[发明专利]一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒的制备及应用

说明书

本发明公开了一种易体内清除的小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒及其制备方法与其在SDT/CDT协同抗肿瘤中的应用。本发明是在碱性条件下以乙酸锌和乙酰丙酮铁为原料，通过控制反应温度与时间，合成超小的铁掺杂氧化锌纳米粒FZO NPs，然后先后利用APTES和PEG‑600对其进行表面改性，从而得到在水中稳定的小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒FZO‑ASP。该纳米复合颗粒提升了氧化锌纳米材料的声动力治疗效果，并能协同基于铁死亡的CDT，对多种肿瘤细胞产生明显的抑制作用，同时其颗粒小，能通过肾脏进行清除，克服了无机声敏剂会在体内蓄积产生长期毒性的缺点，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医药领域，具体涉及一种小尺寸铁掺杂氧化锌纳米复合颗粒及其制备方法和其在SDT/CDT协同抗肿瘤中的应用。

背景技术

癌症是组织细胞生长失去控制、异常增殖和分化并伴随迁移性和侵袭性等生物学特点的疾病。随着人口老龄化加剧和环境逐渐恶化，以及受到不良行为习惯的影响，全球癌症发病率与死亡率高居不下，因患癌症所造成的社会负担急剧增加。光动力治疗（PDT）是一种基于光敏剂的非侵入性治疗策略，由光敏剂、特定波长的激光和氧分子这三种基本成分组成。光敏剂可在肿瘤组织中积聚，并能够被特定波长的光源激活，在内源性分子氧存在的情况下形成ROS，后者可迅速引起明显的细胞毒性，通过诱导凋亡或坏死导致细胞死亡。但由于光较低的穿透力，限制了PDT用于深层组织肿瘤的治疗。

超声（US）是一种非侵入性的治疗手段，它可以穿透到更深的组织层，且能最大限度地减少对周围正常组织的损害。声动力治疗（SDT）是一种基于US的新型肿瘤治疗手段，通过US激活声敏剂产生ROS、空化效应、机械效应和进行热疗等。由于深度组织穿透的优势，SDT比PDT更适合临床上的抗肿瘤应用。此外，US可以精确地聚焦于肿瘤部位实现声敏剂的定向激活，从而在对邻近正常组织造成最小损害的情况下选择性地杀灭肿瘤细胞。SDT效果与声敏剂及肿瘤微环境（TME）密切相关。其中，无机声敏剂可克服有机声敏剂化学稳定性差、暗毒性强的缺陷，但存在体内代谢慢且易蓄积（粒径大于7 nm难以通过肾脏清除）的问题。

化学动力治疗（CDT）是利用肿瘤内源性化学能，通过芬顿或类芬顿反应，在肿瘤原位产生高浓度的ROS，从而引发肿瘤细胞凋亡的一种非侵入性治疗策略。由于CDT是基于芬顿反应的肿瘤治疗方法，依赖于肿瘤微酸以及高过氧化氢（H₂O₂）的肿瘤TME，而对正常组织无毒性，表现出良好的生物安全性；另外，CD由内源性的化学能引发，能够摆脱光、声、热等外加能量场的限制，同时改善缺氧以及免疫抑制的TME；同时，外加能量场（声、光、热等）还能促进CDT。因此，CDT与其他肿瘤治疗策略能产生协同作用，有着良好的抗肿瘤应用前景。

细胞凋亡被广泛用于抗肿瘤药物的开发，但癌细胞耐药性的产生以及凋亡抑制物的过度表达会降低抗肿瘤治疗的效果。一些细胞程序性死亡（PCD）与细胞凋亡有着不同的机制，可克服它的局限性，为癌症的治疗提供了新的思路。其中，铁死亡是一种独特的PCD形式，其具体特征是铁依赖性的致死脂质过氧化物（LPO）在细胞内的积累。由于为了促进生长，肿瘤细胞需要更高水平的铁和脂质代谢能力，这也使肿瘤细胞更容易发生铁死亡。

ZnO NPs是粒径在1~100 nm之间的一种氧化锌化合物形式，其大多数生物医学应用源于ZnO NPs能够响应光/声刺激产生ROS，当产生ROS的量超过细胞的抗氧化能力，就会导致细胞死亡。ZnO NPs产生ROS的能力与其半导体性质密切相关，它在室温下具有宽带隙能量（3.37 eV）和高激发结合能（60 meV），并具有热稳定性和机械稳定性。另外，ZnO NPs是公认的生物安全材料，对于人体的毒性主要取决于Zn²⁺在体内的丰度，ZnO NPs在正常pH条件（pH=7.4）下溶解速率较低，对人体正常细胞不具备毒性；但在肿瘤细胞微酸性pH值微环境下能快速溶解成Zn²⁺，从而导致细胞内的氧化应激和并引发细胞损伤，因此ZnO NPs具备pH响应性细胞毒性的特点。