CN111632142B - 一种基于x射线响应的药物释放系统及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于X射线响应的药物释放系统及其制备方法和应用，所述基于X射线响应的药物释放系统包括纳米金属内核和负载有药物的温敏材料外壳。本发明所涉及的药物释放系统在X射线的照射下具有较高的光热转换效率，局部温度升高使得温敏材料实现从固态到液态的转变，其负载的药物释放出来，实现了药物的精准可控释放；同时纳米金属内核也可以作为放疗增敏剂，其可以高效吸收，散射和再次释放辐射能量，使得抗肿瘤化学药物协同放射治疗产生更好的治疗效果。

Description

一种基于X射线响应的药物释放系统及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种药物释放系统及其制备方法和应用，尤其涉及一种基于X射线响应的药物释放系统及其制备方法和应用。
背景技术
癌症严重危害着人类的健康，肿瘤的发病和死亡率依旧呈现增多的趋势。放射治疗是一种作为局部的非侵入性的治疗方式，利用包括放射性同位素产生的α、β、γ线等或者X射线等放射线去照射肿瘤，通过直接靶向肿瘤细胞DNA等或者产生羟基自由基等活性氧去损伤肿瘤细胞，实现抑制或者杀死癌细胞的目的。在临床治疗中，大约超过一半的肿瘤患者使用了放射治疗或者其他联合治疗手段。放射治疗技术的提升，将明显改善癌症治疗的现况。实现对肿瘤细胞的局部增敏能够有效减少X射线对于正常细胞、组织的高副毒性，同时也能降低肿瘤细胞耐受性出现的可能性。研究人员常通过引入典型的高原子序数Z值如金，铪等金属元素作为放射增敏剂，其可以高效吸收，散射和再次释放辐射能量。
化学疗法也是一种治疗癌症的常规疗法，但是许多抗肿瘤药物常对正常细胞和组织有损伤，造成全身性的毒副作用。刺激响应的药物释放系统将有助于实现多需求多功能的精准治疗，且在降低毒副作用的同时，也能有效提升药物的利用率。基于光控响应型的药物释放系统设计简单，操作性强，能够根据需求在病灶位置定点释放，并且能实际应用于体内治疗。
专利CN201710376986.6公开了一种基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体及其制备方法，纳米载体是以空心普鲁士蓝纳米粒子为外壳结构，在外壳结构的空心中填充有温敏性材料；所需负载的药物均匀混合于温敏性材料中，从而构成载药纳米载体。基于温敏性材料的相转变物理现象和普鲁士蓝的高光热转换效率，使得纳米载体在808nm激光照射下很快将周围环境温度升高超过温敏性材料沸点，引发药物快速释放。
专利CN201811163605.7公开了一种光热响应载药水凝胶，所述复合水凝胶的制备方法包括：制备超小硫化铜纳米颗粒并制成分散液，用硫化铜分散液作为溶质，在加热条件下配制一定浓度的明胶水溶液，并与水溶性药物混合；将混合溶液充分冷冻后，通过冷冻干燥得到复合水凝胶。通过在明胶水溶液中引入具备光热转化性能的硫化铜纳米颗粒，在光照情况下热能可以促使水凝胶中的药物分子快速扩散释放到作用位点。
但是目前在X射线增敏放射治疗中，基于X射线响应的光热转化药物释放纳米系统尚未见报道。因此开发出一种基于X射线响应的光热转化纳米系统实现抗肿瘤药物或其他类型药物的热敏精准可控释放用于协同放射治疗具有很大的前景。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种药物释放系统及其制备方法和应用，尤其提供一种基于X射线响应的药物释放系统及其制备方法和应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种基于X射线响应的药物释放系统，所述基于X射线响应的药物释放系统包括纳米金属内核和负载有药物的温敏材料外壳。
本发明所涉及的药物释放系统在X射线的照射下因纳米金属内核具有较高的光热转换效率，局部温度升高使得温敏材料实现从固态到液态的转变，其负载的药物释放出来，实现了药物的精准可控释放；同时纳米金属内核也可以作为放疗增敏剂，其可以高效吸收，散射和再次释放辐射能量，使得抗肿瘤化学药物协同放射治疗产生更好的治疗效果。
优选地，所述温敏材料包括十四醇、石蜡、十五醇或十四酸中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如十四醇和石蜡的组合、石蜡和十五醇的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
其中，十四醇作为熔点只有38℃的脂肪醇，相变发生在温度略高于37℃的情况下，只需要少量的能量就能触发有效载荷的释放，具有巨大的应用潜力。
优选地，所述纳米金属包括金纳米棒、普鲁士蓝纳米颗粒、氧化钨纳米颗粒或硫化铜纳米颗粒。
其中，金纳米棒具有很好的光热转化效率，且金能作为X射线增敏剂，同时金纳米棒具有很高的生物安全性。
其中，金纳米棒可以由如下方法制备得到：
