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一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用

阅读:176发布:2020-05-12

专利汇可以提供一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 属于 生物 医学技术领域,涉及一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒 复合材料 制备方法和应用。本发明聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs,所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs为黑色粉末状固体,n为Au和G5.NH2的摩尔比,n=50-400。本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs具有貌尺寸可控,分散性和 稳定性 好,良好的细胞相容性、无细胞毒性,良好的CT成像效果等优点;本发明可作为 造影剂 应用于CT成像,本发明制备方法操作简单。,下面是一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用专利的具体信息内容。

1.一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用,其特征在于:所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs为黑色粉末状固体,n为Au和G5.NH2的摩尔比,n=50-400。
2.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用,其特征在于:所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs是通过第五代树状大分子G5.NH2作为起始原料,将一端被来酰亚胺活化的聚乙二醇单甲酸mPEG化学键合在第五代树状大分子G5.NH2的表面,调节控制G5.NH2-mPEG和HAuCl4的摩尔比,再进行乙酰化修饰。
3.根据权利要求1所述的一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用,其特征在于:所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的mPEG和G5.NH2的摩尔比为16.7:1。
4.一种根据权利要求1-3所述的任一聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用,其特征在于:步骤如下:
第一步 G5.NH2- mPEG的制备
在良好搅拌下,向G5.NH(2 20mg,0.0007mmol),的DMSO溶液(10mL)中滴加一端被马来酰亚胺活化的聚乙二醇单甲醚(30.76mg,0.0154 mmol,Mw=2000),的DMSO溶液(5mL),搅拌反应3d后溶液由无色变为浅黄色,将反应液放入透析袋(Mw=1000)中,分别用磷酸盐缓冲液简称PBS、蒸馏(各4次,2L)透析三天,冷冻干燥,得到淡黄色粉末状固体G5.NH2- mPEG;
第二步 制备[(Au0)50-G5.NHAc-mPEG]DENPs
分别按以下表1中指定的配比,将相应含量的HAuCl4的水溶液(10-15mg/ml)在良好搅拌下加入G5.NH2- mPEG的水溶液(1-2mg/ml)中,反应液瞬间变成浅黄色,搅拌混合30-40min后,向反应液中加入相应量的的NaBH(4 1ml,V水:V甲醇=2:1)溶液,反应液瞬间变成深酒红色,搅拌反应2h,随后向上述反应液中加入相应量的三乙胺(TEA)继续搅拌30-40min后,向反应体系中加入相应量的乙酸酐(Ac2O),搅拌反应24h后将反应液放入透析袋中,分别用磷酸盐缓冲液(PBS),蒸馏水透析3-4天(各3-4次,每次2-3L),经冷冻干燥,即得[(Au0)50-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
5.根据权利要求1-3所述聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料制备方法和应用,其特征在于:将[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs分散在PBS缓冲液中,PBS缓冲液的 pH值为7.2,配制浓度为5-20mg mL-1的分散液,分别经由腹腔注射和瘤内注射到荷瘤鼠体内,在注射前后不同时间点分别利用Mico-CT扫描肿瘤部位获取图像。

说明书全文

一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复

合材料制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于生物医学技术领域,涉及一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs及制备方法和应用。

