CN114767853B - 自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子制备方法,是以药物化学为合成基础的新型纳米粒子,利用其优良性质用于高效的肿瘤治疗。粒子合成主要包括中腔介孔纳米二氧化钛的制备、铂颗粒的原位生长及聚乙烯亚胺(PEI)修饰使葡萄糖氧化酶(GOx)上载,最终合成一种新型的复合纳米粒子。这种粒子的具体制备方法包括以下几个步骤:1)具有声动力效果中腔介孔二氧化钛纳米粒子的制备与纯化;2)TiO2表面原位沉积Pt纳米粒子;3)TiO2@Pt/PEI纳米粒子的合成;4)对纳米颗粒修饰GOx。最终得到复合纳米粒子具有良好的生物相容性、安全性、声动力效果、葡萄糖清除及独特的肿瘤治疗效果。
Description
技术领域
本发明涉及化学药物领域,具体涉及载自供氧声动力和葡萄糖清除效果的肖特基结纳米粒子制备与用途。
背景技术
随着诊疗纳米医学的快速发展,研究者们致力于研究纳米材料在肿瘤诊疗中的应用,而多功能肿瘤治疗已采用多种治疗方式。其中,外部无创或微创治疗被认为是最有前途的治疗方式,其空间和时间可控性、精确的肿瘤特异性以及减轻对正常组织毒性的优势得到关注,而超声波治疗癌症作为另一种新兴且典型的无创辐射源,不仅在临床诊断影像学中发挥着重要作用,同时也在肿瘤治疗方面发挥着独特的作用,其通过激活声敏剂并在肿瘤消融中发挥作用,产生有毒活性氧(ROS)诱导肿瘤细胞凋亡和坏死,无机纳米材料独特的物理和化学性质被认为是声敏剂的候选者。无机纳米声敏剂广泛研究的代表是TiO2,然而TiO2纳米粒子作为声动力治疗(SDT)的声敏剂由于电子(e-)和能带结构中的空穴(h+)易复合,导致SDT效果不佳。而TiO2与贵金属Pt的组合通过表面沉积机理克服了载流子的复合,并且电子将从费米能级高的TiO2流向费米能级低的贵金属Pt形成微电流,从而由超声作用触发促进电子(e-)和空穴(h+)的有效分离从而增强SDT的治疗效果。
肿瘤内营养物质/氧气的消耗或阻碍细胞摄取这些必需物质会切断能量供应并导致肿瘤饥饿。具体而言,血管生成抑制可以阻止营养物质向癌组织的运输, 血管破坏和静动脉化疗栓塞。此外,还可以使用耗尽肿瘤内营养的外源性药物来实现直接的细胞功能障碍。葡萄糖清除已被认为是诱导肿瘤的有效靶点,这可以通过葡萄糖转运蛋白(GLUT1)抑制剂实现催化葡萄糖消除或破坏葡萄糖代谢。其中,葡萄糖氧化酶(GOx)作为一种氧化还原酶,可以通过催化葡萄糖转化为葡萄糖酸和H2O2。由于葡萄糖在为肿瘤代谢提供能量中的重要作用,GOx 介导的肿瘤内葡萄糖清除显示出巨大的饥饿癌症治疗的潜力。然而,GOx催化的葡萄糖氧化会消耗局部 O2 并加剧病灶缺氧,这可能会促进肿瘤的恶化和转移。但是贵金属Pt不仅在提高TiO2的SDT效果方面发挥作用,而且其本身作为过氧化氢酶(CAT)可以催化肿瘤内源性和GOx 介导产生的H2O2产生大量的氧气,这在缓解肿瘤缺氧,提供ROS的来源和加速GOx反应方面发挥重要作用,最后达到根除肿瘤的目的。
发明内容
针对目前大多数的肿瘤治疗方式单一且效果不佳,传统的光热治疗对组织的穿透性低以及对正常组织的危害具有不可控性,而超声可以作用组织深层处且对其他正常组织无影响。因此本发明旨在合成一种具有较高生物相容性,能够有效延长药物在体内的循环时间并实现氧自供来增强声动力和饥饿治疗的协同治疗的新型药物递送平台。
本发明的技术方案具体如下:
自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:包含以下步骤:
(1)具有声动力效果中腔介孔二氧化钛纳米粒子的制备与纯化:首先,配制一定浓度的聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)水溶液,然后加入稀盐酸、无水乙醇,搅拌均匀形成混合溶液;随后在超声条件下将四氟化钛粉末溶解在去离子水中,逐滴加入至上述混合溶液,在室温下磁力搅拌60分钟,将混合体系转移至不锈钢高压釜180℃加热180分钟,得到白色悬浮物。最后,用无水乙醇和去离子水交替洗涤离心,将纯化后的产物进行冻干,得到白色中腔介孔TiO2纳米粒子;
(2)TiO2表面原位沉积Pt纳米粒子的制备:取一定量中腔介孔TiO2纳米粒子冻干粉末加入去离子水中超声10分钟,将H2PtCl6·6H2O水溶液逐滴加入TiO2水溶液中,在室温下搅拌60分钟,通过滴加NaOH 溶液调节pH至10,随后在剧烈搅拌下加入NaBH4溶液进行还原。体系在磁力搅拌下70℃回流8小时。最后,用水和乙醇交替洗涤离心,再将产物冻干得到TiO2@Pt纳米粒子;
(3)TiO2@Pt/PEI纳米粒子的合成:将步骤(2)合成的TiO2@Pt纳米粒子加入去离子水中超声10分钟,再加入聚乙烯亚胺溶液连续搅拌2小时,然后用去离子水离心洗涤,最后冷冻干燥得到TiO2@Pt/PEI纳米粒子;
(4)对TiO2@Pt/PEI纳米颗粒修饰GOx:将TiO2@Pt/PEI纳米粒子加入到PBS中超声10分钟,然后加入 GOx水溶液,随后在冰浴中缓慢搅拌反应 10 h。最后将反应溶液离心再用PBS洗涤3次,最后冷冻干燥得到TPG纳米颗粒。
