一种PVP修饰的金属有机框架-白花丹素组装体及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体：是将白花丹素负载在PVP修饰的ZIF‑8上，得到PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体PLB@PVP/ZIF‑8。还公开了所述的PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体在制备治疗肿瘤药物中的应用。还公开了金属有机框架‑白花丹素组装体的制备方法：取PVP/ZIF‑8分散在白花丹素溶液中，室温搅拌8～10h后用有机溶剂离心洗涤，干燥，得到PLB@PVP/ZIF‑8。本发明首次运用PVP/ZIF‑8包裹白花丹素，白花丹素以PVP/ZIF‑8为药物载体提高白花丹素疗效，增强了白花丹素抗击胃癌效果。

权利要求

1.一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体，其特征在于：是将白花丹素负载在PVP修饰的ZIF‑8上，得到PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体PLB@PVP/ZIF‑8；

所述PVP修饰的ZIF‑8是采用Zn(NO3)2和2‑甲基咪唑分别溶解在甲醇中，两者混合后，加入PVP并充分搅拌均匀，然后转移到反应釜中并加热反应，反应结束后，将产物用甲醇离心洗涤，得到白色沉淀，将沉淀置于真空干燥箱中干燥，即得到PVP/ZIF‑8；

取PVP/ZIF‑8分散在白花丹素的乙醇溶液中，室温搅拌8～10 h后用甲醇离心洗涤，干燥，得到PLB@PVP/ZIF‑8，所述 PVP/ZIF‑8与白花丹素的质量比为3～5﹕1。

2.如权利要求1所述的PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体，其特征在于：所述PVP修饰的ZIF‑8是采用Zn(NO3)2 · 6H2O和2‑甲基咪唑分别溶解在甲醇中，两者混合后，加入PVP并充分搅拌均匀，然后转移到反应釜中并加热至100 ℃保持12 h，反应结束后，将产物用甲醇离心洗涤，得到白色沉淀，将沉淀置于真空干燥箱中80℃干燥12 h，即得到PVP/ZIF‑8。

3.如权利要求1或2所述的PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体在制备治疗胃癌药物中的应用。

4.权利要求1或2所述的PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：取PVP/ZIF‑8分散在白花丹素的乙醇溶液中，室温搅拌8～10 h后用甲醇离心洗涤，干燥，得到PLB@PVP/ZIF‑8，所述 PVP/ZIF‑8与白花丹素的质量比为3～5﹕1。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述 PVP/ZIF‑8与白花丹素的质量比为

4﹕1。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：取10 mg PVP/ZIF‑8分散在5 mL 500μg/mL的白花丹素乙醇溶液中。

说明书

一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体及其制备方法

和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及生物制药技术领域，具体涉及一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体及其制备方法和应用。

背景技术

[0002] 药物自身在体内运输过程中会存在水溶性差、循环时间短、易于降解等问题。近年来，纳米药物载体在医药领域得到了越来越广泛的关注，它可以控制药物释放速率，延长药
物在体内的半衰期、减小毒副作用。理想的纳米药物载体应该具有制备简单、刺激响应控制
释放、生物可降解、低毒性、体内循环时间较长等优势。尽管聚合物胶束、脂质体、生物可降
解高分子颗粒、无机纳米材料等已经广泛用于药物释放体系，并各具优劣势。随着纳米科学
技术的快速发展，多种多样新颖的纳米材料被合成出来。这些纳米材料克服了传统材料的
一些缺点，在很多方面都证明其有很大的应用潜力。

[0003] 金属有机骨架(Metal‑Organic Frameworks，MOFs)材料是由含氧或氮原子的有机配位体与过渡金属或稀土金属连接而成的骨架。作为一种具有广阔应用前景的新型无机多
孔材料，它的结构具有可设计和可裁剪性，通过拓扑结构的定向设计和有机官能团的拓展
可以获得纳米尺寸的孔道和空穴，同时又具有独特的光、电、催化等多种性质。因而一经诞
生，MOFs材料的研究与开发受到了很大关注，尤其是在药物释放领域。

[0004] 白花丹素(Plumbagin,PLB)是一种从植物百花丹中提取的醌类化合物(5‑羟基‑2‑甲基‑1,4‑萘醌)。大量研究发现，白花丹素在体内和体外对多种肿瘤细胞均具有明显的生
长抑制作用。目前，大部分动物实验仍采用白花丹素腹腔内给药的方式，但是仍存在用药量
大，半衰期短等缺陷。MOFs材料作为药物载体它有适于包封药物的高比表面积和大孔容，金
属与配体间相对不稳定的配位键使MOFs具有生物可降解性，运用后修饰手段可使其携带多
种功能基团等特性，因此作为药物载体在近几年广泛研究。但是使用PVP修饰的MOFs包裹白
花丹素用于胃癌的治疗尚没有报道。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对上述问题，提供一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体。

