一种酸响应双价态铁纳米反应器及其制备方法和应用

本发明属于生物医药，具体涉及一种酸响应双价态铁纳米反应器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、化学动力学治疗利用肿瘤微环境中的过氧化氢，通过fenton或fenton样反应原位产生羟基自由基，从而增加肿瘤细胞内氧化应激。相较于持续释放的细胞毒性药物，该治疗方式可利用肿瘤区域相对较高的过氧化氢水平、弱酸性和还原稳态异常实现一定程度的局部激活。

2、铁物种是常用的fenton反应活性组分，但游离铁离子在体循环中可能提前泄漏、被氧化或与蛋白质等生物分子发生非特异结合，造成到达肿瘤部位的有效铁减少，并增加正常组织发生非预期氧化反应的风险。将铁固定或封装于纳米载体可改善稳定性，但如果铁与载体结合过强，又可能限制酸性环境下的有效释放。

3、原卟啉ix具有四吡咯配位空腔和红光吸收特性，可与铁形成具有特定光物理性能的铁卟啉结构。然而，预先制备的铁卟啉通常存在疏水聚集、水分散性不足以及血液中胶体稳定性有限的问题。将铁源和原卟啉ix分别递送，还可能因二者到达时间和局部浓度不一致而影响配位组装。

4、中空介孔二氧化硅具有较大的内部空间和可调孔道，能够负载卟啉类分子。现有相关材料通常将二氧化硅主要作为相对惰性的载体，或者仅利用铁的fenton反应活性，较少同时发挥含铁骨架的酸响应降解功能、fe2+/fe3+不同价态的功能差异以及铁源与卟啉配体的同步释放作用。

5、fe2+能够直接与过氧化氢反应产生羟基自由基，fe3+则可参与价态循环并与卟啉内吡咯氮发生配位。如果在同一纳米结构内储存fe2+、fe3+和原卟啉ix，并由酸性微环境触发共同释放，则有望使fe2+富集物种主要承担fenton催化，使另一部分铁与原卟啉ix在局部形成光响应配位结构，从而利用光热升温进一步促进fenton反应。

6、因此，需要提供一种在中性条件下保持相对稳定、在弱酸性条件下能够降解，并可共同释放骨架来源的铁物种和原卟啉ix的纳米反应器，以降低提前泄漏和预制铁卟啉聚集，同时实现局部配位组装与光热增强化学动力学作用。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种酸响应双价态铁纳米反应器及其制备方法和应用；该酸响应双价态铁纳米反应器，使含fe2+和fe3+的si-o-fe骨架兼具结构支撑、酸响应降解和铁源储存功能，并利用中空介孔结构共同负载原卟啉ix，从而在酸性环境中实现铁物种和原卟啉ix的同步释放及局部配位组装。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明的目的之一在于提供一种酸响应双价态铁纳米反应器，包括fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒、设置于所述纳米颗粒表面的聚乙二醇层以及负载于所述中空腔体和/或介孔中的原卟啉ix；所述fe以fe2+和fe3+共存并通过si-o-fe键构成所述纳米颗粒骨架的一部分；所述纳米反应器在ph 5.5～6.5条件下发生骨架降解并共同释放铁物种和原卟啉ix，以形成fe-原卟啉ix样配位结构。

4、在一些实施例中，所述fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒的平均水合粒径为202.52 nm，平均介孔孔径为9.551 nm，比表面积为65.042 m2·g-1，孔容为0.435 cm3·g-1；所述fe2+和fe3+的相对含量分别为44.17%和55.83%，所述原卟啉ix的包封率为52.52%。

5、本发明的目的之二在于提供一种酸响应双价态铁纳米反应器的制备方法，包括如下步骤：

6、以二氧化硅纳米球为牺牲模板，在乙酰丙酮铁和尿素存在下进行水热溶解-再生长反应，获得fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒；采用甲氧基聚乙二醇硅烷对所述纳米颗粒进行表面修饰；以及将表面修饰后的纳米颗粒与原卟啉ix在乙醇中避光孵育，使原卟啉ix负载于所述中空腔体和/或介孔中。

7、在一些实施例中，制备方法中所述水热溶解-再生长反应包括：将12.5 mg二氧化硅纳米球分散于3.75 ml去离子水中，加入88 mg乙酰丙酮铁、1200 mg尿素和2.5 ml乙醇，于200 ℃反应24 h。

