金属有机框架纳米药物、其制备方法以及其在抗肿瘤治疗中的应用与流程

1.本发明涉及生物医药技术领域，特别涉及一种金属有机框架纳米药物、其制备方法以及其在抗肿瘤治疗中的应用。


背景技术：

2.随着人类生活环境的变化，肿瘤的发病率和死亡率明显上升，根据国际研究机构2020年全球癌症发病率和死亡率估计，全球新增癌症病例1930万，死亡病例1000万。而其中90％的癌症病人的死亡都直接或间接地与肿瘤的复发、耐药和转移有关。目前癌症的临床治疗方式主要为化疗，但是化疗的多药耐药性及肿瘤细胞的易转移特性，严重影响了癌症的临床治疗效果。
3.气体治疗作为一种新兴的治疗方式，因其具有选择性杀伤肿瘤细胞并保护正常细胞的特性，而广泛受到医学研究者的青睐。相比于一氧化氮、一氧化碳、硫化氢和二氧化硫等气体，氢气具有更高的生物安全性，因而在疾病治疗方面受到越来越多的关注。氢气是一种无色、无味、具有还原性的小分子。越来越多的研究发现氢气对几乎所有的器官组织都具有抗氧化应激作用。相对传统的抗氧化剂，且氢气具有分子量小、易于在体内自由扩散、可越过许多药物无法越过的人体屏障到达病灶，以及无明显毒副作用等优点。通过多功能可降解纳米药物载体整合氢气治疗与化疗，有望实现精准治疗并为化疗增效和减毒。但是由于氢气的溶解度较低，且在体内可任意扩散，因此直接吸入氢气、注射或者饮用富氢水，通常很难使氢气分子有效到达并大量蓄积在深层病灶组织，因此构建具有高生物安全性，且能够精准释放氢气的可降解释氢纳米药物具有较大的挑战。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种金属有机框架纳米药物、其制备方法以及其在抗肿瘤治疗中的应用，旨在提供一种能够精准地释放氢气和化疗药物，实现精准治疗肿瘤的效果。
5.为实现上述目的，本发明提出一种金属有机框架纳米药物，所述金属有机框架纳米药物包括：
6.金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气；
7.化疗药物，所述化疗药物通过溶液浸渍担载于所述金属有机框架纳米材料上。
8.可选地，所述金属有机框架纳米材料为可降解材料。
9.可选地，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气时，同时释放担载的化疗药物。
10.可选地，所述化疗药物包括阿霉素、紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱、拓扑替康、多柔比星、氟尿嘧啶、顺铂、卡铂、丝裂霉素、培美曲塞中的至少一种。
11.为实现上述目的，本发明还提出一种金属有机框架纳米药物的制备方法，所述金
属有机框架纳米药物的制备方法包括：
12.由金属与卟啉分子通过配位反应，合成所述金属有机框架纳米药物中的金属有机框架纳米材料；
13.将所述金属有机框架纳米材料分散到化疗药物的溶液中均匀混合，得到第一混合溶液；
14.将所述第一混合溶液的ph值调节至预设值后，加入到所述金属有机框架纳米材料中得到第二混合溶液，向所述第二混合溶液中通入惰性气体并搅拌第一预设时长后，离心洗涤得到所述金属有机框架纳米药物。
15.可选地，所述金属包括铁、锌、镁、铝中的至少一种，所述卟啉分子包括5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子，所述由金属与卟啉分子通过配位反应，合成所述金属有机框架纳米药物中的金属有机框架纳米材料包括：
16.将所述卟啉分子溶解于酸性溶液中得到卟啉溶液，将所述卟啉溶液加入到所述金属对应的金属盐溶液中混合均匀，得到第一溶液，其中，所述酸性溶液包括盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、磷酸溶液、醋酸溶液中的至少一种，所述金属盐溶液包括金属氯化物溶液、金属硝酸盐溶液、金属硫酸盐溶液中的至少一种；
17.向所述第一溶液中加入稳定剂，得到第二溶液，其中，所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮、透明质酸、聚乙二醇、纤维素中的至少一种，所述第二溶液中包含所述金属对应的金属离子，以及包含所述金属离子的纳米颗粒组成的金属离子基有机框架纳米材料，所述稳定剂对所述金属离子基有机框架纳米材料进行稳定；
18.向所述第二溶液中加入还原剂，将所述金属离子基有机框架纳米材料中的金属离子还原为零价金属原子，得到金属有机框架纳米材料，所述还原剂包括硼氢化钠、水合肼中的至少一种。
19.可选地，在所述金属包括铁、所述金属盐溶液包括金属氯化物溶液、所述卟啉分子包括5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子、以及所述酸性溶液包括盐酸溶液时，所述将所述卟啉分子溶解于酸性溶液中得到卟啉溶液，将所述卟啉溶液加入到所述金属对应的金属盐溶液中混合均匀，得到第一溶液的步骤，包括：
