CN114767654B - 一种基于压电催化的抗肿瘤纳米药物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于压电催化的抗肿瘤纳米药物及其制备方法。其中，抗肿瘤纳米药物包括压电催化剂、抗肿瘤药物和细胞膜；抗肿瘤药物负载于所述压电催化剂，压电催化剂和所述抗肿瘤药物包覆于细胞膜内。本发明还公开了一种抗肿瘤药物组合物，包含上述抗肿瘤纳米药物。本发明提供的纳米药物基于压电催化和化疗，可以降低肿瘤间质液体压力，完成药物的高效瘤内递送，同时实现深层肿瘤细胞的杀伤以及增强机体免疫力的效果。

Description

一种基于压电催化的抗肿瘤纳米药物及其制备方法
技术领域
本发明涉及抗肿瘤药物技术技术领域，尤其涉及一种基于压电催化的抗肿瘤纳米药物及其制备方法。
背景技术
药物递送和渗透效率过低严重限制了抗肿瘤药物的治疗效果，同时也导致了肿瘤复发和转移。现有技术中，增强抗癌药物疗效的主要策略是通过延长血液循环时间，增强靶向等来提高药物在肿瘤部位的富集效率。然而据统计，靶向纳米药物也只有0.9％ID(中位数)的注射量能到达肿瘤部位。研究发现，肿瘤部位缺少功能性淋巴网络，淋巴回流相对不足，同时肿瘤中的血管会将血液成分外渗，引起间质液体的滞留和肿瘤间质液体压力(TIFP)增高，而增高的TIFP造成在肿瘤血管内(20mmHg)和肿瘤组织(40～130mmHg)间形成较大的逆压差，阻碍了血液携带药物进入肿瘤组织，这是影响纳米药物进入瘤内的关键因素。因此如何降低TIFP促进药物高效递送至肿瘤组织是提高抗肿瘤药物治疗效果的关键问题。
肿瘤间质液成分中85％是水，因此减少水的含量可以有效降低TIFP。光催化和热释电催化纳米系统已被证明是降低TIFP的有效策略。然而以上策略均需紫外/近红外光的激发，由于光的组织穿透性有限，极大的限制其在体内的应用。与激光相比，超声波具有更强的组织穿透能力，而压电材料可在超声作用下分解水产生氢气，降低TIFP，从而增加药物在肿瘤部位的渗透效率。同时催化所产生的氧化空穴能够产生氧气或羟基自由基，进行肿瘤细胞的杀伤。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种基于压电催化的抗肿瘤纳米药物及其制备方法。本发明利用压电材料，将抗肿瘤药物负载于压电催化剂上，最后用细胞膜将其包覆得到抗肿瘤纳米药物。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一方面，本发明提供一种抗肿瘤纳米药物，包括压电催化剂、抗肿瘤药物和细胞膜；所述抗肿瘤药物负载于所述压电催化剂，所述压电催化剂和所述抗肿瘤药物包覆于所述细胞膜内。
作为优选地实施方式，所述压电催化剂为MoS2；
优选地，所述抗肿瘤药物为化疗药物；
优选地，所述化疗药物为北苍术多糖提取物；
优选地，所述细胞膜选自肿瘤细胞膜和免疫细胞膜中的任一种；
优选地，所述免疫细胞膜选自巨噬细胞膜、T细胞膜和NK细胞膜中的任一种。
作为优选地实施方式，所述压电催化剂、抗肿瘤药物和细胞膜的质量比为2～4：1～3：1～2。
又一方面，本发明提供一种抗肿瘤纳米药物的制备方法，包括如下步骤：
将抗肿瘤药物、压电催化剂和细胞膜于去离子水中均匀分散后，用脂质体挤出器进行挤出分散。
作为优选地实施方式，所述压电催化剂为MoS2，其制备方法包括如下步骤：用水溶性钼酸盐和硫脲通过水热反应得到MoS2。
在某些具体的实施方式中，所述MoS2的制备方法具体包括如下步骤：
将Na2MoO4·2H2O和硫脲溶解于去离子水中，调节pH为0.5～1.5后，在180～220℃下反应18～22h，得到的沉淀经去离子水洗涤3～5次，得到MoS2溶液；
优选地，所述Na2MoO4·2H2O和硫脲的用量比为每1.5～3.5g Na2MoO4·2H2O对应2～3g硫脲；
