一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法及装置制造方法及图纸

一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法，可用于辅助肿瘤药物的开发。本公开的方法包括如下步骤：采集肿瘤组织样品，通过电镜扫描或核磁共振对样品内部形貌进行重构以获得样品的三维结构，对样品的三维结构进行分析统计以获取肿瘤组织的孔隙率ε和肿瘤组织细胞质基质纤维的平均直径r

【技术实现步骤摘要】
一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法及装置
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求2021年11月15日提交至中华人民共和国国家知识产权局(CNIPA)的申请号为2021113464926，名称为“一种预测肿瘤内纳米药物颗粒扩散系数的方法及装置”的中国在先申请的权益，通过引用将上述申请的全部内容并入本申请。
[0003]本申请相关的英文学术文献参见如下2篇文献：
[0004]与本申请相关的作者Di Tian等著述的文献1已于2022年发表，Physical Chemistry Chemical Physics(2022)，24，24394
‑
24403，doi：10.1039/D2CP03397F，文章名称：A prediction model for nanoparticle diffusion behavior in fibrous materials considering steric and hydrodynamic resistances；
[0005]与本申请相关的作者Di Tian等著述的文献2同样于2022年发表，Electronic Supplementary Material(ESI)for Physical Chemistry Chemical Physics.
[0006]This journal isthe Owner Societies 2022
[0007]https://www.rsc.org/suppdata/d2/cp/d2cp03397f/d2cp03397f1.pdf


[0008]本公开属于生物医药
，具体涉及一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法及装置。

技术介绍

[0009]在药物传输领域，以哈佛申请并授权的如下专利CN101578520B为例，其提出了基于形成图案的多孔介质的横向流动和穿过生物测定装置、及其制备方法和使用方法，其测定装置包括多孔、亲水介质；包含聚合光致抗蚀剂的流体不透性屏障，所述屏障基本上穿透多孔、亲水介质的厚度，且在多孔、亲水介质内限定测定区域的边界；和在测定区域中的测定试剂。其明确揭示：在某些方面，多孔、亲水介质用疏水屏障形成图案，以提供一类低成本、便携式和技术上简单的平台用于运行关于生物学液体的多路生物测定。用于生物测定的有用的亲水介质的一个例子是纸，其是廉价的、容易商购获得的、一次性的，通过毛细作用快速吸取液体，且无需如某些常规平台那样谨慎处理。纸或其他多孔、亲水介质用疏水屏障形成图案，所述疏水屏障提供生物学液体的空间控制，且由于屏障限定的区域内的毛细管作用使得液体能够转运。疏水屏障可以是聚合的，例如可固化聚合物或光致抗蚀剂，且提供贯穿限定区域内的多孔、亲水介质的厚度的基本上不透性屏障。与在聚合物或玻璃中包括空流体性通道或孔的常规微流体装置不同，由这些屏障界定的区域不是空的，而是由多孔、亲水介质构成且包含多孔、亲水介质。
[0010]正如上述哈佛授权专利考虑“空间控制”那样，现有技术大多只考虑了多孔介质的空间位阻，从而高估了纳米药物颗粒在纤维状多孔介质内的扩散系数。
[0011]本领域中，一般将尺寸范围在1
‑
1000nm的药物称作纳米药物，相比传统药物而言，纳米药物在溶解性、吸收性和靶向性方面有较大提升，在药物传输领域有重要意义。肿瘤是
机体的细胞异常增殖形成的血管依赖性病理增生。肿瘤可分为实体瘤和非实体瘤，实体瘤所致的死亡超过肿瘤总死亡的85％。纳米药物颗粒通过口服、静脉注射等方式进入体内后，需经过血管传输、肿瘤多孔间质扩散从而到达肿瘤细胞。肿瘤间质基质结构复杂，由多种生物大分子组成高度粘连网状结构，其孔隙骨架由纤维蛋白和糖蛋白粘连而成，肿瘤组织间质的多孔粘弹性结构会大幅度降低纳米药物颗粒的扩散能力，致使纳米药物颗粒在肿瘤组织血管壁周围局部聚集，导致部分肿瘤细胞因难以接触药物而得以保留，从而引起癌症的转移和复发。因此，为了实现肿瘤即时有效治疗，需要预测纳米药物在肿瘤内的扩散系数，以指导纳米药物的设计。
[0012]因肿瘤多孔间质基质内复杂的结构和多种动力学机制耦合，预测纳米药物颗粒的有效扩散系数及其在多孔介质内的宏观输运现象面临极大挑战。肿瘤组织基质结构具有极强的特异性，不同类型的肿瘤组织基质结构有较大差异。
[0013]因此，本领域需要研发一种准确预测和计算纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的扩散系数的技术方案，而不至于因为只考虑了多孔介质的空间位阻而导致高估纳米药物颗粒在纤维状多孔介质内的扩散系数。
[0014]
技术实现思路

