基于普鲁士蓝的智能pH触发MRI监测药物释放的协同纳米诊疗剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料技术领域和生物医学材料领域，具体涉及一种基于空心介孔普鲁士蓝的pH响应核磁共振成像(MRI)和光声成像双模式引导下热疗与化疗协同治疗肿瘤的纳米诊疗剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]核磁共振成像是一种无创的成像方式，具有分辨率较高，同时可获得解剖及生理信息等功能，广泛应用于诊疗领域中。目前在临床上，T1加权造影剂比T2加权造影剂具有更多的优势，例如很难区分一些黑点的产生是由于T2造影剂的作用还是由血液的钙化，金属的沉积，或者是其他的一些背底信号引起的。目前使用于临床上的T1加权造影剂是Magnevist(Gd-DTPA),但是美国食品与药物管理局(FDA)最近警示，使用钆基造影剂会引起一些肾脏和肝脏疾病等，存在着危害。所以发展新的T1造影剂是非常有必要的。锰基作为T1造影剂受到了极大的关注。但是目前的研究当中，锰基材料基本上都是基于锰的氧化物，其毒性较大，生物相容性较差，生物安全性没有保证。且其A值较小(一般0.5mM 1S '>
，比Gd-DTPA的小很多(r1= 3.4mM 1S ')。锰基造影剂在体内循环的过程中，一直都是有信号的，没有一个靶向性的成像，容易造成误诊。所以寻找一种具有良好生物相容性的高效锰基MRI造影剂是非常有必要的，为推动其临床化应用是非常有意义的。
[0003]普鲁士蓝(PB)是一种FDA批准的应用于临床上治疗铊等放射性元素中毒的解毒剂，具有良好生物相容性和生物安全性。PB具有良好的光热转换性能。在空心介孔普鲁士蓝的基础上，引入具有T1加权MRI造影功能的锰离子，保证了其良好的生物相容性和生物安全性的基础上，其光热转换性能不改变，加上其空心介孔结构和大的比表面积，可以作为药物载体，因此基于普鲁士蓝纳米材料作为纳米诊疗剂具有巨大的应用前景。然而关于在空心介孔普鲁士蓝的基础上引入具有T1加权MRI造影功能的锰离子，目前还没有报道。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有pH响应核磁共振成像功能监测药物释放和肿瘤光热治疗与化疗协同治疗的空心介孔结构纳米诊疗剂及其制备方法。
[0005]在此，一方面，本发明提供一种基于空心介孔普鲁士蓝的pH响应核磁共振成像(MRI)和光声成像双模式引导下热疗与化疗协同治疗肿瘤的纳米诊疗剂(HMPB-Mn)，所述纳米诊疗剂包括具有介孔、内部空心的普鲁士蓝纳米颗粒，以及在所述空心介孔普鲁士蓝纳米颗粒的表面包覆的锰的普鲁士蓝类似物(KxMny [Fe (CN) 6]z，简称Μη-ΡΒΑ，其中0.05彡X彡0.3，0.5彡y彡0.98，ζ = I)，最终形成一种核壳结构空心介孔纳米粒子HMPBOMn-PBA (简称 HMPB-Mn)。
[0006]本发明中，Mn-PBA具有pH响应释放出锰离子的性能，在pH 7.4的环境下，锰离子的释放量低于20%，在pH 5.0的环境下，锰离子的释放量高达90%，锰离子可以作为一种高效的T1加权MRI造影剂。经证实，本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂，在pH 7.4环境下，其Γι值为2.94，在pH 5.0的环境下，其r ^直上升到7.39，实现了 pH触发的T i加权MRI造影。因此，本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂能够实现在肿瘤部位pH响应核磁共振成像。
[0007]此外，本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂具有优异的光热转换性能。经证实，本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂在近红外光区域λ = 650?970nm，实现光热转换。
[0008]而且，本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂还可以作为一种优良的光声成像造影剂。
[0009]较佳地，所述纳米诊疗剂的表面带负电荷，所述普鲁士蓝纳米颗粒的粒径范围为100?lOOOnm，壳层厚度为10?lOOnm，所述普鲁士蓝纳米颗粒表面具有微孔和介孔，其中微孔的大小为0.5?2nm，介孔的大小为3.2?30nm。
[0010]较佳地，在所述纳米诊疗剂中，Fe/Mn的摩尔比在30:1?1:1范围内。
[0011]较佳地，所述纳米诊疗剂还装载有抗肿瘤药物和/或基因。
