CN111450270B - 基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 - Google Patents
基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111450270B CN111450270B CN202010330083.6A CN202010330083A CN111450270B CN 111450270 B CN111450270 B CN 111450270B CN 202010330083 A CN202010330083 A CN 202010330083A CN 111450270 B CN111450270 B CN 111450270B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pda
- gox
- bsa
- glucose oxidase
- fepi
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 139
- 235000019420 glucose oxidase Nutrition 0.000 title claims abstract description 53
- 108010015776 Glucose oxidase Proteins 0.000 title claims abstract description 51
- 239000004366 Glucose oxidase Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 229940116332 glucose oxidase Drugs 0.000 title claims abstract description 49
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 38
- WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K iron(3+) phosphate Chemical compound [Fe+3].[O-]P([O-])([O-])=O WBJZTOZJJYAKHQ-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 36
- 229910000398 iron phosphate Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 33
- 238000010276 construction Methods 0.000 title abstract description 5
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 claims abstract description 43
- 229920001690 polydopamine Polymers 0.000 claims abstract description 41
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract description 29
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 claims abstract description 14
- 238000007626 photothermal therapy Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N D-gluconic acid Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-SQOUGZDYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 108091003079 Bovine Serum Albumin Proteins 0.000 claims abstract description 9
- 229940098773 bovine serum albumin Drugs 0.000 claims abstract description 9
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000004614 tumor growth Effects 0.000 claims abstract description 7
- RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N D-gluconic acid Natural products OCC(O)C(O)C(O)C(O)C(O)=O RGHNJXZEOKUKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 235000012208 gluconic acid Nutrition 0.000 claims abstract description 6
- 239000000174 gluconic acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 claims abstract description 5
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims abstract description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 31
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims description 12
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 10
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 claims description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 9
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 9
- LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N tris Chemical compound OCC(N)(CO)CO LENZDBCJOHFCAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 5
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 3
- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 claims description 3
- 238000010253 intravenous injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000002601 radiography Methods 0.000 claims description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 12
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 abstract description 5
- 239000005955 Ferric phosphate Substances 0.000 abstract description 3
- 229940032958 ferric phosphate Drugs 0.000 abstract description 3
- 229910000399 iron(III) phosphate Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 abstract description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 30
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 9
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 108010004889 Heat-Shock Proteins Proteins 0.000 description 6
