CN112274654B - 靶向载药纳米胶束、其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明一种靶向载药纳米胶束,所述靶向载药纳米胶束为表面共价连接癌症靶向性多肽且包载化疗药物的纳米胶束;其中所述癌症靶向性多肽是能够与表达或过量表达CD36蛋白受体的癌症细胞或癌症组织靶向结合的多肽。本发明所述的靶向多肽和化疗药物联合的载药胶束可提高胶束的载药量,提高多肽和小分子化疗药物的生物稳定性,增加抗癌症药物在癌症细胞中的靶向结合&识别能力和化疗药物浓度,能有效地提高癌症治疗效果。
Description
技术领域
本发明属于医药生物领域,涉及一种靶向载药纳米胶束、其制备方法和应用。
背景技术
肿瘤已成为危害人类健康、造成人口死亡的首要因素。化疗是肿瘤治疗的最常见的治疗手段,然而化疗药物在临床应用过程中也面临了很多挑战,比如体内循环时间短、水溶性低、靶向性差等。随着纳米技术的发展,纳米药物载体的出现为克服这些挑战提供了新的方法和思路。纳米药物载体是指尺寸位于纳米级范畴的药物运送体系,药物可通过物理或化学相互作用负载在载体上。目前广泛用于临床和研究中的载体主要有:脂质体、胶束、聚合物、蛋白质、无机纳米材料和水凝胶等。通过药物载体负载这一形式能够大大改善药物溶解性和体内循环时间等问题,但是体内靶向性这一问题却没有完全克服。虽然我们可以通过调控药物载体的尺寸,利用高通透性和滞留效应(EPR效应),使药物被动靶向到肿瘤组织中,但由于同一个病人肿瘤组织在不同时期或者不同病人肿瘤组织脉管系统存在显著差异,大大削弱了药物基于EPR效应在肿瘤组织内的富集效率,因此发展主动靶向性纳米药物递送系统是不可或缺的。目前实现药物递送系统的主动靶向最常用的方法是在药物载体表面结合上能够靶向肿瘤细胞和肿瘤组织血管内皮细胞某一特定靶点(受体)的配体,例如多肽、蛋白质和核酸适配体等。
为了实现载药体系的主动靶向,目前应用最为广泛的配体是抗体,但抗体不易制备,成本高,易失活,因此大大限制了其使用。而相比抗体,多肽具有稳定性高、容易制备、成本低和易于修饰等特点,并且多肽是生物体内自然存在的生物分子之一,是蛋白质的水解产物,因此它具有较低的生物毒性和免疫原性,所以能够特异性识别肿瘤标志物的靶向肽在生物检测和肿瘤靶向治疗等领域具有很好的应用前景。目前研究者们也根据各个靶点的特定结构和序列筛选出了很多靶向多肽,如筛选出了与整合素有很高亲和力的多肽序列RGD;基于对多肽-多肽相互作用机制的探索,设计并筛选出了趋化因子受体CXCR4靶向多肽E5以及EpCAM靶向多肽pep10。
CD36是一个跨膜蛋白,由472个氨基酸残基构成,相对分子质量为53kD。研究表明CD36与一些代谢类疾病的产生和发展有密切相关的联系,比如动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)和糖尿病等。此外,近年来研究发现CD36与癌症的发生和发展有关,特别是在肿瘤转移过程中扮演着重要角色。研究发现人口腔癌细胞中高表达CD36蛋白的细胞亚群是导致肿瘤转移的根源;并且这一功能依赖于CD36能够识别和转运脂肪酸这一特性;通过抑制CD36功能能够阻止癌细胞转移。因此,CD36有望成为肿瘤转移检测和治疗的靶向蛋白。
基于对多肽-多肽相互作用机制的探究,结合CD36受体的结构和氨基酸序列,我们首先设计并筛选与CD36受体有较高亲和力和选择性的多肽配体。此外,在肿瘤治疗中,两种以及以上的药物联合给药通常比单独给药能发挥更好的药效。应用聚合物纳米胶束载体输送化疗药物是近年来药物输送系统研究的热点,但仍存在体内靶向性不足的缺陷。因此,通过构建靶向性多肽修饰的包载化疗药物的纳米胶束载体,能够同时发挥药物各自药效,提高化疗药物在肿瘤细胞处的富集,有望显著增强抗肿瘤治疗效果,为开发高效癌症药物提供新的信息和线索。
发明内容
因此,本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷,提供一种靶向载药纳米胶束、其制备方法和应用。
为实现上述目的,本发明的第一方面提供了一种靶向载药纳米胶束,所述靶向载药纳米胶束为表面共价连接癌症靶向性多肽且包载化疗药物的纳米胶束;其中所述癌症靶向性多肽是能够与表达或过量表达CD36蛋白受体的癌症细胞或癌症组织靶向结合的多肽;
优选地,所述靶向载药纳米胶束的粒径为10~100nm,更优选为10~50nm,进一步优选为20~50nm。
根据本发明第一方面的靶向载药纳米胶束,其中,所述癌症靶向性多肽由极性氨基酸和/或疏水性氨基酸构成;
优选地,所述癌症靶向性多肽由5~100个、更优选为10~50个、进一步优选为15~25个氨基酸构成;
更优选地,所述癌症靶向性多肽为pep2多肽;
进一步优选地,所述pep2多肽被探针或纳米材料标记;其中,所述探针选自以下一种或多种:荧光分子、量子点、放射性元素、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶;所述纳米材料选自以下一种或多种:纳米颗粒、纳米管、纳米线、石墨烯、二维纳米材料、荧光微球;
