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本文首先将超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4)及荧光染料异硫氰酸酯(FITC)包裹在由正硅酸乙酯(TEOS)水解形成的二氧化硅层中,制备荧光磁性硅纳米粒(Fluorescein-doped magnetic silica nanoparticles,FMSNs)。这种硅纳米粒可以兼具磁共振造影与荧光示踪的功能,而且如果负载上药物,还可以兼具诊断和治疗的作用。如果能将FMSNs应用于脑部疾病治疗,会比其它单一性质的纳米粒具有更多的优势和潜力。但是,文献报道FMSNs应用于脑部药物转运时最大的难题就是血液循环半衰期短,易被网状内皮系统(RES)吞噬。
为了解决上述难题,本文分别设计了聚乙二醇(PEG)通过聚酰胺.胺(PAMAM)树状分子修饰的荧光磁性硅纳米粒(PEGylated PAMAM modifiedFMSNs,PEGylated PFMSNs),以及转铁蛋白(Transferrin,Tf)通过双官能团PEG链修饰的荧光磁性硅纳米粒(Tfmodified FMSNs,Tf-PEG5k-FMSNs),并对两种纳米粒在体内跨越BBB的能力及其分布情况进行了评估。主要研究内容及结果如下:
(一)PEGylated PFMSNs的制备及表征:通过PAMAM将PEG共价结合到硅纳米粒FMSNs表面。得到的纳米粒PEGylated PFMSNs经透射电子显微镜(TEM)、Zeta-电势、热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)等表征。结果表明制备的纳米粒分散均匀,大小均一约为80nm,PEG及PAMAM成功修饰到了硅纳米粒FMSNs表面。
(二)PEGylated PFMSNs在体内跨越BBB的评估:不仅在细胞水平上,用激光共聚焦显微镜检测大鼠脑组织切片;而且在亚细胞水平上,用透射电子显微镜检测脑组织超薄切片。结果显示,PEGylated PFMSNs跨越了BBB；并发现PEGylated PFMSNs跨越了BBB之后分布在神经元树突、轴突中；免疫荧光染色实验也证明了PEGylated PFMSNs在神经元的分布。
(三)Tf-PEG5k-FMSNs的制备及表征:通过双官能团PEG连接臂将Tf共价结合到硅纳米粒FMSNs表面。得到的纳米粒Tf-PEG5k-FMSNs经透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外变换色谱(FTIR)、热失重分析(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、BCA蛋白含量测定法等表征。结果表明制备的纳米粒大小均一约为80nm,Tf成功修饰到了硅纳米粒FMSNs表面,修饰量为905ng/mg(Tf/Tf-PEG5k-FMSNs)。
(四)Tf-PEG5k-FMSNs在体内分布情况及跨越BBB评估:不仅在细胞水平上,用激光共聚焦显微镜检测大鼠脑组织冠状连续切片(纹状体、海马、丘脑、黑质、中脑及小脑六个位置),及心、肝、脾、肺、肾各组织切片:而且在亚细胞水平上,用透射电子显微镜检测脑组织超薄切片。结果显示,经过修饰之后,Tf-PEG5k-FMSNs减少了在肝、肺等器官的分布；FMSNs、Tf-PEG5k-FMSNs在纹状体、海马、丘脑、黑质、中脑及小脑六个区域中均有分布,但是Tf-PEG5k-FMSNs跨越了BBB；且Tf-PEG5k-FMSNs跨越了BBB之后分布在神经元细胞质、树突、轴突以及突触中；免疫荧光染色实验也证明了Tf-PEG5k-FMSNs在神经元的分布。
本课题设计合成的目标载体(PEGylated PFMSNs和Tf-PEG5k-FMSNs荧光磁性硅纳米粒)及其跨越血脑屏障的研究未见文献报导,结果表明该载体不但可以透过血脑屏障,而且容易被神经元摄取,为该载体用于脑部疾病的治疗提供了可能。