- 102000002812 Heat-Shock Proteins Human genes 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 6
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 5
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 4
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000004435 EPR spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 3
- 108010087230 Sincalide Proteins 0.000 description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 3
- 238000010609 cell counting kit-8 assay Methods 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 3
- 238000001218 confocal laser scanning microscopy Methods 0.000 description 3
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 239000002539 nanocarrier Substances 0.000 description 3
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 3
- IZTQOLKUZKXIRV-YRVFCXMDSA-N sincalide Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CCSC)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(N)=O)NC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O)C1=CC=C(OS(O)(=O)=O)C=C1 IZTQOLKUZKXIRV-YRVFCXMDSA-N 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 3
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 3
- VCUVETGKTILCLC-UHFFFAOYSA-N 5,5-dimethyl-1-pyrroline N-oxide Chemical compound CC1(C)CCC=[N+]1[O-] VCUVETGKTILCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J ATP(4-) Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](COP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O)[C@@H](O)[C@H]1O ZKHQWZAMYRWXGA-KQYNXXCUSA-J 0.000 description 2
- ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N Adenosine triphosphate Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1OC(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)C(O)C1O ZKHQWZAMYRWXGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 210000003855 cell nucleus Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000003501 co-culture Methods 0.000 description 2
- 231100000263 cytotoxicity test Toxicity 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000684 flow cytometry Methods 0.000 description 2
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 2
- 238000003119 immunoblot Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 2
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 210000004881 tumor cell Anatomy 0.000 description 2
- 238000000870 ultraviolet spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000001262 western blot Methods 0.000 description 2
- PRDFBSVERLRRMY-UHFFFAOYSA-N 2'-(4-ethoxyphenyl)-5-(4-methylpiperazin-1-yl)-2,5'-bibenzimidazole Chemical compound C1=CC(OCC)=CC=C1C1=NC2=CC=C(C=3NC4=CC(=CC=C4N=3)N3CCN(C)CC3)C=C2N1 PRDFBSVERLRRMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MGBKJKDRMRAZKC-UHFFFAOYSA-N 3-aminobenzene-1,2-diol Chemical group NC1=CC=CC(O)=C1O MGBKJKDRMRAZKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 1
- 108010006519 Molecular Chaperones Proteins 0.000 description 1
- 206010057249 Phagocytosis Diseases 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N [1,10]phenanthroline Chemical compound C1=CN=C2C3=NC=CC=C3C=CC2=C1 DGEZNRSVGBDHLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N ammonium oxalate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]C(=O)C([O-])=O VBIXEXWLHSRNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 230000003833 cell viability Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010226 confocal imaging Methods 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000002872 contrast media Substances 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007922 dissolution test Methods 0.000 description 1
