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背景:肿瘤是死亡的主导原因。由于人口的增长和衰老,特别是占世界人口82%的发展中国家,肿瘤问题日益严重。尽管临床使用的化疗药物很多,但仍远远不够,需要我们继续努力研发新药。目前的抗肿瘤药物疗效不够理想,副作用较强,较易耐受,且肿瘤早期诊断困难,肿瘤组织与正常组织的边界不易区分等,肿瘤治疗与诊断仍然困难重重。目的:基于Mn-dpa和m-BDA在肿瘤细胞抑制和成像中的初步结果,采用纳米技术将Mndpa和m-BDA合成为多功能纳米材料PEG-Mn-BDA;检测PEG-Mn-BDA抗肿瘤作用及副作用;研究PEG-Mn-BDA选择性抗肿瘤效应的线粒体机制;检测PEG-Mn-BDA能否在肿瘤中荧光成像和核磁成像。进一步研究,有望研发同时具备肿瘤的治疗和诊断作用新型药物。方法:I.将PEG-NHCH2COOH与Mn Cl2.4H2O和m-BDA反应合成PEG-Mn-BDA。透射电镜(TEM)观察纳米制剂的形态,粒度仪检测粒径,红外和紫外光谱鉴定结构,原子吸收光谱检测PEG-Mn-BDA中锰的含量。II.以不同浓度的PEG-Mn-BD处理肿瘤细胞株及正常细胞株,MTT法检测细胞活性,倒置显微镜观察细胞形态,Annexin-V/PI双染流式细胞仪检测细胞凋亡,MDC染色荧光显微镜观察自噬。Western blot检测细胞死亡、增殖、转运等相关蛋白的表达;JC-1或罗丹明检测线粒体膜电位、荧光素酶法检测ATP含量、DCFH-DA检测活性氧(ROS)水平,分析线粒体的功能;乳酸脱氢酶(LDH)试剂盒检测LDH活性,分析PEG-Mn-BDA对肿瘤细胞糖酵解的影响。III.激光共聚焦显微镜观察荧光成像,Trio 3.0 T磁共振成像仪观察磁共振成像.IV.采用肝癌小鼠荷瘤模型,初步检测了PEG-Mn-BDA的抑瘤作用和毒副作用。结果:1.Adpa-Mn以时间和剂量依赖性方式抑制胶质瘤细胞的活性,效果比顺铂更好。其肿瘤细胞的选择性作用与胶质瘤细胞上表达的转铁蛋白和转铁蛋白受体有关。Adpa-Mn通过靶向线粒体,引起线粒体膜电位去极化并减少ATP的产生,Adpa-Mn能诱导促凋亡蛋白caspase 3,caspase 7和caspase 9高表达,并显著降低抗凋亡蛋白Bcl2的表达。流式细胞仪检测表明,Adpa-Mn能促进细胞凋亡。但是Adpa-Mn诱导的自噬与抗肿瘤机制无关。2.m-BDA可以时间和剂量依赖性方式选择性抑制SMMC-7721,HCT-116和Hep G2细胞。在荧光显微镜下发现m-BDA有荧光信号,分布于胞浆,不入细胞核。m-BDA通过靶向线粒体,引起线粒体膜电位去极化,增加caspase3表达从而促进细胞凋亡。m-BDA也能抑制LDH-A,使其表达及活性降低。m-BDA通过抑制LDH-A,导致丙酮酸进入线粒体,从而增加ROS诱导凋亡。m-BDA在低氧环境下比常氧环境有更强的抗肿瘤细胞增殖作用。3.成功合成了PEG-Mn-BDA。透射电镜观察和粒径仪检测显示PEG-Mn-BDA粒径大小在200纳米左右。PEG-Mn-BDA仍然具有Adpa-Mn和m-BDA的抗肿瘤特性,即PEG-Mn-BDA可以时间和剂量依赖性方式选择性抑制肿瘤细胞SMMC-7721、HCT-116和Hep G2细胞的增殖。PEG-Mn-BDA对肿瘤的抑制作用比m-BDA略高,PEG-Mn-BDA也分布于肿瘤细胞胞浆,但荧光较m-BDA弱一些。PEG-Mn-BDA也能够在肿瘤细胞中核磁共振成像,即可以在肿瘤细胞双模成像。PEG-Mn-BDA也能够抑制LDH-A表达及活性。而且,PEG-Mn-BDA能增加细胞内ROS的产生,增加促凋亡蛋白caspase3表达,诱导细胞凋亡。PEG-Mn-BDA也可使线粒体膜电位降低,促进细胞凋亡。PEG-Mn-BDA在低氧环境下能够对肿瘤细胞增殖的抑制作用更强。在体实验表明,PEG-Mn-BDA具有抑制肝癌移植瘤细胞生长,且副作用较低,提示PEG-Mn-BDA有望成为较好的抗肿瘤药物。结论:我们的研究表明,成功合成了PEG-Mn-BDA,且发现PEG-Mn-BDA对正常细胞具有更小的副作用。PEG-Mn-BDA能够被用来作为双模成像从而解决肿瘤诊断中的敏感性、溶解性和组织渗透性等问题。而且,PEG-Mn-BDA能够靶向肿瘤的代谢途径,通过氧化磷酸化导致能量再分布,能够减少肿瘤耐药的问题。综上所述,PEG-Mn-BDA可能成为兼具肿瘤双模成像和高效低毒化疗的新型药物。