基因工程多肽杂化纳米颗粒的制备及在生物成像和疾病治疗中的应用
发布时间：2020-09-04 20:13
无机纳米材料因其具有独特的光学,电学,磁学等性质而被广泛应用于生物医学领域。其中,量子点,尤其是硫化银量子点因其独特的近红外二区荧光、不含重金属元素等特点而广泛用于生物成像和癌症治疗。但是,硫化银量子点的应用仍然面临着一些问题,如荧光量子产率低,合成工艺繁琐,在酸性条件下稳定性差等。基因工程多肽是通过基因工程的方法合成的根据不同的需求而调节其序列的多肽,这种生物相容性较好的生物材料可以特异性地与硫化银量子点相互作用,改善其荧光属性和稳定性,也可以作为生物模板介导硫化银量子点的直接水相合成。基于此,本论文主要研究基因工程多肽和硫化银量子点的杂化纳米胶的制备及其在生物成像及肿瘤治疗和伤口的愈合中的应用。论文主要的工作包括:(1)设计和合成了一种新型的硫化银量子点和多肽杂化的多功能纳米胶探针用于肿瘤的双模式成像和光热治疗。基因工程多肽可以通过自组装成五聚体的结构域P和四聚体的结构域A的自组装形成纳米胶。油溶性的硫化银量子点通过超声的方法被包裹进PC_(10)ARGD纳米胶中的疏水性区域从而构建了Ag_2S QDs@PC_(10)ARGD杂化纳米胶,这种方法可以最大程度的保留硫化银量子点的荧光量子产率。实验结果表明硫化银量子点均匀分散在PC_(10)ARGD多肽纳米胶内,该杂化纳米胶具有良好的稳定性和生物相容性。靶向RGD三肽能通过识别高表达α_vβ_3整合素受体的细胞从而介导细胞对杂化纳米胶的特异性摄取。体内和体外实验结果表明该杂化纳米胶可以作为诊疗一体化探针用于近红外二区荧光成像、光声成像和肿瘤的光热治疗。(2)直接水相合成了一种基因工程多肽稳定的硫化银量子点用于肿瘤的双模式成像和光热治疗。通过基因工程的方法在多肽RGDPC_(10)A的碳端和氮端分别引进三个含巯基的半胱氨酸构建多肽cysRGDPC_(10)Acyscys,该多肽可用作生物模板在水溶液中一步合成硫化银量子点。基因工程多肽稳定的硫化银量子点的特性显著提高,如具有高的胶体稳定性、抗光漂白能力和高的荧光量子产率。基因工程多肽稳定的硫化银量子点可用于体内荧光成像和光声成像的双模式成像,同时因其具有较高的光热转换效率和较好的光热稳定性,可用于肿瘤的光热治疗。(3)利用种子生长法合成了一种基因工程多肽稳定的核壳型硫化银量子点用于极酸条件下的pH荧光响应和成像。基因工程多肽cysRGDPC_(10)Acyscys稳定的硫化银量子点作为种子在加入盐酸后继续生长形成核壳型硫化银量子点。核壳型硫化银量子点的荧光发射峰在1200纳米左右,荧光强度显著增强。实验结果表明核壳型硫化银量子点在酸性条件下具有较好的pH荧光响应,随着pH的降低荧光逐渐增强。核壳型硫化银量子点的荧光强度与pH具有很好的线性关系,加上其优良的pH可逆性,核壳型硫化银量子点适合监测pH的改变。由于酸性条件下带正电荷的硫化银量子点表面的多肽与带负电荷的革兰氏阴性细菌有强烈的静电相互作用,且近红外二区荧光可以有效避免生物自发荧光的干扰,所以核壳型硫化银量子点非常适合酸性条件下革兰氏阴性细菌的成像。(4)一步原位合成了一种基于银纳米颗粒和多肽的杂化纳米胶用于伤口的抗菌和治疗。我们通过一步法以银离子为原料和I-2959作为光引发剂,在PC_(10)ARGD纳米水凝胶颗粒内原位采用365 nm UV光照合成了银纳米颗粒-多肽杂化纳米水凝胶颗粒。通过改变多肽和硝酸银的浓度可以分别调节纳米胶和银纳米颗粒的尺寸。体外实验表明银纳米颗粒-多肽杂化纳米胶对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌都有良好的抗菌效果。细胞实验证明银纳米颗粒-多肽杂化纳米胶具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性。体内实验表明银纳米颗粒-多肽杂化纳米胶具有抗菌和促进伤口愈合的能力。