CN117442757B - 一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针、制备方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米探针、制备方法及其应用，属于生物医药技术领域。铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米探针包括铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米材料和载体或辅料。铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米材料由如下方法制备而成：向氯亚铂酸钾的HEPES‑NaCl溶液中加入铁蛋白的HEPES‑NaCl溶液，得到铁蛋白‑铂离子溶液；将硼氢化钠溶液加入到上述溶液中，得到铁蛋白‑铂原子溶液；将氯化锰水溶液与铁蛋白‑铂原子溶液混匀，得到铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米材料。本发明制备铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米探针的合成方法简单，可操作性强；合成的产品稳定，具有可重复性；本发明合成的铁蛋白‑铂‑锰磁共振纳米探针具有优异的核磁成像效果和治疗效果，更有利于临床应用。

Description

一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针、制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，具体涉及一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针、制备方法及其应用。

背景技术

癌症是世界范围内的一个主要公共卫生问题，是全球疾病致死的重要元凶之一。癌症的治疗关键在于早期，早期发现、早期诊断、早期治疗是关键。传统的治疗方式，如放疗、化疗等，存在毒副作用高，对免疫细胞和正常细胞同样具有一定杀伤性等的局限性，因此迫切需要研究开发能够尽早诊断病症，且针对性治疗的诊疗方式。

纳米金属材料具有表面原子比例大、晶界比例大等优势，近年来在生物医学领域得到应用广泛。锰基纳米材料制备简单、成本较低、环境友好、理化性能优良，在生物医学领域具有良好的应用前景。锰离子具有顺磁性，可以作为磁共振成像造影剂。此外，铂纳米粒作为一种拟过氧化氢酶的纳米酶，不仅可通过催化肿瘤部位的过氧化氢产生氧气，改善肿瘤乏氧，而且其具有优良的光热性能，更重要的是，与铁蛋白和锰单纯螯合合成的材料相比，先合成铁蛋白-铂纳米粒子再负载锰会有一个更好的螯合效果。

论文“铂铁与二氧化锰纳米级联反应器的构建及其在肿瘤治疗中的应用研究”，首先，通过高温热分解和热还原铁铂金属盐法初步获得油相FePt NPs(NPs，Nanoparticles，纳米粒子)疏水的FePt NPs分散在油酸中，以FePt NPs为异质成核位点，利用油酸还原高锰酸钾生长二氧化锰。其中，内层为FePt，外层为MnO₂，高温热分解和热还原方法步骤较为复杂，最终聚焦在产物的催化性能。论文“铂铁锰生物纳米复合材料的构建及其在肿瘤诊疗方面的应用研究”，采用高温热分解法和高温热还原法探讨基于铀铁锰生物纳米复合材料的构建，先合成的FePt纳米粒子，并以此为种子，原位生长MnO，合成FePt@MnO NPs，也采用了高温热分解法和高温热还原法。因此，使用简单的步骤合成一种新型铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针，提高锰负载，通过磁、光热等多种作用，对推动实现肿瘤诊疗一体化的发展具有至关重要。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针、制备方法及其应用。本发明制备铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针的合成方法简单，可操作性强；合成的产品稳定，具有可重复性；本发明合成的铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针不仅具有核磁成像的能力，而且具备优异的光热治疗特性，更有利于临床应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料由如下方法制备而成：

(1)向氯亚铂酸钾的HEPES-NaCl溶液中加入铁蛋白的HEPES-NaCl溶液，搅拌，静置，透析，取透析后袋内液体离心，弃上清，水洗复溶，得到铁蛋白-铂离子溶液；

(2)将硼氢化钠溶液加入到铁蛋白-铂离子溶液中，水浴加热，搅拌，透析，取透析后袋内液体离心，弃上清，水洗复溶，得到铁蛋白-铂原子溶液；

(3)将氯化锰水溶液与铁蛋白-铂原子溶液混匀，离心，弃上清，洗涤，得到铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料。

