光学与化学疗法协同的纳米体系在疾病治疗方面的应用

发布时间：2020-07-20 13:47

【摘要】：目前,耐药细菌感染引发的疾病和肿瘤已经成为人类健康最严重的两大威胁。基于抗生素的化学疗法及基于小分子抗癌药物的化学治疗是治疗细菌感染和肿瘤常用的手段。然而,小分子抗生素和药物,往往为疏水性的,且不具有特异性。因此其易被血液清除,且容易引发高的系统毒性。将化疗药物装载于纳米体系中,可利用纳米材料的EPR效应,增强药物对细菌感染部位或肿瘤的靶向性,提高治疗效果。单一的化学疗法,由于细菌及癌细胞的耐药,往往需要使用更大的剂量。光疗法利用特定波长的激发光,可引发活性氧或过高热的产生,发挥光动力或光热治疗效果(PDT/PTT),由于其非侵入性,时空可控性和不易引发耐药等优势,吸引了人们的广泛关注。将化学疗法与光疗法结合,可以充分利用化学疗法和光学疗法的优势,实现低剂量高效率的细菌杀伤和肿瘤治疗。我们针对目前基于纳米载体的协同治疗体系中存在的一些问题,设计了一系列新型的光学与化学疗法协同的治疗体系,用于实现有效的耐药菌的杀伤和肿瘤治疗:1.我们首次构建了一种新型的“按需”给药的植物油运载的纳米体系以用于治疗多药耐药细菌感染。作为一种绿色的杀菌试剂,植物油对环境和动物无害,具有光谱杀菌效果且作用机制多样,不易引发细菌耐药。该纳米体系(CA@AuMN-HA)有大的植物油运载量并可以克服植物油水溶性差,稳定性差的问题,从而提高植物油的生物利用率。细菌感染部位过量的透明质酸酶刺激响应的药物释放可提高植物油对细菌感染部位的特异性。另外,该纳米载体具有良好的光热效果,即可以促进植物油在靶向位点的释放,又可与植物油协同杀菌,大大提高该杀菌体系对细菌的杀伤效力。该体系对耐药的革兰氏阴性菌和阳性菌都有明显的杀伤效果,且对耐药革兰氏阳性菌的杀伤效果要明显优于革兰氏阴性菌。该协同杀菌体系可治疗耐甲氧西林的金黄葡萄球菌引发的小鼠背部伤口感染并明显的促进伤口的愈合。同时,该体系对哺乳动物正常细胞无明显的毒副作用且在活体内具有较好的生物安全性。考虑到目前不断出现的细菌对抗生素的耐药性,我们相信基于这种新兴绿色抗菌试剂—植物油的协同杀菌体系有望为治疗皮肤相关细菌感染提供一种新的长时有效的解决方案。2.我们首次构建了一种近红外调控自摧毁的基于巨噬细胞的药物运载体系,用于增强的肿瘤趋向性的协同治疗。该体系载药量大,在血液循环中无药物提前泄露,可防止载体细胞功能和活性受损。到达肿瘤部位后,可发挥多重酶活性,自促进产生氧气以缓解肿瘤缺氧。在近红外光调控下,可引发载体细胞自摧毁,以充分释放载药纳米载体。响应肿瘤细胞内的pH和H202释放药物,并产生Mn2+,发生类芬顿反应产生ROS,进一步增强化疗效果。另外,纳米载体在近红外光照下的光热和光动力效果,可与化疗协同,用于增强的协同治疗。值得一提的是,到达肿瘤部位后,近红外光照引发纳米载体产生的过高热和活性氧摧毁载体细胞,避免了载体巨噬细胞向促瘤的肿瘤相关巨噬细胞方向的转变。该体系中,巨噬细胞内吞载药的纳米体系后,其细胞活性和肿瘤趋向的迁移能力并未受明显影响,因此MMDM具有良好的肿瘤趋向性。由于具有上述优点,该基于巨噬细胞的药物运载体系对小鼠活体肿瘤具有良好的治疗效果,该体系可明显抑制4T1细胞引发的小鼠乳腺瘤的生长,甚至完全清除。3.我们基于DNA燃料分子机器构建了一个不需要核酸酶催化和额外荧光标记的目标循环放大检测方法,并将其应用于端粒酶活性的高灵敏检测。在该体系中,当具有活性的端粒酶存在时会催化端粒酶引物链TS产生端粒酶反应产物(TRP),而TRP可作为催化剂,引发改DNA燃料分子机器的运行,使H 1与H 2可快速大量的形成杂交双链,进而产生大量可形成G四链的末端结构,在含钾盐的体系中形成G四链,与NMM结合产生荧光信号,从而可实现端粒酶活性的荧光检测。使用该体系,对于端粒酶活性的检测可低至单细胞提取物水平,该检测限明显低于之前报道的很多检测方法。另外,该体系可灵敏的区分出具有不同端粒酶活性的多种癌细胞系,并用于端粒酶抑制剂的有效筛选。并且,将DNA燃料分子机器的概念引入到该检测体系中,可以实现无需外加核酸酶催化的循环过程并使荧光信号的显著放大。该方法无需提前进行任何荧光标记,整个反应加检测过程在两小时内即可完成。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R319;TB383.1
【图文】：

