一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂及其制备方法和应用
本发明涉及抗菌药物纳米递药系统，具体涉及一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂及其制备方法和应用。
背景技术：
1、铜绿假单胞菌(pseudomonas aeruginosa)是临床最常见的肺部细菌性感染相关病原菌之一，是导致住院病人高死亡率和高发病率的主要感染菌，其引起的肺部感染通常具有病程长、治愈率低等特点。
2、目前临床治疗铜绿假单胞菌肺部感染的抗菌药物主要包括β-内酰胺类、氨基糖苷类和氟喹诺酮类。其中氟喹诺酮类药物盐酸莫西沙星，由于其水溶性较高，给药后难以长时间停留于感染部位，同时铜绿假单胞菌生物膜的产生使得该药物难以到达细菌表面，使其抗菌活性降低。在临床应用时，由于该药可诱发严重的肝、肾毒性及引起肌腱炎和肌腱断裂，目前禁用于孕妇及18岁以下的未成年人。另外，由于肺部感染时存在较厚的黏液或痰液屏障使莫西沙星无法穿过而浓度不足以在肺组织达到并维持最低抑菌浓度以上，导致治疗难以奏效。因此，其在临床上的使用受到了很大的限制。针对莫西沙星治疗铜绿假单胞菌肺部感染有效性和靶向性不足的问题，现有技术尝试利用抗菌药物递送系统来解决上述问题。
3、近年来，采用纳米制剂和脂质体等新型药物递送系统来抑制细菌生物膜的形成及清除致病菌受到越来越多的重视，被认为是抗难治性细菌感染的有效策略。新型抗菌药物递送系统的使用可以有效地提高药物的作用效率，降低药物毒性，增强药物在生物膜中的渗透性，提高药物生物利用度。目前已有阿米卡星脂质体获批上市，以治疗非结核分枝杆菌肺部感染。
4、现目前根据材料来源的不同，纳米递药系统主要分为无机纳米载体及聚合物纳米载体两大类。无机纳米载体主要包括纳米金(aunps)，纳米银(agnps)等，均具有抑制铜绿假单胞菌生物膜形成的活性，主要是通过破坏细菌的正常结构达到抗菌目的。该类纳米载体具有抗菌谱广和抗菌活性持久等优点，但存在易氧化变色、易团聚、难以被机体清除等缺点而限制了其进一步应用。常用的聚合物载体如聚乳酸(pla)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(plga)等，均能够抑制铜绿假单胞菌生物膜的形成，具有生物相容性良好，降低药物毒性等优点。但该类纳米载体既能与细菌细胞膜结合，也能与动物体内正常细胞膜结合，存在靶向性低、药物释放部位无选择性等缺点。
5、随着纳米药物递送系统研究的不断深入，亟需利用细菌感染特殊微环境设计微环境响应型高分子纳米载体递送抗菌药物，将抗菌药物靶向递送到细菌感染部位，在细菌感染微环境特殊ph、高浓度活性氧或高表达酶的刺激下选择性释放药物。采取上述策略以显著提高药物治疗效果，降低药物的使用剂量和给药频率，从而降低药物的毒副作用。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，以解决现有技术用于抵抗铜绿假单胞菌感染的纳米药物递送系统靶向性低、药物释放部位无选择性的技术问题；本技术方案还解决莫西沙星游离药物治疗铜绿假单胞菌生物膜形成引起的肺部感染效率低、毒副作用强的技术问题。
2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其包括脂质外壳，脂质外壳内包载有纳米载体，所述纳米载体的结构式如式(1)所示：
4、
5、进一步，所述纳米载体内还包载有抗生素。
6、进一步，所述抗生素为莫西沙星。
7、进一步，所述脂质外壳的原料包括卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-半乳糖。
8、进一步，纳米载体、抗生素、卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-半乳糖的质量比为：50：10：10：6：4。
9、进一步，所述纳米载体由如下方法制备：
10、s1：将4-溴-2-羟基苯甲醛与n-乙酰甘氨酸进行关环反应，得到7-位为溴、3-位为乙酰胺基的香豆素衍生物，然后在氯化亚砜存在下乙酰胺基水解，得到7-位为溴、3-位为胺基的香豆素衍生物，再经硼酸基化可得到式(2)所示化合物；
11、
12、s2：使用1,1'-硫代碳基二咪唑活化α-环糊精的伯羟基，再与式(2)所示的化合物进行取代反应，获得纳米载体。
13、进一步，取代反应的溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，催化剂为三乙胺；取代反应完成后将反应液滴加至水中获得沉淀，水洗所述沉淀多次，再经冻干获得粉末状纳米载体。
14、本技术方案还提供了一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂的制备方法，将脂质在水相中混合、超声分散和预热，获得脂质部分；将纳米载体和抗生素溶于甲醇和二甲基亚砜的混合液中，获得纳米载体部分；将纳米载体部分滴加入脂质部分中，经自组装获得纳米粒。
15、进一步，将纳米载体部分滴加入脂质部分中后，以800-1200rpm的速度搅拌3-5分钟，然后100-200rpm的速度搅拌1.5-2小时。
16、本技术方案还提供了一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂在制备抑制铜绿假单胞菌的药物中的应用。
17、本技术方案还提供了一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂在制备治疗肺部细菌性感染的药物中的应用。
