CN114225029A - 一种声敏响应的纳米颗粒及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声敏响应的纳米颗粒及其应用,其粒径250nm左右,大小均一、稳定性良好;在给予超声刺激后,能显著引起神经胶质瘤细胞的毒性,且能在细胞内被观察到有绿色荧光,具有优良的声敏特性,能有效诱导细胞的死亡;在超声空化作用下,可以有效释放肿瘤相关抗原,并且抗原被观察到能成功被未成熟的树突状细胞摄取处理并有效促进树突状细胞的成熟,这有利于后续诱导免疫应答的产生。本发明可以为神经胶质瘤的有效治疗提供新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及纳米药物技术领域,具体地,涉及一种声敏响应的纳米颗粒及其应用。
背景技术
大脑为神经系统最高级部分,主导机体内一切活动过程,具有包括信息处理,感知,运动控制,觉醒,平衡,动机,以及学习和记忆等功能。恶性脑肿瘤是指生长于颅内的肿瘤通称为脑瘤,包括由脑实质发生的原发性脑瘤和由身体其他部位转移至颅内的继发性脑瘤,其预后差,通常会使患者治后不愈,留下后遗症的,并且存活率极低。目前,脑肿瘤的治疗方法包括手术切除、放疗、和化疗及复合疗法。这些方法可以一定程度上延长患者的生存时间。大脑解剖和成像技术的进步也为脑肿瘤的早期检测、诊断测试、手术计划以及术后评估起了至关重要的作用。尽管在脑肿瘤的诊断和治疗方法上已经付出了极大的努力,但是恶性脑肿瘤的治愈仍然是一大挑战。其主要原因有①大脑结构的复杂性。②脑肿瘤的多样化和侵入性。③无法辨别恶性肿瘤边缘和肿瘤的扩散性。④药物治疗上的经验积累不足。⑤化疗产生耐药性。
不同于其他组织,脑部组织有血脑屏障(Blood-Brain Barrier,BBB)保护。血脑屏障可以阻止内生的有害物质和外来物质随血液流入,但同时这也成为脑肿瘤治疗的主要限制因素。血脑屏障是由内皮细胞之间的细胞,基底膜,以及星形胶质细胞脚紧密连接。正常脑毛细血管作为一个连续的脂质层,并表现出选择渗透性的基础上分子的溶解度和大小。脑血管内皮细胞内小泡吞饮缺乏引起损害细胞转运,导致血脑屏障的进一步选择性。此外,ATP结合转运体如P-糖蛋白作为一种外排泵,能排出内源性底物和外源性化学物质以保持脑内环境的稳定,但同时也限制了治疗性药物在脑内的浓度,从而使治疗效果减弱。因此,只有血液中小分子的亲脂性物质,电中性分子以及一些分子量在400~600的营养素可以被动扩散到脑部。血脑屏障阻止有害的内源性和外源性血液中的分子的功能也成为抗脑肿瘤治疗的主要限制因素。
声动力疗法是一种使用超声穿透组织且定向激发组织内声敏剂药物的新型治疗方法,有望为目前人类中枢神经系统疾病治疗带来新突破。由于声敏剂能在生物体内肿瘤组织中表现出特异性富集现象,声动力治疗相比于普通超声照射有更好的治疗效果。在超声以及声敏剂同时作用时,照射深度更深,声敏剂能深入肿瘤靶区治疗,同时,超声“空化”效应产生的活性氧也增强了对肿瘤细胞的杀伤效果。由于血脑屏障的存在,声敏剂自身很难进入脑肿瘤部位,但在超声的作用下,血脑屏障能无创可逆地瞬时开放,将药物递送入脑。
肿瘤免疫治疗是一种通过重启并维持肿瘤-免疫循环,以达到控制与清除肿瘤的治疗方法,具有非定向性、低毒性、持续性等特点。2013年12月,肿瘤免疫治疗被Science杂志评为当年全球十大科学研究突破之首;2018年,肿瘤免疫治疗获诺贝尔生理或医学奖。在中枢神经系统发现淋巴管以来,免疫治疗成为脑肿瘤治疗中很有前景的方法。当前针对神经胶质瘤的免疫治疗途径主要有免疫检查点封锁、细胞因子治疗、树突状细胞(DC)疫苗、CAR-T细胞治疗和TAMs治疗等。
纳米颗粒作为治疗载体的优势主要有改善药物循环、靶向给药、控制药物释放、较高的载药能力以及能同时装载多种药物。基于以上这些优点,纳米载药系统在神经胶质瘤的临床治疗上有重要的影响。
纳米粒有光,热,电或磁的特性,可以用于成像,或治疗用途。如金纳米粒有高密度和延展系数,因此可以作为对比剂的CT应用,一场成像和光声成像。此外,金纳米棒或纳米球壳形状,由于表面等离子体共振,能量转换,他们可以强吸收纳米粒范围内的红外光谱。如铁的氧化物磁纳米粒纳是一个为基础的无机物为基础广泛调查的系统。磁纳米粒可作为对比剂可以产生低信号区在T2加权图像。如磁性纳米粒可以是热或机械力产生的磁场下的交流是在摧毁脑肿瘤细胞。比较传统的荧光量子点是由半导体材料,或用可调探测与一发射光谱窄量子阱具有优良的耐光性。他们被用来作为荧光探针,可以稳定脑肿瘤的诊断在分子水平。
然而,具有超声敏感性的纳米颗粒,因为使用了一种超声穿透组织且定向激发组织内声敏剂药物的新型治疗方法,有望为目前人类中枢神经系统疾病治疗带来新突破。由于声敏剂能在生物体内肿瘤组织中表现出特异性富集现象,声动力治疗相比于普通超声照射有更好的治疗效果。另外,有研究表明,在超声以及声敏剂同时作用时,照射深度更深,声敏剂能深入肿瘤靶区治疗,同时,超声“空化”效应产生的活性氧也增强了对肿瘤细胞的杀伤效果。由于血脑屏障的存在,声敏剂自身很难进入脑肿瘤部位,但在超声的作用下,血脑屏障能无创可逆地瞬时开放,将药物递送入脑。
