具有超聲造影和光熱治療性能的制劑、其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及生物醫用材料領域，具體涉及一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑、其制備方法及應用。首先以模板法制備空心SiO2球，然后采用表面引晶、化學還原的方法在其表面包覆金納米殼，最后通過真空冷凍干燥去除水分，充填氣體，得到一種超聲影像指引的光熱診療一體化制劑。含有氣體的空心SiO2球對臨床診斷用超聲具有良好的響應，外層包覆的金納米殼能夠將吸收的近紅外激光的光能轉化為熱能，用于殺死惡性腫瘤細胞。該發明將超聲診斷和光熱治療制劑合二為一，通過超聲造影檢查鎖定病變部位，然后施以激光輻照，進行超聲影像指導下的光熱治療，減少了病人痛苦的同時并提高了治療效率。
【專利說明】具有超聲造影和光熱治療性能的制劑、其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫用制劑領域，具體涉及一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑、其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002]腫瘤診斷是腫瘤治療的前提，選擇合適的診斷制劑，將腫瘤可視化，精確定位腫瘤及其擴散范圍，對于腫瘤治療具有重要意義。目前臨床上常用的醫學影像診斷手段中，超聲診斷以其突出的許多優點，如直觀、無輻射、價格便宜、可實時顯像以及適用于床旁等，在腫瘤的診斷中具有舉足輕重的地位。
[0003]超聲造影劑是一類能夠顯著增強超聲散射信號的診斷試劑，通常是直徑為幾百納米至幾十微米的包膜微氣泡，大多數情況下微泡的成膜材料包括白蛋白、表面活性劑、脂質和高分子材料等，它們用來形成保護層阻止微泡內的氣體向外部彌散，同時防止微泡間的融合。泡內氣體通常是空氣、氮氣、二氧化碳、氟碳氣體、氟硫氣體等。超聲造影劑的出現，彌補了常規超聲診斷的缺陷與不足，區別正常組織與病變組織不同的血流灌注，顯著增加兩者之間的影像對比度，從而為疾病的診斷和治療提供更多的依據。超聲造影劑除了作為診斷藥劑外，也在不斷地向其他領域發展，比如促進血栓溶解、栓塞治療腫瘤、促進基因轉染和藥物體內運輸定點釋放等方向得到了廣泛的研究并展現出廣闊而誘人的應用前景。
[0004]另一方面，近紅外激光誘導的腫瘤光熱治療引起了人們的廣泛關注，這種治療方法是利用特殊的光熱轉換材料對近紅外光的吸收，并將吸收的光能轉化為熱量，使腫瘤部位溫度升高，從而誘導細胞凋亡或對細胞產生直接致死效應的一種治療方法。由于近紅外光具有良好的組織滲透性，同時富集在腫瘤部位的光敏材料具有的強烈的近紅外吸收，所以，光熱治療能夠對腫瘤組織進行定點清除并且對正常組織具有較低的毒副作用，這使光熱治療有望發展成理想的替代傳統癌癥治療手段的腫瘤治療方法。
[0005]中國專利申請CN102614534A公開了一種基于金納米殼包覆高分子微囊的治療診斷制劑及其制備方法，該發明采用雙乳溶劑揮發法制備高分子微囊，而后在其表面進行金納米殼包覆，得到一種光熱診療一體化制劑。該發明存在如下缺點:(I)雙乳溶劑揮發法制備高分子微囊時會殘留有機溶劑，影響其進一步應用；(2)制備過程繁瑣，所得微囊粒徑分布較寬，與臨床用超聲探頭頻率不能有效吻合。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑及其制備方法；得到的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑同時具有超聲造影成像和光熱治療功能，可用于超聲影像指引的光熱治療。
[0007]為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是:一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑，該制劑為核殼結構，內核為空心S12球，外殼為金納米殼；所述空心S12球的內徑為200?3000nm，S12殼厚度為10?100 nm ;所述金納米殼厚度為I?200 nm。
[0008]上述技術方案中，所述空心S12球內部包裹空氣、氮氣、氧氣、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一種或幾種的組合物。
