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纳米碳酸钙(Calcium Carbonate)因其良好的生物降解性、体内稳定性、易于制备、粒径可控、可表面修饰及酸敏感等特性,在生物医药领域得到了广泛的应用。大量基于纳米碳酸钙的给药系统正在研发之中,这些给药系统通过装载各种不同类型的药物,可在肿瘤的诊断、治疗和诊疗一体化等多方面发挥作用。然而,碳酸钙纳米粒易聚集、水溶液中不稳定等缺陷严重地限制了其在临床上的进一步使用。脂质材料具有高细胞亲和性和生物相容性等独特优点,使用脂质材料对碳酸钙纳米粒进行修饰,制备脂包被的碳酸钙纳米粒是可在一定程度上克服碳酸钙的不足。本论文中,我们使用阳离子磷脂DOTAP((2,3-二油酰基-丙基)-三甲胺)、胆固醇、DOPE(二油酰基磷脂酰乙醇胺)、DSPE-PEG2000(二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000)对碳酸钙纳米粒进行脂包被,设计构建并评价了三种不同的复合型脂包被碳酸钙纳米粒,并对其进行了系统的评价。
本论文由三部分组成,分别详细介绍了所构建的三种不同脂包被碳酸钙纳米粒。首先为了验证脂包被碳酸钙纳米粒合成过程的可行性,在第一部分中,我们以阿霉素(DOX)为模型药物,在反相微乳法制备碳酸钙的过程中加入阿霉素,从而制备了装载有阿霉素的碳酸钙纳米粒,进而使用阳离子磷脂等磷脂材料进行修饰,制成了脂包被碳酸钙纳米粒,最后通过静电吸附作用装载miR-375,得到最终同时装载有阿霉素和miR-375的脂包被碳酸钙纳米粒(LCC-DOX/miR-375NPs)。此纳米粒在透射电镜下呈球形,并由明显的核壳所组成,粒径与电位分别约为60nm和27.74mV。阿霉素的酸敏感释放研究表明,LCC-DOX/miR-375纳米粒能够在正常组织pH条件下保持稳定,同时在肿瘤偏酸的微环境中加速阿霉素的释放。此外,体内外结果共同证明LCC-DOX/miR-375纳米粒在共递送DOX和miR-375方面有着巨大的优势,包括高效的细胞摄取能力、胞内阿霉素外排的减少和聚集的增加等。更为重要的是,我们在机制和疗效等多种角度共同证明了LCC-DOX/miR-375纳米粒能够在肝癌细胞系中通过逆转阿霉素的多药耐药,增强抗肿瘤效果。
在本论文的第二部分中,考虑到将核酸药物吸附在碳酸钙纳米粒的表面可能不利于其稳定递送,我们进一步将miR-375装载入碳酸钙纳米粒的内核中,同时使用一线肝癌治疗药物索拉非尼(Sorafenib)替换之前所用的阿霉素。最终构建了粒径约为50nm共载有miR-375和索拉非尼的脂包被碳酸钙纳米粒(miR-375/Sf-LCC NPs)。研究表明,miR-375/Sf-LCC纳米粒有着良好的药物包封率,同时能在酸性条件下加快药物的释放。此外,有研究表明化疗药物的使用会造成肝癌细胞自噬水平的升高,而自噬在癌症的进展和治疗中扮演着双刃剑的角色,也就是说自噬既能促进肿瘤细胞的存活,也能促进肿瘤细胞的死亡。在肿瘤形成的早期,自噬清除了新突变的细胞和受损的线粒体。然而,在肿瘤形成之后,自噬会增加肿瘤细胞在应激环境下的存活,从而降低了治疗效果。因为miR-375能够降低肝癌中的自噬水平,因此在本部分中,我们期望从自噬的角度探究miR-375和索拉非尼在肝癌联合治疗中的可行性。体内外实验结果证明,miR-375/Sf-LCC纳米粒能够减少肝癌中自噬体数量、抑制自噬流的形成,降低肝癌细胞的自噬水平,从而实现索拉非尼与miR-375的协同抗肝癌作用。
在本论文的第三部分中,为进一步拓宽脂包被碳酸钙纳米平台的使用,新型抗癌活性物质硒元素(Se)被掺杂入碳酸钙纳米粒中,构建出脂包被硒掺杂碳酸钙纳米粒,并使用此纳米粒装载顺铂(Pt/Se@CaCO3 NPs),实现了顺铂和硒的联合给药。而两种药物发挥协同作用的一大基本原则是需要两种药物按预先设定的最优比例进入肿瘤组织。因此,我们首先通过考察不同顺铂:硒比例下的细胞毒性,获得了两者最佳的联用比,并以此比例构建Pt/Se@CaCO3纳米粒。接着,对Pt/Se@CaCO3纳米粒中顺铂和硒的胞内摄取聚集和体内分布进行分析。此外,也对Pt/Se@CaCO3纳米粒的体内外疗效等进行了评价。研究结果表明Pt/Se@CaCO3纳米粒可以将顺铂和硒按预先优化的最佳联用比递送至肿瘤组织,从而产生协同效应。此外更为重要的是,随着硒的加入,明显降低了顺铂引起的正常组织毒副作用。
