專利名稱：Mri導(dǎo)向的hifu增效劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及醫(yī)用納米生物材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用作MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑的介孔二氧化硅空心納米材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前無創(chuàng)治療的理念已經(jīng)成為未來醫(yī)學(xué)發(fā)展的新方向。超聲療法是向組織中沉積聲能的最小侵入或非侵入性方法。高強(qiáng)度聚焦超聲(High Intensity Focused Ultrasound, HIFU)作為最具有代表性的非侵入性和非放射性新型治療模式，目前已經(jīng)在臨床上針對(duì)某些疾病(諸如子宮肌瘤)取得了巨大的成功。然而，HIFU在腫瘤特別是惡性腫瘤(癌癥)的手術(shù)治療上還沒有得到廣泛的應(yīng)用。要解決這一難題，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)必須要得到有效的解決一個(gè)就是如何利用目前臨床廣泛使用的成像系統(tǒng)(諸如超聲成像(US)、核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)、CT、PET、X光等等)對(duì)病變部位進(jìn)行高質(zhì)量的成像，為HIFU的超聲能量聚焦提供高質(zhì)量的圖像依據(jù)；另一個(gè)是在對(duì)病變部位進(jìn)行精確的定位后，在利用HIFU進(jìn)行無創(chuàng)手術(shù)時(shí)， 如何有效地提高HIFU的治療效果，即如何在低超聲功率下能得到高效的治療效果。因?yàn)橐敫叩某暪β释鶗?huì)帶來聲通道上組織的損傷。目前針對(duì)這兩個(gè)問題主要是通過對(duì)MRI 和HIFU的儀器的更新和升級(jí)來進(jìn)行精確定位和強(qiáng)化治療的效果，然而這需要付出高昂的費(fèi)用，而效果卻不盡如人意。另外，尋找合適的增效方法也是HIFU技術(shù)臨床應(yīng)用中需要解決的重要環(huán)節(jié)。目前商業(yè)化的針對(duì)HIFU無創(chuàng)手術(shù)治療的引導(dǎo)方式主要有兩種超聲成像(US)引導(dǎo)和核磁共振成像(MRI)引導(dǎo)。相比較而言，MRI由于具有非侵入診斷、高分辨解剖學(xué)成像和定量評(píng)估發(fā)病機(jī)理等優(yōu)點(diǎn)，因此比超聲成像具有更廣泛的應(yīng)用前景，在臨床上也得到了廣泛的應(yīng)用。目前臨床廣泛使用的MRI造影劑主要為釓(Gd)基的配合物。但是，由于Gd非人體必須的元素，因此其潛在的毒性問題也越來越引起人們的關(guān)注。另一方面，由于Mn離子元素參與人體多種酶的代謝、促進(jìn)銅和某些維生素的使用、促進(jìn)骨的鈣化過程和促進(jìn)蛋白質(zhì)的吸收，是人體必須的元素之一。因此Mn元素具有比Gd元素更好的生物相容性。更重要的是，Mn和Gd —樣，具有作為MRI造影劑的性能。然而，由于Mn不易形成配合物，且變價(jià)較多，其MRI成像的性能一直遠(yuǎn)遠(yuǎn)都不如Gd劑，因此在臨床上的推廣也一直受到限制。 因此，如果能解決Mn基造影性能差的問題，其在臨床上的應(yīng)用必將比Gd劑更加廣泛，而且更加安全。介孔納米材料，例如介孔二氧化硅空心納米材料具有巨大的空腔納米結(jié)構(gòu)、高比表面積、大孔容、可以負(fù)載客體分子而可用于吸附劑、催化劑載體和藥物載體等相關(guān)領(lǐng)域。 例如CN100998335A公開一種核殼結(jié)構(gòu)的稀土納米抗菌劑，其包括球形介孔二氧化硅作為載體以及抗菌劑。近年來介孔二氧化硅空心納米材料在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究引起了廣泛關(guān)注，特別是作為抗癌藥物傳輸體系有望實(shí)現(xiàn)臨床應(yīng)用，然而目前對(duì)于利用納米生物材料對(duì)HIFU治療進(jìn)行增效的研究還未見報(bào)道，更無相關(guān)專利可尋。而且，介孔二氧化硅納米
