CN115869419B

CN115869419B - 一种双响应型Fe3O4纳米载药组装体以及制备方法

Info

Publication number: CN115869419B
Application number: CN202211101031.7A
Authority: CN
Inventors: 孙晓莲; 高茂钰
Original assignee: China Pharmaceutical University
Current assignee: China Pharmaceutical University
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2024-05-24
Anticipated expiration: 2042-09-09
Also published as: CN115869419A

Abstract

本发明公开了一种pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体以及其制备方法和应用。所述纳米载药组装体的制备方法如下：组装体以经配体交换后得到的水相Fe₃O₄纳米颗粒为基础，在微碱性环境下，水相Fe₃O₄纳米颗粒表面的小分子配体与对苯二异硫氰酸酯进行反应，得到Fe₃O₄纳米组装体，与此同时，在该反应过程中，小分子疏水性待载药物也被包载进入组装体内部。本发明中的组装体既具有良好的磁热性能，又兼具包载药物的能力，在一定的酸和热同时存在的条件下，该组装体可控地进行解体，释放药物，既具有化疗能力，又可通过温和热疗的方式抑制肿瘤细胞的生长，同时，该过程也具有激活机体免疫系统的作用，起到免疫治疗的效果。

Description

一种双响应型Fe3O4纳米载药组装体以及制备方法

技术领域

本发明涉及生物医学工程材料领域，尤其涉及一种双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体以及制备方法。

背景技术

热疗是一种新兴的癌症治疗方法，借助物理能量加热的方式，使病灶区或全身温度升高，通过改变肿瘤细胞的结构，影响细胞代谢等途径杀伤肿瘤细胞，甚至可调动机体免疫反应，起到全身治疗的效果。相较其他传统治疗方法而言，热疗具有无创、无辐射以及容易耐受等多种优点。研究较多的热疗手段包括光热治疗和磁感应热疗这两种方法。磁感应热疗这一概念最早于1957年由Gilchrist等人提出，与光热疗法相比，具有不受光穿透深度限制、无光漂白及光毒性等优点，有较大的应用潜力。

磁性纳米颗粒是最常用的磁热疗介质，主要包括铁氧体(MnFe₂O₄、NiFe₂O₄、CoFe₂O₄等)、Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃纳米颗粒等。然而，磁热疗法的发展受限于磁性介质较低的磁热转化效率，因此，迫切需要通过有效的途径其提高其磁热转化效率，在较低的剂量下提供更多的热量，增加药物的安全性，提高癌症的治疗效果。目前，多种策略均可提高纳米颗粒的磁热转化效率，如改变纳米颗粒的尺寸、形貌、组成以及聚集状态等。但目前磁热疗介质的磁热转化效率较低，治疗所需的药物剂量较大，生物安全性较低，其应用受到了一定的限制。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种具有较好的磁热升温效果、双重响应性、药物包载及控释能力的pH和热双响应型的Fe₃O₄纳米载药组装体，主要引入具有pH和热双响应型的小分子配体使Fe₃O₄纳米颗粒组装成为具有双响应特性的纳米组装体。

技术方案：本发明的一种双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体，所述纳米载药组装体通过水相Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯反应获得，所述水相Fe₃O₄纳米颗粒以油相Fe₃O₄纳米颗粒为基础，经配体交换反应得到表面修饰有化合物2和化合物3的水相Fe₃O₄纳米颗粒，化合物2为含有邻二酚羟基且末端含有裸露氨基结构的小分子化合物，该氨基为符合仅含有一个氨基和羧基且不含有二硫键的α-氨基酸的氨基结构的氨基，该化合物的氨基可在微碱性条件下与对苯二异硫氰酸酯进行反应，反应后的结构可在一定的pH和热的双重作用下发生化学键断裂；化合物3为一端具有邻二酚羟基或羧基且不含有任何氨基的小分子配体化合物；化合物3为分子量小于1000Da亲水性小分子；小分子疏水性待载药物可在组装的过程中被包载进组装体内部。