胶质瘤是由肿瘤细胞和非肿瘤细胞组成的复杂结构,每一个单独的细胞都影响着癌症的形成、进展和治疗反应。肿瘤相关的巨噬细胞和小胶质细胞(TAMs)被发现是肿瘤微环境中主要的肿瘤促进免疫细胞。因此,调节和重塑肿瘤相关巨噬细胞和小胶质细胞在GBM中被认为是一种有前途的抗肿瘤策略。有研究发现,新鲜提取的未浸润的正常中枢神经系统的成年小胶质细胞与活化的Th1上清液孵育可诱导TNF-αmRNA的产生,而TNF是一种能够直接杀伤肿瘤细胞而对正常细胞无明显毒性的细胞因子。
树突状细胞(DC)是机体内功能最强的专职抗原递呈细胞(APC),它能高效地摄取、加工处理和递呈抗原,成熟的DC细胞能有效激活初始T细胞。DC细胞在肿瘤微环境中发挥着关键作用,成熟、活跃的树突状细胞进入到肿瘤细胞中,促进免疫激活效应。然而,肿瘤细胞存在着抑制DCs功能或改变肿瘤微环境的手段,使DC细胞的免疫效应受到抑制。有研究发现,DC细胞能识别肿瘤裂解液并发挥有效的抗原呈递作用。未成熟的DC细胞在肿瘤裂解物的作用下被激活并促进成熟,表达出MHC-I,再诱导CTL细胞的活化,从而杀死胶质瘤细胞。因此,如何有效靶向DC细胞并激活免疫应答成为一个重要的研究方向。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足,提供一种声敏响应的纳米颗粒及其应用。
本发明的第一个目的是提供一种声敏响应的纳米颗粒的制备方法。
本发明的第二个目的是提供所述制备方法制备得到的纳米颗粒。
本发明的第三个目的是提供所述纳米颗粒在制备通过血脑通脑屏障的药物中的应用。
本发明的第四个目的是提供所述纳米颗粒在制备防治脑肿瘤药物中的应用。
本发明的第五个目的是提供所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内激活免疫反应和/增强免疫刺激活性的药物中的应用。
本发明的第六个目的是提供所述纳米颗粒在制备靶向大脑血脑屏障内树突状细胞的药物中的应用。
本发明的第七个目的是提供所述纳米颗粒在制备促进大脑血脑屏障内树突状细胞成熟的药物中的应用。
本发明的第八个目的是提供所述纳米颗粒在制备提高大脑血脑屏障内肿瘤相关抗原药物中的应用。
本发明的第九个目的是提供所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内声敏响应药物中的应用。
为了实现上述目的,本发明是通过以下方案予以实现的:
本发明制备了一种新型纳米材料(HA-P(IC)/COS-PpIX),通过超声作用,可以突破血脑屏障,将HA-P(IC)/COS-PpIX无创递送入脑,响应原位神经胶质瘤微环境透明质酸酶的作用,释放出佐剂与声敏剂,超声下发生了“空泡”效应,触发免疫原性细胞死亡,肿瘤抗原与佐剂原位产生了疫苗效应。此外,声动力作用下产生的ROS可以进一步诱导细胞死亡,二者协同增强了抗神经胶质瘤的应答。
其中,壳寡糖(COS)是平均分子量(MW)<10,000Da的壳寡糖,可在水中自组装。作为一种改性天然碳水化合物聚合物,COS有良好的水溶性、良好的生物相容性、生物降解性和高的化学反应活性,以及粘接、渗透增强、假塑性和粘弹性等特性。当环境pH值由中性或碱性变为酸性时,COS的表面电荷会因其氨基的质子化由中性变为正电荷。
原卟啉(PpIX)(声敏剂)是一种卟啉衍生物,声敏剂可选择性聚集于肿瘤组织,未经超声波激活时无细胞毒性,当超声波照射后,声敏剂被激活,造成肿瘤细胞损伤及其死亡。SDT处理可显著降低细胞内硫醇水平,通过打乱胞内氧化-还原平衡机制诱导大量ROS的积累。声敏剂存在情况下,一方面极大的降低了单独超声诱导产生ROS的超声强度阈值,另一方面显著提高了细胞内ROS水平,肿瘤细胞的高代谢活性使其对声敏剂的吸收高于正常细胞十倍之上。
透明质酸(HA)具有良好的生物相容性,它是由双糖重复单元组成的生物高聚物。HA是一种广泛存在于体内的糖胺多糖,也是细胞外基质的主要成分之一,其对细胞表面特异性标志受体(如糖蛋白CD44和在肿瘤表面过度表达的RHAMM受体)有强亲和力。由于肿瘤细胞表现出对HA的黏附和吸收,故HA作为靶向多糖基团应用于功能化修饰纳米载体,形成具有肿瘤靶向性的药物递送系统。
聚肌胞苷酸(Poly(I:C))是一种合成dsRNA,可激活先天免疫和适应性免疫元素,当与抗原适当结合时,它可以被用作病原体相关分子模式(PAMP)佐剂,从而调节和优化抗原特异性免疫反应。Poly(I:C)可以通过TLR3和RLR信号通路诱导强的干扰素应答,促进细胞因子、趋化因子和共刺激因子的表达,诱导蛋白激酶R(PKR)、2′,5-寡腺苷酸合成酶(2,5-oas)和其他依赖dsrna的系统的激活。其中TLR3在多种细胞和组织类型中都有表达,包括上皮细胞、肌肉细胞、某些肿瘤和APCs。
