CN113521010B - 一种纳米给药系统及其制备方法与应用 - Google Patents

一种纳米给药系统及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米给药系统及其制备方法与应用,所述纳米给药系统为以介孔普鲁士蓝纳米颗粒为基体,通过与EGCG‑Fe NPs偶联后,加入温敏相变材料进行修饰得到的。本发明方案制备得到的纳米给药系统,制备简单,粒径均一,具有良好的近红外光热转换效率,且光热稳定性良好,同时具有优异的生物相容性,有效提高蒽环类抗肿瘤药物的疗效,降低了肿瘤治疗药物的副作用,具有良好的应用前景。

Description

一种纳米给药系统及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于生物医药领域,具体涉及一种纳米给药系统及其制备方法与应用。
背景技术
恶性肿瘤已然成为严重威胁人类生命和健康的一大杀手,化疗是目前治疗癌症的主要手段之一,蒽环类药物作为一种广泛应用的抗癌药物,在乳腺癌、肝癌等实体肿瘤和多发性骨髓瘤等血液系统恶性肿瘤的临床治疗中扮演着重要角色。
普鲁士蓝(Prussian blue,PB),作为一种历史悠久的染料,自柏林化学家迪斯巴赫(Diesbach)在1704年意外发现以来,在过去的300多年中引起了极大关注。PB被认为是文献报道的第一种合成的金属有机配位聚合物,合成简单,原料易得,美国食品及药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)早已批准临床应用大剂量PB作为放射性Cs+或非放射性药物Tl+的解毒剂,由此可见,PB纳米粒子具有良好的生物安全性,具有良好的近红外光热转换效率,且光热稳定性良好,同时具有优异的生物相容性,近年来已经在光热治疗等领域崭露头角,成为生物医学领域的研究重点和热点。
由于肿瘤细胞的耐药性以及药物对正常组织的毒性,尤其是心脏毒性,使得蒽环类药物在临床应用上受到了限制。羰基还原酶(Carbonyl reductase 1,CBR1)可以将阿霉素(DOX)的C13-羰基还原为C13-醇形成阿霉素醇(DOXOL);而生成的醇代谢物与原药比较,抗肿瘤效果显著减弱,还会导致心脏毒性,因此,寻找合适的给药系统将药物传递到肿瘤部位,减少药物全身分布,降低毒副作用,提高药物治疗指数是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种纳米给药系统,能够有效解决现有肿瘤治疗药物副作用大、治疗效果不佳、还容易产生心脏毒性的用药问题。
本发明还提出一种上述纳米给药系统的制备方法。
本发明还提出一种上述纳米给药系统的应用。
根据本发明的一个方面,提出了上述纳米给药系统,所述纳米给药系统为以介孔普鲁士蓝纳米颗粒为基体,通过与EGCG-Fe NPs偶联后,加入温敏相变材料进行修饰即得。
本发明的第二方面提出了一种上述纳米给药系统的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
S1、将介孔普鲁士蓝纳米颗粒与EGCG-Fe NPs进行反应合成EGCG修饰的普鲁士蓝纳米材料MPB-EGCG NPs;
S2、将温敏相变材料加入步骤S1合成的EGCG修饰的普鲁士蓝纳米材料MPB-EGCGNPs进行反应合成纳米给药系统MPB-EGCG@PCM。
在本发明的一些实施方式中,所述介孔普鲁士蓝纳米颗粒的合成包括以下步骤:将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与铁氰化钾进行反应即得介孔普鲁士蓝纳米颗粒(MPB NPs)。
在本发明的一些实施方式中,所述聚乙烯吡咯烷酮与铁氰化钾(K3[Fe(CN)6])的质量比为:(10~30):(1~3)。
在本发明的一些实施方式中,所述反应为将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与铁氰化钾置于聚四氟乙烯反应釜中,70~90℃反应18~30h。
在本发明的一些实施方式中,所述介孔普鲁士蓝纳米颗粒与EGCG-Fe NPs的质量比为(1~5):(100~300)。
在本发明的一些实施方式中,所述EGCG-Fe NPs的合成包括以下步骤:将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)与氯化铁溶液进行反应得到混合物;在混合物中加入EGCG溶液进行反应后透析即得EGCG-Fe NPs。