3材料真正使用前必須全面深入了解其包括毒性、降解性等在內(nèi)的一系列生物相容性問題。 然而，在這方面國際上的基礎(chǔ)研究工作的報(bào)道還十分有限。可喜的是，最近，中科院上海硅酸鹽研究所施劍林等在介孔二氧化硅納米材料的生物相容性基礎(chǔ)研究和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究方面取得了一系列創(chuàng)新性研究成果從體外到體內(nèi)、從細(xì)胞到活體組織和血液，系統(tǒng)考察了介孔二氧化硅納米材料的生物降解性、細(xì)胞毒性、血液相容性、藥代動(dòng)力學(xué)和組織相容性，證明了介孔二氧化硅納米材料具有良好的生物相容性，為其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供了重要的生物安全性參考資(Biomaterials 2010, 31， 1085; Biomaterials 2010， 31， 3335; Biomaterials 2010， 31， 7785; Small 2009， 5， 2722; Small 2010， DOI 10. 1002/smll. 201001459)。

發(fā)明內(nèi)容
面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過銳意的研究，意識(shí)到近幾年發(fā)展起來的納米技術(shù)可以有效地解決這一問題。即、介孔納米材料，尤其是生物相容性好的介孔二氧化硅空心納米材料可能對(duì)MRI導(dǎo)向的HIFU治療進(jìn)行增效。針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的錳基造影劑成像性能不佳的問題。本發(fā)明人認(rèn)識(shí)到若能均勻地分散Mn的順磁中心，可能提高M(jìn)n基MRI造影劑的造影性能。因?yàn)镸RI成像原理，T1 成像時(shí)T1縮短的過程要求氫質(zhì)子與造影劑的順磁部分直接作用，即水分子的氫核要盡可能地接近磁性中心達(dá)到弛豫增強(qiáng)。因此，要提高M(jìn)n基造影劑的MRI成像性能，一個(gè)解決的辦法就是能把Mn的磁性中心盡可能地與水分子接觸，而介孔材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以使得這個(gè)問題得到很好的解決。即、利用介孔的大比表面積和孔容均勻地分散Mn的順磁中心，可以使得Mn基的MRI造影劑的性能得到很大的提高。此外，本發(fā)明人還意識(shí)到介孔納米材料由于具有大的空腔結(jié)構(gòu)(空心球)，可以負(fù)載大量的客體分子有望用于HIFU增效。此外，空腔結(jié)構(gòu)和孔道結(jié)構(gòu)還可以賦予該納米材料藥物包覆和傳輸?shù)男阅埽沟没熀虷IFU治療一體化成為可能。在此，本發(fā)明提供一種MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，包括介孔納米顆粒、分散在所述介孔納米顆粒中的錳的氧化物的納米顆粒以及負(fù)載在所述介孔納米顆粒中的用于HIFU增效的客體分子。采用本發(fā)明，錳的氧化物和介孔空心納米材料結(jié)合，可很好地利用材料的成像功能為錳基MRI精確定位腫瘤部位，生物相容性好。錳的氧化物MnOx原位均勻分散在介孔材料的孔道中，利用介孔材料大的表面積和孔容以及可調(diào)的孔徑大小可以均勻地分散錳的順磁中心，增加水分子與錳的順磁中心的接觸機(jī)會(huì)，從而提高核磁共振成像的造影能力。此外，介孔材料的大空腔結(jié)構(gòu)可負(fù)載于HIFU增效的全氟己烷，可以提高HIFU的治療效果。在本發(fā)明中，所述介孔納米顆?？蔀榻榭锥趸杩招募{米顆粒。選用生物相容性優(yōu)良的介孔二氧化硅空心納米顆粒可進(jìn)一步提高了本發(fā)明的臨床應(yīng)用性。又，所述介孔二氧化硅空心納米顆粒的粒徑可為100 lOOOnm，孔徑可為2. 5 5nm。這種大比表面積和大孔徑的空心載體結(jié)構(gòu)可以更高效地負(fù)載大量的錳的氧化物和客體分子用于HIFU增效。例如在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選示例中，所述錳的氧化物可為所述介孔納米顆粒質(zhì)量的3 10%。在又一個(gè)優(yōu)選示例中，所述用于HIFU增效的客體分子為所述介孔納米顆粒質(zhì)量的19Γ10%。
又，本發(fā)明的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑還可包括負(fù)載在所述介孔納米顆粒中的抗腫瘤藥物。空腔結(jié)構(gòu)和孔道結(jié)構(gòu)可以賦予該納米材料藥物包覆和傳輸?shù)男阅?，使得化療?HIFU治療一體化成為可能。所述抗腫瘤藥物包括但不限于阿霉素、紫杉醇、多烯紫杉醇、長春新堿、氟尿嘧啶、甲氨喋呤、米托蒽醌、環(huán)磷腺苷、環(huán)磷酰胺、培洛霉素、硝卡介、亞胺醌、阿柔比星、卡莫司汀、替莫唑胺、洛莫司汀、卡莫氟、替加氟、放線菌素D、絲裂霉素、安吖啶、安磷汀、順鉬、阿拉瑞林、安魯米特、氮芥中的一種或兩種以上的混合物。另一方面，本發(fā)明提供一種制備上述MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑的方法，包括步驟A 高錳酸鉀與所述介孔納米顆粒的孔道中的還原性表面活性劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)以使錳的氧化物均勻分散在所述介孔納米顆粒的孔道中；以及步驟B 原位浸漬用于HIFU增效的客體分子。