20.将5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子溶解于盐酸溶液中，得到卟啉溶液，所述盐酸溶液的浓度为5～20mm；
21.将金属铁对应的氯化物分散到去离子水中，得到氯化铁溶液，所述金属铁对应的氯化物与所述卟啉分子的物质的量的比例为2：1，所述金属铁对应的氯化物与所述盐酸溶液中的盐酸的物质的量的比例为4：9；
22.将所述卟啉溶液加入到所述氯化铁溶液中均匀混合，得到第一溶液。
23.可选地，在所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮时，向所述第一溶液中加入稳定剂，得到第二溶液的步骤，包括：
24.向所述第一溶液中加入浓度为100mm的碳酸钠溶液后，在第一预设温度值的氛围下搅拌第二预设时长，并分离出沉淀物；
25.将所述沉淀物分散到去离子水中并加入聚乙烯吡咯烷酮，超声波震荡第三预设时长，得到第二溶液，所述第二溶液中包含的金属离子基有机框架纳米材料为铁离子基有机框架纳米材料，所述聚乙烯吡咯烷酮与所述铁离子基有机框架纳米材料的质量比例为1：5
至5：1。
26.可选地，在所述还原剂包括硼氢化钠时，所述向所述第二溶液中加入还原剂，将所述金属离子基有机框架纳米材料中的金属离子还原为零价金属原子，得到金属有机框架纳米材料的步骤，包括：
27.将硼氢化钠分散于去离子水中后，逐滴加入到所述第二溶液中，并在第二预设温度值的氛围下还原第三预设时长后，从所述第二溶液中分离得到金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料为铁金属有机框架纳米材料，所述硼氢化钠与所述金属铁对应的氯化物的物质的量的比例为3：4。
28.此外，本发明还提出如上所述的金属有机框架纳米药物在抗肿瘤治疗中的应用。
29.本发明提供的技术方案中，金属有机框架纳米药物包括：金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气；化疗药物，所述化疗药物通过溶液浸渍担载于所述金属有机框架纳米材料上。本发明提出的金属有机框架纳米药物能够在肿瘤的微酸性环境下，同时释放氢气和化疗药物，释放的氢气能够有效抑制肿瘤细胞的耐药性和转移，降低化疗药物的毒性并提高治疗效果，实现对肿瘤的精准治疗。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1为本发明铁金属有机框架纳米药物在扫描电子显微镜下的形状示意图。
32.图2为本发明铁金属有机框架纳米药物的粒径分布图。
33.图3为本发明铁金属有机框架纳米药物在不同ph值环境下的氢气释放曲线。
34.图4为本发明铁金属有机框架纳米药物在不同ph值环境下的化疗药物阿霉素的释放曲线。
35.图5为铁金属有机框架纳米材料的细胞安全性测试结果。
36.图6为铁金属有机框架纳米药物对人乳腺癌细胞(耐阿霉素)的细胞毒性测试结果。
37.图7为铁金属有机框架纳米药物对小鼠乳腺癌细胞的细胞毒性测试结果。
38.图8为铁金属有机框架纳米药物对人乳腺癌细胞(耐阿霉素)的抑制效应测试结果。
39.图9为铁金属有机框架纳米药物对小鼠乳腺癌细胞的抑制效应测试结果。
40.图10为铁金属有机框架纳米药物对小鼠乳腺癌细胞向肺部转移的抑制效应测试结果。
41.图11为铁金属有机框架纳米材料的血液和肝肾功能安全性测试结果。
42.图12为铁金属有机框架纳米材料对化疗药物阿霉素的心肾减毒效应测试结果。
43.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
45.需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.虽然氢气是一种新型选择性抗氧化的高生物安全性物质，但是氢气的溶解度较低，且在体内可任意扩散，因此直接吸入氢气、注射或者饮用富氢水，通常很难使氢气分子有效到达并大量蓄积在深层病灶组织，经常导致治疗效果有限。如何实现氢气和化疗药物的精准共同释放对提高治疗效果具有重要意义，目前仍然充满挑战。
47.鉴于此，本发明提出一种金属有机框架纳米药物，所述金属有机框架纳米药物包括金属有机框架纳米材料和化疗药物，其中，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气；所述化疗药物通过溶液浸渍担载于所述金属有机框架纳米材料上，构成所述金属有机框架纳米药物。
48.本发明技术方案中，提供了一种金属有机框架纳米药物(mof，metal
‑