在本发明的一些实施方式中,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、氯化铁和EGCG的质量比为(50~1500):(10~50):(1~10)。
在本发明的一些实施方式中,所述反应时间为8~24h,优选地,所述反应时间为12h。
在本发明的一些实施方式中,所述透析采用透析袋,所述透析袋的分子量为8000-14000道尔顿。
在本发明的一些实施方式中,所述MPB-EGCG NPs与温敏相变材料的质量比为(1~2):(2~16);优选地,所述MPB-EGCG NPs与温敏相变材料的质量比为2:15。
在本发明的一些实施方式中,合成纳米给药系统(MPB-EGCG@PCM)的反应包括将MPB-EGCG NPs和温敏相变材料溶液进行混合,得到混合溶液,将混合溶液升温至40~60℃,挥干溶剂后,加入80~100℃的水后进行固液分离,收集固相,即为MPB-EGCG@PCM。
在本发明的一些实施方式中,所述温敏相变材料为1-十四醇(TD)、脂肪酸或脂肪醇中的至少一种,优选地,所述温敏相变材料为TD。
在本发明的一些实施方式中,所述脂肪酸为月桂酸。
在本发明的一些实施方式中,所述脂肪醇为肉豆蔻醇、1-溴代庚烷醇、1-十五烷醇、2-十五烷醇、2-十五烷酮、1-十六烷醇、2-十六烷醇、3-十六烷醇、1-十七烷醇、2-十七烷醇、1-十八烷醇、1-碘代十八烷醇、1-碘代十九烷醇、1-碘代二十烷醇、1-溴代二十烷醇、1-溴代二十一烷醇或其它相转换温度为38℃~59℃的长链脂肪醇及其碘/溴代延伸物中的一种或几种。
在本发明的一些实施方式中,所述溶剂为甲醇。
在本发明的一些实施方式中,所述纳米给药系统的粒径为50~200nm,电位值为-40~-15mV。
根据本发明的第三方面,提出了上述纳米给药系统的应用,所述应用为在制备靶向人体来源或动物来源的肿瘤细胞的制剂中的用途。
在本发明的一些实施方式中,所述应用为在制备EGCG增敏蒽环类药物中的应用。
在本发明的一些实施方式中,所述应用为在制备增强阿霉素抗肿瘤药物中的应用。
根据本发明的实施方式的纳米给药系统,至少具有以下有益效果:本发明方案首先通过利用Fe3+和EGCG的配位反应制备EGCG-Fe;然后,通过一步法合成制备介孔普鲁士蓝(MPB);再利用EGCG-Fe上的Fe3+与MPB NPs表面的-CN之间的配位反应,将EGCG偶联到MPB上得到MPB-EGCG NPs,用来负载DOX,同时,为了克服介孔材料药物易泄漏的问题,将温敏型相变材料引入MPB-EGCG NPs中,构建了一种纳米给药系统,可以递送DOX用于肿瘤治疗,通过抑制肿瘤细胞内CRB1表达,达到增强DOX抗肿瘤效果。本发明方案选用TD作为温敏相变材料,其具有与人体最接近的相变温度,可达到最佳的温控效果。本发明方案制备得到的纳米给药系统,通过将EGCG偶联到MPB上,使得制备的纳米给药系统具有一定的抗肿瘤作用,与蒽环类抗肿瘤药物结合后,具有明显的协同增效作用,制备方法简单,制备的纳米给药系统粒径均一,稳定性更好,具有良好的近红外光热转换效率,且光热稳定性良好,同时具有优异的生物相容性,有效降低了肿瘤治疗药物的副作用,减小了肿瘤治疗药物毒性,具有良好的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明,其中:
图1为本发明实施例2中的纳米给药系统MPB-EGCG/DOX@PCM的构建原理图;
图2为本发明试验例中的MPB-EGCG@PCM表征图,其中,A为MPB-EGCG@PCM的TEM图;B为MPB-EGCG、MPB-EGCG@PCM和PCM的热重分析图;C为MPB-EGCG@PCM的SEM图;图D为MPB-EGCG@PCM的FT-IR光谱图;E为MPB-EGCG@PCM的UV-Vis吸收光谱图;
图3为本发明试验例中的光热性能评估实验结果图,其中,图A为近红外光辐射下不同浓度的MPB-EGCG@PCM随时间的温度变化结果图;图B为不同浓度的MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下的红外热像图;图C为不同功率近红外光辐射下的MPB-EGCG@PCM随时间的温度变化结果图;图D为不同功率MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下的红外热像图;
