一种靶向铱(III)配合物修饰黑磷复合物及其制备方法和应用与流程

本发明属于生物医药领域，具体涉及一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物及其制备方法和应用。

背景技术：

无机纳米系统的快速发展促进了多种纳米药物的生成，为抗肿瘤药物的制备提供了新思路。然而这些无机生物材料生物降解率低，易在体内长期累积而引起的毒副作用。此外，一些无机纳米的组成部分具有非必要的元素和基团，不可避免地激活机体的免疫应答，从而降低了药物的药效。

黑磷是一类由单一磷元素组成的二维材料，研究表明其具有生物可降解性，且降解产物是无生物毒性的磷酸，因此黑磷作为一种新型的药物载体用于临床的生物医学应用，得到了广泛的关注。相较于人们熟识的石墨烯为平面导电二维材料，黑磷烯的结构和电子特性与之都有很大的差别，黑磷烯的层状是曲折的，同时其表现为半导体的电子特性。正因黑磷的生物降解性和独特的电子结构特性，其在生物医药领域表现出巨大的应用前景。研究表明，黑磷纳米薄片在纳米治疗诊断学中表现出较优异的性能，例如黑磷在近红外光谱中具有高的光热转换效率可用于肿瘤的光热治疗。这是由于黑磷纳米薄片作为半导体具有独特的能带结构，黑磷纳米薄片经过近红外光照射后能使电子从共价键和导电带中分离并能产生高毒性的单线态氧(¹o2)。并且黑磷经x-ray射线照射后，也能产生单线态氧，具有一定的放疗增敏效果。单层原子厚度的黑磷薄片具有大的表面积可作为抗肿瘤药物的载体。而且黑磷纳米薄片能提供光声成像性能。然而，黑磷纳米薄片相对于其他二维材料来说发展相对较慢，因其不稳定性，在空气中会快速降解磷酸，限制了其应用。

因此，有必要对黑磷进一步改造，使其具有更为优异的性能。

技术实现要素：

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物。

本发明的另一目的在于提供上述靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物的制备方法。

本发明的又一目的在于提供上述靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物，包含靶向分子、铱(iii)配合物和黑磷；铱(iii)配合物通过配位键与黑磷连接，靶向分子连接在铱(iii)配合物上。

所述的铱(iii)配合物是具有未配满的ir中心及配体上有醛基(cho)功能团的化合物；优选结构如下的铱(iii)配合物：

所述的靶向分子为rgd多肽(rgd)、叶酸、整合素、转铁蛋白、穿膜肽、muc-1附膜蛋白、半乳糖胺、新生血管靶向肽和粒细胞巨噬细胞刺激因子中的一种或至少两种；优选rgd多肽。

所述的靶向分子具有氨基，铱配合物具有醛基，靶向分子通过醛氨反应共价结合在铱(iii)配合物上。

所述的黑磷包括黑磷纳米薄片和黑磷量子点，优选黑磷纳米薄片。

所述的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物，优选为rgd-ir@bp，其分散性良好和稳定性，具有良好的肿瘤靶向性。

所述的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物的尺寸大小优选为5～300纳米。

一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物的制备方法，包括以下步骤：

(1)将黑磷(bp)和铱(iii)配合物加入到有机溶剂中，得到反应体系i；加热反应，结束反应，离心处理，得到铱配合物修饰黑磷bp-ir粉末；

(2)将步骤(1)得到的bp-ir粉末分散于有机溶剂中，然后分别加入靶向分子和甲酸，得到反应体系ii；搅拌反应，结束反应，离心处理，制得靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物。

步骤(1)中所述的黑磷包括黑磷纳米薄片和黑磷量子点；优选为黑磷纳米薄片。

步骤(1)中所述的铱(iii)配合物为未配满的ir中心及配体上有醛基(cho)功能团的化合物；优选为结构如下的铱配合物：

步骤(1)中所述的铱(iii)配合物的用量按铱(iii)配合物：黑磷≥质量比1，铱配合物过量更确保黑磷配位上足够量的铱(iii)配合物；所述的黑磷和所述的铱(iii)配合物优选为按质量比1:1～10配比。

步骤(1)中所述的黑磷在所述的反应体系i中的浓度优选为0.1～10mg/ml；更优选为0.5mg/ml。

步骤(1)中所述的铱(iii)配合物在所述的反应体系i中的浓度为0.1～5mg/ml；更优选为5mg/ml。

步骤(1)中所述的有机溶剂的作用是溶解铱(iii)配合物和分散黑磷，所述的有机溶剂为醇类和二氯甲烷中的至少一种；优选为乙醇和二氯甲烷中的一种或两种；更优选为二氯甲烷和乙醇按体积比1：1～5配比得到的混合溶剂；最优选为二氯甲烷和乙醇按体积比1：1配比得到的混合溶剂。

