适配体功能化的新型纳米探针用于癌症的诊断与治疗

发布时间：2018-04-18 12:36

本文选题：肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体 + 死亡受体　；参考：《南京大学》2015年博士论文

【摘要】：随着现代科学与医学技术的高度发展,我们在分子生物学、化学疗法、放射疗法以及常规手术方面已经取得了很大进展,但癌症仍是人类死亡发生的首要原因。癌症的早期诊断与治疗是提高癌症患者生存率的关键,已成为全球生物技术研究和创新制药的首要任务。传统的诊疗技术通常因为特异性相互作用力的存在,可能在诊断过程中出现假阳性或在癌症给药治疗过程中产生毒副作用。自20世纪90年代核酸适配体概念提出来,经过近30年的研究,它已发展成为一类备受关注的新型识别分子,已成为一类可以用于癌症精确诊断与有效治疗的新型靶向配体。另一方面,纳米材料由于其尺寸小,比表面积大,生物相容性好,独特物理化学性质,易修饰等优点,被广泛用于临床诊疗,药物分析,能源和环境等领域。本论文正是基于以上研究背景,围绕如何将适配体功能化的纳米材料应用到癌症的早期诊断和治疗中,开展了癌细胞光、电化学传感诊断和光、热、化疗新技术用于癌症的治疗等方面的研究。主要包括以下几方面的内容：1、电化学传感器用于白血病细胞的高选择检测及细胞表面死亡受体的定量检测肿瘤对于肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体治疗的不同敏感性主要是由于不同肿瘤细胞表面死亡受体(DR4/DR5)表达量不同。对白血病细胞表面DR4/DR5的定量检测对于引导受体介导的白血病个性化治疗至关重要。利用新型纳米技术的众多优势,我们开发了一种可以同时超灵敏检测白血病细胞和定量检测细胞表面DR4/DR5的新型电化学细胞传感器,对白血病细胞的检测限达到约40个细胞。电化学细胞传感器包含集电子转移和细胞捕获功能于一体的电极传感界面和可以同时特异性识别检测细胞和进行信号放大的多功能纳米探针。这种高灵敏高选择性的电化学细胞传感方法还可以用来评估药物对于活细胞表面DR4/DR5表达量的影响。以TRAIL抵抗的HL-60细胞核TRAIL敏感的Jurkat细胞为模型细胞,我们进一步证实了不同白血病细胞的TRAIL治疗敏感度与细胞表面DR4/DR5的表达量直接相关。这种多功能的细胞传感平台对于人白血病的早期诊断和白血病患者放疗和化疗后的药物疗效评估有着重要的临床价值。2、无酶杂化纳米电化学催化剂用于循环肿瘤细胞的超灵敏电化学传感我们新发现在没有过氧化氢(H202)的存在下,四氧化三铁(Fe304)磁珠对小分子染料的电化学还原具有催化活性；并且其催化信号可以通过在其表面组装金属纳米笼(nanocage)得到进一步的放大。在经过多圈电化学循环伏安扫描之后,Fe304磁珠的形貌、物理性质和结构稳定,并且仍可保持很好的催化活性。相较于传统的过氧化物酶／H202的酶催化体系,Fe3O4@nanocage的核壳纳米粒子具有更强的电化学催化稳定性。以乳腺癌细胞系为模型,我们将这一杂化纳米催化粒子进一步用于低丰度循环肿瘤细胞(CTC)的传感,检测限低至4-5个细胞,并具有良好的选择性,为癌症的早期诊断、治疗以及愈后评估提供了帮助。3、利用多功能杂化纳米探针实现多种急性白血病细胞的同时高灵敏检测我们发展了一种可以同时进行多细胞检测以及急性髓系白血病与急性淋巴白血病细胞分型的电化学细胞传感方法。该方法基于纳米生物学技术,具有灵敏度高,选择性好以及重现性佳等优点。该电化学细胞传感器包括两部分,一部分是双适配体功能化的多层石墨稀-金纳米电极界面的层层组装,另一部分是集氧化还原电化学信号标志物、辣根过氧化物酶以及能特异性识别细胞的核酸适配体功能化的电化学杂化纳米探针。该杂化纳米探针具备多功能化、细胞识别特异性、电化学信号放大以及能在多细胞传感中产生可辨别的电学信号等优点。而我们构建的电极传感界面由于其高度导电性不仅能极大地促进界面的电子转移速率而且具有很好的生物相容性以及对细胞的特异性识别以及粘附。最后将要检测的细胞样品夹在纳米探针与电极界面之间,就构成了三明治夹心型的电化学细胞传感器。该传感器能实现多种急性白血病的超灵敏检测,以HL-60与CEM细胞为模型,检测限低达～350cells mL-1,线性范围在5×102～1×107 cells mL-1之间,交叉反应以及其它细胞的干扰反应都极小。由此可见,该电化学细胞传感器作为一种新型诊断工具,对人急性白血病的早期诊断与分型有着重大的临床应用前景,并易于扩展到其他癌细胞的多细胞传感检测中。4、功能化的金／量子点核-星结构纳米探针用于人血清中金属基质蛋白酶(MMP-2)的双通道检测利用纳米金-量子点(Au-QDs)核-星纳米探针的信号放大技术以及金属基质蛋白酶(MMP2)对肽段的特异性识别与酶解相结合,研制出一种双通道检测人血清中金属基质蛋白酶的传感技术。首先通过单链DNA将多颗量子点纳米颗粒连接到金纳米粒子周围,从而制备出核-星纳米复合物,随后通过与链亲和素的碳二酰亚胺偶合反应得到功能化的纳米探针。然后将设计好的biotin标记的含有PLGVR肽段的多肽组装到聚二甲硅氧烷(PDMS)还原的金膜表面,该多肽被人血清中的MMP-2切割后,多肽末端的biotin分子从金膜表面脱落下来。随后利用将组装到金膜表面的量子点纳米探针中的镉离子溶出,我们可以同时利用电化学阳极溶出伏安法(ASV)以及荧光法检测出金膜表面剩余的biotin分子的比例。由于biotin分子的剩余量与血清中MMP-2的含量成反比,因此通过电化学与荧光检测出的镉离子信号,可以间接反应血清中MMP-2的含量。该方法可以达到目前为止最低的MMP-2检测限(～10 fM)。此外,通过选择不同的肽段序列,这种传感器还可以用于其他蛋白酶的临床检测。5、适体功能化的pH、温度和光敏的金纳米笼肿瘤干细胞靶向探针的构建与诊疗本工作研制了一种多刺激响应的可控共聚物-磷脂双分子层包裹大尺寸多孔金纳米结构用于肿瘤干细胞的靶向诊疗技术。我们创新性合成的多孔纳米金结构可以实现药物的高效负载；而药物的可控释放主要通过pH和温度敏感的共聚物-磷脂双分子层以及多孔纳米金的NIR光热效应实现。活体实验表明,药载系统化疗与光热疗的协同作用效果比单纯的化疗或光热疗更显著,可以对肿瘤生长起到完全抑制的作用。除此之外,本工作还首次利用方便快捷的电化学技术对以上药载体系进行了评估。该工作为新型多刺激响应药物的设计以及癌症的高效、高选择性化疗与光热疗提供了新思路。
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【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R730;TB383.1

【参考文献】