其中，表面修饰有化合物2和化合物3的Fe₃O₄水相纳米颗粒，其端部具有裸露的氨基(该氨基符合仅含有一个氨基和羧基且不含有二硫键的α-氨基酸的氨基的结构)结构，且不含有任何其他类型的氨基；该水相Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯在微碱性条件下进行Edman降解反应中的第一步，即仅发生N末端氨基酸残基被异硫氰酸苯酯修饰，而不进行切下修饰的残基的反应。水相Fe₃O₄纳米颗粒通过化学交联形成pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体，具有末端氨基(结构的化合物2参与反应，对苯二异硫氰酸酯起到交联的作用，是组装体双响应的要点。

本发明中双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体中的待载药物主要通过亲疏水作用力、氢键、π-π堆积力等作用力被包载进入组装体内部，可提高药物的递送效率，在一定程度上克服药物由于其低水溶性而难以达到有效治疗浓度的限制。

进一步地，纳米载药组装体或单分散纳米颗粒还可以利用DPA-PEG进行聚乙二醇功能化，得到生物相容性更好的纳米制剂。

作为优选，水相Fe₃O₄纳米颗粒的水合粒径为15-20nm；双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体尺寸为100nm左右。

作为优选，待载药物为疏水性药物，疏水性药物包括但不限于阿霉素(DOX)、JQ1、紫杉醇(PTX)等。

作为优选，化合物2为2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)乙酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)丙酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)-3-甲基丁酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)-4-甲基戊酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)-3-甲基戊酰胺中的一种或几种。

作为优选，化合物3为咖啡酸、柠檬酸、多巴胺中的一种或几种。

另一方面，本发明提供一种上述的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，包括以下步骤：

(1)以乙酰丙酮铁(Ⅲ)为前驱体，利用热分解法制备油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒；

(2)将上述步骤中得到的Fe₃O₄纳米颗粒与化合物2和化合物3进行配体交换反应，得到单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒；

(3)将单分散的Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯溶液和小分子疏水性待载药物溶液混合，在乳化剂存在的条件下，经乳化、减压蒸发后，得到双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体。

进一步地，步骤(1)中，将乙酰丙酮铁溶解在油胺和油酸的混合液中，升温至100-120℃，并伴有惰性气体的通入，保温1-2h，除去体系中的氧气及水蒸气等不利于反应的低沸点物质，继续升温至300℃，保温30min，后降至室温，以适量不良溶剂沉淀纳米颗粒，弃去上清后沉淀用小极性溶剂复溶，即得到油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒；

作为优选，步骤(1)中，油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的直径为10～12nm。

作为优选，步骤(1)中，乙酰丙酮铁与油胺和油酸的投料比为：1～1.5g:5～10mL:10～15mL。

作为优选，步骤(1)中，沉淀纳米颗粒的不良溶剂选自无水乙醇、异丙醇、丙酮等中的一种或多种。

作为优选，步骤(1)中，复溶的小极性溶剂选自正己烷、环己烷等中的一种或多种。

进一步地，步骤(2)中化合物2的制备方法为：将催化剂、N-叔丁氧羰基-氨基酸及多巴胺溶解至无水N,N-二甲基甲酰胺溶液中，氮气保护条件下于室温反应；待反应完全后，分离提纯，得到化合物1；将化合物1溶解于二氯甲烷和甲醇的混合溶剂中，逐滴添加三氟乙酸，冰浴搅拌1-2h后得到化合物2；上述N-叔丁氧羰基-氨基酸的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等只具有一个氨基和羧基且没有二硫键的α-氨基酸。

作为优选，步骤(2)中，催化剂选自2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、2-(7-氮杂苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯、N，N-二异丙基乙胺中的一种或多种。

进一步地，步骤(2)中，配体交换反应为：油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒分散于良溶剂中，加入化合物2和化合物3的混合溶液，充分反应后，冷却离心，加入去离子水，得到单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒。

作为优选，步骤(2)中，油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的良溶剂为三氯甲烷或/和四氢呋喃；其中油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒与化合物2和化合物3的质量比为：25～50mg:25～50mg:50～100mg。

进一步地，步骤(3)中，将对苯二异硫氰酸酯溶于其良溶剂中得到对苯二异硫氰酸酯溶液，将待载药物溶于其良溶剂中得到药物溶液；其中，对苯二异硫氰酸酯的良溶剂选自三氯甲烷、二氯甲烷、环己烷、和正己烷中的一种或多种；乳化剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠或聚乙烯醇。