organic framework)，该金属有机框架纳米药物中包括金属有机框架纳米材料，该金属有机框架纳米材料能够在酸性环境(生物体内的肿瘤区域一般呈现微酸性)下，与酸反应生成氢气。金属有机框架纳米材料与酸反应时，主要是通过材料中的零价金属原子从酸中置换出氢原子，而金属有机框架纳米材料中的有机物可以使金属与酸的反应更为稳定，从而使氢气的释放更加稳定，释放持续时间更长。本发明技术方案提供的金属有机框架纳米药物中，还包括化疗药物，该化疗药物通过溶液浸渍担载于金属有机框架纳米材料上，构成本发明所述的金属有机框架纳米药物。
49.进一步地，所述金属有机框架纳米材料中的金属包括铁、锌、镁、铝中的至少一种，制备出的金属有机框架纳米材料为可降解材料，具有良好的降解性能，当金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气和化疗药物后，可以降解为小分子排出体外，无药物残留，从而使本发明所述的金属有机框架纳米药物具有良好的生物安全性。
50.进一步地，所述化疗药物包括阿霉素、紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱、拓扑替康、多柔比星、氟尿嘧啶、顺铂、卡铂、丝裂霉素、培美曲塞中的至少一种，化疗药物以金属有机框架纳米材料为载体，通过溶液浸渍担载于当金属有机框架纳米材料上，当金属有机框架纳米材料在酸性环境下与酸反应释放氢气时，该化疗药物与氢气共同释放，因此，金属与化疗药物的选择是相互独立的。以下以金属铁(化学符号为fe)和阿霉素(又名dox)为例进行说明，当使用金属铁和阿霉素制备所述金属有机框架纳米药物时，制取的金属有机框架纳米材料为铁金属有机框架纳米材料(fe
‑
mof)，制取的金属有机框架纳米药物为担载了阿霉素
的铁金属有机框架纳米药物(表示为dox@fe
‑
mof)。
51.可参照图3，图3为dox@fe
‑
mof在ph值分别为ph＝5.0、ph＝6.5以及ph＝7.4的不同环境下，随着时间增长释放的氢气浓度曲线示意图。从图3可知，曲线的倾斜度表示氢气的释放速度，在中性环境(ph＝7.4)下，几乎没有氢气产生，而在酸性环境下，ph值越低，相同时间内释放的氢气浓度越高。在强酸环境下，dox@fe
‑
mof的氢气释放在短时间内较为剧烈，而在弱酸环境下，氢气的释放平缓且持续时间与在强酸环境下差别不大。肿瘤细胞在生物体内主要通过糖酵解作用产生乳酸和碳酸等物质，制造出不适合生物体正常细胞生存的酸性环境，而乳酸、碳酸等物质为弱酸，因此肿瘤区域一般呈现出弱酸环境，而生物体内除了消化系统中由于胃酸的存在呈现酸性环境外，其他器官组织的细胞的生存环境多为碱性环境，由此可知，dox@fe
‑
mof在肿瘤区域释放氢气的速度比较稳定，释放氢气的行为持续时间较长，而在人体其他部位基本不释放氢气。
52.进一步地，参照图4，图4为dox@fe
‑
mof在ph值分别为ph＝5.0、ph＝6.5以及ph＝7.4的不同环境下，随着时间增长释放的阿霉素的百分数曲线示意图。从图4可知，曲线的倾斜度表示阿霉素的释放速度，在不同的ph值环境下，dox@fe
‑
mof对阿霉素的释放速度都是随着时间的增长，逐渐趋于平缓。与氢气的释放相似，在相同的时间内，ph值越低，阿霉素的释放速度越剧烈，在中性环境(ph＝7.4)下，基本不释放阿霉素，在弱酸环境下，dox@fe
‑
mof释放阿霉素的速度比较稳定，释放行为持续时间较长，从而能够实现本发明所要实现的在肿瘤区域同时释放氢气和化疗药物，进而实现对肿瘤进行精准治疗的效果。
53.进一步地，在本实施例中，进行氢气释放测试时，采用氢电极进行测试，具体地，首先向不同ph值的磷酸盐缓冲液(pbs溶液)中通入一定时长的惰性气体以排除溶液中的空气，例如，通入15分钟氮气，然后将dox@fe
‑
mof药物分散于pbs溶液中，并快速置于氢电极中进行测试。最终得到如图3所示的测试结果，从图3可知，dox@fe
‑
mof药物的氢气释放性能受到溶液ph值的影响。
54.进一步地，在本实施例中，dox@fe
‑
mof药物中的纳米颗粒对dox的装载量，可以通过紫外分光光度计进行测量，由于肿瘤组织较正常组织的ph值低(约为6.5～7.2)，而肿瘤细胞中溶酶体内的ph值更低(约为4.5～6.8)，肿瘤细胞的酸性环境为dox@fe
‑
mof药物的控制释放提供了可能。因此，将dox@fe
‑
mof药物分散在不同ph值的溶液中，并置于37℃的恒温震荡箱中，通过测定dox的释放量与溶液ph值和释放时间的关系曲线，在测试时选取不同的时间点收集溶液的上清液，并计算上清液中dox的含量，从而得到如图4所示的测试结果。从图4可知，dox的释放量受释放环境ph值的影响。
55.以上结果可知，dox@fe
‑
mof在正常细胞的中性环境下几乎不释放，而在肿瘤细胞的酸性环境下实现氢气和dox的同时释放，从而可以实现肿瘤的精准治疗。