图4为本发明试验例中的MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下5个循环的温度变化图;
图5为本发明试验例中的MPB-EGCG@PCM在近红外激光辐射下的光热转换曲线图;
图6为本发明试验例中的MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下的光谱图;
图7为本发明试验例中的MPB-EGCG@PCM在长期储存30天后的光谱图;
图8为本发明试验例中的MPB-EGCG/DOX@PCM在不同温度下DOX的释放行为图;
图9为本发明试验例中的MPB-EGCG/DOX@PCM在808nm激光辐照下DOX的释放行为图;
图10为本发明试验例中的不同浓度EGCG和MPB-EGCG@PCM对Hela细胞的细胞毒性的影响图;
图11为本发明试验例中的不同浓度DOX、MPB/DOX@PCM和MPB-EGCG/DOX@PCM对Hela细胞的细胞毒性影响图;
图12为本发明试验例中的Hela细胞提取液的HPLC图;
图13为本发明试验例中的细胞内DOXOL/DOX的相对量图;
图14为本发明试验例中的MPB-EGCG@PCM对CRB1的表达影响图;
图15为本发明试验例中的Western blot实验结果图,其中,A为不同实验组处理后Hela细胞的p53蛋白表达印迹图;B为不同实验组处理后Hela细胞中p53蛋白的相对表达量的图;1为PBS对照组;2为DOX;3为MPB-EGCG/DOX@PCM;4为空白材料MPB-EGCG@PCM;
图16为本发明试验例中的划痕实验结果图,其中,图A为Hela细胞经不同浓度MPB-EGCG@PCM处理后在24h时的划痕图,图B为Hela细胞经不同浓度MPB-EGCG@PCM处理后在24h时的划痕照片的迁移率定量分析图,1为PBS阴性对照组,2为MPB-EGCG@PCM浓度为25μg/mL实验组,3为MPB-EGCG@PCM浓度为50μg/mL实验组,4为MPB-EGCG@PCM浓度为100μg/mL实验组;
图17为本发明试验例中的不同浓度的MPB-EGCG@PCM对Hela细胞的毒性实验图;
图18为本发明试验例中的不同浓度MPB-EGCG@PCM的溶血率结果图;
图19为各组小鼠主要脏器的H&E组织学分析图,其中,1为PBS对照组;2为MPB-EGCG@PCM。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述,以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本发明的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本发明保护的范围。
实施例1纳米给药系统的构建
本实施例构建了一种纳米给药系统,具体过程为:
1、介孔普鲁士蓝纳米颗粒(MPB NPs)的合成
称取3.0g PVP溶解于40mL 0.01M的HCl溶液中,再加入132mg K3[Fe(CN)6]搅拌30min后,转移至聚四氟乙烯反应釜中,置于80℃的烘箱中反应24h。随后取出至室温(25℃)冷却,12000rpm离心30min收集蓝色沉淀;然后再分别用乙醇、水洗涤三次以除去未反应的原料,离心得到MPB NPs。
2、EGCG-Fe NPs的合成
称取1.0g PVP溶解于10mL纯水中,再加入0.2mL FeCl3溶液(100mg/mL);搅拌1h后,将1mL EGCG溶液(3.36mg/mL)滴加到上述混合物中搅拌12h。将反应液用透析袋(MWCO=8000-14000)透析后,冻干收集产物EGCG-Fe NPs。
3、EGCG修饰的MPB NPs(MPB-EGCG NPs)的合成
称取5mg MPB NPs均匀分散于2mL乙醇中,再加入3mL EGCG-Fe NPs乙醇溶液(100mg/mL),搅拌24h;12000rpm离心30min收集沉淀,并用乙醇洗涤3次,离心收集产物MPB-EGCG NPs。
4、MPB-EGCG@PCM的制备
将4mg MPB-EGCG NPs均匀分散于2mL甲醇中,再加入3mL含有10mg/ml TD的甲醇溶液,升温至50℃,搅拌至甲醇全蒸发后,加入5mL热水(90℃),立即12000rpm离心10min收集沉淀,30℃真空烘箱干燥过夜后得产物纳米给药系统MPB-EGCG@PCM。
实施例2纳米给药系统MPB-EGCG/DOX@PCM的构建
本实施例构建了一种纳米给药系统MPB-EGCG/DOX@PCM,具体过程为:
1、介孔普鲁士蓝纳米颗粒(MPB NPs)的合成
称取3.0g PVP溶解于40mL 0.01M的HCl溶液中,再加入132mg K3[Fe(CN)6]搅拌30min后,转移至聚四氟乙烯反应釜中,置于80℃的烘箱中反应24h。随后取出至室温(25℃)冷却,12000rpm离心30min收集蓝色沉淀;然后再分别用乙醇、水洗涤三次以除去未反应的原料,离心得到MPB NPs。
2、EGCG-Fe NPs的合成
称取1.0g PVP溶解于10mL纯水中,再加入0.2mL FeCl3溶液(100mg/mL);搅拌1h后,将1mL EGCG溶液(3.36mg/mL)滴加到上述混合物中搅拌12h。将反应液用透析袋(MWCO=8000-14000)透析后,冻干收集产物EGCG-Fe NPs。
3、EGCG修饰的MPB NPs(MPB-EGCG NPs)的合成
称取5mg MPB NPs均匀分散于2mL乙醇中,再加入3mL EGCG-Fe NPs乙醇溶液(100mg/mL),搅拌24h;12000rpm离心30min收集沉淀,并用乙醇洗涤3次,离心收集产物MPB-EGCG NPs。
4、MPB-EGCG@PCM的制备
将4mg MPB-EGCG NPs均匀分散于2mL甲醇中,再加入3mL含有10mg/ml TD的甲醇溶液,升温至50℃,搅拌至甲醇全蒸发后,加入5mL热水(90℃),立即12000rpm离心10min收集沉淀,30℃真空烘箱干燥过夜后得产物纳米给药系统MPB-EGCG@PCM。
5、MPB-EGCG/DOX@PCM的制备在超声作用下,将6mg MPB-EGCG NPs均匀分散于3mL甲醇中,并向其中加入2mL含有1mg/mL DOX的甲醇溶液。升温至50℃,搅拌直至甲醇完全蒸发后,加入45mg TD。继续搅拌1h后,加入5mL 90℃热水,立即离心10min(10000rpm)收集沉淀,并用提前预冷去离子水洗涤沉淀6次。随后,30℃真空烘箱干燥过夜后得产物MPB-EGCG/DOX@PCM。
纳米给药系统MPB-EGCG/DOX@PCM的构建原理图如图1所示。
试验例
1、材料的表征
采用TEM(透射电子显微镜)和SEM扫描电子显微镜对MPB-EGCG@PCM形貌进行观察;使用DLS法(动态光散射)测量了纳米粒子的粒径和Zeta电位。使用UV-Vis吸收光谱分析MPB-EGCG@PCM的光吸收光谱。根据KBr压片法,利用FT-IR(傅氏转换红外线光谱分析仪)测定MPB-EGCG@PCM在4000-400cm-1范围内的红外吸收光谱图。采用TGA测试MPB-EGCG@PCM热分解性能,TGA的炉内气氛为氮气,升温速率为10℃/min,升温扫描范围为35℃到700℃。
实验结果如图2所示,其中A为MPB-EGCG@PCM的TEM图;B为MPB-EGCG、MPB-EGCG@PCM和PCM的热重分析图;C为MPB-EGCG@PCM的SEM图;图D为MPB-EGCG@PCM的FT-IR光谱图;E为MPB-EGCG@PCM的UV-Vis吸收光谱图。从图中可以看出,MPB-EGCG@PCM具有与MPB-EGCG NPs类似的立方体形态,粒径均一,平均直径约为125nm,Zeta电位为-21.5mV,表明温敏相变材料TD对MPB-EGCG NPs实现了很好的包载作用,使得本发明方案制备得到的纳米给药系统的粒径均一,效果更佳稳定;TGA结果表明,与MPB-EGCG NPs相比,MPB-EGCG@PCM有一个明显的重量损失,说明相变材料PCM的成功包载。FT-IR谱图表明MPB-EGCG@PCM的成功合成,MPB-EGCG@PCM的UV-Vis吸收光谱表明,MPB-EGCG@PCM在波长为600nm到900nm的近红区具有较强的吸收,吸收峰值为在700nm左右,这一吸收特性与MPB NPs相同,表明经EGCG修饰和PCM包载后,MPB-EGCG@PCM仍具有和MPB NPs类似的光热转换性能。本申请方案制备得到的纳米给药系统的粒径均一,使得光热转换性能更加稳定,同时其具有良好的近红外吸收特性。
2、光热性能和光稳定性评估
为了评估MPB-EGCG@PCM的光热性能,我们首先配置不同浓度的MPB-EGCG@PCM PBS分散液(0、10、20、50、100μg/mL)。随后,将混合物用808nm(2W/cm2)的NIR激光照射5min。在激光照射期间,使用数字温度计记录溶液温度,并在选定的时间间隔利用红外热成像仪拍摄不同时间点的实时温度热图像。此外,还通过不同功率的近红外激光辐照实验从不同角度评估不同浓度下MPB-EGCG@PCM的光热性能。并通过5个周期的开/关循环激光照射,评估MPB-EGCG@PCM(100μg/mL、2W/cm2)的光热稳定性。
