一种生物被膜靶向的自组装复合纳米系统、制备方法及其应用

本发明属于药物制剂，尤其涉及一种生物被膜靶向的自组装复合纳米系统、制备方法及其应用。

背景技术：

1、由于耐药菌的迅速出现，引起了大量的公共卫生问题，导致了巨大的公共医疗和财政负担。导致细菌感染死亡率高居不下的原因主要是耐药性，而生物被膜在细菌对抗生素耐药性中起重要作用。生物被膜不仅能阻碍抗生素在生物被膜内的渗透作用，从而阻止抗生素杀伤生物被膜内的细菌；同时生物被膜内低氧的生存环境使得生物被膜内的细菌能通过表型转换从野生型转变为小菌落变体，由于其新陈代谢水平较低，并且毒力因子的表达低于正常表型，宿主先天免疫系统难以通过毒素和促炎因子分泌来检测scv的存在，使得其可以规避宿主免疫系统的识别和抗菌药物的杀灭；而其在脱离原有的感染部位，重新感染其它细胞时会迅速恢复为完全有毒的野生型。此外，细菌可以通过分泌因子(核酸酶、溶血素等)直接攻击宿主的免疫细胞抑制宿主免疫反应对其的清除。生物被膜屏障除了阻碍抗生素和宿主免疫因子对细菌的抗菌作用，同时还能充当急性感染的病灶源，随时释放致病的浮游菌造成宿主的复发性感染。由于抗生素治疗受到剂量和多药耐药性的限制，甚至抗微生物药物在根除生物被膜感染方面无效，迫切需要开发具有高效抗生物被膜且不易产生耐药性的新型的治疗策略。

2、光动力疗法是目前有前景的抗微生物感染策略。其以光敏剂为主，在适宜波长光照下产生活性氧等抗菌活性物质，具有破坏细菌细胞壁和dna并诱导细菌凋亡或坏死的巨大潜力，且不易产生耐药性。然而临床批准的光敏剂(卟啉及其衍生物)光动力效率受其水溶性的限制，其在水介质中平面堆积而聚集导致其在吸收光谱的红光区域具有较低的吸收系数。具有比表面积大、尺寸小、规则的金属有机框架可以使配体通过金属节点和有机连接体形成可控有序配位的结晶多孔结构，并且由于金属-接头桥接单元的协同作用和周期性结构，可以实现优化的卟啉光子功能和光捕获能力。

3、氨基酸是宿主必需的营养物质，同时具有良好的水溶性和生物相容性。并且在细菌感染过程中，其可以在感染初始炎症和感染清除后的组织恢复过程中触发或促进宿主免疫反应。在感染初期，宿主需要大量的氨基酸通过产生促炎因子inos和tnf-α等抵抗细菌的感染；而当细菌清除后，宿主需要利用氨基酸产生抗炎因子arg-1和il-4等促进感染部位的组织修复。

4、纳米凝胶由于其良好的物理化学特性(药物控释和对水溶液的亲和力)，优异的胶体稳定性，高细胞内在化特性以及在血液中保持惰性被广泛作为药物载体应用。天然聚合物具有毒性较小、良好的生物相容性和可生物降解性。将治疗剂掺入天然的凝胶基质中可保护活性化合物免于降解、增强吸收、改善治疗效果并降低给药频率。并且一些天然的凝胶基质对细菌具有靶向黏附作用，可以增强治疗剂的疗效。

5、在药物的给药途径中，静脉注射可以避免首过效应，起效快，高生物利用度等优点，但是由于抗菌药物在体内的非特异性分布，血液中单核巨噬系统清除作用以及生物被膜对抗菌药物的屏障作用，无法实现长效精准治疗生物被膜感染。目前，临床上根治生物被膜最有效的治疗方法是通过外科手术去除感染组织，这导致患者的依从性低，治疗成本高。因此，亟需一种新策略来提高对生物被膜的靶向性从而高效精准治疗生物被膜感染。

技术实现思路

1、本发明提供了一种生物被膜靶向的自组装复合纳米系统、制备方法及其应用，解决因无法靶向生物被膜感染部位和穿透生物被膜导致抗菌药物难以根除生物被膜的问题，并且自组装复合纳米系统可在感染部位释放长时间停留，协同光动力和免疫以增强其抗生物被膜活性，同时促进感染组织恢复，为生物被膜感染治疗提供了一种新的治疗策略。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种生物被膜靶向的自组装复合纳米系统，原料包括有机配体、金属离子和凝胶基质；

