多功能含釓空心介孔普魯士藍(lán)納米診療劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有優(yōu)異的核磁共振成像(MRI)，光聲成像以及光熱轉(zhuǎn)換性能的含釓空心介孔普魯士藍(lán)(HGPB)納米粒子，作為一種實現(xiàn)多模式成像引導(dǎo)下對腫瘤熱療，化療等治療的多功能納米診療劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，惡性腫瘤的發(fā)病率在我國呈現(xiàn)顯著的增長趨勢。惡性腫瘤已超過心血管疾病，成為城市居民首要致死病因，嚴(yán)重威脅人類的生命與健康，給社會、家庭和個人帶來極大的負(fù)擔(dān)和痛苦。國際上對惡性腫瘤的治療黃金準(zhǔn)則是，早發(fā)現(xiàn)早治療，爭取在腫瘤細(xì)胞未擴(kuò)散前實現(xiàn)腫瘤高效治療，以挽救更多的生命。因此，研究和發(fā)展高性能、低成本、使用方便的腫瘤早期檢測與治療，特別是早期腫瘤普查和術(shù)中監(jiān)控成像及高效腫瘤治療技術(shù)是我國社會與科技發(fā)展戰(zhàn)略的特別需要，具有巨大的科學(xué)意義。
[0003]腫瘤的早期診斷與治療一直是醫(yī)學(xué)界的難題和研究熱點(diǎn)，特別是兼具有診斷和監(jiān)控、治療等功能為一體的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)研究更是科學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)。磁共振成像(Magneticresonace imaging, MRI)利用生物體不同組織在外磁場影響下產(chǎn)生不同的共振信號來成像，信號的強(qiáng)弱取決于組織內(nèi)水的含量和水分子中質(zhì)子的弛豫時間。此成像技術(shù)具有非侵入性診斷、高分辨解剖學(xué)成像和定量評估發(fā)病機(jī)理等優(yōu)點(diǎn)，在臨床上得到了廣泛的應(yīng)用。?\加權(quán)磁共振成像技術(shù)使信號強(qiáng)度增強(qiáng)，具有更高的檢測準(zhǔn)確性，因此成為MRI研究的熱點(diǎn)。Gd的配合物在臨床MRI疾病的診斷中發(fā)揮了重要的作用。光聲成像是近年來發(fā)展起來的一種無損醫(yī)學(xué)成像方法，其原理是當(dāng)脈沖激光照射到生物組織中時，組織的光吸收將產(chǎn)生光聲信號，生物組織的光聲信號攜帶了組織的光吸收特征信息，通過測量光聲信號能重建出組織中的光吸收分布圖像。它結(jié)合了純光學(xué)成像的高對比度特性和純超聲成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高對比度的組織成像，成為目前開展癌癥早期檢測和治療監(jiān)控的重要手段之一。
[0004]據(jù)統(tǒng)計幾乎所有病人會發(fā)生嚴(yán)重的毒副作用，90%病人出現(xiàn)不同程度的耐藥性，半數(shù)以上初診患者出現(xiàn)腫瘤轉(zhuǎn)移等。納米生物技術(shù)的出現(xiàn)為腫瘤的高效治療和減少毒副作用提供了新的途徑。近年來一種基于納米載體的新穎的光熱治療技術(shù)引起了廣泛的關(guān)注。它將具有近紅外光熱轉(zhuǎn)換功能的納米載體材料，選擇性累積到腫瘤部位，然后僅對腫瘤區(qū)域局部實施近紅外光照，使腫瘤細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)的納米材料吸收近紅外光，并高效地轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤產(chǎn)生局部超高溫度，從而輕易將腫瘤細(xì)胞殺死。這種近紅外光介導(dǎo)的熱量腫瘤靶向傳遞，保證了治療中不會對正常組織造成損傷，顯著提高了熱療的安全性與有效性。這種治療模式即為腫瘤“光熱治療”，其最大特點(diǎn)是從理論上實現(xiàn)了對幾乎所有實體腫瘤的有效治療，包括對放化療失敗和產(chǎn)生耐藥性腫瘤的高效治療，同時不會產(chǎn)生放化療伴隨的毒副作用而導(dǎo)致的患者生存質(zhì)量下降。