为了测量MPB-EGCG@PCM的光热转换效率,将0.9mL MPB-EGCG@PCM(ODλ808nm=1.0)的水分散液加入到石英比色皿中,并确保皿内无气泡。在尽可能保持石英皿悬空的条件下,对其进行NIR激光照射(808nm,1.5W/cm2),并用红外热像仪实时记录石英皿在照射10min内的升温过程及照射后自然降温过程的温度变化,纯水作为对照组。根据式1和式2计算光热转化效率(η)。
Figure BDA0003144297630000091
其中h是传热系数,S是容器的表面积,ΔTmax是MPB-EGCG@PCM溶液升温过程中最大温差,P是照射激光功率,A是MPB-EGCG@PCM在808nm处的吸光值。hS值由公式2直接进行计算:
Figure BDA0003144297630000092
其中m、m'、c和c'分别是MPB-EGCG@PCM溶液的质量(0.9g),石英比色皿的质量(5.80g),纳米材料溶液的热容(4.2J/g℃),石英比色皿的热容(0.7J/g℃),τ是反应的特征热时间常数,其数值可根据降温时温度变化与温度下降速度的关系进行计算。
此外,为了进一步验证MPB-EGCG@PCM的光热稳定性,在808nm NIR激光辐照MPB-EGCG@PCM不同时间(0、1、3、5和10min)或将MPB-EGCG@PCM在室温下存放几天(0、7、14、21和30天)之后,分析UV-Vis吸收光谱。
光热性能评估实验结果如图3所示,其中,图A为近红外光辐射下不同浓度的MPB-EGCG@PCM随时间的温度变化(808nm,2W/cm2);图B为不同浓度的MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下的红外热像图;图C为不同功率近红外光辐射下的MPB-EGCG@PCM(50μg/mL)随时间的温度变化;图D为不同功率MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下的红外热像图,从图中可以看出,结果表明,本发明方案制备的MPB-EGCG@PCM具有优异的光热转换能力。
光稳定性能评估实验结果如图4-7所示,其中,图4为MPB-EGCG@PCM(100μg/mL)在近红外光辐射下5个循环的温度变化;图5为MPB-EGCG@PCM在近红外激光(808nm,1.5W/cm2)辐射下的光热转换曲线,内附小图为自然冷却过程中温度驱动力(ΔT/ΔTmax)的时间与负自然对数的关系图;图6为MPB-EGCG@PCM在近红外光辐射下的光谱图;图7为MPB-EGCG@PCM在不同储存时间下的光谱图。从光稳定性能评估实验结果图可以看出,纳米给药系统MPB-EGCG@PCM具有优异光热稳定性。
3、基于纳米给药系统的体外释药实验
评价纳米给药系统MPB-EGCG/DOX@PCM在体外生理条件下释放药物的能力,采用透析法。纳米给药系统MPB-EGCG/DOX@PCM的制备方法如实施例2所示,用UV-Vis检测上清液中DOX浓度以确定载药量,载药量为1.1±0.13%wt。
为了评价MPB-EGCG/DOX@PCM体外热响应药物释放情况,将1mL MPB-EGCG/DOX@PCM水溶液置于截留分子量为1000D的透析袋中,以10mL PBS7.4为释放介质进行释药考察。在37℃和40℃的恒温摇床振荡。分别在预先设定的时间点取出1mL释放液,并补充等体积的PBS于相同条件下进行后续释放实验。通过UV-Vis检测取出缓冲液中DOX的浓度,检测波长为483nm,并利用DOX标准曲线(A=15.457C+0.0849(R2=0.997)计算出DOX的累计释放百分数(如图8所示)。
同样地,还研究了近红外激光触发下的药物释放行为。将1mL MPB-EGCG/DOX@PCM水溶液装入透析袋(MWCO=1000)浸入PBS(pH 7.4)透析,并对其进行808nm激光照射(2W/cm2,5min)。每隔2min取1mL释放液进行检测。没有使用NIR激光辐射的组作为对照组。每个样品平行做三次,结果以平均值和标准偏差表示(如图9所示)。
实验结果如图8-9所示,其中,图8为MPB-EGCG/DOX@PCM在不同温度下DOX的释放行为,图9为MPB-EGCG/DOX@PCM在808nm(2W/cm2)激光辐照下DOX的释放行为,从图中可以看出,MPB-EGCG/DOX@PCM具有温度响应性,可以通过NIR“开/关”对MPB-EGCG/DOX@PCM的释药行为进行调控,实现药物的可控释放。