优选地，所述去离子水的用量为每2～3g硫脲对应30～40mL去离子水；
优选地，所述调节pH为用2～3mol/L的盐酸进行调节。
作为优选地实施方式，所述细胞膜选自肿瘤细胞膜和免疫细胞膜中的任一种；
在某些具体的实施方式中，所述细胞膜的制备方法包括如下步骤：
将肿瘤细胞或免疫细胞经1000～2000rpm离心5～10min，收集沉淀并用1～2mL超纯水重悬，再用200～400W的细胞破碎仪超声破碎10～20min；然后将超声后的悬液通过12000～13000rpm转离心30～60min获得肿瘤细胞膜(CM)或免疫细胞膜。
作为优选地实施方式，所述抗肿瘤药物为化疗药物；
优选地，所述化疗药物为北苍术多糖提取物；
在某些具体的实施方式中，所述抗肿瘤纳米药物的制备方法具体包括如下步骤：
将北苍术多糖提取物溶解于MoS2溶液中，加入细胞膜后，37～40℃摇匀12～24h，然后用脂质体挤出器进行挤出分散。
优选地，所述北苍术多糖提取物通过煎煮法、酸碱提取法或复合酶法提取得到。
优选地，所述用脂质体挤出器进行挤出分散为10次～30次反复挤出。
又一方面，本发明提供一种抗肿瘤药物组合物，包含上述抗肿瘤纳米药物。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
本发明提供一种以压电催化剂为载体负载抗肿瘤药物的纳米药物，压电催化剂能够有效催化分解肿瘤间质液中的水产生H2，降低肿瘤间质中的水含量，下调肿瘤间质液压，增强药物递送和药物瘤内渗透深度。
相对于现有技术，本发明具备以下优点：
1、本发明以压电催化剂为载体负载抗肿瘤药物，在超声刺激下，纳米药物产生压电效应，通过分解肿瘤间质液中的水，模拟淋巴回流的功能，下调较高的肿瘤间质液压，促进更多的纳米药物进入肿瘤中心，实现药物的高效瘤内递送，同时在压电效应下，该抗肿瘤纳米药物可同时产生·OH，增强对肿瘤细胞的杀伤效果；
2、本发明提供的纳米药物，以肿瘤细胞膜包覆压电催化剂和抗肿瘤药物时，该纳米药物可以通过肿瘤细胞膜的同源靶向作用聚集到肿瘤部位；以免疫细胞膜包覆压电催化剂和抗肿瘤药物时，免疫细胞膜可以起到免疫逃逸的作用，因此，本发明提供的纳米药物可以同时实现化疗和增强免疫治疗的协同效果；
3、本发明提供的纳米药物具有良好的生物相容性，可以包覆北苍术多糖提取物等多种化疗药物，其中，北苍术多糖提取物可以破坏肿瘤细胞起到化疗并增强免疫的作用，避免了传统化药对患者脾、胃、肝脏等的毒副作用，而压电效应也可以增强药物的化疗增强药物递送的效果；
4、本发明提供的纳米药物制备方法简单，反应易控，且重复性高，利于实现大规模生产，进一步拓宽了压电催化剂在抗肿瘤药物技术领域的应用，并且适用于各种恶性肿瘤，对提高纳米药物的临床深层瘤内递送具有重要的潜力。
附图说明
图1为本发明实施例1获得的压电催化剂MoS2的TEM图；
图2为本发明实施例2获得的压电催化剂MoS2的XRD图；
图3为本发明实施例3获得的压电催化剂MoS2的粒径分布图；
图4为本发明实施例1获得的压电催化剂MoS2产H2的曲线图；
图5为本发明实施例2中的纳米药物的肿瘤细胞活死实验图；
图6为本发明实施例3中的纳米药物对小鼠的治疗效果图。
具体实施方式
下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中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。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
下述实施例中：
Na2MoO4·2H2O购于广东西陇化工有限公司；
硫脲购于上海阿拉丁生化科技有限公司；
北苍术购于秦皇岛同盛医药有限公司；
纤维素酶购于上海阿拉丁生化科技有限公司；
果胶酶购于上海阿拉丁生化科技有限公司；
巨噬细胞购于中国科学院细胞库；
实施例1：
