多功能PLGA纳米诊疗剂的抗肿瘤作用及多模态成像研究

发布时间：2020-10-11 14:34

　　 近年来,纳米技术的发展对开发新型纳米载药体系产生了巨大的影响,为可控的药物递送和联合治疗方法提供了机遇,多种有机或无机的材料已被用于制备纳米载药系统,以实现安全有效的癌症治疗。随着各种成像技术和治疗方法的发展,这些纳米载体在成像引导的癌症治疗中表现出极大的应用前景。聚乳酸羟基乙酸(poly(D,L-lactic-co-glycolic acid),PLGA)是一种具有优良的生物相容性和生物可降解性的聚合物材料,使用PLGA制备而成的聚合物纳米粒子,在体内可以被降解为天然无毒的乳酸和羟基乙酸,最终降解为水和二氧化碳排出体外,是一种安全可靠的纳米载体,在纳米生物医药领域已经被广泛研究。通过控制合成条件,可以制备得到不同粒径的PLGA纳米粒子,负载药物并进行功能化修饰后可实现靶向药物输送以及可控的药物释放,同时可以将用于肿瘤诊断成像的造影剂引入到PLGA纳米载药体系中,得到兼具诊断和治疗功能的诊疗一体化纳米载体。因此,基于PLGA纳米粒子作为药物输送载体的优良特性,我们将具有成像功能的造影剂和具有抗肿瘤作用的治疗剂负载到PLGA纳米载体上,进一步对其表面进行功能化修饰,增加其生物相容性和提高靶向性。本论文主要探究了这类功能化PLGA纳米载体的抗肿瘤作用和成像特性,包括生物相容性、稳定性、药物释放规律、体内安全性、活体内外抗肿瘤效率以及作为造影剂对肿瘤部位进行成像等临床前实验研究。本论文第二章研究内容中,我们合成了一种用于药物和基因共输送的纳米复合物。首先通过双乳化法合成同时包埋化疗药物阿霉素(Doxorubicin,DOX),磁共振成像造影剂Fe_3O_4纳米粒子,以及硒化镉/硫化锌量子点(CdSe/ZnS QDs)的PLGA纳米粒子,接着再对其进行表面修饰,将合成好的共聚物PEI-PEG-FA(PPF)通过酰胺反应连接在PLGA纳米粒子表面,并随后通过静电吸附作用吸附针对血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)的短发夹RNA(short hairpin RNA,shRNA),得到纳米复合物LDM-PLGA/PPF/VEGF shRNA。实验结果表明,复合纳米粒子首先通过叶酸受体介导的细胞内吞作用进入细胞,再经过溶酶体逃逸、药物释放、基因表达、药物进入细胞核等过程发挥抗肿瘤作用。LDM-PLGA/PPF/VEGF shRNA可以将DOX和VEGF shRNA同时输送到肿瘤细胞中并有效抑制VEGF的表达,在活体内外均显示出良好的抗肿瘤效果。成像数据显示,该纳米复合物还可以作为双模态成像的造影剂,通过T_2加权磁共振成像和荧光成像对肿瘤部位进行显影检测。在第三章研究内容中,我们合成了同时输送化疗药物DOX和近红外光吸收剂吲哚菁绿(Indocyanine Green,ICG)的PLGA纳米粒子,在双乳化法合成过程中加入牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA),最终得到BSA修饰的PLGA复合纳米粒子(IDPNs)。BSA不仅可以提高纳米粒子的生物相容性,减少它们与巨噬细胞的非特异性相互作用,它还具有稳定聚合物纳米粒子的作用。而近红外光吸收剂ICG由于其对近红外波段的光有很强的吸收,因此它不仅可以作为光热剂对肿瘤进行热疗,还能作为成像剂对肿瘤部位进行荧光成像和光声成像。一系列体外实验证明IDPNs具有良好的稳定性、生物相容性、以及光热升温作用,并且在体外具有荧光/光声成像能力和近红外光触发的药物释放行为。细胞学实验证明细胞内吞IDPNs是通过网格蛋白介导的内吞途径进行的,此时使用近红外激光照射处理可以促进DOX的释放并使其从溶酶体逃逸,随后进入细胞核发挥细胞毒性作用,实现对肿瘤的化疗/热疗联合治疗,效果优于其中任何一种单一治疗方式。第四章的研究工作是在第三章研究工作的基础上,经过一系列体内实验进一步评估了IDPNs的荧光/光声双模态成像能力、肿瘤组织靶向效果、抗肿瘤作用、以及肿瘤内的分布情况。结果证明IDPNs可通过被动靶向作用高效富集到肿瘤组织部位,对肿瘤部位进行高灵敏度和高空间分辨率的荧光/光声双模态成像。向小鼠体内尾静脉注射IDPNs后,在近红外激光照射处理下能够通过联合化疗和光热治疗的方式有效地抑制荷瘤小鼠皮下肿瘤的生长,几乎完全清除皮下肿瘤,其治疗效果优于单一化疗和单一光热治疗方式,不造成全身毒性,生物安全性好,激光照射处理也能促进药物分子向肿瘤组织深处部位渗透。说明IDPNs可以作为一种诊疗一体化纳米平台实现双模态成像引导的肿瘤化疗和光热治疗。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.1;R943
【部分图文】：

使得其治疗活性最大化，副作用最小化[17]。纳米技术通常米的尺寸范围，取决于其预期用途[12]。使用纳米技术运用于：(1)提高疏水性药物的稳定性，改善疏水性药物的输送情况(2)靶向输送药物使其具有细胞或组织特异性；(3)药物通过转运；(4)将大分子药物输送到细胞内的作用位点；(5)联合及其他治疗方式用于联合治疗；(6)将治疗剂与成像剂组合(7)改善药物的生物分布和药代动力学途径，增加药物在病疗效果并减少毒副作用[13, 18]。载药系统的分类质体在 20 世纪 60 年代被提议作为蛋白质和药物的输送载米技术已经对药物递送系统的发展产生了显著的影响[12]。已经被用来制备药物输送载体，用以开发有效的癌症治疗方些纳米载体包括无机纳米粒子[19-21]、纳米脂质体[22]、聚合物粒子[9, 24, 25]等。

图 1-2 纳米载体通过血液循环到达肿瘤部位的几种靶向方法。(a)主动靶向和被动靶向[13]；(b)物理靶向[43]。1.3.1 被动靶向被动靶向是指利用肿瘤血管独特的病理生理学特征，使纳米载药系统能够在肿瘤组织中积聚。通常，肿瘤组织部位血管丰富，肿瘤血管内皮细胞间隙较宽，因此血管是渗漏的，并且肿瘤组织缺乏有效的淋巴回流[18]。渗漏的内皮细胞间隙的孔径大小范围为 100~800 nm[44, 45]，因此，小于该孔径的纳米载体可以容易地穿过肿瘤血管壁内皮细胞之间的间隙，有助于纳米粒子在肿瘤细胞周围聚集。缺乏淋巴引流可以减少扩散过程，肿瘤间质由胶原网络和凝胶状液体组成，该流体具有高的间隙压力，可以抵抗分子的内部流动，因此，进入肿瘤间质区域的药物在肿瘤间质中具有延长的保留时间。这种纳米粒子被动积累到肿瘤组织中的现象被称为增强渗透与阻滞效应，即 EPR 效应(Enhanced permeability and retention effect, EPReffect)[46-48]。

14图 1-3 各种分子成像技术[82]。1.5.1 磁共振成像磁共振成像(Magneticresonanceimaging,MRI)作为一种功能强大的非侵入性成像技术，它具有相对较高的时间和空间分辨率、优异的组织对比度和组织穿透性、无电离辐射、以及可获得多方位的诊断信息等优点[83]。阳性和阴性造影剂是 MR造影剂的两种主要类型，阳性造影剂可以使 T1加权成像中的图像信号变亮，而阴
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本文编号：2836720