碱基功能化肿瘤靶向性碳点及其制备方法和应用

本发明涉及荧光碳纳米材料领域，具体涉及碱基功能化肿瘤靶向性碳点及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着分子生物学的发展，应用基因治疗彻底清除病灶同时避免严重的整体毒副作用成为肿瘤治疗发展的趋势。肿瘤基因治疗的成功不仅依赖于设计可在肿瘤细胞内专门表达的特定遗传物质，而且依赖于安全、高效和特异性的基因传递系统。当前，多种基因载体已被开发用于核酸药物的递送，其中，病毒载体含有被宿主细胞受体识别的表面蛋白，是核酸传递的天然杰作。但考虑到病毒载体的安全性问题，包括致癌性、免疫原性或突变性，这严重限制了病毒载体的实际应用。随着材料科学的发展和纳米技术的飞速发展，具有低毒性、低免疫反应和优异的化学修饰能力等优点的纳米材料引起了医学领域的广泛关注。然而，现有的非病毒载体缺乏靶向性和安全性成为了限制其广泛使用的两个主要障碍。因此，寻找更安全、更有效和具有特异性的基因载体是目前发展基因治疗的关键一环。

2、碳点(carbondots,cds)是一种以碳为主要组成元素的零维纳米材料，其尺寸通常小于10nm，由sp2/sp3碳骨架和丰富的官能团组成。cds具有优异的光致发光特性，这成为实现生物成像的理论依据，并为各种肿瘤治疗过程实现可视化提供了基础。更重要的是，cds具有良好的生物相容性、合成简单且可以实现功能化修饰的优势，在生物医学领域得到了广泛的研究与应用，有望作为下一代核酸药物递送载体。尽管cds在靶向递送小分子方面已经获得了初步进展，但由于核酸药物的体积大和在体内易被降解的特点，对于基于碳点负载核酸药物的体内靶向治疗仍然未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种碱基功能化肿瘤靶向性碳点。

2、本发明的再一目的是提供上述碳点材料的制备方法。

3、本发明的再一目的是提供上述碳点的应用。

4、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，由包括以下步骤的方法制备：

5、以碱性氨基酸前驱体和包含六元芳香环或不饱和五元环的前驱体为反应物，使其溶于水中，在超声作用下形成均相溶液，140-240℃下水热反应3-6小时，即可得到碳点溶液；将得到的碳点溶液进行洗脱、干燥，得到碳点固体粉末。

6、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，其中，所述氨基酸包括精氨酸、赖氨酸和组氨酸，所述包含六元芳香环前驱体或不饱和五元环前驱体为多巴胺盐酸盐、邻苯二胺或间苯二胺。

7、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，包含一个由六元环的多环阵列组成的核结构，每个多环阵列均为芳香族或不饱和五元环，其边缘同时含有-cooh和-nh2连接在同一碳原子上的α-氨基羧酸结构和多个密集的碱性基团，如胍基、氨基和咪唑基团。

8、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，其中，以甲醇和水的混合物为洗脱剂，采用c18反向柱层析法进行分离提纯。

9、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，以两种不同的前驱体反应形成，一种前驱体为碱性氨基酸，第二种前驱体为包含六元芳香环或不饱和五元环。

10、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，其中，一种前驱体碱性氨基酸包括精氨酸、赖氨酸和组氨酸，另一种包含六元芳香环或不饱和五元环的前驱体为多巴胺盐酸盐、邻苯二胺或间苯二胺。

11、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，所述方法包括以下步骤：

12、以碱性氨基酸和包含六元芳香环或不饱和五元环的前驱体，超声使其溶于水中形成均相溶液(质量比为5:1～1:5)，然后将上述溶液转移到反应釜中，140-240℃下水热反应3-6小时，然后使反应釜自然冷却到室温，从而直接得到碳点溶液；将得到的碳点溶液进行过滤、洗脱、干燥，得到碳点固体粉末。

13、根据本发明的碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，其中，以甲醇和水的混合物为洗脱剂，采用c18反向柱层析法进行分离提纯。

14、本发明通过简单的水热法得到同时具有α-氨基羧酸结构的基团和碱性基团的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，制备的碳点固体粉末在水中有良好的溶解性，且具有良好的生物相容性，适用于进一步的生物应用。

