CN114288418B - 一种负载靶向剂的纳米复合颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负载靶向剂的纳米复合颗粒及其制备方法和应用。所述负载靶向剂的纳米复合颗粒包括：金属有机框架UiO‑66、嵌入金属有机框架UiO‑66内部的TCPP(Fe)、以及通过共价键偶联在金属有机框架UiO‑66表面的靶向肽RGD。
Description
技术领域
本发明涉及一种可用于鞘内注射的具有化学动力学、超声动力学治疗效果的负载靶向剂的纳米复合颗粒制备方法和应用，具体涉及是一种金属有机框架UiO-66，由有机配体对苯二甲酸和金属离子Zr通过配位键自组装形成的，内部嵌入四(4-羧基苯基)卟吩氯化铁(TCPP(Fe))分子治疗剂，表面负载RGD靶向剂的纳米复合颗粒系统(MOF@MP-RGD)，具有良好的生物相容性，可鞘内注射靶向递送至脑部肿瘤区域，结合化学动力学治疗和超声动力学治疗实现增强的肿瘤治疗效果，在脑部肿瘤方面具有潜在应用价值，属于生物材料学领域。
背景技术
癌症是威胁人类健康的主要疾病之一，且发病率和死亡率每年呈上升趋势。其中，脑部肿瘤，例如脑膜癌病(LMC)，是指恶性肿瘤转移侵犯脑膜、脊膜及蛛网膜下腔所造成的疾病。目前尚无公认的脑膜癌病的治疗方案，临床上常用的治疗手段包括化疗、放疗、分子靶向治疗和免疫治疗，仅将患者的中位生存期从1-3个月延长至3-11个月。全身化疗可被视为无基因突变患者的脑膜癌病首选治疗方案，但是由于血脑屏障的存在，脑脊液往往难以达到有效的药物浓度，且伴随着严重的系统性毒性。局部放疗的目的仅限于缓解症状、减少结节体积和改善脑脊液循环。分子靶向治疗仅适用于9％EGFR突变、5％ALK重排或者其他少见突变类型的患者。此外，没有充分的研究证明免疫疗法在治疗脑膜癌病的有效性。因此，研究开发普适性、高效治疗脑膜癌的新药成为临床亟需解决的问题。
动力疗法是一种基于活性氧(ROS)的治疗方式，通过ROS(例如过氧化氢(H2O2)、单线态氧(1O2)、和羟基自由基(·OH))对维持细胞生命的生物分子(例如，蛋白质、DNA和脂质)产生非特异性氧化损伤诱导细胞死亡。作为最广泛使用的基于ROS的治疗策略，光动力疗法(PDT)已在临床上用于治疗多种肿瘤，其机制为声敏剂在超声刺激下将氧化转化为1O2。然而，这种方法具有可用光组织穿透深度差的致命限制，这限制了其在治疗深部肿瘤如脑肿瘤方面的应用。最近，一些新的非光介导的动态疗法被提出和开发用于抗肿瘤治疗。其中，声动力疗法(SDT)的工作机制与PDT相似，但刺激源不是光而是超声(US)，由于US照射具有优异的组织渗透性，在治疗深部肿瘤方面显示出巨大潜力。此外，化学动力学疗法(CDT)在抗肿瘤研究中引起了越来越多的关注。CDT是利用催化剂或金属离子(例如铁、铜和锰离子)通过芬顿或芬顿样反应将内源性H2O2转化为高细胞毒性·OH，从而有效杀死肿瘤细胞。所涉及的生化反应依赖于肿瘤微环境(TME)过表达的H2O2和弱酸性，从而有助于CDT的高肿瘤特异性和安全性。此外，多种动态疗法的组合具有同时产生不同种类ROS、提高肿瘤内ROS水平以产生氧化损伤作用的能力，从而确保增强治疗效果。然而，这些潜力巨大的基于ROS的动态疗法很少被探索用于治疗脑肿瘤，并且尚未将其应用于LMC治疗。
纳米技术的进步为改进肿瘤治疗提供了巨大的机会，包括优化常规治疗和开发治疗方法。设计产生ROS的纳米平台(例如，载有光/声敏剂的纳米系统、芬顿纳米催化剂、仿生纳米酶)可以在特定的内部/外部干预的帮助下有效地进行肿瘤的靶向动态治疗。此外，纳米技术构建了众多多功能纳米平台，可以轻松实现癌症联合治疗，比单一疗法获得更高的治疗效果并减轻副作用。其中，金属有机框架(MOFs)由于其化学可调性、高表面积和孔径的独特性质而成为理想的药物载体，受到研究者们的青睐。开发、应用金属有机框架纳米复合颗粒在癌症治疗方面呈现巨大的潜力。但是对于脑部肿瘤治疗，由于大脑相关屏障(血脑屏障(BBB)、血脑脊液屏障(BCSFB))的存在，目前传统的给药方式，例如口服和静脉注射等，难以在脑部达到有效治疗浓度，治疗效果较差。已有研究在纳米颗粒表面负载叶酸、血管肽等，通过BBB受体介导的胞吞作用增加脑部靶区的药物富集。然而，相关合成过程的复杂性及穿越BBB的效能仍是阻碍纳米药物用于脑部肿瘤的主要障碍。