具体地:(1)为了检测新型纳米材料的声敏响应性能,以GL261鼠源神经胶质瘤细胞作为体外细胞模型的对象,验证其超声响应后对胶质瘤细胞的杀伤作用;(2)通过MTT细胞毒性检测、活性氧ROS水平等检测方法,显示该纳米材料能够有效发挥原卟啉作为声敏剂的优势;(3)在没有超声情况下,COS-PpIX在5μM浓度内表现出可忽略不计的细胞毒性,当浓度增加到6μM时,细胞活力有些许下降,但也保持在80%左右,而施加了超声作用后,COS-PpIX仅在2μM浓度时,细胞活力就下降到80%,浓度达到6μM时,细胞活力为40%,表明COS-PpIX在体外有很好的的声动力治疗效果;(4)活性氧ROS水平检测结果也显示带有声敏剂的COS-PpIX、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX在超声处理下,可以观察到明显的绿色荧光,而在不超声处理下,这三组处理与空白组没有显著性差别;(5)在细胞层面,验证了响应超声“空化”效应的材料能产生的活性氧进而增强了对肿瘤细胞的杀伤效果,将GL261细胞与COS-PpIX、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX材料共孵育后进行超声处理,表明带有声敏剂的COS-PpIX、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX在超声处理下,可以产生较多的活性氧,有利于细胞杀伤;(6)采用共聚焦显微镜观察与流式细胞术检测细胞摄取和诱导成熟,结果表明超声作用得到的肿瘤相关抗原,可以被不成熟的BMDC细胞摄取,并且HA-P(IC)/COS-PpIX比其他材料可诱导显著更高的CD80和MHC-II分子,可以作为一种有效的基于佐剂的抗原递送系统,效靶向DC,促进DC成熟,激活免疫应答。
因而,本发明构建的HA-P(IC)/COS-PpIX纳米材料不仅具有良好的声敏性能和体外杀伤肿瘤细胞能力,还能有效靶向DC细胞,促进DC的成熟,激活免疫应答的效果。本发明可以为神经胶质瘤的有效治疗提供新的途径。
因此本发明要求保护以下内容:
一种声敏响应的纳米颗粒的制备方法,包括以下步骤:
S1.以二甲基亚砜为溶剂壳寡糖与原卟啉反应,得到共价连接物COS-PpIX;
S2.利用共价连接物COS-PpIX,自组装制备成COS-PpIX胶束;
S3.通过静电吸附作用,将聚肌胞苷酸修饰在COS-PpIX胶束表面,得到P(IC)/COS-PpIX;
S4.将氧化透明质酸和P(IC)/COS-PpIX进行交联,得到HA-P(IC)/COS-PpIX。
优选地,所述氧化透明质酸的制备方法为,透明质酸通过高碘酸钠,氧化生成氧化透明质酸OHA。
更优选地,所述氧化透明质酸的制备方法为,透明质酸与高碘酸钠充分反应,然后乙二醇淬灭没有反应的高碘酸钠。
更优选地,所述透明质酸为低酶切寡聚透明质酸钠,分子量为5000~10000。
更优选地,高碘酸钠水溶液滴加至透明质酸溶液中,充分反应后,与乙二醇混合,充分反应后,去离子水透析(Mw=8000~14000),冻干收集产物。
优选地,步骤S1中,壳寡糖与原卟啉的质量比为2~5:0.5~1.5。
更优选地,步骤S1中,壳寡糖与原卟啉的质量比为3:1。
优选地,步骤S1中,二甲基亚砜为溶剂壳寡糖与原卟啉反应中,反应体系中还含有4-二甲氨基吡啶、N-羟基丁二酰亚胺、和/或1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺。
更优选地,壳寡糖、4-二甲氨基吡啶、N-羟基丁二酰亚胺、和/或1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺的用量的质量比2~4:1~3:3~5:3~5。
进一步更优选地,壳寡糖、4-二甲氨基吡啶、N-羟基丁二酰亚胺、和/或1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺的用量的质量比3:2:4:4。
优选地,步骤S1中,室温反应。
优选地,步骤S2中,利用共价连接物COS-PpIX,采用溶剂挥发法自组装成COS-PpIX胶束。
更优选地,步骤S2中,共价连接物COS-PpIX的四氢呋喃溶液与水充分混合,蒸发溶剂。
进一步优选地,共价连接物COS-PpIX的四氢呋喃溶液逐滴加入水中。
优选地,步骤S3中,COS-PpIX胶束与聚肌胞苷酸充分反应。
更优选地,步骤S3中,COS-PpIX胶束与聚肌胞苷酸的质量比为80~120:0.5~2。
进一步优选地,步骤S3中,COS-PpIX胶束与聚肌胞苷酸的质量比为100:1
更优选地,步骤S3中,所述充分反应为:避光4~25℃下搅拌1~4h。
进一步优选地,步骤S3中,所述充分反应为:避光4℃下搅拌2h。
优选地,步骤S4中,通过席夫碱反应,将氧化透明质酸和P(IC)/COS-PpIX进行交联。