总之,本论文设计并构建三种复合型脂包被碳酸钙纳米粒,通过体内外实验,对所构建的脂包被碳酸钙纳米粒进行了全面的评价,同时对其装载药物的协同作用机制做出了较详细的研究。
综上所述,本研究为基于脂包被碳酸钙纳米给药系统的合理设计提供了新思路和新途径,为碳酸钙纳米粒在肿瘤治疗中的临床转化提供了可能。
本论文由三部分组成,分别详细介绍了所构建的三种不同脂包被碳酸钙纳米粒。首先为了验证脂包被碳酸钙纳米粒合成过程的可行性,在第一部分中,我们以阿霉素(DOX)为模型药物,在反相微乳法制备碳酸钙的过程中加入阿霉素,从而制备了装载有阿霉素的碳酸钙纳米粒,进而使用阳离子磷脂等磷脂材料进行修饰,制成了脂包被碳酸钙纳米粒,最后通过静电吸附作用装载miR-375,得到最终同时装载有阿霉素和miR-375的脂包被碳酸钙纳米粒(LCC-DOX/miR-375NPs)。此纳米粒在透射电镜下呈球形,并由明显的核壳所组成,粒径与电位分别约为60nm和27.74mV。阿霉素的酸敏感释放研究表明,LCC-DOX/miR-375纳米粒能够在正常组织pH条件下保持稳定,同时在肿瘤偏酸的微环境中加速阿霉素的释放。此外,体内外结果共同证明LCC-DOX/miR-375纳米粒在共递送DOX和miR-375方面有着巨大的优势,包括高效的细胞摄取能力、胞内阿霉素外排的减少和聚集的增加等。更为重要的是,我们在机制和疗效等多种角度共同证明了LCC-DOX/miR-375纳米粒能够在肝癌细胞系中通过逆转阿霉素的多药耐药,增强抗肿瘤效果。
在本论文的第二部分中,考虑到将核酸药物吸附在碳酸钙纳米粒的表面可能不利于其稳定递送,我们进一步将miR-375装载入碳酸钙纳米粒的内核中,同时使用一线肝癌治疗药物索拉非尼(Sorafenib)替换之前所用的阿霉素。最终构建了粒径约为50nm共载有miR-375和索拉非尼的脂包被碳酸钙纳米粒(miR-375/Sf-LCC NPs)。研究表明,miR-375/Sf-LCC纳米粒有着良好的药物包封率,同时能在酸性条件下加快药物的释放。此外,有研究表明化疗药物的使用会造成肝癌细胞自噬水平的升高,而自噬在癌症的进展和治疗中扮演着双刃剑的角色,也就是说自噬既能促进肿瘤细胞的存活,也能促进肿瘤细胞的死亡。在肿瘤形成的早期,自噬清除了新突变的细胞和受损的线粒体。然而,在肿瘤形成之后,自噬会增加肿瘤细胞在应激环境下的存活,从而降低了治疗效果。因为miR-375能够降低肝癌中的自噬水平,因此在本部分中,我们期望从自噬的角度探究miR-375和索拉非尼在肝癌联合治疗中的可行性。体内外实验结果证明,miR-375/Sf-LCC纳米粒能够减少肝癌中自噬体数量、抑制自噬流的形成,降低肝癌细胞的自噬水平,从而实现索拉非尼与miR-375的协同抗肝癌作用。
在本论文的第三部分中,为进一步拓宽脂包被碳酸钙纳米平台的使用,新型抗癌活性物质硒元素(Se)被掺杂入碳酸钙纳米粒中,构建出脂包被硒掺杂碳酸钙纳米粒,并使用此纳米粒装载顺铂(Pt/Se@CaCO3 NPs),实现了顺铂和硒的联合给药。而两种药物发挥协同作用的一大基本原则是需要两种药物按预先设定的最优比例进入肿瘤组织。因此,我们首先通过考察不同顺铂:硒比例下的细胞毒性,获得了两者最佳的联用比,并以此比例构建Pt/Se@CaCO3纳米粒。接着,对Pt/Se@CaCO3纳米粒中顺铂和硒的胞内摄取聚集和体内分布进行分析。此外,也对Pt/Se@CaCO3纳米粒的体内外疗效等进行了评价。研究结果表明Pt/Se@CaCO3纳米粒可以将顺铂和硒按预先优化的最佳联用比递送至肿瘤组织,从而产生协同效应。此外更为重要的是,随着硒的加入,明显降低了顺铂引起的正常组织毒副作用。
总之,本论文设计并构建三种复合型脂包被碳酸钙纳米粒,通过体内外实验,对所构建的脂包被碳酸钙纳米粒进行了全面的评价,同时对其装载药物的协同作用机制做出了较详细的研究。
综上所述,本研究为基于脂包被碳酸钙纳米给药系统的合理设计提供了新思路和新途径,为碳酸钙纳米粒在肿瘤治疗中的临床转化提供了可能。