一种光敏材料和制备方法及其在肿瘤光热联合免疫治疗中的应用与流程

　　1.本发明属于生物医药技术领域，涉及一种光敏材料和制备方法及其在肿瘤光热联合免疫治疗中的应用，尤其涉及一种光敏材料及其制备方法、一种包含其的药物递送系统及其制备方法和应用。背景技术：2.随着肿瘤学、分子生物学和免疫学的不断交叉和渗透发展，肿瘤免疫治疗技术得到了突飞猛进的发展，成为肿瘤治疗新方向。随着肿瘤免疫治疗在基础研究和临床应用上的不断突破，免疫治疗成为继手术、放疗、化疗之后的第四大肿瘤治疗手段，取得了令人瞩目的成就。肿瘤免疫治疗是通过被动或主动调动机体的免疫系统活性，增强其抗肿瘤免疫功能，从而抑制和杀伤肿瘤细胞的治疗方法。肿瘤免疫治疗在黑色素瘤、肺癌、胃癌、乳腺癌、卵巢癌及结直肠癌等领域都取得了令人惊喜的临床进展。3.肿瘤免疫治疗的临床技术主要有肿瘤疫苗，免疫检测点抑制剂和细胞免疫疗法。其中主要以provenge(前列腺癌)疫苗，程序性死亡分子1(programmed death 1，pd?1)抗体、细胞毒性t淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic t?lymphocyte?associatedantigen 4，ctla?4)抗体和嵌合抗原受体t细胞(car?t)疗法在临床上的效果最为显著。免疫治疗衍生产品虽然在很多肿瘤治疗个案中都取得了令人瞩目的成绩，但是仍存在不可忽视的问题有待解决：①个性化疫苗是肿瘤疫苗发展新方向，但新抗原识别难、免疫细胞激活弱和瘤內浸润困难等阻碍了实体瘤疫苗的开发；②pd?1和ctla?4虽然能增强人体的免疫力，抗肿瘤，但是在临床使用过程中也存在一些不良反应，例如此疗法有时会导致机体过度的免疫反应从而对皮肤、肠道、肺、肝等正常组织产生毒性，且其对免疫细胞的免疫力要求很高；③car?t法存在细胞持久性差，脱靶效应和细胞风暴等问题。免疫治疗对实体瘤的治疗有局限性，只能作为辅助手段与其他抗肿瘤技术相结合，协同发挥抗肿瘤作用。故一般将免疫治疗作为辅助治疗手段与其他传统治疗手段联用，提高肿瘤的综合治疗效果，防止肿瘤的复发和转移。4.光热治疗(photothermal therapy，ptt)是一种新型治疗肿瘤的方法，具有局部、高效和副作用小等优势，有很大的发展潜力，并将成为一种治疗肿瘤的重要方法。ptt法是利用较高光热转化效率的材料，将其注射入人体体内，利用纳米被动靶向或靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部光源(一般是近红外光)的照射下将光能转化为热能，来杀死癌细胞的一种治疗方法。不少研究表明，经纳米材料包载具有良好近红外吸收的光热材料后，在肿瘤模型动物上展现出良好的光热治疗效果。纳米给药系统可将光热转换物质通过增强渗透和滞留效应(enhanced permeation and retention effect,epr效应)靶向到肿瘤部位，可降低全身系统毒性，显著提高了肿瘤治疗效果。近期研究发现，新型光敏纳米材料在肿瘤光热治疗中大放异彩，如纳米金，icg，黑磷等无机材料等。5.由上可知，免疫治疗和光热治疗均存在一定的医学局限性。最新研究表明，光热治疗不仅能对肿瘤细胞造成不可逆的损伤作用，而且能刺激机体的免疫功能，因此光热治疗联合免疫治疗在肿瘤治疗过程中，能够起到协同抗肿瘤的效果，有望成为肿瘤治疗的主流手段。技术实现要素：6.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光敏材料和制备方法及其在肿瘤光热联合免疫治疗中的应用，尤其提供一种光敏材料及其制备方法、一种包含其的药物递送系统及其制备方法和应用。7.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：8.第一方面，本发明提供一种光敏材料，所述光敏材料包括聚多巴胺和其通过静电吸附作用负载的光敏剂铬纳米颗粒。