本發(fā)明屬于高分子化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,更具體地,涉及一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束及其制備方法。
背景技術(shù):
惡性腫瘤嚴(yán)重危害人類健康,目前治療癌癥的常用的方法有手術(shù)、放療、化療和免疫治療。而腫瘤免疫治療現(xiàn)已成為繼手術(shù)治療、放射治療和化學(xué)藥物治療之后的另一種控制腫瘤的有效療法,并廣泛應(yīng)用于臨床。其中,免疫檢查點(diǎn)抑制劑抗體療法因其在多種腫瘤中均表現(xiàn)出了很好的抗腫瘤活性并顯著延長(zhǎng)臨床生存期而得到廣泛關(guān)注。但免疫檢查點(diǎn)抑制劑抗體療法容易引發(fā)免疫相關(guān)的不良反應(yīng),比如心肌炎、肝炎、肺炎、皮炎等,這些都被認(rèn)為是由于自身反應(yīng)性t細(xì)胞的異?;罨鸬?。因此,有必要對(duì)其治療方法進(jìn)行改進(jìn)。因此需要制備一種特殊功能的免疫檢查點(diǎn)抑制劑抗體輸送載體:“在生理環(huán)境中時(shí)抗體被屏蔽起來(lái),從而阻止抗體與免疫細(xì)胞的結(jié)合,當(dāng)抗體到達(dá)腫瘤微環(huán)境后,抗體重新被釋放出來(lái),恢復(fù)抗體與免疫細(xì)胞的結(jié)合功能?!笔沟媚[瘤免疫被激活的同時(shí)降低自身反應(yīng)性t細(xì)胞的異?;罨?,從而降低腫瘤免疫療法的毒副作用。
磁共振(mr)成像因具有空間分辨率高、軟硬組織成像好、無(wú)創(chuàng)性觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn),在醫(yī)療診斷特別是分子影像研究方面發(fā)揮著重要作用。隨著納米技術(shù)和mr分子影像的發(fā)展與結(jié)合,以超順磁性氧化鐵(spio)納米晶體構(gòu)建的mr納米探針得到了極大的關(guān)注。由于spio具有低毒性、良好的生物相容性和磁共振信號(hào)敏感性等特點(diǎn),已經(jīng)應(yīng)用于臨床mr成像。因此,研發(fā)具有抗體輸送與磁學(xué)性能兼?zhèn)涞亩喙δ艽殴舱穹肿犹结?,可以?duì)抗體傳輸效率進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的評(píng)估。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷,提供一種抗體輸送與磁學(xué)性能兼?zhèn)涞亩喙δ茌d體,即一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束。
本發(fā)明的另一目的是提供上述輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的制備方法。
本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束,所述聚合物膠束為核殼結(jié)構(gòu):核負(fù)載超順磁性四氧化三鐵納米顆粒、膠束表面用基質(zhì)金屬蛋白酶敏感的多肽偶聯(lián)抗體形成殼層,用酸敏鍵偶聯(lián)的單甲基醚聚乙二醇mpeg20k,作為抗體的屏蔽層;所述單甲基醚聚乙二醇mpeg20k分子量為20kda。
本發(fā)明一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束,其表面的屏蔽層對(duì)ph敏感,在體內(nèi)生理環(huán)境ph為7.4條件下,可以屏蔽血液中的免疫細(xì)胞與抗體結(jié)合,而在ph為6.5的腫瘤微環(huán)境中,該屏蔽層脫去,繼而在腫瘤微環(huán)境高表達(dá)的基質(zhì)金屬蛋白酶(mmps)的作用下,釋放抗體,與免疫細(xì)胞結(jié)合,發(fā)揮免疫治療的作用;另一方面,聚合物膠束負(fù)載的超順磁性四氧化三鐵納米顆粒(spions),可實(shí)現(xiàn)非侵入式的mr成像,從而實(shí)現(xiàn)診療一體化。
所述抗體可以是免疫治療抗體,例如pd-1抗體,也可以是本領(lǐng)域其他常用的抗體。
優(yōu)選地,所述聚合物膠束平均粒徑為140nm~190nm。
優(yōu)選地,所述超順磁性四氧化三鐵納米顆粒為油溶性。
所述聚合物膠束在腫瘤微環(huán)境,即ph小于或等于6.5時(shí),屏蔽層脫落,在基質(zhì)金屬蛋白酶的作用下,釋放抗體。
