碳量子点标记的硼替佐米缓释制剂的合成与应用

王 兵,孙 捷*,王晓静,孙敬勇,李 娜

(1.济南大学山东省医学科学院 医学与生命科学学院，山东 济南 250062；2.山东省医学科学院药物研究所，山东 济南 250062； 3.山东省罕少见病重点实验室，山东 济南 250062)



碳量子点标记的硼替佐米缓释制剂的合成与应用

王 兵1,2,3,孙 捷1,2,3*,王晓静1,2,3,孙敬勇1,2,3,李 娜1,2,3

(1.济南大学山东省医学科学院 医学与生命科学学院，山东 济南 250062；2.山东省医学科学院药物研究所，山东 济南 250062； 3.山东省罕少见病重点实验室，山东 济南 250062)

硼替佐米的肽硼酸与壳聚糖的羟基发生酯化反应生成肽硼酸酯，即得到硼替佐米-壳聚糖复合物；然后，该复合物中壳聚糖的氨基与碳量子点表面羧基发生静电吸附作用，将碳量子点吸附进入壳聚糖体系内，进而得到硼替佐米-壳聚糖-碳量子点复合纳米粒载体.此产物具有生物相容性、无毒副作用、荧光示踪及pH敏感等性质，在生物传感、生物医用材料、功能纳米材料，尤其是药物载体或制剂的控制释放方面，具有重要的研究意义和应用价值.

碳量子点；硼替佐米；缓释制剂；壳聚糖

据世界卫生组织最新统计，到2020年全球癌症发病率将增加50%，发病人数增到1 500万.预计2020年我国每年将有400万人死于癌症[1].因此，探讨一种有效治疗癌症的方法或药物已经成为目前研究的热点之一.

硼替佐米(Bortezomib, BTZ)作为一种新的蛋白酶抑制剂，近年来主要作为治疗多发性骨髓瘤的首选药物[2]，同时对其他肿瘤也具有一定的治疗效果[3-4].硼替佐米单独用于治疗肿瘤时具有一定的作用，但常规途径给药所引起的全身毒副作用限制了其临床应用的效果[5].化疗药物局部应用，尤其是局部缓释已经成为当前实体肿瘤化疗的研究热点[6-7].现有硼替佐米制剂所用的缓释辅料在释放时或多或少会造成药物突释、不均衡释放，或释放过慢使局部有效药物浓度不足，因而不能有效杀死肿瘤细胞，若释放过快或突释，则会像常规注射一样引起全身的毒性反应[8].

在现有硼替佐米的制剂研究中，已采用了脂质体包载、抗体结合、药物联合、冻干粉针、氨基酸掺杂等方法.例如，ZUCCARI G等将硼酸化合物与脂质体包载的氨基乳糖的羟基发生反应生成硼酸酯而被包载在脂质体中[9].D·阿法尔等开发了基于抗CS1-抗体的药物联合硼替佐米治疗多发性骨髓瘤的方法[10].COIFFIER等制备了含利妥昔单抗及硼替佐米的抗癌组合物[11].王秀丽等通过添加蔗糖、甘露醇和甘氨酸制得了一种含硼替佐米的冻干粉针[12].

尽管采用以上方法可以获得硼替佐米的药物制剂，但依然存在某些关键的技术问题亟待解决，如制备工艺与成本、制剂的生物相容性、缓释制剂的稳定性、靶向性及药物释放的可控性等.因此，发展一种设计合理、工艺可行、操作简单、药物靶向及可控释放等性能的硼替佐米缓释剂，在生物、医学、材料等相关领域都具有十分重要的研究意义和应用价值.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

壳聚糖，五水合羟化四甲铵，葡萄糖，麦克林试剂；注射用硼替佐米，西安杨森制药有限公司；聚乙二醇，阿拉丁试剂；其他为常用分析纯试剂.

WBFY-201微波反应器，郑州科创仪器有限公司；透析袋，美国SIGMA公司；昆山舒美超声波清洗器KQ3200，昆山超声仪器有限公司；DynaPro NanoStar动态激光光散射仪，美国怀雅特技术公司；79-1磁力搅拌器，江苏省金坛市环宇科学仪器厂；FM-200双目荧光显微镜，上海普丹光学仪器有限公司.

1.2 硼替佐米(BTZ)-壳聚糖(CS)-碳量子点(CQD)复合纳米粒(BTZ-CS-CQD)的合成

硼替佐米(BTZ)-壳聚糖(CS)-碳量子点(CQD)复合纳米粒(BTZ-CS-CQD)的合成采用硼替佐米的肽硼酸根与壳聚糖的羟基发生酯化反应得到肽硼酸酯，由此将硼替佐米接枝到壳聚糖纳米粒中，然后碳量子点通过表面羧基与该纳米粒中壳聚糖上的氨基进行静电吸附，从而将碳量子点负载进入壳聚糖纳米粒体系中，即得到吸附碳量子点和偶联硼替佐米的壳聚糖纳米粒载体.

1.2.1 硼替佐米(BTZ)与壳聚糖(Chitosan, CS)纳米复合物的制备

称取50 mg 壳聚糖(相对分子质量4万)，滴加2 mL乙酸溶解，然后加入98 mL无水甲醇继续溶解，形成壳聚糖的甲醇分散液(0.5 g/L).然后，加入10 mg硼替佐米并充分溶解，将混合液升温至60 ℃，逐滴加入五水合羟化四甲铵调节pH为10，保持磁力搅拌1 h，得到BTZ接枝率为10%的CS纳米粒，如图1所示.

