納米金屬有機框架載藥系統的應用與展望

胡 月，王 銳，呂邵娃，李永吉（黑龍江中醫藥大學，哈爾濱 150040）

納米金屬有機框架載藥系統的應用與展望

胡 月，王 銳，呂邵娃，李永吉＊（黑龍江中醫藥大學，哈爾濱 150040）

目的 綜述納米金屬有機框架（NMOFs）作為納米級載藥系統在醫藥領域中的應用。方法 通過查閱文獻對載藥納米金屬有機框架的制備工藝、特點及其在醫藥學領域中的應用進行綜述。結果 NMOFs具有高載藥量等特點，作為潛在藥物載體對生物制劑、西藥的裝載已有相關報道，在抗癌抗腫瘤方面頗具潛力。結論 未來應重點研究將傳統中藥進行裝載并傳遞，并將藥物和顯影劑同步裝載以達到治療和診斷同時進行的目標。

納米載藥系統（NDDS）；納米金屬有機框架（NMOFs）；文獻

金屬有機骨架化合物（metal－organic frameworks，MOFs），是指過渡金屬離子或金屬簇與有機配體通過自組裝過程形成的周期性無限網絡結構的晶態材料［1］。多用于磁性、光學、生物成像等化學研究熱點領域。近年來，醫藥工作者將此類材料的尺寸縮減至納米級，并嘗試將其應用在生物學領域的藥物儲藏、緩釋、生物成像及氣態信號分子的傳輸等方面。本文對納米金屬有機框架的特點及在醫藥學中的應用進行綜述，為進一步的研究提供參考。

1 納米金屬有機框架的制備方法

1.1 再沉淀法 再沉淀法是指在室溫下將兩種溶液混合析出納米粒子的一種制備方法，其納米金屬有機框架的形態與溶液的濃度密切相關［2］。Taylor－Pashow等用醋酸鋅和一系列等摩爾的次二甲基吡咯低聚物，在濃度為8×10－4mol·L－1的四氫呋喃（THF）溶液中反應，得到了規則的球形NMOFs，當四氫呋喃溶液濃度改變時，NMOFs的大小亦隨之發生變化：THF∶H2O＝2∶1時，NMOFs為規則的半球形；THF∶H2O＝1∶1時，得到的則是不規則的NMOFs小球［3］。

1.2 反相微乳液法 反相微乳液法是一種可以控制NMOFs的成核過程和生長動力學的合成方法，由表面活性劑穩定非極性有機相中的水滴而形成［2］。該方法已被廣泛用于合成晶型Gd（BDC）1，5（H2O）2納米棒等領域。Rieter等通過水在油中的微乳液方法，利用GdCl3和配體bis（methylammonium）benzene－1，4－dicarboxylate反應得到了納米棒［4］。納米棒的尺寸可通過調節微乳液的W 值（水與表面活性劑的摩爾比）來改變：當W＝10時可得到長度為1～2μm、直徑100nm的納米棒；當W降至5時可得到長度為100～125nm、直徑40nm的納米棒。

1.3 溶劑熱法 溶劑熱法是指通過常規加熱或微波加熱等方法合成NMOFs［2］。溫度和加熱速率是控制其成核和生長的2個因素。張箭等將硝酸鋁和對苯二甲基加入到N，N－二甲基酰胺（DMF）溶劑中，室溫下磁力攪拌使其完全溶解，再將混合溶劑移入100mL帶有聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜，密封后放入220℃的烘箱內；3d后關閉烘箱，自然冷卻至室溫，得到白色漿狀產物；將產物真空抽濾，并用DMF洗滌，50℃抽真空烘干18h，得到白色的長條形塊狀產物Al（OH）（O2C－C6H4－CO2）·（C3H7NO）［56］。透射電鏡掃描結果：長在100nm以內，寬在20～40nm范圍內，比表面積最高達1 667m2·g－1，略高于文獻值1 590m2·g－1［6］。DMF溶劑熱合成的優勢在于產物孔道內填充的DMF分子在280℃處理6h即可得到NMOFs［6］。

