本发明属于生物医学技术领域，涉及一种基于近红外ii区量子点的骨靶向给药系统及其制备方法和应用。
背景技术：
骨骼是身体的支架，骨骼的健康程度直接影响着机体的生存和生活质量。近年来，骨质疏松症、骨关节炎和骨肿瘤等骨骼疾病的发病率逐年上升，严重影响了患者的生活质量。骨组织系统庞大，在机体内分布广泛，在骨骼疾病的治疗过程中，若采用常规的给药方式，需要保持一定的全身性浓度才能够使药物到达组织并发挥药效，但可能造成全身性副作用，药物中毒治疗方案在骨疾病的治疗中具有一定的局限性。目前，主要通过骨靶向药物输送方案解决上述问题。
影响骨靶向药物输送系统的关键因素之一为载体。设计的载体应当尺寸适中，以通过致密的“骨髓一血屏障”，并且能够与骨组织的主要成分羟基磷灰石结合，以达到骨靶向的效果。目前已知的骨靶向药物输送载体包括四环素类载体、偕二麟酸类载体、聚丙二酸类载体、小分子杂环类载体和寡肤类载体，这些载体均能够与羟基磷灰石结合，但是真正应用于临床的骨靶向药物输送系统少之又少。
限制骨靶向药物输送在临床中的应用主要包括两方面问题，一方面，大多数具有骨靶向作用的物质往往本身具有一定的药理作用，可能对治疗产生干扰甚至未知的副作用，不利于对目标药物进行治疗效果评估；另一方面，骨靶向药物在骨中的分布、代谢以及药物靶向性的研究存在困难，常规的药理学检测方法对骨组织具有破坏性，而目前已有的无损检测方法主要依靠放射性元素标记，副作用强，推广性差，严重限制了骨靶向药物输送的研究。
cn104288786a公开了基于近红外量子点的肿瘤靶向诊疗系统及其制备方法，所述肿瘤靶向诊疗系统包括：由近红外量子点构成的内核；包覆在所述内核表面的改性peg分子；通过化学交联与所述改性peg分子偶联的肿瘤血管靶向分子；组装在所述肿瘤靶向诊疗系统中的抗肿瘤血管生成药物。本发明的肿瘤靶向诊疗系统可以实现肿瘤原位、实时、可视、定量的诊断、治疗及评估，但为了提高靶向肿瘤的特异性，需要偶联肿瘤血管靶向分子，制备方法较繁琐、成本较高，且本发明的肿瘤靶向诊疗系统无法实现骨靶向。
因此，开发一种副作用弱、能够在有效实现骨靶向药物输送的同时又能实时追踪的可视化载体，在骨疾病治疗药物的药理学研究中具有重要意义。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于近红外ii区量子点的骨靶向给药系统及其制备方法和应用，所述量子点尺寸小于20nm可以突破血髓屏障到达骨组织，通过其表面修饰正电的氨基聚乙二醇与骨骼中带负电的羟基磷灰石结合，在不依赖生物靶向分子的前提下实现了药物的可视化骨靶向输送。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种近红外ii区量子点在制备骨靶向给药系统中的应用；
其中，所述近红外ii区量子点表面修饰有氨基聚乙二醇。
本发明中，近红外ii区量子点表面修饰有氨基聚乙二醇，呈正电性，通过静电力作用与骨骼的主要成分——呈负电性的羟基磷灰石高效结合，实现了量子点对骨组织的靶向，本发明的量子点不修饰生物靶向分子，仅依靠物理作用，通过动力学和静电力吸附于骨组织上，实现了骨靶向效果，与传统的自身会与骨骼发生生理作用的骨靶向物质相比，不会干扰药物的治疗效果，副作用小，有利于药物的药理学研究。
本发明中，所述氨基聚乙二醇为末端包含至少一个氨基基团的聚乙二醇，聚乙二醇修饰量子点的方法不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况选择不同的方法和反应条件进行量子点的修饰。
本发明中，在近红外ii区量子点表面修饰改性的聚乙二醇，提高了量子点的生物稳定性和生物相容性，有利于量子点的体内循环。
本发明中，采用过量的氨基聚乙二醇修饰近红外ii区量子点，得到的药物载体具有较弱的正电性，在血流流速较快的情况下不易与带负电的组织结合，但是当到达骨组织后，骨组织的致密结构使血液流速和量子点流速减慢，同时由于量子点携带的正电荷量与骨组织的负电荷量相匹配，避免了量子点吸附于其他组织上，实现了量子点对骨组织的特异性靶向。
由于肿瘤血管细胞与骨细胞在细胞环境、细胞性质等方面均不同，本发明的基于近红外ii区量子点的给药系统不会对肿瘤血管细胞造成特异性靶向。
