基于基因工程多肽杂化纳米水凝胶的制备及在生物医学中的应用

发布时间：2018-04-11 23:17

  本文选题：基因工程多肽 + 纳米水凝胶　； 参考：《华中科技大学》2016年博士论文

【摘要】：治疗诊断学是一种将治疗学与诊断学结合起来的一种治疗策略。近年来,由于具有很高的药物装载效率和可控释放等优点,纳米水凝胶用于同时装载治疗药物和诊断试剂的载体而备受关注。特别是具有较高生物相容性和性质可调谐的基因工程多肽形成的纳米水凝胶颗粒。此外,无机纳米材料具有易于制备、稳定和独特的电学、光学和机械强度等特性而被广泛应用于生物成像、药物的转运及肿瘤的治疗中。基于此,本论文主要研究基于基因工程多肽和无机纳米材料的杂化纳米水凝胶颗粒的制备及研究其在生物医学中的应用。论文完成的工作如下：(1)设计和合成了一种新型的多功能QDs-多肽纳米水凝胶颗粒用于肿瘤的靶向成像和药物输送。杂化纳米水凝胶颗粒是将一种含有一个寡聚基蛋白P片段、一个拉链结构的片段A和一段水溶性的无序结构C10的卷曲人工多肽(PC1A或PC10ARGD)通过其N端的六个组氨酸和CdSe/ZnS QDs表面的锌离子通过配位结合制备。杂化纳米水凝胶颗粒表面的人工多肽PC1A具有刚性结构,从而形成一种含有两层憎水性层(分别由P和A组成)和中间是一层亲水性C10层的“三明治”结构的杂化纳米颗粒。通过CE和动态光散射测量粒径及电位结果证明了QDs-PC10A和QDs-PC10ARGD杂化纳米水凝胶颗粒的“三明治”结构。我们能通过基因工程的方法构建不同结构的多肽来调节QDs-多肽杂化纳米水凝胶颗粒的物理特性,包括尺寸、形状、粘附区域和表面电位等。憎水性和亲水性的药物分别被装载在杂化纳米水凝胶颗粒的憎水层和亲水层内。QDs-多肽杂化纳米水凝胶颗粒能够作为一种同时应用于装载憎水性和亲水性药物的通用载体。QDs表面修饰的具有温度和pH敏感的多肽能够作为温度和pH控制释放杂化纳米水凝胶颗粒内装载的憎水性药物。QDs-PC10ARGD纳米水凝胶颗粒在αwβ3整合素受体过表达细胞的内吞要比αvβ3整合素受体低表达的细胞要高很多。QDs-PC10A比谷胱甘肽修饰的QDs对细胞具有较低的非特异性结合。相比于原始QDs,QDs-多肽纳米水凝胶颗粒对HeLa细胞和NIH 3T3细胞的细胞毒性小很多。此外,靶向性的QDs-多肽纳米水凝胶颗粒对NIH 3T3正常细胞比HeLa癌细胞的细胞毒性要低。这些结果表明QDs-多肽杂化纳米水凝胶体系将可能为靶向成像和药物输送提供一种新的方式和方法。(2)设计和构建了一种新颖的基于基因工程多肽修饰的金纳米棒用于近红外光控制释放其上修饰的生物活性配体和光热治疗联合疗法。生物活性配体能通过基因工程的方法被融合到一个具有亮氨酸拉链结构的多肽A的C端。含有生物活体配体的多肽通过N端引入的一个半胱氨酸上的巯基和金形成金-硫键固定到金纳米棒表面。修饰了含有生物活性配体的多肽A的金纳米棒能够通过互补的亮氨酸拉链结构进一步和含有亮氨酸拉链结构的B-聚乙二醇(B-PEG)结合。多肽A上的活性配体能够被B-PEG上的PEG遮蔽。这种设计的优点是A和B能形成异二聚体使生物活体配体和PEG能在分子水平上一一相对应被固定在金纳米棒上。当多功能的金纳米棒聚集到靶向癌细胞或肿瘤后,金纳米棒的光热效应产生的热传给共固定在金纳米棒上的B-PEG使其变性而被移除从而释放被遮蔽的生物活性配体用于癌症的治疗。此外,功能化的金纳米棒能同步体现光热治疗效果。研究结果表明,通过810 nm的近红外激光照射,遮蔽的B-PEG能够被移除从而释放被遮蔽的RGD活性配体,并且对HeLa细胞具有较好的体外光热治疗效果。因此,我们设计的基于多肽修饰的金纳米棒采用近红外光控制控释系统将可能在靶向生物分子的输送和光热治疗领域具有很大的潜力。(3)采用带正电荷的金纳米棒和带负电荷的三段式多肽PC10-ARGD通过静电吸附构建了一种新的杂化纳米水凝胶颗粒用于肿瘤的化疗-光热治疗。吸附在金纳米棒表面上的PC10-ARGD多肽通过自组装的形式形成水凝胶。PC10ARGD形成的水凝胶除了能增加生物相容性外,还能增加纳米颗粒的稳定性。化疗药物DOX能够被装载在复合纳米水凝胶颗粒的水凝胶层内。构建的杂化纳米水凝胶在水、PBS、无血清的DMEM和含血清的DMEM中均具有较好的稳定性。杂化纳米水凝胶仍然保持良好的光热效应。其中包被的DOX能在低pH值和高温下具有较快的释放速度和较大的释放量。相对于CTAB包裹的金纳米棒,金纳米棒-多肽杂化的纳米水凝胶颗粒对HeLa细胞表现出较小的细胞毒性。化疗和光热治疗实验表明装载了DOX的金纳米棒-多肽杂化纳米水凝胶颗粒具有较好的化疗和光热治疗效果,其化疗和光热治疗效果都同复合颗粒的浓度相关,并且化疗和光热治疗存在协同效应。我们设计的这种杂化纳米水凝胶颗粒将为肿瘤的治疗提供一种新的思路和方法。(4)三段式的PC10A和PC10ARGD多肽在低浓度下能形成纳米水凝胶颗粒。PC1oA和PC10RGD纳米水凝胶颗粒的尺寸能通过简单的改变浓度调谐。我们通过一步法以Au离子为原料,I-2959作为光引发剂,在365nm UV照射下,在PC1oA纳米水凝胶颗粒内原位光照合成了金纳米颗粒-多肽杂化纳米水凝胶颗粒。研究了金离子浓度对合成金纳米颗粒的影响。结果表明,随着金离子浓度的增加,杂化纳米水凝胶内的金纳米颗粒的粒径逐步增大及其浓度也相应的逐渐增大。而多肽的浓度对杂化纳米水凝胶内金纳米颗粒的影响不大,只是影响最终合成的杂化纳米水凝胶颗粒的尺寸。光照时间的增加能增大合成的杂化纳米水凝胶内的金纳米颗粒的浓度。pH对杂化纳米水凝胶颗粒的合成几乎没有影响。细胞毒性实验表明,PC1A和PC10D及其合成的杂化纳米水凝胶颗粒对HeLa细胞和NIH 3T3细胞具有较低的细胞毒性。初步的CT成像实验表明金纳米颗粒-PC10ARGD杂化纳米水凝胶颗粒具有较好的体外细胞CT成像效果。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R943

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本文编号：1738107