多功能医学显影探针的自组装途径构建及生物医学应用研究

发布时间：2018-03-17 07:17

  本文选题：自组装　切入点：聚合物/Fe_3O_4纳米颗粒复合组装体　出处：《上海交通大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：包括光学成像、磁共振成像(MRI)、超声成像(US)、CT成像等多种方式在内的生物医学显影手段在临床疾病诊断中发挥着日益重要的作用。在实际应用中,将具有互补特点的显影方式结合进行多重显影诊断对于提高疾病准确率具有重要意义；而分子显影探针的运用更是将医学显影推动到分子诊断的水平。在分子造影探针的设计构建中,为了达到多种互补性成像方式共同显影的目的,可将敏感度较高的分子造影探针(如超声造影探针、光学造影探针、PET造影探针)与空间分辨率高的分子造影探针(如MRI造影探针、CT造影探针)通过化学键连接。但由于不同目的的显影探针往往在结构和组成上差别很大,这种直接结合的方式经常面临制备过程复杂,适用领域受限等问题。而自组装的途径则可以灵活地通过非共价键力将多种具有截然不同性质的组分有效结合,从而为多功能医学造影探针的构建提供了一个广阔的平台。虽然如此,目前相关领域研究仍然并不多见,尤其是可用于诊断特定分子结构的多重显影探针更未见报道。基于此,本研究集中于设计新颖的自组装途径构筑具有多重显影性能的医学显影探针,将其拓展到分子水平的显影诊断,并探索其生物医学应用价值。具体主要在如下方面开展了工作(1)用新颖的无模板自组装法构建聚合物/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微囊,由于内部富含超顺磁性纳米颗粒,该微囊具备MRI显影增强性能。在此基础上,通过微囊内部充填全氟己烷得到具备MRI/超声双重显影增强性能的显影微泡,并对微囊及微泡的制备过程、形成机理及显影性能进行了系统研究。我们的研究表明,微囊壁为“聚烯丙基胺/Fe3O4磁性纳米颗粒/聚丙烯酸聚合物”三明治结构,微囊直径可以通过改变自组装前驱物的比例在450 nm至1300 nm范围内进行调节。在微囊内部充填全氟己烷后,所得聚合物/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微泡具有良好的超声/磁响应性,并表现出良好的体外磁共振/超声双重显影增强性能,显影强度与微泡尺寸和组成相关,微泡尺寸越大,超声造影强度越高,而其中的磁性颗粒含量越低,从而磁共振造影强度相对较弱。(2)对微囊及微泡的细胞毒性和体内超声/磁共振双重显影性能进行了系统研究。研究表明,自组装方法构建的聚合物/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微囊对于大鼠BRL 3A肝细胞和NRK肾细胞均具有良好的生物相容性。在大鼠体内,聚合物/Fe3O4纳米颗粒复合微泡能够在肝脏中进行磁共振/超声双重显影。肝脏中的MRI造影增强在45天内消失,说明复合微泡在45天内于肝脏中代谢完全。复合微泡在大鼠肝脏中的超声造影增强持续时间为10min。经普鲁士蓝染色,确定聚合物/Fe304纳米颗粒复合微泡最先分布在大鼠肝脏内,并在15天内部分转移至脾脏内,从而明确了复合微泡在大鼠体内的代谢途径为肝脏-脾脏常规代谢途径。(3)为了构筑可用于胰蛋白酶检测的光学/磁共振双重显影分子探针,设计并实现了一种自组装途径,以近红外荧光分子(Cy5.5)聚左旋赖氨酸(PLL)和Fe3为O4磁性纳米颗粒为主要组份制备了对于胰蛋白酶具有响应性显影性能的自组装复合微球,并对微球的制备机理和性能调控进行了系统研究。我们的研究证实,微球的直径可以通过调节各组分的摩尔比或PLL的分子量而在100nm-300nm范围间调节。Cy5.5-PLL/Fe3O4磁性纳米颗粒复合微球在无蛋白酶存在时,微球内的近红外荧光分子相互间发生共振能量转移,荧光淬灭,微球MRI造影性能较强；而在胰蛋白酶活化的状态下,微球内的PLL发生酶切反应,从而使得荧光分子间距离增加,使得复合微球处于“解淬灭”状态而释放出强烈荧光,并带来MRI显影信号的降低。这种对于蛋白酶敏感的“淬灭”-“解淬灭”转变使得复合微球在蛋白酶过表达相关的疾病诊断方面具有广阔的应用前景。(4)在成功构建胰蛋白酶敏感的荧光/MRI双显影自组装微球的基础上,本论文对微球的细胞毒性、胰蛋白酶敏感的体外显影和活体显影性能进行了系统研究。复合微球的细胞毒性与体外显影性能的研究选取胰蛋白酶表达的细胞(如胃上皮细胞、乳腺癌MCF-7细胞和结肠癌SW620细胞)与不含胰蛋白酶的对照组细胞(如血管上皮细胞,成纤维细胞,宫颈癌Hela细胞和黑色素瘤A375细胞)。研究表明,白组装Cy5.5-PLL/Fe3O4纳米颗粒微球具有良好的生物相容性。在胰蛋白酶表达的细胞组中,复合微球表现出强烈的荧光显影性能,同时具备MRI造影性能；在不含胰蛋白酶的对照细胞组中,复合微球不表达荧光显影性能,并具有较弱的MRI显影强度。胰蛋白酶敏感的活体显影性能选用对照组正常裸鼠、胰蛋白酶过表达的结肠癌SW620细胞肿瘤模型,和不含胰蛋白酶的黑色素瘤A375细胞肿瘤模型进行研究。研究结果表明,Cy5.5-PLL/Fe3O4纳米颗粒复合微球在裸鼠体内可实现消化道显影,并在肿瘤模型的肿瘤部位具备胰蛋白酶敏感的荧光/MRI显影性能。在SW620肿瘤模型中,肿瘤部位发出近红外荧光并显示较强的MRI造影；在A375肿瘤模型中,肿瘤部位不发射荧光并显示较弱的MRI造影。进一步的生物TEM观测证明微球在SW620肿瘤模型中,部分被肿瘤细胞摄取并于胞内水解为单分散的纳米颗粒,而在A375肿瘤模型中却极少被肿瘤细胞摄取。复合微球在裸鼠体内的生物毒性较低,是一种很有潜力的胰蛋白酶敏感近红外荧光/MRI智能造影探针。在以上研究内容中,我们取得了以下创新的研究结果：设计并实现了由静电作用驱动的无模板自组装途径,构筑了具备MRI/超声双重显影性能的微泡,在体内血管MRI/超声双重造影检测领域具有重要的应用价值；巧妙地将酶敏感组分引入组装体,首次利用自组装途径制备了胰蛋白酶敏感的近红外荧光/MRI双重显影探针,将多重显影探针的辨识度提高到分子水平,预期在胰蛋白酶敏感的肿瘤检测和消化道显影中具有良好的应用前景。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R445

