一种具有肿瘤引发靶向能力的药物运载控释系统及其制备方法与流程

本发明涉及药物控制释放领域，具体涉及一种具有肿瘤引发靶向能力的药物运载控制释放系统以及其具体制备方法的领域。

背景技术：

近些年来，恶性肿瘤对人们的健康的威胁越来越大，并且发病率和死亡率逐年升高。尽管治疗肿瘤的手段和方式众多，但是化疗依然是治疗肿瘤的主要手段。因此，构建靶向肿瘤的药物载体系统是解决化疗问题的不二选择。目前，抗癌药物载体系统中，最多的是以脂质体、胶束为代表的有机/高分子载体。但是，有机/高分子载体载药量低、稳定性不佳，不合适的尺寸，容易团聚等缺点限制了其进一步的发展在目前被广泛研究的载体中。

无机材料中的介孔硅纳米粒子，中空介孔硅纳米粒子载体系统具备优异的性能，拥有诸多优点：合适的纳米尺寸以及其尺寸可调，容易得到百纳米尺寸的载体，良好的生物相容性、大的比表面积及孔容积可以装载大量药物、良好的表面改性能力使其具有修饰各种功能基团的潜力。因为中空介孔硅纳米粒子相对于介孔硅纳米粒子有一个巨大的中空内腔，可以装载更多的药物，所以大量的研究致力于通过中空介孔硅装载药物以达到治疗肿瘤的目的。

为了实现药物在到达靶向部位的“零释放”，人们在中空介孔硅的表面设置各种“门禁”，并构建出具有刺激响应的智能药物控释系统。由于肿瘤细胞内富含谷胱甘肽，具有较强的还原性，人们便利用可以被谷胱甘肽还原的二硫键为桥梁，与“阀门”连接起来构建成具有还原响应的智能药物控释系统。常用的“阀门”有传统的金属纳米粒子、脂质体、聚合物、蛋白质、天然多糖、dna和超分子等。而纳米金刚石表面含有-cooh容易和二硫键表面的氨基共价键连接起来，且纳米金刚石拥有5-10nm的尺寸，刚好适合封住中空介孔硅纳米粒子表面的孔，避免药物提前释放，且纳米金刚石较易排出。

聚赖氨酸是由赖氨酸组成的聚合物，具有良好的生物可降解性与非免疫原性，其到达体内后可以完全被降解为生物可用的赖氨酸。除此之外聚赖氨酸表面可以又大量的氨基可以被马来酸酐等修饰，电荷变为负的，可以延长载体在血液中的循环时间。在肿瘤微环境中由于ph较低发生电荷反转，易于被肿瘤细胞吞噬。

在目前癌症的治疗策略中，化疗仍然是一种最常用的手段之一。但常规的癌症化疗，在高毒性的药物作用于全身造成强烈毒副作用的同时，病灶的药效却随之大幅降低。事实上，强毒副作用与低化疗效果成为了癌症病人的主要死亡原因之一。

纳米金刚石/中空介孔硅药物载体在药物控释方面的研究取得了一定进展，同时也存在许多问题：

(1)由于聚赖氨酸通过层层自主装在中空介孔硅表面，及中空介孔硅表面的含有较多si-oh，载体不可避免有一定的团聚。

(2)纳米金刚石/中空介孔硅药物载体体系的研究属于生物工程，该研究受客观条件，临床试验在短时间内很难进行，这些结果不能完全、真实的反应人体试验的情况，所以给评价载体体系带来了很多不准确性。

(3)由于人体的复杂性，载药系统无法做到精确靶向肿瘤细胞。

技术实现要素：

本发明提供了一种具有肿瘤引发靶向能力的药物运载控制释放系统以及其制备方法，该系统可以运载药物，具有药物运载量高，以hmsn为主体的多功能刺激响应型纳米载药系统具有很好的“被动靶向”的能力，在血液中运载具有“隐形”作用，药物系统在癌组织部位“被动靶向”富集并释放，药物利用率高，毒副作用小。