最优选地,所述pep2多肽的N端通过FITC荧光探针修饰。
根据本发明第一方面的靶向载药纳米胶束,其中,所述化疗药物选自以下一种或多种:阿霉素、紫杉醇、多西他赛;优选为阿霉素和/或紫杉醇;最优选为阿霉素。
根据本发明第一方面的靶向载药纳米胶束,其中,所述胶束成分选自以下一种或多种:聚乙二醇化磷脂、聚乙二醇-聚己内酯、聚乙二醇-聚乳酸;
优选地,所述胶束成分为聚乙二醇化磷脂;
更优选地,所述聚乙二醇化磷脂分子中的聚乙二醇亲水嵌段的分子量为500~10000,再优选为1500~5000,进一步优选为2000~3000。
根据本发明第一方面的靶向载药纳米胶束,其中,所述纳米胶束、癌症靶向性多肽和化疗药物的摩尔比为20~100:1~50:1~100,优选为40:16:5~80。
本发明的第二方面提供了第一方面所述的靶向载药纳米胶束的制备方法,所述方法为薄膜分散法,该制备方法可以包括以下步骤:
(1)分别制备胶束分子溶液、共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液和化疗药物分子溶液;其中,共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液是通过马来酰亚胺基团(maleimide group)修饰的胶束分子和C端含巯基(-SH)的癌症靶向性多肽分子化学偶联获得。(2)将步骤(1)所得三种溶液混匀,旋蒸,水化,静置,得到所述靶向载药纳米胶束;
优选地,所述方法还包括以下步骤:
(3)将步骤(2)所得靶向载药纳米胶束溶液进行除菌;更优选为将步骤(2)溶液用0.22μm滤膜过滤。
根据本发明第二方面的制备方法,其中,步骤(1)中,所述溶液的溶剂选自以下一种或多种:甲醇、氯仿、六氟异丙醇、二甲基亚砜;
优选地,所述胶束分子溶液的溶剂为氯仿;所述化疗药物分子溶液的溶剂为氯仿;和/或所述共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液的溶剂为二甲基亚砜。
优选地,所述胶束分子溶液的浓度为2~20mg/mL;所述化疗药物分子溶液的浓度为0.05~2mg/mL;和/或所述共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液的浓度为1~5mg/mL。
根据本发明第二方面的制备方法,其中,步骤(2)中,所述旋蒸温度为50~80℃,转速为100~150r/min,旋蒸时间为1~4小时;优选为温度70℃,转速120r/min,旋蒸时间2小时;
所述水化溶剂选自以下一种或多种:磷酸盐缓冲液、羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液、生理盐水、无菌超纯水;优选为磷酸盐缓冲液或无菌超纯水;和/或
所述静置为室温静置2~24小时,优选为室温静置4~12小时。
本发明的第三方面提供了一种药物,所述药物包括第一方面所述靶向载药纳米胶束或按照第二方面所述方法制备的靶向载药纳米胶束;
优选地,所述药物剂型为冻干剂;
更优选地,所述冻干保护剂选自以下一种或多种:甘露醇、蔗糖、乳糖;优选为甘露醇。
本发明的第四方面提供了第一方面所述靶向载药纳米胶束或第二方面所述方法制备的靶向载药纳米胶束在制备治疗癌症药物中的应用;
优选地,所述药物为抑制癌症活性药物;
更优选地,所述药物为抑制与表达或过量表达蛋白受体CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症活性药物;
进一步优选地,所述与表达或过量表达蛋白受体CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症选自以下一种或多种:胶质瘤、白血病、口腔癌、肝癌;再优选为白血病或肝癌。
本发明涉及生物医药技术领域,具体涉及一种多肽和化疗药物联合的载药纳米胶束及其制备方法和应用,本发明将具有癌症靶向性多肽和化疗药物联用,制备成癌症靶向性多肽-聚乙二醇化磷脂复合物-化疗药物载药胶束,癌症靶向性多肽是通过共价键修饰在纳米胶束的表面,而化疗药物是被物理包载在纳米胶束的核壳层;所述癌症靶向性多肽与受体蛋白CD36特异性结合,利用CD36多肽靶向功能提高化疗药物对癌症细胞的特异性识别和结合能力,降低化疗药物在正常组织和细胞中的富集;利用聚乙二醇化磷脂胶束一方面能够增加癌症靶向性多肽在胶束表面的局部浓度,提高其与CD36蛋白受体的识别和结合效率;另一方面能够提高化疗药物生物稳定性和载药量,与单独的化疗药物阿霉素相比,靶向多肽和化疗药物联合的载药胶束表现出更强的抑制癌症细胞活力的特性。本发明的靶向多肽和化疗药物联合的载药胶束为改善癌症治疗效果提供可行的方法和技术。
