CN114288407B

CN114288407B - 一种仿莲蓬的水凝胶、制备及其在光热治疗骨肉瘤的应用

Info

Publication number: CN114288407B
Application number: CN202210070211.7A
Authority: CN
Inventors: 林权; 杨喆; 李星辰; 王泽�; 林杨柳; 杨柏
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2022-01-21
Filing date: 2022-01-21
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2042-01-21
Also published as: CN114288407A

Abstract

本发明提供了一种仿莲蓬的水凝胶、制备及其在光热治疗骨肉瘤的应用。采用聚乙烯亚胺为配体的金纳米粒子，与氧化修饰的天然高分子聚合物进行反应制备仿莲蓬水凝胶，金纳米粒子像莲蓬籽一样均匀分布于水凝胶中起到光热的治疗效果。制备的仿莲蓬结构水凝胶具有剪切变稀的性能，可以注射到骨肉瘤病灶部位，经808nm激光辐照可以在300s内升温17.8℃，即病灶部位温度超过50℃，达到消融骨肉瘤的效果。

Description

一种仿莲蓬的水凝胶、制备及其在光热治疗骨肉瘤的应用

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种仿莲蓬水凝胶的制备方法及其在光热治疗骨肉瘤方面的应用。

背景技术

骨肉瘤是一种原发性恶性骨肿瘤，主要发生在青少年中，且骨肉瘤预后差，死亡率高，伴随着肿瘤样骨基质的产生，严重威胁患者生命，目前临床规范化的骨肉瘤治疗方案包括手术联合新辅助化疗，然而，由于骨骼的解剖结构复杂，神经血管关乎术后生活质量，在外科手术中很难完全切除骨肿瘤。事实上，非转移性骨肉瘤的5年生存率仅为60-70％左右，标准治疗后仍有约30％的患者发生远处转移。此外，化疗药物令人失望的药代动力学和全身毒性是一个需要解决的问题。因此，科研人员志在开发出一种新的骨肿瘤治疗手段，来解决这一棘手的临床问题。

与传统的肿瘤治疗方法相比，光热疗法由于在局部加热的外部和远程刺激过程中没有毒性，因此具有过程微创、时空可控性强、副作用少等优点。光热转换剂用于在近红外光照射下产生足够的热量来消融肿瘤。由于高光热转换效率、简单的表面功能化以及良好的生物相容性，金纳米粒子在光热转换剂中更具前景。

到目前为止，已经开发了许多技术，可以将金纳米粒子在肿瘤部位聚集并组装成新型多功能材料。水凝胶是其中更具生物相容性、环境适应性的一种。它具备可注射、降解时间可调、均质易操作等优势。将金纳米粒子与天然生物高分子交联组装得到具有良好光热性能的水凝胶，提供了一种新型、微创的骨肉瘤治疗方法，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种仿莲蓬水凝胶的制备方法及其在光热治疗骨肉瘤方面的应用。

该方法首先制备了经巯基丙酸修饰的聚乙烯亚胺大分子长链作为配体，再通过热还原法将配体连接到金核上，调节反应时间、配体用量、加热温度等，得到尺寸相当的金纳米粒子。具有优异的光热升温性能。然后加入经氧化修饰的天然高分子聚合物，二者均具有优异的水溶性，两个组分通过振荡混合均匀后便会产生从溶胶到凝胶相转变的过程,并通过亚胺键的作用形成具有仿莲蓬结构的水凝胶，金纳米粒子像莲蓬籽一样均匀分布于水凝胶中起到光热的治疗效果。通过调节成胶组分的浓度和比例可以控制光热的升温情况，制备的仿莲蓬结构水凝胶具有剪切变稀的性能，可以注射到骨肉瘤病灶部位，经808nm激光辐照可以在300s内升温17.8℃，即病灶部位温度超过50℃，达到消融骨肉瘤的效果。结合以上特点，这种可注射莲蓬结构金纳米粒子复合水凝胶有潜力作为一种新型生物材料在光热治疗骨肉瘤领域大展身手。

本发明所述的一种仿莲蓬水凝胶的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将16～64mg EDC和10～40mg NHS加入含有10～40mL DMF的烧瓶中，搅拌数分钟后加入15～60mg巯基丙酸，继续搅拌30min。将1～4mL 300mg/mL聚乙烯亚胺溶液逐滴加入烧瓶中，搅拌6～24h。将混合溶液在40Pa真空、45℃条件下浓缩至1～5mL后，将溶液加入丙酮与三氯甲烷配比为3:1的混合溶剂中，溶液中产生沉淀物，通过8000rpm离心方式收集沉淀，以除去上清液的EDC与NHS等小分子。将收集的沉淀分散至5mL水中，取其中0.1～0.5mL加入到5mL水中，再加入0.1～0.5mL50mM HAuCl₄水溶液，0.3～1.2mL N₂H₄·H₂O，在90℃下快速搅拌，加热4～12h，反应溶液由淡黄色变为棕色，即制备得到金纳米粒子溶液。将该溶液用分子量为3500的渗析袋渗析48h，然后将获得的水溶液冻干，即得到金纳米粒子粉末。将其配置成2％的水溶液A。

