CN111388448A - 一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米功能材料领域，公开了一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子及其制备和应用。该纳米粒子由两亲嵌段共聚物物理封装疏水性光热小分子而形成，其中疏水性光热小分子的结构如下所示，两亲嵌段共聚物为F‑127、DSPE‑PEG₂₀₀₀‑NH₂中的至少一种。本发明以两亲嵌段聚合物包裹光热小分子BBTD，形成粒径为50‑100nm的均匀分散、稳定性强的亲水纳米粒子，该纳米粒子结构稳定，在不同pH下保持发光稳定以及光热循环稳定，解决水中聚集荧光猝灭的问题。同时，该纳米粒子具有高效率的光热转化(39.7％)，在1.0w/cm²、808nm激光下，较低浓度250ug/mL下可升温至近80℃。

Description

一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子及其制备和应用

技术领域

本发明属于纳米功能材料领域，特别涉及一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子及其制备和应用。

背景技术

随着生态环境的剧烈变化，癌症已成为危害人类健康的重要因素。目前癌症治疗方法主要有手术切除、放疗、化疗等，其中手术切除只能针对实体肿瘤，无法完全去除游离的肿瘤细胞；而放疗和化疗副作用较大，易造成病患生理和精神上的巨大创伤。光热法治疗免除了化疗放疗的副作用且具有良好的治疗效果，最近已经成为癌症治疗领域的研究热点。在光热治疗癌症过程中，光敏剂的运用是关键，当光敏剂颗粒较小(一般在100nm以下)时，可以随着机体的循环而特异性的富集在肿瘤细胞内。在近红外光的照射下，光敏剂可将光能转换为热能从而使肿瘤细胞局部升温。光热治疗法正是利用癌细胞与正常细胞耐热性不同，实现针对性杀伤，达到癌症治愈的目的。当局部温度升高到42℃左右时，癌细胞迅速凋亡，正常细胞则因耐热性较强而存活。

目前已应用于光热治疗的光敏剂主要有碳点、稀土离子、碳纳米管等。其中，碳点结构不明确，稀土离子毒性难以屏蔽，而碳纳米管存在近红外吸收效果较差的问题。有机光敏剂具有优异的生物相容性并且可降解，具有更为广泛的应用前景。然而，现有有机光敏剂，如已广泛应用于临床的吲哚箐绿，存在稳定性差、半衰期较短、合成路线复杂等问题，在一定程度上限制了其在癌症治疗方面的应用。临床急需能够解决上述问题的新型有机光敏剂。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子。

本发明另一目的在于提供上述可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子在制备肿瘤光热治疗药物中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其由两亲嵌段共聚物物理封装疏水性光热小分子而形成。

所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子的粒径为30-150nm，优选为50-70nm。

所述的疏水性光热小分子的结构式如下所示：

所述的疏水性光热小分子BBTD由以下方法制备得到：在氮气气氛下，将4-硼酸三苯胺和4,7-二溴苯并1,2-C:4,5-C'的]双([1,2,5]噻二唑)在催化剂和碱存在条件下加热反应，反应结束后将所得反应液纯化即得疏水性光热小分子BBTD。

所述的催化剂为Pd(PPh₃)₄；

所述的碱为Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、KOH中的至少一种，优选为Na₂CO₃。

所述的4-硼酸三苯胺、4,7-二溴苯并1,2-C:4,5-C'的]双([1,2,5]噻二唑)、催化剂和碱的摩尔比为3-5:1-2:0.1-0.5:20-30；

所述的加热反应是指在100-120℃加热搅拌反应8-10h；所述的加热反应中所使用的溶剂为甲苯和水的混合物；所述的纯化是指采用二氯甲烷和水进行萃取，再利用层析柱进行提纯，最终得到的墨绿色产物即为有机光热分子。

所述的两亲嵌段共聚物为F-127(泊洛沙姆)、DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂(二硬脂酰磷脂酰乙酰胺-聚乙二醇2000-胺)中的至少一种。

一种上述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子的制备方法，其包括以下步骤：将疏水性光热小分子完全溶解在有机溶剂中，然后向其中加入两亲嵌段共聚物并混合均匀，混合均匀后旋蒸除去有机溶剂，再加入去离子水进行自组装，即得到可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子。

所述的有机溶剂为THF、氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷中的至少一种；

所述的疏水性光热小分子和两亲嵌段共聚物的质量比为1:20-1:2；所述的去离子水的用量满足自组装后纳米粒子的浓度为1mg/mL。

所述的光热治疗肿瘤的纳米粒子在制备肿瘤光热治疗药物中的应用。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：

(1)本发明利用Suzuki偶联反应一步合成了近红外激发且具有高光热转换效率的光热小分子BBTD分子，采用一步式合成，工艺简单、产率高、成本低。

(2)本发明的光热小分子BBTD分子在近红外范围内存在700nm吸收峰和1000nm激发峰，托拉斯位移达300nm，既可用于近红外刺激又可用于近红外二区成像，拓宽了有机光热分子的种类。

