使用纳米颗粒和外部场用来靶向或刺激细胞或生物体的方法技术

本发明专利技术提供在外部磁场的控制下使用磁电纳米颗粒用来靶向和杀伤各种类型的细胞或生物体的方法。还提供一种用于在外部磁场下使用磁电纳米颗粒来刺激或更生细胞的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用纳米颗粒和外部场用来靶向或刺激细胞或生物体的方法本申请要求2015年6月19日提交的美国临时申请No.62/181,936的优先权。
本专利技术涉及一种使用纳米颗粒和外部场，更具体为使用磁电纳米颗粒(MENP)和外部磁场用来靶向或刺激各种类型的细胞或生物体的方法。
技术介绍
癌细胞杀伤中的重要步骤是将癌症杀伤剂带到并积累至含有癌细胞的部位，或更优选将它们带到癌细胞的膜。这样的癌症杀伤剂的一类是具备特定性质或携带癌症杀伤药物的各种纳米颗粒。实现该目的的有效方法是，用仅与所靶向的癌细胞的膜结合的配体或抗体来包覆上述纳米颗粒。该方法取决于与所靶向的癌细胞匹配的配体或抗体的利用度。还存在增强的通透和保留(EPR)效应，其基于向癌症位点的血流增加，使纳米颗粒相比于正常细胞而言更倾向于积累在癌症位点。然而，EPR可能无法积累足够的纳米颗粒从而达到治疗需要的量和密度。已知细胞功能和生长可以被电信号影响。一个期望的效果是，为紧实和更年轻的外观刺激和更生皮肤细胞。S.Kavanagh等人(“Useofaneuromuscularelectricalstimulationdeviceforfacialmuscletoning:arandomized,controlledtrial”,JournalofCosmeticDermatology,2012Dec；11(4):261-6.doi:10.1111/jocd.12007)显示，在12周的试验中，面部神经肌肉电刺激(facialneuromuscularelectricalstimulation)(NMES)与颧骨主要的肌肉的厚度增加以及面部特征的主观改善相关。这样的NMES装置使用点接触电极来施加电刺激，因此，无法实现在细胞水平的均匀刺激。此外，EPR强烈依赖于纳米颗粒的大小，并因此限于相对较大的纳米颗粒。存在杀伤病毒和耐受抗生素的细菌的迫切需要，并且缺乏一种有效并适用于种类繁多的病毒和细菌的方法。不存在具备在本申请中提供的实施方案的功能的现有技术。附图说明图1显示用于靶向相比于周围细胞负电荷较少的细胞的实施方案。图2显示作为在血液或其它体液中磁场的函数的MENP的ζ电位的测量。图3显示另一实施方案图整体的组成和附件。图4显示一种使用AC-MENP用来杀伤细菌或病毒的方法。图5显示一种在AC-MENP已经与靶细菌或病毒结合或已经被电穿孔至靶细菌或病毒内部后，用来杀伤靶细菌或病毒的方法。图6显示一种使用AC-MENP递送化学品或药物以杀伤细菌或病毒的方法。具体实施方式现在可参考附图，其中相似的数字指全文中相似的部位。现在可描述本专利技术的示例性实施方案。提供示例性实施方案用于描述本专利技术的方面，不应理解为限制专利技术的范围。当示例性实施方案的描述中引用了框图或流程图时，每个框代表一种方法步骤和用于实现该方法步骤的装置元件。使用纳米颗粒和外部场用来靶向一种类型的细胞的方法已经建立的事实是细胞膜显示负电荷，并且此外，相比于正常细胞而言，癌细胞的膜储存显著更少的负电荷，其表面的负电荷比正常细胞少多达一个数量级。因而，如果纳米颗粒也显示负电荷，则由这些电荷建立的电场梯度力会将纳米颗粒推动向癌细胞。纳米颗粒上的负电荷越强，会将纳米颗粒推动至癌细胞的力越强，因此实现了靶向癌细胞而避开正常细胞的目标。一个实施方案为靶向相比于周围细胞负电荷较少的细胞(例如，靶向相比于正常细胞而言负电荷较少的癌细胞)的方法，其包括，101注射纳米颗粒的溶液；102施加外部场一段时间，所述外部场将增加纳米颗粒的负电荷以便产生电梯度场从而将纳米颗粒推动至负电荷较少的细胞，参见图1。可以使用在该实施方案中的一类纳米颗粒为磁电纳米颗粒(MENP)，且外部场为磁场。