CN111632040A - 一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法和应用 - Google Patents
一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于医疗药物领域，具体涉及一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法和应用。所述纳米粒制备方法：首先利用溶剂热法，控制反应温度和时间，制备介孔二氧化钛，随后利用高锰酸钾的氧化还原反应包裹二氧化锰壳层，最后通过静电吸附装载药物。所述纳米粒具有成本低、稳定性良好和生物相容性好等优点，在体外超声的作用下可生成活性氧与NO,实现声动力学疗法与NO疗法的联合应用，活性氧与NO可进一步生成细胞毒性更强的过氧亚硝酸盐，增强肿瘤杀伤效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗药物领域，具体涉及一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法和应用。
背景技术
肿瘤已经逐渐成为威胁人们生命健康的重要因素，常用的治疗方法不仅治疗效果较差，还具有严重的副作用。因此迫切需要发展更加安全有效的治疗方法。
声动力疗法是一种新型的肿瘤治疗方法，主要是通过超声波与声敏剂协同发挥作用。超声可以穿透深层组织，激发到达肿瘤部位的声敏剂，声敏剂将能量传递给周围的氧分子，生成活性氧，其中包括单线态氧(1O2)、羟基自由基(·OH)和超氧阴离子(O2 -)，从而产生细胞毒性，杀伤肿瘤细胞。声动力疗法对肿瘤附近正常组织的损伤非常小，在非侵入性治疗深部肿瘤方面具有非常明显的优势。
二氧化钛纳米粒是一种无机的声敏剂，具有独特的能量带结构和相对较高的化学/生理稳定性，可以通过超声辐射产生活性氧，从而诱导肿瘤细胞凋亡。介孔二氧化钛纳米粒是一种具有丰富孔道的二氧化钛纳米粒，它具有成本低、不污染环境、良好的稳定性和生物相容性等优良功能，还可将药物或其他物质装载在孔道中，输送到肿瘤部位。实现其他疗法与声动力学疗法的联合应用。
NO是一种具有多功能、剂量依赖性的细胞信号分子，在体内形成亚硝酸根，并在不同的生理过程(创伤愈合、神经递质、血管扩张、杀死寄生虫和杀死肿瘤细胞等)中表现不同的药理作用。有人认为，NO是一种治疗增强剂，能增强传统癌症治疗手段的敏感性,这可能是因为高浓度水平(μM级别)的NO与超氧阴离子结合生成氧自由基从而损害DNA，或是高浓度水平的NO活化了p53和caspase，进而调节细胞调亡，达到抑制肿瘤的目的。
精氨酸是构成蛋白质的基本单位，是组成人体蛋白质的21种氨基酸之一。它是人体必需的成分，所发挥的作用也是人体的组成成分是必不可少的。在人体内，L-精氨酸和氧在一氧化氮合酶催化下生成NO与L-瓜氨酸。在体内体外，L-精氨酸也可作为NO供体，与活性氧反应生成NO。NO与活性氧可反应生成细胞毒性更强的过氧亚硝酸盐，达到杀伤肿瘤细胞的效果。过氧亚硝酸盐较NO具有更强的细胞毒性，并且具有相对较长的体内停留时间。
二氧化锰作为一种新兴的无机材料，在诊疗一体化给药***以及药物递送的研究领域中迅速发展。由于二氧化锰能够在低pH和高H2O2浓度条件下在肿瘤微环境中实现生物可控降解，并且升高肿瘤部位pH，生成氧气，达到与声动力学疗法联合增强治疗效果的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对肿瘤传统疗法存在的问题，提供一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法，可将声动力学疗法与NO疗法联合应用。二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒该纳米粒以介孔二氧化钛为载体，载体自身便具有声动力学特性，可在超声作用下生成活性氧，负载的L-精氨酸可在活性氧作用下生成NO，不仅可直接抑制肿瘤，还可与活性氧生成细胞毒性更强的过氧亚硝酸盐，增强对肿瘤的杀伤效果。表面修饰的二氧化锰壳层，可缓解由于声动力学疗法导致的细胞缺氧加剧的现象，提高声动力治疗的疗效。
本发明目的在于提供一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒及其制备方法和应用。
所述一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒包括介孔二氧化钛纳米粒、包覆介孔二氧化钛的二氧化锰壳层和所负载的药物。
进一步，所述二氧化锰包覆的介孔二氧化钛纳米粒装载L-精氨酸构成一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒。
进一步，所述一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的直径为40-500nm。
一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒所述制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：在室温下，将少量的钛酸四乙酯缓慢的加入一定量的冰乙酸中，搅拌使其充分混合。然后加入适量的水，引发钛酸四乙酯的水解，反应持续10min。将溶液转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，置于150℃反应12小时，进行溶剂热处理。冷却至室温，离心后洗涤三次烘干得到介孔二氧化钛纳米粒。
步骤(2)：用去离子水分散步骤(1)制备的介孔二氧化钛纳米粒，在避光条件下，加入一定量的高锰酸钾，搅拌使其充分混合后，加入少量聚丙烯胺盐酸盐溶液，继续充分搅拌，离心、洗涤三次后冻干得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。
步骤(3)：称取适量L-精氨酸和步骤(2)得到的二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒，用去离子水充分分散后充分搅拌，离心后洗涤三次得到二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒。
作为本发明的进一步改进，步骤(2)具体为：于去离子水中，按照5:1的质量比加入高锰酸钾和步骤(1)所得的介孔二氧化钛，磁力搅拌10min，按照高锰酸钾与聚丙烯胺盐酸盐与1:1-3的质量比加入聚丙烯胺盐酸盐和到上述溶液中，磁力搅拌10-30min，离心后将沉淀用去离子水洗涤三次，冻干，得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。
