一種腫瘤靶向的中空核殼結(jié)構(gòu)納米診療劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種腫瘤靶向的中空核殼結(jié)構(gòu)納米診療劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，診斷與治療的多功能結(jié)合(簡稱診療)已成為新趨勢。診療技術(shù)能夠減少因?yàn)槎啻谓o藥或手術(shù)帶給病人的風(fēng)險(xiǎn)和痛苦。為了實(shí)現(xiàn)精確診斷和高效治療，所設(shè)計(jì)的診療劑往往需要同時具備病灶靶向性、多模成像以及治療等各種功能。稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料能將近紅外光轉(zhuǎn)換成可見光，因此在發(fā)展非侵入性診療劑上具有重要前景。由于上轉(zhuǎn)換納米材料低毒、抗光漂白性、無背景熒光、較深的光穿透深度等特點(diǎn)可作為新一代生物成像熒光探針。更重要的是，上轉(zhuǎn)換納米材料在近紅外光照射下發(fā)出可見光，通過能量傳遞，激發(fā)光敏劑產(chǎn)生單線態(tài)氧，對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生毒性，因此可以對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行光動力治療。近年來，利用二氧化硅的負(fù)載功能以及表面易修飾性，國內(nèi)外發(fā)展了一些上轉(zhuǎn)換納米材料與二氧化硅復(fù)合的診療劑，用于成像和光動力學(xué)治療。但是這些診療劑的治療效率有限，其主要原因在于光敏劑的負(fù)載量過低，負(fù)載的光敏劑含有共軛芳香環(huán)容易團(tuán)聚而自我淬滅，光敏劑與上轉(zhuǎn)換納米顆粒的距離太大影響了能量傳遞效率。
[0003]因此，設(shè)計(jì)一個基于上轉(zhuǎn)換納米材料的診療劑，解決上述的光敏劑負(fù)載問題，提高光動力學(xué)治療效果是本領(lǐng)域的關(guān)鍵。同時需要選擇合適上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒以及腫瘤細(xì)胞靶向修飾分子，實(shí)現(xiàn)診療劑的多模成像和靶向功能。開發(fā)這樣一個納米診療劑在癌癥診療應(yīng)用上將具有重要實(shí)際的意義和臨床價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種腫瘤靶向的中空核殼結(jié)構(gòu)納米診療劑，該納米診療劑包括上轉(zhuǎn)換納米顆粒內(nèi)核、有機(jī)-無機(jī)雜化二氧化硅殼層、內(nèi)核與殼層中間的空腔以及負(fù)載在所述殼層和空腔內(nèi)的光敏劑。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，所述殼層外表面還具有腫瘤靶向分子。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，所述上轉(zhuǎn)換納米顆粒為六方相NaLuF4:Gd/Yb/Er納米晶。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，所述有機(jī)-無機(jī)雜化二氧化硅殼層由苯基橋鍵二氧化硅和氨丙基二氧化硅組成。我們研宄發(fā)現(xiàn)，選擇有機(jī)-無機(jī)雜化二氧化硅殼層，較其他二氧化硅殼層，能通過疏水作用力和π -31作用增加光敏劑負(fù)載量，并降低光敏劑的團(tuán)聚。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，所述光敏劑是能夠吸收上轉(zhuǎn)換納米顆粒在近紅外光照射下發(fā)出的可見光而產(chǎn)生單線態(tài)氧的光敏劑。優(yōu)選地，所述光敏劑選自單羧基酞菁鋅或孟加拉玫瑰紅。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，所述腫瘤靶向分子為尿激酶氨端片斷(ATF)、抗體或葉酸等中的一種或多種。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，所述上轉(zhuǎn)換納米顆粒的粒徑為10?lOOnm，優(yōu)選20?50nm。
