富勒醇固体脂质纳米粒及其制备和应用

摘要

本发明属于辐射防护领域，具体涉及一种具有辐射防护功能的细胞核靶向的富勒醇固体脂质纳米粒。所述富勒醇固体脂质纳米粒包括：硬脂酸、胆固醇、卵磷脂、玉米油和吐温-80，富勒醇粉末和己烯雌酚；将硬脂酸、胆固醇、卵磷脂、玉米油、富勒醇粉末和己烯雌酚溶于乙醇，充分溶解并混匀，旋转蒸发去除乙醇，将其缓慢滴加至同温度的吐温-80水溶液，加完后继续搅拌以混匀，得C60(OH)

说明书

技术领域

本发明属于辐射防护领域，具体涉及一种具有辐射防护功能的细胞核靶向的富勒醇固体脂质纳米粒。

背景技术

核能在国防、工业、农业和医学等领域广泛应用，在造福人类的同时，也带来严重的核辐射危机。2011年3月日本9.0级强震导致福岛核电站发生高温核燃料泄漏，电离辐射对机体的损伤及其防护已经得到了各国政府和研究人员的高度重视。放射性同位素在工业、农业等应用中的辐射防护非常重要，在肿瘤放射治疗时对正常组织与器官的保护也很重要。电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称，它作用于机体，辐射能量被生物组织吸收，导致分子发生激发和电离、自由基产生、化学键发生断裂、生物大分子发生变性，导致细胞、组织器官和系统发生变化，继而引起全身功能的变化，最终出现病理变化。射线的能量作用于水分子，产生大量的自由基如H^.、H₂、H₂O₂、 H_aq-、OH^.、e_aq-等，由于细胞核组织含有大量水分，机体的主要生物大分子（蛋白质、核酸、酶等）处于大量水分子（60%-70%左右）的包围中，这些自由基能够迅速作用于DNA、蛋白质、膜脂质分子等靶分子，造成生物大分子损伤、细胞周期紊乱及遗传变异等。DNA受到自由基的攻击，造成碱基与核糖氧化、单链及双链断裂等多种损伤。Templeteton等的实验证实低LET射线诱导的损伤90 %是由OH^. 引起，从而导致双链断裂(double strand break ，DSB) ，由于双链断裂可直接致染色体畸变和遗传物质丢失，所以双链断裂是 DNA分子结构及遗传学完整性的最关键性损伤，也是细胞死亡的主要原因之一。在众多水辐解产物中 ，OH^. 在导致辐射损伤中具有重要地位，一方面与OH^. 在体内的扩散距离可达215 nm，对靶分子的危害性较大有关，另一方面也与体内尚无专一清除OH^. 的物质有关。所以，理想的自由基清除剂应当能够进入到细胞内，特别是细胞核内，在电离辐射产生自由基的瞬间立即清除DNA和生物膜周围的自由基。尽管人体内有天然存在的自由基清除剂（如SOD等），但是这些自由基清除剂无法进入到细胞核内发挥作用，特别是没有OH^.、e_aq-等自由基的天然清除剂。目前国内外研制了不少辐射防护剂，但是效果不尽理想，不同程度存在防护效价低、稳定性差、有效时间短、毒副作用大和口服效果差等缺点，同时，这些药物主要是针对细胞膜的保护。

1985年美国的Smally，Curl和英国的Kroto首次发现富勒烯（fullerene，C60），而富勒烯的水溶性多羟基衍生物—富勒醇是良好的自由基清除剂，它能够清除OH^.、e_aq-等自由基，尤其与OH^.和e_aq-的反应速率常数可达0.5～3.3×10¹⁰M^-1S^-1。水溶性富勒醇能够快速地穿过细胞膜，到达细胞内，主要分布在胞浆以及线粒体等细胞器中。并且，富勒烯的毒理学研究表明其是低毒化合物。根据放射生物学的“靶学说”和大量的实验数据，电离辐射作用的“靶”主要是基因组DNA，其次是包括质膜、核膜和细胞器膜在内的生物膜，而DNA主要分布在细胞核内，自由基会在很短的时间内攻击靶分子DNA，所以理想的自由基清除剂应当能够进入到细胞内尤其是细胞核内，在电离辐射产生自由基的瞬间立即清除DNA和生物膜周围的自由基。而现有的辐射防护药物，主要都是针对细胞膜的保护，未见辐射防护药物能够进入细胞核内的报道。