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 邢在臣;潘可风;;磁性纳米颗粒在医学中的应用[J];口腔颌面外科杂志;2005年04期

2 乔婷;王爽;吴沂航;金晶;皋伟;谢巧珍;张宇;邓慧华;;表面修饰磺化壳聚糖的磁性纳米颗粒富集儿茶酚胺的初步研究[J];南京晓庄学院学报;2011年03期

3 张正淳;朱宏;;体内用靶向磁性纳米颗粒研究进展[J];磁性材料及器件;2012年04期

4 侯欣欣;张皓;张东生;;磁性纳米颗粒作为基因载体的研究进展[J];医学研究生学报;2013年02期

5 沈旭黎;宋孟杰;张宇;马明;顾宁;;肿瘤热疗用磁性纳米颗粒制备及其聚集态对升温效果的影响[J];东南大学学报(医学版);2011年05期

6 殷实;古宏晨;徐宏;;基于磁性纳米颗粒磁学信号的生物检测技术[J];生物医学工程学杂志;2013年04期

7 钟海;徐东宝;茫茫;李健;;磁性纳米颗粒在神经系统中的医学应用[J];医学综述;2014年16期

8 陈道桢;薛文群;龚健;詹惠英;汤月萍;吴高雄;王家俊;;PEI-氧化铁磁性纳米颗粒作为基因载体的实验观察[J];第四军医大学学报;2008年01期

9 房坤;杨芳;顾宁;;携带磁性纳米颗粒载药微囊的制备及肿瘤治疗的应用研究进展[J];中国肿瘤临床;2014年01期

10 叶永峰;谭建明;;磁性纳米颗粒在细胞移植中的应用[J];医学研究杂志;2006年12期

相关会议论文 前10条

1 顾宁;杨芳;陈平;何闻;;装载磁性纳米颗粒的微囊载体的制备[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年

