CN113855813A - 一种基于芬顿反应与aie效应的ros响应海洋岩藻多糖纳米载体制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物医药材料技术领域，尤其是涉及一种基于芬顿反应与AIE效应的ROS响应海洋岩藻多糖纳米载体制备方法及应用。本发明构建了基于芬顿反应与AIE效应的ROS响应海洋岩藻多糖纳米载体，该岩藻多糖纳米载体由至少两种两亲性嵌段共聚物组成，所述两亲性嵌段共聚物以岩藻多糖为主链，侧链含有硫缩酮或光敏剂中的至少一种，且至少一个两亲性嵌段共聚物侧链上接枝有芬顿反应催化剂，其中硫缩酮具有ROS响应特性，光敏剂具有光动力学功能，芬顿反应催化剂能够通过芬顿反应进一步促进ROS相应机制，该岩藻多糖纳米载体能够使得抗肿瘤药物同时实现化学动力学、光动力学与化疗药物三者联合治疗肿瘤的功能，发挥了抗肿瘤药物的功能。

Description

一种基于芬顿反应与AIE效应的ROS响应海洋岩藻多糖纳米载 体制备方法及应用
技术领域
本发明涉及生物医药材料技术领域，尤其是涉及一种基于芬顿反应与 AIE效应的ROS响应海洋岩藻多糖纳米载体制备方法及应用。
背景技术
药物治疗是临床治疗肿瘤的重要手段之一。在众多肿瘤治疗的手段中，化疗仍然是应用最广泛的。但持续治疗后，肿瘤细胞多会对化疗药物产生多药耐药性(MDR)而导致肿瘤复发。更严重的是一旦肿瘤产生了耐药性，当换用其他结构不同，而影响治疗效果。与传统化疗药物相比，纳米递药系统能增加药物溶解性、提高药物靶向性，从而提高治疗效果。
伴随新陈代谢，细胞会不断产生活性氧(ROS)，过量的ROS会损伤蛋白质、核酸和脂质等生物大分子，从而影响其正常生理功能。正常细胞本身存在清除ROS的机制，例如SOD酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、抗坏血酸等，以此来维持机体的正常运转。但是肿瘤细胞内却处于氧化应激状态，即活性氧产生超过体内抗氧化系统防御能力的失衡状态。因此肿瘤细胞内的ROS浓度会不受控制的增大。这些ROS导致基因组不稳定从而改变细胞生长。活性氧自由基(ROS)在细胞的信号转导和代谢中发挥重要作用。多种类型的肿瘤组织均会高表达ROS，参与肿瘤的形成与转移。引入具有ROS响应的硫缩酮键的药物载体能够实现抗肿瘤药物在肿瘤部位特定释放。
我国是海带生产大国，海带加工业发达。岩藻多糖作为海带加工的副产品一直没有得到很好地开发利用。因此，如何对岩藻多糖加以开发利用成为一个亟待解决的问题。岩藻多糖是褐藻中的特效成分，主要是以C-1,2 键，少数以C-1,3和C-1,4键结合的L-岩藻糖4-硫酸酯聚合物，为一种天然的水溶性无毒杂聚糖。岩藻多糖具有双向调和免疫力，消除胃肠系统紊乱，抗过敏，抗病毒，抗肿瘤，肌肤再生，皮肤保湿等超过20项以上的生理功效。目前，科学家们在体外和体内研究已经证明了岩藻多糖的抗肿瘤作用，包括抑制癌细胞生长、转移、血管生成以及诱导细胞凋亡。岩藻多糖在治疗癌症方面具有很大潜力。
光动力疗法是目前获得临床认可的一种新颖的微创治疗方法，其作用机理通常是利用光敏剂聚集至肿瘤部位，光照使其活化，产生具有细胞毒性的活性氧，从而破坏肿瘤组织，达到治疗效果。2001年，香港科技大学唐本忠教授研究小组发现了一类分子能够在聚集态时发射强荧光，及聚集诱导发光(AIE)。有些AIE光敏剂(AIEgens)同时具有光敏效应，在光照条件下既能产生荧光也能产生活性氧杀死肿瘤细胞。具有AIE特性的光敏剂具有潜在的医学应用价值。
芬顿反应以亚铁离子作为催化剂，将细胞中存在的过氧化氢转变为具有细胞毒性的活性氧，从而杀死肿瘤细胞。
目前尚无一种药物载体同时应用到上述多种抗肿瘤基质，基于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种具有AIE效应和ROS响应能力的岩藻多糖纳米载体，综合利用AIE效应、ROS响应以及芬顿反应，多种抗肿瘤机制，使得该岩藻多糖纳米载体用于荷载抗肿瘤药物时，既能实现快速靶向，又能增强药物的肿瘤中心的抗肿瘤效果。
本发明的第二个目的，在于提供使用上述岩藻多糖纳米载体对抗肿瘤药物进行荷载得到载药纳米胶束的制备方法，以及得到的载药纳米胶束，以使得上述岩藻多糖纳米载体能够在抗肿瘤药物的荷载中得到推广应用。
为了解决上述技术问题，实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种具有AIE效应和ROS响应能力的岩藻多糖纳米载体，所述纳米载体由至少两种两亲性嵌段共聚物组成，所述两亲性嵌段共聚物以岩藻多糖为主链，侧链含有硫缩酮或光敏剂中的至少一种，且至少一个两亲性嵌段共聚物侧链上接枝有芬顿反应催化剂。
在可选的实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物包括第一两亲性嵌段共聚物和第二两亲性嵌段共聚物；所述第一两亲性嵌段共聚物由主链岩藻多糖、芬顿反应催化剂、硫缩酮和光敏剂组成，所述芬顿反应催化剂和硫缩酮连接于岩藻多糖侧链上，所述光敏剂与硫缩酮相连。