更优选地,步骤S4中,氧化透明质酸和P(IC)/COS-PpIX的质量比为1~3:1~2。
优选地,步骤S4中,氧化透明质酸和P(IC)/COS-PpIX的质量比为1:1。
所述的制备方法制备得到的声敏响应的纳米颗粒,也属于本发明的保护范围。
进一步,本发明还要求保护以下内容:
所述纳米颗粒在制备通过血脑通脑屏障的药物中的应用。
所述纳米颗粒在制备防治脑肿瘤药物中的应用。
优选地,所述脑肿瘤为神经胶质瘤。
所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内激活免疫反应和/增强免疫刺激活性的药物中的应用。
所述纳米颗粒在制备靶向大脑血脑屏障内树突状细胞的药物中的应用。
所述纳米颗粒在制备促进大脑血脑屏障内树突状细胞成熟的药物中的应用。
所述纳米颗粒在制备提高大脑血脑屏障内肿瘤相关抗原药物中的应用。
优选地,所述脑肿瘤为神经胶质瘤。
优选地,所述药物为大脑血脑屏障内声敏响应药物。
所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内声敏响应药物中的应用。
优选地,所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内声敏响应治疗脑肿瘤药物中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明合成了超声纳米材料HA-P(IC)/COS-PpIX,并进行粒径电位等检测到胶束粒径250nm左右,大小均一、稳定性良好;在体外实验中,检测材料的超声响应性能,发现在给予超声刺激后,COS-PpIX能显著引起神经胶质瘤细胞的毒性,检测给药作用后细胞内活性氧的情况,结果表明含有声敏剂的COS-PpIX、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX均能在细胞内被观察到有绿色荧光,说明该超声纳米材料具有优良的声敏特性,能有效诱导细胞的死亡;.体外获取制备了未成熟的树突状细胞,该超声纳米材料HA-P(IC)/COS-PpIX在超声空化作用下,可以有效释放肿瘤相关抗原,并且抗原被观察到能成功被未成熟的树突状细胞摄取处理并有效促进树突状细胞的成熟,这有利于后续诱导免疫应答的产生。
附图说明
图1为超声响应纳米材料HA-P(IC)/COS-PpIX的合成示意图。
图2为COS-PpIX的紫外-可见光光谱图。
图3为纳米材料的粒径表征;a图:COS-PpIX;b图:P(IC)/COS-PpIX;c图:HA-P(IC)/COS-PpIX。
图4为不同纳米材料的Zeta电位图。
图5为COS-PpIX临界胶束浓度的检测。
图6为佐剂P(IC)的电泳图。
图7为不同浓度COS-PpIX在有无超声条件下对GL261细胞的毒性检测图。
图8为激光共聚焦图像和流式细胞术评估GL261细胞对游离PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX材料的细胞摄取。
图9为不同材料在有无超声条件下作用于GL261细胞产生的活性氧荧光图。
图10为未成熟树突状细胞对超声响应下释放的肿瘤抗原的摄取共聚焦图。
图11为流式细胞仪分析各组材料刺激后CD80+MHC-II+CD11c+的细胞百分比图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述,所述实施例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明,均为常规方法;所使用的材料、试剂等,如无特殊说明,为可从商业途径得到的试剂和材料。
(1)细胞株
鼠源神经胶质瘤细胞(GL261细胞系)由南方医科大学药学院提供,经本实验室传代培养。
(2)主要试剂
壳寡糖(COS),原卟啉(PpIX)购自麦克林试剂公司;透明质酸(HA)购自福瑞达公司;胰酶、高糖DMEM培养基、胎牛血清均为GIBCO公司产品;细胞因子IL-4和GM-CSF购自PeproTech公司;ROS检测试剂盒购自碧云天生物公司;APC-CD11c和FITC-CD80购自Biolegend公司,PE-MHC-II购自BD公司。
(2)仪器
德国LEO公司场发射扫描电镜:LEO 1530VP,Nikon显微镜,日本Olympus公司光学倒置显微镜,Sigma32184高速冷冻离心机,Thermo CO2培养箱,江苏省金坛市医疗仪器厂78-1磁力搅拌器,HV-85高压灭菌器,无菌操作台,恒温水浴锅等广州科桥实验技术设备有限公司。
实施例1一种新型纳米材料HA-P(IC)/COS-PpIX的制备
一、实验方法
1、原卟啉-壳寡糖(COS-PpIX)胶束的合成
