一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种易体内清除的小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒及其制备方法与其在SDT/CDT协同抗肿瘤中的应用。本发明专利技术是在碱性条件下以乙酸锌和乙酰丙酮铁为原料，通过控制反应温度与时间，合成超小的铁掺杂氧化锌纳米粒FZO NPs，然后先后利用APTES和PEG

【技术实现步骤摘要】
一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒的制备及应用


[0001]本专利技术属于生物医药领域，具体涉及一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒及其制备方法和其在SDT/CDT协同抗肿瘤中的应用。

技术介绍

[0002]癌症是组织细胞生长失去控制、异常增殖和分化并伴随迁移性和侵袭性等生物学特点的疾病。随着人口老龄化加剧和环境逐渐恶化，以及受到不良行为习惯的影响，全球癌症发病率与死亡率高居不下，因患癌症所造成的社会负担急剧增加。光动力治疗（PDT）是一种基于光敏剂的非侵入性治疗策略，由光敏剂、特定波长的激光和氧分子这三种基本成分组成。光敏剂可在肿瘤组织中积聚，并能够被特定波长的光源激活，在内源性分子氧存在的情况下形成ROS，后者可迅速引起明显的细胞毒性，通过诱导凋亡或坏死导致细胞死亡。但由于光较低的穿透力，限制了PDT用于深层组织肿瘤的治疗。
[0003]超声（US）是一种非侵入性的治疗手段，它可以穿透到更深的组织层，且能最大限度地减少对周围正常组织的损害。声动力治疗（SDT）是一种基于US的新型肿瘤治疗手段，通过US激活声敏剂产生ROS、空化效应、机械效应和进行热疗等。由于深度组织穿透的优势，SDT比PDT更适合临床上的抗肿瘤应用。此外，US可以精确地聚焦于肿瘤部位实现声敏剂的定向激活，从而在对邻近正常组织造成最小损害的情况下选择性地杀灭肿瘤细胞。SDT效果与声敏剂及肿瘤微环境（TME）密切相关。其中，无机声敏剂可克服有机声敏剂化学稳定性差、暗毒性强的缺陷，但存在体内代谢慢且易蓄积（粒径大于7 nm难以通过肾脏清除）的问题。
[0004]化学动力治疗（CDT）是利用肿瘤内源性化学能，通过芬顿或类芬顿反应，在肿瘤原位产生高浓度的ROS，从而引发肿瘤细胞凋亡的一种非侵入性治疗策略。由于CDT是基于芬顿反应的肿瘤治疗方法，依赖于肿瘤微酸以及高过氧化氢（H2O2）的肿瘤TME，而对正常组织无毒性，表现出良好的生物安全性；另外，CD由内源性的化学能引发，能够摆脱光、声、热等外加能量场的限制，同时改善缺氧以及免疫抑制的TME；同时，外加能量场（声、光、热等）还能促进CDT。因此，CDT与其他肿瘤治疗策略能产生协同作用，有着良好的抗肿瘤应用前景。
[0005]细胞凋亡被广泛用于抗肿瘤药物的开发，但癌细胞耐药性的产生以及凋亡抑制物的过度表达会降低抗肿瘤治疗的效果。一些细胞程序性死亡（PCD）与细胞凋亡有着不同的机制，可克服它的局限性，为癌症的治疗提供了新的思路。其中，铁死亡是一种独特的PCD形式，其具体特征是铁依赖性的致死脂质过氧化物（LPO）在细胞内的积累。由于为了促进生长，肿瘤细胞需要更高水平的铁和脂质代谢能力，这也使肿瘤细胞更容易发生铁死亡。
[0006]ZnO NPs是粒径在1~100 nm之间的一种氧化锌化合物形式，其大多数生物医学应用源于ZnO NPs能够响应光/声刺激产生ROS，当产生ROS的量超过细胞的抗氧化能力，就会导致细胞死亡。ZnO NPs产生ROS的能力与其半导体性质密切相关，它在室温下具有宽带隙能量（3.37 eV）和高激发结合能（60 meV），并具有热稳定性和机械稳定性。另外，ZnO NPs是公认的生物安全材料，对于人体的毒性主要取决于Zn
2+
在体内的丰度，ZnO NPs在正常pH条
件（pH=7.4）下溶解速率较低，对人体正常细胞不具备毒性；但在肿瘤细胞微酸性pH值微环境下能快速溶解成Zn
2+
，从而导致细胞内的氧化应激和并引发细胞损伤，因此ZnO NPs具备pH响应性细胞毒性的特点。
[0007]基于以上背景，本专利技术设计了一种具有特异性肿瘤细胞毒性的小尺寸铁掺杂氧化锌纳米粒，通过控制铁的掺杂比例，可提升ZnO NPs的SDT性能，并协同基于铁死亡的CDT，具有增强的抗肿瘤疗效；此外，小尺寸的FZO
‑