Taylor－Pashow將等摩爾比的FeCl3和對苯二甲酸（BDC）加入到N，N－二甲基酰胺（DMF）溶劑中，150℃微波加熱使其反應完全，離心，棄掉上清液，用DMF和乙醇洗滌固體表面未參與反應的原料，得到固體產物Fe3（μ3－O）Cl（H2O）（BDC）3，透射電鏡掃描顯示為平均直徑200nm左右的八面體Fe3＋納米粒子［3］。

1.4 模板合成法 模板合成就是將具有納米結構、價廉易得、形狀容易控制的物質（如分子篩、多孔陽極氧化鋁等）作為模子，通過物理或化學的方法將相關材料沉積到模板的孔中或表面，而后移去模板，得到具有模板規范形貌與尺寸的納米材料的過程［2］。主要優點表現在：可根據所需納米材料的大小和形狀設計模板，也可根據模板的空間限域作用和模板劑的調控作用對合成納米材料的大小、結構、排列等進行控制［7］。Charles R.Martin將ZrOC1與雙有機金屬膦酸鹽利用氧化鋁膜作模板合成了棒狀的NMOFs［8］。

2 納米金屬有機框架的特點

2.1 高比表面積 納米金屬有機框架普遍具有較大的比表面積，這為其作為藥物的載體提供了可能性。Ferey結合了目標化學和計算機模擬方法，用硝酸鉻分別與均苯三甲酸和對苯二甲酸反應，合成了MIL－100［Cr3F（H2O）3O（BTC）· nH2O］和MIL－101［Cr3F（H2O）2O（BDC）3·nH2O］，其中，MIL－101尤為突出，比表面積（BET）達到4 230m2·g－1，MIL－100比表面積是2 300m2·g－1［9］。Yaghi等通過使用混合有機橋鍵BTE與biphenyl－4，4′－dicarboxylate（BPDC）與Zn4O（CO2）6配位的策略制備具有超高比表面積及微孔－介孔籠狀結構的新型有機金屬骨架材料MOF－210，BET比表面積達到了6 240m2·g－1，是目前比表面積最大的MOF［10］。

2.2 結構的多樣性和可調性 金屬離子和有機配體的配位能力存在多樣性，從而決定了NMOFs的結構多樣性和可調性［1113］。不同金屬離子的配位數不同，而且相同的金屬離子有時在不同的配體環境中也會出現不同的配位數；有機配體更是多種多樣，尤其是含有多個羧基的有機配體；羧基基團本身具有多種配位模式，而且配體中還有2個或2個以上的羧基，所以配位的方式很復雜。NMOFs的結構還受到很多因素的影響，選擇不同的合成條件，也可能會獲得不同結構的骨架。正是由于這些原因，得到了各種各樣拓撲結構的NMOFs，如：立正方體形、磚壁形、金剛石形、石英形、梯狀、格子形等結構。

2.3 高載藥量 已報道的以納米金屬有機框架做載體的藥物，均表現出較高的載藥量。Ferey研究組用三價金屬元素（Cr，Fe）同羧酸鹽有機配體橋接發生反應生成納米系列MIL－100及MIL－101，并研究對布洛芬的裝載，顯示MIL－100（Fe）及MIL－101（Fe）固載率分別是350mg·g－1和1 400mg·g－1，是同等條件下介孔硅材料（MCM－41）的4倍［9，14］。MIL－101（Cr）［Cr3F（H2O）2O（BDC）3·nH2O（n＝～25）］可以吸附138%量的布洛芬。Horcajada P證實了將白消安加載在剛性介孔材料MIL－100（Fe）中顯示出異常高的載藥量，可達到25.5%，是納米顆粒（5%～6%）的5倍，是脂質體（0.4%）的60倍［15］。