作为优选，步骤(3)中，单分散的Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯的质量比为：5～10mg:5～10mg；单分散的Fe₃O₄纳米颗粒与疏水性药物的质量比为：5～10mg:0.3125mg～10mg。

作为优选，步骤(3)中，乳化中所使用的乳化剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠或聚乙烯醇等的一种或多种。

进一步地，步骤(3)中，在乳化剂存在的条件下超声乳化，超声方法选自水浴超声或超声破碎的方法。

进一步地，小分子疏水性待载药物为抗癌药物，优选为阿霉素、三苯甲烷三异氰酸酯或紫杉醇。

本发明中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体在较温和的单一刺激下不发生响应型解体，只有在一定程度的酸和热同时存在的条件下发生响应型解体，且尺寸变化依赖于两种刺激的程度和刺激时间。双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体进入肿瘤组织后，在外加高频交变磁场的作用下，肿瘤组织温度快速升高，达到一定温度后，在肿瘤酸性微环境及磁感应产热的双重作用下，组装体解体，同时释放药物。解体后的组装体继续产生热量，杀伤肿瘤细胞，且产生的热量可在一定程度上破坏肿瘤细胞细胞膜的结构，增强细胞膜的通透性，使得更多的药物进入肿瘤细胞发挥作用。Fe₃O₄组装体的形成可提高磁性纳米颗粒的磁热升温性能，同时，响应型解体策略可实现热疗的温控，避免温度过高而损伤周围正常组织，另外，该响应型组装体可包载疏水性药物，并对药物进行控释，延长药物作用时间，起到更好的治疗效果。

本发明通过组装体策略可以较为简单的磁性纳米颗粒为基础，兼具药物递送的潜力，将热疗与其他治疗手段联合起来，从而更好地抑制肿瘤的发生和发展。

本发明也提供了pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体在肿瘤治疗中的应用。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

(1)与单分散Fe₃O₄纳米颗粒相比，具有较好的磁热升温效果，可在较低浓度及较低外磁场的作用下产生更多的热量；具有较好的双重响应性，且具有药物包载及控释能力，在外加交变磁场的作用下，有较好的杀伤肿瘤细胞的效果；

(2)具有较好的稳定性，可在中性、弱酸性及弱碱性条件下稳定储存，且不易氧化变质；

(3)具有灵敏的双响应特性，在酸和热同时存在的条件下组装体解体，可实现治疗过程中的温控，避免温度过高损伤周围正常组织，并有潜在的药物控释能力；

(4)具有包载药物的能力，且可对药物进行控释，一定程度上克服了疏水性药物溶解度低的限制，另一方面延长了药物作用的时间，增强了化疗效果；

(5)具有较好的生物安全性，具有临床转化的潜在可能性；

附图说明

图1为本发明的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备过程示意图；

图2为实施例1中油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的透射电镜图；

图3为实施例1中油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的X射线粉末衍射图；

图4为实施例2中化合物2的核磁共振氢谱图；

图5为实施例3中单分散水相Fe₃O₄纳米颗粒的动态光散射粒度分布图；

图6为实施例4中聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒的动态光散射粒度分布图；

图7为实施例5中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的透射电镜图；

图8为实施例5中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体在pH 5.5且50℃的条件下处理10min后的透射电镜图；

图9为实施例5中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体经不同条件(pH 5.5且50℃；pH5.5且37℃；pH 7.4且50℃；pH 7.4且37℃)处理10min后的纳米颗粒的动态光散射粒度分布图；

图10为实施例6中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的透射电镜图；

图11为实施例7中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的透射电镜图；

图12为实施例8中所制备的载药组装体的透射电镜图；

图13为实施例9中聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的动态光散射粒度分布图；

图14为实施例11中不同pH环境中的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒在外加磁场下的温度-时间变化曲线图；

图15为实施例12中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体包载药物(JQ1)的能力，即组装体药物包载效率随JQ1/NPs的值改变而变化的示意图；

图16为实施例12中pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体在不同条件下的药物释放效率示意图；

图17为实施例13中小鼠乳腺癌细胞与聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体共孵育后的细胞存活率；

图18为实施例14中聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体在外加磁场存在的条件下对小鼠乳腺癌细胞的毒性；

