刺激响应型生物材料在抗癌药物输送和细胞荧光成像中的研究

发布时间：2018-04-22 02:26

  本文选题：环境敏感 + 药物输送　； 参考：《武汉大学》2016年博士论文

【摘要】：近年来,刺激响应型纳米材料作为生物材料的一个重要分支,在药物输送和荧光成像方面的研究中获得了人们越来越多的关注。一般而言,响应性生物材料的刺激因素可以分为内源性和外源性两类,其中内源刺激因子因其无创性和特异性等优点而被广泛运用于生物医学研究中。内源刺激因子,即生物体内部环境因素包括生物介质中的pH值,温度,离子强度,以及特定化学物质的浓度水平等,这些众多因素构成生物体内环境。在生物体中,正常组织一旦病变,局部的生物内环境因素一般会发生相应变化,例如温度升高或降低,氧浓度升高或降低,pH升高或降低等。有报道利用不同生物内环境因素的差异,开发出一系列刺激响应型药物载体,以克服传统药物输送体系不可避免的无差别释药缺陷,使响应性药物载体在到达病变组织后被内源性因子触发差异性的药物释放,而进入正常组织的药物载体不发生刺激响应而保留完整的封装结构,避免药物对健康组织的毒害。众所周知,肿瘤组织由于消耗能量较多而产生大量酸性物质,导致其内部的pH值比正常组织要低。对单个细胞而言,溶酶体内部是一个更加显著的酸性环境,因此有大量关注抗肿瘤药物在酸性条件下响应性释放的报道出现。另一方面,正常组织与病变组织的生物内环境差异性也进一步加深了人类对疾病诊断和成像技术的认识和研究。例如,研究表明H2S作为一类生物信号小分子,与许多人类慢性疾病的发病机制有密切联系,如何探测和分析在生物体内环境中的硫化氢就成了研发相关疾病诊断技术的关键。我们将药物输送和荧光成像领域中都有重要应用的敏感性纳米颗粒作为讨论和研究的对象,制备并表征了一系列对pH和硫化氢浓度有响应的纳米材料,一方面用于抗癌药物阿霉素的体外输送以及响应性释放,另一方面用于对细胞内特定区域中硫化氢分子的荧光成像,具体工作包括以下四个部分：1、合成酸敏感性两亲性聚合物,与脂质,聚乙丙交酯共聚物等在水中组装为新的杂化纳米颗粒。该杂化颗粒具备酸敏感的聚乙二醇外壳,可以实现酸环境下响应性的摒弃聚乙二醇外壳。此外,我们还制备了一种非敏感药物载体作为对照,并考察它们在体外输送抗癌药物阿霉素的不同表现。动态光散射的结果表明,酸性环境可有效引发聚乙二醇亲水外壳脱离,导致纳米颗粒粒径快速变化。体外释药结果表明,酸的加入明显加快了酸敏感载药颗粒SLPHNP对阿霉素的释放速度。MTT细胞毒性结果表明,与非酸敏感载药颗粒DOX@ILPHNP相比,酸敏感载药颗粒DOX@SLPHNP对HeLa细胞表现出更高的毒性。通过CLSM和FCM实验观察可知,两种载药颗粒都是经由网格蛋白介导被细胞摄取,但是在相同条件下它们在细胞中的荧光分布情况却大不相同,经酸敏感载药颗粒处理过的细胞核中有大量红色荧光,说明酸敏感载体中的药物分子能够在HeLa细胞内得到响应性释放并顺利进入细胞核。2、制备了一种由脂质、酸敏感的聚合物前药和聚乙丙交酯共聚物混合组成的杂化纳米颗粒。先将聚乙二醇单甲醚末端的羟基改性,并通过酸敏感的酰腙键同阿霉素分子键合,得到阿霉素聚合物前药mPEG-DOX;接下来利用聚乙丙交酯共聚物在水中自聚形成的疏水内核作为模板,使脂质和聚合物前药分子围绕在疏水核心四周,最终得到酸敏感型杂化纳米载药颗粒DOX-hybrid-NP。该前药聚合物具备酸敏感性,其所构成的杂化纳米颗粒也能实现酸环境下响应性的摒弃聚乙二醇外层,达到快速释放药物的目的。动态光散射结果验证了这一设想,即酸性环境有效引发了聚乙二醇亲水外壳的脱离,导致纳米颗粒粒径快速发生变化。体外释药结果表明,在酸环境下DOX-hybrid-NPs释放阿霉素分子的速度明显加快。MTT细胞毒性、CLSM、以及FCM实验的结果表明,DOX-hybrid-NPs在HeLa细胞内表现出一定毒性,特别是当DOX-hybrid-NPs预先被酸性缓冲液处理后,抑制HeLa细胞生长的效果更加显著,而且在细胞核内观察到足够强度的阿霉素荧光。说明该酸敏感纳米颗粒能够在酸环境中显示出响应性的同时导致药物快速释放,是一种良好的响应型药物输送体系。