优选地，所述芬顿反应催化剂包括咖啡酸，所述光敏剂包括四苯基乙烯。
所述第二两亲性嵌段共聚物由主链岩藻多糖、硫缩酮和载药促进剂组成，所述硫缩酮连接于岩藻多糖侧链上，所述载药促进剂与硫缩酮相连。
优选地，所述载药促进剂包括维生素E。
在可选的实施方式中，所述第一两亲性嵌段共聚物的制备方法包括，硫缩酮与四苯基乙烯反应得到第一单羧基端的取代产物，而后再经第一酯化反应连接于岩藻多糖侧链上，得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯，再经第二酯化反应，与岩藻多糖侧链上接枝咖啡酸，得到第一两亲性嵌段共聚物。
优选地，所述硫缩酮与四苯基乙烯反应前，先对硫缩酮进行活化。
优选地，所述活化方法包括，将硫缩酮溶解于四氢呋喃中，于避光、冰水浴条件下滴加草酰氯，而后于25℃静置活化。
优选地，所述硫缩酮和草酰氯的摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优。
优选地，所述硫缩酮与四苯基乙烯摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优。
在可选的实施方式中，所述第一酯化反应步骤包括，向EDCI/DMAP 反应体系中添加溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物，反应完成后，加入溶于甲酰胺的岩藻多糖，于35℃～45℃下，最优为35℃反应，而后，依次经透析、冻干得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯。
优选地，所述溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物的浓度为 0.1～0.15mmol/mL，0.125mmol/mL为最优。
优选地，所述EDCI/DMAP反应体系与所述溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物的摩尔比为1～2：1，1.5：1为最优。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖的浓度为10～30mg/mL，20mg/mL 为最优。
优选地，所述第一单羧基端的取代产物与岩藻多糖的摩尔比为1： 0.8～1.2。
在可选的实施方式中，所述第二酯化反应步骤包括，向EDC/HOBT反应体系中添加咖啡酸，经过3h后，加入溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯，反应完成后依次经透析、冻干得到第一两亲性嵌段共聚物。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯的浓度为 0.05～0.1mmol/mL，以0.05mmol/mL为最优。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯、咖啡酸和 EDC/HOBT催化剂的摩尔比为1：1～1.5：1.2，以1：1：1.2为最优。
在可选的实施方式中，所述第二两亲性嵌段共聚物的制备方法包括，硫缩酮与维生素E反应得到第二单羧基端的取代产物，而后再经第三酯化反应连接于岩藻多糖侧链上，得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-维生素E。
优选地，所述硫缩酮与维生素E反应前，先对硫缩酮进行活化。
优选地，所述活化方法包括，将硫缩酮溶解于四氢呋喃中，于避光、冰水浴条件下滴加草酰氯，而后于静置活化。
优选地，所述硫缩酮和草酰氯的摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优。
优选地，所述硫缩酮与维生素E的摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优。
在可选的实施方式中，所述第三酯化反应步骤包括，向EDCI/DMAP 反应体系中添加溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物，而后加入溶于甲酰胺的岩藻多糖，于35℃～45℃下，35℃为最优反应，反应完成后，依次经透析、冻干得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-维生素E。
优选地，所述溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物的浓度为0.1～0.15 mmol/mL，以0.1mmol/mL为最优。