所述抗體質(zhì)量占聚合物膠束質(zhì)量的1.0%~2.0%,超順磁性四氧化三鐵納米顆粒質(zhì)量占聚合物膠束質(zhì)量的15%~25%。
所述輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的制備方法,包括以下步驟:
s1.以l-苯丙氨酸為原料,加入三光氣,制得l-苯丙氨酸-環(huán)碳酸酐,表述為l-phe-nca;
s2.以l-phe-nca為原料經(jīng)聚合反應(yīng)獲得α-疊氮基-聚乙二醇-聚苯丙氨酸,表述為n3-peg-plphe;
s3.以乙酰丙酮鐵、1,2-十六烷二醇為原料,制得超順磁性四氧化三鐵納米顆粒(spions);
s4.以n3-peg-plphe和spions為原料,經(jīng)過(guò)超聲自組裝獲得負(fù)載spions的膠束,表述為n3-peg-plphe@spions;
s5.以pd-1單克隆抗體mab和基質(zhì)金屬蛋白酶底物多肽peptide為原料,經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng),將抗體偶聯(lián)在s4所制備的膠束表面,表述為mab-peptide-peg-plphe@spions;
s6.以mpeg20k-oh為原料,經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng),在s5所制備的膠束表面構(gòu)建酸敏感屏蔽層,表述為mpeg20k-(mab-peptide)-peg-plphe@spions。
所述輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束在腫瘤免疫治療和mr成像中的應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益效果:
本發(fā)明一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束可以在體內(nèi)穩(wěn)定循環(huán),并富集在腫瘤部位,阻止攜帶的抗體藥物在生理環(huán)境下與免疫細(xì)胞結(jié)合;同時(shí)該載體含有spions內(nèi)核,可以實(shí)現(xiàn)mr成像造影功能;所述聚合物膠束還具有ph和mmps敏感性,當(dāng)聚合物膠束到達(dá)腫瘤部位時(shí),可以脫去屏蔽層,并斷裂mmps敏感多肽,釋放抗體藥物,恢復(fù)抗體與免疫細(xì)胞的結(jié)合功能,實(shí)現(xiàn)抗體藥物在腫瘤微環(huán)境的響應(yīng)性釋放,從而增加腫瘤免疫的組織特異性并降低自身反應(yīng)性t細(xì)胞的異常活化率。
附圖說(shuō)明
圖1為n3-peg-nh2、l-phe-nca和n3-peg-plphe的核磁譜圖。
圖2為酸敏mpeg20k-cdm和mpeg20k-phe-alkyne的核磁譜圖。
圖3為聚合物膠束在ph7.4、ph6.5和ph6.5&mmp-2條件下的粒徑分布圖。
圖4為聚合物膠束的tem圖,(a)負(fù)載spions,未用染色劑染色,(b)負(fù)載spions,3%醋酸鈾染色1min。
圖5為聚合物膠束在ph7.4、ph6.5和ph6.5&mmp-2條件下與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合效率圖。
圖6為聚合物膠束標(biāo)記腫瘤細(xì)胞后的mr成像圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步解釋說(shuō)明,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限制,但凡采用等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案,均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
以下實(shí)施例和對(duì)比例中,所用原料均為市售商品。
實(shí)施例1
一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的制備方法,包括如下步驟:
s1.l-phe-nca(l-苯丙氨酸-環(huán)碳酸酐)聚合物的合成:具體合成步驟如下:稱取10gl-苯丙氨酸于500ml的三口瓶中,加入新蒸的100ml乙酸乙酯,90℃加熱回流后,滴入溶有10g三光氣的50ml乙酸乙酯,攪拌,加熱回流約5h至溶液呈黃色澄清溶液?;謴?fù)到室溫后,-40℃冷凍0.5h。乙酸乙酯層分別用4℃預(yù)冷飽和nahco3溶液(100ml×2)、飽和nacl溶液(50ml×2)洗滌,分液。乙酸乙酯層再用mgso4干燥,過(guò)濾,旋蒸濃縮后在新蒸的石油醚中沉淀,抽濾,所得固體用乙酸乙酯/石油醚重結(jié)晶,抽濾,真空干燥得白色粉末l-phe-nca6.0g,產(chǎn)率52%。
s2.n3-peg-plphe聚合物的合成:稱取1.0gn3-peg-nh2(α-疊氮基-ω-氨基聚乙二醇,mw為1.8k)于100ml的史萊克反應(yīng)茄瓶中,70℃真空干燥1h,通n2后恢復(fù)至室溫,加入30ml新蒸的ch2cl2溶解。將3.2gl-phe-nca溶于3ml無(wú)水dmf后,加入到上述史萊克反應(yīng)茄瓶中,密封,35℃反應(yīng)48h后在乙醚中沉淀,離心得白色產(chǎn)物n3-peg-plphe。1hnmr測(cè)得phe的單元為25,聚合物數(shù)均分子量為5525。
s3.超順磁性fe3o4納米粒子的合成:將乙酰丙酮鐵(2mmol)、油胺(6mmol)、油酸(6mmol)、1,2-十六烷二醇(10mmol)和芐醚(18ml)混合均勻,氬氣保護(hù)下迅速加熱到200℃,保持2h后,繼續(xù)升溫到300℃,回流1h。自然冷卻至室溫,在乙醇(200ml)中沉淀,離心分離后,再分散在35ml正己烷中,過(guò)濾干燥即得fe3o4納米粒子。
s4.制備負(fù)載spions的膠束:將3mgspions、30mgn3-peg-plphe溶于8mlthf,超聲下滴加到30ml的去離子水中,用水透析以除去thf(透析袋mwco14k),用220nm水相濾頭過(guò)濾,50krpm超高速離心去除未包裹spions的膠束,用5mmpbs(ph為7.4)復(fù)溶至約2.5mg/ml。該制備方法采用本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)。
s5.mab-peptide-peg-plphe@spions的合成:
首先,使pd-1抗體(goinvivotmanti-mousecd279,biolegend)巰基化,簡(jiǎn)要操作步驟如下:取1ml1mg/ml的抗體溶液(ph為7.4),加入10μl100mmpbs和30mmedta(ph為7.4),加入0.7mg2-亞氨基硫烷鹽酸鹽(2-it,mw為137.6,5mm),20℃反應(yīng)45min。使用hitraptm柱進(jìn)行快速脫鹽純化(
其次,pd-1抗體上的巰基與mal-peptide-alkyne的馬來(lái)酰亞胺基加成,從而引入炔基(alkyne),簡(jiǎn)要操作步驟如下:稱取2.5mgmal-peptide-alkyne(mw為1013.5,1mm)溶于30μldmso,加入到上述巰基化的抗體溶液中,4℃攪拌過(guò)夜。使用hitraptm柱進(jìn)行脫鹽純化(
s6.mpeg20k-(mab-peptide)-peg-plphe@spions的合成:
mpeg20k-phe-alkyne合成反應(yīng)路線如下:
首先,將2-丙酸-3-甲基馬來(lái)酸酐(cdm)用草酰氯活化成酰氯。簡(jiǎn)要描述如下:稱取0.37gcdm(mw184.1,2.0mmol)溶于新蒸的5mlch2cl2,加入催化劑量的50μldmf,n2氣保護(hù)下,冰水浴下滴入1.27ml草酰氯(20mmol)。滴加完后,室溫下反應(yīng)3h,真空旋蒸除去溶劑及多余的草酰氯得到淺黃色粘稠液體。
第二步,合成mpeg20k-cdm。將1.0gmpeg20k-oh(0.05mmol)溶于無(wú)水的4mlch2cl2,加入到上述粘稠液體中,加入催化劑12mgdmap(mw122.17,0.1mmol),冰水浴下逐滴滴入含有0.35ml三乙胺(mw101.2,2.5mmol)的12ml甲苯溶液,溶液呈棕灰色,反應(yīng)24h。反應(yīng)完后抽濾,濃縮濾液,在冷乙醚中沉淀,抽濾,濾餅用50mlch2cl2溶解。ch2cl2層分別用15ml0.5mhcl、15ml飽和nacl溶液洗滌,分層,之后用mgso4干燥,過(guò)濾,濃縮,在冷乙醚沉淀得微黃色產(chǎn)物。1hnmr測(cè)得轉(zhuǎn)化率約80%。
