功能化纳米钻石药物体系的构建及其在肿瘤诊疗中的研究
由于人们不健康的生活习惯和恶劣环境影响，癌症发病率逐年攀升，已经成为人类的“死亡之神”。当前癌症治疗主要依赖于化疗手段，但由于化疗药物均缺乏特异识别和选择性，易对人体引起较大毒副作用，严重影响患者生活质量，限制了其在临床上的广泛应用。纳米技术出现为早日攻克癌症提供了新的视野，通过功能化修饰纳米材料，以物理或化学作用力负载抗肿瘤药物，利用肿瘤组织和正常组织特性，将药物靶向递送至病变灶位，可实现对肿瘤的精准诊断和高效治疗。纳米钻石由于具有高生物相容性，表面易于修饰等特点，已被广泛用于基因和药物输送载体。但目前仍存在的弊端有载药量低、靶向性较差和治疗效率较低等。 针对上述问题，本论文以聚乙二醇化纳米钻石(ND-PEG)为载体，分别构建了高负载和pH响应纳米钻石药物体系、溶菌酶响应纳米钻石药物体系以及叶酸介导的酸敏感靶向纳米钻石药物体系。以肝癌、乳腺癌和宫颈癌细胞为体外模型，采用激光共聚焦显微镜、流式细胞术等研究了纳米药物体系释药、入胞机制、抑制肿瘤等特性。以肝癌或宫颈癌细胞构建荷瘤裸鼠为体内模型，研究了纳米钻石药物体系体内分布、抑瘤效应和毒副作用等。主要研究内容如下: 1.在柠檬酸根(Cit3-)介质中，获得高负载化疗药物阿霉素(DOX)并对pH响应的纳米钻石药物体系(ND-PEG/DOX，NPDC)。发现其负载药物量高达170±1.26μg/mg，是去离子水中吸附量的5.8倍。体外释药表明，在pH7.4条件下，经过50h后，累积释药率仅为7％，而在pH5.0条件下，累积释药率显著增加到了80％，暗示该体系可提高抗肿瘤疗效和降低对正常组织毒副作用。细胞摄取表明相对游离药物DOX，NPDC可提高肿瘤细胞摄取量，细胞毒性测试表明NPDC能有效抑制肿瘤细胞增殖，且杀伤力强于游离DOX。此外，活体成像展示了NPDC可以通过EPR效应靶向到肿瘤部位，药物体系在肿瘤部位的累积是其它重要脏器的2倍多。重要的是，NPDC可以有效抑制肿瘤生长且抑制率为DOX的3.3倍，器官指数、血清生化指标和组织切片病理学分析表明NPDC具有低毒性。 2.当前纳米钻石药物体系主要基于物理作用力连接，但由于物理作用力会受各种因素影响，纳米载药体系进入体内后会造成药物过早释放。因此，为提高药物体系的稳定性，以缩水甘油(GLY)为桥梁，将DOX以酯键偶联于ND-PEG上获得溶菌酶响应纳米钻石药物体系(ND-PEG-GLY-DOX，NPGD)。实现发现NPGD在模拟的血液循环环境(pH7.4)中酯键难以水解（即使经过110h，释药率仅为8％），导致药物基本不释放，不会产生荧光信号(turn off)。但在模拟的细胞内环境(pH4.5和溶菌酶)，释药速率快且达到70％。通过激光共聚焦和流式细胞术表明其可通过小窝蛋白介导机制内吞进肿瘤细胞，位于溶酶体，利用过表达溶菌酶使其酯键发生断裂，释放出GLY-DOX，产生荧光信号(turn on)，继而进入核内杀死肿瘤细胞，实现肿瘤诊疗一体化。有趣的是，体内实验表明NPGD可有效抑制肿瘤生长，疗效强于游离DOX。通过血清生化指标和组织切片病理分析，展示了NPGD相对游离DOX降低了毒副作用。 3.目前，临床上应用的传统抗肿瘤药物靶向性较差，因此亟需研发一种靶向性强、疗效高和低毒副的靶向纳米药物体系。利用肿瘤组织和正常组织的差异，结合酸敏感的腙键和具有主动靶向特性的叶酸，合成出了叶酸介导的共价偶联pH响应靶向纳米钻石药物体系(ND-PEG-HYD-FA/-DOX，NPHF/D)。体外释药发现NPHF/D在生理环境(pH7.4)几乎不释放药物，而在肿瘤细胞内核内体环境(pH5.0)腙键水解断裂，实现了荧光的开-关传感。体外细胞实验结果表明，NPHF/D通过小窝蛋白和网格蛋白双途径决定、叶酸受体介导方式内吞进细胞，且内吞量与细胞表面叶酸受体表达量有关。MTT测试和细胞凋亡表明叶酸靶向纳米钻石药物体系对肿瘤细胞杀伤力大于非靶向纳米钻石药物体系和游离药物的杀伤力。吸引入的是，体内实验发现NPHF/D通过被动靶向和叶酸受体主动靶向双重作用靶向到肿瘤细胞，从而显著提高抗肿瘤效应，抑制率达到了87％，是游离药物DOX(16％)的5.4倍，同时切实有效地降低了毒副作用。由此可见，NPHF/D实现了集诊断和靶向治疗肿瘤于一体的目标。 通过上述研究，为进一步开发合成简易、生物利用度高、体系稳定和集诊疗于一体的智能型纳米钻石药物体系在肿瘤治疗中的应用提供科学依据。
药物体系;纳米钻石;细胞毒性;抗肿瘤活性
山西大学
博士
无机化学
李英奇;杨斌盛
2017
中文
TB347
175
2018-07-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）