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一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-05-05
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2019-10-08
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
2022-05-31
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-05-05
基本信息
有效性 有效专利 专利类型 发明专利
申请号 CN201910366440.1 申请日 2019-05-05
公开/公告号 CN110201179B 公开/公告日 2022-05-31
授权日 2022-05-31 预估到期日 2039-05-05
申请年 2019年 公开/公告年 2022年
缴费截止日
分类号 A61K47/36A61K9/00A61K47/34A61K47/02A61K41/00A61P25/16B82Y5/00 主分类号 A61K47/36
是否联合申请 独立申请 文献类型号 B
独权数量 1 从权数量 1
权利要求数量 2 非专利引证数量 1
引用专利数量 1 被引证专利数量 0
非专利引证 1、2004.08.12CN 109593719 A,2019.04.09CN 107375235 A,2017.11.24王彩霞,等.硫酸软骨素在癌症治疗领域的研究进展《.现代生物医学进展》.2019,第19卷(第7期),王军,等.聚乙二醇/聚乙烯亚胺修饰的超顺磁性氧化铁磁共振造影剂的性能《.材料研究学报》.2013,第27卷(第5期),郭剑军,等.PEI、PEG修饰的SPIONs的制备及其在不同磁场强度下的磁共振对比《.广东化工》.2017,第44卷(第10期),Shuhei Yamada et al.PotentialTherapeutic Application of ChondroitinSulfate/Dermatan Sulfate《.Current DrugDiscovery Technologies》.2008,第5卷(第4期),Wan Nie et al.Surface Modificationwith Chondroitin Sulfate TargetsNanoparticles to the Neuronal CellMembrane in the Substantia Nigra《.ACSChem. Neurosci.》.2019,第11卷;
引用专利 CA2514552A 被引证专利
专利权维持 3 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查、授权
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 桂林理工大学 当前专利权人 桂林理工大学
发明人 张宝林、聂婉、苏礼超、韩贵华 第一发明人 张宝林
地址 广西壮族自治区桂林市建干路12号 邮编 541004
申请人数量 1 发明人数量 4
申请人所在省 广西壮族自治区 申请人所在市 广西壮族自治区桂林市
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
摘要
本发明公开了一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法。因生物医学领域的一些特殊应用要求氧化铁纳米粒子能够分布于细胞膜附近,故本发明采用物理方法将硫酸软骨素修饰于氧化铁纳米粒子表面后注入大鼠脑内,利用硫酸软骨素属于细胞外基质的功能及特点,再加之合适的电泳粒度及zeta电位,使得修饰了硫酸软骨素的氧化铁纳米粒子极少被脑内细胞内吞,且大部分呈分散状填充在细胞间隙中。
  • 摘要附图
    一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法
  • 说明书附图:[转续页]
    一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法
  • 说明书附图:图1
    一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法
  • 说明书附图:图2
    一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法
  • 说明书附图:图3
    一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2022-05-31 授权
2 2019-10-08 实质审查的生效 IPC(主分类): A61K 47/36 专利申请号: 201910366440.1 申请日: 2019.05.05
3 2019-09-06 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素(CS)修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法,其特征在于具体步骤为:
(1) 采用高温热分解法将Fe(acac)3作为铁源,PEG、PEI作为合成时的修饰物,制备出粒径均一、表面zeta电位为正的PEG/PEI‑SPIONs,其容易通过静电作用与CS结合;
 (2) 将10 40 mg CS分别与20 ml浓度为1 mg/ml的步骤(1)合成的PEG/PEI‑SPIONs的~
水分散液混合,即CS与PEG/PEI‑SPIONs的重量比在1:2到2:1之间,在温度为4 ℃,转速为60 r/min的摇床中反应5 h,反应后的样品置于4 ℃,12 h,然后样品在透析袋中透析120 h,即得到CS‑SPIONs,样品保存于4 ℃;
(3) 用25 μl微量进样器抽取5 μl浓度为2 mg/ml的CS‑SPIONs样品,在大鼠立体定位仪辅助下,采用微量进样器缓慢地将样品注入SD大鼠左侧黑质部位,大鼠黑质部位组织取样经固定、包埋、切片后用透射电镜观察氧化铁纳米粒子在脑组织内的分布,CS‑SPIONs大部分填充在细胞间隙中,且未发生团聚现象;
所述步骤(1)中的聚乙二醇为聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇3000和聚乙二醇
4000中的一种,聚乙烯亚胺为聚乙烯亚胺600、聚乙烯亚胺1800、聚乙烯亚胺3000和聚乙烯亚胺4000中的一种。

