水凝胶毒素‑吸收或结合纳米颗粒制造技术

本发明专利技术提供了包含浸渍了毒素吸收或结合纳米颗粒的聚合物水凝胶的组合物。本发明专利技术还提供了上述组合物用于在受试者中减少或中和毒素的作用或者用于治疗或预防被产生毒素的微生物感染的用途。示例性毒素是生物毒素，诸如病毒毒素、细菌毒素、真菌毒素、植物毒素或动物毒素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年3月20日提交的标题为“Biomimetic Toxin Nanosponges”的美国临时申请序列第61/955,962号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文中。关于联邦政府赞助研究的声明本专利技术是在由美国国家卫生研究院的糖尿病、消化病和肾病研究所授予的政府支持下以授权号R01DK095168进行。美国政府依据本授权拥有本专利技术的某些权利。专利
本专利技术涉及包含浸渍了毒素吸收或结合纳米颗粒的聚合物水凝胶的组合物。本专利技术还涉及上述组合物用于在受试者中减少或中和毒素的作用或用于治疗或预防被产生毒素的微生物感染的用途。示例性毒素包括生物毒素，如病毒毒素、细菌毒素、真菌毒素、植物毒素或动物毒素。专利技术背景抗菌水凝胶在对抗局部微生物威胁中具有许多应用。各种抗菌水凝胶制剂已被应用于促进细菌清除，促进伤口愈合，并防止植入物污染(1a，2a)。这些制剂通常由从天然或合成聚合物制成并载有普通抗生素药物的高度水合的生物材料组成(3a，4a)。尽管对抗菌水凝胶进行了大量开发，但没有制剂已被证明包含消除由感染性微生物产生的毒力因子的能力。这些毒力因子可促进局部炎症并使感染的临床结果恶化(5a)。涂膜纳米颗粒已被证明使许多膜损伤细菌毒力因子解毒(8a，9a)。然而，它们的应用迄今被限于全身施用，因为颗粒稳定化脂质膜结构(用于毒素吸收的基本特征)需要呈用于实现适当功能的水合状态。因此，将纳米颗粒应用于局部治疗或装置涂覆是具有挑战性的，因为制剂会迅速脱水。专利技术概要在一个方面，本专利技术提供一种包含浸渍了毒素吸收或结合纳米颗粒的聚合物水凝胶的组合物，其中所述纳米颗粒包含：a)内核，其包含非细胞材料；和b)外表面，其包含被配置来用于吸收或结合所述毒素的细胞膜。在另一个方面，本专利技术提供一种用于在受试者中减少或中和毒素的作用或用于治疗或预防被产生毒素的微生物感染的方法，所述方法包括向有需要的受试者或所述受试者的细胞施用有效量的上述组合物。在又一个方面，本专利技术提供了一种用于保留毒素吸收或结合纳米颗粒的治疗功能的方法，所述方法包括将毒素吸收或结合纳米颗粒浸渍在聚合物水凝胶中以形成包含浸渍所述毒素吸收或结合纳米颗粒的所述聚合物水凝胶的组合物，其中所述纳米颗粒包含：a)内核，其包含非细胞材料；和b)外表面，其包含被配置来用于吸收或结合所述毒素的细胞膜。在又一个方面，本专利技术提供了有效量的包含浸渍了毒素吸收或结合纳米颗粒的聚合物水凝胶的组合物用于制造用来在受试者中减少或中和毒素的作用或治疗或预防被产生毒素的微生物感染的药物的用途，其中所述纳米颗粒包含：a)内核，其包含非细胞材料；和b)外表面，其包含被配置来用于吸收或结合所述毒素的细胞膜。由于感染性细菌的生存和定植依赖许多毒力因子(6a，7a)，因此毒素中和抗菌水凝胶制剂可用于通过抗生素和抗毒力治疗之间的协同作用增强杀菌效果。在一些实施方案中，本专利技术将广泛适用的毒素中和纳米颗粒平台并入抗菌水凝胶中以用于感染治疗和预防。在一些实施方案中，在水凝胶中掺入毒素中和涂膜纳米颗粒允许所述颗粒保留其功能，因为水凝胶保留其结构内的水分子(最多99.6重量％的水)。通过将水凝胶制剂与涂膜纳米颗粒结合，可以由此制备毒素解毒水凝胶制剂。鉴于水凝胶和聚合物颗粒的活性物装载能力，抗生素可以被封装到毒素中和水凝胶中。在一些方面，本公开涉及2013年3月14日提交的美国申请第13/827,906号、2012年5月24日提交并且公布为WO 2013/052167 A2的国际申请第PCT/US2012/039411号以及2011年6月2日提交的美国临时申请第61/492,626号。上述申请的内容通过引用整体并入。附图简述图1说明了包含掺杂有毒素中和纳米颗粒的水凝胶基质或由其组成的毒素中和水凝胶的示意图。图2A说明了纳米海绵从具有不同PEG浓度的水凝胶的释放。具有高于0.6％(体积比)的PEG百分比的水凝胶可以在24小时后保留约95％的纳米海绵。图2B说明了不同的水凝胶的流变学表征。对于每种凝胶，其G′比其G”高，这表明两种凝胶的凝胶化。图2C说明了纳米海绵水凝胶的SEM图像。图3说明了具有不同浓度的纳米海绵的水凝胶对α-毒素的吸收。将0.5mlα-毒素溶液(10μg/ml)添加到具有2、1或0mg/ml浓度的纳米海绵的0.5ml水凝胶上。将具有α-毒素和水凝胶的所有试管放入37℃振荡孵育器中。在不同的时间取出40μl上清液并使用ELISA方法检测上清液中的α-毒素的浓度。