[0012]本发明的纳米诊疗剂由于具有巨大的空腔以及介孔结构，可以作为药物载体，实现对肿瘤进行化疗、基因治疗等。例如，对盐酸阿霉素(DOX)的载药量高达1763mg/g。因此，本发明的纳米诊疗剂对肿瘤细胞实现了热疗和化疗的协同治疗。
[0013]当本发明的纳米诊疗剂装载有药物时，在pH5.0的环境下的药物释放量大于pH7.4的环境下的药物释放量，因此本发明的纳米诊疗剂可以实现在肿瘤部位对药物的可控释放。而且，由于本发明的纳米诊疗剂在低的pH环境下能同时释放出锰离子(作为T1加权MRI造影剂)和抗癌药物(化疗)，因此可以利用T1加权MRI检测药物的释放，监控肿瘤的治疗。
[0014]另一方面，本发明还提供上述纳米诊疗剂的制备方法，包括以下步骤:
1)按质量比例，将I?3份+2价锰盐(如醋酸锰、氯化锰、硝酸锰等)、I?3份柠檬酸钠、100?300份聚乙烯吡咯烷酮或者PEG(包括各种分子量的PEG以及PEG的衍生物)、I?3份表面具有介孔、内部空心的普鲁士蓝纳米颗粒和水混合搅拌均匀，得到混合溶液；
2)将铁氰化钾在搅拌下加入(优选为逐滴加入)步骤I)所得的混合溶液中，然后继续搅拌2?6小时后，陈化12?36小时；
3)从步骤2)的产物中收集沉淀，即制得所述纳米诊疗剂。
[0015]本发明的制备方法原料价格低廉易得、制备方法简单、易于批量生产，能够制备出具有良好分散性和稳定性、良好生物相容性、粒径和孔径可控、优异光热转换性能、明显的核磁共振成像造影性能以及对肿瘤进行光热治疗与化疗协同治疗的多功能纳米诊疗剂。
[0016]较佳地，步骤I)中，所述锰盐为醋酸锰、硫酸锰、氯化锰、硝酸锰等。
[0017]较佳地，所述表面具有介孔、内部空心的普鲁士蓝纳米颗粒的制备方法包括以下步骤:
A)按质量比例，将0.132?0.396份铁氰化钾和2?10份聚乙烯吡咯烷酮，加入到酸中，混合搅拌均匀后于烘箱中60?100°C陈化，冷却后分离、洗涤，得到具有介孔的普鲁士蓝纳米颗粒；
B)将所得的具有介孔的普鲁士蓝纳米颗粒分散于酸中，在120?140°C陈化后，分离得到表面具有介孔、内部空心的普鲁士蓝纳米颗粒。
[0018]较佳地，步骤A)中，酸的量为30?100份，酸为0.01?2M的盐酸，陈化时间为12?20小时。
[0019]较佳地，步骤B)中，酸的量为50?200份，酸为浓度I?2M的盐酸，陈化时间为2?4小时。
[0020]较佳地，还包括装载抗肿瘤药物和/或基因的步骤，按质量比例，将I?2份的HMPB-Mn与I?2份抗癌药物和/或基因溶解于50-100份的PBS溶液中，进行磁搅拌I?24小时后，进行离心，洗涤即可获得装载抗癌药物和/或基因的HMPB-Mn。
[0021]本发明的有益效果:
本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂具有在肿瘤部位pH响应核磁共振成像和pH响应控制药物释放进行化疗，同时结合热疗，实现核磁共振成像引导下的热疗与化疗结合治疗肿瘤。pH响应释放出的锰离子，具有优异的！\加权核磁共振成像功能，实现了术前诊断肿瘤和术后评估治疗的功能。PH控制释放药物，更大程度地减少化疗的副作用，提高化疗的治疗效率。pH响应的MRI可以实现对药物释放的监测，从而监测化疗的效果。因此，它解决了传统肿瘤光热治疗中热量在肿瘤内部分布不均对肿瘤消融不完全，导致肿瘤易于复发、化疗毒副作用大等临床应用难题，同时实现了肿瘤治疗的PH响应成像诊断和监控疗效，为肿瘤的安全与高效治疗提供了新技术和新的理论基础。而且，本发明的HMPB-Mn纳米诊疗剂具有良好的生物相容性和生物安全性，对细胞没有毒性。
【附图说明】
[0022]图1示出了本发明实施例一中HMPB-Mn纳米诊疗剂制备示意图；
图2示出了本发明实施例一中制备的HMPB-Mn纳米诊疗剂透射电镜图；
图3示出了本发明的实施例一中制备的HMPB-Mn的元素分布图；
图4示出了 HMPB-Mn在近红外光区域附近的紫外?可见吸收曲线；
图5示出了实施例二中在波长808nm、功率密度为lW/cm2的激光照射下，不同浓度的HMPB-Mn的PBS溶液时间与温度关系曲线；
图6示出了实施例四中HMPB-Mn在不同pH环境中(pH = 7.4，pH = 5.0)锰离子在不同时间的累积释放行为情况；
图7示出了实施例四中HMPB-Mn在不同pH环境中，T1加权核磁共振成像的弛豫率随浓度的变化曲线；
图8示出了实施例四中HMPB-Mn在不同pH环境中(pH = 7.4，pH = 5.0)盐酸阿霉素在不同时间的累积释放行为情况；
图9示出了本发明实施例四中HMPB-Mn在pH 7.4的环境下，盐酸阿霉素释放与锰离子的释放之间的关系曲线；
图10示出了本发明实施例四中HMPB-Mn在pH 5.0的环境下，盐酸阿霉素释放与锰离子的释放之间的关系曲线；
图11示出了本发明实施例六中不同浓度的HMPB-Mn的光声信号值以及响应的光声成