CN110384685A - 一种核酸修饰的金属有机框架药物载体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核酸修饰的金属有机框架药物载体及其制备方法，属于生物医用材料技术领域。本发明通过核酸构象变化用于金属有机框架药物载体的封装及可控释放，解决药物在给药前的泄漏问题，降低药物对正常细胞的损伤。金属有机框架由于可控的尺寸、可设计的孔形状、大的装载容量和比表面积使其能够装载药物，并且其表面具有可修饰性。因而可以结合核酸序列，由于核酸序列结构的多变性，通过控制pH，可实现对金属有机框架孔道中药物的有效封装。与其它基于金属有机框架的药物载体相比较，本发明载体对身体无害，可有效封装药物，避免了有机聚合物在体内的聚集及代谢，在药物负载及可控释放方面具有较好的应用前景。

Description

一种核酸修饰的金属有机框架药物载体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型生物医学用多功能材料，具体来说是一种核酸修饰的金属有机框架药物载体及其制备方法。
背景技术
恶性肿瘤已经成为导致人类死亡的主要疾病之一，严重威胁着人类的健康。根据世界卫生组织最新的统计结果显示，预计到2020年，全球癌症发病率将增加50％，到2030年，全球癌症死亡人数将继续增加74％。在癌症的药物治疗中，抗癌药物的有效使用是一个很重要的环节，它可以帮助患者获得更长的生存时间。但是，抗癌药物的稳定性差、溶解性低、易被代谢和清除、有副作用，使其在治疗过程中难以充分发挥药效。目前，随着纳米技术与生物医学交叉科学的迅速发展，金属有机框架药物载体在肿瘤的治疗过程中发挥着显著作用。尤其是近十年来，金属有机骨架材料作为药物载体的潜力吸引众多关注，这是因为金属有机骨架材料的可设计性、可修饰性及由于弱的配位键在体内易降解等优点。尽管有越来越多的药物载体不断被报道，但是对药物进行有效封装和可控释放的非常少，利用核酸的构象变化来封装金属有机框架药物载药***鲜有报道。
目前，基于金属有机框架负载药物的刺激响应控制药物释放主要分为单一刺激和多刺激两种。常见的刺激因素为：pH，磁场，离子，温度，光照，压力，氧化还原等。在所有由外界刺激触发的金属有机框架药物载体中，pH响应型金属有机框架因其所处的酸性肿瘤微环境以及配位键对外界pH的敏感性而被广泛研究。现有的技术存在药物释放前，药物自发泄漏问题，虽然有轮烷、琥珀酸聚合物，β-环糊精等报道用于药物的有效封装，但是这些有机物会带来一定副作用。最近，Chen课题组报道了一篇《ATP-Responsive Aptamer-BasedMetal–Organic Framework Nanoparticles(NMOFs)for the Controlled Release ofLoads and Drugs》，文中用ATP的适体修饰金属有机框架药物载药***对药物进行封装，遇到ATP时，阀门打开，药物释放。该技术相比于传统有机化合物封装更具优势，但细胞内ATP含量是限定的。本发明通过核酸构象变化用于金属有机框架药物载体的封装及可控释放，解决药物在给药前的泄漏问题，降低药物对正常细胞的损伤。金属有机框架由于可控的尺寸、可设计的孔形状、大的装载容量和比表面积使其能够装载药物，并且其表面具有可修饰性。因而可以结合核酸序列，由于核酸序列结构的多变性，通过控制pH，可实现对金属有机框架孔道中药物的有效封装及可控释放。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种核酸修饰的金属有机框架药物载体。本发明构筑了氨基功能化的金属有机框架并进行了抗肿瘤药物阿霉素的负载，通过酰胺键的连接，将羧基修饰的核酸序列1修饰在金属有机框架表面，通过与核酸序列2杂交/解离，用于阿霉素的封装及可控释放。在pH为中性条件下，核酸序列1和2相互杂交，将药物封锁在金属有机框架的孔内，在pH为弱酸性条件下，核酸序列2与1解离，药物释放出来。
本发明还提供了一种核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种核酸修饰的金属有机框架药物载体，所述药物载体为基于核酸构象的变化来封装金属有机框架药物载药***，通过调节pH诱导核酸构象变化，进而实现药物的封装与可控释放。
一种核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，它包括以下步骤：
