半乳糖化壳聚糖修饰的磁性介孔二氧化硅负载奈达铂纳米粒联合光热治疗的抗肿瘤研究

发布时间：2020-05-23 14:05

【摘要】：癌症是当今世界严重危害人类生命与健康的疾病之一,它分为多种类型,它的发病率和致死率均较高,目前,临床上治疗癌症的主要治疗手段有化疗、放疗、手术治疗、热疗(Hyperthermia,HT)、超声疗法等及将两种或者两种以上的治疗方法联合起来治疗癌症。因此,本课题拟构建半乳糖化壳聚糖(galactosylated chitosan,GC)修饰的磁性介孔二氧化硅(Magnetic mesoporous silica nanoparticles,MMSNs)负载奈达铂(Nedaplatin,NDP)的双重靶向给药系统(NDP@MMSN-COOH-GC NPs),将该系统联合光热治疗(photothermal therapy,PTT),具有以下优势:(1)半乳糖化壳聚糖修饰的磁性介孔二氧化硅载体的主动靶向作用使药物可以有效蓄积在肿瘤部位,减小全身毒性,提高生物安全性;(2)纳米载体凭借自身良好的光热效应,使得光热治疗大大增强了制剂的体内和体外抗肿瘤效果。相关研究如下:1、NDP@MMSN-COOH-GC NPs的制备与表征。采用共沉淀法制备水溶性Fe_3O_4。接着以Fe_3O_4为磁核,以正硅酸四乙酯为硅源,CTAB为模板剂,采用溶胶-凝胶法制备磁性介孔二氧化硅,并对MMSNs表面进行羧基化修饰,再以戊二醛作为交联剂,利用羧基可以和半乳糖化壳聚糖上的氨基作用,制备GC修饰的磁性介孔二氧化硅纳米粒子(MMSN-COOH-GC NPs),通过红外,粒径电位,扫描电镜,透射电镜和氮气吸附-脱附等进行表征,并考察了纳米载体在808激光照射不同时间下的升温情况,最后以载药量和包封率为指标进行处方工艺的筛选,通过优化制剂制备的条件,最终得到具有双重靶向作用的NDP@MMSN-COOH-GC NPs制剂。红外光谱图显示Fe_3O_4磁核已被成功制备,MMSNs表面已经成功修饰上氨基和羧基,半乳糖化壳聚糖也已被成功包覆在MMSNs-COOH上;透射电子显微镜图显示,Fe_3O_4粒径为15 nm左右,MMSN COOH NPs和MMSN COOH GC NPs粒径增至100 nm左右;Zeta电位图显示经柠檬酸钠修饰之后的Fe_3O_4的Zeta电位是-12.6 mV,此外,MMSNs表面成功修饰氨基后,电位为正,增加到+16.7 mV,而再次修饰羧基后,电位变为-21.8 mV,最后,MMSN-COOH NPs成功包覆GC后,电位变为+18.0 mV。磁性测试结果显示Fe_3O_4纳米粒子的饱和磁化值(Ms)为65 emu/g,具有超顺磁性,MMSN-COOH NPs和MMSN-COOH-GC NPs饱和磁化值分别为38 emu/g和28 emu/g;N_2吸附-脱附曲线表明MMSN-COOH NPs的等温线符合IUPAC分类的IV型等温线,这说明MMSN-COOH NPs属于介孔材料。此外,通过BET法计算MMSN-COOH NPs的比表面积为568.80 m2/g,通过BJH计算其孔体积为1.15 cm3/g,孔径为6.3 nm。与超纯水对比,纳米载体在808激光的照射下均能够快速升温,在3分钟内,温度均可升至43℃以上,能达到光热治疗的目的。最后,经过各种条件筛选,最优处方所制备的NDP@MMSN-COOH-GC NPs,载药量为24.6%±1.34%,包封率为33.09%±1.22%。制剂的体外释放结果表明,NDP@MMSN COOH GC NPs组相比NDP@MMSN COOH NPs一组,具有一定的缓释作用。此外,体外释药实验还表明在NIR激光的照射下由磁性纳米粒子产生的热量可以加速药物从制剂中释放。2、NDP@MMSN-COOH-GC NPs联合光热治疗的体外抗肿瘤活性研究。以人肺腺癌A549细胞为模型,进行一系列体外实验以研究NDP@MMSN-COOH-GC NPs制剂联合光热治疗的体外抗肿瘤活性及机制。细胞毒结果表明空白载体对A549细胞无明显毒性,此外,NDP@MMSNs-COOH-GC NPs联合光热治疗后可以更有效抑制肿瘤细胞的增殖;细胞摄取结果表明我们所构建的NDP@MMSNs-COOH-GC NPs载药系统可以更多的被A549细胞摄取;细胞周期实验结果表明NDP及其制剂(不)联合光热治疗和单独的光热治疗均能将A549细胞阻滞在S期,诱导细胞凋亡;细胞凋亡实验结果表明最终治疗组NDP@MMSNs-COOH-GC NPs+NIR laser的总凋亡率最高,远高于其他任何实验组,诱导了更多A549细胞的凋亡。上述结果说明NDP@MMSNs-COOH-GC NPs联合光热治疗可以有效的抑制肿瘤细胞的增殖,具有显著的体外抗肿瘤活性。3、NDP@MMSN-COOH-GC NPs联合光热治疗的体内抗肿瘤活性研究。以荷S180瘤的KM雌性小鼠为动物模型,进行一系列体内实验以研究NDP@MMSN-COOH-GC NPs制剂联合光热治疗的体内抗肿瘤效果。小动物活体成像结果显示,IR783@MMSN-COOH-GC NPs(肿瘤部位绑有磁铁)可以将药物有效靶向至肿瘤部位,24 h后肿瘤组织仍然有较强的荧光信号,证明了载体的靶向性。体内药效学结果显示NDP@MMSN-COOH-GC NPs+MT+NIR laser组有最好的治疗效果,抑瘤效果最佳。此外,有结果显示,相比奈达铂原料药组,其他各实验组小鼠的体重均未出现明显的下降趋势,说明制剂和载体均有较高的生物安全性。HE染色结果表明各组的心肝脾肺肾并未有明显的病理学改变,再次说明了制剂的安全性。但是肿瘤组织HE染色结果表明NDP@MMSN-COOH-GC NPs+MT+NIR laser组肿瘤细胞出现大部分凋亡坏死的现象,比其余几组更加明显。综合以上实验结果,证明本课题所制备的NDP@MMSN-COOH-GC NPs联合光热治疗能够有效抑制肿瘤增殖,且生物安全性良好。
【图文】：

