一种复合物及其应用的制作方法

本发明涉及纳米生物医学技术领域，尤其涉及一种复合物及其应用。

背景技术：

影像引导放射治疗是一种四维的放射治疗技术，它在三维放射治疗的基础上加入了时序的概念，可从定位、计划到治疗实施和验证等方面创造各种解决方案。患者进行治疗前、治疗中利用各种先进的影像设备对肿瘤及正常器官进行实时的监控，并根据器官位置的变化调整治疗条件，做到精确治疗。通过实时成像去监控药物的输运情况，从时间及空间上去控制治疗是当前实施精准医学，个性化治疗发展的迫切需求。

然而现有的成像引导治疗存在许多不足，如在成像过程中，药物受成像发射光的影响，随之释放，以及启动光动力治疗。这样就会导致不能在真正的病灶处进行药物释放及实施光动力治疗，并对身体产生严重的影响。现有技术在成像过程中虽然选择了较低的激发功率，尽管功率很低，仍可以启动治疗，从而造成不必要的损伤。现有技术难以达到在成像监控的过程中，完全不启动治疗，当监控药物大量富集到达病灶部位时，再启动光控治疗的效果。因此，建立真正可实时成像监测，在时间、空间上同时可控释放的载药平台尤为关键。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合物及其制备方法，本发明提供的复合物能够实现在时间和空间上同时可控释放药物。

本发明提供了一种复合物，由上转换纳米颗粒和光响应药物复合而成；

所述上转换纳米颗粒的基质具有式I所示的原子比：

MReF_n 式I；

式I中，M为Na、Ba或K，Re为Y或Gd，n为4或5；

所述上转换纳米颗粒的掺杂稀土离子为：Yb³⁺、Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺中的一种或几种；

所述光响应药物由光控分子和临床药物制备得到；

所述光控分子选自香豆素类化合物、硝基苯类化合物、偶氮类化合物或苯甲酰甲基酯类化合物。

优选的，所述上转换纳米颗粒的基质为NaYF₄、BaYF₅、KYF₄或NaGdF₄。

优选的，所述上转换纳米颗粒的掺杂稀土离子为Er³⁺、Yb³⁺和Tm³⁺中的一种或几种。

优选的，所述上转换纳米颗粒为核壳结构的上转换纳米颗粒。

优选的，所述上转换纳米颗粒为NaYF₄:Er@NaYF₄@Yb,Tm@NaYF₄。

优选的，所述香豆素类化合物为氨基、羟基、羧基或酯基修饰的4-甲基香豆素衍生物。

优选的，所述硝基苯类化合物具有式II结构：

式II中，R为羟基、羧基或酯基。

优选的，所述对羟基苯甲酮类化合物具有式III结构：

式III中，LG为光解离去基团。

优选的，所述偶氮类化合物为偶氮苯及其衍生物。

本发明提供了一种上述技术方案所述的复合物在制备药物中的应用。

与现有技术相比，本发明中的复合物采用特殊成分的上转化纳米颗粒，这种上转化纳米颗粒为受激光调控、发射光可转变的纳米粒子；同时，本发明采用与上转化纳米颗粒发射峰有交叠的可剪切的光敏分子作为光控分子，通过上转换纳米颗粒与光控分子的相互配合，能够使这种复合物实现采用不同的发光源分别控制实时成像和药物释放的效果，本发明提供的这种复合物能够将成像波段与光控治疗波段分开，实现药物在时间和空间上的同时可控，可作为治疗肿瘤的药物从而达到实时成像引导治疗手段的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1制备得到的上转换纳米颗粒的扫描电子显微镜照片；

图2为本发明实施例2制备得到的上转换纳米颗粒的扫描电子显微镜照片；

图3为本发明实施例2制备的上转换纳米颗粒不同波长激发下的荧光发射光谱；

图4为紫杉醇光响应药物的制备的流程图；

图5为阿霉素光响应药物的制备的流程图；

图6为本发明实施例测试得到的药物释放曲线；

图7为本发明实施例测试得到的荧光成像图片结果；

图8为本发明实施例测试得到的肿瘤治疗效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种复合物，由上转换纳米颗粒和光响应药物复合而成；

所述上转换纳米颗粒的基质具有式I所示的原子比：

MReF_n 式I；

式I中，M为Na、Ba或K，Re为Y或Gd，n为4或5；

所述上转换纳米颗粒的掺杂稀土离子为：Yb³⁺、Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺中的一种或几种；

