CN115089606B - 一种锌/铈复合纳米材料及其制备方法和在银屑病治疗中的应用 - Google Patents

一种锌/铈复合纳米材料及其制备方法和在银屑病治疗中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锌/铈复合纳米材料及其制备方法和在银屑病治疗中的应用，该锌/铈复合纳米材料是将单分散的含锌复合纳米球均匀分散于水中，再滴加铈盐水溶液并搅拌反应制备。本发明所得锌/铈复合纳米材料能有效清除炎症部位活性氧物质(ROS)来缓解氧化应激损伤，促进炎症修复，兼具稳定的免疫调节活性，抑制M1型巨噬细胞对白介素1β(IL‑1β)和白介素23(IL‑23)的分泌并打断炎症环路，有效预防炎症复发，实现对银屑病的精准有效与长期治疗。

Description

一种锌/铈复合纳米材料及其制备方法和在银屑病治疗中的 应用
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种锌/铈复合纳米材料及其制备方法和在银屑病治疗中的应用。
背景技术
银屑病是一种以角质形成细胞过度增殖为特征的自身免疫性慢性皮肤病，由免疫系统、自身抗原以及多种环境因素之间相互作用而引发，与感染、外伤、环境及药物等诱发因素相关。这种疾病的患者由于先天性免疫和后天性免疫系统的紊乱，在发病机制上主要体现为IL-17/IL-23轴引发的炎症信号的循环放大，病理学上主要体现为表皮角质增厚、角化或角化不全，其中角质形成细胞和巨噬细胞是作为此类疾病炎症循环中的关键细胞。正常状态下，当表皮接受异常刺激时，角质形成细胞会发生炎症反应，分泌趋化因子和角化周期蛋白等，而巨噬细胞会分泌促炎因子，这些因子会诱导皮肤产生炎症。
银屑病的常规治疗包括全身使用可能引起肝肾毒性的免疫抑制剂(如甲氨蝶呤)，或局部使用可能引起皮肤刺激和萎缩的皮质类固醇(如倍他米松)和维生素D类似物(如钙泊三醇)。过去20年中，通过阻断关键的炎症通路(如抗白细胞介素-17)去调节免疫治疗银屑病的方案逐渐被重视，但这些治疗策略不仅费用高昂，可能会导致感染；而且所用到的药物在表皮中存在非特异性传递和不良滞留导致疗效和安全性较差。这些问题限制了现有的银屑病传统疗法的使用。在不影响患者依从性的前提下，探索一种安全有效的治疗银屑病的新药或给药系统，仍是全球卫生组织和制药公司面临的重大挑战。
随着纳米医学的快速发展，已经开发各种纳米药物系统用于治疗银屑病，它克服了与传统药物非特异性传递和不良滞留等相关的问题。《纳米通讯》(Nano Letter，2021年第20卷，第8723-8733页)报道了将一种亚15nm纳米颗粒包含一个3nm金核和一个用30％十八烷基链修饰的1000Da聚乙二醇链的壳的纳米颗粒，用于局部递送至表皮角质形成细胞以预防和治疗银屑病。其中氧化铈纳米颗粒是一种具有氧化还原功能的无毒纳米材料，由于铈的不同氧化状态(即Ce3+/Ce4+)而产生催化活性。因此，它们显示出有趣的生物学特性，包括清除ROS、有效运用于关节炎、银屑病等其他自身免疫疾病的治疗。《国际纳米医学杂志》(International Journal ofNanomedicine，2020年第15卷，第2515—2527页)报道了一种多功能β-CDs/CeO2 NPs给药系统，该系统基于β-CDs修饰的CeNPs，用于治疗银屑病。β-CDs/CeO2 NPs具有高模拟酶活性，可消除细胞内的ROS，使其成为治疗银屑病氧化应激诱导损伤的理想抗氧化剂。此外，Zn基可降解生物材料因其内在的生理相关性、生物相容性、生物降解性和促进再生性能而得到广泛应用。但是关于锌/铈复合纳米材料的免疫调节功能以及协同抗氧化的功能对于银屑病治疗及其机理的探究还没有过。
发明内容
本发明提供了一种锌/铈复合纳米材料及其制备方法和在银屑病治疗中的应用，所要解决的技术问题在于：原料简单、合成方法简便、反应条件温和、所得的产物形貌均一、生产成本较低、适合产业化放大生产，可以有效预防炎症复发，实现对银屑病的精准有效与长期治疗。
