CN114053477B - 一种抗骨髓瘤纳米骨水泥及其制备方法与应用 - Google Patents

一种抗骨髓瘤纳米骨水泥及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗骨髓瘤纳米骨水泥的制备方法及其应用。所述制备方法包括如下步骤:通过混匀法在纳米骨水泥中添加具有抗骨髓瘤活性的17‑AAG,将其与纳米骨水泥材料混合,从而提高纳米骨水泥抗肿瘤的生物活性。此法制备的纳米骨水泥具有抗肿瘤活性,在添加17‑AAG后能够提高其抗肿瘤效果,起到缓慢的释放作用,抑制肿瘤细胞的生长。本发明的纳米骨水泥可用于骨髓瘤外科手术后患者的治疗,持续缓慢释药,抑制肿瘤再生,具有广阔的临床应用前景。

Description

一种抗骨髓瘤纳米骨水泥及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及生物医用材料领域,具体地,本发明涉及一种具有生物活性和抗骨髓瘤功能的纳米骨水泥的制备方法与应用。
背景技术
多发性骨髓瘤(Multiple Myeloma,MM)是一种浆细胞异常增生的单克隆恶性肿瘤,其特征为骨髓浆细胞异常增生伴有单克隆免疫球蛋白或轻链(M蛋白)过度生成,少数患者可不产生M蛋白。多发性骨髓瘤常见临床症状为多发性溶骨性损害、高钙血症、贫血、肾脏损害,各种感染等。
临床中许多多发性骨髓瘤患者常以骨痛、病理性骨折、神经压迫等为首发症状,前往骨科就诊;而随着各种新型药物的应用,多发性骨髓瘤患者的生存期较前有所延长,在内科治疗过程中,很多患者出现了严重骨痛、脊柱不稳、病理性骨折、神经压迫等严重影响生活质量的骨科相关症状,这些统称为多发性骨髓瘤骨病(Multiple myeloma bonedisease,MMBD)。
当患者出现MMBD时即有外科干预的指征,其中部分患者需要接受“肿瘤刮除+骨填充物填充+内固定”手术。在骨填充物的选择中,需要兼顾易塑性、刚度、生物相容性等因素,目前临床最常用的填充物为同种异体骨及骨水泥。在使用骨水泥做骨填充物时,其局部复发率较低,并且骨水泥本身具有一定的促进骨髓瘤细胞凋亡的作用。常用的骨水泥是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate,PMMA),PMMA聚合效果好,并且强度高,临床应用范围较广。
17-AAG抗肿瘤药物是第一代格尔德霉素的衍生物,为热休克蛋白90(Heat shockprotein 90,HSP90)抑制剂,通过阻断肿瘤细胞内分子伴侣HSP90的ADP酶转化为ATP酶抑制HSP90活性,使肿瘤相关的底物蛋白降解,最终干扰肿瘤细胞的增殖而发挥抗肿瘤作用。17-AAG已进入Ⅱ、Ⅲ期临床试验,单独或者联合其他抗肿瘤药物用于患者,对多种肿瘤(肺癌、乳腺癌、多发性骨髓瘤、消化道恶性肿瘤等)有效,且具有安全性高、抗癌谱广、不易耐药等特点。但其也存在水溶性较差,单独使用时药毒性作用明显的短板,17-AAG常用的给药***(DMSO、纳米胶束),也会引起相关副作用,限制了其更广泛的使用。使用丙烯酸甲酯骨水泥作为17-AAG载体,既利用了骨水泥在临床手术中作为可靠骨填充物的作用,又利用其作为缓释给药***,大大减轻了上述毒性作用和副作用,还可以增加局部药物浓度,但其抗肿瘤效果还有待于进一步提高和增强。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种纳米骨水泥。
本发明提供的纳米骨水泥是以甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末为原料制备得到的粒径为0.54-0.99nm的骨水泥。
进一步的,所述纳米骨水泥的制备方法包括如下步骤:以甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末为水泥原料,先进行干燥,然后置入微纳米球磨机进行球锤式粉碎(球料比为2:1),再将粉碎后产物进行球料分离,得到所述纳米骨水泥。
更进一步的,所述纳米骨水泥的制备方法包括如下步骤:以5kg甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末为水泥原料,先在干燥设备中120℃烘干4小时,然后置入12L型双筒吊簧液冷微纳米球磨机,每罐装2.5公斤水泥原料和5公斤磨球(直径为8mm、10mm、12mm和14mm的磨球各占25%),在35℃下进行球锤式粉碎,每分钟共锤击600次,8小时后取出,再用100目筛将粉碎后产物进行球料分离,得到所述纳米骨水泥。
