一种新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统及其应用技术方案

本发明专利技术提供了一种新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒‑光敏剂耦合系统及其应用，该系统是将下转换β‑NaLuF4:X％Tb

【技术实现步骤摘要】
一种新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统及其应用
本专利技术属于生物医学材料
，具体而言，涉及一种用于X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒(Nanoparticles,NPs)-光敏剂耦合系统，以及该系统的制备方法和生物应用。
技术介绍
光动力学治疗(PhotodynamicTherapy,PDT)是上个世纪七十年代末开设形成的一项肿瘤治疗新技术，在美、英等不少国家已获得国家政府相关部门的正式批准，成为治疗肿瘤的一项常规手段。与传统的手术、化疗、放疗等治疗手段相比，其具有创伤较小、毒性低微、选择性好、适用性好等优点。其基本原理是：生物组织中的内源性或外源性光敏物质受到相应波长(可见光、近红外光或紫外光)光照时，吸收光子能量，由基态变成激发态，处于激发态的光敏物质很不稳定，迅速经过物理退激或化学退激过程释放出能量而返回基态，其物理退激过程可产生荧光，通过分析荧光光谱能进行疾病的诊断；而其化学退激过程可以生成大量活性氧物种(ReactiveOxygenSpecies,ROS)，其中最主要的是单线态氧，活性氧能与多种生物大分子相互作用，损伤肿瘤细胞结构或影响细胞功能，从而产生治疗效果。但是激发光的组织穿透能力和光敏剂的吸收波长阻碍了传统PDT对深部或较大肿瘤的有效治疗，临床应用极大受限。近年来，基于X射线直接激发光敏剂或以X射线激发纳米闪烁体作为能量传递介质间接激发光敏剂的X射线激发的光动力治疗方法(X-rayExcitedPhotodynamicTherapy,XE-PDT)成为深层肿瘤治疗领域的研究热点。由于X射线高穿透能力，光敏剂对X射线的直接吸收率低，因此X射线直接激发的光敏剂相对较少，目前主要是以X射线激发发光纳米粒子作为能量介质，依赖发光纳米粒与光敏剂之间的能量传递间接激发光敏剂。具体实现如下：首先，选择光谱相匹配的发光纳米粒与光敏剂，通过自组装或共价耦合的方式生成发光纳米耦合系统；然后，通过靶向分子引导纳米粒-光敏剂耦合系统在肿瘤部位富集；再者，用X射线激发被包裹的发光纳米粒发光，将能量传递给光敏剂产生光动力效应。因此，研制出一种发光光谱与光敏剂吸收光谱高度吻合且生物安全性好、光产额较高的发光纳米粒，并将其与成熟光敏剂进行耦合是XE-PDT的关键问题。稀土元素掺杂的核壳结构是掺杂镧系元素的主体材料的无机纳米粒子组成内核，外壳被非掺杂的稀土化合物包围。这种含重金属的核壳纳米材料对X射线有很强的阻挡和吸收作用，因而常被用作X射线激发磷光材料(NacrzynskiDJ,etc.NanoLett.2015,15(1):96)。2006年，UniversityofTexasatArlington的WeiChen教授首次提出了XE-PDT(Chen,W.etc.JournalofNanoscienceandNanotechnology,2006.6(4):p.1159-1166)，使用X射线作为激光光源，通过激发LaCl3:Ce3+纳米粒发出可见光用于激发耦合在LaCl3:Ce3+表面的传统光敏剂(卟啉衍生物)通过共价键结合，并修饰靶向基团将光敏剂递送到治疗部位，然后通过发光纳米粒吸收X射线并发射紫外光激活有限距离内的光敏剂产生单态氧，证实该方法不仅可以利用光敏剂的靶向性实现治疗局域化，减少对正常细胞的损伤，同时还可以提高穿透深度使其适用于深部肿瘤治疗。2018年，Chang-ChiehHsu等人提出了基于核-壳-壳结构的纳米发光颗粒NaLuF4:35％Gd3+,15％Eu3+@NaLuF4:40％Gd3+@NaLuF4:35％Gd3+,15％Tb3+用于XE-PDT和生物成像等方面(Chang-ChiehHsu,etc.JournalofACSAppliedMaterials&Interfaces,2018.2)，在X射线激发下，这种发光纳米颗粒可以从Tb3+中发出波长为543nm的可见光用于激发与之相耦合的玫瑰红光敏剂产生ROS，可有效杀死MDA-MB-231和MCF-7肿瘤细胞。同时，该耦合系统可以从Eu3+中发出波长为614nm，695nm的可见光用于生物成像。该型耦合系统的FRET(FluorescenceResonanceEnergyTransfer)效应仅有82.7％，XE-PDT的照射剂量高达1-5Gy，照射后肿瘤细胞活性分别为80％(1Gy)，70％(5Gy)，抗肿瘤疗效和毒副作用非常不理想。因此，如何有效增加耦合系统的FRET效应，在确保有效杀死肿瘤细胞的前提下最大程度地降低X射线照射剂量是急需解决的现实问题。本专利技术的提出有效解决了这一问题。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本专利技术的首要目的在于提供一种较低剂量XE-PDT治疗深部肿瘤的新型纳米粒(Nanoparticles,NPs)-光敏剂耦合系统。