光响应性量子点药物递送系统专利检索-植物植物学专利检索查询-专利查询网

光响应性量子点药物递送系统

阅读：313发布：2021-04-13

专利汇可以提供光响应性量子点药物递送系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了用于经由光响应性量子点 (QD)药物递送系统(QD-DDS)将药物递送至期望组织的组合物及其用途。所述QD-DDS包括负载有药物分子的水溶性QD 纳米粒子，所述药物分子在被所述QD吸收的波长下施加光时能够从所述QD-DDS释放。，下面是光响应性量子点药物递送系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光响应性量子点(QD)药物递送系统(QD-DDS)，所述光响应性量子点(QD)药物递送系统包括负载有药物分子的水溶性QD 纳米粒子，所述药物分子在被所述QD吸收的波长下施加光时能够从所述QD-DDS释放。
2.根据权利要求1所述的光响应性量子点(QD)药物递送系统，其中所述水溶性QD纳米粒子包括由一种半导体材料形成的核心。
3.根据权利要求1所述的光响应性量子点(QD)药物递送系统，其中所述水溶性QD纳米粒子包含合金化半导体材料，所述合金化半导体材料具有通过分级合金化向外增大的带隙值。
4.根据权利要求1所述的光响应性量子点(QD)药物递送系统，其中所述水溶性QD纳米粒子包含配体相互作用剂和表面改性配体。
5.根据权利要求4所述的光响应性量子点(QD)药物递送系统，其中所述水溶性QD纳米粒子通过将所述配体相互作用剂和所述表面改性配体化学加入至在包含六甲氧基甲基三聚氰胺的溶液中的所述QD来形成。
6.根据权利要求5所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述配体相互作用剂是C8-20 脂肪酸及其酯。
7.根据权利要求5所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述表面改性配体是单甲氧基聚环氧乙烷。
8.根据权利要求1所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述纳米粒子包括加帽配体，并且其中所述药物分子被物理地捕获在所述纳米粒子的所述加帽配体中。
9.根据权利要求8所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述加帽配体选自由以下各项组成的组：硫醇、羧基、胺、膦、氧化膦、膦酸、次膦酸、咪唑、OH、硫醚和杯芳烃基团。
10.根据权利要求1所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述药物分子是疏水性的，具有大于0的辛醇-水分配系数(logP)。
11.根据权利要求1所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述药物分子为疏水性的，具有大于1的辛醇-水分配系数(logP)。
12.根据权利要求1所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述药物分子在用激发源激发所述QD时释放，所述激发源选自正常蓝光、UV光、激光、LED光、多光子激发和电流。
13.根据权利要求1所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述QD在负载所述药物之前用靶向配体衍生化。
14.根据权利要求13所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述靶向配体是针对选自由以下各项组成的组中的靶标的单克隆抗体：癌胚抗原(CEA)、表皮生长因子受体(EGFR；也称为ERBB1)、ERBB2(也称为HER2)、ERBB3、MET(也称为HGFR)、胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)、肝配蛋白受体A3(EPHA3)、肿瘤坏死因子(TNF)相关的凋亡诱导配体受体1(TRAILR1；也称为TNFRSF10A)、TRAILR2(也称为TNFRSF10B)、核因子-κB配体的受体激活剂(RANKL；也称为TNFSF11)、VEGF受体(VEGFR)、整联蛋白αVβ3、整联蛋白α5β1、成纤维细胞激活蛋白(FAP)、生腱蛋白、CD20、CD30、CD33、CD52、EpCAM、gpA33、黏蛋白、TAG-72、碳酸酐酶IX(CAIX)、PSMA、叶酸结合蛋白、神经节苷脂GD2、GD3和GM2、PD-L2以及端粒酶亚基。
15.根据权利要求1所述的光响应性量子点(QD)药物递送系统，其中所述水溶性QD纳米粒子包含选自由以下各项组成的材料组中的半导体材料：ZnS、ZnSe、ZnTe、InP、InSb、AlP、AlS、AlSb、GaN、GaP、GaSb、PbS、PbSe、AgInS2、AgS、CuInS2、Si、Ge以及它们的合金和掺杂衍生物。
16.根据权利要求1所述的光响应性量子点药物递送系统，其中所述水溶性QD包含选自由以下各项组成的组中的重金属半导体材料：镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、钒(V)和砷(As)以及它们的合金和掺杂衍生物。
17.一种处理靶标组织的方法，所述方法包括施用负载药物的光响应性量子点药物递送系统和将足以诱导所述药物从所述药物递送系统释放的光施加至所述靶标组织。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述药物递送系统用于诊断、治疗、治愈、减轻或预防人类、动物、植物和其他生物的疾病状态。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述药物递送系统通过选自动脉内、静脉内、腹膜内、鞘内、皮下、肌内、瘤内、经口、舌下、经鼻、直肠、硬膜外和肺部途径的途径全身施用。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述药物递送系统在外科手术期间通过直接滴注或对靶标组织喷雾来施用。

说明书全文

光响应性量子点药物递送系统

发明领域

[0001] 本公开内容总体上涉及用于使用量子点纳米粒子递送药物的组合物以及方法。

[0002] 发明背景

[0003] 在不限制本发明的范围的情况下，关于现有药物递送系统描述了背景。如果刺激响应性药物递送系统(DDS)可以设计为以空间、时间和剂量受控的方式递送药物，则它们是高度期望的。具体地，预期触发递送的能力能够实现时间受控且靶向的药物递送以及减少所需剂量，使全身性暴露最小化，并因此降低总体毒性。关于刺激响应性DDS已经提出了一些构思，包括质子化、水解裂解和(超)分子构象改变。在纳米尺寸刺激响应性系统的设计的近期进展旨在响应于特定刺激(包括内源性和外源性刺激)来控制药物生物分布。提出的内源性刺激包括在PH、酶浓度和氧化还原梯度方面的改变。提出的外源性刺激包括在温度、磁场、超声强度、电脉冲和光脉冲方面的变化。迄今为止，光响应性药物疗法集中于在光暴露时产生反应性氧物种(ROS)的光敏化化合物和光活性化合物的使用。参见例如Liu，D.等，“The Smart Drug Delivery System and Its Clinical Potential”Theranostics6(9)(2016)1306-1323.

[0004] 现有方法还没有提供经设计以构象改变对光作出响应的光响应性分子。根据上述内容，看起来需要能够实现光诱导的药物递送的组合物和方法。

[0005] 发明概述

[0006] 在本文所述的某些实施方案中，提供了一种光响应性量子点药物递送系统(QD-DDS)，其包括负载有药物分子的水溶性QD纳米粒子，其中所述药物分子在被所述QD吸收的波长下施加光时能够从所述QD-DDS释放。在某些实施方案中，药物分子为疏水性的，具有大于0的辛醇-水分配系数(logP)。在某些实施方案中，药物分子在用激发源激发所述QD时释放，所述激发源选自正常(普通，normal)蓝光、UV光、激光、LED光、多光子激发和电流。

[0007] 在某些实施方案中的水溶性QD纳米粒子在一些实施方案中包括一种半导体材料的核心和至少一个不同半导体分子的外壳，而在其他实施方案中，水溶性QD纳米粒子包含合金化半导体材料，所述合金化半导体材料具有通过分级合金化(渐变合金化，graded alloying)而向外增大的带隙值。

[0008] 在某些实施方案中，光响应性QD-DDS包括具有配体相互作用剂和表面改性配体的水溶性QD纳米粒子。所述水溶性QD纳米粒子可以通过将所述配体相互作用剂和所述表面改性配体化学加入至在包含六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)的溶液中的QD来形成。在特别的实施方案中，配体相互作用剂是C8-20 脂肪酸及其酯，而表面改性配体是单甲氧基聚环氧乙烷。

[0009] 在某些实施方案中，水溶性纳米粒子包括能够物理地捕获(trap)所负载的药物分子的加帽配体(帽化配体，capping ligand)。在某些实施方案中，加帽配体选自由以下各项组成的组：硫醇(硫羟，thiol)、羧基、胺、膦、氧化膦、膦酸、次膦酸、咪唑、OH、硫醚和杯芳烃基团。

[0010] 在某些实施方案中，水溶性QD纳米粒子可以包含选自由以下各项组成的材料组中的半导体材料：ZnS、ZnSe、ZnTe、InP、InAs、InSb、AlP、AlS、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、PbS、PbSe、AgInS2、AgS、CuInS2、Si、Ge以及它们的合金和掺杂衍生物。在其他实施方案中，水溶性QD包含选自由以下各项组成的组中的重金属半导体材料：镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、钒(V)和砷(As)以及它们的合金和掺杂衍生物。