2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中制得的CS‑SPIONs,其电泳粒度在30 50 nm之间,zeta电位在‑10 ‑40 mV,CS修饰量在15 wt% 45 wt%。
~ ~ ~
说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米材料生物学修饰,特别是一种能够分布于脑内细胞间隙的硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子的制备方法,属于生物纳米材料及应用领域。

背景技术

[0002] 目前超顺磁性氧化铁纳米粒(SPIONs)以其独特磁性质而被应用于磁共振成像(MRI)、靶向给药、基因传递、细胞标记及分离、组织工程等方面。经过表面改性的磁性氧化铁纳米粒子,其水溶性、生物相容性得到了极大的改善,延长了其在体内的循环时间。经过表面功能化的磁性氧化铁纳米粒子可以同时作为成像诊断对比剂及药物载体,并可以作为特殊的靶向系统粘附于细胞膜或细胞膜附近,或者粘附于组织屏障上。这些分布于细胞膜附近的氧化铁纳米粒子可以在外磁场中通过发热或者扰动,打开脑内细胞膜上的细胞通道,使细胞产生一系列的生理反应,用于组织病变的诊断与治疗,将诊断治疗一体化,实现个体化医疗。同时可以实时监测药物运输以及药物在靶点与正常器官的分布情况,监视药物代谢变化,进行药效评价。个体化地对病人同时实现诊断与治疗,在近年来备受关注,这也是未来个性化医疗发展的一个趋势。
[0003] 硫酸软骨素(Chondroitin sulfate,CS)是一种混合酸性粘多糖,广泛分布于动物组织的细胞外基质和细胞表面,该多糖的糖链由交替的葡萄糖醛酸和N‑乙酰半乳糖胺(又称N‑乙酰氨基半乳糖)二糖单位组成,通过一个似糖链接区连接到核心蛋白的丝氨酸残基上。该多糖大分子结构主要由D‑葡萄糖醛酸与N‑乙酰基‑D‑氨基半乳糖以1,3‑糖苷键结合的双糖为基本单位聚合而成,其大约含50~70个双糖基本单位,相对分子质量为10000~50000Da。硫酸软骨素为白色粉末,分子中含多个羟基、硫酸基和羧基,易溶于水,它与钠、钾、钙离子结合生成的盐具有热稳定性,受热80℃也不会被破坏,在酸性溶液中易水解成单糖或较小的多糖体。
[0004] 黑质是中脑的一个大核,位于腹侧被盖区和大脑脚之间。黑质中丰富的多巴胺神经元可通过释放的多巴胺来影响动物行为,损伤的多巴胺能神经元将导致帕金森疾病的发生。将氧化铁纳米粒子表面修饰了硫酸软骨素,并将其注射到黑质部位,使硫酸软骨素修饰的氧化铁纳米粒子分布于黑质中细胞间隙,即细胞膜附近。有望通过磁场作用于这些分布于细胞膜附近的氧化铁纳米粒子,打开细胞膜上的离子通道,影响多巴胺能神经元的分泌,进而治疗帕金森疾病。