[0011]根據(jù)本發(fā)明，所述殼層的厚度為3?20nm，優(yōu)選5?15nm。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，所述空腔的厚度為O?10nm，其中不包括0，優(yōu)選2?8nm。我們研宄發(fā)現(xiàn)，選擇具有空腔的核殼結(jié)構(gòu)，較無空腔結(jié)構(gòu)，能增加光敏劑負(fù)載量，同時縮短光敏劑和上轉(zhuǎn)換納米顆粒之間的距離，有利于能量傳遞。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，所述光敏劑的負(fù)載量是普通二氧化硅殼層材料的負(fù)載量的10倍或更高；是普通核殼結(jié)構(gòu)(無空腔)材料的的負(fù)載量的1.6倍或更高。本發(fā)明中所述光敏劑的負(fù)載量是指光敏劑在納米診療劑中的質(zhì)量百分比，通過一定波長(如對于單羧基酞菁鋅而言，可選擇699nm)的吸光值計(jì)算而得或者通過紫外可見吸收譜計(jì)算而得。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，所述診療劑中的上轉(zhuǎn)換納米顆粒與光敏劑之間的能量傳遞效率是普通二氧化硅殼層的診療劑的2倍或更高；是普通核殼結(jié)構(gòu)的診療劑的1.4倍或更高。本發(fā)明中所述的能量傳遞效率從上轉(zhuǎn)換吸收光譜變化計(jì)算得到，計(jì)算公式為(?ο-υ/ι。，其中IpI1分別為診療劑負(fù)載光敏劑前后的紅光部分(若光敏劑吸收紅光)或綠光部分(若光敏劑吸收綠光)的積分強(qiáng)度。
[0015]本發(fā)明還提供上述腫瘤靶向的中空核殼結(jié)構(gòu)納米診療劑的制備方法，其包括以下步驟:
[0016](I)制備所述上轉(zhuǎn)換納米顆粒；
[0017](2)制備有機(jī)-無機(jī)雜化二氧化娃包覆所述上轉(zhuǎn)換納米顆粒的中空核殼結(jié)構(gòu)；
[0018](3)在所述殼層和空腔內(nèi)吸附所述光敏劑。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，所述方法的步驟(2)和步驟(3)之間還包括以下步驟:
[0020](2’ )在所述殼層外表面共價偶聯(lián)所述腫瘤靶向分子。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，所述步驟(I)中制備的是六方相NaLuF4:Gd/Yb/Er納米晶。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，所述六方相NaLuF4: Gd/Yb/Er納米晶通過以下熱分解法制備:
[0023](a)室溫下稱取三氟乙酸鈉、三氟乙酸镥、三氟乙酸釓、三氟乙酸鐿和三氟乙酸鉺至反應(yīng)容器中，加入溶劑；在惰性氣氛下加熱至上述三氟乙酸鹽溶解后繼續(xù)升溫至280?340°C，反應(yīng)0.6?2小時后自然冷卻到室溫，沉淀并洗滌，得到NaLu(Gd)F4:Yb/Er納米晶；
[0024](b)將上述NaLu(Gd)F4:Yb/Er納米晶加入到三氟乙酸鈉、三氟乙酸镥、三氟乙酸鐿和三氟乙酸鉺的油酸和十八烯溶劑中，在惰性氣氛下加熱至上述三氟乙酸鹽溶解后繼續(xù)升溫至260?320°C，反應(yīng)完成0.6?2小時后自然冷卻到室溫，沉淀并洗滌，得到六方相NaLuF4: Gd/Yb/Er 納米晶。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，上述步驟(a)中，三氟乙酸鈉、三氟乙酸镥、三氟乙酸釓、三氟乙酸鐿和三氟乙酸鉺中的各元素的摩爾比例為I镥:0.3?0.8釓:2?4Na:0.3?0.5鐿:0.03?