9.本发明所涉及的光敏材料以聚多巴胺为载体，负载光敏剂铬纳米颗粒，该材料可以被动靶向于肿瘤组织附近，其在外部光源的照射下将光能转化为热能，具有较高的光热转换效率和良好的光热稳定性，其在肿瘤模型动物上展现出良好的光热治疗效果，且具有良好的生物安全性。10.优选地，所述聚多巴胺与铬纳米颗粒的质量比为(1?5):1，例如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1等，该数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。11.第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的光敏材料的制备方法，所述制备方法包括：12.将铬纳米颗粒与多巴胺或其盐在含有碱的水中混合，15?35℃(例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃等)下避光搅拌10?15h(例如10h、11h、12h、13h、14h、15h等)，即得。上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。13.本发明所涉及的光敏材料的制备工艺简单易操作，适合工业化生产，具有显著的实用性。14.优选地，所述铬纳米颗粒的制备方法包括：15.将铬粉与有机溶剂混合后依次进行探头超声处理和水浴超声处理，得到分散体；将分散体一次离心，取上清液再二次离心，收集沉淀干燥，即得。16.优选地，所述有机溶剂包括异丙醇。17.优选地，所述探头超声处理的功率为150?250w，例如150w、170w、200w、220w、250w等；时间为7?9h，例如7h、7.5h、8h、8.5h、9h等。上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。18.为避免超声处理过程中的热氧化，优选地，所述探头超声处理设定为2/2s的开/关周期，且将待处理液置于冰浴中。19.优选地，所述水浴超声处理的功率为300?400w，例如300w、320w、350w、380w、400w等；时间为8?12h，例如8h、9h、10h、11h、12h等；水温为5?15℃，例如5℃、6℃、8℃、10℃、11℃、12℃、13℃、15℃等。上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。20.优选地，所述一次离心为了除去较大的cr颗粒，其是以800?1200g(例如800g、900g、1000g、1100g、1200g等)的速度离心20?40min(例如20min、25min、30min、35min、40min等)；上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。21.优选地，所述二次离心是为了得到目标产物，其是以7000?9000g(例如7000g、7500g、8000g、8500g、9000g等)的速度离心20?40min(例如20min、25min、30min、35min、40min等)；上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。22.优选地，所述二次离心后将沉淀于真空烘箱中进行干燥，包装在锡纸中，4℃保存。23.第三方面，本发明提供一种药物递送系统，所述药物递送系统包括聚多巴胺和其通过静电吸附作用负载的光敏剂铬纳米颗粒和免疫刺激药物bms?202。24.本发明所涉及的药物递送系统是在第一方面所涉及的光敏材料基础上的进一步发明创造，其能将光热疗法和免疫疗法结合起来，完美的解决了前述单一光热疗法和单一免疫疗法的缺陷。同时，以cr纳米为基础的材料具备自身激活宿主免疫的潜力，可能在免疫治疗中优势更为明显，该药物递送系统将cr纳米自身强的光热抗肿瘤性和免疫治疗有机结合，其临床前研究和抗肿瘤应用潜力和意义巨大。