基于杂化纳米载体的单线态氧高效产生与荧光检测

发布时间：2020-08-21 15:21

【摘要】：光动力治疗(Photodynamic therapy,PDT)是一种以光、氧、光敏剂的相互作用为基础对肿瘤等疾病进行治疗的新兴技术。光敏剂在特定波长光的诱导下,发生光动力反应而产生大量的活性氧,主要以单线态氧(Singletoxygen,1O2)为主。1O2能够氧化细胞内的细胞器和生物大分子等,造成细胞损伤,进而诱导肿瘤细胞的凋亡或者坏死。与传统的手术、化疗、放疗等治疗手段相比,PDT具有侵入性小、选择性好、副作用小等优点,引起了大量科研工作者的研究兴趣。虽然PDT具有很多的优点,但是光敏剂的聚集、肿瘤乏氧等问题严重影响1O2的产率,进而影响PDT治疗效果;对PDT过程中细胞内1O2的产生和分布进行实时监测也有利于评估PDT治疗效果,实现精准个性化治疗。因此,我们基于多孔且透气性好的聚合物-有机二氧化硅杂化纳米载体分别构建了纳米光敏剂和荧光纳米探针用于1O2的高效产生及荧光检测。主要内容和结果如下:1、负载酞菁锌(Zinc(Ⅱ)Phthalocyanine,ZnPc)的聚合物-有机二氧化硅杂化纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)的制备和优化。基于共沉淀-包覆法,以聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、十二烷基三甲氧基硅烷(n-Dodecyltrimethoxysilane,DTS)为基质制备NPs,同时将不同浓度的第二代光敏剂ZnPc包埋到NPs内部,基于静电吸附作用,得到多聚赖氨酸(Poly-L-Lysine,PLL)包覆的纳米光敏剂(ZnPc-PS@SiO2@PLL-NPs)。正电性的PLL壳层不仅使得纳米颗粒具有很好的生物相容性,能有效的被细胞吞噬,而且还能防止ZnPc的泄漏。此外还分别以PVK(Poly(N-vinylcarbazole))和 PFO(Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl))为聚合物基质制备了纳米光敏剂(ZnPc-PVK@SiO2@PLL-NPs 和 ZnPc-PFO@SiO2@PLL-NPs)。研究了 ZnPc在三种不同聚合物基质纳米颗粒中的聚集度与掺杂浓度的关系以及对1O2产率的影响。实验结果表明:(1)对于不同基质的纳米光敏剂而言,ZnPc最优掺杂浓度为4 wt%,此时纳米光敏剂具有最优的1O2产率;(2)ZnPc在不同纳米颗粒中的聚集程度不同:ZnPc在PS@SiO2@PLL-NPs中聚集度最大,此时1O2产率最低;在PFO@SiO2@PLL-NPs中聚集度最小,此时1O2产率最高。这说明具有较大刚性结构单元(刚性面结构大小PSPVKPFO)的聚合物能够有效缓解ZnPc在纳米颗粒中的聚集,从而提高1O2产率。并且在细胞和小鼠PDT实验中,4 wt%ZnPc-PFO@Si02@PLL-NPs对肿瘤细胞的生长均表现出优异的抑制作用。2、构建具有自携氧功能的氟化纳米光敏剂用以缓解肿瘤乏氧,提高1O2产率。考虑到氟原子取代后的光敏剂具有更好的光稳定性和抗氧化性以及全氟碳(Perfluorocarbons,PFCs)可以用于携带氧气,我们以PS为聚合物基质并使用全氟硅氧烷(PFDTS)和氟化的酞菁锌(ZnPcF16)来替代DTS和ZnPc,构建了氟化纳米光敏剂(ZnPcF16-PFDTS-NPSs)。ZnPcF16的最优掺杂浓度为4wt%,并且与非氟化纳米光敏剂(ZnPcF16-DTS-NPSs)相比,ZnPcF16-PFDTS-NPSs具有更高的溶解氧含量、增强的1O2产率和更优的体外PDT效果,这主要得益于PFDTS为纳米颗粒提供了具有携氧能力的全氟碳链。3、设计了两种类型的荧光纳米探针用于实时监测PDT诱导产生的1O2。第一类:将疏水性1O2探针1,3-二苯基异苯并呋喃(1,3-diphenylisobenzofuran,DPBF)负载到聚合物基质的杂化纳米颗粒中(DPBF-PS-NPs),利用DPBF(λex=405 nm,λem=455 nm)的荧光特性检测1O2。负载20 wt%DPBF的纳米颗粒被用来实时监测细胞内PDT过程中1O2的产生。当1O2产生时,DPBF被消耗,荧光强度下降。由于纳米颗粒内核的疏水作用,其他活性氧自由基(·OH、O2·-H2O2等)不能进入到纳米颗粒内部,只有以气体形式存在的O2和1O2可以自由出入纳米颗粒,这样不仅对DPBF起到一定地保护作用,也使得该纳米荧光探针对于1O2具有很好的特异性。第二类:为了提高纳米探针的光稳定性,我们以可双光子激发的共轭聚合物PFO(λex=800 nm,λem=441 nm)为基质,基于PFO与DPBF之间的荧光共振能量传递,设计了可双光子激发的荧光增强型纳米荧光探针(DPBF-PFO-NPs)来检测1O2。当DPBF浓度为20wt%时,在双光子激发下,PFO(50wt%)在44.1 nm处的荧光几乎完全被猝灭;随着1O2的产生,DPBF被消耗,PFO在441 nm处的荧光逐渐增强。该纳米荧光探针的光稳定性得到大幅提升,同样具有很好的特异性和较高的检测灵敏度,检测下限约为350 nM。这两类探针都能以荧光成像的形式实时监测细胞内光动力过程中1O2的产生,为实现精准有效的光动力治疗提供支持。图57幅,表9个,参考文献152篇。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;O657.3;TQ460.4
【图文】：