(1)将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氯金酸混合均匀，加入冰浴的硼氢化钠，边加边搅拌，持续搅拌一定时间后，封口作为种子液放置备用；
(2)CTAB和氯金酸混合均匀，硝酸银和抗坏血酸再依次加入，最后上述种子液加入，搅拌，静置；反应液离心，去除未反应的CTAB，水洗涤后，放置备用。
示例性地可以由如下方法制备得到：
(1)5mL的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(0.2mol/mL)和2.5mL的氯金酸(1mmol/mL)混合均匀，加入600μL冰浴的硼氢化钠(10mmol/mL)，边加边迅速搅拌升至1200rpm转速，持续搅拌一定时间后，封口作为种子液放置备用；
(2)50mL的CTAB(0.2mol/mL)加入到烧杯中，300rpm转速持续搅拌。再加入50mL的氯金酸(1mmol/mL)混合均匀，440μL的硝酸银(4mmol/mL)和700μL的抗坏血酸(78.8mM)再依次加入，最后加入100μL上述种子液，转速调为100rpm，20s后停止搅拌，室温条件下静置一天；反应结束后，反应液在转速12000rpm的条件就下离心20min去除未反应的CTAB，水洗涤三次，放置备用。
优选地，所述药物包括阿霉素或其盐、紫杉醇、喜树碱、吉西他滨、长春花碱或卡培他滨中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如阿霉素和紫杉醇的组合、喜树碱和吉西他滨的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，所述纳米金属内核、温敏材料外壳与药物的质量比为(10-50):(400-600):(5-30)。
所述纳米金属内核、温敏材料外壳与药物的质量比特定选择为(10-50):(400-600):(5-30)，若温敏材料外壳的相对质量过高可能会导致药物释放不出来，若过低会导致药物暴露而直接释放。
所述(10-50)指的是可以选择该范围的任意具体点值，例如10、15、18、20、22、25、28、30、40或50等。
所述(400-600)指的是可以选择该范围的任意具体点值，例如400、450、480、500、520、550、560、580、590或600等。
所述(5-30)指的是可以选择该范围的任意具体点值，例如5、6、8、10、12、15、20、22、25或30等。
另一方面，本发明提供一种如上所述的基于X射线响应的药物释放系统的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将温敏材料与药物混合溶于溶剂中，搅拌，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液与纳米金属分散液混合搅拌，挥发溶剂；
(3)将步骤(2)的产物进行洗涤，离心分离，得到所述基于X射线响应的药物释放系统。
本发明所涉及的基于X射线响应的药物释放系统在室温下为凝固状态。
本发明所涉及的基于X射线响应的药物释放系统需按照上述制备方法的步骤制备得到，各原料的添加顺序以及如下所示的各制备参数均会影响最终产品的形态和药用效果。
优选地，步骤(1)所述溶剂包括甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、乙醇或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如甲醇和乙醇的组合、甲醇和N,N-二甲基甲酰胺的组合、乙醇和四氢呋喃的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(1)所述搅拌的温度为40-60℃，例如40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等，上述范围内的任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述纳米金属分散液的溶剂包括甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、乙醇或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合；所述至少两种的组合例如甲醇和乙醇的组合、甲醇和N,N-二甲基甲酰胺的组合、乙醇和四氢呋喃的组合等，其他任意的组合方式均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述混合搅拌的温度为40-60℃，例如40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等，上述范围内的任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述；时间为3-5h，例如3h、3.5h、4h、4.5h或5h等，上述范围内的任意具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。
