一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊及其制備方法和應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊，該微膠囊直徑為1-10μm，微膠囊的殼層厚100-1000nm。本發明中首次將海藻酸鈉微膠囊應用于腫瘤微波熱療【技術領域】，且取得了良好的治療效果，大大提高了診斷治療效率，具有很好的臨床應用價值。
【專利說明】一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及微膠囊技術及其生物應用領域。更具體地，涉及一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊及其制備和應用。
【背景技術】
[0002]目前，癌癥已經成為導致人類死亡的主要疾病之一(Nanoscale, 2012，4，330-342,Nanoscale, 2013, 5，12409-12424)。根據世界衛生組織《2014年世界癌癥報告》顯示，2012年全球癌癥患者和死亡病例都在令人不安地增加，全球癌癥新增病例達到1400多萬例，逐年遞增至2025年的1900萬人，到2035年將達到2400萬人。報告還顯示，非洲、亞洲和中南美洲的發展中國家癌癥發病形勢最為嚴峻。2012年全世界共新增1400萬癌癥病例并有820萬人死亡。其中，中國新增307萬癌癥患者并造成約220萬人死亡，分別占全球總量的21.9%和 26.8%o
[0003]由此可見，癌癥已嚴重威脅人類的生命與健康，給社會、家庭和個人帶來巨大的負擔和痛苦。以往的癌癥治療手段主要通過化療、放療、手術等進行，未免會給病人帶來一定痛苦以及副作用，因此，發展一種溫熱治療癌癥的平臺已經迫在眉睫(Nature reviews.Drug discovery, 2010，615-27)。近年來，隨著微納米技術的發展，為癌癥診斷治療帶來新的契機。
[0004]溫熱療法已經成為當前腫瘤的一種行之有效的新興療法。常見的外加熱源包括激光、微波、超聲等。利用微波的熱效應可以進行腫瘤的熱療。在微波進入生物組織時，會產生微波的傳輸和能量的吸收，從而在組織內形成一定的溫升。微波熱療的物理基礎是電介質在電磁場中存在介質損耗，所消耗的熱量以熱的形式散發在介質中，使介質的溫度升高。與其他熱療方式相比，微波熱療的主要優點是相關組織內部加熱溫度更高、消融體積更大，消融時間更快和熱流分布更加均勻，因此它被認為是最有發展前景的治療方法。微波熱療的一般有效殺傷溫度在41~43°C以上。
[0005]專利號為US20110034916A1的美國專利，公開了一種可用于腫瘤微波熱療的磁性納米顆粒的制備方法及應用。制備上述磁性納米顆粒的步驟包括:I)將乙酰丙酮鐵分散于二苯醚、十六燒、油酸及油胺中，通入氮氣，加熱至260°C,回流30min ；2)冷卻至室溫,分離收集黑色磁性納米顆粒。專利可以可控得到I~500nm尺寸的磁性納米顆粒。專利得到的磁性納米顆粒用于腫瘤微波熱療，且取得良好的治療效果。專利號為US005330518A與專利號為US00586102IA的美國專利，也公開了微波熱療技術在腫瘤治療中的應用，且取得了良好的治療效果。
[0006]雖然微波熱療技術具有無創或微創、安全性較好的特點，但目前其巨大潛能尚未得到充分開發與應用，主要原因是與微波熱療相關的研究欠深入，比如用于微波增敏的材料選擇難以抉擇。以往用于生物體內熱療的磁性納米顆粒等材料自身生物相容性較差，對生物體有一定的毒性。
[0007]所以，需要研制出生物相容性好，無毒的用于微波熱療技術的微膠囊。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的第一個技術問題是提供一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊，該膠囊具有良好的生物相容性，無毒副作用，可以直接用于動物體內，將其應用于腫瘤微波熱療方面，具有很好的臨床應用價值。
[0009]本發明要解決的第二個技術問題是提供用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的制備方法，本方法制備的微膠囊形貌良好，粒徑分布窄，殼層厚度、粒徑可控。
[0010]本發明要解決的第三個技術問題是提供微膠囊在腫瘤微波熱療中的應用。
