CN107158382A - 基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体及其制备方法，其特征在于：纳米载体是以空心普鲁士蓝纳米粒子为外壳结构，在外壳结构的空心中填充有温敏性材料；所需负载的药物均匀混合于温敏性材料中，从而构成载药纳米载体。本发明基于药物纳米载体技术，将普鲁士蓝和温敏性材料联合作为热响应刺激单元，基于温敏性材料的相转变物理现象和普鲁士蓝的高光热转换效率，使得纳米载体在808nm激光照射下很快将周围环境温度升高超过温敏性材料沸点，引发药物快速释放。

Description

基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体及其制 备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种热刺激响应型药物释放纳米载体及其制备方法。

背景技术

在癌症治疗中，化疗是临床治疗癌症的重要手段之一，而化疗药物由于其本身的细胞毒性，在杀灭癌细胞的同时，带给患者的副作用也是巨大的，而且往往是全身性的毒副作用。刺激响应释放是一种既能降低毒副作用，又能提高药物利用率的解决方法。随着药物纳米载体研究的不断推进，刺激响应型药物释放纳米载体逐渐成为研究者们关注的重点。刺激响应型药物释放纳米载体是利用一种或多种生物相容的材料合成的具有在特定的外源性或内源性刺激下进行如质子化、水解、超分子构象变化或物理相变等响应能力的纳米载体，通过其装载药物可以达到在病变部位定点释放的目的。外源性刺激包括热、光、磁场等，内源性刺激包括酶的浓度、pH值、氧化还原梯度等。

普鲁士蓝是一种生物相容性极好的材料，美国食品药品管理局(Food and DrugAdministration)认证其为对人体无害物质，并在2003年批准其医用于铊中毒解毒剂。近年来的研究发现，普鲁士蓝同时还具有很强的近红外光吸收能力和较高的光热转换效率，是一个优秀的光热治疗剂。目前将普鲁士蓝纳米粒子用于刺激响应型纳米载体的研究少，其中具有代表性的是将普鲁士蓝纳米粒子与药物交联的明胶结合，利用内源性刺激——明胶水解酶作为刺激源，将与粒子结合的明胶水解，达到刺激响应型药物释放的目的。但因为明胶水解酶在正常组织细胞同样存在，药物的选择上也存在一定的限制性。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体，以期望可以使其具有外源性刺激响应型能力，避免对正常细胞的伤害，并同时适用于亲水和疏水药物。

本发明为解决技术问题，采取如下技术方案：

本发明基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体，其特点在于：所述纳米载体是以空心普鲁士蓝纳米粒子为外壳结构，在所述外壳结构的空心中填充有温敏性材料；所需负载的药物均匀混合于所述温敏性材料中，从而构成载药纳米载体；

利用所述温敏性材料的固-液相变现象，实现药物响应释放的方式为：在低于所述温敏性材料熔点的温度环境下，混合有药物的温敏性材料在所述空心普鲁士蓝纳米粒子中呈固态，药物不释放；当以外部刺激作用于纳米载体时，所述空心普鲁士蓝纳米粒子产生热量，使内部空心位置的温度达到所述温敏性材料熔点及以上时，混合有药物的温敏性材料在所述空心普鲁士蓝纳米粒子中呈液态，而从空心普鲁士蓝纳米粒子的介孔处溢出，实现药物释放。

优选的，所述温敏性材料为十四醇、石蜡、十五醇或十四酸。

所述外部刺激为光刺激、微波刺激、磁力刺激、超声刺激或体热引发的热刺激。其中体热引发的热刺激是指当人体温度升高到高于温敏性材料的熔点时，空心普鲁士蓝纳米粒子的温度同时升高，从而使内部空心位置的温度达到所述温敏性材料熔点及以上。