优选地，所述EDCI/DMAP催化剂与所述溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物的摩尔比为1～2：1，以1.5：1为优。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖的浓度为10～30mg/mL，以20 mg/mL为优。
优选地，所述第二单羧基端的取代产物与岩藻多糖的摩尔比为1： 0.8～1.2。
第二方面，本发明提供前述实施方式任一项所述岩藻多糖纳米载体在药物荷载中的应用。
优选地，所述药物包括抗肿瘤药物。
优选地，所述抗肿瘤药物包括紫杉醇。
第三方面，本发明提供一种载药纳米胶束的制备方法，将前述实施方式任一项所述的岩藻多糖纳米载体与脂溶性药物分子溶于甲酰胺中，依次经透析、微孔膜过滤，得到载药纳米胶束。
优选地，所述脂溶性药物分子包括脂溶性抗肿瘤药物分子。
优选地，所述脂溶性抗肿瘤药物分子包括紫杉醇。
优选地，所述岩藻多糖纳米载体包括第一两亲性嵌段共聚物和第二两亲性嵌段共聚物。
优选地，所述第一两亲性嵌段共聚物、第二两亲性嵌段共聚物与脂溶性药物分子的质量比为7～9：1～3：1，以8：2：1为最优。
优选地，所述微孔膜过滤包括至少三次过滤，微孔膜孔径依次包括 800nm、450nm和220nm。
第四方面，本发明提供采用前述实施方式所述的制备方法得到的制备方法制备得到的载药纳米胶束，所述载药纳米胶束的平均粒径为 150.3±12.0nm，电位为-21.14±3.92mV，载药量为5.80±0.91％。
优选地，所述所述载药纳米胶束平均粒径为150.3nm，电位为 -21.14mV，载药量为5.80％。
本发明构建了基于芬顿反应与AIE效应的ROS响应海洋岩藻多糖纳米载体，该岩藻多糖纳米载体由至少两种两亲性嵌段共聚物组成，所述两亲性嵌段共聚物以岩藻多糖为主链，侧链含有硫缩酮或光敏剂中的至少一种，且至少一个两亲性嵌段共聚物侧链上接枝有芬顿反应催化剂，其中硫缩酮具有ROS响应特性，光敏剂具有光动力学功能，芬顿反应催化剂能够通过芬顿反应进一步促进ROS相应机制，当该岩藻多糖纳米载体用于荷载抗肿瘤药物时，能够使得抗肿瘤药物同时实现化学动力学、光动力学与化疗药物三者联合治疗肿瘤的功能，充分发挥了抗肿瘤药物的功能。
本发明还提供了利用上述海洋岩藻多糖纳米载体在制备载药纳米胶束中的应用，以及制备载药纳米胶束的方法，上述海洋岩藻多糖纳米载体包含的两亲性嵌段共聚物能够通过简单的自组装反应，自发地形成载药纳米胶束，制备方法简单，易于工业通过，且经过对载药后得到的载药纳米胶束进行表征，进一步验证了，本发明提供的纳米载体以及纳米载药胶束在抗肿瘤药物装载中具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式中提供的第一两亲性嵌段共聚物的分子结构式；
图2为本发明具体实施方式中提供的第二两亲性嵌段共聚物的分子结构式；
图3为本发明实施例1中步骤1.1提供的CA-FUC-tkTPE两亲性嵌段共聚物合成路线图；
图4为本发明实施例1中步骤1.2提供的FUC-tkVE两亲性嵌段共聚物合成路线图；
图5为本发明实施例1所得产物的核磁共振光谱检测结果；
图6为本发明实施例2得到的载药纳米胶束的zeta电位检测结果；
图7为本发明实施例2得到的载药纳米胶束的多分散指数检测结果；
图8为本发明实施例2得到的载药纳米胶束的透射电镜扫描结果；
图9为本发明实验例1中荷载紫杉醇的纳米胶束的体外药物释放结果；
图10为本发明实验例2中荷载紫杉醇的纳米胶束的荧光特性检测结果；
图11为本发明实验例3中细胞对CT/PTX胶束的摄取呈现出时间依赖性结果图；
图12为本发明实验例3中细胞对CT/PTX胶束的摄取呈现出浓度依赖性结果图；
图13为本发明实验例4中游离PTX与CT/PTX胶束作用于A549细胞的暗毒性结果图；
图14为本发明实验例4中游离PTX与CT/PTX胶束作用于A549细胞的光毒性结果图；
图15为本发明实验例5中裸鼠离体器官的荧光分布图；
图16为本发明实验例5中肿瘤图像；
图17为本发明实验例6中肿瘤实物图；
图18为本发明实验例6中肿瘤体积变化图；
图19为本发明实验例6中不同组别裸鼠体重变化图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一方面，本发明提供一种具有AIE效应和ROS响应能力的岩藻多糖纳米载体，所述纳米载体由至少两种两亲性嵌段共聚物组成，所述两亲性嵌段共聚物以岩藻多糖为主链，侧链含有硫缩酮或光敏剂中的至少一种，且至少一个两亲性嵌段共聚物侧链上接枝有芬顿反应催化剂。
在可选的实施方式中，所述两亲性嵌段共聚物包括第一两亲性嵌段共聚物和第二两亲性嵌段共聚物；所述第一两亲性嵌段共聚物由主链岩藻多糖、咖啡酸、硫缩酮和四苯基乙烯组成，所述咖啡酸和硫缩酮连接于岩藻多糖侧链上，所述四苯基乙烯与硫缩酮相连，如图1所示；所述第二两亲性嵌段共聚物由主链岩藻多糖、硫缩酮和维生素E组成，所述硫缩酮连接于岩藻多糖侧链上，所述维生素E与硫缩酮相连，如图2所示。