- 230000003828 downregulation Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910001448 ferrous ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000034659 glycolysis Effects 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N hydroxyl Chemical compound [OH] TUJKJAMUKRIRHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000879 imine group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000013082 iron-based metal-organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 230000004298 light response Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 230000002132 lysosomal effect Effects 0.000 description 1
- 229910052960 marcasite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 238000001139 pH measurement Methods 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000008782 phagocytosis Effects 0.000 description 1
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 1
- 238000002428 photodynamic therapy Methods 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000009214 sonodynamic therapy Methods 0.000 description 1
- 239000012192 staining solution Substances 0.000 description 1
- 230000037351 starvation Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 230000003827 upregulation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/22—Echographic preparations; Ultrasound imaging preparations ; Optoacoustic imaging preparations
- A61K49/221—Echographic preparations; Ultrasound imaging preparations ; Optoacoustic imaging preparations characterised by the targeting agent or modifying agent linked to the acoustically-active agent
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K38/00—Medicinal preparations containing peptides
- A61K38/16—Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
- A61K38/43—Enzymes; Proenzymes; Derivatives thereof
- A61K38/44—Oxidoreductases (1)
- A61K38/443—Oxidoreductases (1) acting on CH-OH groups as donors, e.g. glucose oxidase, lactate dehydrogenase (1.1)
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
- A61K41/0052—Thermotherapy; Hyperthermia; Magnetic induction; Induction heating therapy
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K49/00—Preparations for testing in vivo
- A61K49/22—Echographic preparations; Ultrasound imaging preparations ; Optoacoustic imaging preparations
- A61K49/222—Echographic preparations; Ultrasound imaging preparations ; Optoacoustic imaging preparations characterised by a special physical form, e.g. emulsions, liposomes
- A61K49/225—Microparticles, microcapsules
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
- A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
- A61K9/513—Organic macromolecular compounds; Dendrimers
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
- A61K9/5107—Excipients; Inactive ingredients
- A61K9/513—Organic macromolecular compounds; Dendrimers
- A61K9/5169—Proteins, e.g. albumin, gelatin
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
- A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
- A61K9/48—Preparations in capsules, e.g. of gelatin, of chocolate
- A61K9/50—Microcapsules having a gas, liquid or semi-solid filling; Solid microparticles or pellets surrounded by a distinct coating layer, e.g. coated microspheres, coated drug crystals
- A61K9/51—Nanocapsules; Nanoparticles
- A61K9/5192—Processes
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
- A61P35/00—Antineoplastic agents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y5/00—Nanobiotechnology or nanomedicine, e.g. protein engineering or drug delivery
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y101/00—Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1)
- C12Y101/03—Oxidoreductases acting on the CH-OH group of donors (1.1) with a oxygen as acceptor (1.1.3)
- C12Y101/03004—Glucose oxidase (1.1.3.4)
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Pharmacology & Pharmacy (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Gastroenterology & Hepatology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用，包括：制备聚多巴胺纳米颗粒；将葡糖氧化酶、牛血清白蛋白和磷酸铁依次负载在聚多巴胺纳米颗粒上。其中，葡萄糖氧化酶可消耗肿瘤部位葡萄糖，生成葡萄糖酸和过氧化氢，实现饥饿治疗；磷酸铁可在聚多巴胺还原性的作用下生成二价铁；过氧化氢可在酸性条件下被二价铁催化生成高毒性羟基自由基，实现自增强型化学动力治疗；聚多巴胺可响应近红外光，在饥饿治疗辅助下实现低温光热治疗。在光声成像的指导下，所得复合纳米颗粒可通过三模态联合治疗实现对肿瘤生长的显著抑制，并为恶性肿瘤的诊断和治疗提供了新的思路。