该药物递送系统具备良好的生物安全性和被动靶向肿瘤组织的能力，在红外光nir的照射刺激下，使肿瘤局部温度达到60℃以上，实现光热杀伤肿瘤细胞的能力；同时，光控释放的bms?202药物能够有效抑制pd?1/l1相关通路，释放的cr材料促进巨噬细胞的增值和活力，为肿瘤的免疫治疗创造良好的抗肿瘤微环境，实现对肿瘤的光热/免疫治疗。25.优选地，所述bms?202与铬纳米颗粒的质量比为(10?20):1，例如10:1、11:1、12:1、13:1、15:1、16:1、17:1、18:1、20:1等，该数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。26.第四方面，本发明提供一种如第三方面所述的药物递送系统的制备方法，所述制备方法包括：27.将第一方面所述的光敏材料与免疫刺激药物bms?202在有机溶剂中混合，15?35℃(例如15℃、20℃、25℃、30℃、35℃等)下避光搅拌10?15h(例如10h、11h、12h、13h、14h、15h等)，即得。上述各项数值范围内的其他具体点值均可选择，在此便不再一一赘述。28.本发明所涉及的光敏材料的制备工艺简单易操作，适合工业化生产，具有显著的实用性。29.第五方面，本发明提供一种如第一方面所述的光敏材料在制备肿瘤光热治疗的药物中的应用。30.第六方面，本发明提供一种如第一方面所述的光敏材料或如第三方面所述的药物递送系统在制备肿瘤光热联合免疫治疗的药物中的应用。31.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：32.本发明所涉及的光敏材料以聚多巴胺为载体，负载光敏剂铬纳米颗粒，该材料可以被动靶向于肿瘤组织附近，其在外部光源的照射下将光能转化为热能，具有较高的光热转换效率和良好的光热稳定性，其在肿瘤模型动物上展现出良好的光热治疗效果，且具有良好的生物安全性。33.本发明所涉及的药物递送系统是在第一方面所涉及的光敏材料基础上的进一步发明创造，其能将光热疗法和免疫疗法结合起来，完美的解决了前述单一光热疗法和单一免疫疗法的缺陷。同时，以cr纳米为基础的材料具备自身激活宿主免疫的潜力，可能在免疫治疗中优势更为明显，该药物递送系统将cr纳米自身强的光热抗肿瘤性和免疫治疗有机结合，其临床前研究和抗肿瘤应用潜力和意义巨大。该药物递送系统具备良好的生物安全性和被动靶向肿瘤组织的能力，在红外光nir的照射刺激下，使肿瘤局部温度达到60℃以上，实现光热杀伤肿瘤细胞的能力；同时，光控释放的bms?202药物能够有效抑制pd?1/l1相关通路，释放的cr材料促进巨噬细胞的增值和活力，为肿瘤的免疫治疗创造良好的抗肿瘤微环境，实现对肿瘤的光热/免疫治疗。34.本发明所涉及的光敏材料和药物递送系统的制备工艺简单易操作，适合工业化生产，具有显著的实用性。附图说明35.图1是cr纳米颗粒的tem图；36.图2是da@cr?bms202的tem图；37.图3是cr纳米颗粒的stem图(a?d依次显著cr、c、n和o元素的荧光定位)；38.图4是da@cr?bms202的stem图(a?d依次显著cr、c、n和o元素的荧光定位)；39.图5是cr、da@cr和da@cr?bms202的拉曼光谱图；40.图6是cr、da@cr和da@cr?bms202的x射线光电子能谱图；41.图7是cr、da@cr和da@cr?bms202的傅里叶变换红外光谱图；42.图8是不同浓度cr纳米颗粒悬液在808nm辐照下的温度变化曲线图；43.图9是不同浓度的cr纳米颗粒的紫外?可见?近红外吸收光谱图；44.图10是cr纳米颗粒规范化吸收强度分析线性图；45.图11是cr纳米颗粒悬浮液在激光照射下的加热?冷却循环温度变化曲线图；46.图12是hepa1?6细胞摄取da@cr?bms202的激光共聚焦图；47.