双响应上转换纳米平台在肿瘤靶向成像与治疗中的应用

发布时间：2020-08-04 09:35

【摘要】：目的:实现癌症的早期诊断与治疗对于延长患者生存期、提高患者生活质量具有重要意义。诊疗一体化纳米平台将生物成像、靶向递送以及治疗剂的控制释放等多个功能模块整合到单个纳米粒中,同时实现肿瘤的诊断和治疗,以成像诊断引导肿瘤治疗,减少不良反应,提高治疗效率。稀土上转换纳米粒(UCNPs)独特的上转换发光(UCL)性质以及在光动力治疗、光热治疗以及药物递送方面的应用基础使其成为构建诊疗一体化纳米平台的前景材料。我们以稀土上转换纳米粒为平台,首次利用对顺式二醇和pH双响应的硼酸酯键构建了负载抗肿瘤药物喜树碱(CPT)的靶向诊疗一体化探针(CPT-UCNPs)用于肿瘤细胞的上转换发光成像与治疗。硼酸酯键的双响应机制可以增强药物在肿瘤部位的释放,提高治疗效果,为UCNPs递药体系的功能性修饰和肿瘤细胞内药物的控制释放提供了新思路。内容:构建合成透明质酸修饰的稀土上转换纳米粒,用双响应的硼酸酯键将抗肿瘤药物喜树碱键联到纳米粒表面,构建肿瘤靶向诊疗一体化纳米平台,研究其体外释药行为、细胞靶向能力、胞内分布和毒性作用以及初步考察其体内代谢分布和成像情况。方法:1.CPT-UCNPs的构建与表征。用溶剂热法制备透明质酸(HA)修饰的UCNPs(HA-UCNPs),基于HA与CD44受体的特异性亲和作用靶向CD44受体高表达的肿瘤细胞;利用酰胺缩合反应将氨基苯硼酸(APBA)修饰于HAUCNPs表面(APBA-UCNPs),用于键联包含顺式二醇结构的药物;采用3-(3,4-二羟基苯基)丙酸(DHPA)改造10-羟基喜树碱的分子结构,引入顺式二醇结构获得CPT-DHPA;最后,APBA-UCNPs与CPT-DHPA通过共价结合形成CPTUCNPs。采用透射电镜、纳米粒度分析仪、荧光分光光度计、红外光谱仪等对CPTUCNPs的物理化学性质进行表征。2.体外响应性释药行为考察。通过体外模拟正常生理环境、肿瘤微环境以及溶酶体环境,采用透析法考察CPT-UCNPs的释药行为。3.细胞靶向、胞内分布与细胞毒性考察。选择CD44受体表达量不同的两种肿瘤细胞,通过细胞摄取实验和MTT细胞增殖抑制实验考察CPT-UCNPs的肿瘤细胞靶向能力、胞内分布及细胞毒性。4.体内代谢分布及成像考察。通过尾静脉注射研究CPT-UCNPs在小鼠体内的代谢分布以及成像情况,考察探针的活体应用潜力。结果:1.CPT-UCNPs的构建与表征。采用透射电镜(TEM)、荧光分光光度法、红外光谱法等技术对所构建的CPT-UCNPs体系进行表征,结果表明已成功构建了CPT-UCNPs体系。CPT-UCNPs形貌大致呈球形;粒径分布均匀且胶体稳定性好;在980 nm近红外(NIR)光激发下,CPT-UCNPs在540 nm和660 nm处有明显的、稳定的上转换光发射;优化CPT-DHPA和APBA-UCNPs投料比为3:1,CPTUCNPs载药量为1.5 wt%。2.体外响应性释药行为。体外药物释放实验结果表明CPT-UCNPs能够实现双响应控制释药。在低pH条件下,竞争性葡萄糖的存在触发CPT-UCNPs释放药物,表现出pH与葡萄糖对药物释放的协同促进作用。3.细胞靶向、胞内分布及细胞毒性。细胞摄取实验证明CPT-UCNPs借助纳米粒上的HA与细胞CD44受体的特异性识别作用能够实现对HCT116细胞的靶向药物递送以及上转换发光成像;CPT-UCNPs经CD44受体介导的内吞作用进入细胞后在溶酶体酸性环境和葡萄糖条件下实现药物与纳米粒的解离而发挥细胞毒作用;MTT实验结果表明CPT-UCNPs对肿瘤细胞的杀伤作用呈现计量依赖性。4.体内代谢分布和成像。CPT-UCNPs经尾静脉注射进入正常小鼠血液循环后主要分布在肝脏和脾脏,在980 nm近红外光激发下可以发出稳定的光信号,并且几乎没有自体荧光背景的干扰,具有活体成像应用的潜力。结论:本课题设计构建的CPT-UCNPs诊疗一体化纳米探针能够对CD44受体高表达的肿瘤细胞实施靶向特异性成像和药物递送。CPT-UCNPs经由CD44受体介导的内吞作用被细胞摄取后进入内含体/溶酶体途径,溶酶体内的酸性环境以及葡萄糖的存在触发硼酸酯键的双响应机制,实现药物的控制释放。体系活体上转换成像信噪比高,具有活体上转换成像与治疗的应用潜力。
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R943
【图文】：