图19为实施例15中不同组别小鼠肿瘤部位在给药后磁热处理过程中的温度-时间变化曲线图；

图20为实施例15中不同组别小鼠给药后20天内小鼠的肿瘤体积随时间的变化曲线图；

图21为实施例15中不同组别小鼠给药后20天内小鼠的体重随时间的变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，在一实施例中，提供一种双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体，双响应为pH和热响应；所述纳米载药组装体通过表面修饰有化合物2和化合物3的水相Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯反应获得，化合物2为含有邻二酚羟基且末端含有裸露氨基(该氨基符合仅含有一个氨基和羧基且不含有二硫键的α-氨基酸的氨基的结构)结构的小分子化合物，该化合物的氨基可在微碱性条件下与对苯二异硫氰酸酯进行反应，反应后的结构可在一定的pH和热的作用下发生化学键断裂；化合物3为一端具有邻二酚羟基或羧基且不含有氨基的小分子配体化合物；化合物3为分子量小于1000Da亲水性小分子；小分子疏水性待载药物可在组装的过程中被包载进组装体内部。

其中，在一些实施例中化合物2为2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)乙酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)丙酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)-3-甲基丁酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)-4-甲基戊酰胺、2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)-3-甲基戊酰胺等中的一种或几种。其中，在一些实施例中化合物3咖啡酸、柠檬酸、多巴胺中的一种或几种。

在一实施例中，提供一种双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，包括以下步骤：

(1)以乙酰丙酮铁(Ⅲ)为前驱体，利用热分解法制备油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒；具体的，将乙酰丙酮铁溶解在油胺和油酸的混合液中，升温至100-120℃，并伴有惰性气体的通入，保温1-2h，除去体系中的氧气及水蒸气等不利于反应的低沸点物质，继续升温至300℃，保温30min，后降至室温，以适量不良溶剂沉淀纳米颗粒，弃去上清后沉淀用小极性溶剂复溶，即得到油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒；

其中，优选的，乙酰丙酮铁与油胺和油酸的投料比为：1～1.5g:5～10mL:10～15mL。

(2)将上述步骤中得到的Fe₃O₄纳米颗粒与化合物2和化合物3进行配体交换反应，得到单分散的Fe₃O₄纳米颗粒；油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒分散于良溶剂中，加入化合物2和化合物3的混合溶液，充分反应后，冷却离心，加入去离子水，得到单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒。

其中，优选的，油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒与化合物2和化合物3的质量比为：25～50mg:25～50mg:50～100mg。

优选的，化合物2的制备方法为：将催化剂、N-叔丁氧羰基-氨基酸及多巴胺溶解至无水N,N-二甲基甲酰胺溶液中，氮气保护条件下于室温反应；待反应完全后，分离提纯，得到化合物1；将化合物1溶剂于三氟乙酸、二氯甲烷和甲醇的混合溶剂中，冰浴搅拌得到化合物21.；上述N-叔丁氧羰基-氨基酸的氨基酸为甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等只具有一个氨基和羧基且没有二硫键的α-氨基酸。

(3)将单分散的Fe₃O4纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯溶液和小分子疏水性待载药物溶液混合，在乳化剂存在的条件下经乳化、减压蒸发后，得到双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体。

其中，优选的，单分散的Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯的质量比为：5～10mg:5～10mg；单分散的Fe₃O₄纳米颗粒与疏水性药物的质量比为：5～10mg:0.3125mg～10mg。

可选地，步骤(3)中，为提高Fe₃O₄纳米载药组装体的生物相容性，可对其进行聚乙二醇功能化修饰，得到生物相容性更好的纳米载药组装体。

优选的，小分子疏水性待载药物为抗癌药物，优选为阿霉素(DOX)、JQ1、紫杉醇(PTX)。

下面以各优选方案中的较优实施例进行举例说明。

实施例1：油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的合成

乙酰丙酮铁溶解在油胺和油酸的混合液中，升温至100-120℃，并伴有惰性气体的通入，保温1-2h，快速升温至220℃，保温30min；之后，以2℃/min的速度程序升温至300℃，保温30min，其后快速降温至120℃并保温90min，最后降至室温，以适量极性溶剂沉淀纳米颗粒，以8000rpm的转速离心5分钟，弃去上清后沉淀用正己烷复溶，即得到油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒。