为了达到上述技术效果，采用如下技术方案：一种具有肿瘤引发靶向能力的药物运载控释系统，其具有三层核壳结构，内层为载药的介孔硅纳米粒子，所述载药的介孔硅纳米粒子的孔道采用活化纳米金刚石封闭，中间层为聚赖氨酸层，外层为马来酸酐化聚赖氨酸层。

进一步优选，所述聚赖氨酸为金刚烷封端的聚赖氨酸。

本发明还提供了一种具有肿瘤引发靶向能力的药物运载控释系统的制备方法，其包括如下步骤：

s1：制备巯基功能化中空介孔硅hmsn-sh；

s2：s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的制备；

s3：双硫功能化的介孔硅纳米粒子(hmsn-ss-nh2)的制备；

将hmsn-sh在甲醇中超声分散均匀，然后加入s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐，在室温下反应；将产物离心，并用甲醇和去离子水超声清洗数次，冻干后得到双硫功能化的介孔硅纳米粒子(hmsn-ss-nh2)；

其中所述hmsn-sh、甲醇和-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的用量比为500mg：80-120ml：300-800mg；

s4：载药纳米粒子(dox@hmsn-ss-nh-nd)的制备；

s4-1：称取纳米金刚石(nd)，分散在去离子水中。用7.4的pbs调节ph到5-6，冰水浴4摄氏度，加入edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺反应24小时后，得到活化nd；

s4-2：hmsn-ss-nh2分散在8.0的pbs中，加入阿霉素dox,避光35摄氏度下反应24小时，加入步骤s4-1的活化nd，反应24小时，用7.4的pbs洗5次，用水洗一次；

s5:制备金刚烷封端的聚赖氨酸(ad-pll-nh2)

称取赖氨酸(h-lys(z)-oh)于三口烧瓶中，加入重蒸的四氢呋喃(thf)，通氮气保护；再称取三光气溶于重蒸的thf中，缓慢滴加至反应体系中，在50℃下剧烈搅拌反应4h，将反应生成的hcl气体经过干燥塔导出至naoh溶液中和；反应结束后，将得到的粗产物用石油醚沉淀三次，经过真空干燥以后，得到白色粉末状的终产物n-苄氧羰基赖氨酸-n-羧基内酸酐zll-nca；

称取zll-nca溶解在重蒸的dmf中，称取金刚烷胺溶于重蒸的dmf中，迅速加入到烧瓶中。在氮气保护下，室温下反应30min后，再在40℃下反应72h，将得到的粗产物用乙醚沉淀三次后，真空干燥得到终产物金刚烷胺封端的n-苄氧羰基赖氨酸ad-pzll-nh2；

称取ad-pzll-nh2于单口烧瓶中，加入三氟乙酸，冰水浴中搅拌15min，使得固体完全溶解；然后加入含33％溴化氢的乙酸溶液,反应1h；反应结束后，将反应粗产物用无水乙醚沉淀得到，然后用适量水溶解之后移入透析袋中，用去离子水透析三天，将所得溶液冻干得到终产物金刚烷胺封端的聚赖氨酸ad-pll-nh2；

s6：制备马来酸酐化的聚赖氨酸(pll-cit)

称取s5所得金刚烷封端的聚赖氨酸和单甲基马来酸酐，充分分散在去离子水中，氢氧化钠溶液调ph为8～9。35度反应24小时，透析袋透析3天；

s7：聚赖氨酸层层自主装修饰(dox@hmsn-ss-nh-nd-pll)

称取dox@hmsn-ss-nh-nd充分分散在去离子水中，向其中边搅拌边加入溶解了s5所得金刚烷封端的聚赖氨酸的水溶液。在30摄氏度下，反应15分钟，清洗离心冻干；

s8：马来酸酐化聚赖氨酸层层自主装修饰

(dox@hmsn-ss-nh-nd-pll-pll(cit))