(1)将1,3,5-三(4-羧基苯基)，氨基对苯二甲酸和六水合硝酸锌溶解在N,N’二甲基甲酰胺中，在85℃条件下反应36小时，自然冷却到室温，得到了无色柱状晶体，然后用N,N’二甲基甲酰胺洗涤并浸泡24小时，后浸泡在二氯甲烷中，并且每隔3小时交换一次溶剂，最后真空干燥得到MOF-1；
(2)采用机械研磨法将MOF-1研磨成纳米级MOF-1；
(3)利用步骤(2)所制备的纳米级MOF-1浸泡在DNA1溶液中震荡过夜，离心洗涤干燥得到表面修饰核酸序列DNA1的MOF-1-DNA1；
(4)将步骤(3)所得MOF-1-DNA1浸泡在盐酸阿霉素水溶液中，过夜，离心洗涤，干燥得到DOX@MOF-1-DNA1；
(5)将步骤(4)所得的DOX@MOF-1-DNA1在pH＝7.4的缓冲液条件下，加入DNA2，震荡过夜，得到封锁药物的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2；
(6)将步骤(5)所得的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2置于pH＝5.5的缓冲液中，DNA2解璇，药物释放，实现药物的可控释放。
所述步骤(1)中1,3,5-三(4-羧基苯基)、氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌与N,N’二甲基甲酰胺的比例为38.5mg：36.5mg：241mg：8mL。
所述步骤(3)中DNA1的序列为：SEQ ID NO.1。
所述步骤(4)中盐酸阿霉素的水溶液浓度为1mg/mL。
所述DNA2的序列为：SEQ ID NO.2。所述缓冲液为PBS缓冲液。
本发明的优点是：我们基于核酸结构的多样性，构建pH诱导核酸结构变化，进而实现药物的封装与可控释放。与其它基于金属有机框架的药物载体相比较，我们选用的是内源性金属离子Zn2+离子，对身体无害；氮气吸附测试表明该MOF-1具有较大的孔径，能够有效装载药物；与其它有机聚合物封装，核酸修饰金属有机框架避免了有机聚合物在体内的聚集及代谢。因此核酸修饰MOF-1在药物负载及可控释放方面具有较好的应用前景。
附图说明
图1MOF-1的透射电镜图。
图2DNA1修饰MOF-1前后的紫外吸收光谱。
图3DOX被MOF-1负载前后的紫外吸收光谱(0：负载前DOX的紫外吸收；1：DOX被MOF-1负载后的紫外吸收；2：DOX被MOF-1负载后的紫外吸收；)。
图4MOF-1-DNA1(1)和DOX@MOF-1-DNA1(2)的氮气吸附效果图。
图5基于氮气吸附数据，MOF-1-DNA1(左)和DOX@MOF-1-DNA1的孔径图(右)。
图6DOX@MOF-1-DNA1在pH＝5.5缓冲液中DOX释放的荧光强度随时间变化图。
图7DOX@MOF-1在pH＝7.4缓冲液中DOX释放的荧光强度随时间变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种核酸修饰的金属有机框架药物载体，它是采用下述方法制备得到的：
(1)将38.5mg 1,3,5-三(4-羧基苯基)，36.5mg氨基对苯二甲酸和241mg六水合硝酸锌溶解在8mL N,N’二甲基甲酰胺中，在85℃条件下反应36小时，自然冷却到室温，得到了无色柱状晶体MOF-1，然后用N,N’二甲基甲酰胺洗涤并浸泡24小时，后浸泡在二氯甲烷中，并且每隔3小时交换一次溶剂，最后真空干燥。
(2)将步骤(1)将制得的100mg MOF-1进行研磨半小时，制得纳米级MOF-1，如图1所示。
(3)取步骤(2)所得10mg纳米MOF-1浸泡在100μM DNA1溶液中震荡过夜，离心洗涤，干燥得到表面修饰核酸序列DNA1的MOF-1-DNA1。对DNA1修饰前后的紫外吸收光谱进行了测试，结果如图2所示，10mg纳米MOF-1可以修饰50μM的DNA1。
(4)将MOF-1和MOF-1-DNA1分别浸泡在盐酸阿霉素(1mg/mL)水溶液中，过夜，离心，洗涤，干燥得到DOX@MOF-1和DOX@MOF-1-DNA1。对DOX负载前后的紫外吸收光谱进行了测试。结果如附图3所示，MOF-1和MOF-1-DNA1对DOX的负载量分别为32和31.2mg/g。该结果表明核酸修饰MOF-1没有影响MOF-1的载药量。此外，我们测试了DOX负载前后药物载体的氮气吸附，结果附图4和5所示，DOX负载前，有三个孔径1.35nm,1.09nm和0.78nm，比表面积2769m2·g-1，而DOX负载后，孔径1.35nm和1.09nm消失，比表面积下降到535m2·g-1。此结果说明了MOF-1能够有效负载DOX。
