一种自级联增强的多模式肿瘤治疗纳米药物及其制备方法和应用

本发明属于肿瘤治疗纳米药物，具体涉及一种自级联增强的多模式肿瘤治疗纳米药物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、肿瘤具有无限增殖、能够逃避免疫监察并且容易发生转移等特征，致死率达到每年一千万人次，这也是目前困扰来自材料学、医学和生物学等领域的研究学者、专家等的难点问题。目前肿瘤治疗的手段主要包括手术切除、放射疗法、化学疗法和免疫疗法等。这些传统的治疗手段具有一定的治疗效果，但也存在着副作用，如靶向率低、具有一定的毒性等。光动力学疗法作为一种新兴的治疗手段，具有高渗透性和非侵入性，但其治疗效果也受到肿瘤乏氧的微环境的限制。在此基础上，多模式联用肿瘤治疗成为当前肿瘤治疗研究的热点。

2、结合肿瘤的酸性、高氧化应激、乏氧等微环境，多种多模式联用的纳米材料设计思路被提出。除此之外，纳米材料本身具有可设计性和多功能性，为多模式联用肿瘤治疗奠定了基础。对于肿瘤乏氧的微环境，可以利用其内部丰富的过氧化氢，结合过氧化氢酶的作用，从而分解过氧化氢产生氧气，改善肿瘤内部乏氧的微环境。对于肿瘤酸性的微环境，可以设计具有酸性响应的纳米载体来递送纳米药物，从而可以避免其对其他正常组织造成的损伤。由于肿瘤的不断增殖需要丰富的营养进行维系，鉴于此，“饥饿疗法”的引入可以减缓肿瘤细胞增殖，造成细胞凋亡，同时也会产生过氧化氢。基于此，根据单个疗法本身的特点，合理设计一种能够进行级联协作的多模式肿瘤治疗纳米药物具有良好的研究价值与应用前景。

3、近年来，纳米技术介导的药物传递系统发展迅速，借助纳米材料载体作用，可实现靶向性和高效率药物传递。目前纳米载体被广泛应用于光敏剂的递送用于肿瘤的光动力学治疗，但是由于肿瘤乏氧的微环境，肿瘤的光动力学疗法效果十分有限。虽然也有将葡萄糖氧化酶和光敏剂(具有过氧化氢酶活性)进行联合使用来缓解乏氧，但它们彼此都需要载体来进行递送。除此之外，单一疗法即使能够高效靶向和递送到肿瘤部位，其肿瘤治疗效果依然十分有限，因此需要根据肿瘤的微环境以及各个疗法的特点来设计多模式的肿瘤治疗纳米药物进而起到相得益彰的肿瘤治疗效果。

技术实现思路

1、发明目的：为了应对乏氧肿瘤微环境下光动力学疗法的效果有限、单一模式治疗效果有限的挑战，设计了一种自级联增强的多模式肿瘤治疗纳米药物，提出了选用纳米材料为载体实现锌离子介导的治疗，以纳米材料为载体成功递送具有催化功能的元件和可以介导光动力学治疗的元件到肿瘤部位。在肿瘤部位，具有催化功能的元件可以诱发肿瘤的饥饿治疗。同时，可以介导光动力学治疗的元件可以促发肿瘤的光动力学治疗。基于以上的治疗方法相结合可以激活肿瘤的免疫治疗，进而实现多模式肿瘤治疗新策略。

2、技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自级联增强的多模式肿瘤治疗纳米药物，所述肿瘤治疗纳米药物是通过具有释放锌离子的功能元件、具有催化功能的元件与介导光动力治疗的元件自组装形成。

3、其中，所述具有释放锌离子的功能元件包括但不仅限于zif-8、zif-90或mof-5纳米材料，此类型的纳米材料以zn2+作为金属位点，以2-甲基咪唑、2-咪唑甲醛、对苯二甲酸等作为有机配体。在酸性、氧化应激等条件下，此类型的纳米材料能够降解，并且释放出锌离子，实现锌离子介导的治疗。本发明中能够释放锌离子的材料以zif-8为例。

