具有近红外光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多功能纳米药物载体及其制备方法和应用，尤其涉及一种具有近红外光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]光热治疗是近年来快速发展的一种肿瘤局部治疗方法。它是利用外源性光热分子或载体在肿瘤部位富集，在近红外光(650-900nm)光照下产生光热效应，进而诱导肿瘤的急性坏死及免疫反应等(Adv.Mater.，2013，25:3869-3880 ；Nat.Rev.Cancer,2014，14:199-208 ；Theranostics,2013，3:152-166 ；Acc.Chem.Res.，2011, 44:947-956)。光热治疗作为一种微创治疗技术，可有效抑制肿瘤生长，已经引起了人们的极大关注。开发具有高光热转换效率的材料并将其用于靶向光热治疗，是当前的研究热点。
[0003]光热治疗材料主要包括有机近红外碳菁染料和无机金纳米棒、硫属铜基纳米材料、石墨稀等。包括金纳米棒、金纳米笼、金纳米壳等在内的贵金属金纳米材料是研究较为深入的纳米材料之一，但是贵金属材料成本高、光稳定性较差等问题限制了其生物应用。硫属铜基纳米材料是一种低成本、高光热转换效率的光热试剂(Langmuir, 2014，30:1416-1423 ；ACS Nano, 2015，9:1788-1800)，但其生物相容性较差，具有潜在的毒性风险。碳菁染料如吲哚菁绿(ICG)、Cypate等因其良好的光热转换效率和生物安全性而具有良好的临床应用前景(B1materials，2011, 32:7127-7138)。碳菁染料的光热转换效率、光稳定性等光理化特性和组织分布、细胞摄取等体内生物学行为是影响其光热治疗效果的关键因素。近年来，纳米药物载体用于包载碳菁染料，可明显提高其光稳定性和肿瘤组织靶向性(ACS Nano, 2013，7:2056-2067 !B1materials, 2012，33:5603-5609 ；Adv.Funct.Mater.，2013，23: 5893-5902 ； ACS Nano, 2011，5:5594-5607 ；B1materials, 2014, 35:4656-4666)，使碳菁染料在肿瘤光热治疗中的应用空间更加广阔。聚合物胶束可显著提高Cypate等碳菁染料肿瘤组织分布和细胞摄取，并使其在肿瘤组织较长时间滞留，实现更有效肿瘤光热治疗。因此，纳米药物载体能有效克服碳菁染料细胞摄取难、靶向性差等问题，可提高碳菁染料对肿瘤光热治疗效果。最近，碳菁染料与化疗药物通过纳米药物载体共传输实现化疗与光热联合治疗，其肿瘤疗效比单一光热治疗或化疗更好，具有一定的协同增效作用(Theranostics, 2014, 4:399-411 ；PoIym.Chem.，2014, 5:3707-3718 ；Adv.Mater.，2015，27:903-910)。另外，碳菁染料在近红外光诱导下可以通过活性氧自由基诱导溶酶体膜的破裂，促进药物的胞浆转运，对实现化疗与光热治疗协同作用至关重要(Theranostics, 2014, 4:399-411)。然而，智能响应的纳米药物载体在肿瘤协同治疗领域报道较少。因此，通过结合化疗药物和光热治疗物质构建用于肿瘤化疗与光热协同治疗的纳米药物载体，有望实现更高效、更安全的肿瘤治疗。
[0004]众多纳米材料中，二氧化硅纳米粒因其结构可控、孔径可调、尺寸可变以及丰富的化学改造空间而成为一种良好的纳米药物载体(Acc.Chem.Res.，2013，46:792-801)。基于硅纳米粒独特的空间结构和表面化学特性，研究人员已经构建出在药物传输中更具优势的刺激响应性(如光、pH、温度等)娃纳米载体，实现了智能响应药物传输(Acc.Chem.Res.，2013，46:339-349)。结合介孔二氧化硅多孔性结构和化学可修饰性特点，人们将介孔二氧化硅用于药物可控释放(J.Am.Chem.Soc.，2009，131:3462-3463)、基因药物递送(Proc.Natl.Acad.Sc1.，2005，102:11539-11544)、生物大分子的可控缓释放(J.Am.Chem.Soc.，1999，121:9897-9898)等。负载抗肿瘤药物的介孔二氧化硅纳米载体，能将药物有效传递到肿瘤细胞内，并发挥抑制肿瘤细胞作用(Small，2007，3:1341-1346)。二氧化硅纳米粒作为一种递药系统平台已经受到广泛关注(Acc.Chem.Res.，2013, 46:792-801)。功能化二氧化硅纳米粒在体外细胞和动物体内成像方面具有良好的应用前景。荧光染料分子掺杂的二氧化硅纳米粒可以明显增强荧光和提高其光稳定性(Nan0.Lett.，2005，5:113-117)。这种功能化的纳米粒可用于细胞和动物体内荧光成像，在分子影像和疾病诊断领域具有很好的临床应用潜能(Acc.Chem.Res.，2013，46:1367-1376)。通过功能分子的化学修饰，研究人员可以制备多模式治疗与成像的二氧化硅纳米粒，在肿瘤成像与治疗领域具有重要应用价值。