作为本发明的进一步改进，步骤(3)具体为：于去离子水中，按照1:10-15的质量比加入步骤(2)所得的二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒和L-精氨酸，搅拌吸附12-24h，离心后将沉淀用去离子水洗涤三次，得到二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒。
本发明通过水热法制备了介孔二氧化钛，进一步成功制备一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒，它具有成本低、不污染环境、良好的稳定性和生物相容性以及改善肿瘤微环境等优良功能。
本发明的优点：
(1)本发明提供的介孔二氧化钛纳米粒的制备方法，具有粒径小、孔道结构丰富、较高稳定性以及分散性较好的优点，在作为声敏剂的同时还能实现对多种抗肿瘤药物的负载，更好的杀伤肿瘤细胞。
(2)本发明提供的一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒，采用具有较好组织穿透深度的超声照射，实现了声动力学疗法与NO疗法的联合应用，增强了对肿瘤细胞的杀伤效果。
(3)本发明使用二氧化锰对介孔二氧化钛纳米粒进行包裹，可改善肿瘤乏氧微环境，提高声动力学治疗效果。
附图说明
图1为二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的外观图
图2为二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的透射电镜图
图3为二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的粒径分布图
图4为二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的体外活性氧生成图
图5为二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的体外NO生成图
图6为二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的体外过氧亚硝酸盐生成图
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明进行详细描述，但本发明并不仅限于下述实施例。
实施例1介孔二氧化钛纳米粒制备
采取水热法制备二氧化钛。在室温下，将1ml钛酸四丁酯滴入15ml冰乙酸中，使其与冰乙酸充分混合。接着，快速加入0.5ml去离子水，引发钛酸四丁酯水解，增加磁力搅拌的转速，反应持续10分钟，溶液变为乳白色。将溶液转移至内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，将反应釜置于烘箱中150℃反应12小时，自然冷却至室温，离心收集沉淀，去离子水洗涤三次，得到介孔二氧化钛纳米粒。
实施例2二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒制备
称取10mg介孔二氧化钛纳米粒，水浴超声分散，在避光条件下，加入50mg高锰酸钾，搅拌5min使其充分混合,随后加入1ml聚丙烯胺盐酸盐溶液(50mg)，继续搅拌10min，离心、洗涤三次后冻干得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。称取10mg二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒与100mg L-精氨酸，用去离子水充分溶解分散后，在室温下持续搅拌12h，离心收集沉淀。
实施例3二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒制备
称取10mg介孔二氧化钛纳米粒，水浴超声分散，在避光条件下，加入50mg高锰酸钾，搅拌5min使其充分混合,随后加入1ml聚丙烯胺盐酸盐溶液(100mg)，继续搅拌20min，离心、洗涤三次后冻干得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。称取10mg二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒与100mg L-精氨酸，用去离子水充分溶解分散后，在室温下持续搅拌12h，离心收集沉淀。
实施例4二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒制备
称取10mg介孔二氧化钛纳米粒，水浴超声分散，在避光条件下，加入50mg高锰酸钾，搅拌5min使其充分混合,随后加入1ml聚丙烯胺盐酸盐溶液(150mg)，继续搅拌30min，离心、洗涤三次后冻干得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。称取10mg二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒与100mg L-精氨酸，用去离子水充分溶解分散后，在室温下持续搅拌12h，离心收集沉淀。
实施例5二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒制备
称取10mg介孔二氧化钛纳米粒，水浴超声分散，在避光条件下，加入50mg高锰酸钾，搅拌5min使其充分混合,随后加入1ml聚丙烯胺盐酸盐溶液(50mg)，继续搅拌10min，离心、洗涤三次后冻干得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。称取10mg二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒与100mg L-精氨酸，用去离子水充分溶解分散后，在室温下持续搅拌12h，离心收集沉淀。
实施例6二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒制备
称取10mg介孔二氧化钛纳米粒，水浴超声分散，在避光条件下，加入50mg高锰酸钾，搅拌5min使其充分混合,随后加入1ml聚丙烯胺盐酸盐溶液(50mg)，继续搅拌10min，离心、洗涤三次后冻干得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒。称取10mg二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒与150mg L-精氨酸，用去离子水充分溶解分散后，在室温下持续搅拌24h，离心收集沉淀。
