基于单原子铁双靶向整合素和趋化因子受体的诊疗一体化复合材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种基于单原子铁双靶向整合素和趋化因子受体的诊疗一体化材料及其制备方法和应用，本发明的复合材料为Fe‑SA@DOX@TPGS‑

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料化学和生物化学的交叉领域，具体涉及一种基于单原子铁双靶向整合素和趋化因子受体的诊疗一体化复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

肿瘤已在全世界范围内对人类健康产生了严重的威胁，目前，临床治疗肿瘤主要有手术、放疗、化疗三种方式。单原子催化剂由于具有100%的金属原子利用率、高催化活性和选择性、低体内毒性以及低成本等特性被广泛应用于医学领域。特别是单原子铁（Fe-SA），可以催化肿瘤微环境中存在的H

维生素E聚乙二醇琥珀酸酯（TPGS）是活性氧诱发剂，具有抑制P-gp活性的能力，可以帮助克服化疗药物的多重耐药性，提高生物相容性、增加药物溶解度、改善药物渗透性和选择性抗肿瘤活性，已被广泛用于给药系统。但TPGS没有靶向性，无法包裹药物进行特异性的治疗和显像。

发明内容

本发明为了改善单原子铁的分散性、生物相容性和靶向性，增强抗肿瘤的性能，监测体内代谢的过程并进行肿瘤诊断，设计了一种基于单原子铁双靶向整合素和趋化因子受体的复合材料，该复合材料可以用于乳腺癌的治疗和核医学正电子断层显像。

本发明技术问题采用以下技术方案来解决：

第一方面，本发明提供了一种基于单原子铁双靶向整合素和趋化因子受体的诊疗一体化复合材料，所复合材料包含单原子铁（Fe-SA）、阿霉素（DOX）、分散剂和双靶向分子，其中单原子铁与阿霉素通过孔吸附在一起，分散剂为维生素E聚乙二醇琥珀酸酯（TPGS）与聚丙烯酸的两嵌段聚合物，双靶向分子是可以靶向整合素α

另一方面，本发明提供了上述基于单原子铁双靶向整合素和趋化因子受体的诊疗一体化复合材料的制备方法。本发明以TPGS为基础，制备了一个包含TPGS和聚丙烯酸（AA）的两嵌段聚合物平台，且通过聚丙烯酸链中羧基基团，引入可以靶向整合素α

所述复合材料的制备具体包括以下步骤：

步骤1.Fe-SA@DOX的制备：

首先制备Fe-SA：

取六水合硝酸锌、七水合硫酸亚铁溶于甲醇，形成溶液A；取2-甲基咪唑溶于甲醇，形成溶液B。将溶液A和溶液B混合，室温搅拌，离心，洗涤沉淀并在60 ℃下干燥。在通氮气的条件下，沉淀物在马弗炉中以5 ℃/min速度升温至1000 ℃，保温2 h即得产物Fe-SA。

然后制备Fe-SA@DOX：

取Fe-SA和DOX加入到水中，振荡，离心去除多余的DOX，可得Fe-SA@DOX。

步骤2. TPGS-

如图10所示，首先制备AA-RGD和AA-AMD3465：

AA-RGD：取RGD和丙烯酰氯溶于三氯甲烷中，用氩气保护，在冰水浴中滴加三乙胺并在室温下搅拌。反应液旋蒸浓缩，加入5%HCl水溶液，萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，蒸干，用高效液相色谱进行纯化，得产物。

AA-AMD3465：AA-AMD3465的制备过程与AA-RGD相同，除了将RGD换成AMD3465-NH

然后制备TPGS-Br：

取维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和2-溴异丁酰溴溶于三氯甲烷中，用氩气保护，在冰水浴中滴加三乙胺并在室温搅拌。反应液真空浓缩，加入5%HCl水溶液，萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，过滤蒸干，分别在氯仿和水中透析，冷冻干燥得产品。

最后制备TPGS-

将溴化亚铜、N,N,N',N,'N''-五甲基二亚乙基三胺和丙酮混合，混合液超声，然后再加入TPGS-Br、AA-RGD和AA-AMD3465，除氧，在75 ℃加热，反应结束后，冷却，在水和冷甲醇（v/v=1/1）中沉淀，冷冻干燥即得产品。

上述步骤1和步骤2可以互换顺序。

步骤3. Fe-SA@DOX@TPGS-

取Fe-SA@DOX加入到去离子水中，在超声波细胞粉碎仪中强力超声分散20 min，超声功率：35%，超声5s，间隔10s，所得分散液标记为溶液C。取TPGS-

再者，本发明还提供了上述复合材料在制备抗肿瘤药物中的应用。

另外，由于AMD3465的存在，该复合材料可以直接用放射性核素

所述PET显像剂

步骤1：取TPGS-

步骤2：取Fe-SA@DOX加入到去离子水中，超声分散得分散液标记为溶液E；将

本发明的有益效果为：

本发明的复合材料为Fe-SA@DOX@TPGS-

附图说明

图1为Fe-SA的透射电镜图、球差透射电镜图、XRD图和拉曼光谱图，Fe-SA@TPGS和Fe-SA@DOX@TPGS-

图2为TPGS-

图3为不同浓度的Fe-SA与H

图4为Fe-SA@TPGS和Fe-SA@DOX@TPGS-

图5为Fe-SA@TPGS和Fe-SA@DOX@TPGS-

图6为Fe-SA@DOX@TPGS-

图7为Fe-SA@DOX@TPGS-

图8为Fe-SA@DOX@TPGS-

图9为

图10为TPGS-

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但并不用于对本发明保护范围的限制。

实施例中所用4T1细胞株购于美国模式培养物集存库(American Type CultureCollection, ATCC)，由四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室保存，后赠与发明人使用。

