本發(fā)明屬于生物醫(yī)藥領(lǐng)域，涉及鐵氧體納米生物材料在制備靶向腫瘤診療藥物中的應用。

背景技術(shù)：

迄今為止，癌癥仍是世界上最嚴重的公共健康問題。在中國乃至世界范圍內(nèi)癌癥的發(fā)病率及死亡率仍在不斷攀升，惡性腫瘤已經(jīng)成為導致人類死亡的主要疾病之一，因而，采用新技術(shù)來提高現(xiàn)有癌癥預警與轉(zhuǎn)移監(jiān)測、療效預測及有效治療的臨床方法是目前我國公共衛(wèi)生領(lǐng)域亟待解決的重大問題。目前，傳統(tǒng)的癌癥治療方式有化學療法、射線療法、手術(shù)療法等療法，光熱治療作為一種新型的腫瘤治療方法，通過激光照射(近紅外光700nm-1100nm)的方法，改變腫瘤細胞所處環(huán)境，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，達到一定溫度(>42℃)，從而殺死腫瘤細胞，達到治療目的。由于腫瘤細胞的耐熱性低于正常細胞，因此光熱療法與其他傳統(tǒng)的治療手段相比在很大的程度上減少了治療的副作用。目前傳統(tǒng)的光熱抗癌藥物有Au和Pd金屬納米材料、碳納米管和石墨烯碳納米材料、金屬硫化物和金屬氧化納米材料以及有機納米顆粒等。

高分辨率光學成像方法，如共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡以及光學相干斷層掃描等，在生物醫(yī)學成像領(lǐng)域已經(jīng)越來越重要。然而由于強烈的光散射，這些成像手段的穿透深度僅限于光學傳輸在生物組織的平均自由程，例如，皮膚下約1mm。光聲段層成像(PAT)是一種新興的混合成像技術(shù)，利用光聲效應，可以提供強大的內(nèi)生和形態(tài)外源性光學吸收，具有較高的超聲空間分辨率，克服了基本的深度限制，其成像深度由光子的范圍決定，在生物組織中可達到幾厘米。并且圖像分辨率與超聲波頻率是可以相互協(xié)調(diào)的，使得光聲成像在生物醫(yī)學腫瘤成像診斷領(lǐng)域具有很大的應用前景。目前光聲外源造影劑有納米粒子、有機染料、報告基因或熒光蛋白等。

近年來，納米材料因具有獨特的表面效應和小尺寸效應在醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛地應用。一些納米粒子在腫瘤中具有顯著的高通透性和滯留效應(簡稱EPR效應)，正常組織中的微血管內(nèi)皮間隙致密、結(jié)構(gòu)完整，大分子和脂質(zhì)顆粒不易透過血管壁，而實體瘤組織中血管豐富、血管壁間隙較寬、結(jié)構(gòu)完整性差，淋巴回流缺失，造成大分子類物質(zhì)和脂質(zhì)顆粒具有選擇性高通透性和滯留性，EPR效應促進了納米藥物在腫瘤組織的選擇性分布，可以增加藥效并減少系統(tǒng)副作用。

鐵氧體是氧化鐵或鐵和其他一種或多種金屬元素的復合氧化物，例如AB₂O₄型鐵基尖晶石是一類具有代表性的鐵氧體復合物，其中二價陽離子A填充于1/8的四面體 空隙中。三價鐵離子填充于1/2的八面體空隙，八面體間共棱相連，而八面體與四面體之間共頂相連，這種獨特的結(jié)構(gòu)成就了鐵氧體諸多優(yōu)越的性質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供鐵氧體納米生物材料在制備靶向腫瘤診療藥物中的應用，本發(fā)明鐵氧體納米生物材料能應用于制備靶向光熱治療腫瘤藥物或靶向光聲成像信號藥物領(lǐng)域中。

本發(fā)明提供的鐵氧體納米生物材料在制備靶向光熱治療腫瘤藥物和靶向光聲成像信號藥物中的應用；

所述鐵氧體納米生物材料由鐵氧體和包覆在所述鐵氧體上的二氧化硅組成。

上述的應用中，所述鐵氧體為鐵酸錳或四氧二鐵酸鈷；

所述鐵氧體納米生物材料的水合直徑可為1～500nm，具體可為20～200nm。

上述的應用中，在應用時所述鐵氧體納米生物材料受激光激發(fā)，產(chǎn)生熱和/或光聲成像信號。

上述的應用中，所述激光的波長可為650～1100nm，具體可為808nm或680～980nm；功率密度為0.1～10W/cm²，具體可為0.6W/cm²、1W/cm²、10W/cm²或0.6～10W/cm²；

