一种多功能性阿霉素前体药物、制备方法及其应用

摘要

本发明属于新药制备技术领域，具体涉及一种多功能性阿霉素前体药物，其制备方法及阿霉素前体药物在癌细胞靶向、pH刺激响应、抑制癌细胞活性方面的应用。该药物载体为ZnO纳米粒子与阿霉素的络合物，ZnO作为Zn2+源与阿霉素形成O-Zn-O络合粒子，在阿霉素前体药物中阿霉素的质量担载量4％～20％。本发明降低了对正常细胞的毒性，提高了药物的靶向性，为抗癌药物的探究提供了新的思路。

权利要求

1.一种多功能性阿霉素前体药物，其特征在于：该药物载体为ZnO纳米粒子与阿霉素

2+

的络合物，ZnO作为Zn 源与阿霉素形成O-Zn-O络合粒子，在阿霉素前体药物中阿霉素的质量担载量4％～20％。

2.权利要求1所述的一种多功能性阿霉素前体药物的制备方法，其步骤如下：(1)合成ZnO纳米粒子

将摩尔比为10.0～40.0∶0～2.0的醋酸锌与醋酸镁混合后溶解在45℃～80℃的溶剂1中，得到醋酸锌与醋酸镁溶液，溶剂1与醋酸锌的摩尔比为250～300∶1～3；在另一容器中，将碱溶于相同温度、相同种类的溶剂1中，配成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的碱溶液；将醋酸锌与醋酸镁溶液置于冰浴条件下，再将碱溶液迅速滴加到醋酸锌与醋酸镁溶液中，碱溶液与醋酸锌和醋酸镁溶液的体积比为1∶1～3，然后将混合液搅拌5～10小时，用沉淀剂沉淀后弃去上清液，得到ZnO纳米粒子，其粒径为3～4nm；

所述的溶剂1为无水乙醇或正己烷，所述的碱为NaOH或KOH，所述的沉淀剂为正己烷或丙酮；

(2)合成氨基修饰的ZnO纳米粒子

取步骤(1)得到的ZnO纳米粒子100mg，超声分散于10～50mL溶剂2中，然后将5～

20μL氨基硅烷偶联剂加入上述溶液中，在80～120℃温度下搅拌1～24小时，得到经氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液；然后将经氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液置于离心机中进行分离，弃掉离心液，将离心后得到的沉淀经溶剂3洗涤，然后将其重新分散在10mL水中，得到澄清透明的氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液；

溶剂2为无水N，N′-二甲基甲酰胺DMF、甲苯或二甲基亚砜DMSO；所述的氨基硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或Y-氨丙基三甲氧基硅烷；所述的溶剂3为DMF或无水乙醇；

(3)合成表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子

将0.5～2mg的叶酸溶于0.5～5mL的DMSO或DMF中，然后取与叶酸等质量的的

1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺盐酸盐加入到上述含叶酸的溶液中，搅拌或超声10～60分钟，得到羧基活化的叶酸溶液；再将羧基活化的叶酸溶液加入到第二步中所述的澄清透明的溶液中，室温下继续搅拌3～6小时，使叶酸中活化的羧基与氨基修饰的ZnO纳米粒子通过酰胺键络合作用，得到表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子，加水定容至10mL；

(4)合成功能性阿霉素前体药物

将步骤(3)所得的表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子的溶液与浓度为1mg/mL阿霉素溶液

2+

混合，二者体积比为1～2∶1～3，搅拌2～24小时，ZnO作为Zn 源与阿霉素形成O-Zn-O络合，经离心，25℃～60℃干燥，得到络合了阿霉素的ZnO纳米粒子粉末，即功能性阿霉素前体药物，在阿霉素前体药物中阿霉素担载量为质量分数4％～20％。

3.权利要求1所述的一种多功能性阿霉素前体药物在靶向癌细胞方面的应用。

4.权利要求1所述的一种多功能性阿霉素前体药物在pH刺激响应方面的应用。

5.权利要求1所述的一种多功能性阿霉素前体药物在抑制癌细胞活性方面的应用。

说明书

一种多功能性阿霉素前体药物、制备方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于新药制备技术领域，具体涉及一种多功能性阿霉素前体药物，其制备方法及阿霉素前体药物在癌细胞靶向、pH刺激响应、抑制癌细胞活性方面的应用。