Description
技术领域
本发明属于针对肿瘤的纳米诊疗剂制备领域，特别涉及一种基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建，及其在肿瘤光声成像/饥饿治疗/化学动力治疗/低温光热治疗中的诊疗应用。
背景技术
2016年提出的化学动力疗法（CDT），被认为是一种极具潜力的肿瘤治疗手段。利用金属离子介导的芬顿或类芬顿反应中的化学能，可催化肿瘤区域的过氧化氢（H2O2）产生高毒性的羟基自由基（·OH）。该策略由于具有pH和H2O2依赖的内在特征而显示出较高的肿瘤特异性。这些特征使CDT具有更好的生物相容性和对正常组织较低的毒副作用。另外，相比于光动力治疗（需要外部光刺激）和声动力治疗（需要外部超声刺激）等其它基于活性氧自由基（ROS）治疗的策略，CDT因不需要外部刺激而独具优势。
为了实现有效的CDT，通常需要引入高效的芬顿催化剂。相比于Cu基、Mn基等材料，Fe基的芬顿催化剂更为常用，其主要使用形式为Fe3O4、FeS2、Fe2P、Fe基金属-有机骨架等。尽管表现出巨大的应用前景，但是·OH的生成过程仍有颇多限制。首先，Fe(II)催化H2O2生成·OH后，其本身被氧化成Fe(III)，催化能力显著降低。因此，通过加速Fe(II)/Fe(III)循环来确保Fe(II)的持续供应，对于有效的CDT非常重要。通过引入还原性物质，可实现Fe(II)的循环供应，保证芬顿反应的连续性。然而，目前使用的重金属、小分子等还原性物质可能引发潜在的生物安全问题。探索具有良好生物相容性的还原性物质以保证有效的芬顿反应仍然是一个挑战。其次， Fe(II)参与的芬顿反应具有pH依赖性，它需要在2.0-4.5之间的低pH条件才能达到最佳的催化状态。但是，微酸性实体瘤微环境（pH 6.5-6.9）会对芬顿反应产生阻碍作用。再次，虽然H2O2在实体瘤中过表达（0.1-1.0 mM），但其水平仍不足以保持高效的芬顿反应。综上，通过加速Fe(II)/Fe(III)循环、提高H2O2水平、降低pH值，来实现针对实体瘤的高效CDT充满紧迫性和挑战性。
受肿瘤细胞对葡萄糖等营养物质高度依赖的启发，引入葡萄糖氧化酶（GOx）加速肿瘤部位葡萄糖酵解，原位产生大量的葡萄糖酸和H2O2，可以弥补现有CDT所需微环境的不足。此外，GOx引起的葡萄糖消耗，能进而实现饥饿治疗（ST），与CDT实现协同治疗效果。从另一个角度来看，下调肿瘤部位的葡萄糖水平可以抑制三磷酸腺苷（ATP）的产生，进而下调热休克蛋白（HSP）的表达。作为分子伴侣，这些蛋白在高热暴露下快速表达，以修复热变性蛋白。在这种情况下，肿瘤细胞对光热治疗的抵抗能力减弱，可发展为低温光热治疗（LT-PTT）。与正常光热治疗（PTT）相比，LT-PTT具有更好的生物相容性，对正常组织的伤害较小。同时，PTT也可与CDT协同作用，表现出增强的肿瘤治疗效果。为实现光热治疗，需要光热转化剂的协助。聚多巴胺（PDA）纳米颗粒因具有较高的生物相容性和良好的光热转化效率而受到广泛的关注。良好的近红外光响应能力也使PDA纳米颗粒具有光声成像（PAI）的能力。更重要的是，PDA纳米颗粒拥有丰富的表面官能团，如儿茶酚胺、亚胺基团等，具有较强的还原能力，有望通过加速Fe(II)/Fe(III)循环而实现增强的CDT。
基于上述背景，本发明发展了一种基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi，在光声成像的指导下，实现对肿瘤的三模态联合治疗。葡萄糖氧化酶可消耗肿瘤部位葡萄糖，生成葡萄糖酸和过氧化氢，实现饥饿治疗；磷酸铁可在聚多巴胺还原性的作用下生成二价铁；过氧化氢可在酸性条件下被二价铁催化生成高毒性羟基自由基，实现自增强型化学动力治疗；聚多巴胺可响应近红外光，在饥饿治疗辅助下实现低温光热治疗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法。该方法制备过程温和，简单易行。制备得到的催化纳米反应器具有肿瘤微环境重建能力、近红外光响应能力、良好的生物相容性。针对复杂的肿瘤环境可表现出优良的诊断和治疗效果，具有潜在的应用前景。本发明涉及五个基本原理：
（1）利用聚多巴胺为核，可实现葡萄糖氧化酶负载、牛血清白蛋白包覆，和磷酸铁纳米颗粒原位生长，构建一种集光声成像/饥饿治疗/光热治疗/化学动力治疗于一体的芬顿催化纳米颗粒。
（2）所得复合纳米颗粒通过血液循环到达肿瘤部位后，所负载的葡萄糖氧化酶可以消耗葡萄糖产生葡萄糖酸和过氧化氢，实现肿瘤微环境的重建。上调的过氧化氢浓度，有利于生成高毒性的羟基自由基。加重的酸化，可加速磷酸铁中铁离子的释放速率，提高聚多巴胺纳米颗粒的还原性，进一步生成具有较高芬顿催化活性的二价铁，并保持二价铁的持续供应，实现增强的化学动力治疗。
（3）聚多巴胺纳米颗粒可响应近红外光，实现光声成像和光热治疗。此外，过度消耗的葡萄糖可抑制热休克蛋白的表达，利于进一步实现低温光热治疗。
（4）GOx引起的葡萄糖浓度下调，可实现饥饿治疗，与化学动力治疗和低温光热治疗实现肿瘤治疗协同性。
（5）所得复合纳米颗粒具有良好的生物相容性，同时可对肿瘤生长实现显著的抑制作用。
本发明提供如下技术方案：
基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建，其特征在于，包括如下合成步骤：
（1）配制2.6 mL氨水、90 mL乙醇和40 mL蒸馏水的混合溶液，混匀后加入50 mg/mL多巴胺单体水溶液；水浴搅拌反应12小时，经离心纯化可得到聚多巴胺纳米颗粒PDA；将葡萄糖氧化酶GOx加入上述制备的PDA纳米颗粒中，于Tris缓冲液中搅拌反应，经离心纯化可得负载GOx的PDA纳米颗粒PDA-GOx；将牛血清白蛋白BSA加入上述制备的PDA-GOx纳米颗粒中，于磷酸盐缓冲液中搅拌反应，经离心纯化可得包裹BSA的PDA-GOx纳米颗粒PDA-GOx-BSA；
（2）配制FeCl3·6 H2O溶液，将其与PDA-GOx-BSA纳米颗粒溶液混合，于磷酸盐缓冲液中搅拌反应，经离心纯化可得负载磷酸铁FePi的PDA-GOx-BSA纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi。
进一步，所述步骤（1）中聚多巴胺纳米颗粒PDA和葡萄糖氧化酶GOx的质量比为1：0.5-1。
进一步，所述步骤（1）中所述的Tris缓冲液的浓度为10 mM，Tris缓冲液的pH为8.5；所述步骤（1）中的于Tris缓冲液中搅拌反应的反应条件为37 ℃水浴，反应时间为12-24小时。
进一步，所述步骤（1）中PDA-GOx和牛血清白蛋白BSA的质量比为1：1-2。
进一步，所述步骤（1）中磷酸盐缓冲液的pH为7.4，所述步骤（1）中的于磷酸盐缓冲液中搅拌反应的反应温度为12-36 ℃，反应时间为12-24小时。
进一步，所述步骤（2）中FeCl3·6 H2O溶液的浓度为10 mg/mL，PDA-GOx-BSA和FeCl3·6 H2O的质量比为1：0.3，所述步骤（2）中磷酸盐缓冲液的pH为7.4，所述步骤（2）中的搅拌反应的反应温度为12-36 ℃，反应时间为3-9小时。
进一步，基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法得到以PDA为核、GOx和BSA为包裹层、FePi为负载物的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi。
进一步，所述的催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi通过静脉注射后，经血液循环富集于肿瘤部位，实现特异性光声造影。
进一步，催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi富集于肿瘤部位后，PDA-GOx-BSA-FePi中的葡萄糖氧化酶消耗肿瘤部位葡萄糖，生成葡萄糖酸和过氧化氢，实现饥饿治疗；PDA-GOx-BSA-FePi中的磷酸铁在聚多巴胺还原性的作用下生成二价铁；所述的过氧化氢在酸性条件下被二价铁催化生成高毒性羟基自由基，实现自增强型化学动力治疗；PDA-GOx-BSA-FePi中的聚多巴胺响应近红外光，在饥饿治疗辅助下实现低温光热治疗。
催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi在光声成像的指导下，通过三模态联合治疗实现对肿瘤生长的显著抑制。
有益效果
（1）本发明的制备过程温和，简单易行；
（2）本发明方法制备的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒可通过消耗葡萄糖重构肿瘤微环境，实现过氧化氢浓度上调和酸度上调；
（3）本发明方法制备的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒可通过实现肿瘤部位过氧化氢浓度上调和酸度上调，达到针对肿瘤的增强的化学动力治疗效果；