第三步,合成mpeg20k-phe-alkyne。將0.6gmpeg20k-cdm(0.03mmol)溶于4mlch2cl2和0.2mldmf后,加入33μg丙炔胺(mw55.1,0.6mmol),室溫下反應(yīng)12h,在冷乙醚中沉淀,離心得產(chǎn)物,產(chǎn)物用ch2cl2溶解后再在乙醚中沉淀得產(chǎn)物,mpeg20k-phe-alkyne的結(jié)構(gòu)式如上述反應(yīng)路線所示。
第四步,往s5所述反應(yīng)過(guò)夜后的mab-peptide-peg-plphe@spions溶液中加入29.0mgmpeg20k-phe-alkyne(1.44μmol)和2mg維生素c,繼續(xù)反應(yīng)8h。反應(yīng)完后,加入1ml10mmedta,50krpm超高速離心分離,所得固體用pbs(ph7.4)洗滌一次,復(fù)溶至2ml生理鹽水中,4℃保存?zhèn)溆谩?/p>
將該溶液調(diào)至ph6.5,使peg20k從表面脫落后再用elisa法測(cè)定抗體濃度,約100ug/ml,抗體的反應(yīng)效率約31%??贵w占總質(zhì)量的1.25%。mpeg20k的屏蔽層密度可以通過(guò)調(diào)整反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控。
聚合物的結(jié)構(gòu)分析和聚合物膠束的形貌表征:取各步產(chǎn)物約9mg溶于適量氘代溶劑,用1h-nmr400mhz核磁共振波譜儀進(jìn)行測(cè)試,檢測(cè)反應(yīng)前后聚合物結(jié)構(gòu)上1h化學(xué)位移的變化,如圖1和圖2。制備了不同聚合物膠束樣品,包括:n3-peg-plphe、n3-peg-plphe@spions,mpeg20k-(mab-peptide)-peg-plphe,mpeg20k-(mab-peptide)-peg-plphe@spions,用zeta電位及粒度測(cè)定儀(dls)檢測(cè)聚合物膠束的粒徑,如圖3,入射激光波長(zhǎng)λ=532nm,入射角θ=175°,溫度為25℃;粒徑值取三次測(cè)量值的平均值。
用透射電鏡(tem)觀察聚合物膠束的形貌如圖4,圖4(a)為負(fù)載spions的膠束,未染色,圖4(b)為負(fù)載spions的膠束,染色。從圖4(b)中可以看出整個(gè)聚合物膠束載體粒徑大約在170nm。簡(jiǎn)要操作如下:取2μl樣品(0.2mg/ml)滴在純碳膜銅網(wǎng)上,在室溫下晾干,用3%的醋酸鈾染色1min。用透射電鏡在120kv下觀察(所述操作采用本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè))。
用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的ph和mmps雙響應(yīng)性檢測(cè):為證明實(shí)施例1制備的聚合物膠束具有ph和mmps雙響應(yīng)性,分別將聚合物膠束置于ph6.5和10nmmmp-2的環(huán)境中處理4h和6h后,再與t淋巴細(xì)胞進(jìn)行共孵育,使用流式細(xì)胞儀檢測(cè)處理前后抗體與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合效率,結(jié)果如圖5所示。結(jié)果表明,游離的pd-1抗體與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合效率可達(dá)82.85%(freeapd1),而經(jīng)聚合物膠束載體屏蔽后抗體與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合效率降至32.00%(shielded),說(shuō)明載體在ph7.4的生理環(huán)境下可以很好地屏蔽抗體,阻止pd-1抗體與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合。當(dāng)聚合物膠束經(jīng)ph6.5的弱酸性環(huán)境處理后,抗體與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合效率可恢復(fù)至65.65%(ph6.5),當(dāng)進(jìn)一步使用mmp-2酶切處理后,抗體與t淋巴細(xì)胞的結(jié)合效率可恢復(fù)到75.49%(ph6.5&mmp-2),說(shuō)明載體具有很好的ph和mmps酶響應(yīng)性。