将60mg(0.03mmol)壳寡糖(COS)和40mg(0.33mmol)4-二甲氨基吡啶(DMAP)溶解在20mL二甲基亚砜(DMSO)中;将80mg(0.7mmol)N-羟基丁二酰亚胺(NHS),80mg 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC)(0.42mmol)和20mg原卟啉(PpIX)(0.04mmol)分别加入DMSO中。将两种溶液混合在室温下避光搅拌直至PpIX完全反应。
去离子水透析(Mw=1000)3d,冻干收集产物COS-PpIX。将5mg COS-PpIX冻干粉分散在5mL四氢呋喃(THF)溶液中,随后在12000rpm超高速搅拌下逐滴加入(逐滴加入可以让THF彻底蒸发实现自组装)5mL去离子水。在逐滴加入的过程中,THF溶液彻底蒸发,实现逐渐自组装形成COS-PpIX胶束。
2、氧化透明质酸(OHA)的合成
将2g透明质酸(HA)(低酶切寡聚透明质酸钠,分子量为5000~10000)溶解于200mL去离子水中,搅拌完全溶解(10mg/mL)。将1.072g高碘酸钠溶解于2.5mL去离子水中(0.5mol/L),逐滴加到HA溶液中,避光搅拌2h,然后加入1mL乙二醇淬灭没有反应的高碘酸钠,继续搅拌1h,去离子水透析(Mw=8000~14000)3d,冻干收集产物。
3、Poly(I:C)的静电吸附
取1mL分散在去离子水中的COS-PpIX胶束(1mg/mL),加入聚肌胞苷酸Poly(I:C)佐剂,至Poly(I:C)终浓度为10μg/mL,避光4℃下搅拌2h,得吸附了Poly(I:C)的原卟啉-壳寡糖(COS-PpIX)胶束,记为P(IC)/COS-PpIX。
4、原卟啉-壳寡糖和氧化透明质酸交联
吸附了佐剂的原卟啉-壳寡糖P(IC)/COS-PpIX和氧化透明质酸(OHA)分别溶于PBS溶液中(浓度均为20mg/mL),通过将二者的溶液在室温下进行交联,得HA-P(IC)/COS-PpIX。
二、实验结果
图1显示了HA-P(IC)/COS-PpIX超声纳米响应材料的合成示意图,采用共价接枝方法,将COS在DMAP、NHS、EDC等催化剂作用下以二甲基亚砜为溶剂与PpIX反应,得到共价连接物COS-PpIX;再采用溶剂挥发法制备成COS-PpIX胶束;接着通过静电吸附作用,将Poly(I:C)修饰在COS-PpIX胶束表面;HA通过高碘酸钠作用,被氧化生成OHA;再通过席夫碱反应,吸附了佐剂的原卟啉-壳寡糖P(IC)/COS-PpIX和氧化透明质酸(OHA)交联得到了HA-P(IC)/COS-PpIX超声响应纳米材料。
实施例2紫外可见光谱(UV-VIS)检测COS-PpIX胶束和PpIX
一、实验方法
各取2mL实施例1制备的COS-PpIX和PpIX溶液(其中PpIX溶解在DMSO/H2O体系)置于石英皿中,同时用去离子水作为空白,然后用Unico 2802紫外分光光度计进行吸收峰扫描,波段设置为250nm~700nm。
二、实验结果
图2是实施例1制备的COS-PpIX和PpIX的紫外-可见光吸收光谱。从图中可以看出实施例1制备的PpIX的最大吸收峰在488nm附近,接枝了壳寡糖后,其最大吸收峰往左移动,出现在380nm附近,说明实施例1制备的COS-PpIX能够有效显著降低PpIX的聚集,这可能归因于实施例1制备的PpIX分子间的弱π-π堆积作用力,降低了PpIX的聚集。
实施例3纳米粒径和Zeta电位检测合成产物COS-PpIX胶束、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX
为了了解们实施例1制备的纳米材料的粒径大小和电位大小,采用马尔文粒度仪分别测量超声响应的胶束(COS-PpIX),吸附佐剂P(IC)后的胶束(P(IC)/COS-PpIX)以及透明质酸功能化修饰后的纳米材料(HA-P(IC)/COS-PpIX)的粒径大小,
一、实验方法
取2mL稀释到适当的浓度的合成产物COS-PpIX、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX作为待测样品,通过马尔文粒径仪,检测样品粒径和Zeta电位。
二、实验结果
样品粒径检测结果如下图3所示,实施例1制备的COS-PpIX超声响应的胶束的粒径基本集中在180nm左右,在吸附了佐剂后,实施例1制备的胶束P(IC)/COS-PpIX的粒径有所下降,大约在120nm左右,进一步修饰透明质酸后,实施例1制备的HA-P(IC)/COS-PpIX的粒径主要集中在250nm左右,粒径稍有增大。
电位进行检测结果如图4所示,实施例1制备的COS-PpIX胶束的电位为30mV,在吸附了负电荷的佐剂P(IC)后,电位下降了,为5.9mV,说明佐剂被成功吸附在胶束的表面,交联带负电的透明质酸后,电位进一步下降,为-11mV,电位的翻转为材料在体内更好运输提供了优势。
实施例4临界胶束浓度检测合成产物COS-PpIX胶束
一、实验方法