8、在一些实施例中，制备方法中所述表面修饰包括使80 mg fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒与50 mg甲氧基聚乙二醇硅烷在无水乙醇中于78 ℃反应24 h；所述原卟啉ix负载包括使20 mg表面修饰后的纳米颗粒与15 mg原卟啉ix在25 ml乙醇中避光搅拌12 h。

9、本发明的目的之三在于提供一种药物组合物，包括上述酸响应双价态铁纳米反应器以及药学上可接受的水性载体，所述水性载体为无菌磷酸盐缓冲液或生理盐水。

10、本发明的目的之四在于提供上述酸响应双价态铁纳米反应器在制备用于肿瘤化学动力学治疗和光热增强治疗的药物中的应用，其中所述药物适于在658 nm光照条件下使用。

11、本发明的有益效果：

12、（1）siofe含铁骨架在生理中性环境下可以约束铁物种，抑制铁提前泄漏；到达肿瘤弱酸性环境（ph5.56.5）时骨架发生降解，骨架本身同时充当结构支撑、可降解单元与双价态铁（fe2+、fe3+）储库，解决了游离铁提前泄露、非特异性结合的问题。

13、（2）利用中空介孔二氧化硅载体将铁源与原卟啉 ix共定位于同一纳米反应器，酸性条件下铁物种和原卟啉 ix在同一时间窗口同步释放，在肿瘤局部原位生成fe原卟啉 ix样配位结构，规避预先合成铁卟啉带来的疏水聚集、胶体稳定性差，以及铁、卟啉递送不同步配位效率低的缺陷。

14、（3）体系内不同价态铁功能分工明确，fe2+主要介导 fenton 反应产生羟基自由基实现化学动力学治疗；原位生成的 fe原卟啉ix样结构具备 658nm 光热效应，光热升温进一步放大fenton反应氧化损伤，有效实现了光热增强化学动力学抗肿瘤效果。

15、（4）纳米颗粒表面进行聚乙二醇修饰，能够有效提升材料的水分散性，利于体内递送。

16、（5）细胞层面可诱导肿瘤细胞产生活性氧、线粒体损伤、铁死亡相关氧化损伤；动物实验可显著抑制肿瘤生长，肿瘤生长抑制率可达72.5%；在实验给药条件下，小鼠主要脏器、血液及肝肾功能无明显损伤，具备良好的短期生物耐受性。

17、（6）本发明采用溶胶凝胶、水热溶解再生长、硅烷修饰、物理负载的工艺，原料易得，重复性好，便于后续放大生产和制剂的开发。

1.一种酸响应双价态铁纳米反应器，其特征在于，包括fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒、设置于所述纳米颗粒表面的聚乙二醇层以及负载于所述中空腔体和/或介孔中的原卟啉ix；所述fe以fe2+和fe3+共存并通过si-o-fe键构成所述纳米颗粒骨架的一部分；所述纳米反应器在ph 5.5～6.5条件下发生骨架降解并共同释放铁物种和原卟啉ix，以形成fe-原卟啉ix样配位结构。

2.根据权利要求1所述的酸响应双价态铁纳米反应器，其特征在于，所述fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒的平均水合粒径为202.52 nm，平均介孔孔径为9.551 nm，比表面积为65.042 m2·g-1，孔容为0.435 cm3·g-1；所述fe2+和fe3+的相对含量分别为44.17%和55.83%，所述原卟啉ix的包封率为52.52%。

3.一种如权利要求1或2所述酸响应双价态铁纳米反应器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热溶解-再生长反应包括：将12.5 mg二氧化硅纳米球分散于3.75 ml去离子水中，加入88 mg乙酰丙酮铁、1200 mg尿素和2.5 ml乙醇，于200 ℃反应24 h。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面修饰包括使80 mg fe掺杂的中空介孔二氧化硅纳米颗粒与50 mg甲氧基聚乙二醇硅烷在无水乙醇中于78 ℃反应24 h；所述原卟啉ix负载包括使20 mg表面修饰后的纳米颗粒与15 mg原卟啉ix在25 ml乙醇中避光搅拌12 h。

6.一种药物组合物，其特征在于，包括权利要求1或2所述的酸响应双价态铁纳米反应器以及药学上可接受的水性载体，所述水性载体为无菌磷酸盐缓冲液或生理盐水。

7.权利要求1或2所述的酸响应双价态铁纳米反应器在制备用于肿瘤化学动力学治疗和光热增强治疗的药物中的应用，其中所述药物适于在658 nm光照条件下使用。