（4）本发明方法制备的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒可有效消耗葡萄糖，实现针对肿瘤的饥饿治疗；
（5）本发明方法制备的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒可响应近红外光，实现光声成像，并在饥饿治疗的协同下实现低温光热治疗；
（6）本发明方法制备的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒具有良好的生物相容性，同时可以对肿瘤生长实现显著的抑制作用，在肿瘤精准诊疗中具有广阔的应用前景。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为实施例1制备的PDA-GOx-BSA纳米颗粒（a）、PDA-GOx-BSA-Fepi纳米颗粒（b）的电镜图；PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒的水动力学粒径和电势图（c）。
图2为实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi在808 nm激光（1.0 W/cm2）照射下的产热结果。
图3为实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒在不同葡萄糖浓度和不同时间条件下的pH值测试结果（a）；实施例1制备的PDA-GOx-BSA纳米颗粒在不同葡萄糖浓度和不同时间条件下的过氧化氢值测试结果（b）；实施例1制备的PDA-GOx-BSA复合纳米颗粒在不同时间点的溶氧测试曲线（c）。
图4为实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒在不同pH条件下，三价铁粒子的释放图（a）；实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi复合纳米颗粒在不同pH、不同时间条件下的二价铁离子检测结果（b）和羟基自由基检测结果（c）。
图5为对比例1制备的PDA-BSA纳米颗粒的细胞毒性试验结果（a）；实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒在不同浓度、不同时间点的癌细胞吞噬试验结果，即共聚焦显微镜成像图（b）和流式细胞仪分析图（c）。
图6为实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒作用于细胞后的过氧化氢检测结果（a）及ROS检测结果，即共聚焦成像结果（b）；实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒和对比例1制备的PDA-BSA纳米颗粒以不同的方式作用于细胞后，细胞内的热休克蛋白表达检测结果（c）。
图7为实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒在光声成像仪下的体外扫描成像结果及其定量分析结果（a）；实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒注射8小时后在光声成像仪下的体内扫描成像结果（b）及注射后不同时间点的定量分析结果（c）。
图8为实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒静脉注射到小鼠体内8小时后在808 nm激光（1.0 W/cm2）照射下，10分钟后的热成像图（a）和不同时间点的温度曲线图（b）。
图9为实施例1、对比例1中制备的不同纳米颗粒通过尾静脉注射到小鼠体内，注射第14天后解剖小鼠，观察不同分组的相对肿瘤大小图片（a），以及14天内的相对肿瘤体积（b）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
分别取2.6 mL氨水、90 mL乙醇、40 mL蒸馏水，在45 ℃水浴中磁力搅拌使之充分混匀。15分钟后，加入50 mg/mL的多巴胺单体水溶液10 mL。反应12 h 后，离心纯化（16000rpm，10 min），收集可得聚多巴胺纳米颗粒（PDA）。
按1：1的质量比，将上述所制备的聚多巴胺纳米颗粒和葡萄糖氧化酶混合于10 mM的pH 8.5的Tris缓冲液中，于37 ℃水浴中搅拌24 小时，经离心纯化得到负载葡萄糖氧化酶的聚多巴胺纳米颗粒（PDA-GOx）。
按1：2的质量比，将PDA-GOx和牛血清白蛋白BSA的水溶液混合，反应溶液为pH 7.4的磷酸缓冲液。常温磁力搅拌24小时后，离心纯化得到包裹BSA的PDA-GOx纳米颗粒（PDA-GOx-BSA）。
配制氯化铁的水溶液，按0.3：1的质量比加入PDA-GOx-BSA纳米颗粒溶液中，置于pH 7.4的磷酸盐缓冲液中。反应结束后，离心纯化得到负载磷酸铁FePi的PDA-GOx-BSA纳米颗粒（PDA-GOx-BSA-FePi）。
透射电镜照片显示，与PDA-GOx-BSA纳米颗粒相比（图1a），PDA-GOx-BSA-FePi的电镜照片中可看到明显的颗粒状物质（图1b）。这表明磷酸铁成功附着于聚多巴胺纳米颗粒表面。纳米粒度仪（DLS）测试结果显示了所得每一步复合纳米颗粒（PDA、PDA-GOx、PDA-GOx-BSA、PDA-GOx-BSA-FePi）的水动力学尺寸和表面电势结果，参照说明书附图1c。PDA-GOx-BSA-FePi复合纳米颗粒的平均尺寸约为119.7 nm，电势约为-18.0 mV。
实施例2
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒，配制成50、100、200、300、400 ppm的水溶液，分别置于石英皿中进行激光照射。所用激光波长为808 nm，单位面积功率为1.0W/cm2。激光过程中每0.5 min记录一次温度，总共记录10 min。
产热测试结果（图2）显示，随着激光照射，溶液的温度逐渐升高。升温幅度与纳米颗粒浓度正相关。这表明所得复合纳米颗粒具有良好的光热效应。
实施例3
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒与葡萄糖混合，通过pH计实时监测pH值的变化。将1.44 mg 的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒与10 mL不同浓度的葡萄糖（200、400、600、800 ppm）混合，并在37 ℃水浴中搅拌，此过程不断通入氧气。在不同时间点（1、3、6、9 h）记录pH值的变化。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA纳米颗粒，以草酸钛铵为指示剂，测定H2O2的浓度。将1.00 mg 的PDA-GOx-BSA与2 mL不同浓度的葡萄糖（25、50、100、200、300 ppm)混合。在一定的时间点（1、3、6、9 h），将混合物离心收集上清。然后将0.8 mL上清液与0.2 mL 0.01 M的草酸铵溶液混合，用紫外-可见分光光度计分析405 nm处的吸光度，计算H2O2的浓度。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA纳米颗粒0.45 mg，与葡萄糖水溶液（5 mg，10 mL）混合。以纯GOx（52.4 ug，与PDA-GOx-BSA中GOx的剂量相同）作为对照。所有的样品都被密封在一个玻璃瓶中，并在37 ℃的水浴中搅拌。每半分钟用溶氧仪记录溶解氧浓度变化。
pH计检测结果评估了PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒的产酸性能，结果见图3a。随着反应时间的进行，pH值逐渐呈下降趋势，且下降的趋势与葡萄糖的浓度呈正相关。UV-Vis测试结果（图3b）显示，PDA-GOx-BSA纳米颗粒在不同的葡萄糖浓度及不同的时间内产生过氧化氢的能力。结果表明，过氧化氢的产量与葡萄糖浓度和反应时间成正相关。溶氧仪测试结果（图3c）表明，与纯水相比，PDA-GOx-BSA和单纯的GOx均会使溶液中氧气的含量降低。总之，以上结果证明本发明开发的复合纳米粒子中葡萄糖氧化酶具有良好的催化活性。
实施例4