对所制备得到的油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒通过透射电子显微镜进行形貌大小表征，如图2所示；并通过X射线衍射的方法对Fe₃O₄纳米颗粒进行晶型分析，如图3所示。

实施例2：含邻二酚羟基结构的pH和热双响应型小分子的合成

合成路线如下：

将2-乙氧基-1-乙氧碳酰基-1,2-二氢喹啉(741.9mg,3mmoL)、盐酸多巴胺(189.6mg,1mmoL)、N-叔丁氧羰基-甘氨酸(262.8mg,3mmoL)溶解至无水N,N-二甲基甲酰胺溶液(8mL)中，在氮气保护的条件下于室温反应过夜。反应进度通过薄层色谱法进行监测，待监测到薄层板上的原料点消失，且出现稳定的新点时，即反应结束。减压蒸发除去溶剂后，用二氯甲烷复溶所得反应产物，并通过柱层析法提纯(洗脱剂为二氯甲烷:甲醇＝93:7)，得到化合物1(N-(2-((3,4-dihydroxyphenethyl)amino)-2-oxoethyl)-3,3-dimethylbutanamide，N-(2-((3,4-二羟基苯乙基)氨基)-2-氧乙基)-3,3-二甲基丁酰胺)。旋转蒸发去除溶剂后，用4mL二氯甲烷及0.5mL甲醇溶解化合物1，冰浴搅拌，并逐滴滴加1mL三氟乙酸，室温反应搅拌3-5h，去除溶剂及低沸点的三氟乙酸后即得化合物2(2-amino-N-(3,4-dihydroxyphenethyl)acetamide，2-氨基-N-(3,4-二羟基苯乙基)乙酰胺)。

化合物2的核磁数据如下：¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ8.78(d,J＝45.5Hz,2H),8.50(t,J＝5.6Hz,1H),8.16(s,2H),6.65(d,J＝7.9Hz,1H),6.62(d,J＝2.0Hz,1H),6.45(dd,J＝8.0,2.0Hz,1H),3.50(s,2H),3.26(q,J＝6.8Hz,2H),2.55(t,J＝7.4Hz,2H)。

化合物2的核磁共振氢谱图如图4所示，表明pH和热双响应型小分子配体成功合成。

实施例3：制备单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒

20mg化合物2和50mg咖啡酸分别溶于2mL N,N-二甲基甲酰胺溶液和3mL四氢呋喃溶液中，混合后以加热回流冷凝的方式升温至50℃，向其中加入3mL分散有20mg油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的四氢呋喃溶液，反应2-4h。反应结束后冷却至室温，经3000rpm离心3min后，沉淀用四氢呋喃及N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液清洗1-2次，除去多余未连接的小分子配体。用去离子水复溶纳米颗粒沉淀，得到水分散性较好的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒。

用动态光散射仪对所得单分散水相Fe₃O₄纳米颗粒进行粒度表征，结果如图5所示，得到的水合粒径尺寸在18nm左右。

实施例4：制备聚乙二醇功能化的单分散水相Fe₃O₄纳米颗粒

参照实施例3的制备方法进行制备得到单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒后，与甲氧基聚乙二醇多巴胺以质量比为1:1的比例进行混合振荡，得到聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒，动态光散射分析结果如图6所示。

实施例5：制备pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体

将单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒稀释至1mg/mL，取其中的2mL与200μL溶解有2mg对苯二异硫氰酸酯的三氯甲烷混合，同时添加乳化剂十六烷基三甲基溴化铵，超声乳化后，开盖搅拌过夜，挥去体系中的三氯甲烷。经1000rpm离心5min除去多余未反应的对苯二异硫氰酸酯，最后经透析除去体系中的十六烷基三甲基溴化铵，得到pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体。

对所得pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体利用透射电子显微镜进行尺寸和形貌表征，结果如图7所示。

将按照上述方法得到的纳米组装体在pH 5.5且50℃的条件下处理10min，利用透射电子显微镜进行形貌表征，结果如图8所示。

利用动态光散射仪对所得组装体经不同条件(pH 5.5且50℃；pH 5.5且37℃；pH7.4且50℃；pH 7.4且37℃)处理后的纳米颗粒的粒度分布进行测定，结果如图9所示，表明该组装体仅在酸和热同时存在的条件下进行解体。