所述光响应药物由光控分子和临床药物制备得到；

所述光控分子选自香豆素类化合物、硝基苯类化合物、偶氮类化合物或苯甲酰甲基酯类化合物。

在本发明中，所述上转化纳米颗粒为一种基于多波长近红外光激发，发射光可变的上转换纳米粒子，这种上转化纳米颗粒受激发光调控，发射光可转变。在本发明中，所述上转换纳米颗粒包括基质和掺杂稀土离子，所述基质为MReF_n，其中M为Na、Ba或K；Re为Y或Gd；n为4或5。在本发明中，所述基质优选为NaYF₄、BaYF₅、KYF₄或NaGdF₄。在本发明中，所述掺杂稀土离子为Yb³⁺、Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺中的一种或几种，优选为Er³⁺；Yb³⁺和Er³⁺；或Tm³⁺。在本发明中，对于Er的发光中心所述基质在上转换纳米颗粒中的摩尔含量优选为20～100％，更优选为40～80％，更优选为50～60％，最优选25％。在本发明中，所述上转化纳米颗粒的粒径优选为10～80nm，更优选为20～40nm，最优选为25～35nm。

在本发明中，所述上转换纳米颗粒可以为核壳结构的上转换纳米颗粒，可以为核壳型分区掺杂的上转换纳米颗粒，如双层壳结构或多层壳结构。在本发明中，所述上转换纳米颗粒优选为NaYF₄:Er、NaErF₄:Er、NaYF₄:Yb,Er或NaYF4:Er@NaYF₄@Yb,Tm@NaYF₄。在本发明中，所述NaYF₄:Er和NaErF₄:Er为裸核结构上转换纳米颗粒，基质为NaYF₄和NaErF₄，掺杂稀土离子为Er³⁺，其中基质与掺杂稀土离子的摩尔比优选为3:1。在本发明中，所述NaYF₄:Yb,Er@NaYF₄@Yb,Tm@NaYF₄为核壳结构的上转换纳米颗粒，核成分为NaYF₄:Yb,Er，第一层壳成分为NaYF₄，第二层壳成分为Yb,Tm，第三层壳成分为NaYF₄。本发明对所述核、第一层壳、第二层壳和第三层壳的摩尔比没有特殊的限制可以为任何比例，优选为1：3：4：8。在本发明中，所述核成分中基质和掺杂稀土离子的摩尔比优选小于3：1。在本发明中，所述第二层壳中Yb和Tm的摩尔比优选为(20-99.8)：(0.3-1％)，更优选为99.5:0.5。

本发明对所述上转换纳米颗粒的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述基质和掺杂稀土离子的上转化纳米颗粒即可，可按照本领域技术人员熟知的上转化纳米颗粒的制备方法制备得到。

在本发明中，所述光响应药物由光控分子和临床药物制备得到。在本发明中，所述光控分子为与上转化纳米颗粒发射峰有交叠的可剪切的光敏分子，优选为与上转化纳米颗粒蓝紫光发射峰有交叠的可剪切的光敏分子。在本发明中，所述光控分子为香豆素类化合物，硝基苯类化合物、偶氮类化合物或苯甲酰甲基酯类化合物。在本发明中，所述香豆素类化合物优选为氨基、羟基、羧基或酯基修饰的4-甲基香豆素衍生物，更优选为7-氨基-4-甲基香豆素。在本发明中，所述硝基苯类化合物优选具有式II结构：

式II中，R为羟基、羧基或酯基，所述硝基苯类化合物更优选为邻硝基苯甲醇。在本发明中，所述对羟基苯甲酰类化合物优选具有式III结构：

式III中，LG为光解离去基团。

在本发明中，所述对羟基苯甲酰类化合物更优选为对羟基苯甲酰磷酸酯。在本发明中，所述偶氮类化合物优选为偶氮苯及其衍生物，更优选为偶氮苯。

本发明对所述临床药物没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的临床常用药物即可，可以为消炎类药物、抗肿瘤类药物等，优选为抗肿瘤类药物，更优选为紫杉醇类抗肿瘤药物、铂类抗肿瘤药物、5氟尿嘧啶类抗肿瘤药物、阿霉素或苯丁酸氮芥类表面可修饰功能基团的抗肿瘤药物，最优选为表面可修饰功能化的抗癌药紫杉醇、阿霉素或苯丁酸氮芥。在本发明中，所述抗肿瘤物质还可以为抗肿瘤化合物的衍生物，所述衍生物优选为抗肿瘤化合物的羧基衍生物或碳酸酯衍生物。

