一种肿瘤靶向的中空核壳结构纳米诊疗剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米生物材料技术领域，具体涉及一种肿瘤靶向的中空核壳结构纳米诊疗剂及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]随着生物医学的发展，诊断与治疗的多功能结合(简称诊疗)已成为新趋势。诊疗技术能够减少因为多次给药或手术带给病人的风险和痛苦。为了实现精确诊断和高效治疗，所设计的诊疗剂往往需要同时具备病灶靶向性、多模成像以及治疗等各种功能。稀土掺杂上转换纳米材料能将近红外光转换成可见光，因此在发展非侵入性诊疗剂上具有重要前景。由于上转换纳米材料低毒、抗光漂白性、无背景荧光、较深的光穿透深度等特点可作为新一代生物成像荧光探针。更重要的是，上转换纳米材料在近红外光照射下发出可见光，通过能量传递，激发光敏剂产生单线态氧，对肿瘤细胞产生毒性，因此可以对肿瘤细胞进行光动力治疗。近年来，利用二氧化硅的负载功能以及表面易修饰性，国内外发展了一些上转换纳米材料与二氧化硅复合的诊疗剂，用于成像和光动力学治疗。但是这些诊疗剂的治疗效率有限，其主要原因在于光敏剂的负载量过低，负载的光敏剂含有共轭芳香环容易团聚而自我淬灭，光敏剂与上转换纳米颗粒的距离太大影响了能量传递效率。
[0003]因此，设计一个基于上转换纳米材料的诊疗剂，解决上述的光敏剂负载问题，提高光动力学治疗效果是本领域的关键。同时需要选择合适上转换发光纳米颗粒以及肿瘤细胞靶向修饰分子，实现诊疗剂的多模成像和靶向功能。开发这样一个纳米诊疗剂在癌症诊疗应用上将具有重要实际的意义和临床价值。
【发明内容】
[0004]本发明涉及一种肿瘤靶向的中空核壳结构纳米诊疗剂，该纳米诊疗剂包括上转换纳米颗粒内核、有机-无机杂化二氧化硅壳层、内核与壳层中间的空腔以及负载在所述壳层和空腔内的光敏剂。
[0005]根据本发明，所述壳层外表面还具有肿瘤靶向分子。
[0006]根据本发明，所述上转换纳米颗粒为六方相NaLuF4:Gd/Yb/Er纳米晶。
[0007]根据本发明，所述有机-无机杂化二氧化硅壳层由苯基桥键二氧化硅和氨丙基二氧化硅组成。我们研宄发现，选择有机-无机杂化二氧化硅壳层，较其他二氧化硅壳层，能通过疏水作用力和π -31作用增加光敏剂负载量，并降低光敏剂的团聚。
[0008]根据本发明，所述光敏剂是能够吸收上转换纳米颗粒在近红外光照射下发出的可见光而产生单线态氧的光敏剂。优选地，所述光敏剂选自单羧基酞菁锌或孟加拉玫瑰红。
[0009]根据本发明，所述肿瘤靶向分子为尿激酶氨端片断(ATF)、抗体或叶酸等中的一种或多种。
[0010]根据本发明，所述上转换纳米颗粒的粒径为10?lOOnm，优选20?50nm。
[0011]根据本发明，所述壳层的厚度为3?20nm，优选5?15nm。
[0012]根据本发明，所述空腔的厚度为O?10nm，其中不包括0，优选2?8nm。我们研宄发现，选择具有空腔的核壳结构，较无空腔结构，能增加光敏剂负载量，同时缩短光敏剂和上转换纳米颗粒之间的距离，有利于能量传递。
[0013]根据本发明，所述光敏剂的负载量是普通二氧化硅壳层材料的负载量的10倍或更高；是普通核壳结构(无空腔)材料的的负载量的1.6倍或更高。本发明中所述光敏剂的负载量是指光敏剂在纳米诊疗剂中的质量百分比，通过一定波长(如对于单羧基酞菁锌而言，可选择699nm)的吸光值计算而得或者通过紫外可见吸收谱计算而得。
[0014]根据本发明，所述诊疗剂中的上转换纳米颗粒与光敏剂之间的能量传递效率是普通二氧化硅壳层的诊疗剂的2倍或更高；是普通核壳结构的诊疗剂的1.4倍或更高。本发明中所述的能量传递效率从上转换吸收光谱变化计算得到，计算公式为(?ο-υ/ι。，其中IpI1分别为诊疗剂负载光敏剂前后的红光部分(若光敏剂吸收红光)或绿光部分(若光敏剂吸收绿光)的积分强度。
[0015]本发明还提供上述肿瘤靶向的中空核壳结构纳米诊疗剂的制备方法，其包括以下步骤:
[0016](I)制备所述上转换纳米颗粒；
[0017](2)制备有机-无机杂化二氧化娃包覆所述上转换纳米颗粒的中空核壳结构；
[0018](3)在所述壳层和空腔内吸附所述光敏剂。
[0019]根据本发明，所述方法的步骤(2)和步骤(3)之间还包括以下步骤:
[0020](2’ )在所述壳层外表面共价偶联所述肿瘤靶向分子。
[0021]根据本发明，所述步骤(I)中制备的是六方相NaLuF4:Gd/Yb/Er纳米晶。
[0022]根据本发明，所述六方相NaLuF4: Gd/Yb/Er纳米晶通过以下热分解法制备:
[0023](a)室温下称取三氟乙酸钠、三氟乙酸镥、三氟乙酸钆、三氟乙酸镱和三氟乙酸铒至反应容器中，加入溶剂；在惰性气氛下加热至上述三氟乙酸盐溶解后继续升温至280?340°C，反应0.6?2小时后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到NaLu(Gd)F4:Yb/Er纳米晶；
[0024](b)将上述NaLu(Gd)F4:Yb/Er纳米晶加入到三氟乙酸钠、三氟乙酸镥、三氟乙酸镱和三氟乙酸铒的油酸和十八烯溶剂中，在惰性气氛下加热至上述三氟乙酸盐溶解后继续升温至260?320°C，反应完成0.6?2小时后自然冷却到室温，沉淀并洗涤，得到六方相NaLuF4: Gd/Yb/Er 纳米晶。
[0025]根据本发明，上述步骤(a)中，三氟乙酸钠、三氟乙酸镥、三氟乙酸钆、三氟乙酸镱和三氟乙酸铒中的各元素的摩尔比例为I镥:0.3?0.8钆:2?4Na:0.3?0.5镱:0.03?