[0005]因此，若能提供一種能同時作為有效的核磁共振成像和光聲成像造影劑，且可以對腫瘤實現(xiàn)光熱治療和化療的納米診療劑，將具有良好的臨床應(yīng)用前景。
[0006]中國專利CN102397562A公開一種由普魯士藍(lán)負(fù)載Gd3+的造影劑，中國專利CN103449477A公開一種含有釓元素的普魯士藍(lán)納米材料造影劑，但是這些造影劑中，釓僅吸附于普魯士藍(lán)中，而且普魯士藍(lán)粒子不具有空腔和介孔，無法裝載抗腫瘤藥物等。此外這些造影劑不能對其近紅外吸收進(jìn)行有效地調(diào)節(jié)，不僅不能實現(xiàn)更加高效的光聲成像和光熱治療，還不能作為靈敏度可調(diào)控的化學(xué)探針。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述問題和需求，本發(fā)明旨在提供一種多功能含釓空心介孔普魯士藍(lán)的納米診療劑及其制備方法和用于腫瘤等重大疾病的準(zhǔn)確診斷和高效治療方面的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。
[0008]—方面，本發(fā)明提供一種多功能含釓空心介孔普魯士藍(lán)納米診療劑，所述納米診療劑為具有介孔且內(nèi)部空心的含釓普魯士藍(lán)納米顆粒，其中鐵元素與釓元素的摩爾比為(0.8 ?200)
[0009]本發(fā)明的空心介孔納米診療劑生物相容性好，?\加權(quán)磁共振成像性能優(yōu)異，在近紅外區(qū)域具有強(qiáng)吸收，且具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，相比于其他普魯士藍(lán)的納米粒子在成像和治療腫瘤方面都有提升。基于HGPB的納米診療系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)鐵釓的比例，實現(xiàn)對其核磁共振成像性能進(jìn)行調(diào)節(jié)，鐵釓的比例越小，其縱向弛豫率就越大，加權(quán)核磁共振成像性能越好；由于釓離子在結(jié)構(gòu)中不同的位置，影響氰橋以及與之結(jié)合的離子電子密度和軌道能量，通過調(diào)節(jié)鐵釓的比例，就可以實現(xiàn)HGPB在近紅外區(qū)域的吸收，從而實現(xiàn)對光聲成像和光熱治療效率的調(diào)控。此外，由于其空心介孔結(jié)構(gòu)、良好的生物相容性和生物安全性，賦予了其作為藥物載體的巨大應(yīng)用潛力，可以實現(xiàn)對化療藥物等的擔(dān)載。該納米診療系統(tǒng)大大提高了對腫瘤的診斷和治療效率，達(dá)到診斷和治療一體化的目的，解決了傳統(tǒng)腫瘤光熱治療中熱量在腫瘤內(nèi)部分布不均對腫瘤消融不完全，導(dǎo)致腫瘤易于復(fù)發(fā)、化療毒副作用大等臨床應(yīng)用難題，具有良好的臨床應(yīng)用前景。
[0010]較佳地，所述納米顆粒的動力學(xué)光散射粒徑為100?600nm，空腔的尺寸范圍為80 ?200nm。
[0011]較佳地，所述納米顆粒具有微孔和介孔，其中微孔的大小為0.5?2nm，介孔的大小為2.5?15nm。
[0012]較佳地，在所述納米顆粒的空腔和/或孔道中裝載有抗腫瘤藥物和/或基因。
[0013]另一方面，本發(fā)明提供上述多功能含釓空心介孔普魯士藍(lán)納米診療劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)將均勻分散有釓源、鐵源、具有良好生物相容性和還原性的有機(jī)高分子保護(hù)劑和酸的混合溶液在60?120°C保溫一段時間后，分離出固體，即得含釓的普魯士藍(lán)納米粒子；