实施例6：制备pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体

参照实施例5的制备方法进行组装，差异之处在于，对苯二异硫氰酸酯的量调整为10mg，同样制得pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体。

利用透射电子显微镜对改变制备工艺所得的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的形貌大小进行表征，结果如图10所示。

实施例7：制备pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体

参照实施例5的制备方法进行组装，差异之处在于，对苯二异硫氰酸酯的量调整为0.4mg，同样制得pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体。

利用透射电子显微镜对改变制备工艺所得的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的形貌大小进行表征，结果如图11所示。

实施例8：制备pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体

参照实施例5的制备方法组装，差异之处在于，将对苯二异硫氰酸酯与疏水性药物(此处以JQ1为例)均溶于三氯甲烷中，同法处理制得pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体。

所制备的载药组装体利用透射电子显微镜进行形貌表征，如图12所示。

实施例9：制备聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体

参照实施例5的制备方法进行组装得到pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体后，与甲氧基聚乙二醇多巴胺以质量比为1:1的比例进行混合振荡，得到聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体，动态光散射分析结果如图13所示。

实施例10：制备聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体

参照实施例8、9的制备方法，制得聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体。

实施例11：对所制备的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体的磁热升温特征进行测试，并与单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒的磁热升温性能进行对比

配置1mg/mL的用去离子水分散的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒(按照实施例3的工艺制备得到)、1mg/mL的用去离子水分散的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体(按照实施例5的工艺制备得到)以及1mg/mL的用pH 5.5的溶液分散的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体(按照实施例5的工艺制备得到)。将上述三种溶液放置于高频(1478kHz)磁感应加热设备中，在输出电流为10A的交变磁场下测定其升温性能。如图14所示为磁热升温过程中的温度-时间变化曲线图。

结果表明，相较单分散Fe₃O₄纳米颗粒而言，组装体有着较好的磁热升温效果，当提供响应环境时，响应型组装体温度升高的程度介于单分散Fe₃O₄纳米颗粒和组装体之间，有着一定的温控效果。

实施例12：评价所制备的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的药物包载效率及药物释放效率

参考实施例10的方法组装，不同之处在于改变疏水性药物(以JQ1为例)和单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒(NPs)的比例，得到不同载药量的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体，通过高效液相色谱法测定剩余未包载进入组装体的药物的量，从而计算药物包载效率，图15为随JQ1/NPs的改变，组装体药物包载效率的改变。

将分散在不同pH缓冲溶液中的聚乙二醇功能化的包载有JQ1的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体置于高频(1478kHz)磁感应加热设备中，在输出电流为10A的交流磁场下处理5min后，通过高效液相色谱法测定组装体的药物释放量。图16为分散在不同pH缓冲溶液中的载药组装体在经磁热处理后，药物的释放效率示意图。

结果表明，我们所制备的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体具有药物包载能力，且在不同的外界刺激下，可缓控释药物的释放，减小药物本身疏水性而带来的生物利用度较低的弊端，且有利于延长药物的作用时间，提高药物的疗效。

实施例13：评价单独的聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体对小鼠乳腺癌细胞(4T1细胞)的毒性

于96孔板上接种适量4T1细胞，当细胞生长至70～80％汇合度时换用不同浓度(15.625、31.25、62.5、125、250、500μg/mL)的聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体以及聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的空白培养基稀释液进行孵育，每组选用三个复孔，对照组选用空白培养基进行孵育。24h后吸去药液，并用PBS洗去残留药液，按照CCK-8试剂盒的操作说明进行操作，1-3h后，用酶标仪测定各孔在450nm处的吸光度值(OD值)，按照如下公式计算细胞的存活率：

细胞存活率＝OD _Sample/OD _Control×100％

结果如图17所示，聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体对4T1细胞基本无显著毒性。

实施例14：评价聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体在外加磁场存在的条件下对4T1细胞的毒性

