CN115317605B - 一种自主供氧复合光敏剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自主供氧复合光敏剂及其应用，所述复合光敏剂包括脂质、载脂蛋白、增氧内核和卟啉脂质，所述增氧内核是指由自产氧型材料形成的内核，所述自产氧型材料包括过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过氧化锰和过氧化钛中的一种或多种。基于肿瘤缺氧微环境的特征，结合光动力治疗原理，通过构建自主供氧复合光敏剂，实现集靶向肿瘤病灶、光敏剂高效递释、改善肿瘤缺氧微环境、实时荧光引导肿瘤切除、增强光动力治疗效果于一体。由此，克服目前光动力治疗中光敏剂递送、肿瘤缺氧微环境等多重瓶颈，大大提高了对肿瘤干细胞的体内外杀伤效果。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种增强光动力治疗疗效的自主供氧复合光敏剂及其应用。
背景技术
光动力疗法(PDT)作为一种FDA批准的新型肿瘤疗法，近年来得到越来越多的关注。光动力治疗需要光、光敏剂、氧气三要素，通过光将光敏剂转化为激发态，处于激发态的光敏剂与组织细胞中的基态氧作用，产生有细胞毒性的单线态氧，进而杀伤细胞。然而目前光动力治疗在胶质瘤中的应用还存在许多问题。氧气是光动力治疗产生活性氧的关键条件，而胶质瘤有着缺氧的肿瘤微环境，限制了光动力治疗的疗效发挥。胶质瘤受血脑屏障的保护，大部分光敏剂药物难以靶向富集于肿瘤病灶。因此，设计能够靶向富集于肿瘤病灶并且增加局部氧含量的纳米体系，提供了改善PDT在胶质瘤中治疗效果的可能性。
卟啉等光敏剂材料自身也仍有许多缺陷。光敏剂主要通过实体瘤的高通透性和滞留效应等非特异性方式到达肿瘤部位，其自身无法通过血脑屏障等生理屏障，也无法通过特异性的方法实现肿瘤富集，因此靶向性不足、累积量较少、特异性较差。光敏剂卟啉聚集状态的维持会导致其荧光淬灭，这虽然可以减少全身应用时的光毒性，但与此同时，在靶部位如果无法恢复荧光则会影响其疗效，因此需要使用别的策略使其在达到靶部位后进行解聚，恢复其荧光特性。同时，富集于肿瘤细胞的光敏剂还面临着溶酶体逃逸的问题，如果无法实现溶酶体逃逸，光敏剂就会在溶酶体中降解，从而减弱其效果。此外，单一光敏剂介导的光动力治疗，在缺氧条件下非但不能达到治疗效果，这一耗氧过程反而可能加重肿瘤缺氧，进而促进肿瘤的进展和转移。因此，需要开发新型复合型光敏剂来克服上述瓶颈。
近年来，许多生物产氧材料，例如基于血红蛋白的氧气载体/过氧化氢酶、二氧化锰等被用来提高肿瘤内的氧含量水平。但是其氧生成能力可能受到细胞内过氧化氢浓度的限制。同时，产氧材料存在安全性、血液循环中氧气提前泄漏的问题。因此，开发高效且具有生物安全性的、独立于内源性过氧化氢体系的自主供氧材料是一种更好的选择。
鉴于目前光动力治疗、光敏剂、增氧材料等的现存问题，我们开发了一款新型自主供氧的复合光敏剂。过氧化钙可协助光敏剂实现药物崩解和溶酶体逃逸，显著增强其荧光强度。同时自主供氧复合光敏剂亦可作为成像剂，通过荧光引导精准手术切除。这一自主供氧复合光敏剂，可增强光敏剂的荧光强度，实时引导手术切除，实现外源性自主供氧，达到诊疗一体化的效果，从而显著提升了光动力治疗的效果。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种通过脂蛋白纳米载体，携带脂质化的卟啉光敏剂实现血脑屏障跨越，并通过巨胞饮作用高效富集于肿瘤病灶，内部载带过氧化钙增氧内核，实现外源性自主供氧，同时避免其氧气泄露、过早降解的自主供氧复合光敏剂。
本发明的第二个目的在于提供自主供氧复合光敏剂的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供自主供氧复合光敏剂的应用。
为实现以上目的，本发明公开以下技术方案：一种自主供氧复合光敏剂，所述复合光敏剂包括脂质、载脂蛋白、增氧内核和卟啉脂质，所述脂质为蛋磷脂、豆磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇、磷脂酸、心磷脂、溶血磷脂、鞘氨醇、神经酰胺、鞘磷脂、脑苷脂、胆固醇、胆固醇酯、甘油酯及其衍生物中的一种或多种，所述增氧内核是指由自产氧型材料形成的内核，所述自产氧型材料包括过氧化钙、过氧化镁、过氧化锌、过氧化锰和过氧化钛中的一种或多种。