2.4 緩釋效果 Fere等用具有柔韌性的MIL－53［MIIIOH）·［O2CC6H4CO2］·H2O］（MIII＝Cr，Fe）對布洛芬進行釋放實驗，表明完全釋放時間可長達21d，是傳統的介孔硅材料（MCM－41）的10倍［9，16］。

3 納米金屬有機框架在醫藥學方面的應用

大多數框架材料（以Co、Ni、Cr為中心的MOFs）本身在生物醫學和制藥方面顯示出相對較差的兼容性，也達不到全身治療的目的［17］。因此，按比例縮小到納米級別的NMOFs是針對性地為機體某個領域提供治療藥物的潛在的納米載體。

3.1 裝載非甾體類抗炎藥物［18－21］尼美舒利（nimesulide，NIM），是選擇性環氧化酶2（COX－2）抑制劑，對于食道癌、肝癌等腫瘤細胞具有抗增殖和誘導凋亡的作用。柯飛等通過傳統的電加熱方法合成了一種新型的磁性納米空洞金屬－有機骨架材料復合物Fe3O4／Cu3（BTC）2。將均苯三甲酸（H3BTC）加入到DMF和無水乙醇混合溶劑中，在磁力攪拌作用下加入一定量合成好的Fe3O4納米棒，70℃回流一段時間，加入Cu（OAc）2·H2O水溶液，繼續反應，離心，水洗，醇洗，產物在120℃下真空干燥10h，轉入樣品管保存。將尼美舒利完全溶解在三氯甲烷中，然后加入復合物Fe3O4／Cu3（BTC）2，磁力攪拌24h，結果證明，所制備出的磁性納米孔洞的金屬－有機骨架化合物Fe3O4／Cu3（BTC）2可以對非甾體類抗炎藥物尼美舒利進行裝載。實驗數據顯示，每克復合物能夠裝載0.29g尼美舒利，在模擬體溫為37℃的生理鹽水中，藥物完全從載體中釋放出來需要11d，證明了該材料對藥物能起到很好的控制釋放作用。因為具有磁響應性質又具有可調的孔道結構，這種磁性納米復合物日后會為靶向載藥、磁共振成像和磁分離等領域提供一個有效的平臺。

3.2 裝載抗病毒藥物 核苷類似物在治療病毒感染方面扮演著重要的角色。但是這類藥物具有在生物介質中的穩定性差、生物利用度低和易出現耐藥性等缺點，同時核苷的親水性使得藥物在膜上的滲透能力降低［22－23］。納米載體（脂質體等）很好地解決了以上問題，但是依然有它們無法解決的難題（載藥能力低和“突釋”現象）［22］。Horcajada P.等通過適當優化反應條件（溶劑，添加劑，鐵源，能源，濃度，溫度和時間等），采用傳統微波輔助溶劑熱法制備出的具有不同成分和拓撲結構的納米多孔鐵（iii）羧化物（MIL－n）類型的納米金屬有機框架（NMOFs），對該類藥物有較高的包載能力［15］。

3.2.1 抗巨細胞病毒藥物 巨細胞病毒（CMV）是危害性最大的皰疹病毒之一，可引發急性視網膜炎、間質性肺炎、胃腸炎和腦炎等。西多福韋對CMV有高度的抑制活性；但是也存在著生物利用度差、有較嚴重的不可逆腎毒性等缺點［24］。Horcajada P.等成功將抗巨細胞病毒的西多福韋（CDV）成功裝載在MIL－100－NH2納米載體中，發現與在其他常用納米載體中的1%載藥量相比，42%的異常高的載藥量是前所未有的［15］。