图13是hepa1?6细胞经不同浓度cr、da@cr和da@cr?bms202分别孵育24h后的相对存活率检测结果统计图；48.图14是巨噬细胞细胞经不同浓度cr、da@cr和da@cr?bms202分别孵育24h后的相对存活率检测结果统计图；49.图15是不同浓度da@cr?bms202介导的光热对hepa1?6细胞，a549细胞和hela细胞的相对存活率影响结果统计图；50.图16是da@cr?bms202与hepa1?6细胞共培养且nir处理后荧光显微镜观察的对hepa1?6的杀伤凋亡情况显示图；51.图17是各组小鼠的红外热像图；52.图18是各组小鼠的肿瘤生长曲线图；53.图19是各组小鼠的体重随时间变化曲线图；54.图20是各组小鼠肿瘤切片的h&e染色图和ki?67免疫组化染色图。具体实施方式55.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。56.下述内容所涉及的cr粉购自北京德科岛科技有限公司，型号为dk?cr?001；盐酸多巴胺购自sigma，型号为bcbv9268；药物bms?202购自大连美伦，型号为mb3371；hepa1?6细胞、a549细胞和hela细胞、巨噬细胞来源于美国atcc；c57bl/6小鼠来源于北京维通利华实验动物技术有限公司；pd?1抗体来源于biolegend(货号114115)。57.下述内容涉及的动物实验经暨南大学实验动物伦理委员会批准，满足标准的动物福利要求。58.制备例159.本制备例制备cr纳米颗粒：60.将100mg cr粉与100ml ipa(异丙醇)混合，将混合液置于冰水中，进行探头超声处理(8h，200w)，探头超声处理设定2/2s的开/关周期，得到悬浮液；对悬浮液进行水浴超声(10h，360w，水温10℃)，经两次超声处理后，将制备的分散体以1000g的速度离心30min，以除去较大的cr颗粒；将含cr纳米颗粒的上清液轻轻倒出，以8000g的速度离心30min，得到cr纳米颗粒。将cr纳米颗粒于真空烘箱中干燥，包装在锡纸中，4℃保存。61.制备例262.本制备例制备聚多巴胺负载cr纳米颗粒的材料(后续以da@cr表示)：63.将盐酸多巴胺和cr纳米颗粒按2:1的质量比在水中混合，加入质量分数1％的naoh，25℃下避光搅拌12h，即得da@cr。64.制备例365.本制备例制备聚多巴胺负载cr纳米颗粒和bms?202的材料(后续以da@cr?bms?202表示)：66.将da@cr以1mg/ml分散在有机溶剂ipa中，将bms?202以10mg/ml溶解在dmso中；将da@cr分散体以2:1的质量比与bms?202溶液混合，25℃下避光搅拌12h，pbs洗涤3次，即得da@cr?bms?202。67.实施例168.材料的形貌表征、元素组成表征和光谱测定：69.(1)用透射电子显微镜(tem)对制备例1制得的cr纳米颗粒和制备例3制得的da@cr?bms202的形貌进行了表征，透射电镜图如图1和图2所示(标尺为100nm)，图中显示了cr纳米颗粒和da@cr?bms202的纳米结构。表明da@cr?bms202被成功制备。70.(2)通过扫描透射电子显微镜(stem)表征制备例1制得的cr纳米颗粒和制备例3制得的da@cr?bms202的元素组成，结果如图3和图4所示(标尺为100nm)，显示cr、c、n和o元素共定位情况(a?d依次显著cr、c、n和o元素的荧光定位)。表明da@cr?bms202被成功制备。71.(3)用532nm氩离子激光器作为激发源的invia反射共聚焦拉曼显微镜下采集制备例1制得的cr纳米颗粒、制备例2制得的da@cr和制备例3制得的da@cr?bms202拉曼光谱，结果如图5所示，表明da@cr和da@cr?bms202被成功制备。72.(4)用x射线光电子能谱(xps)对制备例1制得的cr纳米颗粒、制备例2制得的da@cr和制备例3制得的da@cr?bms202的化学成分进行了表征，结果如图6所示，表明da@cr和da@cr?bms202被成功制备。