本發(fā)明的方法利用高錳酸鉀和介孔材料孔道中的還原性表面活性劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)可以方便地原位引入錳的氧化物，同時(shí)原位浸漬HIFU增效的客體分子。合成工藝簡(jiǎn)單易行、無污染、成本低。在本發(fā)明中，所述步驟A可包括步驟Al 將所述介孔納米顆粒分散于高錳酸鉀水溶液中，在30 100°C下攪拌0. 5 200小時(shí)；步驟A2 冷卻、洗滌去除多余的高錳酸鉀，然后干燥；以及步驟A3 在400 700°C下煅燒4 8小時(shí)，或用硝酸銨萃取以去除殘余的表面活性劑。又，所述步驟A還可包括在還原性氣氛下于400 700°C熱處理3 5小時(shí)以調(diào)控所述錳的氧化物的價(jià)態(tài)。所述還原性氣氛優(yōu)選為氫氣和氬氣混合氣體。這樣，可以通過高溫還原熱處理的方式控制錳的價(jià)態(tài)，從而控制錳基核磁共振成像造影劑的成像能力。本發(fā)明合成工藝簡(jiǎn)單易行、無任何污染(無污染物排放)、產(chǎn)量高、成本低、效率高、 易工業(yè)化生產(chǎn)；制得的MRI導(dǎo)向下的HIFU增效劑可以有效地給腫瘤組織顯影，并且顯著提高HIFU治療的效果，因此顯示出廣闊的應(yīng)用前景。此外，該增效劑比表面積高、孔容大、孔徑分布均一可調(diào)，有利于藥物在其中的高效擔(dān)載，有利于實(shí)現(xiàn)化療與HIFU無創(chuàng)治療的一體化。


圖1示出制備本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒的示意流程2A是本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2S心納米顆粒的TEM圖2B是本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒的高倍TEM圖2C是本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2S心納米顆粒的STEM圖2D-2F示出本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒的EDS元素mapping面掃描圖
片；
圖3 A示出本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒Mn的濃度與1/ \的關(guān)系的曲線
圖3Β示出本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒Mn的濃度與1/Τ2的關(guān)系的曲線
圖4示出本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒通過耳靜脈注射到荷瘤兔子體內(nèi)后不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行的MRI采集的圖片；圖5示出用MRI導(dǎo)向的HIFU治療的原理示意圖6示出采用體外脫氣牛肝評(píng)價(jià)本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒在HIFU治療中的增效結(jié)果；
圖7示出在荷有肝腫瘤的兔子模型體內(nèi)本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒在 HIFU增效研究結(jié)果。
具體實(shí)施例方式參照說明書附圖，并結(jié)合下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，說明書附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。參見圖1，其示出以介孔SiO2S心納米顆粒為示例載體來說明本發(fā)明的示例制備流程。然而應(yīng)理解，其他使用的介孔納米材料也是適用的，例如介孔碳納米材料等。首先，在步驟Sl，采用表面活性劑/氧化硅軟/硬雙模板法制備介孔SiO2空心納米顆粒，g卩、以陽離子表面活性劑(例如，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB))為軟模版/造孔劑， 以及以實(shí)心SiO2為硬模板制備出單分散的介孔SiO2空心納米顆粒。接著在步驟S2，在去除表面活性劑前，利用含Mn的生物相容性好的氧化劑，例如高錳酸鉀與介孔納米材料的表面活性劑的膠束原位發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使錳的氧化物 (MnOx)原位均勻分散在介孔納米材料的孔道中?？赏ㄟ^高溫煅燒或采用合適的溶劑萃取去除殘留的表面活性劑。然后，在步驟S3，可通過在還原性氣氛下高溫還原以控制MnOx的價(jià)態(tài)，進(jìn)而調(diào)控 MRI的造影功能。