一种酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶递送系统及其制备方法和应用与流程

本发明属于生物水凝胶材料领域，尤其涉及一种酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶递送系统及其制备方法和应用。

背景技术：

1、肿瘤治疗依然是亟待解决的临床挑战。目前手术切除、放射治疗、化学治疗和局部消融等方式在临床上普遍应用于肿瘤治疗，但仍存在药物局部滞留不足、治疗区域覆盖不充分、残余肿瘤细胞清除不完全等问题。传统全身给药方式容易导致药物在肿瘤部位富集不足，并可能引起正常组织毒副作用。因此，开发能够在肿瘤部位局部滞留、持续释放治疗组分并增强抗肿瘤效果的材料体系，对于提高实体肿瘤治疗效果具有重要意义。

2、水凝胶材料具有良好的可注射性、组织适形性、局部滞留性和药物缓释能力，可作为肿瘤局部治疗的重要递送平台。肿瘤微环境通常呈弱酸性，该特点可作为触发水凝胶降解和药物释放的内源性刺激信号。去甲二氢愈创木酸（ndga）具有多酚结构，可与含硼酸基团的交联分子形成动态硼酸酯键，并进一步与含氨基高分子形成动态交联网络。zns纳米颗粒在酸性条件下能够释放zn2+和h2s，r848可作为功能性治疗组分负载于纳米颗粒中。

3、直接水凝胶载药虽然可获得较高的名义载药量，但r848等小分子免疫调节剂、zn2+等活性离子及h2s相关组分容易通过水凝胶孔隙提前扩散，存在明显的早期突释和局部扩散过快问题，难以满足消融后长时程缓释需求。因此，现有肿瘤局部治疗材料仍需要进一步改进，需要开发一种兼具剪切变稀可注射、凝胶结构稳定、微环境响应药物缓释、可局部固定并与纳秒脉冲电场等局部消融治疗相适配的新型复合水凝胶体系，以提高肿瘤治疗效果。

技术实现思路

1、本技术针对现有直接水凝胶载药体系中，小分子免疫调节剂和活性离子容易经水凝胶孔道提前扩散；另一方面，将纳米载体简单物理分散于水凝胶中时，纳米颗粒与水凝胶网络之间缺乏稳定的界面作用，难以同时兼顾颗粒局部固定、凝胶结构稳定和受控释放的问题，提供一种酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶递送系统，以解决相关技术中水凝胶递送体系存在的药物突释过快、力学性能差难以稳定等问题。

2、本发明基于酸响应水凝胶和酸响应纳米颗粒构建了一种酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶，通过纳米颗粒壳层与水凝胶交联剂之间的相互作用力提高复合水凝胶稳定性，构建局部药物储库避免全身性药物循环；同时利用肿瘤酸性微环境对凝胶基质和纳米颗粒的解离作用，实现药物级联释放行为，最终实现持续的抗肿瘤功能因子的共同递送。该复合水凝胶能够在中性环境中降低早期泄漏，并在肿瘤酸性微环境中触发增强释放。

3、本发明的技术方案之一在于提供一种酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶。

4、该复合水凝胶由ndga-羧甲基壳聚糖水凝胶和zns@pda-r848纳米颗粒组成；所述ndga-羧甲基壳聚糖水凝胶由羧甲基壳聚糖溶液和ndga衍生交联剂溶液共混动态交联而成，所述zns@pda-r848纳米颗粒由zns纳米颗粒为核心包覆pda（聚多巴胺）壳层并吸附r848药物制成。

5、所述聚多巴胺层与所述ndga衍生交联剂之间通过氢键和π-π作用相互作用，使所述zns@pda-r848纳米颗粒嵌合于所述动态交联水凝胶网络中；可提高zns@pda-r848纳米颗粒在所述水凝胶网络中的分散均匀性、界面相容性和局部滞留稳定性。

6、在酸性环境下，所述动态交联水凝胶网络解离并释放ndga、使所述zns@pda-r848纳米颗粒暴露和/或释放；随后所述zns纳米核分解释放zn2+和h2s，并使r848从所述聚多巴胺层中释放，从而形成酸响应级联释药。