作为一个优选方案，所述增氧内核采用油包水、混匀反应、沉淀析出方法制备获得。将氯化钙缓慢加入微乳体系，将过氧化氢、浓氨水、脂质依次缓慢加入相同微乳体系，再将两相混合，生成增氧内核。
作为一个优选方案，所述载脂蛋白为ApoE，ApoA-I、ApoA-II、ApoA-IV，ApoB，ApoC-I、ApoC-II、ApoC-III、ApoJ中的一种或多种及其模拟肽。
作为一个优选方案，所述增氧内核质量占处方含量的0.001-80％，所述光敏剂质量占处方含量的0.001-20％，所述脂质质量占处方含量的20-90％，所述载脂蛋白质量占处方含量的20-80％。
为实现本发明第二个目的，本发明公开以下技术方案：一种自主供氧复合光敏剂的制备方法，包括如下步骤：将氯化钙缓慢加入微乳体系，将过氧化氢、浓氨水、脂质依次缓慢加入相同微乳体系，再将两相按1:1比例混合，生成增氧内核，上述过程均于10℃—30℃温度下进行；通过外层脂质及光敏剂包裹制备含增氧内核的卟啉脂质体；与载脂蛋白或其模拟肽共孵育，得到含增氧内核的自主供氧复合光敏剂体系。
装配于复合光敏剂中的卟啉，在未解聚时保持高效的荧光淬灭，避免全身应用时的光毒性。增氧内核可帮助其实现溶酶体逃逸、促进结构解聚，使其避免溶酶体降解作用，恢复荧光特性，增强荧光强度。
为实现本发明第三个目的，本发明公开以下技术方案：自主供氧复合光敏剂在制备预防或治疗肿瘤药物中的应用。所述肿瘤优选胶质瘤等有缺氧微环境的肿瘤。基于肿瘤缺氧微环境的特征，结合光动力治疗原理，通过构建含增氧内核的自主供氧复合光敏剂，实现集靶向肿瘤病灶、光敏剂高效递释、改善肿瘤缺氧微环境、实时荧光引导肿瘤切除、增强光动力治疗效果于一体。
本发明提供了自主供氧复合光敏剂在制备光动力治疗光敏剂中的应用。通过载带内核，介导其溶酶体逃逸，使其以游离状态释放，产生更强的荧光信号。
本发明提供了自主供氧复合光敏剂在制备光动力治疗中增氧剂中的应用。通过自主供氧、自解聚的体系，作为光动力治疗过程中的增氧剂，避免氧耗竭问题，增强光动力治疗效果。在经自主供氧复合光敏剂即含增氧内核的卟啉脂蛋白纳米载体处理后进行光动力治疗，可有效提升光动力治疗效果，避免缺氧引起后续的肿瘤增殖。
本发明提供了自主供氧复合光敏剂在制备纳米递药系统中的应用，递送药物分子负载在增氧内核中。增氧内核可以负载递送药物，增强协同治疗的疗效。通过构建自主供氧复合光敏剂，实现集靶向肿瘤病灶、光敏剂高效递释、改善肿瘤缺氧微环境、实时荧光引导肿瘤切除、增强光动力治疗效果于一体。
用自主供氧复合光敏剂可实时荧光引导手术切除的成像，通过静脉注射药液，纳米载体局部富集后用正置荧光显微镜可实时观察，明显区分肿瘤和周围组织，从而实现肿瘤切除。
自主供氧复合光敏剂通过内核载带增氧内核，介导其溶酶体逃逸，使其以游离状态释放更强的荧光信号。同时通过自主供氧、自解聚的体系，作为光动力治疗过程中的增氧剂，避免氧耗竭问题，增强光动力治疗效果。在经自主供氧复合光敏剂处理后进行光动力治疗，可有效提升光动力治疗效果，避免缺氧引起后续的肿瘤增殖。
本发明复合光敏剂具有如下有益效果：
1)通过卟啉脂蛋白包裹，减少增氧内核被血清酶降解，避免氧气过早泄漏的失效问题和安全性问题。同时又可在有酶或酸性条件下释放氧气，使其可在进入溶酶体后发挥增氧效果。
2)装配于自主供氧复合光敏剂中的卟啉，在未解聚时保持高效的荧光淬灭，避免全身应用时的光毒性。增氧内核可帮助其实现溶酶体逃逸、促进结构解聚，使其避免溶酶体降解作用，恢复荧光特性，增强荧光强度。
3)集光敏剂卟啉、自主供氧增氧内核于一体，该复合光敏剂解决了单一光敏剂无法克服肿瘤缺氧微环境的问题，使之能够增强原有单一光敏剂的治疗效果。
4)自主供氧复合光敏剂兼具靶向肿瘤病灶、光敏剂高效递释、改善肿瘤缺氧微环境、实时荧光引导肿瘤切除、增强光动力治疗效果等效果，扩展了原有单一光敏剂的应用范畴，增强其疗效。
本发明的优点在于，基于肿瘤缺氧微环境的特征，结合光动力治疗原理，通过构建自主供氧的增强型复合光敏剂，实现集靶向肿瘤病灶、光敏剂高效递释、改善肿瘤缺氧微环境、实时荧光引导肿瘤切除、增强光动力治疗效果于一体。由此，克服目前光动力治疗光敏剂递送、肿瘤缺氧微环境等的多重瓶颈，大大提高了对肿瘤干细胞的体内外杀伤效果。
附图说明
图1为含过氧化钙的自主供氧复合光敏剂(PLCNP)的构建和表征。a)制备流程图。b)各种纳米载体在透射电镜的形态。比例尺，50nm。c)各种纳米载体在动态光散射下的粒径分布。