4、其中，所述具有催化功能的元件包括但不限于蛋白酶、核酶和纳米酶(具有催化功能的纳米材料)等能够进行生物催化反应的材料。本发明中具有催化功能的材料以蛋白酶(葡萄糖氧化酶)为例。

5、本发明所述以介导光动力治疗的元件包括但不限于酞菁类、金丝桃素、卟啉类化合物以及金纳米颗粒、银纳米颗粒等材料，这些材料能够作为光敏剂，进而介导光动力治疗，最终在特定波长光的照射下会产生具有细胞杀伤功能的单线态氧。本发明中介导光动力学治疗的材料以卟啉类化合物(tcpp-mn)为例。

6、其中，本发明所述的自装方式包括但不限于自组装(物理作用，结构特征等引发自组装)，化学组装(通化学键方式组装、共价或非共价组装、静电作用等)、范德华力等。本发明中的自组装方式主要是tcpp-mn和葡萄糖氧化酶通过疏水作用组装而成。外层的载体zif-8材料是通过金属离子zn2+和有机配体2-甲基咪唑自组装形成。

7、本
技术实现要素：
包括所述的自级联增强的多模式肿瘤治疗纳米药物的制备方法，包括以下步骤：

8、1)具有释放锌离子的功能元件的制备；

9、2)具有催化功能的元件的制备；

10、3)介导光动力学治疗的元件的制备；

11、4)将步骤1)的锌离子释放的元件、具有催化功能的元件和介导光动力学治疗的元件自组装即得。

12、其中，所述的具有释放锌离子的功能元件通过化学合成方法制备。其中，所述具有催化功能的元件制备方法包括以下方式：

13、1)化学合成；

14、2)生物合成；

15、3)生物合成后化学修饰。

16、其中，所述可以介导光动力学治疗的元件制备方法包括以下方式：

17、1)化学合成；

18、2)物理获得。

19、其中，所述方法具体包括以下步骤：

20、1.1)tcpp-mn@葡萄糖氧化酶的制备；

21、1.2)将步骤1.1)制备的tcpp-mn@葡萄糖氧化酶与锌离子释放元件纳米材料zif-8自组装制备得到t@g@zif-8。

22、其中，步骤1.1)中的tcpp-mn@葡萄糖氧化酶的制备方法如下：将tcpp-mn溶液、水和葡萄糖氧化酶溶液搅拌，避光透析即得。

23、本发明内容还包括所述的一种自级联增强的多模式肿瘤治疗纳米药物在制备治疗肿瘤药物方面的应用。

24、其中，所述肿瘤包括但不仅限于乳腺癌。本发明肿瘤疾病为例进行研究，后续可拓展至细菌感染造成的疾病。

25、本发明的机理：

26、本发明使用葡萄糖氧化酶作为载体搭载光敏剂和过氧化氢酶模拟物tcpp-mn。葡萄糖氧化酶在氧化葡萄糖的同时释放出外源的过氧化氢，补充内源的过氧化氢。随之过氧化氢被具有类过氧化氢酶活性的tcpp-mn分解产生氧气，形成自级联的氧气增强，可以有效缓解肿瘤乏氧微环境，提高光动力学疗法的效果。除此之外，作为载体的zif-8酸解后会释放出锌离子，在细胞内产生过量的ros并造成线粒体膜电位的失调，形成锌离子过载介导的治疗，与葡萄糖氧化酶介导的饥饿疗法和之后诱发的免疫疗法构成自级联增强的多模式肿瘤疗法。本发明中的纳米药物对治疗原位瘤和抑制肺转移具有良好的效果。

27、有益效果：本发明通过简单合成方法获得纳米载体材料，并将具有催化功能的材料和可以介导光动力学治疗的材料通过共组装形成纳米药物，并应用于小鼠的乳腺癌的荷瘤模型和转移瘤模型中，均表现出好的抗肿瘤效果和抗转移效果。通过改变具有释放锌离子的功能元件类型、催化功能的元件类型、可以介导光动力学治疗的元件类型以及自组装方式，可以推广至其他疾病的协同治疗。本发明的多功能纳米药物具有制备工艺简单，绿色经济、环境友好、成本低廉、工艺简单和可大批量生产等优点。