在某一具体实施方式中，所述第一两亲性嵌段共聚物的制备方法包括，采用化学方法将AIEgens与咖啡酸连接至海洋活性多糖岩藻多糖链上，形成两亲性的载体材料。其总体步骤为，首先以硫缩酮键作为连接臂，将光敏剂四苯基乙烯连接至岩藻多糖链上得到岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯聚合物，随后将咖啡酸连接至岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯聚合物链上形成第一两亲性嵌段共聚物(CA-FUC-tkTPE载体材料)。整个过程涉及羧基与羟基的酯化反应，若EDC/DMAP不能有效活化羧基，将会对羧基进行酰氯化后与羟基反应。
具体地，包括硫缩酮与四苯基乙烯(TPE-OH)反应得到第一单羧基端的取代产物，而后再经第一酯化反应连接于岩藻多糖侧链上，得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯，再经第二酯化反应，与岩藻多糖侧链上接枝咖啡酸，得到第一两亲性嵌段共聚物(CA-FUC-tkTPE载体材料)。
优选地，所述硫缩酮与四苯基乙烯反应前，先对硫缩酮进行活化。
优选地，所述活化方法包括，将硫缩酮溶解于四氢呋喃中，于避光、冰水浴条件下滴加草酰氯，而后于静置活化。
优选地，所述硫缩酮和草酰氯的摩尔比为1：1。
优选地，所述硫缩酮与TPE-OH摩尔比为1：1。
在可选的实施方式中，所述第一酯化反应步骤包括，向EDCI/DMAP 反应体系中添加溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物，经过2h后，加入溶于甲酰胺的岩藻多糖，于35℃下，反应完成后，依次经透析、冻干得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯。
优选地，所述溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物的浓度为0.125 mmol/mL。
优选地，所述EDCI/DMAP催化剂与所述溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物的摩尔比为1.5：1。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖的浓度为20mg/mL。
优选地，所述第一单羧基端的取代产物与岩藻多糖的摩尔比为1： 0.8～1.2。
在可选的实施方式中，所述第二酯化反应步骤包括，向EDC/HOBT反应体系中添加咖啡酸，经过3h后，加入溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯，搅拌，反应完成后依次经透析、冻干得到第一两亲性嵌段共聚物。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯的浓度为0.05 mmol/mL。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯、咖啡酸和 EDC/HOBT催化剂的摩尔比为1：1：1.2。
在某一具体实施方式中，所述第二两亲性嵌段共聚物的制备方法包括，采用酰氯活化硫缩酮一端羧基，使之与维生素E的酚羟基进行反应，反应结束后采用EDC/DMAP活化另一端羧基使之连接至岩藻多糖链上，形成第一两亲性嵌段共聚物(FUC-tkVE两亲性载体)。
具体地，包括硫缩酮与维生素E反应得到第二单羧基端的取代产物，而后再经第三酯化反应连接于岩藻多糖侧链上，得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-维生素E。
优选地，所述硫缩酮与维生素E反应前，先对硫缩酮进行活化。
优选地，所述活化方法包括，将硫缩酮溶解于四氢呋喃中，于避光、冰水浴条件下滴加草酰氯，而后于静置活化。
优选地，所述硫缩酮和草酰氯的摩尔比为1：1。
优选地，所述硫缩酮与维生素E的摩尔比为1：1。
在可选的实施方式中，所述第三酯化反应步骤包括，向EDCI/DMAP 反应体系中添加溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物，经过2h后，加入溶于甲酰胺的岩藻多糖，于35℃下，反应完成后，依次经透析、冻干得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-维生素E。
优选地，所述溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物的浓度为 0.1mmol/mL。
优选地，所述EDCI/DMAP催化剂与所述溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物的摩尔比为1.5：1。