当对MENP施加磁场时，所述颗粒因颗粒的磁电偶合特性而产生电极化。这种电极化增加了MENP的负电荷。MENP上增加的负电荷与带更多负电荷的正常细胞产生了非0电场梯度，其推动MENP远离正常细胞并向负电荷较少的癌细胞移动，有效地增加了利用MENP来靶向癌细胞的特异性。一类MENP用CoFe2O4-BaTiO3核壳的基本结构制成。一个实施方案使用从以下步骤合成的30nm的MENP：1)将0.058gCo(NO3)2·6H2O和0.16gFe(NO3)3·9H2O溶解于15mL的去离子(DI)水；2)在120℃添加含有0.9g硼氢化钠和0.2g聚乙烯吡咯烷酮的5mL的水溶液12小时，以获得CoFe2O4纳米颗粒；3)通过将含有0.029gBaCO3和0.1g柠檬酸的30mL的DI水添加至含有1g柠檬酸和0.048mL的异丙醇钛(IV)的30mL乙醇溶液，制备了BaTiO3前体溶液；4)将所制备的CoFe2O4纳米颗粒(0.1g)添加至60mL的BaTiO3前体溶液并超声处理120分钟；5)将收获的分散纳米颗粒于60℃在热板上干燥12小时，并以200rpm搅拌；6)获得的粉末在箱式炉中在780℃加热5小时，并以52℃min-1进行冷却以获得30nm大小的CoFe2O4-BaTiO3核壳MENP。在另一个实施方案中，纳米颗粒利用化合物进一步表面功能化，例如，使用以下步骤包覆2nm厚的甘油单油酸酯(GMO)：(i)GMO-MENP通过以下制备：将0.1mgGMO与5mgMENP在5mL的PBS(pH7.4)缓冲液中温育12小时；为了实现均匀的表面修饰，在温育期间缓慢震荡溶液；(ii)溶液在10℃以20000rpm离心20分钟以除去过量的GMO；(iii)获得的沉淀在乙酸乙酯:丙酮(70:30)溶液中重悬浮，并重离心三次以获得GMO-MENP。(iv)将表面修饰的MENP冻干并储存于4℃直至进一步使用。粒度分布可利用使用了标准动态光散射(DLS)途径的ZetasizerNano系列进行测量。对非功能化的MENP而言，测量的ζ电位为-45+/-1.72mV，且(利用GMO)功能化的MENP为-41.6+/-0.26mV。当对MENP施加磁场时，ζ电位能够在约25Oe和100Oe分别改变为约-50mV和-57mV，参见图2中的201。由于当纳米颗粒邻近负电荷较少的细胞时，电梯度场力对MENP有效，一个实施方案进一步包括，使用外部场来引导和/或增强纳米颗粒积累进入位点，所述位点含有相比于周围的负电荷较多的细胞而言负电荷较少的细胞。在一个方面，可以将一个或多个永久磁体或电磁体放置、注射或植入至癌症位点或其附近，而所述磁体工作以将MENP吸引向癌症位点和增加MENP在癌症位点中的积累，以及增加MENP的负电荷以将MENP引向癌细胞。可以将由永久磁性材料制成的线、液体胶囊、可注射宏观颗粒(即，大于以上描述纳米颗粒的颗粒)或其它的可注射或可植入形式注射入在机体或器官深处的实体瘤位点。由这些来源产生的磁场工作以将MENP定位和积累在癌症部位，并同时增强电场梯度以将MENP推向癌细胞。在另一个实施方案中，使用变化的磁场代替恒定磁场以生成不同的或律动的力以将MENP推向负电荷较少的细胞。变化的磁场可以通过以下来生成：驱动周期性或不规则的交流电(例如，正弦波或方波电流)通过一个或多个电磁体，或改变一个或多个永久磁体的位置，例如，滚动、旋转或前后移动永久磁体。可以改变交变磁场的时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于靶向相比周围细胞负电荷较少的细胞的方法，其包括，注射纳米颗粒的溶液；施加外部场一段时间，所述外部场将增加纳米颗粒的负电荷以便产生电梯度场从而将纳米颗粒推动至负电荷较少的细胞。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.19 US 62/181,9361.一种用于靶向相比周围细胞负电荷较少的细胞的方法，其包括，注射纳米颗粒的溶液；施加外部场一段时间，所述外部场将增加纳米颗粒的负电荷以便产生电梯度场从而将纳米颗粒推动至负电荷较少的细胞。