在本发明中，所述光控分子和临床药物的摩尔比优选为(0.5～1.5):1，更优选为(0.8～1.2)：1，最优选为1：1。

本发明对所述光响应药物的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的光控分子和药物复合的方法制备得到即可，如将光控分子和临床药物进行缩合反应即可制备得到光响应药物。

在本发明中，所述复合物由上转换纳米颗粒和光响应药物复合而成，可以通过上转换纳米颗粒和光响应药物偶联得到，利用上转换纳米颗粒表面共价、配位或吸附光响应药物。在本发明中，所述上转换纳米颗粒和光响应药物的摩尔比优选为(5～15)：1，更优选为(8～12)：1，最优选为10：1。

在本发明中，所述复合物的制备方法可以为：

将上转换纳米颗粒进行表面修饰后与光响应药物进行载药即可得到复合物。

在本发明中，可以将光响应药物通过化学偶联、配位或吸附的方法接枝到经过修饰的上转化纳米颗表面。在本发明中，将上转换纳米颗粒进行表面修饰的方法优选为：

将上转换纳米颗粒溶解于酸中。

在本发明中，所述酸优选为盐酸。在本发明中，优选将上转换纳米颗粒溶解于酸中调节pH值为3～5，更优选调节pH值为4。在本发明中，所述溶解的时间优选为10～20小时，更优选为12～18小时。在本发明中，将上转换纳米颗粒溶解于酸中可去除其表面的油酸配体。本发明优选将溶解于酸中的上转换纳米颗粒取出后进行离心处理，得到经过表面修饰的上转换纳米颗粒。在本发明中，经过表面修饰的上转换纳米颗粒可直接与光响应药物配位相连或经过生物相容性良好的其他配体间接偶联进行复合。

本发明优选将光响应药物通过化学反应连接到经过修饰的上转换纳米颗粒表面，具体方法为：

将表面经过修饰的上转换纳米颗粒和光响应药物在溶剂中进行反应，得到复合物。

在本发明中，所述溶剂优选为四氢呋喃。在本发明中，所述反应的温度优选为室温，更优选为20～30℃，最优选为25℃。在本发明中，所述反应的时间优选为10～15小时，更优选为12～13小时。

在本发明中，所述反应完成后，本发明优选将反应体系进行分离提取，以去除未反应的光响应药物。在本发明中，所述分离提取的方法优选为离心。

在本发明中，上述技术方案所述的复合物可作为药物应用，尤其适用于作为抗肿瘤药物。本发明提供的复合物作为药物能够实现实时监测成像引导及可选择光控制药物释放。本发明提供的复合物采用发射光可转变的上转换纳米颗粒与光响应药物偶联，得到可选择光控释放型载药纳米粒子，通过高效能量传递，控制药物释放，达到高效的光控治疗效果。本发明可调控上转换纳米颗粒的激发波长产生不同波段的发射光，从而调谐与光控载药分子的作用，可精确的控制药物的释放，实现一种激发光源进行实时成像，其他激发光源进行可光控释放药物的目的，应用于实时成像引导的精准光控药物治疗方法。

本发明提供的复合物作为抗肿瘤药物进行应用优选将其分散后通过静脉注射或瘤内直接注射方式作用于肿瘤部位，选择波长分别进行成像与控制释放药物，用近红外光照射释放时间1～15分钟，以进行时时成像监测引导治疗。在本发明中，优选采用生理盐水或PBS溶剂进行分散。

本发明优选对上述复合物制备的药物在波长范围为700～2000nm的激光下照射；更优选在波长为792nm、802nm和1500nm的激光下进行成像，980nm的激光照射下进行光控释药；最优选在802nm的激光照射下进行成像，980nm激光照射下进行光控治疗。本发明提供的复合物作为药物其中的上转换纳米颗粒在980nm短时间的照射条件下，可以高效释放药物，而800nm左右的激发光对药物释放完全没有影响，相对传统单一发射模式，显现出明显的可控治疗优势，因此在临床治疗方面有着广阔的治疗前景。本发明提供的复合物作为药物结合成像手段能够对肿瘤(或其他病变部位)进行精准有效的定位，实施准确杀伤作用。同时这种复合物还可以修饰靶分子应用于靶向荧光成像与靶向治疗；结合Gd基质作为MRI成像；Yb,Lu或Gd等元素的掺入，可以作为CT成像试剂。