[0011]為解決上述第一個技術問題，本發明采用下述技術方案:
[0012]一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊，所述微膠囊直徑為1-10 μ m，所述微膠囊的殼層厚100-1000nm。
[0013]優選地，所述微膠囊直徑為2-3 μ m,所述微膠囊的殼層厚200_300nm。
[0014]優選地，所述微膠囊的芯材為無機鹽，所述微膠囊的殼層材料為海藻酸鈉。
[0015]優選地，所述無機鹽選自氯化鈉、氯化鉀、氯化銨和碳酸氫銨中的一種或幾種。
[0016]為解決上述第二個技術問題，本發明采用下述技術方案:
[0017]用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的制備方法，包括如下步驟:
[0018]I)將海藻酸鈉溶于水得到海藻酸鈉溶液，向海藻酸鈉溶液中加入芯材溶液，將混合溶液攪拌均勻；
[0019]2)將步驟I)得到的混合溶液乳化、固化，形成微膠囊壁；
[0020]向步驟I)得到的海藻酸鈉與芯材混合溶液中依次加入油相與乳化劑，磁力攪拌30分鐘，得到均相乳白色油包水型(W/0)乳液；向1/0乳液中加入氯化鈣作為固化劑，磁力攪拌30分鐘，形成微膠囊壁；
[0021]3)將步驟2)含有成型微膠囊壁的乳液破乳化、分離，得到海藻酸鈉微膠囊。
[0022]4)步驟3)得到的海藻酸鈉微膠囊的直徑為1-10 μ m,殼層厚為10-1OOOnm ;優選地，步驟3)得到的海藻酸鈉微膠囊的直徑為2-3 μ m,殼層厚為200-300nm。
[0023]優選地，步驟I)所述海藻酸鈉溶液濃度為l-10wt% ;所述芯材選自氯化鈉、氯化鉀、氯化銨和碳酸氫銨中的一種或幾種；所述芯材與海藻酸鈉的質量比為1:10-1:1。
[0024]優選地，步驟2)所述乳化的水相與油相的體積比為1:10-1:1 ;所述乳化的乳化劑的體積分數為0.05-0.5% ;所述乳化得到均相乳白色W/0乳液，優選地，所述油相選自液體石蠟或大豆色拉油。
[0025]優選地，步驟2)所述固化劑為氯化鈣；步驟3)所述破乳化的破乳劑選自異丙醇和/或正丁醇。
[0026]本發明所用乳化劑選自Span80或Tween20。
[0027]本發明所要解決的第三個技術問題是提供海藻酸鈉微膠囊在腫瘤微波熱療技術中的應用，將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，局部注射于腫瘤位置，微波照射患處，腫瘤位置溫度可以迅速達到43°C以上，該溫度足以殺死腫瘤細胞。
[0028]海藻酸鈉是一種天然多糖，是從褐藻或細菌中提取出的天然多糖，類似于細胞外基質中的糖胺聚糖，無亞急性/慢性毒性或致癌性反應，可作為食用的食品添加劑，也可作為支架材料用于醫學用途，具備良好的生物相容性，具有藥物制劑輔料所需的穩定性、溶解性、粘性和安全性。
[0029]氯化鈉是一種安全、無毒的生命組成物質，氯化鈉對于地球上的生命非常重要。血液中的鈉離子濃度直接關系到體液的安全水平的調節。由信號轉換導致的神經沖動的傳導也是由鈉離子調節的。含氯化鈉0.9%的水溶液稱為生理鹽水，因為它與血漿有相同的滲透壓。生理鹽水是主要的體液替代物，廣泛用于治療及預防脫水，也用于靜脈注射治療及預防血量減少性休克。同時氯化鉀等無機鹽也是生物體正常生存所必須的，也具有較理想的生物相容性。
[0030]采用海藻酸鈉作為殼層，水核氯化鈉、氯化鉀等溶液作為芯材，制備得到一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊，所述海藻酸鈉微膠囊較好地保留了芯材溶液中無機鹽離子的微波吸收性能，由于無機鹽離子在微波輻射下會發生離子極化作用，微波方向的頻繁變化會導致離子極化方向頻繁隨之改變，離子間互相碰撞、摩擦生熱，將微波能量直接轉化為熱能，進而以溫度升高的形式表現出來；將不同無機鹽離子作為芯材包覆在海藻酸鈉微膠囊內部之后，由于殼層的束縛作用，在微波輻射下離子之間的碰撞會更加劇烈，限域作用使得微膠囊在微波輻射下可以將更多的微波能量轉化為熱量，升溫效果會更明顯。將無毒的海藻酸鈉微膠囊應用于腫瘤微波熱療方面，具有很好的臨床應用價值。
[0031]本發明的有益效果如下:
[0032]1、本發明與現有技術的顯著不同的是，本發明中首次將海藻酸鈉微膠囊應用于腫瘤微波熱療【技術領域】，且取得了良好的治療效果，大大提高了診斷治療效率，具有很好的臨床應用價值。