进一步的，步骤(1)中，HEPES-NaCl溶液中HEPES和NaCl的浓度分别为(1～5)g/mL和(1～10)g/mL，pH为7～10；

氯亚铂酸钾的HEPES-NaCl溶液中，氯亚铂酸钾和HEPES-NaCl的质量体积比为(100～300)mg：(1～10)mL；

铁蛋白的HEPES-NaCl溶液中，铁蛋白和HEPES-NaCl的质量体积比为(30～80)mg：(50～150)mL；

透析袋为1～100kDa，透析液为HEPES-NaCl，透析时间为1～10h。

进一步的，步骤(2)中，

所述硼氢化钠溶液中硼氢化钠和冰水的加入量之比为90mg：(1～10)mL；

所述水浴加热，温度为20～60℃；

透析袋为1～100kDa，透析液为HEPES-NaCl，透析时间为1～10h。

进一步的，步骤(3)中，

氯化锰和铁蛋白-铂原子溶液的质量体积比为(3～10)mg：(10～20)mL。

进一步的，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料的颗粒直径为1～100nm。

本发明的第二方面，提供所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料在制备肿瘤诊疗一体化产品中的应用。

本发明的第三方面，提供一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针包括所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料和药学上可接受的载体或辅料。

进一步的，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针的使用方法包括口服、透皮给药或注射。

本发明的第四方面，提供所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针在磁共振成像检测中的应用。

本发明的有益效果：

(1)本发明制备铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针的合成方法简单，条件温和，不再需要传统方法中采用高温热分解法和高温热还原法，可操作性强，产品稳定，具有可重复性。

(2)本发明合成的产品粒径仅为6nm，节约合成原料，小尺寸效应明显。

(3)本发明合成的铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针具有核磁成像的能力，铂的加入也会增加锰的含量，能够对患者病灶进行诊断。

(4)本发明合成铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针具备优异的光热治疗特性，更有利于临床应用。

附图说明

图1为FPM材料的透射电镜图；

图2为FM和FPM材料中的锰铁含量百分比；

图3为不同浓度的FPM材料水分散液的吸收光谱图；

图4为不同浓度FPM的弛豫效果：图4中(a)为不同Mn浓度的T1弛豫率，图4中(b)为3T磁共振凝胶成像图；

图5为不同浓度的FPM材料对MDA-MB-231细胞的细胞杀伤效果图；

图6为Calcein AM/PI荧光探针检测FPM材料与MDA-MB-231细胞共孵育后活/死细胞染色的荧光图像；

图7为尾静脉注射FPM后小鼠的9.4T磁共振成像效果：图7中(a)为小鼠磁共振图像；图7中(b)为信噪比定量统计。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术部分介绍的，传统癌症治疗方式存在治疗方式单一，对机体损伤较大，诊疗不同步等局限性，无法实现精准治疗及诊疗的一体化。

基于此，本发明的目的是提供一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针及其制备方法和应用。本发明以铁蛋白、氯亚铂酸钾和氯化锰为原料，通过简单的搅拌反应得到得到铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料并最终制得铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针。制备方法简单，合成的尺寸极小，具有优异的弛豫性能、光热性能、生物相容性好，安全无毒。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。实验方法中所有HEPES-NaCl溶液均按如下比例配制：HEPES 0.238g，NaCl0.585g，溶于100mL纯水中，用NaOH水溶液(1M)调pH至8.3。铁蛋白(品牌：sigma、型号：F4503-500、CAS：9007-73-2)；14kDa透析袋(采购来源：Beyotime、产品编号：FDM414-5m)。本实验所用BALB/C-NU裸鼠购自济南朋悦实验动物繁育有限公司，遵循实验动物福利通则。人乳腺癌细胞MDA-MB-231来源于国家实验细胞资源共享平台。实验中所有培养液、培养基均购自美国Gibco公司。

实施例1：铁蛋白-铂纳米材料的制备

将300mg氯亚铂酸钾溶于5mL HEPES-NaCl中制成氯亚铂酸钾溶液。取95mL HEPES-NaCl溶液，加入100mg/mL铁蛋白500μL，边搅拌边加入上述氯亚铂酸钾溶液，室温搅拌1h后，保鲜膜封口后于4℃静置过夜。用14kDa透析袋对上述溶液透析，透析液为2L的HEPES-NaCl，并在第1h，2h换液，第4h结束透析并收集透析袋中得到的铁蛋白-铂离子溶液。将铁蛋白-铂离子溶液至于锥形瓶中，45℃水浴，搅拌。将90mg硼氢化钠溶于2mL温度为0℃纯水中，并迅速加到锥形瓶中，继续45℃水浴，搅拌1h，用14kDa透析袋对上述溶液透析，并在第1h，2h换液，第4h结束透析并收集透析袋中得到的铁蛋白-铂原子溶液(记作FP)。