进一步, 所述步骤(1)中聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为8~10 mg/mL,所述步骤(1)中稀盐酸的浓度和体积分别为0.05~0.1 mol/L和200~300 μL, 所述步骤(1)中无水乙醇的体积为20~30 mL,所述步骤(1)中四氟化钛的浓度为4~6 mg/mL。
进一步,所述步骤(2)中TiO2的水溶液浓度为0.5~2 mg/mL,所述步骤(2)中H2PtCl6·6H2O的浓度和体积为30~50 mmol/mL和40~60 μL,所述步骤(2)中NaOH溶液的浓度为0.05~0.1 mol/L,所述步骤(2)中NaBH4溶液的浓度为0.1~0.2 mg/mL。
进一步,所述步骤(3)中TiO2@Pt的水溶液浓度为2~4 mg/mL,所述步骤(3)中聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.1~1 mg/mL。
进一步,所述步骤(4)中TiO2@Pt/PEI的PBS溶液浓度为0.5~1 mg/mL,所述步骤(4)中GOx水溶液的浓度为0.1~0.5 mg/mL。
进一步,所述所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中超声的功率为100 W,离心的转速为8000 rpm,离心的时间为10 min。
本发明主要优点有:
针对目前纳米药物载体存在的不足,本发明创造性的制备出一种新型氧自供来增强声动力和饥饿治疗且生物相容性好,稳定性强的纳米药物递送平台,本项目创新性在于使用金属Pt原位沉积n型半导体TiO2表面,在超声的作用下使其电子和空穴有效分离从而增强TiO2声敏剂的声动力效果,而且Pt做为过氧化氢酶催化H2O2产生大量的氧气不仅缓解肿瘤乏氧而且在GOx消耗葡萄糖中发挥着关键性的作用,因此利用PEI的正电特性将GOx与表面沉积Pt颗粒的TiO2很好的修饰上从而构建出声动力和饥饿协同治疗的新型纳米药物。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本发明提供如下附图:
图1为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子的合成,机理及治疗示意图。
图2为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子(TPG)的TEM图。
图3为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子(TPG)的环电子衍射图。
图4为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子(TPG)的凝胶电泳 (SDS-PAGE)蛋白质分析。
图5为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子(TPG)在有或无超声处理下对4T1癌细胞的体外毒性图。
图6为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子(TPG)的体内抗肿瘤效果图。
图7为本发明实施例1自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子(TPG)在小鼠体内血常规结果图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1 制备自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子
自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子的合成及作用机理如图1所示,包括如下合成步骤:
(1)具有声动力效果中腔介孔二氧化钛纳米粒子的制备与纯化:首先,配制聚乙烯吡咯烷酮水溶液(9.75 mg/mL)、250 μL稀盐酸(0.1 mol/L),在超声条件下将四氟化钛粉末(4.96 mg/mL)加入去离子水中,形成均匀溶液并准备好27.6 mL无水乙醇,然后,将配好的溶液倒入烧杯内,然后搅拌60分钟,将混合体系转移至不锈钢高压釜180℃加热180分钟,最后,离心所得产物,再用无水乙醇和去离子水交替洗涤离心各6次。
(2)TiO2表面原位沉积Pt纳米粒子:将步骤(1)离心的产物进行冻干得到TiO2纳米粒子,然后取5 mg TiO2粉末加入装有5 mL去离子水的烧杯中并超声10分钟形成均匀分散体,将50 μL H2PtCl6·6H2O (40 mmol/mL)倒入TiO2分散体中,在室温下搅拌60分钟,再向烧杯中滴加NaOH (0.1 mol/L) 溶液调节溶液的PH,然后将溶液转移到锥形烧瓶中,在剧烈搅拌下加入NaBH4 (0.189 mg/mL)。体系在不断搅拌下70℃回流8小时。最后,将分散体用水和乙醇交替洗涤离心各4次再进行6小时的冻干得到TiO2@Pt纳米粒子;
(3)TiO2@Pt/PEI纳米粒子的合成:将步骤(2)合成的15 mg TiO2@Pt纳米粒子加入装有5 mL去离子水的烧杯中并超声10分钟,向烧杯中加入5 mg聚乙烯亚胺并连续搅拌2小时然后离心,再用去离子水洗涤6次,最后冷冻干燥得到TiO2@Pt/PEI纳米粒子;