0.05 铒。
[0026]根据本发明，上述步骤(a)中的溶剂为油酸、油胺和十八烯的混合溶剂。优选地，所述混合溶剂中各组分的摩尔比例为I油酸:0.5?I油胺:0.5?I十八烯。
[0027]根据本发明，上述步骤(b)中，三氟乙酸钠、三氟乙酸镥、三氟乙酸镱和三氟乙酸铒中的各元素的摩尔比例为I镥:0.5?INa:0.3?0.5镱:0.03?0.05铒。
[0028]根据本发明，上述步骤(b)中的溶剂为油酸和十八烯溶剂的混合溶剂。优选地，所述混合溶剂中各组分的摩尔比例为I油酸:0.5?1.5十八烯。
[0029]根据本发明，所述步骤(2)具体是通过反相微乳液法和腐蚀法制备有机-无机杂化二氧化硅包覆所述上转换纳米颗粒的中空核壳结构。其具体步骤包括:
[0030]室温下NaLuF4:Gd/Yb/Er纳米晶先分散于环己烷/氨水/C0-520体系中，先加入正硅酸乙酯(TEOS)，反应3?24小时后，再加入1，4-双(三乙氧基硅基)苯(BTEB)和氨丙基乙氧基硅烷(APTES)，反应6?48小时，三种硅源的摩尔比例为1TE0S:0.1?10BETB:0.1?10APTES ;在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液中腐蚀3?18小时，所得中空核壳结构纳米颗粒，壳层厚度3?20nm，中间环形空腔厚度O?10nm，但不为O。
[0031]其中，PVP分子量约为40000，PVP水溶液的浓度为0.05?0.2g/mL，腐蚀时的温度为 90 ?100Co
[0032]根据本发明，所述步骤(2’ )中，共价偶联的肿瘤靶向分子为尿激酶氨端片断(ATF)、抗体或叶酸等中的一种或多种。具体的，共价偶联ATF的方法为:
[0033]在二甲基甲酰胺溶液中，加入ATF、二异丙基乙胺(DIEA)和苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU)，反应10?60分钟，ATF被活化后与中空核壳结构纳米颗粒在O?10°C下反应6?24小时，ATF的羧基与纳米颗粒表面氨基共价偶联。
[0034]其中，反应物质量比为IATF:10?100DIEA:1?5HBTU:0.1?10纳米颗粒。
[0035]根据本发明，所述步骤(3)中的吸附光敏剂是通过物理吸附负载光敏剂。具体的，所述吸附为:
[0036]将已连接或未连接肿瘤靶向分子的中空核壳结构纳米颗粒加入到光敏剂的水或二甲基甲酰胺溶液中，避光振荡6?48小时，离心洗涤后避光低温保存。
[0037]本发明还公开如下技术方案:
[0038]上述纳米诊疗剂在生物分析、医学成像或光动力学治疗中的应用。具体是诊疗剂在制备治疗医学成像试剂中的应用，或者在制备光动力学治疗剂中的应用。
[0039]在上转换成像应用中，所述纳米诊疗剂被细胞摄取后，利用近红外光(980nm)激发，产生红光和绿光，可进行细胞成像；在CT成像应用中，所述纳米诊疗剂具有较高CT值，可作为CT造影剂；在光动力学治疗应用中，利用近红外光(980nm)激发，通过上转换纳米颗粒敏化光敏剂来产生单线态氧实现在肿瘤的光动力学治疗应用。
[0040]本发明的优点:
[0041]利用中空核壳结构负载光敏剂，既提高负载量又缩短光敏剂与内核上转换纳米颗粒的距离；有机-无机杂化二氧化硅壳层能通过疏水作用力和31 -31作用进一步增加光敏剂负载量，并降低光敏剂的团聚；表面共价偶联的尿激酶氨基片断(ATF)与癌细胞表面过表达的尿激酶受体(uPA)具有高亲和性，使得诊疗剂具