一种兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器及其制备方法和应用

本发明涉及医药，具体涉及一种一氧化碳发生器及其制备方法和应用，尤其涉及一种兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器的制备和应用。

背景技术：

1、一氧化碳气体可显著提升肿瘤对放疗的敏感性，并降低辐射旁效应导致的正常组织细胞dna损伤，是理想的放疗辅助药物。研究者们通过设计智能响应型纳米载体和前药分子结构，提高气体传输的靶向性和释放的可控性。但气体前驱物的稳定性较差，易在到达病灶前提前泄露，降低了气体治疗的效果并带来安全性隐患。此外，当前的一氧化碳载体释放一氧化碳气体的可持续时间较短，而co具有低溶解性、高扩散性，无法长时间、高浓度地滞留于病灶区域，且不足量的co反而会促使肿瘤生长。因此，如何开发稳定性高、释放可控性强的co纳米载体已成为气体治疗领域的重要挑战。

2、二氧化硅是一种无毒、无刺激性的无机材料，常作为药用辅料被广泛应用于口服和一些局部使用制剂中，如布洛芬、二甲硅油片等药物。介孔二氧化硅纳米颗粒因其形态优越、结构稳定、强度出色的独特优势，在吸附、催化、生物医学等各个领域发挥着重大作用。然而，介孔二氧化硅纳米粒子的药物负载率较低、响应性较差，在诊疗和组织工程方面亦存在相容性和降解性的问题。为了弥补传统介孔二氧化硅纳米粒子的不足，研究者们将活泼的有机官能团引入介孔二氧化硅纳米粒子的无机硅氧骨架中构建出桥键型有机-无机杂化介孔二氧化硅纳米粒子。在桥键型有机-无机杂化介孔二氧化硅纳米粒子中，有机基团均匀分布于介孔二氧化硅纳米粒子骨架中，不仅不会阻塞孔道、占据孔容，还能赋予惰性的硅基材料以活性，进而实现介孔二氧化硅纳米粒子骨架的响应性可控降解。

3、一氧化碳气体前药多为金属羰基配合物，是过渡金属元素(铁、锰、钌等)与多个一氧化碳分子及其他功能配体形成的一类金属有机络合物，可以通过配体交换或在x射线、ph、酶、氧化等条件下释放一氧化碳气体。金属羰基配合物的毒性取决于一氧化碳的毒性、化合物中金属的毒性以及羰基本身的不稳定性。目前，利用介孔二氧化硅纳米粒子实现一氧化碳气体递送的研究并不少见，但多数是通过物理吸附或化学偶联的方式将金属羰基配合物负载于介孔二氧化硅纳米粒子的孔道中，存在药物担载量低、药物易泄露、一氧化碳爆裂性释放、介孔二氧化硅纳米粒子骨架不能降解等问题。基于无机介孔二氧化硅纳米粒子固态骨架高刚性和稳定性的优势。受有机-无机杂化材料兼具稳定性和响应性的独特优势启发，将金属羰基配位的有机前体硅源引入到介孔二氧化硅纳米粒子骨架中，构筑兼具稳定性和响应性的金属羰基桥键型介孔二氧化硅纳米粒子，可以充分利用介孔二氧化硅纳米粒子骨架的“牢笼效应”，在提高药物担载量的同时，增加羰基金属基团的稳定性，避免一氧化碳前药在储存、运输和血浆中的泄露。同时，金属羰基桥键型介孔二氧化硅纳米粒子还可响应内外源性刺激降解，并通过调控介孔二氧化硅纳米粒子骨架降解速率，实现一氧化碳气体的定速释放，从而增强气体治疗的持久性。综上所述，将活性一氧化碳前驱物整合到惰性介孔二氧化硅的骨架中，有望获得兼具稳定性和响应性的一氧化碳发生器，有望解决当前气体治疗领域中纳米气体发生器所面临的挑战，推动一氧化碳气体治疗的临床应用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种一氧化碳发生器及其制备方法和应用，尤其涉及一种兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器的制备和应用。

2、第一方面，本发明提供一种兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器，所述一氧化碳发生器包括：介孔二氧化硅纳米粒子以及修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面的肿瘤靶向穿膜肽。

3、所述介孔二氧化硅纳米粒子中二氧化硅由羰基铁进行桥联。

4、利用介孔二氧化硅纳米粒子实现一氧化碳气体递送的研究多数是通过物理吸附或化学偶联的方式将金属羰基配合物负载于介孔二氧化硅纳米粒子的孔道中，存在药物担载量低、药物易泄露、一氧化碳爆裂性释放、介孔二氧化硅纳米粒子骨架不能降解等缺点。

5、本发明创造性地将金属羰基配位的有机前体硅源引入到介孔二氧化硅纳米粒子骨架中，构筑兼具稳定性和响应性的金属羰基桥键型介孔二氧化硅纳米粒子，可以充分利用介孔二氧化硅纳米粒子骨架的“牢笼效应”，在提高药物担载量的同时，增加羰基金属基团的稳定性，避免一氧化碳前药在储存、运输和血浆中的泄露。同时，金属羰基桥键型介孔二氧化硅纳米粒子还可响应内外源性刺激降解，并通过调控介孔二氧化硅纳米粒子骨架降解速率，实现一氧化碳气体的定速释放，从而增强气体治疗的持久性。

