光激活纳米递送系统用于肿瘤光动力和基因联合治疗

发布时间：2020-04-01 06:27

【摘要】：近年来,基因治疗成为一种新兴的癌症治疗的手段。安全有效的基因递送载体是实现高效基因治疗的关键。阳离子聚合物是一类应用广泛的非病毒性载体。但是,实现阳离子聚合物转染效率和材料毒性的协调仍然是一个很大的挑战。高分子量阳离子聚合物可以有效包载基因,进入细胞、提高转染效率,但是,被包载的基因难以释放到细胞质中,导致转染效率受限,材料毒性大。低分子量阳离子聚合物细胞毒性低,但是基因包载能力差,转染效率低。因此,发展刺激响应性载体,可控地降解材料并释放出治疗基因,是解决转染效率和材料毒性矛盾的有效手段。除此以外,内涵体/溶酶体捕获是基因递送过程中的另一个重要屏障。无法及时逃逸出溶酶体的基因会被降解,从而导致转染效率降低。光是一种可调性强的外源刺激。光照射位置、强度、持续时间和波长均可通过光源实时精确控制。比起紫外光和蓝紫光,近红外或者红光具有组织穿透性强和安全性高等优点。将紫外线响应载体与上转换偶联纳米粒子(UCNPs)联合是目前实现近红外光基因调控的一种主要策略。然而,由于UCNPs的量子产率相对较低,这种方法通常需要高功率光(0.5~5 W cm~(-2)),体内应用时可能会对组织造成热损伤。因此,开发对低功率、长波长可见光或近红外光敏感的光调节基因载体是非常必要的。光敏剂可以吸收红光并将其转化为活性氧(ROS),用作触发剂。在短时间光照下,光敏剂可产生少量的ROS,用来破坏溶酶体膜,实现溶酶体逃逸。长时间光照下,光敏剂可产生大量ROS,直接杀死癌细胞,发挥光动力治疗(PDT)的作用。光动力治疗具有可控、无创、非侵袭性等优点,但是同时,光动力疗法也会触发癌细胞的应激保护机制,包括热休克蛋白的增多,各种促生存因子和血管生成信号分子表达增多,导致癌细胞对光动力治疗的耐受性增强,极大阻碍了PDT的疗效。基于以上理解,本论文第一章对基因治疗、基因递送屏障、阳离子聚合物载体、刺激响应性载体和光动力治疗进行了简要概述。本文第二章设计了一种三元复合物(HAP/TK-PEI/p53),其内层由ROS可降解的交联PEI包载p53质粒DNA组成,外层通过静电吸附作用包裹接有光敏剂的透明质酸(HAP)。短时间(8 min)红光照射(661 nm,5 m W cm~(-2))产生非致死剂量的ROS,破坏溶酶体膜并降解TK-PEI,促进p53质粒DNA的溶酶体/内涵体逃逸和胞内释放,增强抗癌基因p53的表达,杀伤肿瘤细胞。由于光动力破膜效应(PCI)的作用,光照后复合物的溶酶体逃逸比例从~15%提高到~70%;由于ROS介导的复合物解离,光照后DNA释放率从~38%提高到~77%。长时间光照(30 min)产生致死剂量的ROS,杀死癌细胞,从而实现光动力和基因治疗的协同抑瘤作用。在体内黑色素肿瘤模型中,相比于单一的基因治疗或光动力治疗,加以双级光照的治疗组(光增强的基因治疗和光动力治疗)抑瘤效果显著增强。本文第三章制备了一种三元复合物,其内层是由ROS可降解的支化聚酰胺胺包载PKM2 siRNA组成,外层通过静电吸附包裹接有光敏剂的透明质酸(HAP)。PKM2 siRNA可以特异性抑制糖酵解中决速步的丙酮酸激酶的表达,进而引发一系列瀑布效应:抑制糖酵解、降低ATP水平、减少热休克蛋白的合成,从而杀伤肿瘤细胞并增强光动力疗效。短时间(4 min)红光照射(661 nm,5 m W cm~(-2))诱导光敏剂产生少量的ROS,破坏溶酶体膜并降解TK-PAA,促进PKM2 siRNA的溶酶体/内涵体逃逸和胞内释放、增强PKM2的基因沉默效果、抑制肿瘤细胞能量代谢(饥饿疗法)、杀伤肿瘤细胞并改善肿瘤细胞对光动力治疗的耐受性。HAP/TK-PAA/si PKM2三元复合物处理MDA-MB-231细胞(人乳腺癌细胞)48 h后,ATP水平显著降低至~65%,热休克蛋白及相关促生存信号分子表达水平明显降低;相比未光照组(单一基因治疗)以及包载无序siRNA组(单一光动力治疗),光照后的TK-PAA/HAP/si PKM2三元复合物具有更强的肿瘤细胞杀伤性以及抗肿瘤效果。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R730.5

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