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荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与应用

阅读:698发布:2020-05-12

专利汇可以提供荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 荧光 / 光声成像 及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与应用,以吡咯并吡咯二 酮 基团为 电子 受体(A),与有机电子给体基团(D),通过有机金属催化的suzuki偶联反应,形成疏 水 性D-π-A-π-D结构的共轭小分子;将此共轭小分子材料接枝到亲水性的 肿瘤 靶向 生物 分子上,得到两亲性 聚合物 。该两亲性聚合物可通过超分子自组装形成纳米诊疗剂,可以同时负载其他抗肿瘤荧光药物。该纳米诊疗剂在体内循环时抗降解能 力 强, 稳定性 好,通过主动靶向和渗透性增强与滞留效应的双重靶向,在肿瘤部位产生药物积累,在 近红外 光激发 下实现靶向荧光成像和光声成像,并且可以产生良好的光疗效果,有效抑制肿瘤细胞的生长。,下面是荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与应用专利的具体信息内容。

1.一种荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂,其特征在于,由疏性的D-π-A-π-D结构的共轭小分子材料接枝到亲水性的肿瘤靶向生物分子上得到的两亲性聚合物通过超分子自组装形成该纳米诊疗剂,所述的D-π-A-π-D结构的共轭小分子具有如下分子式:
其中,两端取代的D基团为电子给体基团,噻吩为π共轭桥,吡咯并吡咯二DPP为电子受体,吡咯并吡咯二酮侧链R基团为烷基链,组成一种D-π-A-π-D的共轭结构。
2.根据权利要求1所述的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂,其特征在于,所述D基团为供电子的三苯胺TPA基团,R为叔丁基,D-π-A-π-D结构的共轭小分子TTDTT其结构式如下:
所述亲水性肿瘤靶向生物分子为透明质酸HA,两亲性的聚合物HA-TTDTT结构式如下:
3.如权利要求1或2所述的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将D-π-A-π-D结构的共轭小分子接枝到胱胺修饰的HA上,制备两亲性聚合物;
2)将上述两亲性聚合物与疏水性抗肿瘤荧光药物混合,通过透析法自组装制备得到疏水空腔中包裹药物的生物纳米诊疗剂。
4.一种如权利要求3所述的一种荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂的构建方法,其特征在于,步骤2)中,所述透析法具体为:
将两亲性的聚合物溶于极性有机溶剂二甲基亚砜,DMSO中,然后将DMSO溶液在超声状态下滴加到纯水中,体积比率为1:1搅拌均匀;接着在水浴中用尖头型超声仪间隔性超声
10min,超声功率为55%,每超声10s间隔2s;室温搅拌3小时后移入透析袋中,在纯水中透析
24小时;用0.45μm滤孔的滤膜过滤后,取滤液冷冻干燥,得到靶向纳米诊疗剂。
5.根据权利要求3所述的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂的构建方法,其特征在于,步骤1)中,所述D-π-A-π-D结构的共轭小分子材料是以吡咯并吡咯二酮基团为电子受体A,与有机电子给体基团D通过有机金属催化的suzuki偶联反应形成。
6.根据权利要求3或5所述的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂的构建方法,其特征在于,步骤1)中,所述的两亲性聚合物的制备方法为:
1-1)采用有机金属催化的suzuki偶联反应,将4-酸三苯胺接枝到溴代二噻吩基吡咯并吡咯二酮两侧,得到D-π-A-π-D结构的共轭小分子TTDTT,然后通过侧链脱叔丁酯得到可修饰的含羧酸钠的侧链;
1-2)由步骤1-1)制备得到的D-π-A-π-D结构的共轭小分子TTDTT在1-(3-二甲基丙基)-3-乙基二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS催化下,接枝到胱胺修饰的肿瘤靶向生物分子HA上,得到两亲性聚合物。
7.一种如权利要求1或2所述的光疗一体化靶向纳米诊疗剂的应用,其特征在于,所述靶向生物纳米诊疗剂应用在肿瘤靶向细胞成像和光疗中,及用于包裹包括吲哚菁绿ICG、二氢卟吩e6或替拉扎明TPZ)在内的光敏剂或者化疗药物,提高材料的肿瘤抑制能和提供荧光成像能力。
8.一种如权利要求7所述的光疗一体化靶向纳米诊疗剂的应用,其特征在于,该应用包括以下步骤:
1)将D-π-A-π-D结构的共轭小分子接枝到胱胺修饰的HA上,制备两亲性聚合物;
2)将上述两亲性聚合物与疏水性抗肿瘤荧光药物混合,通过透析法自组装制备得到疏水空腔中包裹药物的生物纳米诊疗剂;
3)将上述靶向纳米诊疗剂应用于肿瘤细胞,通过主动靶向和EPR效应的双重靶向,在肿瘤部位产生药物积累,实现靶向荧光成像和光声成像,在近红外光作用下产生光疗效果和肿瘤细胞抑制能力。

