一种肿瘤靶向纳米药物及其制备方法和应用

本发明属于靶向药物领域，具体涉及一种肿瘤靶向纳米药物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、现如今，人类已在众多常见疾病的诊断和治疗方面取得了重大进展和突破。然而，在癌症治疗方面，现有的治疗手段往往很难彻底清除肿瘤，目前临床上以手术、化学疗法（化疗）及放射疗法（放疗）等为代表的常规手段为主。然而，尽管这些治疗方式取得了一定的疗效，但仍难以取得更加令人满意的效果。与此同时，传统的放疗、化疗方式所引发的相关耐药性以及毒副作用，如胃肠道反应、过敏反应、脱发以及骨髓抑制等，也较大程度上限制了其在临床治疗中的进一步发展。因此，探索和开发低毒高效，安全可控的新型治疗方式仍然是人类战胜癌症的必要选择。

2、光动力治疗（photodynamic therapy，pdt）是在特定的光源激发下光敏剂将其能量转移到分子氧上产生的活性氧物质（ros），可以在细胞器和分子水平对细胞造成损伤，最终引起细胞死亡。相对于其他治疗方式，光动力治疗具有诸多优势，包括时空选择性，创伤性小且无明显的毒副作用和耐药性、治疗周期短等。然而，光敏剂的肿瘤主动靶向性仍有待提高。金属有机框架mofs是一种由有机配体和金属原子或原子团簇组成的纳米结构。作为一种新型的混合多孔材料，因mofs具有优越的生物降解性、可调节的孔径等优点而被应用于生物医学领域。然而，大多数报道的纳米mofs在水环境中缺乏稳定性，即使在没有任何刺激下也会出现药物过早释放行为，同时mofs的载药量也并不十分理想。相比于用mofs作为药物运输载体，直接将光敏剂作为配体构建 mof 是一种很有前景的策略。pcn-224就是一种由tcpp光敏剂作为配体形成的mof，其在水溶液中具有优越的稳定性且其表面易于功能化；由于框架中tcpp配体密度高，且mofs具有独特的多孔性，使其单线态氧产率均大大提高且易于扩散，因此pcn-224具有较高的pdt效应；同时，表面易于修饰的特性可赋予其靶向等其他功能，协同提升癌症治疗效果。

3、铁蛋白作为细胞质，线粒体和细胞核中的铁储存和调控的蛋白，对细胞活力是至关重要的。铁蛋白通过与细胞表面的tfr1受体的特异性结合进入细胞。人们通过对肿瘤组织的代谢、功能和组织学的详细研究，发现了癌细胞为了满足大量迅速增殖的需要，有许多不同于正常细胞特征，多种酶和受体的表达水平升高，例如癌细胞中的tfr1表达比正常细胞高100倍，这是由于快速增殖的细胞需要更多的铁。tfr1在多种恶性肿瘤中过度表达并可有效内化，因此是肿瘤诊断和治疗的重要靶点。通过与铁蛋白的受体配体的相互作用，tfr1介导大部分铁蛋白的摄取，并通过受体介导的内吞作用将其内化，释放和还原铁蛋白中的的铁。因此利用铁蛋白形成的纳米载体有着强大的肿瘤靶向能力。铁蛋白在各种生物体中天然的存在使它具有优异的生物相容性和非免疫原性，同时其表面的赖氨酸和半胱氨酸残基等基团使其易于修饰。因此可将铁蛋白与mof通过这些基团共价连接，赋予其优异的生物相容性和有效的靶向能力。