优选地，步骤(2)所述挥发溶剂的方法包括：在60-80℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等)下搅拌至溶剂挥发完全。
优选地，步骤(3)所述洗涤的方法包括：产物与60-80℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等)的去离子水混合搅拌0.5-3h(0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h或3h等)。
优选地，步骤(3)所述离心的温度为35-45℃，例如35℃、37℃、40℃、42℃或45℃等；转速为11000-15000rpm，例如11000rpm、12000rpm、13000rpm、14000rpm或15000rpm等；时间为10-20min，例如10min、12min、15min、18min或20min等。
再一方面，本发明提供一种如上所述的基于X射线响应的药物释放系统在制备抗肿瘤药物中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所涉及的药物释放系统在X射线的照射下因纳米金属内核具有较高的光热转换效率，局部温度升高使得温敏材料实现从固态到液态的转变，其负载的药物释放出来，实现了药物的精准可控释放；同时纳米金属内核也可以作为放疗增敏剂，其可以高效吸收，散射和再次释放辐射能量，使得抗肿瘤化学药物协同放射治疗产生更好的治疗效果。
附图说明
图1是制备例1制备的金纳米棒的透射电镜观察图；
图2是制备例3制备的基于X射线响应的药物释放系统的透射电镜观察图；
图3是制备例3制备的基于X射线响应的药物释放系统用于协同辐射增敏放疗的示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。
制备例1
本制备例制备金纳米棒，其制备方法如下：
(1)5mL的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)(0.2mol/mL，溶剂为水)和2.5mL的氯金酸(1mmol/mL，溶剂为水)混合均匀，加入600μL冰浴的硼氢化钠(10mmol/mL，溶剂为水)，边加边搅拌，升至1200rpm转速，持续搅拌5min后，封口作为种子液放置备用；
(2)50mL的CTAB(0.2mol/mL)加入到烧杯中，300rpm转速持续搅拌。再加入50mL的氯金酸(1mmol/mL)混合均匀，440μL的硝酸银(4mmol/mL)和700μL的抗坏血酸(78.8mM)再依次加入，最后加入100μL上述种子液，转速调为100rpm，20s后停止搅拌，25℃下静置24h；反应结束后，反应液在转速12000rpm的条件就下离心20min去除未反应的CTAB，水洗涤三次，放置备用。
对制备得到的金纳米棒进行透射电镜观察，如图1所示。
制备例2
本制备例制备一种温敏材料修饰的金纳米棒，其制备方法如下：
(1)将制备例1制得的金纳米棒配置成5mg/mL的甲醇相分散液，将500mg的十四醇加入到10mL甲醇溶液中，升温加热到50℃，搅拌至混合均匀；
(2)5mL的金纳棒甲醇分散液与上述十四醇甲醇溶液混合搅拌2h，再升温至70℃，恒温搅拌至甲醇溶液挥发完全；
(3)在上述获得的产物中加入70℃的去离子水，搅拌1h后离心分离(离心机温度设定为40℃，转速13000rpm，时间15min)，得到所述温敏材料修饰的金纳米棒。
制备例3
本制备例制备一种基于X射线响应的药物释放系统，其制备方法如下：
(1)将制备例1制得的金纳米棒配置成5mg/mL的甲醇相分散液，将500mg的十四醇溶解在10mL的盐酸阿霉素甲醇溶液中(1mg/mL)中，升温至50℃，搅拌至均匀；
(2)5mL金纳棒甲醇分散液与上述盐酸阿霉素溶液混合搅拌4h，再升温至70℃，恒温搅拌至甲醇溶液挥发完全；
(3)在上述获得的产物中加入温度为70℃的去离子水，搅拌1h后离心分离(离心机温度设定40℃，转速13000rpm，时间15min)，得到所述基于X射线响应的药物释放系统。
对制备得到的基于X射线响应的药物释放系统进行透射电镜观察，如图2所示。该基于X射线响应的药物释放系统用于协同辐射增敏放疗的示意图如图3所示。
实施例1
本实施例进行细胞水平的药效试验，操作如下：
取生长对数周期的MCF-7细胞(人乳腺癌细胞)，用胰蛋白酶消化吹打成单个细胞，接种于无菌6孔板细胞培养板中，接种细胞浓度为4000个细胞每孔，细胞培养24h后进行加药处理。实验共分为三组，分别为对照组、温敏材料修饰的金纳米棒组、基于X射线响应的药物释放系统组，其中对照组加入100μL新鲜培养基、温敏材料修饰的金纳米棒组加入100μL浓度为500μg/mL的制备例2产品，基于X射线响应的药物释放系统组加入100μL浓度为500μg/mL的制备例3产品。37℃下恒温孵育6h后分别进行四种剂量的X射线照射，照射剂量分别为0Gy、4Gy、8Gy以及标准flash(闪光)模式。继续培养24h，去掉培养液，用PBS小心洗涤，加入甲醇固定20min，加入吉姆萨染液进行30min染色，待染色完成后，用去离子水洗去染液，25℃下保存干燥。统计克隆团的个数，计算克隆形成率。每组共进行三次平行试验。