称取dox@hmsn-ss-nh-nd-pll充分分散在去离子水中，滴加到溶解了pll-cit的去离子水溶液中。在30摄氏度下，反应15分钟，清洗离心冻干。

进一步优选，所述巯基功能化中空介孔硅hmsn-sh的制备方法为：

氨水和正硅酸乙酯(teos)依次加入到含有去离子水和乙醇的混合溶液中，在30℃下搅拌2h，用乙醇、去离子水清洗离心各两次，冻干得到sio2；所述去离子水和乙醇的体积比为60:350-500；所述氨水和正硅酸乙酯的体积比为1：1；

200mgsio2充分分散在40ml去离子水中，然后将悬浮液加入到含有300mgctab的混合液中混合液在35℃搅拌下，0.5h后0.3mlteos迅速加入，反应6h离心收集后,产物分散在40ml去离子水中，形成ssio2ctab/sio2悬浮液；

在强力搅拌下，848mgna2co3加入到ssio2ctab/sio2悬浮液中，在50摄氏度下，搅拌12h，用乙醇和水清洗离心冻干，即得ctab/hmsn；

ctab/hmsn0.8g悬浮在80ml无水甲苯中，加0.6mlmpts(3-硫丙基三甲氧基硅烷)混合液在60℃下轻音搅拌36h，用乙醇甲醇洗，即得ctab/hmss-sh；

0.6gctab/hmss-sh分散在150ml甲醇中，加入10ml37％的浓盐酸，80℃回流48h；然后离心分离，干燥，即得。

进一步优选，所述s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的制备方法为：将2，2-二硫二吡啶20.0mmol溶解在20ml无水甲醇和8ml乙酸中，形成溶液a；再将半胱胺盐酸盐100.0mmol溶解在10ml无水甲醇中，形成溶液b；将溶液b逐滴滴加至溶液a中，要求在30min内滴完；在室温下搅拌反应48h后，用旋转蒸发仪浓缩旋干，得到黄色油状物，溶解在10ml无水甲醇中，并用200ml乙醚沉淀三次后，真空干燥。

进一步优选，步骤s5和s6中透析袋的mwco均为3500da。

进一步优选，步骤s6中的调节ph为9。

进一步优选，所述氨水的浓度为25％-28％。

进一步优选，所述混合液的组成为去离子水：乙醇：氨水体积比为60:60:1.1。

进一步优选，所述纳米金刚石的尺寸为5-10nm。

进一步优选，所述中控介孔硅纳米粒子的尺寸为40-200nm。

有益的技术效果：

1.选用百纳米尺寸的中空介孔硅纳米粒子(hmsn)具有优良生物相容性、较高比表面积与孔体积、巨大的中空空腔、可调的介孔尺寸、胶体稳定性以及功能化简易性等优越的结构性质，药物装载量高，以hmsn为主体的多功能刺激响应型纳米载药系统具有很好的“被动靶向”的能力。

2.将聚赖氨酸和马来酸酐修饰的聚赖氨酸通过电荷的静电吸引层层自组装到hmsn表面，可以使药物载体在正常的血液循环中起到“隐形”作用，可以使药物系统在癌组织部位“被动靶向”富集。载体到达癌组织后，在癌细胞外弱酸性环境(ph≈6.0)下马来酸酐断开，从而使载体带正电，促进细胞摄取。

3.以氧化-还原敏感的双硫键连接hmsn及纳米金刚石以实现癌细胞内释药，载体进入癌细胞后，在细胞内还原环境(因gsh作用)下双硫键断开，包覆在载体孔的纳米金刚石脱落，从而释放药物；在进入肿瘤细胞前，体内的氧化环境能保证双硫键的稳定，保证药物不会被提前释放。

4.选用纳米金刚石(nd)作为“阀门”材料，纳米金刚石拥有5-10nm的尺寸，刚好适合封住中空介孔硅纳米粒子表面的孔，避免药物提前释放，这一尺寸纳米金刚石较易排出体内，不会造成较大的毒副作用。