3、所述有机配体包括有机配体a和有机配体b；所述有机配体a为光敏剂类配体；所述有机配体b为氨基酸类配体。光敏剂类配体用于产生光动力作用杀伤生物被膜，氨基酸类配体用于提高宿主免疫反应，促进纳米系统对生物被膜的治疗，凝胶基质用于靶向黏附生物被膜，促进纳米系统对生物被膜的穿透，从而使纳米系统杀伤生物被膜内的细菌，避免复发性感染。

4、本发明的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统的活性成分由有机配体、金属离子和凝胶基质组成，自组装复合纳米系统具有双重靶向性，不仅能高效靶向感染部位，在感染部位停留时间长达15天，还能靶向黏附和有效穿透生物被膜产生活性氧，克服因生物被膜屏障的阻碍而导致常规治疗药物不易穿透生物被膜的难题；从而提高了其对生物被膜感染的治疗效果。

5、进一步地，所述有机配体a和有机配体b的质量比为1-3∶1-2。

6、进一步地，所述有机配体a包括血红素、中-四(4-羧基苯基)卟吩、5，10，15，20-四(4-氨基苯基)卟啉和苯甲酸中的至少一种；

7、所述有机配体b包括精氨酸和赖氨酸中的至少一种；

8、所述金属离子包括三价铁离子、钙离子和锆离子中的至少一种；

9、所述凝胶基质包括明胶、瓜尔胶和角豆胶中的至少一种。

10、进一步地，所述有机配体a为中-四(4-羧基苯基)卟吩或苯甲酸；

11、所述有机配体b为精氨酸；

12、所述金属离子为钙离子或锆离子；

13、所述凝胶基质为明胶。

14、一种所述的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统的制备方法，包括以下步骤：

15、将有机配体a溶解于有机溶剂(优选为n，n-二甲基甲酰胺)中，加入金属离子超声混合，搅拌制成金属有机框架a；然后将有机配体b溶于水中，加入所述金属有机框架a，通过配体置换制备金属有机框架b；最后将凝胶基质溶解后加入所述金属有机框架b中，搅拌，制得生物被膜靶向的自组装复合纳米系统。

16、进一步地，所述的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统的制备方法，具体包括以下步骤：

17、(1)将有机配体a溶解于n，n-二甲基甲酰胺中，加入金属离子超声1min混合，温度为60-90℃，搅拌速度500r/min，时间为8-24h，得到金属有机框架a；

18、(2)将有机配体b溶解于水中，加入所述金属有机框架a中，温度为60℃，搅拌速度500r/min，时间为24h，通过配体置换制备金属有机框架b；

19、(3)将凝胶基质溶解后加入所述金属有机框架b中，温度为40℃，搅拌速度500r/min，时间为24h，制得生物被膜靶向的自组装复合纳米系统。

20、进一步地，所述金属有机框架b、金属离子和凝胶基质的质量百分含量分别为48-80％、6-10％和12-42％。

21、所述的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统在制备具有生物被膜靶向的自组装复合纳米系统产品中的应用。

22、所述的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统在制备抗感染药物中的应用。

23、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

24、本发明的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统，具有光动力治疗活性，能靶向生物被膜感染部位，同时能靶向黏附于生物被膜并穿透生物被膜，精准高效地治疗了细菌生物被膜感染。同时，自组装复合纳米系统可以长时间停留在感染部位从而提高了其利用效率，并且具有调节免疫反应的作用，促进宿主对细菌的清除以及组织的恢复。

25、本发明的生物被膜靶向的自组装复合纳米系统由金属有机框架和纳米凝胶技术制备，解决生物被膜难以穿透而导致复发性感染问题。自组装复合纳米系统实现对感染部位和生物被膜的双重靶向性，精准高效靶向黏附于生物被膜，并且在感染部位的停留时间可长达15天，降低频繁给药的繁复性，同时提高了纳米系统在感染部位的治疗效率。同时光动力疗法协同免疫可以调节宿主的免疫反应促进宿主对细菌的清除以及组织的恢复，为生物被膜感染治疗提供了一种新策略。