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒0.55 mg置于3 mL不同的缓冲溶液中（pH 4.0、pH 5.0、pH 6.0、pH 7.4），室温搅拌。在不同时间点（0、6、12、24 h），离心收集样品。收集所有上清液，用ICP-OES分析铁离子含量。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒1.11 mg，再加入2.86 mg 1,10-菲罗啉，混合分散于5 mL不同pH值（pH 4.0、pH 5.0、pH 6.0、pH 7.4）的缓冲溶液中，室温搅拌。在不同时间点（0、20 min、1、2、3、4、8、24 h），离心收集上清。用紫外-可见分光光度法测定并分析510 nm处的吸光度。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒0.5 mL（0.1 mg）置于0.5 mL不同pH的缓冲溶液（pH 4.0、pH 5.0、pH 6.0和pH 7.4）中，室温搅拌3 h。然后，加入0.5 mL H2O2（200 mM）溶液，混匀0.5 h。为了研究温度对·OH生成的影响，将pH 4.0缓冲液中的一组置于45 ℃水浴中，反应结束后，离心收集上清液。取50 µL DMPO捕获剂和100 µL各组上清液测试混匀，通过EPR检测自由基产生的量，以单纯的游离DMPO为空白对照。
电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测试分析（图4a）发现，随着时间的延长，pH越低，则铁离子释放量越多，因此可得出酸性环境可使得PDA层发生剥离，进而促进铁离子的释放。UV-Vis测试结果（图4b）显示，PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒在不同的pH条件和不同的时间内产生二价铁的能力。结果表明，pH越低，反应时间越长，则二价铁的产量越高，结果证明本发明开发的复合纳米颗粒具有自还原的特性。
电子自旋共振仪（EPR）测试结果表示不同pH条件下的羟基自由基产生情况，详见附图4c。结果表明，羟基自由基的产量与pH有关，pH值越低，则产量越高，同等条件下，温度则会提高羟基自由基产生的反应速率。
实施例5
取实施例1制备的PDA -BSA纳米颗粒，用无菌PBS缓冲液和培养液配制成25、50、75、100、125、150、175、200μg/mL的溶液。将L929、HeLa或4T1细胞接种于96孔板中，与上述不同浓度的PDA -BSA纳米颗粒孵育48小时，然后用CCK-8法测定细胞活力，每孔加CCK-8溶液100μL，37 ℃孵育0.5小时。之后用酶标仪检测450 nm处吸光度值。以PBS缓冲液处理的细胞作为对照。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒与4T1细胞（12孔板，10万细胞/孔）共培养6小时。去除溶液中游离的纳米颗粒后，用PBS洗三次。用溶酶体染料对细胞染色0.5h，再用细胞核染色液（Hoechst 33342）对细胞核进行染色0.5 h，染色结束后再用PBS洗三次。用激光共聚焦扫描显微镜观察细胞，获得荧光图像。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒，配制成不同浓度的PBS溶液。将4T1细胞接种于24孔板中，待细胞贴壁后与上述纳米颗粒溶液共培养1或3小时。去除溶液中游离的纳米颗粒后，用PBS洗三次，胰酶消化后，悬浮于PBS中，用流式细胞仪进行测试。以PBS缓冲液作为空白对照。
细胞毒性试验CCK-8测试结果显示（图5a），在25-200μg/mL浓度范围内，PDA-BSA纳米颗粒没有对三种细胞的活力造成影响，这表明该纳米载体具有良好的生物相容性。激光共聚焦扫描显微镜观察结果显示（图5b），所得纳米颗粒可以被运送至细胞质内。流式数据分析显示（图5c），共培养3小时后荧光标记的细胞个数百分比随着纳米颗粒浓度的提高而明显提高。与同样浓度的纳米颗粒共培养6 h后，其百分比有进一步的提高。这些结果表明提高纳米颗粒浓度以及延长共培养时间可以提高纳米颗粒的细胞内化水平。
实施例6
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒与4T1细胞（12孔板，10万细胞/孔）共培养6小时。之后，用H2O2检测试剂盒对细胞进行清洗、收集和处理细胞。用酶标仪（SPARK10M，Tecan）测量发光，根据标准曲线分析每组的过氧化氢的水平。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi（100和200 ppm）纳米颗粒与4T1细胞（12孔板，10万细胞/孔）共培养6小时。用PDA-GOx-BSA（121 ppm）进行比较，然后用ROS检测试剂盒（以DCFH-DA为指示剂）处理细胞，用CLSM采集细胞荧光图像。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒与4T1细胞共培养6 h，然后分别进行不同方式的处理，即PBS处理、PBS加热（45 ℃）、PDA-BSA、PDA-BSA+激光、PDA-GOx-BSA、PDA-GOx-BSA+激光。除PBS对照组外，其余各组的PDA含量均保持在94 ppm不变。激光处理均为：808 nm，1.0 W/cm2，10 min。收集细胞，进行免疫印迹试验（western blot）分析。
酶联免疫检测仪结果（图6a）表明，用PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒孵育后的细胞过氧化氢量随其纳米颗粒浓度的提高而提高，表明纳米颗粒内化到细胞后，可以通过消耗细胞内葡萄糖，实现产生过氧化氢的能力。激光共聚焦扫描显微镜观察结果显示（图6b）用PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒孵育后的细胞，可以产生大量活性氧自由基。表明纳米颗粒可实现细胞内的芬顿催化能力。免疫印迹试验（western blot）测试结果（图6c）分析表明与没有负载葡萄糖氧化酶的对照组相比，负载葡萄糖氧化酶的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒孵育细胞并进行激光照射后的热休克蛋白含量明显降低。表明葡萄糖氧化酶可消耗细胞内的能量来源物质，即葡萄糖，进而抑制了热休克蛋白的表达，利于实现低温光热治疗。
实施例7
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒分散在超纯水中，配制一系列不同的浓度。使用光声成像仪进行扫描，采集体外光声成像图，并定量分析信号值。
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒，配制为2.5 mg/mL的生理盐水溶液，通过尾静脉注射到4T1荷瘤小鼠内（0.2 mL/只）。注射后不同时间采集体内肿瘤光声成像图像，并定量分析信号值。以注射前的光声图像作为对照。
图7a显示的为复合纳米颗粒体外的光声成像图片和所对应的信号值。PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒的光声信号强度与纳米颗粒的浓度呈正相关。由于PDA纳米颗粒具有良好的近红外光响应特性，使得所得纳米颗粒可成为潜在的光声造影剂，用于监测载药纳米载体在肿瘤区域的积累，为治疗提供指导。图7b显示，注射8小时后，纳米颗粒可以明显富集于肿瘤部位，进行光声造影。定量分析显示（图7c ），静脉注射PPDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒后，肿瘤区域的光声信号在8小时内逐渐增强，并达到最大值，然后从注射后12小时和24小时逐渐下降。
实施例8
取实施例1制备的PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒，配制为2.5 mg/mL的生理盐水溶液，通过尾静脉注射到4T1荷瘤小鼠内（0.2 mL/只）。注射8小时后，进行近红外光照射。所用激光波长为808 nm，单位功率密度为1.0 W/cm2，照射时间10 min。以注射生理盐水的小鼠作为对照组，评价PDA-GOx-BSA-FePi纳米颗粒的体内光热效应。
体内近红外热成像图片（图8a）和相应的温度曲线（（图8b）结果表明，通过近红外照射后，注射纳米颗粒组小鼠的肿瘤部位温度明显高于空白对照组。这进一步表明纳米颗粒可以通过血液循环富集于肿瘤部位，并显示良好的光热效应。
实施例9
将4T1荷瘤小鼠随机分为6组（每组3只）。每组治疗方法如下：组一，生理盐水（空白对照）；组二，生理盐水加激光（激光对照）；组三，PDA-BSA（空白纳米载体）；组四，PDA-GOx-BSA；组五，PDA-GOx-BSA-FePi；组六，PDA-GOx-BSA-FePi+激光。每组静脉注射不同的溶液（每只小鼠0.2 mL）。注射剂量为5.3 mg/kg。
肿瘤生长照片（图9a）和相对应的肿瘤体积（图9b）结果显示，与对照组（组一—组五）相比，组六，PDA-GOx-BSA-FePi+激光的肿瘤体积最小。这说明PDA-GOx-BSA-FePi +激光具有最佳的肿瘤生长抑制效果。
对比例1
按1：2的质量比，将聚多巴胺纳米颗粒和牛血清白蛋白水溶液混合，反应溶液为pH7.4的磷酸缓冲液。常温磁力搅拌24小时后，离心纯化得到包裹牛血清白蛋白的聚多巴胺的复合纳米颗粒（PDA-BSA）。
