生物相容性良好纳米探针的构建及其在肿瘤成像和治疗中的应用

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背景及目的:高性能的磁共振(magnetic resonance,MR)成像对比剂是磁共振检查中准确诊断疾病的关键。尤其是同时具备T1和T2双模态磁共振成像的对比剂更是引起了越来越多的关注。然而,目前双模态磁共振成像对比剂的合成方法复杂、条件苛刻、毒性不清,严重阻碍了其在临床中的应用。本研究提出运用一种简单、温和的方法来制备牛血清白蛋白(bovine serum albumine,BSA)包裹的Fe3O4纳米粒子(BSA-Fe3O4),并探讨其生物安全性及T1和T2双模态磁共振成像效果。材料及方法:将FeCl3·6H2O、Fe Cl2·4H2O和BSA三种试剂在隔绝空气的条件下混匀,然后加入Na OH反应20 min,即可得到BSA-Fe3O4纳米粒子。本实验的原理为仿生物矿化过程,制备步骤简单,反应条件温和。其中,BSA不仅能够作为模板控制纳米晶体的生长,同时还能使纳米粒子拥有良好的水溶性;而Na OH提供的碱性环境不仅能触发Fe3O4纳米晶体的形成,并且能促进BSA三级结构的展开,增强其包覆能力。随后,将制得的BSA-Fe3O4纳米粒子进行透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectoscopy,FT-IR)、X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)和动态光散射(dynamic light scattering,DLS)等表征。在BSA-Fe3O4纳米粒子用于活体MR成像之前,运用0.5 T MR扫描仪进行了体外MR成像效果及弛豫率的测试;然后,运用3.0 T MR扫描仪进一步测试了昆明鼠皮下注射和尾静脉注射BSA-Fe3O4纳米粒子后的MR成像效果。为了确保BSA-Fe3O4纳米粒子用于活体成像的安全性,进行了体外细胞毒性实验(MTT实验)及活体毒性评估实验(检测昆明鼠尾静脉注射BSA-Fe3O4纳米粒子后体重的变化及重要脏器的组织学染色分析)。结果:BSA-Fe3O4纳米粒子表征的结果表明其为粒径3.2 nm的球形,并证明了BSA成分的存在、Fe离子的氧化状态以及适合用于生物体成像的水力学粒径。体外MR成像表明BSA-Fe3O4纳米粒子拥有较好的成像效果及弛豫率,且T1弛豫率为6.98 m M-1 s-1,高于临床常规使用的Gd-DTPA(5.02 m M-1 s-1);体内成像同样得到了令人满意的效果,如经尾静脉注射肝脏T2成像具有较长的时间窗。体外细胞毒性实验可见细胞存活率均在80%以上,体内毒性评估未见实验组与对照组的体重和组织学染色存在明显差异。结论:本研究通过简单、温和的仿生物矿化法制备BSA-Fe3O4纳米粒子,并成功应用于生物体MR成像,且对生物体无明显毒副作用。为MR成像对比剂进一步的深入研究提供了一定的基础。背景及目的:肿瘤的光热治疗作为一种非侵入性治疗方法受到了越来越多的关注,其具有简单易操作和系统性毒性损伤少等优点。但是,目前的光热治疗纳米粒子在肿瘤部位低积聚性使其利用率较低,或者部分肿瘤原位使用的纳米粒子易穿过血管进入血流而引起系统性毒性损伤等,以上副作用极大的限制了光热治疗在临床肿瘤治疗中的应用。然而,目前仍然缺少一种具有良好的生物相容性和肿瘤部位高积聚性的肿瘤微环境敏感的纳米材料。因此,我们提出以胱胺(cystamine)为配体来制备具有良好光热治疗效果及最小化副作用的聚多巴胺纳米粒子(cystamine-PDA NPs)用于肿瘤原位光热治疗。引入了胱胺的聚多巴胺纳米粒子在模拟肿瘤微环境谷胱甘肽(GSH)的作用下会发生沉淀,因而具有促进纳米粒子在肿瘤部位积聚的潜力,为减少纳米粒子进入血液循环而引起的副作用提供了可能。材料及方法:Cystamine-PDA纳米粒子是通过简单的一步法制得,将盐酸多巴胺和胱胺二盐酸混匀后置于70°C的水浴中,然后加入Na OH溶液反应5 h即可获得。在碱性条件下,通过多巴胺自组装形成聚多巴胺是目前制备聚多巴胺普遍使用的方法,加入胱胺是为了将二硫键引入到聚多巴胺纳米粒子中,最后得到对肿瘤微环境中谷胱甘肽(GSH)敏感的cystamine-PDA纳米粒子。然后进行透射电子显微镜(TEM)、动态光散射(DLS)、紫外吸收光谱、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征。将cystamine-PDA纳米粒子和PDA纳米粒子(根据文献制得)分别置于体外模拟肿瘤GSH环境中来测试对肿瘤微环境的敏感性并做对比。为了测试cystamine-PDA纳米粒子的光热转化能力及光热稳定性,进行了体外光热升温实验和光热循环升温实验,并测试了光热循环升温实验前后紫外吸收光谱的变化,同时与FDA批准的光热治疗材料ICG做了对比;然后进一步做了体外肿瘤细胞光热杀伤实验和体内肿瘤光热治疗实验,并记录了肿瘤光热治疗前后不同时间点的大小变化。为了保证cystamine-PDA纳米粒子用于肿瘤光热治疗的安全性,进行了细胞毒性实验(MTT实验)和活体毒性评估(皮下注射cystamine-PDA纳米粒子后进行连续的体重监测、血清生化指标和组织学染色分析)。结果:表征结果表明所制备的cystamine-PDA纳米粒子为大小均一的球形,粒径约120 nm,并证实了相应的组成成分的存在、良好的紫外吸收能力以及胶体稳定性。体外模拟肿瘤GSH微环境表明了cystamine-PDA纳米粒子对GSH的敏感性,并随GSH浓度的升高敏感性也越高。体外光热升温实验和光热循环升温实验表明cystamine-PDA纳米粒子具有良好的光热转化能力及光热稳定性,且优于ICG;体外肿瘤细胞杀伤实验和体内肿瘤光热治疗实验进一步证实了cystamine-PDA纳米粒子良好的光热转化能力。MTT实验和活体毒性评估则说明了cystamine-PDA纳米粒子是一种适用于活体的低毒性纳米粒子。结论:本研究通过将胱胺引入聚多巴胺纳米粒子中制备一种对肿瘤微环境敏感的光热治疗材料,并通过体外模拟GSH环境证实了这一想法。体外和体内各项实验证实了cystamine-PDA纳米粒子的良好光热治疗效果及生物安全性。为发展新型肿瘤微环境响应的光热纳米探针做了铺垫。
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