一种用于癌症治疗的高熵MXene复合纳米片及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料医学应用，涉及一种用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片及其制备方法和应用。

背景技术：

1、当前，手术切除、化疗和放疗仍然是各类癌症的主要标准治疗方法之一。然而这些方法不能有效治疗肿瘤复发和转移。癌症光热疗法(ptt)是一种新兴的癌症治疗方式，它依靠各种光敏纳米颗粒在近nir光照射下产生局部热能来破坏癌细胞，对比于传统的癌症治疗手段，具有高效的光热特性且可作为载体应用于协同联合治疗，具有很好的抗肿瘤效果，引起了广泛的关注。同时其对正常组织的损害小、侵入性小且具备高抗癌活性。然而，传统的ptt策略也存在缺陷，包括组织有限激光的穿透性、与ptt治疗相关的炎症产生以及缺乏肿瘤靶向特性等。因此，开发对于新型高效的复合型光热材料的应用仍是比较重要的研究方向，以期实现癌症患者的长期有效性治疗。

2、随着纳米材料的最新发展，具有靶向药物递送和药物控释功能的纳米药物载体因其副作用较小和抗肿瘤效率较高而受到关注。一些二维(2d)纳米材料，例如黑色磷烯和石墨烯由于其良好的载药量和光热特性而被广泛用于治疗多种类型的肿瘤，并可与化学表面修饰和免疫疗法等其他治疗相结合。作为新兴的2d纳米材料，过渡金属碳化物和氮化物(mxene)由于其丰富的成分和独特的物理和化学性质，在从能源存储到生物医学的各种应用中引起了广泛的兴趣。不同类型的mxene已被证明在热稳定性、催化活性、金属电导率和吸附能力适合不同的应用。它们可以用不同的元素组成和合成方法制备。相关研究证实，在生物医学领域，mxene比传统的2d纳米材料(如如磷烯和石墨烯等)，mxene具备更大比表面积和多种表面基团，使其具有较高的载药能力和表面功能化的可能性。

3、tivnbmoc3作为高熵mxene以及mxene纳米材料家族中的一种材料，由nemani等人于2021年首次合成并报道。高熵mxene由四种金属组成，即钛、钒、铌和钼。一些块状3d结晶高熵过渡金属碳化物具有超过其单一过渡金属碳化物的性能，例如增加的硬度、抗氧化性、耐磨性和低导热性。在腐蚀性和极端温度和压力环境中具有高稳定性。这种新型mxene纳米材料还具有片状且高度有序的微观结构。但是此类高熵mxene的癌症治疗应用目前尚未见报道。

4、综上所述，开发可用于癌症光热疗法的新材料，进一步改善治疗效果，对于癌症治疗领域具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足和实际需求，本发明提供一种用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片及其制备方法和应用，开发可用于癌症光热疗法的新材料，进一步改善治疗效果，为癌症光热疗法提供新手段、新思路。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片，所述复合纳米片包括高熵mxene、聚多巴胺、荧光分子和肿瘤靶向肽；所述聚多巴胺包覆于所述高熵mxene表面，形成聚多巴胺层，所述荧光分子和肿瘤靶向肽连接于所述聚多巴胺层表面。

4、本发明创造性的利用新型光热纳米材料高熵mxene(记为he-m)，并与荧光分子和肿瘤靶向肽结合，建立了一种新的高效的具有荧光性和靶向性的多功能化的复合光热纳米材料，即使用he-m做为携带荧光分子和肿瘤靶向肽的有效载体，同时使用聚多巴胺(pda)作为多功能化基团的连接，其优势包括：(1)所述复合纳米片具有长效循环效应，且pda可以保护he-m纳米片，避免其快速生物降解，并提高生物相容性；(2)所述复合纳米片具有荧光特性，可以实时监控复合纳米材料在生物体内的荧光分布；(3)所述复合纳米片具有靶向性，表面修饰的肿瘤靶向肽，可以高效靶向肿瘤细胞膜表面(如表皮生长因子受体(egfr))；与传统的二维材料纳米片相比，本发明复合纳米片具有更好的体内长期稳定性，光热转换性能，肿瘤靶向性和荧光检测特性，此外，相关的体内和体外研究证明，其对肿瘤治疗具有显著的治疗效果，是一种新型的用于癌症治疗的有效复合纳米系统。

5、优选地，所述高熵mxene包括tivnbmoc3。

6、优选地，所述荧光分子包括酞菁荧光分子。

7、优选地，所述肿瘤靶向肽的氨基酸序列包括seq id no.1所示的序列。

8、seq id no.1：qrhkpregggsc。

9、优选地，所述高熵mxene与聚多巴胺的浓度比为1:(1～4)，例如可以是1:1.5、1:2、1:2.5、1:3或1:3.5等等。

10、优选地，所述高熵mxene与荧光分子的浓度比1:(1～5)，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5或1:4.5等等。

11、优选地，所述高熵mxene与肿瘤靶向肽的浓度比1:(1～5)，例如可以是1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5或1:4.5等等。

12、第二方面，本发明提供第一方面所述的用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片的制备方法，所述制备方法包括：

13、对高熵mxene进行聚多巴胺包覆，形成聚多巴胺层，在所述聚多巴胺层表面修饰荧光分子和肿瘤靶向肽，得到所述用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片。

14、优选地，所述包覆前还包括对高熵mxene进行超声处理的步骤。

15、优选地，所述超声处理的方法包括探针超声剥离法。

16、优选地，所述探针超声剥离法包括：将高熵mxene与水混合后进行探针超声，离心，收集上清液浓缩并干燥。

17、优选地，所述高熵mxene与水的比例为(1～5)mg/ml，例如1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml或5mg/ml等。

