CN117695247A - 一种掺锶二氧化铈纳米酶的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掺锶二氧化铈纳米酶的制备方法，所述方法为将锶离子油胺络合物与二氧化铈混合后，经过加热，静置，纯化后制得。本发明还进一步通过间充质干细胞膜包裹制备得到膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒。本发明通过掺锶进一步提高了二氧化铈纳米颗粒的抗氧化性能，具有协同增效作用。所述掺锶二氧化铈纳米颗粒、膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒具备良好的清除活性氧的自由基作用，膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒具有靶向运输至病变部位，促进心肌组织的修复，可以减少再灌注部位的氧化应激损伤的作用。
Description
技术领域
本发明属于生物医学工程材料领域，更具体地，涉及一种掺锶二氧化铈纳米酶的制备方法及其应用。
背景技术
心肌梗死(myocardial infarction，MI)是世界范围内发病率和死亡率较高的缺血性心脏病。在缺血再灌注(ischemia reperfusion，IR)损伤后的愈合阶段，引发强烈的氧化应激、炎症反应、细胞因子释放和有限的心肌细胞再生能力，受损的心肌被纤维化的瘢痕组织所取代。清除过量活性氧(reactive oxygen species，ROS)和消除炎症被认为可以逆转心肌损伤。哺乳动物细胞进化出抗氧化酶系统来中和多余的ROS，维持细胞氧化还原稳态，如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)，然而，内源性酶促抗氧化剂的活性通常会随着时间的推移而降低，导致氧化还原平衡的丧失和ROS的大量积累。此外，传统治疗药物(抗氧化、抗炎药物和天然酶)由于其固有的缺陷，如不利的药代动力学和生物利用度、较低的生物稳定性和潜在的副作用，其疗效仍然很差。纳米酶代表了一种有效调节氧化还原稳态的候选药物，用于治疗ROS相关的炎症疾病。
作为一种代表性的纳米酶，二氧化铈(CeO2)纳米颗粒因其催化活性和储氧特性而具有模拟酶的特性。CeO2被发现具有独特的SOD和CAT模拟酶活性，被广泛用于治疗ROS相关疾病，如雄激素性脱发、肝损伤、肾损伤、阿尔茨海默病和中风，并在体外和体内证明具有生物相容性。CeO2的SOD和CAT模拟酶活性源于其表面Ce3+和Ce4+的共存。Ce3+主要利用SOD模拟酶活性来去除与Ce3+氧化成Ce4+相关的O2 ·-，而铈Ce4+分解H2O2以模拟与铈还原相关的Ce4+。研究发现当CeO2粒径越小，就能得到越高的Ce3+：Ce4+比率和更多数量的氧空位。这些Ce3+和氧空位的分布和相互关系是决定CeO2催化活性的重要因素。然而在实际上，从Ce4+还原为Ce3+这个过程在能量上是不利，因此还原速率会受到阻碍。所以，通过促进电子转移来加速从Ce4+到Ce3+的还原过程可能是优化二氧化铈酶活性的一种可行策略。
纳米颗粒经传统的给药途径(口服、血管内、肠外、吸入、局部给药等方式)进入全身循环时，由于没有任何表面修饰，约90％的纳米颗粒会被体内网状内皮系统从循环系统中迅速清除到肝和脾，这严重阻碍了它们的治疗功效。细胞膜包裹纳米粒子用于药物靶向输送不仅有助于避免免疫清除，而且还赋予纳米颗粒不同的细胞和功能模仿，例如针对炎症部位的特异性靶向，免疫逃避，与目标受体或细胞的结合亲和力。目前常用于包裹纳米颗粒以治疗心血管疾病的细胞膜有红细胞膜、血小板膜、巨噬细胞膜、干细胞膜等。其中骨髓间充质干细胞(BMSCs)易于分离，并能在体外长期增殖，还具有长期循环潜能和免疫逃避等特性，使得它们成为纳米颗粒递送的理想材料。BMSCs具有缺血组织定向归巢的能力，这一过程主要是由干细胞表面的趋化因子受体与其在缺血微环境中丰富的配体(如SDF-1/CXCR4轴)相互作用所介导的。基质细胞衍生因子-1(Stromal cell-derived factor，SDF-1)属于CXC族趋化因子成员，是生物体内一种关键的细胞趋化因子。