说明书全文

荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与

应用

技术领域

[0001] 本发明属于荧光/光声成像材料、光疗技术领域,具体涉及将D-π-A-π-D结构的共轭小分子和亲肿瘤靶向生物分子结合制备多功能靶向纳米诊疗剂,以及它们在荧光生物成像、光声成像、光疗一体化方面的应用。

背景技术

[0002] 光疗主要包括光动和光热治疗,即光敏剂在激光作用下,通过震动产生高温(光热)或者将能量传递给周围的气使其变成单线态氧(光动力),从而破坏杀死恶性疾病细胞的一种治疗方式。光疗一体化即为在同一激发光源下实现光动力与光热联合治疗。光热治疗具有治疗时间短、治疗效率高、毒副作用低的优点,光动力治疗具有选择性好、适用性广、无耐药性等优点;由于二者结合一体化治疗可以互相促进疗效,实现无创性的高效治疗,因而被广大研究人员所关注。同时,光敏剂在发热的过程中也会产生声波,通过仪器捕获,可以实现光声成像。光声成像具有高分辨率、高对比度、组织穿透深等优点,可以实现对病变部位精确检测,从而协助治疗。
[0003] 吡咯并吡咯二(DPP)衍生共轭小分子,具有很宽的吸收峰、很高的光热转化效率、光声特性以及一定的单线态氧产生能力,并且很容易实现近红外吸收,从而减少激发光源对于正常组织的伤害;而高的光热转化效率和单线态氧产生能力可以提供其光疗应用的潜力。DPP分子两侧连接两个富电子的π共轭桥,如噻吩基团,可以通过重原子效应增加激子系间穿越(ISC)能力,提高三线态激子含量,增加了单线态氧产生的可能。通过在其两端引入了供电子基团与DPP形成D-π-A-π-D结构的共轭小分子,供电子基团的引入可以促进吸收红移和增强电荷输运能力,而D-π-A-π-D结构大大提高了电荷的迁移速度,促使光激发电荷运转产生热量,有利于提高材料的光热转化效率。因此,基于DPP的D-π-A-π-D结构共轭小分子将有潜力作为在近红外光激发下进行光疗和光声成像的优秀光敏剂。
[0004] 亲水性的肿瘤靶向生物分子如透明质酸(HA)或者连接叶酸基团的聚乙二醇,由于具有水溶性生物相容性、肿瘤靶向性、生物可降解性和易于化学修饰等特点,可以与诊疗剂偶联形成两亲性聚合物,通过超分子自组装形成纳米粒子进入肿瘤细胞内用于成像及治疗。
[0005] 通过D-π-A-π-D结构的共轭小分子与亲水性肿瘤靶生物分子偶联,可以大大提高其水溶性、生物相容性并提供了肿瘤靶向性,辅助光敏剂实现了定位光疗,避免了对正常组织的损伤,有利于提高治疗效果和光声成像的精确性。另外,利用透析法制备纳米粒子时可以进行抗肿瘤荧光药物包裹,如Ce6、ICG、TPZ等,可以提高纳米粒子的治疗能力,赋予纳米粒子近红外荧光成像能力,实现在近红外光激发下,光声和荧光成像指导光疗。