现有技术中，关于多羟基富勒醇的应用，主要有以下报道：

(1) 公开号为101397132 A的中国发明专利申请公开说明书公开了一种水溶性富勒烯衍生物，所述富勒烯衍生物包括以通式C₆₀O_XH_Y (10<Y≤X<50)表示的富勒醇或以通式C₆₀(C(COOH)₂)N (N=1-3)表示的富勒烯羧基衍生物；所述水溶性富勒烯衍生物具有抑制肿瘤的作用，与目前临床普遍使用的环磷酰胺、顺铂、紫杉醇等相比，富勒醇和羧基化富勒烯纳米颗粒具有用量小，毒性低，且具有抑制肿瘤生长和抑制肿瘤转移的优点。

(2) 将不同的化学基团结合到富勒烯分子上，形成新的富勒烯衍生物，用于不同的目的。

但是目前还没有关于应用富勒烯或其衍生物作为辐射防护药物的报道，也没有将多羟基富勒醇C60(OH)_X载带到细胞核做自由基清除剂的报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种受体-配体介导的细胞核靶向富勒醇硬脂质纳米粒，使它能够通过多种生物屏障和核膜，高效率地载带富勒醇到细胞核内，发挥其强大的清除自由基能力，从而实现对靶分子DNA的辐射防护的作用。

本发明的主要原理为：使用生物材料（混合类脂，即液态脂质与固态脂质混合的混合物）为载体，将富勒醇包裹起来，在其表面连接与核受体具有高度亲和力的雌激素类似物，制备成的新受体-配体介导的纳米材料，即为所述富勒醇固体脂质纳米粒。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种富勒醇固体脂质纳米粒，所述富勒醇固体脂质纳米粒包括：硬脂酸、胆固醇、卵磷脂、玉米油和吐温-80，还包括：富勒醇粉末和己烯雌酚；其中，富勒醇粉末、硬脂酸、胆固醇、卵磷脂、己烯雌酚、玉米油和吐温-80的质量比为：70_~100∶995_~1005∶245_~255∶495_~505∶0.8_~1∶595_~605∶700_~800。

上述技术方案中，富勒醇固体脂质纳米粒的形态近似球形，直径250~500nm左右。

制备上述富勒醇固体脂质纳米粒的方法包括以下步骤：按照上述质量比，将硬脂酸、胆固醇、卵磷脂、玉米油、富勒醇粉末和己烯雌酚溶于乙醇，充分溶解并混匀，旋转蒸发去除乙醇，将其缓慢滴加至65℃~80℃左右吐温-80水溶液，加完后继续搅拌以混匀，得C60(OH)₂₄-SLN-E初乳；将C60(OH)₂₄-NLC-E初乳进行高压乳匀，冷却后得到所需产品初乳为白色乳状液体，冷冻干燥后为分散的粉末；所述吐温-80水溶液浓度为10mg/mL~12 mg/mL。

上述技术方案中，所述富勒醇为C60(OH)₂₄。

上述技术方案中，在激光共聚焦显微镜下观察，包裹标记物罗丹明-6G的C60(OH)₂₄ -SLN-E能够快速进入细胞，在细胞核内有明显聚集，表明C60(OH)₂₄ - SLN -E能穿过核膜，到达细胞核。通过细胞克隆形成实验观察到受γ射线照射后该纳米材料对体外培养细胞的辐射保护作用。通过免疫荧光的实验方法，测定受到γ射线照射后体外培养细胞的DNA双链断裂的水平，反映该纳米材料清除自由基，直接保护DNA靶分子免受自由基攻击的能力，从而达到较强的辐射防护效果。

因此，本发明同时要求保护上述富勒醇固体脂质纳米粒在制备辐射防护药物的应用，尤其是在制备具有细胞核靶向的辐射防护药物的应用。

本发明同时要求保护一种具有细胞核靶向的辐射防护药物，主要活性成分为上述富勒醇固体脂质纳米粒。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明所述细胞核靶向富勒醇固体脂质纳米粒C60(OH)₂₄-SLN-E能穿过核膜，到达细胞核，清除细胞核内的自由基，直接保护DNA靶分子免受自由基攻击的能力，从而达到较强的辐射防护效果。

2. 本发明所述细胞核靶向富勒醇固体脂质纳米粒C60(OH)₂₄-SLN-E 能够高效率地载带富勒醇，其所载带的富勒醇分布均一、密集，使它能够穿过多种生物屏障和核膜，到达全身各组织器官，尤其是辐射敏感组织、细胞内，发挥强大的清除自由基的能力。

3. 本发明在制备细胞核靶向富勒醇固体脂质纳米粒C60(OH)₂₄-SLN-E时，所用的脂质材料均为生物相容性较好的脂质，这些脂质可以在体内降解，所以该产品的毒性作用较小。

