本發(fā)明屬于微納米器件，具體涉及一種用于腫瘤饑餓治療的納米機器人及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、饑餓療法是一種通過消耗腫瘤所需營養(yǎng)物質(zhì)來抑制腫瘤生長的治療方法。過去十年，通過結(jié)合催化酶（如葡萄糖氧化酶）與納米顆粒，發(fā)展了多種用于腫瘤饑餓治療的納米藥物遞送系統(tǒng)。這些基于被動擴(kuò)散的納米藥物遞送系統(tǒng)難以在具有高致密性和高間質(zhì)液壓的腫瘤組織中進(jìn)行深層滲透和細(xì)胞內(nèi)化，導(dǎo)致抗腫瘤效果有限。

2、納米機器人是一種能夠?qū)⒅車渌问侥芰哭D(zhuǎn)化為動能，從而實現(xiàn)自主運動的人工微納米器件。作為藥物遞送載體，納米機器人有望顯著提高抗腫瘤藥物在腫瘤組織中的穿透深度和細(xì)胞內(nèi)化效率。近年來，通過將葡萄糖氧化酶/過氧化氫酶和納米顆粒結(jié)合，發(fā)展了利用葡萄糖為燃料的納米機器人，它們能夠在高濃度葡萄糖溶液（＞25?mm）中實現(xiàn)有效驅(qū)動。然而，由于腫瘤微環(huán)境中的葡萄糖濃度通常較低（0.1~0.8?mm），導(dǎo)致現(xiàn)有以葡萄糖為燃料的納米機器人無法在實際腫瘤微環(huán)境中進(jìn)行運動，相比于基于被動擴(kuò)散的納米藥物遞送系統(tǒng)，其抗腫瘤效果并沒有明顯提升。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明旨在開發(fā)一種能夠突破腫瘤組織高致密性及高間質(zhì)液壓限制的納米機器人，以改善納米機器人在腫瘤內(nèi)部的滲透和攝取效率，進(jìn)而通過促進(jìn)大范圍的營養(yǎng)物質(zhì)剝奪來進(jìn)行有效的腫瘤饑餓治療。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種用于腫瘤饑餓治療的納米機器人，包括納米粒子以及連接在納米粒子上的驅(qū)動酶和饑餓治療部件；其中，驅(qū)動酶以腫瘤微環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)為燃料驅(qū)動納米機器人，饑餓治療部件用于消耗腫瘤微環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)。

4、在本發(fā)明的納米機器人中，腫瘤微環(huán)境中可以作為燃料的化學(xué)物質(zhì)包括但不限于尿素、乳酸、谷胱甘肽等，故驅(qū)動酶對應(yīng)可為脲酶、乳酸氧化酶、谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶等，納米機器人在驅(qū)動酶的驅(qū)動下，有效提升了其在腫瘤內(nèi)的擴(kuò)散范圍，進(jìn)而通過饑餓治療部件增強對腫瘤中關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)的消耗能力。但需要注意的是，鑒于腫瘤組織的高致密性及高間質(zhì)液壓，并非腫瘤微環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)及其對應(yīng)的驅(qū)動酶都能實現(xiàn)納米機器人在腫瘤內(nèi)的有效驅(qū)動。

5、優(yōu)選地，在本發(fā)明的納米機器人中，驅(qū)動酶為脲酶，其以尿素為底物進(jìn)行催化反應(yīng)，進(jìn)而有效驅(qū)動納米機器人在腫瘤內(nèi)的擴(kuò)散。

6、可以理解的是，腫瘤中關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)包括但不限于葡萄糖、乳酸、脂質(zhì)、氨基酸等。如在本發(fā)明的一些實施例中，饑餓治療部件包括葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶通過競爭性消耗葡萄糖抑制腫瘤的生長和增殖?；谀繕?biāo)營養(yǎng)物質(zhì)的改變，可將葡萄糖氧化酶更換為其它饑餓治療部件，如乳酸氧化酶、精氨酸酶、類葡萄糖氧化酶無機催化劑、類乳酸氧化酶無機催化劑、谷氨酰胺抑制劑等。另外，當(dāng)饑餓治療部件包含葡萄糖氧化酶時，還可以同時包含提供氧氣的酶。腫瘤組織固有的缺氧環(huán)境阻礙了依賴氧氣的饑餓療法的有效性，通過引入過氧化物酶（如過氧化氫酶）或類過氧化物酶的無機催化劑（如普魯士藍(lán)納米顆粒、鉑納米顆粒等）可以觸發(fā)過氧化氫歧化反應(yīng)生成氧氣，加速葡萄糖的消耗。

7、更為優(yōu)選地，在本發(fā)明的納米機器人中，饑餓治療部件由過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶組成，二者的級聯(lián)反應(yīng)可加速瘤內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。

8、在本發(fā)明的納米機器人中，驅(qū)動酶和饑餓治療部件可以通過硫-金屬鍵、鏈霉親和素與生物素之間的橋連作用、化學(xué)偶聯(lián)或靜電吸附等方式連接于納米粒子上。

9、在本發(fā)明的納米機器人中，脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶的連接方式包括以下情形：

10、脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶同層或分層連接在納米粒子的同側(cè)，形成非對稱結(jié)構(gòu)；