5.细胞膜有一种高度调控的机制来控制化合物的吸收，这通常会阻碍大型或高极性分子的内部化，如缩氨酸、寡核苷酸和纳米粒子。聚赖氨酸是由赖氨酸组成的，可以帮助细胞对载体吞噬。

附图说明

图1为中空介孔硅的透射电镜(tem)图；

图2为实施例1所得dox@hmsn-ss-nh-nd-pll-pll(cit)在ph＝7.4、ph＝7.4with1mmgsh和ph＝7.4with1mmgsh条件下的释药曲线图；

图3为实施例1所得dox@hmsn-ss-nh-nd-pll-pll(cit)在ph7.4、6.8、6.0和5.0条件下zeta电位的变化图；

图4为实施例1中各步骤产物的氮气吸附等温线；

图5为实施例1中各步骤产物的bjh孔径分布图；

图6为实施例1中各步骤产物的tg图；

图7为实施例1中各步骤产物的ft-ir图。

具体实施方式

为了使技术人员更加直观的了解本发明的技术方案，下面选择几个典型实施例进行介绍，这些实施例不构成对本发明保护范围的限制，今后任何不背离本发明基本构思的实施方案都在本发明保护范围内。

实施例1

1、制备巯基功能化中空介孔硅hmsn-sh

10ml氨水(25％)和10ml正硅酸乙酯(teos)依次加入到含有60ml去离子水和428ml乙醇的混合溶液中，在30℃下搅拌2h，用乙醇、去离子水清洗离心各两次，冻干得到sio2。

200mgsio2充分分散在40ml去离子水中，然后将悬浮液加入到含有300mgctab的混合液中(60ml去离子水，60ml乙醇，和1.1ml氨水)混合液在35℃搅拌下，0.5h后0.3mlteos迅速加入，反应6h离心收集后,产物分散在40ml去离子水中，即得ssio2ctab/sio2悬浮液；

在强力搅拌下，848mgna2co3加入到ssio2ctab/sio2悬浮液中，在50摄氏度下，搅拌12h，用乙醇和水清洗离心冻干。

ctab/hmsn0.8g悬浮在80ml无水甲苯中，加0.6mlmpts(3-硫丙基三甲氧基硅烷)混合液在60℃下轻音搅拌36h，用乙醇甲醇洗，

0.6gctab/hmss-sh分散在150ml甲醇中，加入10ml37％的浓盐酸，80℃回流48h。然后离心分离，干燥.

2、s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的制备

s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的合成参考文献：将2，2-二硫二吡啶[4.41g，20.0mmol]溶解在20ml无水甲醇和8ml乙酸中(溶液a)，再将半胱胺盐酸盐[1.14g，100.0mmol]溶解在10ml无水甲醇中(溶液b)，将溶液b逐滴滴加(30min内滴完)至溶液a中。在室温下搅拌反应48h后，用旋转蒸发仪浓缩旋干，得到黄色油状物，溶解在10ml无水甲醇中，并用200ml乙醚沉淀三次后，真空干燥。

3、双硫功能化的介孔硅纳米粒子(hmsn-ss-nh2)的制备

准确称取500mghmsn-sh，在100ml甲醇中超声分散均匀。然后加入500mgs-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐，在室温下反应24h。将产物离心，并用甲醇和去离子水超声清洗数次，冻干后得到双硫功能化的介孔硅纳米粒子(hmsn-ss-nh2)

4、载药纳米粒子(dox@hmsn-ss-nh-nd)的制备

称取纳米金刚石200mg,溶解在去离子水中。用7.4pbs调节ph到约为5，冰水浴4摄氏度。加入edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐2.87g和n-羟基琥珀酰亚胺1.7262g反应24小时后，即得活化nd；

同时：200mghmsn-ss-nh2分散在100ml8.0pbs中，加入100mgdox,避光35摄氏度下反应24小时，加入200mg活化的nd，反应24小时，用7.4pbs洗5次，用水洗一次。