本发明的目的在于提供一种用于癌症治疗的靶向多肽、纳米胶束和化疗药物联合的靶向多肽载药纳米胶束、其制备方法及应用,特别是一种能够特异性靶向癌症细胞的多肽、对癌症细胞有杀伤作用的化疗药物和能提高药物稳定性和载药量的胶束、其制备方法及其在治疗癌症中的应用,具体涉及,具体涉及一种以CD36靶向性多肽修饰的聚乙二醇化磷脂为载体包载化疗药物的靶向载药纳米胶束,及其制备方法和应用。相比于游离多肽分子,该靶向载药纳米胶束增加了多肽分子在胶束表面的局部浓度,提高了多肽分子和CD36受体的识别和结合效率。此外,该靶向载药纳米胶束提高了化疗药物在生理溶液中的溶解性和生物稳定性,多肽分子提高了化疗药物被细胞特异性摄取的量。因此,该多肽和化疗药物联合的载药纳米胶束具有癌症治疗的作用。
本发明采用如下技术方案:
一种靶向多肽和化疗药物联合的载药胶束,由聚乙二醇化磷脂(PEG-PE)、靶向多肽偶联的聚乙二醇化磷脂(pep2-PEG-DSPE)和化疗药物组装形成,所述癌症靶向性多肽是能够与表达或过量表达CD36受体的癌症细胞或癌症组织靶向结合的多肽。
其中:
所述聚乙二醇化磷脂(PEG-PE)为聚乙二醇(亲水嵌段)通过共价键和磷脂分子(疏水嵌段)上的含氮碱基结合形成的化合物。
所述靶向多肽偶联的聚乙二醇化磷脂分子(pep2-PEG-DSPE)为pep2多肽分子的巯基基团(-SH)通过共价键和PEG-DSPE磷脂分子的马来酰亚胺基团(maleimide group)结合形成的化合物。
优选地,所述聚乙二醇化磷脂(PEG-PE)分子中的聚乙二醇亲水嵌段的分子量为500~10000,进一步优选为1500~5000,更优选为2000~3000;最优选为2000。
优选地,所述多肽纳米胶束的粒径为10~100nm;进一步优选为10~50nm;更优选为20~50nm。
优选地,所述癌症靶向性多肽选自以极性氨基酸为主、以疏水氨基酸为主、或者兼有极性氨基酸和疏水性氨基酸的多肽中的一种或几种。
优选地,所述癌症靶向性多肽由5~100个氨基酸组成,进一步优选为10~50个氨基酸,更优选为15~25个氨基酸。
最优选地,所述癌症靶向性多肽为pep2多肽或FITC(fluoresceinisothiocyanate,异硫氰酸荧光素)标记的pep2多肽。
所述pep2多肽由19个氨基酸组成。本发明发现,该pep2多肽能主动靶向高表达CD36受体的癌症细胞表面,进而发挥作用。
具体地,所述pep2多肽的氨基酸序列:RRGTIAFDNWVDTGTRVYD;所述用于共价连接到胶束分子上的癌症靶向性多肽(pep2-PEG-DSPE)为C端添加一个半胱氨酸的pep2,其氨基酸序列RRGTIAFDNWVDTGTRVYDC(N端-C端);所述FITC标记的pep2多肽的氨基酸序列:FITC-RRGTIAFDNWVDTGTRVYD。
所述pep2多肽或FITC标记的pep2多肽或pep2-PEG-DSPE均可按现有常规技术人工合成,也可外购商品化产品,例如由安徽省国平药业有限公司合成的pep2多肽或FITC标记的pep2多肽或pep2-PEG-DSPE,纯度为98%。
所述化疗药物可为医药领域人员所熟知的各种化疗药物;优选地,所述的化疗药物选自阿霉素、紫杉醇或多西他赛中的一种或几种;进一步优选为阿霉素和/或紫杉醇;更优选为阿霉素(Doxorubicin,简写为Dox)。
优选地,所述聚乙二醇化磷脂、癌症靶向性多肽和化疗药物的摩尔比为20~100:1~50:1~100,进一步优选摩尔比为40:16:5~80。
优选地,所述癌症靶向性多肽与PEG-PE的结合方式为化学偶联结合。
优选地,所述靶向性多肽载药纳米胶束为溶液形式或冻干形式。
本发明还提供上述靶向性多肽载药纳米胶束的制备方法,包括如下步骤:
分别制备PEG-PE分子溶液、阿霉素分子溶液和pep2-PEG-PE分子溶液;将3种溶液混匀,旋干,水化,静置,获得靶向多肽和化疗药物联合的载药胶束。
上述多肽和化疗药物联合的载药纳米胶束的制备方法,其中:
优选地,PEG-PE分子溶液、阿霉素分子溶液和pep2-PEG-PE分子溶液的溶剂为甲醇、氯仿、六氟异丙醇和二甲基亚砜(即DMSO溶液)中的任意一种或两种;更优选为PEG-PE分子溶液和阿霉素分子溶液的溶剂为氯仿溶液,pep2-PEG-PE分子溶液的溶剂为DMSO溶液。
优选地,将上述聚乙二醇化磷脂(PEG-PE)分子配制成2-20mg/mL溶液;将上述化疗药物配制成0.05-2mg/mL溶液;将上述癌症靶向性多肽分子或pep2-PEG-PE配制成1-5mg/mL溶液;
优选地,所述混匀是将所述PEG-PE分子溶液、阿霉素分子溶液和pep2-PEG-PE分子溶液加入到同一个旋蒸瓶中,充分混匀,得混合溶液;
优选地,所述旋干是将上述旋蒸瓶置于旋转蒸发仪上,旋蒸参数设置范围为温度范围50~80℃,转速范围100~150r/min,旋蒸时间范围1~4小时;进一步优选70℃,120r/min,2小时。
优选地,所述聚乙二醇化磷脂、癌症靶向性多肽和化疗药物的摩尔比为20~100:1~50:1~100,进一步优选摩尔比为40:16:5~80。
