一種氧化鋅-釓-藥物復(fù)合納米粒子及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集熒光成像、磁共振成像、抗癌藥物負載與釋放多種功能于一體的氧化鋅-1L-藥物復(fù)合納米粒子及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]癌癥已經(jīng)成為21世紀多發(fā)病和常見病，嚴重地威脅著人類的身體健康和生命。常用癌癥的化療方法雖然可以在一定程度上抑制癌癥的惡化，但是在治療過程中不可避免地傷及正常細胞和健康組織，最終會破壞病人的免疫系統(tǒng)。納米技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合產(chǎn)生了納米藥物載體，這類新材料能夠高效負載抗癌藥物，利用腫瘤周圍組織的微環(huán)境或者癌細胞內(nèi)部的微環(huán)境進行靶向性地釋放抗癌藥物，以避免對健康組織細胞的傷害。同時，在治療過程中用標(biāo)記技術(shù)如磁共振成像、熒光成像進行實時的監(jiān)測可以提高治療效果。因此，多功能納米載藥平臺最近幾年得到了廣泛而深入的研究，這類平臺能夠把難溶于水、生物毒性大的藥物準確地投放到腫瘤細胞內(nèi)部，顯示出卓越的性能。但是，常用的納米平臺如高分子微球和介孔二氧化硅等材料體積過大難以降解排泄，含重金屬成分的納米粒子如稀土化合物存在著積累性中毒的風(fēng)險，開發(fā)利用生物安全性高的納米載藥平臺對實際應(yīng)用有重大價值。
[0003]氧化鋅作為一種安全無毒的材料，是美國食品和藥物管理局(Food and DrugAdministrat1n)認證的安全物質(zhì)(FDA代碼21CFR182.8991)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于防曬霜、皮膚消炎軟膏、嬰兒尿片、防臭內(nèi)衣等商品中。氧化鋅量子點作為一種價格低廉且功能多樣的納米材料，通過化學(xué)合成可以調(diào)變其熒光性能、增強其在生物體系中的穩(wěn)定性以及安全性。過去十年，大量的研究證明氧化鋅納米粒子對生物細胞和小動物都有較高的安全性。另外，氧化鋅量子點具有PH響應(yīng)的特點，在腫瘤內(nèi)部弱酸環(huán)境中可以完全分解釋放抗癌藥物。因此，利用氧化鋅納米粒子作為抗癌藥物的載藥運輸平臺不僅具有天然的對腫瘤組織靶向選擇性，而且不殘留任何有害的物質(zhì)，氧化鋅量子點自身的熒光有助于對藥物運輸釋放過程的監(jiān)測。不過，氧化鋅量子點的熒光位于黃綠光區(qū)，無法穿透動物活體，向氧化鋅納米平臺引入磁性造影劑，則能監(jiān)測小動物腫瘤治療的過程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種集熒光成像、磁共振成像、抗癌藥物負載與釋放多種功能于一體的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子及其制備方法和應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明提供的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，由氧化鋅納米晶內(nèi)核、聚合物外殼、通過配位鍵修飾的釓(III)離子、表面負載的抗癌藥物分子四個部分構(gòu)成。具體由以下步驟制備得到:
(I)有機鋅鹽在有機溶劑中水解，生成光致發(fā)光的氧化鋅納米粒子；有機鋅鹽在有機溶劑中水解，生成光致發(fā)光的氧化鋅納米粒子；使這種共聚物包覆的氧化鋅納米粒子在水溶液、緩沖溶液、細胞培養(yǎng)液和動物血液中都能穩(wěn)定發(fā)光； (2)向步驟(2)得到的氧化鋅納米粒子水溶液中加入氯化釓，利用共聚物支鏈上大量的羧基與釓(III)離子配位，形成穩(wěn)定的“氧化鋅-釓”復(fù)合納米粒子，該”復(fù)合納米粒子由于釓的磁性和特殊的配位空間結(jié)構(gòu)而具備優(yōu)異的弛豫率；
(3)將步驟(3)得到的“氧化鋅-釓”復(fù)合納米粒子水溶液，與抗癌藥物(如阿霉素(DOX)、克唑替尼、尼達尼布、AZD9291等)混合，利用藥物分子與納米粒子之間的相互作用，包括氫鍵、配位、靜電吸附、疏水作用等方式，將藥物分子負載到納米粒子表面；再經(jīng)過反復(fù)透析除去水溶液中未負載的藥物，將溶液濃縮、凍干，獲得“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，為粉末狀。
[0006]步驟(I)中，有機鋅鹽在有機溶劑中水解，生成光致發(fā)光的氧化鋅納米粒子的具體操作過程(氧化鋅量子點的合成過程)為:0.4-0.5克的甲基丙烯酸鋅粉末置于三口燒瓶中，加入無水乙醇作為溶劑，加熱至其完全溶解(低于90攝氏度)；待其冷卻至室溫后，加入
0.05-0.07克的偶氮異丁腈(AIBN)和3.5-4毫升的PEGMEMA，在磁力攪拌的作用下加熱保持回流；5-15分鐘后，加入20-30毫升的氫氧化鋰溶液(0.14摩爾每升)和0.05-0.07克的偶氮異丁腈(AIBN);于回流狀態(tài)下磁力攪拌0.5-1.5小時；待其冷卻至室溫后，放入透析袋中，于去離子水中透析I天以上，得到ZnO量子點。