本发明的纳米载体同时适用于亲水性或疏水性药物，如阿霉素、喜树碱、长春花碱、紫杉醇、吉西他滨或卡培他滨等。

上述基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体的制备方法，包括如下步骤：

(1)首先通过水热法制备空心普鲁士蓝纳米粒子；

(2)将热敏性材料和药物溶解在挥发性有机溶剂中，获得混合溶液；将所述空心普鲁士蓝纳米粒子分散到相同有机溶剂中，获得纳米粒子重悬液；

(3)将所述混合溶液和所述纳米粒子重悬液混合后，搅拌，使部分溶有热敏性材料和药物的有机溶剂进入空心普鲁士蓝纳米粒子的空心中；然后升温至所述有机溶剂的沸点以上，恒温搅拌，使空心普鲁士蓝纳米粒子内部和外部的有机溶剂挥发完全，获得分散于液态热敏性材料中的载药纳米载体分散液；

(4)继续恒温，并在所述载药纳米载体分散液中加温度不低于温敏性材料熔点的去离子水，搅拌，然后离心分离，获得载药纳米载体；室温下，所述载药纳米载体中的热敏性材料凝固。

以十四醇为例，上述制备方法包括如下步骤：

(1)首先通过水热法制备空心普鲁士蓝纳米粒子；

(2)将100～600mg十四醇溶解在6mL、1～2mg/mL药物的甲醇溶液中，20～50℃下搅拌至混合均匀，获得混合溶液；将5～30mg所述空心普鲁士蓝纳米粒子分散到3mL甲醇溶液中，获得纳米粒子重悬液；

(3)将所述混合溶液和所述纳米粒子重悬液混合后，搅拌1～2h，使部分溶有十四醇和药物的甲醇溶液进入空心普鲁士蓝纳米粒子的空心中；然后升温至70～90℃，恒温搅拌2～4h，使空心普鲁士蓝纳米粒子内部和外部的甲醇溶液挥发完全，获得分散于液态十四醇中的载药纳米载体分散液；

(4)继续恒温，并在所述载药纳米载体分散液中加温度70～90℃的去离子水，搅拌30min；然后在温度设定为40℃的离心机上离心分离，离心转速13000r/min、离心时间10min，获得载药纳米载体；室温下，所述载药纳米载体中的十四醇凝固。

离心过程中，十四醇中的载药纳米载体转移至水相并沉淀，十四醇密度比水小，浮与溶液上方。

如图1所示，以温敏性材料十四醇为例，其在常温下为无色固体，其熔点为38℃，高于人体内正常体温，具有作为刺激响应型药物释放纳米载体组成材料的潜力。将其与药物同时装载于空心普鲁士蓝纳米粒子中，低于38℃时，十四醇混合药物相变为固体，利用近红外光照射等刺激普鲁士蓝产生热量，使环境温度高于38℃，十四醇相变为液体并且释放药物。此刺激响应型药物释放体系对于亲水药物或疏水药物都有效。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明的纳米载体具有热刺激响应药物释放能力，同时还是优秀的光热治疗剂，是光热治疗与化疗联合的一种形式。

2、本发明的纳米载体即可以装载亲水药物又可以装载疏水药物，克服了一般纳米载体只能单一装载亲水或疏水药物的不足。

3、本发明制备过程简单、条件温和，具有大规模生产的可能，具有工业和实际应用的潜力。

4、本发明所使用的材料具有很好的生物相容性，对人体无直接或间接毒害作用，人体均能排出，无潜在毒性。

5、本发明的纳米载体具有良好的分散性和稳定性，有利于临床使用。

6、本发明的热刺激响应型纳米载体，其所用外源性刺激可为808nm近红外光，做出的响应为温度升高并进行药物释放，这样的方式减少了药物对其他组织细胞的伤害，实现了药物的靶向释放，提高了药物的利用率。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为实施例1中制备的空心普鲁士蓝纳米粒子(图2a)和未载药的空白纳米载体的紫外吸收光谱图(图2b)；

图3为实施例2制备的搭载亲水药物阿霉素的纳米载体与实施例1中的空白纳米载体以及游离阿霉素的紫外吸收光谱对比图(图3a)、及实施例3制备的搭载疏水药物喜树碱的纳米载体与实施例1中的空白纳米载体以及游离喜树碱的紫外吸收光谱对比图(图3b)。

