碳量子點(diǎn)標(biāo)記的硼替佐米緩釋制劑的合成與應(yīng)用

王 兵,孫 捷*,王曉靜,孫敬勇,李 娜

(1.濟(jì)南大學(xué)山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250062；2.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所，山東 濟(jì)南 250062； 3.山東省罕少見病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250062)

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碳量子點(diǎn)標(biāo)記的硼替佐米緩釋制劑的合成與應(yīng)用

王 兵1,2,3,孫 捷1,2,3*,王曉靜1,2,3,孫敬勇1,2,3,李 娜1,2,3

(1.濟(jì)南大學(xué)山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院 醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250062；2.山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所，山東 濟(jì)南 250062； 3.山東省罕少見病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250062)

硼替佐米的肽硼酸與殼聚糖的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)生成肽硼酸酯，即得到硼替佐米-殼聚糖復(fù)合物；然后，該復(fù)合物中殼聚糖的氨基與碳量子點(diǎn)表面羧基發(fā)生靜電吸附作用，將碳量子點(diǎn)吸附進(jìn)入殼聚糖體系內(nèi)，進(jìn)而得到硼替佐米-殼聚糖-碳量子點(diǎn)復(fù)合納米粒載體.此產(chǎn)物具有生物相容性、無毒副作用、熒光示蹤及pH敏感等性質(zhì)，在生物傳感、生物醫(yī)用材料、功能納米材料，尤其是藥物載體或制劑的控制釋放方面，具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值.

碳量子點(diǎn)；硼替佐米；緩釋制劑；殼聚糖

據(jù)世界衛(wèi)生組織最新統(tǒng)計(jì)，到2020年全球癌癥發(fā)病率將增加50%，發(fā)病人數(shù)增到1 500萬.預(yù)計(jì)2020年我國(guó)每年將有400萬人死于癌癥[1].因此，探討一種有效治療癌癥的方法或藥物已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)之一.

硼替佐米(Bortezomib, BTZ)作為一種新的蛋白酶抑制劑，近年來主要作為治療多發(fā)性骨髓瘤的首選藥物[2]，同時(shí)對(duì)其他腫瘤也具有一定的治療效果[3-4].硼替佐米單獨(dú)用于治療腫瘤時(shí)具有一定的作用，但常規(guī)途徑給藥所引起的全身毒副作用限制了其臨床應(yīng)用的效果[5].化療藥物局部應(yīng)用，尤其是局部緩釋已經(jīng)成為當(dāng)前實(shí)體腫瘤化療的研究熱點(diǎn)[6-7].現(xiàn)有硼替佐米制劑所用的緩釋輔料在釋放時(shí)或多或少會(huì)造成藥物突釋、不均衡釋放，或釋放過慢使局部有效藥物濃度不足，因而不能有效殺死腫瘤細(xì)胞，若釋放過快或突釋，則會(huì)像常規(guī)注射一樣引起全身的毒性反應(yīng)[8].

在現(xiàn)有硼替佐米的制劑研究中，已采用了脂質(zhì)體包載、抗體結(jié)合、藥物聯(lián)合、凍干粉針、氨基酸摻雜等方法.例如，ZUCCARI G等將硼酸化合物與脂質(zhì)體包載的氨基乳糖的羥基發(fā)生反應(yīng)生成硼酸酯而被包載在脂質(zhì)體中[9].D·阿法爾等開發(fā)了基于抗CS1-抗體的藥物聯(lián)合硼替佐米治療多發(fā)性骨髓瘤的方法[10].COIFFIER等制備了含利妥昔單抗及硼替佐米的抗癌組合物[11].王秀麗等通過添加蔗糖、甘露醇和甘氨酸制得了一種含硼替佐米的凍干粉針[12].

盡管采用以上方法可以獲得硼替佐米的藥物制劑，但依然存在某些關(guān)鍵的技術(shù)問題亟待解決，如制備工藝與成本、制劑的生物相容性、緩釋制劑的穩(wěn)定性、靶向性及藥物釋放的可控性等.因此，發(fā)展一種設(shè)計(jì)合理、工藝可行、操作簡(jiǎn)單、藥物靶向及可控釋放等性能的硼替佐米緩釋劑，在生物、醫(yī)學(xué)、材料等相關(guān)領(lǐng)域都具有十分重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

殼聚糖，五水合羥化四甲銨，葡萄糖，麥克林試劑；注射用硼替佐米，西安楊森制藥有限公司；聚乙二醇，阿拉丁試劑；其他為常用分析純?cè)噭?