[0006] 本发明为了实现其目的，采用的技术方案是：

[0007] 一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体，是将白花丹素负载在PVP修饰的ZIF‑8上，得到PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体PLB@PVP/ZIF‑8。

[0008] 优选地，所述ZIF‑8是采用硝酸锌与2‑甲基咪唑在有机溶剂A中混合反应得到。

[0009] 优选地，所述有机溶剂A是甲醇。

[0010] 优选地，所述PVP修饰的ZIF‑8是采用Zn(NO3)2·6H2O和2‑甲基咪唑分别溶解在甲醇中，两者混合后，加入PVP并充分搅拌均匀，然后转移到反应釜中并加热至100℃保持12h，
反应结束后，将产物用甲醇离心洗涤，得到白色沉淀，将沉淀置于真空干燥箱中80℃干燥
12h，即得到PVP/ZIF‑8。

[0011] 本发明还提供前述任一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体在制备治疗肿瘤药物中的应用。

[0012] 优选地，所述肿瘤是指胃癌。

[0013] 本发明还提供前述任一种PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体的制备方法，包括如下步骤：取PVP/ZIF‑8分散在白花丹素的有机溶剂B溶液中，室温搅拌8～10h后用有
机溶剂A离心洗涤，干燥，得到PLB@PVP/ZIF‑8。

[0014] 优选地，所述有机溶剂B是乙醇。

[0015] 优选地，所述PVP/ZIF‑8与白花丹素的质量比为3～5﹕1。

[0016] 优选地，所述PVP/ZIF‑8与白花丹素的质量比为4﹕1，优选取10mg PVP/ZIF‑8分散在5mL 500μg/mL的白花丹素乙醇溶液中。

[0017] 本发明的有益效果是：首次运用PVP/ZIF‑8包裹白花丹素，白花丹素以PVP/ZIF‑8为药物载体提高白花丹素疗效，增强了白花丹素抗击胃癌效果。

附图说明

[0018] 图1是PVP/ZIF‑8和PLB@PVP/ZIF‑8的产品检测结果，其中，图A是XRD结晶度图，图B是FTIR光谱，图C是扫描电镜图，图D是TGA热分析图；

[0019] 图2是载药量与包封率检测结果，其中，图A是PLB在模拟胃液条件下释放的UV‑Vis吸收光谱，图B是上清液中白花丹素浓度与时间关系图；

[0020] 图3是运用CCK8检测白花丹素对胃癌细胞的生长抑制作用结果图；

[0021] 图4是运用CCK8与流式检测白花丹素和ZIF‑8对胃癌细胞的生长与凋亡影响结果图；

[0022] 图5药物对胃癌细胞增殖与侵袭迁移的影响检测结果图；

[0023] 图6是药物对小鼠胃癌生长的影响结果图，其中，A是不同药物处理小鼠后第5周移植瘤图，B是不同用药间隔和药物处理小鼠后小鼠体重，C是不同用药间隔和药物处理小鼠
后移植瘤体积分析图，D是不同用药间隔和药物处理小鼠后第5周移植瘤重量；

[0024] 图7是免疫组化检测结果；

[0025] 以上附图中，图上标注的简称对应指代物质如下：

[0026] Ctrl：对照；

[0027] ZIF或者ZIF‑8：指PVP修饰的ZIF‑8，即PVP/ZIF‑8；

[0028] PLB：指未负载在载体上的、单独的白花丹素；

[0029] ZIF‑8+PLB、PLB@ZIF‑8、ZIF+PLB、或者PLB+ZIF：均指本发明的PVP修饰的金属有机框架‑白花丹素组装体，即PLB@PVP/ZIF‑8。

具体实施方式

[0030] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明。

[0031] 下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。

[0032] 白花丹素购自selleck公司(https://www.selleck.cn/)，目录号：S4777。

[0033] 实施例1

[0034] 一、药物包裹与鉴定

[0035] PVP/ZIF‑8(即PVP修饰的ZIF‑8)和PLB@PVP/ZIF‑8制备过程如下：取0.8100g Zn(NO3)2·6H2O和0.5260g 2‑甲基咪唑(MeIm)分别溶解在40.0mL甲醇中，两者混合后，加入
0.1g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)并充分搅拌均匀，然后转移到反应釜中并加热至100℃保持12h。
反应结束后，将产物用甲醇离心洗涤4遍，得到白色沉淀，将沉淀置于真空干燥箱中80℃干
燥12h，即得到PVP/ZIF‑8。取10mg PVP/ZIF‑8分散在5mL 500μg/mL的白花丹素乙醇溶液中，
然后在室温条件下搅拌9h。通过用乙醇过滤和洗涤产物三次以除去溶剂中的过量药物并在
真空炉中干燥得到橘黄色固体PLB@PVP/ZIF‑8(储存于DMSO中)。