[0015]针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法及装置，无需通过实验即可准确预测和计算纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的扩散系数，且与通过实验获得的数值吻合良好。本公开的技术方案可以用于辅助药物开发。
[0016]为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
[0017]一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法，包括如下步骤：
[0018]S100：采集肿瘤组织样品，通过电镜扫描或核磁共振对样品内部形貌进行重构以获得样品的三维结构，对样品的三维结构进行分析统计以获取肿瘤组织的孔隙率ε和肿瘤组织细胞质基质纤维的平均直径r
f
；
[0019]S200：通过粒径检测装置获取肿瘤组织细胞质基质内的纳米药物颗粒的平均直径r
s
；
[0020]S300：构建纳米药物颗粒扩散系数的预测模型，将所述肿瘤组织的孔隙率ε、肿瘤组织细胞质基质纤维的平均直径r
f
和纳米药物颗粒的平均直径r
s
代入所述预测模型中，以获得纳米药物颗粒扩散系数的预测值；
[0021]S400：对所述纳米药物颗粒扩散系数的预测值进行修正，以获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值。
[0022]优选的，步骤S300中，所述纳米药物颗粒扩散系数的预测模型表示如下：
[0023][0024]该式中，D
eff
表示纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的有效扩散系数；D0表示纳米药物颗粒在水中的自由扩散系数；k表示修正系数；且该修正系数与肿瘤组织类型有关，不同肿瘤组织修正系数不同；D
ste
、D
hd
分别表示纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内
在空间位阻和水动力阻力影响下的扩散系数；
[0025]且
[0026][0027]上式中，α表示肿瘤组织的无量纲结构参数；ε表示肿瘤组织的孔隙率。
[0028]优选的，步骤S400包括以下步骤：
[0029]S401：基于肿瘤组织样品的三维结构，计算纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的空间位阻；
[0030]S402：基于肿瘤组织样品的三维结构，计算纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的水动力阻力；
[0031]S403本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值的方法，包括如下步骤：S100：采集肿瘤组织样品，通过电镜扫描或核磁共振对样品内部形貌进行重构以获得样品的三维结构，对样品的三维结构进行分析统计以获取肿瘤组织的孔隙率ε和肿瘤组织细胞质基质纤维的平均直径r
f
；S200：通过粒径检测装置获取肿瘤组织细胞质基质内的纳米药物颗粒的平均直径r
s
；S300：构建纳米药物颗粒扩散系数的预测模型，将所述肿瘤组织的孔隙率ε、肿瘤组织细胞质基质纤维的平均直径r
f
和纳米药物颗粒的平均直径r
s
代入所述预测模型中，以获得纳米药物颗粒扩散系数的预测值；S400：对所述纳米药物颗粒扩散系数的预测值进行修正，以获得纳米药物颗粒扩散系数的修正值；其中，为解决肿瘤组织的特异性导致在一些情况下预测模型与实际值有所偏差，需要对预测模型进行修正：步骤S300中，所述纳米药物颗粒扩散系数的预测模型表示如下：该式中，D
eff
表示纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的有效扩散系数；D0表示纳米药物颗粒在水中的自由扩散系数；k表示修正系数，且该修正系数与肿瘤组织类型有关，不同肿瘤组织修正系数不同；D
ste
、D
hd
分别表示纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内在空间位阻和水动力阻力影响下的扩散系数；且且且上式中，α表示肿瘤组织的无量纲结构参数；ε表示肿瘤组织的孔隙率；K表示肿瘤组织的渗透率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤S400包括以下步骤：S401：基于肿瘤组织样品的三维结构，计算纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的空间位阻；S402：基于肿瘤组织样品的三维结构，计算纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的水动力阻力；S403：基于纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的空间位阻及水动力阻力计算纳米药物颗粒扩散系数的修正值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤S401中，所述纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内的空间位阻通过下式获得：
其中，D
ste
(t)表示纳米药物颗粒在肿瘤组织细胞质基质内在空间位阻影响下的扩散系数；D0表示纳米药物颗粒在水中的自由扩散系数；N表示模拟的纳米药物颗粒的数目；t表示模拟的时间；
△
r
i
表示t时刻下第i个纳米药物颗粒的扩散距离；&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯祥波，田地，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：