WBFY-201微波反應(yīng)器，鄭州科創(chuàng)儀器有限公司；透析袋，美國(guó)SIGMA公司；昆山舒美超聲波清洗器KQ3200，昆山超聲儀器有限公司；DynaPro NanoStar動(dòng)態(tài)激光光散射儀，美國(guó)懷雅特技術(shù)公司；79-1磁力攪拌器，江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠；FM-200雙目熒光顯微鏡，上海普丹光學(xué)儀器有限公司.

1.2 硼替佐米(BTZ)-殼聚糖(CS)-碳量子點(diǎn)(CQD)復(fù)合納米粒(BTZ-CS-CQD)的合成

硼替佐米(BTZ)-殼聚糖(CS)-碳量子點(diǎn)(CQD)復(fù)合納米粒(BTZ-CS-CQD)的合成采用硼替佐米的肽硼酸根與殼聚糖的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)得到肽硼酸酯，由此將硼替佐米接枝到殼聚糖納米粒中，然后碳量子點(diǎn)通過表面羧基與該納米粒中殼聚糖上的氨基進(jìn)行靜電吸附，從而將碳量子點(diǎn)負(fù)載進(jìn)入殼聚糖納米粒體系中，即得到吸附碳量子點(diǎn)和偶聯(lián)硼替佐米的殼聚糖納米粒載體.

1.2.1 硼替佐米(BTZ)與殼聚糖(Chitosan, CS)納米復(fù)合物的制備

稱取50 mg 殼聚糖(相對(duì)分子質(zhì)量4萬)，滴加2 mL乙酸溶解，然后加入98 mL無水甲醇繼續(xù)溶解，形成殼聚糖的甲醇分散液(0.5 g/L).然后，加入10 mg硼替佐米并充分溶解，將混合液升溫至60 ℃，逐滴加入五水合羥化四甲銨調(diào)節(jié)pH為10，保持磁力攪拌1 h，得到BTZ接枝率為10%的CS納米粒，如圖1所示.

1.2.2 碳量子點(diǎn)(CQD)的制備

稱取1 g葡萄糖，加入5 mL 聚乙二醇溶解后轉(zhuǎn)入微波反應(yīng)器，在540 W功率下反應(yīng)5 min，制備出碳量子點(diǎn)(CQD).

1.2.3 硼替佐米(BTZ)-殼聚糖(CS)-碳量子點(diǎn)(CQD)納米復(fù)合物(BTZ-CS-CQD)的制備

向BTZ-CS納米粒(0.5 g/L)的甲醇分散液中加入碳量子點(diǎn)(0.1 g/L)，通過靜電吸附得到BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒載體(圖2).得到的產(chǎn)物通過透析袋滲析，以除去未反應(yīng)的單體及雜質(zhì).

圖1 硼替佐米與殼聚糖納米復(fù)合物的制備示意圖

圖2 硼替佐米-殼聚糖-碳量子點(diǎn)納米復(fù)合物的制備示意圖

2 結(jié)果與討論

2.1 BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒的尺寸

動(dòng)態(tài)光散射(dynamiclightscattering, DLS)是一種非侵入性的通過測(cè)量溶液散射光強(qiáng)度的漲落獲得有關(guān)樣品顆粒大小信息的技術(shù)[13].取BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒載體0.1 g，配制成一定的濃度(0.1 g/L)分散在磷酸緩沖液(pH 7.4)中，超聲處理5 min放置備用.將樣品放入動(dòng)態(tài)激光光散射儀中檢測(cè)，重復(fù)3次，取平均值可得，該粒子的平均流體力學(xué)粒子半徑Rh=190.5±12.5 nm.所得數(shù)據(jù)整理后得BTZ-CS-CQD納米粒的流體力學(xué)尺寸分布及平均尺寸，如圖3所示.