优选地,所述制备载药纳米胶束的水化溶剂为磷酸盐缓冲液、羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液、生理盐水或无菌超纯水中的任意一种;更优选为磷酸盐缓冲液或纯水溶液;
优选地,所述孵育温度为20~60℃,孵育时间为10~60min;进一步优选地,所述孵育温度为40~55℃,孵育时间为20~30min。
优选地,所述静置为室温(一般15-25℃)静置2~24小时,进一步优选地,所述静置为室温4~12小时。
优选地,上述靶向载药纳米胶束的制备方法还进一步包括将静置后所得载药纳米胶束溶液除菌的步骤,进一步优选地,所述除菌为将静置后所得载药纳米胶束溶液用0.22μm滤膜过滤。
根据需要,上述载药纳米胶束的制备方法还进一步包括将除菌后的载药纳米胶束溶液进行冻干,制备载药纳米胶束冻干粉的步骤。
进一步优选地,所述冻干包括向所得除菌后的载药纳米胶束溶液中添加一定量的冻干保护剂;所述冻干保护剂优选为甘露醇,例如浓度为0.01~0.2g/mL的甘露醇。
本发明所述聚乙二醇化磷脂(PEG-PE)可由现有常规技术制备。
本发明还包括上述靶向多肽和化疗药物联合的载药纳米胶束在制备治疗癌症药物中的应用;优选地,在制备抑制癌症活性药物中的应用;进一步优选地,在制备抑制与表达或过量表达CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症活性药物中的应用。
优选地,所述与表达或过量表达CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症包括胶质瘤、白血病、口腔癌或肝癌中的任意一种;进一步优选地,为白血病或肝癌。
本发明的载药纳米胶束可以具有但不限于以下有益效果:
(1)本发明所述多肽pep2与CD36具有非常高的亲和力,其平衡解离常数KD为3.14E-8M,为发展CD36拮抗剂提供了新的选择(图2和图3)。Pep2多肽自身安全性较好,在50微摩尔浓度范围内无明显细胞毒性(图4)。
(2)多肽和化疗药物联合的载药纳米胶束具有提高多肽和化疗药物生物稳定性的能力;提高了多肽和靶点的结合效率。本发明制得的多肽和化疗药物联合的载药胶束溶液,经透射电子显微镜显示,该胶束呈球形结构,粒径较均一,所制备的胶束粒径分布在20~50nm(如图5所示)。
(3)化疗药物阿霉素(Dox)是一种周期非特异性抗癌化疗药物,临床上主要用于治疗急性淋巴细胞白血病、急性粒细胞性白血病、肺癌和肝癌等,由于阿霉素(Dox)相对分子量低,在体内容易扩散,组织分布特异性差,对正常组织产生毒副作用,并且影响抗癌症作用。结合聚合物型胶束的核壳结构体系,可以实现对Dox的自组装,形成核-壳型的纳米复合物,分子的疏水部分组装成内核用于装载疏水性药物,而亲水性部分则暴露在水相中构成亲水性的壳层。靶向CD36的多肽修饰在包载化疗药物Dox的聚合物纳米胶束的表面,经实验证实,相比于单独的化疗药物和未经多肽修饰的载药纳米胶束,该靶向多肽联合载药胶束系统具有更强的结合和杀伤癌症细胞的能力,可显著提高药物的治疗效果(图6和图7)。
本发明所述的靶向多肽和化疗药物联合的载药胶束的优点有:可提高胶束的载药量,提高多肽和小分子化疗药物的生物稳定性,增加抗癌症药物在癌症细胞中的靶向结合&识别能力和化疗药物浓度,能有效地提高癌症治疗效果。
附图说明
以下,结合附图来详细说明本发明的实施方案,其中:
图1示出了三种不同癌症细胞(HepG2、Raw264.7和U937)表面CD36蛋白受体表达量的测定结果。
图2示出了多肽pep2与CD36胞外端亲和力测定结果。
图3示出了多肽pep2与不同CD36表达量的细胞(HepG2、Raw264.7和U937)结合实验结果。
图4示出了多肽pep2的细胞毒性(HepG2和U937)实验结果;其中,图4(a)示出了pep2多肽对HepG2细胞的毒性评价结果;图4(b)示出了pep2多肽对U937细胞的毒性评价结果。
图5示出了多肽pep2和靶向多肽空纳米胶束(pep2-M)与HepG2细胞结合实验结果。
图6示出了靶向多肽联合载药纳米胶束(pep2-M-Dox)形貌分析。
图7示出了Raw264.7细胞对游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型的摄取实验。
图8示出了游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型对细胞(HepG2、Raw264.7和U937)的毒性评价结果;其中,图8(a)示出了游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型对U937细胞的毒性评价结果;图8(b)示出了游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型对HepG2细胞的毒性评价结果;图8(c)示出了游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型对Raw264.7细胞的毒性评价结果。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明,但是,应当理解为,这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用,而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的,但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚,在上下文中,如果未特别说明,本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