背景技术

[0002] 阿霉素(DOX)是一种光谱型抗肿瘤抗生素，它可以抑制RNA和DNA的合成，对RNA的抑制作用相对最强，对多种肿瘤均有显著作用，属于周期非特异性的药物，对各个生长周期中的肿瘤细胞均具有杀灭作用。临床上广泛应用于乳腺癌、肺癌、卵巢癌、成骨肉瘤、神经母细胞瘤、膀胱瘤、甲状腺瘤、、横纹肌肉瘤、肾母细胞瘤、前列腺癌软组织肉瘤、治疗急性淋巴细胞白血病、睾丸癌、绒毛膜上皮癌、胃癌、肝癌等。但是它与大多数抗肿瘤药物一样，易产生耐药性，并且对癌细胞的选择性差，在与病变细胞作用的同时对非病变细胞的组织也会产生毒副作用，其副作用包括恶心、脱发、白血球减少、局部会出现淤血、易产生对光敏感、排尿变色等一系列的毒副作用，因此在临床应用中遭遇瓶颈。由此提出了肿瘤的靶向性治疗以及对药物的控制释放，尽可能减少药物对正常细胞的损伤。靶向是指将用作治疗的药物选择性地集中在病变组织中，因此对正常组织的伤害可降至最低，控制释放是指药物在特定的环境下进行释放，在未到达该条件时几乎不释放甚至零释放。

[0003] 医药治疗方面现代纳米技术已有着广泛的应用。纳米粒子与药物结合后对肿瘤细胞的靶向定位，经修饰的纳米粒子与靶向细胞(即癌细胞)受体特异性结合对恶性肿瘤细胞过度表达，可大大增加药物的治疗的效果，最大的降低对正常细胞的副作用，但现在的技术多注重于对癌细胞的选择靶向性，而忽视了在患病细胞的病理生理区的释放。半导体量子点作为生物纳米探针有着卓越的品质。近年来，量子点作为探针分子以及用作纳米药物载体已有诸多报道，O.C.Farokhzad等人在Nano Lett.上发表的(2007年，3065-3070页)以CdSe/ZnS核结构的量子点作为阿霉素的载体，但镉量子点明显的细胞毒性限制了该体系在生物医学中的应用。ZnO以其价格低廉、良好的生物相容性等特点成为了理想的生物材料，尽管如此，ZnO纳米粒子的制备一直是具有挑战性的课题。Ying-Song Fu等人在J.Am.Chem.Soc.(2007年，16029-16033页)杂志上报道了表面修饰油酸分子的ZnO纳米粒子有强的蓝光发射，但产物的疏水性限制了其在生物医学领域应用。因此制备具有良好水溶性、生物相容性、能靶向至病灶并释放等特点的纳米药物体系仍面临着巨大挑战。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种利用ZnO纳米粒子与阿霉素通过共价键结合的功能性阿霉素前体药物、其制备方法，及该前体药物在靶向癌细胞方面、pH刺激响应方面和抑制癌细胞活性方面的应用。

[0005] 本发明制备的ZnO纳米粒子尺寸均一，通过对量子点表面进行配体交换反应使ZnO纳米粒子水溶性好、量子产率高、单分散。本发明降低了对正常细胞的毒性，提高了药物的靶向性，为抗癌药物的探究提供了新的思路。

[0006] 目前，大量的研究证明叶酸受体的数量和活性在多数肿瘤细胞中远远超过正常细胞，因此癌细胞叶酸受体受到广泛关注，叶酸化合物可以被用作对肿瘤细胞的靶向分子。本专利将ZnO量子点表面修饰官能团后，嫁接了叶酸分子，使得该ZnO纳米粒子具有了对癌细胞靶向作用。此外正常组织环境中的pH值为中性至弱碱性(约为7.4)，但肿瘤细胞周围环境pH值约为6.0，而肿瘤细胞内部环境，如溶酶体和内涵体中pH值约4.5～6.5，因此该ZnO纳米粒子在此酸度值时可以迅速溶解并释放药物，而在pH7.4时稳定存在，因此利用该载药体可以实现对pH的响应释放。

[0007] 本发明所述的多功能性阿霉素前体药物，其特征在于：为ZnO纳米粒子与阿霉素2+
的络合物，ZnO纳米粒子表面的Zn 与阿霉素药物分子络合形成一种新的前体药物，在阿霉素前体药物中阿霉素的质量担载量4％～20％，同时癌细胞靶向分子嫁接于ZnO表面，进而可以实现药物对癌细胞靶向传输。