本发明的第二个目的是提供一种纳米骨水泥溶液。
本发明提供的纳米骨水泥溶液是将上述纳米骨水泥与PBS缓冲液混匀得到的溶液。
上述纳米骨水泥溶液中,所述纳米骨水泥的浓度为1-100μM,具体可为100μM、50μM、25μM、10μM或1μM。
本发明的第三个目的是提供一种纳米骨水泥提取液。
本发明提供的纳米骨水泥提取液是将甲基丙烯酸甲酯液体与上述纳米骨水泥先在37℃条件下固化成型,然后冷却至室温后加入PBS缓冲液,再在室温下放置24-48h后得到溶液。
上述纳米骨水泥提取液中,所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比可为(0.3-1)ml:(0.6-2)g:10ml。在本发明的具体实施例中,所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为0.3ml:0.6g:10ml或0.5ml:1g:10ml或1ml:2g:10ml。
本发明的第四个目的是提供一种载药纳米骨水泥提取液。
本发明提供的载药纳米骨水泥提取液包括上述纳米骨水泥提取液和肿瘤治疗药物。
上述载药纳米骨水泥提取液中,所述肿瘤治疗药物可为17-AAG(17-烯丙胺-17-脱甲氧格尔德霉素)。
上述载药纳米骨水泥提取液中,所述载药纳米骨水泥提取液的制备方法包括如下步骤:将甲基丙烯酸甲酯液体与17-AAG溶液混匀,得到混合溶液;将所述混合溶液与所述纳米骨水泥在37℃条件下固化成型,冷却至室温后加入PBS缓冲液,室温下放置24-48h(24h或48h),得到所述载药纳米骨水泥提取液。
进一步的,所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述17-AAG、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为(0.3-1)ml:(0.5-0.6)mg:(0.6-2)g:10ml。
在本发明的一个具体实施中,所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述17-AAG、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为0.3ml:0.54mg:0.6g:10ml或0.5ml:0.54mg:1g:10ml或1ml:0.54mg:2g:10ml。
更进一步的,所述17-AAG溶液由溶质和溶剂组成,溶质为17-AAG粉末,溶剂为DMSO。
本发明的第五个目的是提供一种抗肿瘤或抑制肿瘤细胞增殖的产品。
本发明提供的抗肿瘤或抑制肿瘤细胞增殖的产品的活性成分为如下(1)-(6)中任一种:
(1)上述纳米骨水泥;
(2)上述纳米骨水泥溶液;
(3)上述纳米骨水泥、甲基丙烯酸甲酯液体和PBS缓冲液;
(4)上述纳米骨水泥提取液;
(5)上述纳米骨水泥、肿瘤治疗药物、甲基丙烯酸甲酯液体和PBS缓冲液;
(6)上述载药纳米骨水泥提取液。
上述产品,所述(3)中,所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为(0.3-1)ml:(0.6-2)g:10ml(具体可为0.3ml:0.6g:10ml或0.5ml:1g:10ml或1ml:2g:10ml)。
所述(5)中,所述肿瘤治疗药物为17-AAG。所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述17-AAG、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为(0.3-1)ml:(0.5-0.6)mg:(0.6-2)g:10ml(具体可为0.3ml:0.54mg:0.6g:10ml或0.5ml:0.54mg:1g:10ml或1ml:0.54mg:2g:10ml)。
上述纳米骨水泥或上述纳米骨水泥溶液或上述纳米骨水泥提取液或上述载药纳米骨水泥提取液或上述产品在如下a1)-a8)中任一种中的应用也属于本发明的保护范围:
a1)抗肿瘤;
a2)制备抗肿瘤的产品;
a3)抗骨髓瘤;
a4)制备抗骨髓瘤的产品;
a5)抑制肿瘤细胞增殖;
a6)制备抑制肿瘤细胞增殖的产品;
a7)抑制骨髓瘤细胞增殖;
a8)制备抑制骨髓瘤细胞增殖的产品。
