CN113144296A - 一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法 - Google Patents

一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法。采用硫源与铜源制备不同粒径的硫化铜纳米颗粒(CuS NPs)，并且在CuS NPs表面修饰聚多巴胺层（PDA）,利用PDA的非共价键自聚在聚多巴胺层表面负载药物，制备一种可实现近红外光热治疗的载药硫化铜纳米粒子，将上述药物硫化铜纳米粒子分散到水溶性分散剂中形成载药涂层材料。使用超声喷涂法将载药涂层材料喷涂到球囊表面，将球囊真空干燥，既得到含有不同粒径药物的药物洗脱球囊导管。本发明优点在于：在球囊介入过程同时，通过体外近红外光刺激，促进硫化铜纳米颗粒离子共振，释放至靶血管病变处，减少泡沫细胞的生成，同时促进靶病变胶原沉积，在血管壁固化，形成内源性自体血管支架。同时硫化铜纳米粒子释放铜离子，即可促进血管的再生，又能发挥抗菌效应，有效降低手术感染细菌的几率。

Description

一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及医疗器械领域。具体涉及一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法。
背景技术
动脉粥样硬化（AS)是一种慢性炎症性和代谢性疾病，是引起多种心脑血管疾病的病理生理基础和主要原因，具有较高的致残率和死亡率。几年来，有关AS的治疗不断取得突破性进展，抗血小板、他汀类药物及介入治疗（PCI)的广泛应用极大的促进了AS患者的预后。然而，逆转及稳定斑块仍是目前最棘手的基础和临床问题，需要开发更为有效的手段及药物治疗动脉粥样硬化性疾病。AS早期的关键事件是胆固醇和甘油三酯在血管平滑肌细胞(VSMCs)和单核/巨噬细胞中的积聚，导致泡沫细胞的形成。
光热治疗作为癌症治疗的重要治疗手段，已经得到广泛关注。光热疗法是指将纳米材料作为光热剂，利用其光热转换效率和生物相容性的优势，增加肿瘤细胞对纳米材料的摄取，在外源激光照射下，将光能转化为热能，利用高温使细胞膜松动，改变细胞膜的通透性。此外，高温还可造成DNA双链的断裂和蛋白质变性，导致细胞发生不可逆的损伤，并最终摧毁肿瘤组织。其中，常作为催化剂的硫化铜纳米粒子可以实现光热转化和光动力治疗。在808nm近红外光照射下，产生热量和活性氧簇有效地作用于肿瘤细胞，显著减少肿瘤体积。光热治疗现已有报道应用于动脉粥样硬化疾病中，结果显示硫化铜纳米颗粒通过光热激活TRPV1信号通路，进而减少泡沫细胞的生成，减轻动脉粥样硬化。
同时，硫化铜纳米颗粒释放铜离子，可诱导生长因子的表达，提供有利于血管内皮细胞生长的微环境，能促进胶原沉积和血管再生。此外，铜离子是人体健康不可缺少的微量营养素，对于血液、中枢神经和免疫系统，头发、皮肤和骨骼组织以及脑和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响。铜离子还具有杀菌作用，主要通过与带负电的微生物膜牢固吸附，使蛋白质凝固，破坏细胞合成酶的活性，造成细胞丧失分裂增殖能力而死亡，如含铜的317L不锈钢对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌表现出良好的抗菌性能，有效抑制炎症反应。科学家发现在近红外光照射下，会增强硫化铜纳米晶在生理环境中释放一价铜离子，与周围生物环境相互作用发生氧化还原反应，产生电子转移，从而体现出光动力治疗特性。
聚多巴胺（polydopamine,PDA）是一种内源性含氮有机化合物，由于表面存在大量羟基基团，可以提升药物的亲水性能和生物相容性。此外，在弱碱性的环境下，可以发生自聚行为，这种自聚产物可以附着在绝大多数固体材料的表面。
