一种磁共振/荧光成像引导下的光动力/铁死亡纳米金属有机诊疗剂的制备方法与应用

本发明属于先进功能材料和生物医药，具体涉及一种磁共振/荧光成像引导下的光动力/铁死亡纳米金属有机诊疗剂的制备方法与应用。

背景技术：

1、乳腺癌是最常见的恶性肿瘤之一，严重威胁着女性的生命健康。 乳腺癌具有发病率高、侵袭力强、易复发和转移等特点，严重威胁乳腺癌患者的生命及生存品质。早期诊断对患者的治疗和预后有影响，是预防大部分乳腺癌死亡的有效策略。因此，寻找效果佳、副作用小、兼具诊疗作用的新型乳腺癌诊疗试剂，是临床工作面临和需要解决的问题。

2、磁共振成像技术(mri)具有软组织分辨率强、空间分辨率高、组织穿透力强和无辐射等优点，已成为临床乳腺癌诊断中不可或缺的成像技术。研究表明，不同的化学环境和水的浓度会产生不同的信号强度，从而提供脂肪、组织和骨骼之间的对比。以顺磁性化合物为主的造影剂可以通过促进化合物附近水的弛豫来增强mr图像的对比度。据报道，mri造影剂分为t1(即阳性)或t2(即阴性)。但放射科医生更倾向于使用t1造影剂，因为t2造影剂显示为暗区，难以与内出血、空气组织边界或其他敏感性伪影区分，从而导致患者诊断不准确。此外，动物组织中的t1弛豫时间通常比t2弛豫时间长得多，这意味着t1造影剂的弛豫时间可以比t2造影剂的弛豫时间小，以获得相同的图像强度变化量。目前，临床上使用的钆造影剂(gbcas)都是t1造影剂，但仍存在小的不良反应风险，包括肾源性系统性纤维化和钆在人脑中沉积。因此，迫切需要开发低毒性、高弛豫度、可安全代谢的新型t1造影剂。

3、目前，纳米技术在肿瘤治疗方面显示出较高的效率，并能够对组织进行跟踪成像，从而实现肿瘤的早期诊断和治疗，有望成为有效的肿瘤诊疗一体化平台。在此基础上，科研工作者们已经开发出很多优异的抗肿瘤效率治疗方法，如光动力疗法(pdt)、光热疗法(ptt)、声动力疗法(sdt)及化学动力疗法(cdt)等。其中，pdt作为一种非侵入性的肿瘤早期诊疗技术，不仅可以规避上述毒副作用，还易与化疗、免疫治疗、基因治疗等方法联用，具有创伤小、安全性高、无耐药、可精准控制治疗时间等优势，在肿瘤的早期诊断和治疗中均展现出巨大的临床潜力。pdt疗法主要是光敏剂在外来光源的作用下将基态转换为激发态，通过电子对转移的方式与细胞底物进行反应，与内源性氧转换生成活性氧(ros)产物，如羟自由基(·oh)、单线态氧(1o2)、过氧化氢(h2o2)等，从而导致肿瘤细胞凋亡并对肿瘤微环境的血管造成不可逆的损伤，以达到抑制肿瘤生长的目的。在此反应过程中，光敏剂占有至关重要的地位。其中，卟啉类分子是常用的光敏剂，但仍存在光响应持续时间短、效率低及代谢快等缺点。此外，卟啉类光敏剂的疏水性使其在进入肿瘤病灶前就可能因聚集而沉降，进而被皮肤或健康组织吸收，这严重降低了病灶部位的光动力治疗疗效，也给正常组织带来了非靶向的光毒性。

4、近些年，主要由结点和联接桥两个重要组分构成的金属-有机框架材料(mofs)因具有高孔隙率、大比表面积、可调节孔径和良好的稳定性等优点，而发展迅速。其中，卟啉基金属有机骨架材料是由金属离子或金属离子簇与卟啉类配体通过配位键自组装成的高度有序的新型有机无机杂化材料。卟啉独特的结构和光吸收特点使其在应用的过程中展示出优于一般mofs的特性。此外，将卟啉类配体与金属有机骨架结合能有效地避免卟啉光敏成分的自聚集和自猝灭，增强卟啉光敏剂的荧光强度，进而更好的用于目标的荧光成像。同时，包裹在mofs内的光敏剂还能通过纳米材料的增强渗透滞留(epr)效应，通过被动靶向作用递送到肿瘤组织。此外，mofs的表面修饰与改性还能进一步提高卟啉-金属有机框架化合物的水溶性和生物相容性，实现肿瘤的增强pdt，从而展现更优越的光动力治疗效果。