图2为改变制备条件、不同组分占比后所得不同产物。a)加样顺序：先加过氧化氢后加氨水(左)、先加氨水后加过氧化氢(右)的产物得率。b)制备温度：>10℃制备温度下(右)、5℃制备条件下(左)的产物得率。c)脂质占比：30％(左)、80％(中)、15％(右)时，制备产物室温放置4周后的情况。d)载脂蛋白占比为10％、30％、75％时制备产物的多分散系数。
图3为自主供氧复合光敏剂中过氧化钙的含量及其释氧能力。a)自主供氧复合光敏剂与不同pH的PBS(pH＝1、3、5.5、7)共孵育3、5h后，体系内的过氧化钙残余量。b)自主供氧复合光敏剂与10％血清共孵育3、5h后，体系内的过氧化钙残余量。
图4为自主供氧复合光敏剂(PLCNP)与单纯卟啉脂蛋白纳米药物(PLNP)在纳米状态、解离状态的吸收(a)、发射光谱特性(b)；有无供氧内核时时，两者在纳米、解离状态的发射光谱(c)；不同光敏剂添加量、有无核心时纳米载体中光敏剂的淬灭效率(d)；自主供氧复合光敏剂，由于增氧内核的溶酶体逃逸特性导致荧光强度增强(e)，及溶酶体共定位率(f)和平均荧光强度(g)的半定量分析。(*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001)
图5为人源胶质瘤干细胞样细胞对纳米载体、巨胞饮小泡特异性标记物Dextran的摄取、共定位以及加入EIPA巨胞饮抑制剂后的抑制摄取情况及其半定量分析。(**p<0.01)
图6为自主供氧复合光敏剂通过巨胞饮体内点亮GIC肿瘤组织。a)尾静脉注射后10、20、40、60min时胶质瘤实时荧光成像。b)尾静脉注射后4、8、12h裸鼠活体成像。c)尾静脉注射后4h时卟啉在肿瘤局部富集的半定量分析。d)有无EIPA(30μg/g，腹腔注射)处理情况下，尾静脉注射自主供氧复合光敏剂肿瘤局部富集的半定量分析。e)尾静脉注射后4h时裸鼠全身活体成像。f)尾静脉注射后4h时脑局部荧光成像。g)有无EIPA(30μg/g，腹腔注射)处理情况下，尾静脉注射后4h时的小鼠全身活体成像。h,i)尾静脉注射4h时在肿瘤内(h)和边界(i)部位的富集。比例尺，100μm。(**p<0.01)
图7为自主供氧复合光敏剂通过产生ROS起到协同增强PDT的效果。a,b)人源胶质瘤干细胞用制剂共孵育4、8h后的活性氧水平，用激光共聚焦显微镜观察(a)，并用流式细胞术进行定量分析(b)。c)荷瘤小鼠尾静脉注射制剂后4h时肿瘤组织内的活性氧水平，用流式细胞术定量分析。d)自主供氧的复合光敏剂处理后光动力治疗后的细胞活力。e)人源胶质瘤干细胞用含磷酸钙的卟啉脂蛋白纳米载体处理后，再进行光动力治疗的细胞活力变化。(**p<0.01，***p<0.001，****p<0.0001)
图8为自主供氧复合光敏剂有效提高PDT疗效，并且延长GIC荷瘤小鼠模型的生存期。a)GIC荷瘤小鼠尾静脉注射纳米制剂4h后进行手术治疗，手术切除前后病灶局部的荧光成像。b)切除的治疗组织的代表性HE、Ki67染色结果。c)GIC荷瘤小鼠脑部MRI拍摄图像。MRI图像于手术治疗前1天(肿瘤种植后第28天)和治疗后6天(肿瘤种植后35天)。d)MRI拍摄的肿瘤大小半定量分析。e)不同治疗组小鼠的生存期曲线。f)不同治疗组小鼠的相对体重变化。(*p<0.05)
图9为自主供氧复合光敏剂载带siRNA药物发挥疗效。a)在不同时间点时，载siRNA的自主供氧复合光敏剂的血清稳定性。b)在DMPC浓度为200μg/mL(siRNA浓度为100×10-9M)的条件下各纳米载体处理12、24h后，GIC中PARP1的蛋白表达水平与半定量分析。c)在DMPC浓度为200μg/mL条件下制剂刺激24h后，彗星实验检测DNA损伤的代表图像与DNA损伤程度(尾矩)的半定量测定。(***p<0.001，****p<0.0001)
具体实施方式
以下，结合具体实施方式对本发明的技术进行详细描述。应当知道的是，以下具体实施方式仅用于帮助本领域技术人员理解本发明，而非对本发明的限制。
实施例1.含过氧化钙的自主供氧复合光敏剂的制备和表征
(1)含过氧化钙的自主供氧复合光敏剂(PLCNP)制备
