多功能纳米药物递送系统在逆转肿瘤多药耐药及光热治疗中的应用

发布时间：2020-06-18 14:10

【摘要】：目的:本论文的主要研究内容为功能化纳米药物递送系统的合成、表征,并通过一系列的体内外实验来证实该递送系统可以实现逆转肿瘤的多药耐药及光热治疗。本文主要从以下两个方面阐述纳米药物递送系统的用途:一、作为药物递送的载体及其逆转肿瘤的多药耐药;二、肿瘤精准成像介导的光热治疗。我们将通过一系列体内外试验,对功能性纳米药物递送系统的生物相容性、体内药物分布、转运代谢途径,以及对乳腺癌肿瘤模型的疗效、毒副作用及体内靶向性等方面进行相关研究,为今后应用于临床提供理论依据。方法:主要分为两部分:一:TPGS修饰的介孔二氧化硅纳米粒(MSNs)的合成及其逆转肿瘤多药耐药的机制研究:1)我们首先设计、合成了TPGS修饰的包载阿霉素的MSNs。研究中,我们选择阿霉素(DOX)作为模型药物。同时研究该递送系统的结构、粒径、稳定性、生物相容性、载药率、包封率、不同PH条件下的药物缓释功能,为后期的细胞学及动物实验提供依据。2)体外细胞学实验:我们首先通过阿霉素敏感的乳腺癌细胞系MCF-7及阿霉素耐药的细胞系MCF-7/ADR研究纳米药物递送系统的细胞毒作用。通过激光共聚焦显微镜观察MCF-7及MCF-7/ADR对该载体的细胞摄取能力及作用机制。通过体外细胞学实验,验证功能化修饰的纳米药物递送系统对MCF-7及MCF-7/ADR的抗肿瘤作用及其逆转肿瘤多药耐药的机制研究;同时,结合胞吞途径特异抑制剂(氯丙嗪、秋水仙素、非力平、聚赖氨酸、4℃)和示踪物研究纳米载体细胞内转运的的机制。3)研究功能化修饰的纳米药物递送系统的体内药效学、药代动力学及体内靶向定位:以耐阿霉素的患乳腺癌SCID小鼠为实验模型,主要研究新型纳米载体平台中各功能化组分对体内分布、体内循环时间、肿瘤靶向作用、体内成像、肿瘤体积及小鼠生存期的影响,评估该纳米药物递送系统的抗肿瘤作用及逆转肿瘤多药耐药的机制。第二部分:上转换和持久发光纳米载体准确成像引导的光热疗法:1)我们首先合成了上转换和持久发光纳米载体。此外,我们通过透射电子显微镜,X射线衍射和动态光散射对上转换和持久发光纳米载体的物理化学性质进行评估。应用MTT实验来检测纳米药物递送系统的细胞毒作用。此外,通过一系列体内外实验,我们重点研究了不同样本的持续发光成像及光热治疗的效率。结果:第一部分:DOX@MSNs-TPGS的特征在于具有单峰分布,高DOX包载效率和pH依赖性药物释放曲线。MSNs-TPGS通过细胞膜穴样内陷,网格蛋白介导的胞吞作用和能量依赖性的细胞摄取来进入肿瘤细胞。与游离DOX和DOX@MSNs相比,DOX@MSNs-TPGS表现出10倍增强的细胞杀伤效力。增强的MDR逆转效应归因于MCF-7/ADR细胞中DOX@MSNs-TPGS的细胞摄取量高于游离DOX和DOX@MSNs,这是由于TPGS抑制了P-gp介导的药物效应。NDDS在荷瘤小鼠中的体内研究显示,DOX@MSNs-TPGS针对多药耐药肿瘤模型显示出更强的抗肿瘤作用,并且比DOX和DOX@MSNs更有效地到达肿瘤部位,毒性最小。第二部分:上转换和持久发光纳米载体准确成像引导的光热疗法:我们首先制备了上转换和持久发光纳米载体;UPLNs@mSiO_2和(ICG+UPLNs)@mSiO_2纳米颗粒都具有非常好的单分散性,平均直径200nm,并且具有非常清晰的轮廓。而XRD结果也证实,UPLNs被成功复合。MTT实验证实,ICG和(ICG+UPLNs)@mSiO_2纳米颗粒对MDA-MB-231的细胞杀伤作用较小,说明(ICG+UPLNs)@mSiO_2有很好的生物相容性。为了测试样品是否显示持久的发光,上转换发光和协同的光热性能,将不同的样品注射到小鼠的皮下组织中,本实验设置了四个对照组和一个实验组。体内发光成像系统和热辐射计验证了持久的发光,上转换发光和光热性能。与四个对照组相比,长持续发光,上转换发光和光热性能可以同时在实验组中实现,这表明了(UPLNs+ICG)@mSiO_2纳米粒子可用于成像引导的PTT。一系列的体内实验证实,(ICG+UPLNs)@mSiO_2在808nm条件下的肿瘤体积明显缩小,而用PBS或游离ICG治疗将不足以引起肿瘤破坏,而且808 nm激光下(ICG+UPLNs)@mSiO_2组小鼠的中位生存期要明显延长;同时采用HE染色分析,(ICG+UPLNs)@mSiO_2和激光照射的肿瘤坏死和结构损伤非常严重,而PBS组,游离的ICG显示没有或非常少的坏死和凋亡,进一步证明了(ICG+UPLNs)@mSiO_2和激光照射介导的光热效应。而且生物安全性结果表明,(ICG+UPLNs)@mSiO_2具有良好的耐受性,对实验小鼠没有明显的毒性。结论:基于以上的研究结果,我们可以该研究所制备的功能化纳米药物递送系统在逆转肿瘤耐药及肿瘤成像引导的光热治疗领域有非常好的应用前景,值得进一步探讨。
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R737.9
【图文】：

