具有光热效应的顺铂-PHA复合材料的抗肿瘤基础研究

发布时间：2020-08-15 09:00

【摘要】：背景目前,我国骨肿瘤的治疗已经从过去单纯的外科手术过渡到综合治疗时期。然而,外科手术通常很难完全彻底清除肿瘤细胞,并且会造成不同程度的骨质缺损。为了杀灭残余的肿瘤细胞,传统的化疗药物得以广泛运用,如阿霉素、异环磷酰胺、铂类等。但这些化疗药物缺乏对肿瘤的特异性,到达肿瘤部位的药物剂量少,并会产生严重的毒副作用,给患者带来很多痛苦。近年来,随着近红外激光技术的发展,在近红外激光水平上开展肿瘤局部热疗引起了人们的兴趣。它操作简单,并发症少,不仅可以有效地杀灭局部的肿瘤细胞,还可以增强肿瘤组织对化疗的敏感性。因此,热疗作为一种肿瘤辅助治疗技术具有良好的应用前景。目前已经发展了一些能够响应近红外光的材料体系,如金纳米棒、碳纳米棒,但是它们存在不易获取、吸收近红外光能力差等缺陷。经过长期的探索发现,在人体许多器官中都存在一种物质──聚多巴胺,它是真黑素的主要成分,能够响应近红外光,并具有较高的光热转换效率。同时,它的结构中含有丰富的活性官能团,可以负载抗肿瘤药物顺铂,使顺铂在肿瘤组织局部释放,实现光热-化疗联合治疗肿瘤,以达到更好的肿瘤治疗效果。此外,肿瘤切除后的骨质缺损临床上常采用自体骨、同种异体骨及异种骨来填充。但它们在临床应用过程中都存在一些缺陷,如自体骨的取量有限,并且会增加手术创伤,造成取骨部位的后遗症;同种异体骨和异种骨又存在排异反应,以及可能携带致命的病毒等。因此,本研究拟采用具有光热效应的聚多巴胺负载抗肿瘤药物顺铂,同时对纳米羟基磷灰石进行修饰,得到一种复合材料来实现肿瘤治疗和骨缺损的修复。内容本研究以纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,n-HA)、聚多巴胺(polydopamine,PDA)、顺铂(cisplatin,DDP)、氧化海藻酸钠(oxidized sodium alginate,OSA)、壳聚糖(chitosan,CS)为主要成分,在室温条件下制备一种具有近红外光响应的新型复合材料:首先,多巴胺(dopamine,DA)在弱碱性条件下发生自聚合形成PDA,然后PDA负载化疗药物DDP,同时功能化修饰n-HA,从而最终形成PHA-DDP复合物。随后,再将其引入到OSA和CS之间的席夫碱反应体系中,并研究复合材料在近红外光照射下的升温效果、药物释放特性以及降解性能等。其次,将肿瘤细胞(4T1 cells)培养在复合材料的表面,来研究其细胞毒性;并通过建立小鼠肿瘤模型,来考察材料的肿瘤治疗效果。然后,再将它与骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)共培养,研究BMSCs的增殖、分化行为;并通过建立兔股骨外侧髁缺损模型,来考察材料的成骨能力。方法1、利用席夫碱反应制备复合材料,并对材料进行优化。复合材料分为三组:OSA-CS-Borax、OSA-CS-PHA、OSA-CS-PHA-DDP。2、流变学原理测定复合材料的形成时间。3、SEM扫描观察复合材料的微观形貌结构。4、体外模拟体液环境(PBS)中,检测材料的光热效果(照射波长808nm)、药物释放(紫外分光光度计测定OD值)及降解情况。5、体外培养4T1细胞(1×10~4/孔),通过免疫荧光法、酶标仪法检测细胞在复合材料表面的毒性。实验分组:对照组(OSA-CS-Borax、OSA-CS-PHA)、实验组(OSA-CS-PHA-DDP、OSA-CS-PHA-DDP+NIR)。6、体外培养BMSCs细胞(1×10~5/孔),通过免疫荧光法、酶标仪法、BCA蛋白测定法评估细胞在复合材料表面的增殖和分化活性。实验分组:对照组(OSA-CS-Borax)、实验组(OSA-CS-PHA、OSA-CS-PHA-DDP)。7、通过细胞悬液注射法(1×10~6/只)建立BALB/c小鼠右翼异位移植肿瘤模型,监测肿瘤生长情况,治疗后对肿瘤组织和内脏器官进行HE染色观察。将50只BALB/c小鼠随机分组:空白组、对照组(OSA-CS-Borax、OSA-CS-PHA)、实验组(OSA-CS-PHA-DDP、OSA-CS-PHA-DDP+NIR)。每组10只小鼠。8、建立兔股骨外侧髁缺损模型,治疗后通过64排螺旋CT扫描及HE切片染色观察缺损情况。将40只大白兔随机分组:空白组、对照组(OSA-CS-Borax)、实验组(OSA-CS-PHA、OSA-CS-PHA-DDP)。每组10只大白兔。结果基于以上研究内容进行实验,我们获得了以下研究结果:1、流变学测试、扫描电镜观察、降解速率测试的研究结果表明,DDP的引入不仅加快了复合材料的反应速度,使材料结合更加紧密,还降低了其降解速率,使其更有利于临床应用。2、近红外光照射下的升温效果表明,PDA的引入赋予了复合材料优良的光热效果,它能够吸收近红外光、快速升温,从而实现局部热疗。3、化疗药物DDP的体外释放实验结果表明,PDA的引入能明显缓释DDP,不仅可以避免其突释的毒性,还能持续杀灭肿瘤。另外,近红外光照射还可以促进药物释放。4、通过MTT实验、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)检测以及激光共聚焦扫描实验,我们了解到PDA的光热效应能与DDP协同促进4T1细胞的凋亡,实现杀灭肿瘤的目的。同时,PDA的引入还能促进BMSCs的粘附、增殖以及分化,并且其固载DDP并未明显影响BMSCs的增殖。5、动物体内实验结果表明,近红外光和顺铂对肿瘤局部治疗有协同效应。此外,n-HA赋予了复合材料良好的骨修复性能,引入DDP后也并未明显影响材料的成骨效果。结论1、OSA-CS-PHA-DDP复合材料具有优异的可注射性能。通过优化各物质的浓度,其反应速度适中,能够用于临床操作。所制得的复合材料能在近红外光照射下快速升温,还能缓释化疗药物DDP,并且降解性能良好,因此具有较大的临床应用价值。2、在体外细胞实验和动物体内实验中,OSA-CS-PHA-DDP复合材料能释放出DDP来杀灭4T1细胞,并在近红外光照射下发挥协同治疗效果。此外,它还能促进BMSCs的增殖和成骨分化,达到良好的骨修复效果。
【学位授予单位】：成都医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08
【图文】：

本文编号：2793901