4、体外给药系统增敏DOX抗肿瘤疗效体外细胞实验
(1)细胞毒性实验
选用CRB1高表达的Hela细胞(购自上海生工生物工程有限公司)作为研究对象,采用购自美国GLPBIO公司的CCK-8试剂盒进行细胞增殖和毒性检测。
1)测定不同浓度下的EGCG和MPB-EGCG@PCM给药系统对细胞毒性的影响
实验方法:消化并收集生长对数期的Hela细胞接种于96孔板中,培养过夜后,将培养基吸去换成新鲜的含有不同浓度(3.125、6.25、12.5、25、50μg/mL)的MPB-EGCG@PCM和EGCG的完全培养基。检测方法:孵育6h后,用808nm激光辐照(5个周期的NIR辐照,ON:1.0W/cm2,5min和OFF:10min)。继续培养48h后,将每孔中的培养基吸弃,并加入提前稀释好的CCK-8试剂(CCK-8试剂与培养基的体积比为1:10),再于培养箱中培养2h,然后用酶标仪测定各孔在450nm波长处的吸光度,通过式3计算细胞存活率。
Figure BDA0003144297630000111
其中X、Y和Z分别代表实验组、阴性对照组和空白组的吸光度。
2)测定不同浓度下的EGCG、MPB-EGCG@PCM和MPB-EGCG/DOX@PCM对细胞毒性的影响
MPB/DOX@PCM的制备方法与实施例2的区别仅在于,不包括添加EGCG对MPB NPs进行修饰的步骤。
实验方法:消化并收集生长对数期的Hela细胞接种于96孔板中,培养12h后,将培养基吸去换成新鲜的含有不同浓度(0.0625、0.125、0.25、0.5、1μM)的EGCG、MPB-EGCG@PCM和MPB-EGCG/DOX@PCM的完全培养基。
检测方法:同1)中测定不同浓度下的EGCG和MPB-EGCG@PCM给药系统对细胞毒性的影响的方法一致。
细胞毒性实验结果如图10-11所示,其中,图10为不同浓度EGCG和MPB-EGCG@PCM对Hela细胞的细胞毒性的影响,从图中可以看出,MPB-EGCG@PCM对细胞基本没有毒性;图11为不同浓度DOX、MPB/DOX@PCM和MPB-EGCG/DOX@PCM对Hela细胞的细胞毒性影响图,通过计算,MPB-EGCG/DOX@PCM对Hela细胞的IC50为0.46μM,远低于DOX(1.15μM)和MPB/DOX@PCM(0.92μM),表明MPB-EGCG/DOX@PCM能有效提高DOX的抗肿瘤疗效。
(2)HPLC法检测细胞内阿霉素醇(DOXOL)含量
取生长对数期的Hela细胞按照每孔细胞数3×105的密度接种于6孔板中,于培养箱孵育过夜后,将培养基吸去换成含有MPB-EGCG/DOX@PCM(DOX浓度为5μM)的完全培养基,PBS和DOX作为对照组。孵育6h后,用808nm激光辐照(5个周期的NIR辐照,ON:1.0W/cm2,5min和OFF:10min)。继续培养24h后,吸弃培养基,用PBS洗涤3次,胰酶消化后离心收集细胞,加入乙腈:0.2%甲酸混合溶液(1:3,v/v),在冰浴条件下,超声使细胞彻底裂解,12000rpm离心30min收集上清液并用氮气吹干。最后,将样品溶解并使用HPLC测量。HPLC配置ZorbaxEclipse XDB-C18色谱柱(5μm,4.6×150mm)。流动相为乙腈:0.2%甲酸(25:75,v/v),流速:1mL/min,样品进样量:20μL,检测波长为480nm。
HPLC定量分析结果如图12-13所示,其中,图12为Hela细胞提取液的HPLC图,图13为细胞内DOXOL/DOX的相对量图,图中1为DOX;2为MPB-EGCG/DOX@PCM;从图中可以看出,利用纳米载体MPB-EGCG@PCM递送DOX可以有效抑制细胞代谢产生DOXOL。
(3)ELISA法检测细胞内CRB1表达量