除非特别指明,以下实施例中所用的人源肝癌细胞系HepG2,人源白血病细胞系U937,小鼠来源白血病毒诱导癌症细胞Raw264.7均购自中国医学科学院基础医学研究所细胞资源中心。
除非特别指明,下述实施例中所使用的多肽pep2以及pep2偶联的PEG-PE分子(pep2-PEG-PE)均购自安徽省国平药业有限公司,纯度为98%,所使用pep2以及pep2-PEG-PE均在实验前用先用0.5%的二甲基亚砜(DMSO)助溶,然后用无菌超纯水和细胞培养基配制成合适浓度的母液。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下:
所用水溶液的溶剂均为无菌超纯水溶液,水质参数为电阻率18.2MΩ.cm@25℃。
细胞培养基(DMEM培养基、RPMI 1640培养基)、胰酶、胎牛血清、PBS缓冲液、青链霉素双抗溶液均是购自Thermo Fisher Scientific公司。
DMSO溶液购自北京华力德科技有限公司。
细胞培养用的完全培养基中所含的10~15%胎牛血清和1%青链霉素均是指体积分数百分比。
连续光谱多功能酶标仪,购自Tecan公司,型号Infinite M200。
离心机,购自北京雷勃尔离心机有限公司,型号LD5-2A。
高通量生物分子相互作用系统购自美国Plexera公司,型号PlexArrayTM HT。
透射电子显微镜(TEM)购自日本日立公司,型号HT7700。
实施例1
本实施例用于说明本发明靶向多肽联合载药纳米胶束的制备方法,所述方法为薄膜分散法。
共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液(pep2-PEG-PE)是通过马来酰亚胺基团(MAL)修饰的胶束分子和末端氨基酸含巯基(-SH)的癌症靶向性多肽分子化学偶联得到。将MAL-DSPE-PEG分子和-SH多肽分子在HEPES溶液(50mM,pH 6.5)中进行混合(1:5,w/w),25℃条件下孵育48小时,得到的粗产物用透析法纯化去除未结合到胶束分子上的游离多肽分子,所用透析袋的截留分子量(MWCO)为10,000Da,纯化后所得产物溶液冷冻干燥后得到pep2-PEG-PE冻干粉。将PEG-PE分子和阿霉素分子溶于氯仿中,pep2偶联的PEG-PE分子(pep2-PEG-PE)溶于DMSO中,均配成1mM的储液。制备靶向多肽联合载药纳米胶束(pep2-M-Dox)时,在圆底烧瓶中加入0.5mL pep2-PEG-PE分子储液、0.5mL PEG-PE分子储液以及1mL阿霉素分子储液,在pep2-M-Dox联合载药纳米胶束中,pep2-PEG-PE:PEG-PE:阿霉素分子的摩尔比为1:1:2;制备靶向多肽空纳米胶束(pep2-M)时,在圆底烧瓶中加入1mL pep2-PEG-PE分子储液和1mL PEG-PE分子储液,在pep2-M纳米胶束中,pep2-PEG-PE:PEG-PE的摩尔比为1:1;制备包载阿霉素的纳米胶束(M-Dox)时,在圆底烧瓶中分别加入1mL PEG-PE分子储液以及1mL阿霉素分子储液,在M-Dox纳米胶束中,PEG-PE:阿霉素分子的摩尔比为1:1。将圆底烧瓶于旋蒸仪上70℃、120r/min旋干有机溶剂。旋干后得到一层薄膜加入纯水或PBS缓冲液,于55℃水浴中水化30min,室温静置4h后待用。
试验例1:细胞表面CD36的表达量测定
利用流式细胞术测定细胞的CD36表达量时,每个离心管中加入20万个细胞,离心弃去上清,加入100μL已稀释至工作浓度的CD36抗体(一抗),空白对照加入同型对照,室温孵育1h后,离心弃去上清,用PBS缓冲溶液清洗三遍,再加入100μL已稀释至工作浓度的二抗,孵育1h后,用PBS缓冲溶液清洗三遍,再重悬于100μL的PBS缓冲溶液中待测。如图1所示,利用CD36抗体筛选出了一株CD36低表达的细胞株U937,两株CD36高表达的细胞株HepG2和RAW264.7。U937、HepG2和RAW264.7的CD36表达量分别为0.7%、47.4%和74.4%。
试验例2:多肽pep2与CD36亲和力测定