发明内容

[0005] 本发明的目的是先将采用高温热分解法合成的PEG、PEI修饰的氧化铁纳米粒子 PEG‑PEI‑SPIONs,再采用物理法修饰以硫酸软骨素CS。将最佳修饰量的CS‑SPIONs分别注入到大鼠黑质部位以后,通过固定包埋、超薄切片技术在TEM下观察粒子的细胞结构分布。可见修饰了CS的PEG/PEI‑SPIONs极少数被内吞,大部分填充在细胞间隙中,且未发生团聚现象。
[0006] 具体步骤为:
[0007] (1)首先合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子(PEG/PEI‑SPIONs)。称取15g PEG和0.3 g PEI于三口烧瓶中,在氩气的氛围中280℃回流1h。产物依次用甲苯和丙酮清洗三次,并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮,所得样品分散于去离子水中,即得到PEG/PEI‑SPIONs。
[0008] (2)将10~40mg CS分别与20ml浓度为1mg/ml的PEG/PEI‑SPIONs水分散液混合,在温度为4℃,转速为60r/min的摇床中反应5h。反应后的样品置于4℃冰箱过夜,然后样品在透析袋中透析120h,即得到CS‑SPIONs,样品保存在4℃冰箱。
[0009] (3)取体重约220~250g的健康成年SD大鼠,腹腔注射10%水合氯醛麻醉(3.5ml/kg 体重)。然后将实验大鼠头部固定于显微操纵仪上。大鼠头部手术区域去毛,沿着头颅正中切开头皮,形成切口。分离皮下组织,用止血钳保持切口,暴露颅骨找到前囟和后囟。用手术刀和手术剪缓慢机械分离颅骨上组织直至颅骨表面,用去离子水去除碎组织,使前后囟充分暴露。调整大鼠立体定位仪使前囟和后囟处于同一水平线上,并记录相应的坐标。参照Paxinos 图谱确定左侧黑质坐标。根据操纵器上注射器针尖所指位置,用手术刀在颅骨上做记号并用颅骨钻在颅骨上小心钻孔(孔径约2mm),小心去除头盖骨和脑膜。用25μl微量进样器(0.57 mm内径)抽取5μl浓度为2μg/μl样品(样品事先用滤膜过滤)。微量进样器固定于微量操纵器上,缓慢地将样品注入左侧黑质部位。注射完毕留针5min,缓慢退针,以防纳米粒子分散液溢出和有利于样品扩散。取下止血钳,用手术线缝合切口皮肤,青霉素涂抹切口预防感染。给大鼠做好标记,待苏醒后放动物房中饲养。将最佳修饰量的CS‑SPIONs分别注入到大鼠黑质部位以后,采用固定包埋、超薄切片技术在TEM下观察粒子的细胞结构分布。
[0010] 采用马尔文激光粒度仪、PL‑GPC 50、FTIR、SQUID、TEM、XPS、XRD和TGA对制备的样品进行表征。采用透射电镜(TEM)观察CS‑SPIONs在黑质组织内亚细胞尺度上的分布。
[0011] 采用本发明技术方案具有如下有益效果:
[0012] 采用高温热分解法将Fe(acac)3作为铁源,PEG、PEI作为合成时的溶剂和修饰物,制备出粒径均一、表面zeta电位(在生理缓冲液中)为正的PEG‑PEI‑SPIONs,容易通过静电作用与CS结合。对CS用物理修饰SPIONs,CS和SPIONs比例在1:2~2:1之间,物理法接枝量更多,性能也更加稳定。对于水溶性良好的SPIONs,其含有S、N等易形成氢键的化学基团,简单的物理混合法形成氢键进行修饰最简单而有效。
[0013] 随着CS浓度的提高,修饰率相应增加。实验结果显示,当CS浓度达到一定范围(和纳米粒子相似质量比)时,即使再增加CS的浓度,修饰率也提高不多。考虑到实验的效率比,在保证修饰率满足要求的前提下,尽可能使反应所需的修饰量少些,综合反应条件、CS反应浓度、修饰率满足要求(40%,即一个纳米粒子表面修饰8个左右的功能分子)后,可以选择CS与SPIONs的质量比在1:2~2:1之间的,最好将1:1作为反应所需的最佳修饰比例。
[0014] 将最佳修饰量的CS‑SPIONs分别注入到大鼠黑质部位以后,采用固定包埋、超薄切片技术在TEM下观察粒子的细胞结构分布。修饰了CS的PEG/PEI‑SPIONs极少被内吞,大部分填充在细胞间隙中,且未发生团聚现象。CS在动物组织内主要分布在细胞外基质和细胞表面,作细胞骨架支撑用,修饰CS后的纳米粒子利用CS这种细胞外基质的功能及特点,再加之 CS‑SPIONs的电泳粒度大于25nm,zeta电位为负值的优势,让大部分CS‑SPIONs填充在两个细胞的膜间隙内。该结果可以很好地应用于治疗帕金森病的应用领域,通过外加磁场的升温作用,升高胞膜的温度或扰动来刺激TRPV1通道打开,促进多巴胺的分泌,改善帕金森病等症状。

