铁蛋白纳米笼为载体的多模式成像及靶向治疗的研究

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临床上单独使用化疗的方法,常常会导致肿瘤的治疗效果不佳,提出将诊断与治疗相结合的方法,探索诊疗一体化的治疗方案是提高肿瘤治疗的有效手段之一。由于铁蛋白具有高度的均匀性、可控的组装性、还有易于修改和大量的制备,它受到了纳米生物学领域科学家们越来越多的关注。本研究将铁蛋白去除铁核后,将药物Doxorubicin包裹在AFn笼内,表面修饰Fe3O4和Cdots后使其具有磁靶向能力和荧光标记能力,通过周围环境pH的变化控制药物释放。其主要内容包括:(1)构建诊疗一体化的多功能铁蛋白药物转运系统;(2)采用人源乳腺癌细胞(MCF-7)为模型,评价其体外抗肿瘤活性;(3)采用鼠源黑色素瘤B16-F10细胞株,建立C57雌性小鼠荷瘤模型对其体内抗肿瘤活性进行评价。为得到AFn/DOX复合物,首先将铁蛋白去除铁核后得到中空笼状结构的去铁蛋白,然后利用铁蛋白自组装的性质,使药物小分子(DOX)包载在去铁蛋白笼内。为使纳米载体具有荧光探针性质,实现肿瘤诊断功能,本研究通过酰胺键将Cdots连接到AFn/DOX复合物表面;为实现磁靶向和核磁成像功能,本研究将AFn/DOX-Cdots中间产物连接到四氧化三铁纳米粒子的表面,构建出了一种多功能的Fe3O4-AFn/DOX-Cdots纳米转运药物载体,该多功能纳米转运药物载体具有磁靶向能力和核磁成像能力,使肿瘤细胞对药物有更高的摄取量,提高了肿瘤治疗指数;同时又可以实现荧光标记,实时监测肿瘤位置的动态变化,实现肿瘤在荧光方向的诊断。Fe3O4-AFn/DOX-Cdots纳米载药体系的制备主要采用搅拌的方法,在EDC和NHS的催化作用下,羧基与氨基反应形成酰胺键,并优化处方。将制备得到的Fe3O4-AFn/DOX-Cdots纳米复合物分别用紫外可见分光光度计、红外分光光度计和荧光分光光度计进行了表征;采用Nano-zs90型激光纳米粒度分布仪检测,结果显示,去铁蛋白的平均粒径约为12±2.0nm,PDI为0.2左右,Cdots水溶液粒度分布均匀,平均粒径约为5±2.0nm,PDI为0.2左右;采用荧光分光光度计对不同pH值的Cdots水溶液荧光强度进行了考察,结果显示,pH=4.0时Cdots水溶液具有最大的荧光强度;透射电镜(TEM)结果显示,Fe3O4-AFn/DOX-Cdots为类球形;采用紫外可见分光光度计检测药物的吸光度,测定载药系统中dox的载药量,结果表明,dox在纳米复合物中的载药量达6.3%;在37℃条件下,采用透析袋法分别测定了Fe3O4-afn/dox-cdots在ph=5.0和ph=7.4时dox的体外释放,结果表明酸性条件更适合该体系释放药物,通过调节酸碱度能较好的控制药物释放;Fe3O4-afn/dox-cdots具有强磁性,mri实验表明Fe3O4-afn/dox-cdots在磁共振t2场成像,具有明显的浓度依赖性和黑化效应。本研究选择人源的乳腺癌细胞(mcf-7)作为其体外抗肿瘤活性评价的模型,采用mtt法考察了Fe3O4-afn-cdots空白载体的细胞毒性及对乳腺癌细胞的影响,结果显示,空白载体对细胞几乎没有毒性作用,可以认为载体是无毒的;同时又考察了Fe3O4-afn/dox-cdots的细胞毒性及其浓度、作用时间与磁场对乳腺癌细胞的影响,结果显示,在72h时,当dox浓度为50μg/ml的抑制率最大,显著增强了细胞得抑制率,明显增强细胞的毒性;与Fe3O4-afn/dox-cdots不加磁组相比,Fe3O4-afn/dox-cdots/magnet组有更多的细胞摄入量,表明Fe3O4的磁靶向特性更有利于包裹的药物进入细胞内部;在mcf-7摄取实验中,通过细胞内摄取实验初步研究了其细胞毒作用机制,并采用空白载体考察cdots连接到载体后的细胞成像情况,Fe3O4-afn-cdots纳米复合物进入到mcf-7细胞内,经过24h后,明显呈现出大量蓝色点状荧光。采用鼠源黑色素瘤b16-f10细胞株,建立c57雌性小黑鼠荷瘤作为其体内抗肿瘤活性评价的模型。Fe3O4-afn/dox-cdots的体内抗肿瘤效果评价中,考察了Fe3O4-afn/dox-cdots纳米载药体系对荷瘤小鼠肿瘤的抑制作用,结果表明Fe3O4-afn/dox-cdots在磁靶向的载药系统作用下药物更易于滞留在肿瘤部位,在肿瘤部位的酸性环境下,药物更易从铁蛋白笼内释放出来,实现杀伤肿瘤细胞的效果。dox在小鼠血浆的药代动力学实验结果表明,Fe3O4-afn/dox-cdots明显延长了dox在血液中的循环停留时间。此外,mri结果显示注射Fe3O4-afn/dox-cdots后,在外加磁场作用下,小鼠肿瘤部位观察到明显的黑化现象,说明Fe3O4-afn/dox-cdots可作为体内核磁成像t2场的造影剂。体外抗肿瘤活性实验表明:Fe3O4-afn/dox-cdots可以有效的靶向mcf-7细胞,并高效的穿透细胞膜,携带更多的dox进入细胞内部,肿瘤酸性环境使铁蛋白笼打开,释放出药物,从而诱导mcf-7细胞凋亡,最终抑制mcf-7细胞的生长和增殖。体内的抗肿瘤活性实验表明:Fe3O4-afn/dox-cdots具有较低的系统毒性,它可以大大延长dox在体内的循环时间,当肿瘤部位外加磁场时,能将更多的Fe3O4-AFn/DOX-Cdots纳米粒子滞留在肿瘤部位,从而控制药物释放。另外,注射Fe3O4-AFn/DOX-Cdots纳米粒子后,使肿瘤部位在核磁成像中T2场信号强度大幅度下降,可以将其用作肿瘤核磁成像诊断的对比剂。
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