ASP容易通过肾清除，具有良好的生物相容性。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对无机声敏剂易体内蓄积，产生长期毒性的缺点，及ZnO NPs虽具有良好的生物安全性，但作为无机声敏剂用于SDT效果并不明显的问题，制备了一种小尺寸铁掺杂的氧化锌纳米复合颗粒，其利用铁掺杂增强了ZnO NPs响应US产生ROS的效率，并可在微酸的肿瘤微环境中释放铁元素，诱导肿瘤细胞发生铁死亡，从而实现SDT协同基于铁死亡的CDT的增强抗肿瘤治疗效果。同时，所得纳米复合颗粒超小的粒径使得其能够经过肾清除，解决了无机声敏剂会在体内蓄积的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒（FZO
‑
ASP），其是先利用醋酸锌与乙酰丙酮铁制备超小的铁掺杂氧化锌纳米粒，然后利用3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对其进行包覆，使其在水相中初步稳定，再利用聚乙二醇600（PEG
‑
600）进行表面修饰，以进一步改善其生物相容性与稳定性；修饰后的FZO
‑
ASP能在水中长期稳定分散，其水合颗粒的粒径为77.97
±
6.18~103.65
±
5.65 nm，能通过肾脏代谢出体外。
[0010]所述小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒的制备方法包括以下步骤：1）将乙酰丙酮铁与醋酸锌按Fe与Zn的摩尔比为1:4~1:16（优选为1:8）混合并溶解在无水乙醇中，然后加热至60 ℃，搅拌直至溶解，并加入16.67 mg/mL的NaOH乙醇溶液，以使所得混合溶液的pH＞7，再将其在冰浴中搅拌7~9小时，使混合溶液由澄清变浑浊，最后将混合溶液加入过量正己烷中，使其析出固体，并经10000 rpm离心5 min收集固体沉淀后，用正己烷洗涤三次，于通风橱中干燥过夜，制得超小的铁掺杂氧化锌纳米粒（FZO NPs）；所得FZO NPs具有氧化锌六方纤锌矿型结构，其粒径为4~6 nm；2）取0.2 mmol制备的FZO NPs，均匀分散至10 mL无水乙醇中，然后加入600 μL APTES，室温下搅拌均匀，再加入2 mL氨水，并用无水乙醇定容到30 mL，所得混合溶液在室温下剧烈搅拌1 h后，置于60 ℃水浴锅中静置加热30 min，再迅速冷却至室温，得到APTES包覆的水分散性纳米颗粒（FZO
‑
APTES）；3）取3 mL PEG
‑
600，加入10 mL ddH2O，然后将其与制得的FZO
‑
APTES混合，于室温下剧烈搅拌过夜，得到澄清的分散溶液，用截留分子量为8000
‑
14000的透析袋透析12 h后，将产物转移到水中，经冷冻干燥，得到室温下呈淡黄色油状的小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒（FZO
‑
ASP）。
[0011]本专利技术FZO
‑
ASP中铁的掺杂提升了ZnO NPs响应超声（US）产生活性氧（ROS）的效率，进而提升了其声动力治疗（SDT）效果，同时，ZnO NPs的pH响应性能使FZO
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于：先利用醋酸锌与乙酰丙酮铁制备超小的铁掺杂氧化锌纳米粒，然后利用APTES对其进行包覆，再利用PEG
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600进行表面修饰，制得所述小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒。2.根据权利要求1所述的小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将乙酰丙酮铁与醋酸锌按Fe与Zn的摩尔比为1:4~1:16混合并溶解在无水乙醇中，然后加热至60 ℃，搅拌直至溶解，并加入16.67 mg/mL的NaOH乙醇溶液，以使所得混合溶液的pH＞7，再将其在冰浴中搅拌7~9小时，使混合溶液由澄清变浑浊，最后将混合溶液加入过量正己烷中，使其析出固体，经10000 rpm离心5 min收集固体沉淀后，用正己烷洗涤三次，并经干燥过夜，制得超小的铁掺杂氧化锌纳米粒FZO NPs；2）取0.2 mmol制备的FZO NPs，均匀分散至10 mL无水乙醇中，然后加入600 μL APTES，室温下搅拌均匀，再加入2 mL氨水，并用无水乙醇定容到30 mL，所得混合溶液在室温下剧烈搅拌1 h后，置于60 ℃水浴锅中静置加热30 min，再迅速冷却至室温，得到APT...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瑜，朱芳银，杨娅，俞敬，张培霞，陈海军，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：