(3)本发明的光热小分子BBTD分子具有近红外跨一区、二区发光在具有较高光热转化效率的同时，兼具可视化，为实时动态光热治疗提供了性能支持。

(4)本发明以两亲聚合物包裹光热小分子BBTD，形成粒径为50-100nm左右的均匀分散、稳定性强的BBTD亲水纳米粒子，该纳米粒子结构稳定，在不同pH下保持发光稳定以及光热循环稳定，解决水中聚集荧光猝灭的问题。经试验证明，两亲聚合物修饰后的光热小分子具有高效率的光热转化(39.7％)，在1.0w/cm²、808nm激光下，较低浓度250ug/mL下可升温至近80℃。

附图说明

图1为实施例1制备的光热小分子BBTD在二氯甲烷中的质谱图谱。

图2为实施例1制备的光热小分子BBTD在氘代四氯乙烷中核磁共振氢谱图。

图3为实施例1制备的光热小分子BBTD在THF中的紫外吸收图谱。

图4为实施例1制备的光热小分子BBTD在THF中的激发图谱。

图5为实施例2中制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS中的粒径分布图。

图6为实施例3中制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS中的粒径分布图。

图7为实施例4中制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS中的粒径分布图。

图8为实施例2中制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS溶液中的紫外吸收图谱及PL图谱。

图9为实施例2中制备的纳米粒子BBTD-NPs加入到不同pH值的×1PBS中形成的浓度均为0.1mg/mL的溶液的紫外吸收图谱。

图10为在808nm、1.0W/cm²激光照射下不同浓度的实施例2制备的纳米粒子BBTD-NPs的光热转换图谱。

图11为在808nm、1.0W/cm²激光照射下不同浓度的实施例2制备的纳米粒子BBTD-NPs在不同时间下的热红外图像。

图12为不同功率的808nm激光照射实施例3制备的纳米粒子BBTD-NPs的热红外图像。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得。

实施例1：有机光热分子BBTD的制备

(1)将3mmol 4-硼酸三苯胺、1mmol 4,7-二溴苯并1,2-C:4,5-C'的]双([1,2,5]噻二唑)、0.2mmol催化剂Pd(PPh₃)₄和20mmol的Na₂CO₃共同加入至250mL双口烧瓶中，在回流的条件下抽真空15分钟，再充氮气，该操作重复三次。

(2)加入适量甲苯充分溶解样品；再加入10mL去离子水，在120℃下充分搅拌反应8小时。采用二氯甲烷和水进行萃取，利用层析柱进行提纯，最终得到墨绿色产物。

实施例1制备的有机光热分子BBTD在二氯甲烷中的质谱图谱如图1所示，实施例1制备的有机光热分子BBTD在氘代四氯乙烷中核磁共振氢谱图谱如图2所示，从图1和图2中可以看出本发明成功合成了有机光热小分子BBTD。

实施例1制备的有机光热分子BBTD在THF中的紫外吸收图谱如图3所示，从图3中可以看出，该有机光热分子在700nm左右存在强烈吸收峰，且分布较宽。

实施例1制备的有机光热分子BBTD在THF中的激发图谱如图4所示，从图4中可以看出该有机光热分子在700nm激发情况下，发射峰在1000nm,托拉斯位移为300nm。且位于近红外二区，说明该分子是良好的可应用于生物近红外二区成像的造影剂。

实施例2：光热治疗肿瘤的纳米粒子(BBTD-NPs)的制备

将5mgBBTD溶于30mL二氯甲烷中，10000r/min的转速下离心溶解。取50mg F-127加入到溶解完全的BBTD中，微波超声5min使两者混合均匀，随后将超声后的溶液在40℃下旋转蒸发干燥，加入55ml去离子水继续超声10min进行自组装，可得到粒径集中在50nm左右的纳米粒子，浓度为1mg/mL。其中该实施例制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS中的粒径分布图如图5所示。

实施例3：光热治疗肿瘤的纳米粒子(BBTD-NPs)的制备

将5mgBBTD溶于30mL二氯甲烷中，10000r/min的转速下离心溶解。取13mg DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂加入到溶解完全的BBTD中，微波超声5min使两者混合均匀，随后将超声后的溶液在40℃下旋转蒸发干燥，加入18ml去离子水继续超声10min进行自组装，可得到粒径集中在70nm左右的纳米粒子，浓度为1mg/mL。其中，该实施例制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS中的粒径分布图如图6所示。