CXCR4(C-X-Cchemokine receptor type 4)是SDF-1的受体，表达于多种干细胞表面，可与SDF-1耦合介导其迁移。研究发现心肌缺血、血管内膜损伤可上调SDF-1的表达，介导多种干细胞归巢新生血管、减小心梗面积。虽然缺血部位表达的SDF-1与它的受体CXCR4对迁移细胞的归巢起着关键性的作用，然而心梗后能够被动员并最终顺利归巢到缺血心肌的BMSCs数量非常稀少，这是由于通过体外培养扩增的BMSCs表达的CXCR4水平很低，简单的细胞膜涂层可能不能满足有效地将药物输送到缺血的心肌组织的需要。因此，设计一种活性优化、能够高效靶向输送的二氧化铈纳米酶具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种掺锶二氧化铈纳米酶的制备方法及其应用。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
本发明首先提供一种掺锶二氧化铈纳米颗粒，所述掺锶二氧化铈纳米颗粒为将锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒混合后，加热至75～85℃，在该温度下放置22～26h，纯化后制得。
本发明通过锶离子油胺络合物与二氧化铈混合反应，得到掺锶二氧化铈。通过掺杂锶离子来显著增强二氧化铈纳米颗粒的抗氧化活性。所述掺锶二氧化铈纳米颗粒具备良好的清除活性氧的自由基作用，可以减少再灌注部位的氧化应激损伤。
进一步地，所述锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒中锶离子与铈离子比例为30～32:29～31。
优选地，所述锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒中锶离子与铈离子比例为32:29。
进一步地，所述锶离子油胺络合物为氯化锶与油胺混合后加热制得。
优选地，所述锶离子油胺络合物为氯化锶与油胺在60～65℃下加热20～25min后制得。
优选地，所述锶离子油胺络合物为氯化锶与油胺在60℃下加热20min后制得。
进一步地，所述二氧化铈纳米颗粒为乙酸铈与油胺通过溶胶-凝胶反应制得；具体地，为将乙酸铈与油胺溶解于二甲苯中，室温搅拌，随后加热至85～95℃，注入去离子水，老化，冷却至室温，即得。
优选地，所述搅拌为搅拌2h。
优选地，所述加热为以2℃/min的速度升温至90℃。
优选地，所述老化为90℃老化3h。
优选地，上述制得二氧化铈经过乙醇沉淀纯化后重悬在氯仿中。
进一步地，所述锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒混合时锶离子油胺络合物温度为45～50℃。
优选地，所述混合时锶离子油胺络合物温度为50℃。
进一步地，所述加热为加热至80～85℃。
优选地，所述加热为加热至80℃。
进一步地，所述静置为静置24～26h。
优选地，所述静置为静置24h。
进一步地，所述纯化为加入乙醇后离心，取沉淀再分散在正己烷中，加入乙醇进行二次离心。
优选地，所述离心为10000rpm下离心30min。
进一步地，本发明还提供一种掺锶二氧化铈纳米酶，包括上述方法制得掺锶二氧化铈纳米颗粒及修饰在其表面的mPEG-DPSE。
优选地，所述mPEG-DPSE为mPEG2000-DPSE。
进一步的，所述掺锶二氧化铈纳米酶的制备方法包括将掺锶二氧化铈纳米颗粒氯仿溶液与mPEG-DPSE氯仿溶液混合，搅拌，真空下旋转蒸发氯仿溶剂，加入PBS后搅拌，超声分散，过滤除去沉淀，透析后即得。
二氧化铈(CeO2)纳米颗粒本身具有独特的SOD和CAT模拟酶活性，经过掺杂锶离子后其抗氧化活性能够显著增强。进一步将掺锶二氧化铈酶与mPEG-DPSE偶联得到掺锶二氧化铈纳米颗粒，以增强掺锶二氧化铈纳米酶的水溶性。所述掺锶二氧化铈纳米颗粒在反应时间0.5h后，其DPPH自由基清除率达到85％～100％、ABTS+·自由基清除率达到55％～90％，同时，其活性随着铈离子浓度的增加而增强。
因此，本发明提供所述掺锶二氧化铈纳米颗粒或掺锶二氧化铈纳米酶在制备抗氧化制剂中的应用。