上述任一所述产品或应用中,所述PBS缓冲液的pH值为7.2。
上述任一所述产品或应用中,所述肿瘤可为骨髓瘤;所述骨髓瘤可为多发性骨髓瘤。
上述任一所述产品或应用中,所述肿瘤细胞可为骨髓瘤细胞;所述骨髓瘤细胞可为人多发性骨髓瘤细胞;所述人多发性骨髓瘤细胞具体可为U266细胞或RPMI 8226细胞。
本发明制备的纳米骨水泥具有如下优点:
1、由于纳米骨水泥颗粒在纳米级,增强了水泥流动性与注入性,细小部位都可渗透到位,而且可更好的分散于凝固剂及水中,固化后膨胀。
2、纳米骨水泥粉末和甲基丙烯酸甲酯液体混合时由于发生聚合反应会释放出热量,平均温度为52-68℃,持续时间可达6-12分钟,可以杀死肿瘤细胞。
3、阻碍隔离:纳米骨水泥包围病灶后,阻断病灶向外继续侵犯,可迅速缓解疼痛。
4、钙化病灶:通过纳米级的骨水泥颗粒激活癌细胞的“自噬”效应,最终杀死癌细胞。
本发明以甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末为原料,制备得到纳米骨水泥,通过实验证明,本发明制备的纳米骨水泥及其提取液均具有抑制肿瘤细胞增殖的功能。本发明还添加17-AAG至纳米骨水泥中,赋予纳米骨水泥生物活性和抗骨髓瘤效果,制备得到载17-AAG纳米骨水泥提取液,该提取液能够增强纳米骨水泥的抗肿瘤效果,抑制骨髓瘤细胞的增殖,且不同时间提取液对骨髓瘤细胞的抑制率不同。与现有技术中直接将聚甲基丙烯酸甲酯作为17-AAG载体相比,将纳米骨水泥作为载体制备的载药纳米骨水泥可增强对肿瘤细胞的杀伤效果,赋予了纳米骨水泥缓释的抗骨髓瘤效果,具有良好的临床应用前景。
附图说明
图1为纳米骨水泥(纳米PMMA骨水泥)的粒径检测。
图2为纳米骨水泥(纳米PMMA骨水泥)和普通骨水泥(磷酸钙骨水泥)的电镜下照片。
图3为固化后放大200倍和2000倍的纳米磷酸钙骨水泥的扫描电镜照片。
图4为固化后放大500倍的纳米PMMA骨水泥和普通骨水泥(PMMA骨水泥)的扫描电镜照片。
图5为纳米骨水泥的24h提取液对U266细胞的抑制率。
图6为纳米骨水泥的24h提取液对RPMI 8226细胞的抑制率。
图7为载药纳米骨水泥的24h提取液对U266和RPMI 8226细胞的抑制率的比较。
图8为载药纳米骨水泥的48h提取液对U266和RPMI 8226细胞的抑制率的比较。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中的定量试验,均设置三次重复实验,结果取平均值。
下述实施例中的U266细胞和RPMI 8226细胞均记载于文献“Zhou H,Jian Y,ChenW.Human MutT homologue 1mRNA overexpression correlates to poor response ofmultiple myeloma.INT J HEMATOL.2017,105(3):318-325”中,公众可从首都医科大学附属北京朝阳医院获得,该生物材料只为重复本发明的相关实验所用,不可作为其它用途使用。
下述实施例中的甲基丙烯酸甲酯液体和甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末均是HeraeusMedical GmbH(德国)的产品,品牌为
Figure GDA0004210417590000051
R骨水泥,货号为PL.66055102。
下述实施例中的PBS缓冲液(pH值为7.2)是北京索莱宝科技有限公司的产品。
下述实施例中的细胞级DMSO是北京索莱宝科技有限公司的产品。
下述实施例中的体外抗肿瘤细胞活性评价实验的具体步骤如下:取对数生长期细胞(U266细胞或RPMI 8226细胞)稀释密度至5×104/ml,以每孔100μl接种于96孔板,按预设的浓度梯度加入经紫外灭菌的25μl药物溶液,空白组加入25μl不含药物的PBS。继续孵育48h后每孔加入5mg/ml的MTT溶液25μl,4h后每孔加入SDS三联液(10%SDS,5%异丁醇,0.012mol/L HCl)100μl,37℃孵育过夜,于酶标仪上检测吸光度(A)值,波长取570nm,计算肿瘤细胞抑制率。实验重复3次,以抑制率对药物浓度作图。细胞抑制率=【(空白组吸光度A–药物组吸光度A)/空白组吸光度A】×100%。
实施例1、一种抗骨髓瘤纳米骨水泥的制备方法及体外活性评价
一、纳米骨水泥的制备方法及其性能分析
1、纳米骨水泥的制备方法