利用表面等离激元共振成像(SPRi)技术检测pep2与CD36受体亲和力。具体如下:用去离子水将多肽配成浓度为0.1mM、1mM、10mM的溶液;吸取10μL多肽溶液滴在裸金芯片的工作区域;之后,将芯片放在浸有水的滤纸上,并放置于4℃的环境中孵育过夜;然后,将芯片分别用10×PBST和1×PBST各清洗一次,再用去离子水清洗三次;将洗后的芯片置于5%的脱脂奶中,4℃下封闭过夜,之后用10×PBST、1×PBST各清洗一次,再用去离子水洗涤三次,洗完后吹干;将芯片压片后得到含有多肽阵列的芯片。将该芯片置于高通量生物分子相互作用系统(PlexArrayTM HT,美国)上检测CD36胞外片段与多肽的相互作用。测试前将CD36胞外片段用1×PBST稀释成相应浓度的工作液,检测程序设定为:基线:通PBST,时间为120s,流速为2μL/s;吸附:由低浓度到高浓度通入不同的浓度CD36胞外片段,时间为300s,流速为2μL/s;脱吸附:通PBST,时间为300s,流速为2μL/s;重生:通0.5%(v/v)的磷酸,流速为2μL/s,时间为300s。通过软件BLAevalution Version 4.1拟合得到多肽与CD36胞外片段的解离平衡常数。如图2所示,SPRi实验结果表明,pep2与CD36胞外片段有更强的相互作用,通过数据处理我们得到pep2与CD36胞外片段的解离平衡常数KD为3.14E-8M,表明pep2与CD36受体具有高结合力。
试验例3:多肽pep2与不同CD36表达量的细胞结合实验
利用流式细胞术测定多肽pep2与各个不同CD36表达量的细胞系结合时,用PBS缓冲溶液把多肽稀释至相应的浓度,每个离心管中加入20万个细胞,离心弃去上清,加入100μL已稀释至工作浓度的多肽,空白对照加入100μL的PBS,室温孵育1h后,离心弃去上清,用PBS缓冲溶液清洗三遍,再重悬于100μL的PBS缓冲溶液中待测。如图3所示,pep2与阴阳性细胞的结合曲线差异最大,在1μM浓度下,pep2与阴阳性细胞结合的阳性率差值达到了40%-60%。
试验例4:多肽pep2的细胞毒性实验
于96孔板中加入5000个细胞(HepG2细胞或U937细胞),每个孔中滴加培养基至144μL,培养过夜,让细胞充分贴壁后加入相应浓度的多肽36μL,使多肽最终浓度为1、2.5、5、10、20、40和50μM,孵育48h后,加入2μl MTS,孵育2h后用连续光谱多功能酶标仪(Tecaninfinite M200,TECAN,瑞士)测定在490nm波长下的吸光度值(OD值),计算细胞存活率(细胞存活率=OD值(多肽)/OD值(空白对照)×100%)。每个样品设置三个平行复孔,实验结果为三次实验的平均值。如图4所示,pep2在50μM以下几乎没有细胞毒性,这为pep2的应用提供了安全性保证。
试验例5:多肽pep2和靶向多肽空纳米胶束(pep2-M)与HepG2细胞结合实验
利用流式细胞术测定多肽pep2和pep2-M纳米胶束与HepG2细胞结合时,用PBS缓冲溶液把多肽pep2(0.10μM,0.25μM,0.5μM,1μM,2.5μM,5μM和20μM)和pep2-M(多肽浓度分别为0.10μM,0.25μM,0.5μM,1μM,2.5μM,5μM和20μM,胶束分子固定浓度为40μM)稀释至相应的浓度。每个离心管中加入20万个细胞,离心弃去上清,加入100μL已稀释至不同工作浓度的多肽pep2和pep2-M纳米胶束,空白对照加入100μL的PBS,室温孵育1h后,离心弃去上清,用PBS缓冲溶液清洗三遍,再重悬于100μL的PBS缓冲溶液中待测。
如图5所示,在1μM以内,相比与游离pep2分子,pep2-M纳米胶束与HepG2细胞结合能力更高。根据Langmuir吸附模型计算游离pep2分子和pep2-M纳米胶束与HepG2细胞的平衡解离常数KD,可以得出,pep2分子与HepG2细胞结合的KD值为0.92μM,pep2-M纳米胶束与HepG2细胞结合的KD值为0.64μM。从该结果可以看出,pep2-M纳米胶束与HepG2细胞结合能力相比pep2分子提高30%。
试验例6:靶向多肽联合载药纳米胶束形貌分析
利用透射电子显微镜对靶向多肽联合载药纳米胶束(pep2-M-Dox)形貌进行了表征。把该胶束溶液稀释至50μM,滴10μL在超薄铜网上,静止吸附5min后,用滤纸吸去剩余溶液,再滴加上1wt%的醋酸双氧铀,静止30s后,用滤纸吸去剩余溶液,并用去离子水洗涤三遍,待自然晾干后进行拍照观察。由TEM的实验结果可知,胶束的尺寸在30nm左右,胶束在包载了DOX和共价连接pep2后,尺寸没有明显变化。
试验例7:细胞对游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型的摄取实验
为了验证在胶束表面共价连接上pep2后是否能增加胶束与CD36阳性细胞(Raw264.7)的结合,利用流式细胞术检测了三种阳性细胞与游离阿霉素(Free Dox)、包载阿霉素的纳米胶束(M-Dox)、多肽pep2修饰的包载阿霉素的纳米胶束(pep2-M-Dox)的结合情况。用PBS缓冲溶液把Dox和胶束稀释至相应的浓度;每个离心管中加入20万个细胞,离心弃去上清,加入100μL已稀释至工作浓度的Dox和胶束,空白对照加入100μL的PBS,室温孵育1h后,离心弃去上清,用PBS缓冲溶液清洗三遍,再重悬于100μL的PBS缓冲溶液中待测。