本发明还提供一种膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶，所述膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒包括上述掺锶二氧化铈纳米酶及包裹纳米酶的间充质干细胞膜。
进一步地，所述间充质干细胞膜为高(过)表达CXCR4的间充质干细胞膜。
进一步地，所述膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶制备方法包括将掺锶二氧化铈纳米酶与间充质干细胞膜在超声下孵育，使用微型挤出器依次通过400nm、200nm、100nm聚碳酸脂膜来回挤出即得。
进一步地，所述间充质干细胞膜为高(过)表达CXCR4的间充质干细胞膜。
进一步地，所述高(过)表达CXCR4的间充质干细胞膜制备方法为将过表达CXCR4基因慢病毒载体转染间充质干细胞，获得高(过)表达CXCR4的间充质干细胞，抽提细胞膜得到高(过)表达CXCR4的间充质干细胞膜。
进一步地，所述间充质干细胞为骨髓基质干细胞(bonemarrowstromalcells，BMSCs)。
优选地，所述孵育为孵育5min。
优选地，所述来回挤出为来回挤出20次。
本发明进一步将上述掺锶二氧化铈纳米颗粒、膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒进行生物安全性验证以及改善心肌缺血再灌注损伤的治疗效果测定，结果发现上述纳米颗粒均具有良好的生物安全性，无明显毒副作用，同时具有良好的清除缺氧心肌细胞内活性氧功能，显著改善心肌细胞凋亡情况。
因此本发明提供所述膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒在制备抗氧化制剂中的应用。
进一步地，本发明还提供上述掺锶二氧化铈纳米酶、掺锶二氧化铈纳米颗粒、膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒在制备心肌缺血再灌注损伤治疗药物中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种掺锶二氧化铈纳米酶的制备方法，将锶离子油胺络合物与二氧化铈混合后，经过加热，静置，纯化后制得。本发明还进一步通过间充质干细胞膜包裹制备得到膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒。本发明通过掺锶进一步提高了二氧化铈纳米颗粒的抗氧化性能，具有协同增效作用。所述掺锶二氧化铈纳米颗粒、膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒具备良好的清除活性氧的自由基作用，膜伪装掺锶二氧化铈纳米颗粒具有靶向运输至病变部位，促进心肌组织的修复，可以减少再灌注部位的氧化应激损伤的作用。
附图说明
图1为CeNP-PEG的透射电镜、扫描电镜、EDS图以及粒径分布图；A为透射电镜图，B为粒径分布图，C为扫描电镜图，D为EDS图。
图2为CeSr-PEG的透射电镜、扫描电镜、EDS图以及粒径分布图；A为透射电镜图，B为粒径分布图，C为扫描电镜图，D为EDS图。
图3为不同组分材料的SDS-PAGE和复合材料的红外光谱图；A为SDS-PAGE图，B为红外光谱图。
图4为纳米酶的体外清除活性氧能力的验证图；A为不同反应时间ABTS+·自由基清除率变化，B为不同铈离子浓度的掺锶纳米颗粒的ABTS+·自由基清除率变化，C为不同反应时间DPPH自由基清除率变化，D为不同铈离子浓度的掺锶纳米颗粒的DPPH自由基清除率变化。
图5为不同纳米颗粒的体外生物安全性验证以及在缺氧复氧细胞模型中细胞存活率图；A为细胞毒性实验，B为不同铈离子浓度的CeSr@M*对NMCM的毒性实验，C为缺氧复氧细胞模型中CeSr@M*改善细胞存活情况。
图6为不同纳米颗粒的体内生物安全性验证；A为各组分干预后血清中ALT水平，B为AST水平，C为ALT/AST比值，D为BUN水平。
图7为不同纳米颗粒清除经缺氧/复氧处理的原代乳鼠心肌细胞内活性氧的结果图。
图8为不同纳米颗粒处理组改善心肌细胞凋亡情况。