18、优选地，所述探针超声的时间为12～24h例如12h、16h、18h、20h、22h或24h等，功率为540～800w，例如540w、580w、630w、680w、730w、780w、800w或840w等。

19、优选地，所述离心的条件为：6000～14500rpm(例如6000rpm、8000rpm、9000rpm、10000rpm、11000rpm、12000rpm、13000rpm或14500rpm等)下离心10～30min(例如10min、15min、20min、25min或30min等)。

20、本发明采用简单的液相探针超声剥离制备方法制备了合适大小的高熵mxene纳米片，为了提高纳米材料的是生物相容性，直接采用超纯水作为溶液，而不是采用异丙醇等有机溶剂。此外，为了提高超声剥离的高效性，使用探针超声而不是水浴超声。

21、优选地，所述超声处理后的高熵mxene的尺寸为70～100nm，包括但不限于71nm、75nm、78nm、80nm、90nm、95nm、96nm、97nm或98nm等。

22、示例性地，超声处理的步骤的操作为：初始的高熵mxene纳米片(tivnbmoc3，简称he-m；购自北科纳米公司(中国苏州))，直径约为1000nm，初始浓度为1mg/ml，超纯水为溶剂。探针超声以0.78kw/h超声处理24h后。12000rpm离心后取上清，继续14500rpm离心20min，收集沉淀物获得尺寸约为90nm的he-m纳米片。

23、优选地，所述包覆的方法包括：将高熵mxene、聚多巴胺和缓冲液混合并进行超声处理，离心并浓缩，得到包覆有聚多巴胺层的高熵mxene，记为he-m@pda。

24、优选地，所述高熵mxene与多巴胺的浓度比为1:(1～5)，例如即当高熵mxene浓度为100μg/ml，多巴胺的浓度为100μg/ml、200μg/ml、300μg/ml、400μg/ml或500μg/ml等。

25、优选地，所述缓冲液包括tris hci溶液。

26、优选地，所述超声处理的方法为水浴超声。

27、优选地，所述超声处理时间为1～5h，例如1h、2h、3h、4h或5h等。

28、优选地，所述修饰荧光分子和肿瘤靶向肽的方法包括：将he-m@pda、荧光分子和水混合，离心并浓缩，得到得到修饰有荧光分子的he-m@pda，记为he-m@pda-pc，将he-m@pda-pc与肿瘤靶向肽混合，离心并浓缩得到修饰有肿瘤靶向肽的he-m@pda-pc，记为he-m@pda-pc-qrh。

29、优选地，所述水中还含有吐温，浓度为0.03～0.06％，例如0.05％。

30、优选地，所述荧光分子的工作浓度为2～10μm，例如2μm、5μm、8μm或10μm等。

31、优选地，所述肿瘤靶向肽的工作浓度为2～4μm，例如2μm、3μm、4μm等。

32、优选地，所述he-m@pda与荧光分子的混合时间为12～24h，例如12h、16h、20h、24h等。

33、优选地，所述he-m@pda-pc与肿瘤靶向肽的混合时间为6～12h，例如6h、8h、10h、12h等。

34、作为本发明的优选技术方案，所述用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片的制备方法包括如下步骤：

35、(1)制备he-m纳米片：将高熵mxene以540～800w进行探针超声处理12～24h，6000～14500rpm离心后取上清，继续6000～14500rpm离心10～30min，收集沉淀物并浓缩，得到he-m纳米片；

36、(2)制备表面包覆聚多巴胺的he-m@pda纳米片：将he-m纳米片与多巴胺混合，加入tris hci(ph＝8.5)混合搅拌均匀，水浴超声1～5h，6000～14500rpm离心，收集沉淀并浓缩，得到he-m@pda纳米片；

37、(3)制备表面修饰荧光分子和肿瘤靶向肽的复合纳米材料he-m@pda-pc-qrh纳米片：将由步骤(2)中得到的he-m@pda纳米片在6000～14500rpm离心10～20min得到沉淀，加入荧光分子溶液，进行反应，然后以6000～14500rpm离心10～20min后得到沉淀为he-m@pda-pc纳米片，然后加入肿瘤靶向肽溶液，进行反应，然后以6000～14500rpm离心10～20min，收集沉淀，得到he-m@pda-pc-qrh纳米片。

38、第三方面，本发明提供第一方面所述的用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片在制备治疗癌症的产品中应用。

39、优选地，所述癌症包括肺癌、肝癌、乳腺癌、膀胱癌、胰腺癌、淋巴癌、食管癌、胃癌或结肠癌中任意一种。

40、第四方面，本发明提供一种药物组合物，所述药物组合物包括第一方面所述的用于癌症治疗的高熵mxene复合纳米片。

41、优选地，所述药物组合物还包括药学上可接受的辅料；

42、优选地，所述辅料包括载体、润湿剂、增溶剂、渗透压调节剂、包衣材料、着色剂、ph调节剂、抗氧剂、抑菌剂或缓冲剂中的任意一种或至少两种的组合。

43、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

44、本发明首次进行高熵mxene(tivnbmoc3)复合纳米片的制造以及将其应用于制备靶向光热抗肿瘤产品，其优势包括：(1)所述复合纳米片在超纯水或生物介质中具有高稳定性；(2)808nm激光照射下还表现出优异的光热性能；(3)所述复合纳米片能够选择性地被egfr过表达癌细胞摄取，并通过光热效应通过细胞坏死来有效消除这些细胞；(4)所述复合纳米片还具有高度的生物相容性，能够利用荧光和光热效应积聚并照亮肿瘤，在光热治疗癌症方面具有巨大的应用潜力，并对肿瘤和癌细胞具有显著的治疗效果