具有近紅外光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多功能納米藥物載體及其制備方法和應用，尤其涉及一種具有近紅外光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]光熱治療是近年來快速發(fā)展的一種腫瘤局部治療方法。它是利用外源性光熱分子或載體在腫瘤部位富集，在近紅外光(650-900nm)光照下產(chǎn)生光熱效應，進而誘導腫瘤的急性壞死及免疫反應等(Adv.Mater.，2013，25:3869-3880 ；Nat.Rev.Cancer,2014，14:199-208 ；Theranostics,2013，3:152-166 ；Acc.Chem.Res.，2011, 44:947-956)。光熱治療作為一種微創(chuàng)治療技術，可有效抑制腫瘤生長，已經(jīng)引起了人們的極大關注。開發(fā)具有高光熱轉(zhuǎn)換效率的材料并將其用于靶向光熱治療，是當前的研究熱點。
[0003]光熱治療材料主要包括有機近紅外碳菁染料和無機金納米棒、硫?qū)巽~基納米材料、石墨稀等。包括金納米棒、金納米籠、金納米殼等在內(nèi)的貴金屬金納米材料是研究較為深入的納米材料之一，但是貴金屬材料成本高、光穩(wěn)定性較差等問題限制了其生物應用。硫?qū)巽~基納米材料是一種低成本、高光熱轉(zhuǎn)換效率的光熱試劑(Langmuir, 2014，30:1416-1423 ；ACS Nano, 2015，9:1788-1800)，但其生物相容性較差，具有潛在的毒性風險。碳菁染料如吲哚菁綠(ICG)、Cypate等因其良好的光熱轉(zhuǎn)換效率和生物安全性而具有良好的臨床應用前景(B1materials，2011, 32:7127-7138)。碳菁染料的光熱轉(zhuǎn)換效率、光穩(wěn)定性等光理化特性和組織分布、細胞攝取等體內(nèi)生物學行為是影響其光熱治療效果的關鍵因素。近年來，納米藥物載體用于包載碳菁染料，可明顯提高其光穩(wěn)定性和腫瘤組織靶向性(ACS Nano, 2013，7:2056-2067 !B1materials, 2012，33:5603-5609 ；Adv.Funct.Mater.，2013，23: 5893-5902 ； ACS Nano, 2011，5:5594-5607 ；B1materials, 2014, 35:4656-4666)，使碳菁染料在腫瘤光熱治療中的應用空間更加廣闊。聚合物膠束可顯著提高Cypate等碳菁染料腫瘤組織分布和細胞攝取，并使其在腫瘤組織較長時間滯留，實現(xiàn)更有效腫瘤光熱治療。因此，納米藥物載體能有效克服碳菁染料細胞攝取難、靶向性差等問題，可提高碳菁染料對腫瘤光熱治療效果。最近，碳菁染料與化療藥物通過納米藥物載體共傳輸實現(xiàn)化療與光熱聯(lián)合治療，其腫瘤療效比單一光熱治療或化療更好，具有一定的協(xié)同增效作用(Theranostics, 2014, 4:399-411 ；PoIym.Chem.，2014, 5:3707-3718 ；Adv.Mater.，2015，27:903-910)。另外，碳菁染料在近紅外光誘導下可以通過活性氧自由基誘導溶酶體膜的破裂，促進藥物的胞漿轉(zhuǎn)運，對實現(xiàn)化療與光熱治療協(xié)同作用至關重要(Theranostics, 2014, 4:399-411)。然而，智能響應的納米藥物載體在腫瘤協(xié)同治療領域報道較少。因此，通過結合化療藥物和光熱治療物質(zhì)構建用于腫瘤化療與光熱協(xié)同治療的納米藥物載體，有望實現(xiàn)更高效、更安全的腫瘤治療。
[0004]眾多納米材料中，二氧化硅納米粒因其結構可控、孔徑可調(diào)、尺寸可變以及豐富的化學改造空間而成為一種良好的納米藥物載體(Acc.Chem.Res.，2013，46:792-801)?；诠杓{米粒獨特的空間結構和表面化學特性，研究人員已經(jīng)構建出在藥物傳輸中更具優(yōu)勢的刺激響應性(如光、pH、溫度等)娃納米載體，實現(xiàn)了智能響應藥物傳輸(Acc.Chem.Res.，2013，46:339-349)。結合介孔二氧化硅多孔性結構和化學可修飾性特點，人們將介孔二氧化硅用于藥物可控釋放(J.Am.Chem.Soc.，2009，131:3462-3463)、基因藥物遞送(Proc.Natl.Acad.Sc1.，2005，102:11539-11544)、生物大分子的可控緩釋放(J.Am.Chem.Soc.，1999，121:9897-9898)等。負載抗腫瘤藥物的介孔二氧化硅納米載體，能將藥物有效傳遞到腫瘤細胞內(nèi)，并發(fā)揮抑制腫瘤細胞作用(Small，2007，3:1341-1346)。