基于化学交联的光疗纳米制剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）的新型光疗纳米制剂的制备方法及其应用。所述的光疗纳米制剂是通过POSS的氨基和光敏剂的羧基经化学交联反应形成纳米颗粒，再进行表面聚乙二醇化制得的。该纳米制剂利用化学交联的方法将光敏剂作为的一部分，实现了超高的载药量，避免了药物的提前泄露并抑制了光敏剂的自淬灭效应。同时，该药物具有良好的水分散性、稳定性和生物安全性。此外，该光疗制剂能够被癌细胞大量内吞并且在光照条件下高效地杀死癌细胞。体内动物实验证明该光疗纳米制剂可以通过被动靶向富集到肿瘤区域，实现肿瘤的成像和光动力学治疗。

Nano preparation of phototherapy based on chemical cross-linking and preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of a new phototherapy nanometer preparation based on polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and its application. The phototherapy nano preparation is formed by chemical cross-linking reaction of carboxyl groups of amino groups of POSS and photosensitizer, and then prepared by surface polyethylene glycol. The nanometer preparation uses the chemical cross-linking method as a part of the photosensitizer to realize ultrahigh drug loading, avoids the early release of the drug and inhibits the self quenching effect of the photosensitizer. At the same time, the drug has good water dispersion, stability and biological safety. In addition, the phototherapy agent can be swallowed by a large number of cancer cells and efficiently kill cancer cells under illumination. In vivo animal experiments have shown that the phototherapy nanoparticles can be enriched by passive targeting into tumor regions, and tumor imaging and photodynamic therapy can be realized.

【技术实现步骤摘要】
基于化学交联的光疗纳米制剂及其制备方法和应用
本专利技术公开了一种新型光疗纳米制剂的制备方法以及其在肿瘤成像与光动力学治疗中的应用，属于纳米材料和生物

