新型低维高效智能响应性生物材料的构筑与应用研究
发布时间：2020-10-24 23:57
纳米技术在生物领域的广泛应用推动了纳米生物科技的发展,而纳米药物载体是纳米生物技术研究的重点。目前报道中最常见的纳米药物载体合成方法是自组装合成,其作为一种自下而上的合成方法已被广泛应用于制备具有特殊光、电、磁、催化和生物性能的新型功能材料。本论文主要利用生物相容性的聚合物与后修饰的聚合物为组装片段,利用自组装方法制备一系列新型纳米药物载体。通过改变反应条件或聚合物分子量来调节纳米药物载体的性质(包括尺寸、溶解性和荧光强度等),并将纳米药物载体应用于生命分析、生物成像和低浓度物质的检测等领域,本论文主要包含以下三个方面的工作:(1)共价有机框架(COFs)因其优越的生物相容性和结构多样性特点在药物载体方面有着巨大的潜在应用价值。然而,基于COFs的药物递送系统仍处于萌芽阶段,尤其是COFs材料在体内的研究至今仍没有相关报道。为了应对这一挑战,我们首次利用简单的自组装方法将COFs载体和聚合物组装在一起,合成了一系列水分散聚合物-COFs载体,并对其在体外和体内的药物传递行为进行了深入的研究。结果表明,组装后的复合材料具有类似胶束状的结构,其中氨基功能稳定的COF-1(APTES-COF-1)作为疏水性的内核,两亲性聚合物(PEG-CCM)中PEG作为亲水部分,末端姜黄素(CCM)作为疏水尾部用于诱捕抗癌药物阿霉素(DOX),药物可以同时渗透到APTES-COF-1孔道内。在细胞内,一旦PEG-CCM发生脱落,DOX药物自发释放。值得注意的是,自组装后的载体(PEG-CCM@APTES-COF-1)在固态和溶液中都表现出强的荧光特性,在细胞摄取和DOX释放时,其实时荧光被用来追踪COFs复合材料。荧光跟踪实验表明,在静脉注射后,载体PEG-CCM@APTES-COF-1在肿瘤组织中可以有效积累。与游离的DOX药物相比,DOX负载的PEG-CCM@APTES-COF-1纳米载体显示了增强肿瘤抑制作用。我们的研究展示了一种新型的水分散PEG-CCM@APTES-COF-1纳米复合材料作为药物递送的智能载体,具有显著的抗癌疗效。据我们所知,这是第一个关于用简单自组装方法制备单功能PEG-CCM@APTES-COF-1药物传递纳米载体用于治疗的研究。更有趣的是,其中纳米药物载体PEG350-CCM@APTES-COF-1可以进入脑部,并且在脑靶向测试中的具体作用已经被阐明,目前正在进行进一步的研究。(2)光热疗法和光动力疗法(PTT/PDT)的联合治疗优于单独PDT治疗。为了提高安全性和治疗效果,我们设计了一种新型的,具有成本优势的治疗策略,用于协同PDT/PTT治疗。通过自组装壳聚糖(CS)和氧化铁纳米颗粒(IONPs)形成纳米纤维,然后利用壳聚糖表面的氨基与聚乙二醇化三苯基膦(PEG-TPP)末端的羧基进行酰胺化反应,后处理形成纳米药物载体,通过负载亚甲基蓝(MB)光敏剂,形成负载有MB的载药纳米纤维(TPP-PEG-CS@IONPs),然后用638 nm激光照射纳米纤维可以同时产生热量和单线态氧,从而通过其光敏性质在体外和体内破坏癌细胞。当模型抗癌药物阿霉素(DOX · HC1)和染料木素(Ge)被装入这些具有高药物负载能力(35%,wt/wt)的纳米纤维表面时,其可在低pH值下可以迅速释放。此外,MB负载的纳米纤维可以在肿瘤细胞内有效地内化,从而在细胞内释放MB以改善光动态癌症治疗。同时IONPs可以将光辐射转化为热能,从而对肿瘤细胞或组织造成局部损伤。自组装的纳米纤维具有优越的生物相容性、良好的光稳定性,并在激光照射下增强了活性氧(ROS)的生成,从而促进了光热性能。此外,在尾静脉注射后,使用MB负载的纳米纤维能显著抑制肿瘤的生长。综合以上结果,MB负载的纳米纤维具有靶向和PDT/PTT双治疗作用,用于肿瘤的诊断和治疗,具有低的细胞毒性和可忽略的体内毒性。(3)探索基于常规检测原理,同时兼顾高灵敏、低成本、多尺度的刺激响应分解-自组装原位检测物富集方法,具有重要的科学意义和广泛的应用前景。我们通过苯基硼酸改性的染料木素交联剂(Ge-di(HMPBA-pin))和聚乙二醇1000维生素E琥珀酸酯(TPGS)的简单自组装合成了精细和超长(2 μm)的杂化聚合物纳米棒(NRs)。获得的NRs呈现定量和灵敏的H2O2比色检测,对于不同的基质材料具有显著不同的检测限。更重要的是,H202的存在使得HMPBA-pin-SA中硼酸盐部分的氧化脱硼引发聚合物NRs组装体的二级结构发生明显的形态转变,同时它自发地诱导金属纳米颗粒(AuNPs)、金纳米棒(Au NRs)、量子点(MoS2 QDs)、金属离子(Cu2+)、蛋白质(ferritin)和四苯乙烯(TPE)分子的聚集,产生剧烈的刺激-触发开/关切换和体外比色转换。这项研究首次展示了二次结构诱导聚集的显著优势,并揭示了通过交替触发特定的、牺牲聚集的建筑部分来设计大量其他传感系统的巨大潜力。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB381;TQ460.1