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖的浓度为20mg/mL。
优选地，所述第二单羧基端的取代产物与岩藻多糖的摩尔比为0.8： 1～1.2：1。
第二方面，本发明提供前述实施方式任一项所述岩藻多糖纳米载体在药物荷载中的应用。
优选地，所述药物包括抗肿瘤药物。
优选地，所述抗肿瘤药物包括紫杉醇。
第三方面，本发明提供一种载药纳米胶束的制备方法，将前述实施方式任一项所述的岩藻多糖纳米载体与脂溶性药物分子溶于甲酰胺中，依次经透析、微孔膜过滤，得到载药纳米胶束。
优选地，所述脂溶性药物分子包括脂溶性抗肿瘤药物分子。
优选地，所述脂溶性抗肿瘤药物分子包括紫杉醇。
优选地，所述岩藻多糖纳米载体包括第一两亲性嵌段共聚物和第二两亲性嵌段共聚物。
优选地，所述第一两亲性嵌段共聚物、第二两亲性嵌段共聚物与脂溶性药物分子的质量比为7～9：1～3：1，以8：2：1为最优。
优选地，所述微孔膜过滤包括至少三次过滤，微孔膜孔径依次包括 800nm、450nm和220nm。
第四方面，本发明提供采用前述实施方式所述的制备方法得到的制备方法制备得到的载药纳米胶束，所述载药纳米胶束的平均粒径为 150.3±12.0nm，电位为-21.14±3.92mV，载药量为5.80±0.91。
优选地，所述载药纳米胶束平均粒径为150.3nm，电位为-21.14mV，载药量为5.80％。
本发明对上述得到的载药纳米胶束进行了具体的表征，所述载药纳米胶束体外释放实验表明载药纳米胶束对ROS敏感；体外荧光特性表明，载药纳米胶束敏感键断裂释放AIE分子，荧光强度升高；采用MTT法进行体外细胞培养评价，结果表明，本发明提供的载药纳米胶束对A549肺癌细胞增殖能力具有影响；体外细胞摄取实验表明，A549细胞对载药纳米胶束摄取具有浓度依赖性以及时间依赖性；裸鼠活体成像结果表明，载药纳米胶束具有肿瘤部位募集趋势，并能够很好的抑制荷瘤小鼠肿瘤的生长，延长裸鼠存活时间。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1CA-FUC-tkTPE及FUC-tkVE两亲性嵌段共聚物的制备
1.1 CA-FUC-tkTPE两亲性嵌段共聚物的制备
如图3所示的合成路线图，称量0.25mmol 3,3'-(丙烷-2,2-二基双(硫烷二基))二乙酸(硫缩酮键)至棕色圆底烧瓶中，四氢呋喃(THF)溶解,冰水浴条件下，将草酰氯滴加至反应瓶当中，室温活化3h。反应结束后，冰浴条件下将配置的含有适量三乙胺的1-(4-羟基苯)-1,2,2-三苯乙烯(TPE-OH) 的THF溶液滴加至反应瓶当中，55℃反应6h。所得产品经旋转蒸馏去除三乙胺然后用柱层析法纯化得到纯化的单羧端取代产物。用EDCI和DMAP 在甲酰胺中活化上述纯产物2h，然后加入溶解于6mL甲酰胺的岩藻多糖溶液，在35℃下搅拌48h，反应完成后，用透析袋(MWCO 2000Da)对溶液进行透析12h，并冻干，得到岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯(FUC-tkTPE) 粉末。取0.25mmol咖啡酸至棕色圆底烧瓶中，加入EDC与HOBT活化羧基，结束后加入将FUC-tkTPE的甲酰胺溶液，室温搅拌反应48h，反应结束后透析并冻干，得到CA-FUC-tkTPE粉末。
1.2 FUC-tkVE两亲性嵌段共聚物的制备
如图4所示合成路线图，称量0.25mmol硫缩酮键至棕色圆底烧瓶中，四氢呋喃(THF)溶解，冰水浴条件下，将草酰氯滴加至反应瓶当中，室温活化3h。反应结束后，冰浴条件下将配置的含有适量三乙胺的维生素E的 THF溶液滴加至反应瓶当中，55℃反应6h。所得产品经旋转蒸馏去除三乙胺然后用柱层析法纯化得到纯化的单羧端取代产物。用EDCI和DMAP 在甲酰胺中活化上述纯产物2h，然后加入溶解于6mL甲酰胺的岩藻多糖溶液，在35℃下搅拌36h，反应完成后，用透析袋(MWCO 2000Da)对溶液进行透析12h，并冻干，得FUC-tkVE粉末。
采用核磁共振光谱法(1H-NMR)测定各个反应产物的结构，分别取适量聚合物粉末溶解于氘代试剂中，采用核磁共振仪进行样品结构的确证。如图5所示，与岩藻多糖与TPE-OH的1H-NMR谱相比较，CA-FUC-tkTPE 的1H-NMR谱化学位移6.5～7.1处有TPE-O-芳香氢原子特征峰，化学位移 7.4处出现新的质子峰为咖啡酸的特征峰，表明CA-FUC-tkTPE载体材料成功合成。FUC-tkVE的1H-NMR谱δ1.5-2.0为维生素E上的质子峰。δ8.2为维生素E芳环上的质子峰，表明维生素E成功接至岩藻多糖链上。