在油包水体系中制备过氧化钙增氧内核。油相为环己烷与聚氧代乙烯(5)壬基苯基醚混合，每份总体积为20mL。首先制备钙相，将300μL浓度为0.2μg/mL的氯化钙溶液加入20mL油相中形成分散均一的油包水体系。过氧化氢相的制备为：先将300μL浓度为30％过氧化氢溶液加入另一份油相中，再逐滴加入20μL浓氨水，以上物质均先复温至室温再进行操作。搅拌10min后，向过氧化氢相加入200μL浓度为20mmol/L的1,2-油酰磷脂酸(1,2-dioleoyl phosphatidic acid，DOPA)溶液。体系稳定后，将钙相缓慢滴加到过氧化氢相中，并不断搅拌，钙相全部加入过氧化氢相后，油包水体系内补加100μL浓度为20mM的DOPA氯仿溶液，混合搅拌45min。此时，将40mL无水乙醇快速加入到上述油包水体系中，搅拌10min，破坏油包水的稳定体系。以上操作均于10-30℃室温下进行。随后将混合液通过高速离心(12,500g)约20min分离出过氧化钙增氧内核。弃去上清、收集沉淀后加入20mL无水乙醇涡旋洗涤。在同样洗涤-离心操作进行3次后，离心得到的沉淀即为DOPA修饰的过氧化钙增氧内核，将其分散于3mL氯仿中存放于玻璃瓶中用于后续实验。
采用薄膜水化法制备脂质体：称取脂质(2-10mg)置于500mL圆底烧瓶中，加入2mL乙醚，挥干除去磷脂中的水分，再加入上述制备的增氧内核1mL及2mL氯仿溶液，以及20-120μL 5mmol/L卟啉脂质，置于旋转蒸发仪上抽真空1h。随后加入4mL三蒸水，于40℃水浴间歇振摇10min至薄膜水化脱落得到脂质体。探头超声进一步减小脂质体粒径，得到含过氧化钙的卟啉脂质体。
而后将ApoE或ApoA-I等载脂蛋白(0.1-10mg)加入到上述溶液中(脂质总质量4mg)，轻轻混匀，置于震荡摇床于120rpm，37℃孵育24h，得到自主供氧复合光敏剂。
(2)单纯卟啉脂蛋白纳米药物(即不含增氧内核的单纯卟啉脂蛋白纳米药物，PLNP)：称取脂质(2-10mg)置于500mL圆底烧瓶中，加入2mL乙醚，挥干除去磷脂中的水分，再加入3mL氯仿溶液，以及20-120μL 5mmol/L卟啉脂质，置于旋转蒸发仪上抽真空1h。随后加入4mL三蒸水，于40℃水浴间歇振摇10min至薄膜水化脱落得到脂质体。探头超声进一步减小脂质体粒径，得到卟啉脂质体。而后将ApoE或ApoA-I等载脂蛋白(0.1-10mg)加入到上述溶液中(脂质总质量4mg)，轻轻混匀，置于震荡摇床于120rpm，37℃孵育24h，得到单纯卟啉脂蛋白纳米药物。
(3)表征
自主供氧复合光敏剂、单纯卟啉脂蛋白纳米药物、DOPA修饰的增氧内核用磷钨酸负染，透射电镜观察形态。激光粒度仪测定其粒径和表面电位。如图1，在电镜下，DOPA修饰的增氧内核呈现出均一、圆球形的形态；单纯卟啉脂蛋白纳米药物呈现出盘状形态(35-40nm)；而自主供氧复合光敏剂形态更为致密，为圆球形，相比于单纯卟啉脂蛋白纳米药物直径更大(45-55nm)。各种纳米粒的粒径均在20-50nm之间(图1)。所制备的纳米载体都呈负电性，且由于载带物质的不同相互之间有细微的差别，单纯卟啉脂蛋白纳米药物的电负性约为-20.68±1.63mV；而增氧内核的加入使得电负性增加，自主供氧复合光敏剂的电负性约为-22.78±0.49mV。
(4)制备条件不同会导致产物不同
如图2.a所示，改变过氧化氢及浓氨水在微乳体系中加样顺序，先加氨水后加过氧化氢，得率大幅下降，直接于微乳相中产生气体。反应温度降低后，低于10℃后，生成的沉淀量大幅减少(图2.b)。
(5)复合光敏剂中不同组分的比例影响其稳定性
如图2.c(右)所示，当脂质添加量过小，为15％时，所制备的纳米载体不能稳定存在，室温放置4周后将聚集形成团块状沉淀。当脂质添加量为30％(图2.c左)和80％时(图2.c中)时，复合光敏剂体系可稳定存在。载脂蛋白添加量为20％-80％时均能形成稳定沉淀，纳米载体的多分散系数均在0.2-0.4之间；添加量为10％时，纳米载体的多分散系数明显上升(图2.d)。提示载脂蛋白占比过小时，自主供氧复合光敏剂体系的稳定性大幅下降。
实施例2.自主供氧复合光敏剂的释氧能力
将自主供氧复合光敏剂与不同pH的PBS缓冲液(pH＝1,3,5.5,7)、10％血清共孵育1、3、5h后，使用过氧化氢检测试剂盒(碧云天)测定体系中过氧化钙的残余量。自主供氧复合光敏剂中过氧化钙的产率为62.65±3.61％。由于卟啉-蛋白纳米外壳的保护，自主供氧复合光敏剂在与10％血清共孵育5h后，依然有80.01％的过氧化钙存在于体系中(图3)。这说明血清中的酶会部分瓦解纳米结构，并导致氧气释放，但卟啉-脂蛋白纳米外壳可以有效保护自主供氧复合光敏剂免于血清降解。当自主供氧复合光敏剂与不同pH值的PBS共孵育时，自主供氧复合光敏剂呈现出缓慢的氧气释放过程(图3)。PBS的酸性越强，自主供氧复合光敏剂分解得就越快。在与中性PBS(pH＝7)孵育时，自主供氧复合光敏剂中的过氧化钙含量几乎不变。这些结果显示，自主供氧复合光敏剂在存在酸和酶的情况下(例如溶酶体)，是一个高效的氧气释放体系。