鞘内注射是一种可以将治疗剂直接递送到大脑和脊髓周围的脑脊液(CSF)中的方法。这种给药途径可以在中枢神经系统内获得高浓度的治疗剂，同时最大限度地减少脱靶暴露和相关毒性。研究证明，纳米药物可以通过鞘内给药到达脑实质。此外，已采用鞘内注射方式输送化疗药物(如甲氨蝶呤(MTX)、阿糖胞苷和噻替哌)用于脑膜癌病的化疗，旨在提高治疗效果并抑制不良反应。考虑到纳米技术的优势和鞘内给药策略的有效性，有必要将纳米系统介导的动力疗法与鞘内注射给药方法相结合用于脑膜癌病等脑部肿瘤的治疗，探究其临床应用价值。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有化学动力学、超声动力学治疗效果的负载靶向剂的纳米复合颗粒(或称靶向性纳米复合颗粒)及其制备方法和鞘内给药用于治疗脑部肿瘤。所述的鞘内注射这种靶向性纳米复合颗粒旨在解决现有技术中的对脑部肿瘤治疗效果不佳、安全性低的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种负载靶向剂的纳米复合颗粒，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒包括：金属有机框架UiO-66、嵌入金属有机框架UiO-66内部的TCPP(Fe)、以及通过共价键偶联在金属有机框架UiO-66表面的靶向肽RGD。
本发明中，以金属有机框架UiO-66作为载体，内部嵌入的TCPP(Fe)分子，表面负载的RGD，形成靶向性纳米复合颗粒系统。其中，UiO-66颗粒和TCPP(Fe)分子的比例可以调节。所述的靶向性纳米复合颗粒在水溶液中有良好的分散性。
较佳的，所述TCPP(Fe)分子和靶向性纳米复合颗粒的质量比为1：(4.3～20)。
较佳的，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒呈八面体状，粒径为100～400纳米。
较佳的，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒在酸性(pH＝5.2～7.4)且加过氧化氢(浓度为12.5μM-100μM)条件下催化产生羟基自由基。
较佳的，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒在超声(功率为1.0W/cm2-2.3W/cm2)条件下产生1O2。
进一步的，对制备的靶向性纳米复合颗粒系统进行性能表征发现，该纳米颗粒具有良好的稳定性，能够在RGD导航下通过受体介导的胞吞作用选择性内吞至肿瘤细胞内，一方面，在偏酸性高H2O2的肿瘤微环境下可以催化芬顿反应将H2O2转化为·OH实现化学动力学治疗，但是对正常细胞没有毒性作用；另一方面，由于卟啉成分的存在，该靶向性纳米复合颗粒系统具有优异的超声动力学性能，可以在局部超声照射下，将O2催化产生1O2，这有助于实现精确的声动力治疗，两者联合扰乱肿瘤细胞ROS稳态，造成氧化应激性细胞死亡。
第二方面，本发明提供了一种负载靶向剂的纳米复合颗粒的制备方法，包括：
(1)将ZrCl4(Zr离子为金属中心)溶于N,N-二甲基甲酰胺(水热法合成MOF需要在DMF中进行，让配体脱质子，容易使金属成簇)，然后依次加入对苯二甲酸(作为有机配体)、苯甲酸(作用调节MOF大小)、盐酸(作用调节MOF大小)和四(4-羧基苯基)卟吩氯化铁(TCPP(Fe))并超声至完全溶解，得到褐色溶液；
(2)将褐色溶液转移至水热釜中，在100～150℃下溶剂热反应12～48小时后室温冷却，再经离心和清洗，得到嵌入TCPP(Fe)的金属有机框架纳米颗粒MOF@MP；
(3)将MOF@MP分散于水溶液中，然后加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基丁二酰亚胺(NHS)并混合，随后加入RGD多肽进行超声分散，并磁力搅拌24h后，经二次离心和清洗，得到负载靶向剂的纳米复合颗粒MOF@MP-RGD。嵌入TCPP(Fe)的金属有机框架纳米颗粒MOF@MP直接由溶剂热一步法合成金属有机框架UiO-66过程中原位嵌入TCPP(Fe)制得。
较佳的，ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:10～30:200～400:30～50:(0.1～1)。
较佳的，WMOF@MP:WEDC＝1:1～2；WMOF@MP:WNHS＝1:0.1～2；WMOF@MP:WRGD＝1:0.05～0.3。
较佳的，ZrCl4和TCPP(Fe)的摩尔比为20:0.1～1(TCPP(Fe)的值越大性能越好)。
第三方面，本发明提供了一种负载靶向剂的纳米复合颗粒在制备用于脑部肿瘤性疾病的诊疗剂中的应用。
第四方面，本发明提供了一种负载靶向剂的纳米复合颗粒溶液，包括生理盐水、以及分散在生理盐水中的负载靶向剂的纳米复合颗粒；
优选地，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒的浓度为2.5～10mg/mL；
优选地，所述生理盐水为0.9％NaCl水溶液。
第五方面，本发明提供了一种负载靶向剂的纳米复合颗粒溶液在制备用于脑部肿瘤性疾病的诊疗剂中的应用。