背景技术

[0002] 分子影像学是将分子生物学技术和现代医学影像学相结合的产物,由精密的成像技术检测机体的生理和病理变化过程,再通过一系列的图像后处理技术,达到显示活体组织在分子和细胞平上的生物学过程的目的。分子影像学揭示的是疾病早期发生过程中的基因水平的异常,可以在病变细胞的分子发生改变时就发现病情,从而实现癌症的早期精确的诊断和治疗。分子影像学的主要成像技术主要包括核医学成像、超声成像、磁共振成像(简称MRI)、光学成像、射线断层扫描成像(简称CT)等方法。其中,CT成像术具有空间分辨率高、图像采集时间短、可整体成像的优点,同时,费用较低廉,在医学的临床检测中发挥着非常重要的作用。但是,CT成像技术也存在一些亟需解决的问题,如软组织分辨率差、检测过程中存在放射性辐射、传统含碘造影剂高浓度时存在肾脏毒性等。
[0003] 目前临床上应用的CT含碘造影剂主要为含碘的小分子化合物,包括有机碘和无机碘小分子化合物,例如泛影酸、碘海醇等。然而,由于肾脏对小分子含碘造影剂的快速清除效应,含碘化合物只有非常短的成像时间,并对肾脏具有一定的毒副作用
[0004] 随着科技的发展,2010年,相继报道了利用聚乙二醇(简称PEG)修饰的Dendrimer作为模板,采用种子生长法制备了Au NPs,并研究了所制备Au NPs的血池造影效果,证实此类Au NPs较商业化的含碘造影剂具有更好的CT成像效果。但是,上述研究中所制备的Au NPs的尺寸不易控制,且对所制备的材料缺乏足够的毒性检测,同时未探讨其在血液中的代谢,也未考察材料对肿瘤部位的成像效果。因此研制一种无细胞毒性,形貌尺寸可控,具有良好的CT成像效果的造影材料是十分必要的。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs及制备方法和应用。本发明聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs具有形貌尺寸可控,分散性和稳定性好,良好的细胞相容性、无细胞毒性,良好的CT成像效果等优点;本发明可作为造影剂应用于CT成像,本发明制备方法操作简单。
[0006] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为。
[0007] 一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs,所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs为黑色粉末状固体,n为Au和G5.NH2的摩尔比,n=50-400。
[0008] 所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs是通过第五代树状大分子G5.NH2作为起始原料,将一端被来酰亚胺活化的聚乙二醇单甲酸mPEG化学键合在第五代树状大分子G5.NH2的表面,调节控制G5.NH2-mPEG和HAuCl4的摩尔比,再进行乙酰化修饰。
[0009] 所述[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的mPEG和G5.NH2的摩尔比为16.7:1。
[0010] 一种聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的制备方法,其特征在于:步骤如下:第一步 G5.NH2- mPEG的制备
在良好搅拌下,向G5.NH(2 20mg,0.0007mmol),的DMSO溶液(10mL)中滴加一端被马来酰亚胺活化的聚乙二醇单甲醚(30.76mg,0.0154 mmol,Mw=2000),的DMSO溶液(5mL),搅拌反应3d后溶液由无色变为浅黄色,将反应液放入透析袋(Mw=1000)中,分别用磷酸盐缓冲液简称PBS、蒸馏水(各4次,2L)透析三天,冷冻干燥,得到淡黄色粉末状固体G5.NH2- mPEG。
[0011] 第二步制备[(Au0)50-G5.NHAc-mPEG]DENPs分别按以下表1中指定的配比,将相应含量的HAuCl4的水溶液(10-15mg/ml)在良好搅拌下加入G5.NH2- mPEG的水溶液(1-2mg/ml)中,反应液瞬间变成浅黄色,搅拌混合30-
40min后,向反应液中加入相应量的的NaBH(4 1ml,V水:V甲醇=2:1)溶液,反应液瞬间变成深酒红色,搅拌反应2h,随后向上述反应液中加入相应量的三乙胺(TEA)继续搅拌30-40min后,向反应体系中加入相应量的乙酸酐(Ac2O),搅拌反应24h后将反应液放入透析袋中,分别用磷酸盐缓冲液(PBS),蒸馏水透析3-4天(各3-4次,每次2-3L),经冷冻干燥,即得[(Au0)50-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0012] 本发明聚乙二醇修饰的第五代树状大分子包裹的纳米金颗粒复合材料[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs应用于CT成像,将[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs分散在PBS缓冲液中,PBS缓冲液的 pH值为7.2,配制浓度为5-20mg mL-1的分散液,分别经由腹腔注射和瘤内注射到荷瘤鼠体内,在注射前后不同时间点分别利用Mico-CT扫描肿瘤部位获取图像。
[0013] 本发明的有益效果:(1)本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs相对于商业化的含碘造影剂而言,具有更长的CT成像时间和更好的CT成像效果。
[0014] (2)本发明利用聚乙二醇修饰,有效地提高了G5.NH2的分子半径,增强了G5.NH2的模板效应和对AuNPs的稳定效果,在不同的介质、不同的温度和不同的值介于的条件下均具有良好的胶体稳定性,具有更高的X-射线衰减系数,具有良好的细胞相容性。附图说明
[0015] 图1本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs(n=50、100、150、200、250、300、350、400)的合成路线示意图。
[0016] 图2本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的紫外吸收光谱图(n=50(1),100(2),150(3),200(4),250(5),300(6),350(7),400(8))。
[0017] 图3本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的在相同Au和I浓度时的X-射线衰减系数测试图。
[0018] 图4 mPEG-MAL(a:CDCl3)、G5.NH2- mPEG(b:CDCl3,c:D2O)和[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs(d:D2O)的1HNMR图谱。
[0019] 图5本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的透射电镜图片和尺寸分布直方图。
[0020] 图6不同浓度的本发明[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs与SPC-A1细胞共培养4h后的MTT细胞毒性测试图(n=6)。
[0021] 图7经由不同注射方式(腹腔注射和瘤内注射)注射 [(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs ([Au]=0.1M,100μL)后不同时间点的荷瘤鼠肿瘤部位的Mico-CT横断面图像(a)及CT值(b)。