图9为BMSC和过表达CXCR4的BMSC表征以及SDF-1蛋白的表达情况；A为慢病毒感染后细胞生长状态，B为细胞膜中CXCR4蛋白质的表达情况，C为小鼠心肌缺血再灌注损伤(IRI)4小时肌组织中SDF-1蛋白表达情况，D为归一化后SDF-1蛋白表达情况。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1掺锶二氧化铈纳米颗粒的制备
1.二氧化铈纳米颗粒(CeNP)的制备
将乙酸铈(430mg，1.36mM)和3.2g油胺溶解在15mL二甲苯中，在室温下搅拌2小时。随后以每分钟升高2℃，加热至90℃，溶液变为透明棕色，快速注入1mL去离子水以启动溶胶-凝胶反应，颜色从透明棕色变成乳黄色，在90℃下老化3h，然后冷却至室温，获得CeNP。加入50mL乙醇沉淀CeNP，10000rpm离心10min，丙酮、乙醇各洗1次，以去除未反应的乙酸铈、油胺和二甲苯，洗涤后的CeNP重悬在氯仿中(50mg/mL或10mg/mL)。
2.掺锶二氧化铈纳米颗粒(CeSr)的合成
将1mL CeNP氯仿溶液(50mg/mL)分散在2mL正己烷中。在24.39g油胺(120℃，1h脱气)中加入50mg SrCl2，在60℃下加热20min，制得Sr2+油胺乳白色络合物，当温度降至50℃时，加入上述CeNP氯仿溶液并加热到80℃，在80℃下放置24h，得到CeSr。将产物分成10mL每管，分别加入20mL乙醇，在10000rpm下离心30min，将沉淀再分散在10mL正己烷中，并加入20mL乙醇，进行第二次离心，纯化后的CeSr分散在氯仿中(10mg/mL)。
所述合成中锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒中锶离子与铈离子摩尔比例为32:29。
实施例2掺锶二氧化铈纳米颗粒制备
1.二氧化铈纳米颗粒(CeNP)的制备
将乙酸铈(430mg，1.36mM)和3.2g油胺溶解在15mL二甲苯中，在室温下搅拌2小时。随后以每分钟升高2℃，加热至95℃，溶液变为透明棕色，快速注入1mL去离子水以启动溶胶-凝胶反应，颜色从透明棕色变成乳黄色，在90℃下老化3h，然后冷却至室温，获得CeNP。加入50mL乙醇沉淀CeNP，10000rpm离心10min，丙酮、乙醇各洗1次，以去除未反应的乙酸铈、油胺和二甲苯，洗涤后的CeNP重悬在氯仿中。
2.掺锶二氧化铈纳米颗粒(CeSr)的合成
将1mL CeNP氯仿溶液(53mg/mL)分散在2mL正己烷中。在24.39g油胺(120℃，1h脱气)中加入47mg SrCl2，在65℃下加热23min，制得Sr2+油胺乳白色络合物，当温度降至45℃时，加入上述CeNP氯仿溶液并加热到85℃，在85℃下放置25h，得到CeSr。将产物分成10mL每管，分别加入20mL乙醇，在10000rpm下离心30min，将沉淀再分散在10mL正己烷中，并加入20mL乙醇，进行第二次离心，纯化后的CeSr分散在氯仿中(10mg/mL)。
所述合成中锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒中锶离子与铈离子摩尔比例为30:31。
实施例3掺锶二氧化铈纳米颗粒制备
1.二氧化铈纳米颗粒(CeNP)的制备
将乙酸铈(430mg，1.36mM)和3.2g油胺溶解在15mL二甲苯中，在室温下搅拌2小时。随后以每分钟升高2℃，加热至85℃，溶液变为透明棕色，快速注入1mL去离子水以启动溶胶-凝胶反应，颜色从透明棕色变成乳黄色，在90℃下老化3h，然后冷却至室温，获得CeNP。加入50mL乙醇沉淀CeNP，10000rpm离心10min，丙酮、乙醇各洗1次，以去除未反应的乙酸铈、油胺和二甲苯，洗涤后的CeNP重悬在氯仿中(50mg/mL或10mg/mL)。
2.掺锶二氧化铈纳米颗粒(CeSr)的合成
将1mL CeNP氯仿溶液(50mg/mL)分散在2mL正己烷中。在24.39g油胺(120℃，1h脱气)中加入50mg SrCl2，在60℃下加热25min，制得Sr2+油胺乳白色络合物，当温度降至50℃时，加入上述CeNP氯仿溶液并加热到80℃，在80℃下放置26h，得到CeSr。将产物分成10mL每管，分别加入20mL乙醇，在10000rpm下离心30min，将沉淀再分散在10mL正己烷中，并加入20mL乙醇，进行第二次离心，纯化后的CeSr分散在氯仿中(10mg/mL)。