为了实现本专利技术的目的，专利技术人对NaLuF4系列发光纳米粒进行了深入研究，意外地发现通过改变掺杂稀土离子为Tb3+，使其发射光谱与成熟二代光敏剂玫瑰红(RoseBengal,RB)吸收光谱高度吻合，较NaGdF4:Tb3+-RB耦合系统而言，NaLuF4Tb3+-RB耦合系统不但可以产生更多的ROS，而且在提高FRET效应的同时可大幅降低X射线的照射剂量，较好地实现了本专利技术的目的。具体地，本专利技术的技术方案概况如下：一种新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，是将下转换β-NaLuF4:X％Tb3+纳米粒经AEP修饰后，加入EDC作为激活剂，使发光纳米粒与亲水性光敏剂单步共价耦合而得，其中X＝3～25，AEP为2-氨基乙基膦酸(2-Aminoethylphosphonicacid,AEP)，EDC为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(N-(3-Dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimidehydrochloridecrystalline,EDC)，亲水性光敏剂是在490-540nm处有吸收的光敏剂。需要说明的是，试验中发现，将β-NaLuF4:X％Tb3+纳米粒表面油酸基团AEP进行配体交换后修饰，可以使纳米粒具备良好的水溶性和生物安全性，在较低剂量X射线照射下更安全高效的抑制或杀死癌细胞。进一步优选地，如上所述X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统，其中优选X＝3～18，进一步优选X＝7～15。在本专利技术的一个最优选的试验处理组中，如上所述X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统，其中X＝15。在本专利技术的一个最优选的试验处理组中，如上所述X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统，其中的亲水性光敏剂为RB、MC540或其它在490-560nm处有吸收谱的光敏剂。进一步优选地，如上所述X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统，其中β-NaLuF4:X％Tb3+与AEP、EDC的质量比为1：(3～5)：(0.8～2)。再进一步优选地，如上所述X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统，其中β-NaLuF4:X％Tb3+、AEP、EDC及RB的质量比为1：(3～5)：(0.8～2)：(0.004～本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒‑光敏剂耦合系统，其特征在于，该系统是将下转换β‑NaLuF4:X％Tb3+纳米粒经AEP修饰后，加入EDC作为激活剂，使发光纳米粒与亲水性光敏剂单步共价耦合而得，其中X＝3～25，所述的AEP为2‑氨基乙基膦酸，所述的EDC为1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐，所述的亲水性光敏剂是在490‑540nm处有吸收的光敏剂。

【技术特征摘要】
1.一种新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，其特征在于，该系统是将下转换β-NaLuF4:X％Tb3+纳米粒经AEP修饰后，加入EDC作为激活剂，使发光纳米粒与亲水性光敏剂单步共价耦合而得，其中X＝3～25，所述的AEP为2-氨基乙基膦酸，所述的EDC为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，所述的亲水性光敏剂是在490-540nm处有吸收的光敏剂。2.根据权利要求1所述新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，其特征在于，所述的X＝3～18。3.根据权利要求2所述新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，其特征在于，所述的X＝7～15。4.根据权利要求1所述新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，其特征在于，所述的亲水性光敏剂为RB、MC540或/和在490-540nm处有吸收的其它光敏剂。5.根据权利要求1所述新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，其特征在于，β-NaLuF4:X％Tb3+与AEP、EDC的质量比为1：(3～5)：(0.8～2)。6.根据权利要求4所述新型X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的纳米粒-光敏剂耦合系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢虹冰，张文立，张晓峰，戎军艳，高鹏，刘天帅，兰斌，刘文磊，
申请(专利权)人：中国人民解放军第四军医大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61