[0036] XRD揭示了PVP/ZIF‑8和PLB@PVP/ZIF‑8纳米颗粒的有序晶体结构，如图1A所示，PVP/ZIF‑8在5°和60°之间显示了六个典型峰，包括(011)，(002)，(112)，(022)，(013)和
(222)，表明形成成功高度结晶的ZIF‑8纳米颗粒。随着PLB的吸附，PLB@PVP/ZIF‑8纳米粒子
的XRD图谱与ZIF‑8的原始峰非常相似，表明ZIF‑8保持其结晶度。在FTIR光谱中(图1B)，大
‑1
约1648cm 处的特征峰对应于酰胺C＝O的拉伸。在PVP/ZIF‑8曲线中，咪唑的C‑H伸缩振动与
‑1 ‑1 ‑1 ‑1
3137cm 和2922cm 处的两个峰有关。在500‑1350cm 和1350‑1500cm 的区域，卷积光谱是
由咪唑环的平面弯曲和拉伸引起的。PLB@PVP/ZIF‑8的光谱显示出ZIF‑8的主要特征峰，
‑1
PLB@PVP/ZIF‑8和PLB的FTIR光谱显示在载药的MOF中存在PLB分子。羰基在1648cm 处向较
‑1
高频率(1665cm )的微小移动可归因于PLB和PVP/ZIF‑8的相互作用。表明PLB@PVP/ZIF‑8的
制备成功。

[0037] 扫描电子显微镜(SEM)显示了合成的PVP/ZIF‑8和PLB@PVP/ZIF‑8复合材料的形态结构，如在图1C中观察到的，PVP/ZIF‑8的聚合物纳米级晶体具有均匀的六边形形状。可以
清楚地看到，PLB@PVP/ZIF‑8的SEM图像表明它们也被聚集，并保持其六边形形状。但是，由
于将PLB引入PVP/ZIF‑8，复合颗粒尺寸几乎翻了一番。

[0038] 为了探究材料的热稳定性，在图1D中进行了TGA分析。在100‑250℃的温度范围内，两种样品的曲线趋势基本相似，重量减少了约4％，相当于去除了H2O的溶剂分子。随着温度
的逐渐升高，直到350℃的重量损失约为2％，这相当于从腔中去除了客体分子、一些未反应
的零件或表面活性剂(例如PVP)。与PVP/ZIF‑8相比，350℃后PLB@PVP/ZIF‑8的重量下降更
大，这是由于残留药物分子的存在。最后，在460℃至700℃时PVP/ZIF‑8的失重约为48％，这
暗示PVP/ZIF‑8结构的破坏和氧化锌的形成。然而，PLB@PVP/ZIF‑8曲线显示出在相同温度
间隔下重量急剧下降了61％，这表明PLB成功地封装到PVP/ZIF‑8框架中了。

[0039] 二、载药量与包封率检测

[0040] 图2A是加药后不同搅拌时间(0、2、4、6、9h)的上清液的UV‑VIS吸收光谱图，用UV‑vis分光光度计检测离心所得上清液在波长265nm下的吸光度从而计算出未负载的白花丹
素浓度，结果如图2B。可见，随着搅拌时间的延长，白花丹素在265nm处的吸光度值逐渐减
小，浓度也越来越小，说明负载在PVP/ZIF‑8材料上的白花丹素含量逐渐增多。载药量指单
位重量的PVP/ZIF‑8所负载的白花丹素质量，包封率是指负载在PVP/ZIF‑8上的白花丹素质
量占白花丹素总质量的百分量，具体计算公式如下：

