多孔有机框架核酸载体的构建及肿瘤诊疗研究

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随着纳米技术的发展,将纳米科技与抗肿瘤治疗相结合开发更加有效的抗肿瘤治疗方法展现出了巨大的应用前景。其中,基于纳米载体的核酸递送技术在肿瘤治疗以及肿瘤诊断领域中都占据着重要地位。尽管已有多种核酸递送载体被开发出来,但是仍然有较多因素困扰着其在临床的进一步应用。一个较为普遍的问题是,载体担载核酸物质形成的纳米复合物的粒径和形貌较难控制,这会严重影响核酸载体的递送效率,也会影响规模化生产核酸药物制剂的工艺稳定性。通常情况下,阳离子聚合物载体是通过静电作用压缩核酸物质形成纳米复合物颗粒,这种“自下而上”的静电组装过程可控性差,难以形成均一可控的纳米复合物颗粒。本论文中我们提出了一种“自上而下”的核酸载体构建策略,先制备带正电的尺寸均一稳定的多孔有机框架纳米颗粒,然后再复合负电性的核酸物质,实现核酸的担载和递送,并进一步探索了所构建的系列核酸载体在肿瘤治疗和肿瘤诊断中的应用。首先我们对“自上而下”的核酸载体构建策略进行了初步探索。利用分子量为25K的阳离子聚合物超支化聚乙烯亚胺(PEI25K)和光敏剂四(对甲酰基苯基)卟啉通过化学交联的方法制备了一种阳离子柔性有机框架纳米颗粒PEI-Por NPs。该纳米颗粒制备简单、分散性良好并且尺寸均匀。我们制备的PEI-Por NPs保留了卟啉单体的荧光性能和光动力性能,能够进行荧光成像和光动力抗肿瘤治疗。另外带正电的PEI-Por NPs具有较强的核酸担载能力,具有良好的基因转染效果。研究发现,光动力治疗能够引起肿瘤细胞免疫原性死亡,进而改善肿瘤部位免疫抑制微环境,提高免疫细胞对肿瘤细胞的杀伤能力。而沉默肿瘤细胞表面的细胞程序性死亡-配体1(PD-L1)能够进一步增强T细胞对肿瘤细胞的杀伤能力。基于此,我们使用PEI-Por NPs担载shPD-L1质粒DNA并将其应用于实体瘤的抗肿瘤治疗。动物实验结果表明,在担载shPD-L1质粒DNA后,PEI-Por NPs能够在光声成像和荧光成像的指导下实现高效的光动力/基因免疫抗肿瘤联合治疗。为了进一步提升所构建的核酸载体的生物降解性能和生物安全性,我们以均三苯甲醛、N-Boc-对苯二胺、PEI1.8K和胱胺盐酸盐为原料,通过一锅法制备了阳离子共价有机框架纳米颗粒CLZU NPs(LZU-PEI1.8K,LZU-Cys NPs),并对CLZU NPs的制备工艺做了详细的探索,实现了对纳米颗粒尺寸的可控调节。我们制备的CLZU NPs具有固有多孔结构,而且表面带有正电,能够通过静电、π-π相互作用和亲疏水等相互作用担载核酸物质。其中LZU-Cys NPs因骨架中含有二硫键,能够在还原型谷胱甘肽的作用下缓慢降解,具有良好的生物降解性。细胞实验结果表明CLZU NPs具有良好的生物相容性和良好的基因转染效率。进一步,我们利用该载体进行了体内抗肿瘤基因治疗。动物实验结果表明,担载shVEGF质粒DNA后,所制备的LZU-Cys/DNA复合物能够有效地抑制肿瘤的生长。最后,我们利用可生物降解的核酸载体LZU-Cys NPs,构建了一个集基因沉默与基因检测为一体的纳米核酸诊疗平台。除了基因治疗外,核酸物质经过修饰后还能进行细胞内的基因检测。细胞实验结果表明,所制备的LZU-Cys NPs具有良好的基因沉默效果,而且在担载核酸探针后能够有效地区分正常细胞和肿瘤细胞。基因沉默后再基因检测实验结果表明,在同一种细胞中,使用我们的纳米载体进行基因沉默之后,可以进一步通过基因检测的方法观察基因沉默的效率。这种一体化的核酸递送平台为基因转染效果的评价和肿瘤诊断提供了一个新的思路。本论文提出了一种“自上而下”的核酸载体构建策略,并构建了一系列基于多孔有机框架纳米颗粒的核酸递送体系。结果表明,“自上而下”的核酸载体构建策略是一种实现核酸纳米载体可控制备的有效策略,利用该策略构建的多孔有机框架核酸载体具有细胞毒性低和核酸递送效率高的优点。
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