实施方案

[0018] 为了使本发明更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0019] 实施例1:
[0020] (1)合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子(PEG/PEI‑SPIONs)。称取15g PEG和0.3g PEI 于三口烧瓶中,在氩气的氛围中280℃回流1h。产物依次用甲苯和丙酮清洗三次,并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮,所得样品分散于去离子水中,即得到PEG/PEI‑SPIONs。 PEG‑PEI‑SPIONs的平均粒径是9.25±0.36nm。
[0021] (2)将20mg CS分别与20ml浓度为1mg/ml的PEG/PEI‑SPIONs水分散液混合,在温度为4℃,转速为60r/min的摇床中反应5h。反应后的样品置于4℃冰箱过夜,然后样品在透析袋中透析120h,即得到CS‑SPIONs,CS‑SPIONs在水中的电泳粒度为30.9nm,zeta电位为 ‑15.3mV。热重分析表明CS在SPIONs上的修饰量为37.0wt%
[0022] (3)取体重约220~250g的健康成年SD大鼠,腹腔注射10%水合氯醛麻醉(3.5ml/kg 体重)。然后将实验大鼠头部固定于显微操纵仪上。大鼠头部手术区域去毛,沿着头颅正中切开头皮,形成切口。分离皮下组织,用止血钳保持切口,暴露颅骨找到前囟和后囟。用手术刀和手术剪缓慢机械分离颅骨上组织直至颅骨表面,用去离子水去除碎组织,使前后囟充分暴露。调整大鼠立体定位仪使前囟和后囟处于同一水平线上,并记录相应的坐标。参照Paxinos 图谱确定左侧黑质坐标。根据操纵器上注射器针尖所指位置,用手术刀在颅骨上做记号并用颅骨钻在颅骨上小心钻孔(孔径约2mm),小心去除头盖骨和脑膜。用25μl微量进样器(0.57 mm内径)抽取5μl浓度为2mg/ml的CS‑SPIONs样品(样品事先用滤膜过滤)。微量进样器固定于微量操纵器上,缓慢地将样品注入左侧黑质部位。注射完毕留针5min,缓慢退针,以防纳米粒子分散液溢出和有利于样品扩散。取下止血钳,用手术线缝合切口皮肤,青霉素涂抹切口预防感染。给大鼠做好标记,待苏醒后放动物房中饲养。
[0023] 大鼠黑质部位组织切成体积约为1mm3大小的颗粒样品,放入EP管,加入3%的戊二醛溶液4℃过夜,倒掉3%戊二醛溶液,用0.1M,pH 7.0的PBS反复浸洗样品三次,清除残留在组织中的戊二醛,每次15min,此过程为前固定;用1%的锇酸溶液在避光的情况下固定样品1~2h,此过程称为后固定;倒掉1%的锇酸溶液,用0.1M,pH 7.0的PBS反复浸洗样品三次,每次15min,这样可以避免固定液与脱水剂间的反应。样品依次用50%、70%、80%、 90%以及100%的乙醇溶液对样品进行逐级脱水,每种浓度处理时间10~15min,再用体积比为1:1的乙醇和丙酮处理样品30min,最后用丙酮处理样品20min;用包埋剂与丙酮的混合液(体积比为1:1)处理样品1h(37℃);用包埋剂与丙酮的混合液(体积比为3:1)处理样品3h(37℃);