实施例4水相CeNP(CeNP-PEG)和掺锶二氧化铈纳米酶(CeSr-PEG)的制备
将20mg mPEG2000-DPSE溶于2mL氯仿中(1.85×10-2mM)，与实施例1制备得到的10mg/mL的CeNP或CeSr氯仿溶液混合，常温下搅拌2h。在60℃真空下旋转蒸发30min，使氯仿溶剂完全蒸发，加入适量的PBS，以2000rpm搅拌2h。用超声探头以30％的振幅和完整的周期分散5min。过滤除去沉淀后，用10kDa截留分子量的透析袋透析24h，去除多余的mPEG2000-DPSE，纯化后的CeNP-PEG和CeSr-PEG保存在4℃PBS溶液中。通过ICP-MS测得CeNP-PEG制备后铈离子浓度为7.53mg/mL，CeSr-PEG中铈离子浓度为0.918mg/mL，锶离子浓度为1.04mg/mL。
实施例5膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶的制备
从汉恒生物科技(上海)有限公司获得CXCR4基因慢病毒载体，通过慢病毒转染的方式建立过表达CXCR4的BMSC株。首先摸索最佳的感染复数(Multiplicity of Infection，MOI)。在96孔板中以104个/孔的细胞密度培养生长状态良好的BMSC 12小时，随后吸去96孔板中原有的培养基，以1/2小体积感染法，即加入50μL新鲜培养基，再加入慢病毒感染(MOI＝1，10，30，50)和8μg/mL的polybrene助转剂，4小时后补足至100μL。感染后24小时，吸去含有病毒的培养液，换上新鲜的完全培养基继续培养。感染72小时后，可观察到MOI＝30的感染效率最佳且细胞生长状态良好(图9A)。
抽提BMSC和过表达CXCR4的BMSC的细胞膜蛋白质，通过蛋白免疫印迹，检测细胞膜中CXCR4蛋白质的表达情况。发现M*在39kD左右有一条特异性条带，其大小和CXCR4抗体条带相合，相比之下M的条带较弱(图9B)。
将0.5mL(1mg/mL)的CeNP-PEG或CeSr-PEG与0.5mL BMSCs膜或高表达CXCR4的BMSCs膜(0.2mg/mL)在超声下孵育5min。使用微型挤出器进行来回挤压，依次通过400nm、200nm、100nm的聚碳酸脂膜，各来回挤出20次。得到包裹BMSCs膜或高表达CXCR4的BMSCs膜的CeSr-PEG(CeSr@M和CeSr@M*)以及包裹高表达CXCR4的BMSCs膜CeNP-PEG(CeNP@M*)。
将上述制得的纳米颗粒经过20,000×g离心，从剩余的细胞膜上分离出包膜的纳米颗粒，用BCA法测定上清中膜蛋白的含量，包膜效率计算式如下：
经过20,000×g离心后，上清中膜蛋白的含量为0.02342g，因此包膜效率为76.58％。
实施例6掺锶二氧化铈纳米颗粒及不同纳米酶的表征
通过透射电镜、扫描电镜观察CeNP-PEG、CeSr-PEG的结构，图1为CeNP-PEG纳米酶的透射电镜(图1A)、扫描电镜(图1C)、EDS图(图1D)以及粒径分布图(图1B)，制备后得到的CeNP-PEG为黄色粉末，透射电镜可以看出纳米颗粒分散均匀，粒径在5.52nm左右。利用能谱分析，分析了CeNP-PEG的元素含量，如图1D所示，C含量为22.06％，O含量为20.12％，P的含量为18.53％，Ce含量为35.12％。图2为CeSr-PEG纳米酶的透射电镜(图2A)、扫描电镜(图2C)、EDS图(图2D)以及粒径分布图(图2B)，制备后得到的CeSr-PEG为米白色粉末，从透射电镜结果看，CeSr-PEG纳米颗粒分散均匀，粒径大概为7.3nm左右。通过能谱分析，分析了CeSr-PEG的元素含量，如图2D所示，C含量为31.95％，O含量为18.32％，P的含量为18.82％，Ce含量为19.08％，Sr为11.82％。图3表示单纯BMSCs膜、高表达CXCR4的BMSCs膜、单纯CeSr-PEG纳米酶和包裹高表达CXCR4的BMSCs膜的CeSr-PEG的SDS-PAGE以及各纳米复合材料的红外光谱图。从图3A的SDS-PAGE结果可以看出，MCXCR4和CeSr@MCXCR4在39kD处比M多了一个条带，主要来源于CXCR4的表达，此外，MCXCR4和CeSr@MCXCR4的其余条带与M基本相似，并且包裹CeSr-PEG纳米颗粒后没有改变MCXCR4的蛋白组成，单纯CeSr-PEG纳米颗粒组没有观察到被染色的蛋白分子。图3B的红外光谱图证明了CeNP-PEG和CeSr-PEG的成功合成。