[0011] 光响应性量子点(QD)药物递送系统可以包括在负载药物之前用靶向配体衍生化的QD。在某些实施方案中，靶向配体为针对靶标的单克隆抗体，所述靶标选自由以下各项组成的组：癌胚抗原(CEA)、表皮生长因子受体(EGFR；也称为ERBB1)、ERBB2(也称为HER2)、ERBB3、MET(也称为HGFR)、胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)、肝配蛋白(ephrin)受体A3(EPHA3)、肿瘤坏死因子(TNF)相关的凋亡诱导配体受体1(TRAILR1；也称为TNFRSF10A)、TRAILR2(也称为TNFRSF10B)、核因子-κB配体的受体激活剂(RANKL；也称为TNFSF11)、VEGF受体(VEGFR)、整联蛋白αVβ3、整联蛋白α5β1、成纤维细胞激活蛋白(FAP)、生腱蛋白、CD20、CD30、CD33、CD52、EpCAM、gpA33、黏蛋白、TAG-72、碳酸酐酶IX(CAIX)、PSMA、叶酸结合蛋白、神经节苷脂GD2、GD3和GM2、PD-L2以及端粒酶亚基。

[0012] 提供了处理(治疗，treat)靶标组织的方法，所述方法包括施用负载药物的光响应性QD药物递送系统和将足以诱导所述药物在期望的时间和位置从所述药物递送系统释放的光施加至所述靶标组织，用于诊断、治疗、治愈、减轻或预防人类、动物、植物和其他生物的疾病状态的目的。

[0013] 附图简述

[0014] 为了更彻底地理解本发明(包括特征和优点)，现在参照本发明的详述以及附图：

[0015] 图1提供了量子点的药物负载和利用光激发来释放药物的示意图。

[0016] 图2示出了水溶性量子点的产生的一个实施方案。

[0017] 图3示出了用于测试自负载药物的量子点的光诱导药物释放的一种示例性实验设置。

[0018] 图4示出了在用蓝色450nm光照射后从量子点药物递送系统释放甘菊环(莫，azulene)的实验结果。

[0019] 图5示出了在用蓝色450nm光照射后从量子点药物递送系统释放7-乙基-10-羟基喜树碱的实验结果。

[0020] 图6提供了在官能化量子点结构内的不同结构域(疏水性、极性、离子性)的药物掺入和激发触发的释放的多种模式的示意图。

[0021] 图7提供了离子配对官能化量子点的离子药物的掺入和激发触发的释放的示意图。

[0022] 图8示出了经QD-DDS处理的癌细胞在用绿光照射之前和之后的显微镜图。

[0023] 发明详述

[0024] 在了解了现有技术的缺点的情况下，本发明的发明人着手提供能够负载有药物并且具有在刺激时释放所负载药物的能力的药物递送QD。本文提供了提供QD的某些实施方案，所述QD以高安全性和生物相容性特性为特征并且可负载在照射时从QD释放的药物。在某些实施方案中，递送装置设计为生物相容的、无毒的荧光QD与药物的缀合物。在其他实施方案中，药物递送QD包括细胞毒性药物，并且由自身具有毒性且有助于药物递送系统的细胞毒性的半导体材料形成。在其他实施方案中，递送装置设计为具有允许药物分子吸附的钝化配体或包覆层的简单QD。

[0025] QD是具有极好的光学性质的荧光半导体纳米粒子。它们发出的光比常规荧光染料(如吲哚菁绿(ICG))中的任一种更亮大约20倍并且更加光稳定许多倍。重要地，QD停留时间由于其化学性质和纳米尺寸而更长。QD可以吸收和发射强得多的光强度。在某些实施方案中，负载药物的QD可以配备有多于一个结合标签，形成双-或三-特异性纳米装置。QD的独特性质能够实现了服务未满足需求的靶向药物递送和光动力疗法的多种医疗应用。这样的缀合物因此是具有多模式性能的“治疗诊断性”纳米装置，所述多模式性能包括定位所递送的药物以及提供疾病的时间受控且局灶性治疗的能力。

[0026] 如本文中使用的，术语“药物”包括任何药用化合物，包括疏水性和亲水性药物两者。尽管可以通过肠内施用来递送某些药物，但是其他药物典型地肠胃外递送。肠内递送可以是舌下、经口或直肠递送。肠胃外递送可以通过静脉、动脉、鞘、肌内或皮下注射以及通过吸入和局部递送。一旦被吸收到血流中，药物就以1分钟的平均循环时间快速地循环通过身体。随着血液再循环，药物从血流移动到组织中。水溶性(亲水性)药物倾向于停留在血液和细胞外液内，而脂溶性(疏水性)药物倾向于集中在脂肪组织中。

[0027] 疏水性药物水溶性(如果有的话)差，并且对药物递送、特别是通过经口途径的药物递送提出了挑战。由于便于施用和患者依从性、成本有效性、最少的无菌问题和剂型灵活性，经口递送是最方便且通常采用的药物递送途径。据估计，大约40％的市场准入药物和90％的递送管道中的药物在水中溶解性差或实际上不溶。这样的药物在经口递送时具有缓慢的药物吸收，具有不充足且多变的生物利用度和胃肠粘膜毒性。因此，溶解度对于经口施用药物来说是在全身循环中实现期望浓度的关键限速参数。为了提高水不溶性药物的生物利用度，典型的方法包括对该药物进行物理和/或化学改性，包括通过减小粒度、晶体设计和成盐。经过微米化或纳米化的水溶性差的药物的实例包括：免疫抑制药物如雷帕霉素(rapamycin)(也称为西罗莫司(sirolimus))，抗癌药物如紫杉醇(paclitaxel)，降胆固醇药物(包括非诺贝特(fenofibrate))，以及激素如达那唑(danazol)。

[0028] 水不溶性药物可能需要利用可能造成患者的不良反应的表面活性剂或助溶剂进行配制。利用助溶剂和表面活性剂配制的溶解性差的药物的实例包括：抗癌药物如紫杉醇和替尼泊苷(teniposide)，免疫抑制药物如他克莫斯(tacrolimus)，血管收缩药物如双氢麦角胺(dihydroergotamine)，抗感染药物如强力霉素(doxycyclin)，以及肌肉松弛药物如美索巴莫(methocarbamil)。在其他情况下，水不溶性药物可以利用载体分子形成为固体分散体。市售的配制为固体分散体的溶解性差或不溶的药物的实例包括：抗感染药物如伊曲康唑(itraconazole) 免疫抑制药物如他克莫斯抗病毒药物如洛匹那韦(lopinavir)/利托那韦(ritonavir) 和依曲韦林(etravirine)
以及降胆固醇药物如非诺贝特某些不溶性药物经过用宿主
包覆分子如环糊精进行包合复合。在其他情况下，水不溶性药物配制为胶束或配制在脂质体中。市售以及处于研发的胶束制剂两者的实例包括抗癌药物如紫杉醇、阿霉素
(doxorubicin)、SN-38(7-乙基-10-羟基喜树碱)、顺铂(cisplatin)、奥沙利铂
(oxaliplatin)、表柔比星(epirubicin)和DACH-铂(奥沙利铂的代谢物)。雌激素如雌二醇配制为胶束纳米粒子用于经皮递送。因为胰岛素在中性pH溶解性差，所以正在利用胶束制剂开发用于经口递送的制剂。在脂质体中递送的水不溶性药物的实例包括抗感染药物如两性霉素B(amphotericin B)、阿米卡星(amikacin)和制霉菌素(nystatin)，以及抗肿瘤药物如柠檬酸道诺霉素(daunorubicin citrate)、维甲酸(tretinoin)、阿霉素和长春新碱(vincristine)。水溶性差的药物可以配制到固体脂质纳米粒子(SLN)中。利用SLN技术配制的药物的实例包括止痛药物如阿朴吗啡(apomorphine)，免疫抑制药物如环孢素A
(cyclosporin A)，激素如促性腺素释放激素(gonadotropin release hormone)、孕酮和胰岛素，抗炎药物如布洛芬(ibuprofen)和尼美舒利(nimusulide)，抗肿瘤药物如依达比星(idarubicin)和5-氟尿嘧啶，抗感染药物如洛匹那韦和四环素(tetracycline)，以及抗高血糖药剂如瑞格列奈(repaglinide)。

[0029] 作为不溶性基础的疏水性的不溶或溶解性差的药物可以通过负载在如本文所公开的QD上来递送。在一个实施方案中，将负载药物的QD直接递送至靶标组织的局部环境。然后将光源放置到靶标组织附近，并且递送足以诱导药物以增大的局部浓度从QD释放的光。以上列出的药物中的许多种具有相当大且剂量限制性的全身性毒性，其可以通过本文所公开的局部释放避免。在一个实施方案中，对全身性药物毒性提供一种解决方案，其中将疏水性药物负载到QD上并且向患者施用。通过凭借开放或封闭程序将光施加到靶标组织的局部环境中来释放药物。由此，可以通过以可能不是安全地全身施用的浓度的局部释放来递送药物。