以医用骨水泥(即甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末)为水泥原料,按照发明名称为一种纳米级水泥制备方法、专利申请号为201410318749.0、授权公告号为CN104058618B的发明专利中的方法,制备得到纯纳米改性后的骨水泥。具体制备方法如下:以5kg医用骨水泥(甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末)为水泥原料,先在干燥设备中120℃烘干4小时,然后置入12L型双筒吊簧液冷微纳米球磨机,每罐装2.5公斤水泥和5公斤磨球(直径为8mm、10mm、12mm和14mm的磨球各占25%),在35℃下进行球锤式粉碎,每分钟共锤击600次,8小时后取出,再用100目筛将粉碎后产物进行球料分离,得到纳米骨水泥(纳米PMMA骨水泥)。
2、纳米骨水泥的粒径检测
以纳米PMMA骨水泥为例,通过动态光散射实验检测步骤1获得的纳米骨水泥的粒径。
结果表明:步骤1中制备的纳米骨水泥的粒径范围为0.54-0.99nm,平均粒径为0.67nm(图1)。
3、纳米骨水泥的性能分析
1)在电镜下观察步骤1制备的纳米骨水泥与普通骨水泥(磷酸钙骨水泥粉末,购买自上海瑞邦生物材料有限公司)。
结果如图2所示。通过在电镜下进行对比可以看出,步骤1制备的纳米骨水泥(纯纳米改性水泥)生成的凝胶晶体更小、更细、更致密,可以使药物更好的分散于水泥中,从而降低气相渗透率。
2)以磷酸钙骨水泥粉末(瑞邦骨泰粉末,购自上海瑞邦生物材料有限公司)为原料,按照步骤1中的方法制备得到纳米磷酸钙骨水泥。倒出纳米磷酸钙骨水泥粉末,计量注入固化液(固化液为购买的磷酸钙骨水泥粉末产品中自带),将固化液注入粉末,调和产品,调成团状。固化后在扫描电镜下放大电镜照片进行观察。
结果如图3所示。固化后的纳米磷酸钙骨水泥存在大量空隙,有利于药物存在空隙中,使药物具有更好的释放效果。
3)在电镜下观察步骤1制备的纳米骨水泥(纳米PMMA骨水泥)与普通骨水泥(PMMA骨水泥)。
结果如图4所示,纯纳米改性后PMMA骨水泥(纳米PMMA骨水泥)理化性质发生改变,与普通骨水泥(PMMA骨水泥)相比更小、更细、更致密,有利于药物存在空隙中,使药物具有更好的释放效果。
二、纳米骨水泥的体外活性评价
1、纳米骨水泥溶液对人多发性骨髓瘤细胞的抑制作用
精密称取5mg步骤一的1中制备的纳米骨水泥,溶于PBS缓冲液中,使纳米骨水泥粉末稀释至终浓度分别为100μM、50μM、25μM、10μM和1μM,分别将不同浓度的纳米骨水泥溶液进行体外抗肿瘤细胞活性评价。
结果如表1和表2所示。从表中可以看出,不同浓度的纳米骨水泥溶液对人多发性骨髓瘤细胞U266和RPMI 8226均有抑制作用,且随着纳米骨水泥浓度的逐渐增加,抑制率提高。
表1为纳米骨水泥溶液对U266细胞的抑制率
浓度(μM) 抑制率(%)
100 35.1±5.6
50 25.2±7.1
25 28.3±4.2
10 15.2±2.8
1 8.3±4.2
表2为纳米骨水泥溶液对RPMI 8226细胞的抑制率
浓度(μM) 抑制率(%)
100 31.0±1.0
50 26.6±2.5
25 22.7±7.3
10 16.3±7.1
1 9.0±5.6
2、纳米骨水泥提取液对人多发性骨髓瘤细胞的抑制作用
精密量取0.3ml、0.5ml、1ml的甲基丙烯酸甲酯液体,依次分别加入0.6g、1g、2g的步骤一的1中制备的纳米骨水泥粉末固化成型,该过程在37℃水浴中进行,待其冷却至室温后分别加入10ml的PBS缓冲液,室温下放置24h后,得到24h提取液。将24h提取液进行体外抗肿瘤细胞活性评价。
结果如图5和图6所示。结果表明:横坐标中的0.6、1、2分别为由0.6g、1g、2g纳米骨水泥粉末分别与0.3ml、0.5ml、1ml的甲基丙烯酸甲酯液体制成的纳米骨水泥提取液。从图中可以看出,0.6、1、2纳米骨水泥的24h提取液对U266细胞的抑制率分别为2.0%、15.0%、35.7%;0.6、1、2纳米骨水泥的24h提取液对RPMI 8226细胞的抑制率分别为20.6%、33.7%、42%。纳米骨水泥提取液(未载药)对人多发性骨髓瘤细胞U266和RPMI 8226均有抑制作用,且随着制备的纳米骨水泥提取液中纳米骨水泥粉末质量的增加,对U266细胞和RPMI8226细胞的抑制率有所提高。
3、载药纳米骨水泥提取液对人多发性骨髓瘤细胞的抑制作用