示意图,二醇,顺式,纳米

天津医科大学硕士学位论文UCNPs（CPT-UCNPs）。硼酸酯键对酸和顺式二醇具有双重响应性，低 pH 条件下由竞争性顺式二醇化合物触发硼酸酯键断裂，实现药物的释放。另外，通过 980nm 近红外激光器激发 UCNPs 上转换发光过程的发生，实现纳米粒的光学成像作用，以此构建对肿瘤具有主动靶向作用、对 pH 和顺式二醇双响应的上转换诊疗一体化纳米平台，并在体外和体内对其性能进行相关评价。顺式二醇/pH 双响应上转换纳米平台示意图如图 1 所示。

形貌,概要图

天津医科大学硕士学位论文一、双响应上转换纳米平台的构建与表征本章构建对顺式二醇和 pH 双响应的，透明质酸修饰的，载喜树碱的上转换纳米粒 NaY0.48F4:Yb0.20/Gd0.30/Er0.02，并对其粒径、形貌、发光光谱、稳定性等进行相关表征。通过溶剂热法一步合成亲水性的 HA-UCNPs，简化了配体修饰 UCNPs 的相关过程；氨基苯硼酸通过与 UCNPs 表面 HA 分子的酰胺缩合反应将硼酸基团修饰到 UCNPs 表面；利用 3-（3,4-二羟基苯基）丙酸对 10-羟基喜树碱进行结构改造，在喜树碱中引入顺式二羟基结构；硼酸基团修饰的 UCNPs（APBA-UCNPs）与顺式二羟基功能化的喜树碱药物（CPT-DHPA）形成硼酸酯键，得到负载抗癌药物喜树碱的 UCNPs（CPT-UCNPs），构建双响应靶向上转换纳米诊疗一体化平台。CPT-UCNPs 合成概要图见图 1.1。

曲线,二甲基亚砜,投料量,发射波长

天津医科大学硕士学位论文在二甲基亚砜中，CPT 由 365nm 激发波长激发，在 435nm 和 550nm 处都有荧光发射，其中最大发射波长为 435nm。用二甲基亚砜配置系列浓度的 HCPT溶液，分别测其荧光强度。以 435nm 波长处的荧光强度（y）为纵坐标，HCPT浓度（x）为横坐标绘制二甲基亚砜中 HCPT 荧光强度-浓度标准曲线（图 1.2C），对标准曲线进行线性回归分析得到相关性系数 r2=0.996，回归方程为y=154.55x+12.95。将一定质量浓度的，按照最佳投料量合成的 CPT-UCNPs 分散于二甲基亚砜中，用荧光分光光度计（狭缝宽度 1.5 nm）在 365 nm 激发波长下测定发射波长435 nm 处 CPT 的荧光强度，结合公式（1）计算得到 CPT-UCNPs 载药量为 1.5wt%。

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