1.2.2 碳量子点(CQD)的制备

称取1 g葡萄糖，加入5 mL 聚乙二醇溶解后转入微波反应器，在540 W功率下反应5 min，制备出碳量子点(CQD).

1.2.3 硼替佐米(BTZ)-壳聚糖(CS)-碳量子点(CQD)纳米复合物(BTZ-CS-CQD)的制备

向BTZ-CS纳米粒(0.5 g/L)的甲醇分散液中加入碳量子点(0.1 g/L)，通过静电吸附得到BTZ-CS-CQD复合纳米粒载体(图2).得到的产物通过透析袋渗析，以除去未反应的单体及杂质.

图1 硼替佐米与壳聚糖纳米复合物的制备示意图

图2 硼替佐米-壳聚糖-碳量子点纳米复合物的制备示意图

2 结果与讨论

2.1 BTZ-CS-CQD复合纳米粒的尺寸

动态光散射(dynamiclightscattering, DLS)是一种非侵入性的通过测量溶液散射光强度的涨落获得有关样品颗粒大小信息的技术[13].取BTZ-CS-CQD复合纳米粒载体0.1 g，配制成一定的浓度(0.1 g/L)分散在磷酸缓冲液(pH 7.4)中，超声处理5 min放置备用.将样品放入动态激光光散射仪中检测，重复3次，取平均值可得，该粒子的平均流体力学粒子半径Rh=190.5±12.5 nm.所得数据整理后得BTZ-CS-CQD纳米粒的流体力学尺寸分布及平均尺寸，如图3所示.

图3 BTZ-CS-CQD纳米粒的流体力学尺寸分布及平均尺寸

2.2 BTZ-CS-CQD复合纳米粒的荧光示踪性能

采用荧光显微镜观察该纳米粒被L929细胞吞噬后的荧光成像照片，证实纳米粒中的碳量子点在细胞内的荧光示踪能力，如图4所示.

图4 BTZ-CS-CQD纳米粒的荧光示踪性能

2.3 BTZ-CS-CQD复合纳米粒的释放性能研究

采用高效液相色谱法测定释放的BTZ浓度，研究该纳米粒作为BTZ制剂或载体的pH敏感释放性质.取BTZ-CS-CQD复合纳米粒载体0.3 g，分为3份，每份0.1 g，分别配制成一定的浓度(0.1 g/L)分散在磷酸缓冲液(pH分别为7.4、6.0、5.0)中备用.然后用高效液相色谱法测定不同pH 下BTZ的释放性能，实验结果如图5所示.在pH7.4时其缓释性能最优.

图5 BTZ-CS-CQD纳米粒不同pH下释放性能

3 结论

采用简易的静电吸附，从而将碳量子点负载进入壳聚糖纳米粒体系中，即得到吸附碳量子点和偶联硼替佐米的壳聚糖纳米粒载体.与现有技术相比，本方法设计合理、工艺可行、操作简单、反应易控制，且制备产物粒径大小均匀，结合碳量子点后在体内能够准确监测硼替佐米的释放部位以及释放速度，具有持续释放，精确释放的优点.能够避免化疗药物带来的不良反应，减轻患者痛苦，对肿瘤的治疗有重大的意义.经过测定体外模拟不同pH下的释放性能得知BTZ-CS-CQD复合纳米粒在pH为7.4时缓释性能最好，此pH和人体血液pH基本相同.综上可知，此产物具有生物相容性、无毒副作用、荧光示踪及pH敏感等性质，在生物传感、医用功能纳米材料，尤其是药物载体或制剂的控释方面，具有重要的应用价值.在接下来的研究中，我们将根据本制备方法的已有特性，通过探索新的反应条件，进一步优化合成途径，提高反应收率.另外，还可以在此复合物上添加靶向基团，以期获得缓释释放与靶向治疗的双重作用.本文对于研发高效力、低毒性的化疗药物具有一定的参考价值.

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[责任编辑：刘红玲]

Synthesis and application of the carbon quantum dot-labeled bortezomib release agent

WANG Bing1,2,3, SUN Jie1,2,3*, WANG Xiaojing1,2,3, SUN Jingyong1,2,3, LI Na1,2,3

(1.SchoolofMedicineandLifeSciences,UniversityofJinan-ShandongAcademyofMedicalSciences,Jinan250062,Shandong,China; 2.InstituteofMateriaMedica,ShandongAcademyofMedicalSciences,Jinan250062,Shandong,China; 3.KeyLabofRareandUncommonDiseasesofShandongProvince,Jinan250062,Shandong,China)

A bortezomib-chitosan complex was synthesized based on the esterification reaction between bortezomib peptide boronic acid and hydroxyl groups of chitosan； the carbon quantum dot enters the chitosan system through the electrostatic adsorption of the chitosan amino of bortezomib-chitosan complex and carboxyl of carbon quantum dot’s surface to get bortezomib-chitosan-carbon composite quantum dot nanoparticle carrier.This product has the nature of biocompatibility, non-toxic side effects, fluorescent tracer and pH sensitive.This product has important significance and application value in biosensors, biomaterials, functional nanomaterials, especially in terms of drug delivery and controlled release of drug formulation.

carbon quantum dots; bortezomib; sustained-release formulation; chitosan

2016-06-06.

山东省自然科学基金(ZR2015YL041).

王 兵(1992-), 男, 硕士生, 研究方向为药物化学.*

O62

A

1008-1011(2016)06-0733-04