(1)称取3.2g Na2MoO4 .2H2O和2.2g硫脲溶解于30mL去离子水中，用HCl调节溶液的pH小于1；将上述悬浮液加入聚四氟乙烯内胆的反应釜中密封，在180℃下水热反应20h，取出后分别用乙醇和去离子水洗涤3次，8000rpm离心5min后取上清，再14000rpm离心5min取沉淀，即得到MoS2；
(2)将北苍术药材粉碎，过40目筛，称取50g置于500mL圆底烧瓶中，加入200mL石油醚，加热回流3h后趁热抽滤后将药渣挥干石油醚；再在药渣中加入200mL 95％乙醇加热回流2h，于通风橱中挥干乙醇，干燥即得脱脂北苍术；称取上述脱脂北苍术10g置于500mL锥形瓶中，按照纤维素酶：果胶酶＝1：1的质量比例加入复合酶，其中，纤维素酶的质量为55mg，并加入50mL pH为4的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，于45℃水浴加热，40min后加入新煮沸的开水维持10min，用水将体积补足100mL，55℃超声提取50min，用10层纱布趁热过滤后3000r/min离心10min，得粗多糖提取液；然后置于45℃旋蒸浓缩至10mL体积，缓慢加入40mL 95％乙醇，边加边轻轻振摇以析出絮状沉淀，4℃条件下静置过夜，依次用丙酮和无水乙醇洗涤3次得北苍术多糖提取物；
(3)将巨噬细胞经1000rpm离心5min，收集沉淀并用1mL超纯水重悬，再用200W的细胞破碎仪超声破碎10min；然后将超声后的悬液通过13000rpm转离心30min获得巨噬细胞膜；
(4)将MoS2溶液和北苍术多糖提取物与提取好的巨噬细胞膜按照MoS2、北苍术多糖提取物和巨噬细胞膜的质量比为2：1.5：1，其中MoS2的质量为0.2mg混合后在37℃的空气浴中摇匀过夜，然后使用规格为100nm的脂质体挤出器反复挤出20次，10000rpm离心1小时取沉淀，即得到纳米药物，4℃保存。
本实施例中，步骤(1)得到的MoS2为纳米花型结构，其TEM图见图1。本发明采用气相色谱检测了MoS2的产氢能力，具体过程为：将25mL浓度为50mg/mL的MoS2溶液置于于反应器中，并向溶液中充氮气5min，然后将反应器置于超声波清洗器中进行超声处理；每隔1h用注射器吸取反应器中的气体1mL打入气相色谱中进行气体成分和含量分析，结果如图4所示，随着时间的增加，H2的信号逐渐增强，证明了在超声作用下MoS2可以分解水产生H2。
实施例2
(1)称取3.2g Na2MoO4 .2H2O和2.5g硫脲溶解于30mL去离子水中，用HCl调节溶液的pH小于1；将上述悬浮液加入聚四氟乙烯内胆的反应釜中密封，在180℃下水热反应22h，取出后分别用乙醇和去离子水洗涤3次，14000rpm离心5min后取上清，再8000rpm离心5min取沉淀，即得到MoS2；。
(2)将北苍术药材粉碎，过40目筛，称取55g置于500mL圆底烧瓶中，加入200mL石油醚，加热回流4h后趁热抽滤后将药渣挥干石油醚；再在药渣中加入200mL 95％乙醇加热回流4h，于通风橱中挥干乙醇，干燥即得脱脂北苍术；称取上述脱脂北苍术10g置于500mL锥形瓶中，按照纤维素酶：果胶酶＝1：1.2的质量比例加入复合酶，其中，纤维素酶的质量为55mg，并加入50mL pH为5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，于55℃水浴加热，50min后加入新煮沸的开水维持10min，用水将体积补足100mL，60℃超声提取50min，用10层纱布趁热过滤后3000rmp离心10min，得粗多糖提取液；然后置于45℃旋蒸浓缩至10mL体积，缓慢加入40mL95％乙醇，边加边轻轻振摇以析出絮状沉淀，4℃条件下静置过夜，依次用丙酮和无水乙醇洗涤3次得北苍术多糖提取物；
