肿瘤微环境特异性激活的稀土上转换纳米复合材料在肿瘤协同治疗中的应用

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近年来,随着纳米技术的不断发展,纳米材料与生物领域的交叉研究受到了广泛的关注。其中,稀土上转换发光纳米材料具有化学性质稳定、毒性较低、近红外激发以及稳定的上转换发光性能等特点,将其应用于肿瘤的治疗已成为纳米材料生物应用研究的一个重要方向,具有极大的临床应用潜力。与正常组织相比,肿瘤微环境(TME)具有组织间液压力大、血管异常、乏氧、微酸、谷胱甘肽和过氧化氢含量偏高等特性,如何利用TME的特点构建刺激-响应型的稀土发光纳米复合材料从而实现肿瘤高效治疗,依然是材料学科领域亟待解决的关键科学问题。本论文聚焦于稀土上转换发光纳米粒子(UCNP),以新材料的结构设计与可控合成为基础,构建了两种TME响应的智能纳米复合材料,所设计的两类材料在正常组织中保持惰性,只有在肿瘤微环境中才被特异性激活,从而实现了肿瘤高效治疗,也减少了对正常组织的损伤。主要内容如下:(1)脂质体修饰的UCNP纳米复合材料用于自噬抑制调节协同的肿瘤光动力治疗(PDT)。在Er,Tm共掺杂的UCNP的基础上,构建了将PDT和自噬抑制相结合用于肿瘤治疗的纳米复合材料UCNP@FL-MEL。利用TME的乏氧特点,将低氧敏感、在紫外-可见区均有较强吸收的有机光敏分子FL通过脂质体DSPE-PEG与UCNP结合,利用光谱能量匹配原则,充分利用了 UCNP的发光光谱,提高了光敏分子对光的利用率。TME中的硝基还原酶特异性激活光敏分子,并与UCNP发生共振能量转移,原位增加反应活性氧(ROS)的产生,实现乏氧激活的PDT。之后在PDT的功能基础上进一步连接了有自噬抑制功能的蜂毒前肽MEL。MEL可被TME中的豆荚蛋白酶激活,抑制癌细胞的自噬过程,放大PDT对癌细胞的杀伤效果。由于材料设计中的光敏剂与蜂毒肽都可被TME特异性激活,而UCNP的荧光成像功能可以为PDT提供定位,因此治疗更为精准有效,也避免了对正常组织的损伤。(2)可降解介孔二氧化硅包覆的UCNP纳米复合材料的构建及在化疗和化学动力学(CDT)协同治疗中的应用。设计合成了可降解介孔二氧化硅(MON)直接包覆单个UCNP的复合材料UCNP@MON,通过静电吸附方法连接Fe2+离子,并将化疗药物姜黄素(CUR)担载到孔道中,获得了智能纳米复合材料UCNP@MON(Fe)-CUR。一方面,得益于SiO2壳层中的二硫键,材料具有TME中的谷胱甘肽(GSH)响应分解的性能,能够大量释放SiO2壳层中负载的化疗药物CUR,实现TME响应的化疗药物释放。另一方面,静电吸附的Fe2+能够介导Fenton反应的产生,与TME中过表达的H2O2反应产生有毒的·OH杀伤癌细胞,起到CDT的效果。同时,伴随着介孔SiO2的降解,上转换荧光恢复,可用于监测药物的释放。复合材料UCNP@MON(Fe)-CUR实现了 TME激活的化疗与CDT的协同作用,比二者单独使用具有更好的肿瘤抑制效果。
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