经皮冠状动脉介入术（PCI）植入药物洗脱支架（DES）是目前治疗冠心病的主要手段之一。但药物洗脱支架植入后仍有约5%的支架内再狭窄发生率，且由于自身结构、尺寸限制，在部分分叉病变、小直径冠脉血管（＜2.5mm）病变处的应用往往受到局限。药物洗脱球囊（DEB）因其可通过短暂接触的方式对靶血管组织进行局部给药，药物对靶部位的覆盖程度高，且不会有植入物埋植体内，而得以广泛应用。然而目前药物洗脱球囊将抗增生药物直接暴露于血液，无法避免药物涂层在到达病变部位之前被溶解、冲刷损失在血液中，生物利用度较低，药物释放靶向性差。
根据以上背景，本发明通过硫源与铜源制备不同粒径的硫化铜纳米颗粒(CuSNPs)，并且在CuS NPs表面修饰聚多巴胺层（PDA）, 利用PDA的非共价键自聚在聚多巴胺层表面负载药物，制备一种可实现近红外光热治疗的载药硫化铜纳米粒子，将其引入目前临床使用的球囊导管中，在球囊介入过程同时，通过体外近红外光刺激，促进硫化铜纳米颗粒离子共振，释放至靶血管病变处，减少泡沫细胞的生成，同时促进靶病变胶原沉积，在血管壁固化，形成内源性自体血管支架。同时硫化铜纳米粒子降解过程中缓释铜离子，即可促进血管的再生，又能发挥抗菌效应，有效降低手术感染细菌的几率。目前暂无利用通过将载药硫化铜纳米粒子负载于球囊导管，通过近红外光靶向治疗动脉粥样硬化的相关专利申请。
发明内容
本发明的目的是，克服传统药物球囊导管和药物洗脱支架的不足之处，提供一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：可溶性硫源与铜源制备不同粒径的硫化铜纳米颗粒(CuS NPs)，并且在CuS NPs表面修饰聚多巴胺层（PDA）, 利用PDA的非共价键自聚在聚多巴胺层表面负载药物，制备一种可实现近红外光热治疗的载药硫化铜纳米粒子，将上述药物硫化铜纳米粒子分散到水溶性分散剂中形成载药涂层材料。使用超声喷涂法将载药涂层材料喷涂到球囊表面，将球囊真空干燥，既得到含有不同粒径药物的药物洗脱球囊导管。
优选的，所述的可溶性硫源是指硫脲、硫化钠及其水合物、硫化钾及其水合物、硫化铵及其水合物、硫代乙酰胺、硫代乙醇酸或十二硫醇的一种或其混合。可溶性铜源是指硝酸铜及其水合物，氯化铜及其水合物，碘酸铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、醋酸铜及其水合物或氟化铜及其水合物中的一种或其混合。
优选的，所述的药物是脂溶性药物，为雷帕霉素、雷帕霉素的结构衍生物、依维莫司、依维莫司的结构衍生物、紫杉醇、紫杉醇的结构衍生物中的任意一种或它们中的两种或多种混合。
优选的，所述纳米粒子粒径10-100nm。
优选的，所述选择980nm的近红外光作为光源，在用于制备光动力治疗动脉粥样硬化球囊导管中的应用。
本发明优点在于：在球囊介入过程同时，通过体外近红外光刺激，促进硫化铜纳米颗粒离子共振，释放至靶血管病变处，减少泡沫细胞的生成，同时促进靶病变胶原沉积，形成内源性自体血管支架。同时硫化铜纳米粒子释放的铜离子，即可促进血管的再生，又能发挥抗菌效应，有效降低手术感染细菌的几率。
附图说明
附图1：载药硫化铜纳米颗粒的表征结果。图1a为透射电镜观察载药硫化铜纳米粒子结果；图1b是近红外光测试光谱; 图1c是体外雷帕霉素释放率。
附图2：载药硫化铜纳米球囊对动脉粥样硬化斑块的治疗效果。
表1 为治疗前后斑块相关指标的基本情况；
附图3：表2为球囊介入后雷帕霉素残留量。
附图4：考察载药硫化铜纳米球囊对血管自生能力的影响结果。图4a为血管新生相关细胞因子（VEGF）表达量，图4b为炎症相关细胞因子TNF-α分泌量，图4c炎症相关细胞因子IL-1β分泌量，图4d为Masson染色观察斑块内胶原蛋白含量。
具体实施方式