实施例2
本实施例进行细胞水平的药效试验，操作如下：
通过原位异种皮下移植MCF-7细胞构建乳腺癌裸鼠(型号为BALB/c-nu)模型，构建方法为：通过原位皮下注射106个MCF-7细胞到裸鼠乳腺。
将乳腺癌裸鼠模型分成三个组，分别为对照组、温敏材料修饰的金纳米棒组、基于X射线响应的药物释放系统组，每个组有6只小鼠。每只裸鼠通过尾静脉注射给药，根据组别分别在第1天和第7天注射等量的PBS溶液、200μL浓度为1mg/mL的制备例2产品、200μL浓度为1mg/mL的制备例3产品。第7天注射24h后对肿瘤部位进行X射线照射(选用标准的X射线flash模式进行放射治疗)，裸鼠的其他身体部位被铅屏蔽。
在相应照射治疗后的半个月内，每3天记录一次裸鼠的体重和肿瘤大小。在第16天对所有小鼠实施安乐死，取出肿瘤并拍照。将切除的肿瘤和主要器官切成薄片，然后进行标准HE染色和组织学分析。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种基于X射线响应的药物释放系统及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (11)

1.一种基于X射线响应的药物释放系统在制备X射线响应药物中的应用，所述X射线响应是指药物释放系统在X射线的照射下因纳米金属内核具有较高的光热转换效率，局部温度升高使得温敏材料实现从固态到液态的转变，其负载的药物释放出来，实现了药物的精准可控释放，其特征在于，所述基于X射线响应的药物释放系统包括纳米金属内核和负载有药物的温敏材料外壳；
所述温敏材料包括十四醇、石蜡、十五醇或十四酸中的任意一种或至少两种的组合，
所述纳米金属内核为金纳米棒。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述药物包括阿霉素或其盐、紫杉醇、喜树碱、吉西他滨、长春花碱或卡培他滨中的任意一种或至少两种的组合。
3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述纳米金属内核、温敏材料外壳与药物的质量比为(10-50):(400-600):(5-30)。
4.如权利要求1-3中任一项所述的应用，其特征在于，所述X射线响应药物释放系统的制备方法包括：
(1)将温敏材料与药物混合溶于溶剂中，搅拌，得到混合溶液；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液与纳米金属分散液混合搅拌，挥发溶剂；
(3)将步骤(2)的产物进行洗涤，离心分离，得到所述基于X射线响应的药物释放系统。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述溶剂包括甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、乙醇或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合。
6.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的温度为40-60℃。
7.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述纳米金属分散液的溶剂包括甲醇、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、乙醇或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合。
8.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述混合搅拌的温度为40-60℃，时间为3-5h。
9.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述挥发溶剂的方法包括：在60-80℃下搅拌至溶剂挥发完全。
10.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(3)所述洗涤的方法包括：产物与60-80℃的去离子水混合搅拌0.5-3h。
11.如权利要求4所述的应用，其特征在于，步骤(3)所述离心的温度为35-45℃，转速为11000-15000rpm，时间为10-20min。
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