本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：
本发明首先提供了一种锌/铈复合纳米材料的制备方法，其特点在于，包括如下步骤：
步骤1、单分散的含锌复合纳米球的制备：
首先，称取130～150mg十六烷基三甲基溴化铵于50mL的圆底烧瓶中，再加入30mL水并超声分散均匀；随后，加入30～40mg锌盐、15～30mg六次甲基四胺和5～15mg抗坏血酸并将圆底烧瓶转移至油浴锅，在50～95℃下搅拌反应8～12h；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到单分散的含锌复合纳米球。
步骤2、锌/铈复合纳米材料的制备
称取40mg单分散的含锌复合纳米球于50mL的圆底烧瓶中，再加入20mL水并超声分散均匀；将圆底烧瓶转移至油浴锅，在50～95℃保温搅拌10min，再缓慢滴加完全溶解在10mL水里的20～80mg铈盐，搅拌反应90～120min；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到锌/铈复合纳米材料。
优选的，所述锌盐为六水硝酸锌、氯化锌和二水乙酸锌中的至少一种。
优选的，所述铈盐为硝酸铈和氯化铈中的至少一种。
本发明所制备的锌/铈复合纳米材料是在非晶的含锌复合纳米球上均匀分布有铈离子，可以用于制备治疗银屑病的药物，其原理为：基于锌/铈复合纳米材料抗氧化性和免疫调节活性，有效清除炎症部位ROS来缓解氧化应激损伤，促进炎症修复，兼具稳定的免疫调节活性，抑制M1型巨噬细胞对白介素1β(IL-1β)和白介素23(IL-23)的分泌并打断验证环路，有效预防炎症复发，实现对银屑病的精准有效与长期治疗。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明以含锌复合纳米球为模板，于水溶液中原位合成了锌/铈复合纳米材料，所采用的合成原料简单、方法简便、反应条件温和，所得的产物形貌均一、生产成本较低、适合产业化放大生产。
2、本发明制备的锌/铈复合纳米材料能打断银屑病的炎症环路，有效预防炎症复发，实现对银屑病的精准有效与长期治疗。
3、本发明制备的锌/铈复合纳米材料，通过控制铈盐的加入量对其结构中的铈含量进行调控，可对其抗炎性能进行调节，有望成为抗炎活性可调的复合纳米材料。
附图说明
图1为实施例2所制备的锌/铈复合纳米材料的透射电镜(TEM)照片。
图2为实施例1、2、3所制备锌/铈复合纳米材料的抗氧化性能测试图：(a)ABTS+清除性能，(b)SOD酶活性。
图3实施例1、2、3所制备锌/铈复合纳米材料的调节免疫活性测试图：(a)IL-1β分泌浓度，(b)IL-23分泌浓度；
图4为实施例6中各组对小鼠背部皮肤治疗效果图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例按含锌复合纳米球与铈盐的质量比为2：1的条件制备锌/铈复合纳米材料：
步骤1、单分散的含锌复合纳米球的制备：
首先，称取140mg十六烷基三甲基溴化铵于50mL的圆底烧瓶中，再加入30mL水并超声分散均匀；随后，加入40mg六水合硝酸锌、30mg六次甲基四胺和15mg抗坏血酸并将圆底烧瓶转移至油浴锅，在85℃下搅拌反应12h；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到单分散的含锌复合纳米球。
步骤2、锌/铈复合纳米材料的制备
称取40mg单分散的含锌复合纳米球于50mL的圆底烧瓶中，再加入20mL水并超声分散均匀；将圆底烧瓶转移至油浴锅，在85℃下保温搅拌10min，再缓慢滴加完全溶解在10mL水里的20mg硝酸铈，搅拌反应90min；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到目标产物锌/铈复合纳米球(命名为ZC1)。