(4)对TiO2@Pt/PEI纳米颗粒修饰GOx:将5 mg TiO2@Pt/PEI纳米粒子加入到5 mLPBS中并超声10分钟,然后加入2.5 mg GOx,随后在冰浴中缓慢搅拌反应 10 h。最后将反应溶液离心再用PBS洗涤3次,离心后并冷冻干燥得到TPG纳米颗粒。
TPG纳米颗粒的TEM如图2所示,其粒径在165 nm左右。图3表示TPG 的电子衍射图,结果表明多晶同心环与 TiO2 和 Pt 的晶格很好地对应。图4显示TPG的凝胶电泳(SDS-PAGE)分析条带,TPG在75-100 KDa出现了与GOx对应的条带。图5在无超声刺激或有超声刺激条件下纳米颗粒TPG对4T1肿瘤细胞的体外毒性图,从图中可以看出TPG在超声刺激下对4T1肿瘤细胞具有良好的杀伤效果。图6是不同处理下不同药物在小鼠体内的抑瘤效果图,从图中可以看出与其它组相比外TPG加超声后表现出明显的抑瘤效果。图7表示纳米粒子(TPG)在小鼠体内血常规的分析图,结果显示其在小鼠体内良好的生物相容性和安全性。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.自供氧声动力和葡萄糖清除的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:包含以下步骤:
(1)具有声动力效果中腔介孔二氧化钛纳米粒子的制备与纯化:首先,配制一定浓度的聚乙烯吡咯烷酮PVP K30水溶液,然后加入稀盐酸、无水乙醇,搅拌均匀形成混合溶液;随后在超声条件下将四氟化钛粉末溶解在去离子水中,逐滴加入至上述混合溶液,在室温下磁力搅拌60分钟,将混合体系转移至不锈钢高压釜180℃加热180分钟,得到白色悬浮物;最后,用无水乙醇和去离子水交替洗涤离心,将纯化后的产物进行冻干,得到白色中腔介孔TiO2纳米粒子;
(2)TiO2表面原位沉积Pt纳米粒子的制备:取一定量中腔介孔TiO2纳米粒子冻干粉末加入去离子水中超声10分钟,将H2PtCl6·6H2O水溶液逐滴加入TiO2水溶液中,在室温下搅拌60分钟,通过滴加NaOH 溶液调节pH至10,随后在剧烈搅拌下加入NaBH4溶液进行还原;体系在磁力搅拌下70℃回流8小时;最后,用水和乙醇交替洗涤离心,再将产物冻干得到TiO2@Pt纳米粒子;
(3)TiO2@Pt/PEI纳米粒子的合成:将步骤(2)合成的TiO2@Pt纳米粒子加入去离子水中超声10分钟,再加入聚乙烯亚胺溶液连续搅拌2小时,然后用去离子水离心洗涤,最后冷冻干燥得到TiO2@Pt/PEI纳米粒子;
(4)对TiO2@Pt/PEI纳米颗粒修饰GOx:将TiO2@Pt/PEI纳米粒子加入到PBS中超声10分钟,然后加入 GOx水溶液,随后在冰浴中缓慢搅拌反应 10 h;最后将反应溶液离心再用PBS洗涤3次,最后冷冻干燥得到TPG纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的自供氧声动力和葡萄糖清除效果的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中聚乙烯吡咯烷酮水溶液的浓度为8~10 mg/mL; 所述步骤(1)中稀盐酸的浓度和体积分别为0.05~0.1 mol/L和200~300 μL; 所述步骤(1)中无水乙醇的体积为20~30 mL;所述步骤(1)中四氟化钛的浓度为4~6 mg/mL。
3.根据权利要求1所述的自供氧声动力和葡萄糖清除效果的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中TiO2的水溶液浓度为0.5~2 mg/mL; 所述步骤(2)中H2PtCl6· 6H2O的浓度和体积为 30~50 mmol/mL和40~60 μL; 所述步骤(2)中NaOH溶液的浓度为0.05~0.1 mol/L; 所述步骤(2)中NaBH4溶液的浓度为0.1~0.2 mg/mL。
4.根据权利要求1所述的自供氧声动力和葡萄糖清除效果的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中TiO2@Pt的水溶液浓度为2~4 mg/mL; 所述步骤(3)中聚乙烯亚胺溶液的浓度为0.1~1 mg/mL。
5.根据权利要求1所述的自供氧声动力和葡萄糖清除效果的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:所述步骤(4)中TiO2@Pt/PEI的PBS溶液浓度为0.5~1 mg/mL; 所述步骤(4)中GOx水溶液的浓度为0.1~0.5 mg/mL。
6. 根据权利要求1所述的自供氧声动力和葡萄糖清除效果的肖特基结纳米粒子制备方法,其特征在于:所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中超声的功率为100 W,离心的转速为8000 rpm,离心的时间为10 min。
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GR01 | Patent grant | ||
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