應(yīng)理解，該步驟是優(yōu)選的，即、可以不包括該步驟。最后，在步驟S4通過原位浸漬的方法，在介孔SiO2空心納米顆粒的內(nèi)部負(fù)載上疏水的生物相容性好的用于HIFU增效的全氟己烷(Pra)分子。在這里示例了全氟己烷(Pra) 分子作為客體分子，但應(yīng)理解，其他可用于HIFU增效的客體分子也是適用的，例如全氟己烷和全氟溴辛烷。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的方法制備出具有良好分散性、良好生物相容性、粒徑可控和孔徑可控的多功能的MRI導(dǎo)向下的HIFU增效劑納米材料。該納米顆粒的特有結(jié)構(gòu)特征為該納米結(jié)構(gòu)具有空腔結(jié)構(gòu)、介孔殼層、孔道中均勻分散有Mn的氧化物納米顆粒、組成元素為Si、0和Mn。納米顆粒的直徑可在100 1000 nm之間可控，壁上介孔結(jié)構(gòu)的孔徑為2. 5 5. 0 nm范圍內(nèi)可控。下面進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的示例制備工藝。介孔SiO2空心納米顆粒的制備。首先，通過傳統(tǒng)的St5ber方法制備出粒徑可控的單分散SiO2納米顆粒。這一步通過以乙醇和水(優(yōu)選去離子水)作為共溶劑、氨水為堿催化劑、正硅酸乙酯為硅源，在室溫 40°C下反應(yīng)后得到目標(biāo)產(chǎn)物。離心收集產(chǎn)物后，用大量乙醇清洗產(chǎn)物后真空干燥。接著將一定量的上述SiO2納米顆粒分散到醇/水溶液中，并加入介孔的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(表面活性劑，在這里表面活性劑選用還原性的有機(jī)分子，例如十六烷基三甲基溴化銨)， 以氨水為催化劑，正硅酸乙酯為硅源，在實(shí)心SiO2的表面包覆上一層介孔SiO2層，得到一種實(shí)心SiO2核/介孔SiO2殼的核/殼結(jié)構(gòu)納米顆粒(sSi02@mSi02)。離心收集產(chǎn)物后，直接分散到一定量的水溶液中待用。
最后，在sSi02/mSi02納米顆粒的懸浮液中加入一定量的Na2CO3作為堿刻蝕劑，并置于一定的條件下堿刻蝕掉實(shí)心SiO2部分，得到介孔SiO2空心納米顆粒。含Mn的介孔SiO2空心納米粒子(MCNCs)的制備。首先，將已經(jīng)上述介孔SiO2空心納米顆粒超聲分散于一定量的水溶液(優(yōu)選去離子水)中，再滴加一定量的KMnO4水溶液，也可將上述介孔SiO2空心納米顆粒或其水溶液超聲分散在一定量的KMnO4水溶液中。將所得混合液在避光的條件下置于在30 100°C下處理一段時(shí)間(例如0. 5 200小時(shí))后，然后立即離心并用大量的去離子水洗滌去除未反應(yīng)的KMnO4分子。將得到的樣品冷凍干燥。將干燥好的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒在一定的溫度下(例如400 700°C)煅燒一定的時(shí)間(例如4 8小時(shí))去除殘余的表面活性劑。含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒中Mn的價(jià)態(tài)的調(diào)控。本發(fā)明可在還原性氣氛(例如H2/Ar混合氣體氣氛)下，在一定的溫度下(例如 400 700°C )熱處理一定的時(shí)間(例如3 5小時(shí))以控制MnOx的價(jià)態(tài)。負(fù)載全氟己烷分子含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒(PFH_MCNCs)的制備。稱取一定量的上述含Mn的多功能介孔SiO2空心納米顆粒(可以是上述經(jīng)高溫還原處理或未經(jīng)高溫還原處理的介孔SiO2空心納米顆粒，置于離心管中。緩慢滴加一定量的全氟己烷(Pra)后，立即封好管口，輕輕振動(dòng)后，加入一定量的磷酸鹽緩沖液(PBS)，并立即封好管口。在超聲作用下均勻分散好納米顆粒后置于4°c冰箱中待用。本發(fā)明首先通過層層包裹法和溶膠_凝膠過程制備出實(shí)心核SiO2/介孔殼SiO2 (SSiO2AiSiO2)納米顆粒，再將制備出的SSiO2AiSiO2納米粒子在堿性條件下(Na2CO3水溶液) 選擇性刻蝕去除內(nèi)核制備出粒徑在100 1000 nm范圍內(nèi)可調(diào)，孔徑在2. 5 5 nm范圍內(nèi)可調(diào)，具有巨大空腔結(jié)構(gòu)和孔道結(jié)構(gòu)的介孔SiO2空心納米顆粒。接著通過簡(jiǎn)單的氧化_還原反應(yīng)，如利用KMnO4的強(qiáng)氧化性，和介孔孔道中的表面活性劑原位反應(yīng)，將Mn的氧化物原位均勻地分散在孔道中。應(yīng)理解，通過控制起始的KMnO4的濃度和反應(yīng)的時(shí)間，可以控制Mn的氧化物的負(fù)載量，例如優(yōu)選IOOg的納米空心材料含6. 4g MnOx。