下面结合实施例制备一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，探讨其对动脉粥样硬化斑块的治疗效果及血管自生能力。
（1）制备载药硫化铜纳米颗粒(CuS NPs)，对其理化性质进行表征，如粒径、红外光谱特征峰、药物包封率及载药量、药物体外释放曲线。
（2）考察载药硫化铜纳米颗粒对动脉粥样硬化斑块的治疗效果，包括斑块大小、平均厚度和颈动脉内 －中膜厚度( IMT) 等指标。
（3）考察载药硫化铜纳米颗粒对血管自生能力的影响，包括血管新生相关细胞因子分泌量、炎症相关细胞因子分泌量和胶原蛋白沉积量。
以下实施例采用的实验数据统计方法：多组比较采用ANOVA法。
实施例1：合成载药硫化铜纳米颗粒及表征
硫化铜纳米颗粒的合成步骤如下：将5g聚乙二醇和5mmol的硝酸铜溶于50mL的去离子水中，充分搅拌至澄清透明，将50mmol九水硫化钠溶于200mL的去离子水中，在磁力搅拌下缓慢地将九水硫化钠水溶液加入到硝酸铜水溶液中，持续反应20min。将反应液放入45°C的烘箱中温育3h后离心和经乙醇洗涤后获得硫化铜纳米颗粒,烘箱中烘干过夜。称取40mg合成的CuS NPs,超声分散在20mL的Tris-HCl缓冲溶液中，加入20mg多巴胺磁力搅拌反应5h.离心分离得到聚多巴胺修饰的纳米粒硫化铜。将上述硫化铜纳米粒子混悬于磷酸盐缓冲液中并加入10mg的雷帕霉素,搅拌24h后，在10000r/min的转速下离心分离，磷酸盐缓冲溶液洗涤3次，得到聚多巴胺修饰的硫化铜载药粒子。
透射电镜下可看到载药硫化铜纳米粒子大小均一，分散性好，呈规格球形。粒径大小在10-20nm（图1a）。使用红外光谱仪测定红外特征峰，在800-1000nm波长内有较高的吸收率（图1b）。通过离心测定纳米沉淀中药物含量确定硫化铜纳米颗粒的包封率及载药量，载药量为4.5%，包封率达87.3%。体外测定雷帕霉素释放率（图1c）。
实施例2：考察载药硫化铜纳米球囊对动脉粥样硬化斑块的治疗效果
新西兰大白兔 (2.5-3.0 kg) 高脂饮食喂养8周，建立动脉粥样硬化模型。随机分成靶向治疗组及对照组。（a）裸球囊组；（b）近红外光线刺激＋载药硫化铜纳米粒球囊；（c）未经近红外光线刺激＋载药硫化铜纳米粒球囊。新西兰大白兔用氯胺酮(20 mg/kg，iv)镇静麻醉。右髂总动脉在无菌条件下手术显露，用20G穿刺针穿刺。在数字减影血管造影术下将0.014英寸贯通TM导丝以靠近主动脉弓的尖端进入主动脉后，选择定量冠状动脉造影测量的直径为2.5mm 的腹主动脉区域，在6atm下充气，同时经体外近红外光干预，持续60s。术前、术后、术后9个月检测检测猪动脉斑块相关指标的基本情况（大小、平均厚度和颈动脉内－中膜厚度( IMT) 等指标)。
如表1所示，治疗9个月后，载药硫化铜纳米组在斑块大小和平均厚度上均显著改善。而与未经近红外光线刺激组相比，近红外光线刺激后，斑块大小和 IMT等方面改善效果更为明显。因此可使内源性血管自生的载药硫化铜纳米球囊导管在抑制斑块进展方面有一定疗效。对介入后球囊中的雷帕霉素的残留量进行测定，发现，近红外光线照射可以促进载药硫化铜纳米粒子中雷帕霉素的释放（表2）。
实施例3：考察载药硫化铜纳米球囊对考察载药硫化铜纳米颗粒对血管自生能力的影响
新西兰大白兔 (2.5~3.0 kg) 高脂饮食喂养8周，建立动脉粥样硬化模型。随机分成靶向治疗组及对照组。（a）裸球囊组；（b）近红外光线刺激＋载药硫化铜纳米粒球囊；（c）未经近红外光线刺激＋载药硫化铜纳米粒球囊。 新西兰大白兔用氯胺酮(20 mg/kg，iv)镇静麻醉。右髂总动脉在无菌条件下手术显露，用20G穿刺针穿刺。在数字减影血管造影术下将0.014英寸贯通TM导丝以靠近主动脉弓的尖端进入主动脉后，选择定量冠状动脉造影测量的直径为2.5mm 的腹主动脉区域，在6atm下充气，同时经体外近红外光干预，持续60s。术后9个月取靶血管，采用双抗体夹心法酶联免疫吸附试验测定血管 VEGF 和相关炎性细胞因子TNF-α、IL-1β分泌水平;Masson染色观察斑块内胶原蛋白含量。