5、不同于传统意义上的细胞坏死和凋亡，铁死亡是一种由脂质过氧化物积累和ros过量产生引发的有铁依赖性细胞死亡方式，是当前癌症治疗的研究热点。肿瘤细胞内产生的ros可被内源性抗氧化剂消耗，特别是肿瘤微环境中过表达的谷胱甘肽(gsh)，这会使光敏剂治疗效果严重受损。因此，通过消耗gsh或产生ros而触发氧化应激是开发抗癌症药物的一个新的思路。铁基纳米材料不仅可以通过消耗细胞内的gsh削弱细胞的抗氧化能力，还能利用铁离子的芬顿反应分解h2o2产生·oh，在增强ros介导肿瘤细胞凋亡的同时，诱导肿瘤细胞铁死亡的发生。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种磁共振/荧光成像引导下的光动力/铁死亡纳米金属有机诊疗剂的制备方法与应用，该制备方法稳定可靠、重复性好，具有步骤简单、产量丰富、操作安全、经济成本低等优点；所制备的peg-mof纳米探针不仅可以实现在增强t1磁共振成像，还能有效克服卟啉分子荧光猝灭的问题，构建出一种制备简单、磁共振成像效率高、荧光成像时间长的双模态探针，以实现乳腺癌的早期、精准诊断。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种磁共振/荧光成像引导下的光动力/铁死亡纳米金属有机诊疗剂的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩、六水合三氯化铁、苯甲酸和聚乙二醇依次加入n,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解得到反应溶液；

4、(2)将反应溶液加热至70～150℃后，避光搅拌反应5～10h；

5、(3)待反应完全后，将溶液冷却至室温，并用分子量为5000-8000的透析袋透析2～5天，得到peg-mof纳米颗粒。

6、优选的，步骤(1)中内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩的浓度为0.5～1.5mg/ml。

7、优选的，步骤(1)中内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩与六水合三氯化铁之间的的质量比为1:1～1:10。

8、优选的，步骤(1)内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩与苯甲酸之间的的质量比为1:15～1:100。

9、优选的，步骤(1)中内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩与聚乙二醇之间的的质量比为1:10～1:40。

10、优选的，步骤(1)中聚乙二醇为聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚乙二醇3000、聚乙二醇4000和聚乙二醇5000中的一种。

11、优选的，所述peg-mof纳米颗粒的粒径为90～100nm，表面电荷为15～20mv。

12、优选的，所述peg-mof纳米颗粒的孔径为5～9nm，孔容积为0.05～0.1m3/g。

13、为实现上述目的，本发明还提供上述制备方法所制备得到的peg-mof纳米颗粒在乳腺癌临床早期诊断和精准治疗中的应用，所述peg-mof纳米颗粒具有较好的荧光和磁共振成像效果，并能在光动力和铁死亡的共同作用下诱导肿瘤细胞凋亡。

14、本发明以疏水性卟啉光敏剂(tcpp)为有机连接物，以铁离子为结点，以聚乙二醇为表面活性剂，通过简便的一步法制备出水溶性纳米金属有机框架化合物(peg-mof)。该水溶性纳米金属有机框架化合物不仅能进行t1磁共振成像，还能在近红外光的照射下进行有效荧光成像。凭借peg在血液中的长循环作用和纳米材料的增强渗透滞留(epr)效应，水溶性peg-mof纳米探针在乳腺癌部位高效富集，并借助t1磁共振和荧光多模态成像技术准确判定肿瘤位置。在近红外光的照射下，水溶性peg-mof中的tcpp催化肿瘤微环境中的h2o2产生单线态氧(1o2)，实现优异的光动力治疗效果。同时，铁(fe)的芬顿反应使得peg-mof在tme中消耗谷胱甘肽(gsh)，诱导肿瘤细胞铁死亡的发生。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)本发明制备的纳米诊疗剂通过一步法合成，制备方法稳定可靠、重复性好，具有步骤简单、产量丰富、操作安全、经济成本低等优点；

17、(2)本发明利用peg进行表面修饰的peg-mof具有良好的生物相容性、生物安全性、高效的催化活性和可修饰的生化活性等优点，改善传统卟啉基有机金属骨架材料水溶性差的问题，以更好的应用于人体；

18、(3)本发明所制备得到的水溶性peg-mof纳米颗粒用作有机诊疗剂表现出显著的t1磁共振增强效果，并能克服传统钆造影剂对肝脏、肾脏功能损伤的不足；

19、(4)本发明所制备得到的水溶性peg-mof纳米颗粒能够克服卟啉分子水中荧光易猝灭的问题，进行有效近红外荧光成像，以实现乳腺癌的早期、精准诊断，并指导后期的治疗。

20、(5)本发明所制备得到的水溶性peg-mof纳米颗粒不仅能在近红外光的照射下产生有较强毒性的羟基自由基，还能在铁离子的作用下消耗谷胱甘肽，从而在对乳腺癌病灶部进行pdt的同时，诱导肿瘤细胞铁死亡的发生，实现对肿瘤细胞多重杀伤的功能。