金属团簇制备及在生物分析中的应用

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangchaofmm
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金属纳米团簇材料通常是由几个到上百个金属原子组成的一种小尺寸新型纳米材料。由于其特殊尺寸效应,使其具备了与传统的纳米材料不同的物理化学性质,例如其精确的分子结构、良好的荧光特性和类酶催化活性等。生物分子模版法合成的金属纳米团簇,具有合成方法简单、生物相容性好、荧光可调性和催化活性好等特点,同时可以保持生物分子自身的生物活性,因此在生物分析领域引起了广泛关注。本课题结合实验室前期工作,分别合成了多肽配体保护的不同荧光信号的金属纳米团簇材料,并通过靶向多肽的偶连实现了针对HER-2受体蛋白具有特异性靶向的金纳米团簇材料,并实现了对HER-2高表达乳腺癌细胞系的选择性抑制。同时实验以铜、铂元素为基础,以鸡蛋清蛋白为模板通过优化实验条件制备了具有荧光信号及抑菌活性的铜团簇、铂团簇材料,并对其生物效应进行了初步研究。主要的研究工作概括如下:(1)HER-2过表达乳腺癌诊疗一体化探针的研发HER-2蛋白受体是胃癌及乳腺癌预后判断重要因子,其中在20-30%的恶性乳腺癌患者中有HER-2蛋白受体过表达现象。因此开发针对HER-2受体高表达肿瘤具有特异性抑制的新型抗肿瘤药物对于肿瘤的防控以及治疗都有重要的现实意义。基于此目的,本课题以本课题组前期报道的Sv多肽为模板合成的两种不同荧光发射信号的Sv-Au NCs为基础,通过生物共价偶连的方法,将具有靶向表皮生长因子受体2(HER-2)功能的KL6多肽共价结合到制备的Sv-Au NCs团簇材料上。实验通过DLS及HRTEM对材料的尺寸及形貌进行了表征,通过MALDI-TOF-MS对材料的分子构成进行了表征,通过TMB催化实验探究了材料的类酶催化活性,通过CCK-8细胞活度测试实验、溶血实验等对团簇药物的生物安全性做了初步评价。实验同时通过构建的SPR生物传感器对药物的靶向性进行了探究。最后通过选取HER-2受体高表达乳腺癌细胞SK-Br-3细胞及低表达的MDA-MB-231、MAC-145、MCF-7为模型细胞研究了团簇药物的抑制肿瘤效果。实验结果显示通过共价偶连的KL6-Sv-Au NCs团簇类药物能够保持部分KL6肽的还原性巯基及保持了金团簇材料的类酶催化活性。同时制备的KL6-Sv-Au NCs团簇类对HER-2受体高表达的SK-Br-3细胞系具有很好的选择性。细胞活度及溶血实验显示制备的团簇类药物具有良好的生物安全性。肿瘤细胞抑制实验结果显示经过KL6多肽修饰的两种不同荧光信号的金团簇探针均能特异性抑制HER-2高表达SK-Br-3细胞,而对其他类型肿瘤细胞及正常细胞具有良好的生物安全性。该项工作为开发安全、利用率高的针对HER-2受体高表达癌症诊治的药物提供了新的选择和新的思路。(2)鸡蛋清金属纳米团簇的合成及其生物效应研究传统的生物模板分子合成金属纳米团簇材料通常聚焦于功能蛋白及功能多肽。通常商业的功能蛋白及多肽存在价格昂贵、来源受限等缺点。而鸡蛋清富含丰富功能蛋白,且价格便宜易获取。因此以鸡蛋清中功能蛋白为模板探索制备不同功能的金属团簇探针,对于拓展金属团簇探针的模板探针及拓展金属探针的新应用都有重要的意义。基于此,本实验以市场购买的普通鸡蛋的鸡蛋清作为模板,通过优化实验条件合成了具有蓝色荧光发射的铜团簇(λex=330 nm,λem=410 nm)和具有绿色荧光发射的铂团簇(λex=380 nm,λem=450 nm)。实验通过DLS及HRTEM对材料的尺寸及形貌进行了表征,通过荧光光谱、紫外光谱、红外光谱对材料进行了表征,通过优化TMB催化显色实验条件探究了材料最优类酶催化活性。通过CCK-8细胞活度测试实验对铂团簇药物的抗肿瘤效果进行初步评价,通过DAB催化显色实验对铜团簇的类酶催化活性进一步进行了探究,实验同时研究了团簇材料体外抑菌效果。HRTEM数据显示制备的两种金属探针分散性良好、尺寸均一,铂团簇探针尺寸为3.22±0.20 nm,铜团簇探针尺寸为1.98±0.24nm。通过荧光追踪、红外光谱、紫外光谱表征结果显示合成的金属探针具有良好的稳定性。实验结果显示具有靶向肺癌A549细胞的功能多肽LHRH通过生物共价偶连与EWPt NCs结合后对A549肿瘤细胞产生抑制作用,铂团簇浓度达到200μM时导致接近一半细胞凋亡。同时铜团簇具有良好的类酶催化活性,实现对细胞DAB催化显色成像。体外抑菌实验结果显示LHRH-EW-Pt NCs和EW-CuNCs均对金黄色葡萄球菌(S.aureus)、大肠杆菌(E.coli)具有抑制作用,且EW-CuNCs的抑菌效果优于LHRH-EW-Pt NCs。为开发无毒、低成本、高效的抗肿瘤、抑菌安全类新药物提供了新的选择新的思路。
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