留分子量为50kD的透析袋进行透析。
对比制备实施例1
参照本发明制备实施例1制备纳米颗粒溶液,不同之处在于:PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH的质量比为1:1。
对比制备实施例2
参照本发明制备实施例1制备纳米颗粒溶液,不同之处在于:PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH的质量比为30:1。
由图3可见,PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH的质量比在20:1~5:1的范围内,纳米颗粒的尺寸分布更加均一,粒径也较小。
对比制备实施例3
参照本发明制备实施例1制备纳米颗粒溶液,但不加入DSPE-PEG-COOH,仅使用PLGA-PEG-COOH制备纳米颗粒。
由图4可见,单一的PLGA-PEG-COOH制备形成的纳米颗粒,其尺寸均一性和体系稳定性较低,颗粒会自发聚集,不利于试剂长期保存,并且可能导致检测结果不可信。使用PLGA-PEG-COOH与DSPE-PEG-COOH共同形成(质量比10:1)的纳米颗粒则具有较高的尺寸均一性并能在长时间内保持稳定。
miRNA标志物的检测
检测1:将本发明制备实施例获得的纳米颗粒溶液100μL加至96孔培养板中,取Caco-2人结直肠癌细胞培养液上清100μL(阴性对照组为加入100μL的PBS)至纳米颗粒溶液中,常温静置30min后,加入5μM的阿霉素分子(购自德国Merck sigma公司,货号D1515)并混合均匀,使用多功能酶标仪检测阿霉素在597nm处的荧光强度(图5)。可见在加入Caco-2人结直肠癌细胞培养液上清的混合液中,阿霉素的荧光强度显著下降,表明阿霉素发生荧光猝灭,指示样品的检测结果为阳性。
检测2:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与膀胱癌标志物miRNA-23b互补配对的DNA序列。参照检测1的方法进行检测,将J82人膀胱癌细胞培养液上清加入该纳米颗粒溶液中混合,然后将微量阿霉素加入混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测3:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与肺癌标志物miRNA-31互补配对的DNA序列。参照检测1的方法进行检测,将NCI-H226人肺癌细胞培养液上清加入该纳米颗粒溶液中混合,然后将微量阿霉素加入混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测4:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与肝癌标志物miRNA-21互补配对的DNA序列。参照检测1的方法进行检测,将HepG2人肝癌细胞培养液上清加入该纳米颗粒溶液中混合,然后将微量阿霉素加入混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测5:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与宫颈癌标志物miRNA-152互补配对的DNA序列。参照检测1的方法进行检测,将HeLa人宫颈癌细胞培养液上清加入该纳米颗粒溶液中混合,然后将微量阿霉素加入混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测6:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与胃癌标志物miRNA-451互补配对的DNA序列。参照检测1的方法进行检测,将MKN45人胃癌细胞培养液上清加入该纳米颗粒溶液中混合,然后将微量阿霉素加入混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测7:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与神经胶质瘤标志物miRNA-21互补配对的DNA序列。参照检测1的方法进行检测,将U87MG人神经胶质母细胞瘤细胞培养液上清加入该纳米颗粒溶液中混合,然后将微量阿霉素加入混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测8:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与类风湿性关节炎特征性miRNA-16互补配对的DNA序列。将该纳米颗粒溶液与类风湿性关节炎患者的关节积液混合。参照检测1的方法进行检测,将微量阿霉素加入本例的混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