精密量取0.3ml、0.5ml、1ml的甲基丙烯酸甲酯液体,分别加入30μl浓度为18mg/ml的17-AAG储备液(17-AAG储备液由溶质和溶剂组成,溶质为17-AAG粉末,溶剂为DMSO),混匀后分别加入0.6g、1g、2g的步骤一的1中制备的纳米骨水泥粉末固化成型,该过程在37℃水浴中进行,待其冷却至室温后分别加入10ml的PBS缓冲液,室温下放置24h或48h后,分别得到24h提取液和48h提取液。分别将24h提取液和48h提取液进行体外抗肿瘤细胞活性评价。
结果表明:0.6、1、2载药纳米骨水泥的24h提取液对U266细胞的抑制率分别为41.5%、54.9%、63.3%,对RPMI 8226细胞的抑制率分别为30.6%、42.3%、66.3%(图7);0.6、1、2载药纳米骨水泥的48h提取液对U266细胞的抑制率分别为41.5%、56.7%、62.7%,对RPMI 8226细胞的抑制率分别为35.7%、62.3%、61.0%(图8)。
对于载药纳米骨水泥的24h提取液来说,载药纳米骨水泥的24h提取液对人多发性骨髓瘤细胞U266和RPMI 8226均有抑制作用,且随着制备的载药纳米骨水泥提取液中纳米骨水泥粉末质量的增加,对U266细胞和RPMI8226细胞的抑制率不断提高。
对于载药纳米骨水泥的48h提取液来说,载药纳米骨水泥的48h提取液对人多发性骨髓瘤细胞U266和RPMI 8226也均有抑制作用,但在U266细胞中,随着纳米骨水泥粉末质量的增加,抑制率不断提高,而在RPMI 8226细胞中,当纳米骨水泥粉末质量由1g增加为2g后,抑制率没有显著变化。相比载药纳米骨水泥的24h和48h提取液,在制备的1g的载药纳米骨水泥随着时间的增加,对U266和RPMI8226细胞的抑制率有所上升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.纳米骨水泥溶液在如下a1)或a2)中任一种中的应用:
a1)制备抗骨髓瘤的产品;
a2)制备抑制骨髓瘤细胞增殖的产品;
所述纳米骨水泥溶液是将纳米骨水泥与PBS缓冲液混匀得到的溶液;所述纳米骨水泥的制备方法包括如下步骤:以5kg甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末为水泥原料,先在干燥设备中120℃烘干4小时,然后置入双筒吊簧液冷微纳米球磨机,每罐装2.5公斤水泥原料和5公斤各占25%的直径为8mm、10mm、12mm和14mm 的磨球,在35℃下进行球锤式粉碎,每分钟共锤击600次,8小时后取出,再用100目筛将粉碎后产物进行球料分离,得到所述纳米骨水泥;
所述PBS缓冲液的pH值为7.2;
所述甲基丙烯酸甲酯骨水泥粉末为PALACOS®R骨水泥;
所述纳米骨水泥溶液中纳米骨水泥的浓度为1-100μM。
2.纳米骨水泥提取液在如下a1)或a2)中任一种中的应用:
a1)制备抗骨髓瘤的产品;
a2)制备抑制骨髓瘤细胞增殖的产品;
所述纳米骨水泥提取液是将甲基丙烯酸甲酯液体与权利要求1中所述的纳米骨水泥先在37℃条件下固化成型,然后冷却至室温后加入PBS缓冲液,再在室温下放置24-48 h后得到溶液。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于:所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为(0.3-1)ml:(0.6-2)g:10 ml。
4.载药纳米骨水泥提取液在如下a1)或a2)中任一种中的应用:
a1)制备抗骨髓瘤的产品;
a2)制备抑制骨髓瘤细胞增殖的产品;
所述载药纳米骨水泥提取液包括权利要求2或3中所述的纳米骨水泥提取液与肿瘤治疗药物;
所述肿瘤治疗药物为17-AAG;
所述载药纳米骨水泥提取液的制备方法包括如下步骤:将甲基丙烯酸甲酯液体与17-AAG溶液混匀,得到混合溶液;将所述混合溶液与所述纳米骨水泥在37℃条件下固化成型,冷却至室温后加入PBS缓冲液,室温下放置24-48 h,得到所述载药纳米骨水泥提取液。
5.根据权利要求4所述的应用,其特征在于:所述甲基丙烯酸甲酯液体、所述17-AAG、所述纳米骨水泥和所述PBS缓冲液的配比为(0.3-1)ml:(0.5-0.6)mg:(0.6-2)g:10 ml。
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