金纳米热放疗药物载体及其制备方法和应用与流程

本发明涉及纳米药物技术领域，尤其涉及一种金纳米热放疗药物载体及其制备方法和应用。

背景技术：

纳米材料作为一种新型材料，既具有一般宏观物质的性质，又具有一些微观粒子，如原子、分子等特有的特性，尤其在超导、电磁、光学、化学、催化、标记、表面增强、生物免疫等方面呈现出优良的物理化学特性，故受到众多研究领域的极大关注。纳米材料作为目前新材料研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中的重要组成部分。

纳米金是指直径在0.5-250nm的金超微粒子，具有量子效应、表面效应和宏观量子效应。纳米金在生物电化学传感器、光学及电化学探针、DNA修复与检测、催化剂、生物组织修复、药物传递及表面增强拉曼散射等各方面都有着极其广泛的应用。在医药领域中，纳米金已经广泛用于疾病诊断，药物检测，细胞成像等方面。纳米金自身具有一定生物活性，同时具有光热效应，也可以作为载体负载药物，以上3种方式均可开发新的药物，用于疾病的治疗研究。纳米金已经用于艾滋病、肿瘤、帕金森病等疾病的治疗研究中。

双硫仑(DSF)，分子式是：C₁₀H₂₀N₂S₄，是一种戒酒药物，服用该药后即使饮用少量的酒，身体也会产生严重不适，而达到戒酒的目的。1948年，雅各布森(Jacobsen)等发现双硫仑被人体微量吸收后，可引起面部潮红、头痛、腹痛、出汗、心悸、呼吸困难等症状，服药者在饮酒后症状更加明显，便将这种表现命名为“双硫仑样反应”。后来，双硫仑被开发成戒酒药，使嗜酒者产生对酒精的厌恶而戒除酒瘾，因此又被称为戒酒硫。它能够有效抑制乙醛脱氢酶的活性，阻断乙醛的氧化代谢，造成乙醛在体内聚积，乙醛是毒性物质，当体内乙醛浓度升高时，可与体内一些蛋白质、磷脂、核酸等呈共价键结合，破坏这些物质失活，引起机体的多种不适，从而促使患者建立对饮酒的厌恶反射，达到戒酒的目的。研究人员近年来发现DSF除有戒酒作用外还有抗肿瘤作用。DSF能在体内外杀伤多种肿瘤细胞，包括直肠癌、黑色素瘤、脑胶质瘤、乳腺癌及前列腺癌。DSF能诱导多种黑色素瘤细胞系的凋亡，并且证实黑色素瘤细胞要比正常的黑素细胞对DSF敏感性强，指出DSF能增加细胞内铜的摄入，诱导黑色素瘤细胞的凋亡。

二乙基二硫代氨基甲酸，分子式为(C₂H₅)₂NCSSH，是一种常见的化工原料，可用于二硫仑的制备。常见的二乙基二硫代氨基甲酸盐有二乙基二硫代氨基甲酸二乙铵盐(分子式为(C₂H₅)₂NCS₂[H₂N(C₂H₅)₂])，二乙基二硫代氨基甲酸钠(分子式为(C₂H₅)₂NCSSNa)，在化学反应中可替代二乙基二硫代氨基甲酸使用。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种金纳米热放疗药物载体及其制备方法和应用，本发明将金纳米颗粒与含硫键抗肿瘤药物反应，生成基于金-硫键的纳米药物载体，合成方法简单，所制备的金纳米热放疗药物载体可选择性联合热治疗和放射治疗，对肿瘤细胞具有较强的杀伤作用。

在一方面，本发明提供了一种金纳米热放疗药物载体，包括金纳米颗粒、包裹在金纳米颗粒外的含硫键抗肿瘤药物层，以及包覆在含硫键抗肿瘤药物层外的亲水性巯基化合物层，金纳米颗粒与含硫键抗肿瘤药物层通过共价键偶联；其中，药物载体中，金纳米颗粒的质量分数为80-99.98％，含硫键抗肿瘤药物的质量分数为0.01-15％，亲水性巯基化合物的质量分数为0.01-19.99％。

