一种X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术提供了一种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，该系统是将下转换β‑NaGdF4:X％Tb

A novel nanoparticle photosensitizer coupling system for the treatment of deep tumors by X ray stimulated luminescence and its preparation method

The present invention provides a novel nanoparticle photosensitizer coupling system for the treatment of deep tumors by X ray stimulated luminescence. The system is a lower conversion beta NaGdF4:X%Tb

【技术实现步骤摘要】
一种X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统及其制备方法
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应用。
技术介绍
光动力学治疗(PhotodynamicTherapy,PDT)是光敏剂经静脉给药后，经过4-48小时，使光敏剂选择性地富集在癌症病变部位，再经过特定波长的光源激发，光敏剂分子吸收光子产生大量活性氧物种(ReactiveOxygenSpecies,ROS)杀死病变部位细胞。与传统外科手术、放疗、化疗相比，光动力治疗具有可控的局部光毒性，且安全无创、副作用小，已广泛用于多种恶性实体肿瘤的临床治疗。但是由于紫外—可见光光在人体组织内的穿透深度限制，目前其难以在较大或深部肿瘤开展，临床应用极大受限。近年来，随着X射线激发纳米发光材料(X-rayLuminescenceNanoparticles,XLNP)的发展，一种新型光动力学治疗，X射线激发光动力学(X-rayExcitedPhotodynamicTherapy,XE-PDT)为深部肿瘤的PDT带来了新纪元。其原理为富集在肿瘤部位的XLNP经X射线激发后产生可见光，将其作为内部光源，激发与之耦合的光敏剂，产生ROS促使肿瘤细胞凋亡，从而实现癌症治疗。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XLNP，并将其与成熟光敏剂进行耦合是X射线激发光动力学治疗中关键问题。碱金属的稀土金属氟化物(AReF4,A为碱金属,Re为稀土金属)相较于其它X射线激发纳米材料，因为具有更稳定的晶格结构、可控的尺寸、更低的光子能量状态，更宽的能量带隙(EnergyGap,EG)，不易受周围生物环境影响等特性，使其具备了高效且稳定的发光性能以及可调控的高通透性和滞留(EnhancedPermeabilityandRetention,EPR)效应。此外，稀土金属离子具有丰富的能级结构，可以通过改变掺杂的稀土离子，达到调控发光光谱的目的。2015年NanoLetters上的研究通过将稀土发光纳米颗粒与FDA批准的光敏剂MC540相结合，采用局部X射线照射0.5小时共0.5Gy辐射剂量(16.7mGy/min)，可有效激发光敏剂产生ROS，杀死60％肿瘤细胞(HongminChen,etc.Nanoscintillator-MediatedX-rayInduciblePhotodynamicTherapyforInVivoCancerTreatment.Nanoletters.2015,15,2249-2256)。2017年，本专利技术人所在研究小组首次将制备出的β-NaGdF4:Eu3+成功应用于实验动物，在体内X射线激发发光成像(WenliZhang,etc.Sub-10nmWater-Dispersibleβ-NaGdF4:X％Eu3+NanoparticleswithEnhancedBiocompatibilityforinVivoX-rayLuminescenceComputedTomography.ACSAppliedmaterials&Interface.2017,9(46),pp39985-39993)，为安全高效的XE-PDT奠定了材料基础。然而，X射线激发β-NaGdF4:X％Eu3+纳米粒的发射光谱与RB的吸收光谱不相匹配，故无法实现高效的XE-PDT治疗。本专利技术的提出有效地解决了这一现实问题。
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低剂量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。为了实现本专利技术的目的，专利技术人对NaGdF4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，从而产生了更多的ROS，大幅度降低了X射线的辐射剂量，从而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，该系统是将下转换β-NaGdF4: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-NaGdF4: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，以实现在较低剂量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玫瑰红、MC540或/和在490-540nm处有吸收的其它光敏剂。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-NaGdF4: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-NaGdF4:X％Tb3+、AEP、EDC及玫瑰红的质量比为1：(3～5)：(0.8～2)：(0.04～0.06)。另外，本专利技术还提供了上述X射线激发光动力学治疗深部肿瘤的新型纳米粒-光敏剂耦合系统的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)取β-NaGdF4:X％Tb3+纳米粒和AEP分散在醇溶液中，混合形成均一溶液，在室温下搅拌反应12～36小时后，离心得到经AEP修饰的纳米粒；(2)取AEP修饰的纳米粒与光敏剂玫瑰红混合于水中，加入EDC作为激活剂，室温搅拌反应6～18小时；(3)将步骤(2)的反应液高速离心，速率为12000～14000rpm，分离出残余溶液中的沉淀物，将沉淀物纯化后获得目标产物。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-光敏剂耦合系统的制备方法，其中步骤(1)中所述的醇溶液为体积分数50％～70％的乙醇溶液。本专利技术所述的NaGdF4:15％Tb3+发光纳米粒-RB耦合系统与肝癌细胞(HepG-2)共培养，结果显示耦合系统可通过经典的胞吞方式进入细胞，并稳定停留在内涵体/溶酶体等小泡结构中。当NaGdF4:15％Tb3+发光纳米粒-RB耦合系统溶液浓度为500μg/mL，X射线照射100秒时，单态氧产生量达到峰值，且随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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，其特征在于，该系统是将下转换β‑NaGdF4:X％Tb

【技术特征摘要】
1.一种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，其特征在于，该系统是将下转换β-NaGdF4: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，EDC为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，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，其特征在于，所述的X＝3～18。3.根据权利要求2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，其特征在于，所述的X＝15。4.根据权利要求1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，其特征在于，所述的亲水性光敏剂为玫瑰红、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，其特征在于，β-NaGdF4: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，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢虹冰，张文立，石峰，范黎，沈颖莉，张晓峰，戎军艳，刘天帅，高鹏，
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