含核苷类似物药物的精准纳米输送系统的构建及其抗肿瘤研究

发布时间：2020-05-01 14:30

【摘要】：核苷类似物药物作为一大类重要的化疗药物,在癌症的临床治疗中有着广泛的应用。但是,作为一类小分子抗癌药,核苷类似物药物在临床使用中仍然有其局限性,例如,这类药物的血液循环半衰期短、肿瘤靶向性差、毒副作用大,存在长期使用易产生耐药性等问题。为了解决这些问题,研究人员尝试利用纳米化策略递送这类水溶性核苷类似物药物,并取得了很好的药效,这逐渐引起了科学家的广泛关注。与小分子药物相比,纳米药物具有较长的血液半衰期,可以通过被动靶向作用富集在肿瘤组织,展现出较低的毒副作用。迄今为止,为了实现核苷类似物药物的高效递送,科研人员制备了各式各样的纳米药物并在实验中取得了极好的治疗效果。但是,许多已报导的纳米药物都缺乏精准性,很难实现化学组分和微观结构的精准控制,递送系统批次间质量的差异,阻碍了纳米药物的大规模工业化生产及临床转化。因此,如何发展新型精准制备纳米药物的方法,实现其化学组分均一、组装结构精准可控,是目前亟需解决的重要科学问题。为了解决上述问题,本文提出了利用DNA特洛伊木马的策略精准制备纳米药物并用于输送核苷类似物药物,进一步评价其体内、体外的抗肿瘤效果。具体研究内容如下:(1)聚吉西他滨纳米凝胶的构建及其抗肿瘤研究为了实现纳米药物的精准制备,我们首先思考如何精准制备化学组分均一的纳米药物。受自然界生物大分子精准制备过程的启发,如DNA转录和蛋白质的翻译,其制备过程都是逐步精准进行的。因此我们通过类似的方法,利用DNA固相合成技术将抗肿瘤药物吉西他滨逐个聚合,制备出聚合度为10的聚吉西他滨。通过分子间识别作用,聚吉西他滨可以在缓冲液中自组装形成纳米凝胶。我们评估了该纳米凝胶的体外抗肿瘤效果,探究其能否被细胞有效摄取并抑制肿瘤细胞增殖。此外,我们还评估了聚吉西他滨纳米凝胶的体内抗肿瘤效果,探究其在肿瘤组织富集的效率、抑制肿瘤生长的能力。实验结果证实,聚吉西他滨纳米凝胶能够有效富集在肿瘤组织,并抑制肿瘤生长。综上所述,聚吉西他滨纳米凝胶具有精准的化学组分、可控的载药率和增强的疗效,展现出潜在的临床应用前景。(2)氟尿苷与反义核苷酸合二为一的纳米输送系统Chemogene的构建及其逆转肿瘤耐药的研究核苷类似物抗肿瘤药物除了作为肿瘤治疗的有效药物外,还可与传统碱基一样通过氢键相互作用识别相应的碱基。正是基于这一精准的识别能力,我们进一步深入挖掘其生物功能,推测含核苷类似物抗肿瘤药物的反义核苷酸可以与天然反义核苷酸一样与体内的m RNA高效结合,起到调控基因表达的作用。这样在有效调控肿瘤细胞内基因表达后,还能通过化疗进一步增强治疗效果。而在耐药肿瘤治疗过程中,经常需要化疗和基因治疗联用,这主要是因为基因治疗可以调节耐药相关基因的表达,逆转肿瘤的耐药性,使其恢复对化疗药物的敏感性。但是,治疗基因和化疗药物的理化性质有巨大的差别、剂量比难以精确控制,因此难以利用纳米载体对二者以精准的比例协同输送。为了解决这个问题,我们构筑了整合核苷类似物抗肿瘤药物的反义核苷酸纳米药物(Chemogene)用于耐药癌症的治疗。作为例证,我们通过DNA固相合成技术,将氟尿苷替代天然核苷胸苷整合到反义核苷酸序列中,再将其与疏水聚合物缀接,构建具有球形核酸结构的Chemogene。我们评估了Chemogene的细胞内摄能力和体外抗肿瘤效果,发现Chemogene可以高效被细胞摄取、逆转肿瘤细胞的耐药性、抑制耐药肿瘤细胞生长。此外,我们通过皮下荷瘤裸鼠和原位肝癌裸鼠两种耐药模型,评估Chemogene在裸鼠体内治疗耐药肿瘤的效果。实验证实,Chemogene可以有效聚集在耐药肿瘤组织中,逆转其耐药性,并高效抑制耐药肿瘤生长。综上所述,Chemogene可以精准、高效的协同输送治疗基因和化疗药物,在耐药癌症的治疗领域有巨大的应用前景。(3)含氟尿苷DNA特洛伊木马的构建及其抗肿瘤研究在实现精准控制纳米药物化学组分的基础上,为了进一步控制纳米药物的形貌,我们利用近年来飞速发展的DNA纳米技术,基于其精确组装特性,通过碱基识别将制备的含抗肿瘤药物氟尿苷DNA链段组装成DNA多面体结构。这类含氟尿苷DNA多面体具有药物负载量可调、微观形貌精准的特点。作为一种新颖的药物输送体系,含有氟尿苷的DNA多面体可以有效输送抗癌药。我们探究了其体内、体外抗肿瘤效果。实验证实,该纳米药物能高效富集在肿瘤中,抑制肿瘤生长。综上所述,含氟尿苷DNA多面体具有精确的化学组分、可控的微观结构、优异的治疗效果,为精准纳米药物的制备提供了新思路。
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肿瘤,类型,致死率,女性

1图 1-1 男性、女性最高发的十大类型肿瘤及最高致死率的十大类型肿瘤[1]Figure 1-1 Ten leading cancer types for the estimated new cancer cases and deaths by sex[1]近几十年来，在各国政府研究经费的不断投入和科学家的不懈努力下，对肿瘤的发病机制和临床诊断治疗等方面的研究取得了重要进展，多种治疗手段被广泛运用于肿瘤的临床治疗中，包括外科疗法、放射治疗、化学疗法、生物治疗等。其中，外科疗法和放射治疗在恶性肿瘤的治疗中起到了重要的作用，但实际治疗过程中，往往伴随着肿瘤

抗肿瘤药物,化学结构,嘌呤类似物,策略

图 1-2 核苷类似物抗肿瘤药物的化学结构及修饰策略Figure 1-2 General structural and chemical modifications of nucleoside and nucleotide analogues1.2.1 分类按照核苷类似物抗肿瘤药物的化学结构特点，，可将其分为五大类：嘌呤类似物、鸟苷类似物、腺苷类似物、尿苷类似物以及胞苷类似物。(一) 嘌呤类似物图 1-3 嘌呤类似物药物举例
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R730.5;TB383.1;TQ460.1

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