具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及新型材料领域，特别是涉及一种具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系及其制备方法与应用。

背景技术

细菌性角膜炎是由细菌感染导致的角膜炎症，如果不及时治疗，极易导致角膜穿孔、眼内感染甚至失明。目前，局部使用广谱抗生素(如左氧氟沙星、莫西沙星等)是临床上治疗细菌性角膜炎的一线疗法。然而，由于细菌对传统抗生素的耐药性越来越强，这类药物的疗效每况愈下。此外，传统抗生素治疗往往无法控制局部过度炎症反应，即使消灭了角膜中的细菌，仍有约50％的病患最终遭受视力受损。因此，寻找兼具良好抗菌和抗炎功能的新型治疗方式是细菌性角膜炎治疗中的重要问题之一。

一氧化氮气体治疗(Nitric Oxide，NO)和光动力治疗(Photodynamic Therapy，PDT)是近年发展起来的新型抗菌方法，已在多种疾病模型中疗效确切。据报道，NO不仅能有效杀死细菌，还能通过降低肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)的表达，下调核因子-κB(Nuclear Factor-κB，NF-κB)参与抗炎过程。因其具有潜在的抗菌和抗炎作用，NO被认为是治疗细菌性角膜炎的潜在疗法。此外，眼睛是人体唯一的透光器官，基于良好的光穿透性，它为光动力治疗提供了独特的优势。然而，由于日益增强的细菌耐药性和细菌性角膜炎中细菌生物膜的快速发展，单一的治疗手段效果差强人意。并且PDT产生的活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)可以与NO反应生成具有更强杀菌功能的过氧亚硝酸根阴离子(ONOO

发明内容

本发明的目的是提供一种具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系及其制备方法与应用，以解决上述现有技术存在的问题，实现对细菌性角膜炎良好的抗菌、抗炎效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系，包括核壳结构的上转换纳米粒子，及包裹所述上转换纳米粒子的介孔二氧化硅，及负载在所述介孔二氧化硅上的AIE光敏剂、NO供体和改性聚乙二醇。

进一步地，所述核壳结构的上转换纳米粒子为NaYF

进一步地，所述介孔二氧化硅的厚度为1-10nm。

进一步地，所述AIE光敏剂为四苯乙烯衍生物TPE-Ph-DCM，紫外吸收峰范围为450nm-500nm，具有如下的化学结构式：

进一步地，所述NO供体为N-亚硝胺功能化的7-氨基-4-甲基香豆素衍生物，紫外吸收峰范围为374nm-425nm。

进一步地，所述NO供体具有如下的化学结构式：

进一步地，所述改性聚乙二醇为季铵盐修饰的羧基化聚乙二醇，分子量范围为1000-10000。

进一步地，所述改性聚乙二醇具有如下的化学结构式：

本发明还提供一种上述的具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系的制备方法，包括以下步骤：

(1)UCNPs的合成

将RE

将RE

(2)UCNPs@SiO

将NaYF

(3)UCNPs@SiO

将AIE光敏剂溶于THF中，加入到溶解有UCNPs@SiO

(4)UCNANs的制备

将NO供体、改性聚乙二醇、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)溶解在乙醇中；然后，将UCNPs@SiO

本发明还提供一种上述的具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系在制备协同抗菌、抗炎药物中的应用。

进一步地，在制备防治细菌性角膜炎的药物中的应用。

所述细菌性角膜炎包括金黄色葡萄球菌、铜绿杆菌以及其他细菌导致的细菌性角膜炎。

动物实验结果表明，本发明制备的具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系抗菌、抗炎效果明显，对金黄色葡萄球菌感染的细菌性角膜炎具有明显的治疗效果。