56.进一步地，本发明还提供了一种金属有机框架纳米药物的制备方法。
57.通过溶液浸渍将化疗药物担载于金属有机框架纳米材料上，得到金属有机框架纳米药物，具体过程如下列步骤a1
‑
a3所示：
58.步骤a1，由金属与卟啉分子通过配位反应，合成所述金属有机框架纳米药物中的金属有机框架纳米材料；
59.步骤a2，将所述金属有机框架纳米材料分散到化疗药物的溶液中均匀混合，得到第一混合溶液；
60.步骤a3，将所述第一混合溶液的ph值调节至预设值后，加入到所述金属有机框架纳米材料中得到第二混合溶液，向所述第二混合溶液中通入惰性气体并搅拌第一预设时长后，离心洗涤得到所述金属有机框架纳米药物。
61.具体实施时，首先制备金属有机框架纳米材料，然后通过溶液浸渍将化疗药物担载到金属有机框架纳米材料上。由于一般情况下很难通过纯净的金属与卟啉分子进行配位反应，因此，可以采用金属盐溶液和包含卟啉分子的溶液进行反应，生成包含金属离子的中间产物，然后将金属离子还原为零价金属原子，得到本申请所述的金属有机框架纳米材料。可知地，具有相同结构的物质化学性质也相同，因此，使用与卟啉分子具有相同的结构或性质的物质，如某些与卟啉分子具有相同结构的酞菁类物质，与金属发生配位反应后，也能够得到本发明所述的金属有机框架纳米材料，从而得到本发明中所述的金属有机框架纳米药物，进而达到本发明所要实现的效果，因此，与卟啉分子具有相同结构或性质的物质也在本发明所要求保护的范围内。将金属有机框架纳米材料分散到化疗药物溶液中均匀混合，得到包含化疗药物和金属有机框架纳米材料的混合溶液，该混合溶液中，金属有机框架纳米材料与化疗药物的质量比例可以是1：2至5：1，具体地，需要根据选择的金属与化疗药物确定最佳质量比例。调节该混合溶液的ph值至预设值，例如，将该混合溶液的ph值调节为7，然后将该混合溶液加入到金属有机框架纳米材料中，确保化疗药物被充分担载，得到第二混合溶液，向第二混合溶液中通入惰性气体，在惰性气体环境下搅拌一定时长后，通过离心洗涤得到金属有机框架纳米药物。惰性气体包括氮气、氩气、氦气中的至少一种，惰性气体对金属有机框架纳米材料起到保护作用，搅拌过程中，可以防止金属有机框架纳米材料中的零价金属原子被氧化。
62.进一步地，所述金属包括铁、锌、镁、铝中的至少一种，所述卟啉分子包括5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子，所述由金属与卟啉分子通过配位反应，合成所述金属有机框架纳米药物中的金属有机框架纳米材料包括以下步骤b1
‑
b3：
63.步骤b1，将所述卟啉分子溶解于酸性溶液中得到卟啉溶液，将所述卟啉溶液加入到所述金属对应的金属盐溶液中混合均匀，得到第一溶液；
64.步骤b2，向所述第一溶液中加入稳定剂，得到第二溶液，所述第二溶液中包含所述金属对应的金属离子，以及包含所述金属离子的纳米颗粒组成的金属离子基有机框架纳米材料；
65.步骤b3，向所述第二溶液中加入还原剂，将所述金属离子基有机框架纳米材料中的金属离子还原为零价金属原子，得到金属有机框架纳米材料。
66.在制备金属有机框架纳米材料时，首先制备前驱体溶液，将卟啉分子完全溶解于酸性溶液中得到卟啉溶液，然后将卟啉溶液加入到金属盐溶液中均匀混合，得到第一溶液。其中，所述酸性溶液包括盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、磷酸溶液、醋酸溶液中的至少一种，所述金属盐溶液包括金属氯化物溶液、金属硝酸盐溶液、金属硫酸盐溶液中的至少一种，所述第一溶液为前驱体溶液，向第一溶液中加入稳定剂，对第一溶液中的纳米颗粒进行稳定，得到第二溶液，其中，所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮、透明质酸、聚乙二醇、纤维素中的至少一种，所述第二溶液中包含所述金属对应的金属离子，以及包含所述金属离子的纳米颗粒组成的金属离子基有机框架纳米材料，所述稳定剂对所述金属离子基有机框架纳米材料进行稳定。然后向第二溶液中加入还原剂，将金属离子还原为零价金属原子，得到金
属有机框架纳米材料，所述还原剂包括硼氢化钠、水合肼中的至少一种。
67.进一步地，以上述fe
‑
mof和dox为例，通过溶液浸渍，将dox担载于fe
‑
mof的纳米颗粒上，得到dox@fe
‑
mof，具体地，dox@fe
‑
mof的制备方法包括以下步骤c1
‑
c3：
68.步骤c1，将5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子溶解于盐酸溶液中，得到卟啉溶液，所述盐酸溶液的浓度为5～20mm；
69.步骤c2，将金属铁对应的氯化物分散到去离子水中，得到氯化铁溶液，所述金属铁对应的氯化物与所述卟啉分子的物质的量的比例为2：1，所述金属铁对应的氯化物与所述盐酸溶液中的盐酸的物质的量的比例为4：9；