实施例3.自主供氧复合光敏剂的自解聚
(1)紫外吸收光谱和荧光发射光谱的绘制：卟啉类化合物由4个吡咯环组成，具有一个Soret带(410nm左右)和四个Q带(510，550，610和660nm左右)的特征吸收带。根据包封率调整样品中pyro-lipid浓度至0.05mg/mL，纳米载体完整组用PBS进行稀释，纳米载体破坏组用裂解液进行稀释。检测200-800nm范围内紫外吸收强度值，以及在412nm激发条件下，600-800nm范围内荧光发射强度值。与未添加卟啉脂质的脂蛋白纳米系统相比，自主供氧复合光敏剂在412nm(Soret带)和675nm(Q带)处有2个特征吸收峰，这与焦脱镁叶绿酸-a在409nm和664nm处的特征吸收峰位置相对一致，且吸收峰发生了红移(6nm)，表明Pyro-lipid与脂蛋白纳米系统中其他组分发生了结合(图4.a)。与不含光敏剂的脂蛋白纳米载体(LCNP)对照相比，含过氧化钙的复合光敏剂在激发的瞬间能产生较强的化学发光(676nm强吸收峰)，具有光敏化特性(图4.b)。增氧内核的加入使得卟啉分子间距离增大，在非解离的纳米状态下荧光强度更强(图4.c)。同时我们也发现，减少卟啉添加量也会使得其分子间距离增大，从而使其自淬灭率下降(图4.d)
(2)自主供氧复合光敏剂的自解聚：将肿瘤干细胞以100个球接种于24孔板，5％二氧化碳培养箱培养过夜后，加入自主供氧复合光敏剂、单纯卟啉脂蛋白纳米药物的DMEM溶液，DMPC浓度为50μg/mL，孵育15min、30min、1h后，加入LysoTracker再共孵育30min，弃去培养液后PBS清洗一次，而后采用多聚甲醛固定，并用DAPI染核。采用激光共聚焦显微镜观察。如图4所示，自主供氧复合光敏剂溶酶体逃逸效率更高。在1h和4h时，单纯卟啉脂蛋白纳米药物与溶酶体的共定位率更高(图4.e,f)。同时，自主供氧复合光敏剂组的荧光强度更高，且随着时间推移逐渐增强，显示其自解聚特性，可能与其介导的溶酶体逃逸有关(图4.e,g)。
实施例4.自主供氧复合光敏剂在体内外通过巨胞饮途径高效靶向肿瘤干细胞
(1)将肿瘤干细胞以100个球接种于24孔板，5％二氧化碳培养箱培养过夜后，加入含过氧化钙核心的卟啉脂蛋白纳米载体即自主供氧复合光敏剂(PLCNP)和含过氧化钙的卟啉脂质体(PCNP)的DMEM溶液，DMPC浓度为20μg/ml，孵育1.5小时，而后加入巨胞饮通路标记物FITC-Dextran(1mg/ml)，再共孵育1.5小时，弃去培养液后PBS清洗一次，而后采用多聚甲醛固定，并用DAPI染核。进一步通过巨胞饮抑制剂EIPA 150μM预处理1.5小时后采用激光共聚焦显微镜观察制剂与Dextran的摄取和共定位情况。
结果如图5所示，激光共聚焦显微镜拍摄显示，自主供氧复合光敏剂(PLCNP)与巨胞饮特异性标记物FITC-dextran(70kDa)有共定位。相较于含过氧化钙核心的卟啉脂质体(PCNP)，自主供氧复合光敏剂的摄取效率更高。而巨胞饮抑制剂EIPA可以显著减少自主供氧复合光敏剂内化入GIC(66.19％)(图5)。这些结果均表明，自主供氧复合光敏剂通过其脂蛋白结构介导的巨胞饮实现特异、高效的GIC富集。
实施例5.自主供氧复合光敏剂通过巨胞饮作用富集于体内胶质瘤原位病灶，实现实时原位荧光成像
(1)制备：游离卟啉脂质50mg卟啉脂质+650mg聚氧乙烯蓖麻油(CAS#61791-12-6)+终浓度为33％的乙醇，混匀制成储备液，使用时用灭菌水稀释到对应终浓度。
(2)采用NOD/SCID小鼠脑定位注射人源胶质瘤干细胞样细胞，构建原位荷胶质瘤小鼠模型，评价游离卟啉脂质(Pyro)、单纯卟啉脂蛋白纳米药物(PLNP)、自主供氧复合光敏剂(PLCNP)对于荷瘤小鼠病灶靶向性、以及实时荧光成像能力。
用截留分子量30kD的超滤离心管浓缩载过氧化钙的卟啉脂蛋白纳米载体溶液。荷瘤小鼠造模28天后，小鼠麻醉后尾静脉注射5mg/kg自主供氧复合光敏剂(PLCNP)，随后立即固定于脑立体定位仪、切开皮肤，用正置荧光显微镜持续拍摄肿瘤局部的变化(图6.a)。实时荧光成像显示，在尾静脉注射自主供氧复合光敏剂20min后，GIC肿瘤局部出现星星点点的光亮，并在一段时间后逐渐增强(图6.a)。这表明，自主供氧复合光敏剂可以有效地在体内“点亮”GIC肿瘤组织，实现肿瘤的可视化。