本发明公开了以下技术效果：

上转换纳米材料(UCNPs)是由稀土氧化和氟化物等组成的荧光纳米材料，具有将近红外光(NIR)转换为可见光或紫外光的能力，本发明将其作为NIR触发NO和ROS生成的传递介质。当NO供体和光敏剂的激发波段与UCNPs的发射范围匹配时，在NIR照射下，发射光的能量可以从UCNPs转移到NO供体和光敏剂，通过荧光共振能量转移(FluorescenceResonance Energy Transfer，FRET)激发生成NO和ROS，从而实现协同治疗。核壳结构的UCNPs(NaYF

本发明提供了一种具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系，并进一步研究其在细菌性角膜炎治疗中应用的功效。本发明实现了一种近红外光源同时激发一氧化氮和光动力协同治疗的目的，并能生成具有更强杀菌功能的过氧亚硝酸根阴离子。更重要的的是本发明选用的是AIE光敏剂，可以突破荧光淬灭的限制，实现光动力高效治疗效果。同时，本发明采用N-亚硝胺功能化的7-氨基-4-甲基香豆素衍生物作为小分子NO供体，极大提高了NO供体的稳定性。此外，季铵盐修饰的羧基化的聚乙二醇的嫁接，不仅大大提高了纳米复合体系的生物相容性，还能对带负电荷的细菌具有良好的靶向作用。动物实验表明，这种纳米复合体系对细菌性角膜炎具有良好的抗菌、抗炎效果，相对传统单一的治疗模式具有明显的优势，且毒副作用小，因此在临床方面具有广阔的应用前景。

附图说明

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是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的附图。

图1.实施例1的具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系的合成路线图。

图2.A)UCNPs和(B)UCNPs@SiO

图3.UCNPs@SiO

图4.A)SD大鼠眼表进行各种处理前(Day 0)和处理后第1、3、5、7天的裂隙灯检查结果，比例尺：2mm。不同处理组第0、1、3、5、7天的临床量化评分(B)和角膜中央厚度值(C)。(D)不同处理组离体角膜组织浸泡液甘露醇盐琼脂平板涂板培养结果。(E)定量感染的角膜中存活的S.aureus。(F)正常大鼠经各组处理7天后角膜组织切片H&E染色，比例尺：500μm。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

实施例1

所述具有一氧化氮/光动力协同抗菌、抗炎作用的纳米复合体系的合成路线如图1所示，具体包括以下步骤：

(1)UCNPs的制备

将1mmol的RE

在NaYF

(2)UCNPs@SiO

将2mL UCNPs溶液与0.1g CTAB溶解于20mL去离子水中搅拌过夜，得到表面氨基化的水溶性颗粒。随后加入40mL去离子水，6mL乙醇和300μL 2M的NaOH溶液，加热至70℃。缓慢滴加340μL TEOS和60μL APTES，反应30分钟。将获得的产物离心，用乙醇洗涤3次。最后，将所得产物溶解到50mL含0.3g NH

(3)UCNPs@SiO

将5mg TPE-Ph-DCM充分溶解于5mL THF中，随后加入溶解有UCNPs@SiO

(4)UCNANs的制备

称取AMCNO-COOH(8mg)、COOH-PEG-QAC(0.2mg)、EDC(10mg)和NHS(10mg)，与10mL乙醇充分混合均匀，在室温下搅拌2小时，以充分活化羧基。然后，将UCNPs@SiO

采用透射电子显微镜TEM对本实施例得到的UCNANs和UCNPs@SiO

图3为UCNPs@SiO

实施例2

细菌性角膜炎治疗实验

选用浓度为10

结果如图4所示，裂隙灯检查结果显示(图4A)，在治疗7天内，对照组和UCNPs@SiO

角膜厚度值的变化在一定程度上体现了角膜感染情况。如图4C和E所示，与裂隙灯表现一致，对照组与UCNPs@SiO

此外，在治疗7天后处死并采集了大鼠的角膜分别进行了浸泡液细菌涂板、石蜡切片及H&E染色，对其抗菌性能及组织学上的保护功能进行探究。甘露醇盐琼脂平板涂板结果显示(图4D)，对照组及UCNPs@SiO

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。