采用核磁共振光谱法(1H-NMR)测定各个反应产物的结构，分别取适量聚合物粉末溶解于氘代试剂中，采用核磁共振仪进行样品结构的确证。如图5所示，与岩藻多糖和TPE-OH的1H-NMR谱相比较，CA-FUC-tkTPE 的1H-NMR谱化学位移6.5-7.1处有TPE-O-芳香氢原子特征峰，化学位移 7.4处出现新的质子峰为咖啡酸的特征峰，表明CA-FUC-tkTPE载体材料成功合成。FUC-tkVE的1H-NMR谱δ1.5-2.0为维生素E上的质子峰。δ8.2为维生素E芳环上的质子峰，表明维生素E成功接至岩藻多糖链上。
实施例2荷载紫杉醇的纳米胶束的制备
采用实施例1得到的产物，称量8mg CA-FUC-tkTPE以及2mg FUC-tkVE混合溶于4mL甲酰胺中为溶液A，将1mg/mL PTX的甲酰胺溶液以及1mL FeCl2·4H2O的水溶液(1mg/mL)缓慢先后滴加至滴加至溶液A当中，搅拌混匀的溶液B。用透析袋(MWCO 2000Da)对溶液B进行透析10h，每2h换一次水，换水量为1000mL。透析结束后，依次过800 nm、450nm和220nm微孔膜过滤，即得CT/PTX。在Delsa Nano C(Beckman Coulter Inc.)粒径分析仪上进行了动态光散射(DLS)测量，以观察颗粒粒径大小、zeta电位(如图6所示)和多分散指数(PI，如图7所示)，通过透射电子显微镜(TEM)观察CT/PTX的形态(如图8)，结果如图6～8所示，CT/PTX呈现球形和类球形，分布比较均一，粒径约为150.3nm，电位约为-21.14mV。并采用高效液相色谱法测定纳米颗粒的载药量，结果测得， CT/PTX载PTX量为5.80％。
实验例1实施例2得到的荷载紫杉醇的纳米胶束的体外药物释放实验
以空白和分别加入0.1mmol/L、1.0mmol/L以及10mmol/L H2O2的 PBS 7.4缓冲液作为释放介质，将各组1mL胶束样品转入透析袋中(MWCO 2kDa)，透析袋置于47.0mL释放介质并密封，于37℃下震荡，在0.5h、1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、36h、48h、60h的时间点，收集1.0mL释放溶液，并随后添加1.0mL相同类型的新鲜释放液，使其体积保持不变。采用高效液相色谱法测定所收集的释放介质中PTX的浓度。
结果如图9所示，由于CT/PTX的核壳结构较紧实，不含H2O2的PBS 7.4缓冲液中释放缓慢，24h内仅释放21.49％，而在含0.1mmol/L H2O2的 PBS 7.4缓冲液中释放了36.45％，随着H2O2浓度增加到10mmol/L，释放量也增加到63.42％，进一步证明了CT/PTX良好的ROS响应性。
实验例2实施例2得到的荷载紫杉醇的纳米胶束的荧光特性检测
将CT/PTX与不同浓度的H2O2(0mmol/L、0.1mmol/L、1mmol/L、 10mmol/L)共孵育不同时间(5min、15min、30min、45min、60min、 120min、180min)，观察荧光谱图变化。如图10所示，结果表明，随着 H2O2浓度的增加(如A所示)和时间的推移(如B所示)，CT/PTX在455nm 处的荧光强度逐渐增强，表明AIE聚集体在溶液中形成。
实验例3实施例2得到的荷载紫杉醇的纳米胶束的体外细胞摄取实验
取繁殖状态良好的A549细胞于24孔板上，培养24h后加入含不同浓度的CT/PTX胶束的新鲜培养基溶液，接枝的TPE-OH(TPE-O-)的浓度为 5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL、30μg/mL，在细胞生长所需的环境中培养 2h后，弃除各孔内的含药培养液并用PBS清洗终止药物摄取，用倒置荧光显微镜观察细胞的摄取情况。此外，取繁殖状态良好的A549细胞于24 孔板上，培养24h后加入含CT/PTX胶束的新鲜培养基溶液(TPE-O-的浓度为20μg/mL)，在细胞生长所需的环境中培养不同时间后(1h、2h、3h)，弃除各孔内的含药培养液并用PBS清洗终止药物摄取，用倒置荧光显微镜观察细胞的摄取情况。
结果如图11所示，游离TPE-OH以及CT/PTX胶束在细胞中的荧光强度均随着时间的增加而呈现明显增强的趋势，由此说明细胞对药物的摄取呈现出时间依赖性的特点。
本发明考察了A549细胞对于纳米药物摄取的浓度依赖性效果，如图 12所示，在不同的给药浓度中，A549细胞对CT/PTX胶束的摄取显示出浓度依赖性。
实验例4实施例2得到的荷载紫杉醇的纳米胶束的体外毒性实验