本发明采用具有发射光可控制的多色上转换纳米粒子，通过响应外部“生物窗口”波长范围内的近红外光的刺激分别发射具有成像功能及治疗功能的上转换荧光。本发明利用在上转换纳米粒子表面共价、配位或吸附光控载药分子，提高能量传递效率，从而提高药物释放产率，提高疗效；将上转换成像波段与光控治疗波段分开，实现时间空间同时可控，从而实现实时成像及成像引导的治疗，达到对疾病的有效治疗，最低限度的伤害，最终提高病人的预后。

本发明以下实施例所用原料均为市售商品。

实施例1NaYF₄:Er的制备

分别称取氯化钇YCl₃·6H₂O 227.3毫克、氯化铒ErCl₃·6H₂O 95.3毫克，放入50毫升三口瓶中，加入4毫升油酸和17毫升1-十八(碳)烯。除氧半小时，随后加热升温溶解上述物质，待各物质完全溶解后，停止加热并冷却至室温，并向其中加入溶有0.1g氢氧化钠和0.1482克氟化铵的甲醇溶液，之后升温到65℃，待甲醇除净后，升温到300℃并保持1.5小时进行反应。待反应结束后，将得到的反应产物降至室温，用丙酮和乙醇分别离心，得到NaYF₄:Yb,Er上转换纳米颗粒，溶于4毫升环己烷中待用。

对本发明实施例1制备得到的上转换纳米颗粒进行扫描电子显微镜检测，检测结果如图1所示，图1为本发明实施例1制备得到的上转换纳米颗粒的扫描电子显微镜照片；由图1可以看出，本发明实施例1制备得到的上转换纳米颗粒的粒径为20nm。

实施例2NaYF₄:Er@NaYF₄@Yb,Tm@NaYF₄的制备

取氯化钇YCl₃·6H₂O 60.7毫克，放入50毫升三口瓶中，加入3毫升油酸和7.5毫升1-十八(碳)烯。搅拌除氧半小时之后，加热升温，待氯化钇溶解后，停止加热，冷却至室温，加入溶有25毫克氢氧化钠和37毫克氟化铵的甲醇溶液，之后升温到60℃并保持半小时。之后加入实施例1制备得到的上转换纳米粒子80℃保持45分钟。随后升温到300℃并保持1.5小时。重复以上合成步骤进行第二壳层包覆，取氯化镱YbCl₃·6H₂O 385.0毫克、氯化铥TmCl₃·6H₂O 1.9毫克。再次重复NaYF₄壳层包覆步骤及用量，最终得到核壳的多色发光的NaYF₄:Yb,Er@NaYF₄@Yb,Tm@NaYF₄上转换纳米颗粒。

对本发明实施例2制备得到的上转换纳米颗粒进行扫描电子显微镜检测，检测结果如图2所示，图2为本发明实施例2制备得到的上转换纳米颗粒的扫描电子显微镜照片；由图2可以看出，本发明实施例2制备得到的上转换纳米颗粒尺寸均一为纳米粒子，而非混合不同材料的样品，其粒径为40nm。

检测本发明实施例2制备得到的上转换纳米颗粒不同波长激发下的荧光发射图谱，检测方法为：

将实施例2中所得的上转换纳米粒子，溶于8mL环己烷中，取100μL溶液，稀释10倍进行光谱测量。分别以980nm和800nm激光器进行光照，并采集光谱。

检测结果如图3所示，图3为本发明实施例2制备的上转换纳米颗粒不同波长激发下的荧光发射光谱，由图3可知，本发明提供的这种纳米粒子可以在800nm与980nm激发光下，发射不同波长的上转换光谱，实现选择激发，光谱可调的光子上转换发光。

实施例3紫杉醇光响应药物的制备

按照文献J.Am.Chem.Soc.2012,134,5052-5055公开的方法采用7-氨基-4-甲基香豆素作为光控分子、紫杉醇为药物按照图4所述的流程制备得到紫杉醇光响应药物，图4为紫杉醇光响应药物的制备的流程图。

