一种稀土上转换复合纳米材料用于肿瘤治疗制造技术

本发明专利技术公开一种稀土上转换复合纳米材料用于肿瘤治疗，构建了近红外远程光控的上转换光动力学治疗与肿瘤微环境可触发的化学动力学协同治疗平台，以实现对乏氧肿瘤的有效治疗。高效、稳定发光的UCNPs可以将980 nm NIR光转化为540 nm绿光，从而激发光敏剂吸收光谱红移后的HB进行PDT过程。肿瘤微环境中内源性酸性H

【技术实现步骤摘要】
一种稀土上转换复合纳米材料用于肿瘤治疗
本专利技术涉及一种基于磷脂包覆的上转换纳米材料（UCNPs）负载光敏剂竹红菌乙素（HB），并在UCNPs表面PEG上通过O-Mn配位原位生长MnO2，构建了一个肿瘤光动力/化学动力学（PDT/CDT）的协同治疗平台。是一种集合纳米技术，光学技术和化学作用的肿瘤治疗新技术，属于交叉学科相结合的现代医学微创或无创治疗领域。本专利技术涉及以上转换纳米材料负载光敏剂HB，且将MnO2直接原位生长在UCNPs表面的复合纳米材料，作为一种理想的TME（肿瘤微环境响应疗法）响应型纳米治疗平台，用于机体内乏氧肿瘤的有效治疗。
技术介绍
近年来，光动力疗法（PDT）在临床恶性肿瘤治疗中受到广泛的关注。PDT是利用特定波长的光照射富集在肿瘤部位的光敏剂（PS），将O2转化为具有细胞毒性的活性氧（ROS），ROS可对蛋白质或DNA造成不可逆损伤，进而诱导肿瘤细胞凋亡。与传统的手术、化疗和放疗相比，PDT具有侵袭性小、毒性低、选择性高、效能高、疗效好等诸多优点，在肿瘤治疗领域中有很大的发展前景。然而，至今仍然有许多不可避免的因素制约着PDT的临床应用。首先，选择合适的光敏剂有利于获得高效的PDT结果。然而传统的光敏剂穿透深度和PDT效率之间很难达到平衡。据报道，竹红菌素具有抗病毒、抗肿瘤等作用，在预防和治疗癌症等疾病方面显示出巨大的药用潜力。其中，光敏剂竹红菌乙素（HB）的光敏活性和光疗效果要更为突出，由于其具有光毒性强、代谢快、三线态氧和单线态氧的量子产率高、对正常组织损伤小等优点，是发挥PDT的理想PS。然而，生物相容性差和穿透深度差的可见光作为激发光限制了其在PDT的应用。巧合地是，稀土掺杂的上转换纳米粒子（UCNPs）可以将近红外光转换为紫外光或可见光，其介导的光动力疗法在增加光的组织穿透深度以对抗深部肿瘤方面显示出了巨大的效果，这使得PDT又向前迈出了关键性的一步。通过脂质体包覆后，HB的吸收峰产生较大红移，实现与UCNPs的发射光谱高度匹配，从而提高荧光量子转移效率，产生高效的PDT作用。该PDT过程采用近红外光激发UCNPs实现，由于近红外光在生物组织中的穿透深度较深，因此可以实现深部肿瘤治疗。其次，由于肿瘤微环境（TME）的极度缺氧，对O2的高度依赖限制了PDT的发展。此外，在PDT过程中消耗的O2会进一步加重肿瘤缺氧，降低PDT的疗效，恶化肿瘤。所以需要采用一种有效的策略以增加缺氧区的氧浓度。高压氧疗法即在加压室呼吸纯O2，已被用于克服缺氧环境，但是正常组织中过量氧造成的高氧惊厥和气压创伤等副作用限制了它的广泛应用。各种纳米材料（如全氟化碳、CaO2等）也被用于选择性地缓解癌症缺氧，但存在生物相容性差、O2生成效应短暂等局限性。研究表明肿瘤细胞具有不同于正常细胞的独特代谢模式。一方面，由于在肿瘤发生过程中糖酵解代谢的上调，实体瘤会产生大量的乳酸，导致肿瘤微环境呈酸性，pH值显著降低。另一方面，恶性肿瘤细胞产生过多的H2O2，导致TME中H2O2水平显著升高。此外，研究还表明，肿瘤组织中的还原性谷胱甘肽（GSH）的含量至少是正常组织的4倍。综上所述，实体瘤TME具有明显的GSH、H2O2、H+含量高的特点。近年来，MnO2纳米结构作为一种独特的TME-响应型纳米治疗诊断材料，引起了人们的极大兴趣。