实施例2：FPM的制备

取按照实施例1方法制备的铁蛋白-铂原子溶液16mL(铂90μg/mL)，滴加氯化锰水溶液16mL(氯化锰4.6mg)，室温超声5min，搅拌1h，超声5min，搅拌2h，超声5min，搅拌2h。将产物超速离心30000rpm，20min，4℃，收集沉淀并用水洗，重复3遍，得到铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，将该材料分散在水中，最终得到铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针(记作FPM)。

试验例：材料性能分析

透射电镜检测

取适量铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针溶解于纯水中，配置为1mg/mL的溶液，使用移液器取20μL滴加至铜网上，烘干制备成透射电镜检测样品，并用透射电镜观察。

结果如图1所示，所述制备的铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针的形状为球状，粒径约为6nm。

ICP-OES测定

取铁蛋白-锰磁共振纳米材料(FM)和上述步骤中合成的铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针，ICP-OES测定铁蛋白-锰和铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针中铁、锰、铂含量。

其中铁蛋白-锰磁共振纳米材料(FM)合成方法如下：取16mL HEPES-NaCl溶液，加入100mg/mL铁蛋白62.3μL，搅拌，滴加氯化锰水溶液460μL(氯化锰132μg)，室温超声5min，搅拌1h，超声5min，搅拌2h，超声5min，搅拌2h。将产物超速离心30000rpm，20min，4℃，收集沉淀并用水洗，重复3遍，得到最终的铁蛋白-锰磁共振纳米材料(记作FM)。

结果如图2所示，显示铁蛋白-铂-锰中锰铁比远大于铁蛋白-锰中锰铁比，表明铂的加入会提高锰的负载。

紫外分光光度计检测

取不同浓度的铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针分散液各200μL，使用紫外分光光度计检测不同浓度的吸收曲线。

结果如图3所示，在808nm处的紫外吸收越高，可以反映在808nm的激光照射下光热能力越强。

弛豫性能检测

用pH＝7.4的PBS配制浓度为3.6mM、1.8mM、0.9mM、0.45mM、0.225mM和0.1125mM的铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针分散液。取各浓度分散液1mL于2mL EP管中，注入1mL 1％琼脂糖凝胶(1％琼脂糖凝胶制备方法为：称取1g琼脂糖，将其加入99mL 1×TAE buffer中，微波炉高火加热约2min，即得清透明的琼脂糖凝胶)，混匀，使凝胶的最终浓度达到1.8mM、0.9mM、0.45mM、0.225mM、0.1125mM和0.05625mM，使用3.0T核磁检测弛豫性能，随后对图像进行分析。

结果如图4所示，图中(a)显示的是3.0T核磁下各浓度材料凝胶的核磁图片，图中(b)显示的是对图中(a)进行取值分析，所得到的材料弛豫效率。结果说明铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针有较好的弛豫性能，能够用于核磁成像。

MTT染色试验

准备2个96孔板，分为两组，每孔加入1×10⁴的人乳腺癌细胞MDA-MB-231，在含有5％CO₂的37℃恒温培养箱中培养24h，将按照实施例2方法制得的FPM制剂与DMEM培养基混合，其中FPM在培养基中的浓度为0、5μg/mL、10μg/mk、20μg/mL和40μg/mL，分别与细胞共同孵育6h后，其中一组照808nm的激光，进一步孵育24h。此后，吸去培养液，每孔加入MTT培养基培养3h，吸去培养液，每孔加入150μL DMSO，振荡10min使紫色固体全部溶解，利用酶标仪读取各个浓度下的吸光值，由吸光值算得的细胞存活率与纳米材料浓度的关系作图。

结果如图5所示，随着FPM制剂浓度的增加，MDA-MB-231的细胞存活率逐渐降低，被近红外激光照射的实验组具有更低的细胞存活率，说明FPM制剂的光热效应对肿瘤细胞具有明显的细胞毒性作用。

