本發(fā)明涉及肺部疾病治療領域以及雜化生物材料領域，更具體地涉及一種吸入型硅基雜化納米藥物及其制備方法和應用。

背景技術：

1、近年來，納米生物材料在藥物遞送和疾病治療等領域展示出了廣闊的應用前景，其中，雖然一些針對不同疾病特點而設計的用于藥物遞送的納米載體已經(jīng)在臨床上取得了一定治療效果(advanced?drug?delivery?reviews,2008,60(8):876-885)，為疾病的高效治療帶來了希望。但是大多數(shù)基于納米載體的給藥系統(tǒng)由于治療效果不足、具有毒副作用等原因無法進一步被應用。這些用于藥物遞送的納米載體按照其組分大致可分為有機類納米載體與無機類納米載體兩類。有機類載體(advanced?drug?delivery?reviews,2012,64(9):866-884)，例如脂質體、聚合物囊泡、膠束等具有生物安全性較好、分子可裁剪等優(yōu)勢，但其在體內的穩(wěn)定性較差，導致藥物易發(fā)生泄露。無機類載體(small,2010,6(18):1952-1967)，例如金屬氧化物納米粒子、多孔硅球、碳納米管等具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，但其體內的清除效果不佳，進而導致其生物安全性不理想。所以，臨床上迫切的需要一種新的載藥納米粒子，其能夠兼容有機類載體與無機類載體的優(yōu)勢。

2、在人體眾多疾病中，肺部疾病由于其生理特點會導致以納米載體為基礎的療法療效不理想。其中，特發(fā)性肺纖維化，是一種不可逆轉且最終致命的肺部疾病(lancet,2017,389(10082):1941-1952)。目前，臨床上對于肺纖維化的治療手段僅限于口服美國食品藥品監(jiān)督管理局批準的吡非尼酮等藥物(nature?reviews?drug?discovery,2017,16(11):755-772)，但較差的水溶性及靶向性導致了臨床上的預后不佳。利用納米載體對其進行包覆或許可以改善這一問題(acta?pharmacologica?sinica,2017,38(6):782-797)，但基于口服以及靜脈注射等給藥手段的納米載體由于藥物肺部積累不足而無法發(fā)揮最佳效果。

3、基于上述問題，研究者們發(fā)現(xiàn)基于霧化吸入的給藥方式能夠較好地改善納米藥物的肺部積累(advanced?drug?delivery?reviews,2020,157:63-70)，進而提升肺纖維化的治療效果(acs?applied?materials&interfaces,2024,16(9):11147-11158；small,2024,20(20):2308936)。然而，由于呼吸道結構的復雜性，可吸入納米藥物在體內會遇到多種生理障礙(advanced?drug?delivery?reviews,2022,185:114309)。氣道中的粘液層是一種具有彈性和粘性的凝膠層，是藥物輸送的主要障礙(new?england?journal?of?medicine,2010,363(23):2233-2247)。粘液是由粘蛋白之間的物理糾纏和非共價相互作用形成的致密網(wǎng)絡。當納米藥物被吸入病變的呼吸道時，粘液通過各種粘液-納米藥物粘附相互作用形成物理屏障：1)粘蛋白網(wǎng)絡抑制大尺寸(140±50nm)納米藥物輸送到病變部位(acsapplied?materials&interfaces,2018,10(1):165-181；proceedings?of?the?nationalacademy?of?sciences,2010,107(2):598-603)。2)粘液的負電荷促進了與帶正電荷的納米藥物之間的靜電相互作用，從而影響納米藥物的傳輸行為。此外，其他粘附相互作用，如3)疏水相互作用和4)氫鍵相互作用，也可能導致納米藥物的氣管滯留(journal?ofcontrolled?release,2016,240:465-488)。目前，研究者們正在努力設計能夠穿透粘液的納米藥物。一些研究結果表明通過調節(jié)顆粒大小制備超小型納米顆?？梢蕴岣哒骋旱臐B透性(journal?of?controlled?release,2014,192:131-140；science?advances,2017,3(4):e1601556)。另一些研究則通過改變納米顆粒的表面特性來調節(jié)其電荷或親水性，以提高粘液的穿透性(advanced?functional?materials,2021,31(21):2008960；journal?ofcontrolled?release,2014,178:8-17)。盡管如此，僅能克服單一粘液-納米藥物粘附相互作用的納米藥物始終無法達到令人滿意的肺部生物利用度。綜上所述，迫切需要開發(fā)一種既能兼具有機類和無機類納米載體的優(yōu)勢，又能克服多種粘液-納米藥物粘附相互作用的吸入型納米藥物，以大幅提升肺纖維化的治療效果，進而在納米藥物臨床轉化的道路上邁出堅實的一步。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種吸入型硅基雜化納米藥物及其制備方法和應用，從而解決現(xiàn)有技術中吸入型納米藥物存在的生物相容性差、穩(wěn)定性不足以及粘液穿透能力不理想等問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種吸入型硅基雜化納米藥物的制備方法，其包括以下步驟：s1，將嵌段共聚物及疏水藥物溶于乙醇中，充分攪拌使其形成分散液；s2，將分散液通過旋轉蒸發(fā)儀蒸干溶劑，加水形成載藥膠束溶液；s3，向載藥膠束溶液中依次加入氨水、硅烷與連接子，硅烷堿性條件下在膠束親疏水界面處發(fā)生水解縮聚，得到硅基雜化載藥膠束溶液；s4，向硅基雜化載藥膠束溶液中加入連接子和酶，攪拌反應后透析得到吸入型硅基雜化納米藥物。