优选地，所述近红外ii区量子点包括ag2s量子点、ag2se量子点或pbs量子点中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述近红外ii区量子点的粒径为2-20nm，例如可以是2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm或20nm，优选为3-10nm。
本发明中，采用粒径小于20nm的量子点作为给药载体，有利于载体经血液循环通过致密的“骨髓一血屏障”，到达骨组织。
第二方面，本发明提供了一种给药系统，所述给药系统包括表面修饰有氨基聚乙二醇的近红外ii区量子点。
优选地，所述给药系统还包括药物。
本发明中，所述药物包括治疗骨质疏松症、骨关节炎或骨肿瘤的药物，例如可以是阿霉素。
第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述给药系统的制备方法，所述方法包括：
将药物加入包含表面修饰有氨基聚乙二醇的近红外ii区量子点的溶液中，搅拌，得到所述给药系统。
本发明中，药物的加载方法不作具体限定，本领域技术人员可以根据药物特性选择不同的加载方法。
优选地，所述药物与所述量子点的质量比为(1-5):1，例如可以是1:1、1:2、1:3、1:4或1:5，优选为(2-3):1。
优选地，所述搅拌的时间为12-18h，例如可以是12h、13h、14h、15h、16h、17h或18h，优选为15-16h。
第四方面，本发明提供了一种如第二方面所述给药系统在制备骨科疾病治疗药物中的应用。
优选地，所述骨科疾病包括骨质疏松症、骨关节炎或骨肿瘤中的任意一种或至少两种的组合。
第五方面，本发明提供了一种可视化药物输送方法，所述方法包括：
将如第二方面所述给药系统输入动物，在活体成像仪下，进行可视化药物输送。
优选地，所述给药系统的输入量为5-15mg/kg，例如可以是5mg/kg、8mg/kg、10mg/kg、13mg/kg或15mg/kg，优选为10-13mg/kg。
优选地，所述动物包括小鼠、大鼠、兔、犬、猴或猪中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述活体成像仪的检测信号为近红外ii区信号。
本发明中，采用近红外ii区量子点作为载体，在活体荧光成像中具有很高的组织穿透度和空间分辨率，几乎没有生物自发荧光干扰，可以通过近红外ii区荧光信号全程追踪药物的骨靶向过程，示踪效果好，方法简便，成本低廉，不仅为药理学研究提供了便利，而且为骨疾病的治疗研究提供了全新的途径。
本发明提供了一种可视化骨靶向药物输送装置，所述装置包括：
药物输送元件，包括如第二方面所述给药系统，用于将装载有药物的近红外ii区量子点输入动物；
和/或荧光成像元件，包括活体成像仪，所述活体成像仪的检测信号为近红外ii区荧光信号，用于实时检测活体药物输送情况。
第六方面，本发明提供了一种如第二方面所述给药系统或如第五方面所述可视化药物输送方法在可视化骨靶向药物输送中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的修饰有氨基聚乙二醇的小于20nm的近红外ii区量子点依靠动力学和静电力作用吸附于骨组织上，不与骨组织发生生理作用，实现了骨靶向效果，不干扰药物的治疗效果，副作用小，有利于药物的药理学研究；
(2)本发明基于近红外ii区量子点的给药系统，在活体荧光成像中通过近红外ii区荧光信号全程追踪药物的骨靶向过程，具有很高的组织穿透度和空间分辨率，几乎没有生物自发荧光干扰，示踪效果好；
(3)本发明不采用复杂昂贵的骨靶向试剂，方法简便，成本低廉。
附图说明
图1(a)为体外骨靶向实验结果，分别采用表面修饰有羧基聚乙二醇和氨基聚乙二醇的粒径为10nm的ag2s近红外ii区量子点标记小鼠股骨3小时，在近红外ii区荧光小动物成像仪下的成像效果，图1(b)为小鼠股骨的实物放大图；
图2为体内骨靶向实验结果，将载有阿霉素的表面修饰有氨基聚乙二醇的粒径为10nm的ag2s近红外ii区量子点静脉注射入裸鼠体内，在近红外ii区荧光小动物成像仪下的成像效果。
具体实施方式
为进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合实施例和附图对本发明作进一步地说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购获得的常规产品。