通過控制H2/Ar還原的時(shí)間和溫度，可以控制Mn的價(jià)態(tài)，最終控制Mn基MRI成像的效果。再利用該納米材料巨大的空腔結(jié)構(gòu)原位負(fù)載上疏水的全氟己烷分子，得到一種有機(jī)/無機(jī)雜化的納米材料。同樣也應(yīng)理解，可以控制全氟己烷分子的負(fù)載量，例如優(yōu)選IOOg的納米空心材料含Ig全氟己烷分子。這種方法制備出的納米材料具有良好的MRI造影性能和HIFU的增效性能。利用材料的成像功能為MRI精確定位腫瘤部位，同時(shí)利用材料的增效功能提高HIFU的治療效果。 應(yīng)理解，介孔材料可以是空心SiO2體系，也可以是其它介孔材料體系，而且只要錳的負(fù)載方式是通過含錳的氧化劑和介孔材料的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑(表面活性劑)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而留在孔道中，而且包覆的客體分子為用于HIFU增效的分子即可。此外，這種方法可以整合其它功能模塊，例如熒光成像、PET成像、CT成像和超聲成像等，得到更加智能化的納米藥物/造影劑輸送體系。重要的是，該納米結(jié)構(gòu)中的介孔部分具有高的比表面積和孔容，還可以用于藥物的高效擔(dān)載、藥物的緩釋和靶向傳輸，因此可以實(shí)現(xiàn)HIFU無創(chuàng)治療和化療的一體化，為腫瘤的治療提供更好、更有效的治療方案。圖2 A和2 B示出了上述制備的含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒的透射電鏡照片(TEM照片)。從圖2A中可以看出，制備出的納米粒子呈現(xiàn)球形形貌，并具有良好的分散性。 納米粒子的空腔結(jié)構(gòu)可以從透射電鏡照片中的襯度差反映出來。此外，通過高倍數(shù)的透射電鏡照片(圖2B)可以看出，制備出的納米粒子具有有序的輻射狀的孔道結(jié)構(gòu)，這將有利于水分子的自由進(jìn)入和后續(xù)全氟己烷的浸漬負(fù)載。圖2C示出制備出的納米粒子的STEM照片， 從中可以進(jìn)一步證明空心結(jié)構(gòu)的存在。圖2D、2E和2F示出本發(fā)明的納米粒子的EDS元素mapping面掃描的結(jié)果，從該結(jié)果中可以證實(shí)引入的Mn的順磁中心均勻分散于整個(gè)納米粒子中，并且無大的顆粒生成，進(jìn)一步說明了孔道限域原位形成和生長Mn的氧化物納米顆粒(MnOx)。圖3A和圖3B示出示例含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒的[Mn=-Izt1和[Mn]-2/ T2關(guān)系的曲線，由該曲線可以計(jì)算出制備出的該納米材料在高溫還原前的巧值為0. 57 Inr1S^r2值為19.9 πιΜ 高溫還原后的T1值為1.84 πιΜ r2值為42. O?！ⅰ??？梢?， 該多功能納米材料的MRI造影的Γι值最高可達(dá)1. 84 πιΜ r2值最高可達(dá)42. O mTY1。 這些數(shù)據(jù)證明本發(fā)明的含Mn的介孔SiO2空心納米粒子具有良好的MRI造影性能(T1和T2 雙模式成像功能)。圖4示出本發(fā)明的示例含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒通過耳靜脈注射到荷瘤兔子體內(nèi)后不同時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行的核磁工作成像(MRI)采集的圖片。從該圖中可以看出，注射了含Mn的納米粒子后，肝臟部位的T1信號(hào)被有效地強(qiáng)化，使得肝臟部位的腫瘤和正常組織的邊界變得非常明顯。腫瘤部位的信號(hào)也同時(shí)得到了強(qiáng)化，證明有部分納米材料已經(jīng)進(jìn)入到了腫瘤內(nèi)部。這種MRI信號(hào)的增強(qiáng)有利于HIFU治療探頭的精確定位，從而有效地減少對(duì)正常組織的破壞并強(qiáng)化治療效果。圖5示出用MRI導(dǎo)向下的HIFU治療的原理示意圖。從該圖中可以清楚地看出，首先通過對(duì)病變部位進(jìn)行MRI成像，精確地尋找到目標(biāo)治療區(qū)域。再在體外產(chǎn)生一定功率的超聲，這種體外產(chǎn)生的超聲能量被換能器聚焦后，能夠有效地透過皮膚，在MRI的導(dǎo)向下集中到病變腫瘤部位，產(chǎn)生瞬態(tài)高溫，消融掉腫瘤部分，達(dá)到無創(chuàng)切除腫瘤的目的。圖6示出采用體外脫氣牛肝評(píng)價(jià)制備出的示例含Mn的介孔SiO2空心納米顆粒在 HIFU治療中的增效結(jié)果。結(jié)果顯示全氟己烷(Pra)包埋的含Mn的介孔SiO2空心納米材料 (PFH-MCNCs, 150w/5s: 86. 5 mm3; 250w/5s: 153. 