[0008] 本发明所述的多功能性阿霉素前体药物，其制备方法如下：

[0009] 第一步：合成ZnO纳米粒子

[0010] 将摩尔比为10.0～40.0∶0～2.0的醋酸锌与醋酸镁混合后溶解在45℃～80℃的溶剂1中，得到醋酸锌与醋酸镁溶液，溶剂1与醋酸锌的摩尔比为250～300∶1～3；在另一容器中，将碱溶于相同温度、相同种类的溶剂1中，配成摩尔浓度为0.1～0.5mol/L的碱溶液；将醋酸锌与醋酸镁溶液置于冰浴条件下，再将碱溶液迅速滴加到醋酸锌与醋酸镁溶液中，碱溶液与醋酸锌和醋酸镁溶液的体积比为1∶1～3，然后将混合液搅拌5～10小时，用沉淀剂沉淀后弃去上清液，得到ZnO纳米粒子，其粒径为3～4nm；

[0011] 所述的溶剂1为无水乙醇或正己烷，所述的碱为NaOH或KOH，所述的沉淀剂为正己烷或丙酮。

[0012] 第二步：合成氨基修饰的ZnO纳米粒子(ZnO-NH2)

[0013] 取第一步得到的ZnO纳米粒子100mg，超声分散于10～50mL溶剂2中，然后将5～20μL氨基硅烷偶联剂加入上述溶液中，在80～120℃温度下搅拌1～24小时，得到经氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液；然后将经氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液置于离心机中进行分离，弃掉离心液，将离心后得到的沉淀经溶剂3洗涤，然后将其重新分散在10mL水中，得到澄清透明的氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液(ZnO-NH2)。

[0014] 第二步中所述的溶剂2为无水N，N′-二甲基甲酰胺(DMF)、甲苯或二甲基亚砜(DMSO)；所述的氨基硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-氨丙基三甲氧基硅烷等含氨基的硅烷偶联剂；所述的溶剂3为DMF或无水乙醇。

[0015] 第三步：合成表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子(ZnO-FA)

[0016] 将0.5～2mg的叶酸溶于0.5～5mL的DMSO或DMF中，然后取与叶酸等质量的的1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺盐酸盐加入到上述含叶酸的溶液中，搅拌或超声10～60分钟，得到羧基活化的叶酸溶液；再将羧基活化的叶酸溶液加入到第二步中所述的澄清透明的溶液中，室温下继续搅拌3～6小时，使叶酸中活化的羧基与氨基修饰的ZnO纳米粒子(ZnO-NH2)通过酰胺键络合作用，得到表面修饰叶酸分子的ZnO纳米粒子，加水定容至10mL；

[0017] 第四步：合成功能性阿霉素前体药物

[0018] 将第三步所得的表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子的溶液与浓度为1mg/mL阿霉素溶液混合，二者体积比为1～2∶1～3，搅拌2～24小时，ZnO表面Zn原子与阿霉素形成络合物(O-Zn-O)，经离心，25℃～60℃干燥，得到结合了阿霉素分子的ZnO纳米粒子粉末，即功能性阿霉素前体药物，在阿霉素前体药物中阿霉素担载量为质量分数4％～20％。

[0019] 在水溶液中配制多组标准浓度的阿霉素溶液，分别测试多组标准浓度的阿霉素溶液的紫外-可见光谱，进行线性拟合，得到阿霉素溶液浓度与紫外-可见光谱的标准方程；离心分离络合阿霉素的ZnO粉末和离心液(未参与络合阿霉素溶液)，定容后测试其紫外-可见光谱，通过标准方程，得到未参与络合的阿霉素溶液的浓度，进而计算得到阿霉素在ZnO纳米粒子上的担载量。

附图说明

[0020] 图1：实施例2制备样品的广角XRD粉末衍射图；

[0021] 其中曲线a为ZnO-NH2的广角XRD粉末衍射图，曲线b为表面修饰叶酸的ZnO-NH2的广角XRD粉末衍射图，从中可以看出结合叶酸后的ZnO纳米粒子仍然保持其原有晶体结构。

[0022] 图2：实施例2制备的单分散的、尺寸均一的3～4nm表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子的透射电镜照片(放大倍数不同)；从中可以看出在高分辨透射电镜下ZnO纳米粒子呈现出清晰地晶格。

