CN112023059B - 一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物及其制备方法和应用。该pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备方法是通过富含羧基的柠檬酸根与阿霉素上的胺基以氢键结合而制备得到。该pH响应型阿霉素无载体纳米药物避免了引入纳米载体引起的毒副作用,具有安全性高、稳定性强、药物释放能力强等优势,且反应条件温和,合成过程绿色简单,原料廉价易得,易于工业化大规模生产,其可在制备抗肿瘤药物中应用。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药纳米材料技术领域,具体涉及一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物及其制备方法,以及该药物在制备抗肿瘤药物中的应用。
背景技术
目前,针对癌症的主要治疗方式有手术、化疗以及放疗,还有近年来兴起的分子靶向治疗。但事实上这几种治疗手段均有一定弊端,其不能够根除所有的癌细胞,而且会使癌症复发,同时会使一些正常细胞受到损害,对机体产生毒副作用。
当前,纳米技术药物递送系统是医学研究的热点,它以氢键作用力负载抗肿瘤药物,把药物准确递送到病变灶位,降低游离阿霉素的毒性,实现对肿瘤的精准诊断和高效治疗。但是在纳米粒药物载体输送系统中,由于纳米载体毒性大、载药量低以及制备过程较复杂等缺陷,使疗效大打折扣。
为了提高肿瘤治疗效率,近几年,有药物研究者提出了无载体纳米药物设计思路并制备了相应的纳米药物。比如:俄罗斯新西伯利亚化学生物学与基础医学研究所Chernikov研究了抗MDR1胆固醇-siRNA无载体偶联物在携带肿瘤的严重联合免疫缺陷(SCID)小鼠中的生物分布和生物活性,发现其可有效积聚于肿瘤且具备逆转肿瘤多药耐药性潜力。苏州大学张秀娟教授课题组于2012年制备了喜树碱自组装无载体纳米药物,发现其具有优于单一药物的抗肿瘤功效,随后又相继研究了具有生物响应性的高稳定性、高载药量无载体纳米药物和无载体有机纳米荧光探针。虽然取得优于纳米载体药物体系的治疗效果,但是因制备过程中有机溶剂的使用,其在临床应用中仍有一定局限。
针对相关技术中的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷,而提供一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物及其制备方法和应用。本发明通过富含羧基的柠檬酸根与阿霉素上的胺基以氢键结合形成纳米药物,以解决现有技术中载药量低、有机溶剂毒性较大的问题。
本发明提供的一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物,其是由富含羧基的柠檬酸根与阿霉素上的胺基以氢键结合制备得到的。
所述的一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备方法,包括以下步骤:
(1)将阿霉素溶于柠檬酸钠溶液中,使用超声仪辅助使物料充分溶解混合均匀;
(2)将上述混合溶液置于红外线加热电磁搅拌器上室温避光反应0.5-6h。
(3)待反应结束后高速离心,并用柠檬酸钠溶液洗涤4次,待洗涤完毕,冷冻干燥即得到所述pH响应型阿霉素无载体纳米药物。
所述的柠檬酸钠浓度优选为1.0M,体积优选为1.0mL。
所述的阿霉素重量优选为0.2mg。
所述的高速离心转速为≥12000rpm。
所述的pH响应型阿霉素无载体纳米药物在制备抗肿瘤药物中的应用。
与相关技术相比,本发明具有如下有益效果:本发明通过富含羧基的柠檬酸根与阿霉素上的胺基以氢键结合形成纳米药物,没有引入纳米载体和有机溶剂,避免了纳米载体引入造成的代谢问题和有机溶剂的较大毒性;其次,本发明的pH响应型阿霉素无载体纳米药物制剂组分明确,质量易控,制备工艺绿色简单,易于大规模工业化生产,可在制备抗肿瘤药物中应用。
附图说明
图1ApH响应型阿霉素无载体纳米药物的粒径分布图
