一种以铁蛋白为载体的纳米核素药物及其制备方

本发明涉及生物医药，更具体地说，它涉及一种以铁蛋白为载体的纳米核素药物及其制备方法和应用。背景技术：1、铁蛋白（ferritin）是一种广泛存在于生物体中的储铁笼状蛋白，由24个蛋白亚基自组装形成的蛋白质外壳和铁内核两部分组成，是维持机体铁代谢平衡的重要蛋白。蛋白笼外径12 nm，内经8 nm，并含有8个亲水通道、6个疏水通道，可用于蛋白笼内外交换负载物。人重链铁蛋白（human heavy chain ferritin，h fn）的受体是膜蛋白转铁蛋白受体1(tfr1，一种肿瘤标志物)，使得h fn不加任何修饰的情况下就具有内在的肿瘤靶向性，同时h fn可以通过与tfr1的相互作用穿越血脑屏障，靶向恶性脑瘤；此外，铁蛋白笼上存在温度可控的小分子药物通道，铁蛋白独特的结构使其成为理想的肿瘤靶向纳米载体。由于具有生物安全性高、热稳定性高、易生产、天然靶向能力、表面易于修饰、尺寸均一，亲水通道和内腔易于负载药物等优点，铁蛋白已被广泛用于疾病检测、肿瘤成像和药物输送等领域。2、铁蛋白纳米笼具备良好的自组装能力，在极端条件下，如酸性条件，铁蛋白四级结构分解，在生理条件下蛋白亚基重新组装恢复笼状结构。这一特性为实现铁蛋白改造及负载功能性药物提供了便捷通道。铁蛋白能够特异性靶向大多数肿瘤细胞，且容易进行人工改造和修饰，也可以用于医学成像。目前，以铁蛋白为载体的医学成像剂主要涉及在铁蛋白内腔装载金属离子mn、gd、fe等，制备磁共振成像造影剂。3、放射性核素是具有过多能量的原子，能自发地发射出粒子或射线，释放出的能量能达到诊断或治疗的目的，但放射性核素的低稳定性、不可控性，以及非靶部位毒性等缺点限制了其在医学上的应用。核素药物是指含有放射性核素供医学诊断和治疗用的一类特殊药物，由放射性同位素搭配专门定位特定器官及组织的分子试剂组成，分为诊断用核素药物和治疗用核素药物。目前上市的核素药物主要是多肽偶联放射性核素药物，将放射性核素与螯合剂螯合后再与多肽偶联，形成多肽偶联放射性核素，引导放射性核素精准靶向，再结合多肽较好的组织穿透能力和较低的免疫原性等优点，实现体内药物递送。但是，多肽容易被蛋白酶降解，多肽偶联放射性核素药物在体内基质中的稳定性有待提高。4、铁蛋白是一种水溶性蛋白质，稳定性好，生物相容性优异，具有天然靶向能力和非免疫原性，可穿越血脑屏障，结合放射性核素的成像与治疗功能，以铁蛋白为载体的纳米核素药物将实现体内理想的核素递送，降低毒性增加疗效，具有较好的应用前景。技术实现思路1、本发明的目的是提供一种以铁蛋白为载体的纳米核素药物及其制备方法和应用，本发明制备的铁蛋白核素药物可集成诊断与治疗一体化，在肿瘤成像、放射性治疗中具有较大的应用潜力。2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种以铁蛋白为载体的纳米核素药物，所述铁蛋白为人重链铁蛋白，所述纳米核素药物由功能化铁蛋白以及装载于铁蛋白内腔中的放射性核素或外接于铁蛋白表面的放射性核素构成。所述纳米核素药物平均尺寸为13 nm，内腔直径为8 nm左右。3、本发明还提供一种以铁蛋白为载体的纳米核素药物的制备方法，所述功能化铁蛋白外表面化学偶联靶向单元，所述靶向单元包括多肽和抗体。4、本发明进一步设置为：所述功能化铁蛋白外表面化学偶联靶向单元的具体步骤如下：所述铁蛋白外表面的氨基与n-羟基琥珀酰亚胺（nhs）酯或马来酰亚胺基团交联，进而与羧基化的靶向多肽、抗体中的一种或多种共价连接。