本发明中，通过鞘内注射的方式给药，其中给药的剂量为25～100μg/只。在原位脑膜癌裸鼠模型上进行动物实验发现，该靶向性纳米复合颗粒能够有效聚集在脑膜癌肿瘤部位，在其他脏器的聚集很少，并且可随脑脊液循环排出体外。聚集在靶区的纳米复合颗粒通过肿瘤微环境触发的化学动力学治疗有效抑制肿瘤生长；另外，该靶向性纳米复合颗粒在局部超声照射下，能诱导肿瘤部位产生超声动力治疗，两者结合提供更好的抗肿瘤效果，而且无明显副作用。
有益效果：
本发明中，MOF@MP-RGD纳米颗粒粒径呈单峰分布，具有良好的分散性及优异的稳定性，能够在RGD导航下内吞至肿瘤细胞内，通过化学动力和超声动力双动力疗法造成肿瘤细胞大量死亡。制备的MOF@MP-RGD靶向性纳米复合颗粒具有良好的生物相容性，鞘内注射MOF@MP-RGD纳米颗粒至原位脑膜癌小鼠模型，纳米颗粒选择性聚集在脑膜肿瘤部位，并且可随脑脊液循环排出体外，避免了体内药物蓄积。最终，MOF@MP-RGD靶向性纳米复合颗粒系统通过化学动力学治疗和超声动力学治疗，可以实现明显的肿瘤抑制，并延长生存期，无明显的副作用，在抗脑部肿瘤方面呈现巨大的潜力。本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的；
本发明设计制备的具有优异生物相容性的靶向性纳米复合系统，通过鞘内注射的方式对化学动力治疗剂及超声动力治疗剂进行脑部肿瘤病灶的高效、精准递送，使其在脑部肿瘤部位有效聚集，通过肿瘤微环境触发的化学动力学治疗，并进一步结合超声照射产生的选择性、可控的超声动力疗法，有望实现更加高效、安全的脑部癌症治疗，呈现极大的吸引力。
附图说明
图1为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的透射电镜照片；
图2为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的扫描电镜照片；
图3为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的元素mapping图；
图4为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的X射线衍射分析；
图5为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的紫外吸收光谱，其中横坐标为波长(Wavelength)/nm，纵坐标为吸收度(Absorbance)；
图6为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的红外吸收光谱，其中横坐标为波数(Wavenumber)/cm-1，纵坐标为透过率(Transmission)；
图7为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的动态光散射水动力尺寸分布，其中横坐标为尺寸(Size)/nm，纵坐标为强度(Intensity)/％；
图8为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的Zeta电势(Zeta Potential)图；
图9为实施例1制备的靶向性纳米复合颗粒的稳定性分析，其中横坐标为时间(Time)/h，纵坐标为直径(Diameter)/nm；
图10为制备的靶向性纳米复合颗粒的催化芬顿反应图(图中2和3重叠，未标明2)，其中横坐标为波长(Wavelength)/nm，纵坐标为吸收度(Absorbance)；
图11为制备的靶向性纳米复合颗粒的在不同浓度H2O2条件下的羟基自由基产生图，其中横坐标为时间(Time)/min，纵坐标为吸收度(Absorbance)；
图12为制备的靶向性纳米复合颗粒的在不同强度超声照射下单线态氧产生图，其中横坐标为波长(Wavelength)/nm，纵坐标为吸收度(Absorbance)；
图13为制备的靶向性纳米复合颗粒在不同时间的超声照射下单线态氧产生图，其中横坐标为时间(Time)/min，纵坐标为波长419nm下A-A0值；
图14为制备的靶向性纳米复合颗粒在乳腺癌细胞吞噬测试图；
图15为制备的靶向性纳米复合颗粒在成纤维细胞吞噬测试图(bright field的中文含义为明场)；
图16为制备的靶向性纳米复合颗粒在乳腺癌细胞内活性氧测试(acidic H2O2的中文含义为含H2O2的酸性培养基)；
图17为制备的靶向性纳米复合颗粒在成纤维细胞和乳腺癌细胞中毒性分析，其中横坐标为浓度(Concentration)，纵坐标为细胞活性(Cell Viability)；