15、本发明的再一目的在于将制备的是将碱基功能化肿瘤靶向性碳点用于选择性地进入肿瘤细胞。

16、本发明制备的碳点可以通过氢键作用、盐桥作用负载用于治疗癌症的核酸药物，包括小干扰rna(sirna)，信使rna(mrna)和质粒dna(pdna)。实现肿瘤细胞及组织中的核酸药物递送，用于肿瘤靶向基因治疗。

17、有益效果：

18、根据本发明的技术方案，选用碱性氨基酸和包含六元芳香环或不饱和五元环为前驱体为前驱体，通过调控前驱体反应位点以及控制碱基和α-氨基羧酸基团的连接。控制水热反应条件如前驱体质量比在5:1～1:5之间，反应时间为3-6小时，反应温度为140-240℃来合成兼具碱基和α-氨基羧酸的碱基化肿瘤靶向性碳点结构。若反应时间过短(3小时以下)或反应温度过低(140℃以下)，则无法形成设计的结构，即形成的碳点无法负载核酸药物，若反应时间过长(6小时以上)或反应温度过高(240℃以上)，则容易过度碳化，无法得到碳点。

19、根据本发明的制备方法，其中，以甲醇和水的混合物(甲醇和水的体积比为3:2)为洗脱剂，采用c18反向柱层析法进行提纯对于纯化过程非常重要。由于反应结束后杂质过多，如果未使用c18反向柱进行提纯，则无法得到可负载核酸药物的碱基功能化肿瘤靶向性碳点。

20、本发明制备的碱基功能化肿瘤靶向性碳点具有优异的光学性质，水溶性好，可以通过氢键作用、盐桥作用负载用于治疗癌症的核酸药物，包括小干扰rna(sirna)，信使rna(mrna)和质粒dna(pdna)。本发明制备的功能化碳点同时具有肿瘤靶向性和负载核酸药物的能力，在肿瘤基因治疗领域具有广泛的应用前景。将其作为靶向治疗性核酸药物载体，具有优异的发光特性和生物相容性，因此可实现基因载体和生物成像探针的双重作用，有望作为高生物相容性和低成本的新型基因载体应用于肿瘤基因治疗临床应用。

技术特征：

1.一种碱基功能化肿瘤靶向性碳点，其特征在于，所述碱基功能化肿瘤靶向性碳点由包括以下步骤的方法制备：

2.根据权利要求1所述的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，其特征在于，所述碱性氨基酸为精氨酸、赖氨酸和/或组氨酸，所述包含六元芳香环或不饱和五元环前驱体为多巴胺盐酸盐、邻苯二胺或间苯二胺。

3.根据权利要求1所述的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，其特征在于，以甲醇和水的混合物为洗脱剂，采用c18反向柱层析法分离提纯得到的碳点固体粉末。

4.根据权利要求1所述的碱基功能化肿瘤靶向性碳点，其特征在于，所述碱性氨基酸前驱体和所述包含六元芳香环或不饱和五元环的前驱体的质量比为5:1～1:5。

5.一种碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

6.根据权利要求4所述的碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，其特征在于，以甲醇和水的混合物为洗脱剂，采用c18反向柱层析法分离提纯得到的碳点固体粉末。

7.根据权利要求4所述的碱基功能化肿瘤靶向性碳点的制备方法，其特征在于，所述碱性氨基酸前驱体和所述包含六元芳香环或不饱和五元环的前驱体的5:1～1:5。

8.权利要求1所述的碱基功能化肿瘤靶向性碳点用于制备负载用于治疗癌症的核酸药物的制剂的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述用于治疗癌症的核酸药物包括小干扰rna、信使rna、和质粒dna。

技术总结
本发明涉及荧光碳纳米材料领域，具体涉及碱基功能化肿瘤靶向性碳点及其制备方法和应用。以碱性氨基酸和包含六元芳香环或不饱和五元环的前驱体，超声使其溶于水中形成均相溶液，然后将上述溶液转移到反应釜中，140‑240℃下水热反应3‑6小时，然后使反应釜自然冷却到室温，从而直接得到碳点溶液；将得到的碳点溶液进行过滤、洗脱、干燥，得到碳点固体粉末。本发明制备的功能化碳点同时具有肿瘤靶向性和负载核酸药物的能力，在肿瘤基因治疗领域具有广泛的应用前景。

技术研发人员：范楼珍,许慧敏
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13