1 mm3)對(duì)牛肝的損傷程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)的含Mn 的介孔 SiO2 空心納米材料(MCNCs, 150w/5s: 43. 7 mm3; 250w/5s: 109. 3mm3)和空白對(duì)照組(PBS, 150w/5s: 31. 7 mm3; 250w/5s: 66. 6 mm3)，說明得到的本發(fā)明的有機(jī)/無機(jī)雜化納米材料在體外具有HIFU的增效效果。圖7示出在荷有肝腫瘤的兔子模型體內(nèi)制備出的示例含Mn的介孔SiO2空心納米材料在HIFU治療中的增效結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和體外脫氣的牛肝結(jié)果一致含有Pra的Mn的介孔SiO2空心納米材料(PFH-MCNCs, 150w/5s: 10.2 mm3)對(duì)腫瘤的損傷程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)的含Mn的介孔空心納米材料(MCNCs, 150w/5s: 3. 7 mm3)和空白對(duì)照組(PBS, 150w/5s: 1. 1 mm3)，進(jìn)一步證明得到的有機(jī)/無機(jī)雜化納米材料在體內(nèi)具有HIFU的增效效果。體外和體內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明提供的這種多功能納米材料可以精確地為 HIFU治療定位腫瘤部位，并有效地提高HIFU的治療效果。重要的是，這種新型的具有MRI 導(dǎo)向功能的HIFU增效劑還可以進(jìn)行抗癌藥物的擔(dān)載和傳輸，因此可以將HIFU治療和化療進(jìn)行相互輔助治療，從而提高腫瘤的治療效果。
本發(fā)明進(jìn)一步例如以下實(shí)施例以更好地說明本發(fā)明。同樣應(yīng)理解，以下實(shí)施例是為了更好地說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例1
制備介孔SiO2空心納米粒子71. 4 mL的乙醇，10 mL去離子水和3. 14 mL的氨水均勻混合后置于30°C條件下磁性攪拌。隨后在攪拌的條件下迅速滴加6 mL的正硅酸乙酯。待攪拌反應(yīng)1 h后離心收集產(chǎn)物，并用大量無水乙醇清洗樣品。真空室溫干燥后待用。再接著在預(yù)先制備好的實(shí)心SiO2的表面包裹上一層以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的介孔SiO2層。稱取100 mg的實(shí)心SiO2納米粒子均勻地超聲分散于20 mL的去離子水中。將150 mg的CTAB溶解于30 mL去離子水，30 mL乙醇和0. 55 mL氨水的混合液中， 并在30°C條件下磁攪拌。將實(shí)心SiO2納米粒子的水溶液加入到CTAB的混合液中后，攪拌均勻。再迅速滴加0.25 mL的正硅酸乙酯，并讓反應(yīng)再持續(xù)6 h。離心收集產(chǎn)物后，將產(chǎn)物分散到0.4 M的Na2COyK溶液中，并在50°C條件下刻蝕10 h去除內(nèi)部實(shí)心SiO2部分。離心收集產(chǎn)物，用大量去離子水洗滌后，冷凍干燥待用。實(shí)施例2
制備含Mn的介孔SiO2空心納米粒子稱取50 mg制備好的介孔SiO2空心納米粒子， 并均勻分散于10 mL的去離子水中。隨后將介孔SiO2S心納米粒子的水溶液添加到10 mL 0.1 M的KMnOpK溶液中，在避光的條件下在40°C攪拌4 h。離心收集產(chǎn)物后，用大量的去離子水清洗樣品中未反應(yīng)掉的KMnO4分子后冷凍干燥。將KMnO4處理好的介孔SiO2空心納米粒子在550°C條件下鍛燒6 h去除殘余的表面活性劑。實(shí)施例2
取50 mg介孔SiO2空心納米粒和10 mL 0. 2 M的KMnO4水溶液重復(fù)實(shí)施例1的方法來制備含Mn的介孔SiO2空心納米粒子。實(shí)施例3
重復(fù)實(shí)施例2的方法，但在避光的條件下在30°C攪拌200 h來制備含Mn的介孔SiO2 空心納米粒子。實(shí)施例4
重復(fù)實(shí)施例2的方法，但在避光的條件下在70°C攪拌3h來制備含Mn的介孔SiO2空心納米粒子。實(shí)施例5
重復(fù)實(shí)施例2的方法，但在避光的條件下在100°C攪拌0. 5 h來制備含Mn的介孔SiO2 空心納米粒子。實(shí)施例6
重復(fù)實(shí)施例2的方法，但將KMnO4處理好的介孔SiO2空心納米粒子在400°C條件下鍛燒8h去除殘余的表面活性劑來制備含Mn的介孔SiO2空心納米粒子。實(shí)施例7
重復(fù)實(shí)施例2的方法，但將KMnO4處理好的介孔SiO2空心納米粒子在700°C條件下鍛燒4h去除殘余的表面活性劑來制備含Mn的介孔SiO2空心納米粒子。實(shí)施例8
重復(fù)實(shí)施例2的方法，但將KMnO4處理好的介孔SiO2空心納米粒子用IOOml的硝酸銨乙醇溶液(2g/L)萃取處理2次，以去除殘余的表面活性劑。實(shí)施例9