[0030] 在本文提供的实施方案中，将QD官能化以提供允许在身体的水性环境中使用QD的亲水性外层或齿冠(corona)。这样的QD称为水溶性QD。在某些实施方案中，水溶性QD负载有水溶性药物。因为药物的释放利用光施用进行，所以可以施用水溶性药物，并且其保持与QD缔合直到需要释放。举一个例子来说，负载有水溶性药物的水溶性QD可以通过口施用，并且保持与QD缔合直到其到达消化道中的所需位置，而没有通过直接吸收(如在口中)进入循环。

[0031] 对于在肿瘤治疗中全身性递送的一个例子来说，无论药物是疏水性的还是亲水性的，负载药物的QD都肠胃外施用，并且使其循环直到负载药物的QD集中到肿瘤中。预期颗粒如QD在反复通过循环后在肿瘤的脉管系统中积聚，因为已知肿瘤的海绵状脉管系统捕获循环中的颗粒达到比全身存在的水平更高的水平。该现象被称为透过性增强和滞留效应(Enhanced Permeability and Retention，EPR)。在一个实施方案中，QD包括减少通过网状内皮系统对QD的移除的聚乙二醇(PEG)部分，因为它们循环以至于使QD在肿瘤中积聚。一旦将QD递送到肿瘤，就通过凭借开放或封闭程序将光施加到靶标组织的局部环境中来释放药物。在施加到肿瘤的局部环境中的光的一个实施方案中，肿瘤是神经内分泌腹内肿瘤，并且内窥镜检查地将光源引入到腹部中。在其他实施方案中，将负载药物的QD直接注射到肿瘤组织中，并且通过凭借开放或封闭程序将光施加到靶标肿瘤的局部环境中来释放药物。

[0032] 在一个实施方案中，用于药物负载的QD可以表面配备有能够缀合的官能团(COOH、OH、NH2、SH、叠氮化物、炔烃)。在一个示例性实施方案中，水溶性无毒QD是或者成为羧基官能化的。对于靶向的药物递送适应证，使用采用水溶性1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)的碳二亚胺连接技术，可以将COOH-QD连接至靶向抗体的胺末端。将羧基官能化的QD与EDC混合以形成活性O-酰基异脲中间体，然后通过来自反应混合物中的单克隆抗体上的伯胺基的亲核攻击进行置换。如果需要，在与带有伯胺的抗体的反应期间添加N-羟基琥珀酰亚胺的磺基衍生物(磺基-NHS)。利用磺基-NHS添加，EDC将NHS与羧基偶联，形成比O-酰基异脲中间体更稳定的NHS酯，同时允许在生理pH下与伯胺的高效缀合。在任一情况下，结果都是在QD和抗体之间的共价键。可以备选地使用其他化学如基于Suzuki-Miyaura交叉偶联、(4-(N-马来酰亚胺基甲基)环己烷-1-甲酸琥珀酰亚胺酯)(SMCC)或醛的反应。

[0033] 合成核心与核心-外壳纳米粒子的方法例如在共同拥有的美国专利号7,867,556、7,867,557、7,803,423、7,588,828和6,379,635中公开。将前述专利中每一个的内容都以其整体通过引用结合于此。美国专利号9,115,097、8,062,703、7,985,446、7,803,423和7,
588,828以及美国公开号2010/0283005、2014/0264196、2014/0277297和2014/0370690描述了制备大量高品质单分散量子点的方法，将其每一个的整个内容都通过引用结合于此。

[0034] 在某些实施方案中，光响应性QD-DDS利用水溶性QD纳米粒子，其被认为是由半导体材料形成但是没有不同半导体材料的无机外壳的“仅核心(core only)”的纳米粒子。仅核心的QD能够吸收光，但是在一些情况下不施加强的荧光发射，并且因此不利于其中光发射作为QD的目的的目标。当用于药物递送时，可以利用在光激发时没有强荧光发射但是具有充足的能量吸收用于结构扰动和药物释放的仅核心的QD。

[0035] 在其他实施方案中，利用核心/外壳粒子，所述核心/外壳粒子具有至少一种半导体组合物的中心区域或“核心”，其包埋在一个或多个明显不同的半导体组合物的外层或“外壳”中，或者被一个或多个明显不同的半导体组合物的外层或“外壳”包覆。作为一个实例，核心可以由In、P、Zn和S的合金组成，如通过实施例1的描述形成，实施例1的描述涉及在ZnS分子簇上进行InP的分子接种，然后形成ZnS的外壳。

[0036] 在其他实施方案中，所采用的水溶性QD纳米粒子包含合金化半导体材料，该合金化半导体材料具有通过分级合金化(代替制备核心/外壳QD)向外增大的带隙值或能量(Eg)。带隙能量(Eg)是将电子从基态价能带激发到空导能带所需的最小能量。

[0037] 分级合金化QD组成被认为是在从在粒子的中心处或附近到QD的最外表面的元素组成方面“分级”，而不是形成为被离散外壳层覆盖的离散核心。一个实例将是In1-xP1-yZnxSy分级合金化QD，其中从QD的中心到表面，x和y逐渐从0增大到1。在这样的实例中，QD的带隙将从朝向中心的纯InP的带隙逐渐变化为在表面处的纯ZnS的较大带隙值。尽管带隙依赖粒度，但是ZnS的带隙比InP的带隙宽，使得分级合金的带隙将从QD的内部方面到表面逐渐增大。

[0038] 可以采用一锅法合成过程作为对本文实施例1中描述的分子接种过程的改进。这可以通过以下方式实现：在如关于实施例1的产生“核心”粒子的描述的过程期间，逐渐减少加入反应溶液以保持粒子生长的肉豆蔻酸铟((In(MA)3)和(TMS)3P的量，同时加入增加量的锌和硫前体。因此，在一个实例中，将二丁酯和饱和脂肪酸放入反应烧瓶中并且利用加热脱气。引入氮并且升高温度。在搅拌下加入分子簇，如例如ZnS分子簇[Et3NH]4[Zn10S4(SPh)16]。温度随着根据斜坡方案加入分级合金前体溶液而升高，所述斜坡方案涉及加入逐渐减少浓度的第一半导体材料和逐渐增加浓度的第二半导体材料。例如，斜坡方案可以开始于加入溶解在二羧酸酯(如例如癸二酸二正丁酯)中的In(MA)3和三甲基甲硅烷基膦(TMS)3P，其中加入的In(MA)3和(TMS)3P的量随时间逐渐减少以用逐渐增加浓度的硫和锌化合物(如(TMS)2S和乙酸锌)取代。随着In(MA)3和(TMS)3P的加入量减少，连同乙酸锌一起加入逐渐增加量的溶解在饱和脂肪酸(如例如肉豆蔻酸或油酸)和二羧酸酯(如癸二酸二正丁酯)中的(TMS)2S。随后的反应将导致增多的ZnS化合物产生。随着添加继续，形成具有波长逐渐增大的发射最大值的所需尺寸的QD粒子，其中InP和ZnS的浓度以朝向QD粒子中心的最高浓度的InP和在QD粒子外部的最高浓度的ZnS分级。当获得所需的发射最大值时，停止向反应的进一步添加，并且使所得分级合金粒子退火，然后通过沉淀和洗涤分离粒子。

[0039] 纳米粒子与介质的相容性以及纳米粒子的团聚易发性、光氧化和/或猝灭主要通过纳米粒子的表面组成来调节。关于在任何核心、核心-外壳或核心-多外壳纳米粒子中的最终无机表面原子的配位可以是不完整的，在表面上具有高度反应性的“悬空键”，其可以导致粒子团聚。该问题通过用保护有机基团(本文中称为加帽配体或加帽剂)使“裸露”表面原子钝化(加帽)来克服。在核心材料的情况下，粒子的加帽或钝化防止粒子团聚发生，而且保护粒子免受其周围化学环境影响，并且向粒子提供电子稳定化(钝化)。加帽配体可以是但不限于与粒子的最外无机层的表面金属原子结合的路易斯酸。加帽配体的性质很大程度上决定纳米粒子与特定介质的相容性。在本文所公开的某些实施方案中，选择加帽配体用于物理地捕获待负载到QD上的药物分子。可以根据所需特性选择加帽配体。可以采用的加帽配体的类型包括硫醇基团、羧基、胺、膦、氧化膦、膦酸、次膦酸、咪唑、OH、硫醚和杯芳烃基团。除了杯芳烃，所有这些加帽配体都具有可以将加帽配体的中心锚固在粒子表面上的头基。加帽配体的主体可以是直链的、环状的或芳族的。加帽配体本身可以是大的、小的、低聚物的或多齿的。配体的主体的性质和未结合到粒子上的突出侧一起决定配体是否是亲水性的、疏水性的、两亲性的、负的、正的或两性离子的。