图18为制备的靶向性纳米复合颗粒在乳腺癌细胞化学动力学治疗图，其中横坐标为浓度(Concentration)，纵坐标为细胞活性(Cell Viability)；
图19为制备的靶向性纳米复合颗粒在乳腺癌细胞不同超声照射时间的超声动力学治疗及化学动力学治疗联合超声动力学治疗，其中横坐标为时间(Time)，纵坐标为细胞活性(Cell Viability)；
图20为甲氨蝶呤在乳腺癌细胞中毒性分析，其中横坐标为MTX的浓度(Concentration of MTX)，纵坐标为细胞活性(Cell Viability)；
图21为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在鞘内注射演示图；
图22为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在鞘内注射靶向性纳米复合颗粒在脑膜癌小鼠模型脏器代谢图；
图23为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在鞘内注射靶向性纳米复合颗粒在脑膜癌小鼠模型排泄图，其中“In urine”的中文含义为尿液，“In feces”的中文含义为粪便，纵坐标为Zr元素占比(Excreted Zr)/％；
图24为本发明中制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后脑膜癌小鼠模型肿瘤生长情况代表图；
图25为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后脑膜癌小鼠模型肿瘤生长曲线，其中横坐标为时间(Time)/周，纵坐标为相对荧光强度的对数(Log RelativeBioluminescene)；
图26为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后脑膜癌小鼠模型生存曲线，其中横坐标为时间(Time)/周，纵坐标为存活率(Survival)/％；
图27为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后脑膜癌小鼠模型体重变化曲线，其中横坐标为时间(Time)/周，纵坐标为体重变化(BodyWeight Change)/％；
图28为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠体重变化曲线，其中横坐标为时间(Time)/周，纵坐标为体重变化(BodyWeight Change)/％；
图29为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠的血小板图；
图30为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠的白细胞图；
图31为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠的红细胞图；
图32为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠的尿素图；
图33为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠的肌酐图；
图34为制备的靶向性纳米复合颗粒系统在不同处理条件后正常健康小鼠的肝功能图。
具体实施方式
以下通过下述实施方式进一步说明本发明，应理解，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
在本公开中，靶向性纳米复合颗粒的主体为金属有机框架UiO-66构成，其内部嵌入四(4-羧基苯基)卟吩氯化铁(TCPP(Fe))分子作为治疗剂，表面负载RGD作为靶向剂。其中，UiO-66颗粒和TCPP(Fe)分子的比例可以调节，在水溶液中有良好的分散性。将所述的靶向性纳米复合颗粒通过鞘内注射的给药方式直接递送至蛛网膜下腔，提高纳米颗粒在脑部肿瘤部位的聚集，可用于脑部靶区的化学动力学、超声动力学协同治疗，提高治疗效果。而且，给药方式为鞘内注射，最大程度的增加脑脊液中的局部药物浓度，用于脑部肿瘤性疾病的治疗。
在可选的实施方式中，所述靶向性纳米复合颗粒的粒径可为100～400纳米，呈八面体状。
本发明一实施方式中，以溶剂热一步法制备内部嵌入TCPP(Fe)分子的金属有机框架纳米颗粒，并在其表面通过酰胺反应负载RGD多肽分子得到具有靶向功能的纳米复合颗粒。。
以下示例性地说明靶向性纳米复合颗粒的制备方法。