精准称取芘3.0mg,装入棕色容量瓶中,丙酮溶解并定容到25mL,摇匀得到0.12mg/mL,精密移取1mL到10mL容量瓶,丙酮定容至10mL,再精密移取1mL到10mL容量瓶,丙酮定容至10mL,摇匀获得1.2×10-3mg/mL(6*10-6mol/L)(芘的丙酮储备液),加入芘的丙酮储备液200μL,置于通风橱内敞口放置12h挥去丙酮,分别加入1.8mL不同浓度制备的COS-PpIX溶液(5×10-1,1×10-1,5×10-2,1×10-2,5×10-3,1×10-3,5×10-4,1×10-4,5×10-5,1×10-5,5×10-6,1×10-6mg/mL),设置荧光固定激发波长为338nm,用荧光分光光度计扫描350-500nm不同浓度胶束溶液的发射光谱,记录339nm和333nm处的荧光强度。用Origin软件绘制I339/I333与胶束浓度对数值LogC的相关曲线并做切线找出交点,交点处浓度即为胶束的CMC值。
二、实验结果
实施例1制备的COS-PpIX溶液的临界胶束检测曲线如图5所示,不同浓度的COS-PpIX胶束在339nm和333nm处的荧光强度,与胶束浓度对数值的交点即为CMC值,得出CMC为0.0037mg/mL,这一结果说明溶剂挥发法成功制备了COS-PpIX胶束,并且该胶束在溶液中极易自组装。
实施例5合成产物P(IC)/COS-PpIX佐剂吸附率的检测
一、实验方法
将实施例1制备的COS-PpIX胶束分散在去离子水中(1mg/mL),加入佐剂P(IC)(终浓度为10μg/mL),避光4℃下搅拌2h(取样未洗涤)。将P(IC)/COS-PpIX离心,14800rpm,10min,水洗3次,最后重新溶在1mL去离子水中(取样洗涤)。
进行RNA电泳,最后通过Image J的电泳强度来计算P(IC)的吸附率。
二、实验结果
结果如图6所示,通过Image J软件计算出有68.2%的P(IC)吸附在COS-PpIX胶束的表面。
实施例6 MTT法检测细胞毒性合成产物COS-PpIX胶束
一、实验方法
MTT是噻唑蓝(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl etrazoliumbromide),进入细胞后能够被活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶还原生成结晶状的深紫色产物甲臜(formazan)。二甲基亚砜(DMSO)可以溶解甲臜,然后通过酶标仪测定490nm波长附近的吸光度。细胞增殖速度越快,则吸光度越高;细胞毒性越大,则细胞增殖减慢从而导致吸光度降低。
1、细胞培养
(1)细胞复苏:首先快速从液氮罐中取出保存的GL261细胞,置于37℃温水中水浴,并用镊子夹住轻轻摇晃使其解冻。然后在无菌操作台上用1mL移液枪将细胞吸取到5mL的离心管中,并迅速加入2mL高糖DMEM培养基,拧紧离心管盖,1000rpm,离心3min。结束后,用75%酒精擦拭离心管表面,再在超净工作台内倒出上清。然后加入2ml的新鲜培养液并用灭菌后的滴管轻轻吹打,直至细胞均匀分散在培养液中,最后将2mL细胞悬液平均移到2个培养瓶中,每个培养瓶再补充2~3mL的培养基,最后置于37℃,5%CO2培养箱中培养。
(2)细胞传代:待细胞长满后,将培养基在无菌环境中倒掉,每个培养瓶加入2mLPBS轻轻摇晃清洗细胞2次。然后加入1ml胰酶消化液,静置30秒到1分钟,待观察到大量细胞开始收缩,瓶底泛白后立即停止消化,倒掉消化液,然后用手轻拍瓶底至细胞在瓶底滑落,接着每瓶加4mL培养基,并用滴管轻轻吹打使细胞完全脱落并均匀分散在培养基中。最后平分到2个培养瓶中,每瓶补加1~2mL新鲜培养基,置于37℃,5%CO2培养箱中培养。
2、细胞毒性检测
(1)将对数期生长的GL261细胞消化,调整细胞浓度为2*105/mL,接种于96孔板中,100μL/孔。在孔的边缘用PBS填充。37℃下培养24h。
(2)将COS-PpIX用0.45μm的滤头除菌,然后与DMEM完全培养基混合制备成浓度为0、1、2、3、4、5、和6μM的溶液,用100μL的药物溶液替换孔中的培养基,同时设置空白对照组(有培养基,没有细胞,没有药物),阴性对照组(有培养基,有细胞,没有药物),每组6个复孔,培养4h后,避光条件下超声作用5min后(1MHz,2.4W/cm2),然后再继续培养48~72h。
(3)每孔加入20μL的MTT溶液,置于培养箱中培养4h,弃去培养液,每孔加入100μLDMSO溶液,置于摇床上低速振荡10min,使结晶物充分溶解,测定570nm处的吸光度值。
二、实验结果
为了探究材料超声响应对细胞的毒性作用,使用MTT实验来评估不同浓度(0、1、2、3、4、5、和6μM)实施例1制备得到的COS-PpIX在有无超声条件下对神经胶质瘤细胞GL261细胞的细胞毒性影响。结果如图7所示,在没有超声情况下,实施例1制备得到的COS-PpIX在5μM浓度内表现出可忽略不计的细胞毒性,当浓度增加到6μM时,细胞活力有些许下降,但也保持在80%左右。而施加了超声作用后,实施例1制备得到的COS-PpIX仅在2μM浓度时,细胞活力就下降到80%,浓度达到6μM时,细胞活力为40%,这一结果表明COS-PpIX在体外有很好的声动力治疗效果。