(2)1.0～4.0g天然高分子聚合物于室温下搅拌溶解在100～200mL去离子水中，再缓慢加入1.0～4.0g NaIO₄，室温避光搅拌4～5h。然后加入1.5～6mL乙二醇停止反应，用分子量为8000～14000的渗析袋用去离子水渗析3天，换6次水，冻干后形成蓬松多孔的材料备用。将冻干后的材料配置成1.25％～5％的水溶液B。将水溶液A和水溶液B按照1:1～5:1比例混合，经振荡混合均匀后即成为仿莲蓬结构的金纳米粒子水凝胶。

上述方法中，天然高分子聚合物可以是透明质酸钠，海藻酸钠，果胶等天然高分子聚合物。

本发明优点如下：1.采用金纳米粒子与天然生物高分子交联组装得到仿莲蓬结构的水凝胶，其具有优良的吸收光并转化成热的功能。可以用于骨肉瘤的光热治疗，具有过程微创、时空可控性强、副作用小等优点。2.金纳米粒子作为光热转换剂，具有较高光热转换效率，且表面易修饰。3.水凝胶原料来源广，生物相容性好。4.可注射水凝胶在肿瘤部位聚集，且具有高度的环境适应性。5.制备操作过程简便，只需简单混匀。6.溶胶到凝胶的时间可调控，可满足不同情况下对成胶时间的要求。7.仿莲蓬的水凝胶，可以注射到骨肉瘤病灶部位，通过光照可以达到较高的温度，消融骨肉瘤的同时激发自体的免疫反应，有利于抑制复发。

附图说明

图1：为实施例1所制备的仿莲蓬的水凝胶的相转变图。左边两种成胶A和B组分原本是透明液体，在震荡混合之后变成棕色的凝胶固体。

图2：A：不同金纳米粒子含量的水凝胶在1W 808nm近红外光辐照下的升温情况。B：金纳米粒子含量为2％的水凝胶在0.5-2W808nm近红外光辐照下的升温情况。C：最终选择金纳米粒子含量为2％，1W 808nm近红外光辐照，测试此复合水凝胶的升温降温循环情况，其具有良好的光热重复性。

图3：针对骨肉瘤经14天治疗后，相较阴性对照组和阳性对照组水凝胶组的结果，注射仿莲蓬结构的水凝胶加光照组骨肉瘤体积和重量明显变小。说明制备的仿莲蓬的水凝胶具有良好的光热效果，在治疗骨肉瘤方面具有广泛的应用前景。

具体实施方式

实施例1：

(1)将16mg EDC和10mg NHS加入含有10mL DMF的烧瓶中，搅拌数分钟后加入15mg巯基丙酸，继续搅拌30min。将1mL 300mg/mL聚乙烯亚胺溶液逐滴加入烧瓶中，搅拌6h。将混合溶液在40Pa真空、45℃条件下浓缩至1mL后，将溶液加入丙酮与三氯甲烷配比为3:1的混合溶剂中，溶液中产生沉淀物，通过8000rpm离心方式收集沉淀，以除去上清液的EDC与NHS等小分子。将收集的沉淀分散至5mL水中，取其中0.1mL加入到5mL水中、再加入50mMHAuCl₄水溶液0.1mL，0.3mL N₂H₄·H₂O，在90℃下快速搅拌，加热4h，反应溶液由淡黄色变为棕色。即制备得到金纳米粒子溶液。将该溶液用分子量为3500的渗析袋渗析48h，然后将获得的水溶液冻干，即得到金纳米粒子粉末。将其配置成2％的水溶液A。

(2)1.0g透明质酸钠于室温下搅拌溶解在100mL去离子水中，再缓慢加入1.0gNaIO₄，室温避光搅拌4h。然后加入1.5mL乙二醇停止反应，用分子量为8000的渗析袋渗析3天，换6次水，冻干后形成蓬松多孔的材料备用，将冻干后的材料配置成1.25％的水溶液B。将水溶液A和水溶液B按照1:1比例混合，经振荡混合均匀后即成为仿莲蓬结构的金纳米粒子水凝胶。

实施例2：

(1)将32mg EDC和20mg NHS加入含有20mL DMF的烧瓶中，搅拌数分钟后加入30mg巯基丙酸，继续搅拌30min。将2mL 300mg/mL聚乙烯亚胺溶液逐滴加入烧瓶中，搅拌12h。将混合溶液在40Pa真空、45℃条件下浓缩至5mL后，将溶液加入丙酮与三氯甲烷配比为3:1的混合溶剂中，溶液中产生沉淀物，通过8000rpm离心方式收集沉淀，以除去上清液的EDC与NHS等小分子。将收集的沉淀分散至5mL水中，取其中0.3mL加入5mL水中、再加入50mMHAuCl₄水溶液0.3mL，0.6mL N₂H₄·H₂O，在90℃下快速搅拌，加热8h，反应溶液由淡黄色变为棕色。即制备得到金纳米粒子溶液。将该溶液用分子量为3500的渗析袋渗析48h，然后将获得的水溶液冻干，即得到金纳米粒子粉末。将其配置成2％的水溶液A。