图1BpH响应型阿霉素无载体纳米药物的Zeta电位图
图2pH响应型阿霉素无载体纳米药物的透射电镜图
图3pH响应型阿霉素无载体纳米药物的紫外-可见吸收光谱图
图4pH响应型阿霉素无载体纳米药物的荧光光谱图
图5pH响应型阿霉素无载体纳米药物在pH7.4和pH5.0缓冲溶液中的体外药物释放图图6ApH响应型阿霉素无载体纳米药物对体外培养MCF-7细胞24h活性的影响
图6BpH响应型阿霉素无载体纳米药物对体外培养P815细胞24h活性的影响
图7ApH响应型阿霉素无载体纳米药物对体外培养MCF-7细胞48h活性的影响
图7BpH响应型阿霉素无载体纳米药物对体外培养P815细胞48h活性的影响
图8MCF-7细胞摄取pH响应型阿霉素无载体纳米药物的激光共聚焦图
具体实施方式
以下为实施例中使用的材料:
柠檬酸钠(Na3C6H5O7·5H2O,分子量为294.10)为天津市北辰方正试剂厂生产
盐酸阿霉素(DOX,C27H29NO11·HCl,分子量为579.99)为上海阿拉丁(Aladdin)试剂有限公司生产。
实施例1
pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备
(1)取棕色反应瓶,先加入1.0mL1.0M的柠檬酸钠溶液,再向其中加入200μgDOX,使用超声仪辅助使物料充分溶解混合均匀;
(2)将上述混合溶液置于红外线加热电磁搅拌器上室温避光反应6h;
(3)待反应结束后以12000rpm高速离心,并用柠酸钠溶液洗涤4次,待洗涤完毕,冷冻干燥即可制得目标产物。用棕色试剂瓶收集所有洗涤液并避光保存,待测定阿霉素载药量。用紫外-可见光分光光谱法检测阿霉素486nm处的吸光度,计算DOX的吸附量,经计算可知阿霉素负载率可高达94.25±3.43%。
实施例2
pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备
(1)取棕色反应瓶,先加入1.0mL1.0M的柠檬酸钠溶液,再向其中加入600μgDOX,使用超声仪辅助使物料充分溶解混合均匀;
(2)将上述混合溶液置于红外线加热电磁搅拌器上室温避光反应6h;
(3)待反应结束后以12000rpm高速离心,并用柠酸钠溶液洗涤4次,待洗涤完毕,冷冻干燥即可制得目标产物。用棕色试剂瓶收集所有洗涤液并避光保存,待测定阿霉素载药量。用紫外-可见光分光光谱法检测阿霉素486nm处的吸光度,计算DOX的吸附量,经计算可知阿霉素负载率可高达94.85%±3.12%。
实施例3
pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备
(1)取棕色反应瓶,先加入1.0mL1.0M的柠檬酸钠溶液,再向其中加入1000μgDOX,使用超声仪辅助使物料充分溶解混合均匀;
(2)将上述混合溶液置于红外线加热电磁搅拌器上室温避光反应6h;
(3)待反应结束后以12000rpm高速离心,并用柠酸钠溶液洗涤4次,待洗涤完毕,冷冻干燥即可制得目标产物。用棕色试剂瓶收集所有洗涤液并避光保存,待测定阿霉素载药量。用紫外-可见光分光光谱法检测阿霉素486nm处的吸光度,计算DOX的吸附量,经计算可知阿霉素负载率可高达95.76±1.93%。
实施例4
pH响应型阿霉素无载体纳米药物的形貌和粒径表征
为了确认pH响应型阿霉素无载体纳米药物的形貌和尺寸大小,将纳米药物超声半小时滴在铜网上制样,待液体挥发,用透射电镜进行观察。此外将超声的纳米药物放入马尔文粒度仪中测量粒径,再用可折叠毛细管样品池测定其Zeta电位。
图1A和图1B分别为所制备的pH响应型阿霉素无载体纳米药物的粒径分布图和Zeta电位图,结果表明当DOX加入量为100μg时,pH响应型阿霉素无载体纳米药物粒径为1641nm,电位为-3.87±1.07mV,当加入量不断增加,粒径降低到250nm左右,但表面电位却逐渐增加。图2为所制备纳米药物的透射电镜图,从图中可看出所制得的pH响应型阿霉素无载体纳米药物呈球状,这种形貌的出现是由于Na3Cit的存在,可使DOX和Na3Cit通过氢键和范德华力作用,从而诱导DOX聚集,形成纳米颗粒。