荷瘤小鼠造模28天后，尾静脉给予自主供氧复合光敏剂溶液，按卟啉脂质0、5、10mg/kg的剂量给药。给药4、8、12h后，用5％水合氯醛麻醉，置于小动物活体成像仪进行拍摄。拍摄后固定小鼠，剪开胸腔，充分暴露心脏，将头皮针头刺入左心室，剪开右心耳，立即用0.9％的生理盐水灌流至流出的灌流液无血色，然后以4％多聚甲醛溶液灌流固定，直至肝脏、四肢、尾变硬，取出心、肝、脾、肺、肾和脑(肿瘤)组织，生理盐水冲洗后置于小动物活体成像仪采集图像。自主供氧复合光敏剂(PLCNP)在静脉注射4h后就实现了高效的原位富集，在此之后富集强度逐渐减弱(图6.b)。此外，提高给药剂量可以提高局部荧光强度。相较于游离卟啉脂质(10mg/kg卟啉脂质)，自主供氧复合光敏剂(5mg/kg卟啉脂质)就可以达到同样的GIC“点亮”效果(图6.c,e,f)。这表明自主供氧复合光敏剂使得给药剂量可以降低，也因此避免了潜在的毒性作用。与之前的研究以及体外实验的结果一致，EIPA可以有效抑制自主供氧复合光敏剂在肿瘤部位的富集(45.69％,P＝0.0011)(图6.d,g)。
收集小鼠大脑，用4％多聚甲醛固定，依次用10％、30％蔗糖溶液脱水，OCT包埋，-80冰箱冷冻，最后用冰冻切片机切成14mm的薄片，并用100ng/mL DAPI染核、PBS漂洗、封片、激光共聚焦显微镜观察。冰冻切片激光共聚焦显微镜拍摄的结果与视频一致，自主供氧复合光敏剂在肿瘤干细胞肿瘤组织的外周和内部区域均有富集，可以实现肿瘤整体的药物递送和成像(图6.h,i)。
实施例6.自主供氧复合光敏剂通过增强细胞活性氧来增强体外光动力治疗药效
(1)肿瘤干细胞中活性氧含量增加的定量和定性研究：到达刺激时间后，先离心收集细胞，再加入1:500肿瘤干细胞培养基稀释的2,7-二氯荧光素二乙酸酯(2,7-dichlorodihydrofluorescein diacetate,DCFH-DA)探针，37℃孵育30min，随后离心弃上清，并用肿瘤干细胞培养基洗2遍，随后用流式细胞仪检测荧光信号(激发光488nm，发射光525nm)。定性激光共聚焦观察时，在装载好DCFH-DA探针后，用多聚甲醛进行固定，再用1:1000PBS稀释的DAPI染核，随后用激光共聚焦显微镜进行观察。
激光共聚焦显微镜显示，与单纯卟啉脂蛋白纳米药物相比，自主供氧复合光敏剂处理过的肿瘤干细胞细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)水平更高(图7.a)。流式细胞定量分析显示，与单纯卟啉脂蛋白纳米药物处理组相比，肿瘤干细胞经自主供氧复合光敏剂处理4s后，细胞内活性氧水平提高了约2.1倍(图7.b)。自主供氧复合光敏剂处理8h后肿瘤干细胞中的活性氧水平比单纯卟啉脂蛋白纳米药物组高，但低于处理4h的组。因此，GICs经自主供氧复合光敏剂共孵育4h后，胞内ROS水平可显著提升。
(2)体内活性氧含量增加的定量研究：NOD/SCID小鼠脑内原位种植胶质瘤干细胞后28天，尾静脉注射单纯卟啉脂蛋白纳米药物、自主供氧复合光敏剂后4h，取肿瘤组织，用大豆蛋白酶消化成单细胞悬液，随后用上述方法进行活性氧检测，用流式细胞术测定。
结果显示，在体内，自主供氧复合光敏剂可将肿瘤细胞内的ROS水平升高约5.52倍(图7.c)。这些结果表明，自主供氧复合光敏剂在体内外均有供应、产生ROS的能力。
(3)体外光动力治疗效果评价：将肿瘤干细胞以每孔10000个接种于黑壁96孔板中，次日给药刺激，刺激4h后，移去孔内药液，加入肿瘤干细胞培养基，用0.6J光强照射每孔，照射结束后继续培养24h，随后用CCK-8试剂盒监测细胞活力。
我们发现过氧化钙增氧内核的存在可显著提升光动力治疗对肿瘤干细胞的杀伤效果，与单纯卟啉脂蛋白纳米药物相比，自主供氧复合光敏剂处理后再进行光动力治疗的细胞活力降低了约52.63％(p<0.0001)(图7.d)。单纯卟啉脂蛋白纳米药物没有增氧的效果，即使用光动力治疗也难以达到治疗的效果。我们又用卟啉-脂蛋白包裹的含磷酸钙(Calcium phosphate,CaP)核心的纳米体系，通过观察其对肿瘤干细胞的光动力治疗效果来验证过氧化钙核心在其中的重要作用。我们发现，含磷酸钙核心的卟啉-脂蛋白纳米载体(Pyro-CaP-rHDL)，经过4J/cm2光强处理后，肿瘤干细胞的细胞活力甚至提高了3.73倍(P<0.01)(图7.e)。这些结果表明，在没有额外供氧的情况下进行光动力治疗，非但可能达不到治疗效果，反而可能由于加重肿瘤缺氧而引起肿瘤细胞进一步增殖。
实施例7.自主供氧的复合光敏剂引导小鼠原位胶质瘤切除及其体内光动力治疗药效