步骤(1)中所述的加热的温度优选为40～80℃；更优选为50℃。

步骤(1)中所述的加热的时间≥8h，优选为8～12h。

步骤(1)中所述的加热反应优选为在搅拌状态下进行。

所述的搅拌速度优选为200～800rpm；更优选为400rpm。

步骤(1)中所述的离心的条件优选为于8000～20000rpm离心5～30min；更优选于8000rpm离心10min，所述离心用的有机溶剂为醇类，优选为乙醇；所述的离心的次数优选为2～5次。

步骤(2)中所述的靶向分子的用量按靶向分子：bp-ir粉末沉淀≥质量比1计算，靶向分子的用量过量更有利于靶向分子充分结合到bp-ir粉末上；优选为按靶向分子：bp-ir粉末沉淀＝1：1～1.2质量比计算。

步骤(2)中所述的bp-ir粉末沉淀在所述的反应体系ii中的浓度优选为0.5～5mg/ml，更优选为0.5mg/ml。

步骤(2)中所述的靶向分子在所述的反应体系ii中的浓度优选为0.5～5mg/ml；更优选为1mg/ml。

步骤(2)中所述的甲酸在所述的反应体系ii中作为催化剂，其在所述的反应体系ii中的浓度为20～100μl/ml；更优选为50μl。

步骤(2)中所述的有机溶剂的用途是溶解靶向分子，所述的有机溶剂为醇类，优选为乙醇。

步骤(2)中所述的靶向分子为靶向肿瘤分子，优选为rgd多肽(rgd)、叶酸、整合素、转铁蛋白、穿膜肽、muc-1附膜蛋白、半乳糖胺、新生血管靶向肽和粒细胞巨噬细胞刺激因子中的一种或至少两种，优选rgd多肽。

步骤(2)中所述的搅拌反应的条件优选为于200～800r/min反应8～12h。

步骤(2)中所述的离心的条件优选为于8000～20000rpm离心5～30min；更优选于8000rpm离心10min，所述离心用的有机溶剂为醇类，优选为乙醇。

步骤(2)中所述的离心的次数优选为2～5次。

一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物在肿瘤放疗研究中的应用，该靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物优选由上述制备方法制得。

所述的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物在肿瘤放疗研究中的应用，包括如下步骤：将所述的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物加入到含细胞的培养液中进行预处理，然后将预处理后的细胞培养液在x射线下照射，孵育。

所述的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物的用量优选为0.03125～1μg/ml培养液。

所述的预处理的时间为2～24h，优选为6h。

所述的x射线照射的剂量为2～6gy，优选为2gy。

所述的孵育的时间优选为66h。

所述肿瘤包括肝癌、肺癌、恶性黑色瘤、乳腺癌、结肠癌、鼻咽癌、膀胱癌、宫颈癌、胃癌、食管癌、前列腺癌和结肠癌。

所述的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物在制备肿瘤放疗制剂中的应用。

所述肿瘤包括肝癌、肺癌、恶性黑色瘤、乳腺癌、结肠癌、鼻咽癌、膀胱癌、宫颈癌、胃癌、食管癌、前列腺癌和结肠癌。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1、本发明提供一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物，解决了肿瘤化疗过程中药物吸收低、正常细胞毒性大等问题；克服了传统肿瘤放疗增敏药物的选择性差、毒副作用较强、易产生耐药性等缺点。

2、本发明基于正常细胞和肿瘤细胞之间的差异，使用生物降解性良好的黑磷药物作为肿瘤放疗增敏药物主体，并在黑磷薄片表面通过配位反应修饰上ir配合物，能明显地提高黑磷药物在水溶液中的稳定性，并且ir-cho具有重原子效应，可赋予黑磷药物靶向肿瘤的能力，实现高选择性、低毒性的治疗效果，实现对肿瘤的放疗增敏。

3、本发明中采用了放疗增敏材料bp，由于bp具有一定产生的单线态氧的能力，更有利于肿瘤放疗增敏。

4、本发明提供一种靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物制备方法，该制备方法简单易行，且制备的产物粉末稳定性佳，利于存储。

附图说明

图1为实施例1制得的ir@bp的透射电镜图；其中，图a是黑磷在不同标尺下的形貌图，左图是标尺为1μm的图，右图是标尺为5nm的图；图b是ir@bp在不同标尺下的形貌图，左图是标尺为1μm的图，右图是标尺为4nm的图。