将ZrCl4溶于N,N-二甲基甲酰胺，随后依次加入对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和四(4-羧基苯基)卟吩氯化铁(TCPP(Fe))至上述溶液并超声至完全溶解，得到褐色溶液。其中，ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比可为20:(10～30):(200～400):(30～50):(0.1～1)，优选为20:20:330:40:(0.1～1)。
将褐色溶液转移至水热釜中，在100～150℃下溶剂热反应12～48小时后室温冷却。然后在8000～13000rpm的转速下离心收集褐色沉淀，用DMF、乙醇清洗沉淀，得到嵌入TCPP(Fe)的金属有机框架纳米颗粒(MOF@MP)，并分散于水溶液中待用。
将MOF@MP纳米颗粒分散于水溶液中，然后加入一定量EDC(WMOF@MP:WEDC＝1:(1～2))和NHS(WMOF@MP:WNHS＝1:(0.1～2))，在室温下磁力搅拌1h，然后加入一定量的RGD多肽(WMOF@MP:WRGD＝0.05～0.3)，超声均匀后，在室温下搅拌24小时。最后在8000～13000rpm的转速下离心收集褐色沉淀，用水清洗沉淀，得到负载靶向剂的纳米复合颗粒MOF@MP-RGD。
本发明制备的纳米复合颗粒包含TCPP(Fe)，一方面铁单位点可催化芬顿反应将过氧化氢转化为羟基自由基，另一方面卟啉成分在超声照射下可将氧气转化为活性单线态氧。通过鞘内注射的给药方式将靶向性纳米复合颗粒递送至蛛网膜下腔，克服了阻碍药物进入中枢神经系统的血脑屏障及血脑脊液屏障，最大程度的提高了纳米颗粒在中枢的富集。靶向性纳米复合颗粒在RGD靶向剂的导航下可精准递送至脑部肿瘤部位，可用于肿瘤选择性化学动力学、超声动力学协同治疗，提高脑部肿瘤治疗效果，优于临床上常用的药物甲氨蝶呤(MTX)。并且该纳米复合颗粒可通过脑脊液循环代谢出体外，防止因体内蓄积引起的相关副作用，具有优异的生物安全性。将纳米复合颗粒和鞘内注射给药方式相结合是一种对脑部肿瘤性疾病的新的治疗策略，具有潜在的临床应用价值。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1MOF@MP-RGD纳米颗粒的制备：
将ZrCl4溶于N,N-二甲基甲酰胺，随后依次加入对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和四(4-羧基苯基)卟吩氯化铁(TCPP(Fe))至上述溶液并超声至完全溶解，得到褐色溶液，其中，ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:19:303:39:(分别为0.1、0.5、1)。然后，将褐色溶液转移至水热釜中，在100～150℃下溶剂热反应12～48小时后室温冷却；在8000～13000rpm的转速下离心收集褐色沉淀，用DMF、乙醇清洗沉淀，得到嵌入TCPP(Fe)的金属有机框架纳米颗粒(MOF@MP)，分散于水溶液中待用。
步骤二，将MOF@MP纳米颗粒分散于水溶液中，然后加入一定量EDC(WMOF@MP:WEDC＝1:1.3)和NHS(WMOF@MP:WNHS＝1:0.7)，室温下磁力搅拌1h，然后加入一定量的RGD多肽(WMOF@MP:WRGD＝1:0.2)，超声分散后，在室温下搅拌24小时，在8000～13000rpm的转速下离心收集褐色沉淀，用水清洗沉淀，得到负载靶向剂的纳米复合颗粒MOF@MP-RGD。
图1-9分别为按照上述方法制备出的MOF@MP-RGD纳米颗粒的透射电镜照片、扫描电镜照片、元素mapping图、X射线衍射分析、紫外吸收光谱、红外吸收光谱、动态光散射水动力尺寸分布、Zeta电势图、稳定性分析。证明制备出了分散性良好的靶向性纳米颗粒，且具有优异的稳定性。
实施例2
图10-13分别为取实施例1中ZrCl4:TCPP(Fe)的摩尔比为20:1(即ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:19:303:39:0.1、0.5、1)制备的MOF@MP-RGD纳米复合颗粒的相关性能测试。
根据3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)能和羟基自由基反应从无色变成蓝色以及反应产物在652nm处呈现特征吸收，将其作为指示剂探测材料催化芬顿反应产生羟基自由基的能力。首先，将H2O2(100μM)以及MOF@MP-RGD(50μg/mL)+H2O2(100μM)分别加入到含有TMB指示剂的醋酸钠缓冲溶液(pH 6.0)，或者单独的仅含有TMB指示剂的醋酸钠缓冲溶液(pH6.0)反应16分钟后测量紫外吸收光谱(图10)。结果显示，只有MOF@MP-RGD(50μg/mL)加H2O2(100μM)组在652nm处出现明显的特征吸收，这表明Fe单原子能催化芬顿反应转化过氧化氢为羟基自由基。其次，将所制备的MOF@MP-RGD纳米颗粒(50μg/mL)加入不同浓度H2O2(12.5，25，50，100μM)的含有TMB指示剂的醋酸钠缓冲溶液中(pH 6.0)，记录测试溶液每分钟在652nm处的特征吸收值的变化(图11)。结果显示，所制备的纳米颗粒在酸性且加过氧化氢条件下能催化产生羟基自由基，且呈浓度依赖性。