[0040] 在许多量子点材料中，加帽配体是疏水性的(例如，烷基硫醇、脂肪酸、烷基膦、烷基氧化膦等)。因此，在纳米粒子的合成和分离之后，典型地将纳米粒子分散在疏水溶剂(如甲苯)中。这样的加帽纳米粒子典型地在更达极性的介质中是不可分散的。如果需要QD的表面改性，则最广泛使用的程序称为配体交换。之后可以用极性/带电的配体化合物交换在核心合成和/或形成外壳(shelling)程序期间与纳米粒子的表面配位的亲脂性配体分子。备选的表面改性策略将极性/带电的分子或聚合物分子用已经与纳米粒子的表面配位的配体分子嵌入。然而，尽管某些配体交换和嵌入程序使纳米粒子与水性介质更相容，但是与相应的未改性纳米粒子相比，它们可能导致具有更低量子产率(QY)和/或实质上更大尺寸的材料。

[0041] 对于体内用途，如果没有要求，则具有低毒性特性的QD是理想的。因此，对于一些治疗诊断性用途，QD优选基本上不含有毒重金属如镉、铅和砷(例如，含有低于5重量％，如低于4重量％、低于3重量％、低于2重量％、低于1重量％、低于0.5重量％、低于0.1重量％、低于0.05重量％或低于0.01重量％的重金属如镉、铅和砷)，或者不含重金属如镉、铅和砷。在一个实施方案中，提供没有重金属如镉和铅的毒性降低的QD用于药物负载。另一方面，在一些实施方案中，如在递送有毒药物的情况下，可能期望使QD本身提供另外的毒性。在这样的情况下，可以采用由重金属(如有毒重金属如镉、铅和砷)形成的QD。

[0042] QD的独特性质能够实现多种潜在的医疗应用，包括未满足的体外和体内诊断、临床成像、靶向药物递送和光动力疗法。关于QD的医疗应用的主要顾虑之一是大多数研究集中于含有有毒重金属如镉、铅或砷的QD。本文所述的生物相容性且水溶性的无重金属QD可以安全地用于体外和体内两者的医疗应用。在某些实施方案中，提供体内相容性的水可分散的无镉QD，其具有10-20nm的水动力尺寸(在完全IgG2抗体的尺寸大小的范围内)。在一个实施方案中，根据本文中实施例1和2中列出的程序制备体内相容性的水可分散的无镉QD。在某些实施方案中，将体内相容性的水可分散的无镉QD进行羧基官能化，并且进一步用配体结合部分进行衍生化。

[0043] 利用本文所公开的体内相容性的水可分散的无镉QD的体外和体内毒理学研究显示，它们的细胞毒性是可商购获得的基于镉的QD的细胞毒性的最多20分之一，并且在可用剂量的多倍剂量下在动物模型上未观察到毒性迹象。此外，本文提供的体内相容性的水可分散的无镉QD纳米粒子显示没有溶血效应并且没有补体C3激活，表明有利的临床相容性特性。

[0044] 无镉、铅和砷的纳米粒子的实例包括包含半导体材料的纳米粒子，例如ZnS、ZnSe、ZnTe、InP、InSb、AlP、AlS、AlSb、GaN、GaP、GaSb、PbS、PbSe、AgInS2、CuInS2、Si、Ge及其合金和掺杂衍生物，特别是包含这些材料中的一种的核心和这些材料中的另一种的一个或多个外壳的纳米粒子。

[0045] 注意，包含单种半导体材料例如CdS、CdSe、ZnS、ZnSe、InP、GaN等的纳米粒子，由于在纳米粒子表面的缺陷和悬空键处发生的非辐射电子-空穴复合而可能具有较低的量子效率。为了至少部分地解决这些问题，纳米粒子核心可以用与核心的材料不同的材料(例如与“核心”的材料不同的半导体材料)的一个或多个层(在本文中也称为“外壳”)至少部分地涂覆。一个或多个外壳中包含的材料可以掺入来自元素周期表的第2至16族的任一个或多个的离子。当纳米粒子具有两个以上的外壳时，各个外壳可以由不同的材料形成。在一个示例性核心/外壳材料中，核心由以上说明的材料中的一种形成，并且外壳包含具有比核心材料更大带隙能量且类似晶格尺寸的半导体材料。示例性外壳材料包括但不限于ZnS、ZnO、ZnSe、MgS、MgSe、MgTe和GaN。多外壳纳米粒子的一个实例为InP/ZnS/ZnO。将电荷载流子限制在核心内并且远离表面状态提供具有更大稳定性和更高量子产率的纳米粒子。

[0046] 然而，尽管可能期望得到没有有毒重金属的QD，但是已经证明对无镉纳米粒子的表面进行改性特别困难。当使用诸如前述配体交换法的方法对这样的无镉纳米粒子的表面进行改性时，无镉纳米粒子容易降解。例如，已经观察到对无镉纳米粒子的表面进行改性的尝试引起这样的纳米粒子的发光QY的显著下降。对于本文所公开的某些体内用途，需要具有高QY的表面改性的无镉纳米粒子。本文所公开的高QY无镉水可分散纳米粒子具有大于约20％、大于约25％、大于约30％、大于约35％或大于约40％的QY。对于某些体内实施方案，不含重金属的基于半导体铟的纳米粒子或含有铟和/或磷的纳米粒子是优选的。

[0047] 在某些实施方案中，对无毒QD纳米粒子进行表面改性以使得它们能够是水溶性的并且具有如下的表面部分，所述表面部分通过将其暴露于配体相互作用剂实现配体相互作用剂和QD表面的缔合而允许衍生化。配体相互作用剂可以包括对连接剂/交联剂具有特异的亲和性或反应性的链部分和官能团，如下文所述。链部分可以是例如烷烃链。官能团的实例包括亲核试剂，如硫基、羟基、甲酰胺基、酯基和羧基。配体相互作用剂可以是，或可以不是，还包含：对QD的表面具有亲和性的部分。这样的部分的实例包括硫醇、胺、羧基和膦。如果配体相互作用基团不包括这样的部分，则配体相互作用基团可以通过用加帽配体嵌入而与纳米粒子的表面缔合。配体相互作用剂的实例包括C8-20脂肪酸及其酯，如例如肉豆蔻酸异丙酯。

[0048] 应注意，配体相互作用剂可以简单地由于用于合成纳米粒子的过程而与QD纳米粒子缔合，消除了将纳米粒子暴露于额外量的配体相互作用剂的需求。在这样的情况下，可以不需要将另外的配体相互作用剂与纳米粒子缔合。备选地或另外地，可以在合成和分离纳米粒子之后，将QD纳米粒子暴露于配体相互作用剂。例如，可以将纳米粒子在含有配体相互作用剂的溶液中温育一段时间。这样的温育或一部分温育时间可以处于升高的温度以有利于配体相互作用剂与纳米粒子表面的缔合。在配体相互作用剂与纳米粒子表面的缔合之后，将QD纳米粒子暴露于连接剂/交联剂和表面改性配体。连接剂/交联剂包括对配体相互作用剂以及表面改性配体的基团具有特异亲和性的官能团。可以将配体相互作用剂-纳米粒子缔合复合物依次暴露于连接剂/交联剂和表面改性配体。例如，可以将纳米粒子暴露于连接剂/交联剂一段时间以实现交联，之后暴露于表面改性配体以将其掺入纳米粒子的配体外壳中。备选地，可以将纳米粒子暴露于连接剂/交联剂和表面改性配体的混合物，并由此在单个步骤中实现交联和掺入表面改性配体。

[0049] 包括以下实施例用于公开的完整性，并举例说明制备本发明的组合物和复合物的方法，以及呈现所述组合物的某些特征。这些实施例决不用于限制本公开内容的范围或教导。

[0050] 实施例1

[0051] 无毒量子点的合成

[0052] 使用分子接种过程来产生无毒QD。简而言之，如下进行具有在500至700nm范围内的发射的未官能化基于铟的量子点的制备：将二丁酯(大约100ml)和肉豆蔻酸(MA)(10.06g)放入三颈烧瓶中并且在～70℃在真空下脱气1小时。在此时段后，引入氮气并且将温度升高至～90℃。加入大约4.7g的ZnS分子簇[Et3NH]4[Zn10S4(SPh)16]，并且将混合物搅拌大约45分钟。然后将温度升高至～100℃，随后滴加In(MA)3(1M，15ml)，之后滴加三甲基甲硅烷基膦(TMS)3P(1M，15ml)。搅拌反应混合物，同时将温度升高至～140℃。在140℃，进行进一步滴加溶解在癸二酸二正丁酯中的In(MA)3(1M，35ml)(将其搅拌5分钟)和溶解在癸二酸二正丁酯中的(TMS)3P(1M，35ml)。然后将温度缓慢升高至180℃，并且进行进一步滴加In(MA)3(1M，55ml)，之后滴加(TMS)3P(1M，40ml)。通过以此方式加入前体，形成具有从500nm逐渐增大到720nm的发射最大值的基于铟的粒子。当获得所需发射最大值时停止反应，并且将反应物在反应温度下搅拌半小时。在此时段后，将混合物退火持续多至大约4天(在比反应温度低～20至40℃的温度)。在此阶段还使用UV灯来帮助退火。

