硫化铜纳米复合物的制备表征及光热效应与肿瘤细胞成像

发布时间：2020-04-18 16:09

【摘要】：光热治疗(Photothermal therapy,PTT)以治疗过程具有可控性、肿瘤根除效率高、对正常组织细胞副作用小等优势,在未来临床治疗乳腺癌的应用方面潜力巨大。PTT是基于近红外(near-infrared,NIR)光(700-1100 nm)诱导的光热纳米材料吸收光产生热消除肿瘤细胞。其中,p型半导体硫化铜(CuS)纳米材料以其毒性低、在NIR区吸收强、易于合成和修饰等优点,可望发展成为新型的PTT试剂。目前,由于PTT缺乏对药物输送和内部治疗的可视化以及实际应用中受到可见光或NIR光的组织穿透深度的影响,限制了PTT更广泛地应用。因此,探索乳腺癌细胞靶向的多功能CuS复合纳米颗粒作为成像引导的增强治疗剂,能克服PTT独立治疗效率较低的问题。本文综述了具有NIR响应性的纳米材料在肿瘤成像和PTT协同治疗方面的应用,设计并合成了三种不同CuS纳米复合物,运用紫外、红外、透射电镜和原子吸收等检测方式表征了复合纳米结构,同时研究了纳米复合物的光热转换性能、体外细胞成像(荧光成像和磁共振成像)性能以及药物释放性能。主要的新颖性如下:(1)合成了一种乳腺癌识别的PDAMn-CuS@BSA-FA纳米颗粒,发现通过静电作用、配位和疏水反应层层组装合成的纳米颗粒具有NIR光响应的较高光热转换效率(66%);同时,NIR光引发的纳米颗粒对乳腺癌细胞增强的毒性,有效地抑制了乳腺癌细胞的增殖,表明纳米颗粒可作为光热治疗试剂。相比于正常细胞,发现PDAMn-CuS@BSA-FA中金属离子对PDA荧光的淬灭作用可通过CH_3O-PEG-phosphatide和肿瘤细胞恢复,结果表明PDAMn-CuS@BSA-FA可作为乳腺癌细胞激活的纳米传感器。此外,MCF-7细胞激活的荧光成像和选择性的T_1-MR成像也验证了纳米颗粒可以识别MCF-7细胞。研究结果为开发非适配体类的肿瘤可激活的纳米探针或基于CH_3O-PEG-phosphatide识别的纳米药物载体提供了新思路。这是首次报道的乳腺癌细胞激活的纳米荧光探针用于乳腺癌的识别成像诊断和光热治疗剂。(2)合成了一种新型的具有光热转换性能的钆掺杂的硫化铜纳米颗粒(GdCuS),发现GdCuS-DMP具有较好的光热效率(46%),作为乳腺癌细胞双模态成像和光热治疗试剂。此外,NIR光驱动下的GdCuS-DMP对乳腺癌细胞有较高的抑制率。牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)和MCF-7细胞对纳米颗粒的荧光具有turn-on作用,MCF-7细胞成像结果证实了该纳米颗粒对乳腺癌的靶向性能,表明GdCuS-DMP是乳腺癌识别的光热治疗试剂。此外,一步法制备的GdCuS-DMP具有T_1磁共振信号。因此,首次制备出的毒性低、乳腺癌靶向识别性和生物相容性好的GdCuS-DMP可望作为双模态(荧光和磁共振)成像引导的乳腺癌光热治疗试剂。(3)制备了核酸-荧光硫化铜硅复合纳米颗粒(CuS@mSiO_2-RPM@PTX),发现异硫氰酸罗丹明B(Rhodamine B isothiocyanate,RhBITC)与CuS在808 nm的NIR光照下有良好的光热转换效率(53%),核酸MUC1的修饰增加了生物相容性和肿瘤细胞对纳米颗粒的吸收。肿瘤细胞红色荧光成像说明纳米颗粒可以进入细胞。实验发现,纳米颗粒具有pH和NIR光响应的紫杉醇(paclitaxel,PTX)药物释放,且具有后期缓慢释放的效果。此外细胞毒性试验也发现纳米颗粒产生热以及NIR光诱导的PTX释放有效地抑制了MCF-7细胞的生长。因此,新型的CuS@mSiO_2-RPM@PTX纳米颗粒有望发展成为荧光成像引导的光热和化学联合的诊疗一体化试剂,运用于乳腺癌的诊断与治疗。
【图文】：

示意图,纳米颗粒,无机纳米

在肿瘤诊断和治疗中，具有诊疗特性的肿瘤响应性纳米探针具有很高的应用价值[92,93]。肿瘤激活的蛋白-无机纳米颗粒可作为靶向肿瘤的 turn-on 成像和治疗试剂。虽然已经成功制备出多种混合蛋白-无机纳米颗粒，但是肿瘤细胞激活的蛋白-无机纳米颗粒的研究仍然具有挑战性。为发展肿瘤细胞响应的用于荧光成像和光热治疗一体的蛋白-无机纳米探针，首先，我们通过静电自组装构建了 Mn-CuS，其与配体 PDA 配位产生 PDAMn-CuS，，其次，通过疏水相互作用和电子态相互作用在其表面组装修饰 FA-PEG-COOH 与 BSA，形成具有肿瘤细胞靶向识别性能的纳米颗粒(PDAMn-CuS@BSA-FA)。该纳米颗粒具有细胞荧光成像和 T1成像信号。在近红外光照射下，可以催化 H2O 氧化产生氧气和热。区别于之前报道的戊二醛处理的蛋白-无机纳米颗粒，纳米颗粒显示出肿瘤细胞可激活的荧光发射。纳米颗粒的性能与运用示意图见图 2.1。

示意图,纳米颗粒,示意图,磁共振成像仪

.15 动物体外磁共振成像纳米颗粒的体外 T1-加权成像使用西门子 3.0T 磁共振成像仪进行检测。粒用培养基稀释至一定的浓度。MCF-7 细胞和 SW1990 细胞分别与以子（Mn2+）浓度为 0-20μM 的 PDAMn-CuS@BSA-FA 和 PDAMn-CuS@B@Fe-DNA 共培养 6 h。加胰酶消化计数，转移至 0.2 mL 的 PCR 小管中固定。每管中细胞个数约为 10 万。单独肿瘤细胞和单独的纳米颗粒分照组。测量参数如下：TR/TE = 857/3.5 ms, flip angle = 180°, slice thickn mm。.16 统计分析所有数据的值均以 mean ± S.D.表示，组间数据显著性差异使用phPad Prism 5.0（GraphPad Software, SanDiego CA, USA）进行单因素方ANOVA），具有统计意义的标准为 P < 0.05。所有的实验至少重复 3 次
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R318

【参考文献】