4. 本发明所述细胞核靶向富勒醇固体脂质纳米粒C60(OH)₂₄-SLN-E具有较高的稳定性，所载带富勒醇在储藏过程中不易析出，便于保存。

附图说明

图1是实施例中所得富勒醇C60(OH)₂₄水溶液FT-IR谱；

图2是实施例中C60(OH)₂₄水溶液¹H-NMR图谱（氘代DMSO）；

图3是实施例中C60(OH)₂₄水溶液质谱谱图；

图4是实施例中C60(OH)₂₄水溶液扫描电镜照片；

图5是实施例中C60(OH)₂₄ -SLN-E粒径分布图；

图6是实施例中C60(OH)₂₄ -SLN-E透射电镜图；

图7是实施例中C60(OH)₂₄ -SLN-E扫描电镜图；

图8是实施例中 V79细胞普通光图；

图9是实施例中 V79细胞荧光图(呈红色荧光)；

图10是实施例中C60(OH)₂₄ -SLN-E激光共聚焦显微镜图(呈红色荧光)；

图11是实施例中C60(OH)₂₄ -SLN-E激光共聚焦显微镜图(呈红色荧光)；

图12是实施例中MTT比色法测定细胞毒性图

图13是实施例中用药组和单纯照射组照射后的生存曲线；

图14是实施例中空白对照组在不同时间点用抗γ-H2AX标记的细胞激光共聚焦图像；

图15是实施例中单纯照射组在不同时间点用抗γ-H2AX标记的细胞激光共聚焦图像（呈绿色荧光）；

图16是实施例中加药照射组在不同时间点用抗γ-H2AX标记的细胞激光共聚焦图像（呈绿色荧光）；

图17是实施例中不同时间点细胞焦点数比较图；

图18是实施例中不同时间点细胞荧光强度比较。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

材料:

仓鼠肺成纤维细胞V79（购于上海细胞库），并由本实验室保存和培养。富勒烯（99.9%标准品，河南濮阳永新科技有限公司），硬脂酸(AR，中国菱湖精细化工厂·浙江)，胆固醇（AR，沪试），卵磷脂（AR，沪试），玉米油（Sigma，德国），吐温-80（ E.M.K进口分装），1640培养基、胎牛血清（维森特公司），TBAH、苯、H₂O₂、甲醇、罗丹明-6G（沪试），抗γ-H2AX小鼠单克隆抗体及羊-抗-鼠-FITC二抗（苏州博美达试剂公司）。HERA CO₂培养箱（德国Kedro公司），F6/10超速匀浆机（上海FLUKO流体机械制造有限公司），纳米粒度仪（NANOPHOX）,高分辨透射电镜TEM（TecnaiG220,美国FEI公司），扫描电镜（HITACHI  S-4700），磁共振谱仪（美国瓦里安 UNITY IVOVA-1000），红外线谱仪（美国瓦里安 FTS-1000），高压微射流设备（MASSACHUSETTS，USA）超高效液相色谱串联质谱（waters ACQUITY Quattro Premier XE），TCP-SP型激光共聚焦显微镜（德国Leica公司），⁶⁰Co-γ治疗机（GWXJ80，中国核动力研究院设备制造厂）。

实施例一：

细胞培养：将细胞培养于RPMI-1640培养基（含10％灭活胎牛血清及双抗，工作浓度为：青霉素100U/ml，链霉素0.1mg/ml），培养箱CO₂浓度5%，温度37℃，2~3天传代一次，复苏3代后用于实验。

水溶性富勒醇的制备与表征：称取100mg C60溶于50mL的苯中搅拌过夜，加入2mL 2mol/L的NaOH溶液，在磁力搅拌下加5滴40%TBAH溶液，滴加0.5mL 30%的H₂O₂溶液，待苯液变无色，水相变棕色即告反应结束。用分液漏斗分离有机相与水相，并用2-3ml水将分液漏斗洗涤2次，合并水相即富勒醇溶液。加甲醇20-30ml使其沉淀，离心，重复此操作3-4次，pH试纸测pH<8即可。置于冷冻干燥箱内获得富勒醇粉末。（参见文献：李添宝、黄克雄，C60 (OH) x (O) y 的快速制备及其水解形成C60 (OH) n）[J] 化学通报，1999,4；30~32）

对所得富勒醇粉末进行红外光谱分析：取少量富勒醇粉末与干燥KBr一起研磨，混合均匀，压制成薄片，将此薄片放入红外光谱仪，扫描其红外吸收光谱。所得结果参见图1，图1为所得富勒醇粉末的水溶液FT-IR谱，图中3433cm^-1处可见强而宽的羟基吸收峰，说明该产物所含的羟基数目较多，1578cm^-1处吸收峰为富勒醇中的C=C键伸缩振动峰，1417cm^-1处为C-O键的伸缩振动吸收峰,1089cm^-1处为C-O键的弯曲振动吸收峰，进一步说明羟基存在。