进一步地，金纳米颗粒呈十二面体、立方体、球形、棒状或不规则多面体结构。

进一步地，含硫键抗肿瘤药物为双硫仑、二乙基二硫代氨基甲酸和二乙基二硫代氨基甲酸盐中的一种或几种。

进一步地，金纳米颗粒与含硫键抗肿瘤药物层通过二乙基二硫代氨基甲酸键共价偶联。

进一步地，亲水性巯基化合物层通过巯基与金纳米颗粒相互连接，由于聚合物链较长，其会包覆在含硫键抗肿瘤药物层外，进而稳定所制备的金纳米热放疗药物载体。

进一步地，亲水性巯基化合物为巯基乙醇、巯基聚乙二醇500(SH-PEG500)、巯基聚乙二醇2000(SH-PEG2000)、巯基聚乙二醇5000(SH-PEG5000)和巯基聚乙二醇10000(SH-PEG10000)中的一种或几种。

在另一方面，本发明还提供了一种金纳米热放疗药物载体的制备方法，包括以下步骤：

将含硫键抗肿瘤药物与金纳米颗粒在溶剂中混合，在20-50℃下反应，反应结束后离心后除去未反应物，然后向其中加入亲水性巯基化合物，离心后，得到金纳米热放疗药物载体，其中溶剂为极性有机溶剂与水的混合溶剂。

进一步地，含硫键抗肿瘤药物为双硫仑和/或二乙基二硫代氨基甲酸(舒非仑)。优选地，含硫键抗肿瘤药物为双硫仑；双硫仑的化学结构含有二硫键，易与金纳米颗粒结合并且其作为一种临床药物已经用于肿瘤方面的研究。

进一步地，金纳米颗粒呈十二面体、立方体、球形、棒状或不规则多面体结构。优选地，金纳米颗粒的为棒状(纳米金棒)。

进一步地，亲水性巯基化合物为巯基乙醇、巯基聚乙二醇500(SH-PEG500)、巯基聚乙二醇2000(SH-PEG2000)、巯基聚乙二醇5000(SH-PEG5000)和巯基聚乙二醇10000(SH-PEG10000)中的一种或几种。

进一步地，溶剂中含硫键抗肿瘤药物的浓度为0.1-10mg/mL；优选1mg/mL。

进一步地，溶剂中金纳米颗粒的浓度为0.1-10mg/mL，优选0.2mg/mL。

进一步地，溶剂中亲水性巯基化合物的浓度为1-10mg/mL，优选1mg/mL。加入过量的亲水性巯基化合物以形成稳定的金纳米热放疗药物载体。

进一步地，在20-50℃下超声混合3-6h；优选地，在50℃下超声3h；有助于含硫键抗肿瘤药物与金纳米颗粒更好的结合。

进一步地，含硫键抗肿瘤药物、金纳米颗粒以及含硫键抗肿瘤药物的反应，可以进行一次或在离心后重复进行1-3次，重复进行时，可以加入不同的含硫键抗肿瘤药物或巯基化合物。

进一步地，极性有机溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙醇、甲醇、异丙醇和丙酮中的一种或几种。优选地，有机溶剂为二甲亚砜。

进一步地，极性有机溶剂与水的体积比为1:1-1:5。优选地，极性有机溶剂与水的体积比为1:1。

进一步地，含硫键抗肿瘤药物与金纳米颗粒的质量比为0.01:1-100:1。优选地，含硫键抗肿瘤药物与金纳米颗粒的质量比为0.1:1-5:1。

进一步地，亲水性巯基化合物与金纳米颗粒的质量比为0.1:1-100:1。

在又一方面，本发明还要求保护上述金纳米热放疗药物载体作为抗肿瘤药物的应用。

进一步地，金纳米热放疗药物载体在激光和/或X射线照射下应用。

进一步地，肿瘤为三阴性乳腺癌、胶质瘤、宫颈癌和鼻咽癌细胞中的一种或几种。

进一步地，激光的波长为500-900nm。优选地，激光的波长为780nm。

进一步地，X射线的能量为4MeV或6MeV。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

与纯药物相比，金纳米热放疗药物载体一方面可以提高药物对病变部位的靶向性，提高治疗效果，同时降低毒副效应；另一方面具有药物缓释效应，且其中的亲水性化合物合物能够延长药物在体内的循环时间，增强治疗效果。