4、当铁离子进入胞质时，一部分被纳入细胞器，多余的铁被隔离并储存在铁储存蛋白中。铁是细胞生长和增殖的必需微量元素，参与多种氧化还原反应，是维持细胞内环境稳定的重要元素，同时铁离子作为辅酶主要参与氧转运、dna生物合成、三羧酸循环和电子传递，还影响atp的合成，因此正常的铁代谢对于生物体的生存至关重要。然而细胞内铁水平必须严格控制，这是由于过量的铁会导致过量活性氧ros的形成，从而导致细胞死亡：一方面，铁离子能够催化细胞内h2o2变成剧毒oh•使细胞氧化压力升高，损害线粒体和细胞膜，导致细胞死亡；另一方面，铁可以诱导巨噬细胞分化为具有免疫作用的m1表型，进而产生ros及炎症因子，触发细胞死亡。以上两种铁诱导的细胞死亡方式都被称为铁死亡。随着铁死亡调控基质和信号通路的阐明，铁死亡在癌症治疗中引起了诸多关注。由于癌细胞分裂旺盛、代谢活性强，对铁依赖性的铁死亡更为敏感。近年来铁死亡在癌症治 疗中的研究进展迅速，已经开发了多种铁死亡诱导剂包括xc系统抑制剂（erastin、索拉菲尼）、gpx4 抑制剂（rsl3）、gsh耗竭剂（丁硫氨酸亚砜亚胺）等，但由于溶解度差、膜通透性低、对正常细胞和组织的脱靶毒性等，限制其发展。鉴于这种困境，研究者们将目光转向细胞内源性铁——铁蛋白，就分子结构而言，铁蛋白是由一个由具有4500-5000铁原子的铁芯包围的蛋白质壳组成的。研究表明，光动力作用产生的ros可诱导铁蛋白自噬，引起铁蛋白中铁的释放，使细胞内铁含量提高，从而可引起癌细胞铁死亡。因此，破坏铁蛋白是引起内源性铁过载的一个潜在途径，铁蛋白自噬诱导的铁死亡与光动力治疗联合使用是个有前景的策略。

5、综上所述，本发明构建了pcn-224@ftn，可以将铁死亡及光动力治疗联合作用于肿瘤。以光敏剂卟啉作为配体形成的mof—pcn-224增强了光敏剂的水溶性和稳定性，提高光敏剂在肿瘤部位的积累。在pcn-224表面通过共价连接修饰上铁蛋白，形成一个有着天然免疫逃逸能力的特洛伊木马；铁蛋白不仅赋予其显著的肿瘤靶向能力，同时癌细胞过量铁蛋白的摄入使细胞内铁过载引发铁死亡，光动力作用产生的ros引发铁蛋白自噬，进一步增加细胞中游离铁的含量，协同放大铁死亡。光动力作用导致的细胞凋亡与铁死亡协同作用显著扩大放大抗肿瘤效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种肿瘤靶向纳米药物及其制备方法和应用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种肿瘤靶向纳米药物的制备方法，其是以八水合氯化氧锆为金属源，以5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉为有机配体，采用溶剂热法制得pcn-224纳米粒子；利用nhs/edc反应在pcn-224纳米粒子表面连接铁蛋白，制得肿瘤靶向纳米药物pcn-224@ftn。

4、上述一种肿瘤靶向纳米药物的制备方法，按以下步骤进行：

5、s1：将5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉、八水合氯化氧锆和苯甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺，进行溶剂热反应，离心，收集沉淀用n,n-二甲基甲酰胺和去离子水洗涤后分散于去离子水中，得到pcn-224纳米粒子分散液；

6、s2：将pcn-224纳米粒子分散液与n-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的二甲基亚砜溶液混合，室温搅拌1h，加入铁蛋白的水溶液，室温搅拌12h，离心，收集沉淀用去离子水洗涤后真空干燥，得到肿瘤靶向纳米药物pcn-224@ftn。

7、上述步骤s1中，5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉：八水合氯化氧锆：苯甲酸的摩尔比为1：6：88。

8、上述步骤s1中，溶剂热反应的条件为：温度80~100℃，时间4~8h。

9、上述步骤s1中，离心的条件为：速度15000~18000rpm/min，时间20~30min。

10、上述步骤s2中，pcn-224纳米粒子：n-羟基丁二酰亚胺：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为10：1：4。