荷胶质瘤干细胞原位脑胶质瘤NOD/SCID小鼠被随机分为4组：生理盐水组(Saline)、生理盐水+手术组(Saline+Surgery)、单纯卟啉脂蛋白纳米药物+手术+光动力治疗组(PLNP+Surgery+PDT)、自主供氧复合光敏剂+手术+光动力治疗组(PLCNP+Surgery+PDT)。胶质瘤干细胞脑内种植后28天，生理盐水组仅接受生理盐水注射；生理盐水+手术组注射生理盐水200μL后4h接受手术治疗，去除肉眼和荧光显微镜下可见的肿瘤组织；单纯卟啉脂蛋白纳米药物+手术+光动力治疗组和自主供氧复合光敏剂+手术+光动力治疗组分别尾静脉注射单纯卟啉脂蛋白纳米药物和自主供氧复合光敏剂(卟啉脂质5mg/kg)，注射后4h在荧光显微镜下接受手术治疗，随后进行光动力治疗照射(671nm，0.1W，25s，光斑面积0.32cm2)。切除的组织立即用4％多聚甲醛固定，随后用HE、Ki 67染色。记录小鼠的生存情况和体重变化。手术后1周时，用核磁共振成像分析肿瘤大小。
如图7所示，在正置荧光显微镜成像系统下，肿瘤局部的荧光强度足以实现与周围组织的区分。卟啉的荧光实现了手术过程中对胶质瘤整体和边界部位的成像。所有“被点亮”的治疗组织通过外科手术方式移除。在手术后，肿瘤病灶部位没有可见的荧光信号，表明荧光显示的胶质瘤组织已被完全切除。切下来的组织通过病理染色确定为恶性组织(图8)。
然而，胶质瘤的边界不清，单纯的手术治疗难以完全清除肿瘤边界部位，而这些残余灶又增加了胶质瘤复发的可能性。因此，在手术切除荧光可见组织后采用低剂量PDT(7.82J/cm2；0.1W照射25s，面积0.32cm2)进行后续处理。六天后，采用核磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)检测不同治疗组的肿瘤大小评估手术联合光动力治疗的效果(图8.c)。MRI分析显示，单纯卟啉脂蛋白纳米药物+手术+光动力治疗组相较于生理盐水+手术组，胶质瘤清除的效果没有改善，肿瘤体积也比生理盐水+手术组的大；而与其他治疗组相比，自主供氧的复合光敏剂+手术+光动力治疗组的肿瘤体积最小(图8.d)。生存期分析的结果与MRI一致，胶质瘤干细胞荷瘤小鼠中，生理盐水组、单纯卟啉脂蛋白纳米药物+手术+光动力治疗组、生理盐水+手术组、含自主供氧复合光敏剂+手术+光动力治疗组的中位生存期分别为34、52、71、92天(图8.e)。值得注意的是，自主供氧复合光敏剂+手术+光动力治疗组中42.86％小鼠存活超过100天。自主供氧复合光敏剂+手术+光动力治疗组显示出最优的治疗效果(P<0.0001)。此外，与传统手术治疗相比，单纯卟啉脂蛋白纳米药物+手术+光动力治疗组非但不能延长生存期，反而会恶化荷瘤小鼠的生存情况。荷瘤小鼠的体重变化监测结果与其他实验结果一致，自主供氧复合光敏剂+手术+光动力治疗组的平均体重在治疗后有所上升，但单纯卟啉脂蛋白纳米药物+手术+光动力治疗组小鼠的平均体重整体上逐渐下降，甚至低于生理盐水+手术治疗组(图8.f)。
实施例8.自主供氧复合光敏剂载带siRNA药物发挥疗效
(1)载药的自主供氧复合光敏剂的制备：
在油包水体系中制备载siRNA药物的过氧化钙增氧内核。油相为环己烷与聚氧代乙烯(5)壬基苯基醚混合，每份总体积为20mL。首先制备钙相：将300μL浓度为0.2μg/mL的氯化钙溶液与50μL DEPC水溶解5nmol的siRNA的溶液，随后加入至20mL油相中形成分散均一的油包水体系。过氧化氢相的制备为：先将300μL浓度为30％过氧化氢溶液加入至另一份油相中，再逐滴加入20μL浓氨水，以上物质均先复温至室温再进行操作。搅拌10min后，向过氧化氢相加入200μL浓度为20mmol/L的1,2-油酰磷脂酸(1,2-dioleoyl phosphatidic acid，DOPA)溶液。体系稳定后，将钙相缓慢滴加到过氧化氢相中，并不断搅拌，钙相全部加入过氧化氢相后，油包水体系内补加100μL浓度为20mM的DOPA氯仿溶液，混合搅拌45min。此时，将40mL无水乙醇快速加入到上述油包水体系中，搅拌10min，破坏油包水的稳定体系。以上操作均于10-30℃室温下进行。随后将混合液通过高速离心(12,500g)约20min分离出载药的过氧化钙增氧内核。弃去上清、收集沉淀后加入20mL无水乙醇涡旋洗涤。在同样洗涤-离心操作进行3次后，离心得到的沉淀即为DOPA修饰的载药过氧化钙增氧内核，将其分散于3mL氯仿中存放于玻璃瓶中用于后续实验。