Ｆｉｇ．邋１－８邋Ｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ－ｂａｓｅｄ邋ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ邋ｓｉｌｉｃａ邋ｎａｎｏｔｈｅｒａｎｏｓｔｉｃ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｆｏｒ邋ｃａｎｃｅｒ逡逑ｔｈｅｒａｐｙ逡逑如图１－８所示，中国科学院上海硅酸盐研究所步文博和施剑林课题组［２７］报道逡逑了一种基于上转换材料与介孔二氧化硅的智能纳米诊疗系统，集化疗、放疗和光逡逑动力治疗于一体，同时可用于磁共振和上转换发光成像（Ｍａｇｎｅｔｉｃ／ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ逡逑ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ邋ｉｍａｇｉｎｇ，邋ＭＲ／ＵＣＬ）。在这项研究中，成功的构建了以Ｇｄ上转换纳逡逑米颗粒为核心，空心介孔二氧化硅球为壳层的一种“拨浪鼓”结构尺寸为８０邋ｎｍ逡逑的纳米诊疗系统，可以同时传递光敏剂血卟啉和放疗／化疗药物紫杉醇（Ｄｏｃｅｔａｘｅｌ）。逡逑在９８０邋ｒｕｎ激光和Ｘ射线照射下，实现了化疗、放疗和光动力治疗三种模式协同作逡逑用，可高效杀死肿瘤细胞，小鼠肿瘤体积在治疗后显著消融。逡逑１３逡逑

照能量密度下具有较好光动力治疗效果。逡逑南京大学沈群东教授团队和北卡大学顾臻教授团队Ｍｌ合作发表了利用高分子逡逑共轭聚合物纳米制剂用于提高肿瘤治疗效果的相关工作，如图１－１２所示。在该研逡逑究工作中，设计合成了一种多功能的共轭聚合物ＣＰ－ＮＩ，该聚合物中包含可在光照逡逑下产生活性氧的部分，可近红外成像的部分以及对肿瘤乏氧响应的２－硝基咪唑逡逑１６逡逑

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本文编号：2799543