实施例4：光热治疗肿瘤的纳米粒子(BBTD-NPs)的制备

将5mgBBTD溶于30mL四氯乙烷中，10000r/min的转速下离心溶解。取13mg DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂加入到溶解完全的BBTD中，微波超声5min使两者混合均匀，随后将超声后的溶液在40℃下旋转蒸发干燥，加入18ml去离子水继续超声10min进行自组装，可得到粒径集中在70nm左右的纳米粒子，浓度为1mg/mL。其中，该实施例制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS中的粒径分布图如图7所示。

实施例2中制备的纳米粒子BBTD-NPs分散在PBS溶液中的紫外吸收图谱及PL图谱如图8所示，证明包裹后的分子在水溶液中分散均匀，避免了分子聚集产生荧光猝灭，且在近红外波段存在吸收保持BBTD分子近红外吸收的本身特性。

实施例2中制备的纳米粒子BBTD-NPs加入到不同pH值的×1PBS(pH值用HCl和NaOH调控，所用×1PBS本身pH为7.0-7.4)中形成的浓度均为0.1mg/mL的溶液的紫外吸收图谱如图9所示，证明该分子具有稳定的物化性质。

将实施例2中制备的纳米粒子BBTD-NPs加水进一步稀释成不同浓度，然后取500uL液体加入1.5mLPU管中进行光照，在808nm 1.0W/cm²激光照射下不同浓度的实施例2制备的纳米粒子BBTD-NPs的光热转换图谱如图10所示，从图10可以看出在近红外光照射下BBTD-NPs溶液体系迅速升高并且在10分钟后达到峰值，保持一定的稳定性。在BBTD-NPs浓度处于较低浓度(25ug/mL)时温度亦可达到45℃左右，该温度足以杀伤癌细胞，而不含BBTD-NPs的PBS溶液温度几乎与室温持平。选用100ug/mL BBTD-NPs升温曲线计算光热转化效率(η)，计算公式如下所示：

T_max和T_surr分别为溶胶最高温度和环境温度。/和A分别为激光光强能量密度和纳米

晶在λ波长处的吸收值，h、s和Q_dis分别为热传导系数，辐射面积和体系热量流失。

经计算得η＝39.7％，该数值高于多数光敏剂，为下一步光热杀伤癌细胞提供了有力的理论支持。

将实施例2制备的纳米粒子BBTD-NPs加水进一步稀释成不同浓度，然后取500uL液体加入1.5mLPU管中进行光照，在808nm 1.0W/cm²激光照射下不同浓度的实施例2制备的纳米粒子BBTD-NPs在不同时间下的热红外图像如图11所示。

将实施例3制备的BBTD-NPs加水进一步稀释成浓度为200ug/mL的水溶液，然后取500uL液体加入1.5mLPU管中进行光照，不同功率、808nm激光照射实施例3制备的纳米粒子BBTD-NPs的热红外图像如图12所示，从图12可以看出利用不同的两亲嵌段物包裹BBTD分子不影响该分子的光热效应。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于由两亲嵌段共聚物物理封装疏水性光热小分子而形成。

2.根据权利要求1所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于：

所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子的粒径为30-150nm。

3.根据权利要求1或2所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于：

所述的疏水性光热小分子的结构式如下所示：

4.根据权利要求3所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于：

所述的疏水性光热小分子BBTD由以下方法制备得到：在氮气气氛下，将4-硼酸三苯胺和4,7-二溴苯并1,2-C:4,5-C'的]双([1,2,5]噻二唑)在催化剂和碱存在条件下加热反应，反应结束后将所得反应液纯化即得疏水性光热小分子BBTD。

5.根据权利要求4所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于：

所述的催化剂为Pd(PPh₃)₄；

所述的碱为Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、KOH中的至少一种；

所述的4-硼酸三苯胺、4,7-二溴苯并1,2-C:4,5-C'的]双([1,2,5]噻二唑)、催化剂和碱的摩尔比为3-5:1-2:0.1-0.5:20-30。

6.根据权利要求4所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于：

所述的加热反应是指在100-120℃加热搅拌反应8-10h；所述的加热反应中所使用的溶剂为甲苯和水的混合物。

7.根据权利要求1或2所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子，其特征在于：

所述的两亲嵌段共聚物为F-127、DSPE-PEG₂₀₀₀-NH₂中的至少一种。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将疏水性光热小分子完全溶解在有机溶剂中，然后向其中加入两亲嵌段共聚物并混合均匀，混合均匀后旋蒸除去有机溶剂，再加入去离子水进行自组装，即得到可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子。

9.根据权利要求8所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子的制备方法，其特征在于：

所述的有机溶剂为THF、氯仿、二氯甲烷、四氯乙烷中的至少一种；

所述的疏水性光热小分子和两亲嵌段共聚物的质量比为1:20-1:2。

10.根据权利要求1-7任一项所述的可用于光热治疗肿瘤的纳米粒子在制备肿瘤光热治疗药物中的应用。

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