(3)将巨噬细胞经2000rpm离心10min，收集沉淀并用1.5mL超纯水重悬，再用300W的细胞破碎仪超声破碎10min；然后将超声后的悬液通过12000rpm转离心60min获得巨噬细胞膜；
(4)将MoS2溶液和北苍术多糖提取物与提取好的巨噬细胞膜按照MoS2、北苍术多糖提取物和巨噬细胞膜的质量比为3：1：1，其中MoS2的质量为0.2mg混合后在40℃的空气浴中摇匀过夜，通过规格为100nm的脂质体寄出器挤出20次，10000rpm离心1小时取沉淀，即得到纳米药物，4℃保存。
本实施例中，步骤(1)得到的MoS2的XRD图见图2，证明成功制备得到了MoS2，其为纳米花型结构。
本发明还通过细胞活死实验证明了抗肿瘤纳米药物对肿瘤细胞的杀伤作用，具体实验过程为：
(1)将Hela细胞在DMEM培养基中进行培养，温度为37℃，含5％CO2；将培养得到的HeLa细胞在培养皿中分解为单分散细胞，用DMEM培养基稀释；然后将细胞置于6孔板中培养24h。
(2)分别将200μL pH为6.5的PBS溶液(对照组)和抗肿瘤纳米药物溶液(溶剂为PBS溶液，含量为200微克每毫升，实验组)加入到HeLa细胞中孵育4h，移出培养液，用PBS洗涤3次，然后将肿瘤细胞置于1.5W/cm2超声下处理3min；随后加入1mL PI-FDA染料对其进行染色，在倒置荧光显微镜下观察细胞颜色和形态。
如图5所示，和PBS对照组相比，实验组的细胞形态发生了明显的皱缩，并且显示出了红色的荧光(死细胞)，而PBS组细胞形态完整显示出绿色的荧光(活细胞)，证明在超声作用下本发明制备的抗肿瘤纳米药物对肿瘤细胞具有较强的杀伤作用。
实施例3
(1)称取3.2g Na2MoO4 .2H2O和2.9g硫脲溶解于30mL去离子水中，用HCl调节溶液pH小于1；将上述悬浮液加入聚四氟乙烯内胆的反应釜中密封，在180℃下水热反应22h，取出后分别用乙醇和去离子水洗涤3次，14000rpm离心5min后取上清，再8000rpm离心5min取沉淀，即得到MoS2；
(2)将北苍术药材粉碎，过40目筛，称取60g置于500mL圆底烧瓶中，加入200mL石油醚，加热回流3.5h后趁热抽滤后将药渣挥干石油醚；再在药渣中加入200mL 95％乙醇加热回流4h，于通风橱中挥干乙醇，干燥即得脱脂北苍术；称取上述脱脂北苍术10g置于500mL锥形瓶中，按照纤维素酶：果胶酶＝1：1.4的质量比例加入复合酶，其中，纤维素酶的质量为55mg，并加入50mL pH为6的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，于65℃水浴加热，60min后加入新煮沸的开水维持10min，将水补足100mL，60℃超声提取55min，用10层纱布趁热过滤后3000r/min离心10min，得粗多糖提取液；然后置于40℃旋蒸浓缩至10mL体积，缓慢加入40mL 95％乙醇，边加边轻轻振摇以析出絮状沉淀，4℃条件下静置过夜，依次用丙酮和无水乙醇洗涤3次得北苍术多糖提取物；
(3)将巨噬细胞经1500rpm离心10min，收集沉淀并用2mL超纯水重悬，再用400W的细胞破碎仪超声破碎10min；然后将超声后的悬液通过13000rpm转离心30min获得巨噬细胞膜；
(4)将MoS2溶液和北苍术多糖提取物与提取好的巨噬细胞膜按照MoS2、北苍术多糖提取物和巨噬细胞膜的质量比为4：2：2，其中MoS2的质量为0.2mg混合后在40℃的空气浴中摇匀过夜，然后使用规格为100nm的脂质体挤出器反复挤出30次，10000rpm离心1小时取沉淀，即得到纳米药物，4℃保存。
本实施例中，步骤(1)得到的MoS2为纳米花型结构，其粒径分布图见图3，粒径约为250nm。
本发明对上述实施例制备的纳米药物进行了动物实验证明其抗肿瘤效果。
实验方法：