实施例7掺锶二氧化铈纳米颗粒的体外抗氧化活性
(1)CeNP-PEG或CeSr-PEG清除DPPH自由基能力的测定
取1mg DPPH固体溶于24mL无水乙醇中，超声5min，制得DPPH原液。取100μL上述原液加50μL无水乙醇稀释后，制得DPPH测定液(517nm处吸光度为0.6～1.0)。将不同浓度的CeNP-PEG或CeSr-PEG加入DPPH测定液中，在37℃孵育30min，通过酶标仪测量上清液的吸光度为As；以DPPH测定液在相同条件下反应测得吸光度为Ab；通过只加样品不加DPPH测定液测得吸光度为An以排除样品本身产生的本底吸收。每组有三个平衡数据。使用以下公式计算清除效果：DPPH自由基清除率(％)＝[1-(As-An)/Ab]×100％
(2)CeNP-PEG或CeSr-PEG清除ABTS+·自由基实验
取3mg ABTS二铵盐溶于0.735mL蒸馏水中，制得7.4mmol/L的ABTS二铵盐储备液；取1mg二硫酸钾(K2S2O8)溶于1.43mL蒸馏水中，制得2.6mmol/L的K2S2O8储备液；取0.2mLABTS二铵盐储备液和0.2mL K2S2O8储备液混合，放置在室温的黑暗环境下12h，随后用PBS(pH 7.4)将混合液稀释10～20倍直至732nm处吸光度为0.7，此溶液为ABTS工作液；取0.8mLABTS工作液往其中加入不同浓度的CeNP-PEG或CeSr-PEG(溶剂为无水乙醇)，在37℃下反应30min，测得732nm处吸光度为As；以ABTS工作液在相同条件下反应测得吸光度为Ab；通过只加样品不加ABTS工作液测得吸光度为An以排除样品本身产生的本底吸收。每组有三个平衡数据。使用以下公式计算清除效果：ABTS+·自由基清除率(％)＝[1-(As-An)/Ab]×100％
结果如图4所示，通过体外清除活性氧实验验证CeNP-PEG和CeSr-PEG纳米酶过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的活性。如图4A、4C所示，掺锶纳米颗粒(CeSr-PEG)在反应时间1h后即有较强的清除ABTS+·自由基能力，其清除率接近100％，CeSr-PEG清除DPPH自由基能力随反应时间增加而增强，其清除率在反应4h后约为80％；而CeNP-PEG在反应4h后，清除ABTS+·自由基能力才接近90％，对DPPH自由基清除率则始终低于40％。如图4B、4D所示，随着铈离子浓度的增加，清除ABTS+·、DPPH自由基的能力增强，并且掺入锶离子后，在总离子浓度相同的情况下(即CeSr-PEG中Ce+Sr浓度＝CeNP-PEG中Ce浓度)，效果比单纯的CeNP-PEG好，具有协同增效作用。
实施例8不同纳米颗粒的体外验证
首先将新生乳鼠心肌细胞(NMCM)、血管平滑肌细胞(RVSMC)、主动脉内皮细胞(AOEC)接种到96孔板中，然后加入CeSr-PEG、CeSr@M、CeNP@M*、CeSr@M*，经过5h的共同孵育后，采用CCK8染色液，检测细胞的存活率。NMCM以10％ FBS的高糖DMEM培养48小时后，更换为含血清的低糖DMEM培养基培养12小时，随后在37℃含1％ O2、94％ N2、5％ CO2的三气培养箱中以无糖无血清培养基培养5小时，接种更换为含不同材料的低糖培养基在5％ CO2培养箱中培养5小时，以制造缺氧复氧的细胞模型，采用CCK8染色液，检测细胞的存活率。
结果如图5所示，从细胞毒性实验结果(图5A)可以看出，各种组合的纳米颗粒均具有良好的生物安全性。此外，还检测了含不同铈离子浓度的CeSr@M*对NMCM的毒性，从图5B可以看出当铈离子浓度高达30ppm时，细胞的存活率仍＞80％，表明在后续的细胞实验应用中，合成的材料具有安全性。在缺氧复氧细胞模型中，如图5C所示，各种组合的纳米颗粒均能改善细胞存活情况，其中CeSr@M*更好地改善了细胞存活的情况。