取19份1×10⁶的4T1细胞分别置于不同的1.5mL EP管中，1000rpm离心3min后，用不同浓度(15.625、31.25、62.5、125、250、500μg/mL)的聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体以及聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的含有1％胎牛血清的培养基稀释液进行重悬，对照组选用空白培养基进行重悬。除空白组外，各组的细胞悬液均放置于高频(1478kHz)磁感应加热设备中，在输出功率为10A的交流磁场下处理5min。之后将细胞悬液重新置于96孔板中培养，每组3个复孔，24h后，弃去药液，按照CCK-8试剂盒的操作说明进行操作，1-3h后，用酶标仪测定各孔在450nm处的吸光度值(OD值)，计算细胞的存活率。

所得结果如图18所示，在高浓度条件下，由于组装体的磁热升温效果较好，在相同浓度下，聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体和聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体较聚乙二醇功能化的单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒相比，在外加交变磁场的作用下，具有更强的磁热转化效率，可将肿瘤细胞加热至更高的温度，因此组装体的毒性较单分散Fe₃O₄纳米颗粒而言更大，且聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体由于缓控释药物的能力，对4T1细胞的毒性强于聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体。

实例15：评价聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体对荷瘤小鼠肿瘤的抑瘤效果

选用17-18g的雌性BALB/c小鼠，腹部皮下注射2×10⁶的4T1肿瘤细胞，建立乳腺癌肿瘤小鼠模型。待肿瘤生长至100mm³左右时，将小鼠进行分组给药(n＝5)，瘤内注射聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体以及聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体，对照组瘤内注射等体积的磷酸缓冲盐溶液(PBS缓冲液)，之后将小鼠置于高频(1478kHz)磁感应加热设备中，在输出功率为10A的交流磁场下处理10min，记录升温过程中肿瘤部位的温度-时间变化曲线，后续记录小鼠肿瘤体积大小及小鼠体重。

如图19所示为磁热处理过程中小鼠肿瘤部位的温度-时间变化曲线；图20为给药后20天内小鼠的肿瘤体积变化曲线；图21为给药20天内小鼠的体重变化曲线。与PBS组相比，聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米组装体、聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体均具有一定的抑瘤效果，且聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的抑瘤效果更为显著。且在整个治疗过程中，小鼠体重并未发生显著改变。

上述实施例对本发明的制备工艺以及部分体外及体内应用进行了详尽的说明，但本发明并不局限于上述实施例中，以本发明为基础，在本发明的基本原则范围内的任何补充及同等替换等内容，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以乙酰丙酮铁（Ⅲ）为前驱体，利用热分解法制备油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒；

（2）将上述步骤中得到的Fe₃O₄纳米颗粒与化合物2和咖啡酸进行配体交换反应，得到单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒；

其中，所述的化合物2的制备方法为：将催化剂、N-叔丁氧羰基-甘氨酸及多巴胺溶解至无水N,N-二甲基甲酰胺溶液中，氮气保护条件下于室温反应；待反应完全后，分离提纯，得到化合物1；将化合物1溶解于二氯甲烷和甲醇的混合溶剂中，添加三氟乙酸，冰浴搅拌后得到化合物2；

所述配体交换反应为：油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒分散于良溶剂中，加入化合物2和咖啡酸的混合溶液，反应后，冷却离心，加入去离子水，得到单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒；

（3）将单分散的水相Fe₃O₄纳米颗粒与对苯二异硫氰酸酯的良性溶液和小分子疏水性待载药物JQ1的良性溶液混合，在乳化剂存在的条件下，经乳化、减压蒸发后，得到双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体；所述的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体与甲氧基聚乙二醇多巴胺以质量比1:1进行混合，得到聚乙二醇功能化的pH和热双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体。

2. 根据权利要求1所述的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，油胺和油酸包覆的Fe₃O₄纳米颗粒的直径为10~12 nm。

3.根据权利要求1所述的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，Fe₃O₄纳米颗粒的良溶剂为三氯甲烷或/和四氢呋喃。

4.根据权利要求1所述的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，将对苯二异硫氰酸酯溶于三氯甲烷中得到对苯二异硫氰酸酯溶液，将待载药物溶于三氯甲烷中得到药物溶液。

5.根据权利要求1所述的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体的制备方法，其特征在于，乳化剂选自十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠或聚乙烯醇。

6.一种根据权利要求1-5任一所述的方法制备所得的双响应型Fe₃O₄纳米载药组装体。