73.(5)制备例1制得的cr纳米颗粒、制备例2制得的da@cr和制备例3制得的da@cr?bms202的傅里叶变换红外光谱(ftir)图如图7所示，表明da@cr和da@cr?bms202被成功制备。74.实施例275.cr纳米颗粒的光热性能表征：76.(1)光热转换效率(ptce)是光敏剂最重要的性质，它决定了光敏剂的光热转换效率。配制cr纳米颗粒的pbs溶液(25μg/ml，50μg/ml，75μg/ml)，观察其在808nm(1.0w/cm2)激光辐照下温度随时间的变化情况，如图8所示，随着辐照时间的增加，不同浓度的cr在808nm激光辐照下的温度变化量各不相同，分别为增加13℃(25μg/ml)、21℃(50μg/ml)和25℃(75μg/ml)。77.(2)强吸收是光热剂的先决条件。配制cr纳米颗粒的pbs溶液(25μg/ml，50μg/ml，75μg/ml，100μg/ml)，采用日立uh4150分光光度计进行uv?vis光谱分析，测量cr纳米颗粒在400?1100nm范围内的光学吸光度，如图9所示，cr纳米颗粒在nir?i和nir?ii光谱区均表现出强烈的光吸收能力，随浓度呈梯度变化。cr纳米颗粒规范化吸收强度分析线性图(λ＝808nm)如图10所示，在808nm处cr纳米颗粒的规范化吸收强度随着其浓度达的增加而增加。78.(3)配制cr纳米颗粒的pbs溶液(75μg/ml)，在808nm照射下进行6个光热循环(加热?冷却循环)，在每个循环中，激光被打开和关闭10min，温度的变化规律如图11所示，由图可知，可以忽略的衰减表明表明cr纳米颗粒具有良好的光热稳定性。79.实施例380.da@cr?bms202的体外细胞摄取试验：81.使用cy7染料标记da@cr?bms202材料，calcein?am标记细胞胞浆，使用hoechest33342染色细胞核。将hepa1?6细胞(小鼠肝癌细胞)和da@cr?bms202?cy7(浓度为50ppm)共培养24h后，去除上清和清洗2遍，使用荧光显微镜观察细胞对da@cr?bms202?cy7的摄取情况进行观察，如图12所示，由图可知，肿瘤细胞能够充分摄取da@cr?bms202?cy7。82.实施例483.材料的体外细胞毒性试验：84.采用小鼠肝癌hepa1?6细胞系和raw264.7巨噬细胞，对cr纳米颗粒、da@cr、da@cr?bms202进行体外细胞毒性试验。在37℃，5％co2培养箱中，用含10％胎牛血清(fbs)和1％青霉素/链霉素(p/s)的dmem培养基培养。用0.25％胰酶?edta消化收集细胞，以1×105个细胞/孔(n＝5)接种于96孔培养板，培养24h，用含不同浓度cr纳米颗粒、da@cr、da@cr?bms202纳米颗粒的新鲜dmem完全培养基(0、25、50、100和200μg/ml)替换。孵育24小时后，采用cck?8测定不同纳米颗粒的体外细胞毒性。结果如图13(hepa1?6细胞)和图14(raw264.7巨噬细胞)所示。由图13可知：cr纳米颗粒、da@cr和da@cr?bms202纳米颗粒显示微不足道的细胞毒性。由图14可知：随着cr纳米颗粒、da@cr和da@cr?bms202浓度的增加，巨噬细胞的相对存活率越高，换而言之，cr、da@cr和da@cr?bms?202系列纳米颗粒对巨噬细胞的生物活性具有促进作用。这些结果表明，cr纳米颗粒具有良好的生物相容性(生物毒性低)和免疫刺激作用。85.实施例586.da@cr?bms?202的体外抗肿瘤试验：87.(1)在96孔板中，将hepa1?6(鼠肝癌细胞)，a549(人肺癌细胞)和hela(人宫颈癌细胞)(1×105/孔，n＝4)与不同浓度的da@cr?bms?202纳米颗粒(12.5、25、50、100和200μg/ml)孵育4h，使用808nm激光照射上述肿瘤细胞(808nm,1.0w/cm2,8min)，12h后用cck?8法测定细胞的存活率，用分光光度计测定450nm处的吸光度。