2.权利要求1的方法，其中所述纳米颗粒为磁电纳米颗粒(MENP)，且所述外部场为磁场。3.权利要求2的方法，其中所述MENP用CoFe2O4-BaTiO3核壳的基本结构制成。4.权利要求3的方法，其中所述纳米颗粒通过化合物进一步表面功能化。5.权利要求1的方法，其进一步包括：使用外部场来引导和/或增强纳米颗粒相比于周围负电荷较多的细胞积累在含有负电荷较少的细胞(的位点中。6.权利要求2的方法，其进一步包括：将一个或多个永久磁体或电磁体放置、注射或植入癌症位点或其附近，其中所述磁体工作以将MENP吸引至癌症位点中并增加癌症位点中MENP的积累，以及增加MENP的负电荷从而将MENP引向癌细胞。7.权利要求2的方法，其进一步包括：将由永久磁性材料制成的线、液体胶囊、可注射宏观颗粒或其它可注射或可植入形式注射或植入在机体或器官深处的实体瘤位点，其中由这些注射或植入的磁性来源产生的磁场工作以将MENP定位于和积累在癌症部位，并同时增强电场梯度以将MENP推向癌细胞。8.权利要求2的方法，其进一步包括使用一种装置以同时生成恒定磁场和变化磁场，所述装置形成为适合靶面积或体积的形状和尺寸，由永久磁性材料制成或使用了永久磁性材料，且具有嵌入于装置的一个或多个电磁体。9.权利要求2的方法，其中所述磁场为变化的场，产生不同或律动的力从而将MENP推向负电荷较少的细胞。10.权利要求9的方法，其中所述变化的磁场通过驱动周期性或不规则的交流电通过一个或多个电磁体，或通过改变一个或多个永久磁体的位置生成。11.权利要求10的方法，其进一步包括：改变交变磁场的时间、模式、数量级和/或方向以实现合意的MENP移动。12.一种用于靶向相比于周围细胞负电荷较少的细胞的方法，其包括注射由可产生较高的表面负电荷的化学组分制成的或用分子包覆或偶联的纳米颗粒的溶液，所述分子当纳米颗粒在血流或体液中时增加表面负电荷，其生成将纳米颗粒驱动向负电荷较少的细胞的电力梯度场。13.一种用于皮肤和外观改善的方法，其包括应用含有磁电纳米颗粒(MENP)的溶液，其中应用为局部分散在皮肤区域上或获得MENP溶液并将其分散入更深的皮肤层或肌肉或其组合中；并对所述区域施加所述磁场一段时间，以导致MENP生成电场来刺激细胞。14.权利要求13的方法，其中所施加的磁场为变化的场，所述变化的场在MENP上生成变化电场以将律动的电刺激递送至靠近、接触或围绕MENP的细胞。15.权利要求13的方法，其进一步包括对驱动一个或多个电磁体以生成改变的磁场的交流电的频率、数量级和/或方向进行调节，以实现合意的电刺激效果。16.权利要求13的方法，其进一步包括使用一个或多个永久磁体或由直流电驱动的电磁体施加恒定磁场，所述施加在应用MENP溶液后立即进行，或在应用所述MENP溶液时同时进行以将所述MENP保持于其所应用的局部区域内。17.权利要求13的方法，其进一步包括施加恒定磁场以提供偏置从而将MENP保持于所述区域或接近所述溶液应用的表面，并施加变化的磁场从而在所述MENP上生成变化的电场，以将律动的电刺激递送至靠近、接触或围绕所述MENP的细胞。18.权利要求13的方法，其中MENP的溶液的应用如下进行：使用磁性涂抹器以将MENP保持于所述区域或接近所述溶液应用的表面。19.权利要求13的方法，其进一步包括使用用永久磁性材料制成的和/或嵌入了电磁体的阵列的柔性面罩或面部模具来生成均匀分布的磁场。20.权利要求13的方法，其进一步包括用与待刺激的皮肤或肌肉细胞结合的靶向作用剂包覆或偶联MENP。21.一种用于深部肌肉或组织紧实的方法，其包括注射MENP的溶液入肌肉或组织中；以及施加磁场至所述面积或体积，以引起所述MENP生成电场来刺激所述肌肉或组织的细胞。22.权利要求21的方法，其进一步包括用与待刺激的肌肉或组织细胞结合的靶向作用剂包覆或偶联所述MENP。23.一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁平，
申请(专利权)人：梁平，
类型：发明
国别省市：美国,US