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纳米技术已经被广泛的应用于人们的日常生活中。越来越多的纳米材料在材料、能源、食品和医疗等领域发挥重要的作用。特别是在生物医学工程领域,许多新型的纳米材料都在帮助人们实现针对肿瘤和心脑血管等疾病的诊断和治疗。本研究在课题组前期研究的基础上,利用与自由基密切相关的重大疾病模型,发展了基于原位生物合成纳米簇的多模态成像新方法;并以四-磺酸基苯基卟啉（TSPP）-二氧化钛（TiO2）复合体系开展光动力治疗研究,取得了如下成果:1)创新性地利用氯金酸和亚铁离子在肿瘤内部原位生物合成金-铁纳米簇复合探针实现了肿瘤多模态自成像。同时,采用噻唑蓝（MTT）标记法测试了试剂的细胞毒性;利用活体成像、血液标志物检测和病理组织切片等手段观察材料对于生物体内的循环、排泄系统的毒副作用,研究结果表明活体原位生物合成的金-铁纳米簇具有非常好的生物相容性。其中生物合成的金纳米簇可以用于荧光成像和计算机断层扫描（CT）成像,铁纳米簇可以显著增强核磁共振（MR）的成像效果,二者协同作用可以实现对于肿瘤的早期检测和多模态生物成像分析。这部分研究成果进一步开辟了将体内原位生物合成的多模态成像探针应用于深层肿瘤的早期临床诊断的可能性,对于癌症的早期诊疗具有重要意义。2)与此同时,利用生物相容性优良的葡萄糖酸锌作为新型试剂,应用于缺血型脑卒中的成像检测,发现锌离子可以穿过血脑屏障,富集在缺血、缺氧的炎症病灶,并通过原位生物合成锌纳米簇用于荧光成像。该检测手段简单、有效,可以实现针对缺血型脑卒中的早期、快速生物成像,随着未来研究的深入或可为缺血型脑卒中的诊断提供全新的思路和方法。3)进一步地,利用TiO2纳米晶须材料吸附TSPP并降低其毒副作用,从体外和体内两个层面阐明光动力治疗中Ti02纳米晶须材料对于TSPP的防护与控释作用。在此基础上提出和建立了将TSPP与TiO2纳米晶须构成的复合材料作为优良的生物探针和光动力治疗试剂的新技术和新方法,并成功应用于关节炎的快速诊疗。研究结果表明,TSPP-Ti02纳米复合材料的光动力治疗可以显著降低白介素-17和肿瘤坏死因子（TNF-α）水平并影响血液的其他炎症相关参数,有效地缓解、减轻类风湿性关节炎（RA）的症状,且具有很好的生物相容性;同时,利用TSPP-TiO2纳米复合材料的荧光特性,还可以在RA模型发病前实现早期荧光检测与精准成像。此外,我们还研究和探讨了基于TSPP-TiO2的光动力治疗后,体外培养的RA模型骨髓间充质干细胞（BMSC）的miRNA水平的变化,发现rno-mir-375-3p和rno-mir-196-3p的表达水平相比于对照组上调了百余倍;同时,一些同RA发病机理密切相关的miRNA也被发现有显著变化。这一部分研究是首次针对光动力治疗后RA模型的BMSC中miRNA表达水平变化的探索,对于理解BMSC在RA发病机制中的作用具有重要的意义和潜在的应用价值。