实施例9不同纳米颗粒的体内验证
验证不同纳米颗粒的体内安全性：通过小鼠尾静脉注射50μLCeSr-PEG、CeSr@M、CeNP@M*、CeSr@M*溶液(铈离子浓度为2mg/kg，锶离子浓度为2.27mg/kg)，3天后取小鼠眼球血，进行血清生化检测。
验证清除细胞活性氧的能力：提取乳鼠原代心肌细胞后接种于共聚焦皿中，经对应的干预后，加入DCFH-DA荧光染液，37℃避光孵育20分钟，用基础培养基洗2次，以去除未进入细胞的DCFH-DA染液，通过共聚焦荧光显微镜记录结果(488nm激发波长，525nm发射波长)。
验证抗心肌细胞凋亡的能力：提取乳鼠原代心肌细胞后接种于共聚焦皿中，经对应的干预后，用4％多聚甲醛固定细胞30分钟，PBS洗一次，加入含0.3％Triton X-100的PBS室温孵育5分钟，PBS洗两次，加入TUNEL检测液，37℃避光孵育60分钟，PBS洗三次，通过共聚焦荧光显微镜记录结果(550nm激发波长，570nm发射波长)。
此外，我们验证了小鼠心肌缺血再灌注损伤(IRI)4小时，心肌中SDF-1蛋白的表达情况。摘取小鼠心脏，研磨组织并提取蛋白质，通过蛋白免疫印迹，检测心肌组织中SDF-1(图9C)。图9D是归一化后的结果，损伤后SDF-1蛋白的表达与正常小鼠的心肌组织有显著差异，验证了心肌缺血可上调SDF-1的表达。
结果分析：各纳米颗粒的体内生物安全性如图6所示，血清ALT水平下降(图6A)，而AST、BUN水平在正常水平内(图6B、D)，因此，经血清生化检测后表示不同纳米酶均无明显的毒副作用。图7为各纳米颗粒清除经缺氧/复氧处理的原代乳鼠心肌细胞内活性氧的结果，其中CeSr@M*具有良好的清除缺氧心肌细胞内活性氧的功能。图8为各处理组改善心肌细胞凋亡情况。从细胞荧光图可以看出，经缺氧复氧处理后，乳鼠原代心肌细胞TUNEL阳性增多，当给予材料干预后，TUNEL阳性细胞减少，其中CeSr@M*效果最好。
Claims (10)
1.一种掺锶二氧化铈纳米颗粒的制备方法，其特征在于，将锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒混合后，加热至75～85℃，在该温度下放置22～26h，纯化后制得。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述锶离子油胺络合物为锶盐与油胺混合后在55～65℃下加热制得。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述混合时锶离子油胺络合物温度为45～50℃。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述锶离子油胺络合物与二氧化铈纳米颗粒中锶离子与铈离子摩尔比例为30～32:29～31。
5.权利要求1～4任一所述制备方法制备得到的掺锶二氧化铈纳米颗粒。
6.一种掺锶二氧化铈纳米酶，其特征在于，包括权利要求5所述掺锶二氧化铈纳米颗粒及修饰在其表面的mPEG-DPSE。
7.一种膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶，其特征在于，包括权利要求6所述掺锶二氧化铈纳米酶及包裹纳米酶的间充质干细胞膜。
8.根据权利要求7所述的膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶，其特征在于，所述间充质干细胞膜为过表达CXCR4的间充质干细胞膜。
9.权利要求5所述掺锶二氧化铈纳米颗粒、权利要求6所述掺锶二氧化铈纳米酶或权利要求7或8所述膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶在制备抗氧化产品中的应用。
10.权利要求5所述掺锶二氧化铈纳米颗粒、权利要求6所述掺锶二氧化铈纳米颗酶或权利要求7或8所述膜伪装掺锶二氧化铈纳米酶在制备心肌缺血再灌注损伤的治疗药物中的应用。
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