示意图,光化学,示意图,肿瘤

转移两个过程。光动力效应发生的基本条件是具备光，光敏剂（ＰＳ）和氧气三逡逑个要素。在特定波长的激光照射下，ＰＳ吸收光能量，使其电子由低能轨道跃迁逡逑到高能轨道，实现ＰＳ由基态向激发态的转变［２（）］（图１－１）。处于激发态的光敏剂逡逑将能量转移给氧分子形成活性氧自由基（ＲＯＳ），如单线态氧（１０２）羟基自由逡逑基（邋ＯＨ）和超氧阴离子（ＣＶ）邋ＲＯＳ有强的氧化性，可氧化相邻的脂质，蛋逡逑白及核酸等生物大分子，引发细胞的氧化损伤。当这一损伤达到一定程度后，引逡逑发细胞死亡。ＰＤＴ对于早期或病灶部位较小的肿瘤具有良好的治疗效果，然而逡逑对于晚期的固体肿瘤，其治疗效果不尽如人意。并且高强度的ＰＤＴ会引发肿瘤逡逑处的血管损伤，引发促血管生成的各种信号分子上调，最终引发肿瘤复发和转移逡逑［２１］逡逑０逡逑２逡逑

药代动力学,信号通路

逦第一章绪论逦逡逑位的靶向性，在纳米载体的表面，连接了具有肿瘤靶向和穿透能力的小肽Ｆ３。逡逑修饰Ｆ３的纳米粒子，相比较于不修饰的，在体外实验中，对肿瘤细胞有更强的逡逑结合能力，因此可以更有效地杀伤肿瘤细胞。且在活体实验中，修饰有Ｆ３的纳逡逑米载体在肿瘤部位的聚积量更大，从而可以更有效的抑制肿瘤生长。逡逑ＰＤＴ在引发肿瘤细胞凋亡和坏死的同时，会引发肿瘤血管的损伤，并导致逡逑缺氧和氧化压力增加。这些过程都会上调血管生成因子如低氧诱导因子１逡逑（ＨＩＦ－１）、血管内皮生长因子（ＶＥＧＦ）、肿瘤坏死因子（ＴＮＦ－ａ）等的表达，这逡逑些信号因子被认为是与肿瘤的复发相关。将ＰＤＴ抑制这些信号因子的小分子抑逡逑制剂结合，可以提高抗肿瘤的效果［３９４４］。Ｂｒｏｅｋｇａａｒｄｅｎ等人合成了含ＨＩＦ－１抑制逡逑剂（吖啶黄）与光敏剂锌酞菁（ＺｎＰＣ）的共负载的阳离子脂质体，在正常氧含逡逑量和缺氧的条件下，用于表皮癌的治疗［３９］（图１－３）。由于肿瘤部位的缺氧及ＰＤＴ逡逑过程中导致的氧含量的降低，激活低氧诱导因子１邋（ＨＩＦ－１）的表达，使肿瘤细逡逑

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激活的体系，用于ＰＤＴ与化学疗法协同治疗［３（）］。叶酸靶向的纳米载体被肿瘤细逡逑胞内吞后，释放喜树碱，用于化学治疗。肿瘤过表达的ＣａＢ可引发小肽断键，逡逑使Ｃｅ６恢复荧光和光动力效果，可用细胞成像以及ＰＤＴ治疗（图１－４）。文中分逡逑别用了表达叶酸受体的人源宫颈癌细胞（ＨｅＬａ）和人乳腺癌细胞（ＭＣＦ－７），以逡逑及不表达叶酸受体的人肺癌细胞（Ａ５４９）来证明纳米载体的靶向运输。通过共逡逑聚焦显微镜和流式细胞检测分析证明了该纳米体系对具有叶酸受体的癌细胞具逡逑有特异性。体外和体内实验均证实了这种ＭＯＦ纳米载体可以有效的用于ＣａＢ刺逡逑激响应的成像和高特异性的ＰＤＴ与化疗的高效协同抗肿瘤。逡逑（）邋ｓ逦＼＾邋Ｃｅ６－Ｐｅｐｔｊｄｅ逡逑＊逦ｍ逦Ｃａｔｈｅｐｓｌｎ邋Ｂ逡逑ＮＨ２＾ＩＩＬ．１０１（Ｆｅ）逦ＣＰＣ＠ＭＯＦ逦ｙ邋ＦＡｒｅｃｅｐｔｏｒ逡逑q!产＾幕＞逡逑（Ｂ）Ｐｙ逡逑？逡逑Ｐｈｏｔｏｄｙｎａｍｉｃ邋ｔｈｅｒａｐｙ邋，逡逑图１－４邋（Ａ）制备多功能的ＣＰＣ＠ＭＯＦ纳米探针及（Ｂ）组织蛋白酶激活的癌细胞成逡逑像和化学－光动力学协同治疗的示意图｜Ｍ｜逡逑固体肿瘤内细胞的恶性增殖及血管畸形生长，导致固体肿瘤内缺氧。缺氧会逡逑６逡逑

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