本发明药物载体中的金纳米颗粒联合光热治疗，一方面实现化学药物治疗功能，另一方面通过金纳米颗粒将光转化为热，使浅表肿瘤细胞温度上升，从而实现对肿瘤细胞的精确治疗。

X射线对生物组织有破坏作用，尤其是对于分裂较旺盛的细胞，其破坏能力更强；药物载体联合X射线治疗恶性肿瘤，不仅可以通过精准放疗实现肿瘤的精确的定位、设计和治疗，还可以联合金纳米颗粒的被动靶向作用，实现高效杀灭肿瘤，同时减少对正常组织的损伤。

光热疗对浅表肿瘤治疗的疗效显著，X射线组织穿透能力强，对深层肿瘤的治疗效果显著，因此将本发明的药物载体联合热疗和放射治疗，可以优势互补，在维持药物治疗的同时，提高对各种层次肿瘤的杀伤率，同时降低毒副作用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1图示了不同浓度的金纳米颗粒、金纳米热放疗药物载体和纯药物对细胞存活率的影响；

图2图示了不同激光能量密度对细胞存活率的影响；

图3图示了不同照射剂量对细胞存活率的影响；

图4图示了不同治疗方法处理后细胞的存活比率。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明的一种金纳米热放疗药物载体，包括金纳米颗粒、包裹在金纳米颗粒外的双硫仑层，以及包覆在双硫仑外的巯基乙醇，金纳米颗粒与双硫仑通过共价键偶联；其中，药物载体中，金纳米颗粒的质量分数为80％，双硫仑的质量分数为0.01％，巯基乙醇的质量分数为19.99％。其中，金纳米颗粒的结构为十二面体。

实施例2

本发明的一种金纳米热放疗药物载体，包括金纳米颗粒、包裹在金纳米颗粒外的二乙基二硫代氨基甲酸层，以及包覆在二乙基二硫代氨基甲酸外的巯基聚乙二醇500，金纳米颗粒与二乙基二硫代氨基甲酸层通过共价键偶联；其中，药物载体中，金纳米颗粒的质量分数为85％，二乙基二硫代氨基甲酸的质量分数为1％，巯基聚乙二醇500的质量分数为14％。其中，金纳米颗粒的结构为不规则多面体。

实施例3

本发明的一种金纳米热放疗药物载体，包括金纳米颗粒、包裹在金纳米颗粒外的二乙基二硫代氨基甲酸层，以及包覆在二乙基二硫代氨基甲酸外的巯基聚乙二醇2000，金纳米颗粒与二乙基二硫代氨基甲酸层通过共价键偶联；其中，药物载体中，金纳米颗粒的质量分数为80％，二乙基二硫代氨基甲酸的质量分数为15％，巯基聚乙二醇2000的质量分数为5％。其中，金纳米颗粒的结构为棒状。

实施例4

本发明的一种金纳米热放疗药物载体的制备方法如下：

首先采用传统的晶种生长法制备球形金纳米颗粒，具体方法如下：

将0.6mL浓度为1％的HAuCl₄加入40mL预冷的三蒸水中，再加入0.2mL0.2mol/L的K₂CO₃溶液，在不断搅拌下，快速加入新鲜配置的0.01mol/L的NaBH₄水溶液2mL，搅拌5min后溶液由蓝紫色变为酒红色，继续搅拌30min，获得球形金纳米颗粒，在10000rpm离心，纯水洗涤三次，于4℃下冷藏备用。

将10μL 0.1mg/mL的二乙基二硫代氨基甲酸钠药物与100μL 1mg/mL金纳米颗粒在二甲基亚砜和水(1:1)的混合溶剂中混合，采用三氟乙酸调整溶液pH值到5.0，50℃超声3h，超声时注意控制温度，有助于药物与金纳米颗粒更好的结合，然后在室温下反应24h。反应结束后，高速离心反应液，除去未反应物，用0.1mM巯基乙醇溶液洗涤2次，纯水洗涤3次，制得稳定的金纳米热放疗药物载体。其中含有金99.98％，药物0.01％，巯基乙醇0.01％。

实施例5

本发明的一种金纳米热放疗药物载体的制备方法如下：

首先制备金纳米颗粒种子，继而再制备金棒：向30mL 0.05mol/L CTAB中加入40μL 0.01mol/L的AgNO₃溶液，振荡1min。再向其中加入0.8mL 0.02mol/L的HAuCl₄溶液，轻轻摇匀。然后再迅速加入0.3mL 0.1mol/L的AA(抗坏血酸)溶液，剧烈振荡至溶液变为无色。最后加入0.3mL上述实施例4制备的金纳米颗粒，轻轻振荡2min后，静置3h，让金纳米颗粒生长成金纳米棒。离心(10000rpm 12min)洗涤金纳米棒两次后，将纯化后的金纳米棒分散在超纯水中备用。