所述激光照射的時間為5～30min，具體可為30min。

上述的應用中，所述靶向光聲成像信號藥物為生物醫(yī)學腫瘤診斷造影藥物。

本發(fā)明還提供了具有靶向光熱治療腫瘤和/或靶向光聲成像信號功能的藥物，該藥物的活性成分為所述鐵氧體納米生物材料；

所述鐵氧體納米生物材料由鐵氧體和包覆在所述鐵氧體上的二氧化硅組成。

上述的藥物中，所述鐵氧體為鐵酸錳或四氧二鐵酸鈷；

所述鐵氧體納米生物材料的水合直徑可為1～500nm，具體可為20～200nm。

本發(fā)明進一步提供了一種靶向治療光熱腫瘤的套裝，該套裝包括所述鐵氧體納米生物材料和產(chǎn)生激光的設(shè)備；

所述鐵氧體納米生物材料由鐵氧體和包覆在所述鐵氧體上的二氧化硅組成。

上述的套裝中，所述鐵氧體納米生物材料的水合直徑可為1～500nm，具體可為20～200nm；

所述產(chǎn)生激光的設(shè)備發(fā)射的激光波長為650～1100nm，具體可為808nm或680～980nm。

本發(fā)明中，所述鐵氧體納米生物材料的制備方法，包括如下步驟：將所述鐵氧體進行二氧化硅水溶性修飾，即得到所述鐵氧體納米生物材料。

本發(fā)明中，所述鐵氧體采用水熱法、溶膠凝膠法、化學共沉淀法、空氣氧化濕法、微乳液法、噴霧熱解法、液相相轉(zhuǎn)化法或模板法制備；

所述二氧化硅水溶性修飾采用Stber水解法或微乳液法，以增加所述鐵氧體在水溶液里的分散性和生物相容性。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、鐵氧體納米生物材料具有顯著的EPR效應，本發(fā)明能應用于制備治療腫瘤藥物，能夠選擇性地在腫瘤部位大量富集，并且與穿透深度強近紅外激光相結(jié)合，大大地在提高了該藥物治療腫瘤的效率，本身特異性的紅外吸收產(chǎn)生了高效顯著的腫瘤診療效果，以應用于腫瘤的診療過程中。

2、鐵氧體納米生物材料具有很好的光熱性能，可應用于制備光熱治療腫瘤藥物中，進行光熱治療。

3、鐵氧體納米生物材料具有較強的光聲信號，能應用于光聲成像信號領(lǐng)域中，具體可應用于生物醫(yī)學腫瘤診斷造影領(lǐng)域。

4、本發(fā)明藥物具有成本低、工藝簡單、應用效率高、分散性好和副作用小的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1中鐵氧體-鐵酸鈷(CoFe₂O₄)內(nèi)核的X射線衍射(XRD)圖譜。

圖2為本發(fā)明實施例2中CoFe₂O₄納米生物材料的紫外-可見-近紅外的吸收光譜圖。

圖3為本發(fā)明實施例2中CoFe₂O₄納米生物材料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖4為本發(fā)明實施例3中A組的溫度隨時間的變化情況圖。

圖5為本發(fā)明實施例3中B組的溫度隨時間的變化情況圖。

圖6為本發(fā)明實施例4中A組的腫瘤部位溫度隨時間的變化情況圖。

圖7為本發(fā)明實施例4中A組的腫瘤治療的圖片，其中圖7(a)為腫瘤治療前的圖片，圖7(b)為腫瘤治療后的圖片。

圖8為本發(fā)明實施例5中A組的體外光聲成像圖和信號強度圖，其中圖8(a)為體外光聲成像圖，圖8(b)為信號強度圖。

圖9為本發(fā)明實施例5中B組的體外光聲成像及其信號強度圖，其中圖9(a)為體外光聲成像圖，圖9(b)為信號強度圖。

具體實施方式

下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。

下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。

實施例1、鐵氧體納米生物材料的制備

一、鐵酸鈷(CoFe₂O₄)內(nèi)核的制備

采用共沉淀的方法合成CoFe₂O₄微粒，稱取1.35g FeCl₃·6H₂O和0.595g CoCl₂·6H₂O溶于超純水中，高速攪拌混合，緩慢加入5mL的NaOH溶液(6mol/L)，調(diào)節(jié)PH為11～13，100℃油浴加熱并攪拌反應2h，反應結(jié)束后用超純水抽濾，并洗滌至PH＝7，干燥后800℃煅燒2h，得到CoFe₂O₄納米粉體(即為鐵氧體內(nèi)核)，并檢測XRD圖譜，如圖1所示。

二、鐵氧體納米生物材料的制備

CoFe₂O₄納米粉體采用Stber水解法包覆二氧化硅(SiO₂)外殼。稱取50mg上述制備CoFe₂O₄納米粉體，分散于50mL的無水乙醇當中，攪拌并加入0.5mL的氨水(25％)，加入0.25mL的正硅酸乙酯(TEOS)，常溫下攪拌20h，反應結(jié)束后離心分離，經(jīng)無水乙醇、超純水分別洗滌3-5次，即得到鐵氧體納米生物材料(又稱為生物修飾的鐵酸鈷納米光熱抗癌藥物)，將鐵氧體納米生物材料干燥，將產(chǎn)物分散于PBS溶液中，并測其在近紅外吸收光譜，如圖2所示。如圖3所示，測得鐵氧體納米生物材料的長度(水合直徑)為20～200nm。