[0007]步驟(2)中，利用共聚物支鏈上大量的羧基與釓(III)離子配位，形成穩(wěn)定的“氧化鋅-釓”復(fù)合納米粒子的具體操作過程為:在10毫升的氧化鋅量子點(0.941毫克/升)的水溶液中加入2-3毫升的Gd3+的水溶液(10毫摩爾/升)，在室溫下攪拌過夜，之后在檸檬酸鈉水溶液中透析用來除去未反應(yīng)的Gd3+，再在去離子水溶液中透析I天以上，得到ZnO-Gd納米粒子。
[0008]本發(fā)明制得的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，其直徑可以在2?20納米范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，發(fā)光的波長在450~650納米范圍內(nèi)可調(diào)變，量子產(chǎn)率在30%以上。每個粒子上釓(III)離子的平均數(shù)量在20?200個范圍內(nèi)可調(diào)，其縱向弛豫率在20?80每毫摩爾每秒范圍內(nèi)變化?？拱┧幬锏呢撦d量(按質(zhì)量百分比計)0-20% (優(yōu)選1~20%)范圍內(nèi)調(diào)變。
[0009]本發(fā)明制得的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，在作為生物體內(nèi)的熒光成像與磁共振成像物質(zhì)，用于生物體內(nèi)的熒光成像與磁共振成像。
[0010]本發(fā)明制得的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，可作為腫瘤治療的藥物載體，用于治療腫瘤方面。
[0011]本發(fā)明制得的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，溶解到不同pH值的緩沖溶液中，利用氧化鋅納米粒子在弱酸性條件下分解的特征釋放藥物。當(dāng)pH在7.0-8.0范圍，該納米粒子非常穩(wěn)定；當(dāng)PH在6.0-7.0范圍，氧化鋅納米粒子緩慢分解；當(dāng)pH在5.0-6.0范圍，氧化鋅納米粒子在24小時內(nèi)就能完全分解釋放全部藥物，是一種高效的pH響應(yīng)的藥物載體。在癌細胞和動物腫瘤中，pH —般在5.0-6.0范圍，因此這種“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子具備選擇性殺死腫瘤細胞的功能。
[0012]本發(fā)明提出的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，可以對各種動物細胞和小鼠腫瘤進行熒光成像分析。由于其突出的弛豫率(比商品化的“釓-二乙基三胺五乙酸”高10倍以上)，可利用縱向弛豫時間(Tl)權(quán)重的磁共振成像技術(shù)對小鼠腫瘤進行活體檢測。
[0013]本發(fā)明得到的“氧化鋅-釓-藥物”復(fù)合納米粒子，對多種癌細胞的體外毒性實驗證明，其殺死癌細胞的速度和效率明顯高于相同濃度的抗癌藥物本身；對小鼠腫瘤注射實驗的跟蹤結(jié)果表明，其抑制腫瘤生長的效果明顯高于相同濃度的抗癌藥物本身。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1的產(chǎn)品的高分辨透射電子顯微鏡照片。從圖1上可以看出，納米粒子的直徑為3納米。
[0015]圖2為氧化鋅-釓-阿霉素、氧化鋅-釓、釓(III)離子以及釓-二乙基三胺五乙酸水溶液在0.55特斯拉磁場下測得的橫向弛豫時間的倒數(shù)與釓(III)離子濃度的相關(guān)直線，擬合直線的斜率則為橫向弛豫率。從圖中可以知道實施例1中得到的最終產(chǎn)物其橫向弛豫率值為64.63每毫摩爾每秒，遠遠大于商業(yè)用釓-二乙基三胺五乙酸的弛豫率，也即表明該納米粒子是一個非常好的縱向弛豫時間(Tl)造影劑。
[0016]圖3為實施例1的產(chǎn)品在小鼠腫瘤內(nèi)部的熒光成像和核磁成像的照片。在圖中可以清晰的看到，在530納米的激光激發(fā)下，納米粒子發(fā)射出很強的熒光信號。而在腫瘤部位也能觀察到明顯的磁共振成像信號增強，其信號是注射過生理鹽水的小鼠腫瘤的4倍。本發(fā)明產(chǎn)品可以結(jié)合兩種不同的成像方式在輔助治療成像方面有潛在的應(yīng)用。
[0017]圖4為實施例1中的產(chǎn)品通過瘤內(nèi)注射到小鼠的腫瘤里，進行小鼠的腫瘤治療。從圖中可以清晰的看出，但是注射過實施例1中的產(chǎn)品的小鼠其腫瘤增長得到很大程度的抑制，甚至其抑制效果更為明顯。
[0018]圖5為本發(fā)明制備流程圖示。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
[0020]實施例1
Cl)氧化鋅(ZnO)量子點的合成
稱取0.47克的甲基丙烯酸鋅粉末置于三口燒瓶中，加入25毫升的無水乙醇，加熱至72