[0009]本發明還公開了一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)以直徑為200?3000nm的高分子微球為模板，加入去離子水和異丙醇的混合溶劑得到混合液，再加入氨水調節pH值至8?11,然后加入正娃酸乙酯,水解30?60 min,再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，反應3?6 h，取沉淀得到表面氨基化的核殼結構微球；去除模板，得到表面氨基化的空心S12球；
(2)通過靜電吸附的方式，在步驟(I)得到的表面氨基化的空心S12球表面修飾金納米粒子；以金納米粒子為晶種，通過還原劑還原氯金酸得到金納米殼包覆的空心S12球；
(3)將步驟(2)得到的金納米殼包覆的空心S12球分散于去離子水中，液氮驟冷，真空冷凍干燥，最后充入氣體，即得到具有超聲造影和光熱治療性能的制劑。
[0010]上述技術方案中，步驟(I)中，所述高分子微球為聚苯乙烯微球、三聚氰胺甲醛微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚丙烯酸微球、聚乙交酯微球、聚丙交酯微球、聚乙交酯丙交酯共聚物微球或聚己內酯微球；所述去離子水和異丙醇的體積比為1:1?10;所述混合液中，高分子微球的質量濃度為0.01%?0.1%。
[0011 ] 上述技術方案中，步驟(I)中，去除模板的具體步驟為將得到的表面氨基化的核殼結構微球分散于有機溶劑中，在40?120°C萃取6?12 h，去除模板；所述有機溶劑為四氫呋喃、正己烷、環己烷、石油醚、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氯化碳、甲苯、二乙醚、乙腈、二甲基亞砜、苯胺或者吡啶。
[0012]上述技術方案中，步驟(2)中，金納米粒子表面帶有負電荷，直徑為0.1?20 nm。使得金納米粒子表面帶有負電荷屬于現有技術，比如可以用檸檬酸修飾金納米粒子。
[0013]上述技術方案中，步驟(2)中，還原劑為甲醛、鹽酸羥胺、硼氫化鈉、甲醇、肼、次磷酸鈉、四羥甲基氯磷中的一種或幾種的組合物。
[0014]上述技術方案中，步驟(3)中，充入的氣體為空氣、氮氣、氧氣、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一種或幾種的組合物。
[0015]上述技術方案中，步驟(3)中，將分散有金納米殼包覆的空心S12球的去離子水溶液置入試劑瓶中，液氮驟冷后，置入冷凍干燥機中進行真空冷凍干燥，最后向冷凍干燥機中充入氣體，對試劑瓶壓蓋密封，即得到具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備。冷凍干燥機為現有技術，自帶壓蓋系統、抽真空系統、進氣系統。
[0016]本發明公開的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑內部為包裹氣體的空心結構，對超聲波具有良好的響應，可用于臨床超聲造影成像；包覆于空心S12表面的金納米殼經近紅外激光照射，可將近紅外激光光能轉化為熱能，高效低度殺死腫瘤細胞；因此可以把超聲成像與光熱治療兩個過程合二為一，在超聲成像確定病灶后施以激光輻照，節省成本，增加效率；所以本發明還公開了上述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑在超聲造影和光熱治療中的應用。
[0017]由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:
1.本發明首次以無機S12為空心結構支撐材料，表面包裹金納米殼，成功得到了具有超聲造影和光熱治療性能的制劑；制備過程簡單、快速；所的產品穩定，差別小。
[0018]2.本發明公開的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑為中空結構，同時具有超聲造影成像和光熱治療功能，可用于超聲影像指引的光熱治療。