[0033]2、本發明所述的海藻酸鈉微膠囊芯材為氯化鈉、氯化鉀、氯化銨及碳酸氫銨中的一種或幾種的混合物，殼層為海藻酸鈉，自身均具有良好的生物相容性，對生物體無毒副作用。
[0034]3、本發明所述的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的制備方法簡單，不需要特殊設備，反應原料易得，成本比較低，該方法制備的海藻酸鈉微膠囊尺寸均一，殼層較厚，而且比較致密，可以有效抑制芯材的釋放與擴散。由于芯材無機鹽離子在微波輻射下會發生離子極化作用，微波方向的頻繁變化會導致離子極化方向頻繁隨之改變，離子間互相碰撞、摩擦生熱，將微波能量直接轉化為熱能，進而以溫度升高的形式表現出來；將不同無機鹽離子作為芯材包覆在海藻酸鈉微膠囊內部之后，由于殼層的束縛作用，在微波輻射下離子之間的碰撞會更加劇烈，限域作用使得微膠囊在微波輻射下可以將更多的微波能量轉化為熱量，升溫效果會更明顯。圖7示出了海藻酸鈉微膠囊在微波升溫中的優勢機理圖。同時，由于微膠囊自身具有良好的生物相容性，可以直接用于動物體內實驗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0036]圖1示出用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的制備方法示意圖；
[0037]圖2示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的光學顯微鏡照片；
[0038] 圖3示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的粒徑分布圖片；
[0039]圖4示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的掃描電子顯微鏡照片；
[0040]圖5示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊表面的掃描電子顯微鏡照片；
[0041]圖6示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊殼層截面的掃描電子顯微鏡照片；
[0042]圖7示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊在微波升溫中的優勢機理圖；
[0043]圖8示出本發明實施例1所得到的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的微波升溫效果。
【具體實施方式】
[0044]為了更清楚地說明本發明，下面結合優選實施例和附圖對本發明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發明的保護范圍。
[0045]實施例1
[0046](I)配制芯材溶液:
[0047]將海藻酸鈉攪拌溶解于去離子水得到Iwt%海藻酸鈉溶液，向海藻酸鈉溶液中加入氯化鈉作為芯材，氯化鈉與海藻酸鈉的質量比為1:10，攪拌分散均勻；
[0048](2)乳化步驟，形成W/0乳液:
[0049]取步驟(1)得到的海藻酸鈉與氯化鈉混合溶液至錐形瓶中，依次加入液體石蠟與乳化劑，水相與油相體積比為1:10，所用乳化劑為Span80，乳化劑的體積分數為0.05%，磁力攪拌30分鐘，得到均相乳白色W/0乳液；
[0050](3)微膠囊壁固化步驟:
[0051]向步驟⑵得到的W/0乳液中加入氯化鈣作為固化劑，磁力攪拌30分鐘，形成穩定的微膠囊壁；
[0052](4)破乳化、微膠囊分離步驟:
[0053]向步驟(3)得到的微膠囊乳液中加入異丙醇進行破乳，停止攪拌反應，倒掉上層液體石蠟層，微膠囊分散在下層水相中，對水相進行離心分離，去離子水洗滌3~5次，得到海藻酸鈉微膠囊，從圖2，3和6可知，本實施例制備的海藻酸鈉微膠囊的粒徑大小為
2-5 μ m，殼層厚度為230nm，圖4是本實施例制備的海藻酸鈉微膠囊的掃描電子顯微鏡照片，圖5是本實施例制備的海藻酸鈉微膠囊表面的掃描電子顯微鏡照片。
[0054]將本實施例制備得到的海藻酸鈉微膠囊用于腫瘤微波熱療技術，其體外及體內微波升溫實驗與腫瘤熱療效果如下:
[0055]將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，置于體外微波升溫設備中，微波照射處理，升溫結果如圖8所示，效果良好。動物體內升溫實驗如下:將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，局部注射于接種H22腫瘤的ICR小鼠腫瘤位置，微波照射處理，腫瘤位置溫度可以迅速達到43°C以上，該溫度足以殺死腫瘤細胞；半個月左右腫瘤位置完全康復，皮膚完全恢復正常。
[0056]實施例2
[0057](I)配制芯材溶液:
[0058]將海藻酸鈉攪拌溶解于去離子水得到10wt%海藻酸鈉溶液，向海藻酸鈉溶液中加入氯化鉀作為芯材，氯化鉀與海藻酸鈉的質量比為1:5，攪拌分散均勻；
[0059](2)乳化步驟，形成W/0乳液:
[0060]取步驟(1)得到的海藻酸鈉與氯化鉀混合溶液至錐形瓶中，依次加入液體石蠟與乳化劑，水相與油相的體積比為1:5，所用乳化劑為Span80，乳化劑的體積分數為0.5%，磁力攪拌30分鐘，得到均相乳白色W/0乳液；
[0061](3)微膠囊壁固化步驟:
[0062]向步驟⑵得到的W/0乳液中加入氯化鈣作為固化劑，磁力攪拌30分鐘，形成穩定的微膠囊壁；
[0063](4)破乳化、微膠囊分離步驟:
[0064]向步驟(3)得到的微膠囊乳液中加入異丙醇進行破乳，停止攪拌反應，倒掉上層液體石蠟層，微膠囊分散在下層水相中，對水相進行離心分離，去離子水洗滌3~5次，得到海藻酸鈉微膠囊，待用。
[0065]將本實施例制備得到的海藻酸鈉微膠囊用于腫瘤微波熱療技術，其體外及體內微波升溫實驗與腫瘤熱療效果如下:
[0066]將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，置于體外微波升溫設備中，微波照射處理，升溫效果良好。動物體內升溫實驗如下:將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，局部注射于接種H22腫瘤的ICR小鼠腫瘤位置，微波照射處理，腫瘤位置溫度可以迅速達到43°C以上，該溫度足以殺死腫瘤細胞；半個月左右腫瘤位置完全康復，皮膚完全恢復正常。
[0067]實施例3
[0068](I)配制芯材溶液:
[0069]將海藻酸鈉攪拌溶解于去離子水得到5wt%海藻酸鈉溶液，向海藻酸鈉溶液中加入氯化銨作為芯材，氯化銨與海藻酸鈉的質量比為1:10，攪拌分散均勻；
[0070](2)乳化步驟，形成W/0乳液:
[0071]取步驟(1)得到的海藻酸鈉與氯化銨混合溶液至錐形瓶中，依次加入液體石蠟與乳化劑，水相與油相的體積比為1:1，所用乳化劑為Span80，乳化劑的體積分數為0.1%，磁力攪拌30分鐘，得到均相乳白色W/0乳液；
[0072](3)微膠囊壁固化步驟:
[0073]向步驟(2)得到的W/0乳液中加入氯化鈣作為固化劑，磁力攪拌30分鐘，形成穩定的微膠囊壁；
[0074](4)破乳化、微膠囊分離步驟:
[0075]向步驟(3)得到的微膠囊乳液中加入異丙醇進行破乳，停止攪拌反應，倒掉上層液體石蠟層，微膠囊分散在下層水相中，對水相進行離心分離，去離子水洗滌3~5次，得到海藻酸鈉微膠囊，待用。
[0076]將本實施例制備得到的海藻酸鈉微膠囊用于腫瘤微波熱療技術，其體外及體內微波升溫實驗與腫瘤熱療效果如下:
[0077]將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，置于體外微波升溫設備中，微波照射處理，升溫效果良好。動物體內升溫實驗如下:將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，局部注射于接種H22腫瘤的ICR小鼠腫瘤位置，微波照射處理，腫瘤位置溫度可以迅速達到43°C以上，該溫度足以殺死腫瘤細胞；半個月左右腫瘤位置完全康復，皮膚完全恢復正常。
[0078]實施例4
[0079](I)配制芯材溶液:
[0080]將海藻酸鈉攪拌溶解于去離子水得到5wt%海藻酸鈉溶液，向海藻酸鈉溶液中加入碳酸氫銨作為芯材，碳酸氫銨與海藻酸鈉的質量比為1:5，攪拌分散均勻；
[0081](2)乳化步驟，形成W/0乳液:
[0082]取步驟(1)得到的海藻酸鈉與碳酸氫銨混合溶液至錐形瓶中，依次加入液體石蠟與乳化劑，水相與油相的體積比為1:5，所用乳化劑為Span80，乳化劑的體積分數為0.2%,磁力攪拌30分鐘，得到均相乳白色W/0乳液；