稱取50 mg實(shí)施例2制備的介孔SiO2空心納米粒子在氫氣/氬氣(5%的H2和95%的 Ar)的還原氣氛下在550°C條件下熱處理4 h，以調(diào)控Mn的價(jià)態(tài)。實(shí)施例10
重復(fù)實(shí)施例9的方法，但在700°C條件下熱處理3h以調(diào)控Mn的價(jià)態(tài)。實(shí)施例11
重復(fù)實(shí)施例9的方法，但在400°C條件下熱處理5h以調(diào)控Mn的價(jià)態(tài)。實(shí)施例12
將300 mg的實(shí)施例2制備的含Mn的介孔SiO2空心納米粒子放入15 mL的離心管中， 緩慢滴加300 y L的全氟己烷(pra)液體溶液，立即迅速封好管口。稍作震蕩后讓Pra分子充分浸潤到介孔SiO2S心納米粒子的內(nèi)部。再加入10 mL的磷酸鹽緩沖液(PBS)，超聲分散納米粒子后，置于4°C的冰箱中待用。實(shí)施例13
將300 mg的實(shí)施例2制備的含Mn的介孔SiO2空心納米粒子放入15 mL的離心管中， 緩慢滴加500 μ L的pra液體溶液，立即迅速封好管口。稍作震蕩后讓Pra分子充分浸潤到介孔SiO2S心納米粒子的內(nèi)部。再加入10 mL的磷酸鹽緩沖液(PBS)，超聲分散納米粒子后，置于4°C的冰箱中待用。實(shí)施例14
將300 mg的實(shí)施例9制備的含Mn的介孔SiO2空心納米粒子放入15 mL的離心管中， 緩慢滴加300 y L的pra液體溶液，立即迅速封好管口。稍作震蕩后讓Pra分子充分浸潤到介孔SiO2S心納米粒子的內(nèi)部。再加入10 mL的磷酸鹽緩沖液(PBS)，超聲分散納米粒子后，置于4°C的冰箱中待用。實(shí)施例15
核磁共振精確定位兔子中的肝腫瘤荷瘤兔子麻醉后，從耳靜脈注射制備好的2 mL的實(shí)施例12制備的負(fù)載Ρ 的含Mn的SiO2空心納米粒子(PFH-MCNCs)，實(shí)施例2制備的未負(fù)載Pi7H的含Mn的SiO2空心納米粒子(MCNCs)和PBS空白對(duì)照后，在不同的時(shí)間點(diǎn)采集圖像(參見圖4)，然后分析圖像，精確定位到腫瘤的位置。從圖4中可以看出，注射了含Mn的納米粒子后，肝臟部位的T1信號(hào)被有效地強(qiáng)化，使得肝臟部位的腫瘤和正常組織的邊界變得非常明顯。腫瘤部位的信號(hào)也同時(shí)得到了強(qiáng)化，證明有部分納米材料已經(jīng)進(jìn)入到了腫瘤內(nèi)部。這種MRI信號(hào)的增強(qiáng)有利于HIFU治療探頭的精確定位，從而有效地減少對(duì)正常組織的破壞并強(qiáng)化治療效果。實(shí)施例16
體外脫氣牛肝模型評(píng)價(jià)HIFU增效效果首先將獲取的新鮮牛肝脫氣處理后待用。在牛肝組織中通過注射器注入200 μ L的PFH-MCNCs，MCNCs和PBS后，立即用高強(qiáng)度聚焦超聲進(jìn)行輻照(150 w/5s和250 w/5s)。接著迅速將離體脫氣牛肝解剖，計(jì)算損傷體積大小(實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見圖6)。結(jié)果顯示全氟己烷(ΡΠΟ包埋的含Mn的介孔SiO2空心納米材料(PFH-MCNCs， 150w/5s: 86. 5 mm3; 250w/5s: 153. 1 mm3)對(duì)牛肝的損傷程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)的含Mn的介孔 SiO2空心納米材料(MCNCs, 150w/5s: 43. 7 mm3; 250w/5s: 109. 3mm3)和空白對(duì)照組(PBS,
10150w/5s: 31.7 mm3; 250w/5s: 66. 6 mm3)，說明得到的有機(jī)/無機(jī)雜化納米材料在體外具有HIFU的增效效果。實(shí)施例17
體內(nèi)活體肝腫瘤模型評(píng)價(jià)將帶有肝腫瘤的兔子麻醉后，從耳靜脈中注入2 mL的 PFH-MCNCs, MCNCs和PBS空白對(duì)照。首先在納米粒子的造影下，通過MRI精確定位到腫瘤部位后，用高強(qiáng)度聚焦超聲進(jìn)行輻照腫瘤部位(150w/5s)，輻照結(jié)束后，立即活體解剖后取出肝臟組織，計(jì)算損傷體積大小。此外，將腫瘤組織切片，H&E染色并進(jìn)行病理分析(實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見圖7)。該體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和體外脫氣的牛肝結(jié)果一致含有Ρ 的Mn的介孔SiO2空心納米材料(PFH-MCNCs, 150w/5s: 10.2 mm3)對(duì)腫瘤的損傷程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單獨(dú)的含Mn的介孔空心納米材料(MCNCs, 150w/5s: 3. 