图2为实施例1制得的ir@bp的元素分析图。

图3为实施例1制得的ir@bp的原子力显微镜图。

图4为实施例1制得的ir@bp的扫面电镜图。

图5为实施例1制得的ir@bp和rgd-ir@bp的电位分布图。

图6为实施例1制得的ir@bp的拉曼光谱图。

图7为实施例1制得的ir@bp的多晶x射线衍射图。

图8为实施例1制得的ir@bp的单线态氧产率图。

图9为实施例1制得的ir@bp的紫外稳定性图。

图10为实施例2中靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物在人鼻咽癌细胞和人正常鼻咽上皮细胞的细胞吸收图。

图11为实施例2中人鼻咽癌细胞cne-2、人鼻咽癌细胞6-10b和人正常鼻咽上皮细胞np69对整合素的蛋白表达结果图。

图12为实施例2中靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物在人鼻咽癌细胞中的活性氧产率图。

图13为实施例2中靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物影响人鼻咽癌细胞周期变化图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明所使用的靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物的原料之一是黑磷药物，具有良好的生物降解性和生物相容性，有一定的放疗增敏效果，是肿瘤放疗增敏的理想药物；功能上，黑磷药物(bp)是一种放疗增敏剂，可抑制rna和dna的合成，从而使细胞的组成发生变异，影响细胞分裂，致使细胞死亡。因此，此类黑磷药物可高效抑制肿瘤生长，将其制成尺寸为5～300纳米的薄片，不仅可以通过配位作用提高黑磷在体内的稳定性，具有普遍适用性，而且可以通过引入的金属中心来提高黑磷的放疗增敏效果，可以显著提高放疗对癌细胞的杀伤作用，铱配合物ir-cho上的醛基可对其进行表面修饰或表面功能化，如在bp-ir纳米薄片表面接合靶向分子，使其具有主动靶向能力。

上述的铱配合物ir-cho，配体上具有活性基团；所述的配合物的活性基团是醛基，醛基可以修饰上靶向分子或功能化分子，表面修饰或表面功能化后黑磷药物可以具备主动靶向能力。

实施例1

靶向铱(iii)配合物修饰黑磷复合物rgd-ir@bp的制备及表征

(1)常温常压(15～35℃，1标准大气压)下，将黑磷药物(bp)和铱(iii)配合物ir-cho加入到二氯甲烷和乙醇混溶液中配制待反应溶液，其中二氯甲烷和乙醇按体积比1:1配比混合，黑磷药物(bp)的质量浓度为0.5mg/ml，铱(iii)配合物ir-cho质量浓度为5mg/ml；

(2)取10ml步骤(1)待反应溶液加入到圆底烧瓶中，50℃加热400r/min搅拌反应8h，结束反应，8000rpm离心10min，弃上清，然后在沉淀中加入10ml乙醇，于8000rpm离心10min完成一次洗涤，接着用乙醇重复洗涤2次，得到铱配合物修饰黑磷粉末，记为ir@bp。

(3)将步骤(2)得到的ir@bp粉末分散于5ml乙醇中，使乙醇中bp-ir的质量浓度为0.5mg/ml，然后加入rgd靶向分子，使靶向分子的质量浓度为1mg/ml，最后加入50μl甲酸，配得待反应溶液。

(4)取10ml步骤(3)配得的待反应溶液加入到圆底烧瓶中，400r/min搅拌反应8h，反应结束，8000rpm离心10min，然后再用10ml乙醇于8000rpm离心10min，重复10ml乙醇于8000rpm离心10min的步骤洗涤2次，再用10ml二次蒸馏水重悬，得到靶向铱(iii)配合物修饰黑磷放疗增敏系统的悬浮液，记为rgd-ir@bp。

上述所得rgd-ir@bp置于4℃冰箱保存。

步骤(2)制得bp-ir的透射电子显微镜表征ir@bp的形貌图如图1所示，由图1可见bp-ir具有良好分散性，制得rgd-ir@bp尺寸约为200nm；用能量色散x射线谱元素分析检测ir@bp的结果见图2，由图2可见ir@bp上均匀分布铱元素；用原子力显微镜表征ir@bp的结果见图3；扫描电镜表征ir@bp的形貌结果见图4；用nano-zs(malverninsrumentslimited)表征rgd-ir@bp水溶液的电动电位(zeta)结果见图5，由图5可见rgd-ir@bp的电位为正电位；通过拉曼光谱表征bp-ir的结果见图6；通过多晶x射线衍射仪(pxrd)表征bp-ir的结果见图7；bp-ir的单线态氧产率，是通过检测荧光酶标仪测定荧光强度进而分析获得，结果见图8，由图8可见bp-ir相比于单独的bp在x-ray的照射下能产生更多的单线态氧，具有成为放疗增敏剂的潜力；rgd-ir@bp在水溶液中的稳定性实验，具体的方法是在常温下通过紫外可见分光光度计测定浓度为0.1mg/ml的水溶液中rgd-ir@bp的紫外吸收，测试结果见图9，分析可知rgd-ir@bp在有良好的稳定性，在第7天只降解了20％，而单独黑磷药物在第7天降解了80％以上，说明铱(iii)配合物的修饰使黑磷药物的稳定性大幅度提高，有利于黑磷药物在体内的应用。

