线粒体温度激活的自由基爆发式逐级靶向给药系统的研究

发布时间：2020-06-08 08:28

【摘要】：乳腺癌是目前女性发病率最高的癌症。传统的手术治疗、放疗和化疗易给患者带来心理和身体上的伤害,以自由基为基础的光动力疗法和声动力疗法也因为肿瘤的乏氧环境、使用物理刺激的必要性等缺点被限制于临床的应用。因此,如何构建出一种不需要氧气和物理刺激、高效低毒的治疗方式,对于提高乳腺癌的治疗效果至关重要。在众多的自由基中,除了单线态氧、羟基自由基和超氧自由基外,烷基自由基也具有较高的抗肿瘤活性,该自由基的形成不需要氧气,仅通过热刺激就可以有效生成,而线粒体自身的高温特性为烷基自由基在肿瘤治疗中的应用提供了一种新思路。基于此,本课题构建了一种线粒体温度激活的自由基爆发式逐级靶向纳米粒(AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA),该给药系统主要具有以下优势:(1)2,2’-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸盐(2,2’-azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propane]dihydrochloride,AIPH)在热刺激下可快速分解产生具有细胞毒性的烷基自由基,该分解过程不依赖于氧气;(2)利用细胞器自身的特性触发烷基自由基的生成,克服了以自由基为基础的物理刺激响应性治疗策略的局限性;(3)将两种作用机制不同的药物联合用于肿瘤的治疗:多烯紫杉醇(Docetaxel,DTX)通过诱导Bcl-2抗凋亡蛋白表达下调,促进AIPH所引发的线粒体凋亡通路;(4)逐级靶向纳米粒具有叶酸(Folic acid,FA)和三苯基膦(Triphenylphosphine,TPP)两种靶向基团,有助于实现DTX和AIPH的精准靶向释放,在最大程度上发挥两者的抗肿瘤作用,有利于减小药物的副作用。具体研究内容如下:1.AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA的制备与表征首先,通过检测烷基自由基的产生,探究AIPH在不同温度、不同pH以及不同生理条件下的分解情况。然后,采用溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅纳米粒(Mesoporous silica nanoparticles,MSNs)并进行线粒体靶向修饰(MSN-TPP),将AIPH装载于MSN-TPP纳米粒内(AIPH/MSN-TPP)。最后,通过薄膜分散法制备装载DTX的叶酸靶向的pH敏感脂质薄膜,在脂质体水合过程中加入AIPH/MSN-TPP,通过自组装形成AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA。实验中我们发现AIPH同时具有温度敏感性和酸敏感性,且AIPH的分解过程具有时间依赖性。氮气吸附-脱附测定、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared,FT-IR)和透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)等实验结果表明了纳米粒合成过程中各阶段产物的成功制备。粒径分布和Zeta电位结果表明,所制备的AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA的平均粒径为87.8±3.1 nm,Zeta电位为-19.3±1.7 mV。体外释放实验表明,AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA纳米粒具有pH敏感释药特性,可防止DTX和AIPH在到达肿瘤部位前发生泄漏。2.AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA的体外抗肿瘤活性研究以人乳腺癌MCF-7细胞为模型,对AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA的体外抗肿瘤活性进行评价。细胞摄取分析结果显示,逐级靶向给药系统对MCF-7细胞具有良好的靶向能力。细胞毒性实验表明,制备的载体系统安全性较好,AIPH和DTX具有协同抗肿瘤作用,AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA能有效抑制MCF-7细胞的生长。溶酶体的荧光成像和线粒体共定位成像结果显示,AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA纳米粒能够实现溶酶体逃逸并且在线粒体内有效聚集。细胞内烷基自由基的检测、线粒体膜电位的检测、细胞色素C的释放和单细胞凝胶电泳实验结果表明,AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA能够在MCF-7细胞内产生烷基自由基并损伤线粒体,引起线粒体膜电位下降,导致细胞色素C等物质被释放到细胞质中,对DNA造成损伤。细胞周期和细胞凋亡实验结果显示,AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA能够将细胞周期阻滞于S期和G2/M期,主要通过诱导细胞凋亡而发挥有效的抗肿瘤作用。Western blotting实验结果验证了DTX和AIPH的联合抗肿瘤作用机制。以上结果表明,AIPH和DTX具有协同抗肿瘤作用,制备的AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA给药系统可有效激活线粒体凋亡途径并抑制MCF-7细胞的生长。3.AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA的体内抗肿瘤活性研究以MCF-7细胞荷瘤裸鼠为动物模型,通过观察逐级靶向给药系统在裸鼠体内的分布情况、各给药组裸鼠的相对肿瘤体积变化、相对体重的变化、组织切片的HE染色和TUNEL凋亡染色评价AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA给药系统的药效学和病理学特性。体内分布结果显示,所制备的载药系统能够快速、持久地聚集在肿瘤部位。药效学、病理学分析结果显示,逐级靶向给药系统的生物安全性较好,AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA通过诱导肿瘤细胞发生凋亡/坏死进而抑制小鼠肿瘤的生长。以上结果表明AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA给药系统对小鼠肿瘤具有较好的靶向能力和抑制作用。
【图文】：

示意图,作用机制,示意图

5图 1.1 AIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA 的制备及作用机制示意图Figure 1.1 The preparation and schematic illustration ofAIPH/MSN-TPP@Lipo/DTX-FA

常氧,烷基,自由基,时间依赖性

15图 2.1 常氧和乏氧条件下 ABTS+ 的生成 2.1 Generation ofABTS+ in normoxic and hypoxic environm度条件下烷基自由基的生成敏物质，温度越高，，其分解产生烷基自由基的速度越25 ℃、38 ℃、42 ℃、46 ℃和 50 ℃条件下的分解IPH 分解产生烷基自由基具有时间依赖性，在同一时产生的量最多，25 ℃最少，这一结果验证了 AIPH AIPH 的分解。
【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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