以在水中引起共振的波长的近红外辐射被用于远程地激活聚合物颗粒的热塑化以触发被包封的分子从颗粒释放。由生物可相容的亲水性聚合物形成的纳米载体可以用于以可逆转变将被包封的分子递送至组织，该可逆转变允许用于有效负载的持续释放的重复激活。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有光触发释放机制的聚合物纳米载体 相关申请 本申请要求于2012年8月28日提交的美国临时申请号61/694, 179的优先权的 权益。 政府权利 本专利技术用基于由国立卫生研宄院授予的批准号0D006499的政府资助而作出。政 府具有本专利技术中的某些权利。 专利
本专利技术涉及用于生物医学应用的聚合物纳米载体和一种用于从此类纳米载体光 触发释放的方法。 专利技术背景 从聚合物胶囊光触发释放是用于将被包封的分子在空间和时间的控制下递送至 靶组织的关键手段。响应于近红外（NIR)波长（650-1300nm)的系统是特别引人注目的，这 归因于具有低衰减的深的穿透深度，该系统允许低的NIR辐照穿透具有最小细胞毒性的组 织的若干厘米。NIR作为用于使药物从聚合物纳米载体释放的触发物的应用是研宄的活跃 领域，然而，至今报告的方法存在限制它们的生物医学相关性的显著缺点。 在一般方法中，金或其他金属纳米结构被并入聚合物胶囊以在吸收NIR光时产生 热，使周围的聚合物基体松动以释放治疗剂。这种方法受到以下限制：金属纳米结构的有争 议的生物相容性以及在NIR吸收时产生的可能对组织有害的相当多的热。例如，已报告了 温度在以I. IW辐照30分钟后变化了高达~40°C，并且温度以I. 5W在5分钟内从室温变 化至水溶液的沸腾温度。这种周围的过度加热可能潜在地伤害细胞。还已知这种金辅助的 热塑化构思受限于热稳定的装载物（cargo)，因为已显示金属颗粒周围的温度升高远高于 250°C。随着时间的推移，金纳米结构的大量辐照与高功率NIR光也可能通过熔融对金属纳 米颗粒引起不可逆的损害，随着时间的推移减弱其光热响应性。 可选择地，纳米载体也可以从包含光响应形式的聚合物来配制，所述聚合物通过 化学变化例如异构化作用、氧化作用、二聚作用、和键裂解来响应。为了使用固有地低能量 的NIR光，所有这些机制都需要同时的双光子吸收，需要具有可能超过生物组织的损伤阈 值的能量的高功率且聚焦脉冲的NIR激光的应用。最近，通过使光敏聚合物纳米载体偶联 至镧掺杂的上转换纳米颗粒（UCNP)，所述上转换纳米颗粒顺序地吸收多个NIR光子并且将 其转换成UV区中的更高能量的光子，双光子光化学的限制已被克服。由于不需要激发光子 的同时吸收，UCNP为响应于生物学良性的励磁功率密度的触发释放做准备。然而，UCNP包 含在体外和体内证明是有毒性的稀土重元素。 尽管对某种应用很感兴趣，但是所有这些策略都对广泛应用、具体地是生物医学 用途具有显著障碍。因此，需要更多的生物学良性策略以获得能克服这些限制的利用NIR 光遥控的光释放。 简要概沐 根据本专利技术，利用NIR光选择性地加热可生物降解的聚合物颗粒内的束缚水以引 起被包含在颗粒内的有效负载（payload)的释放。由缺乏固有的光敏性的材料形成的聚合 物颗粒当被暴露于低功率的NIR光时经历热塑化，引起了允许被包封的有效负载从颗粒扩 散出来的相变。利用这种方法，有效负载的瞬时释放和控制释放可以利用低至170mW的功 率的连续波NIR激光来实现，而不显著加热周围的水溶液。 在一个实施方案中，可以使用连续波NIR激光以选择性地加热存在于大部分聚合 物颗粒中的痕量的水，引起聚合物颗粒的热塑化，增加它们的足以释放被包封的化合物而 无聚合物降解的扩散率。选择在约980nm至1200nm的范围内的NIR光的波长以在水中产 生共振。在示例性实施方案中，颗粒可以由聚（乳酸-共-羟基乙酸）（PLGA)形成，然而， 可以使用其他聚合物基体。可以利用多次连续的NIR曝光以释放多种有效负载剂量，而不 引起载体的不可逆破坏。按需的释放比率取决于施加至系统的平均NIR光子能量并且与粒 度成反比，可以利用这两方面来控制释放的材料的量。 