采用ELISA法研究纳米载体MPB-EGCG@PCM对细胞内CRB1表达的影响。步骤简述如下,首先取生长对数期的Hela细胞按照每孔细胞数2×105的密度接种于6孔板中。培养过夜后,分别加入含有不同浓度的MPB-EGCG@PCM的完全培养基,PBS和EGCG作为对照组。在培养箱继续培养48h后,吸弃培养基,用预冷的PBS洗涤细胞三次,然后每孔加入150μL含有苯甲基磺酰氟(PMSF)和蛋白酶抑制剂的十二烷基硫酸钠(SDS)裂解液并超声处理。整个裂解过程在冰上操作,彻底裂解后,在4℃下12000rpm离心裂解液30min收集上清蛋白溶液,并用BCA蛋白定量试剂盒测定各蛋白样品的浓度。随后,将各蛋白样品用样品稀释液稀释5倍后,取50μL加入到已经包被过anti-CRB1的96孔板中,用封板膜封板后置37℃温育30min。随后,弃上清液,用事先配制好的ELISA洗液充分洗涤板底,然后向每孔加入50μL辣根过氧化物酶(HRP)酶标试剂,37℃温育30min,用ELISA洗液充分洗涤板底,每孔加入100μL四甲基联苯胺(TMB)显色剂,37℃避光显色10min后,加入终止液并立即用酶标仪检测450nm处吸光度。通过标准曲线计算出每孔OD值读数所对应的CRB1浓度。
实验结果如图14所示,从图中可以看出,MPB-EGCG@PCM可以有效抑制细胞内CRB1的表达,说明EGCG增效DOX是通过抑制CBR1对DOX的还原来实现的。
(4)Western blot实验
采用Western blot法检测细胞内中p53蛋白的表达量。步骤简述如下,首先取生长对数期的Hela细胞按照每孔细胞数2×105的密度接种于6孔板中。培养过夜后,加入含有MPB-EGCG/DOX@PCM的完全培养基,对照组与实验组的区别仅在于将MPB-EGCG/DOX@PCM替换成PBS组、与MPB-EGCG/DOX@PCM中的DOX浓度相同的DOX组和与MPB-EGCG/DOX@PCM中的MPB-EGCG@PCM浓度相同的MPB-EGCG@PCM组作为对照组。孵育6h,用808nm激光辐照5个周期的NIR辐照,ON:1.0W/cm2,5min和OFF:10min)。继续培养48h后,提取蛋白并定量。接下来,采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)来分离蛋白质。本次电泳实验使用10%SDS-PAGE分离胶,每孔加入50μg蛋白。跑胶结束后,在恒流230mA条件下,采用湿转法将蛋白转移至PVDF膜上,并用5%的脱脂牛奶封闭PVDF膜1h。随后,将膜置于含有p53抗体(或β-actin抗体,内参抗体)的TBST缓冲液中4℃孵育过夜。TBST洗涤三次后,再将膜置于含有辣根过氧化物酶标记山羊抗兔IgG(H+L)二抗的TBST缓冲液中室温孵育1h。TBST洗三次后用Bio-Rad显影液显影。显影图像采用Image J软件计算灰度值。
实验结果如图15所示,其中A为不同实验组处理后Hela细胞的p53蛋白表达印迹图;B为不同实验组处理后Hela细胞中p53蛋白的相对表达量的图,图中,1为PBS对照组;2为DOX;3为MPB-EGCG/DOX@PCM;4为空白材料MPB-EGCG@PCM。从图中可以看出,MPB-EGCG/DOX@PCM可以明显提高Hela细胞中p53蛋白的相对表达量,其效果明显高于;MPB-EGCG@PCM相较空白组也一定程度的提高了Hela细胞中p53蛋白的相对表达量,表明,MPB-EGCG@PCM本身也具有一定的抗肿瘤的功效。
(5)划痕实验
取生长对数期的Hela细胞,按照每孔2×105个的细胞密度接种于6孔板中,贴壁培养至细胞融合率达80%以上。吸弃培养基,用无菌的10μL枪头制作细胞划痕模型,即用枪头尖端在单细胞层表面垂直划出一条细痕。用PBS轻轻洗涤细胞三次,再加入含有不同浓度MPB-EGCG@PCM的培养基,在预先确定的时间点(0和24h),用倒置荧光显微镜观察细胞划痕并拍照记录。
实验结果如图16所示,其中,图A为Hela细胞经不同浓度MPB-EGCG@PCM处理后在24h时的划痕图,图B为Hela细胞经不同浓度MPB-EGCG@PCM处理后在24h时的划痕照片的迁移率定量分析图,从图中可以看出,与PBS阴性对照组对比,MPB-EGCG@PCM浓度为25和50μg/mL实验组的细胞仍具有较强的迁移能力,细胞迁移率分别为85.9%和83.4%;而当浓度达到100μg/mL时,MPB-EGCG@PCM组可观察到伤口愈合间距明显增大,迁移率降至65.9%。这表明,浓度高于100μg/mL时,MPB-EGCG@PCM可以有效抑制细胞迁移,表明本申请方案制备的MPB-EGCG@PCM具有一定的抗肿瘤疗效。
5、生物相容性评价
(1)体外细胞毒性
通过CCK-8法定量检测MPB-EGCG@PCM的细胞相容性。步骤如下,将Hela细胞以5000个/孔的密度接种于96孔板中,置于培养箱中培养贴壁过夜。随后,吸弃培养基,换上新鲜的含有不同浓度的MPB-EGCG@PCM的完全培养基,PBS作为对照组。继续培养48h后,将每孔中的培养基吸弃,并加入提前稀释好的CCK-8试剂(CCK-8试剂与培养基的体积比为1:10),再于培养箱中培养2h,然后用酶标仪测定各孔在450nm波长处的吸光度,通过式3计算细胞存活率。