體外mri成像效果:為更進(jìn)一步證明實(shí)施例1制備的聚合物膠束具有mr成像能力,以5×105/孔的b16-f10接種于96孔板中,培養(yǎng)24h后加入實(shí)施例1制備的聚合物膠束,使得各孔的最終鐵濃度分別為5μg/ml、10μg/ml、15μg/ml、20μg/ml、25μg/ml、30μg/ml、35μg/ml、40μg/ml,并進(jìn)一步檢測(cè)孵育時(shí)間為30min、60min、90min、120min、150min、180min、210min、240min后各孔的mr成像能力。由圖6可以看到,各濃度梯度標(biāo)記b16-f10在t1wi、t/2wi、ffe及t2-mapping上信號(hào)均逐漸降低,其信號(hào)的減低程度具有一定的聚合物膠束濃度的依賴性,隨著聚合物膠束含量的增高,細(xì)胞mr信號(hào)逐漸減低。說(shuō)明該聚合物膠束具有很強(qiáng)的磁敏感性,可用于mr成像,結(jié)合孵育時(shí)間和鐵濃度結(jié)果可知,當(dāng)鐵濃度為30μg/ml、孵育時(shí)間為210min時(shí),即可達(dá)到最佳的mr成像效果。
實(shí)施例2
一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的制備方法,包括如下步驟:
步驟s1至s3,及s5至s6同實(shí)施例1
s4.制備負(fù)載spions的膠束:將8mgspion、30mgn3-peg-plphe溶于10mlthf,超聲下滴加到30ml的去離子水中,用水透析以除去thf(透析袋mwco14k),用450nm水相濾頭過(guò)濾,50krpm超高速離心去除未包裹spions的膠束,用5mmpbs(ph為7.4)復(fù)溶至約2.5mg/ml。超順磁性四氧化三鐵納米顆粒(spions)質(zhì)量占聚合物膠束質(zhì)量的25%。該制備方法采用本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)。
實(shí)施例3
一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的制備方法,包括如下步驟:步驟s1至s3,及s5至s6同實(shí)施例1
s4.制備負(fù)載spions的膠束:將4mgspion、32mgn3-peg-plphe溶于5mlthf,超聲下滴加到25ml的去離子水中,用水透析以除去thf(透析袋mwco14k),用450nm水相濾頭過(guò)濾,60krpm超高速離心去除未包裹spions的膠束,用5mmpbs(ph為7.4)復(fù)溶至約2.5mg/ml。超順磁性四氧化三鐵納米顆粒(spions)質(zhì)量占聚合物膠束質(zhì)量的15%。該制備方法采用本技術(shù)領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)。
實(shí)施例4
一種輸送抗體用于腫瘤免疫治療的mr成像聚合物膠束的制備方法,包括如下步驟:
步驟s1至s4,及s6同實(shí)施例1
s4mab-peptide-peg-plphe@spions的合成:
首先,使pd-1抗體(goinvivotmanti-mousecd279,biolegend)巰基化,簡(jiǎn)要操作步驟如下:取1ml1mg/ml的抗體溶液(ph為7.4),加入10μl100mmpbs和30mmedta(ph為7.4),加入0.7mg2-亞氨基硫烷鹽酸鹽(2-it,mw為137.6,5mm),20℃反應(yīng)45min。使用hitraptm柱進(jìn)行快速脫鹽純化(
其次,pd-1抗體上的巰基與mal-peptide-alkyne的馬來(lái)酰亞胺基加成,從而引入炔基(alkyne),簡(jiǎn)要操作步驟如下:稱取2.5mgmal-peptide-alkyne(mw為1013.5,1mm)溶于30μldmso,加入到上述巰基化的抗體溶液中,4℃攪拌過(guò)夜。使用hitraptm柱進(jìn)行脫鹽純化(
最后,pd-1抗體上的炔基與膠束表面的疊氮基進(jìn)行點(diǎn)擊反應(yīng),具體操作步驟如下:取上述制備得到的0.5mln3-peg-plphe@spions的膠束溶液(疊氮基約為0.18μmol),加入5μlcu(ii)bsc(1mg/ml)后,凍融除氧,重復(fù)2次。加入上述制備的炔基化的抗體溶液(抗體約0.64mg,炔基約0.0085μmol)和2mg維生素c,室溫下反應(yīng)過(guò)夜。得到的載體抗體負(fù)載量大于實(shí)施例1。并且通過(guò)與實(shí)施例1的相同的步驟s6后,得到抗體占載體質(zhì)量的2.0%。