论文部分内容阅读
乳腺癌在分子水平上是一种高度异质性疾病,虽然其临床表现相似,但生物学行为及预后却差异明显。对不同分子分型的乳腺癌进行针对性内分泌治疗及化疗固然重要,其可提高治疗效率,一定程度上降低药物导致的全身毒性。然而,内分泌治疗及化疗引起的耐药性普遍存在于乳腺癌患者中,其导致肿瘤复发和转移,从而造成不可逆恶性伤害。因此,探索不依赖于分子分型的治疗策略及减少治疗带来的耐药性,更具有临床普适性意义。基于增强肿瘤氧化应激损伤的治疗模式可在引起肿瘤凋亡的同时,减少耐药性。1993至今,基于有机小分子光敏剂的光动力治疗（Photodynamic Therapy,PDT）在多个国家获得批准用于多种肿瘤的临床治疗。PDT可将能量及电子传递给氧分子而转变为高毒性单线态氧自由基（~1O2）,引起细胞氧化应激损伤而不产生耐药性。近年来,乳腺癌PDT临床试验呈现了较高的治疗效率。相较于乳腺癌的分类靶向性化疗策略,PDT更具有普适性,可对不同亚型乳腺癌进行高效治疗。此外,PDT受益于外源激光介导的按需定位治疗模式,具有较低的全身性毒副作用等优势。然而,传统PDT的治疗效率严重受限于肿瘤的乏氧微环境,因此迫切需要开发提高PDT治疗效率的策略。此外,由于乳腺癌具有高转移性,而PDT对外加光源的依赖性导致其对于全身性转移病灶治疗范围有限,因此开发非光源依赖的可实现肿瘤特异性氧化应激损伤的药物同样引起了研究人员的重视。针对以上问题,本学位论文围绕不同亚型的乳腺癌共有的过氧化氢（H2O2）高表达的肿瘤微环境特性,设计了H2O2响应型PDT纳米材料和非光源依赖性诱导肿瘤特异性氧化应激损伤的纳米材料,通过增强氧化应激来高效治疗乳腺癌。获得的主要创新性研究成果总结如下:一、开发了具有类过氧化氢酶活性的铂纳米粒子（Pt NPs,～3 nm）,其在中性pH下,仍可高效歧化H2O2为O2,因此为解决现有类过氧化氢纳米酶具有严重pH依赖性问题提出了备选方案。开发了新型的普适性模版（固有介孔结构及高比面积的氨基化金属有机框架结构,NH2-MOF）用于制备具有高效光热性能及药物递送能力的介孔金纳米壳材料(NH2-MOF@Aushell)。该方法相较于传统制备工艺,如种子生长法、贵金属刻蚀法等,具有简便、高效、高产率以及普适性,可适用于不同组成成分、形貌及尺寸的NH2-MOF。基于该策略,进一步针对H2O2过表达的肿瘤微环境设计了具有类过氧化氢酶活性的复合NH2-MOF材料（Pt@UiO-66-NH2）,并构建了介孔核壳纳米结构用于负载二氢卟吩e6（Ce6）光敏剂分子(Pt@UiO-66-NH2@Aushell-Ce6,PUA-Ce6)。乳腺癌荷瘤小鼠的体内治疗结果显示,PUA-Ce6可通过歧化肿瘤部位H2O2高效缓解肿瘤乏氧,从而提高PDT疗效,造成肿瘤高氧化应激。此外,通过联合介孔金纳米壳具有的光热性能,PUA-Ce6纳米系统可取得100%的乳腺肿瘤消融。二、前期PUA-Ce6中类过氧化氢纳米酶（Pt NPs）的引入,虽可高效歧化肿瘤部位H2O2,但肿瘤有限的内源性H2O2含量限制了最终肿瘤内部O2的产量。在接下来的研究中,通过对肿瘤微环境的深入了解以及受生物体内集联催化反应（一种酶的催化产物作为另一种酶的催化底物）的启发,通过巧妙的设计,将第二章节中单一纳米酶介导的催化反应（Pt NPs歧化H2O2）拓展到两种纳米酶介导的级联催化反应（类葡萄糖氧化酶活性的超小金纳米颗粒AuNPs分解葡萄糖为H2O2,Pt NPs歧化产物H2O2和肿瘤内源性H2O2）。该体系以具有光动力性能的锆基卟啉MOF纳米粒子（PCN-224）为内核和外层,Pt NPs纳米酶作为中间层,组成了“三明治结构”（P@Pt@P）;随后在外层PCN-224中原位诱导生长超小AuNPs纳米酶（P@Pt@P-Au）,并在表面修饰叶酸分子（P@Pt@P-Au-FA）以提高其在磷酸盐环境中的结构稳定性。该双无机纳米酶系统可针对肿瘤微环境有效诱导原位级联催化反应:Pt NPs通过歧化肿瘤H2O2来有效缓解肿瘤乏氧,进而一方面用于增强PDT治疗效果,另一方面肿瘤内部O2含量的提高可加速AuNPs催化葡萄糖为的H2O2的效率（该过程可通过暂时削弱肿瘤能量供给而延缓肿瘤生长,同时生成的H2O2可进一步作为Pt NPs催化底物）,实现乳腺癌荷瘤小鼠的PDT-饥饿协同治疗,达到显著的增强型氧化应激治疗效果（90.88%的肿瘤抑制率）。三、基于PDT/光热的治疗模式虽具有“立竿见影”的治疗效果,但其光依赖性（激发光穿透深度较低）导致其针对深层肿瘤治疗具有一定的限制性。因此,在进一步的研究工作中探索了肿瘤内源性H2O2激活的可高效诱导氧化应激的药物—PEG修饰的超小单质砷烯纳米点（AsNDs@PEG）。相较于传统砷类药物（氧化砷、硫化砷等）不佳的实体肿瘤临床治疗试验结果,AsNDs@PEG具有（1）固有的低毒性(无机砷和有机砷中的高价态砷元素As3+和As5+与富含巯基的蛋白质有强相互作用,可导致蛋白质失活而造成毒性,而单质砷As~0则具有较低的毒性);（2）肿瘤微环境激活的特异性肿瘤治疗效果（单质砷烯可以在肿瘤组织内被内源性H2O2选择性氧化,从而转化成毒性更高的高价态砷化合物）;（3）具有和石墨烯、黑磷等相似的菱面体层状结构,可实现近红外光激发下的光热转换性能。AsNDs@PEG在细胞水平及乳腺癌荷瘤小鼠模型上（皮下肿瘤模型及肺转移肿瘤模型）通过诱发氧化应激引起肿瘤凋亡、线粒体去极化、DNA损伤、细胞周期阻滞、降低增值能力、减少血管生成等生物学效应,可实现无需外源激光依赖的肿瘤特异性高效治疗（77.49%的肿瘤抑制率）。此外,外加近红外光源可进一步提高肿瘤治疗效率,实现乳腺肿瘤完全消融（100%的肿瘤抑制率）,且无复发迹象。