对于没有纳米海绵的水凝胶，24小时后只有22％的α-毒素扩散到凝胶中，而纳米海绵浓度为1mg/ml和2mg/ml的水凝胶分别吸收46％和72％的α-毒素。图4说明了在用混合于PBS、水凝胶或载有纳米海绵的水凝胶中的α-毒素进行孵育后离心的RBC。图5说明了在用混合于PBS、水凝胶或载有纳米海绵的水凝胶中的MRSA进行孵育后离心的RBC。MRSA在液体TSB中培养24小时。然后利用涡旋将TSB和含在其中的MRSA与PBS、水凝胶或载有纳米海绵的水凝胶(2mg/ml)混合。然后加入新鲜的血液并且所有样品在37℃振荡孵育器中孵育2小时。图6A-6F说明了体内毒素中和作用。给小鼠皮下注射α-毒素/纳米海绵水凝胶或α-毒素/水凝胶。图6A和6B分别示出了纳米海绵水凝胶组和水凝胶组的小鼠皮肤的图像。来自上述纳米海绵水凝胶的小鼠皮肤的H.E.染色切片的图像示于组6C或水凝胶组6D中。来自上述纳米海绵水凝胶的小鼠皮肤的TUNEL染色切片的图像示于组6E或水凝胶组6F中。图7A-7E说明了载有纳米海绵的水凝胶(NS-凝胶)的制剂和表征。图7A：用于耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)感染的局部治疗的保留毒素吸收纳米海绵的水凝胶的示意图。毒素纳米海绵是用包裹在天然红细胞(RBC)双层膜中的聚合物核心构造且随后被嵌入基于丙烯酰胺的水凝胶中。图7B：毒素纳米海绵从具有不同交联剂浓度的水凝胶的释放。误差棒表示标准偏差(n＝3)。图7C：不含纳米海绵(空心标记)或载有2mg/mL纳米海绵(实心标记)的水凝胶(0.6重量％的交联剂)的流变学表征。绘制了储能模量G’和损耗模量G”对频率(0.1-10Hz，在37℃下)的对数图。图7D：NS-凝胶的代表性扫描电子显微镜(SEM)图像。刻度条代表1μm。图7E：通过将1mLα-毒素溶液(2μg/mL PBS溶液)与1mL NS-凝胶或空凝胶一起孵育研究了α-毒素的吸收。使用ELISA对不同孵育时间下的α-毒素在上清液中的浓度进行定量。误差棒表示标准偏差(n＝3)。图8A-8D说明了体外毒素中和作用。图8A：在用分别混合于PBS、空凝胶和NS-凝胶中的α-毒素进行孵育后离心的RBC。图8B：图8A中的样品的溶血定量。图8C：在用分别与PBS、空凝胶和NS-凝胶混合的MRSA培养基进行孵育后离心的RBC。图8D：图8C中的样品的溶血定量。误差棒表示标准偏差(n＝3)。图9A-9B说明了由水凝胶实现的体内纳米海绵滞留。使用标记有DiD荧光染料的纳米海绵配制NS-凝胶，然后在小鼠左侧腹的松弛皮肤下皮下注射所述NS-凝胶。在同一小鼠的右侧腹注射自由悬浮的纳米海绵(无水凝胶)作为对照本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含浸渍了毒素吸收或结合纳米颗粒的聚合物水凝胶的组合物，其中所述纳米颗粒包含：a)内核，其包含非细胞材料；和b)外表面，其包含被配置来用于吸收或结合所述毒素的细胞膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.20 US 61/955,9621.一种包含浸渍了毒素吸收或结合纳米颗粒的聚合物水凝胶的组合物，其中所述纳米颗粒包含：a)内核，其包含非细胞材料；和b)外表面，其包含被配置来用于吸收或结合所述毒素的细胞膜。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述聚合物水凝胶包含选自由以下所组成的组的材料：聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、硅酮、明胶、壳聚糖、藻酸盐、聚酯、聚(乙烯醇)和聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺基甲基丙磺酸酯、聚丙烯酸、丙烯酸的盐(包括钠和丙烯酸磺丙酯、甲基丙烯酸2-羟乙酯)、琼脂糖、甲基纤维素、透明质酸及其共聚物。3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述聚合物水凝胶包含聚(乙二醇)二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)。4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其中在使用期间所述聚合物水凝胶包含至少约1％的水(w/w)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的组合物，其中所述聚合物水凝胶具有适于施加至组织或器官的柔性度。6.根据权利要求5所述的组合物，其中所述聚合物水凝胶具有适于施加至天然组织或天然器官的柔性度。7.根据权利要求1-6中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的内核包括聚合物颗粒核心、二氧化硅颗粒核心或例如金的金属颗粒核心。8.根据权利要求7所述的组合物，其中所述聚合物颗粒核心包含光学移动性质。9.