(2)將所得的含釓的普魯士藍(lán)納米粒子與具有良好生物相容性和還原性的有機(jī)高分子保護(hù)劑和酸混合均勻并于100?160°C保溫一段時間后，分離出固體，即得所述納米診療劑。
[0014]本發(fā)明的制備方法原料價格低廉易得、制備方法簡單、易于批量生產(chǎn)。
[0015]較佳地，步驟(1)中，所述釓源為釓的水溶性鹽，所述鐵源為鐵氰化鉀、鐵氰化鈉和亞鐵氰化鉀中的至少一種，所述具有良好生物相容性和還原性的有機(jī)高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮和/或殼聚糖，所述酸為鹽酸和/或硫酸。
[0016]較佳地，步驟(1)中，在所述混合溶液中，釓源、鐵源、具有良好生物相容性和還原性的有機(jī)高分子保護(hù)劑的質(zhì)量比為1: (0.2?100): (100?2000)，所述釓源的濃度為
0.01?0.5mol/L，所述酸的濃度為0.0001?2mol/L，保溫時間為4?72小時。
[0017]較佳地，步驟(1)中，所述混合溶液的制備包括以下步驟:
a)將釓源、聚乙烯吡咯烷酮和酸充分混合形成釓源，以及將鐵源、聚乙烯吡咯烷酮和酸充分混合形成鐵源溶液；
b)在攪拌下將釓源溶液滴加到鐵源溶液中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌1?6小時。
[0018]較佳地，步驟⑵中，所述具有良好生物相容性和還原性的有機(jī)高分子保護(hù)劑為聚乙烯吡咯烷酮和/或殼聚糖，所述酸為鹽酸和/或硫酸，所述酸的濃度為1?4mol/L。
[0019]較佳地，步驟⑵中，含釓的普魯士藍(lán)納米粒子、具有良好生物相容性和還原性的有機(jī)高分子保護(hù)劑、酸的質(zhì)量比為1: (0.5?10): (0.5?5)，保溫時間為1?5小時。
[0020]再一方面，本發(fā)明還提供上述多功能含釓空心介孔普魯士藍(lán)納米診療劑在制備兼具核磁共振成像、光聲成像和光熱治療作用的納米診療劑中的應(yīng)用，或者在制備介質(zhì)折射率傳感器中的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1所得HGPB納米粒子的透射電子顯微鏡(TEM)照片以及制備流程；
圖2為本實施例1所得HGPB納米粒子的元素mapping圖(Gd、Fe、C、N和K)；
圖3為本發(fā)明實施例1所得HGPB納米粒子對應(yīng)的UV?vis吸收曲線；
圖4實施例1所得不同濃度的HGPB納米粒子在激光的照射下，溶液溫度隨時間的變化曲線圖；
圖5為本發(fā)明實施例1所得不同濃度HGPB納米粒子的光聲信號值曲線以及對應(yīng)的光聲圖片；
圖6為本發(fā)明實施例1所得HGPB納米粒子的體外1/?\?濃度曲線圖；
圖7為本發(fā)明實施例1所得HGPB納米粒子的體外1/Τ2?濃度曲線圖；
圖8為本發(fā)明實施例1中制備的含有不同釓量的HGPB納米粒子溶液的UV?vis吸收曲線；圖9為本發(fā)明實施例1所得HGPB納米粒子的折射率與最大吸收峰的關(guān)系曲線。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖和下述實施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明針對現(xiàn)有核磁共振成像造影劑在臨床應(yīng)用上的瓶頸，通過在普魯士藍(lán)結(jié)構(gòu)中引入釓元素，在近紅外區(qū)域具有可調(diào)控性，形成多功能納米診療劑。該納米診療劑可以作為有效的核磁共振成像和光聲成像造影劑，用于腫瘤的診斷和監(jiān)控治療過程以及治療效率。此外，該納米粒子可以對腫瘤實現(xiàn)光熱治療，有效地消除腫瘤。
[0024]本發(fā)明提供了一種多功能含釓空心介孔普魯士藍(lán)(HGPB)納米粒子，所述的HGPB納米粒子包括具有介孔、內(nèi)部空心