利用细胞膜包裹的纳米复合物作为光动力学治疗试剂的研究

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光动力学治疗(Photodynamic therapy,PDT)是近年来引发广泛关注的一类新的肿瘤治疗手段。与手术、化疗、放疗等常规治疗手段相比,PDT具有精确有效、侵袭性低、治疗过程短、可重复治疗等优势。目前,制约PDT发展和应用的问题主要包括:光敏剂(photosensitizer,PS)的疏水性质使得其易在水溶液中发生聚集,导致其生物利用率降低、活性氧(Reactive oxygen species,ROS)产生不充分;难以实现将光敏剂高效、高选择性地递送到肿瘤细胞;此外,PDT试剂在亚细胞水平发挥效应的过程和调控机制尚不清晰。针对这些问题,本论文主要针对可用作光动力学试剂的仿生纳米粒子进行研究:分别选择了半导体聚合物点(Semiconducting Polymer Dot,Pdots)和共价有机框架(covalent organic framework,COF)纳米颗粒作为载体,装载光敏剂,从而解决光敏剂的溶解度问题;使用癌细胞膜包裹制备的纳米复合物,增强肿瘤细胞对于治疗试剂的特异性摄取;通过活细胞成像等手段对复合物的亚细胞过程进行了探究,揭示了光激发-产生活性氧-线粒体自噬-细胞死亡(PDT-ROS-mitophagy-cell death)的动态作用机制,为仿生纳米光动力学治疗试剂的进一步开发和应用提供了新的思路。本论文主要包含以下三个方面的工作:1、癌细胞膜包裹的Pdots/TPP作为光动力学治疗试剂Pdots(PFBT)具备优良的光学特性,可以作为吸收光的基质,通过荧光共振能量转移(FRET)将能量传递给光敏剂四苯基卟啉(TPP),增强光转化效率,从而提高ROS的产生效率。本部分工作制备了TPP掺杂的PFBT杂合纳米粒子(TPP-doped PFBT hybrid nanoparticles,TPHNs),通过光谱分析结果可知,PFBT能够与TPP发生FRET效应,有效地增加了单线态氧(Singlet oxygen,1O2)的量子产率。实验结果表明,该复合制剂本身的生物相容性良好。与未修饰的TPHNs相比,癌细胞膜包裹的TPHNs更易被肿瘤细胞摄取并实现细胞标记,可以在较低的孵育浓度和光照剂量条件下发挥良好的光动力学效应,杀伤肿瘤细胞。此外,荧光成像的结果揭示了该复合物通过引发线粒体自噬(mitophagy)导致细胞死亡的过程。2、癌细胞膜包裹的COF/RB作为光动力学治疗试剂COFs是由轻元素之间通过生成强共价键(如B-O,C-N,C=N,C=C-N)而形成的一类新兴的多孔有机聚合物。COFs具有较大的比表面积、有序的孔道结构、良好的生物相容性等特点,因而在生物医药领域具备应用潜力。本部分工作首先制备了一种亚酰胺类COFs,通过对其进行FT-IR、TEM、SEM、XRD等一系列表征,证明得到的COFs形貌均一、分散性较好、有较好的结晶度。作为其生物学应用的尝试,COFs纳米颗粒被应用于负载光敏剂孟加拉玫瑰红(Rose Bengal,RB),并用癌细胞膜对其进行仿生修饰,制备了一种可应用于PDT的COF/RB@CMV纳米复合物,并考察了其细胞毒性、细胞摄取、光照条件下细胞内ROS的产生及其对癌细胞的杀伤能力。结果表明,该复合材料能够有效地被肿瘤细胞摄取,在细胞水平上展现出较好的光动力学治疗效果。3、癌细胞膜包裹的COF/Ce6/CpG作为光动力学/免疫治疗试剂本部分工作设计并制备了一种功能性纳米粒子,尝试将光动力疗法(PDT)和肿瘤免疫疗法(immunotherapy)进行协同。首先合成亚酰胺类纳米COFs,通过π-π堆积作用在COFs上负载光敏剂二氢卟吩e6(Ce6),利用自组装壳聚糖(CS)对COF/Ce6进行改性,再通过静电作用结合具有促免疫活性的CpG寡核苷酸(Oligonucleotide,ODN),最后在复合物表面包裹癌细胞膜,制备得到功能性纳米材料CpG/CC NPs。细胞学测试的结果表明,该纳米复合物既能够有效地被肿瘤细胞摄取,在光照条件下有效杀伤肿瘤细胞,同时也表现出较为理想的促免疫效应,展现出作为肿瘤联合治疗试剂的潜力。
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