实施例5
为了确认pH响应型阿霉素无载体纳米药物是否成功制备,取DOX/Na3Cit加入到PBS中,超声分散30分钟,随后测定紫外-可见吸收光谱图。同时以DOX作为对照。
图3为所制备pH响应型阿霉素无载体纳米药物的紫外-可见吸收光谱图,DOX/Na3Cit的吸收曲线中在486nm处出现了DOX吸收峰,表明成功制备。
实施例6
纳米颗粒的荧光光谱图
为了进一步确认pH响应型阿霉素无载体纳米药物的成功制备,取DOX/Na3Cit加入到PBS中,超声分散30分钟,随后测定荧光激发和发射光谱图。同时以DOX作为对照。
图4为所制备纳米药物的荧光光谱图,设置激发波长为480nm,DOX/Na3Cit在570nm处出现最大荧光发射峰,而DOX在590nm处出现最大荧光发射峰。与DOX相比,由于荧光能量共振转移。DOX/Na3Cit大发射波长蓝移,此现象表明成功制备。
实施例6
不同pH对pH响应型阿霉素无载体纳米药物体外释药的影响
pH响应型阿霉素无载体纳米药物DOX/Na3Cit的体外释放实验在37℃下PBS(0.01M,pH5.0)、PBS(0.01M,pH6.5)PBS(0.01M,pH7.4)三种条件下进行。分别取两份等量DOX/Na3Cit悬浊分散于相应介质溶剂中并放入释放用透析袋中,透析袋分别浸入9.0mL上述三种缓冲溶液介质中,置于37℃恒温震荡仪中,在每个取样时间点,取走2.0mL溶液用于紫外测试,另外补加2.0mL对应的新鲜透析溶剂。取出的2.0mL溶液通过阿霉素DOX/Na3Cit在486nm处的吸光度从而测定其含量。
图5为pH响应型阿霉素无载体纳米药物DOX/Na3Cit在不同pH下体外释药曲线,结果可以看出,DOX的累积释放量随pH变化而变化,在pH为7.4的条件下,经过80h之后,累积释放率仅仅达到9%;当pH降低到6.5的时候,可以发现DOX释放量在增加,累积释放率同时增加到17%,但是当pH继续下降至5.0时,累积释放率显著上升到55%,和pH在7.4的时候相比,居然增加了6倍。因此可以推断,可能是由于DOX与Na3Cit间的氢键被酸性环境下的H+破坏后,DOX被释放,使得DOX/Na3Cit在弱酸的环境下药物释放量明显升高。与DOX相比,DOX/Na3Cit明显降低了在正常组织中的释放量,因此,DOX/Na3Cit在药物可控释放中具有潜在的应用,由此表明该pH响应型阿霉素无载体纳米药物在肿瘤或细胞内酸性环境中可以释放阿霉素从而杀死细胞。
实施例7
pH响应型阿霉素无载体纳米药物对体外培养MCF-7和P815细胞活性24h的影响
将处于对数生长期的人乳腺癌细胞(MCF-7)和小鼠肥大细胞(P815)(10%FBS/DMEM培养基,5%CO2,37℃)按每孔5×103个接种于96孔培养板,细胞贴壁后,换200μL10%FBS/DMEM培养基配制的各实验组(0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、6.0μg/mL),每组均以未处理的MCF-7和P815细胞为空白对照组,每组设置6个复孔,培养24h后每孔加入20μL5.0mg/mLMTT的PBS溶液,继续培养4h,然后弃除孔内旧培养液,每孔加入150μLDMSO,均匀振摇10min,进行酶标仪上机检测。
图6A-B为不同浓度DOX/Na3Cit分别与MCF-7和P815细胞作用24h后对其增殖的影响。与空白细胞组对照,发现DOX/Na3Cit和DOX在不同浓度条件下,对MCF-7细胞杀伤作用都不太大,而相比之下对DOX对P815细胞毒性大,但DOX/Na3Cit对P815细胞毒性却很小表明DOX/Na3Cit纳米药物短时间对MCF-7杀伤力不强,但却可以降低DOX对正常细胞的毒副作用。
实施例8
pH响应型阿霉素无载体纳米药物对体外培养MCF-7和P815细胞活性48h的影响
