一种肿瘤微环境触发光热治疗的纳米体系及其制备方法

本发明涉及医药，具体涉及一种肿瘤微环境触发的光热治疗纳米体系及其制备方法。

背景技术：

1、根据国家癌症中心发布的统计数据显示，我国居民的癌症发病率升高，一生中患癌概率高达36％，且呈现年轻化、高死亡率的趋势。因此，癌症(即恶性肿瘤)已成为国民生命健康的最大威胁。目前，癌症的临床治疗方法主要有放射治疗、化学治疗和外科手术治疗等。这些传统治疗方式都存在一定的局限性：放射治疗过程中产生的电离辐射对人体的正常组织会造成不同程度的损伤，副作用大；化学治疗则通过不同给药途径作用于全身，难以根治癌症，副作用大且易产生耐药性；外科手术在切除病灶的同时也会造成新的创伤，手术创面大、易感染易复发，切除原发灶时无法防止癌症转移，对转移癌束手无策。因此，发展通用有效、毒副作用小、特异性高的癌症治疗方法对国民生命健康至关重要。

2、随着科技的快速发展，一种新兴的癌症临床治疗方法—光热疗法受到广泛关注。光热疗法利用光热转化剂将特定波长的光吸收并转化为热产生局部高温以消融癌症细胞，具有定位性好、创伤小、不良反应少、特异性高和抗转移等优点，被认为是极具潜力的癌症临床疗法。从作用机理可以看出，光热疗法需要外置光源和光热转化剂。然而，常见光源在机体的有效穿透深度非常有限，一般小于5毫米，又由于外置光源具有定位性，使得光热疗法只能用于浅表层实体瘤的治疗，对深层肿瘤、转移瘤等束手无策。然而，我国癌症发病居前五位的肿瘤依次为：肺癌、胃癌、肝癌、食管癌、结直肠癌。这些高发病率癌症均是深层肿瘤，光热疗法都难以奏效。因此，光源穿透深度低是限制光热疗法在临床广泛应用的科学难题。

3、化学发光是通过过氧化氢触发化学反应产生活性中间体进而实现发光，而肿瘤微环境中过氧化氢浓度较高。本发明拟将肿瘤微环境、化学发光和光热过程巧妙结合起来，通过肿瘤微环境中高浓度的过氧化氢触发化学发光，原位形成光源实现光热治疗，极大拓展光热治疗范围且能同时实现生物成像，为恶性肿瘤的临床诊治提供新的有效手段，并进一步扩展了光热疗法的临床应用范围，为深部与复发转移肿瘤的诊治带来新的选择。肿瘤微环境、化学发光和光热过程的巧妙结合鲜有报道，且存在技术难点，特别是化学发光组分和光热转化剂在纳米粒子里的负载密度以及它们之间能否有效传递能量。本发明利用弱相互作用将两者直接组装形成纳米粒子，负载密度高、两者间能有效接触并传递能量，实现肿瘤微环境触发的光热治疗体系，彻底摆脱光热治疗对外置光源的依赖。

4、虽然存在基于金纳米粒子的功能化体系，利用肿瘤微环境的高浓度过氧化氢触发化学发光，进而增强光热治疗和光声成像的工作被报道(aggregation of goldnanoparticles triggered by hydrogen peroxide-initiated chemiluminescence foractivated tumor theranostics,angew.chem.int.ed.2021,60,23805–23811.)。但该体系仅仅利用化学发光实现了金纳米粒子表面的反应，实现金纳米粒子的体内聚集提高其对外置光源的波长响应范围和光热转化效率，进而增强了光热过程，但该体系仍需要外置光源(808nm)实现光热过程，所以该体系并没有摆脱体系对外置光源的需求，不能根本地解决光热治疗过程中光源穿透的难题；且体系涉及重金属，其生物安全性有待检验。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明提供一种肿瘤微环境触发光热治疗的纳米体系及其制备方法，通过调节化学发光组分的比例，优化化学发光和光热转化的效率，完全利用肿瘤微环境触发的化学发光实现光热和成像过程，彻底摆脱体系对外置光源的依赖；该体系组分均为有机化合物且可选范围广，其生物安全性有了更多的保证。

2、本发明原理在于：由于快速增殖，肿瘤组织具有较为特殊的微环境，这些微环境可用来设计纳米医药体系，实现刺激响应性或选择性以提升疗效。肿瘤组织具有高浓度的过氧化氢，而过氧化氢是触发化学发光的有效成分。基于此，本发明将肿瘤微环境、化学发光和光热过程巧妙结合起来，设想利用肿瘤微环境的高浓度过氧化氢触发化学发光产生光源；再引发后续的光热过程进行癌症治疗。本发明拟构筑含化学发光组分和光热转化剂的纳米体系，并进行表面包覆以提升稳定性和生物相容性。该纳米体系在肿瘤组织富集后，微环境的高浓度过氧化氢触发化学发光组分发光，原位产生光源并被光热转化剂吸收升温实现光热治疗；同时光热转化剂还会被激发释放荧光实现生物成像功能。

3、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

4、第一方面，本发明提供一种肿瘤微环境触发光热治疗的纳米体系，所述纳米体系包括化学发光组分、光热转化剂和表面包覆材料，所述表面包覆材料用于包覆化学发光组分和光热转化剂。