實施例2、鐵氧體納米生物材料的光熱性能實驗

1)稱取10mg的本發(fā)明實施例1制備的鐵氧體納米生物材料(即可稱為納米抗癌藥物)，分散在1mL的磷酸鹽緩沖溶液(簡稱PBS溶液)中，配置成10mg/mL的CoFe₂O₄溶液備用。

2)設(shè)置兩組實驗：A組為取100μL上述1)CoFe₂O₄溶液于96孔板的某一位置中；B組為取相同體積的PBS溶液于96孔板另一位置中。A組和B組均分別在同一激光條件(采用的激光的波長為880nm，照射的功率為1W，功率的密度為1W/cm²)照射0.5h，分別每隔2min使用紅外成像儀來測量溫度，并記錄下來，以觀察該藥物的體外光熱性能，如圖4和圖5所示。

由圖4與圖5可知，A組采用本發(fā)明鐵酸鈷納米生物材料在體外20min內(nèi)，溫度由24.4℃最高可升至55.3℃，升溫變化最高可達30.9℃，而B組所述相同劑量、相同激光條件下，PBS溶液在20min內(nèi)溫度由23.8℃升至24.4℃，升溫變化最大為0.6℃。證明本發(fā)明鐵酸鈷納米生物材料具有顯著的光熱性質(zhì)。

實施例3、鐵氧體納米生物材料的靶向光熱治療實驗

1)稱取10mg的本發(fā)明實施例1制備的鐵氧體納米生物材料(納米光熱抗癌藥物)，分散在1mL的PBS溶液中，配置成10mg/mL的CoFe₂O₄溶液備用。

2)在4周Balb/c小鼠右腿接種H₂₂腫瘤，保持小鼠正常進食飲水一周后進行實驗。

將2)中接種H₂₂腫瘤小鼠(也稱為荷瘤小鼠)分成三組，分別腹腔注射100μL戊巴比妥麻藥(1.2％)進行麻醉，分別設(shè)置三組實驗：A組為取150μL 1)中上述CoFe₂O₄溶液通過靜脈注射的方式注射到接種H₂₂腫瘤小鼠體內(nèi)，立即采用波長為808nm、功率為0.6W/cm²的激光照射治療30min，記錄腫瘤在治療過程中溫度的變化及治療前后腫瘤的變化。B組為取相同體積的PBS溶液通過靜脈注射的方式注射到小鼠體內(nèi)，立即采用與A組相同條件的激光進行照射治療相同的時間，記錄腫瘤在治療過程中溫度的變化及治療前后腫瘤的變化。C組為取與A組相同體積的1)中CoFe₂O₄溶液通過靜脈注射的方式注射到接種H₂₂腫瘤小鼠體內(nèi)，無激光照射治療，在與A組相同的時間內(nèi)記錄腫瘤在治療過程中溫度的變化及治療前后腫瘤的變化。如圖6所示，為腫瘤部位的溫度隨時間的變化圖，如圖7所示，為A組腫瘤治療前和治療后圖片。

由圖6與圖7可知，本發(fā)明鐵酸鈷納米生物材料具有很好的腫瘤靶向性和高效的光熱治療效果。A組采用本發(fā)明鐵酸鈷納米生物材料在治療10min時腫瘤開始變黑，30min時，腫瘤部位溫度由24.6℃上升最高至53℃，在接下來的治療中腫瘤開始結(jié)痂，隨后直至治愈，達到了治療的目的和極其顯著的治療效果。而在本實驗中，B組在激光照射過程中腫瘤無任何變化，30min時，腫瘤部位溫度變化較小，僅上升3℃。照射相同時間后腫瘤無任何變化，未被治愈。C組在藥物注射后，腫瘤溫度無任何變化，腫瘤也無明顯變黑等，同樣未被治愈。證明本發(fā)明鐵酸鈷納米生物材料具有極佳的活體光熱治療效果，初步達到了光熱治療腫瘤的目的。

實施例4、鐵氧體納米生物材料的光聲性能實驗

1)稱取10mg的本發(fā)明實施例1制備的鐵氧體納米生物材料(納米光熱抗癌藥物)，分散在1mL的PBS溶液中，配置成10mg/mL的CoFe₂O₄溶液備用。

2)設(shè)置兩組實驗：A組為1)上述CoFe₂O₄溶液，B組為PBS溶液。此兩組溶液分別放于光聲成像假體(V＝20mL)中，利用小動物光聲成像儀在680～980nm激光的掃描(照射的功率的密度為10W/cm²)下進行光聲信號的檢測，觀察本發(fā)明鐵氧體納米生物材料的光聲成像及其信號強度，如圖8和圖9所示。

由圖8和圖9所示，B組PBS溶液在掃描時980nm波長處具有水的特征光聲信號，在700nm左右并無特征吸收峰。而本發(fā)明鐵氧體納米生物材料(如CoFe₂O₄)在700nm左右具有很強的光聲信號，說明本發(fā)明鐵氧體納米生物材料具有很好的光聲特性，并有望作為光聲造影劑用于生物醫(yī)學腫瘤診斷領(lǐng)域。