总之,本论文主要解决了硫化银量子点面临的一些问题,包括:通过基因工程多肽自组装形成的纳米胶包裹油溶性的硫化银量子点获得高量子产率的多肽-硫化银量子点杂化纳米探针;通过改变基因工程多肽中半胱氨酸的含量调节水相合成硫化银量子点的荧光和稳定性;通过种子介导的生长方法合成了在酸性条件下荧光增强的硫化银量子点。另外,我们通过原位紫外光照的方法合成了银-多肽杂化纳米胶,该方法为合成多肽-硫化银杂化纳米胶提供了理论基础。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;R730.3;R730.4
【部分图文】：
DOX 的金纳米笼用于肿瘤的靶向化疗和光热治疗的协同治疗。（A）装载过程。（B）该探针具有较长的血液循环时间和较好的肿瘤靶向红外光引发的药物按需释放和肿瘤的化疗光热治疗协同治疗[11]。X@CAuNCs for precisely synergistic PTT-chemotherapy in cancerlustration of the preparation of DOX@CAuNCs. (B) SchematicCs for long circulation, decreased inflamation, tumor targeting, NIR larelease and precisely synergistic PTT-chemotherapy[11].是一种尺寸位于 2 到 10 nm 的半导体纳米晶体材料，具有括吸收和荧光属性），广泛应用于生物光子学和生物医学领传感[15, 16]。量子点可以由多种原子构成，包括 II VI 族元 ZnS, ZnSe, 和 ZnTe), III V 族元素 (如 InP 和 InAs), I II和 AgInS2), IV VI 族元素 (如 PbSe, PbS, 和 PbTe), IV 族元
2 高荧光量子产率的硒化银量子点用于体内近红外二区荧光成像[19]。.2 Highly photoluminescent Ag2Se quantum dots as a new fluorescent probe in thenfrared window for in vivo imaging[19].最近，由于近红外荧光具有更深的组织穿透能力，能有效的避免生物自发点[17]， 具有近红外荧光发射的量子点在生物成像方面得到广泛地关注。成了近红外二区荧光发射的硫化银量子点，通过DHLA转水和修饰PEG分于追踪肿瘤血管的动态生长过程[18]。在第 5 天、8 天和 15 天通过尾静脉量子点（(1 mg mL-1, 200 μL)）30 min 后对移植 4T1 肿瘤的小鼠进行成像长早期，荧光信号主要分布在肿瘤的边缘。随着肿瘤的生长，大量不规则管形成并且包围着肿瘤，荧光信号也随着增强。在第 15 天，血管可以通清晰的辨别。在放大镜的协助下，更小的（直径约 2.7 毫米）人恶性胶质可以通过荧光成像观察到。通过对肿瘤血管的横断面分析得知血管的直径米。另外，发射波长更长（1300 nm）的硒化银量子点也用于近红外二区
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文介孔中释放通过 gatekeeper 控制或者通过修饰孔的内表面改变对药物制。无孔硅运输药物则通过包裹或者结合的方式，药物的释放通过化的降解来控制。硅的尺寸可以精确的控制，孔径也可以通过改变表面和浓度来调节。Li 等合成了包裹竹红菌素 B 的具有磁性的介孔硅，然包封来增加纳米颗粒的血液循环时间。通过外部磁场的作用实现纳米位的磁靶向累积，然后在光照射下产生单线态氧来杀死肿瘤细胞[22]。化疗药物的副作用和外部激光照射对正常组织的伤害，设计了一种基框架和介孔硅的安全治疗模式。由于肿瘤部位的微酸环境和大量的过氧化铁可以与过氧化氢发生芬顿类似反应而产生高毒性的羟自由基，严重的氧化损伤。除了氧化铁的催化反应，铁与肿瘤部位富集的蛋白进该纳米颗粒的瓦解，提高了该纳米颗粒的生物降解的效率（图 1.3）
本文编号：2812535
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;R730.3;R730.4
【部分图文】：
DOX 的金纳米笼用于肿瘤的靶向化疗和光热治疗的协同治疗。（A）装载过程。（B）该探针具有较长的血液循环时间和较好的肿瘤靶向红外光引发的药物按需释放和肿瘤的化疗光热治疗协同治疗[11]。X@CAuNCs for precisely synergistic PTT-chemotherapy in cancerlustration of the preparation of DOX@CAuNCs. (B) SchematicCs for long circulation, decreased inflamation, tumor targeting, NIR larelease and precisely synergistic PTT-chemotherapy[11].是一种尺寸位于 2 到 10 nm 的半导体纳米晶体材料，具有括吸收和荧光属性），广泛应用于生物光子学和生物医学领传感[15, 16]。量子点可以由多种原子构成，包括 II VI 族元 ZnS, ZnSe, 和 ZnTe), III V 族元素 (如 InP 和 InAs), I II和 AgInS2), IV VI 族元素 (如 PbSe, PbS, 和 PbTe), IV 族元
2 高荧光量子产率的硒化银量子点用于体内近红外二区荧光成像[19]。.2 Highly photoluminescent Ag2Se quantum dots as a new fluorescent probe in thenfrared window for in vivo imaging[19].最近，由于近红外荧光具有更深的组织穿透能力，能有效的避免生物自发点[17]， 具有近红外荧光发射的量子点在生物成像方面得到广泛地关注。成了近红外二区荧光发射的硫化银量子点，通过DHLA转水和修饰PEG分于追踪肿瘤血管的动态生长过程[18]。在第 5 天、8 天和 15 天通过尾静脉量子点（(1 mg mL-1, 200 μL)）30 min 后对移植 4T1 肿瘤的小鼠进行成像长早期，荧光信号主要分布在肿瘤的边缘。随着肿瘤的生长，大量不规则管形成并且包围着肿瘤，荧光信号也随着增强。在第 15 天，血管可以通清晰的辨别。在放大镜的协助下，更小的（直径约 2.7 毫米）人恶性胶质可以通过荧光成像观察到。通过对肿瘤血管的横断面分析得知血管的直径米。另外，发射波长更长（1300 nm）的硒化银量子点也用于近红外二区
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文介孔中释放通过 gatekeeper 控制或者通过修饰孔的内表面改变对药物制。无孔硅运输药物则通过包裹或者结合的方式，药物的释放通过化的降解来控制。硅的尺寸可以精确的控制，孔径也可以通过改变表面和浓度来调节。Li 等合成了包裹竹红菌素 B 的具有磁性的介孔硅，然包封来增加纳米颗粒的血液循环时间。通过外部磁场的作用实现纳米位的磁靶向累积，然后在光照射下产生单线态氧来杀死肿瘤细胞[22]。化疗药物的副作用和外部激光照射对正常组织的伤害，设计了一种基框架和介孔硅的安全治疗模式。由于肿瘤部位的微酸环境和大量的过氧化铁可以与过氧化氢发生芬顿类似反应而产生高毒性的羟自由基，严重的氧化损伤。除了氧化铁的催化反应，铁与肿瘤部位富集的蛋白进该纳米颗粒的瓦解，提高了该纳米颗粒的生物降解的效率（图 1.3）
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本文编号：2812535
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