70.步骤c3，将所述卟啉溶液加入到所述氯化铁溶液中均匀混合，得到第一溶液。
71.在本实施例中，金属盐溶液以氯化铁溶液为例，酸性溶液以盐酸溶液为例进行说明，所用卟啉分子为5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子。在制备fe
‑
mof时，首先将12.8mg的5,10,15,20
‑
四(4
‑
吡啶基)卟啉分子完全溶解于4ml的盐酸溶液中，得到卟啉溶液，其中，所用盐酸溶液的浓度为5～20mm。将氯化铁分散到去离子水中，其中，金属铁的氯化物与盐酸溶液中的盐酸的物质的量的比例为4：9，金属铁的氯化物与卟啉分子的物质的量的比例为2：1，以fecl3
·
6h2o为例，将11.2mg的fecl3
·
6h2o分散到去离子水中得到氯化铁溶液，将卟啉溶液与氯化铁溶液均匀混合，得到第一溶液。
72.向第一溶液中加入稳定剂，以稳定第一溶液中的中间产物，得到第二溶液，然后向第二溶液中加入还原剂，将金属离子还原为零价金属原子，具体地，以稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮，还原剂为硼氢化钠为例，在步骤c1
‑
c3的基础上，金属有机框架纳米材料的制备过程如步骤c4
‑
c6所示：
73.步骤c4，向所述第一溶液中加入浓度为100mm的碳酸钠溶液后，在第一预设温度值的氛围下搅拌第二预设时长，并分离出沉淀物；
74.步骤c5，将所述沉淀物分散到去离子水中并加入聚乙烯吡咯烷酮，超声波震荡第三预设时长，得到第二溶液，所述第二溶液中包含的金属离子基有机框架纳米材料为铁离子基有机框架纳米材料，所述聚乙烯吡咯烷酮与所述铁离子基有机框架纳米材料的质量比例为1：5至5：1。
75.步骤c6，将硼氢化钠分散于去离子水中后，逐滴加入到所述第二溶液中，并在第二预设温度值的氛围下还原第三预设时长后，从所述第二溶液中分离得到金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料为铁金属有机框架纳米材料，所述硼氢化钠与所述金属铁对应的氯化物的物质的量的比例为3：4。
76.向第一溶液中加入2ml浓度为100mm碳酸钠溶液，在50℃的氛围下搅拌2h，离心洗涤后，将分离出的产物分散到去离子水中，并加入10mg聚乙烯吡咯烷酮，超声波震荡1h，使稳定剂与金属离子充分接触，得到包含铁离子基金属有机框架纳米材料fecl3‑
mof的第二溶液，所使用的聚乙烯吡咯烷酮与铁离子基金属有机框架纳米材料的质量比例为1：5至5：1。
77.向第二溶液中加入还原剂，将fecl3‑
mof中的铁离子还原为零价铁原子。首先，将7.6mg硼氢化钠分散于2ml去离子水中，制成硼氢化钠溶液，将硼氢化钠溶液逐滴加入第二溶液中，在4℃的冰浴下还原约3h，然后离心洗涤，从第二溶液中分离得到零价铁金属有机框架纳米材料fe
‑
mof，其中，所用硼氢化钠与金属铁的氯化物的物质的量的比例为3：4。
78.取5mg的fe
‑
mof分散到1ml浓度为5mg/ml的阿霉素溶液中，加入碱性溶液调节溶液的ph值，在本实施例中，通过加入氢氧化钠溶液，将溶液ph值调节至7，然后将所得ph值为7的溶液加入到fe
‑
mof材料中，在惰性气体保护下搅拌约12h，离心洗涤后，得到dox@fe
‑
mof。
79.参照图1，图1为上述实施例中制备的dox@fe
‑
mof，在扫描电子显微镜下的的形貌和大小，从图1可知，dox@fe
‑
mof中的fe
‑
mof纳米颗粒，具有规则的八面体形貌，平均表观粒径约为120nm。参照图2，图2为dox@fe
‑
mof中的fe
‑
mof纳米颗粒的粒径分布图，具体地，将一定量的fe
‑
mof材料进行稀释后，利用激光粒度仪测量组成fe
‑
mof材料的纳米颗粒的粒径，从图2可知，纳米颗粒的平均水合粒径约为200nm。
80.需要说明的是，在上述实施例的dox@fe
‑
mof的制备方法所示的步骤中，所用到物质的质量比例或浓度，以及实验条件如温度、搅拌时间等，仅为本实施例中的一种优选方案，由于在制备金属有机框架纳米材料时，所用的金属、稳定剂以及还原剂都有多种选择，且各物质之间的选择相互独立，任意一种组合通过改变实验条件、物质的配比等，都可得到本发明所述的金属有机框架纳米材料。且金属有机框架纳米材料中担载的化疗药物也包括多种，不同的金属在进行配位反应后由于键位长度的不同，也会影响金属有机框架纳米材料对化疗药物的担载性能。以制备一升的药物溶液为例，所需金属有机框架纳米材料为2
‑
200克，稳定剂为2
‑
100克，化疗药物为1
‑