6、优选地，所述肿瘤靶向穿膜肽选自irgd、arg9、click eb1或pep-1，进一步优选为irgd。

7、irgd是一种用于癌症成像的靶向肽，其氨基酸序列为：c(cys-arg-gly-asp-lys-gly-pro-asp-cys/c(cys-arg-gly-asp-arg-gly-pro-asp-cys)；单字母表示：c(crgdkgpdc)或c(crgdrgpdc)。可以有效地用于将成像剂或抗癌药组合并输送到肿瘤中。irgd肽遵循多步骤的肿瘤靶向过程：首先，通过与蛋白表达细胞表面结合而被蛋白水解切割以生成crgdk片段(αvβ3和αvβ5)。然后，该片段与neuropilin-1结合并更深入地穿透肿瘤。与常规rgd肽相比，irgd对αv整联蛋白的亲和力处于中低纳摩尔范围，并且crgdk片段对neuropilin-1的亲和力比对α的亲和力强。因此，这些优点有利于将crgdk片段从整联蛋白转移至neuropilin-1，从而更深地渗透到肿瘤中。由于其特异性结合和强亲和力，irgd肽可以将成像剂和抗癌药有效而深入地输送到肿瘤中对于检测肿瘤，阻断肿瘤生长和抑制肿瘤转移具有良好的效果。本发明中的一氧化碳发生器具备修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面的肿瘤靶向穿膜肽irgd，可以使得该发生器对肿瘤具有优良的靶向作用。

8、优选地，所述肿瘤靶向穿膜肽通过聚乙二醇共轭修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面。

9、优选地，所述兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器为球形结构，其粒径为30-60nm，孔径为2-5nm。

10、所述一氧化碳发生器的粒径可以为30nm、35nm、37nm、38nm、39nm、45nm、50nm、55nm、60nm等。上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

11、所述一氧化碳发生器的孔径可以为2nm、2.4nm、2.5nm、2.7nm、3nm、4nm、5nm等。上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

12、优选地，所述一氧化碳发生器的一氧化碳气体负载量为0.2-2.6μmol/mg。

13、所述一氧化碳发生器的一氧化碳气体负载量可以为0.2μmol/mg、0.3μmol/mg、0.4μmol/mg、0.5μmol/mg、1.3μmol/mg、2.0μmol/mg、2.6μmol/mg等。上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

14、本发明所述兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器内的羰基铁配位键可响应放疗的放射线断裂，并促使一氧化碳发生器降解并释放一氧化碳气体，其一氧化碳气体的可持续释放时间超过24小时。所述一氧化碳发生器可响应放疗的放射线释放铁离子，一氧化碳和铁离子的释放具有序贯性，在自由基的作用下，先释放co气体，接下来在自由基和x射线的作用下将铁离子释放出来，其释放的铁离子可在肿瘤微环境中产生化学动力学效应。

15、第二方面，本发明提供一种第一方面所述兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

16、(1)羰基铁配合的有机前体硅源的合成

17、在氮气保护条件下，将铁羰基化合物和硅烷偶联剂于有机溶液中反应得到羰基铁配合的有机前体硅源，在减压条件下浓缩混合物并纯化为油状液体；

18、(2)羰基铁桥联型介孔二氧化硅纳米粒子的合成

19、在含表面活性剂的水溶液中，加入有机前体硅源与有机硅醇盐类硅源的混合液，加入氨水搅拌，采用乙醇洗去表面活性剂，获得羰基铁桥联的介孔二氧化硅纳米粒子。

20、优选地，所述铁羰基化合物选自十二羰基三铁、九羰基合二铁或五羰基铁中的任意一种。

21、优选地，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷或γ-巯丙基三乙氧基硅烷中的任意一种。

22、优选地，所述有机硅醇盐类硅源选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丙酯中的任意一种。

23、优选地，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、氯化十六烷基吡啶或5-溴-5-硝基-1,3-二恶烷。

24、优选地，有机前体硅源与有机硅醇盐类硅源的物质的量之比为(1-4):1。

25、所述有机前体硅源与正硅酸甲酯的物质的量之比可以为1:1、2:1、3:1、7:2、4:1等。上述数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。

26、第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器在制备肿瘤放疗联合气体治疗药物中的应用。

27、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

28、本发明提供了一种兼具稳定性和放射线响应性的一氧化碳发生器及其制备方法和应用，所述一氧化碳发生器包括：介孔二氧化硅纳米粒子以及修饰于介孔二氧化硅纳米粒子表面的肿瘤靶向穿膜肽。该一氧化碳发生器可在放射线辐照下降解，并持续且序贯地释放金属离子和一氧化碳，不仅可确保放疗与气体治疗的空间一致性，还能延长一氧化碳的作用时间，增强一氧化碳与金属离子的协同性，可用于实现高效安全的肿瘤一氧化碳联合放疗治疗。本发明提供的一氧化碳发生器的制备方法，工艺简单，适合大规模的工业生产。