[0053] 通过经由插管技术加入经干燥的脱气甲醇(大约200ml)来分离粒子。使沉淀物沉降，然后在滤棒的帮助下经由插管移除甲醇。加入经干燥的脱气氯仿(大约10ml)以洗涤固体。将固体在真空下干燥1天。此程序导致在ZnS分子簇上形成基于铟的纳米粒子。在进一步的处理中，通过在稀氢氟酸(HF)中洗涤进一步提高所得基于铟的纳米粒子的量子产率。基于铟的核心材料的量子效率在大约25％至50％的范围内。认为此组合物是包含In、P、Zn和S的合金结构。

[0054] ZnS外壳的生长：将20ml部分的HF蚀刻的基于铟的核心粒子在三颈烧瓶中干燥。加入1.3g的肉豆蔻酸和20ml癸二酸二正丁酯，并且脱气30分钟。将溶液加热至200℃，滴加2ml的1M(TMS)2S(以7.93ml/h的速率)。在完成此加入后，将溶液静置2分钟，然后加入1.2g的无水乙酸锌。将溶液在200℃保持1小时，然后冷却至室温。通过加入40ml的无水脱气甲醇并且离心来分离所得的粒子。弃去上清液，并且将30ml的无水脱气己烷加入至剩余固体。使溶液沉降5小时，然后再次离心。收集上清液，并且弃去剩余固体。最终的未官能化的基于铟的纳米粒子材料的QY在有机溶剂中在大约60％至90％的范围内。

[0055] 实施例2

[0056] 水溶性表面改性的QD

[0057] 本文提供了用于产生和使用作为药物递送媒介物的三聚氰胺六甲氧基甲基三聚氰胺(HMMM)改性的荧光纳米粒子的方法的一个实施方案。独特的基于三聚氰胺的包覆层提供出色的生物相容性、低毒性和非常低的非特异性结合。这些独特的特征允许宽范围的体外和体内的生物医疗应用。

[0058] 合适的水溶性纳米粒子的制备的一个实例提供如下：如实施例1所述的，将200mg具有在608nm的红色发射的无镉QD(其具有作为核心材料的包含铟和磷的合金以及含Zn的外壳)分散在具有肉豆蔻酸异丙酯(100微升)的甲苯(1ml)中。包含肉豆蔻酸异丙酯作为配体相互作用剂。将混合物在50℃加热约1至2分钟，然后在室温缓慢摇动15小时。将HMMM(CYMEL 303，可得自Cytec Industries，Inc.，West Paterson，NJ)(400mg)、单甲氧基聚环氧乙烷(CH3O-PEG2000-OH)(400mg)和水杨酸(50mg)的甲苯溶液(4ml)加入至纳米粒子分散体。在官能化反应中包含的水杨酸起三种作用，即作为催化剂、交联剂和COOH的来源。部分地由于HMMM对于OH基团的优先性，在交联后由水杨酸提供的许多COOH基团在QD上仍然可用。

[0059] HMMM是具有以下结构的基于三聚氰胺的连接剂/交联剂：

[0060]

[0061] HMMM可以在酸催化的反应中反应以使多种官能团如酰胺、羧基、羟基和硫醇交联。

[0062] 在用磁力搅拌器以300rpm搅拌的同时，将混合物脱气并且在130℃回流第一个小时，然后在140℃回流3小时。在第一个小时期间，使氮气流通过烧瓶以确保移除由HMMM与亲核试剂的反应产生的挥发性副产物。将混合物冷却至室温并且在惰性气体下储存。与未改性的纳米粒子相比，表面改性的纳米粒子显示出很小或没有荧光量子产率的损失，并且没有发射峰或半峰全宽(FWHM)值的改变。将表面改性的纳米粒子的等分试样在真空下干燥并且将去离子水加入到剩余物中。表面改性的纳米粒子良好地分散在水性介质中并且永久地保持分散。相比之下，未改性的纳米粒子不能悬浮在水性介质中。根据上述程序的表面改性的纳米粒子的荧光QY为40％至50％。在典型的批次中，获得47％±5％的量子产率。

[0063] 在另一个实施方案中，将具有在608nm的红色发射的无镉QD(200mg)分散在具有胆固醇(71.5mg)的甲苯(1ml)中。将混合物在50℃加热约1至2分钟，然后在室温缓慢摇动15小时。将HMMM(CYMEL 303)(400mg)、单甲氧基聚环氧乙烷(CH3O-PEG2000-OH)(400mg)、愈创甘油醚(guaifenesin)(100mg)、二氯甲烷(DCM)(2mL)和水杨酸(50mg)的甲苯溶液(4ml)加入至纳米粒子分散体。

[0064] 如本文中使用的，化合物“愈创甘油醚”具有以下化学结构：

[0065]

[0066] 如本文中使用的，化合物“水杨酸”具有以下化学结构：

[0067]

[0068] 在用磁力搅拌器以300rpm搅拌的同时，将混合物脱气并且在140℃回流4小时。如先前的程序那样，在第一个小时期间，使氮气流通过烧瓶以确保移除由HMMM与亲核试剂的反应产生的挥发性副产物。将混合物冷却至室温并且在惰性气体下储存。将表面改性的纳米粒子的等分试样在真空下干燥并且将去离子水加入到剩余物中。使用100mM KOH溶液将溶液的pH调节至6.5，并且通过使用Amicon 过滤器(30kD)进行三个循环的超滤来移除过量的未反应材料。将最终水溶液保持冷冻直到使用。图2示出了一种产生过程和所得表面改性的QD。

[0069] 值得注意的是，传统的用于改性纳米粒子以提高其水溶性的方法(例如，与巯基官能化水溶性配体的配体交换)在温和条件下对于使纳米粒子成为水溶性的是无效的。在更严苛的条件(如加热和超声)下，变为水溶性的部分具有非常低的QY(＜20％)。相比之下，本发明的方法提供具有高量子产率的水溶性纳米粒子。如本文中所定义的，高量子产率等于或大于40％。在某些实施方案中，获得等于或大于45％的高量子产率。如在此实施例中制备的表面改性的纳米粒子也良好地分散，并且保持长久地分散在其他溶剂(包括乙醇、丙醇、丙酮、甲乙酮、丁醇、甲基丙烯酸三丙基甲酯或甲基丙烯酸甲酯)中。

[0070] 实施例3

[0071] 光响应性药物递送系统

[0072] 在一个实施方案中，产生无毒水溶性QD(包括根据实施例1和实施例2)，并且随后使其负载药物。在其他实施方案中，QD包含重金属半导体材料如镉、铅和砷。这样的材料的实例包括硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)、硒化镉(CdSe)、硫化镉(CdS)、碲化镉(CdTe)、硫硒化镉(CdSeS)、砷化镓(GdAs)、砷化铟(InAs)以及它们的混杂物和合金，如对于非限制性实例CdSe1-xTex(0≤x≤1)和Cd1-xZnxSe1-yTey(0≤x；y≤1)。在一些实施方案中，在使用药物递送系统递送控制细胞增殖或导致细胞死亡的药物的情况下，包含毒性重金属的QD的使用提供QD药物载体本身通过其固有的毒性有助于组合系统的细胞毒性。一个这样的实例是在杀肿瘤应用中使用。在其他实施方案中，适应证是治疗非恶性过度增生性疾病如银屑病，并且局部地施用药物递送系统。在某些实施方案(如例如用于治疗银屑病)中，药物递送系统的QD可以包含有助于它们所施用的细胞的凋亡的镉或砷酸盐。细胞毒性原子如Cd2+原子从CdSe量子点的释放可以通过多种机制(包括氧化和紫外照射)实现。参见Derfus，AM等，“Probing the Cytotoxicity of Semiconductor Quantum Dots”Nano Letters 4(1)(2004)11-18。