将1000μL 10mg/mL的双硫仑药物与10μL 10mg/mL金纳米颗粒在丙酮和水(1:1)的混合溶剂中混合，50℃超声3h，超声时注意控制温度，有助于药物与金纳米颗粒更好的结合，然后在室温下反应24h。反应结束后，高速离心反应液，除去未反应物，得到载药金棒颗粒。

再将1000μL 10mg/mL的双硫仑药物与10μL 10mg/mL上述载药金棒颗粒在N,N-二甲基甲酰胺和水(1:1)的混合溶剂中混合，50℃超声3h，在室温下反应24h，高速离心洗涤除去未反应物，此为重复进行反应一次。

继续再将1000μL 10mg/mL的双硫仑药物与10μL 10mg/mL载药金棒颗粒在甲醇和水(1:1)的混合溶剂中混合，50℃超声3h，在室温下反应24h。反应结束后，高速离心洗涤除去未反应物，此为再重复进行反应一次。

然后加入100μL 10mg/mL的巯基聚乙二醇2000，形成稳定的金纳米热放疗药物载体。所加入的巯基聚乙二醇需要过量，以使金纳米热放疗药物载体处于相对稳定的状态，继续高速离心三次除去未反应物。所制金棒纳米药物载体中含有金80％，药物15％，巯基聚乙二醇2000 5％。

实施例6

本发明的一种金纳米热放疗药物载体的制备方法如下：

首先制备金纳米颗粒，继而再制备纳米金十二面体：于试管中加入双十烷基二甲基溴化铵(DDAB，1.0mL，0.01M)、HAuCl₄(5.0mL 1mM)，AgNO₃(100μL，0.01M)，最后加入抗坏血酸(100μL，0.1M)，倒置摇匀，溶液从橙黄色变为无色，即得到生长溶液。该生长溶液中加入0.3mL已制好的种子溶液，在30℃水浴中静置过夜反应。样品在10000rpm离心10min，去除上清液后用去离子水分散，离心/分散步骤重复三次以除去多余的表面活性剂，洗涤后的样品分散在去离子水中，备存。

将10μL 1mg/mL的双硫仑药物与1000μL 0.2mg/mL纳米金十二面体在N-甲基吡咯烷酮和水(1:1)的混合溶剂中混合，50℃超声3h，超声时注意控制温度，有助于药物与金纳米颗粒更好的结合，然后在室温下反应24h。

反应结束后，高速离心反应液，除去未反应物，然后加入100μL 1mg/mL的巯基聚乙二醇5000，形成稳定的金纳米热放疗药物载体，继续高速离心三次除去未反应物，得到金纳米热放疗药物载体。

继而再加入100μL 1mg/mL的巯基聚乙二醇5000，形成稳定的金纳米热放疗药物载体，继续高速离心三次除去未反应物，得到金纳米热放疗药物载体，此为重复进行反应一次。

继而再加入100μL 1mg/mL的巯基聚乙二醇5000，形成稳定的金纳米热放疗药物载体，继续高速离心三次除去未反应物，得到金纳米热放疗药物载体，此为再重复进行反应一次。

最终所制备的金棒纳米药物载体中含有金80％，药物0.01％，巯基聚乙二醇5000 19.99％。

实施例7

设置各组分别为金纳米颗粒组(图1中Au)、金纳米热放疗药物载体组(图1中Au-DSF)、药物组(图1中DSF)。将处于对数生长期的MCF-7胶质瘤细胞，胰酶消化，接种1×10⁶个细胞在60mm培养皿，第二天待其完全贴壁后，将细胞用PBS洗涤两次，更换新鲜完全培养基，向培养液加入浓度分别为0mg/mL到20mg/mL的各组分，继续培养24h后利用MTT细胞生存分析法检测。

