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(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)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(yīng)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(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[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(yīng)，進(jìn)而誘導(dǎo)腫瘤的急性壞死及免疫反應(yīng)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(shù)，可有效抑制腫瘤生長，已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)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(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
[0003]光熱治療材料主要包括有機(jī)近紅外碳菁染料和無機(jī)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(yīng)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(fēng)險(xiǎn)。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(yīng)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(xì)胞攝取等體內(nèi)生物學(xué)行為是影響其光熱治療效果的關(guān)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(yīng)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(xì)胞攝取，并使其在腫瘤組織較長時(shí)間滯留，實(shí)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(xì)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(shí)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(dǎo)下可以通過活性氧自由基誘導(dǎo)溶酶體膜的破裂，促進(jìn)藥物的胞漿轉(zhuǎn)運(yùn)，對實(shí)現(xiàn)化療與光熱治療協(xié)同作用至關(guān)重要(Theranostics, 2014, 4:399-411)。然而，智能響應(yīng)的納米藥物載體在腫瘤協(xié)同治療領(lǐng)域報(bào)道較少。因此，通過結(jié)合化療藥物和光熱治療物質(zhì)構(gòu)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(shí)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(jié)構(gòu)可控、孔徑可調(diào)、尺寸可變以及豐富的化學(xué)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(dú)特的空間結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性，研究人員已經(jīng)構(gòu)建出在藥物傳輸中更具優(yōu)勢的刺激響應(yīng)性(如光、pH、溫度等)娃納米載體，實(shí)現(xiàn)了智能響應(yīng)藥物傳輸(Acc.Chem.Res.，2013，46:339-349)。結(jié)合介孔二氧化硅多孔性結(jié)構(gòu)和化學(xué)可修飾性特點(diǎn)，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(fù)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(xì)胞內(nèi)，并發(fā)揮抑制腫瘤細(xì)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(tái)已經(jīng)受到廣泛關(guān)注(Acc.Chem.Res.，2013, 46:792-801)。功能化二氧化硅納米粒在體外細(xì)胞和動(dòng)物體內(nèi)成像方面具有良好的應(yīng)用前景。熒光染料分子摻雜的二氧化硅納米粒可以明顯增強(qiáng)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?？捎糜诩?xì)胞和動(dòng)物體內(nèi)熒光成像，在分子影像和疾病診斷領(lǐng)域具有很好的臨床應(yīng)用潛能(Acc.Chem.Res.，2013，46:1367-1376)。通過功能分子的化學(xué)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(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
[0005]基于二氧化娃納米材料構(gòu)建光熱治療納米藥物已經(jīng)開始受到關(guān)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(xué)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(jī)結(jié)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(jìn)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(yīng)用，且該納米材料不具有熒光成像功能。有機(jī)染料可以修飾二氧化硅納米粒，制備熒光顯著增強(qiáng)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(jī)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(shè)計(jì)，有望獲得具有近紅外光響應(yīng)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(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)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(yīng)用，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述技術(shù)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(yīng)抑制腫瘤細(xì)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(xì)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(yīng)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(yīng)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(xué)偶聯(lián)負(fù)載于載體，所述介孔二氧化硅納米粒的介孔孔道內(nèi)負(fù)載有藥物。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)所述介孔二氧化娃納米粒直徑為30-60nm，所述碳菁染料負(fù)載量為5-15w/w%，所述藥物負(fù)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(shí)，得到負(fù)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(fù)載藥物的二氧化硅納米粒溶液中，繼續(xù)攪拌
12-24小時(shí)，然后加入聚乙二醇NHS酯(PEG-NHS)，繼續(xù)反應(yīng)24-48小時(shí)后，對溶液進(jìn)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(jìn)一步改進(jìn)，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