根据1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)能和单线态氧结合，从而被不可逆氧化，紫外可见光(419nm)处的特征吸收峰迅速降低，将其作为指示剂探测材料催化O2产生1O2的能力。具体步骤如下：将MOF@MP-RGD(50μg/mL)纳米颗粒和DPBF溶液分散在DMF中，在不同的超声辐射(1.0MHz，1.0W/cm2或2.0W/cm2)期间，记录每分钟DPBF在419nm处吸光度强度变化。为了进行比较，还在相同条件下测量了单独MOF@MP-RGD纳米颗粒组或超声处理组DPBF在419nm处吸光度强度变化(图12、图13)。结果显示，所制备的纳米颗粒具有理想的超声触发产生1O2的能力，此外，MOF@MP-RGD纳米颗粒在更高强度的超声照射刺激下产生更多的1O2，证明了超声动力疗法的可控性。
实施例3
图14-图20为本发明实施例1中ZrCl4:TCPP(Fe)的摩尔比为20:1(即ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:19:303:39:0.1、0.5、1)制备的MOF@MP-RGD纳米复合颗粒的体外细胞实验。
1)将MDA-MB-231细胞和HDF细胞接种在两个48孔细胞培养板(5×104/孔)，孵育24小时后，将细胞用含有FITC标记的MOF@MP和MOF@MP-RGD(300μL，100μg/mL)的培养基培养4小时。然后用4％多聚甲醛溶液中固定15分钟，DAPI/PBS溶液(VDAPI/VPBS＝1/1000)染色5分钟，PBS洗涤后，用荧光倒置显微镜观察细胞(图14，图15)。结果表明，FITC标记的MOF@MP-RGD(绿色荧光)充分围绕在DAPI标记的MDA-MB-231细胞核(蓝色荧光)周围，而MDA-MB-231细胞只能吞噬相对较少的FITC标记的MOF@MP，而HDF细胞亦仅能吞噬少量的FITC标记的MOF@MP和MOF@MP-RGD，暗示RGD负载的靶向性纳米颗粒能通过αvβ3介导的胞吞作用被肿瘤细胞有效吞噬。
2)因为2',7'-二氯二氢荧光素-乙酰乙酸酯(DCFH-DA)能进入细胞水解成DCFH，其能被活性氧氧化成有绿色荧光的DCF，所以将DCFH-DA作为检测细胞内活性氧产生的探针。将MDA-MB-231细胞接种到两个48孔培养板(5×104/孔)，培养24小时后，将300μL含MOF@MP-RGD(100μg/mL)或不含MOF@MP-RGD的MEM培养基加入每个孔中。孵育8小时后，更换为酸性H2O2(pH＝6.0，H2O2＝100μM)条件培养基或普通培养基，然后超声照射(1.0MHz，1.5W/cm2)90秒。最后加入300μL DCFH-DA/培养基溶液(VDCFH-DA/Vmedium＝1/1000)孵育20分钟，通过荧光倒置显微镜观察细胞(图16)。结果表明，靶向性纳米颗粒能在肿瘤细胞中诱导产生活性氧，并且超声照射后，产生的活性氧的能力进一步增加。
3)将MDA-MB-231细胞和HDF细胞接种到两个96孔培养板(2×104/孔)，培养24小时后，将细胞用不同浓度的MOF@MP-RGD纳米颗粒(0、12.5、25、50、100、200μg/mL)孵育24小时。使用标准CCK-8测定法评估相对细胞活力(图17)。结果表明，MOF@MP-RGD纳米颗粒对肿瘤细胞造成显著的致死效果，且呈浓度依赖性，但对正常细胞没有明显的毒性。
4)将MDA-MB-231细胞接种到96孔培养板(2×104/孔)，培养24小时后，加入含不同浓度的MOF@MP-RGD纳米颗粒(0、12.5、25、50、100、200μg/mL)的酸性H2O2(pH＝6.0，H2O2＝100μM)MEM条件培养基，不含H2O2的中性MEM培养基培养的细胞作为对照组，继续培养24小时，使用CCK-8法评估相对细胞活力(图18)。随后，含MOF@MP-RGD纳米颗粒(100μg/mL)的酸性H2O2(pH＝6.0，H2O2＝100μM)条件MEM或中性MEM(H2O2＝0μM)培养基处理的MDA-MB-231细胞暴露于不同时间(60s、90s、120s)超声(1.0MHz、1.5W/cm2)，继续培养24小时后，使用CCK-8法评估相对细胞活力(图19)。MTX(6.25，12.5，25，50，100μg/mL)的细胞毒性通过类似的方法来测定(图20)。结果表明在模拟肿瘤微环境中MOF@MP-RGD纳米颗粒表现出浓度依赖性的化学动力学效应，从而导致细胞毒性作用。另外，MOF@MP-RGD纳米颗粒表现出优异的超声动力学效能，并且随着超声时间的延长，细胞毒性增高。更重要的是，在含纳米颗粒的酸性H2O2条件培养基孵育并且给予超声处理的细胞表现出更高的死亡率，这明确表明化学动力学联合声动力学效应带来了增强的治疗效果。此外，MTX对MDA-MB-231细胞和HDFs细胞均产生中等浓度依赖性毒性，这说明化疗效果相对较弱，且对正常细胞和肿瘤细胞无选择性。