如图1所示，结果表明金纳米颗粒组未有显著增加的细胞毒性；药物在0.1mg/mL以上时，能明显杀伤肿瘤细胞；0.1mg/mL纳米金药物载体对肿瘤细胞的存活率为80％，20mg/mL纳米金药物载体对肿瘤细胞的存活率为20％。纳米金药物载体浓度在0.1-20mg/mL间时，各组的细胞存活率具有显著性差异，证明金纳米热放疗药物载体能有效杀伤肿瘤细胞。

实施例8

设置各组分别为激光照射组(图2中Laser)，激光照射联合纳米金颗粒组(图2中Au+Laser)，激光照射联合纳米金药物载体组(图2中Au-DSF+Laser)。处于对数生长期的宫颈癌细胞，胰酶消化，接种1×10⁶个宫颈癌细胞在60mm培养皿，第二天待其完全贴壁后，将细胞用PBS洗涤两次，更换新鲜完全培养基，采用波长780nm的激光分别照射0W/cm²到2W/cm²，照射时间为5min。继续培养24h后利用MTT细胞生存分析法检测。

如图2所示，结果表明激光照射组未有显著差异；0.25W/cm²激光照射联合纳米金颗粒组肿瘤细胞存活率为80％，激光照射联合纳米金药物载体组肿瘤细胞存活率为70％；2W/cm²激光照射联合纳米金颗粒组肿瘤细胞存活率为20％，激光照射联合纳米金药物载体组肿瘤细胞存活率为10％。激光照射联合纳米金药物载体组照射激光能量密度在0.25W/cm至2W/cm²之间时，各组细胞的存活率具有显著差异，证明激光照射联合金纳米颗粒具有明显的热效应，且金纳米热放疗药物载体能有效杀灭肿瘤细胞。

实施例9

设置各组分别为X射线照射组(图3中X-ray)，X射线照射联合纳米金颗粒组(图3中X-ray+Au)，X射线照射联合纳米金药物载体组(图3中X-ray+Au-DSF)。处于对数生长期的鼻咽癌细胞，胰酶消化，接种1×10⁶个细胞在60mm培养皿，第二天待其完全贴壁后，将细胞用PBS洗涤两次，更换新鲜完全培养基，采用6MeV X射线直线加速器分别照射0Gy，2Gy，4Gy，6Gy，8Gy，照射5min，继续培养24h后利用MTT细胞生存分析法检测。

如图3所示，结果表明X射线照射对照组在照射剂量为2Gy-4Gy之间时，肿瘤细胞存活率具有差异，但并不显著。X射线照射联合纳米金颗粒组在照射剂量为2Gy时肿瘤细胞存活率为80％，X射线照射联合纳米金颗粒组在照射剂量为8Gy时肿瘤细胞存活率为30％；X射线照射联合纳米金药物载体组在照射剂量为2Gy时肿瘤细胞存活率为70％，X射线照射联合纳米金药物载体组在照射剂量为8Gy时肿瘤细胞存活率为20％。X射线照射联合纳米金药物载体组在照射剂量为2Gy-8Gy之间时，肿瘤细胞存活率出现显著差异，证明X射线照射联合纳米金药物载体能有效治疗肿瘤细胞。

实施例10

设置各组分别为纯纳米金棒组、纳米金药物载体组、纳米金药物载体联合放疗组、纳米金药物载体联合光热疗组、纳米金药物载体联合放疗和光热疗组。以三阴性乳腺癌细胞为细胞模型，利用MTT细胞生存分析法检测细胞存活率，其中热疗参数为0.5W/cm²，5min；X射线参数为4Gy，5min。

如图4所示，图4中横坐标从左到右分别代表纳米金颗粒组、纳米金药物载体组、纳米金药物载体联合X射线照射组、纳米金药物载体结合光热疗组、纳米金药物载体联合放疗和热疗组。从图中可看出，纳米金药物载体联合放疗、光热疗的效果最好，肿瘤细胞死亡率为70％。纳米金药物载体与放疗或热疗的联合治疗要比单独治疗的效果好，肿瘤细胞死亡率为50％左右，而且这两种联合治疗效果相似。单独纳米金颗粒对细胞的治疗效果最差，肿瘤细胞死亡率为2％，载药纳米金棒的细胞杀伤率略有增强，肿瘤细胞死亡率为18％。综上所述，联合热疗和放射治疗的效果最佳。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，如在制备过程中不加入亲水性巯基化合物，或者选用其他二乙基二硫代氨基甲酸的衍生物代替本发明使用的药物，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。