0.05 鉺。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，上述步驟(a)中的溶劑為油酸、油胺和十八烯的混合溶劑。優(yōu)選地，所述混合溶劑中各組分的摩爾比例為I油酸:0.5?I油胺:0.5?I十八烯。
[0027]根據(jù)本發(fā)明，上述步驟(b)中，三氟乙酸鈉、三氟乙酸镥、三氟乙酸鐿和三氟乙酸鉺中的各元素的摩爾比例為I镥:0.5?INa:0.3?0.5鐿:0.03?0.05鉺。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，上述步驟(b)中的溶劑為油酸和十八烯溶劑的混合溶劑。優(yōu)選地，所述混合溶劑中各組分的摩爾比例為I油酸:0.5?1.5十八烯。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，所述步驟(2)具體是通過反相微乳液法和腐蝕法制備有機(jī)-無機(jī)雜化二氧化硅包覆所述上轉(zhuǎn)換納米顆粒的中空核殼結(jié)構(gòu)。其具體步驟包括:
[0030]室溫下NaLuF4:Gd/Yb/Er納米晶先分散于環(huán)己烷/氨水/C0-520體系中，先加入正硅酸乙酯(TEOS)，反應(yīng)3?24小時后，再加入1，4-雙(三乙氧基硅基)苯(BTEB)和氨丙基乙氧基硅烷(APTES)，反應(yīng)6?48小時，三種硅源的摩爾比例為1TE0S:0.1?10BETB:0.1?10APTES ;在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中腐蝕3?18小時，所得中空核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒，殼層厚度3?20nm，中間環(huán)形空腔厚度O?10nm，但不為O。
[0031]其中，PVP分子量約為40000，PVP水溶液的濃度為0.05?0.2g/mL，腐蝕時的溫度為 90 ?100Co
[0032]根據(jù)本發(fā)明，所述步驟(2’ )中，共價偶聯(lián)的腫瘤靶向分子為尿激酶氨端片斷(ATF)、抗體或葉酸等中的一種或多種。具體的，共價偶聯(lián)ATF的方法為:
[0033]在二甲基甲酰胺溶液中，加入ATF、二異丙基乙胺(DIEA)和苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，反應(yīng)10?60分鐘，ATF被活化后與中空核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒在O?10°C下反應(yīng)6?24小時，ATF的羧基與納米顆粒表面氨基共價偶聯(lián)。
[0034]其中，反應(yīng)物質(zhì)量比為IATF:10?100DIEA:1?5HBTU:0.1?10納米顆粒。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，所述步驟(3)中的吸附光敏劑是通過物理吸附負(fù)載光敏劑。具體的，所述吸附為:
[0036]將已連接或未連接腫瘤靶向分子的中空核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒加入到光敏劑的水或二甲基甲酰胺溶液中，避光振蕩6?48小時，離心洗滌后避光低溫保存。
[0037]本發(fā)明還公開如下技術(shù)方案:
[0038]上述納米診療劑在生物分析、醫(yī)學(xué)成像或光動力學(xué)治療中的應(yīng)用。具體是診療劑在制備治療醫(yī)學(xué)成像試劑中的應(yīng)用，或者在制備光動力學(xué)治療劑中的應(yīng)用。
[0039]在上轉(zhuǎn)換成像應(yīng)用中，所述納米診療劑被細(xì)胞攝取后，利用近紅外光(980nm)激發(fā)，產(chǎn)生紅光和綠光，可進(jìn)行細(xì)胞成像；在CT成像應(yīng)用中，所述納米診療劑具有較高CT值，可作為CT造影劑；在光動力學(xué)治療應(yīng)用中，利用近紅外光(980nm)激發(fā)，通過上轉(zhuǎn)換納米顆粒敏化光敏劑來產(chǎn)生單線態(tài)氧實(shí)現(xiàn)在腫瘤的光動力學(xué)治療應(yīng)用。
[0040]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0041]利用中空核殼結(jié)構(gòu)負(fù)載光敏劑，既提高負(fù)載量又縮短光敏劑與內(nèi)核上轉(zhuǎn)換納米顆粒的距離；有機(jī)-無機(jī)雜化二氧化硅殼層能通過疏水作用力和31 -31作用進(jìn)一步增加光敏劑負(fù)載量，并降低光敏劑的團(tuán)聚；表面共價偶聯(lián)的尿激酶氨基片斷(ATF)與癌細(xì)胞表面過表達(dá)的尿激酶受體(uPA)具有高親和性，使得診療劑具