[0019]3.本發明利用S12為空心結構支撐材料，屬于無機材料，結構穩定，力學性能較優，比糖類、脂質體、蛋白質或者高分子聚合物材料構成的空心結構具有更好的生物相容性和機械穩定性，而且S12尺寸均一，且可根據臨床超聲頻率進行定制；表面包覆的金納米殼具有較高的反應活性，可實現與靶向分子的偶聯。
[0020]4.本發明公開的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑選擇金納米殼作為光熱轉換材料具有很大的優勢:成本低廉、毒性低，獨特的表面等離子體增強效應使光熱轉換效率明顯提聞。
[0021]5.本發明公開的方法適用范圍廣，原料易得，無污染，制備條件溫和；并且所得產品同時具有超聲造影成像和光熱治療的功能，應用前景廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1制備的空心S12球和金納米殼包覆的空心S12球的掃描電鏡照片。
[0023]圖2為實施例1制備的金納米殼包覆的空心S12球懸液的紫外一可見吸收光譜。
[0024]圖3為實施例2制備的金納米殼包覆的空心S12球懸液在近紅外激光輻照下溫度升高曲線。
[0025]圖4為實施例2制得的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑體內超聲造影成像圖。
[0026]圖5為實施例2制得的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑體內經激光輻照紅外熱成像圖片。
[0027]圖6為實施例2制得的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑對人肝癌細胞的殺傷效果圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合實施例、附圖對本發明作進一步描述:
實施例1:一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)移取0.25 mL聚苯乙烯微球水混懸液(590 nm，5wt%)分散至7 mL去離子水和30mL異丙醇組成的混合溶劑中，水浴超聲5 min,加入氨水調節pH值至10.8,加入0.2 mL正硅酸乙酯，攪拌水解30 min，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷0.02 mL繼續反應3 h，去離子水和乙醇交替離心洗滌三次即得到表面氨基化的核殼結構微球；
(2)將步驟(I)制得的核殼結構微球轉移至80°C的四氫呋喃熱溶劑中，攪拌8h，去離子水離心洗滌三次得到表面氨基化的空心S12球；
(3)將檸檬酸根修飾的金納米粒子加入到步驟(2)得到的表面氨基化的空心S12球中，渦旋分散，磁力攪拌10 min，去離子水離心洗滌3次，得到表面吸附有金納米粒子的空心S12球；
(4)向步驟(3)得到的表面吸附有金納米粒子的空心S12球中加入36mL HAuCl4(0.01wt%)溶液,潤旋分散,磁力攪拌,逐滴加入40 mmol/L鹽酸輕胺1.5 mL,繼續磁力攪拌30 min，然后去離子離心洗滌3次，即得金納米殼包覆的空心S12球；
(5)將步驟(4)得到的金納米殼包覆的空心S12球分散于去離子水中，液氮驟冷，真空冷凍干燥48h，充入全氟丙烷氣體，壓蓋密封，即得到一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑。
[0029]圖1為上述表面氨基化的空心S12球和金納米殼包覆的空心S12球的掃描電鏡照片。圖1a是空心S12球的掃描電鏡照片，從部分破裂的S12球可以推斷本發明得到的S12為空心結構；圖1b是金納米殼包覆的空心S12球的掃描電鏡照片，從圖中可以看出樣品呈均一規則球形，表面較未包覆金納米殼的S12球更為粗糙，說明在S12表面形成了金納米殼。
[0030]圖2為上述金納米殼包覆的空心S12球懸液的紫外一可見吸收光譜。在70(T900nm這一近紅外區域出現了寬峰，說明在空心S12球表面形成了金納米殼，可用于近紅外激光介導的光熱治療。
[0031]實施例2:—種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，包括以下步驟:
(1)移取0.5 mL聚苯乙烯微球混懸液(1200 nm, 2.5wt%)分散至7 mL去離子水和30mL異丙醇組成的混合溶劑中，水浴超聲5 min,加入氨水調節pH值至11.0,加入0.4 mL正硅酸乙酯，攪拌水解30 min，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷0.1 mL繼續反應3 h，去離子水和乙醇交替離心洗滌三次即得到表面氨基化的核殼結構微球；
(2)將步驟(I)制得的核殼結構微球轉移至80°C的四氫呋喃熱溶劑中，攪拌8h，去離子水離心洗滌三次得到表面氨基化的空心S12球；
(3)將檸檬酸根修飾的金納米粒子加入到步驟(2)得到的表面氨基化的空心S12球中，渦旋分散，磁力攪拌10 min，去離子水離心洗滌3次，得到表面吸附有金納米粒子的空心S12球；
(4)金納米殼包覆的空心S12球的制備。稱取25mg碳酸鉀，溶解于100 mL去離子水中，攪拌10 min之后，向其中加入1.5 mL 1%的氯金酸溶液，所得混合溶液避光放置一天后使用。將步驟(3)制得的表面吸附有金納米粒子的空心S12球分散至100 mL上述溶液中，磁力攪拌，快速加入200 μ L的37%的甲醛水溶液，溶液先由淡粉紅色變成藍紫色，最后變成穩定的墨綠色，去離子水離心洗滌3次，即得到金納米殼包覆的空心S12球；
(5)將步驟(4)得到的金納米殼包覆的空心S12球分散于去離子水中，液氮驟冷，真空冷凍干燥48h，充入全氟丙烷氣體，壓蓋密封，即得到一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑。
[0032]圖3為上述金納米殼包覆的空心S12球懸液在近紅外激光輻照下溫度升高曲線。將制備的金納米殼包覆的空心S12球分散至生理鹽水中配制成0.125 mg/mL和I mg/mL的濃度，以空白生理鹽水作為對照，施以近紅外激光輻照(808 nm，2W)，用溫度傳感器測量懸液溫度變化情況。從圖中看出，含有金納米殼包覆的空心S12球的懸液經過近紅外激光輻照后(5 min),溫度分別提高了 20°C (0.125 mg/mL)和40 °C (I mg/mL),而生理鹽水在同樣條件下沒有明顯的升溫效果。
[0033]圖4為上述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑體內超聲造影成像圖。以新西蘭大白兔為實驗對象，于兔左耳經耳緣靜脈建立外周靜脈通道，在導管的末端連接三通管，其中一個通道用于注射本發明制備的診療一體化制劑，一個通道尾隨生理鹽水。新西蘭大白兔用3%的戊巴比妥鈉靜脈注射麻醉(30 mg/kg 1.p.)，并輔以0.2%肝素鈉抗凝血。待兔完全麻醉后，以背臥的姿勢固定在兔床上，右腹部毛發用脫毛膏小心脫除，對兔腎臟進行未注射造影劑的超聲檢查，記錄基礎狀態下的圖像。將本發明制備的診療一體化制劑(0.5 mg/mL, 100 μ L)經兔耳緣靜脈團注，即刻尾隨2.0 mL生理鹽水沖洗管道，在脈沖反向諧波模式下實時動態觀察并記錄兔腎臟回聲強度增強情況。從圖中可以看出，未注射診療一體化制劑時(圖4a)，在視野中幾乎看不到任何回聲信號；注射診療一體化制劑數秒鐘內(圖4b)，腎臟得到充分的灌注，腎臟邊界顯影清晰，從皮質到髓質的充盈過程也清晰可見。
[0034]圖5為上述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑體內經激光輻照紅外熱成像圖片。將生理鹽水及0.25 mg/mL本發明制備的診療一體化制劑注射到裸鼠皮下，施以近紅外激光輻照(808 nm，2W)，用紅外熱像儀監測照射區域溫度變化情況。從圖中可以看出，注射有生理鹽水的部位，經激光輻照后溫度未見明顯升高；而注射本發明制備的診療一體化制劑的部位，經2 mn的激光輻照，溫度從26.8°C升高至54.8°C，溫度升幅顯著。
[0035]圖6為上述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑對人肝癌細胞(HEPG2)的殺傷效果圖。體外培養HEPG2細胞，將本發明制備的診療一體化制劑用培養基分散，配制成濃度為
0.25 mg/mL的懸液，向孔板中加入2 mL懸液，與細胞共同孵育3 h后，使用近紅外激光器(808 nm，2W)在孔板底部從下往上進行2 min照射，照射完畢再孵育I h，進行染色處理，使用熒光顯微鏡拍照并記錄。從圖中可以看出，近紅外激光輻照位置HEPG2細胞幾乎完全死亡，沒有輻照到的位置細胞存活良好，證明金納米殼包覆的空心S12球只有在近紅外激光輻照的介導下才具有光熱殺死HEPG2細胞的功能。