发明内容

[0006] 技术问题:本发明的目的在于提出一种荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与应用,并且提出其在光声成像和荧光成像指导下光动力光热联合治疗中的应用。该类荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂旨在通过主动靶向和EPR效应实现双重靶向输送药物,在肿瘤部位产生药物积累,在近红外激光作用下进行靶向荧光成像和光声成像双模态成像,同时指导光动力光热联合治疗,从而极大地提升纳米诊疗剂的诊断和治疗效果。
[0007] 技术方案:本发明的一种荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂及其构建与应用,将疏水性的D-π-A-π-D结构的共轭小分子材料接枝到亲水性的肿瘤靶向生物分子上,得到两亲性聚合物;该两亲性聚合物可通过超分子自组装形成纳米诊疗剂,可以同时负载其他抗肿瘤荧光药物;该纳米诊疗剂在体内循环时抗降解能力强,稳定性好,通过主动靶向和EPR效应的双重靶向,在肿瘤部位产生药物积累,在近红外激光作用下实现靶向荧光成像和光声成像,产生良好的光疗效果,体现出良好的肿瘤细胞抑制能力。
[0008] 所述的D-π-A-π-D结构的共轭小分子具有如下分子式:
[0009]
[0010] 其中,两端取代的D基团为电子给体基团,噻吩为π共轭桥,吡咯并吡咯二酮(DPP) 为电子受体,简称A,吡咯并吡咯二酮侧链R基团为烷基链,组成一种D-π-A-π-D的共轭结构。
[0011] 所述的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂,所述的两亲性聚合物中,作为优选方案,D基团为供电子的三苯胺(TPA)基团,R为叔丁基,D-π-A-π-D结构的共轭小分子其结构式如下:
[0012]
[0013] 相应的,作为优选方案,可选择亲水性肿瘤靶向生物分子为透明质酸(HA),两亲性的聚合物结构式如下:
[0014]
[0015] 上述的一种荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂的制备方法,包括以下步骤:
[0016] 1)将D-π-A-π-D结构的共轭小分子接枝到胱胺修饰的HA上,制备两亲性聚合物;
[0017] 2)将上述两亲性聚合物与疏水性抗肿瘤荧光药物混合,通过透析法自组装制备得到疏水空腔中包裹药物的生物纳米诊疗剂。
[0018] 其中,该制备方法中的透析法具体为:
[0019] 将两亲性的聚合物溶于极性有机溶剂二甲基亚砜(DMSO)中,然后将DMSO溶液在超声状态下滴加到纯水中(体积比率为1:1),搅拌均匀,接着在水浴中用尖头型超声仪间隔性超声10min(超声功率为55%,每超声10s间隔2s),室温搅拌3小时后移入透析袋中,在纯水中透析24小时,用0.45μm滤孔的滤膜过滤后,取滤液冷冻干燥,得到靶向纳米诊疗剂。
[0020] 作为优选方案,所述的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂HA-TTDTT的制备方法为:
[0021] 1)采用有机金属催化的suzuki偶联反应,将4-酸三苯胺接枝到溴代二噻吩基吡咯并吡咯二酮两侧,得到D-π-A-π-D结构的共轭小分子TTDTT,然后通过侧链脱叔丁酯得到可修饰的含羧酸钠的侧链。
[0022] 2)由步骤1)制备得到的D-π-A-π-D结构的共轭小分子TTDTT在1-(3-二甲基丙基)-3-乙基二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)催化下,接枝到胱胺修饰的肿瘤靶向生物分子HA上,得到两亲性聚合物。
[0023] 上述的光疗一体化靶向纳米诊疗剂的应用,所述靶向生物纳米诊疗剂应用在肿瘤靶向细胞成像和光疗中,还可以用于包裹(吲哚菁绿(ICG)、二氢卟吩e6(Ce6)或替拉扎明(TPZ))等光敏剂或者化疗药物,提高材料的肿瘤抑制能力和提供荧光成像能力。该应用包括以下步骤:
[0024] 1)将D-π-A-π-D结构的共轭小分子接枝到胱胺修饰的HA上,制备两亲性聚合物;
[0025] 2)将上述两亲性聚合物与疏水性抗肿瘤荧光药物混合,通过透析法自组装制备得到疏水空腔中包裹药物的生物纳米诊疗剂;
[0026] 3)将上述靶向纳米诊疗剂应用于肿瘤细胞,通过主动靶向和EPR效应的双重靶向,在肿瘤部位产生药物积累,实现靶向荧光成像和光声成像,在近红外光作用下可以产生良好的光疗效果和肿瘤细胞抑制能力。
[0027] 有益效果:在本发明中,通过超分子自组装制备得到一种荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂。其中,自组装形成纳米诊疗剂之后,通过主动肿瘤靶向和EPR效应双重靶向,多功能的纳米诊疗剂能够稳定地输送到肿瘤部位,再通过HA受体介导的内吞作用选择性地被肿瘤细胞摄取,从而提高细胞内药物积累和增强抗肿瘤功效;并且 D-π-A-π-D结构的共轭小分子TTDTT的光声信号增强,负载的抗肿瘤药物荧光加强,达到肿瘤靶向荧光/光声成像和引导光疗的目的,从而使这种多种功能的纳米诊疗剂在荧光/光声成像和光疗一体化方面有着潜在的广泛应用前景。附图说明
[0028] 图1为本发明制备的光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂HA-TTDTT纳米粒子(NP)的结构示意图。
[0029] 图2为本发明制备的负载光敏剂Ce6的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂Ce6@HA-TTDTT NP的结构示意图。
[0030] 图3为本发明制备的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂Ce6@HA-TTDTT NP在水中的紫外吸收与荧光发射光谱
[0031] 图4为本发明制备的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂Ce6@HA-TTDTT NP的TEM图。
[0032] 图5为本发明制备的光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂HA-TTDTT NP在水溶液中的光声信号(PA signal)测试。
[0033] 图6为本发明制备的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂Ce6@HA-TTDTT NP 在肿瘤细胞HeLa中的激光共聚焦荧光显微镜近红外的细胞成像(激发波长:635nm,收集波长范围:700nm-800nm)。
[0034] 图7为本发明制备的荧光/光声成像及光疗一体化靶向纳米诊疗剂Ce6@HA-TTDTT NP 在肿瘤细胞HeLa中,进行黄绿素/碘化丙啶细胞染色法(AM/PI染色法)测试光疗一体化对HeLa细胞的抑制效果。