[0073] 在某些实施方案中，药物是通过以下方式负载在QD上的疏水性药物分子：首先将药物溶解在具有在水和油中的双重混溶性的溶剂(例如，二甲基亚砜(DMSO)、醇、丙二醇、四氢呋喃(THF)等)中。然后将药物溶液滴加至QD的水溶液。可以以不过度超过QD的负载能力的量加入药物，所述QD负载能力可以通过目视和其他类型的检查确定。可以通过超滤或渗析移除过量的未结合药物分子。当负载疏水性药物时，药物的疏水性足够高而迫使药物分子直接从它们的溶剂迁移到QD的表面中而不在水性介质中长期停留。在某些实施方案中，将QD改性以匹配药物的疏水性和汉森(Hansen)溶解度参数。在某些实施方案中，药物分子为疏水性的，具有大于0的辛醇-水分配系数(logP)。(当亲水性＝疏水性时LogP＝0。大于0的logP为疏水性的，而小于0的值为亲水性的。)在其他实施方案中，药物分子为疏水性的，具有大于1的辛醇-水分配系数(logP)。(logP为1将意味着药物在有机相中的10∶1分布。)[0074] 分配系数(P)或分布系数(D)为化合物在平衡时在两个不混溶相的混合物中的浓度的比率，并且构成化合物在两个相中的溶解度差异的量度。分配系数是最广泛使用的化合物的疏水性/亲水性的量度。分配系数表示为logP或logPexp。其中计算的而非实验测定的分配系数称为ClogP。通常，分配系数(P)关于未离子化的化合物使用，而分布系数(D)关于化合物的所有物种使用且是pH依赖性的。

[0075] 在药物学中，在测量户中的两个相通常为水和1-辛醇，并且所得分配值根据下式表示为logP：

[0076]

[0077] 其中[Cu]o和[Cu]w为未离子化物种u在辛醇相(o)和水相(w)中的浓度。

[0078] logP提供化合物的亲水性(“喜水(water-loving)”)或疏水性(“憎水(water-fearing)”)性质的量度。疏水性药物具有高的辛醇/水分配系数，而亲水性药物具有低的辛醇/水分配系数。例如，亲水性分子抗坏血酸具有为-1.85的logPo/w，而高度亲脂性药物克霉唑(clotrimazole)具有为5.2的logPo/w。常见药物中实验测定的logP值的范围为约-2.0至～5.2。参见Avdeef，A.Absorption and Drug Development：Solubility，Permeability and Charge state.John Wiley和Sons 2003，表4.1，59-66页。

[0079] 在其中药物分子的疏水性不足够高而不匹配给定QD的某些实施方案中，可以首先将药物和QD溶液混合，并且通过蒸发移除所形成的二元溶剂(例如，H2O/四氢呋喃(THF))。然后将最终剩余物在合适的缓冲液(例如去离子水(DI)或磷酸盐缓冲盐水(PBS))中重构。
此过程(通常称为固体分散体)能够迫使药物分子浸渍。可以通过超滤或渗析移除过量的未结合药物分子。

[0080] 分离的QD-DDS可以用作刺激响应性药物载体，其可以在用激发光照射时释放药物分子。激发的QD粒子释放药物分子的机制可以包括以下中的一种或多种：增加的配体振动、改变的表面极化和在界面部位中增加的水分子搅动。

[0081] 在某些实施方案中，包含本文所公开的负载药物的QD的药物组合物适合于肠内施用。在其他实施方案中，药物组合物适合于肠胃外施用，即动脉内、静脉内、腹膜内、鞘内、皮下或肌内施用。在某些实施方案中，药物组合物通过弹丸式注射而静脉内或腹膜内施用。

[0082] 在其他递送实施方案中，将包含本文所公开的负载药物的QD的药物制剂通过将该制剂直接施加至组织而与靶标组织接触。施加可以局部地或通过“开放”或“闭合”程序进行。如本文中使用的，“局部”意指将制剂直接施加至暴露于环境的组织，如但不限于皮肤或粘膜以及外耳道。“开放程序”意指涉及切开患者的皮肤、粘膜或其他组织以使下方组织暴露并且直接可视化用于施加制剂的那些程序。这可以手术实现，包括经由用于肺部访问的开胸手术、用于腹部内脏访问的剖腹手术或其他对靶标组织的直接外科手术途径。“闭合程序”为经皮内窥镜程序，其中内部靶标组织不是直接可视化的，但是经由通过皮肤或粘膜中的小开口插入的仪器访问和可视化。例如，腹腔镜检查为对腹部进行的闭合程序，而关节镜检查为用于访问和治疗关节而进行的闭合程序。可以使用闭合程序进行后房内眼手术。可以通过内窥镜装置施用制剂。

[0083] 包含负载药物的QD药物的药物组合物还可以包含标准赋形剂(包括水)、缓冲水、张度调节剂(包括例如乙酸钠、乳酸钠、氯化钠、氯化钾、氯化钙等)和pH调节剂。可以包含用于增强的稳定性的另外的试剂如白蛋白、脂蛋白、球蛋白、甘氨酸、右旋糖等。这些组合物可以通过常规的众所周知的灭菌技术进行灭菌。可以将所得水溶液包装备用或在无菌条件下过滤并且冻干，在施用前将冻干的制剂与无菌水溶液组合。

[0084] 吸附到如本文实施例中描述的水溶性QD上的疏水性药物分子将形成这样的药物递送系统，其是稳定的，例如可以进行离心、蒸发、运输和重新配制。

[0085] 在根据需要施用并且在靶标组织中积聚后，在光照射时释放药物分子。用于此释放的一种可能机制是激发诱导振动模式，搅动结合至QD的配体，使得它们释放药物分子。高强度照射还可以引起升温(40至45℃)，这可以增加振动。在人体内的光照射可以通过将光发射器足以诱导释放地接近沉积药物并置来进行。可以在组织穿透性允许足够的光透射的情况下直接地、或者通过开放或闭合程序接近任何靶标组织(包括皮肤、粘膜、眼内组织和内部组织)放置光发射器。

[0086] 实施例4

[0087] 包括靶向配体的光响应性药物递送系统

[0088] 在某些实施方案中，将水溶性QD改性以包括在药物负载前加入至QD的靶向配体。因此，在一个实施方案中，合成量子点纳米粒子，其是无毒且水溶性(生物相容性)的，并且表面配备有能够缀合的官能团(COOH、OH、NH2、SH、叠氮化物、炔烃)。借助于可以加入到QD的官能团，如例如本文实施例2中提供的COOH官能团，可以将QD改性以包括使得QD能够选择性地附着至靶标组织并且在靶标组织中积聚的靶向配体。将靶向配体改性的QD用药物负载并且递送。通过光激发局部地释放药物。

[0089] 在一个示例性实施方案中，水溶性无毒QD是或者成为羧基官能化的。使用化学方法如例如采用水溶性1-乙基-3-(-3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)的碳二亚胺连接技术，将COOH-QD连接至肿瘤靶向抗体的胺末端。将羧基官能化的QD与EDC混合以形成活性O-酰基异脲中间体，然后其通过来自反应混合物中的单克隆抗体上的伯胺基的亲核攻击置换。如果需要，在与带有伯胺的抗体的反应期间添加N-羟基琥珀酰亚胺的磺基衍生物(磺基-NHS)。利用磺基-NHS添加，EDC将NHS与羧基偶联，形成比O-酰基异脲中间体更稳定的NHS酯，同时允许在生理pH下与伯胺的高效缀合。在任一情况下，结果都是在QD和抗体之间的共价键。可以备选地使用其他化学如基于Suzuki-Miyaura交叉偶联、4-(N-马来酰亚胺基甲基)环己烷-1-甲酸琥珀酰亚胺酯(SMCC)或醛的反应。

[0090] 在一个实施方案中，无毒水溶性QD化学附接至针对在肿瘤组织上优先表达或对于肿瘤生长所需的分子的胞外结构域的抗体。存在大量这样的分子的实例，针对这样的分子已经研发出针对其的单克隆抗体，包括癌胚抗原(CEA)、表皮生长因子受体(EGFR；也称为ERBB1)、ERBB2(也称为HER2)、ERBB3、MET(也称为HGFR)、胰岛素样生长因子1受体(IGF1R)、肝配蛋白受体A3(EPHA3)、肿瘤坏死因子(TNF)相关的凋亡诱导配体受体1(TRAILR1；也称为TNFRSF10A)、TRAILR2(也称为TNFRSF10B)、核因子-κB配体的受体激活剂(RANKL；也称为TNFSF11)、VEGF受体(VEGFR)、整联蛋白αVβ3、整联蛋白α5β1、成纤维细胞激活蛋白(FAP)、生腱蛋白、CD20、CD30、CD33、CD52、EpCAM、gpA33、黏蛋白、TAG-72、碳酸酐酶IX(CAIX)、PSMA、叶酸结合蛋白、神经节苷脂GD2、GD3和GM2、程序性细胞死亡1配体2(PD-L2)以及端粒酶亚基。

[0091] 例示了水溶性无毒QD与针对ERBB2靶标的单克隆抗体曲妥单抗(trastuzumab)(以商品名销售)的缀合。用于治疗HER2(也称为ERBB2)、阳性乳腺癌和胃癌或胃食道癌。