实施例2

靶向铱(iii)配合物修饰黑磷放疗增敏系统rgd-ir@bp的体外抗人鼻咽癌细胞活性研究

本实施例使用的rgd-ir@bp由实施例1制得。细胞的初始浓度均为2万/ml，在cne-2细胞，6-10b细胞和np69细胞(购买于美国模式培养物保藏所，atcc)分别用含10％fbs的dmem培养基培养24h后，再加入rgd-ir@bp进行预处理6h，rgd-ir@bp在细胞培养液基的浓度分别为0.03125μg/ml、0.0625μg/ml、0.125μg/ml、0.25μg/ml、0.51μg/ml；然后以2gy剂量的x射线照射，再孵育66小时，通过mtt的方法检测结果；同时设置对照组，对照组分别为加入相同用量的黑磷bp、加入相同用量的铱(iii)配合物修饰黑磷药物ir@bp以及加入铱(iii)配合物。结果如表1所示，结果表明，单独铱(iii)配合物(ir-cho)无明显的放疗增敏效果，而rgd-ir@bp联合x-ray照射后在cne-2细胞中的ic50为0.197±0.086μg/ml，是单独bp联合x-ray的3倍以上；而在正常人鼻咽细胞np69细胞中，rgd-ir@bp联合x-ray的ic50为28.832±0.803μg/ml，安全系数是单独黑磷的64倍左右。

表1靶向铱(iii)配合物修饰黑磷放疗增敏系统联合放疗的ic50表

细胞(cne-2细胞和np69人正常鼻咽上皮细胞)的初始浓度均为10万/ml，培养基为含10％fbs的dmem培养液，按每孔100μl细胞悬液加入96孔板培养24h后，再分别加入rgd-ir@bp药物(在细胞培养基中的浓度为5μg/ml)100μl预处理6小时，通过icp方法测量细胞内磷元素的含量来测定cne-2细胞和np69细胞内bp浓度；同时设置对照组，对照组为加入相同用量的黑磷bp。结果如图10所示，可以看出，rgd-ir@bp在cne-2细胞内的细胞吸收在6小时达到12.76μg/10⁶细胞，是单独bp组的2.5倍；而在人正常鼻咽上皮细胞np69细胞中，rgd-ir@bp的细胞吸收是3.16μg/10⁶细胞，只有单独bp的细胞吸收三分之一。

通过westernblotting(hel,huangy,zhuh,etal.cancer-targetedmonodispersemesoporoussilicananoparticlesascarrierofrutheniumpolypyridylcomplexestoenhancetheranosticeffects[j].advancedfunctionalmaterials,2014,24(19):2754-2763.)的方法检测了cne-2、6-10b和np69细胞的对整合素的受体表达，结果如图11所示，可见，cne-2细胞对整合素蛋白(integrin)高表达，有利于rgd对cne-2细胞的主动靶向。

将浓度为20万/ml的cne-2细胞按100μl/孔加入96孔板培养24h后，弃去培养基，加入dcf活性氧探针(sigma)，用量是每孔浓度为10mμ(每孔100μl，溶质为含10％fbs的dmem培养基)，预处理0.5小时，再加入浓度为5μg/ml的rgd-ir@bp药物0.5μg，同时以加入5μg/mlbp的cne-2细胞(其他实验条件相同)作为对照实验，照射剂量为2gy的x射线，测定荧光强度(485nm，525nm)，结果如图12所示，rgd-ir@bp联合x射线组的活性氧产率最高，在80分钟达到140％，比单独bp组高了20％以上。

通过pi染色固定后，再用流式细胞术分析经过bp联合2gy剂量的x射线处理和rgd-ir@bp联合2gy剂量的x射线处理的cne-2细胞周期。结果如图13所示，分析可知，0.5μg/ml浓度rgd-ir@bp联合x射线处理引起了g2/m期阻滞和细胞凋亡，g2/m期从对照组的15.2％上升到51.1％；凋亡峰从对照组的3.0％增加至18.5％，高于同等剂量bp联合x射线组。流式细胞周期分析的结果提示rgd-ir@bp联合x射线可能是通过g2/m阻滞和诱导细胞凋亡的方式抑制cne-2细胞的增殖。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。