11、上述步骤s2中，pcn-224纳米粒子：铁蛋白的质量比为25：1。

12、上述步骤s2中，离心的条件为：速度10000~14000rpm/min，时间10~15min。

13、一种由上述的制备方法制得的肿瘤靶向纳米药物。

14、上述一种肿瘤靶向纳米药物在制备抗肿瘤药物中的应用。

15、本发明的抗肿瘤机理为：

16、利用5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉的羧基能与铁蛋白上的氨基发生酰胺化反应，用n-羟基丁二酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐活化5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉的羧基后与铁蛋白反应，形成纳米药物pcn-224@ftn。癌细胞为了满足快速增长的需要，对于铁的需求比正常细胞多得多，因此其表面的tfr1受体过表达，使铁蛋白能够特异性靶向到肿瘤部位。铁蛋白的引入可以促进肿瘤组织对纳米药物的摄取。同时，过量的铁蛋白中铁的内化能引起癌细胞的铁过载，并且与光动力产生的活性氧能够引发铁蛋白自噬，进一步增加癌细胞内铁的含量，进而引发铁死亡，从而与光动力治疗联合作用达到协同治疗的目的。

17、本发明的显著优点在于：

18、本发明成功制得了一种肿瘤靶向纳米药物pcn-224@ftn，将铁蛋白质与mof结合用于肿瘤治疗。所制得的纳米药物pcn-224@ftn尺寸均一，铁蛋白分布均匀，体外稳定性好。使用pcn-224将大大提升光敏剂的水溶性和稳定性，通过在mof上连接铁蛋白，使纳米药物能主动靶向到癌细胞膜表面过表达的tfr1，达到提高药物稳定性和药物运输目的。卟啉光动力作用产生活性氧，同时癌细胞过量铁蛋白的摄入使细胞内铁过载引发铁死亡，光动力作用产生的ros能引发铁蛋白自噬，进一步增加细胞中游离铁的含量，协同放大铁死亡，促进细胞凋亡，达到协同治疗效果。

技术特征：

1.一种肿瘤靶向纳米药物的制备方法，其特征在于：以八水合氯化氧锆为金属源，以5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉为有机配体，采用溶剂热法制得pcn-224纳米粒子；利用nhs/edc反应在pcn-224纳米粒子表面连接铁蛋白，制得肿瘤靶向纳米药物pcn-224@ftn。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉：八水合氯化氧锆：苯甲酸的摩尔比为1：6：88。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述溶剂热反应的条件为：温度80~100℃，时间4~8h。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中，所述离心的条件为：速度15000~18000rpm/min，时间20~30min。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述pcn-224纳米粒子：n-羟基丁二酰亚胺：1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的摩尔比为10：1：4。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述pcn-224纳米粒子：铁蛋白的质量比为25：1。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中，所述离心的条件为：速度10000~14000rpm/min，时间10~15min。

9.由权利要求1~8任一项所述的制备方法制得的肿瘤靶向纳米药物。

10.权利要求9所述的肿瘤靶向纳米药物在制备抗肿瘤药物中的应用。

技术总结
本发明公开了一种肿瘤靶向纳米药物及其制备方法和应用，属于靶向药物技术领域。以八水合氯化氧锆为金属源，以5,10,15,20‑四(4‑羧基苯基)卟啉为有机配体，采用溶剂热法制得PCN‑224纳米粒子；利用NHS/EDC反应在PCN‑224纳米粒子表面连接铁蛋白，制得肿瘤靶向纳米药物PCN‑224@FTn。本发明制得的纳米药物PCN‑224@FTn颗粒分布均匀，尺寸均一。此外，本发明操作简单、产率较高、产物稳定性好，且能够在肿瘤环境中发挥光动力治疗与铁死亡治疗作用。

技术研发人员：陈涓涓,许佳琪
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23