[发明专利]生物正交催化贴片及其使用方法

说明书

一种生物正交催化贴片将聚集有金属纳米颗粒的TiO₂纳米片整合到排列成阵列的基于聚乙烯醇的微针中。这种基于生物正交贴片的器件是坚固、可移开的，并且一旦放置于应用部位，能够有效地介导笼状基底转化成其活性状态。该贴片在高级生物系统中执行生物正交催化的能力通过笼状阿霉素前药在黑色素瘤肿瘤部位的局部脱烷基化和恢复其癌症治疗的药理学性能来证实。这种原位施用贴片有助于增强局部治疗效果并消除脱靶前药激活或对于位于远离施用部位的健康器官或组织的剂量依赖性副作用。

相关申请的引证

本申请要求享有2020年5月6日提交的美国临时专利申请第63/021022号的优先权，该专利通过引用结合于本文中。优先权根据35U.S.C.§119和任何其他适用法规进行要求。

技术领域

本技术领域通常涉及生物相容性微针和包含这种微针的贴片。更具体而言，该技术领域涉及一种贴片，该贴片引入了体内(和体外)催化双正交(biorthogonal)化学的微针。更具体而言，该技术领域涉及包含微针的贴片，该微针由含有TiO₂纳米片负载的钯纳米颗粒(Pd-TNS)作为纳米填料的聚乙烯醇(PVA)基质制成。

背景技术

生物正交(bioorthogonal)催化在复杂的生物环境中实现了大量的非自然化学转化，例如用于生物分子标记和蛋白/前药活化的交叉偶联和保护基团裂解反应，拓宽了对生物过程的理解和研究。这类化学的实施主要依赖于非生物过渡金属(TM)，包括Pd、Au、Ru、Ir和Cu，它们通常分为两种剂型：金属配合物和金属纳米颗粒。由于其毒性不可预测、靶向性缺乏和稳定性有限，金属配合物的应用在很大程度上局限于细菌和细胞研究。为了改善TM的潜在毒性，研究人员将注意力转移到负载型TM纳米颗粒，主要是树脂珠上，以调节细胞内外的异质生物正交催化。通过进一步将树脂负载的TM移植到斑马鱼胚胎中，已经证实了外源基底的正交转换，但这种配制型TM的进一步应用需要精致而复杂的手术。尽管通过使用可注射TM在提高体内生物正交催化的可能性方面取得了进展，但仍存在关于TM在治疗后如何去除、潜在金属毒性、免疫原性和非特异性沉积引起的意外催化的担忧，更不用说对TM和基底分子的不同剂量优化的要求。根据这一推理，一种能够以微创和空间控制的方式工作的生物正交催化器件将为在更高层次的生物实体中操纵非生物化学提供巨大的多功能性。

发明内容

本文公开的是基于微针的器件(例如，贴片)，其是一种用于体外和体内催化生物正交化学的简单而强健的器件。在本文中，催化活性基于微针的贴片器件由具有TiO₂纳米片负载的钯纳米颗粒(Pd-TNS)作为纳米填料的聚乙烯醇(PVA)基质制成。Pd-TNS的引入大大增强了微针在干燥玻璃状态下的机械性能，使其具有足够的强度，以便能够以微创的方式刺穿皮肤。一旦置于水环境中(例如，在皮肤组织内)，微针就会转化成溶胀水凝胶状态，形成微孔结构。这种结构具有三个层次的结构分级，即三维针状阵列、每个针状基质中的开放微孔和网络中的高度暴露Pd-TNS表面，这有助于笼状分子扩散，以与Pd纳米颗粒接触，从而促进其活化。值得注意的是，通过使用小鼠黑色素瘤模型，证实了全身性给药前体药物N-(烯丙基羰基)阿霉素的局部肿瘤内激活，这不仅可以增加剂量计量，而且可以限制对远处器官和组织的副作用。值得注意的是，纳米复合材料中丰富的氢键赋予微针针尖在水合物状态下足够的机械韧性，并使其易于整片移除，而不会在体内留下潜在的危险过渡金属或引发炎症。

在一个实施方式中，哺乳动物组织中用于体内双正交催化应用的贴片包括基部或基底，该基部或基底具有从所述基部表面延伸的多根微针，其中所述多根微针由具有分散于其中的TiO₂纳米片负载的钯纳米颗粒(Pd-TNS)的聚乙烯醇(PVA)基质形成。为了使用贴片，将该贴片放置于哺乳动物活组织上，使所述多根微针穿入该组织。例如，这可以是皮肤组织，尽管该贴片可以应用于其他组织类型。然后，给药于哺乳动物的前药由该贴片器件中的Pd-TNS催化成治疗剂或药物。在一个实施方式中，该前药包括N-(烯丙氧基羰基)阿霉素(alloc-DOX)，所产生的治疗剂或药物是阿霉素(DOX)。