[0092] 体内相容性的水可分散的无镉QD与曲妥单抗的共价缀合：在Eppendorf管中，将1mg羧基官能化的水溶性QD与100μl MES激活缓冲液(即，25μl的40mg/ml储液变为100μl MES)混合。MES缓冲液制备为在去离子(DI)水中的25mM溶液(2-(N-吗啉基)乙磺酸半钠盐(MES)，Sigma Aldrich)，pH 4.5。向其加入33μl的新制EDC溶液(在去离子水中的30mg/ml储液，1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)，Fisher Scientific)，并且将溶液混合。向其中加入4μl的新制磺基-NHS(100mg/ml储液，ThermoFisher Scientific，在DI水中)，并且将溶液混合。将NanoSep 300K过滤器(PALL NanoSep 300K Omega超滤器)在100μl MES中预润湿。将MES/EDC/磺基-NHS/QD溶液加入到NanoSep 300K过滤器中并且用MES加满至500μl。将过滤器以5000rpm/15min离心。将保留的点重新分散在50μl激活缓冲液中，并且转移至含有10μl曲妥单抗( 在25mM的HEPES缓冲液中的100mg/ml储液，pH
8.5)+40μl HEPES的Eppendorf管，pH 8.5。将溶液充分混合并且在室温(RT)温育过夜(大约
16至18小时)。将溶液用16μl的6-氨基己酸(6AC)(19.7mg/100mM)猝灭。注意，可以备选地利用具有伯胺的其他化合进行猝灭，但是选择6AC用于此实施方案是因为其具有COOH并且可以保持产物的胶体稳定性。将溶液转移至预润湿的Nanosep 300K过滤器(100μl 1x PBS)并且用1x PBS加满至500μl线。通过使用Nanosep 300K过滤器和1x PBS缓冲液的超滤的三次循环移除过量的SAV。每次离心循环为5000rpm进行20分钟，在每次循环后用～400ul的1x PBS重新分散。将最终浓缩物重新分散在100μl PBS中。所制备的曲妥单抗缀合的QD显示为明亮地发出荧光并且结合至HER2阳性4T1细胞的表面，而不结合至对照HER2阴性4T1细胞。

[0093] 实施例5

[0094] 甘菊环QD-DDS的制备

[0095] 在一个测试实施方案中，使用目视可观察的有机化合物甘菊环测试药物负载。甘菊环，其系统IUPAC名称也称为二环[5.3.0]癸戊烯，是萘的一种异构体。甘菊环为基本上不溶于水(溶解度＝0.02g/100g水)的固体晶体材料。甘菊环的log Poct/wat为2.79。甘菊环可溶于有机溶剂。以下示出甘菊环的结构：

[0096]

[0097] 将约50mg的633nm发射水溶性QD(VivodotsTM纳米粒子，由Nanoco Technologies Limited提供)分散在610μL的H2O中。在混合的同时向此溶液中滴加在50μL丙二醇中的0.5mg甘菊环。

[0098] 蓝色甘菊环液滴直接进入到QD溶液中，并且尽管甘菊环不溶于水的事实，但是最终溶液未显示出任何蓝色沉淀。最终溶液的颜色变为棕色，但是在激发时为强荧光的。为了测试所形成的甘菊环QD-DDS的光响应性，将两个250mL玻璃烧杯各自用200mL的PBS+0.1％吐温80溶液填充。然后，将0.5mL的QD-DDS溶液(各自为20mg)注射到Slide-A-LyzerTM渗析盒(25kDa截止，Thermo Fisher Scientific Inc)中。准备两个盒并且在每个烧杯中浸入一个。将烧杯之一用来自BLU(背光单元，光功率：2.5mw/cm2)面板的弱450nm光照射，并且将另一个留在黑暗中(图3)。以预定时间间隔从烧杯取出溶液的样品，并且使用UV Cary分光光度计获取UV光谱。如图4所示，经照射的烧杯显示出明显的甘菊环的释放，而未经照射的烧杯显示出小的基线释放。

[0099] 实施例6

[0100] 7-乙基-10-羟基喜树碱QD-DDS的制备

[0101] 为了测试药物负载和释放，测试药物7-乙基-10-羟基喜树碱。7-乙基-10-羟基喜树碱的CAS号为86639-52-3，并且其也被称为SN-38。7-乙基-10-羟基喜树碱为作为伊立替康(irinotecan)的活性代谢物形成的抗肿瘤药，但是其活性为伊立替康的1000倍。伊立替康来源于天然化合物喜树碱，并且起拓扑异构酶I抑制剂的作用。伊立替康以商品名等销售。拓扑替康(topotecan)(由GlaxoSmithKline以商品名销售)是用于癌症治疗的另一种喜树碱类似物。

[0102] 7-乙基-10-羟基喜树碱作为结晶固体供应，并且可溶于一些有机溶剂(在DMSO中的溶解度为2mg/ml)，但是基本上不溶于水。作为非常亲脂性分子的实例，SN-38的logPoct/wat为3.36±0.5。以下示出7-乙基-10-羟基喜树碱的结构：

[0103]

[0104] 喜树碱在水中的不溶性限制了其作为临床产品的开发。因此，使喜树碱增溶的工作已经成为许多专利申请的主题，包括美国专利号5,447,936(使10-羟基7-乙基喜树碱在二甲基乙酰胺和酸中增溶)、美国专利号5,674,874(使7-乙基10-羟基喜树碱在二甲基异山梨醇中增溶)、美国专利号5,859,023(使A-环取代的喜树碱在N-甲基-2-吡咯烷酮中增溶)、美国专利号5,900,419(使B-环取代的喜树碱在N-甲基-2-吡咯烷酮连同酸、PEG和低级醇中增溶)等等。

[0105] 为了测试喜树碱化合物的负载和释放，将根据实施例1和2制备的38mg的633nm发射水溶性QD(VivodotsTM纳米粒子)分散在440μL的H2O中。在混合的同时向此溶液中滴加在500μL DMSO中的0.5mg的7-乙基-10-羟基喜树碱。尽管7-乙基-10-羟基喜树碱不溶于水的事实，但是溶液保持澄清，仅有有限的混浊，而未观察到沉淀。为了确保药物分子完全分散到QD的表面，将溶液在40℃温热几分钟。通过利用超滤移除过量(未结合)的药物分子。这通过以下方式进行：将溶液转移至Amicon 30KDa离心过滤单元(Amicon Ultra-4，Millipore-Merck KGaA)，用DI水稀释，然后以2500rpm旋转30分钟。将浓缩物(～250μL)再次用4mL DI水稀释，并且重复离心以进行第二循环。将最终浓缩物(～250μL)用2mL磷酸盐缓冲液稀释并且在4℃在黑暗中储存。

[0106] 为了测试所形成的7-乙基-10-羟基喜树碱QD-DDS的光响应性，将两个250mL玻璃烧杯各自用200mL的PBS填充。然后，将1mL的QD-DDS溶液(各自为～15mg)注射到Slide-A-LyzerTM渗析盒(25kDa截止，Thermo Fisher Scientific Inc)中。准备两个盒并且在每个烧杯中浸入一个。将烧杯之一用来自LED光引擎(功率：310mW/cm2)的强450nm光照射，并且将另一个留在黑暗中(图3)。以预定时间间隔从烧杯取出溶液的样品，并且使用UV Cary分光光度计获取UV光谱。如图5所示，经照射的烧杯显示出明显的7-乙基-10-羟基喜树碱的释放，而未经照射的烧杯显示出小的基线释放。

[0107] 实施例7

[0108] 7-乙基-10-羟基喜树碱QD-DDS对癌细胞的效果。对在细胞培养基(McCoy的5A培养基)中培养的SK-BR3人乳腺癌细胞测试实施例6中所述的QD-DDS制剂。

[0109] 将两个同样培养的具有约70％细胞密度的皿用7-乙基-10-羟基喜树碱QD-DDS以400毫克/mL的终浓度处理15小时，然后在使用FITC滤光镜套件的Zeiss Axiovert200M荧光显微镜的2.5X物镜下，将两个板中的仅一个照射5分钟。如图8所示，仅经照射的板显示出显著的细胞损伤，如通过由于细胞膜被破坏的完整性而增加的细胞标记所证实的。

[0110] 实施例8

[0111] 水溶性表面改性的QD

[0112] 在一个实施方案中，提供了产生和使用水溶性QD的方法，其中使用基于巯基的极性配体使纳米粒子成为水溶性的。配体如巯基琥珀酸、巯基十一碳酸、巯基己酸、巯基丙酸、巯基乙酸、半胱氨酸、蛋氨酸和巯基PEG是实例，但是类似的巯基配体对本领域技术人员来说将会是明显的。