[0023] 图3：实施例2制备的ZnO-NH2量子点的EDS谱图；

[0024] 在谱图中1.7千电子伏特时出现硅的峰，可以证明3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)成功的包覆在了ZnO的表面；

[0025] 图4：实施例2制备的ZnO-NH2量子点(c)、叶酸(b)、表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子(a)的红外光谱谱图；

[0026] 其中，1115cm-1和1030cm-1是硅-氧键振动，3446cm-1和1640cm-1为氮-氢基团的-1 -1伸缩振动和氨基的弯曲振动，2936cm 和2880cm 为APTES中丙基的C-H伸缩振动峰，修饰-1 -1 -1
了叶酸的ZnO纳米粒子由于氨基的3446cm 峰消失而2578cm 处的峰出现和3110cm 处的羧基中的氧-氢振动峰的现，都表明了叶酸分子成功的修饰于粒子表面。

[0027] 图5：对HeLa 60宫颈癌细胞分别添加了不同剂量的实施例2制备的表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子(a)、表面修饰叶酸并络合了阿霉素分子的ZnO纳米粒子(b)、单独阿霉素药物(c)的MTT测试(细胞毒性测试)结果柱状图；

[0028] 表明，表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子对癌细胞在50μg/mL表现出明显的细胞毒性，说明表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子在此浓度下具有明显的癌细胞毒性，可以用作癌症辅助治疗；表面修饰叶酸并络合阿霉素的ZnO纳米粒子，浓度为25μg/mL时，HeLa细胞存活率为28.5％，该前体药物体系对癌细胞显示了良好的抑制作用。

具体实施方式

[0029] 下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0030] 实施例1：

[0031] 1)将2.0mmol(440mg)醋酸锌溶解在0.51mol(30mL)50℃的无水乙醇中；在另一个烧瓶中，将NaOH溶于40℃的无水乙醇中配成浓度为0.5mol/L的碱溶液，在冰浴条件下将0.5mol/L、17mL的NaOH的无水乙醇溶液迅速滴加到醋酸锌的无水乙醇溶液中，混合液搅拌
8小时，用正己烷做沉淀剂沉淀出ZnO量子点，然后弃去上清液，得到ZnO量子点；

[0032] 2)取步骤1)中分离得到的ZnO纳米粒子100mg，经超声分散于10mL DMF中，然后将3-氨丙基三乙氧基硅烷(5μL)加入到上述溶液中，在120℃搅拌反应3小时，将得到的经氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液置于离心机中进行分离，弃掉离心液，将离心后得到的沉淀经DMF洗涤，然后将其重新分散在10mL水中，得到澄清透明的氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液(ZnO-NH2)；

[0033] 3)将0.5mg叶酸溶于0.5mL的DMSO中，然后将0.5mg 1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳化二亚胺盐酸盐加入到上述含叶酸的溶液，搅拌30分钟，得到羧基活化的叶酸DMSO溶液。然后将羧基活化的叶酸溶液加入到第2)步中得到的的澄清透明的氨基修饰的ZnO纳米粒子溶液中，继续搅拌3小时，得到表面修饰叶酸分子的ZnO纳米粒子溶液；后加水定容至10mL。

[0034] 4)将第3)步所得的表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子溶液(5mL)与阿霉素水溶液(10mL、1mg/mL)混合搅拌24小时，表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子与阿霉素络合，后通过离心，将络合了阿霉素的表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子粉末和未络合的阿霉素溶液分离。将分离出的未络合的阿霉素的溶液用水定容10mL，并测试其紫外-可见光谱。

[0035] 在水溶液中配制不同浓度的标准浓度的阿霉素溶液，测试溶液的紫外-可见光谱，以481nm处吸收峰值为基准点，进行线性拟合，得到阿霉素的水溶液标准方程(A＝2
0.0242+0.018C，R ＝0.9998，A：溶液的吸光度值，C：阿霉素浓度)。