Figure BDA0003144297630000151
其中X、Y和Z分别代表实验组、阴性对照组和空白组的吸光度(如图16所示)。
(2)溶血实验
配置不同浓度的MPB-EGCG@PCM的PBS水溶液,浓度分别为1mg/mL、0.5mg/mL、0.1mg/mL和0.01mg/mL。去离子水和PBS分别作为阳性和阴性对照组。取4mL各浓度样品于离心管中,并加入200μL的16%红细胞悬液共同孵育,37℃孵育6h后,1000×g离心5min收集上清液。通过酶标仪测量各组样品在540nm处的吸光度(每个样品做三组平行)。通过式4计算溶血率。
Figure BDA0003144297630000152
其中,A、B和C分别代表实验组、阳性对照组和阴性对照组的吸光度(如图17所示)。
(3)体内毒性
首先将MPB-EGCG@PCM分散于PBS中,随后向BALB/c小鼠(5-6周大,18±2g)注射材料(浓度:50mg/kg),PBS作为对照组。7天后,安乐死处死小鼠,取出心、肝、脾、肺和肾,用PBS洗净后,将其浸泡于组织固定液中。然后进行常规石蜡包埋、切片和H&E染色。最后,用正置荧光显微镜观察并拍照(如图18所示)。
实验结果如图17-19所示,图17为不同浓度的MPB-EGCG@PCM对Hela细胞的毒性实验图,图18为不同浓度MPB-EGCG@PCM的溶血率;图19为各组小鼠主要脏器的H&E组织学分析,其中1为PBS对照组;2为MPB-EGCG@PCM;从图中可以看出,细胞毒性、血液相容性及体内毒性实验均表明本发明制备的纳米给药系统MPB-EGCG@PCM具有良好的生物相容性。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种纳米给药系统在制备抗肿瘤药物中的应用,其特征在于,所述纳米给药系统为以介孔普鲁士蓝纳米颗粒为基体,通过与EGCG-Fe NPs偶联后,加入温敏相变材料进行修饰即得,所述温敏相变材料为1-十四醇(TD)、脂肪酸或脂肪醇中的至少一种,所述应用包括抑制细胞代谢产生DOXOL。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述纳米给药系统的粒径为50~200nm,电位值为-40~-15mV。
3.根据权利要求1中所述的纳米给药系统的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
S1、将介孔普鲁士蓝纳米颗粒与EGCG-Fe NPs进行反应合成EGCG修饰的普鲁士蓝纳米材料MPB-EGCG NPs;
S2、将温敏相变材料加入步骤S1合成的EGCG修饰的普鲁士蓝纳米材料MPB-EGCG NPs进行反应合成纳米给药系统MPB-EGCG@PCM。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述介孔普鲁士蓝纳米颗粒的制备方法包括以下步骤:将聚乙烯吡咯烷酮与铁氰化钾进行反应即得介孔普鲁士蓝纳米颗粒MPB NPs。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述聚乙烯吡咯烷酮与铁氰化钾的质量比为(10~30):(1~3)。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述EGCG-Fe NPs的制备方法包括以下步骤:将聚乙烯吡咯烷酮与氯化铁溶液进行反应得到混合物;在混合物中加入EGCG进行反应,得EGCG-Fe NPs。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,聚乙烯吡咯烷酮、氯化铁和EGCG的质量比为(50~1500):(10~50):(1~10)。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述温敏相变材料为1-十四醇(TD)、脂肪酸或脂肪醇中的至少一种。
9.根据权利要求1或2中所述的纳米给药系统在制备靶向人源肿瘤细胞或动物源肿瘤细胞的制剂中的用途。
10.根据权利要求1或2中所述的纳米给药系统在制备增强阿霉素抗肿瘤药物中的用途。
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