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1. 前言
2. 生物响应材料简介
2.1 生物响应材料的发展趋势及含义
2.2 新型高效生物响应材料输送的机理
2.2.1 生物响应材料与细胞内蛋白相互作用
2.2.2 血液循环
2.2.3 渗透入TME
2.2.4 肿瘤穿透
2.2.5 细胞吸收和胞内运输
2.2.6 可控药物释放
2.3 新型高效智能生物响应材料
2.3.1 有机多孔材料
2.3.2 聚合物高级自组装形貌转变响应释放药物
2.3.3 仿生纳米响应载体引导光动力治疗癌症
2.3.4 响应智能释药凝胶
2.3.5 原位自组装新型响应纳米材料
2.3.6 脑肿瘤近红外二区聚集诱导发光响应探针
3. 新型高效智能生物响应材料的制备
3.1 生物响应材料的制备方法
3.1.1 自组装法
3.1.2 纳米粒子表面改性法
3.2 新型低维高效生物响应材料的分类
3.2.1 纳米混合系统
3.2.2 树状大分子
3.2.3 纳米囊泡
3.2.4 纳米凝胶
3.2.5 有机框架材料
3.2.6 非病毒纳米载体
3.2.7 纳米胶囊
3.2.8 纳米片
3.2.9 其它载体
4. 新型高效智能生物响应材料的应用
4.1 生物成像及生命标记
4.1.1 生物成像
4.1.2 生命标记
4.2 分析检测
4.2.1 生物体内H2S高效检测
4.2.2 肿瘤液体活检
4.2.3 生物标志物检测
4.2.4 肝毒性检测
4.2.5 光学探针检测
4.3 催化
4.4 其它应用
5. 新型高效生物响应材料研究的挑战与新机遇
6. 本论文的主要研究内容及创新之处
6.1 主要研究内容
6.2 主要创新之处
参考文献
第二章 基于PEG修饰APTES-COF-1载药体系的构筑及其体内给药性能研究
1. 前言
2. 实验部分
2.1 原料
2.2 合成部分
2.3 产物分析与性质表征
2.4 体外HeLa细胞的摄取
2.5 动物和肿瘤模型
2.6 小鼠活体成像实验
2.7 脑部组织荧光成像
3. 结果与讨论
3.1 基于PEG-CCM@APTES-COF-1纳米载体的制备和表征
3.2 体外细胞吸收和抗肿瘤活性
3.3 体内肿瘤活性药效评价
3.4 活体荧光成像分析
3.5 脑部荧光成像检测分析
4. 本章小结
参考文献
第三章 自组装多功能PEG-Chitosan/Iron Oxide纳米复合纤维在增强肿瘤细胞摄取和体内PDT/PTT癌症治疗的应用
1. 前言
2. 实验部分
2.1 原料
2.2 合成部分
2.3 产物分析与性能表征
2.4 体外细胞毒性
2.5 细胞内吞和激光照射下细胞活性氧（ROS）的测试
2.6 MB-loaded NFs体内光热实验和激光转换热性能测试
2.7 动物和肿瘤模型的建立
2.8 免疫组织染色
3. 结果与讨论
3.1 TPP-PEG-CS@IONPs NFs的制备及表征
3.2 体外药物释放测试以及细胞毒性和细胞内吞表征
3.3 MB-Loaded NFs光动态治疗（PDT）
3.4 体内抗肿瘤活性
3.5 MB-loaded NFs的光热性质
3.6 体内荧光成像
3.7 体外抗菌活性
4. 本章小结
参考文献
第四章 基于刺激-触发开关诱导聚集的苯硼酸脂生物响应材料的设计、制备与性能研究
1. 前言
2. 实验部分
2.1 原料
2.2 合成部分
2.3 产物分析与性能表征
2.4 荧光效率（QY）计算
2.5 细胞毒性测试
2.6 细胞成像实验
3. 结果与讨论
3.1 Ge-di（HMPBA-pin）-TPGS产物的合成与表征
2O2的响应性诱导Au NPs富集'> 3.2 H2O2的响应性诱导Au NPs富集
2O2的响应性诱导Au NRs富集'> 3.3 H2O2的响应性诱导Au NRs富集
2O2的响应性诱导MoS2 QDs富集'> 3.4 H2O2的响应性诱导MoS2 QDs富集
4. 本章小结
参考文献
第五章 总结与展望
1. 总结
2. 展望
研究成果
致谢
本文编号：2855150
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB381;TQ460.1
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1. 前言
2. 生物响应材料简介
2.1 生物响应材料的发展趋势及含义
2.2 新型高效生物响应材料输送的机理
2.2.1 生物响应材料与细胞内蛋白相互作用
2.2.2 血液循环
2.2.3 渗透入TME
2.2.4 肿瘤穿透
2.2.5 细胞吸收和胞内运输
2.2.6 可控药物释放
2.3 新型高效智能生物响应材料
2.3.1 有机多孔材料
2.3.2 聚合物高级自组装形貌转变响应释放药物
2.3.3 仿生纳米响应载体引导光动力治疗癌症
2.3.4 响应智能释药凝胶
2.3.5 原位自组装新型响应纳米材料
2.3.6 脑肿瘤近红外二区聚集诱导发光响应探针
3. 新型高效智能生物响应材料的制备
3.1 生物响应材料的制备方法
3.1.1 自组装法
3.1.2 纳米粒子表面改性法
3.2 新型低维高效生物响应材料的分类
3.2.1 纳米混合系统
3.2.2 树状大分子
3.2.3 纳米囊泡
3.2.4 纳米凝胶
3.2.5 有机框架材料
3.2.6 非病毒纳米载体
3.2.7 纳米胶囊
3.2.8 纳米片
3.2.9 其它载体
4. 新型高效智能生物响应材料的应用
4.1 生物成像及生命标记
4.1.1 生物成像
4.1.2 生命标记
4.2 分析检测
4.2.1 生物体内H2S高效检测
4.2.2 肿瘤液体活检
4.2.3 生物标志物检测
4.2.4 肝毒性检测
4.2.5 光学探针检测
4.3 催化
4.4 其它应用
5. 新型高效生物响应材料研究的挑战与新机遇
6. 本论文的主要研究内容及创新之处
6.1 主要研究内容
6.2 主要创新之处
参考文献
第二章 基于PEG修饰APTES-COF-1载药体系的构筑及其体内给药性能研究
1. 前言
2. 实验部分
2.1 原料
2.2 合成部分
2.3 产物分析与性质表征
2.4 体外HeLa细胞的摄取
2.5 动物和肿瘤模型
2.6 小鼠活体成像实验
2.7 脑部组织荧光成像
3. 结果与讨论
3.1 基于PEG-CCM@APTES-COF-1纳米载体的制备和表征
3.2 体外细胞吸收和抗肿瘤活性
3.3 体内肿瘤活性药效评价
3.4 活体荧光成像分析
3.5 脑部荧光成像检测分析
4. 本章小结
参考文献
第三章 自组装多功能PEG-Chitosan/Iron Oxide纳米复合纤维在增强肿瘤细胞摄取和体内PDT/PTT癌症治疗的应用
1. 前言
2. 实验部分
2.1 原料
2.2 合成部分
2.3 产物分析与性能表征
2.4 体外细胞毒性
2.5 细胞内吞和激光照射下细胞活性氧（ROS）的测试
2.6 MB-loaded NFs体内光热实验和激光转换热性能测试
2.7 动物和肿瘤模型的建立
2.8 免疫组织染色
3. 结果与讨论
3.1 TPP-PEG-CS@IONPs NFs的制备及表征
3.2 体外药物释放测试以及细胞毒性和细胞内吞表征
3.3 MB-Loaded NFs光动态治疗（PDT）
3.4 体内抗肿瘤活性
3.5 MB-loaded NFs的光热性质
3.6 体内荧光成像
3.7 体外抗菌活性
4. 本章小结
参考文献
第四章 基于刺激-触发开关诱导聚集的苯硼酸脂生物响应材料的设计、制备与性能研究
1. 前言
2. 实验部分
2.1 原料
2.2 合成部分
2.3 产物分析与性能表征
2.4 荧光效率（QY）计算
2.5 细胞毒性测试
2.6 细胞成像实验
3. 结果与讨论
3.1 Ge-di（HMPBA-pin）-TPGS产物的合成与表征
2O2的响应性诱导Au NPs富集'> 3.2 H2O2的响应性诱导Au NPs富集
2O2的响应性诱导Au NRs富集'> 3.3 H2O2的响应性诱导Au NRs富集
2O2的响应性诱导MoS2 QDs富集'> 3.4 H2O2的响应性诱导MoS2 QDs富集
4. 本章小结
参考文献
第五章 总结与展望
1. 总结
2. 展望
研究成果
致谢
本文编号：2855150
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