4、應當理解的是，本發(fā)明方法主要涉及一種有機硅烷在雙/三嵌段共聚物自組裝所形成的膠束中“限域”交聯(lián)的相關策略，即在膠束的親疏水界面處形成硅基網(wǎng)絡。其中，作為基底材料，嵌段共聚物可以根據(jù)所裝載藥物的疏水性等具體實驗需求而進行選擇。但受藥物疏水性及硅基網(wǎng)絡交聯(lián)反應動力學等具體條件所限，本發(fā)明方法優(yōu)選下列嵌段共聚物：普朗尼克f127、普朗尼克p123、普朗尼克f68、聚苯乙烯-b-聚丙烯酸、聚己內酯-b-聚丙烯酸。

5、根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，在所述步驟s1中，嵌段共聚物為普朗尼克f127(聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷-聚環(huán)氧乙烷，peo100-ppo65-peo100)，普朗尼克f127的質量范圍為0.6～160克，藥物為吡非尼酮或其他疏水藥物，其與普朗尼克f127的質量比為(1～6)：60。在一個優(yōu)選的實施例中，普朗尼克f127的質量為600毫克，吡非尼酮與f127的質量比為1:20，溶解于15毫升無水乙醇中。

6、應當理解的是，疏水藥物并不僅限于吡非尼酮，還可以是姜黃素、鞣花酸等可以治療肺纖維化的疏水性藥物。

7、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，所加入的水為超純水。在一個優(yōu)選的實施例中，加入的超純水與普朗尼克f127的質量比為100：3。

8、優(yōu)選地，在所述步驟s3中，氨水體積占溶液總體積的比例為0.25％～1％；應當理解的是，多余的氨水在后續(xù)的透析操作中可以除去，氨水體積占所得溶液的比例大于0.25％即可，但出于經(jīng)濟方面的考慮，氨水體積占所得溶液的比例為0.25％～1％，更優(yōu)選為0.25％。

9、優(yōu)選地，在所述步驟s3中，硅烷為3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)，添加量為總體積的0.25％～2.5％。在一個優(yōu)選的實施例中，aptes添加量為總體積的0.5％。

10、但是應當理解的是，本發(fā)明步驟s3中的硅烷并不僅限于3-氨丙基三乙氧基硅烷，還可以是3-巰丙基三乙氧基硅烷、3-巰丙基三甲氧基硅烷等端基帶有氨基、巰基之類反應活性基團的有機硅烷。

11、優(yōu)選地，在所述步驟s3中，連接子為戊二醛，其與aptes之間的質量比為(0.2～1)：1。在一個優(yōu)選的實施例中，戊二醛與aptes之間的質量比為1:1。

12、優(yōu)選地，在所述步驟s4中，酶為過氧化氫酶，與普朗尼克f127的質量比為(1～10)：60。在一個優(yōu)選的實施例中，過氧化氫酶與普朗尼克f127的質量比為1:20。

13、應當理解的是，肺纖維化微環(huán)境中高濃度的活性氧、過度沉積的細胞外基質以及局部缺氧均為促進其病情進一步發(fā)展的重要因素。本發(fā)明中的過氧化氫酶可與肺纖維化微環(huán)境中相對較高濃度的活性氧發(fā)生反應并生成氧氣，清除病灶內高濃度活性氧并緩解缺氧，提升吡非尼酮的抗纖維化治療效果。除了過氧化氫酶，本發(fā)明還可以選擇其他機制上有助于肺纖維化治療的酶或蛋白質，例如：膠原酶、透明質酸酶等，其可以通過進一步降解肺纖維化的沉積基質以提升療效。

14、優(yōu)選地，在所述步驟s4中，連接子為戊二醛，與過氧化氫酶之間的質量比為(0.5～5)：1。在一個優(yōu)選的實施例中，戊二醛與aptes之間的質量比為1:1。