由图7可知,三种细胞呈现一致的趋势。对于游离的Dox来说,随着Dox浓度增大,三种细胞的荧光强度增大,说明与细胞结合的Dox越多。相比游离的Dox组,低浓度的M-Dox胶束组荧光强度是游离Dox的2倍左右,但在高浓度下(即80μM),游离Dox组和M-Dox胶束组荧光强度趋于一致,说明在低浓度下,胶束能够增加细胞对Dox的摄取。对于pep2-M-Dox胶束组,在各个浓度下荧光强度远远高于游离Dox组和M-Dox胶束组,这说明靶向肽pep2与胶束共价连接后大大增加了胶束与阳性细胞的结合,从而增加了药物的摄取量。
试验例8:游离阿霉素以及不同阿霉素胶束剂型对细胞的毒性评价
于96孔板中加入5000个细胞(HepG2细胞或U937细胞或Raw264.7细胞),每个孔中滴加培养基至144μL,培养过夜,让细胞充分贴壁后加入相应浓度的多肽36μL,使多肽最终浓度为1、2、3、4和5μM,孵育48h后,加入2μl MTS,孵育2h后用连续光谱多功能酶标仪(ecaninfinite M200,TECAN,瑞士)测定在490nm波长下的吸光度值(OD值)。每个样品设置三个平行复孔,实验结果为三次实验的平均值。
由图8可知,三种细胞呈现一致的趋势。对于游离Dox来说,随着Dox浓度增大,三种细胞的存活率均降低。对于CD36阴性细胞(U937)而言,相比于游离Dox,包载阿霉素的纳米胶束(M-Dox)、多肽pep2修饰的包载阿霉素的纳米胶束(pep2-M-Dox)的半数细胞致死浓度(IC50)几乎没有发生改变(图8a)。对于CD36阳性细胞(HepG2细胞或Raw264.7细胞)而言,相比于游离Dox,M-Dox和pep2-M-Dox的IC50均降低了,说明阿霉素被包载进入胶束体系能够提高化疗药物的药效。对HepG2细胞而言,相比于M-Dox,pep2-M-Dox的IC50从3.8μM下降到1.7μM(图8b)。对Raw264.7细胞而言,相比于M-Dox,pep2-M-Dox的IC50从0.97μM下降到0.72μM(图8c),说明pep2能够提高M-Dox主动靶向识别和结合CD36阳性细胞的能力,从而提高被包载阿霉素在靶细胞内的蓄积,达到提高杀伤细胞的能力。
尽管本发明已进行了一定程度的描述,明显地,在不脱离本发明的精神和范围的条件下,可进行各个条件的适当变化。可以理解,本发明不限于所述实施方案,而归于权利要求的范围,其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (31)
1.一种靶向载药纳米胶束在制备治疗癌症药物中的应用,其特征在于,所述靶向载药纳米胶束为表面共价连接癌症靶向性多肽且包载化疗药物的纳米胶束;其中所述癌症靶向性多肽是能够与表达或过量表达CD36蛋白受体的癌症细胞或癌症组织靶向结合的多肽;其中,
所述癌症靶向性多肽为pep2多肽;并且,
所述药物为抑制与表达或过量表达蛋白受体CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症活性药物。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述靶向载药纳米胶束的粒径为10~100nm。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述靶向载药纳米胶束的粒径为10~50nm。
4.根据权利要求3所述的应用,其特征在于,所述靶向载药纳米胶束的粒径为20~50nm。
5.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述pep2多肽被探针或纳米材料标记;其中,所述探针选自以下一种或多种:荧光分子、量子点、放射性元素、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶;所述纳米材料选自以下一种或多种:纳米颗粒、纳米管、纳米线、石墨烯、荧光微球。
6.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述pep2多肽被探针或纳米材料标记;其中,所述探针选自以下一种或多种:荧光分子、量子点、放射性元素、辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶;所述纳米材料为二维纳米材料。
7.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述pep2多肽的N端通过FITC荧光探针修饰。