[0005]基于二氧化娃纳米材料构建光热治疗纳米药物已经开始受到关注(Adv.Funct.Mater.，2014，24:451-459 ；J.Mater.Chem.Β, 2014，2:6064-6071)。介孔二氧化硅纳米材料是一种优良的药物载体，通过化学改造赋予其光热治疗功能可以将药物递送与光热治疗有机结合，对开发多功能纳米药物载体具有启发意义。人们常常利用金对二氧化硅纳米粒进行功能化，获得光热治疗效果的纳米材料(CN 101049631A, 2007 ；CN 103205258 B)。一种硫化铜/介孔二氧化硅核壳纳米材料可以用于光热治疗和药物传递(CN 102961753B, 2014)。虽然金和硫化铜均可以赋予纳米粒光热治疗功能，但是贵金属的高成本和硫化铜的毒性限制了其应用，且该纳米材料不具有荧光成像功能。有机染料可以修饰二氧化硅纳米粒，制备荧光显著增强及光稳定性显著提高的荧光二氧化硅纳米粒，常常用于肿瘤荧光成像(Acc.Chem.Res.，2013，46:1367-1376)。有机碳菁染料是一种具有优良光热转换能力和近红外荧光成像功能的光热分子，可用于修饰二氧化硅纳米粒，赋予其近红外光光热治疗和近红外焚光成像功能。因此，通过碳菁染料Cypate对二氧化娃纳米粒的功能化设计，有望获得具有近红外光响应性光热治疗与化疗协同作用的介孔二氧化硅纳米粒。
[0006]有鉴于上述的内容，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种具有光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒及其制备方法和应用，使其更具有产业上的利用价值。
【发明内容】
[0007]为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有良好的生物相容性和体内肿瘤靶向性，能在近红外光激发下有效产生光热效应抑制肿瘤细胞和体内荧光成像，能有效地将抗癌药物如阿霉素等传输至细胞内发挥化疗作用，能够产生热疗和化疗的协同效应的具有近红外光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒及其制备方法和应用。
[0008]本发明提出的一种具有近红外光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒，其特征在于:所述介孔二氧化娃纳米粒氨基化，所述介孔二氧化娃纳米粒的介孔内部由碳菁染料通过羧基与氨基酯化修饰，所述介孔二氧化娃纳米粒的表面由聚乙二醇修饰，所述碳菁染料通过化学偶联负载于载体，所述介孔二氧化硅纳米粒的介孔孔道内负载有药物。
[0009]作为本发明的进一步改进所述介孔二氧化娃纳米粒直径为30-60nm，所述碳菁染料负载量为5-15w/w%，所述药物负载量为5-10w/w%。
[0010]本发明提出的一种具有近红外光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒的制备方法，其特征在于:包括以下操作步骤:
[0011](I)将高度氨基化介孔二氧化硅纳米粒与药物在溶液中混合，搅拌12-24小时，得到负载药物的二氧化娃纳米粒；
[0012](2)将活化碳菁染料加入上述负载药物的二氧化硅纳米粒溶液中，继续搅拌
12-24小时，然后加入聚乙二醇NHS酯(PEG-NHS)，继续反应24-48小时后，对溶液进行超滤，得到具有近红外光热和体内荧光成像特性的多功能介孔二氧化硅纳米粒。
[0013]作为本发明方法的进一步改进，步骤(I)中所述的高度氨基化介孔二氧化硅纳米粒的制备方法包括如下步骤:
[0014](1.1)将表面活性剂溴化十六烷基三甲铵(CTAB)溶于蒸馏水，配成水溶液，然后加入乙酸乙酯和氨水，快速搅拌30分钟后，缓慢滴