图4为空心普鲁士蓝纳米粒子和实施例2制备的载药纳米载体的热重分析图。

图5a为实施例2中不同浓度的载药纳米载体水分散液的升温曲线图，图5b为浓度150μg/mL的载药纳米载体水分散液的相应升温稳定性曲线图。

图6a为实施例2制得的搭载亲水药物阿霉素的纳米载体在不同温度下的药物释放曲线，图6b为实施例3制得的搭载疏水药物喜树碱的纳米载体在不同温度下的药物释放曲线，

图7a为实施例2制得的搭载亲水药物阿霉素的纳米载体在间断激光照射下的药物释放曲线，图7b为实施例3制得的搭载疏水药物喜树碱的纳米载体在间断激光照射下的药物释放曲线。

图8a为未经激光照射时，游离阿霉素、实施例1中的空白纳米载体及实施例2的载药纳米载体对HeLa细胞的杀伤效果，图8b为经过808nm激光照射5min时三者对HeLa细胞的杀伤效果。

图9a为未经激光照射时，游离喜树碱、实施例1中的空白纳米载体及实施例3的载药纳米载体对HeLa细胞的杀伤效果，图9b为经过808nm激光照射5min时三者对HeLa细胞的杀伤效果。

具体实施方式

实施例1

本实施例按如下方法制备空白纳米载体：

(1)首先通过水热法制备空心普鲁士蓝纳米粒子：

称取3g的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于40mL的0.01mol/L的盐酸溶液，搅拌至完全溶解，再加入132mg的铁***，搅拌至完全溶解，置于80℃下反应20小时，得到介孔普鲁士蓝；

将20mg的介孔普鲁士蓝溶于20mL的0.1mol/L的盐酸溶液，再加入200mg的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌1小时，置于140℃下反应2小时，得到空心普鲁士蓝纳米粒子；

(2)将300mg十四醇溶解在6mL甲醇溶液中，50℃下搅拌至混合均匀，获得十四醇溶液；将15mg空心普鲁士蓝纳米粒子分散到3mL甲醇溶液中，获得纳米粒子重悬液；

(3)将十四醇溶液和纳米粒子重悬液混合后，搅拌1h，使部分溶有十四醇的甲醇溶液进入空心普鲁士蓝纳米粒子的空心中；然后升温至70℃，恒温搅拌4h，使空心普鲁士蓝纳米粒子内部和外部的甲醇溶液挥发完全，获得分散于液态十四醇中的空白纳米载体分散液；

(4)继续恒温，并在空白纳米载体分散液中加温度70℃的去离子水，搅拌30min；然后在温度设定为40℃的离心机上离心分离，离心转速13000r/min、离心时间10min，获得空白纳米载体；室温下，空白纳米载体中的十四醇凝固。

图2a为空心普鲁士蓝纳米粒子的紫外吸收光谱，其表征方法为：将所得空心普鲁士蓝纳米粒子的水溶液稀释至不同浓度(10μg/mL、20μg/mL、40μg/mL、60μg/mL、80μg/mL、100μg/mL)，并测试其紫外-可见吸收光谱图；图2b为未载药的空白纳米载体的紫外吸收光谱，其表征方法为：将空白纳米载体稀释至不同浓度(20μg/mL、40μg/mL、60μg/mL、80μg/mL、100μg/mL)，并测试其紫外-可见吸收光谱。对比图2a和图2b可知，十四醇成功载入空心普鲁士蓝纳米粒子的空心中，而使得其在相同质量浓度下的吸收峰降低。

实施例2

本实施例按如下方法制备搭载亲水药物的纳米载体：

(1)按实施例1相同的方法制备空心普鲁士蓝纳米粒子。

(2)将300mg十四醇溶解在6mL、1mg/mL亲水药物阿霉素的甲醇溶液中，50℃下搅拌至混合均匀，获得混合溶液；将15mg空心普鲁士蓝纳米粒子分散到3mL甲醇溶液中，获得纳米粒子重悬液；