11、脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶分層或同層連接，脲酶連接在納米粒子一側(cè)，過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶連接在納米粒子整個表面；

12、脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶分層或同層連接在納米粒子整個表面，形成了較為對稱的結(jié)構(gòu)。

13、在上述情形中，脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶分層連接時，連接順序無限制。

14、優(yōu)選地，在本發(fā)明的納米機器人中，脲酶非對稱連接于納米粒子一側(cè)；該種方式更利于納米機器人在腫瘤中的擴(kuò)散。

15、在本發(fā)明的納米機器人中，納米粒子包括但不限于為不同粒徑的納米金、納米二氧化硅（如介孔二氧化硅等）、納米脂質(zhì)體、納米磁性顆粒（如四氧化三鐵、三氧化二鐵等）、納米聚多巴胺等。在本發(fā)明的一些實施例中，納米粒子為納米金；納米金顆粒不僅尺寸可調(diào)（十到幾百納米），且具有特有的光電、物化性質(zhì)及良好的生物相容性。

16、優(yōu)選地，在本發(fā)明的納米機器人中，納米機器人的尺寸為20-200?nm；此尺寸下的納米機器人在腫瘤內(nèi)擴(kuò)散性能更優(yōu)，且能夠被攝取進(jìn)入腫瘤細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而通過競爭性消耗腫瘤細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)，干擾腫瘤細(xì)胞代謝，達(dá)到更佳的治療效果。

17、本發(fā)明第二方面提供了一種制備用于腫瘤饑餓治療的納米機器人的方法，其中納米機器人以納米金為基體材料，且納米金表面不對稱連接有脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶，具體包括以下步驟：

18、s1、制備金–聚苯乙烯偏心納米粒子；

19、s2、對脲酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶分別進(jìn)行生物素化處理，得到生物素化脲酶、生物素化過氧化氫酶和生物素化葡萄糖氧化酶；

20、s3、利用鏈霉親和素在金–聚苯乙烯偏心納米粒子同一側(cè)偶聯(lián)生物素化脲酶、生物素化過氧化氫酶和生物素化葡萄糖氧化酶。

21、優(yōu)選地，在上述方法中，步驟s1包括以下過程：

22、s11、通過晶種生長法制備納米金，通過控制生長次數(shù)，可獲取不同尺寸的納米金顆粒；

23、s12、將過硫酸鉀、4-苯乙烯磺酸鈉鹽、水和乙醇混合預(yù)熱后，加入苯乙烯和二乙烯基苯的混合液，再加入納米金進(jìn)行反應(yīng)，即得金–聚苯乙烯偏心納米粒子。

24、優(yōu)選地，步驟s3具體為：

25、s31將金–聚苯乙烯偏心納米粒子分散于水中，加入sh-peg-biotin（巰基-聚乙二醇-生物素），再加入四氫呋喃和mpeg-sh（甲氧基-聚乙二醇-巰基）溶液混合后，與鏈霉親和素混合分散在pb溶液中；

26、s32、取上述混合溶液，逐步或同時加入生物素化葡萄糖氧化酶、生物素化過氧化氫酶、生物素化脲酶進(jìn)行反應(yīng)，獲得分層或同層組裝三種酶的納米機器人。

27、優(yōu)選地，步驟s3中偶聯(lián)的生物素化脲酶、生物素化過氧化氫酶和生物素化葡萄糖氧化酶的摩爾比為1:1:1。

28、本發(fā)明第三方面提供了本發(fā)明用于腫瘤饑餓治療的納米機器人在制備抗腫瘤藥物或醫(yī)療器械中的應(yīng)用。

29、本發(fā)明第四方面提供了一種抗腫瘤藥物，其以本發(fā)明用于腫瘤饑餓治療的納米機器人為活性成分。可以理解的是，該抗腫瘤藥物中還可以包括藥學(xué)上可接受的輔料。

30、對于本發(fā)明提供的抗腫瘤藥物，其優(yōu)選地給藥方式為原位注射。

31、本發(fā)明的有益效果為：

32、本發(fā)明提供的納米機器人能夠突破腫瘤組織高致密性及高間質(zhì)液壓的限制，利用脲酶在腫瘤內(nèi)有效驅(qū)動，通過改善其瘤內(nèi)分布，提高腫瘤細(xì)胞攝取效率，進(jìn)而顯著提高腫瘤抑制效果；該納米機器人同時攜帶有在腫瘤中競爭性消耗或抑制營養(yǎng)物質(zhì)的腫瘤饑餓治療部件，當(dāng)腫瘤饑餓治療部件包括葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶時，二者的級聯(lián)反應(yīng)可加速營養(yǎng)物質(zhì)的消耗。本發(fā)明的動物實驗表明，腫瘤抑制率可提升至66.7%，明顯高于普通單酶或雙酶納米機器人。

33、本發(fā)明提供的納米機器人可以根據(jù)實際應(yīng)用需求更換載體和功能分子的種類而不影響其功能，具有超高的可塑性；而且，鑒于該納米機器人通過增強瘤內(nèi)滲透和消耗關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)這兩方面共同作用實現(xiàn)腫瘤的治療，故其適用范圍廣泛，包括但不限于皮膚癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等。