实施例2
本实施例按含锌复合纳米球与铈盐的质量比为1：1的条件制备锌/铈复合纳米球：
步骤1、单分散的含锌复合纳米球的制备：
首先，称取140mg十六烷基三甲基溴化铵于50mL的圆底烧瓶中，再加入30mL水并超声分散均匀；随后，加入40mg六水合硝酸锌、30mg六次甲基四胺和15mg抗坏血酸并将圆底烧瓶转移至油浴锅，在85℃下搅拌反应12h；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到单分散的含锌复合纳米球。
步骤2、锌/铈复合纳米材料的制备：
称取40mg单分散的含锌复合纳米球于50mL的圆底烧瓶中，再加入20mL水并超声分散均匀；将圆底烧瓶转移至油浴锅，在85℃下保温搅拌10min，再缓慢滴加完全溶解在10mL水里的40mg硝酸铈，搅拌反应100min；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到目标产物锌/铈复合纳米球(命名为ZC2)。
图1为实施例2所制备的锌/铈复合纳米材料的透射电镜(TEM)照片，从图中可以看出所制备的锌/铈复合纳米球是大小均一的单分散纳米球，直径大约是200nm。
实施例3
本实施例按所述含锌复合纳米球与铈盐的质量比为1：2的条件制备锌/铈复合纳米球：
步骤1、单分散的含锌复合纳米球的制备：
首先，称取140mg十六烷基三甲基溴化铵于50mL的圆底烧瓶中，再加入30mL水并超声分散均匀；随后，加入40mg六水合硝酸锌、30mg六次甲基四胺和15mg抗坏血酸并将圆底烧瓶转移至油浴锅，在85℃下搅拌反应12h；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到单分散的含锌复合纳米球。
步骤2、锌/铈复合纳米材料的制备：
称取40mg单分散的含锌复合纳米球于50mL的圆底烧瓶中，再加入20mL水并超声分散均匀；将圆底烧瓶转移至油浴锅，在85℃下保温搅拌10min，再缓慢滴加完全溶解在10mL水里的80mg硝酸铈，搅拌反应120min；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到目标产物锌/铈复合纳米球(命名为ZC3)。
实施例4
本实施例按如下步骤测试实施例1、2、3所制备的锌/铈复合纳米球的抗氧化性能：
采用自由基清除实验验证实施例1、2、3所制备的锌/铈纳米球的抗氧化性能，2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)与过二硫酸钾反应，可以生成绿色的在734nm有最大吸收的ABTS自由基(ABTS+)。当ABTS+遇到抗氧化剂时自由基被还原，734nm处吸收会降低，可以用ABTS+检测材料抗氧化性能。
采用超氧化物歧化酶(SOD)试剂盒检测实施例1、2、3所制备的锌/铈复合纳米球的SOD酶活性，SOD酶生物体内清除自由基的首要物质，可以直接测定材料的抗氧化性能。
图2(a)为实施例1、2、3所制备的锌/铈复合纳米球的抗氧化性能图。从图中可以看出ZC1、ZC2和ZC3都能有效清除ABTS+自由基，且依次增强，说明随着铈离子掺杂量增加锌/铈纳复合纳米球抗氧化性能增强。图2(b)是实施例1、2、3所制备的锌/铈复合纳米球的SOD酶活性，从图中可以看出ZC1、ZC2和ZC3都具有SOD酶活性，且依次减弱，说明随着铈离子掺杂量增加锌/铈纳复合纳米球SOD酶活性减弱。综合考虑ABTS+自由基清除活性和SOD酶活性，选择实施例2所制备的锌/铈复合纳米球(ZC2)作为最终治疗材料。
实施例5
本实施例按如下步骤测试实施例1、2、3所制备的锌/铈纳米球对M1巨噬细胞免疫调节活性：
脂多糖(LPS)和γ干扰素(IFN-γ)被用来刺激巨噬细胞使其分化为M1型巨噬细胞，通过ELISA分析评估锌/铈复合纳米球对M1型巨噬细胞分泌促炎性细胞因子IL-1β和IL-23的影响。