5、制备金刚烷封端的聚赖氨酸(ad-pll-nh2)

称取3.1gh-lys(z)-oh于三口烧瓶中，加入50ml重蒸的四氢呋喃(thf)，通氮气保护。再称取1.7g三光气溶于10ml重蒸的thf中，缓慢滴加至反应体系中，在50℃下剧烈搅拌反应4h，将反应生成的hcl气体经过干燥塔导出至naoh溶液中和。反应结束后，将得到的粗产物用石油醚沉淀三次，经过真空干燥以后，得到白色粉末状的终产物n-苄氧羰基赖氨酸-n-羧基内酸酐zll-nca。

称取900mgzll-nca溶解在15ml重蒸的dmf中，称取72mg金刚烷胺溶于5ml重蒸的dmf中，迅速加入到烧瓶中。在氮气保护下，室温下反应30min后，再在40℃下反应72h，将得到的粗产物用乙醚沉淀三次后，真空干燥得到终产物金刚烷胺封端的n-苄氧羰基赖氨酸ad-pzll-nh2.

称取600mgad-pzll-nh2于单口烧瓶中，加入35ml的三氟乙酸，冰水浴中搅拌15min，使得固体完全溶解。然后加入4ml含33％溴化氢的乙酸溶液,反应1h。反应结束后，将反应粗产物用无水乙醚沉淀得到，然后用适量水溶解之后移入透析袋(mwco3500da)中，用去离子水透析三天，频繁换水，将所得溶液冻干得到终产物金刚烷胺封端的聚赖氨酸ad-pll-nh2

6、制备马来酸酐化的聚赖氨酸(pll-cit)

称取聚赖氨酸：单甲基马来酸酐质量比＝1:30，充分分散在100ml去离子水中，氢氧化钠溶液调ph为9。35度反应24小时，用3500的透析袋，透析3天。

7、聚赖氨酸层层自主装修饰(dox@hmsn-ss-nh-nd-pll)

称取100mgdox@hmsn-ss-nh-nd充分分散在100ml去离子水中，向其中边搅拌边加入溶解了100mg聚赖氨酸的100ml水溶液。在30摄氏度下，反应15分钟。清洗离心冻干。

8、马来酸酐化聚赖氨酸层层自主装修饰

(dox@hmsn-ss-nh-nd-pll-pll(cit))

称取dox@hmsn-ss-nh-nd-pll100mg充分分散在100ml去离子水中，滴加到溶解了100mgpll-cit的100ml去离子水溶液中。在30摄氏度下，反应15分钟，清洗离心冻干。

实施例2

1、制备巯基功能化中空介孔硅hmsn-sh

10ml氨水(28％)和10ml正硅酸乙酯(teos)依次加入到含有60ml去离子水和450ml乙醇的混合溶液中，在30℃下搅拌2h，用乙醇、去离子水清洗离心各两次，冻干得到sio2。

200mgsio2充分分散在40ml去离子水中，然后将悬浮液加入到含有300mgctab的混合液中(60ml去离子水，60ml乙醇，和1.1ml氨水)混合液在35℃搅拌下，0.5h后0.3mlteos迅速加入，反应6h离心收集后,产物分散在40ml去离子水中，得到ssio2ctab/sio2悬浮液；

在强力搅拌下，848mgna2co3加入到ssio2ctab/sio2悬浮液中，在50摄氏度下，搅拌12h，用乙醇和水清洗离心冻干；

ctab/hmsn0.8g悬浮在80ml无水甲苯中，加0.6mlmpts(3-硫丙基三甲氧基硅烷)混合液在60℃下轻音搅拌36h，用乙醇甲醇洗，

0.6gctab/hmss-sh分散在150ml甲醇中，加入10ml37％的浓盐酸，80℃回流48h。然后离心分离，干燥.