最后样品在37℃下包埋剂浸透过夜;将样品整齐放入包埋板的承接孔一端,缓慢倒入包埋剂,放入鼓风干燥箱中。编程设定加热温度和时间(37℃ 12h,45℃ 12h,60℃48h)使样品聚合固定在凝固的包埋剂中。得到样品包埋快后,先修块,再经过半薄切片,最后超薄切片,切下厚度约为70nm薄片。使用专用镊子将薄片置于200目的载网(碳支持膜)上。含有样品薄片的载网自然干燥后,用事先配制的醋酸双氧铀染色7~9min,最后用柠檬酸铅染色2~3min,再将样品放置于汞灯下干燥后,用TEM观察切片,修饰了CS的 PEG/PEI‑SPIONs极少数被内吞,大部分填充在细胞间隙中,且未发生团聚现象(图1)。
[0024] 实施例2:
[0025] (1)合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子(PEG/PEI‑SPIONs)。称取15g PEG和0.3g PEI 于三口烧瓶中,在氩气的氛围中280℃回流1h。产物依次用甲苯和丙酮清洗三次,并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮,所得样品分散于去离子水中,即得到PEG/PEI‑SPIONs。 PEG‑PEI‑SPIONs的平均粒径是9.25±0.36nm。
[0026] (2)将40mg CS分别与20ml浓度为1mg/ml的PEG/PEI‑SPIONs水分散液混合,在温度为4℃,转速为60r/min的摇床中反应5h。反应后的样品置于4℃冰箱过夜,然后样品在透析袋中透析120h,即得到CS‑SPIONs,CS‑SPIONs在水中的电泳粒度为28.1nm,zeta电位为 ‑23.6mV。热重分析表明CS在SPIONs上的修饰量为41.3wt%
[0027] 其它动物实验及组织样品制作步骤及表征同实施例1,将5μl浓度为2mg/ml的 CS‑SPIONs样品注入到大鼠黑质部位以后,采用固定包埋、超薄切片技术在TEM下观察粒子的细胞结构分布。修饰了CS的PEG/PEI‑SPIONs极少数被内吞,大部分填充在细胞间隙中,且未发生团聚(图2)。
[0028] 实施例3(对比实施例):
[0029] (1)合成PEI/PEG修饰的氧化铁纳米粒子(PEG/PEI‑SPIONs)。称取15g PEG和0.3g PEI 于三口烧瓶中,在氩气的氛围中280℃回流1h。产物依次用甲苯和丙酮清洗三次,并用磁选柱清洗残留的甲苯丙酮,所得样品分散于去离子水中,即得到PEG/PEI‑SPIONs。 PEG‑PEI‑SPIONs的平均粒径是9.25±0.36nm。
[0030] 其它动物实验及组织样品制作步骤及表征同实施例1,将5μl浓度为2mg/ml的 PEG/PEI‑SPIONs样品注入到大鼠黑质部位以后,采用固定包埋、超薄切片技术在TEM下观察粒子的细胞结构分布。PEG/PEI‑SPIONs在脑内大都被细胞吞噬,呈团聚态分布于细胞内的髓鞘或线粒体上,但很少分布于细胞间隙或细胞膜附近(图3)。

附图说明

[0015] 图1是 20mg CS分别与20ml浓度为1mg/ml的PEG/PEI‑SPIONs水分散液混合制备的 CS‑SPIONs,注入大鼠黑质后在脑内亚细胞分布的TEM图。
[0016] 图2 是 40mg CS分别与20ml浓度为1mg/ml的PEG/PEI‑SPIONs水分散液混合制备的 CS‑SPIONs,注入大鼠黑质后在脑内亚细胞分布的TEM图。
[0017] 图3是 将PEG/PEI‑SPIONs注入大鼠黑质后在脑内亚细胞分布的TEM图。
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