8.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述化疗药物选自以下一种或多种:阿霉素、紫杉醇、多西他赛。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述化疗药物为阿霉素和/或紫杉醇。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述化疗药物为阿霉素。
11.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述胶束的成分选自以下一种或多种:聚乙二醇化磷脂、聚乙二醇-聚己内酯、聚乙二醇-聚乳酸。
12.根据权利要求11所述的应用,其特征在于,所述胶束的成分为聚乙二醇化磷脂。
13.根据权利要求12所述的应用,其特征在于,所述聚乙二醇化磷脂分子中的聚乙二醇亲水嵌段的分子量为500~10000。
14.根据权利要求13所述的应用,其特征在于,所述聚乙二醇化磷脂分子中的聚乙二醇亲水嵌段的分子量为1500~5000。
15.根据权利要求14所述的应用,其特征在于,所述聚乙二醇化磷脂分子中的聚乙二醇亲水嵌段的分子量为2000~3000。
16.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述纳米胶束、癌症靶向性多肽和化疗药物的摩尔比为20~100:1~50:1~100。
17.根据权利要求16所述的应用,其特征在于,所述纳米胶束、癌症靶向性多肽和化疗药物的摩尔比为40:16:5~80。
18.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述靶向载药纳米胶束的制备方法为薄膜分散法,且所述方法包括以下步骤:
(1)分别制备胶束分子溶液、共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液和化疗药物分子溶液;
(2)将步骤(1)所得三种溶液混匀,旋蒸,水化,静置,得到所述靶向载药纳米胶束。
19.根据权利要求18所述的应用,其特征在于,所述步骤(1)中,所述共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液是通过马来酰亚胺基团修饰的胶束分子和C端含巯基-SH的癌症靶向性多肽分子化学偶联获得。
20.根据权利要求18所述的应用,其特征在于,所述方法还包括以下步骤:
(3)将步骤(2)所得靶向载药纳米胶束溶液进行除菌。
21.根据权利要求20所述的应用,其特征在于,将步骤(2)溶液用0.22μm滤膜过滤。
22.根据权利要求18所述的应用,其特征在于,步骤(1)中,所述溶液的溶剂选自以下一种或多种:甲醇、氯仿、六氟异丙醇、二甲基亚砜。
23.根据权利要求22所述的应用,其特征在于,
所述胶束分子溶液的溶剂为氯仿;所述化疗药物分子溶液的溶剂为氯仿;和/或所述共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液的溶剂为二甲基亚砜;和/或
所述胶束分子溶液的浓度为2~20mg/mL;所述化疗药物分子溶液的浓度为0.05~2mg/mL;和/或所述共价连接癌症靶向性多肽的胶束分子溶液的浓度为1~5mg/mL。
24.根据权利要求18所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,所述旋蒸温度为50~80℃,转速为100~150r/min,旋蒸时间为1~4小时;
所述水化溶剂选自以下一种或多种:磷酸盐缓冲液、羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液、生理盐水、无菌超纯水;和/或
所述静置为室温静置2~24小时。
25.根据权利要求24所述的应用,其特征在于,步骤(2)中,所述旋蒸温度为温度70℃,转速为120r/min,旋蒸时间为2小时;
所述水化溶剂为磷酸盐缓冲液或无菌超纯水;和/或
所述静置为室温静置4~12小时。
26.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述药物剂型为冻干剂。
27.根据权利要求26所述的应用,其特征在于,所述冻干剂中的冻干保护剂选自以下一种或多种:甘露醇、蔗糖、乳糖。
28.根据权利要求27所述的应用,其特征在于,所述冻干保护剂为甘露醇。
29.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述药物为抑制癌症活性药物。
30.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述与表达或过量表达蛋白受体CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症选自以下一种或多种:胶质瘤、白血病、口腔癌、肝癌。
31.根据权利要求30所述的应用,其特征在于,所述与表达或过量表达蛋白受体CD36的癌症细胞或癌症组织相关的癌症为白血病或肝癌。
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