本发明涉高分子材料领域及生物医用材料领域,具体而言,涉及一种具有光热性能并能激起一定程度适应性免疫反应的聚合物细胞贴片及其制备方法和应用。
背景技术:
1、由于治疗肿瘤传统方法的固有缺陷,纳米技术被应用于治疗肿瘤以便提高效率和安全性,这主要归功于其在药物输运、诊断、成像、发展合成疫苗和微型医疗装置中的独特作用,以及某些纳米材料本身具有的治疗效果。具有某些特征(如促进的循环周期、降低的毒性)的纳米材料已经实现了临床转化,其它的在临床转化中表现出很大的潜力,在不久的将来就会有更好的成果。
2、精心设计的纳米材料能够调控细胞行为,如纳米材料可以通过模拟细胞外基质(ecm)的理化特性调控细胞行为,其中就包括干细胞的定向分化。大量研究证实了纳米材料的生物物理因素在调节细胞命运中的关键作用。近年来科学家发现,生物纳米材料所具有的生物物理特性能够在不添加生物化学因素的前提下,调控细胞功能。
3、一些前沿的多功能整合的纳米材料,如纳米反应器、纳米机器人等在疾病治疗尤其是抗肿瘤研究中有着优异的表现。这些材料通过与细胞相互接触,调控细胞功能或生物学行为,以发挥其多维度的功能。其中,通过直接与细胞膜相互结合的纳米材料表现出锚定细胞等一系列功能。一些纳米微球可以过对细胞膜的微环境干扰实现杀死细胞的功效,较传统的纳米药物具有更高的效率和更精准的靶向性。
4、然而,传统的球形纳米结构受其形貌、结构及尺度限制,与细胞接触时表面积较小,且难以实现结构空间分布的精确控制。相较于球状纳米材料,片状纳米材料等由于其物理和化学性质的方向性和尺寸依赖性,在细胞功能相关的表界面调控中展现出独特的性质,对调节细胞相互作用如模拟细胞界面、改变抗原特异性效应、调控免疫细胞的表型和质量具有极大的应用潜力。尽管片状纳米材料为细胞相互作用提供了新的契机,然而其在制备技术上比各向同性粒子面临着更大的挑战。传统聚合物纳米材料通常通过亲疏溶剂作用驱动的溶液相分离来实现,然而这类驱动组装的相分离作用因缺乏方向性而趋向于形成有曲率的结构,如球状、囊泡状等,不利于构建具有片状聚合纳米结构。
5、结晶驱动自组装(crystallization-driven self-assembly,cdsa)是一种前沿的高分子组装方式,是通过在高分子嵌段中引入结晶链段,在亲疏溶剂引起的相分离作用和结晶嵌段引起的结晶作用的共同驱动下,实现对高分子片状纳米材料的构筑。结晶驱动力的引入可诱导高分子在特定方向堆砌,易于构建稳定的高维度、多层级的异质组分胶束结构。在活性cdsa组装中,组装体末端保持了结晶的活性,能诱导后续加入的结晶聚合物进一步在胶束外延生长形成嵌套共胶束,实现多种分子各向异性的空间分布和纳米级图案化。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种聚合物细胞贴片及其制备方法和应用,利用结晶驱动自组装对具有光热性能的吲哚菁绿以及具有细胞膜亲附性的胆固醇进行纳米级空间配置,该聚合物细胞贴片能够锚定在细胞膜上,在近红外激光(808nm)照射下,能迅速升温,同时原位产生活性氧(ros),并随着原位温度上升,纳米片会发生形貌转变,由二维片状结构转变成球状,破坏细胞膜的结构,将细胞内更多抗原释放出来,同时增加细胞对材料的摄取,从而进一步提高肿瘤治疗效果。
2、本发明的目的通过下述技术方案实现:
3、本发明首先提供一种聚合物细胞贴片,是由高分子聚合物通过结晶驱动自组装形成的二维片状胶束,所述高分子聚合物包括结晶高分子嵌段共聚物、光热高分子及细胞膜靶向高分子,所述结晶高分子嵌段共聚物为pcl-b-pdmaema,所述光热高分子为pcl-icg,所述细胞膜靶向高分子为pcl-chol。
4、具体地,该聚合物细胞贴片的尺寸可控,厚度在15nm以下,所述聚合物细胞贴片的平均长度为1000nm~2800nm,平均宽度为600nm~1500nm。
5、具体地,所述聚合物细胞贴片中,pcl-b-pdmaema占总所述高分子聚合物的质量百分比为40%-60%。
6、具体地,所述的聚合物细胞贴片具有良好的光热性能:在近红外激光(808nm)照射下,能够吸收光能并转化为热能,使纳米片材料温度上升,当温度升高至45℃以上时,可发生形貌转变,其形态由纳米片状转变为纳米球状。
7、具体地,所述的聚合物细胞贴片具有细胞膜锚定的性能,能够有效的锚定在细胞膜上。
8、可选地,所述高分子聚合物还包括荧光高分子,所述荧光高分子包含荧光基团,优选为pcl-fitc。
9、本发明还提供上述聚合物细胞贴片的制备方法,包括如下步骤:
10、(1)将pcl-b-pdmaema溶于无水乙醇,加热处理后用液氮处理,得到种子溶液;
11、(2)将pcl-b-pdmaema、pcl-icg、pcl-chol溶于良溶剂中,得到高分子混合液,将高分子混合液加入到种子溶液中,充分震荡,得到聚合物细胞贴片。
12、具体地,所述步骤(1)中,将pcl-b-pdmaema置于无水乙醇中,充分溶解后置于70℃油浴中处理4小时,随后置于液氮中处理2分钟,得到种子溶液。
13、具体地,所述步骤(2)中,高分子混合液中pcl-b-pdmaema、pcl-icg、pcl-chol的质量比为3:(1-2):(1-2)。