荧光检测

分别用Calcein-AM和PI两种荧光染料标记活细胞和死细胞，将人乳腺癌细胞MDA-MB-231细胞铺在6孔板中，分四组处理细胞，实验所用培养液为DMEM：对照组(培养液中Pt浓度为0μg/mL，不照激光)，NC+NIR组(培养液中Pt浓度为0μg/mL；激光波长808nm，功率1.5W/cm²，照射时间5min)，FPM组(向培养液中添加FPM后Pt最终浓度为40μg/mL)，FPM+NIR组(向培养液中添加FPM后Pt浓度为40μg/mL；激光波长808nm，功率1.5W/cm²，照射时间5min)。24h后，吸除培养液，加入1mL的Calcein AM/PI检测工作液，避光在37℃下孵育30min。30min后，在荧光显微镜下观察红色荧光(PI：Ex/Em＝535/617nm)和绿色荧光(Calcein AM：Ex/Em＝494/517nm)的分布情况。

结果如图6所示，与FPM共同孵育后且被近红外激光照射的实验组具有更少的活细胞(绿色荧光)和更多的死细胞(红色荧光)，进一步说明FPM制剂的光热效应对肿瘤细胞具有明显的细胞毒性作用。

小鼠磁共振成像实验

取6周健康BALB/C-NU裸鼠，雌雄各半，按10mg/kg经小鼠尾静脉注射FPM制剂，用9.4T小动物核磁仪器于注射前、注射后30min、注射后60min和注射后90min进行扫描，随后对图像进行定量分析。

结果如图7所示，注射FPM后，图像信噪比较注射前显著升高，在60min时，达到最大值，说明按照实施例2制得的FPM制剂有较强的磁共振成像能力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，其特征在于，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料由如下方法制备而成：

(1)向氯亚铂酸钾的HEPES-NaCl溶液中加入铁蛋白的HEPES-NaCl溶液，搅拌，静置，透析，取透析后袋内液体离心，弃上清，水洗复溶，得到铁蛋白-铂离子溶液；

(2)将硼氢化钠溶液加入到铁蛋白-铂离子溶液中，水浴加热，搅拌，透析，取透析后袋内液体离心，弃上清，水洗复溶，得到铁蛋白-铂原子溶液；

(3)将氯化锰水溶液与铁蛋白-铂原子溶液混匀，离心，弃上清，洗涤，得到铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料。

2.根据权利要求1所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，其特征在于，步骤(1)中，HEPES-NaCl溶液中HEPES和NaCl的浓度分别为(1~5)g/mL和(1~10)g/mL，pH为7~10；

氯亚铂酸钾的HEPES-NaCl溶液中，氯亚铂酸钾和HEPES-NaCl的质量体积比为(100~300)mg:(1~10)mL；

铁蛋白的HEPES-NaCl溶液中，铁蛋白和HEPES-NaCl的质量体积比为(30~80)mg:(50~150)mL;

透析袋为1~100kDa，透析液为HEPES-NaCl，透析时间为1~10h。

3.根据权利要求1所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，其特征在于，步骤(2)中，

所述硼氢化钠溶液中硼氢化钠和冰水的加入量之比为90mg:(1~10)mL;

所述水浴加热，温度为20~60℃；

透析袋为1~100kDa，透析液为HEPES-NaCl，透析时间为1~10h。

4.根据权利要求1所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，其特征在于，步骤(3)中，

氯化锰和铁蛋白-铂原子溶液的质量体积比为(3~10)mg:(10~20)mL。

5.根据权利要求1所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料，其特征在于，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料的颗粒直径为1~100nm。

6.权利要求1~5任一项所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料在制备肿瘤诊疗一体化产品中的应用。

7.一种铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针，其特征在于，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针包括权利要求1~5任一项所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米材料和药学上可接受的载体或辅料。

8.根据权利要求7所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针，其特征在于，所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针的使用方法包括口服、透皮给药或注射。

9.权利要求7~8任一项所述铁蛋白-铂-锰磁共振纳米探针在制备磁共振成像检测产品中的应用。