一种负载β-酸的pH响应磁性Fe3O4修饰壳聚糖纳米颗粒及其制备方法和应用

本发明属于生物医药及肿瘤治疗，具体涉及一种负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒及其制备方法和应用。

背景技术：

1、如今，结直肠癌(crc)是一种常见的胃肠道恶性肿瘤，患者每年占全球死亡人数的9.4％。目前，结直肠癌的治疗主要依靠手术和化疗，但仍有患者死于癌症复发和转移。肿瘤治疗过程中肠道菌群处于动态平衡状态。结直肠癌化疗药物(5-氟尿嘧啶、丝裂霉素、阿霉素等)毒副作用大，体内选择性差，缺乏靶向性，多采用静脉输注给药，口服给药(例如，尿嘧啶替加富片、卡培他滨片)较少。虽然与其他给药方式相比，口服给药可显著提高患者的接受度和依从性，但口服给药仍面临着药物溶解度差、胃肠道环境复杂、药物在胃肠道中的非特异性分布等诸多挑战。为了有效克服口服给药的不足，应用纳米技术制备载活性成分的纳米颗粒用于给药，可以增强药物穿透肠道屏障的能力，减轻全身不良反应，提高治疗效率潜力。口服药物也是调节肠道微生物最方便的方式。因此，开发新型给药系统，使抗肿瘤药物从结肠部位释放，提高抗肿瘤药物的肿瘤靶向性，减少给药剂量，对结直肠癌的临床治疗具有重要意义。

2、化疗药物使用时间较长，患者已产生耐药性，但新药开发周期长，研发成本高。天然产物一直受到研究者的关注，天然植物中活性抗肿瘤物质的应用是抗肿瘤研究的前沿领域。啤酒花是世界上广泛种植的多年生植物。啤酒花树脂是一种重要的次生代谢产物，从中可分离出α-酸、β-酸、α-硬脂酸、β-硬脂酸、多酚和挥发油。β-酸可以从啤酒花提取物中获得。据报道，β-酸对结直肠癌细胞(caco-2、sw620、ht29、hct116)、前列腺癌细胞(pc3、du145)、乳腺癌细胞(mcf-7、mda-mb-231)具有显著的抑制作用。此外，β-酸还具有抑制不同种类细菌生长的特性。β-酸具有抗癌和抗菌双重作用，在结直肠癌的临床治疗中可发挥积极作用。

3、天然和/或合成的生物材料已被广泛应用于制备纳米药物载体，其中天然聚合物具有毒性低、生物相容性好、生物可降解以及易于获取等优点。在不同类型的天然生物材料中，壳聚糖因其广泛利用、高生物相容性、高机械强度和生物降解性而备受关注。壳聚糖是世界年产量仅次于纤维素的第二大多糖，由n-乙酰-d-氨基葡萄糖和β-(1-4)-d-氨基葡萄糖组成。壳聚糖在酸性条件下可被溶解产生质子化反应，促使壳聚糖成为阳离子聚合物，可以与不同种类的分子相互作用，其结构中羟基和氨基的存在使得壳聚糖可以与其他基团发生反应。以壳聚糖为主要底物的纳米颗粒在药物传递中有着广泛的应用，研究发现构成纳米颗粒的不同材料会影响其物理化学性质。研究人员将天然产物(姜黄素、白藜芦醇、槲皮素、喜树碱等)装入壳聚糖基纳米颗粒中，体外研究发现，纳米颗粒对癌细胞有明显的抑制作用，且载药纳米颗粒的抗癌活性优于游离药物。研究人员以三聚磷酸钠为交联剂，制备了载β-酸的壳聚糖纳米颗粒，发现载药纳米颗粒对结直肠癌细胞(hct116和ht29)有良好的抑制作用，而对人正常肠上皮细胞(ncm460)没有明显的细胞毒性。