15、步驟s3、s4中的連接子不僅限于戊二醛，還可以包括丁二醛、己二醛等一系列直鏈二醛。應當理解的是，步驟s3與s4中連接子(比如戊二醛)的作用是不同的。步驟s3中，戊二醛兩端的醛基可以分別與aptes所帶有的氨基反應，結合硅烷自身的水解縮聚反應形成硅基外殼，其能夠作為用于硅基外殼形成的連接子；步驟s4中的戊二醛先與硅基外殼表面游離的氨基反應，再與蛋白質或酶中的氨基反應，使其接枝于硅基雜化載藥膠束表面形成吸入型硅基納米藥物，其能夠作為酶與膠束之間的連接子。

16、根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供一種根據(jù)上述制備方法得到的吸入型硅基納米藥物，其為有機硅殼層包封的膠束并具有球形形貌且分散性良好。

17、根據(jù)本發(fā)明，該納米藥物具有20納米左右的平均粒徑和表面負電位。在一個優(yōu)選實例中，該納米藥物具有21.51納米的平均粒徑和﹣4.04毫伏的電位。

18、根據(jù)本發(fā)明，該納米藥物對吡非尼酮的包封率為75％左右，對過氧化氫酶的修飾率為50％左右。在一個優(yōu)選實例中，該納米藥物對吡非尼酮的包封率為76.22％，對過氧化氫酶的修飾率為55.84％。

19、根據(jù)本發(fā)明，該納米藥物在ph＝5.7及ph＝6.5的弱酸性條件下均有良好的吡非尼酮釋放能力，但在ph＝7.4時幾乎無藥物釋放效果，有良好的弱酸性微環(huán)境響應釋藥能力。

20、根據(jù)本發(fā)明，該納米藥物在pbs、體外模擬粘液、以及霧化過程中均具有理想的粒徑穩(wěn)定性。

21、根據(jù)本發(fā)明，相比于游離藥物，該納米藥物在體外模擬粘液、細胞及小鼠模型中均展現(xiàn)出較強的粘液穿透效果。

22、根據(jù)本發(fā)明，該納米藥物在小鼠模型中能夠實現(xiàn)24小時內的肺部富集以及48小時內的機體代謝清除。

23、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，還提供一種吸入型硅基雜化納米藥物在制備用于霧化吸入治療肺纖維化的藥物中的應用。其中，該納米藥物在霧化吸入治療肺纖維化方面的應用，具體來說，在博來霉素誘導的肺纖維化小鼠模型上驗證了霧化吸入該納米藥物的治療效果。

24、根據(jù)本發(fā)明的硅基雜化膠束內負載藥物并在殼層修飾酶的納米藥物的制備方法，將嵌段共聚物及疏水藥物溶于乙醇中，充分攪拌使其形成分散液；將分散液通過旋轉蒸發(fā)儀蒸干溶劑，加水形成載藥膠束溶液；向載藥膠束溶液中依次加入氨水與硅烷，硅烷堿性條件下在膠束親疏水界面處發(fā)生水解縮聚，得到硅基雜化載藥膠束溶液；向硅基雜化載藥膠束溶液中加入連接子和酶，攪拌反應后透析得到吸入型硅基雜化納米藥物。

25、具體地，由于硅基殼層的摻雜，使納米藥物在霧化過程中強剪切力作用下的穩(wěn)定性得以提升；進入氣管后，由于該納米藥物的超小粒徑、表面負電位以及聚乙二醇化表面，可以克服與粘液之間的粒徑限制、靜電吸附、親疏水相互作用以及氫鍵相互作用，提升粘液穿透能力；當納米藥物富集在肺部時會響應病灶弱酸性微環(huán)境釋放藥物。

26、本發(fā)明的關鍵發(fā)明主要在于，步驟s3，通過帶有活性端基的硅烷與連接子之間發(fā)生的化學反應以及堿性條件下硅烷的水解縮聚，形成一系列具有響應弱酸性肺纖維化疾病微環(huán)境釋藥能力的有機-無機雜化膠束。本發(fā)明所涉及的硅基雜化納米藥物可以在室溫下通過一鍋法制備，制備過程較為簡單，且通過組分的合理調控可以將反應體系放大至百克級，克服了傳統(tǒng)雜化納米藥物合成條件苛刻、制備步驟復雜、宏量制備難度大的技術偏見。

27、根據(jù)本發(fā)明提供的一種吸入型硅基雜化納米藥物及其制備方法和應用，相對于現(xiàn)有技術具有以下顯著的有益效果：

28、1)在室溫下通過一鍋法即可制備，制備過程較為簡單，且通過組分的合理調控可以將反應體系放大至百克級，工藝簡單有效；

29、2)根據(jù)本發(fā)明制備的納米藥物兼具了有機類載體的生物安全性與無機類載體的穩(wěn)定性；

30、3)在霧化吸入過程中能夠通過克服多種粘液-納米藥物相互作用提升氣管內粘液穿透能力，從而大幅提升了藥物的生物利用度；

31、4)在納米藥物清除過程中，由于較低的硅元素摻雜量，納米藥物可以很好地被機體代謝排出，因此還具有良好的生物安全性。