具体实施方式

[0022] 为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
[0023] 本发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs(n=50、100、150、200、250、300、350、400)的合成路线如图1所示。
[0024] 实施例1第一步 G5.NH2- mPEG的制备
在良好搅拌下,向G5.NH(2 20mg,0.0007mmol),的DMSO溶液(10mL)中滴加一端被马来酰亚胺活化的聚乙二醇单甲醚(30.76mg,0.0154 mmol,Mw=2000),的DMSO溶液(5mL),搅拌反应3d后溶液由无色变为浅黄色,将反应液放入透析袋(Mw=1000)中,分别用磷酸盐缓冲液简称PBS、蒸馏水(各4次,2L)透析三天,冷冻干燥,得到淡黄色粉末状固体G5.NH2- mPEG。
[0025] 第二步制备[(Au0)50-G5.NHAc-mPEG]DENPs分别按以下表1中指定的配比,将相应含量的HAuCl4的水溶液(10mg/ml)在良好搅拌下加入G5.NH2- mPEG的水溶液(1mg/ml)中,反应液瞬间变成浅黄色,搅拌混合30min后,向反应液中加入相应量的冰的NaBH(4 1ml,V水:V甲醇=2:1)溶液,反应液瞬间变成深酒红色,搅拌反应2h,随后向上述反应液中加入相应量的三乙胺(TEA)继续搅拌30min后,向反应体系中加入相应量的乙酸酐(Ac2O),搅拌反应24h后将反应液放入透析袋中,分别用磷酸盐缓冲液(PBS),蒸馏水透析3天(各4次,每次2L),经冷冻干燥,即得[(Au0)50-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0026] 实施例2制备[(Au0)100-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)100-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0027] 实施例3制备[(Au0)150-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)150-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0028] 实施例4制备[(Au0)200-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)200-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0029] 实施例5制备[(Au0)250-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)250-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0030] 实施例6制备[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0031] 实施例70
制备[(Au)350-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)350-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0032] 实施例80
制备[(Au)400-G5.NHAc-mPEG]DENPs
按以下表1中指定的的配比重复实施例1的方法,即得[(Au0)400-G5.NHAc-mPEG]DENPs,为黑色粉末状固体。
[0033] 由图2 可知,本发明的G5.NH2包裹了AuNPs后对其末端基的乙酰化反应没有明显的影响,图3也同时证明,G5.NH2末端的氨基已经全部乙酰化。图4的透射电镜图片显示,当n≤150时,所制备的AuNPs的尺寸均分布在较小的范围(1-6nm),这证明了作为模板的G5.NH2对于AuNPs的生成和生长起到了很好的模板和稳定作用。
[0034] 表1[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs制备过程中用到的不同原料的摩尔比一、性能检测
1、本发明的细胞相容性测试
(1)MTT比色法
本发明使用MTT比色法,首先将SPC-A1细胞以1×104密度接种于96孔细胞培养板内培养24h,吸去上层培养液,加入含有不同浓度的[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs(材料浓度为