示意图,作用原理,示意图

图 1.1 NDP@MSN COOH-GC NPs的制备及作用原理示意图Figure 1.1 The preparation and schematic illustration of nedaplatin-rboxyl-functionalized magnetic mesoporous silica@galactosylated chitosan nanoparticles(NDP@MSN COOH-GC NPs)

红外光谱图,红外光谱图,介孔二氧化硅,磁核

图 2.1 纳米载体的红外光谱图： (a) Fe3O4nanoparticles, (b) MMSNs, (c) MMSN-NH2NPs,(d) MMSN COOH NPs and (e) MMSN COOH-GC NPs.Figure 2.1 FT-IR spectra of (a) Fe3O4nanoparticles, (b) MMSNs, (c) MMSN-NH2NPs, (d)MMSN COOH NPs and (e) MMSN COOH-GC NPs.3.1.2 纳米载体的扫描电镜图和透射电镜图如图 2.2 中 a 和 d 所示，Fe3O4磁核分散较为均一，其粒径约为 15 nm 左右[67, 79]，而在 Fe3O4磁核包覆介孔二氧化硅之后，粒径明显增大，增大到 100 nm左右[66, 73]，可以看出稍微有些团聚，粒径并不十分均一，这是由于包覆介孔二氧化硅之后粒子表面的静电荷降低所致（如图 b 和图 e），，而在图 c 和 f 中，磁性介孔二氧化硅的表面明显有一层物质存在，粒径略有增加，说明 GC 成功包覆在了磁性介孔二氧化硅的表面。又因为 MMSN-COOH NPs 带负电，可能有利于带正电的 GC 的包覆，所以表面仍然相对光滑[80]。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R943

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