Claims (10)
1.基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 ，其特征在于，包括如下合成步骤：
（1）配制2.6 mL氨水、90 mL乙醇和40 mL蒸馏水的混合溶液，混匀后加入50 mg/mL多巴胺单体水溶液；水浴搅拌反应12小时，经离心纯化可得到聚多巴胺纳米颗粒PDA；将葡萄糖氧化酶GOx加入上述制备的PDA纳米颗粒中，于Tris缓冲液中搅拌反应，经离心纯化可得负载GOx的PDA纳米颗粒PDA-GOx；将牛血清白蛋白BSA加入上述制备的PDA-GOx纳米颗粒中，于磷酸盐缓冲液中搅拌反应，经离心纯化可得包裹BSA的PDA-GOx纳米颗粒PDA-GOx-BSA；
（2）配制FeCl3·6 H2O溶液，将其与PDA-GOx-BSA纳米颗粒溶液混合，于磷酸盐缓冲液中搅拌反应，经离心纯化可得负载磷酸铁FePi的PDA-GOx-BSA纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi。
2.根据权利要求1所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 ，其特征在于：所述步骤（1）中聚多巴胺纳米颗粒PDA和葡萄糖氧化酶GOx的质量比为1：0.5-1。
3.根据权利要求1所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 ，其特征在于：所述步骤（1）中所述的Tris缓冲液的浓度为10 mM，Tris缓冲液的pH为8.5；所述步骤（1）中的于Tris缓冲液中搅拌反应的反应条件为37 ℃水浴，反应时间为12-24小时。
4.根据权利要求1所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 ，其特征在于：所述步骤（1）中PDA-GOx和牛血清白蛋白BSA的质量比为1：1-2。
5.根据权利要求1所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 ，其特征在于：所述步骤（1）中磷酸盐缓冲液的pH为7.4，所述步骤（1）中的于磷酸盐缓冲液中搅拌反应的反应温度为12-36 ℃，反应时间为12-24小时。
6.根据权利要求1所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 ，其特征在于：所述步骤（2）中FeCl3·6 H2O溶液的浓度为10 mg/mL，PDA-GOx-BSA和FeCl3·6H2O的质量比为1：0.3，所述步骤（2）中磷酸盐缓冲液的pH为7.4，所述步骤（2）中的搅拌反应的反应温度为12-36 ℃，反应时间为3-9小时。
7.根据权利要求1-6任一 所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的制备方法 得到以PDA为核、GOx和BSA为包裹层、FePi为负载物的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi。
8.根据权利要求7所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒，其特征在于：所述的催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi通过静脉注射后，经血液循环富集于肿瘤部位，实现特异性光声造影。
9.根据权利要求8所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒，其特征在于：催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi富集于肿瘤部位后，PDA-GOx-BSA-FePi中的葡萄糖氧化酶消耗肿瘤部位葡萄糖，生成葡萄糖酸和过氧化氢，实现饥饿治疗；PDA-GOx-BSA-FePi中的磷酸铁在聚多巴胺还原性的作用下生成二价铁；所述的过氧化氢在酸性条件下被二价铁催化生成高毒性羟基自由基，实现自增强型化学动力治疗；PDA-GOx-BSA-FePi中的聚多巴胺响应近红外光，在饥饿治疗辅助下实现低温光热治疗。
10.根据权利要求7-9任一 所述的基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒，其特征在于：催化纳米颗粒PDA-GOx-BSA-FePi在光声成像的指导下，通过三模态联合治疗实现对肿瘤生长的显著抑制。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010330083.6A CN111450270B (zh) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | 基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010330083.6A CN111450270B (zh) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | 基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111450270A CN111450270A (zh) | 2020-07-28 |
| CN111450270B true CN111450270B (zh) | 2022-05-27 |
Family
ID=71670504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010330083.6A Expired - Fee Related CN111450270B (zh) | 2020-04-24 | 2020-04-24 | 基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111450270B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111888487B (zh) * | 2020-09-04 | 2022-05-17 | 山西医科大学 | 肿瘤靶向型光声成像引导多阶段治疗纳米探针及制备方法 |
| CN113368254B (zh) * | 2021-04-29 | 2022-10-28 | 重庆医科大学 | 一种pH响应型尺寸自调控纳米药物递送系统及其制备方法 |
| CN113398255B (zh) * | 2021-06-22 | 2022-05-27 | 临沂大学 | 一种具有协同催化功能的二氧化锰/铁铂复合纳米材料及其制备方法和应用 |
| CN114225030B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-08-22 | 丽水市中心医院 | 共载Fe3+、葡萄糖氧化酶、纳米簇的介孔多巴胺纳米粒子及其制备方法、应用 |
| CN114732795B (zh) * | 2022-01-04 | 2024-01-26 | 山东第一医科大学(山东省医学科学院) | 一种长循环多功能金属有机框架纳米制剂的制备方法 |
| CN114452385A (zh) * | 2022-01-04 | 2022-05-10 | 中山大学附属第七医院(深圳) | 一种具有光动力联合饥饿治疗功能的配位聚合物纳米材料及其制备方法和应用 |
| CN115317515A (zh) * | 2022-07-19 | 2022-11-11 | 沈阳药科大学 | 氯尼达明/牛血清白蛋白/磷酸铁多效协同仿生矿化纳米制剂及制备方法和应用 |
| CN117503945B (zh) * | 2023-11-28 | 2024-04-19 | 中国石油大学(华东) | 一种基于席夫碱键的超分子自组装纳米颗粒的制备方法及应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110384806A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-10-29 | 西南大学 | 载药聚多巴胺/树状大分子-金纳米颗粒的制备及应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018218097A1 (en) * | 2017-05-26 | 2018-11-29 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Glucose oxidase-nanoparticle bioconjugates for cancer treatment and uses thereof |
-
2020
