一种瘤内原位交联水凝胶纳米复合物及其制备方法和应用

本发明属于水凝胶纳米复合材料领域，具体涉及一种靶向肿瘤微环境酸性及乏氧双调控的瘤内原位交联水凝胶纳米复合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、肿瘤微环境(tumor microenvironment,tme)是一个复杂的生态系统，其历史概念起源于19世纪virchow提出的炎症与癌症的关系以及paget的“种子与土壤”理论。肿瘤微环境由癌细胞的活动塑造，包含多种细胞类型、细胞外基质、血管网络和免疫细胞，这些因素共同影响肿瘤的生长、侵袭和对治疗的响应。特别是肿瘤微环境中的免疫细胞，如肿瘤相关巨噬细胞(tams)，在肿瘤免疫逃逸和免疫治疗抵抗中扮演着关键角色。

2、肿瘤相关巨噬细胞通过分泌免疫抑制因子和促进血管生成，有助于肿瘤的免疫逃逸和治疗抵抗，而m1型巨噬细胞则具有抗肿瘤活性。放疗和免疫治疗是肿瘤治疗的两大支柱，但它们的效果往往受到tme的影响。tme的酸性和乏氧特性可以导致放疗抵抗，因为乏氧细胞对放射线不敏感，而酸性环境则可能抑制免疫细胞的活性，降低免疫治疗的效果。因此，针对肿瘤微环境的调控策略，如改善乏氧和酸性状态，促进肿瘤相关巨噬细胞向m1型的极化转变，已成为提高放疗和免疫治疗效果的重要研究方向。

3、在肿瘤微环境调控增效免疫治疗领域，研究者们正在探索多种策略以增强免疫系统对肿瘤的杀伤力。这些策略旨在改善肿瘤微环境，使其更有利于免疫细胞的活性和增殖，从而提高免疫治疗的效果。这些策略包括巨噬细胞极化调节、抑制肿瘤相关巨噬细胞招募及肿瘤相关巨噬细胞耗竭等等。水凝胶作为一种新型生物材料，在调控肿瘤相关巨噬细胞和改善肿瘤微环境中也显示出了其独特的优势和应用前景。目前已发表的改善肿瘤微环境的水凝胶复合材料的研究大致可分为以下几种类型：

4、(1)热敏水凝胶材料复合物，如li等报道了可用于放大免疫激活的的gel/(reg+ng/ly)水凝胶体系，以及如gao等报道了可重编肿瘤免疫生态位的lpr@chg纳米颗粒复合物；

5、(2)离子交联水凝胶材料复合物，如shen等开发了一种由elesclomol-cu和半乳糖组成的海藻酸钠水凝胶，可与生理浓度钙离子形成凝胶，以及如ding等报道了用于癌症协同免疫治疗的肿瘤微环境和近红外(nir)光双响应前药水凝胶appf；

6、(3)术后植入水凝胶材料复合物，如psbma水凝胶包裹的阿霉素gel@m/cuo被用于乳腺癌术后的辅助治疗，以及如透明质酸水凝胶包裹的car-t有助于增强car-t细胞在手术床内的分布。

7、综上可见，水凝胶纳米体系在肿瘤微环境治疗中具有显著的优势，为癌症治疗提供了新的策略和方法，预示着其在生物医学领域的应用前景更加广阔。

8、透明质酸是一种水溶性的天然多糖，可以与多价阳离子(如ca2+)交联，在生理浓度ca2+的情况下迅速形成水凝胶。由交联聚合物网络组成的水凝胶常用于治疗药物的局部可控释放。水凝胶可以作为高效的药物载体，负载化疗药物、生物制剂或其他治疗剂，通过局部注射或植入的方式，直接作用于肿瘤微环境。这种给药方式可以提高药物在肿瘤部位的浓度，同时减少全身性副作用。最近，各种基于水凝胶的纳米复合材料引起了人们的关注，并被设计用于肿瘤治疗。透明质酸生物相容性优异，能够在体内降解，减少了对人体的长期影响。此外，纳米水凝胶的柔软性和可塑性使其能够更好地与肿瘤组织相融合，提高治疗效果。