圖3 BTZ-CS-CQD納米粒的流體力學(xué)尺寸分布及平均尺寸

2.2 BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒的熒光示蹤性能

采用熒光顯微鏡觀察該納米粒被L929細(xì)胞吞噬后的熒光成像照片，證實(shí)納米粒中的碳量子點(diǎn)在細(xì)胞內(nèi)的熒光示蹤能力，如圖4所示.

圖4 BTZ-CS-CQD納米粒的熒光示蹤性能

2.3 BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒的釋放性能研究

采用高效液相色譜法測(cè)定釋放的BTZ濃度，研究該納米粒作為BTZ制劑或載體的pH敏感釋放性質(zhì).取BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒載體0.3 g，分為3份，每份0.1 g，分別配制成一定的濃度(0.1 g/L)分散在磷酸緩沖液(pH分別為7.4、6.0、5.0)中備用.然后用高效液相色譜法測(cè)定不同pH 下BTZ的釋放性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.在pH7.4時(shí)其緩釋性能最優(yōu).

圖5 BTZ-CS-CQD納米粒不同pH下釋放性能

3 結(jié)論

采用簡(jiǎn)易的靜電吸附，從而將碳量子點(diǎn)負(fù)載進(jìn)入殼聚糖納米粒體系中，即得到吸附碳量子點(diǎn)和偶聯(lián)硼替佐米的殼聚糖納米粒載體.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方法設(shè)計(jì)合理、工藝可行、操作簡(jiǎn)單、反應(yīng)易控制，且制備產(chǎn)物粒徑大小均勻，結(jié)合碳量子點(diǎn)后在體內(nèi)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)硼替佐米的釋放部位以及釋放速度，具有持續(xù)釋放，精確釋放的優(yōu)點(diǎn).能夠避免化療藥物帶來的不良反應(yīng)，減輕患者痛苦，對(duì)腫瘤的治療有重大的意義.經(jīng)過測(cè)定體外模擬不同pH下的釋放性能得知BTZ-CS-CQD復(fù)合納米粒在pH為7.4時(shí)緩釋性能最好，此pH和人體血液pH基本相同.綜上可知，此產(chǎn)物具有生物相容性、無毒副作用、熒光示蹤及pH敏感等性質(zhì)，在生物傳感、醫(yī)用功能納米材料，尤其是藥物載體或制劑的控釋方面，具有重要的應(yīng)用價(jià)值.在接下來的研究中，我們將根據(jù)本制備方法的已有特性，通過探索新的反應(yīng)條件，進(jìn)一步優(yōu)化合成途徑，提高反應(yīng)收率.另外，還可以在此復(fù)合物上添加靶向基團(tuán)，以期獲得緩釋釋放與靶向治療的雙重作用.本文對(duì)于研發(fā)高效力、低毒性的化療藥物具有一定的參考價(jià)值.

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[責(zé)任編輯：劉紅玲]

Synthesis and application of the carbon quantum dot-labeled bortezomib release agent

WANG Bing1,2,3, SUN Jie1,2,3*, WANG Xiaojing1,2,3, SUN Jingyong1,2,3, LI Na1,2,3

(1.SchoolofMedicineandLifeSciences,UniversityofJinan-ShandongAcademyofMedicalSciences,Jinan250062,Shandong,China; 2.InstituteofMateriaMedica,ShandongAcademyofMedicalSciences,Jinan250062,Shandong,China; 3.KeyLabofRareandUncommonDiseasesofShandongProvince,Jinan250062,Shandong,China)

A bortezomib-chitosan complex was synthesized based on the esterification reaction between bortezomib peptide boronic acid and hydroxyl groups of chitosan； the carbon quantum dot enters the chitosan system through the electrostatic adsorption of the chitosan amino of bortezomib-chitosan complex and carboxyl of carbon quantum dot’s surface to get bortezomib-chitosan-carbon composite quantum dot nanoparticle carrier.This product has the nature of biocompatibility, non-toxic side effects, fluorescent tracer and pH sensitive.This product has important significance and application value in biosensors, biomaterials, functional nanomaterials, especially in terms of drug delivery and controlled release of drug formulation.

carbon quantum dots; bortezomib; sustained-release formulation; chitosan

2016-06-06.

山東省自然科學(xué)基金(ZR2015YL041).

王 兵(1992-), 男, 碩士生, 研究方向?yàn)樗幬锘瘜W(xué).*

O62

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1008-1011(2016)06-0733-04