[0036] 最后将分离出的未与ZnO络合的阿霉素的溶液的紫外光谱与阿霉素的水溶液标准方程对比，经计算确定ZnO纳米粒子对阿霉素的担载量为质量分数19.8％。

[0037] 实施例2：

[0038] 将实施例1的步骤1)中的醋酸锌换成2.0mmol的醋酸锌和的0.2mmol醋酸镁的混合物，其它条件不变，获得与实施例1相似的ZnO纳米粒子。

[0039] 实施例3：

[0040] 将实施例1步骤1)中的无水乙醇换做正己烷，沉淀剂换做丙酮，其它条件不变，得到与实施例1相似的ZnO纳米粒子。

[0041] 实施例4：

[0042] 将实例1中的1)步中的0.5mol/L的NaOH换做0.1mol/L的KOH，其它条件不变，获得与实施例1相似的ZnO纳米粒子。

[0043] 实施例5：

[0044] 将实施例1中2)步中的3-氨丙基三乙氧基硅烷(5μL)换做3-氨丙基三乙氧基硅烷(20μL)，其它条件不变，获得与实施例1相似的ZnO纳米粒子。

[0045] 实施例6：

[0046] 将实施例1中2)步中的3-氨丙基三乙氧基硅烷换做Y-氨丙基三甲氧基硅烷，其它条件不变，获得与实施例1相似的ZnO纳米粒子。

[0047] 实施例7：

[0048] 将实施例1中3)步中的0.5mg叶酸换为2mg叶酸，将DMSO换做DMF，其它条件不变，获得与实施例1相似的ZnO纳米粒子。

[0049] 实施例8：

[0050] 将实施例1中4)步中的阿霉素溶液(10mL，1mg/mL)换做阿霉素溶液(2mL、1mg/mL)，搅拌2小时，ZnO纳米粒子对阿霉素的担载量为质量分数4％。

[0051] 对本发明进行测试

[0052] 对本发明进行在不同pH值下进行体外释放

[0053] 将实施例1中所得的担载了阿霉素药物的ZnO纳米粒子粉末分别分散在5mL、pH＝7.4磷酸缓冲液中和5mL、pH＝5.0醋酸缓冲液中，分别装入透析袋中(分子量为3000)，透析袋再分别放入20mL与透析袋中溶液相同的盛有缓冲液的烧杯中，在37℃条件下释放3小时。定时吸取一定量的透析袋外的溶液，测试UV-Vis光谱，并补充相应新的缓冲液。

[0054] 在pH＝7.4磷酸缓冲液和pH＝5.0醋酸缓冲溶液中分别配制标准浓度的阿霉素溶液，并分别测试溶液的紫外-可见(UV-Vis)光谱，进行线性拟合，分别得到阿霉素在pH＝7.4磷酸缓冲液和pH＝5.0醋酸缓中的标准方程。(磷酸缓冲液(pH＝7.4)中：A＝2 2
0.0271+0.017C，R ＝0.9996；醋酸缓冲液(pH＝5.0)：A＝0.0431+0.016C，R ＝0.9996)[0055] 在不同缓冲溶液中释放后所测得的UV-Vis光谱与相应缓冲液溶液标准方程对比。经计算确定阿霉素药物的释放量分别为，在pH为7.4的磷酸缓冲液中的释放量为0％，在pH为5.0的醋酸缓冲液中释放量为100％，说明该前体药物在弱酸条件下可以有效的释放，发挥药效，而在正常体液中却能稳定存在，对癌症细胞的选择性治疗具有潜在的应用。

[0056] HeLa细胞(人宫颈癌细胞株，中国科学院上海细胞生物学研究所购买)的培养HeLa细胞的培养是在质量分数为10％(v/v)胎牛血清DMEM糖培养基中，并加入青链霉素-1双抗溶液(浓度分别为100U mL和100μg mL )，培养环境为CO2，湿度质量分数分别为5％，在37℃培养箱培养24小时。

[0057] 细胞毒性测试(MTT测试)

[0058] 将培养后的HeLa细胞接种于96孔板，每孔100uL，细胞数目为1＊104个/孔，接种24小时备用。移除培养基，加入不同剂量(材料均为实施例2所得，剂量如图5所示)的表面修饰叶酸的ZnO纳米粒子(a)，表面修饰叶酸并络合阿霉素分子的ZnO纳米粒子(b)，单独阿霉素(c)，每个浓度有三个平行孔，将该体系在37℃，质量分数为5％CO2和95％湿度的条件下培养孵化48小时，培养结束4小时前加10μL MTT(5mg/mL，四甲基偶氮唑蓝)溶液，4小时后存活的细胞线粒体中的琥珀脱氢酶MTT还原为不溶性的蓝色结晶甲瓒，加入100μL溶解液(含10％SDS的10mM盐酸)，37℃培养箱中孵育过夜，在570nm检测吸光度，计算细胞存活率，其结果如图5所示。