9、这些水凝胶载药体系不仅具有各组分的功能，而且具有协同效应。其中针对解除肿瘤微环境乏氧与低ph这类材料的应用基础研究尤为较多。缺氧和低ph是肿瘤微环境的关键特征，对肿瘤的生长、侵袭、转移和治疗响应产生显著影响。缺氧和低ph环境抑制免疫细胞功能，促进免疫抑制细胞的聚集，帮助肿瘤免疫逃逸。此外，这些条件增加肿瘤细胞对放疗和某些化疗药物的抵抗性，影响药物的分布和活性。因此，提高氧气浓度或调节ph值，是通过改善肿瘤微环境治疗肿瘤的潜在策略。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种靶向肿瘤微环境酸性及乏氧双调控的瘤内原位交联水凝胶纳米复合物及其制备方法和应用，该水凝胶纳米复合物由二氧化锰、乳酸氧化酶和透明质酸通过特定的制备方法形成，能够在肿瘤微环境中发挥协同作用，调节肿瘤微环境，改善低ph和低氧条件，促进肿瘤相关巨噬细胞向m1极化，从而有利于提高放射免疫治疗的效果。

2、为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种瘤内原位交联水凝胶纳米复合物的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1、将透明质酸(ha)完全溶解于超纯水中，一边高速搅拌一边逐滴加入甲基丙烯酸酐(maa)，随后在0℃下高速搅拌一段时间；

5、步骤2、将步骤1得到的溶液用特定截留分子量的透析袋透析一段时间，冻干后得到甲基丙烯化透明质酸(hama)；

6、步骤3、将步骤2得到的甲基丙烯化透明质酸(hama)溶解于超纯水中，然后加入高锰酸钾溶液(kmno4)混合搅拌，利用双键的能量将高锰酸钾还原为二氧化锰；

7、步骤4、将步骤3得到的混合溶液用特定截留分子量的透析袋透析一段时间，冻干后得到甲基丙烯化透明质酸-二氧化锰复合材料(hama-mno2)；

8、步骤5、将步骤4得到的甲基丙烯化透明质酸-二氧化锰复合材料(hama-mno2)溶于超纯水中，加入乳酸氧化酶(lox)，充分搅拌得到瘤内原位交联水凝胶纳米复合物，即hama-mno2/lox；

9、所述hama-mno2/lox能与生理浓度的ca2+溶液交联生成带有mno2纳米颗粒和lox的水凝胶。

10、进一步的，步骤1中，高速搅拌的时间为24h。

11、进一步的，步骤2中，透析袋的截留分子量为8000-14000kda，透析的时间为48h。

12、进一步的，步骤3中，当加入高锰酸钾溶液(kmno4)的颜色由紫色变为棕色时，表示混合溶液中的高锰酸钾已完全还原为二氧化锰。

13、进一步的，步骤4中，透析袋的截留分子量为3000kda，透析的时间为48h。

14、一种瘤内原位交联水凝胶纳米复合物，采用上述的瘤内原位交联水凝胶纳米复合物的制备方法制得。

15、一种上述瘤内原位交联水凝胶纳米复合物的新应用，用于协同调节肿瘤微环境中的免疫反应和肿瘤相关巨噬细胞极化状态。

16、进一步的，尤其是用于协同改善肿瘤微环境中的低ph和低氧条件，并促进肿瘤相关巨噬细胞向m1极化，增减放射免疫治疗效果。

17、一种上述瘤内原位交联水凝胶纳米复合物的新应用，用于作为包括化疗药物和生物制剂在内的抗癌药物的送药系统或载药体系。

18、进一步的，所述抗癌药物的送药系统或载药体系能通过自身透明质酸与钙离子的交联反应在瘤内形成带mno2纳米颗粒和lox的水凝胶，并在肿瘤微环境中发挥协同作用，改善低ph和低氧条件，促进肿瘤相关巨噬细胞向m1极化，从而有助于提高放射免疫治疗的效果，并促进肿瘤细胞的凋亡。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、1、本发明的瘤内原位交联水凝胶纳米复合物(颗粒)由二氧化锰、乳酸氧化酶和透明质酸通过特定的制备方法制得，制备过程相对简单，易于大规模生产，降低了生产成本。

21、2、本发明的瘤内原位交联水凝胶纳米复合物(颗粒)通过透明质酸与钙离子的交联反应，能够在肿瘤局部形成水凝胶，实现药物的局部缓释效果，提高了药物的靶向性和治疗效果。

22、3、本发明的瘤内原位交联水凝胶纳米复合物(颗粒)结合了二氧化锰、乳酸氧化酶和透明质酸的协同作用，能够有效地调节肿瘤微环境中的免疫反应和肿瘤相关巨噬细胞极化状态，特别是有效得改善了肿瘤微环境的低ph和低氧问题，促进了肿瘤相关巨噬细胞向m1极化，从而提高了放射免疫治疗的效果，并促进了肿瘤细胞的凋亡。

23、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。