(5)在pH＝7.4的PBS溶液中，加入DOX@MOF-1-DNA1及DNA2，震荡过夜，得到封锁药物的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2。
(6)将上述步骤(5)所制备的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2置于pH＝5.5的PBS溶液中，DNA2解璇，药物释放，通过测试荧光强度可观测药物的释放情况。如附图6所示，随着时间的增加，DOX的荧光逐渐增强，说明药物释放；将上述步骤(5)所得的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2置于pH＝7.4的缓冲溶液中作为对照实验，此时DOX的荧光强度弱，并且在120min内也并没有随时间增加而大幅变化。然而没有核酸修饰的DOX@MOF-1在pH＝7.4的缓冲液中释放非常快，在1小时就基本全部释放，如附图7所示。该结果进一步说明药物封装的的必要性，及核酸修饰MOF-1实现了药物DOX的有效封装及可控释放。
序列表
<110> 临沂大学
<120> 一种核酸修饰的金属有机框架药物载体及其制备方法
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 3
<211> 12
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
gagtacggag gg 12
<210> 2
<211> 60
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
ggaggggagg ggaggttatc ctcccctccc ctccctttgc ctcccctccc ctccgtactc 60

Claims (7)

1.一种核酸修饰的金属有机框架药物载体，其特征在于，所述药物载体为基于核酸结构的变化来封装金属有机框架药物载药***，通过调节pH诱导核酸结构变化，进而实现药物的封装与可控释放。
2.一种权利要求1所述的核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)将1,3,5-三(4-羧基苯基)，氨基对苯二甲酸和六水合硝酸锌溶解在N,N’二甲基甲酰胺中，在85℃条件下反应36小时，自然冷却到室温，得到了无色柱状晶体，然后用N,N’二甲基甲酰胺洗涤并浸泡24小时，后浸泡在二氯甲烷中，并且每隔3小时交换一次溶剂，最后真空干燥得到MOF-1；
(2)采用机械研磨法将MOF-1研磨成纳米级MOF-1；
(3)利用步骤(2)所制备的纳米级MOF-1浸泡在DNA1溶液中震荡过夜，离心洗涤干燥得到表面修饰核酸序列DNA1的MOF-1-DNA1；
(4)将步骤(3)所得MOF-1-DNA1浸泡在盐酸阿霉素水溶液中，过夜，离心洗涤，干燥得到DOX@MOF-1-DNA1；
(5)将步骤(4)所得的DOX@MOF-1-DNA1在pH＝7.4的缓冲液条件下，加入DNA2，震荡过夜，得到封锁药物的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2；
(6)将步骤(5)所得的DOX@MOF-1-DNA1-DNA2置于pH＝5.5的缓冲液中，DNA2解璇，药物释放，实现药物的可控释放。
3.根据权利要求2所述的核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中1,3,5-三(4-羧基苯基)、氨基对苯二甲酸、六水合硝酸锌与N,N’二甲基甲酰胺的比例为38.5mg：36.5mg：241mg：8mL。
4.根据权利要求2所述的核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中DNA1的序列为：SEQ ID NO.1。
5.根据权利要求2所述的核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中盐酸阿霉素的水溶液浓度为1mg/mL。
6.根据权利要求2所述的核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，其特征在于，所述DNA2的序列为：SEQ ID NO.2。
7.根据权利要求2所述的核酸修饰的金属有机框架药物载体的制备方法，其特征在于，所述缓冲液为PBS缓冲液。
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