7、该复合水凝胶具有剪切变稀特性，可经注射器在肿瘤病灶内或消融后肿瘤床内进行局部注射，注射后固定在组织能形成局部药物储库。该复合水凝胶通过pda与ndga之间的氢键、π-π键作用将zns@pda-r848紧密嵌合在水凝胶中，避免了颗粒通过水凝胶孔道的流失，同时作为锚定点对凝胶基质进行力学性能增强，提高了凝胶的稳定性。另外，该复合水凝胶能够在特定的肿瘤酸性微环境中进行实现“酸响应水凝胶网络解离—纳米颗粒局部释放—zns@pda-r848二级酸响应释药”的多级级联过程：首先，中性条件下动态网络维持颗粒局部固定；酸性条件下硼酸酯键/席夫碱动态网络解离，释放ndga，并使纳米颗粒暴露或释放。其次，颗粒暴露后，zns在酸性条件下分解释放zn2+和h2s，同时r848由pda层释放。本体系的技术效果不只是同时递送ndga、zn2+、h2s和r848，而是通过水凝胶网络和纳米颗粒两个层级对不同治疗组分的释放进行连续控制。

8、通过ndga、zn2+、h2s及r848在肿瘤局部的程序性持续释放，做到了小分子药物、活性金属离子、治疗性气体分子和免疫调节剂等四种治疗因子的联合递送。

9、本技术并非将zns@pda-r848纳米颗粒作为普通药物载体直接物理混入水凝胶。pda层一方面作为r848的负载界面，另一方面作为zns@pda-r848与ndga动态水凝胶网络之间的界面适配层，通过pda与ndga之间的氢键和π-π作用，将纳米颗粒稳定嵌合在水凝胶网络中。由此，pda层同时参与纳米药物负载和复合水凝胶界面构建。

10、本发明的技术方案之二在于提供一种酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶的制备方法，包括：

11、（1）将去甲二氢愈创木酸（ndga）与4-甲酰基苯硼酸（fb）在有机溶剂中反应，得到ndga衍生交联剂（rn-crosslinker）；其中ndga与fb的摩尔比为1:（1-2），所述有机溶剂包括乙酸乙酯、乙醇、二甲基甲酰胺中的一种或多种，反应温度为40-75 ℃，反应时间为18-48h。

12、（2）将羧甲基壳聚糖（c-cs）以3-5 wt%质量分数溶解于水或缓冲液中，得到c-cs溶液；将rn-crosslinker以4-10 mg/ml质量分数溶解或分散于pbs缓冲液中，得到rn-crosslinker溶液。

13、（3）将锌盐、硫源和稳定剂溶解于水中，经水热反应制备zns纳米颗粒；将zns纳米颗粒与多巴胺盐酸盐在碱性缓冲液中反应，离心洗涤后得到zns@pda纳米颗粒；进一步将zns@pda纳米颗粒与r848在乙醇溶液中混合孵育，离心洗涤后得到zns@pda-r848纳米颗粒；所述锌盐包括醋酸锌、氯化锌或硝酸锌；所述硫源包括硫脲、硫化钠或硫代乙酰胺；所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮。

14、（4）将zns@pda-r848纳米颗粒分散于ndga衍生交联剂溶液中，使所述zns@pda-r848纳米颗粒表面的聚多巴胺层与ndga衍生交联剂发生氢键和π-π相互作用；随后加入羧甲基壳聚糖溶液，经硼酸酯键和席夫碱键动态交联形成所述复合水凝胶。其中c-cs溶液和ndga衍生交联剂溶液的体积比为1:1；zns@pda-r848纳米颗粒占总溶液质量分数为1-10%。

15、本发明的技术方案之三在于提供一种上述方法制备的酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶的应用。包括在制备用于抗肿瘤治疗的药物或医用材料中的应用，所述抗肿瘤治疗包括肝癌局部治疗、肿瘤术后治疗、肿瘤消融后残余肿瘤治疗。

16、进一步地，包括所述复合水凝胶在制备用于脉冲电场消融后肿瘤床局部递送材料、局部缓释抗肿瘤材料或残余肿瘤治疗辅助材料中的应用。

17、本发明的有益之处在于：本发明所设计的ndga复合水凝胶具有可注射性、组织黏附性、剪切变稀性、自修复性、ph响应降解性和多组分释放性能，与单纯纳米颗粒给药相比，水凝胶网络作为局部储库，延长了纳米颗粒在肿瘤床的滞留时间。体外性能检测证明，与单纯水凝胶体系相比，zns@pda-r848纳米颗粒的引入不仅通过颗粒-网络界面作用提高复合水凝胶的黏弹强度和结构稳定性，还通过水凝胶网络物理限域和纳米颗粒化学包载的双重酸响应门控机制，显著抑制了r848和zn²⁺在生理环境下的早期突释。动物实验证明所述复合水凝胶在肿瘤局部的滞留具有稳定性，能够提高治疗过程中的全身安全性，并延长局部治疗组分的作用时间，具有良好的抗肿瘤效果。

18、本发明的制备方法简单，酸响应级联释药的抗肿瘤复合水凝胶递送系统性能稳定，具有较为广阔的应用前景。