基于氧族元素的能量转换材料用于肿瘤诊疗研究

发布时间：2020-06-14 08:12

【摘要】：近年来,随着癌症的高发和人们对健康的更高追求,如何实现癌症的精准诊断和高效治疗,已成为临床医学的一个重大难题。随着纳米科技的高速发展,越来越多的功能化纳米材料被应用于重大疾病的诊断与治疗,拓展为一个全新的纳米诊疗医学领域。其中,一类极具潜力的能量转换纳米材料引起了科研人员的广泛关注,它可以克服能量之间的壁垒,将不同形式的能量互相转换;比如可以实现光能之间的转换、光能与化学能转换、光能与电能转换、光能与热能转换、磁能与电能转换、磁能与热能转换、热能与电能转换、热能与化学能转换及化学能之间的转换等。基于氧族元素的纳米材料体系,由于其良好的生物安全性和优异的物理化学性质,已被广泛应用于生物医学领域。因此,发展新一代的氧族元素能量转换纳米材料用于肿瘤诊疗领域,将具有重要的学术意义及临床价值。本论文立足于纳米医药领域的应用需求,借助于纳米合成技术,通过可控功能化设计,探索了几类氧族元素能量转换纳米材料的设计制备及其在肿瘤诊疗中的应用研究。主要包括以下几方面工作:1:二硫化铁-聚乙二醇纳米材料用于肿瘤微环境自增强磁共振(MR)成像与光热/化学动力学协同治疗:针对肿瘤化学动力学疗法治疗过程中缺乏影像监控和疗效低的瓶颈问题,本章设计和制备了具有良好光热转换性能的二硫化铁-聚乙二醇(FeS_2-PEG)纳米复合材料,具备以下三个功能:(1)FeS_2-PEG可以响应酸性肿瘤微环境,利用其表面铁价态的变化,激活了材料的核磁共振成像(MRI)信号,赋予材料自增强MRI影像功能;(2)FeS_2-PEG可以响应肿瘤区的微酸和H_2O_2过表达的特异性微环境,具备化学能之间的转换产生强氧化性的羟基自由基的功能,实现了乳腺肿瘤化学动力学治疗;(3)在近红外808 nm激光照射下,材料可以将光能转换为热能,产生的高热不但起到了对乳腺肿瘤的光热治疗作用,同时促进了羟基自由基的产生,显著提升了化学动力学疗法的治疗效果,实现了光热/化学动力学协同高效治疗。水溶液、细胞及荷瘤鼠实验结果表明,二硫化铁-聚乙二醇纳米材料具有良好的MR影像功能及能量转换实现肿瘤高效治疗的效果。该工作为拓展铁基能量转换材料的医学应用提供了重要借鉴,也为临床乳腺肿瘤的精准影像和高效治疗奠定了实验基础。2:硒化亚锡-聚乙烯吡咯酮纳米材料用于光声成像介导下的光热/热电动力学协同治疗:针对肿瘤光热治疗中热休克蛋白严重降低疗效的瓶颈问题,本章开发了一类兼具光热转换和热电转换功能的硒化亚锡-聚乙烯吡咯酮(SnSe-PVP)纳米颗粒,具备以下两个功能:(1)在近红外二窗1064 nm激光的激发下,材料可以将光能转换热能,实现了对乳腺肿瘤的光声成像功能及光热治疗作用;(2)借助于光热引发的温度变化,材料的热电转换功能可以在肿瘤区激活产生活性氧,利用活性氧攻击肿瘤细胞的热休克蛋白、进而降低热休克蛋白对肿瘤光热治疗的热抵抗作用,显著提升了肿瘤光热疗法的治疗效果,实现了热电动力学治疗与光热疗法的协同高效治疗。水溶液、细胞及荷瘤鼠实验结果表明,硒化亚锡-聚乙烯吡咯酮纳米材料具有良好的光声成像功能及能量转换实现肿瘤高效治疗的效果。该工作提出的肿瘤热电动力学疗法,拓展了热电纳米材料在医学领域的应用,也为解决光热疗法应用于深部原位肿瘤治疗的缺陷提供了借鉴性研究思路。3:生物可降解的过氧化镁-转铁蛋白纳米材料用于乳腺肿瘤特异性的分子动力学治疗:针对纳米材料用于肿瘤治疗存在的特异性差、生物相容性低等难题,本章开发了一类过氧化镁-转铁蛋白(TMNSs)纳米材料,并将其作为纳米前药用于乳腺肿瘤的高效治疗。利用肿瘤酸性微环境,TMNSs可以特异性在肿瘤区进行化学能之间的转换,原位产生大量过氧化氢和羟基自由基,用于高效杀灭肿瘤;同时,在正常组织和器官环境中,材料可缓慢降解为无毒的镁离子、水和氧气,具有良好的生物相容性。水溶液、细胞及荷瘤鼠实验表明,过氧化镁-转铁蛋白纳米材料具有肿瘤特异性治疗功能和优异的生物相容性,该类新型可降解纳米材料具有一定的临床应用潜力。该工作为开发新型可降解、无毒纳米材料用于重大恶性疾病的绿色化、精准高效治疗,提供了借鉴性研究思路。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R730;TB383.1
【图文】：

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