200、500、1000、2000、3000nM,每组做六个平行样)新培养液后在37℃,CO2恒温培养箱中孵育4h。吸去上层培养液后加入新鲜培养液200μL,并加入20μL MTT溶液(5mg/mL),混合均匀后将培养板置于37℃CO2恒温培养箱中孵育4h后吸去上层培养液,加入20μL DMSO溶液,于水平振荡器振荡20min使甲臜充分溶解后用酶标仪测试溶液在570nM处的吸光值,细胞相对增殖率=(实验孔吸光值-空白孔吸光值)/(阴性对照孔吸光值-空白孔吸光值)。不同浓度的本发明实施例6[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs的MTT比色法测试结果如图5所示。
[0035] 如图5所示,结果表明与阴性空白对照组的细胞相比,[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs培养的细胞在材料的浓度达到3000nM时仍然具有相似的细胞活(P<0.05,n=6),表明在此浓度范围内,[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs对SPC-A1细胞活力无明显影响。
[0036] (2)X-射线衰减系数测试发明[(Au0)n-G5.NHAc-mPEG]DENPs的在相同Au和I浓度时的X-射线衰减系数测试,结果如图2所示。结果说明,修饰了PEG的AuDENPs其X-射线衰减系数并未受到明显影响。
[0037] (3)流式细胞术细胞周期及调亡检测5
本发明使用流式细胞术细胞周期及调亡检测,首先,将SPC-A1细胞以3×10密度接种于6孔细胞培养板内培养24h至细胞长满培养板底部的80%后,吸去上层培养液,加入含有材料浓度1000nM和2000nM的[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs的新鲜培养液,将培养板在37℃恒温培养箱中孵育4h(每种浓度平行做组);随后,吸去培养板内上层培养基,用PBS冲洗3次后用0.25%的乙二胺四乙胺胰酶消化后收集细胞于10mL Eppendorf管,1000rpm离心5min,吸去上层胰酶,用PBS洗3次后使细胞重悬于PBS中,加入适量碘化丙啶溶液染色15min以上细胞悬浮液用200目尼龙网过滤后上机,将样品加入流式细胞仪的样品室进行测试。测试结果如表2所示。
[0038] 表2[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs培养SPC-A1细胞后的细胞周期和凋亡率的分析结果由表2可知,在此浓度范围内[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs对SPC-A1细胞周期和凋亡无影响,与MTT比色法得出的结论相一致。说明本发明无细胞毒性,生物相容性好。
[0039] 2、本发明用于CT成像技术将本发明实施例2制备的[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs ([Au]=0.2M,50μL) 分散在PBS缓冲液中,PBS缓冲液的pH值为7.2,配制浓度为5-20mg mL-1的分散液,分别经由腹腔注射(图6)和瘤内注射(图7)到荷瘤鼠体内,在注射前后不同时间点分别利用Mico-CT扫描肿瘤部位获取图像。
[0040] 由图6可知,其肿瘤部位的密度较空白对照的荷瘤鼠有所增加,且随着注射后时间的延长,肿瘤部位的边界逐渐清晰,在注射6h后的扫描图像中,肿瘤部位与周围组织形成明显的对比,可以清晰地观察到肿瘤的边界,且注射后1、2、4、6h时间点测得的CT值随着时间的延长也呈现出递增的趋势,说明[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs经由腹腔注射后,可以在肿瘤部位实现材料的富集造影。
[0041] 由图7可知,肿瘤内注射[(Au0)300-G5.NHAc-mPEG]DENPs后,Mico-CT扫描得到的图像较注射前肿瘤部位具有明显的对比增强效果,肿瘤部位的CT测量值较空白对照的荷瘤鼠而言明显增高;在注射6h后,肿瘤部位的CT值(HU=194.97±20.88)仍明显高于注射前(HU=43.26±6.18,P<0.05,n=3,图7(b)),说明在肿瘤内部具有较慢的代谢时间,能够长时间的CT造影成像,且CT成像效果良好。
[0042] 可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。
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