【權利要求】
1.一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑，其特征在于:該制劑為核殼結構，內核為空心S12球，外殼為金納米殼；所述空心S12球的內徑為200?3000nm，S12殼厚度為10?100 nm ;所述金納米殼厚度為I?200 nm。
2.根據權利要求1所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑，其特征在于:所述空心S12球內部包裹空氣、氮氣、氧氣、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一種或幾種的組合物。
3.一種具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)以直徑為200?3000nm的高分子微球為模板，加入去離子水和異丙醇的混合溶劑得到混合液，再加入氨水調節pH值至8?11,然后加入正娃酸乙酯,水解30?60 min,再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，反應3?6 h，取沉淀得到表面氨基化的核殼結構微球；去除模板，得到表面氨基化的空心S12球； (2)通過靜電吸附的方式，在步驟(I)得到的表面氨基化的空心S12球表面修飾金納米粒子；以金納米粒子為晶種，通過還原劑還原氯金酸得到金納米殼包覆的空心S12球； (3)將步驟(2)得到的金納米殼包覆的空心S12球分散于去離子水中，液氮驟冷，真空冷凍干燥，最后充入氣體，即得到具有超聲造影和光熱治療性能的制劑。
4.根據權利要求3所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述高分子微球為聚苯乙烯微球、三聚氰胺甲醛微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚丙烯酸微球、聚乙交酯微球、聚丙交酯微球、聚乙交酯丙交酯共聚物微球或聚己內酯微球；所述去離子水和異丙醇的體積比為1:1?10;所述混合液中，高分子微球的質量濃度為0.01%?0.1%。
5.根據權利要求3所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，去除模板的具體步驟為將得到的表面氨基化的核殼結構微球分散于有機溶劑中，在40?120°C萃取6?12 h，去除模板；所述有機溶劑為四氫呋喃、正己烷、環己烷、石油醚、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氯化碳、甲苯、二乙醚、乙腈、二甲基亞砜、苯胺或者吡啶。
6.根據權利要求3所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述金納米粒子直徑為0.1?20 nm ;所述金納米粒子帶負電荷。
7.根據權利要求3所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，還原劑為甲醛、鹽酸羥胺、硼氫化鈉、甲醇、肼、次磷酸鈉、四羥甲基氯磷中的一種或幾種的組合物。
8.根據權利要求3所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，充入的氣體為空氣、氮氣、氧氣、全氟丙烷、全氟丁烷、六氟化硫中的一種或幾種的組合物。
9.根據權利要求3所述具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，將分散有金納米殼包覆的空心S12球的去離子水溶液置入試劑瓶中，液氮驟冷后，置入冷凍干燥機中進行真空冷凍干燥，最后向冷凍干燥機中充入氣體，對試劑瓶壓蓋密封，即得到具有超聲造影和光熱治療性能的制劑的制備。
10.權利要求1或者2所述的具有超聲造影和光熱治療性能的制劑在超聲造影和光熱治療中的應用。
【文檔編號】A61P35/00GK104288792SQ201410600718
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】邢占文, 陳瑤, 劉衛衛 申請人:蘇州大學