(3)将混合溶液和所述纳米粒子重悬液混合后，搅拌1h，使部分溶有十四醇和阿霉素的甲醇溶液进入空心普鲁士蓝纳米粒子的空心中；然后升温至70℃，恒温搅拌4h，使空心普鲁士蓝纳米粒子内部和外部的甲醇溶液挥发完全，获得分散于液态十四醇中的载药纳米载体分散液；

(4)继续恒温，并在载药纳米载体分散液中加温度90℃的去离子水，搅拌30min；然后在温度设定为40℃的离心机上离心分离，离心转速13000r/min、离心时间10min，获得搭载亲水药物阿霉素的纳米载体；室温下，载药纳米载体中的十四醇凝固。

图3a为本实施例搭载亲水药物阿霉素的纳米载体与实施例1中的空白纳米载体以及游离阿霉素的紫外吸收光谱对比图，从图中可以看到，在400-500nm范围内，阿霉素有一个吸收峰，同时在这个范围内，载药纳米载体的吸收相应提高，这表明纳米载体成功搭载药物。

图4为空心普鲁士蓝纳米粒子和本实施例所得载药纳米载体的热重分析图，其表征方法为：将制得的纳米粒子和载药纳米载体冻干后，利用热重分析仪，将待测的粒子置于空气气氛下，由室温逐步升高至400℃，实时测量粒子质量，如图所示，空心普鲁士蓝纳米粒子质量比载药纳米载体质量的下降程度小，表明十四醇从粒子中去除。

图5a为不同浓度的载药纳米载体水分散液的升温效果图，其表征方式为：取3mL待测溶液于808nm激光照射器照射，照射时间为10min、激光强度为2W，间隔10s记录一次温度。结果说明随着纳米载体浓度的升高，升温效果增加。图5b为浓度150μg/mL载药纳米载体水分散液的相应升温稳定性测试图，可以看出，载药纳米载体具有很好的光热稳定性。

图6a为本实施例制得的搭载亲水药物阿霉素的纳米载体在不同温度下的药物释放曲线，其表征方式为：将载药纳米载体溶于去离子水中(浓度150μg/mL)，然后取1mL置于5000Da的透析袋中，再将透析袋置于30mL的去离子水中，加热至不同温度(25℃、37℃、38℃、42℃、45℃)并搅拌。从释放曲线的变化可以看出，十四醇在熔点温度以下时为固体，几乎不释放药物，而温度达到熔点后，十四醇液化，开始大量释放药物，说明了十四醇具有良好的温度响应能力。

图7a为本实施例制得的搭载亲水药物阿霉素的纳米载体在间断激光照射下的药物释放曲线，其表征方式为：将载药纳米载体溶于去离子水中(浓度150μg/mL)，然后取1mL置于离心管中。首先将离心管置于恒温37℃的细胞孵育箱中10min(激光关)，然后13000r/min离心5min，采集上清液并测试累计释放量；将沉淀重悬为1mL溶液并再置于恒温37℃的细胞孵育箱中，开激光照射5min(同时以不照射的对照组样品作为对比)，再次离心并采集上清液、测试累计释放量；再将沉淀重悬为1mL溶液并置于恒温37℃的细胞孵育箱中10min(激光关)。重复激光开关多次。结果表明了载药纳米载体具有良好的光刺激响应药物释放能力。

图8a为未经激光照射时，游离阿霉素、实施例1中的空白纳米载体及本实施例的载药纳米载体对HeLa细胞的杀伤效果，图8b为经过808nm激光照射5min时三者对HeLa细胞的杀伤效果。可以看出，未经激光照射时，游离阿霉素对HeLa细胞具有一定的杀伤效果，但空白纳米载体及本实施例的载药纳米载体对细胞的伤害很小，再经过激光照射后，游离阿霉素对细胞的杀伤效果无显著变化，但空白纳米载体及本实施例的载药纳米载体对细胞杀伤效果明显增强且超过游离阿霉素造成的效果，载药纳米载体的杀伤效果强于空白纳米载体的杀伤效果。