[0113] 在一种这样的方法中，将过量的巯基配体(例如巯基琥珀酸)用足够量的用于纳米粒子和巯基配体的常用溶剂溶解或分散。典型的常用溶剂可以是氯仿、DCM、THF、苯甲醚或甲苯。然后，加入在相同溶剂中的QD的溶液并且剧烈混合10至15分钟，然后静置＞15小时，以诱发用巯基配体加帽。在温育后，加入几毫升的碱性水溶液(例如氢氧化铵)并且剧烈搅拌几分钟，然后将其在室温缓慢搅拌过夜。在此过程后，将发现QD迁移至水性层并且可以如通过渗滤来分离。然后通过超滤重复地洗涤QD水溶液以移除过量的配体。

[0114] 如果在实施例2描述的最终纯化的QD水溶液中的QD纳米粒子配备有带强负电荷的配体，则它们可以通过离子配对吸引带正电荷的极性药物分子如生物碱或阳离子分子。阳离子药物的实例包括甲基苄肼(procarbazine)、达卡巴嗪(dacarbazine)、依托泊苷(etoposide)和金刚烷胺(amantadine)。如图7象征性示出的，如果QD(10)配备有带强正电荷的配体(60)，则衍生的QD可以通过离子配对吸引带负电荷(阴离子)的药物分子(70)，如例如氨甲蝶呤(methotrexate)、萘普生(naproxen)、吲哚美辛(indomethacin)和核酸如iRNA。

[0115] 如果在如实施例2所述的水溶性点的有机包覆层(例如水杨酸)中使用芳族配体，则芳族药物分子可能通过π-π堆叠效应而与QD结合。芳族药物的实例包括苯妥英(phenytoin)(5，5-二苯基-咪唑烷-2，4-二酮：logP为2.47)、安定(diazepam)(7-氯-1，3-二氢-1-甲基-5-苯基-2H-1，4-苯并二氮 -2-酮：logP为2.82)，含喹唑啉的药物如例如癌症化疗药吉非替尼(gentitinib)(4-(3′-氯-4′-氟苯胺基)-7-甲氧基-6-(3-吗啉基丙氧基)喹唑啉：logP为3.2)等等。

[0116] 图6示出了包括来自天然加帽配体(如烷基硫醇或硬脂酸)的烷基链(20)的QD(10)。所示QD包括内部疏水性结构域(40)、中间两亲性结构域(30)和外部亲水性结构域(50)，并且可以容纳疏水性、两亲性和亲水性药物中任一种的药物负载，其中药物进入与其亲疏性(phobicity)相关的结构域。

[0117] 内部疏水性结构域(40)借助于结合的疏水性(非极性)配体(41)产生。这些非极性配体包括来自烷基硫醇、脂肪酸和胆固醇的烷基链。两亲性结构域(30)可以由小分子(如愈创甘油醚、水杨酸和巯基烷基酸)、表面活性剂(如皂苷和脂肪酸)和聚合物(如PEG、丙烯酸酯共聚物和聚乙酸乙烯酯)提供。极性结构域(50)由亲水性极性配体(51)如选自羧基、OH、NH2、NH3+和SH基团的包覆配体提供。

[0118] 在根据本文实施例2使用主要为疏水性胆固醇部分产生的情况下，内层(40)的疏水性由胆固醇的大体积甾体和烃链提供。如果使用肉豆蔻酸酯产生，则肉豆蔻酸酯的烃尾部提供疏水性环境。无论使用胆固醇还是肉豆蔻酸酯作为疏水性部分，都通过首先与来自天然配体的烷基链相互作用(通过疏水性相互作用)加入疏水性部分，然后如利用与HMMM(CYMEL 303)的反应使包含的疏水性部分的OH基团与其他OH和COOH基团交联。

[0119] 疏水性(非离子性)药物的实例包括甾族化合物如泼尼松龙(prednisolone)((11β)-11，17，21-三羟基孕甾-1，4-二烯-3，20-二酮：logP为1.66)，可以将其负载到疏水性结构域中。还可以将其他非离子性药物(包括癌症化疗药更生霉素(dactinomycin)(2-氨基-N，N′-二(十六氢-2，5，9-三甲基-6，13-二(1-甲基乙基)-1，4，7，11，14一五氧代-1H-吡咯并(2，1-I)(1，4，7，10，13)氧杂四氮杂环十六碳炔-10-基)-4，6-二甲基-3-氧代-3H-吩嗪-1，9-二甲酰胺，也称为放射菌素D(Actinomycin D)，其由通过吩嗪连接的两个环肽组成：
logP为1.6))负载到疏水性结构域(40)中。

[0120] 疏水性的带负电荷药物包括视黄酸(retinoid acid)(维甲酸(Tretonin)，3，7-二甲基-9-(2，6，6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2，4，6，8-壬四烯酸：logP为6.3)。疏水性的带正电荷药物包括芬太尼(fentanyl)(1-苯乙基-4-(N-苯基丙酰胺基)哌啶：logP为4.05)。可以将诸如这些的疏水性药物螯合到官能化QD的内部疏水性结构域(40)中。

[0121] 某些药物的亲水性是高度电荷依赖性的。例如，带负电荷的药物华法林(warfarin)( )具有1.12的logD7.4。然而，logPI(电离状态)为0.04，并且logPN
(中性)为3.54。类似地，带负电荷的非甾类抗炎药物舒林酸(sulindac)( )具有
0.12的logD7.4，但是logPN(中性)为3.60。亲水性的带正电荷药物包括博莱霉素
(bleomycin)(ClogP为-0.52)、去氨加压素(desmopressin)(1-(3-巯基丙酸)-8-D-精氨酸-加压素：logPexp为-4.2)、新斯的明(neostigmine)(N，N-二甲基氨基甲酸3-三甲基铵苯酯：
ClogP为-1.6)和琥珀胆碱(suxamethonium)(琥珀酰胆碱：ClogP为-2.5)。可以凭借加入到QD的通过电荷(离子)相互作用而与药物相互作用的带电基团，将诸如这些的亲水性药物负载到亲水性结构域(50)中。

[0122] 药物的最大组之一为阳离子型两亲性药物(CAD)，其典型地含有疏水性环结构和具有阳离子型胺基的亲水性侧链。凭借介于内部疏水性结构域(40)和外部亲水性结构域(50)之间的中间两亲性结构域(30)，图6所示的QD可以容纳具有亲水性和疏水性部分两者的分子，因为这些分子可以匹配其疏水性结构域(40)中的疏水性部分以及其亲水性结构域(50)中的亲水性部分。CAD包括多种熟悉且重要的药物，包括：抗菌药物，如庆大霉素(gentamycin)、克林霉素(clindamycin)、泰利霉素(telithromycin)和阿奇霉素(azithromycin)；抗抑郁药物，如氟西汀(fluoxetine)( )和丙咪嗪(imipramine)；
抗心律不齐药物，如胺碘酮(amiodarone)，抗哮喘药物，如酮替芬(ketotifen)；免疫抑制药物，如西罗莫司(sirolimus)和依维莫司(certican)；厌食症药剂，如对氯苯丁胺(chlorphentermine)；抗癫痫药物，如唑尼沙胺(zonisamide)；抗精神病药物，如阿立哌唑(arapiprazole)和氯丙嗪(chlorpromazine)；抗阿尔茨海默病药物，如美金胺
(memantine)；抗帕金森病药物，如左旋多巴(levodopa)；以及抗组胺药物，如贝托斯汀(bepotastine)。两亲性非离子药物还包括秋水仙碱(colchicine)(logP为1.85)、愈创甘油醚(3-(2-甲氧基苯氧基)丙烷-1，2-二醇：logP为1.39)和阿那曲唑(anastrozole)(α，α，α′，α′-四甲基-5-(1H-1，2，4-三唑-1-基甲基)-间苯二乙腈，芳香化酶抑制剂：logP为2.4)。

[0123] 本文所引用的所有公布文本、专利和专利申请通过引用结合于此，如同在本文中以其整体记载那样。尽管已经参照例示实施方案描述了本发明，但是这种描述不意图以限制的意义进行解释。在参照该描述时，本发明的例示性实施方案以及其他实施方案的多种改变和组合对本领域技术人员将会是明显的。因此，意图所附权利要求涵盖这样的改变和改善。

标题	发布/更新时间	阅读量
水稻铁氧还蛋白编码基因OsFd1、该基因编码的蛋白质及其用途	2020-05-08	357
一株缓解植物盐害的耐盐促生细菌JP-JH及其应用	2020-05-08	477
一种简便的植物根边缘细胞提取器	2020-05-11	216
用于制备脱落酸的植物提取物的方法	2020-05-08	527
一种数据中心的噪音污染控制系统	2020-05-08	968
一种服装面料的漂染工艺	2020-05-08	658
一种环保型多用途除油精练剂及其制备方法	2020-05-08	857
一种高强度耐热型工业丝的制备方法	2020-05-08	950
使用谷氧还蛋白增进植物生长和产量	2020-05-08	211
一种天然植物染料腈纶纤维染色方法	2020-05-08	142

光响应性量子点药物递送系统

光响应性量子点药物递送系统

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：