3.2.2 抗艾滋病毒藥物 艾滋病因免疫系統受到破壞，逐漸成為許多伺機性疾病的攻擊目標，促成多種臨床癥狀，統稱為綜合征［25］。疊氮脫氧胸苷（AZT－TP）是獲得美國FDA批準生產的抗艾滋病藥品，與病毒的DNA聚合酶結合，中止DNA鏈的增長，從而阻抑病毒的復制［25］。因具有骨髓抑制作用，可引起意外感染、疾病痊愈延緩和牙齦出血等不良反應［25］。Horcajada P等將AZT－TP裝載在MIL－100－NH2中，其固載率為41.9%［15］。濃度為200nmol·L－1的AZT或者是AZT－TP就可以抑制大約90%HIV病毒的復制。

3.3 裝載抗癌藥物

3.3.1 抗結腸癌藥物 順鉑（Pt）可誘導和促進結腸癌細胞凋亡。Lin研究小組采用Fe3＋為金屬中心，分別以H2BDC和氨改性的NH2－BDC為配體，利用微波快速合成的方法成功地合成了高比表面積鐵的MIL－101，為了增加生物相容性，采用1，3，5，7－tetramethyl－4，4－difluoro－8－bromomethyl－4－bora－3a，4a－diaza－s－indaeene（Br－BODIPY），ethoxysueeinato－cisplatin（ESCP）和c，c，t－［PtCl2（NH3）2（O2CCH2CH2CO2H）］，對鐵的MIL－101進行改性，之后在其外面用Na2SiO3為硅源包了一層SiO2的殼層，利用改性的共價鍵與熒光劑和抗癌劑鍵合，得到了很好的藥物固載體和熒光體［3，12］。與相同濃度的順鉑對人結腸癌細胞HT－29具有相似的生物毒性。

3.3.2 抗乳腺癌藥物 Maspoch等制備出了由Zn2＋和1，4－雙（咪唑－1－甲基）苯合成的NMOFs，成功包裹阿霉素，體外實驗顯示，載入阿霉素的NMOFs與相同濃度的阿霉素具有相似的細胞毒性［26］。

4 結論與展望

與其他納米載體相比，NMOFs的發展仍然處于起步階段。例如：在生物醫學成像和作為裝載藥物的載體方面的研究還是剛剛起步的。盡管如此，作為一個新的納米載體平臺，由于其具有合成條件溫和、空間結構的多樣性及多變性、較高的載藥量、成像清晰等優勢，NMOFs在生物醫藥領域已經顯示出巨大潛力。未來我們能否有更加大膽創新的想法，將傳統中藥的單一成分或者是多組分被載入到NMOFs中，特別是對癌癥及腫瘤有很好臨床治療效果的中藥成分（如紫杉醇、斑蝥素等），同時還可以解決某些中藥生物半衰期短、性質不穩定等問題；將造影劑和藥物裝載在NMOFs中，特別是在同一NMOFs平臺上同時實現成像和治療。

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Application and prospect of the nano metal－organic frameworks in medicine

HU Yue，WANG Rui，LüShaowa，LI Yongji＊（Pharmacy of Heilongjiang University of Chinese Medicine，Harbin 150040，China）

Objective To review the application of nano metal－organic frameworks（NMOFs）as a new type of nanoscale delivery systems in medicine.Method Literatures were reviewed for the characteristics and application in the field of medicine.Results NMOFs have the characteristics of high drug loading，and wide application in medical imaging.As a potential drug carrier of biological agents，the loading reports of chemical drugs are more than other kind drugs.Conclusion Future research should be focused on how to develope its application in traditional Chinese medicine（TCM）to solve the problem of low bioavailability.

nano drug delivery systems（NDDS）；NMOFs；literature

10.3969／j.issn.1004－2407.2015.02.037

R94

A

1004－2407（2015）02－0220－03

2014－10－10）

胡月，女，在讀碩士研究生

＊通信作者：李永吉，男，教授，博士研究生導師

中國標準刊號：ISSN 1004－2407 CN 61－1108／R 郵發代號：國內52－106 國外BM6523 定價：6.00元