对所得富勒醇粉末进行氢核磁谱分析：以氘代DMSO为溶剂，于核磁共振波谱仪测定富勒醇的氢核磁谱，结果参见图2 ，如图2所示，δ=3.34处为氘代DMSO中含有杂质水所产生的水峰，δ=2.50处为DMSO溶剂吸收峰，δ=1.24处为OH峰，进一步证明合成产物为C60(OH)x。

对所得富勒醇粉末进行质谱分析：以甲醇水为流动相，负离子模式下进行质谱分析。结果参见图3，图中m/z=719处峰代表C60笼形结构，在719-1127范围内的峰，平均间隔为68，恰好为4个羟基的分子量，说明部分富勒醇的结构在质谱分析中被打碎所致，m/z<719为C60的笼形结构被破坏所形成的碎片峰，在m/z=1127处为C60(OH)x的准分子离子峰（M-1峰），可见合成产物分子量为1128，其所连接羟基数目为24，即C60(OH)₂₄。

对所得富勒醇粉末的水溶液进行扫描电镜分析，结果参见图4，结果表明：合成产物为富勒烯的水溶性多羟基衍生物—富勒醇，其分子式为C60(OH)₂₄，形态均一，大小约50nm。

细胞核靶向富勒醇硬脂质纳米粒的合成与表征：称取不同量水溶性富勒醇粉末，制备不同胞核靶向富勒醇硬脂质纳米粒。产品一称取100mg富勒醇粉末，1000mg硬脂酸，250mg胆固醇，500mg卵磷脂，1mg己烯雌酚，600mg玉米油，（各原料质量比一定，不能够调整）加入到2mL无水乙醇中充分溶解，用超速匀浆机高速剪切5min，12000bpm，使其充分溶解并混匀，旋转蒸发去除乙醇，将其缓慢滴加至同温度的吐温-80水溶液，加完后继续搅拌1 h ，快速冷却到室温，即得C60(OH)₂4 -SLN-E初乳。将C60(OH)₂₄ -NLC-E初乳进行高压乳匀，冷却后得到所需产品。

产品二称取70mg富勒醇粉末，1000mg硬脂酸，250mg胆固醇，500mg卵磷脂，1mg己烯雌酚，600mg玉米油，（各原料质量比一定，不能够调整）加入到2mL无水乙醇中充分溶解，用超速匀浆机高速剪切5min，12000bpm，使其充分溶解并混匀，旋转蒸发去除乙醇，将其缓慢滴加至同温度的吐温-80水溶液，加完后继续搅拌1 h ，快速冷却到室温，即得C60(OH)₂4 -SLN-E初乳。将C60(OH)₂₄ -NLC-E初乳进行高压乳匀，冷却后得到所需产品。

对产品一进行纳米粒径分析：将C60(OH)₂₄ -SLN-E原液以去离子水稀释20倍，置激光纳米粒度仪进行粒径分析。结果如图5，可见50%的纳米粒子平均粒径为372nm，90%的纳米粒子平均粒径为435nm，C60(OH)₂₄ -SLN-E纳米粒子粒径较为稳定、均一。

对产品一进行透射电镜分析：将C60(OH)₂₄ -SLN-E原液稀释500倍，滴于铜网上，待充分干燥后进行透射电镜扫描，电压2.0KV。结果如图6、7，可见纳米粒子形态近似球形，包含有大量的C60(OH)₂₄，而且其所包含的C60(OH)₂₄在纳米粒子中分布均一、密集。

对产品一进行激光共聚焦显微镜分析：将V79细胞接种于玻底培养皿中，待细胞贴壁后加包裹罗丹明-6G的C60(OH)₂₄ -SLN-E，充分混匀，置激光共聚焦显微镜下观察。结果如图8～10，结果表明，C60(OH)₂₄ -SLN-E纳米粒的形态近似球形，直径300nm左右，能够进入细胞，细胞核内有明显聚集，能够将富勒醇载带到细胞，并穿过核膜，到达细胞核。

对产品二进行激光共聚焦显微镜分析：将V79细胞接种于玻底培养皿中，待细胞贴壁后加包裹罗丹明-6G的C60(OH)₂₄ -SLN-E，充分混匀，置激光共聚焦显微镜下观察。结果如图11，产品二能够很快进入细胞内甚至细胞核内，但是在细胞核内聚集的量不明显。所以以下测试均用产品一进行。