18、综上所述，本技术方案的原理以及有益效果在于：
19、发明人前期利用苯硼酸修饰的环糊精作为药物载体，负载莫西沙星制备了靶向巨噬细胞的ros响应性纳米药物递送系统用于靶向治疗铜绿假单胞菌肺部感染(可详见专利申请cn109010311a-一种活性氧响应性莫西沙星纳米制剂及其制备方法)。但是该纳米递送系统对生物膜内的细菌杀伤效果差，且针对铜绿假单胞菌感染的特异性不强。发明人在此基础上进行进一步的研究，本方案合成了具有抗铜绿假单胞菌作用的ros响应性的香豆素硼酸基衍生物-环糊精药物载体，利用该载体构建纳米药物递送系统。纳米药物递送系统由药物载体、脂质(包括连接有配体半乳糖的脂质)以及莫西沙星通过自组装形成。该纳米药物递送系统以介导生物膜形成的leca为靶标,模拟细菌与细胞间相互作用，为一种仿生型靶向铜绿假单胞菌的抗菌药物递送系统，可用于治疗铜绿假单胞菌引起的难治性肺部感染。
20、本技术方案的有益效果总结如下：
21、(1)铜绿假单胞菌感染肺组织具有ros浓度高的特点，利用该特点设计了ros响应性的纳米药物递送系统。本方案新合成的香豆素硼酸基衍生物(oxi-cm)具有ros响应性，可在ros催化条件下，生成具有抑菌活性的7-oh香豆素，且7-oh香豆素对人体的毒性较低，具有较好的生物安全性。香豆素硼酸基衍生物在ros作用下硼酸基被氧化断键，从而破坏纳米粒来实现纳米粒中包载的抗菌药物的释放。
22、(2)为了克服抗菌药物纳米递药系统主动靶向性较低，对生物膜内的细菌杀伤效果差的缺陷，本技术方案以铜绿假单胞菌特异性凝集素leca为靶标，在纳米载体表面修饰特异性配体半乳糖，构建主动靶向细菌的仿生型纳米递送系统以增强抑制铜绿假单胞菌生物膜的形成及清除耐药菌的能力。
技术特征：
1.一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：其包括脂质外壳，脂质外壳内包载有纳米载体，所述纳米载体的结构式如式(1)所示：
2.根据权利要求1所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：所述纳米载体内还包载有抗生素。
3.根据权利要求2所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：所述抗生素为莫西沙星。
4.根据权利要求3所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：所述脂质外壳的原料包括卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-半乳糖。
5.根据权利要求4所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：纳米载体、抗生素、卵磷脂、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇和二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-半乳糖的质量比为：50：10：10：6：4。
6.根据权利要求5所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：所述纳米载体由如下方法制备：
7.根据权利要求6所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂，其特征在于：取代反应的溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，催化剂为三乙胺；取代反应完成后将反应液滴加至水中获得沉淀，水洗所述沉淀多次，再经冻干获得粉末状纳米载体。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂的制备方法，其特征在于：将脂质在水相中混合、超声分散和预热，获得脂质部分；将纳米载体和抗生素溶于甲醇和二甲基亚砜的混合液中，获得纳米载体部分；将纳米载体部分滴加入脂质部分中，经自组装获得纳米粒。
9.根据权利要求8所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂的制备方法，其特征在于：将纳米载体部分滴加入脂质部分中后，以800-1200rpm的速度搅拌3-5分钟，然后100-200rpm的速度搅拌1.5-2小时。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂在制备抑制铜绿假单胞菌的药物或者在制备治疗肺部细菌性感染的药物中的应用。
技术总结
本发明涉及抗菌药物纳米递药系统技术领域，具体涉及一种靶向铜绿假单胞菌凝集素的仿生多功能纳米制剂及其制备方法和应用。靶向仿生多功能纳米制剂包括脂质外壳，脂质外壳内包载有纳米载体和抗生素药物。纳米载体由环糊精连接香豆素硼酸基衍生物形成，具有ROS响应的特性，在ROS催化条件下，释放具有抑菌活性的7‑OH香豆素，并且通过破坏纳米粒结构来实现抗菌药物的释放。本技术方案以铜绿假单胞菌特异性凝集素LecA为靶标，在纳米载体表面修饰特异性配体半乳糖，构建主动靶向细菌的仿生型纳米递送系统。本方案可以解决现有抗菌纳米药物递送系统靶向性低、药物释放部位无选择性及对生物膜内细菌杀伤效果差的技术问题。
技术研发人员：王瑜,孙凤军,王前梅,姚璞,王晓雯
受保护的技术使用者：中国人民解放军陆军军医大学第一附属医院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23