将处于对数生长期的人乳腺癌细胞(MCF-7)和小鼠肥大细胞(P815)(10%FBS/DMEM培养基,5%CO2,37℃)按每孔5×103个接种于96孔培养板,细胞贴壁后,换200μL10%FBS/DMEM培养基配制的各实验组(0.5μg/mL、1.0μg/mL、2.0μg/mL、4.0μg/mL、6.0μg/mL),每组均以未处理的MCF-7和P815细胞为空白对照组,每组设置6个复孔,培养48h后每孔加入20μL5.0mg/mLMTT的PBS溶液,继续培养4h,然后弃除孔内旧培养液,每孔加入150μLDMSO,均匀振摇10min,进行酶标仪上机检测。
图7A-B为不同浓度DOX/Na3Cit分别与MCF-7和P815细胞作用48h后对其增殖的影响。与空白细胞组对照,发现DOX/Na3Cit在不同浓度条件下,对MCF-7细胞表现出不同程度的杀伤作用,略强于游离DOX,且具有浓度依赖性。表明DOX/Na3Cit纳米药物可以有效杀死肿瘤细胞。
实施例9
激光共聚焦观察pH响应型阿霉素无载体纳米药物的细胞摄取
将处于对数生长期的人乳腺癌细胞(MCF-7)按每孔1.0×103个接种于激光共聚焦专用培养皿中,细胞贴壁后,换1.0mL含无载体纳米药物(5.0μg/mL)的10%FBS/DMEM培养基,分别孵育1.0h、6.0h和16.0h,待孵育完毕,冷PBS(pH7.4)洗涤,4%多聚甲醛固定细胞,以DAPI染色细胞核,置于镜头下观察无载体纳米药物的分布并拍照记录。DAPI的激发波长为405nm,DOX的激发波长为488nm。
图图8别为pH响应型阿霉素无载体纳米药物孵育处理MCF-7细胞1.0h、6.0h和16.0h后的激光共聚焦图像,蓝色代表由DAPI染色的细胞核,绿色为DOX的荧光信号。由图可以看出最初的1.0h,细胞中荧光微弱,表明无载体纳米药物进入细胞量很少,而当时间延长到6.0h时,细胞中有荧光出现但只是位于细胞质中,当孵育时间延长至16.0h后,细胞质和细胞核中都有很强的荧光,且主要位于细胞核中。结果表明该无载体纳米药物可以进入细胞进行药物输送。
综上所述,通过柠檬酸根与阿霉素之间的氢键作用,可在温和反应条件下绿色制备出pH响应型阿霉素无载体纳米药物。用MTT测试该pH响应型阿霉素无载体纳米药物与MCF-7和P815细胞作用,表明该纳米药物具有缓释药物特性,可以有效杀死肿瘤细胞,且随着时间的延长和浓度的增大,其杀伤力逐渐增强。因此该pH响应型阿霉素无载体纳米药物既能降低化疗药物对正常细胞的毒副,又能提高化疗药物对肿瘤细胞的杀伤力,可在制备抗肿瘤药物中应用。
Claims (5)
1.一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备方法,其特征在于:由富含羧基的柠檬酸根与盐酸阿霉素上的胺基以氢键结合而制备得到,其制步骤如下:
(1)将盐酸阿霉素溶于柠檬酸钠溶液中,使用超声仪辅助使物料充分溶解混合均匀;
(2)将上述混合溶液置于红外线加热电磁搅拌器上室温避光反应0.5-6 h;
(3)待反应结束后高速离心,并用柠檬酸钠溶液洗涤4次,待洗涤完毕,冷冻干燥即得到所述pH响应型阿霉素无载体纳米药物。
2.如权利要求1所述的一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中柠檬酸钠的浓度为0.05-1.0 M,体积为0.5-1.0 mL。
3.如权利要求1所述的一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中盐酸阿霉素重量为0.1-1.0 mg。
4.如权利要求1所述的一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物的制备方法,其特征在于,所述步骤(3)中高速离心转速为:≥12000 rpm。
5.如权利要求1中所述的一种pH响应型阿霉素无载体纳米药物在制备抗乳腺癌肿瘤药物中的应用。
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CN112023059A (zh) | 2020-12-04 |
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