根据权利要求7所述的组合物，其中所述聚合物颗粒核心包含金属。10.根据权利要求9所述的组合物，其中所述金属是金、铁氧化物或量子点。11.根据权利要求1-10中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的内核包含选自由聚(乳酸-c-乙醇酸)(PLGA)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚赖氨酸和聚谷氨酸所组成的组的生物相容性材料或合成材料。12.根据权利要求1-11中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的内核支持所述纳米颗粒的外表面。13.根据权利要求1-12中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的细胞膜包含膜结合蛋白或聚糖。14.根据权利要求1-13中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的细胞膜包括质膜或细胞内膜。15.根据权利要求1-13中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的细胞膜包括源自红细胞、淋巴细胞或血小板的质膜。16.根据权利要求1-15中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒具有约10nm至约10um的直径。17.根据权利要求1-16中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒大体上缺少衍生出所述细胞膜的细胞的成分。18.根据权利要求17所述的组合物，其中所述纳米颗粒的细胞膜包括源自红细胞的质膜且所述纳米颗粒大体上缺少血红蛋白。19.根据权利要求1-18中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒大体上保持所述细胞膜的天然结构完整性或活性或者所述细胞膜的成分。20.根据权利要求1-19中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒是生物相容的或生物可降解的。21.根据权利要求1所述的组合物，其中所述纳米颗粒的内核包含PLGA且所述纳米颗粒的外表面包含源自红细胞的质膜。22.根据权利要求21所述的组合物，其中所述纳米颗粒具有为PEG涂覆的相当纳米颗粒的半衰期的至少约2-5倍的体内血液循环半衰期，或具有至少约1小时至约40小时的体内血液循环半衰期。23.根据权利要求1-22中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的外表面进一步包含合成膜。24.根据权利要求1-23中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒的外表面的细胞膜被构造来吸收生物毒素或结合至生物毒素。25.根据权利要求24所述的组合物，其中所述生物毒素是病毒毒素、细菌毒素、真菌毒素、植物毒素或动物毒素。26.根据权利要求25所述的组合物，其中所述细菌毒素是来自革兰氏阳性或革兰氏阴性细菌的毒素。27.根据权利要求25所述的组合物，其中所述细菌毒素是来自大肠杆菌或金黄色葡萄球菌的毒素。28.根据权利要求25所述的组合物，其中所述真菌毒素是来自白色念珠菌或烟曲霉的毒素。29.根据权利要求25所述的组合物，其中所述动物毒素是来自爬行动物，例如乌龟、鳄鱼、蛇、蜥蜴或大蜥蜴，或者节肢动物，例如昆虫、蜘蛛或蝎子，的毒素。30.根据权利要求29所述的组合物，其中所述动物毒素包含在动物毒液中。31.根据权利要求24-30中任一项所述的组合物，其中所述生物毒素是成孔毒素。32.根据权利要求31所述的组合物，其中所述成孔毒素的天然标靶是哺乳动物红细胞，例如，人红细胞。33.根据权利要求1-32中任一项所述的组合物，其中所述聚合物水凝胶包括彼此物理或共价交联和/或与所述纳米颗粒物理或共价交联的水合聚合物网络。34.根据权利要求1-33中任一项所述的组合物，其进一步包含治疗剂、预防剂、诊断剂或标记剂、预后剂、分离剂、监测剂或其组合。35.根据权利要求34所述的组合物，其中所述治疗剂或预防剂是抗病毒剂、抗生素、抗真菌剂或抗原生动物剂。36.根据权利要求34所述的方法，其中所述治疗剂或预防剂是奎宁。37.根据权利要求35所述的方法，其中所述治疗剂或预防剂是抗生素。38.根据权利要求37所述的组合物，其中所述抗生素选自由细胞壁合成抑制剂、蛋白质合成抑制剂、膜功能抑制剂、叶酸途径抑制剂和核酸合成功能抑制剂组成的组。39.根据权利要求38所述的组合物，其中所述细胞壁合成抑制剂是青霉素、头孢菌素、单胺菌素、青...

【专利技术属性】
技术研发人员：张良方，胡哲铭，高巍伟，乔纳森·科普，
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