MTT比色法实验检测细胞核靶向富勒醇硬脂质纳米粒的细胞毒性：取对数生长期V79细胞，用0.25%胰蛋白酶消化并吹打成单细胞悬液，将细胞悬液倍数稀释，以适当细胞密度接种于24孔板中，使细胞分散均匀，于培养箱中静置培养。24小时后，加入不同浓度细胞核靶向富勒醇硬脂质纳米粒（0、0.2μmol/L、0.4μmol/L、0.8μmol/L、1.6μmol/L），培养6小时后吸去药物，PBS洗涤，加入10μLMTT（5mg/L）及90μL培养基，继续培养4小时，吸去培养液，加入120μLDMSO，轻微震荡10分钟，直至沉淀完全溶解，于570nm波长处测各孔OD值，计算细胞生存率。每组重复实验3次。

可见细胞生存率＞80%，细胞核靶向富勒醇硬脂质纳米粒细胞毒性较低。

细胞克隆形成实验检测富勒醇硬脂质纳米粒对细胞的辐射防护作用：取对数期生长的V79细胞，用0.25%胰蛋白酶消化并吹打成单细胞悬液，将细胞悬液倍数稀释，以适当细胞密度接种于六孔板中，使细胞分散均匀，于培养箱中静置培养。待细胞贴壁后随机分组：对照组（0Gy+0μmol/L）、加药照射组、单纯照射组，给予0.5-8Gy的γ射线照射，剂量率0.47Gy/min，源皮距80cm，照射野20cm×20cm，照射后更换不含药物的培养基继续培养，每两天换液一次，当六孔板中出现肉眼可见克隆时（6-7天），终止培养，弃去上清，用PBS冲洗3遍，用无水甲醇固定10min，Giemsa染色15min，然后用流动水缓慢洗去染色液，自然晾干，计数大于50个细胞的克隆数，评价富勒醇硬脂酯纳米粒对照射后V79细胞存活分数的影响。

用药组和单纯照射组照射后的生存曲线如图12所示，

由图12可见照射后细胞存活分数随着剂量的增加而降低，而在照射前30min向培养液中加入富勒醇硬脂酯纳米材料（1.27μmol/L）的用药组细胞存活分数高于单纯放射组，两组有显著性差异（p<0.05）。

免疫荧光染色法检测纳米粒对细胞内DNA分子的辐射防护作用：将细胞接种，照射前30分钟加入C60(OH)₂₄ -SLN-E纳米粒（浓度1.27μmol/L），于⁶⁰Co-γ射线机下照射4Gy，按照不同时间点（15min，30min,2h,12h,24h）处理细胞：用PBS冲洗3遍，加入4%多聚甲醛固定，PBS洗涤5min×3，加入含2%BSA、0.3%Triton-X100的TBS封闭1.5h, PBS洗涤5min×3，加入用PBS稀释的抗γ-H2AX小鼠单克隆抗体（1:500）4℃过夜，PBS洗涤5min×3，加入羊-抗-鼠-FITC标记的二抗（1:500）孵育1.5h，PBS洗涤5min×3，DAPI染核3分钟，PBS洗涤5min×3，20%的甘油封片。在激光共聚焦显微镜下观测有FITC荧光斑点的细胞数量及每个细胞核内γ-H2AX焦点数统计，每组至少计数100个细胞。用特异性抗体的免疫荧光法检测γ-H2AX含量，以此判断DSB的数量，从而明确该纳米粒对辐射损伤后细胞内DNA分子的辐射防护效应。

单纯照射组和加药照射组在不同时间点用抗γ-H2AX标记的细胞激光共聚焦图像如图13~15所示，由图13~15可见，对照组细胞有少量γ-H2AX焦点，经过4Gy的γ射线照射后，细胞核内γ-H2AX焦点数明显增多，0.5小时处γ-H2AX焦点最多，12小时γ-H2AX焦点数量开始减少，照射前30min向培养液中加入富勒醇硬脂酯纳米材料（1.27μmol/L）后的用药组细胞与单纯照射组相比较，γ-H2AX焦点数明显减少，24小时后加药组的γ-H2AX焦点数以及荧光强度明显少于单纯照射组。

图17、18 为加入富勒醇硬脂酯纳米材料（1.27μmol/L）的用药组细胞与单纯照射组的γ-H2AX焦点数以及荧光强度定量比较，加药组明显少于单纯照射组，两者比较有显著性差异（p＜0.05）。表明富勒醇硬脂酯纳米粒能够减少辐射损伤后细胞内DNA双链断裂的数量，并且对DSB有较强的修复能力，对体外细胞的辐射损伤有明确的防护作用。