采用MTT法对荷载紫杉醇的纳米胶束的细胞毒性进行实验分析。将对数生长期且细胞状态良好的A549细胞接种于96孔板中，于培养箱中培养 24h,待细胞形态较好时，弃除原来的培养液，加入等体积含药培养液(PTX 浓度为：1μg/mL、5μg/mL、10μg/mL、20μg/mL)，不同浓度下设置3个平行孔，并以只含有细胞培养液的孔作为空白组，以含有细胞和细胞培养液的孔作为对照组。将96孔板处理后，放置在细胞培养环境中孵育3h使药物吸收完全，白光照射5min后(60mW·cm-2)，在细胞培养箱中继续培养24h检测光毒性影响情况。另外接种一个96孔板，按照相同的实验过程，并在给药后不进行光照射实验，以此来检测无光时对细胞的毒性情况。将光毒性实验结果与暗毒性实验结果进行对比，更直观地观察出CT/PTX 对A549细胞的毒性。结果如图13所示，无光照条件下，CT/PTX组细胞较游离药展现优越的细胞抑制作用，是因为咖啡酸-Fe2+作为芬顿催化剂能够产生具有细胞毒性的活性氧。如图14所示，光照条件下游离药PTX对细胞的作用较无光照条件无明显差异。随着给药浓度的增加，CT/PTX组细胞在光照条件下细胞存活率较无光照条件下降幅度大，且对肿瘤的杀伤作用优于游离药PTX。实验证明，CT/PTX具有光敏性，在光照下能产生较强的细胞毒性。
实验例5荷瘤裸鼠活体成像实验
DiR染料具有特殊的紫外吸收波长，适用于近红外光成像，将DiR染料包载至载体材料中，克服游离染料的亲脂性的同时可以间接反映出载药材料在机体内的分布情况。随机将荷瘤裸鼠分为三组：游离DiR组和 CT/DiR胶束组，每组分别设置平行对照。取接种有A549细胞裸鼠，分别静脉注射0.2mL 的游离染料或者包载染料的胶束(CT/DiR)，选取给药的检测时间点(2h、4h、8h、12h、24h)，用麻醉剂水合氯醛对荷瘤裸鼠进行全麻，麻醉剂起效后用红外线成像来跟踪记录药物的荧光分布，并于给药后8h处死部分裸鼠，按顺序剥离出肝、肾、脾、肺、心以及肿瘤组织，同样对裸鼠离体的器官和组织进行红外线成像，最终对图像进行处理和分析。实验结果如图15、16所示，纳米粒子在肿瘤部位蓄积较多，能够到达肿瘤部位以便发挥疗效。
实验例6药效学实验
按照实施例5所述的实验方法设置裸鼠，待接种有A549细胞的裸鼠的肿瘤体积达到80～100mm3时，随机分为四组(生理盐水、游离PTX、胶束光照组CT/PTX(+)、胶束无光照组CT/PTX(-))。
按照分组情况尾静脉注射药物，光照组在给药24h后给予光照30min，每隔一天监控肿瘤体积和模型裸鼠的体重。以肿瘤体积的变化来评价药物的疗效，以裸鼠的体重来评价用药的安全性。
如图17、18所示，生理盐水组肿瘤体积呈现明显的较快的增长,胶束光照组CT/PTX(+)和胶束无光照组CT/PTX(-)肿瘤具有明显的生长抑制作用，其中胶束光照组CT/PTX(+)抑瘤效果最好。如图19所示，各组的裸鼠体重变化不明显，药物制剂在发挥抑制肿瘤治疗作用的同时，对于机体的毒副反应较小且生物相容性好。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具有AIE效应和ROS响应能力的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述纳米载体由至少两种两亲性嵌段共聚物组成，所述两亲性嵌段共聚物以岩藻多糖为主链，侧链含有硫缩酮或光敏剂中的至少一种，且至少一个两亲性嵌段共聚物侧链上接枝有芬顿反应催化剂。
2.根据权利要求1所述的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述纳米载体包括第一两亲性嵌段共聚物和第二两亲性嵌段共聚物；
所述第一两亲性嵌段共聚物由主链岩藻多糖、芬顿反应催化剂、硫缩酮和光敏剂组成，所述芬顿反应催化剂和硫缩酮连接于岩藻多糖侧链上，所述光敏剂与硫缩酮相连；
优选地，所述芬顿反应催化剂包括咖啡酸，所述光敏剂包括四苯基乙烯；
所述第二两亲性嵌段共聚物由主链岩藻多糖、硫缩酮和载药促进剂组成，所述硫缩酮连接于岩藻多糖侧链上，所述载药促进剂与硫缩酮相连；
优选地，所述载药促进剂包括维生素E。
3.根据权利要求2所述的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述第一两亲性嵌段共聚物的制备方法包括，硫缩酮与四苯基乙烯反应得到第一单羧基端的取代产物，而后再经第一酯化反应连接于岩藻多糖侧链上，得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯，再经第二酯化反应，与岩藻多糖侧链上接枝咖啡酸，得到第一两亲性嵌段共聚物；
优选地，所述硫缩酮与四苯基乙烯反应前，先对硫缩酮进行活化；
优选地，所述活化的方法包括，将硫缩酮溶解于四氢呋喃中，于避光、冰水浴条件下滴加草酰氯，而后于25℃～37℃静置活化；
优选地，所述硫缩酮和草酰氯的摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优；
优选地，所述硫缩酮与四苯基乙烯摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优。
4.根据权利要求3所述的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述第一酯化反应的步骤包括，向EDCI/DMAP反应体系中添加溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物，反应完成后，加入溶于甲酰胺的岩藻多糖，于35℃～45℃下，最优为35℃反应，而后，依次经透析、冻干得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯；