实施例6二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的体外表征
所制备成的二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒外观如图1所示；将二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒混悬液释一定的倍数，用透射电镜观察其形态，如图2示，二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒粒径均匀且形状呈梭子状。用激光粒度分析仪测量其粒径，粒径分布结果见图3，二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的粒径较小，平均粒径小于300nm。
实施例7二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒体外产生活性氧的检测
通过1,3-二苯基异苯并呋喃(DPBF)检测在超声辐照下二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒产生活性氧的情况。将DPBF溶解在无水乙醇中，然后加入二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒溶液并混合均匀，超声照射不同时间。利用紫外可见分光光度计检测DPBF455nm处的吸光度值。如图4所示，二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒与DPBF的混合液使用超声照射后，在455nm处的吸光度随着超声时间的增加出现了明显的下降。实验结果表明在超声照射下二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒产生了活性氧，并且随着超声照射时间增加，活性氧的生成也在增加。
实施例8二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒体外产生NO的检测
将二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒用1mlPBS分散，超声照射不同时间。在超声照射后，取出样品，通过Griess方法测量NO的释放量。如图5所示，二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒混悬液在超声照射下可以释放NO，并且NO的释放量随着照射时间的增加而增加。
实施例9二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的体外产生过氧亚硝酸盐的检测
使用酪氨酸检测过氧亚硝酸盐的生成。将二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒用缓冲液(pH＝8.2，含0.015M NaHCO3和5×10-4M酪氨酸)配制成1mg/ml的分散液。给予超声照射，测定荧光强度。如图6所示，超声照射后，二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒出现明显的荧光强度升高的现象，表明二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒在超声照射下有过氧亚硝酸盐的生成。
Claims (8)
1.一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒，其特征在于，所述二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒包括介孔二氧化钛纳米粒、包覆介孔二氧化钛的二氧化锰壳层、负载的药物。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒，其特征在于，所述负载的药物为L-精氨酸。
3.根据权利要求1所述的一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒，其特征在于，所述二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的平均粒径为40-500nm。
4.一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在室温下，将适量的钛酸四乙酯缓慢的加入一定量的冰乙酸中，搅拌使其充分混合，然后加入适量的水，反应10min，将溶液转移至水热反应釜中，150℃反应12小时，冷却至室温，离心后洗涤三次，烘干得到介孔二氧化钛纳米粒；
(2)用去离子水分散步骤(1)制备的介孔二氧化钛纳米粒，在避光条件下，加入适量的高锰酸钾，搅拌使其充分混合后，加入适量聚丙烯胺盐酸盐溶液，继续搅拌，离心，洗涤三次，冻干，得到二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒；
(3)称取适量L-精氨酸和步骤(2)得到的二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒，用去离子水分散后充分搅拌，离心后洗涤三次，得到二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒。
5.根据权利要求4所述一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述加入的高锰酸钾与聚丙烯胺盐酸盐的重量比为1:1-3，磁力搅拌时间为10-30min。
6.根据权利要求4所述一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述加入的二氧化锰包裹的介孔二氧化钛纳米粒和L-精氨酸的质量比为1:10-15，磁力搅拌时间为12-24h。
7.根据权利要求1所述一种二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒，其特征在于，所述二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒可在超声的照射下生成NO。
8.一种如权利要求1所述的二氧化锰包裹的载药介孔二氧化钛纳米粒在制备声动力学疗法联合NO疗法的肿瘤治疗药物中的应用。
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