基于介孔有机氧化硅纳米递药系统的构建及其抗肿瘤活性评价

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目前,肿瘤的特异性诊疗仍是生命科学研究的热点和难点。得益于纳米技术的飞速发展,纳米药物的研发为肿瘤诊疗和安全用药提供了新的策略。因介孔硅基纳米材料具有较大的比表面积、均匀可调的孔径和易于功能化修饰等优势,其在药物递送和组织工程等领域显示出广阔的应用前景。然而,纯无机硅纳米材料存在难以生物降解和肿瘤部位释药性能差等问题,限制了其在肿瘤药物递送领域的应用。因此,设计具有生物可降解且具有肿瘤微环境响应性释药性能的硅基纳米载体具有重要意义。基于上述实际需求,本文以形态粒径可控和生物可降解的介孔有机氧化硅纳米材料的合成为基础,构建具有协同抗肿瘤作用的刺激响应型纳米递药系统,并对其体内外抗肿瘤活性进行系统评价。本论文主要包括以下两方面的内容。Ⅰ.基于界面修饰的Paclitaxel/IR820@HMONs-PEG纳米递药系统的构建及其光热-化疗协同抗肿瘤活性评价。紫杉醇作为传统的抗肿瘤药物广泛应用于临床中,但其存在水溶性差、毒副作用大和易致多药耐药等问题。针对这些不足,研究者设计了基于紫杉醇的纳米递药系统,但其仍面临着载药量低、药物易泄露和突释等问题。考虑到单一化疗难以达到理想的治疗效果,借助光热-化疗联合治疗,可有效促进药物胞内摄取,同时发挥光热消融作用,共同杀伤肿瘤细胞,提高抗肿瘤效果。在此背景下,本文应用“化学同源”原理制备了一种可生物降解的有机/无机杂化的中空介孔有机硅纳米载体(HMONs),用其同时包载抗癌药物紫杉醇(Paclitaxel)和光热转换剂IR820,并进一步对其表面进行聚乙二醇修饰以提高生物相容性,得到具有光热-化疗协同抗肿瘤作用的纳米递药系统(Paclitaxel/IR820@HMONs-PEG)。研究结果表明,该纳米递药系统对紫杉醇的包载量可达到28.4%,且高效稳定,优于多数文献报道的紫杉醇基纳米载体。通过激光粒度测定仪、透射电镜、比表面积测定仪以及红外光谱仪等设备表征了该纳米递药系统的形貌和结构组成。通过谷胱甘肽(GSH)响应性药物释放、体外光热转换和溶血等实验表明纳米递药系统具有良好的GSH响应性药物释放性能、较好的光热转换性能以及优良的生物相容性。通过体外细胞摄取、细胞毒性、活死细胞染色以及细胞凋亡实验等验证了该纳米递药系统具有较好的体外光热-化疗协同抗肿瘤作用。此外,进一步通过体内抑瘤实验证实了该纳米药物具有良好的联合抗肿瘤效果。Ⅱ.基于功能化的Aloe-emodin/IR820@PMONs-PEG纳米递药系统的构建及其光热-化疗协同抗肿瘤活性评价。芦荟大黄素(Aloe-emodin)是甘肃省道地中药大黄的主成分之一,可有效通过多种机制发挥抗肿瘤活性,但其存在水溶性差、首过效应较强和生物利用度低等问题而限制了其成药性。本研究通过改变掺杂的有机基团的种类和性质以调控介孔硅骨架的亲疏水性,从而利用疏水相互作用将芦荟大黄素包封于生物可降解的周期性介孔有机硅纳米粒中以提高芦荟大黄素的成药性和肿瘤部位靶向递送能力。同时,为了进一步提高GSH响应性药物释放性能,合成了同时掺杂二硫键和四硫键的PMONs,在借助疏水间作用力促进药物的有效包载的同时实现肿瘤部位的特异性释放,获得更好的治疗效果。因单一化疗的内在缺陷,进一步将光热转换剂IR820共同包载于纳米载体中实现光热-化疗协同抗肿瘤作用。首先,应用“溶胶-凝胶”法制备二硫键和四硫键共掺杂的周期性介孔有机硅纳米粒(PMONs),用其同时包载芦荟大黄素和IR820,并进一步修饰聚乙二醇以提高其生物相容性,构建得到稳定的光热-化疗协同抗肿瘤纳米递药系统(Aloeemodin/IR820@PMONs-PEG)。通过形貌分析和结构表征、体外药物释放、体外光热转换、溶血实验、体外细胞摄取、体外细胞毒性实验以及体内抗肿瘤等实验系统评价该纳米递药系统的理化特性及其光热-化疗协同抗肿瘤效果。研究结果表明该纳米递药系统具有优良的GSH刺激响应性药物释放性能、较好的光热转换性能、较好的生物相容性,以及较强的光热-化疗协同抗肿瘤作用。据此,可通过调控介孔硅骨架的理化性质将其应用于更多难溶性中药有效成分的靶向递送和疾病治疗,提高传统中药成药性和治疗效果。
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