由于pH/氧化还原反应特性，脱落的MnO2纳米结构可以被实体肿瘤中酸性的H2O2还原成Mn2+，同时产生大量的氧，可明显改善氧依赖的PDT对低氧肿瘤的治疗作用。另外，MnO2可以通过类Fenton反应可生成高度活泼的羟基自由基（•OH），被证实可用于化学动力学治疗（CDT）。此外，GSH作为一种细胞内抗氧化剂，对PDT产生的1O2和CDT产生的•OH具有很强的清除作用，从而大大增加了癌细胞对氧化应激的抵抗能力，降低了PDT与CDT的疗效。而通过MnO2降低细胞内GSH水平是PDT/CDT纳米药物规避肿瘤耐药性、提高肿瘤治疗疗效的重要手段。受上述研究启发，本研究方法将MnO2直接原位生长在UCNPs表面，作为一种理想的TME（肿瘤微环境响应疗法）响应型纳米治疗平台。原理为这种多功能纳米平台采用两亲性共聚物DSPE-PEG2000通过疏水相互作用与UCNPs表面油酸配体结合，实现磷脂包裹上转换纳米颗粒，并通过致密的疏水层组装光敏剂HB，最后在UCNPs表面的PEG通过O-Mn配位原位生长MnO2纳米片。该平台是一个集肿瘤微环境响应、PDT/CDT为一体的理想设计，可充分发挥上转换纳米复合材料中各成分的作用，实现肿瘤的有效治疗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于构建一个近红外远程光控的上转换光动力学治疗与肿瘤微环境可触发的化学动力学协同治疗平台，通过肿瘤微环境响应、PDT/CDT的协同治疗，提高治疗效率，实现对乏氧肿瘤的有效治疗。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可作为肿瘤微环境响应型（TME）纳米治疗平台的上转换纳米复合材料，其特征在于：是一个集肿瘤微环境响应、光动力治疗、化学动力学治疗为一体的理想设计；这种多功能纳米平台采用两亲性共聚物DSPE-PEG2000通过疏水相互作用与UCNPs表面油酸配体结合，实现磷脂包裹上转换纳米颗粒，并通过致密的疏水层组装光敏剂HB，最后在UCNPs表面的PEG通过O-Mn配位原位生长MnO2纳米片，能充分发挥上转换纳米复合材料中各成分的作用，实现肿瘤的有效治疗。本专利技术所述的作为肿瘤治疗平台的上转换纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）根据热分解法制备了NaYF4:Yb,Er纳米晶（UCNPs），采用薄膜水化法制备了DSPE-PEG2000包覆NaYF4:Yb,Er纳米晶的纳米粒子UCNPs@DSPE-PEG2000（UCNPs@DP）；2）光敏剂HB的负载：棕色小瓶中各加入步骤1已合成的1mLUCNPs@DSPE-PEG2000（UCNPs@DP）的DMF溶液和10μL、选自0、0.5、1、5、10、20、30、40mM的不同浓度HB的DMF溶液，避光搅拌24h，获得UCNPs@DSPE-PEG2000@HB（UCNPs@DPB）；3）UCNPs@DSPE-PEG2000@HB-MnO2（UCNPs@DPB-MnO2）的制备：将100μL的步骤2）获得的UCNPs@DPB水溶液添加到1.5mL的EP管中，加入320μL去离子水，然后将40μL、浓度为50mM的MES溶液和40μL、浓度为4mM的KMnO4溶液依次添加到管中，在室温下超声30min；最后，用14500rpm离心10min收集沉淀物，用去离子水洗涤3次，分散于100μL去离子水中获得UCNPs@DSPE-PEG2000@HB-MnO2（UCNPs@DPB-MnO2），以备进一步使用；4）上转换纳米复合材料对肿瘤细胞的杀伤作用：通过近红外光谱实验表明980nm激光对HeLa细胞无不良影响，孵育有UCNPs@DPB的癌细胞在980nm激光照射下，在各浓度范围内均得到抑制，说明PDT起到了杀伤HeLa细胞的作用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可作为肿瘤微环境响应型（TME）纳米治疗平台的上转换纳米复合材料，其特征在于：是一个集肿瘤微环境响应、光动力治疗、化学动力学治疗为一体的理想设计；这种多功能纳米平台采用两亲性共聚物DSPE-PEG