优选地，所述溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物的浓度为0.1～0.15mmol/mL，0.125mmol/mL为最优；
优选地，所述EDCI/DMAP催化剂与所述溶于甲酰胺的第一单羧基端的取代产物的摩尔比为1～2：1，1.5：1为最优；
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖的浓度为10～30mg/mL，20mg/mL为最优；
优选地，所述第一单羧基端的取代产物与岩藻多糖的摩尔比为1：0.8～1.2。
5.根据权利要求3所述的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述第二酯化反应的步骤包括，向EDC/HOBT反应体系中添加咖啡酸，而后加入溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯，反应完成后依次经透析、冻干得到第一两亲性嵌段共聚物；
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯的浓度为0.05～0.1mmol/mL，以0.05mmol/mL为最优；
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖-硫缩酮-四苯基乙烯、咖啡酸和EDC/HOBT催化剂的摩尔比为1：1～1.5：1.2，以1：1：1.2为最优。
6.根据权利要求2所述的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述第二两亲性嵌段共聚物的制备方法包括，硫缩酮与维生素E反应得到第二单羧基端的取代产物，而后再经第三酯化反应连接于岩藻多糖侧链上，得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-维生素E；
优选地，所述硫缩酮与维生素E反应前，先对硫缩酮进行活化；
优选地，所述活化的方法包括，将硫缩酮溶解于四氢呋喃中，于避光、冰水浴条件下滴加草酰氯，而后于静置活化；
优选地，所述硫缩酮和草酰氯的摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优；
优选地，所述硫缩酮与维生素E的摩尔比为0.8～1.2：1，以1：1为最优。
7.根据权利要求6所述的岩藻多糖纳米载体，其特征在于，所述第三酯化反应的步骤包括，向EDCI/DMAP反应体系中添加溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物，而后加入溶于甲酰胺的岩藻多糖，于35℃～45℃下，35℃为最优反应，反应完成后，依次经透析、冻干得到化合物岩藻多糖-硫缩酮-维生素E；
优选地，所述溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物的浓度为0.1～0.15mmol/mL，以0.1mmol/mL为最优；
优选地，所述EDCI/DMAP催化剂与所述溶于甲酰胺的第二单羧基端的取代产物的摩尔比为1～2：1，以1.5：1为优；
优选地，所述溶于甲酰胺的岩藻多糖的浓度为10～30mg/mL，以20mg/mL为优；
优选地，所述第二单羧基端的取代产物与岩藻多糖的摩尔比为1：0.8～1.2。
8.权利要求1～7任一项所述岩藻多糖纳米载体在药物荷载中的应用；
优选地，所述药物包括抗肿瘤药物；
优选地，所述抗肿瘤药物包括紫杉醇。
9.一种载药纳米胶束的制备方法，其特征在于，将权利要求1～7任一项所述的岩藻多糖纳米载体与脂溶性药物分子溶于甲酰胺中，依次经透析、微孔膜过滤，得到载药纳米胶束；
优选地，所述脂溶性药物分子包括脂溶性抗肿瘤药物分子；
优选地，所述脂溶性抗肿瘤药物分子包括紫杉醇；
优选地，所述岩藻多糖纳米载体包括第一两亲性嵌段共聚物和第二两亲性嵌段共聚物；
优选地，所述第一两亲性嵌段共聚物、第二两亲性嵌段共聚物与脂溶性药物分子的质量比为7～9：1～3：1，以8：2：1为最优；
优选地，所述微孔膜过滤包括至少三次过滤，微孔膜孔径依次包括800nm、450nm和220nm。
10.采用权利要求9所述的制备方法得到的制备方法制备得到的载药纳米胶束，其特征在于，所述载药纳米胶束的平均粒径150.3±12.0nm，电位为-21.14±3.92mV，载药量为5.80±0.91％；
优选地，所述载药纳米胶束的平均粒径为150.3nm，电位为-21.14mV，载药量为5.80％。
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