200克，金属有机框架纳米材料、化疗药物、稳定剂的用量，每种物质的用量相互独立，在其范围内选择即可，金属有机框架纳米材料、化疗药物以及稳定剂的用量，仅仅影响最终制成的药物溶液中，有效药物的浓度，以及金属有机框架纳米材料中的纳米颗粒担载化疗药物的量，因此，上述制备方法中所述的物质的质量比例、浓度以及实验条件等数据，并不构成对本发明金属有机框架纳米药物制备方法的限制。
81.进一步地，本发明还提供了一种金属有机框架纳米药物在抗肿瘤资料中的应用，以上述dox@fe
‑
mof药物为例进行说明。
82.具体地，参照图5，图5为采用cck
‑
8(cell counting kit
‑
8)方法，对上述制备的铁金属有机框架纳米材料fe
‑
mof的细胞安全性测试结果。其中，在测试过程中，选取293t细胞(上皮细胞通过基因技术派生出的细胞)、3t3细胞(从小鼠胚胎中得到的细胞株)和hff细胞(人包皮成纤维细胞)为模型细胞，对fe
‑
mof的细胞安全性进行测试。
83.具体测试过程为：将一定浓度的细胞(5
×
104个/孔)接种于96孔板中并置于37℃、含5％二氧化碳的培养箱中，培养12h后，弃掉细胞培养液并将96孔板中的孔进行分组(均匀地分为6组)，将不加fe
‑
mof纳米颗粒的对照组标记为control组，其他组标记为实验组，每个实验组对应加入100μl不同浓度的fe
‑
mof纳米颗粒悬浮液(100μg/ml、50μg/ml、25μg/ml、12.5μg/ml和6.25μg/ml)，继续培养24h，然后用dmem(dulbecco's modified eagle's medium，一种细胞培养基)溶液，将cck
‑
8试剂稀释10倍后加入96孔板中，继续孵育1.5h后，采用酶标仪测定每个孔的吸光度，其中，使用的光波长为450nm，实验组的吸光度与control组的吸光度之比即为细胞存活率，得到图5所示的测试结果。从图5可知，当fe
‑
mof纳米颗粒的浓度为100μg/ml时，其细胞存活率仍接近100％，说明fe
‑
mof纳米颗粒对于正常细胞具有良好的细胞安全性。
84.参照图11，图11为fe
‑
mof的血液和肝肾功能安全性测试结果，在图11中，利用不同浓度的fe
‑
mof溶液进行测试，将fe
‑
mof纳米颗粒静脉注射到实验小鼠体内，2周后取血，检测实验小鼠血常规和肝肾功能指标，其中，注射pbs组溶液的为空白对照组。通过测量小鼠
体内丙氨酸氨基转移酶(alt)、天门冬氨酸氨基转移酶(ast)，碱性磷酸酶(alp)，尿素(bun)，肌酐(crea)的浓度，以及红细胞(rbc)、白细胞(wbc)的含量，血红蛋白(hgb)、红细胞比容(hct)、平均红细胞体积(mcv)、平均红细胞血红蛋白量(mch)、红细胞平均血红蛋白浓度(mchc)、以及红细胞分布宽度(rdw
‑
sd)等数据，确定小鼠血常规和肝肾功能指标。如图11所示的数据可知，当fe
‑
mof注射剂量高达20mg/kg时，也未在实验小鼠体内发现明显的肝肾毒性，因此，fe
‑
mof具有良好的生物安全性。
85.参照图12，图12为fe
‑
mof对化疗药物阿霉素的心肾减毒效应测试结果，其中，在图12中，control组为空白对照组，free dox为只添加dox溶液的实验组，fe
‑
mof组为添加fe
‑
mof纳米颗粒的实验组，dox@fe
‑
mof组为添加了dox@fe
‑
mof药物的实验组，从图12所示的实验结果可知，fe
‑
mof能降低阿霉素的心肾毒性。
86.以上结果可知，fe
‑
mof具有良好的细胞安全性和生物相容性，且能够降低化疗药物的毒性。
87.进一步地，参照图6和图7，是dox@fe
‑
mof对肿瘤细胞的细胞毒性的测试结果。具体测试过程与细胞安全性测试过程基本相同，区别在于毒性测试使用的模型细胞为mcf
‑
7/adr(人乳腺癌细胞(耐阿霉素))和4t1
‑
luc细胞(小鼠乳腺癌细胞)，对两种细胞的细胞毒性的最终测试结果如图6和图7所示。
88.在图6和图7中，将fe
‑
mof纳米颗粒加入两种肿瘤细胞中，细胞存活率均在80％
‑
95％之间，说明氢气有轻微的肿瘤细胞毒性，free dox组的数据说明dox对肿瘤细胞表现出良好的细胞杀伤效果，dox@fe
‑
mof组细胞的存活率较free dox组小，表明dox和氢气联用时，氢气可增强dox对肿瘤细胞的杀伤效果。在图6所示的mcf
‑
7/adr细胞毒性测试结果中，free dox组对耐药型肿瘤细胞的杀伤效果不明显，当dox和氢气联用时，dox@fe
‑
mof组细胞的存活率明显降低，表明氢气可逆转耐药型肿瘤细胞的多药耐药性而增强肿瘤化疗的效果，而对于4t1
‑
luc细胞，free dox组(19.2μg/ml)的细胞存活率为27％，而dox@fe
‑
mof组(40μg/ml，dox等效浓度19.2μg/ml)细胞的存活率仅为16％，表现出良好的细胞杀伤效果，说明dox和氢气联用时，具有良好的肿瘤细胞杀伤的效果。
89.以上结果表明，dox@fe
‑