结果如图15所示，随着纳米颗粒浓度的增高，肿瘤细胞被光热杀伤的效果越显著。88.(2)此外，在96孔板，用100μl da@cr?bms202(100μg/ml)孵育hepa1?6，然后nir激光照射(808nm,1.0w/cm2,8min)，12h后，用pbs清洗三次，然后用碘化丙啶(propidium iodide，pi)和吖啶橙(acridine orange，ao)染料染色。使用倒置荧光显微镜观察，区分活细胞(绿色荧光)和死细胞(红色荧光)。结果如图16所示，随着纳米颗粒浓度的增加，大部分hepa1?6细胞被光热杀死，红色荧光标记的死亡细胞数量相应增加。89.实施例690.da@cr?bms?202的体内抗肿瘤试验：91.(1)采用健康雌性c57bl/6小鼠(5?6周龄，16?20g)建立皮下小鼠肝癌模型：皮下注射5×105hepa1?6细胞至小鼠臀背右侧，当肿瘤体积达到200mm3时，建模成功；92.(2)所有小鼠随机分为4组(n＝5/组):(2.1)对照组(生理盐水，100μl)(2.2)小鼠静脉注射da@cr(10mg/kg,100μl)(2.3)小鼠静脉注射da@cr?bms202(10mg/kg,100μl)和(2.4)小鼠静脉注射da@cr?bms202(10mg/kg，100μl)和pd?1抗体(5mg/kg)。24h后，近红外激光照射进行体内光热治疗(808nm,1w/cm2,6min)，观察各组的红外热像图。第7天再次进行同样的治疗。93.(3)观察到的红外热像图如图17所示，注射da@cr、da@cr?bms202和da@cr?bns202+αpd?1的小鼠肿瘤温度升高20?25℃，明显高于对照组(△t＝5℃)，表明相较于对照组，da@cr、da@cr?bms202和da@cr?bns202+αpd?1组光热效应更显著。94.(4)按下式测量肿瘤体积：肿瘤体积＝[(肿瘤长度)×(肿瘤宽度)2]/2。小鼠肿瘤生长曲线图如图18所示，结果表明da@cr、da@cr?bms202、da@cr?bns202+αpd?1介导的光热治疗显著抑制肿瘤的生长。[0095](5)小鼠的体重随时间变化曲线如图19所示，结果表明与对照组比较，各处理组小鼠无异常体重变化。[0096](6)用4％中性多聚甲醛将肿瘤固定。石蜡包埋，8mm切片，h&e染色，数字显微镜观察。免疫组化染色检测石蜡包埋的切片(肿瘤组织)用抗ki?67抗体(#27309?1?ap；1:300；proteintech)孵育,在4℃下过夜，然后用100μl的1×二抗孵育1h(kihc?5,1:1,proteintech)。用3,3'?二氨基联苯胺和苏木精(proteintech)染色检测信号。结果如图20所示：肿瘤切片的h&e染色显示，da@cr、da@cr?bms202和da@cr?bms?202+αpd?1组，造成了肿瘤组织的大量坏死，效果显著，这与光热杀伤有明显关联。与control组相比较，da@cr、da@cr?bms202和da@cr?bms?202+αpd?1处理的肿瘤组织内低表达ki67，显示其肿瘤细胞增殖能力明显降低。从以上结果分析，da@cr?bms202具有很好的光热杀伤、免疫治疗效果(联合pd?1抗体)和显著抑制肿瘤的生长能力。[0097]申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种光敏材料和制备方法及其在肿瘤光热联合免疫治疗中的应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。[0098]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。[0099]另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。