4、almeida等人成功地将喜树碱装载到聚乙二醇和油酸修饰的壳聚糖胶束中，随后的体内抗癌研究结果报道，口服载药胶束可显著降低肿瘤发生率和炎症体征。在纳米颗粒递送紫杉醇治疗结直肠癌小鼠的研究中，证实了载药纳米颗粒不仅对结直肠癌有良好的疗效，而且可以改变肠道菌群中细菌的数量和结构。以上结果验证了负载有效成分的纳米颗粒不仅可以有效治疗结直肠癌，还可以通过调节肠道菌群发挥结直肠癌抑制作用。由于壳聚糖在许多天然生物材料中具有良好的生物相容性，更多的研究将活性小分子加载到壳聚糖纳米颗粒中，使药物的释放效果由原来的突然释放变为缓慢释放，延长了药物的作用时间，提高了生物利用度，有助于减少患者给药次数。一般来说，胃的ph值接近1.2，小肠的ph值约为6.0-6.8，小肠末端的ph值为6.8-7.0，结肠部位的ph值为6.5-7.5。先前的体外药物释放研究发现，β-酸从纳米颗粒中释放依赖于ph值的变化。靶向给药概念的兴起导致了纳米颗粒给药研究的发展。利用磁性分子修饰纳米颗粒后，药物在外加磁场条件下可靶向富集于结直肠部位，最终抑制肿瘤的发展。

5、但是，现有技术中制备出的纳米颗粒不具有ph和磁刺激响应的特性，因此在释药研究难以达到准确释药；且上述纳米颗粒不能既治疗结直肠癌，又调节肠道菌群。因此，亟需提供一种能够克服上述缺陷的产品，用于结直肠癌的治疗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒及其制备方法和应用，设计了利用壳聚糖、三聚磷酸钠、四氧化三铁而制备载β-酸的纳米颗粒，不仅能治疗结直肠癌，还能调节肠道菌群，且生物安全性良好。

2、本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将壳聚糖加入醋酸溶液中，搅拌溶解，配置成壳聚糖水溶液；

5、(2)将β-酸乙醇溶液与步骤(1)中所制得的壳聚糖水溶液混合搅拌，得到混合溶液1；

6、(3)将fe3o4加入到步骤(2)中所制得的混合溶液1中，经搅拌得到混合溶液2；

7、(4)将三聚磷酸钠溶液，与步骤(3)中所制得的混合溶液2混合搅拌，离心后即得所述负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒。

8、进一步的，在步骤(1)中，所述醋酸溶液的浓度为1-2％，所述壳聚糖水溶液中壳聚糖的浓度为1-20mg/ml。

9、进一步的，在步骤(2)中，所述β-酸乙醇溶液为将β-酸溶于无水乙醇中制得的浓度为1-50mg/ml的溶液，所述β-酸乙醇溶液与所述壳聚糖水溶液的混合比例为1：1—1:5，所述搅拌为在室温条件下搅拌10-90min。

10、进一步的，在步骤(3)中，所述fe3o4的添加量为200-600mg，所述搅拌为在室温条件下搅拌1-2h。

11、进一步的，在步骤(4)中，所述三聚磷酸钠溶液的浓度为1-10mg/ml，所述混合溶液2与三聚磷酸钠溶液质量比为2:1，所述搅拌为在室温的条件下搅拌1-2h。

12、本发明还提供了一种利用所述的制备方法制备得到的负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒。

13、本发明还提供了所述的负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒在制备抑菌药物中的应用，所述抑菌包括抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌。

14、本发明还提供了所述的负载β-酸的ph响应磁性fe3o4修饰壳聚糖纳米颗粒在制备抗癌药物中的应用。

15、进一步的，所述抗癌为抗结直肠癌。

16、进一步的，所述结直肠癌为结直肠癌细胞hct-116。

17、本发明有益效果在于：

18、β-酸作为一种出自于天然植物啤酒花中的有效成分，前期的研究发现β-酸对不同种类的细菌、癌细胞均有良好的抑制作用。为了拓展β-酸的应用范围，本发明设计了利用壳聚糖、三聚磷酸钠、四氧化三铁而制备载β-酸的纳米颗粒。本发明利用红外、扫描电镜、透射电镜等表征技术对纳米颗粒进行了验证。在性质研究中，发现负载β-酸的纳米颗粒能够保持纯β-酸的抑菌、抗癌特性。除此之外，载β-酸的壳聚糖磁性纳米颗粒能够被hct116细胞成功摄取。小鼠体内安全性实验发现该载药纳米颗粒是安全的，小鼠原位结直肠癌动物模型实验表明载药纳米颗粒能够显著抑制结直肠癌的发展，同时，该纳米颗粒不仅能治疗结直肠癌，还能调节肠道菌群，且生物安全性良好。