这种NIR引起的基于热塑化的释放机制提供了超越现有技术的另外的益处，包括 波长敏感度、低光强度要求和对各种各样被包封的化合物的广泛适用性。 在加热悬浮于溶液中的微粒时，聚合物损失其颗粒形态并且发生凝集。在低温下， 该凝集经由声处理是可逆的，然而加热至大于~60°C的温度持续大于~5分钟导致聚合物 的不可逆凝集。一般而言，当有效负载被包封时，加热至大于聚合物的玻璃化转变温度的温 度引起有效负载的释放，并且加热至大于~60°C的温度引起有效负载的最大释放。在37°C 下以500mW对悬浮的微粒施加980nm NIR辐射15分钟引起聚合物大量的但可逆的聚集。 本专利技术具有许多有用的应用，其提供了小分子至细胞或生物体内（至多几厘米 深）的按需递送。考虑到神经递质的NIR解除对神经科学的巨大影响，使用专利技术的颗粒来递 送几乎任何的小分子可以为涉及正常和病理发展的疑问提供答案。专利技术的递送方法可以通 过大量生产包封通常用于细胞生物学的药物试剂的PLGA (或其他广泛地可得的聚合物）颗 粒、或作为现有聚合物的新应用来商业化，这是因为聚合物生产公司可以提供配制方案。例 如，包封治疗性有效负载的良好分散的PLGA微粒可以利用微型针被容易地注射至眼部中。 通常，PLGA在身体内具有短的保留时间（2-3个月），这归因于经由聚合物主链中的酯键的 断裂的降解。然而，如果激光将用于使颗粒聚集和/或凝集成大的药物储器，那么药物的保 留时间可以被增大以用于长期释放。 在本专利技术的一方面，一种用于递送有效负载的纳米载体包含适合于包封分子的聚 合物颗粒，其中聚合物包含水的纳米域并且在用NIR光辐照时经历相变，所述相变允许被 包封的分子的至少一部分从颗粒扩散出来。相变优选地是可逆的并且聚合物可以不具有固 有的光敏性。NIR光具有980nm的波长。聚合物可以是具有根据期望的释放速率或期望的 粒度选择的丙交酯：乙交酯的比率的聚（乳酸-共-羟基乙酸）（PLGA)。被包封的分子可 以是治疗性化合物或染料。纳米载体的聚集体可以用于在延长的时间段内递送有效负载。 在本专利技术的另一方面，一种用于将有效负载递送至靶组织的颗粒包含亲水性聚合 物，所述亲水性聚合物具有被包封在其中的有效负载，其中，当用NIR光辐照时，聚合物经 历光热转变，从而有效负载的至少一部分从颗粒扩散出来。NIR光优选地具有980nm的波长 并且光热转变是可逆的。聚合物可以是具有根据期望的释放速率或期望的粒度选择的丙交 酯：乙交酯的比率的聚（乳酸-共-羟基乙酸）（PLGA)。被包封的有效负载可以是治疗性 化合物或染料。颗粒的聚集体可以用于在延长的时间段内递送有效负载。 在本专利技术的另一方面，一种用于递送有效负载的方法包括：将有效负载包封在纳 米载体中，所述纳米载体包含不具有固有的光敏性的亲水性聚合物；使聚合物水合以形成 水的纳米域；以及使纳米载体暴露于具有适合于引起共振光子与水的相互作用的波长的 光，以局部地加热聚合物，以引起聚合物中的相变，从而使有效负载从纳米载体扩散出来。 光优选地为具有980nm波长的NIR光。聚合物可以是具有根据期望的释放速率或期望的粒 度选择的丙交酯：乙交酯的比率的聚（乳酸-共-羟基乙酸）（PLGA)。有效负载可以是治 疗性化合物或染料。纳米载体的聚集体可以形成为用于在延长的时间段内递送有效负载。 附图简沐 图1A-1D是通过热塑化的NIR引起的释放的示意图，其中图IA示本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于递送有效负载的纳米载体，包含：聚合物颗粒，所述聚合物颗粒适合于包封分子，其中所述聚合物包含水的纳米域并且在用NIR光辐照时经历相变，所述相变允许被包封的分子的至少一部分从所述颗粒扩散出来。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：艾达·阿勒穆泰里，马蒂厄·莱萨德瓦伊格，望中·盛，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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