采用薄膜水化法制备载药脂质体：称取脂质(2-10mg)置于500mL圆底烧瓶中，加入2mL乙醚，挥干除去磷脂中的水分，再加入上述制备的载药增氧内核1mL及2mL氯仿溶液，以及20-120μL 5mmol/L卟啉脂质，置于旋转蒸发仪上抽真空1h。随后加入4mL三蒸水，于40℃水浴间歇振摇10min至薄膜水化脱落得到脂质体。探头超声进一步减小脂质体粒径，得到含过氧化钙的卟啉脂质体。
而后将ApoE或ApoA-I等载脂蛋白(0.1-10mg)加入到上述溶液中(脂质总质量4mg)，轻轻混匀，置于震荡摇床于120rpm，37℃孵育24h，得到含过氧化钙的卟啉脂蛋白纳米载体。
(2)表征：载siRNA的自主供氧复合光敏剂，粒径约为54.67±1.36nm，Zeta电位约为-23.65±0.73mV。
(3)稳定性评价：将载药的自主供氧复合光敏剂和裸siRNA分别与10％胎牛血清在37℃条件下共孵育0、2、4、8h，随后进行琼脂糖凝胶电泳，电泳条件为90V跑30min，随后进行显影。在10％胎牛血清中仅孵育2h后，裸siRNA已几乎完全降解，而载药的自主供氧复合光敏剂中的siRNA在8h共孵育后依然保有约40％，这表明载药的自主供氧复合光敏剂可有效保护siRNA药物免于血清酶降解(图9.a)。
(4)载药的自主供氧复合光敏剂有效降低胶质瘤起始细胞中目标蛋白的表达。在100×10-9M的PARP1-siRNA处理24h后，胶质瘤起始细胞中PARP1的表达水平较DMEM处理组下降了67.21％(p<0.0001)，而在处理12h时则尚未显示出敲低效果，说明用载药的自主供氧复合光敏剂处理细胞24h时具有良好的敲低效果(图9.b)。
(5)载药的自主供氧复合光敏剂可通过降低PARP1的表达来造成胶质瘤起始细胞中的DNA损伤。利用彗星实验检测了载PARP1-siRNA的自主供氧复合光敏剂所导致的GIC中DNA损伤情况。如图9.c所示，相较于DMEM处理组，不载药的自主供氧复合光敏剂处理24h的胶质瘤起始细胞中即已出现轻度的拖尾现象，说明过氧化钙产生的活性氧已有轻微的DNA损伤作用。而载PARP1-siRNA的自主供氧复合光敏剂则将这种DNA损伤作用进一步增强，“彗星”样拖尾更为明显。通过半定量分析图9.c中的尾矩，发现不载药的自主供氧复合光敏剂处理组的尾矩约为DMEM组的2.69倍(p<0.001)，载PARP1-siRNA的自主供氧复合光敏剂组的尾矩约为DMEM组的4.48倍(p<0.0001)，表明载PARP1-siRNA的自主供氧复合光敏剂纳米平台对胶质瘤起始细胞起到了良好的DNA损伤效果。
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，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 (5)
1.一种自主供氧复合光敏剂，其特征在于，所述复合光敏剂包括脂质、载脂蛋白、增氧内核和卟啉脂质，
所述脂质为蛋磷脂、豆磷脂、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰甘油、磷脂酰肌醇、磷脂酸、心磷脂、溶血磷脂、鞘氨醇、神经酰胺、鞘磷脂、脑苷脂、胆固醇、胆固醇酯、甘油酯及其衍生物中的一种或多种；
所述载脂蛋白为ApoE，ApoA-I、ApoA-II、ApoA-IV中的一种或多种；所述增氧内核质量占处方含量的0.001-80％，所述卟啉脂质质量占处方含量的0.001-20％，所述脂质质量占处方含量的20-90％，所述载脂蛋白质量占处方含量的20-80％，所述各组分百分含量总和为100％；
所述复合光敏剂通过如下方法制备：将氯化钙缓慢加入微乳体系，将过氧化氢、浓氨水、脂质依次缓慢加入相同微乳体系，再将两体系按1:1比例混合，生成所述增氧内核，上述过程均于10℃-30℃温度下进行；通过外层脂质及所述卟啉脂质包裹制备含所述增氧内核的卟啉脂质体；与所述载脂蛋白或其模拟肽共孵育，得到含增氧内核的自主供氧复合光敏剂体系。
2.权利要求1所述一种自主供氧复合光敏剂在制备治疗肿瘤药物中的应用，其特征在于，所述肿瘤是指胶质瘤。
3.权利要求1所述一种自主供氧复合光敏剂在制备光动力治疗光敏剂中的应用。
4.权利要求1所述一种自主供氧复合光敏剂在制备光动力治疗中增氧剂中的应用。
5.权利要求1所述一种自主供氧复合光敏剂在制备纳米递药系统中的应用，其特征在于，递送药物分子负载在增氧内核中，所述递送药物为siRNA药物。
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