实施例7神经胶质瘤细胞对HA-P(IC)/COS-PpIX的体外摄取
透明质酸HA作为一种细胞外基质,可主动靶向多种CD44过表达的肿瘤,包括胶质瘤。因此,HA功能化的超声响应纳米颗粒HA-P(IC)/COS-PpIX被合理认为可以在胶质瘤中高效聚集并深入肿瘤实质。我们选用游离的PpIX作为对照组,将游离PpIX与HA-P(IC)/COS-PpIX分别与GL261细胞孵育4h。接着用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和流式细胞术分析肿瘤细胞对材料的摄取。
一、实验方法
采用荧光显微镜测量和流式细胞术分别研究了胶质瘤细胞对实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX的摄取。为了进行荧光显微镜测量,将GL261细胞接种于共聚焦激光培养皿中,与实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX和游离PpIX对照(等量的PpIX)在37℃下孵育。孵育4h后,取出培养基,PBS洗涤3次,细胞核用DAPI染色10min,PBS洗涤3次。使用共聚焦激光扫描显微镜获得荧光图像。在流式细胞术中,将GL261细胞接种于6孔板中,与实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX和游离PpIX对照(等量的PpIX)在37℃下孵育。孵育2h后,取出培养基,用PBS洗涤细胞3次,然后用胰酶消化所得细胞,用流式细胞仪进行分析。
二、实验结果
结果如图8所示,与对照组相比,实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX具有显著的细胞内化作用,可观察到更强的红色荧光,并且摄取量可达对照组的4.8倍,这得益于实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX与GL261细胞上的CD44受体的结合效率更高。
实施例8体外细胞的活性氧检测
为了直观评估体外活性氧ROS的产生,将GL261细胞与实施例1制备得到的COS-PpIX胶束、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX材料共孵育6h以上后进行超声处理,选用2,7-二氯荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)来证明ROS的产生,因为细胞内的ROS可以氧化无荧光的DCFH生成有绿色荧光的DCF。
一、实验方法
(1)按照1:1000用无血清培养基稀释DCFH-DA,使终浓度为10μmol/L。配置6mL工作液,即取6μL原液DCFH-DA+5.994mL无血清培养基,分装1.2mL/管置于-20℃避光保存。
(2)将GL261细胞以每孔104个密度接种于96孔细胞培养板中,待细胞融合度达50~70%,加入实施例1制备的COS-PpIX胶束、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX材料共孵育6h以上后并用超声作用(1MHz,5min)。去除培养基后,用PBS洗涤2次,每孔重新加入100μL含DCFH-DA(终浓度10μmol/L)的无血清培养基,37℃培养箱内孵育20min,用PBS洗涤细胞3次,以充分除去未进细胞内的DCFH-DA,最后在倒置荧光显微镜下用488nm观察实施例1制备的COS-PpIX胶束、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX各处理组ROS的表达情况。
二、实验结果
结果如图9所示,实施例1制备得到的带有声敏剂的COS-PpIX、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX在超声处理下,都可以观察到明显的绿色荧光,而在不超声处理下,与空白组没有明显区别。
实施例9体外树突状细胞摄取超声后的抗原入胞的检测
骨髓来源的树突状细胞(BMDCs)在未成熟的时候可以吞噬抗原,并在成熟阶段将其以主要组织相容性复合体-抗原肽(pMHC)形式呈递在表面,与T细胞受体结合后,才能启动适应性免疫反应,而有效的抗原内化是后续抗原呈递细胞(APC)激活和抗原呈递的重要前提。因此,研究实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX超声作用于GL261细胞后,树突状细胞对抗原的递送性能。将实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX与GL261细胞孵育后,超声作用收集细胞抗原,再与BMDCs共培养4h后,用cy5.5染抗原,DAPI染细胞核,Dio染树突状细胞的细胞膜,