实施例3

本实施例按实施例2相同的方法制备搭载药物的纳米载体，区别仅在于将实施例2中的亲水药物阿霉素换为疏水药物喜树碱。

图3b为本实施例搭载疏水药物喜树碱的纳米载体与实施例1中的空白纳米载体以及游离喜树碱的紫外吸收光谱对比图，从图中可以看到，在350-400nm范围内，喜树碱有一个吸收峰，同时在这个范围内，载药纳米载体的吸收相应提高，这表明纳米载体成功搭载药物。

图6b为本实施例制得的搭载疏水药物喜树碱的纳米载体在不同温度下的药物释放曲线，其表征方式为：将载药纳米载体溶于去离子水中(浓度150μg/mL)，然后取1mL置于5000Da的透析袋中，再将透析袋置于30mL的0.1vt％的吐温-80的水溶液中，加热至不同温度(25℃、37℃、38℃、42℃、45℃)并搅拌。从释放曲线的变化可以看出，疏水药物的释放与亲水药物的释放具有相同的趋势，即都是在超过十四醇熔点温度后，大量释放，说明了载体对亲疏水药物都具有刺激响应载体的作用。

图7b为本实施例制得的搭载疏水药物喜树碱的纳米载体在间断激光照射下的药物释放曲线，其表征方式与实施例1相同，区别仅在于是将载药纳米载体溶于0.1vt％的吐温-80的水溶液中。结果表明了纳米载体对疏水药物同样具有良好的光刺激响应药物释放能力。

图9a为未经激光照射时，游离喜树碱、实施例1中的空白纳米载体及本实施例的载药纳米载体对HeLa细胞的杀伤效果，图9b为经过808nm激光照射5min时三者对HeLa细胞的杀伤效果。结果可以看出未经激光照射时，空白纳米载体和载药载体对细胞杀伤较小，而经过激光照射后杀伤效果远大于游离喜树，且载药纳米载体杀伤效果强于空白纳米载体。

Claims (4)

1.基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体，其特征在于：

所述纳米载体是以空心普鲁士蓝纳米粒子为外壳结构，在所述外壳结构的空心中填充有温敏性材料；所需负载的药物均匀混合于所述温敏性材料中，从而构成载药纳米载体；

利用所述温敏性材料的固-液相变现象，实现药物响应释放的方式为：在低于所述温敏性材料熔点的温度环境下，混合有药物的温敏性材料在所述空心普鲁士蓝纳米粒子中呈固态，药物不释放；当以外部刺激作用于纳米载体时，所述空心普鲁士蓝纳米粒子产生热量，使内部空心位置的温度达到所述温敏性材料熔点及以上时，混合有药物的温敏性材料在所述空心普鲁士蓝纳米粒子中呈液态，而从空心普鲁士蓝纳米粒子的介孔处溢出，实现药物释放。

2.根据权利要求1所述的基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体，其特征在于：所述温敏性材料为十四醇、石蜡、十五醇或十四酸。

3.根据权利要求1所述的基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体，其特征在于：所述外部刺激为光刺激、微波刺激、磁力刺激、超声刺激或体热引发的热刺激。

4.一种权利要求1～3中任意一项所述基于空心普鲁士蓝的热刺激响应型药物释放纳米载体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)首先通过水热法制备空心普鲁士蓝纳米粒子；

(2)将热敏性材料和药物溶解在挥发性有机溶剂中，获得混合溶液；将所述空心普鲁士蓝纳米粒子分散到相同有机溶剂中，获得纳米粒子重悬液；

(3)将所述混合溶液和所述纳米粒子重悬液混合后，搅拌，使部分溶有热敏性材料和药物的有机溶剂进入空心普鲁士蓝纳米粒子的空心中；然后升温至所述有机溶剂的沸点以上，恒温搅拌，使空心普鲁士蓝纳米粒子内部和外部的有机溶剂挥发完全，获得分散于液态热敏性材料中的载药纳米载体分散液；

(4)继续恒温，并在所述载药纳米载体分散液中加温度不低于温敏性材料熔点的去离子水，搅拌，然后离心分离，获得载药纳米载体；室温下，所述载药纳米载体中的热敏性材料凝固。