基于SPION的载药体系构建及抗肿瘤活性的研究

发布时间：2020-06-05 21:22

【摘要】：如今,癌症仍然是全球人类健康的重大威胁。由于癌细胞容易在体内扩散,每年有数百万患者死于癌症。如果早期发现并准确诊断和有效治疗,这将有助于减少癌症病人的死亡率并减少病人的痛苦。尽管诊断技术有了巨大的进步,但由于传统诊断技术的选择性和敏感性较差,大量癌症患者仍被诊断为癌细胞已经转移。现在有许多癌症治疗手段被广泛用于临床癌症治疗,比如手术、化疗和放疗,然而,全身毒性、耐药性和低选择性常常导致治疗的结果令人不满意,所以要急需解决这些问题,就迫切需要制定新的治疗方案来提高治愈率和减少癌症治疗的副作用。近几十年来,超顺磁性纳米粒子引起了科研工作者的广泛兴趣,比如其具有多功能磁共振成像(MRI),靶向药物递送,磁热疗等用途。此外,超顺磁性纳米粒子可以用作构建核壳结构的核心,这允许单一纳米复合物发挥包括药物递送,治疗和成像在内的多种功能。因为超顺磁性氧化铁纳米颗粒的尺寸很小,因此没有剩磁,在各种靶向纳米递送系统中特别值得研究。本论文拟通过纳米载体的功能化修饰和组装等技术,以超顺磁纳米粒子为载体,在表面修饰柠檬酸、二氧化钛、二氧化硅等涂层,再固载道诺霉素(DNM),构建出具有多功能靶向递送药物系统,同时利用光谱学技术与分子对接模型对靶向系统与蛋白分子的结合机理进行研究,评价其生物安全性及抗肿瘤活性。具体研究内容如下:(1)我们首先采用化学共沉淀法的方法合成了超顺磁四氧化三铁纳米粒子,然后通过柠檬酸进行修饰,提高了磁性纳米粒子在水溶液中的稳定性,再利用亚铁离子作为媒介,将道诺霉素负载到磁性纳米粒子表面,再利用红外光谱、磁滞回归线、透射电镜等手段,对靶向系统的物理化学性质进行表征。在模拟的生理条件下,利用紫外光谱、圆二色光谱、荧光光谱和同步荧光光谱、分子对接模型等手段研究了SPION-DNM对HSA的结构影响,并对SPION-DNM的细胞毒性和磁靶向进行了初步的研究。研究发现,SPION-DNM具有良好的分散性,能使蛋白分子的α-螺旋含量由69.30%降至66.75%,自身骨架变得松散,Stern-Volmer分析和分子对接模型的计算结果表明,SPION-DNM对HAS的荧光淬灭型为静态淬灭,两者间以氢键为主要作用力形成了稳定的复合物,通过MTT试验和磁靶向试验,展现了SPION-DNM具有较高的细胞毒性和靶向性。(2)我们首先用溶胶凝胶法在Fe_3O_4磁核上包覆TiO_2壳,这样就制得核壳结构的Fe_3O_4@TiO_2,然后利用红外光谱,透射电镜和扫描电镜,马尔文电位仪等手段进行表征。研究表明,采用TiO_2包覆Fe_3O_4纳米粒子(Fe_3O_4@TiO_2纳米粒子)负载DNM,载药Fe_3O_4@TiO_2-DNM Nps表现出灵敏的pH控制释放以及很好的细胞毒性和细胞吞噬速率。普鲁士蓝染色和流式细胞仪检测方法的结合可以证明合成的Fe_3O_4@TiO_2-DNM Nps可以很容易的被癌细胞进行内吞。细胞周期实验表明,Fe_3O_4@TiO_2-DNM Nps在无光照条件下阻滞了癌细胞增殖的S期和G_2/M期,并且在紫外线照射下进一步诱导细胞凋亡。细胞凋亡结果显示Fe_3O_4@TiO_2-DNM Nps诱导的细胞凋亡处于早期阶段。构建的Fe_3O_4@TiO_2-DNM纳米粒子已被赋予多功能,使它们能够选择性地提供联合治疗并显示对肿瘤的综合治疗效果。(3)我们首先利用溶胶-凝胶方法制备了磁性介孔二氧化硅纳米球(MMSN),并用癌细胞特异性配体叶酸(FA)修饰表面,然后使用碳酸钙作为酸活化的守门员盖住MMSN的介孔,即MMSN-FA-CaCO_3。MMSN-FA-CaCO_3的形成已经通过几种表征技术证明了。透射电子显微镜(TEM),ζ电位测量,傅里叶变换红外(FT-IR)光谱,BET表面积测量和UV-Vis光谱。道诺霉素(DNM)成功地装载在MMSN-FA-CaCO_3中并且该系统在血液或肿瘤微环境下表现出灵敏的pH刺激响应释放特征。细胞内吞试验可以表明MMSN-FA-CaCO_3在过表达叶酸受体(FR)HeLa细胞摄取量远高于未被叶酸修饰的纳米粒子。细胞内摄取研究揭示相对于FR阴性[FR(-)]A549细胞系,这些叶酸修饰的纳米颗粒更优先摄入FR阳性[FR(+)]HeLa细胞内。DAPI染色实验显示MMSN-FA-DNM-CaCO_3对HeLa细胞有较高的凋亡率。目前的数据表明,经过CaCO_3封堵和FA修饰MMSN的载药体系能够为药物递送系统创建靶向的pH控释模型并用可以于癌症治疗。
【图文】：