细胞内的化疗药物泵出到细胞外。而对于 P 糖蛋白抑制剂的研究由来已久，由于毒副作用大，疗效欠佳，始终未应用于临床。近年来的研究表明，非离型表面活性剂能够通过抑制 P 糖蛋白的药泵功能，从而影响药物的药代动力学其中，以 TPGS 的功能最为强大。研究表明 TPGS 能够抑制 P 糖蛋白介导的多耐药。基于以上的研究背景及前期基础，我们合成了 TPGS 修饰的二氧化硅纳药物输送系统。我们选择了阿霉素作为模型药物，有三个原因：阿霉素自带色，可以作为示踪剂；阿霉素在临床上应用广泛；心脏等毒副作用明显；纳药物载体进人小鼠体内后，通过 EPR 效应到达肿瘤组织。EPR 效应是实体瘤高通透性和滞留效应，相对于正常组织，实体瘤组织中血管丰富、血管壁间较宽、结构完整性差，促进了大分子类物质在肿瘤组织的选择性分布。纳米物载体通过某种内吞途径进入肿瘤细胞，我们会在后面证实内屯的机制；阿素从细胞内被释放出来，TPGS 抑制了 P-gp 的作用，减少了阿霉素的外泵，加了细胞内的药物浓度，克服了肿瘤耐药，这是我们实验设计的思路及模式图接下来我们将通过一系列的实验来加以验证。

图 2 TPGS 修饰的包载阿霉素的二氧化硅纳米药物递送系统的 TEM 图像A1，A2，A3）和动态光散射（B1，B2，B3）（MSN，DOX @ MSN 和 DOX @SNs-TPGS）。（C）FT-IR 光谱。（D）UV-vis 吸收频谱。.2.2 体外药物缓释实验药物要想发挥作用，在载体到达目的地后必须被释放出来。所以，我们应透析的方法来对载体的体外药物释放行为进行考察，我们模拟了两种微环境，别是正常的体液环境PH7.4 和肿瘤细胞内微环境PH5.0。通过透析方法在37℃BS 溶液（pH 5.0 和 7.4）中评价 MSNs 和 MSNs-TPGS 的体外 DOX 释放行为。OX @ MSNs-TPGS 在最初的 20 小时内释放出> 50％药物，然后是缓慢释放的为，达到了一个平台期（图 3）。最初的快速释放与 MSNs 周围的药物吸附和弱的结合力有关。而缓慢的药物释放则表明，MSNs 内部的药物被释放出来。对而言，DOX @ MSNs-TPGS 在 pH7.4 时与在 pH5.0 时相比具有较低的药物放速率。例如，40 小时期间，pH7.4 时 DOX 释放量仅为 40.21％，但在 pH 5.0达到 68.41％。因为肿瘤的细胞外组织和细胞内溶酶体和内涵体是酸性的，pH

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本文编号：2719371