技术介绍
光动力学治疗是一种新兴的癌症治疗手段，它避免了传统治疗方式（如化学疗法、放射性疗法及手术切除）侵入性强、全身毒性大和治疗不完全等缺点，具有特异性强、对正常组织伤害小以及无药物毒性积累等优势。光动力学治疗主要利用光敏剂分子在光照条件下产生的活性氧分子来杀死癌细胞。然而大多数光敏剂分子水溶性较差，在水溶液中易形成聚集体，这极大地抑制了光敏剂的单线态氧产率和治疗效果。目前常用的策略是将光敏剂载入到纳米颗粒中来改善光动力学治疗效果，这些纳米颗粒主要包括脂质体、胶束、量子点、金属纳米颗粒、高分子纳米颗粒和氧化石墨烯等。总体来说，现有的载药策略主要可分为物理包裹和共价接枝两种：物理包裹的方法虽然制备简单，但存在载药量低和药物提前释放等问题；共价接枝的策略所形成的纳米颗粒结构稳定，避免了药物的提前释放，然而纳米颗粒表面过量装载光敏剂会影响其水溶性并且导致光敏剂分子的自淬灭。因此，开发一种载药量高且安全有效的光动力学治疗药物十分必要。此外，光动力治疗对于癌细胞的杀伤效果主要来自于单线态氧对细胞器的破坏作用。而单线态氧寿命短，作用距离有限，因此其抗癌疗效很大程度上依赖于光敏剂的内吞效率和亚细胞定位情况。一般来说，定位于线粒体和内质网等细胞器的光动力疗法效果更加显著，作用于细胞膜的光疗可以加速细胞的坏死，而定位在溶酶体等细胞器的光疗相对而言效果较差。考虑到这些因素，提升光动力治疗效果可以通过两方面实现，一是增加光敏剂的内吞效率和内吞量，二是改变光敏剂的亚细胞定位情况，使其主要分布于线粒体、内质网等对单线态氧作用更加敏感的细胞器。综上所述，开发一种载药量高、结构稳定、具有细胞高内吞效率和可实现特定细胞器靶向的安全有效的光疗纳米制剂十分必要。
技术实现思路
专利技术目的：有鉴于此，为解决现有技术存在的上述问题，申请人期望提供了一种载药率高、结构稳定、细胞内吞量大且可定位于线粒体和内质网的新型光疗纳米制剂。更进一步的目的是提供一种制备上述光疗纳米制剂的方法。技术方案：本专利技术提供了一种基于多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）的新型光疗纳米制剂，其主要由带有两个以上（含两个）羧基的光敏剂分子、POSS以及聚乙二醇（PEG）分子组成。光敏分子与POSS通过交联，形成纳米颗粒，PEG分子连接于纳米颗粒上，形成一个整体。所述PEG为改性PEG，NHS-PEG-OMe。该制剂中各组分比例为：100摩尔份POSS，30至500摩尔份光敏剂，100至400摩尔份NHS-PEG-OMe。其中，POSS的分子通式为(RSiO1.5)n,n一般为6、8、10、12等。其中以n=6和8最典型,R可以为氢基、烷基、环氧基、亚烃基、苯基、芳基、亚芳基等。POSS的结构有无规结构、梯形结构、笼形结构、桥型结构等。优选的，所述光敏剂分子为原卟啉、二氢卟吩e6（Ce6）或5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉。优选的，POSS包括八氨丙基六面体倍半硅氧烷和八氨乙基六面体倍半硅氧烷，进一步优选的，所述POSS为八氨丙基六面体倍半硅氧烷。优选的，所述PEG的分子量为500-10000。进一步优选的，所述PEG的分子量为2000。进一步的，本专利技术还提供了一种基于POSS的新型光疗纳米制剂得制备方法，包括以下步骤：（1）活化光敏剂的羧基：称取光敏剂、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺（EDC），分别溶解于二甲基亚砜（DMSO）；将EDC溶液和NHS溶液依次加入到光敏剂溶液中，室温下反应2-4小时，得到活化后的光敏剂溶液；（2）将POSS溶解于DMSO中，加入三乙胺，室温下处理过夜；（3）将活化后的光敏剂与经三乙胺处理的POSS混合，室温下反应4-12小时；（4）向上述溶液中加入NHS-PEG-OMe，室温下反应6-9小时；反应结束后，在DMSO中透析纯化，再用超纯水透析纯化，然后冷冻干燥，得到样品。优选的，在所述步骤1中，光敏剂分子、EDC和NHS的摩尔比为1：（4-40）：（6-60）。进一步优选的，在所述步骤1中，光敏剂分子、EDC和NHS的摩尔比为1:（8-12）:（10-18）。更为优选的，光敏剂分子、EDC和NHS的摩尔比为1:10:15。优选的，在所述步骤2中，POSS与三乙胺的摩尔比为1:（8-96）。进一步优选的，所述POSS与三乙胺的摩尔比为1:（18-30）。更为优选的，POSS与三乙胺的摩尔比为1:24。优选的，在所述步骤3中，POSS与光敏剂分子的摩尔比为1:（0.5-7）。进一步优选的，在所述步骤3中，POSS与光敏剂分子的摩尔比为1:（1-4）。更为优选的，POSS与光敏剂分子1:3。优选的，在所述步骤4中，POSS与NHS-PEG-OMe分子的摩尔比为1:（2-6）。进一步优选的，在所述步骤4中，POSS与NHS-PEG-OMe分子的摩尔比为1:（4-6）。更为优选的，POSS与NHS-PEG-OMe分子的摩尔比为1:5。更进一步的，本专利技术还提供了一种光疗纳米制剂在作为或制备肿瘤成像或光动力治疗药物中的应用。提供一种光疗纳米制剂在制备或作为肿瘤治疗药物中的应用。并进一步提供了一种光疗纳米制剂在肿瘤成像及光动力治疗中的应用。所述的光疗纳米制剂包括光敏剂分子，该光敏剂分子可与POSS通过非特异性共价交联形成纳米颗粒，再进行表面PEG修饰制得。该光疗纳米制剂的制备方法如上文所述，此处不再重新描述。优选的，所述光敏剂为原卟啉、Ce6或5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉。进一步优选的，所述光敏剂为Ce6，所述PEG的分子量为1000-10000。进一步优选的，所述PEG的分子量为2000。优选的，POSS与光敏剂分子的摩尔比为1:（0.5-7）。进一步优选的，POSS与光敏剂分子的摩尔比为1:3。优选的，POSS与NHS-PEG-OMe分子的摩尔比为1:（2-6）。进一步优选的，POSS与NHS-PEG-OMe分子的摩尔比为1:5。本专利技术所述新型光疗纳米制剂通过光敏剂上多个羧基与POSS上多个氨基进行化学交联制备纳米颗粒，其反应条件温和，载药量极高，易于制备和纯化，具有良好的水分散性和稳定性。该共价交联的构建方式可有效避免光敏剂在体内循环中提前释放的问题。此外，POSS独特的笼型六面体的刚性结构有效地抑制了光敏剂的自淬灭效应，从而保证了其光动力治疗效果。技术效果：相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：（1）合成简便：该纳米颗粒全程在室温下反应，反应条件温和，制备方法简单，可行性高。（2）良好的结构稳定性：通过共价交联的方式装载光敏剂，避免了药物的提前释放。（3）载药量高：将光敏剂作为纳米颗粒构建的一部分，极大地提高了光敏剂的装载效率，达到了19.8wt%，高于目前绝大多数的载药体系。（4）有效抑制了光敏剂的自淬灭效应：POSS的立体笼型结构有效抑制了光敏剂的自淬灭效应，使其荧光产率及单线态氧产率不受影响，确保了其成像以及光疗效果。（5）细胞内吞量大，多细胞器靶向：癌细胞对该光疗纳米制剂摄取量大，且光敏剂主要定位于线粒体和内质网，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于化学交联的光疗纳米制剂，其特征在于，包括由若干多面体低聚倍半硅氧烷分子与若干带有两个以上羧基的光敏剂交联形成的纳米颗粒，以及修饰于该纳米颗粒表面的若干聚乙二醇分子。

【技术特征摘要】
1.一种基于化学交联的光疗纳米制剂，其特征在于，包括由若干多面体低聚倍半硅氧烷分子与若干带有两个以上羧基的光敏剂交联形成的纳米颗粒，以及修饰于该纳米颗粒表面的若干聚乙二醇分子。2.根据权利要求1所述的光疗纳米制剂，其特征在于，所述的光敏剂为原卟啉、二氢卟吩e6或5,10,15,20-四（4-羧基苯基）卟啉。3.据权利要求1或2所述的光疗纳米制剂，其特征在于，所述的多面体低聚倍半硅氧烷为八氨丙基六面体倍半硅氧烷或八氨乙基六面体倍半硅氧烷。4.据权利要求1所述的光疗纳米制剂，其特征在于，所述的聚乙二醇的粘均分子量为500-10000。5.一种光疗纳米制剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）活化光敏剂的羧基：称取光敏剂、N-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺，分别溶解于二甲基亚砜得相应溶液；将1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺溶液和N-羟基琥珀酰亚胺溶液依次加入到光敏剂溶液中，室温下反应2-4小时，得到活化后的光敏剂溶液；（2）将多面体低聚倍半硅氧烷溶解于二甲基亚砜中，按多面体低聚倍半硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴富根，祝雅璇，贾浩然，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32