一、实验方法
1、树突状细胞的获取与培养
将小鼠脱臼处死后,超净台里取出胫骨和股骨,用75%酒精浸泡2min,用PBS洗涤2次。接着用剪刀剪去骨两端,抽取PBS反复冲洗骨髓腔直至骨完全变白。收集骨髓悬液,用200目尼龙网滤去碎片和肌肉组织,滤液离心5min弃上清。加入2mL氯化铵红细胞裂解液,振荡3min,弃去上清液,重悬细胞悬液。将细胞铺到24孔板内,同时加入重组小鼠GM-CSF(20ng/mL)和IL-4(10ng/mL),37℃恒温箱里培养,此为培养的第0天。每2天轻晃培养板,半量换液,补足细胞因子,最佳收集的时间为培养的第6天。
2、体外树突状细胞摄取超声后的抗原入胞的检测
将实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX加入GL261细胞中孵育4h,超声5min后(1MHz,2.4W/cm2),收集细胞液离心,重悬于PBS溶液中(浓缩),用cy5.5标记该细胞液(红色),与BMDCs共孵育4h,共聚焦拍摄,用Dio染细胞膜(绿色)和DAPI染细胞核(蓝色)。
二、实验结果
结果如图10所示,经实施例1制备的HA-P(IC)/COS-PpIX处理后的GL261细胞,超声作用后得到的肿瘤相关抗原,可以被不成熟的BMDC细胞摄取,这有利于后续引发适应性的免疫应答。
实施例10体外诱导树突状细胞成熟
吸收肿瘤抗原和佐剂后,树突状细胞DC的成熟是启动免疫反应的一个重要过程。成熟后,DC会增加包括CD80和MHC-II等刺激分子的表达,并分泌促炎性细胞因子,如IL-6。过流式细胞分析仪检测骨髓来源的DC与不同材料共孵育后刺激分子的表达情况。
一、实验方法
上室接种GL261细胞(104),待细胞融合度达70~80%,将实施例1制备得到的COS-PpIX胶束、P(IC)/COS-PpIX和HA-P(IC)/COS-PpIX分别加入上室与GL261细胞共孵育4h,随后超声15min;下室提前接种第6天的iDCs(5×104),将上室转移与下室共孵育12h,收集下室的细胞,并用荧光标记的APC-CD11c,FITC-CD80和PE-MHC-II抗体染色,最后用流式分析DC的成熟度。
二、实验结果
结果图11所示,实施例1制备得到的HA-P(IC)/COS-PpIX比其他材料可诱导显著更高的CD80和MHC-II分子。此外,P(IC)/COS-PpIX诱导的CD80和MHC-II表达比例亦显著高于COS-PpIX组,表明HA-P(IC)/COS-PpI可以作为一种有效的基于佐剂的抗原递送系统,促进DC成熟,可能增强免疫刺激活性。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,对于本领域的普通技术人员来说,在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种声敏响应的纳米颗粒的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.以二甲基亚砜为溶剂壳寡糖与原卟啉反应,得到共价连接物COS-PpIX;
S2.利用共价连接物COS-PpIX,自组装制备成COS-PpIX胶束;
S3.通过静电吸附作用,将聚肌胞苷酸修饰在COS-PpIX胶束表面,得到P(IC)/COS-PpIX;
S4.将氧化透明质酸和P(IC)/COS-PpIX进行交联,得到HA-P(IC)/COS-PpIX。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述氧化透明质酸的制备方法为,透明质酸通过高碘酸钠,氧化生成氧化透明质酸OHA。
3.权利要求1或2所述的制备方法制备得到的声敏响应的纳米颗粒。
4.权利要求3所述纳米颗粒在制备通过血脑通脑屏障的药物中的应用。
5.权利要求3所述纳米颗粒在制备防治脑肿瘤药物中的应用。
6.权利要求3所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内激活免疫反应和/增强免疫刺激活性的药物中的应用。
7.权利要求3所述纳米颗粒在制备靶向大脑血脑屏障内树突状细胞的药物中的应用。
8.权利要求3所述纳米颗粒在制备促进大脑血脑屏障内树突状细胞成熟的药物中的应用。
9.权利要求3所述纳米颗粒在制备提高大脑血脑屏障内肿瘤相关抗原药物中的应用。
10.权利要求3所述纳米颗粒在制备大脑血脑屏障内声敏响应药物中的应用。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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