二氧化硅納米粒作為一種遞藥系統(tǒng)平臺已經(jīng)受到廣泛關注(Acc.Chem.Res.，2013, 46:792-801)。功能化二氧化硅納米粒在體外細胞和動物體內(nèi)成像方面具有良好的應用前景。熒光染料分子摻雜的二氧化硅納米?？梢悦黠@增強熒光和提高其光穩(wěn)定性(Nan0.Lett.，2005，5:113-117)。這種功能化的納米粒可用于細胞和動物體內(nèi)熒光成像，在分子影像和疾病診斷領域具有很好的臨床應用潛能(Acc.Chem.Res.，2013，46:1367-1376)。通過功能分子的化學修飾，研究人員可以制備多模式治療與成像的二氧化硅納米粒，在腫瘤成像與治療領域具有重要應用價值。
[0005]基于二氧化娃納米材料構建光熱治療納米藥物已經(jīng)開始受到關注(Adv.Funct.Mater.，2014，24:451-459 ；J.Mater.Chem.Β, 2014，2:6064-6071)。介孔二氧化硅納米材料是一種優(yōu)良的藥物載體，通過化學改造賦予其光熱治療功能可以將藥物遞送與光熱治療有機結合，對開發(fā)多功能納米藥物載體具有啟發(fā)意義。人們常常利用金對二氧化硅納米粒進行功能化，獲得光熱治療效果的納米材料(CN 101049631A, 2007 ；CN 103205258 B)。一種硫化銅/介孔二氧化硅核殼納米材料可以用于光熱治療和藥物傳遞(CN 102961753B, 2014)。雖然金和硫化銅均可以賦予納米粒光熱治療功能，但是貴金屬的高成本和硫化銅的毒性限制了其應用，且該納米材料不具有熒光成像功能。有機染料可以修飾二氧化硅納米粒，制備熒光顯著增強及光穩(wěn)定性顯著提高的熒光二氧化硅納米粒，常常用于腫瘤熒光成像(Acc.Chem.Res.，2013，46:1367-1376)。有機碳菁染料是一種具有優(yōu)良光熱轉(zhuǎn)換能力和近紅外熒光成像功能的光熱分子，可用于修飾二氧化硅納米粒，賦予其近紅外光光熱治療和近紅外焚光成像功能。因此，通過碳菁染料Cypate對二氧化娃納米粒的功能化設計，有望獲得具有近紅外光響應性光熱治療與化療協(xié)同作用的介孔二氧化硅納米粒。
[0006]有鑒于上述的內(nèi)容，本設計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種具有光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒及其制備方法和應用，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的生物相容性和體內(nèi)腫瘤靶向性，能在近紅外光激發(fā)下有效產(chǎn)生光熱效應抑制腫瘤細胞和體內(nèi)熒光成像，能有效地將抗癌藥物如阿霉素等傳輸至細胞內(nèi)發(fā)揮化療作用，能夠產(chǎn)生熱療和化療的協(xié)同效應的具有近紅外光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒及其制備方法和應用。
[0008]本發(fā)明提出的一種具有近紅外光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒，其特征在于:所述介孔二氧化娃納米粒氨基化，所述介孔二氧化娃納米粒的介孔內(nèi)部由碳菁染料通過羧基與氨基酯化修飾，所述介孔二氧化娃納米粒的表面由聚乙二醇修飾，所述碳菁染料通過化學偶聯(lián)負載于載體，所述介孔二氧化硅納米粒的介孔孔道內(nèi)負載有藥物。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進所述介孔二氧化娃納米粒直徑為30-60nm，所述碳菁染料負載量為5-15w/w%，所述藥物負載量為5-10w/w%。
[0010]本發(fā)明提出的一種具有近紅外光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒的制備方法，其特征在于:包括以下操作步驟:
[0011](I)將高度氨基化介孔二氧化硅納米粒與藥物在溶液中混合，攪拌12-24小時，得到負載藥物的二氧化娃納米粒；
[0012](2)將活化碳菁染料加入上述負載藥物的二氧化硅納米粒溶液中，繼續(xù)攪拌
12-24小時，然后加入聚乙二醇NHS酯(PEG-NHS)，繼續(xù)反應24-48小時后，對溶液進行超濾，得到具有近紅外光熱和體內(nèi)熒光成像特性的多功能介孔二氧化硅納米粒。
[0013]作為本發(fā)明方法的進一步改進，步驟(I)中所述的高度氨基化介孔二氧化硅納米粒的制備方法包括如下步驟:
[0014](1.1)將表面活性劑溴化十六烷基三甲銨(CTAB)溶于蒸餾水，配成水溶液，然后加入乙酸乙酯和氨水，快速攪拌30分鐘后，緩慢滴