实施例4
图21-图23为本发明实施例1中ZrCl4:TCPP(Fe)的摩尔比为20:1(即ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:19:303:39:0.1、0.5、1)制备的MOF@MP-RGD纳米复合颗粒鞘内注射至脑膜癌小鼠模型的体内分布实验，给药剂量为50μg/只。
将1×105MDA-MB-231-luc细胞鞘内注射至Balb/c雄性小鼠小脑延髓池建立脑膜癌小鼠模型(图21)。当萤光素信号达到>1×105光子/秒时，鞘内注射50μg MOF@MP-RGD纳米颗粒至脑膜癌小鼠模型，注射后12、24、48和72小时处死动物模型，摘取心、肝、脾、肺、肾、脑等脏器，此外，收集注射后12、24、36、48和72小时的排泄物(尿液和粪便)。采用ICP-OES检测不同器官及排泄物中Zr元素的含量(图22、图23)。结果表明，MOF@MP-RGD纳米颗粒在鞘内注射后主要富集在大脑区域，此外，在肝脏含有少量的纳米颗粒，其他器官中的Zr含量太低而无法检测。MOF@MP-RGD纳米颗粒主要通过粪便排泄出体外，避免了药物在体内蓄积。
实施例5
本发明实施例1中ZrCl4:TCPP(Fe)的摩尔比为20:1(即ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:19:303:39:0.1、0.5、1)制备的MOF@MP-RGD纳米复合颗粒鞘内注射至脑膜癌小鼠模型的体内抗肿瘤实验，给药剂量为50μg/只。
将1×105MDA-MB-231-luc细胞鞘内注射至Balb/c雄性小鼠小脑延髓池建立脑膜癌小鼠模型。当萤光素信号达到>1×105光子/秒时，脑膜癌小鼠模型被随机分为五组：a)对照组：鞘内注射生理盐水(10μL)；b)MTX组：鞘内注射MTX(10μL，50μg)；c)US组：鞘内注射生理盐水(10μL)+US(1.0MHz，2.3W/cm2)；d)MOF@MP-RGD组：鞘内注射MOF@MP-RGD(10μL，50μg)；e)MOF@MP-RGD+US组：鞘内注射MOF@MP-RGD(10μL，50μg)+US(1.0MHz，2.3W/cm2)。分组后第1、5、8天重复鞘内注射，鞘内注射24小时后进行超声照射6分钟。每周1次通过IVIS成像系统测量肿瘤体积(荧光素信号)(图24，图25)，每隔1天测量动物体重，观察其一般情况，28天后处死小鼠。结果表明第19天(每组中>50％的小鼠存活的时间点)，MTX，作为临床上最常用的鞘内注射的化疗药物，仅对LMC生长表现出适度的抑制，并不是能够满足临床需要的理想药物。此外，MOF@MP-RGD组也显示出肿瘤生长抑制，这可能是由于肿瘤特异性CDT，更重要的是，MOF@MP-RGD+US组的荧光强度明显弱于其他组，表明用MOF@MP-RGD纳米颗粒和US照射处理的脑膜癌小鼠显示出显着的肿瘤生长抑制作用。生存期的延长(图26)和体重变化数据(图27)进一步证实了以上结果，MOF@MP-RGD+US组中的所有动物模型均存活超过4周，而在实验结束时，对照组或US组动物全部死亡，同时，MOF@MP-RGD或MTX组2只小鼠存活。进一步分析显示，MOF@MP-RGD+US、MOF@MP-RGD、MTX、US和对照组的重量变化率在第10天(所有治疗完成的时间点)分别为4.9％、-0.9％、-3.0％、-3.8％和-5.5％，在第19天分别为-5.6％、-21.9％、-18.9％、-28.0％和-31.9％。上述结果共同表明，鞘内注射MOF@MP-RGD纳米复合颗粒并施以超声照射可以显着延迟LMC的进展，延长了生存期。
实施例6
本发明实施例1中ZrCl4:TCPP(Fe)的摩尔比为20:1(即ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20:19:303:39:0.1、0.5、1)制备的MOF@MP-RGD纳米复合颗粒鞘内注射至健康小鼠的体内安全性实验，给药剂量为50μg/只。