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主要会表现出与传统的非纳米材料不同的效应[7]。比如纳米陶瓷比普通陶瓷的强度和硬度都要高几倍。正因为纳米材料的这些不同于微米材料和宏观物质的特性与效应，，使得许多科学家和科研工作者在化学[8]、生物学[9]、材料学[10]、机械学[11]、电子[12]、医学[13-14]、光学[15]、磁学[16]等众多领域进行了研究，近几年的成果也说明纳米材料具有极高的研究价值。1.1.2 纳米技术与纳米医学纳米技术（希腊字“nano”意思是'矮人'）是即在原子、分子和超分子结构的水平通过控制长度利用特定的材料，器件和系统规模来创造物质。它是在测量至少有一个特征尺寸的功能结构的构建时的一种流行术语。1 nm 是 1 m 的十亿分之一。这大约是单个原子直径的 4 倍。在人体生命体系中，DNA 的宽度大约为 2.5nm，蛋白质分子的大小为 1-20 nm。鉴于活细胞具有纳米尺度功能性组件，纳米技术将不可避免地应用于生物技术，从而产生纳米生物技术。图 1.1 给出的是人体内系统和人工设计的纳米材料设计图[17]。

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广东药科大学硕士研究生学位论文纳米生物技术已经开始对医疗保健产生影响。在过去的 50 年里，纳米技术的早期概念已经发展成为众多技术，并且一些基于纳米技术的药物已经上市。术语“纳米生物制药”可涵盖制药行业的许多应用，如药物发现和药物输送。显微镜的发明使得能够检测微生物并研究疾病的组织病理学从而革新了医学。显微外科手术相对于人工盲干的手术是一个相当大的改进，并且开启了一个新的医学治疗的时代。纳米技术，通过开创并且超越微观的世界，将对医学和手术产生类似的影响。纳米医学也可以被认为是分子医学的一种改进，并且整合了基因组学和蛋白质组学的进展来促进发展个性化医疗。纳米生物技术与纳米医学和其他技术的关系如图 1.2 所示[18]。这张示意图展示了纳米生物技术将如何直接影响纳米医学的发展，以及如何改进其他学科，如纳米药物和分子诊断。同时相同的技术促进了与纳米医学并行的个性化医学的发展。
【学位授予单位】：广东药科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R943

【参考文献】