由图4a可知，相比对照组，不经红外光线刺激或经体外近红外光线刺激，载药硫化铜纳米粒子球囊导管均能够有效增加VEGF生成量，且相比不经红外光线刺激，经体外近红外光线刺激后，VEGF生成量明显升高( P＜0. 05)，表明经体外近红外光线刺激，介入载药硫化铜纳米球囊导管治疗后，能够促进血管新生。同时对血管炎性细胞因子TNF-α、IL-1β分泌量进行检测，发现，不经红外光线刺激或经体外近红外光线刺激，载药硫化铜纳米粒子球囊导管均能够有效降低炎性细胞因子TNF-α、IL-1β分泌量（图4b、4c）。Masson染色观察斑块内胶原蛋白含量,结果表明，载药硫化铜纳米粒子球囊导管经体外近红外光线刺激后能够显著增加斑块内胶原蛋白含量（图4d）。
上述结果表明，在载药硫化铜纳米粒子球囊介入过程同时，通过体外近红外光刺激，促进硫化铜纳米颗粒离子共振，释放至靶血管病变处，可以减少泡沫细胞的生成，同时促进靶病变胶原沉积，在血管壁固化，形成内源性自体血管支架。同时硫化铜纳米粒子降解过程中缓释铜离子，即可促进血管的再生，又能发挥抗菌效应。
上述实施方式只是本发明的优选实施方式，不是用来限制本发明的实施与权利范围，凡是依据本发明申请专利保护范围所述的内容作出的改进和补充，也应包括在本发明申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，特征在于：
制备一种硫化铜纳米粒子，并负载药物，将上述药物硫化铜纳米粒子分散到水溶性分散剂中形成载药涂层材料。
2.使用超声喷涂法将载药涂层材料喷涂到球囊表面，将球囊真空干燥，既得到含有不同粒径药物的药物洗脱球囊导管，介入球囊过程同时，通过体外近红外光刺激，可实现近红外光热治疗动脉粥样硬化。
3.如权利要求1所述的一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，其特征在于：可溶性硫源与铜源制备不同粒径的硫化铜纳米颗粒(CuS NPs)，并且在CuS NPs表面修饰聚多巴胺层（PDA）, 利用PDA的非共价键自聚在聚多巴胺层表面负载药物，制备一种可实现近红外光热治疗的载药硫化铜纳米粒子。
4.如权利要求2所述的一种可血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，其特征在于：所述的可溶性硫源是指硫脲、硫化钠及其水合物、硫化钾及其水合物、硫化铵及其水合物、硫代乙酰胺、硫代乙醇酸或十二硫醇的一种或其混合。
5.如权利要求2所述的一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，其特征在于：所述的可溶性铜源是指硝酸铜及其水合物，氯化铜及其水合物，碘酸铜及其水合物、硫酸铜及其水合物、醋酸铜及其水合物或氟化铜及其水合物中的一种或其混合。
6.如权利要求1所述的一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，其特征在于：所述的药物是脂溶性药物，为大环内酷类免疫抑制剂、大环内酷类抗生素、雷帕霉素、雷帕霉素的结构衍生物、依维莫司、依维莫司的结构衍生物、紫杉醇、紫杉醇的结构衍生物中的任意一种或它们中的两种或多种混合。
7.如权利要求1所述的一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，其特征在于所述纳米粒粒径10-100nm。
8.如权利要求1所述的一种使血管自生内源性支架的药物洗脱球囊及其制备方法，其特征在于，选择800-1000nm的近红外光作为光源，在用于制备光动力治疗动脉粥样硬化球囊导管中的应用。
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