为进行长期毒性评估，健康ICR小鼠被随机分为三组：MOF@MP-RGD组、MTX组、生理盐水组。1周内给药2次，每隔1天测量动物体重，观察其一般情况，1个月后，取血液进行血常规及肝、肾功能检测。结果表明MTX组体重增长出现了明显的抑制(图28)，提示MTX具有一定的毒性。MOF@MP-RGD组体重增加和对照组无明显差异(图28)，且血液检查均和对照组无差异(图29～图34)，暗示所制备的MOF@MP-RGD纳米复合颗粒具有较好的生物相容性而且治疗过程具有高安全性，因此，所制备的靶向性纳米颗粒系统在抑制脑膜癌病中具有突出作用，为高效、安全的癌症治疗提供新的借鉴。
本发明所涉及的一种具有双动力学治疗效果的靶向性纳米复合颗粒制备方法和鞘内注射应用并不仅仅限定于上述实施例1至6中的内容。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种负载靶向剂的纳米复合颗粒，其特征在于，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒包括：金属有机框架UiO-66、嵌入金属有机框架UiO-66内部的TCPP(Fe)、以及通过共价键偶联在金属有机框架UiO-66表面的靶向肽RGD；
所述负载靶向剂的纳米复合颗粒在酸性且加过氧化氢条件下催化产生羟基自由基；
所述负载靶向剂的纳米复合颗粒在超声条件下产生1O2。
2.根据权利要求1所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒，其特征在于，所述四（4-羧基苯基）卟吩氯化铁TCPP(Fe)和金属有机框架UiO-66的质量比为1：（4.3～20）。
3.根据权利要求1或2所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒，其特征在于，所述负载靶向剂的纳米复合颗粒呈八面体状，粒径为100～400纳米；所述酸性的pH=5.2～7.4。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于，包括：
（1）将ZrCl4溶于N,N-二甲基甲酰胺，然后依次加入对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和四（4-羧基苯基）卟吩氯化铁（TCPP(Fe)）并超声至完全溶解，得到褐色溶液；
（2）将褐色溶液转移至水热釜中，在100～150℃下溶剂热反应12～48小时后室温冷却，再经离心和清洗，得到嵌入TCPP(Fe)的金属有机框架纳米颗粒MOF@MP；
（3）将MOF@MP分散于水溶液中，然后加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺（NHS）并混合，随后加入RGD多肽进行超声分散和搅拌后，经二次离心和清洗，得到负载靶向剂的纳米复合颗粒MOF@MP-RGD。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，ZrCl4、对苯二甲酸、苯甲酸、盐酸和TCPP(Fe)的摩尔比为20：（10～30）：（200～400）：（30～50）：（0.1～1）。
6. 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，WMOF@MP：W1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐=1：1～2；WMOF@MP：WNHS = 0.1～2；WMOF@MP：WRGD = 0.05～0.3。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，ZrCl4和TCPP(Fe)的摩尔比为20：0.1～1。
8.一种如权利要求1-3中任一项所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒在制备用于脑部肿瘤性疾病的诊疗剂中的应用。
9.一种负载靶向剂的纳米复合颗粒溶液，其特征在于，包括生理盐水、以及分散在生理盐水中的权利要求1-3中任一项所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒；所述负载靶向剂的纳米复合颗粒的浓度为2.5～10mg/mL。
10.根据权利要求9所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒溶液，其特征在于，所述生理盐水为0.9%NaCl水溶液。
11.一种如权利要求9所述的负载靶向剂的纳米复合颗粒溶液在制备用于脑部肿瘤性疾病的诊疗剂中的应用。
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