mof可以逆转耐药型肿瘤细胞的多要耐药性，同时提高化疗药物对肿瘤细胞的毒性，从而增强化疗药物的化疗效果。
90.进一步地，对dox@fe
‑
mof的肿瘤细胞抑制效应和肿瘤细胞转移抑制效应进行测试。
91.首先，构建肿瘤模型：选取一定数量的4
‑
6周龄balb/c(白变种实验室小鼠)雌性裸鼠作为实验对象，在裸鼠的右侧注射100μl含有2
×
107个mcf
‑
7/adr或4t1
‑
luc细胞的pbs悬液，待肿瘤长到一定的体积后，进行实验。
92.选取肿瘤大小为60mm3的mcf
‑
7/adr荷瘤小鼠和4t1
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luc荷瘤小鼠作为实验小鼠，并将小鼠随机分成4组，采用尾静脉注射的方式，分别将pbs溶液、free dox溶液、fe
‑
mof溶液和dox@fe
‑
mof溶液射入4组荷瘤小鼠体内，其中free dox组的注射剂量为2.4mg/kg，fe
‑
mof组和dox@fe
‑
mof组的注射剂量为5mg/kg，pbs组为空白对照组。注射结束后，在外界环境以及饲养条件相同的情况下，每隔一天称量小鼠体重并测量肿瘤大小，其中，肿瘤体积(v)可以通过如下公式计算得到：
[0093][0094]
其中，l为肿瘤的长径，w为肿瘤的短径。
[0095]
在遵守动物伦理的前提下，在对照组肿瘤体积约为2000mm3时停止观察，并对各组小鼠进行解剖，取出肿瘤进行拍照并称取肿瘤重量。结果如图8和图9所示，对于图8中所示的mcf
‑
7/adr肿瘤，free dox组和fe
‑
mof组的肿瘤虽然较pbs组生长变慢，但肿瘤依然在较快生长，这说明单独化疗药物化疗和单独氢气治疗可以轻微抑制肿瘤的生长。对于dox@fe
‑
mof组，肿瘤的生长明显受到抑制，其肿瘤抑制率为60.7％，说明氢气可以通过克服肿瘤细胞的多药耐药性而增强肿瘤化疗效果。如图9所示，对于易转移的4t1
‑
luc肿瘤，dox@fe
‑
mof表现出类似于mcf
‑
7/adr肿瘤的抑制效果，fe
‑
mof组和free dox组的肿瘤抑制率分别为44.5％和36.8％，而荷瘤小鼠注射dox@fe
‑
mof后，其肿瘤的抑制率达到81.4％。
[0096]
进一步地，参照图10，通过对上述尾静脉注射的4组小鼠进行观察，得到如图10所示的dox@fe
‑
mof对于转移肿瘤的体内抗转移效果的测试结果。从图10可知，在其他条件相同的情况下，注射pbs溶液的空白对照组的小鼠30天内全部死亡，而注射dox@fe
‑
mof组的小鼠的生存时间延长至45天。此外，对小鼠体内的肿瘤细胞进行实时荧光跟踪的结果表明，荷瘤小鼠注射pbs溶液后，17天发生肺转移，30天死亡。注射free dox和fe
‑
mof的荷瘤小鼠发生转移的时间延长至28天，且其生存时间延长至34天。而注射纳米药物dox@fe
‑
mof的荷瘤小鼠，44天后五只小鼠中仅有三只发生了转移，其他两只未发生转移。因此，该金属有机框架纳米药物表现出良好的抑制肿瘤转移的效果。
[0097]
上述结果表明，dox@fe
‑
mof药物对于耐药型肿瘤和转移型肿瘤具有良好的肿瘤抑制效果。
[0098]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种金属有机框架纳米药物，其特征在于，所述金属有机框架纳米药物包括：金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气；化疗药物，所述化疗药物通过溶液浸渍担载于所述金属有机框架纳米材料上。2.如权利要求1所述的金属有机框架纳米药物，其特征在于，所述金属有机框架纳米材料为可降解材料。3.如权利要求1所述的金属有机框架纳米药物，其特征在于，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气时，同时释放担载的化疗药物。4.如权利要求1所述的金属有机框架纳米药物，其特征在于，所述化疗药物包括阿霉素、紫杉醇、多西紫杉醇、喜树碱、拓扑替康、多柔比星、顺铂、氟尿嘧啶、卡铂、丝裂霉素、培美曲塞中的至少一种。5.一种金属有机框架纳米药物的制备方法，其特征在于，所述金属有机框架纳米药物的制备方法包括：由金属与卟啉分子通过配位反应，合成所述金属有机框架纳米药物中的金属有机框架纳米材料；将所述金属有机框架纳米材料分散到化疗药物的溶液中均匀混合，得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液的ph值调节至预设值后，向所述第二混合溶液中通入惰性气体并搅拌第一预设时长后，离心洗涤得到所述金属有机框架纳米药物。6.如权利要求5所述的金属有机框架纳米药物的制备方法，其特征在于，所述金属包括铁、锌、镁、铝中的至少一种，所述卟啉分子包括5,10,15,20