5、本发明进一步设置为：所述铁蛋白载体内腔中负载放射性核素的方法如下：6、s1.通过调节ph < 3使铁蛋白解聚为单体；7、s2.将大环配体与解聚铁蛋白中的氨基共价连接，然后再通过配位键螯合放射性核素离子；或将放射性核素18f、11c标记的小分子与解聚铁蛋白单体共价结合；8、s3.调节ph > 7，使解聚的铁蛋白重组恢复纳米笼结构。9、本发明进一步设置为：所述铁蛋白载体外表面负载放射性核素的方法如下：10、通过铁蛋白外表面的赖氨酸和半胱氨酸残基偶联的配体分子直接螯合放射性核素，所述配体分子包括但不限于dota、nota、dtpa配体。11、本发明进一步设置为：所述放射性核素包含大环配体螯合的放射性核素或者放射性核素11c、18f标记的小分子中的一种或多种，所述大环配体螯合的放射性核素包含具有成像功能放射性核素组和具有治疗功能的放射性核素组，所述具有成像功能的放射性核素组包含68ga，64cu，89zr，99mtc，111in，67ga，所述具有治疗功能的放射性核素组包含177lu，90y，67cu，223ra，225ac，227th，211at，89sr，188re，153sm， 166ho，所述大环配体包括但不限于dota、nota、dtpa配体。12、本发明进一步设置为：所述铁蛋白内腔或外表面负载成像功能的放射性核素68ga，64cu，89zr，99mtc，111in，67ga中的一种，所得铁蛋白纳米核素药物可用于肿瘤pet或spect成像。13、本发明进一步设置为：铁蛋白内腔或外表面负载治疗功能的放射性核素177lu，90y，67cu，223ra，225ac，227th，211at，89sr，188re，153sm， 166ho中的一种，所得铁蛋白纳米核素药物可用于肿瘤放疗。14、进一步，所述纳米核素药物在制备肺癌、宫颈癌、黑色素瘤、甲状腺癌、结直肠癌、卵巢癌、脑癌、胃癌、膀胱癌、前列腺癌、乳腺癌、食道癌、肾癌、胰腺癌以及各种造血系统癌的诊断试剂和治疗药物中的应用。15、本发明进一步设置为：所述的铁蛋白内腔或外表面同时或分别负载成像、治疗功能的放射性核素诊疗对，所得铁蛋白纳米核素药物可用于肿瘤放疗前的pet或spect成像诊断，也能够在放疗的同时通过pet或spect影像跟踪核素药物分布。16、本发明进一步设置为：所述放射性核素诊疗对由具有成像功能放射性核素组中的任意一个核素和具有治疗功能的放射性核素组中的任意一个核素两两组合，比如68ga/177lu、64cu/177lu、89zr/177lu、68ga/90y、64cu/90y、89zr/90y等。17、综上所述，本发明具有以下有益效果：18、1、本发明给出的以铁蛋白为载体制备的纳米核素药物，制备方法简单，用时少，药物在体内基质中稳定性高，且具有优异的生物相容性和非免疫原性。19、2、本发明方法中以共价键连接配体螯合放射性核素，增强稳定性防止脱靶，所得纳米核素药物生物安全性高。20、3、本发明制备方法中，在铁蛋白内腔负载了放射性核素，外表面化学偶联了特异性配体，增强靶向特异性，减少核素药物在非特异性组织的分布。21、4、本发明制备的以铁蛋白为载体的纳米核素药物探针具有优异的生物相容性、强靶向能力和穿透能力，尺寸小而均一，更长的循环半衰期和更好的肿瘤积累率。所述纳米核素药物探针在肿瘤早期特异性诊断及治疗中具有较大的应用潜力。