实施例4阿霉素光响应药物的制备

按照文献small 2015,11,No.45,6078–6090公开的方法，通过图5中3号化合物与对硝基苯基氯甲酸酯制备得到光控分子，以阿霉素(DOX)为药物，按照图5所示的流程制备得到阿霉素光响应药物，图5为阿霉素光响应药物的制备的流程图。

实施例5复合物的制备

将实施例2制备得到的上转换纳米颗粒10毫克溶于pH＝4盐酸中，反应6小时，去除表面油酸配体，经三次离心，将所得沉淀复溶于四氢呋喃中备用，得到表面修饰后的上转换纳米颗粒。

将上述制备得到的表面修饰后的上转换纳米颗粒加入到实施例3制备得到的紫杉醇的光响应药物中，在室温反应12小时，离心提纯得到紫杉醇的光控药物复合物。

实施例6复合物的制备

将实施例2制备得到的上转换纳米颗粒10毫克溶于pH＝4盐酸中，反应6小时，去除表面油酸配体，经三次离心，将所得沉淀复溶于四氢呋喃中备用，得到表面修饰后的上转换纳米颗粒。

按照下方法对实施例4制备的阿霉素光响应药物进行脱保护基团处理，具体过程为：

将实施例4制备得到的阿霉素光响应药物加入到二氯甲烷中，加入过量的三氟乙酸，反应5小时，进行脱保护。随后，旋蒸除去溶剂及三氟乙酸，药品烘干备用。

将上述制备得到的表面修饰后的上转换纳米颗粒加入到脱掉保护基团(Boc)后的阿霉素光响应药物中，在室温反应12小时，离心提纯得到阿霉素的光控药物分子光控药物复合物。

实施例7

将本发明实施例5制备得到的复合物溶于PBS溶液中10mg/mL，进行选择波段光控药物释放及成像原理性检测，具体方法为：

选择波段光控药物释放：将上述实施例4制备得到的复合物分成二组于1厘米的荧光池中，分别以980nm与800nm的激光器对样品进行光照。照射15分钟后抽取相同体积(100μL)进行离心，取上清进行高效液相分析。

检测结果为，本发明实施例5制备得到的复合物经808nm激光器照射没有药物释放，其可进行细胞荧光成像，荧光成像图片如图7所示，图7为本发明实施例测试得到的荧光成像图片结果；经980nm激光照射可进行光控释放药物，得到如图6所示的药物释放曲线，图6为本发明实施例测试得到的药物释放曲线。因此，本发明提供的复合物能够进行成像与治疗的可调控选择。

实施例8

将本发明实施例5制备得到复合物采用水溶性介质生理盐水分散剂进行分散后，质量浓度为200μg/mL，注射到荷瘤鼠的肿瘤部位，采用下述方法进行选择波段进行成像与释药检测：

将肿瘤尺寸均匀荷瘤小鼠进行分组，分成4组，分别为注射实施例5制得的复合物+800nm光照组a，注射实施例5制得的复合物+980nm光照组b，及实施例5制得的复合物不光照组c以及注射生理盐水对照组，光照组每只鼠光照30分钟，每5分钟间隔2分钟，治疗7天，随后取肿瘤进行观察。

检测结果如图8所示，图8为本发明实施例测试得到的肿瘤治疗效果图，由图8可知，与对照组相比，用980nm功率为0.25～2.5W/cm²近红外光照射30分钟，可实现小鼠的光控释放药物抑制肿瘤，用808nm功率为0.25～2.5W/cm²近红外光照射，没有抑制肿瘤作用，使其可以进行实时成像监控成像的目的。

由以上实施例可知，本发明提供了一种复合物，由上转换纳米颗粒和光响应药物复合而成；所述上转换纳米颗粒的基质具有式I所示的原子比：MReF_n式I；式I中，M为Na、Ba或K，Re为Y或Gd，n为4或5；所述上转换纳米颗粒的掺杂稀土离子为：Yb³⁺、Er³⁺、Ho³⁺和Tm³⁺中的一种或几种；所述光响应药物由光控分子和抗肿瘤物质制备得到；所述光控分子选自香豆素类化合物、硝基苯类化合物、偶氮类化合物或苯甲酰甲基酯类化合物。与现有技术相比，本发明提供的这种复合物能够将成像波段与光控治疗波段分开，实现药物在时间和空间上的同时可控，可作为治疗肿瘤的药物从而达到实时成像引导治疗手段的目的。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。