‑
四(4
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吡啶基)卟啉分子，所述由金属与卟啉分子通过配位反应，合成所述金属有机框架纳米药物中的金属有机框架纳米材料包括：将所述卟啉分子溶解于酸性溶液中得到卟啉溶液，将所述卟啉溶液加入到所述金属对应的金属盐溶液中混合均匀，得到第一溶液，其中，所述酸性溶液包括盐酸溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、磷酸溶液、醋酸溶液中的至少一种，所述金属盐溶液包括金属氯化物溶液、金属硝酸盐溶液、金属硫酸盐溶液中的至少一种；向所述第一溶液中加入稳定剂，得到第二溶液，其中，所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮、透明质酸、聚乙二醇、纤维素中的至少一种，所述第二溶液中包含所述金属对应的金属离子，以及包含所述金属离子的纳米颗粒组成的金属离子基有机框架纳米材料，所述稳定剂对所述金属离子基有机框架纳米材料进行稳定；向所述第二溶液中加入还原剂，将所述金属离子基有机框架纳米材料中的金属离子还原为零价金属原子，得到金属有机框架纳米材料，所述还原剂包括硼氢化钠、水合肼中的至少一种。7.如权利要求6所述的金属有机框架纳米药物的制备方法，其特征在于，在所述金属包括铁、所述金属盐溶液包括金属氯化物溶液、所述卟啉分子包括5,10,15,20
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四(4
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吡啶基)卟啉分子、以及所述酸性溶液包括盐酸溶液时，所述将所述卟啉分子溶解于酸性溶液中得到卟啉溶液，将所述卟啉溶液加入到所述金属对应的金属盐溶液中混合均匀，得到第一溶液的步骤，包括：将5,10,15,20
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四(4
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吡啶基)卟啉分子溶解于盐酸溶液中得到卟啉溶液，所述盐酸溶
液的浓度为5～20mm；将金属铁对应的氯化物分散到去离子水中，得到氯化铁溶液，所述金属铁对应的氯化物与所述卟啉分子的物质的量的比例为2：1，所述金属铁对应的氯化物与所述盐酸溶液中的盐酸的物质的量的比例为4：9；将所述卟啉溶液加入到所述氯化铁溶液中均匀混合，得到第一溶液。8.如权利要求7所述的金属有机框架纳米药物的制备方法，其特征在于，在所述稳定剂包括聚乙烯吡咯烷酮时，向所述第一溶液中加入稳定剂，得到第二溶液的步骤，包括：向所述第一溶液中加入浓度为100mm的碳酸钠溶液后，在第一预设温度值的氛围下搅拌第二预设时长，并分离出沉淀物；将所述沉淀物分散到去离子水中并加入聚乙烯吡咯烷酮，超声波震荡第三预设时长，得到第二溶液，所述第二溶液中包含的金属离子基有机框架纳米材料为铁离子基有机框架纳米材料，所述聚乙烯吡咯烷酮与所述铁离子基有机框架纳米材料的质量比例为1：5至5：1。9.如权利要求8所述的金属有机框架纳米药物的制备方法，其特征在于，在所述还原剂包括硼氢化钠时，所述向所述第二溶液中加入还原剂，将所述金属离子基有机框架纳米材料中的金属离子还原为零价金属原子，得到金属有机框架纳米材料的步骤，包括：将硼氢化钠分散于去离子水中后，逐滴加入到所述第二溶液中，并在第二预设温度值的氛围下还原第三预设时长后，从所述第二溶液中分离得到金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料为铁金属有机框架纳米材料，所述硼氢化钠与所述金属铁对应的氯化物的物质的量的比例为3：4。10.权利要求1至4任一项所述的金属有机框架纳米药物在抗肿瘤治疗中的应用。
技术总结
本发明公开一种金属有机框架纳米药物、其制备方法以及其在抗肿瘤治疗中的应用，涉及生物学、纳米材料和医药学技术领域。所述金属有机框架纳米药物包括：金属有机框架纳米材料，所述金属有机框架纳米材料与酸反应释放氢气；化疗药物，所述化疗药物通过溶液浸渍担载于所述金属有机框架纳米材料上。本发明提出的金属有机框架纳米药物能够在肿瘤的微酸性环境下同时释放氢气和化疗药物，释放的氢气能够有效抑制肿瘤细胞的耐药性和转移，降低化疗药物的毒性并提高治疗效果，实现对肿瘤的精准治疗。实现对肿瘤的精准治疗。实现对肿瘤的精准治疗。


技术研发人员：何前军 杨武利 姚先先 王英帅
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：2021.02.26
技术公布日：2021/6/29