2 彭明丽;程武;王苗;何敏;崔亚丽;陈超;;磁性纳米颗粒的水相转移及表面功能基团的测定[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年

3 程武;王苗;彭明丽;;磁性纳米颗粒表面羧基定量方法的研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年

4 王思宏;朴吉寿;张敬东;李东浩;;官能化磁性纳米颗粒对复杂体系中硒的吸附[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第04分会：纳米生物传感新方法[C];2014年

5 王永红;毕如意;李荣;钟国伦;;表面富羧基核-壳型磁性纳米颗粒的制备与应用[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年

6 黄婧;冷永华;刘彤;李星国;;磁性纳米颗粒的合成及其性能[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年

7 何华辉;邓联文;冯则坤;江建军;;磁性纳米颗粒膜微波物性研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年

8 孙斌;张洋;沈群东;;共轭聚电解质磁性纳米颗粒复合物在荧光传感和成像中的应用[A];中国化学会第26届学术年会功能高分子科学前沿分会场论文集[C];2008年

9 杨萌;杨玲玲;吴丽娜;颜晓梅;;超高灵敏流式分析结合磁性纳米颗粒分离富集技术对食品中致病菌的快速检测[A];中国化学会第27届学术年会第03分会场摘要集[C];2010年

10 朴吉寿;王思宏;李东浩;;制备表面修饰聚乙烯亚胺的磁性纳米颗粒应用于蛋白质的分离[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第33分会：纳米材料合成与组装[C];2014年

相关博士学位论文 前10条

1 卢艳敏;磁性纳米颗粒转运体系的构建及其在基因转运中的应用[D];中国农业科学院;2012年

2 赵翔;基于四氧化三铁纳米磁转化系统的花粉介导棉花转基因技术[D];中国农业科学院;2015年

3 黄光;色谱分离材料的设计和制备新方法研究[D];大连理工大学;2015年

4 邱庆伟;磁性纳米颗粒电磁致热效应在医学中的应用研究[D];北京理工大学;2015年

5 王仕发;聚丙烯酰胺凝胶法在合成三元金属氧化物材料中的应用[D];电子科技大学;2015年

6 柳明;基于磁性纳米颗粒和化学发光技术定量检测核酸及其拷贝数变化的方法研究[D];东南大学;2015年

7 宋晟;多功能医学显影探针的自组装途径构建及生物医学应用研究[D];上海交通大学;2015年

8 于丽娜;磁性纳米颗粒的制备及其应用[D];北京科技大学;2015年

9 邓小娟;基于磁性纳米颗粒的功能化复合材料的制备及其吸附性能研究[D];天津大学;2014年

10 杜桂焕;磁性纳米颗粒的表面修饰及其生物学应用研究[D];华中科技大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 赵雪松;聚乙烯亚胺功能化磁性纳米颗粒的制备及其吸附去除六价铬、茜素红S和甲基橙的研究[D];昆明理工大学;2015年

2 田郭顺;B. cepacia TZ-1合成磁性纳米颗粒的类酶性质及其对染料脱色的研究[D];东北林业大学;2015年

3 李远;镉离子印迹磁性纳米颗粒的合成及其对镉的吸附[D];中南林业科技大学;2015年

4 刘红兵;分子自组装技术制备表面富羧基核—壳型磁性纳米颗粒[D];浙江大学;2015年

5 梁语嫣;基于有机酸修饰的磁性纳米颗粒吸附水体中四环素类抗生素的研究[D];南昌大学;2013年

6 魏岱旭;聚羟基脂肪酸酯磁性微球和纳米颗粒的制备及运用[D];汕头大学;2011年

7 周冰聪;肝癌潜在标志物循环microRNAs定量检测技术的研究[D];东南大学;2015年

8 刘婷;微体积动态杂交仪的研制[D];东南大学;2015年

9 李晓燕;基于天然聚合物的磁性纳米复合材料的制备及其应用[D];鲁东大学;2016年

10 陈茜;磁性纳米颗粒在医学诊疗中的潜在应用研究[D];山东大学;2016年

，

本文编号：1623716