2、s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的制备

s-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐的合成：将2，2-二硫二吡啶[4.41g，20.0mmol]溶解在20ml无水甲醇和8ml乙酸中(溶液a)，再将半胱胺盐酸盐[1.14g，100.0mmol]溶解在10ml无水甲醇中(溶液b)，将溶液b逐滴滴加(30min内滴完)至溶液a中。在室温下搅拌反应48h后，用旋转蒸发仪浓缩旋干，得到黄色油状物，溶解在10ml无水甲醇中，并用200ml乙醚沉淀三次后，真空干燥。

3、双硫功能化的介孔硅纳米粒子(hmsn-ss-nh2)的制备

准确称取500mghmsn-sh，在100ml甲醇中超声分散均匀。然后加入500mgs-(2-氨乙巯基)-2-巯基吡啶盐酸盐，在室温下反应24h。将产物离心，并用甲醇和去离子水超声清洗数次，冻干后得到双硫功能化的介孔硅纳米粒子(hmsn-ss-nh2)

4、载药纳米粒子(dox@hmsn-ss-nh-nd)的制备

称取纳米金刚石200mg,溶解在去离子水中，用7.4pbs调节ph到约为6，冰水浴4摄氏度。加入edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐2.87g和n-羟基琥珀酰亚胺1.7262g反应24小时后，即得活化nd；

200mghmsn-ss-nh2分散在100ml8.0pbs中，加入100mgdox,避光35摄氏度下反应24小时，加入200mg活化的nd，反应24小时，用7.4pbs洗5次，用水洗一次。

5、制备金刚烷封端的聚赖氨酸(ad-pll-nh2)

称取3.1gh-lys(z)-oh于三口烧瓶中，加入50ml重蒸的四氢呋喃(thf)，通氮气保护。再称取1.7g三光气溶于10ml重蒸的thf中，缓慢滴加至反应体系中，在50℃下剧烈搅拌反应4h，将反应生成的hcl气体经过干燥塔导出至naoh溶液中和。反应结束后，将得到的粗产物用石油醚沉淀三次，经过真空干燥以后，得到白色粉末状的终产物n-苄氧羰基赖氨酸-n-羧基内酸酐zll-nca。

称取900mgzll-nca溶解在15ml重蒸的dmf中，称取72mg金刚烷胺溶于5ml重蒸的dmf中，迅速加入到烧瓶中。在氮气保护下，室温下反应30min后，再在40℃下反应72h，将得到的粗产物用乙醚沉淀三次后，真空干燥得到终产物金刚烷胺封端的n-苄氧羰基赖氨酸ad-pzll-nh2.

称取600mgad-pzll-nh2于单口烧瓶中，加入35ml的三氟乙酸，冰水浴中搅拌15min，使得固体完全溶解。然后加入4ml含33％溴化氢的乙酸溶液,反应1h。反应结束后，将反应粗产物用无水乙醚沉淀得到，然后用适量水溶解之后移入透析袋(mwco3500da)中，用去离子水透析三天，频繁换水，将所得溶液冻干得到终产物金刚烷胺封端的聚赖氨酸ad-pll-nh2

6、制备马来酸酐化的聚赖氨酸(pll-cit)

称取上一步的聚赖氨酸：单甲基马来酸酐质量比＝1:30，充分分散在100ml去离子水中，氢氧化钠溶液调ph为8最好。35度反应24小时，用3500的透析袋，透析3天。

7、聚赖氨酸层层自主装修饰(dox@hmsn-ss-nh-nd-pll)

称取100mgdox@hmsn-ss-nh-nd充分分散在100ml去离子水中，向其中边搅拌边加入溶解了100mg聚赖氨酸的100ml水溶液。在30摄氏度下，反应15分钟。清洗离心冻干。

8、马来酸酐化聚赖氨酸层层自主装修饰

(dox@hmsn-ss-nh-nd-pll-pll(cit))

称取dox@hmsn-ss-nh-nd-pll100mg充分分散在100ml去离子水中，滴加到溶解了100mgpll-cit的100ml去离子水溶液中。在30摄氏度下，反应15分钟，清洗离心冻干，即得。