论文部分内容阅读
细胞、细菌、病毒和蛋白质介导的生物治疗广泛应用于生物医学领域。但是其在应用过程中存在活性不足、易降解、难以评估给药后的体内分布等缺陷,从而使治疗效果大打折扣。微/纳米载体技术的引入可以充分弥补生物治疗应用过程中的问题,它可对生物制剂进行封装,避免其被降解并保持活性,有望实现生物治疗的高效化。本文以蓝细菌,溶瘤病毒和光敏蛋白为例,与微/纳米载体技术有机结合,分别构建了微/纳米蓝细菌生物治疗系统、纳米溶瘤病毒生物治疗系统和微米光敏蛋白生物治疗系统,并分别将其应用于肿瘤治疗和神经调控领域。具体研究内容如下:1、蓝细菌生物氧气泵用于增强乏氧肿瘤光动力治疗研究光动力疗法（PDT）通过催化氧气转化为细胞毒性活性氧（ROS）来抑制肿瘤的发生和发展。然而,肿瘤部位的乏氧微环境以及PDT过程中的氧气消耗限制了PDT效果。为了缓解肿瘤部位乏氧并改善PDT效果,本章基于蓝细菌构建了生物氧气泵,蓝细菌在640 nm的激光照射下产生氧气（照射5 min,氧气含量增加了26%）。将负载光敏剂吲哚菁绿（ICG）的介孔二氧化硅纳米颗粒（MSNICG）和蓝细菌（Synechococcus elongatus UTEX 2973,S.2973）共同包封到可注射海藻酸钠水凝胶中,制备得到包裹MSN-ICG和S.2973的水凝胶系统（ALGMI-S2973）。ALG-MI-S2973中S.2973的活性不受影响。而且水凝胶和MSN的双重作用可以实现ICG的缓慢释放,从而保证了治疗效果的长期性。体外细胞实验结果表明:与单一激光照射组相比,ALG-MI-S2973在640 nm和808 nm激光的共同照射下（ALG-MI-S2973+640+NIR）能诱导更多的肿瘤细胞死亡。通过原位注射,水凝胶将蓝细菌固定在肿瘤部位,而不发生扩散。同时,PDT过程中产生的ROS能将S.2973杀死,保证了该生物治疗系统在运行过程中的安全性。此外,在治疗过程中,不同波长激光的使用保障了该体系的稳定运行。体内实验表明ALG-MI-S2973+640+NIR对肿瘤的抑制率几乎达到了100%。本章提出了一种新的光-氧-动力学疗法,为乏氧肿瘤的光动力治疗提供了一种新策略。2、纳米囊泡包裹的溶瘤腺病毒生物治疗用于抗肿瘤研究溶瘤病毒可在肿瘤细胞中特异性复制,诱导感染的肿瘤细胞死亡,但是其对正常细胞不产生毒性。溶瘤腺病毒（OA）是一种非常有吸引力的溶瘤“药物”,因为它具有很高的病毒颗粒稳定性和潜在的溶解细胞活性。静脉注射OA的效率受到血液中和抗体的中和作用限制,并且系统给药的OA会在肝脏中大量聚集,从而导致肝毒性。为了提高OA在血液循环中的稳定性,减少其在肝脏中的蓄积,本章通过静电相互作用实现磷酸钙包裹OA（Cap-OA）,然后在其外部形成脂质体外壳,从而形成脂质体和磷酸钙双包裹OA（LC-OA）。其中,脂质体可协助OA逃避中和抗体的结合,从血液循环中逃逸出来,延长循环时间。Cap的酸溶解特性可协助OA从溶酶体中逃逸出来,有助于OA在肿瘤细胞内的复制。体外实验结果表明:LC-OA具有良好的稳定性和病毒活性,并可在肿瘤细胞内大量扩增。与化疗药物相比,LC-OA对正常细胞几乎无损伤。实时荧光定量PCR（q PCR）实验结果表明:LC-OA在肿瘤组织中病毒基因拷贝数明显高于OA组,此外LCOA在肝脏组织中病毒拷贝数明显减少,降低了对肝脏的损伤。尾静脉注射的LCOA通过高通透和滞留（EPR）效应靶向到达肿瘤组织,从而抑制肿瘤生长（肿瘤抑制率约为89.1%）。本章为溶瘤病毒生物治疗与纳米载体技术的结合提供了一种新思路。3、应力发光微器件-光敏蛋白生物治疗用于神经调控研究光敏蛋白是一类横跨细胞膜的离子通道蛋白,在特定波长激光的作用下,离子通道打开,选择性通过阳离子或阴离子,进而激活或抑制细胞的生命活动。光遗传学是一门利用光和遗传工程来调控神经元活动的科学,这种方法能够对特定类型的神经元进行高度精确的刺激,但有线操作限制了它的进一步应用。微器件以及微/纳米载体技术的进步给无线光遗传学的发展带来了希望。本章以应力发光材料为基础构建应力发光微器件,与光敏蛋白结合用于神经调控研究。应力发光材料可将机械能转化为光,与二甲基硅氧烷（PDMS）混合来制备应力发光微器件。应力发光微器件能够响应外界无线磁场而发光。同时,通过控制外界磁场的旋转频率可以调节应力发光微器件的发光强度。外部磁场既是编码信号又是输出信号,从而提高了系统的机动性。体外实验结果表明:应力发光微器件具有良好的发光稳定性和重复性。体内实验结果表明:应力发光微器件在外界磁场的作用下可以激活神经元并影响大鼠的运动行为。这种应力发光微器件-光敏蛋白生物治疗可实现无线调节和高灵敏响应,为神经调控提供重要参考。综上,本文将生物治疗和微/纳米载体技术有机结合,两种手段优势互补,能更好的满足生物医学应用需求。分别基于蓝细菌、溶瘤腺病毒和光敏蛋白质构建了3种微/纳米生物治疗系统,可有效提高生物制剂的活性和疾病防治效率,为生物药物制剂研发提供新思路。