图3(a)是实施例1、2、3所制备的锌/铈纳米球的对M1型巨噬细胞分泌促炎性细胞因子IL-1β的影响，图中M0是未激活巨噬细胞、M1是促炎型巨噬细胞，从图中可以看出ZC1、ZC2和ZC3都能明显降低IL-1β的分泌，降低炎症反应。图3(b)是实施例1、2、3所制备的锌/铈纳米球的对M1型巨噬细胞分泌促炎性细胞因子IL-23的影响，图中M0是未激活巨噬细胞、M1是促炎型巨噬细胞，从图中可以看出ZC1、ZC2和ZC3都能明显降低IL-23的分泌，降低炎症反应，并且统计结果具有统计学意义，说明所制备的锌/铈复合纳米球能抑制促炎M1型巨噬细胞中先天细胞因子IL-1β和IL-23的表达，从而打断验证环路，促进炎症恢复。(*p<0.05，表示差异性显著；**p<0.01，表示差异性非常显著)
实施例6
本实施例按如下步骤测试实施例2所制备的锌/铈纳米球对银屑病治疗效果：
将小鼠随机分组：对照组、造模组、空白凝胶组、阳性对照组、材料凝胶组，每组5只小鼠。造模方法是选用咪喹莫特乳膏(IMQ)在小鼠耳朵和背部涂抹以构建银屑病小鼠模型。治疗方法是将治疗材料涂抹在小鼠背部。
对照组：不进行任何处理；
造模组：每天上午造模；
空白凝胶组：以卡波姆凝胶作为空白对照的治疗材料，每天上午造模、下午治疗；
阳性对照组：采用甲氨蝶呤(MTX)做为阳性对照的治疗材料，每天上午造模、下午治疗；
材料凝胶组：将实施例2所制备的锌/铈复合纳米球按照质量比10％加入卡波姆凝胶中，作为治疗材料；每天上午造模、下午治疗。
每天拍照记录观察炎症模型状态，并根据评分细则(银屑病皮损面积和严重程度指数PASI)(中国银屑病诊疗指南(2018完整版))给各分组小鼠炎症状态打分，直到阳性对照组小鼠表皮自愈。
图4为实施例2所制备的复合纳米球搭载凝胶后对小鼠背部皮肤治疗效果图。从图中可以看出对照组背部没有明显的表型，而造模组及空白凝胶组表现出表皮增厚、鳞屑增多以及红斑等表型，材料凝胶组和阳性对照组表现出明显的好转，说明所制备的锌/铈复合纳米球搭载凝胶后对银屑病有明显的治疗效果。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锌/铈复合纳米材料的制备方法，其特征在于：
首先，称取130～150mg十六烷基三甲基溴化铵于50mL的圆底烧瓶中，再加入30mL水并超声分散均匀；随后，加入30～40mg锌盐、15～30mg六次甲基四胺和5～15mg抗坏血酸并将圆底烧瓶转移至油浴锅，在50～95℃下搅拌反应8～12h；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，得到单分散的含锌复合纳米球；
称取40mg单分散的含锌复合纳米球于50mL的圆底烧瓶中，再加入20mL水并超声分散均匀；将圆底烧瓶转移至油浴锅，在50～95℃保温搅拌10min，再缓慢滴加完全溶解在10mL水里的20～80mg铈盐，搅拌反应90～120min；最后，自然冷却至室温、离心洗涤，即得到锌/铈复合纳米材料。
2.根据权利要求1所述的锌/铈复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述锌盐为六水硝酸锌、氯化锌和二水乙酸锌中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的锌/铈复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述铈盐为硝酸铈和氯化铈中的至少一种。
4.一种权利要求1～3中任意一项所述制备方法所制得的锌/铈复合纳米材料。
5.根据权利要求4所述的锌/铈复合纳米材料，其特征在于：所述锌/铈复合纳米材料是在非晶的含锌复合纳米球上均匀分布有铈离子。
6.一种权利要求4或5所述锌/铈复合纳米材料的应用，其特征在于：用于制备治疗银屑病的药物。
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