[发明专利]一种基于精氨酸适配体的光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于精氨酸适配体的光催化剂的制备方法及应用，其是以氨基修饰的精氨酸适配体和碳量子点掺杂的石墨相氮化碳为原料，使两者通过酰胺缩合反应形成所述基于精氨酸适配体的光催化剂。本发明制备方法简单、绿色、温和且成本低廉，所得光催化剂可以通过联接的适配体将细胞内的精氨酸富集在周围，并在波长＞630 nm的红色光激发下产生光生空穴，催化周围富集的精氨酸产生一氧化氮。细胞内精氨酸的消耗和一氧化氮的产生可分别抑制肿瘤细胞的糖酵解和氧化磷酸化，从而能够通过两条途径的协同作用杀死肿瘤细胞，有望为癌症协同治疗提供新的技术支持。

技术领域

本发明属于生物医药领域，具体涉及一种用于肿瘤治疗的基于精氨酸适配体的光催化剂及其制备方法。

背景技术

充足的能量供应是癌细胞不受控制地增殖，浸润和转移的前提，因此，针对性地抑制为癌细胞提供能量的糖酵解和氧化磷酸化过程是癌症治疗的有效策略。但是，癌细胞强大的代谢可塑性使其能够在糖酵解和氧化磷酸化之间调整其代谢表型，以适应能量缺乏的环境，导致单一抑制剂的作用差强人意。相比之下，联合使用糖酵解和氧化磷酸化的抑制剂在消除肿瘤方面具有更广阔的前景。然而，由于多种药物联用时存在固有的药代动力学差异，要使糖酵解和氧化磷酸化的共同抑制在时间和空间上达成协同仍然是一个巨大的挑战。

在癌细胞的各种生理过程中，精氨酸氧化生成一氧化氮是维持生理活性的一个非常重要的反应，并且该反应可以同时影响糖酵解和氧化磷酸化的进程。一方面，癌细胞需要以精氨酸为原料合成大量的2型丙酮酸激酶肌肉同工酶，来维持活跃的糖酵解过程。精氨酸消耗过多将导致癌细胞糖酵解的显着抑制，这被称为精氨酸耗竭。另一方面，过量产生的一氧化氮会破坏线粒体的电子传输链并抑制氧化磷酸化。基于此，人为设计反应体系来实现癌细胞中迅速而大量的精氨酸氧化反应，即可实现糖酵解和氧化磷酸化双重抑制的时空统一。

碳量子点掺杂的石墨相氮化碳是一种合适的半导体光敏剂材料。它本身具有较好的生物相容性，并且可以在＞630 nm的红光照射下产生光生空穴来氧化精氨酸产生一氧化氮。然而由于生理环境中存在大量的有机质分子，碳量子点掺杂的石墨相氮化碳与精氨酸的结合会被显著干扰，使该反应几乎不能发生。为了解决这个问题，可以在碳量子点掺杂的石墨相氮化碳上连接精氨酸的适配体。适配体是具有特殊三维结构的单链RNA或DNA寡核苷酸，可以以优异的亲和力和特异性与靶标结合。将适配体与碳量子点掺杂的石墨相氮化碳偶联后，即使在细胞内的复杂环境下，适配体也可以通过与精氨酸的特异性结合，将精氨酸富集在碳量子点掺杂的石墨相氮化碳周围，从而促进光催化反应的进行。通过将这种基于精氨酸适配体的光催化剂应用于癌细胞内，可以将内源性精氨酸源源不断地转化为一氧化氮，实现时空统一的糖酵解和氧化磷酸化的双重抑制，对肿瘤协同治疗策略的发展具有重要的科学意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于精氨酸适配体的光催化剂的制备方法及应用，其采用一种简单的方法设计出了一种能同时抑制癌细胞的糖酵解和氧化磷酸化的光催化剂，可以实现高效的抗肿瘤治疗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于精氨酸适配体的光催化剂，其是以氨基修饰的精氨酸适配体和碳量子点掺杂的石墨相氮化碳为原料，利用精氨酸适配体上修饰的氨基和碳量子点掺杂的石墨相氮化碳表面的羧基经酰胺缩合反应制得；其制备方法包括以下步骤：

（1）碳量子点溶液的制备：将柠檬酸和尿素按质量比4:1溶解在二次蒸馏水中，置于聚四氟乙烯反应釜中，于160-200℃高温反应16-20h，然后冷却至室温，离心去除沉淀，再将上清液透析，经旋转蒸发得到2 mg·L^-1的碳量子点溶液；