基于ZIF-8的智能给药系统的制备及其对HeLa细胞的自噬影响

发布时间：2020-04-11 17:10

【摘要】：金属有机骨架(MOFs)材料作为一种由金属离子和有机配体组成的杂化材料,受到中外学者的广泛关注。由于MOFs材料具有稳定性高、内表面积大、孔隙率均匀等特性,已经用于药物输送系统(DDS)研究之中。Zn-MOFs是一种潜在的药物载体,具有良好的生物降解性和低细胞毒性。作为Zn-MOFs的代表,沸石咪唑酯骨架纳米粒子(ZIF-8NPS)是具有良好前景的药物传递宿主,因为它具有pH响应性,在中性条件下有良好的化学稳定性和热稳定性,在癌细胞的酸性环境下其框架会分解,有利于控制药物释放。对ZIF-8载体表面用靶向配体进行修饰,可以增强其负载的抗癌药物的治疗效果并减少药物对正常细胞的副作用。已有研究报道,叶酸受体(FR)在许多癌细胞表面上过度表达,能识别药物载体表面的靶向分子——叶酸(FA)。因此,FA作为药物输送系统的靶向分子能使癌细胞表面的FR选择性地摄取药物。然而,FA分子通常需要通过一系列复杂的化学改性才能修饰到ZIF-8表面,且在FA分子修饰过程中易导致纳米颗粒团聚。由于聚乙二醇(PEG)是一种稳定性高、相容性和分散性好的高分子材料,FA和PEG形成的分子(FA-PEG)可以直接修饰到ZIF-8表面,成为理想的靶向分子。自噬是肿瘤治疗的重要机制。诱导的自噬能为癌细胞提供能量来源,使癌细胞在恶劣的环境中生存。临床试验显示,氯喹是一种经典的自噬抑制剂,可作为一种新的抗癌药物。当自噬抑制剂抑制细胞自噬时,可以阻断营养物质的循环,进而杀死癌细胞。最近的研究表明,氯喹的衍生物二磷酸氯喹(CQ)亦可作为自噬抑制剂引起自噬缺乏症,而且具有更容易进行配位的分子结构。本文基于ZIF-8和CQ,设计了一种智能药物输送系统FA-PEG/CQ@ZIF-8,具有特异靶向性和pH响应性,以用于有效递送自噬抑制剂。通过将锌离子和药物分子自组装形成配位聚合物,然后用2-甲基咪唑取代药物分子,在形成ZIF-8纳米颗粒的同时,将药物包封在内部,得到CQ@ZIF-8;然后用叶酸-甲氧基聚(乙二醇)(FA-PEG)对CQ@ZIF-8进行修饰,形成FA-PEG/CQ@ZIF-8 NPs。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(REM)、粉末X射线衍射图(XRD)、动态光散射(DLS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等表征FA-PEG/CQ@ZIF-8,确认该给药系统晶型完整,并呈现规则的八面体结构,粒径大小约为250nm,药物负载率达到18%。采用MTT法探究了不同给药系统(CQ、CQ@ZIF-8 NPs、CQ+ZIF-8NPs、FA-PEG/CQ@ZIF-8 NPs)对HeLa细胞存活率的影响。细胞实验表明,药物CQ被包封在ZIF-8内部,ZIF-8的存在加强了 CQ的细胞毒性。体外药物释放实验显示,FA-PEG/CQ@ZIF-8NPs具有良好的pH响应性,在酸性条件下(pH=5.0),药物可完全释放。此外,还探索了 CQ@ZIF-8与模仿细胞膜环境(如脂质体、SDS胶束)之间的相互作用。荧光猝灭行为显示,与CQ相比,CQ@ZIF-8与SDS胶束溶液或脂质体溶液间的疏水作用更强,ZIF-8的存在有望减少与细胞膜间的生物粘连,提高生物相容性。通过透射电子显微镜(TEM)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS),分别定性和定量地测定了细胞摄取不同纳米粒子的状况。结果表明,与CQ@ZIF-8NPs相比,FA-PEG/CQ@ZIF-8 NPs的靶向识别能力使更多纳米粒子内化进入HeLa细胞,从而减少药物的损失,增强对癌细胞的细胞毒性。综合免疫蛋白印迹法、荧光标记法和流式细胞仪等,进一步研究了不同给药系统对细胞自噬的影响。研究发现,用FA-PEG/CQ@ZIF-8NPs处理HeLa细胞后,自噬体的形成受到抑制,自噬通量明显受阻,相应的自噬相关蛋白之比LC3-I/LC3-II最大。此外,用FA-PEG/CQ@ZIF-8 NPs分别孵育HeLa细胞和HEK293细胞后,前者自噬被抑制的效果更明显,显示该给药系统具有一定靶向性。本文制备的智能给药系统具有pH响应性和肿瘤靶向性,有利于控制药物释放并增强自噬抑制的效率。因此,兼具靶向识别与控制释放能力的FA-PEG/CQ@ZIF-8NPs有望拓宽MOFs和自噬抑制剂在药物输送领域中的应用。
【图文】：

模板化,辅助方法,沸石结构,有机配体

浙江大学硕士学位论文参数来实现，但也可以通过添加表面活性剂或嵌段共聚物（ＢＣＰｓ是通过非模板化和模板化两种方法获得的沐５＇非模板方法或多个参数的改变，而模扳辅助方法通常依赖于软模板（例如板（如聚苯乙烯球）的使用。相比较而言，在１Ｄ到３Ｄ之间制备多辅助方法显得更加灵活。逡逑

方式的差异，可将细胞自嗟分为巨自唾（Ｍａｃｒｏａｕｔｏｐｈａｇｙ）、微自嗟（Ｍｉｃｒｏａｕｔｏｐｈａｇｙ）和逡逑分子伴侣介导的自嗤（Ｃｈａｐｅｒｏｎｅ－ｍｅｄｉａｔｅｄａｕｔｏｐｈａｇｙ，邋ＣＭＡ）［７５］。一般而百，我们说的自逡逑噬都是指巨自噬。自噬的具体过程如图１．４：最初，细胞质和细胞器的一部分被一种叫做自逡逑噬体的双膜小泡所吞没。自噬体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，，导致各种游离物质被溶酶逡逑体水解酶降解。降解之后会产生氨基酸、糖、脂肪酸和核苷，再循环用于大分子合成和能逡逑量生成。这种循环利用系统在饥饿期间尤为重要。一般情况下，自噬的基础水平较低，用逡逑于消除受损的蛋白质和细胞器，以保持细胞内平衡。在饥饿条件下，自噬被强烈诱导，通逡逑过降解蛋白质来提供氨基酸。此外，当细胞需要清除损坏的细胞质成分时，自噬能力就会逡逑增强。自噬流（Ａｕｔｏｐｈａｇｉｃ邋Ｆｌｕｘ）可以动态地表示细胞自噬的全过程，其中每一个环节都逡逑与自噬的生物学功能相关，因此自噬流可以较为科学、全面地评价自噬水平。逡逑自噬流逦？逡逑栜体逦＾逡逑待降解物分隔膜包裹自嗟体逦自噬体与溶酶体融合降解、再利用逡逑图１．４自噬的发生过程逡逑最近关于小鼠的遗传学研究
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ460.1

【参考文献】