检测9:参照本发明制备实施例的方法制备纳米颗粒溶液,不同之处在于纳米颗粒表面键合可与肺结核特征性miRNA-150互补配对的DNA序列。将该纳米颗粒溶液与肺结核患者外周血样品混合。参照检测1的方法进行检测,将微量阿霉素加入本例的混合样品中,使用酶标仪检测样品的阿霉素荧光强度,荧光强度显著下降。
Claims (11)
1.一种纳米颗粒溶液,其特征在于:所述纳米颗粒溶液包含具有血液稳定性的聚合物胶束纳米颗粒,所述纳米颗粒含有质量比为20:1~5:1的聚乙交酯丙交酯-聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-COOH)和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇嵌段共聚物(DSPE-PEG-COOH)。
2.权利要求1所述的纳米颗粒溶液,其中所述纳米颗粒表面结合有功能分子,例如可与特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列、可靶向肿瘤细胞的靶向性分子、可与特异性抗原结合的抗体等。
3.权利要求2所述的纳米颗粒溶液,其中所述纳米颗粒的粒径大小为30~200nm,表面电荷为-20~-50mV。
4.权利要求2或3所述的纳米颗粒溶液,其中所述功能分子为可与特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列;且在所述核苷酸序列与特定miRNA标志物互补配对形成核苷酸双链后,阿霉素分子可嵌合至所述核苷酸双链,进而导致嵌合的阿霉素分子在荧光强度检测中发生荧光淬灭。
5.权利要求4所述的纳米颗粒溶液,其中所述核苷酸序列为可通过化学交联法与所述纳米颗粒表面羧基结合的5′端氨基化的DNA单链。
6.权利要求4所述的纳米颗粒溶液,其中所述miRNA标志物包括:癌症miRNA标志物,如miR-96-5p、miRNA-23b、miRNA-31、miRNA-21、miRNA-152、miRNA-451;类风湿性关节炎特征性miRNA,如miRNA-16、miRNA-155;肺结核特征性miRNA,如miRNA-150。
7.使用权利要求4-6中任一项所述的纳米颗粒溶液检测样品中特定miRNA标志物的方法,该方法包括以下步骤:
(1)取微量样品加至纳米颗粒溶液中,混合均匀并在常温静置10~60min,所述纳米颗粒溶液中的纳米颗粒表面结合有可与所述特定miRNA标志物互补配对的核苷酸序列;
(2)向(1)所得混合溶液加入10~100μM阿霉素分子,混合均匀;
(3)检测(2)所得混合溶液中的阿霉素荧光强度,与阴性对照组相比,若阿霉素分子的荧光强度明显减弱或消失则检测结果为阳性,若荧光强度不变则检测结果为阴性。
8.权利要求7所述的方法,其中所述miRNA标志物包括:癌症miRNA标志物,如miR-96-5p、miRNA-23b、miRNA-31、miRNA-21、miRNA-152、miRNA-451;类风湿性关节炎特征性miRNA,如miRNA-16、miRNA-155;肺结核特征性miRNA,如miRNA-150。
9.权利要求4-6中任一项所述的纳米颗粒溶液在制备疾病检测试剂中的用途,所述疾病包括癌症、类风湿性关节炎、肺结核等。
10.一种用于制备纳米颗粒溶液的方法,其包括以下步骤:
(1)在第一溶液中使聚乙交酯丙交酯-聚乙二醇嵌段共聚物(PLGA-PEG-COOH)和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇嵌段共聚物(DSPE-PEG-COOH)以20:1~5:1的质量比混合;
(2)将步骤(1)的混合物逐滴加入4%乙醇水溶液中,同时以60~150W的功率进行超声混合,促使PLGA-PEG-COOH和DSPE-PEG-COOH进行自组装,获得聚合物胶束溶液;
(3)向所述聚合物胶束溶液中相继加入1-(3-二1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS),通过化学交联法将可与特定miRNA标志物互补配对形成核苷酸双链的5′端氨基化的DNA单链结合到胶束表面上,其中加入的EDC和NHS与溶液中聚合物的摩尔比分别在5:1~30:1范围内;
(4)使用截留分子量为10~100kD的透析袋,以透析法除去游离分子杂质,得到纯化的纳米颗粒溶液。
11.权利要求10所述的方法,其中所述第一溶液为氯仿、乙腈或二甲基亚砜。
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