试剂和仪器：
(1)4-8周雌性裸鼠；
(2)主要试剂
盐酸阿霉素(西格玛，美国)，三乙胺(西格玛，美国)，二乙基二硫代氨基甲酸银(西格玛，美国)，十二硫醇(西格玛，美国)，环己烷(国药，中国)，乙醇(国药，中国)，二甲基亚砜(国药，中国)，氨基聚乙二醇(西格玛，中国)，1×pbs缓冲液；
(3)主要仪器
近红外ii区荧光小动物活体成像仪(影睿，中国)。
实施例1
将0.1mmol的二乙基二硫代氨基甲酸银、10g十二硫醇混合置于烧瓶中，在n2气氛中升温至200℃保持1h，最后待溶液自然冷却至室温后，加入50ml无水乙醇，经离心、洗涤，分散在环己烷中，将0.15g硫辛酸加入上述环己烷中，再加入同等体积的无水乙醇，在超声清洗器中超声4h，然后离心，用去离子水洗涤，得到粒径在5nm左右的水溶性ag2s量子点；将0.25mg上述ag2s量子点分散在100μl二甲基亚砜(dmso)里，再将含0.01mmolnhs的50μldmso溶液与上述溶液混合；再将含0.01mmoledc的50μldmso溶液加入到上述混合溶液中，用铝箔包裹，搅拌1h，离心，再分散在100μldmso里；将0.5mg氨基聚乙二醇与185μl1×pbs的混合溶液加到100μlag2s/dmso混合溶液里，在4℃避光反应12h，洗涤离心得氨基聚乙二醇ag2s(nh2-peg-ag2s)量子点。
实施例2体外骨靶向实验
将表面修饰有氨基聚乙二醇的粒径为10nm的ag2s近红外ii区量子点标记小鼠股骨3小时，而后以pbs冲洗去除游离的量子点，在近红外ii区荧光小动物成像仪下成像。
对比例1
与实施例2相比，采用表面修饰了羧基peg的粒径为10nm的ag2s近红外ii区量子点(cooh-peg-ag2s)标记小鼠股骨，其他条件与实施例2相同。
如图1(a)所示为体外骨靶向实验结果，在相同的标记条件下，nh2-peg-ag2s与小鼠股骨发生结合作用，而cooh-peg-ag2s未与小鼠股骨结合，图1(b)为小鼠股骨的实物放大图。
实施例3体内骨靶向实验
(1)阿霉素骨靶向给药系统的制备
将10mg盐酸阿霉素溶解于1mldmso中，加入6μl三乙胺，搅拌2小时，加入5mg表面修饰了氨基peg的粒径为10nm的ag2s近红外ii区量子点，补加9mlpbs缓冲液，于室温避光搅拌15小时，将反应液移入100k超滤离心管，4000rpm离心30分钟去除游离的阿霉素，用pbs清洗3次，得到所述阿霉素骨靶向给药系统(nh2-peg-ag2s-dox)。
(2)可视化药物输送
将小鼠腹腔注射水合氯醛溶液进行麻醉，将nh2-peg-ag2s-dox按200μgag2s/只的输入量经尾静脉输入裸鼠体内，置于近红外ii区活体成像仪中观察，以追踪阿霉素骨靶向给药系统的骨靶向过程。
如图2所示为体内骨靶向实验结果，注射入小鼠体内的nh2-peg-ag2s靶向到骨组织，小鼠的脊椎骨、胸骨和股骨等骨组织发出明显的近红外ii区荧光信号。
实施例4
与实施例3相比，采用表面修饰了氨基peg的粒径为3nm的ag2se近红外ii区量子点，其他条件与实施例3相同。
实施例5
与实施例3相比，采用表面修饰了氨基peg的粒径为3nm的pbs近红外ii区量子点，其他条件与实施例3相同。
实施例6
与实施例3相比，采用表面修饰了氨基peg的粒径为2nm的ag2s近红外ii区量子点，其他条件与实施例3相同。
实施例7
与实施例3相比，采用表面修饰了氨基peg的粒径为20nm的ag2s近红外ii区量子点，其他条件与实施例3相同。
结果表明，实施例4-7的给药系统同样具有骨靶向的效果。
综上所述，本发明采用修饰有氨基聚乙二醇的小于20nm的近红外ii区量子点作为载体，所述载体依靠动力学和静电力作用吸附于骨组织上，不与骨组织发生生理作用，实现了骨靶向效果，不干扰药物的治疗效果，副作用小，有利于药物的药理学研究；本发明采用近红外ii区量子点作为载体，在活体荧光成像中通过近红外ii区荧光信号全程追踪药物的骨靶向过程，具有很高的组织穿透度和空间分辨率，几乎没有生物自发荧光干扰，示踪效果好；本发明不采用复杂昂贵的骨靶向试剂，方法简便，成本低廉。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。