- 2020-04-24 CN CN202010330083.6A patent/CN111450270B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110384806A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-10-29 | 西南大学 | 载药聚多巴胺/树状大分子-金纳米颗粒的制备及应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ying Zhang等."Positive feedback nanoamplifier responded to tumor microenvironments for self-enhanced tumor imaging and therapy".《Biomaterials》.2019,第216卷第119255-119263页. * |
| 何晓博等."葡萄糖氧化酶介导的抗癌疗法".《肿瘤》.2020,第40卷第146-152页. * |
| 王静静."基于聚多巴胺的功能化纳米平台的构建及其在肿瘤诊疗中的应用".《西南大学硕士学位论文》.2020,第1-122页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111450270A (zh) | 2020-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111450270B (zh) | 基于葡萄糖氧化酶/磷酸铁的催化纳米颗粒的构建及应用 | |
| Liu et al. | Defect modified zinc oxide with augmenting sonodynamic reactive oxygen species generation | |
| Mo et al. | Multifunctional phototheranostic nanoplatform based on polydopamine-manganese dioxide-IR780 iodide for effective magnetic resonance imaging-guided synergistic photodynamic/photothermal therapy | |
| Tian et al. | Ellagic acid-Fe@ BSA nanoparticles for endogenous H2S accelerated Fe (III)/Fe (II) conversion and photothermal synergistically enhanced chemodynamic therapy | |
| CN110384806B (zh) | 载药聚多巴胺/树状大分子-金纳米颗粒的制备及应用 | |
| Feng et al. | Development of an Au-anchored Fe Single-atom nanozyme for biocatalysis and enhanced tumor photothermal therapy | |
| Lu et al. | Biomimetic smart mesoporous carbon nanozyme as a dual-GSH depletion agent and O2 generator for enhanced photodynamic therapy | |
| CN108187072A (zh) | 白蛋白稳定的二氧化锰纳米材料及制备方法和应用 | |
| CN103961705B (zh) | 叶酸修饰的中空硫化铜/聚多巴胺复合物的制备及其应用 | |
| Liu et al. | Responsive functionalized MoSe2 nanosystem for highly efficient synergistic therapy of breast cancer | |
| Hu et al. | Enhancing anti-tumor effect of ultrasensitive bimetallic RuCu nanoparticles as radiosensitizers with dual enzyme-like activities | |
| Zhang et al. | Cytomembrane‐Mediated Transport of Metal Ions with Biological Specificity | |
| Xiong et al. | Polydopamine-mediated bio-inspired synthesis of copper sulfide nanoparticles for T1-weighted magnetic resonance imaging guided photothermal cancer therapy | |
| CN109289050B (zh) | 一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用 | |
| Geng et al. | Sub 5 nm Gd3+–hemoporfin framework nanodots for augmented sonodynamic theranostics and fast renal clearance | |
| Yi et al. | Wonton-like nanoparticles with dual enzyme-mimetic function for the multiple-imaging-guided cancer combined therapy | |
| Xu et al. | Construction multifunctional nanozyme for synergistic catalytic therapy and phototherapy based on controllable performance | |
| Ruan et al. | Recent development on controlled synthesis of Mn‐based nanostructures for bioimaging and cancer therapy | |
| Zhang et al. | Tumor Microenvironment‐Responsive Nanocarrier Based on VOx Nanozyme Amplify Oxidative Stress for Tumor Therapy | |
| Jia et al. | Magnetic silica nanosystems with NIR-responsive and redox reaction capacity for drug delivery and tumor therapy | |
| Zhang et al. | Intelligent design of polymer nanogels for full-process sensitized radiotherapy and dual-mode computed tomography/magnetic resonance imaging of tumors | |
| Cheng et al. | 131 I-Labeled gold nanoframeworks for radiotherapy-combined second near-infrared photothermal therapy of cancer | |
| Li et al. | Switchable ROS Scavenger/Generator for MRI‐Guided Anti‐Inflammation and Anti‐Tumor Therapy with Enhanced Therapeutic Efficacy and Reduced Side Effects | |
| Chu et al. | Manganese amplifies photoinduced ROS in toluidine blue carbon dots to boost MRI guided chemo/photodynamic therapy | |
| Luo et al. | CuS NP-based nanocomposite with photothermal and augmented-photodynamic activity for magnetic resonance imaging-guided tumor synergistic therapy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220527 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |