肿瘤微环境响应性纳米载体用于药物和基因输送的研究

发布时间：2017-06-04 16:10

  本文关键词：肿瘤微环境响应性纳米载体用于药物和基因输送的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：肿瘤是人类最大的杀手,现在迫切需要治疗癌症的方法。目前只有手术、放疗、化疗三种方法用于临床治疗,而这些方法存在很多弊端,因此,需要研究新的治疗方法。研究发现,肿瘤是一种基因病,可通过修复异常基因完全治愈肿瘤,即导入正常的外源基因替换或修复异常基因来治疗肿瘤。虽然理论上这种方法能完全治愈癌症,但单独的基因片段不能直接用于体内,因为体内存在的酶会降解基因,从而需要有一种物质来保护基因片段。研究发现高分子聚合物可以作为纳米载体对基因起到保护作用,并且可以运输基因到病灶地位,使癌症得到治疗。抗癌药物也能有效治疗肿瘤,直接给药会产生许多副作用,而且长期给药往往使肿瘤细胞产生耐药性,这些问题可以通过高分子纳米载体来改善或避免。作为基因和药物传输体系的纳米载体,对基因与药物能起到保护与传递作用,但纳米载体在细胞中传输时,存在许多问题需要解决。本论文基于肿瘤内的微环境设计活性氧(ROS)、酶及pH响应性的纳米载体,解决了药物和基因在体内的释放、靶向与耐药性问题。具体内容包括:(1)利用肿瘤细胞中超表达的ROS,设计ROS响应性的聚丙烯硫醚-聚乙烯亚胺-聚乙二醇(PPS-PEI-PEG)聚合物胶束,用于负载DOX和DNA,通过肿瘤部位高的ROS促进DOX的释放,同时聚合物通过质子海绵作用逃离溶酶体,释放DNA。分别通过UV-Vis和凝胶电泳实验检测DOX和DNA在聚合物胶束上的负载,其负载DOX的为7.4%,在N/P为3/1时DNA与聚合物胶束很好的结合。细胞毒性实验证明聚合物没有太大毒性,外加H2O2,大大增加了负载D OX的聚合物的细胞毒性,同时UV-Vis结果显示,DOX的释放量与外加H2O2的浓度成正相关关系。共聚焦显微镜显示DOX和DNA能被细胞摄入,且H2O2响应下,DOX在细胞核分布越高。因而PPS-PEI-PEG在基因和药物的传递载体上具有一定的应用潜在性。(2)利用肿瘤细胞中超表达的ROS和基质金属蛋白酶(MMP-2)设计生物双响应的聚丙烯硫醚-聚乙烯亚胺-多肽-肝素(PPS-PEI-Peptide-HP)聚合物胶束用于负载DOX和DNA,通过ROS和MMP-2响应分别促进DOX和DNA的释放。PPS是活性氧响应的聚合物,在水相中是疏水性的。但在氧化条件下发生相变,从疏水转变成亲水,DOX从而释放。此外,在MMP-2存在下包含GPVGLIGL序列的肽被裂解,脱落的HP和PEI电荷竞争导致DNA释放。而且生物双响应的纳米粒子能被MMP-2或ROS超表达的肿瘤细胞优先摄入,使从PPS-PEI-Peptide-HP上释放的DOX和DNA聚集在肿瘤靶向位置。双响应的PPS-PEI-Pe ptide-HP纳米胶束可通过其独特的相变和酶裂解行为,能控制药物和基因释放。(3)利用肿瘤内低pH值的特殊环境,构建pH响应性的纳米载体,其中包含pH响应性电荷翻转的壳聚糖-乌头酸酐(CS-Aco)、生物相容性的聚乙二醇(PEG)和低分子量的聚乙烯亚胺(PEI)的层状氧化石墨烯(GO)纳米复合物,作为新型传递系统,在细胞内可进行pH响应的DOX和短发卡RNA(shRNA)的控制释放,并显现出协同治疗效果。GO-PEI-PEG/DOX/CS-Aco/PEI/shRNA复合物表现出很好的shRNA和药物的装载能力,在生理pH条件下具有较好的稳定性。在酸性环境中负电荷的CS-Aco会水解转变成带正电的壳聚糖,引起纳米粒子屏蔽层的松散和解裂。解离的组装体GO-PEI-PEG/DOX和壳聚糖会被溶酶体有效地捕获,促进DOX和PEI/DNA到达细胞质,因shRNA和PEI的弱静电相互作用,shRNA被快速释放。与GO/DOX和非电荷翻转的GO PEI PEG/DO X/CS-Car/PEI/shRNA纳米复合物相比,GO PEI PEG/DOX/CS-Aco/PEI/shRN A在HepG2细胞中表现出较高的shABCG2和DOX的共同传递效率。同时,该纳米复合物能有效的沉默ABCG2基因的表达,并具有明显的协同治疗效果。
【关键词】：纳米载体 肿瘤微环境 生物响应 释放 协同效应
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R943
【目录】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 文献综述11-35
• 1.1 前言11-12
• 1.2 纳米载体12-19
• 1.2.1 纳米载体的基本要求13-14
• 1.2.2 纳米药物载体14-17
• 1.2.3 纳米基因载体17-19
• 1.3 肿瘤微环境响应性纳米载体19-25
• 1.3.1 pH响应性的纳米载体19-21
• 1.3.2 氧化还原响应性纳米载体21-24
• 1.3.3 酶响应性纳米载体24-25
• 1.4 本论文选题指导思想25-27
• 参考文献27-35
• 第二章 活性氧响应的PPS-PEI-PEG胶束分别对药物和基因的传递35-51
• 2.1 前言35-36
• 2.2 实验部分36-41
• 2.2.1 实验原料36-37
• 2.2.2 羟基封端的聚丙烯硫化物（PPS-OH）的合成与表征37
• 2.2.3 聚乙烯亚胺-聚乙二醇（PEI-PEG）的合成与表征37-38
• 2.2.4 聚丙烯硫醚-聚乙烯亚胺-聚乙二醇的合成与表征38
• 2.2.5 胶束的形成38
• 2.2.6 临界胶束浓度（CMC）的测定38
• 2.2.7 DOX的装载和释放38-39
• 2.2.8 透射电镜（TEM）和动态光散射（DLS）39
• 2.2.9 胶束和DNA的结合能力39
• 2.2.10 细胞摄入39-40
• 2.2.11 细胞毒性40-41
• 2.3 结果与讨论41-47
• 2.3.1 PPS-PEI-PEG的合成与表征41-42
• 2.3.2 胶束的合成与表征42-43
• 2.3.3 DNA和DOX的压缩和装载43-44
• 2.3.4 ROS触发的DOX释放44-45
• 2.3.5 细胞摄入45-46
• 2.3.6 细胞毒性46-47
• 2.4 结论47-48
• 参考文献48-51
• 第三章 含有肝素电荷竞争的双生物响应性纳米胶束对药物和基因的传递51-69
• 3.1 前言51-52
• 3.2 实验部分52-57
• 3.2.1 实验原料52-53
• 3.2.2 合成与表征53-54
• 3.2.3 聚合物胶束的合成和表征54-55
• 3.2.4 凝胶电泳实验55
• 3.2.5 DOX的装载和释放55
• 3.2.6 细胞摄入55-56
• 3.2.7 通过流式细胞仪定量测试细胞摄入56
• 3.2.8 细胞毒性56-57
• 3.3 结果与讨论57-66
• 3.3.1 PPS-PEI-Peptide-HP的合成与表征57-59
• 3.3.2 胶束的合成与表征59-60
• 3.3.3 DOX的装载和ROS触发的DOX释放60-62
• 3.3.4 DNA与胶束的结合能力和MMP-2 触发DNA的释放62-63
• 3.3.5 细胞摄入63-64
• 3.3.6 细胞毒性64-66
• 3.4 总结66-67
• 参考文献67-69
• 第四章 pH响应性电荷可翻转的层状氧化石墨烯纳米复合物共同传递shABCG2和DOX69-89
• 4.1 前言69-71
• 4.2 实验部分71-75
• 4.2.1 实验原料71
• 4.2.2 GO的合成71
• 4.2.3 GO-PEI-PEG的合成71-72
• 4.2.4 CS-Aco和CS-Car的合成72
• 4.2.5 GO-PEI-PEG/CS-Aco(CS-Car)/PEI/shRNA的组装72
• 4.2.6 Zeta电势的测试72-73
• 4.2.7 透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)的测试73
• 4.2.8 DOX的装载与释放73
• 4.2.9 复合物对shRNA的压缩以及释放73
• 4.2.10 细胞摄入73-74
• 4.2.11 基因沉默74
• 4.2.12 细胞的毒性试验74-75
• 4.3 结果与讨论部分75-84
• 4.3.1 GO-PEI-PEG/CS-Aco/PEI的合成与表征75-79
• 4.3.2 DOX和shRNA的装载和压缩79
• 4.3.3 pH触发的DOX和shRNA的释放79-81
• 4.3.4 细胞摄入81-82
• 4.3.5 ABCG2的沉默82-83
• 4.3.6 细胞毒性83-84
• 4.4 总结84-86
• 参考文献86-89
• 全文总结89-91
• 硕士期间发表的论文91-92
• 致谢92

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