动物实验：将U14细胞皮下注射到小鼠右臀部，然后将荷瘤小鼠随机分为对照组和实验组，当肿瘤大小平均约为100mm3时，每隔两天对两组分别通过尾静脉注射生理盐水(对照组)和抗肿瘤纳米药物溶液(实验组，抗肿瘤纳米药物的注射量以小鼠的体重记为2μg/g)，并在24h后进行超声处理(1.5W/cm2，3min)，第14天对小鼠肿瘤进行拍照。结果如图6所示，与对照组相比实验组小鼠的肿瘤基本完全消融，证明本发明提供的抗肿瘤纳米药物具有良好的实体瘤杀伤效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种抗肿瘤纳米药物，其特征在于，包括压电催化剂、抗肿瘤药物和细胞膜；所述抗肿瘤药物负载于所述压电催化剂上，所述压电催化剂和所述抗肿瘤药物包覆于所述细胞膜内；所述压电催化剂为MoS2，所述细胞膜选自肿瘤细胞膜和免疫细胞膜中的任一种。
2.根据权利要求1所述的抗肿瘤纳米药物，其特征在于，所述抗肿瘤药物为化疗药物。
3.根据权利要求2所述的抗肿瘤纳米药物，其特征在于，所述化疗药物为北苍术多糖提取物。
4.根据权利要求1所述的抗肿瘤纳米药物，其特征在于，所述免疫细胞膜选自巨噬细胞膜、T细胞膜和NK细胞膜中的任一种。
5.根据权利要求1所述的抗肿瘤纳米药物，其特征在于，所述压电催化剂、抗肿瘤药物和细胞膜的质量比为2～4：1～3：1～2。
6.权利要求1所述的抗肿瘤纳米药物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将抗肿瘤药物、压电催化剂和细胞膜于去离子水中均匀分散后，用脂质体挤出器进行挤出分散。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述压电催化剂MoS2的制备方法包括如下步骤：用水溶性钼酸盐和硫脲通过水热反应得到MoS2。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述MoS2的制备方法具体包括如下步骤：
将Na2MoO4·2H2O和硫脲溶解于去离子水中，调节pH为0.5～1.5后，在180～220℃下反应18～22h，得到的沉淀经去离子水洗涤3～5次，得到MoS2溶液。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述Na2MoO4·2H2O和硫脲的用量比为每1.5～3.5gNa2MoO4·2H2O对应2～3g硫脲。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述去离子水的用量为每2～3g硫脲对应30～40mL去离子水；
所述调节pH为用2～3mol/L的盐酸进行调节。
11.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述抗肿瘤药物为化疗药物。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述化疗药物为北苍术多糖提取物。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述抗肿瘤纳米药物的制备方法具体包括如下步骤：
将北苍术多糖提取物溶解于MoS2溶液中，加入细胞膜后，37～40℃摇匀12～24h，然后用脂质体挤出器进行挤出分散。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述北苍术多糖提取物通过煎煮法、酸碱提取法或复合酶法提取得到。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述用脂质体挤出器进行挤出分散为10次～30次反复挤出。
16.一种抗肿瘤药物组合物，其特征在于，包含权利要求1-5任一所述的抗肿瘤纳米药物。
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