具体实施方式

[0035] 为了更好地理解本发明的内容,下面通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案,但不能以此来限制本发明的范围。
[0036] 实施例:
[0037] 1)通过下图方法制备,将(1)和(2)按物质的量比为2:1投料,然后在Pd[P(C6H5)3]4催化下通过Suzuki反应将二者偶联起来,反应24小时后,即得到D-π-A-π-D结构的共轭小分子;进一步用三氟乙酸进行去叔丁酯(BOC)反应,反应4小时,得到TTDTT。
[0038]
[0039]
[0040] 2)通过下图方法制备透明质酸-胱胺(HA-Cystamine)后,再将TTDTT溶于DMSO 中,将催化剂EDC和NHS分别溶解在少量磷酸盐缓冲液(PBS)中,加至TPO上的DMSO 溶液中,反应2小时,再加入2-巯基乙醇猝灭EDC的反应活性,反应10分钟后,滴加一定量的HA-Cystamine(事先溶于少量的PBS溶液,再加入DMSO溶液,比率为1:15),之后在室温条件下搅拌过夜。将反应瓶中的溶液移入截留分子量(MWCO)3500Da的透析袋中,透析除去未反应的EDC,NHS,2-巯基乙醇,未反应的TTDTT和其他中间产物,之后冷冻干燥36小时,获得两亲性聚合物HA-TTDTT。
[0041]
[0042] 3)将步骤2)中制备的HA-TTDTT溶于DMSO溶液中,在冰水浴中用尖头型超声仪超声使其尽量溶解,然后滴加到等体积的纯水中,之后继续在冰水浴中用尖头型超声仪超声10min,搅拌3小时后移入MWCO为3500Da的透析袋中,在去离子水中透析24小时,期间换水3次,之后用0.45μm滤膜过滤并冷冻干燥,得到靶向纳米粒子HA-TTDTT NP。
[0043] 4)将光敏剂Ce6溶解于DMSO中,在超声状态下滴加到溶有步骤2)中制备的HA-TTDTT 的DMSO/H20混合溶液中,之后在冰水浴中用尖头型超声仪超声10分钟,搅拌2小时后移入MWCO为3500Da的透析袋中,在去离子水中透析24小时,之后用0.45μm滤膜过滤并冷冻干燥,最终得到负载Ce6的靶向纳米探针Ce6@HA-TTDTT。
[0044] 5)用含有靶向纳米探针Ce6@HA-TTDTT NP的培养基孵育过量表达CD44受体的肿瘤细胞HeLa,4小时后将细胞置于激光共聚焦荧光显微镜下,以635nm的激光激发,收集700-800nm之间的荧光,拍摄照片,获得细胞成像结果。
[0045] 6)以HeLa细胞为模型进行光热、光动力协同治疗效果检测,先前步骤与纳米粒子的共聚焦荧光成像相同,玻璃底的共聚焦皿在培养箱中培养24h后。吸取上清液,分两组加入用不完全培养液DMEM配置浓度为20μΜ的HA-TTDTT NP和 Ce6@HA-TTDTT NP溶液,孵育4h,用PBS缓冲液轻微清洗细胞2遍后,进行 PTT/PDT,用635nm激光器光照(0.8W/cm2,
8min),之后加入1mL DMEM包含的AM/PI指示剂(5×10-6M)。一段时间后通过共聚焦成像,PI信号采用515nm的激光作为激发光源,收集600-650nm波段的发射信号。AM信号采用488nm激光作为激发光源,收集500-550nm波段发射信号,并叠加成图。
[0046] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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