[0083](3)微膠囊壁固化步驟:
[0084]向步驟⑵得到的W/0乳液中加入氯化鈣作為固化劑，磁力攪拌30分鐘，形成穩定的微膠囊壁；
[0085](4)破乳化、 微膠囊分離步驟:
[0086]向步驟(3)得到的微膠囊乳液中加入異丙醇進行破乳，停止攪拌反應，倒掉上層液體石蠟層，微膠囊分散在下層水相中，對水相進行離心分離，去離子水洗滌3~5次，得到海藻酸鈉微膠囊，待用。
[0087]將本實施例制備得到的海藻酸鈉微膠囊用于腫瘤微波熱療技術，其體外及體內微波升溫實驗與腫瘤熱療效果如下:
[0088]將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，置于體外微波升溫設備中，微波照射處理，升溫效果良好。動物體內升溫實驗如下:將海藻酸鈉微膠囊分散于生理鹽水中，局部注射于接種H22腫瘤的ICR小鼠腫瘤位置，微波照射處理，腫瘤位置溫度可以迅速達到43°C以上，該溫度足以殺死腫瘤細胞；半個月左右腫瘤位置完全康復，皮膚完全恢復正常。
[0089]實施例5~8
[0090]同實施例1~4，其不同之處僅在于，步驟(2)加入的油相液體石蠟用大豆色拉油代替，結果相似。
[0091]實施例9~16
[0092]同實施例1~8，其不同之處僅在于，步驟(2)加入的乳化劑Span80用Tween20代替，結果相似。
[0093]實施例17~32，
[0094]同實施例1~16，其不同之處僅在于，步驟(4)加入的破乳劑異丙醇用正丁醇代替，結果相似。
[0095]顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之列。
【權利要求】
1.一種用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊，其特征在于:所述微膠囊直徑為1-10 μ m,所述微膠囊的殼層厚為100-1000nm。
2.根據權利要求1所述的微膠囊，其特征在于:所述微膠囊直徑為2-3μ m，所述微膠囊的殼層厚為200-300nm。
3.根據權利要求1或2所述的微膠囊，其特征在于:所述微膠囊的芯材為無機鹽，所述微膠囊的殼層材料為海藻酸鈉。
4.根據權利要求3所述的微膠囊，其特征在于:所述無機鹽選自氯化鈉、氯化鉀、氯化銨和碳酸氫銨中的一種或幾種。
5.如權利要求1-4任一項所述的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)將海藻酸鈉溶于水得到海藻酸鈉溶液，向海藻酸鈉溶液中加入芯材溶液，將混合溶液攪拌均勻； 2)將步驟I)得到的混合溶液乳化、固化，形成微膠囊壁； 3)將步驟2)含有成型微膠囊壁的乳液破乳化、分離，得到海藻酸鈉微膠囊； 4)步驟3)得到的海藻酸鈉微膠囊的直徑為1-10μ m，殼層厚為10-1OOOnm ;優選地，步驟3)得到的海藻 酸鈉微膠囊的直徑為2-3 μ m，殼層厚為200-300nm。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:步驟I)所述海藻酸鈉溶液濃度為1-1Owt% ;所述芯材選自氯化鈉、氯化鉀、氯化銨和碳酸氫銨中的一種或幾種；所述芯材與海藻酸鈉的質量比為1:10-1:1。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:步驟2)所述乳化的水相與油相的體積比為1:10-1:1 ;所述乳化所用乳化劑的體積分數為0.05-0.5% ;所述乳化得到均相乳白色油包水型乳液。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:所述油相選自液體石蠟或大豆色拉油。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:步驟2)所述固化劑為氯化鈣；步驟3)所述破乳化的破乳劑選自異丙醇和/或正丁醇。
10.如權利要求1-4任一項所述的用于腫瘤微波熱療技術的海藻酸鈉微膠囊的應用，其特征在于:將海藻酸鈉微膠囊分散在生理鹽水中，微波照射。
【文檔編號】A61K9/50GK104069494SQ201410336454
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】孟憲偉, 史海堂, 付長慧, 任湘菱, 任俊 申請人:中國科學院理化技術研究所