7 mm3)和空白對(duì)照組(PBS, 150w/5s: 1. 1 mm3), 進(jìn)一步證明得到的有機(jī)/無機(jī)雜化納米材料在體內(nèi)具有HIFU的增效效果。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明提供一種制備具有良好的生物相容性、具有高性能MRI導(dǎo)向功能的HIFU增效劑，克服現(xiàn)有HIFU無創(chuàng)治療中的定位不準(zhǔn)確與治療效率低的缺點(diǎn)。而且本發(fā)明也提供了一種新的提高無創(chuàng)治療效果的策略-即納米生物技術(shù)。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單易行(僅需要低溫溶膠-凝膠過程和氧化還原反應(yīng))、無任何污染、產(chǎn)量高、成本低、效率高，得到的MRI導(dǎo)向下的HIFU增效劑可以有效地給腫瘤組織顯影，并且顯著提高HIFU治療的效果，因此顯示出廣闊的應(yīng)用前景。此外，該增效劑比表面積高、孔容大、孔徑分布均一可調(diào)，有利于藥物在其中的高效擔(dān)載，有利于實(shí)現(xiàn)化療與HIFU無創(chuàng)治療的一體化。
1權(quán)利要求
1.一種MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，包括介孔納米顆粒、分散在所述介孔納米顆粒中的錳的氧化物的納米顆粒以及負(fù)載在所述介孔納米顆粒中的用于HIFU增效的客體分子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，所述介孔納米顆粒為介孔二氧化硅空心納米顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，所述介孔二氧化硅空心納米顆粒的粒徑為100 lOOOnm，孔徑為2. 5 5nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，所述錳的氧化物為所述介孔納米顆粒質(zhì)量的3 10%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，所述用于HIFU增效的客體分子為所述介孔納米顆粒質(zhì)量的1 10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，用于HIFU增效的客體分子包括全氟己烷和全氟溴辛烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑，其特征在于，還包括負(fù)載在所述介孔納米顆粒中的抗腫瘤藥物。
8.一種制備權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑的方法，其特征在于，包括步驟A 高錳酸鉀與所述介孔納米顆粒的孔道中的還原性表面活性劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)以使錳的氧化物均勻分散在所述介孔納米顆粒的孔道中；以及步驟B 原位浸漬用于HIFU增效的客體分子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟A包括步驟Al 將所述介孔納米顆粒分散于高錳酸鉀水溶液中，在30 IOCTC下攪拌0. 5 200小時(shí)；步驟A2 冷卻、洗滌去除多余的高錳酸鉀，然后干燥；以及步驟A3 在400 700°C下煅燒4 8小時(shí)，或用硝酸銨溶液萃取以去除殘余的表面活性劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述步驟A還包括步驟A4 在還原性氣氛下于400 700°C熱處理3 5小時(shí)以調(diào)控所述錳的氧化物的價(jià)態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述還原性氣氛為氫氣和氬氣混合氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑及其制備方法，所述MRI導(dǎo)向的HIFU增效劑包括介孔納米顆粒、分散在所述介孔納米顆粒中的錳的氧化物的納米顆粒以及負(fù)載在所述介孔納米顆粒中的用于HIFU增效的客體分子。采用本發(fā)明，錳的氧化物和介孔空心納米材料結(jié)合，可很好地利用材料的成像功能為錳基MRI精確定位腫瘤部位，生物相容性好。此外，介孔材料的大空腔結(jié)構(gòu)可負(fù)載于HIFU增效的全氟己烷，可以提高HIFU的治療效果。
文檔編號(hào)A61K47/04GK102357250SQ20111035822
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者施劍林, 陳航榕, 陳雨 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所