14、具体地,在一定范围内,高分子混合液中的总高分子聚合物与种子溶液中的总高分子聚合物的质量比与聚合物细胞贴片的尺寸为正相关,因此通过控制该质量比,可以对聚合物细胞贴片的大小进行调控,所述高分子混合液中的总高分子聚合物与种子溶液中的总高分子聚合物的质量比为(16~240):1,由于尺寸过大聚合物细胞贴片的形变难度也会增加,为降低聚合物细胞贴片的形变难度,该质量比进一步优选为(16~64):1。
15、在一优选实施方案中,高分子混合液中pcl-b-pdmaema、pcl-icg、pcl-chol的质量比为2:1:1,高分子混合液中的总高分子聚合物与种子溶液中的总高分子聚合物的质量比为40:1。
16、具体地,所述步骤(2)中,所述良溶剂包括四氢呋喃、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环、二甲基亚砜中的一种或多种。
17、具体地,所述pcl-icg的制备方法为:将pcl与icg-cooh按照一定配比溶于干燥的dcm,在dcm中搅拌反应,期间加入催化剂二环己基碳二亚胺(dcc)与4-二甲氨基吡啶(dmap)反应48~60小时后,将产物置于乙醚中沉淀,最后将沉淀通风干燥,随后真空干燥12~24小时,得到产物pcl-icg。
18、具体地,所述pcl-chol的制备方法为:将磷酸二苯酯溶于己内酯中,并在氮气保护下,加入到干燥无氧气的玻璃瓶中,随后在氮气保护下加入干燥甲苯以及chol,随后封闭反应瓶,将反应瓶置于液氮中,冻融三次,最后使反应瓶中充满氮气,室温反应20~24小时,随后取反应瓶中液体进行乙醚沉淀,最后真空干燥12~24小时得到产物pcl-chol。
19、具体地,所述pcl-b-pdmaema的制备方法为:将具有三硫代酯基团的聚己内酯(pcl-cta)和甲基丙烯酸n,n-二甲基氨基乙酯(dmaema)溶于1,4-二氧六环中,再向其中加入偶氮二异丁腈(aibn),将物料加入反应玻璃管中,冻抽三次,随后70℃加热6小时,后置于液氮中终止反应,将反应物置于乙醚中沉淀3次,最后将沉淀通风干燥以及真空干燥,得到产物pcl-pdmaema。
20、本发明还提供上述聚合物细胞贴片在制备肿瘤治疗药物中的应用。
21、本发明具有以下有益效果:
22、本发明提供的聚合物细胞贴片,通过结晶驱动自组装过程实现光热试剂吲哚菁绿(icg)以及胆固醇(chol)在聚合物细胞贴片上的均一分布,该材料具有大小可控、形貌均一、生物相容性高以及可降解等优势;在此基础上,该材料还具有细胞膜贴附和原位光照升温两个创新性特点。本发明的聚合物细胞贴片,由于负载细胞膜靶向分子胆固醇而具有细胞膜的普适性靶向功能,可贴附在多种细胞表面,并由于负载光热试剂吲哚菁绿,在近红外激光照射下能够产生ros,实现材料表面温度上升,同时促使其形态从片状向球状转变,从而破坏癌细胞细胞膜结构,加速细胞膜的裂解,释放更多细胞内抗原物质,可以有效地刺激树突状细胞(bmdc)的成熟,进而在近红外激光照射下有效杀死肿瘤细胞,达到提高抗肿瘤的功效的目的。
1.一种聚合物细胞贴片,其特征在于,是由高分子聚合物通过结晶驱动自组装形成的二维片状胶束,所述高分子聚合物包括结晶高分子嵌段共聚物、光热高分子及细胞膜靶向高分子,所述结晶高分子嵌段共聚物为pcl-b-pdmaema,所述光热高分子为pcl-icg,所述细胞膜靶向高分子为pcl-chol。
2.根据权利要求1所述的聚合物细胞贴片,其特征在于,所述聚合物细胞贴片的厚度为15nm以下,所述聚合物细胞贴片的平均长度为1000nm~2800nm,平均宽度为600nm~1500nm。
3. 根据权利要求1所述的聚合物细胞贴片,其特征在于, 所述聚合物细胞贴片中,pcl-b-pdmaema占总所述高分子聚合物的质量百分比为40%-60%。
4.根据权利要求1所述的聚合物细胞贴片,其特征在于,具有如下性质:在近红外激光照射下产生热量而温度升高,当温度升高至45℃以上时,发生形貌转变,由纳米片状转变为纳米球状。
5. 根据权利要求1所述的聚合物细胞贴片,其特征在于,所述高分子聚合物还包括荧光高分子,所述荧光高分子为pcl- fitc。
6.根据权利要求1所述的聚合物细胞贴片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
7.根据权利要求6所述的聚合物细胞贴片的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中,将pcl-b-pdmaema置于无水乙醇中,充分溶解后置于70摄氏度油浴中处理4小时,随后置于液氮中处理2分钟,得到种子溶液。
8. 根据权利要求6所述的聚合物细胞贴片的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,高分子混合液中pcl-b-pdmaema、pcl-icg、pcl-chol的质量比为3: (1-2): (1-2),高分子混合液中的总高分子聚合物与种子溶液中的总高分子聚合物的质量比为(16~240):1。
9. 根据权利要求6所述的聚合物细胞贴片的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中,所述良溶剂包括四氢呋喃、三氯甲烷、二甲基甲酰胺、1 ,4- 二氧六环、二甲基亚砜中的一种或多种。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的聚合物细胞贴片或根据权利要求6-9中任一项所述的制备方法制得的聚合物细胞贴片在制备肿瘤治疗药物中的应用。