3、合成了两端为苯甲酰肼的聚乙二醇衍生物,一端与3,4-二羟基苯甲醛表面修饰的磁性四氧化三铁纳米颗粒(SPION)反应,锚定到SPION表面；聚乙二醇另一端的苯甲酰肼和阿霉素键合,得到酸敏聚合物前药修饰的磁性纳米载体DOX-SPION。 DLS测试表明,聚乙二醇亲水外层能够提高四氧化三铁纳米颗粒在水溶液中的分散稳定性。体外释药结果表明,在酸环境下DOX-SPION中阿霉素的释放速度明显加快。MTT细胞毒性、CLSM、以及FCM实验的结果表明,DOX-SPION在外部磁场作用下对HeLa细胞表现出更强的毒性。该纳米载体在磁场作用下向肿瘤细胞定向运动导致被细胞摄取更多,同时细胞内酸性微环境也能触发阿霉素的响应性释放。该纳米载体是兼具磁靶向和酸响应性的具有潜在应用价值的药物输送体系。4、利用水杨醛吖嗪将亲水段聚乙二醇和疏水段十六烷基结合,得到具备聚集诱导发光特性的两亲性聚合物AIE-1。动态光散射实验和荧光分析实验说明,AIE-1在水溶液中自组装成尺寸均一(18 nnm),分散稳定的胶束颗粒AIE-M后,能够在波长为408 nm激发光下发出明亮的绿色荧光,该荧光随着聚合物中水杨醛吖嗪结构与铜离子配位而迅速猝灭。通过测试无荧光负铜胶束在一系列溶液中的荧光恢复情况发现,在硫化氢存在下铜离子与胶束将失去配位作用而重新出现绿色荧光。激光共聚焦实验表明,荧光胶束探针AIE-M能够被细胞顺利摄取并发出明亮绿色荧光,特别与红色线粒体染料共孵育后可以发现两者的荧光发光区域高度重合,说明荧光胶束对细胞线粒体有较好的共定位作用。为考察无荧光负铜胶束在体外探测硫化氢的能力,在HeLa细胞摄取足够多负铜胶束后,采用激光共聚焦观察它们在不同浓度硫化氢条件下的荧光表现。随着硫化氢浓度升高,细胞内绿色荧光逐渐增强。此外,负铜胶束和线粒体染色剂的细胞共培养实验表明,负铜胶束在细胞内主要富集于线粒体区域,进一步说明该探针材料能够实现对亚细胞区域中硫化氢含量的荧光成像和探测。
[Abstract]:In recent years , stimulating response - type nano - materials have been widely used as an important branch of biological materials in the research of drug delivery and fluorescence imaging . In general , there are many kinds of factors which can be divided into endogenous and exogenous factors , such as pH value , temperature , ionic strength and concentration level of specific chemical substances .
and the benzoyl hydrazine at the other end of the polyethylene glycol and the adriamycin are bonded to obtain the acid - sensitive polymer prodrug - modified magnetic nano - carrier nano - carrier - SPION . The results of experiments show that the fluorescent micelle probe AIE - M can be absorbed by the cells and emits bright green fluorescence . The results of the experiments show that the fluorescent micelle has a better co - localization effect on HeLa cells under the action of external magnetic field .

【学位授予单位】：武汉大学
【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：1785202