[0041] 载药量(wt.％)＝(已载药品质量/载药样品重量)×100％

[0042] 包封率(％)＝(已载药品质量/药品的总量)×100％

[0043] 根据载药量和包封率公式计算得到：搅拌9h，PVP/ZIF‑8的载药量为15.6％，白花丹素的包封率74％。

[0044] 实施例2

[0045] 一、纳米载体药物对胃癌细胞的抑制效能检测

[0046] 运用CCK8检测出白花丹素(PLB)在SGC7901与AGS细胞中的IC50值为：12.04μM和8.4μM(图3A、3B所示)，并选取IC50为实验浓度检测药物对胃癌细胞的抑制效能，结果发现，
单独的PLB对胃癌细胞只在24h内效果明显，超过48小时几乎无效(图3C、3D所示)。因此，寻
找缓释的纳米材料具有重要的科学意义。

[0047] 进一步的CCK8实验显示，在相同药物浓度下，白花丹素联合PVP/ZIF‑8组的细胞(胃癌细胞SGC7901与AGS)生长力显著低于其他组，且单独PVP/ZIF‑8组与空白对照组无显
著差异(P<0.01)(图4A,4B所述)。运用流式检测发现PLB@PVP/ZIF‑8凋亡率也明显高于其他
组(P<0.01)(如4C、4D所示)。

[0048] 二、纳米载体药物对胃癌细胞增殖与侵袭迁移的影响

[0049] 运用EDU实验与侵袭实验进行检测，结果如图5所示，发现白花丹素联合ZIF‑8组PLB@PVP/ZIF‑8显著抑制了胃癌SGC7901和AGS细胞的增殖与侵袭迁移。

[0050] 三、动物体内验证白花丹素联合PVP/ZIF‑8对胃癌生长的影响

[0051] (1)复苏培养胃癌SGC7901细胞，选六周龄裸鼠，消毒裸鼠右侧腋下皮肤，将细胞浓6
度为5×10/mL的SGC7901各0.2mL用1mL胰岛素注射器分别接种于同一只裸鼠腹面两侧皮
下，形成一皮丘；分为7组，每组5只，分别为对照组，每天一次(PVP/ZIF‑8组，PLB组，和PLB@
PVP/ZIF‑8组)，三天一次(PVP/ZIF‑8组，PLB组，和PLB@PVP/ZIF‑8组)。

[0052] (2)待肿瘤长50mm3至可测量时开始给药，1.5mg/kg，1次/4天，腹腔注射。对照组腹腔注射等体积的生理盐水。

[0053] (3)每周观察移植瘤生长情况，用游标卡尺测量肿瘤的最长径(a)和与之垂直的最2
短径(b)，根据公式计算肿瘤体积：肿瘤体积(V)＝0.5ab(a、b以mm为单位)；

[0054] (4)对照组的肿瘤生长至约1cm，脱颈处死裸鼠，将皮下肿瘤小心完整剥离，测量大小(一部分肿瘤组织4％多聚甲醛固定用于免疫组化检测)。

[0055] (5)结果如图6显示：白花丹素联合ZIF‑8组PLB@PVP/ZIF‑8相对于其他组显著抑制胃癌的生长，如图6A所示，第五周时与对照组和PVP/ZIF‑8组相比，PLB组和PLB@PVP/ZIF‑8
组的肿瘤大小明显生长缓慢。图6B显示四组小鼠体重无明显差异，说明该药物以及纳米材
料对小鼠影响与对照相比没有差异。图6C中在第三周开始PLB组和PLB@PVP/ZIF‑8组的移植
瘤体积与对照组和PVP/ZIF‑8组差异开始出现；在第五周时，对照组，三天一次(PVP/ZIF‑8
3 3
组，PLB组，和PLB@PVP/ZIF‑8组)的肿瘤大小依次是1267±238.4mm 、1225±153.2mm 、766±
3 3
59.0mm、521±96.4mm ，每天一次(PVP/ZIF‑8组，PLB组，和PLB@PVP/ZIF‑8组)的肿瘤大小依
3 3 3
次是1214±180.2mm 、471±71.1mm、284±63.6mm ，差异显著(P<0.05)。图6D显示在第五周
时，对照组，三天一次(PVP/ZIF‑8组，PLB组，和PLB@PVP/ZIF‑8组)的肿瘤重量依次是0.93±
0.21g，0.91±0.17g，0.74±0.16g，0.32±0.08g，每天一次(PVP/ZIF‑8组，PLB组，和PLB@
PVP/ZIF‑8组)的肿瘤重量依次是0.94±0.13g，0.34±0.06g，0.19±0.04g：与肿瘤体积相
匹配，图7免疫组化检测发现，三天一次的注射中，PLB@PVP/ZIF‑8对肿瘤生长抑制高于单独
PLB组，差异有统计学差异(P<0.05)，而每天注射药物，PLB@PVP/ZIF‑8对肿瘤生长抑制与单
独PLB组差异较小(P>0.05)。