实施例1

1. Fe-SA的制备

称取1.42 g六水合硝酸锌、0.06 g七水合硫酸亚铁溶于50 mL甲醇，形成溶液A；称取1.55 g 2-甲基咪唑溶于50 mL甲醇，形成溶液B。将溶液A和溶液B混合，室温搅拌24 h，在10000 rpm条件下离心10 min，沉淀用甲醇洗涤三次并在60 ℃干燥过夜。在通氮气的条件下，沉淀物在马弗炉中以5 ℃/min速度升温至1000 ℃，保温2 h即得产物Fe-SA。对Fe-SA进行表征，结果如图1所示，Fe-SA纳米呈八面体结构，由单原子铁形成，而且不存在铁的聚集态。

的制备

称取3 mg Fe-SA和1 mg DOX加入到1 mL水中，在12000 rpm条件下振荡48 h，混合液7000 rpm离心10 min去除多余的DOX，可得Fe-SA@DOX。对Fe-SA@DOX进行了不同pH值条件下的释放实验，结果如图2B所示，Fe-SA@DOX在弱酸性条件（pH 6.3和5.8）下释放的更快更多，肿瘤的微环境为弱酸性，故Fe-SA@DOX在肿瘤中DOX可以得到很好的释放。

和AA-AMD3465的制备

AA-RGD：称取0.5 g（0.8 mmol）RGD和0.22 g（2.4mmol）丙烯酰氯溶于10 mL三氯甲烷中，用氩气保护，在冰水浴中滴加0.49 g（4.8 mmol）三乙胺并搅拌1 h，然后在室温下搅拌过夜。反应液旋蒸浓缩，加入10 mL 5%HCl水溶液，萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥过夜，蒸干，用高效液相色谱进行纯化，得产物0.34 g，产率63%。ESI-MS:

：AA-AMD3465的制备过程与AA-RGD相同，除了将RGD换成AMD3465-NH

的制备

称取3.5 g（2.27 mmol）维生素E聚乙二醇琥珀酸酯和1.53g（6.81 mmol）2-溴异丁酰溴溶于30 mL三氯甲烷中，用氩气保护，在冰水浴中滴加1.38 g（13.62 mmol）三乙胺并搅拌1 h，然后再室温搅拌过夜。反应液真空浓缩，加入10 mL 5%HCl水溶液，萃取三次，有机相用无水硫酸钠干燥过夜，过滤蒸干，分别在氯仿和水中透析24 h，冷冻干燥得产品2.1 g，产率75.6%。

在洁净干燥的玻璃管中，加入17.25 mg（0.12 mmol）溴化亚铜、20.76 mg（0.12mmol）N,N,N',N,'N''-五甲基二亚乙基三胺和1 mL丙酮，混合液超声5 min，然后再加入0.2g（0.12mmol）TPGS-Br、0.44 g（0.66 mmol）AA-RGD和0.33 g（0.66 mmol）AA-AMD3465，通过五次冷冻-解冻操作对玻璃管进行除氧，玻璃管密封并在75 ℃加热6 h，反应结束后，冷却，在水和冷甲醇（v/v=1/1）中沉淀，冷冻干燥即得产品TPGS-

称取2 mgFe-SA@DOX加入到 3 mL去离子水中，在超声波细胞粉碎仪中强力超声分散20 min，超声功率：35%，超声5s，间隔10s，所得分散液标记为溶液C。称取0.5 mgTPGS-

的制备

Fe-SA@TPGS的制备过程与Fe-SA@DOX@TPGS-

与H

单线态氧产生实验使用9,10-二甲基蒽（DMA）作为单线态氧捕捉的探针，具体步骤为：在180 μL不同浓度（0μg/L、10μg/L、50μg/L、100μg/L、300μg/L、500μg/L）的Fe-SA中加入10 μL DMA溶液和10 μL H

另外，用亚甲基蓝（MB）检测Fe-SA与H

取0.8 mL Fe-SA@DOX@TPGS-

采用MTT试验测定细胞毒性，具体使用4T1细胞株（小鼠乳腺癌细胞株），以确定Fe-SA@DOX@TPGS-

使用2′,7′-二氢二氯荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)为荧光探针检测Fe-SA@DOX@TPGS-

为了进一步验证Fe-SA@DOX@TPGS-

首先建立4T1细胞皮下肿瘤模型，建模具体步骤为：收集培养至对数期的4T1细胞，用不含血清的1640培养基配成2×10

以步骤13建立的荷4T1肿瘤小鼠（即小鼠乳腺癌细胞4T1皮下肿瘤模型）作为实验对象，对

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。