(2)2g海藻酸钠于室温下搅拌溶解在150mL去离子水中，再缓慢加入2g NaIO₄，室温避光搅拌4.5h。然后加入3mL乙二醇停止反应，用分子量为12000的渗析袋渗析3天，换6次水，冻干后形成蓬松多孔的材料备用，将冻干后的材料配置成3％的水溶液B。将水溶液A和水溶液B按照3:1比例混合，经振荡混合均匀后即成为仿莲蓬结构的金纳米粒子水凝胶。

实施例3：

(1)将64mg EDC和40mg NHS加入含有40mL DMF的烧瓶中，搅拌数分钟后加入60mg巯基丙酸，继续搅拌30min。将4mL 300mg/mL聚乙烯亚胺溶液逐滴加入烧瓶中，搅拌24h。将混合溶液在40Pa真空、45℃条件下浓缩至3mL后，将溶液加入丙酮与三氯甲烷配比为3:1的混合溶剂中，溶液中产生沉淀物，通过8000rpm离心方式收集沉淀，以除去上清液的EDC与NHS等小分子。将收集的沉淀分散至5mL水中，取其中0.5mL加入5mL水中、再加入50mMHAuCl₄水溶液0.5mL，1.2mL N₂H₄·H₂O，在90℃下快速搅拌下，加热12h，反应溶液由淡黄色变为棕色。即制备得到金纳米粒子溶液。将该溶液用分子量为3500的渗析袋渗析48h，然后将获得的水溶液冻干，即得到金纳米粒子粉末。将其配置成2％的水溶液A。

(2)4g果胶于室温下搅拌溶解在200mL去离子水中，再缓慢加入4g NaIO4，室温避光搅拌5h。然后加入6mL乙二醇停止反应，用分子量为14000的渗析袋渗析3天，换6次水，冻干后形成蓬松多孔的材料备用，将冻干后的材料配置成5％的水溶液B。将水溶液A和水溶液B按照5:1比例混合，经振荡混合均匀后即成为仿莲蓬结构的金纳米粒子水凝胶。

Claims

1.一种仿莲蓬水凝胶的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）将 16~64 mg EDC 和 10~40 mg NHS 加入含有 10~40 mL DMF 的烧瓶中，搅拌数分钟后加入 15~60 mg 巯基丙酸，继续搅拌 30 min；将 1~4 mL 300 mg/mL 聚乙烯亚胺溶液逐滴加入烧瓶中，搅拌 6~24 h；将混合溶液在40 Pa真空、 45℃条件下浓缩至 1~5 mL后，将溶液加入丙酮与三氯甲烷配比为 3:1 的混合溶剂中，溶液中产生沉淀物，通过8000rpm离心方式收集沉淀，以除去上清液的EDC与 NHS等小分子；将收集的沉淀分散至 5 mL水中，取其中 0.1~0.5 mL加入到5 mL 水中，再加入0.1~0.5 mL 50 mM HAuCl₄ 水溶液，0.3~1.2 mL N₂H₄·H₂O，在 90℃下快速搅拌，加热 4~12 h，反应溶液由淡黄色变为棕色，即制备得到金纳米粒子溶液；将该溶液用分子量为3500的渗析袋渗析48 h，然后将获得的水溶液冻干，即得到金纳米粒子粉末；将其配置成2%的水溶液A；

（2）1.0~4.0 g天然高分子聚合物于室温下搅拌溶解在100~200 mL去离子水中，再缓慢加入1.0~4.0 g NaIO₄，室温避光搅拌4~5 h；然后加入1.5~6 mL乙二醇停止反应，用分子量为8000~14000的渗析袋用去离子水渗析3天，换6次水，冻干后形成蓬松多孔的材料备用；将冻干后的材料配置成1.25%~5%的水溶液B；将水溶液A和水溶液B按照1:1~5:1比例混合，经振荡混合均匀后即成为仿莲蓬结构的金纳米粒子水凝胶；

所述的天然高分子聚合物是透明质酸钠、海藻酸钠或者果胶。

2.根据权利要求1所述的一种仿莲蓬水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的金纳米粒子的配体含有大量氨基，可以与天然高分子聚合物通过亚胺键形成仿莲蓬结构的水凝胶。

3.根据权利要求1-2所述的任一种仿莲蓬水凝胶的制备方法所制得的仿莲蓬结构水凝胶。

4.根据权利要求3所述的一种仿莲蓬水凝胶在制备骨肉瘤光热治疗药物中的应用。