5、优选地，所述表面包覆材料包覆在化学发光组分和光热转化剂混合体系的外表面。

6、优选地，化学发光组分、光热转化剂、表面包覆材料的质量比为1-10：1-10：1-20。

7、优选地，所述化学发光组分包括鲁米诺类、化学发光试剂类、双草酸酯类、schaap’s dioxetane类中的至少一种。

8、优选地，所述鲁米诺类包括鲁米诺、鲁米诺钠盐、盐酸鲁米诺、n-(β-羧丙酰基)异鲁米诺中的至少一种；所述化学发光试剂类包括cla、mcla中的至少一种；双草酸酯类包括草酸二苯酯、双(2,4,6-三氯苯基)草酸酯、草酸双(2,4-二硝基苯基)酯、草酸双(五氟苯基)酯、草酸双[2,4,5-三氯-6-(戊氧羰基)苯基]酯、双(2-戊氧羰基-3,5,6-三氯苯基)草酸酯、对甲基苯甲醇草酸二酯中的至少一种；所述schaap’s dioxetane类包括methyl acrylatedioxetane、dicyanomethylchromone dioxetane中的至少一种。

9、优选地，所述光热转化剂包括苝二酰亚胺类、吲哚菁绿类、七甲川花菁染料类、酞菁染料类、hemicyanine–rhodamine类、隐花青素类、二酮吡咯并吡咯类、croconaine类、卟啉类、方酸类、苯并噻二嗪类中的至少一种。

10、更优选地，所述苝二酰亚胺类包括四氯-n.n'-二辛基苝二酰胺、二辛基苝二酰亚胺中的至少一种，吲哚菁绿类为icg，七甲川花菁染料类为nir780，酞菁染料类包括pcbu4、nir775中的至少一种，hemicyanine–rhodamine类为rc，隐花青素类为隐花青素，二酮吡咯并吡咯类为pdpp，croconaine类包括croc、crocrot i中的至少一种，卟啉类为原卟啉，方酸类为方酸，苯并噻二嗪类为bbteht。

11、优选地，所述表面包覆材料包括双亲性聚合物类、脂质体及其功能化体系、各类细胞膜中的至少一种。

12、更优选地，所述双亲性聚合物类包括p123、f127中的至少一种；所述脂质体及其功能化体系包括磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱、二硬脂酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰乙醇胺中的至少一种；所述各类细胞膜包括红细胞膜、巨噬细胞膜中的至少一种。

13、第二方面，本发明提供一种肿瘤微环境触发光热治疗的纳米体系的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

14、1)将化学发光组分、光热转化剂分别溶于溶剂，形成化学发光组分溶液、光热转化剂溶液；将表面包覆材料置于溶剂中，形成表面包覆材料的溶液或分散液；

15、2)将化学发光组分溶液和光热转化剂溶液加入表面包覆材料的溶液或分散液中，混合得到均一体系，并去除有机溶剂得到纳米体系。

16、优选地，步骤1)中，所述溶剂包括水、各类缓冲液、氢氧化钠水溶液、乙醇、甲醇、四氢呋喃、二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、丙酮、乙腈、氯仿、二氯甲烷中的至少一种。

17、更优选地，所述各类缓冲液包括tris、bbs、mops、hepes、cbs、pbs、cpbs、mes中的至少一种。

18、优选地，步骤1)中，所述化学发光组分在化学发光组分溶液中的浓度为0.1-50mg/ml，所述光热转化剂在光热转化剂溶液中的浓度为0.1-50mg/ml，所述表面包覆材料在表面包覆材料溶液或分散液中的浓度为0.1-500mg/ml。

19、优选地，步骤2)中，所述加入的滴加速度为1-5ml/min，所述混合温度为0-100℃。

20、优选地，步骤2)中，所述混合方法包括搅拌、超声或共挤出中的至少一种；所述去除有机溶剂的方法包括旋转蒸发、透析中的至少一种。

21、优选地，搅拌转速为1-1500rpm，搅拌1-300min；超声功率为1-500w/cm2，超声频率为1-100khz，超声时间为1-300min；共挤压往返次数为1-25次。

22、第三方面，本发明提供一种肿瘤微环境触发光热治疗的纳米体系的应用。

23、优选地，所述应用包括制备光热治疗多种肿瘤，包括胃癌、食管癌、肝癌、肠癌、肺癌、卵巢癌、乳腺癌、胰腺癌、脑癌、皮肤癌、淋巴癌的药物、制备生物成像剂。

24、优选地，所述纳米体系实时监测纳米粒子的体内分布并评估肿瘤治疗效果。

25、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

26、(1)本发明首次提出肿瘤微环境触发的光热治疗体系，构建含化学发光组分和光热转化剂的纳米体系，利用肿瘤微环境的高浓度过氧化氢触发化学发光，在肿瘤部位原位形成光源实现光热治疗。

27、(2)本发明涉及的肿瘤微环境触发的光热治疗体系极大地拓展了光热疗法的应用范围。在肿瘤部位原位形成光源，不仅省去了外置光源，使体系更为简洁、廉价；而且彻底解决光源穿透深度问题，可以拓展到几乎所有肿瘤类型。

28、(3)本发明涉及的肿瘤微环境触发的光热治疗体系具有很强的特异性。由于化学发光过程是由过氧化氢特异性触发，因而该体系能特异性杀伤高过氧化氢浓度的肿瘤细胞和组织，对正常细胞或组织没有损伤。

29、(4)本发明涉及的肿瘤微环境触发的光热治疗体系是诊疗一体化体系。在进行肿瘤光热治疗时，该体系还能实现生物成像，可以实时地监测纳米粒子的瘤内富集情况并评估肿瘤治疗效果。

30、(5)本发明的肿瘤微环境触发的光热治疗体系有望极大地提升光热疗法在肿瘤临床治疗的应用范围和疗效，同时为光治疗相关领域的发展提供了新思路。