【技术特征摘要】
1.一种可作为肿瘤微环境响应型（TME）纳米治疗平台的上转换纳米复合材料，其特征在于：是一个集肿瘤微环境响应、光动力治疗、化学动力学治疗为一体的理想设计；这种多功能纳米平台采用两亲性共聚物DSPE-PEG2000通过疏水相互作用与UCNPs表面油酸配体结合，实现磷脂包裹上转换纳米颗粒，并通过致密的疏水层组装光敏剂HB，最后在UCNPs表面的PEG通过O-Mn配位原位生长MnO2纳米片，能充分发挥上转换纳米复合材料中各成分的作用，实现肿瘤的有效治疗。


2.一种制备如权利要求1所述的作为肿瘤治疗平台的上转换纳米复合材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）根据热分解法制备了NaYF4:Yb,Er纳米晶（UCNPs），采用薄膜水化法制备了DSPE-PEG2000包覆NaYF4:Yb,Er纳米晶的纳米粒子UCNPs@DSPE-PEG2000（UCNPs@DP）；
2）光敏剂HB的负载：棕色小瓶中各加入步骤1已合成的1mLUCNPs@DSPE-PEG2000（UCNPs@DP）的DMF溶液和10μL、选自0、0.5、1、5、10、20、30、40mM的不同浓度HB的DMF溶液，避光搅拌24h，获得UCNPs@DSPE-PEG2000@HB（UCNPs@DPB）；
3）UCNPs@DSPE-PEG2000@HB-MnO2（UCNPs@DPB-MnO2）的制备：将100μL的步骤2）获得的UCNPs@DPB水溶液添加到1.5mL的EP管中，加入320μL去离子水，然后将40μL、浓度为50mM的MES溶液和40μL、浓度为4mM的KMnO4溶液依次添加到管中，在室温下超声30min；最后，用14500rpm离心10min收集沉淀物，用去离子水洗涤3次，分散于100μL去离子水中获得UCNPs@DSPE-PEG2000@HB-MnO2（UCNPs@DPB-MnO2），以备进一步使用；
4）上转换纳米复合材料对肿瘤细胞的杀伤作用：通过近红外光谱实验表明980nm激光对HeLa细胞无不良影响，孵育有UCNPs@DPB的癌细胞在980nm激光照射下，在各浓度范围内均得到抑制，说明PDT起到了杀伤HeLa细胞的作用，相比较UCNPs@DPB，UCNPs@DPB-MnO2对HeLa细胞有更加明显的抑制作用，这是由于包覆的MnO2发生了降解，一方面，产生了O2，提高PDT的氧依赖性治疗效率；另一方面，产生了Mn2+，介导类Fenton反应的发生，产生剧毒•OH，引起肿瘤细胞的氧化应激，实现对肿瘤细胞的有效治疗。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：上转换纳米复合材料（UCNPs@DPB-MnO2）的制备；
1）光敏剂HB负载量的确定及稳定性考察：使用UCNPs@DP对不同浓度的HB进行负载，当浓度达200μM后，颜色保持不变，基本达到饱和...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰建明，陈敬华，李春艳，吴芳，罗登旺，韩罗丹，方垚，沈毅萍，余春晓，
申请(专利权)人：福建医科大学，
类型：发明
国别省市：福建;35